(57)【要約】【課題】簡単な構成で、高速アッテネート機能又は高速偏光方向切換機能を有する光モジュール、光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。【解決手段】シリコン基板（１０）と、シリコン基板上に配置され、レーザ光を出射する半導体レーザ（２０）と、レーザ光の照射位置に配置され且つ複数の透明基板間に配置された液晶層に電界を印加することによって液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる液晶回転波長板（７０）を有し、レーザ光がレンズを介さずに液晶回転波長板へ入射されることを特徴とする光モジュール（１）、光源装置及び投影装置。【選択図】図２
2014167897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板上に配置され、レーザ光を出射する半導体レーザと、
前記レーザ光の照射位置に配置され、複数の透明基板間に配置された液晶層に電界を印加することによって、前記液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる液晶回転波長板と、を有し、
前記レーザ光がレンズを介さずに前記液晶回転波長板へ入射される、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記シリコン基板上に配置されて前記半導体レーザと光結合され、前記半導体レーザから出射されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子を更に有し、
前記液晶回転波長板が前記波長変換素子に近接して配置され、前記波長変換素子から出射されたレーザ光が直接前記液晶回転波長板へ入射される、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記シリコン基板の角部又は端面と前記波長変換素子とを位置関係を規定して配置し、前記シリコン基板の角部又は端面と、前記液晶回転波長板の透明基板とを当接することによって、前記波長変換素子と前記液晶回転波長板との位置関係が規定される、請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
基台を更に有し、
前記液晶回転波長板は、前記波長変換素子と間隔を維持しつつ、前記波長変換素子との上下方向の位置調整可能に、前記基台に対して当接される、請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記液晶回転波長板は、前記複数の透明基板間に段差部を有し、前記段差部を利用して、前記シリコン基板の角部に位置決めされる、請求項２に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記シリコン基板の一方の面上に前記半導体レーザ及び前記波長変換素子が配置され、
前記シリコン基板の他方の面上に配置され、前記液晶回転波長板に電圧を印加するための信号供給配線を更に有する、請求項２に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記液晶回転波長板は、偏光板を有し、
前記液晶層に電界を印加することによって、前記波長変換素子から出射される波長変換されたレーザ光の偏光方向を変化させて、前記液晶回転波長板から前記偏光板を介して出射するレーザ光の強度を調整する、請求項２〜６の何れか一項に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記液晶回転波長板は、水平配向膜を更に有し、
前記水平配向膜には、前記波長変換素子から出力される波長変換されたレーザの偏光方向と平行する方向の配向処理がなされている、請求項７に記載の光モジュール。
【請求項９】
シリコン基板と、
前記シリコン基板上に搭載された赤色、緑色及び青色のレーザ光をそれぞれ出射する第１、第２及び第３の光モジュールと、を有する光源装置であって、
前記第１の光モジュールは、
前記シリコン基板上に配置され、赤色のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記赤色のレーザ光の照射位置に配置され、第１の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第１の液晶層に電界を印加することによって、前記第１の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第１の液晶回転波長板と、を有し、
前記赤色のレーザ光がレンズを介さずに前記第１の液晶回転波長板へ入射され、
前記第２の光モジュールは、
前記シリコン基板上に配置され、緑色のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記緑色のレーザ光の照射位置に配置され、第２の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第２の液晶層に電界を印加することによって、前記第２の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第２の液晶回転波長板と、を有し、
前記緑色のレーザ光がレンズを介さずに前記第２の液晶回転波長板へ入射され、
前記第３の光モジュールは、
前記シリコン基板上に配置され、青色のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記青色のレーザ光の照射位置に配置され、第３の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第３の液晶層に電界を印加することによって、前記第３の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第３の液晶回転波長板と、を有し、
前記青色のレーザ光がレンズを介さずに前記第３の液晶回転波長板へ入射され、
前記第１、第２及び第３の液晶層に電界を印加することによって前記赤色、緑色及び青色のレーザ光の偏光方向を変化させて、前記第１、第２及び第３の液晶回転波長板から前記第１、第２及び第３の偏光板を介して出射される前記赤色、緑色及び青色のレーザ光の減衰率が同じになるように調整する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
シリコン基板、並びに前記シリコン基板上に搭載された赤色、緑色及び青色のレーザ光をそれぞれ出射する第１、第２及び第３の光モジュールを有する光源装置と、
前記赤色、緑色及び青色のレーザ光を合波して投影光を生成する合波部と、
前記投影光により投影面上に画像を投影する投影部と、を有する投影装置であって、
前記第１の光モジュールは、
前記シリコン基板上に配置され、赤色のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記赤色のレーザ光の照射位置に配置され、第１の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第１の液晶層に電界を印加することによって、前記第１の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第１の液晶回転波長板と、を有し、
前記赤色のレーザ光がレンズを介さずに前記第１の液晶回転波長板へ入射され、
前記第２の光モジュールは、
前記シリコン基板上に配置され、緑色のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記緑色のレーザ光の照射位置に配置され、第２の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第２の液晶層に電界を印加することによって、前記第２の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第２の液晶回転波長板と、を有し、
前記緑色のレーザ光がレンズを介さずに前記第２の液晶回転波長板へ入射され、
前記第３の光モジュールは、
前記シリコン基板上に配置され、青色のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記青色のレーザ光の照射位置に配置され、第３の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第３の液晶層に電界を印加することによって、前記第３の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第３の液晶回転波長板と、を有し、
前記青色のレーザ光がレンズを介さずに前記第３の液晶回転波長板へ入射され、
前記第１、第２及び第３の液晶層に電界を印加することによって前記赤色、緑色及び青色のレーザ光の偏光方向を変化させて、前記第１、第２及び第３の液晶回転波長板から前記第１、第２及び第３の偏光板を介して出射される前記赤色、緑色及び青色のレーザ光の減衰率が同じになるように調整する、
ことを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関し、特に、波長変換素子と液晶セルを有する光モジュールに関する。また、本発明は、その光モジュールを利用した光源装置及び投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ発振器から出力された光を、偏光素子を介して所定方向に偏光した直線偏光とし、更に液晶光学素子及びλ／４波長板を介して出力する偏光制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。偏光制御装置では、直線偏光に対して液晶光学素子の光軸は４５°、液晶光学素子の光軸に対してλ／４波長板の光軸は４５°、直線偏光とλ／４波長板の光軸は平行となるように配置されている。
【０００３】
液晶光学素子に電圧を印加することによって、液晶層の入射光に対する複屈折率が変化し、液晶光学素子を透過する直線偏光の偏光状態が変化し、円偏光状態となる。円偏光状態となった直線偏光が、更にλ／４波長板を透過することで、任意の直線偏光として出射することができる。
【０００４】
また、基板上に設けられた光導波路又は光ファイバの光通過部分を切断する溝を設け、溝に液晶を充填して、液晶に電界を印加し、光導波路又は光ファイバを伝播する光の強度、位相、偏波を可変に調整する光制御素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、半導体レーザからの出力光を光ファイバへ結合させるためのレンズ、光ファイバからの戻り光を防止するためのアイソレータ、及び半導体レーザからの出力光の光強度を調整するための透過型液晶可変減衰器を有するモジュールが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９１６８９号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３９２０号公報
【特許文献３】特開２００３−３３００５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の偏光制御装置では、所定方向に偏光した直線偏光を出力するための偏光素子、液晶光学素子、及びλ／４波長板という少なくとも３つの光学部品が必要であった。３つの光学部品を精度良く、所定の光軸位置となるように配置するのは、手間とコストがかかるという不具合があった。
【０００８】
特許文献２に記載の光制御素子では、光導波路又は光ファイバと溝に充填された液晶との位置関係は精度良く決めることが理論上は可能である。しかしながら、後から溝を形成するために、光導波路又は光ファイバにストレスがかかって変形等が生じたり、溝形成によるごみや粉体が生じて、液晶の動作に悪影響を及ぼしたりする、という不具合があった。
【０００９】
特許文献３に記載のモジュールでは、半導体レーザと光ファイバとの間にレンズを配置する必要があることから、モジュールを小型化することが困難となるという、不具合があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決することを可能とする光モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、簡単な構成で、高速アッテネート機能又は高速偏光方向切換機能を有する光モジュール、光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、本発明は、小型化が可能な、高速アッテネート機能又は高速偏光方向切換機能を有する光モジュール、光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光モジュールは、シリコン基板と、シリコン基板上に配置され、レーザ光を出射する半導体レーザと、レーザ光の照射位置に配置され且つ複数の透明基板間に配置された液晶層に電界を印加することによって液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる液晶回転波長板を有し、レーザ光がレンズを介さずに前記液晶回転波長板へ入射されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る光モジュールでは、シリコン基板上に配置されて半導体レーザと光結合され、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子を更に有し、液晶回転波長板が波長変換素子に近接して配置され、波長変換素子から出射されたレーザ光が直接液晶回転波長板へ入射されることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る光モジュールでは、シリコン基板の角部又は端面と波長変換素子とを位置関係を規定して配置し、シリコン基板の角部又は端面と、液晶回転波長板の透明基板とを当接することによって、波長変換素子と液晶回転波長板との位置関係が規定されることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る光モジュールでは、基台を更に有し、液晶回転波長板は、波長変換素子と間隔を維持しつつ、波長変換素子との上下方向の位置調整可能に、基台に対して当接されることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る光モジュールでは、液晶回転波長板は、複数の透明基板間に段差部を有し、段差部を利用して、シリコン基板の角部に位置決めされることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る光モジュールでは、シリコン基板の一方の面上に半導体レーザ及び波長変換素子が配置され、シリコン基板の他方の面上に配置され、液晶回転波長板に電圧を印加するための信号供給配線を更に有することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る光モジュールでは、液晶回転波長板は偏光板を有し、液晶層に電界を印加することによって、波長変換素子から出射される波長変換されたレーザ光の偏光方向を変化させて、液晶回転波長板から偏光板を介して出射するレーザ光の強度を調整することが好ましい。
【００２０】
本発明に係る光モジュールでは、液晶回転波長板は、水平配向膜を更に有し、水平配向膜には、前記波長変換素子から出力される波長変換されたレーザの偏光方向と平行する方向の配向処理がなされていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る光源装置は、シリコン基板と、シリコン基板上に搭載された赤色、緑色及び青色のレーザ光をそれぞれ出射する第１、第２及び第３の光モジュールと、を有する光源装置であって、第１の光モジュールは、シリコン基板上に配置され、赤色のレーザ光を出射する半導体レーザと、赤色のレーザ光の照射位置に配置され、第１の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第１の液晶層に電界を印加することによって、第１の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第１の液晶回転波長板と、を有し、赤色のレーザ光がレンズを介さずに第１の液晶回転波長板へ入射され、第２の光モジュールは、シリコン基板上に配置され、緑色のレーザ光を出射する半導体レーザと、緑色のレーザ光の照射位置に配置され、第２の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第２の液晶層に電界を印加することによって、第２の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第２の液晶回転波長板と、を有し、緑色のレーザ光がレンズを介さずに第２の液晶回転波長板へ入射され、第３の光モジュールは、シリコン基板上に配置され、青色のレーザ光を出射する半導体レーザと、青色のレーザ光の照射位置に配置され、第３の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第３の液晶層に電界を印加することによって、第３の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第３の液晶回転波長板と、を有し、青色のレーザ光がレンズを介さずに第３の液晶回転波長板へ入射され、第１、第２及び第３の液晶層に電界を印加することによって赤色、緑色及び青色のレーザ光の偏光方向を変化させて、第１、第２及び第３の液晶回転波長板から第１、第２及び第３の偏光板を介して出射される赤色、緑色及び青色のレーザ光の減衰率が同じになるように調整することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る投影装置は、シリコン基板、並びにシリコン基板上に搭載された赤色、緑色及び青色のレーザ光をそれぞれ出射する第１、第２及び第３の光モジュールを有する光源装置と、赤色、緑色及び青色のレーザ光を合波して投影光を生成する合波部と、投影光により投影面上に画像を投影する投影部と、を有する投影装置であって、第１の光モジュールは、シリコン基板上に配置され、赤色のレーザ光を出射する半導体レーザと、赤色のレーザ光の照射位置に配置され、第１の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第１の液晶層に電界を印加することによって、第１の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第１の液晶回転波長板と、を有し、赤色のレーザ光がレンズを介さずに第１の液晶回転波長板へ入射され、第２の光モジュールは、シリコン基板上に配置され、緑色のレーザ光を出射する半導体レーザと、緑色のレーザ光の照射位置に配置され、第２の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第２の液晶層に電界を印加することによって、第２の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第２の液晶回転波長板と、を有し、緑色のレーザ光がレンズを介さずに第２の液晶回転波長板へ入射され、第３の光モジュールは、シリコン基板上に配置され、青色のレーザ光を出射する半導体レーザと、青色のレーザ光の照射位置に配置され、第３の偏光板を有し、複数の透明基板間に配置された第３の液晶層に電界を印加することによって、第３の液晶層を通過する光の偏光方向を変化させる第３の液晶回転波長板と、を有し、青色のレーザ光がレンズを介さずに第３の液晶回転波長板へ入射され、第１、第２及び第３の液晶層に電界を印加することによって赤色、緑色及び青色のレーザ光の偏光方向を変化させて、第１、第２及び第３の液晶回転波長板から第１、第２及び第３の偏光板を介して出射される赤色、緑色及び青色のレーザ光の減衰率が同じになるように調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、簡単な構成で、高速アッテネート機能又は高速偏光方向切換機能を有する光モジュール、光源装置及び投影装置を構成することが可能となった。
【００２４】
また、本発明によれば、小型化が可能な、高速アッテネート機能又は高速偏光方向切換機能を有する光モジュール、光源装置及び投影装置を構成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】完成された光モジュール１の外観を示す斜視図である。
【図２】光モジュール１の分解斜視図である。
【図３】（ａ）はカバー部材６０を外した光モジュール１の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ´断面図である。
【図４】（ａ）は液晶セルの拡大斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢＢ´断面図である。
【図５】（ａ）はＰＰＬＮ素子３０から出射されるレーザ光の液晶セルへの入射を説明するための図であり、（ｂ）は（ａ）の部分Ｃの拡大図である。
【図６】図５（ａ）の部分Ｇの拡大図である。
【図７】他の液晶セル１７０を説明するための図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は液晶セル１７０における液晶分子の挙動を説明するための図である。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、液晶セル１７０の製造過程を説明するための図である。
【図１０】基台５０と液晶セル７０との位置決めを説明するための図である。
【図１１】（ａ）は他の光モジュール２の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥＥ´断面図である。
【図１２】（ａ）は更に他の光モジュール３の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦＦ´断面図であり、（ｃ）は光モジュール３の裏面図である。
【図１３】完成された更に他の光モジュール４の外観を示す斜視図である。
【図１４】光モジュール４の分解斜視図である。
【図１５】完成された更に他の光モジュール５の外観を示す斜視図である。
【図１６】光モジュール５の分解斜視図である。
【図１７】光源装置２００の概略構成を示す斜視図である。
【図１８】他の光源装置２００’の概略構成を示す斜視図である。
【図１９】光源装置２００をシースルー型の投影装置に応用する場合における減光モードの制御の例を示したフローチャートである。
【図２０】投影装置３００の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下図面を参照して、本発明に係る光モジュール、光源装置及び投影装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２７】
図１は完成された光モジュール１の外観を示す斜視図であり、図２は光モジュール１の分解斜視図である。図３（ａ）はカバー部材６０を外した光モジュール１の上面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡＡ´断面図である。なお、図３（ｂ）では、点線にてカバー部材６０の断面の一部を示している。
【００２８】
光モジュール１は、シリコン基板１０上に配置されたＬＤ素子２０（以下、レーザ素子とも称す）、ＬＤ素子２０から出射された光の波長変換を行うための光導波路型波長変換素子であるＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）素子３０、ＬＤ素子２０へ電流を供給するためのＬＤ用ＦＰＣ（Flexible printed circuits）４０を有している。ＬＤ素子２０は、レーザ出射位置を調整するためにシリコンサブ基板２１上に配置されているが、位置調整が可能であれば、シリコンサブ基板２１は必ずしも必要ではない。ＬＤ素子２０とＬＤ用ＦＰＣ４０とを接続するための信号供給配線４１がシリコン基板１０上に設けられている。
【００２９】
基台５０は、底板５１、第１側壁５２、第２側壁５３、後端基準部５４から構成されている。基台５０の一端側には、第１側壁５２及び第２側壁５３の端面を含む基準面５５が形成されている。シリコン基板１０は、シリコン基板１０のＰＰＬＮ素子３０側の端面が、基準面５５と面一となるように、基台５０の第１側壁５２及び第２側壁５３の間に配置及び固定されている。なお、基台５０は、アルミニウム板によって形成されているが、材質はこれに限定されるものではない。
【００３０】
カバー部材６０は、基台５０の上面側から、シリコン基板１０を覆うように配置される。図２において、カバー部材６０の後端側には開口部があり、ＦＰＣ４０は、開口部を介して外部へ突出し、不図示のインタフェースと接続される。図２において、カバー部材６０の前端部には、第１伸延部６１及び第２伸延部６２が形成され、第２伸延部６２の内側には擦動面６４が形成されている。
【００３１】
光モジュール１では、ＬＤ素子２０から出射される波長１０６４ｎｍのシングルモードレーザ近赤外光を、ＰＰＬＮ素子３０において５３２ｎｍの緑色レーザ光に波長変換して出射する。ＰＰＬＮ素子３０から出射されたレーザ光は、液晶セル７０にて高速に偏光状態が調整された後に、液晶セル７０から光モジュール１の外部に出射される。なお、ＬＤ素子２０とＰＰＬＮ素子３０は、上記に限定されず、他の組み合わせであっても良い。
【００３２】
図４（ａ）は液晶セルの拡大斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢＢ´断面図である。なお、便宜上、断面図の縮尺は変更して示している。
【００３３】
液晶セル７０は、第１の透明基板７１、第２の透明基板７２、第１及び第２の透明基板７１及び７２間に挟持された液晶層７６、液晶層７６を封止するためのシール部材７３を有している。
【００３４】
第１の透明基板７１上にはＩＴＯから構成される透明電極７４が形成され、第２の透明基板７２上にはＩＴＯから構成される透明対向電極７５が形成されている。また、第１の透明基板７１の表面には、所定の偏光方向を有する偏光板７８が固定されている。また、第１の透明基板７１及び第２の透明基板７２上において、透明電極が配置されていない側の面上には、レーザ光の反射を抑制するためのＡＲ（反射防止膜）を設けることが好ましい。
【００３５】
なお、図示してはいないが、第１の透明基板７１及び第２の透明基板７２上において、透明電極７４及び透明対向電極７５の上には、液晶層７６の液晶分子を任意の方向に配向させるための配向膜が設けられている。配向膜は、液晶層７６の液晶分子を透明基板に対して垂直に配向させる垂直配向膜であることが好ましい。
【００３６】
液晶層７６には、ｐ型ネマチィック液晶が用いられている。また、シール部材７３の厚みの設定によっては、他のネマチック液晶も使用することが可能である。
【００３７】
図４（ａ）に示す様に、透明電極７４は、８本の帯状の形状をしており、開口領域７７の周囲に放射状に配置されている。また、透明対向電極７５も、透明電極７４と同様の形状を有し、同様に配置されている。なお、液晶セル７０では、８本の帯状の透明電極を放射状に配置したが、これに限定されることなく、電極は１６本又は４本等であっても良い。
【００３８】
液晶用ＦＰＣ８０が、第１の透明基板７１と第２の透明基板７２との段差を利用して、第２の透明基板７２上に固定されている。液晶用ＦＰＣ８０と透明電極７４及び対向電極７５とを接続する信号供給配線８１が第２の透明基板７２上に配置されている。なお、導電粒子を混入することによって、シール部材７３の任意の箇所を導電性に構成することができる。したがって、シール部材７３の導電性の箇所を介して、透明電極７４及び透明対向電極７５と信号供給配線８１とが導通するように構成されている。
【００３９】
液晶用ＦＰＣ８０を介して、放射状に配置した透明電極７４及び対向電極７５間に所定の電圧を印加することによって、開口領域７７において、任意の方向の電界を発生することができる様に構成されている。液晶セル７０は、この時、λ／２波長板として機能するように設定されている。開口領域７７において電界の方向を調整することによって、開口領域７７おける液晶層７６の液晶分子の配向方向を調整することができる。λ／２波長板に直線偏光が入射した場合、λ／２波長板の光軸と入射光の偏光方向のなす角が２倍の角度の直線偏光が出射される。ＰＰＬＮ素子３０から出射したレーザ光が、開口領域７７を透過する際に、ＰＰＬＮ素子３０から出射した際のレーザの偏光方向と液晶分子の配向方向によって、液晶層７６から出射するレーザ光の偏光状態が変化する。したがって、各透明電極７４間及び各透明対向電極７５間に印加する電圧を調整することによって、光モジュール１から出射するレーザ光の偏光状態を変化させることができる。
【００４０】
さらに、液晶セル７０は、偏光板７８を有しているため、偏光板７８の透過軸と一致するようにレーザ光の偏光方向を変化させた場合には、液晶セル７０から最大光量のレーザ光が出射することとなる。逆に、偏光板７８の透過軸から９０°傾いた偏光方向になるようにレーザ光の偏光方向を変化させた場合には、液晶セル７０から最小光量のレーザ光が出射することとなる。透明電極７４及び透明対向電極７５間に印加する電圧を調整することによって、最大光量から最小光量の間で、レーザ光の出射光量を、稼動部品を用いずに調整することが可能となる。なお、偏光板７８の透過軸とレーザ光の偏光方向が一致している場合において、液晶セル７０から最大光量のレーザ光が出射されるのは、垂直配向膜によって液晶層７６の液晶分子が垂直配向となっており且つ液晶層７６に電圧が印加されていない状態の場合である。
【００４１】
上記の制御では、開口領域７７における液晶分子の配向方向の制御は、横電界のみによる配向制御となるため、応答速度が高速である。したがって、光モジュール１は、高速アッテネート（減衰）機能を有する小型ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）レーザモジュールである。
【００４２】
以下、液晶分子の配向制御について説明する。８本の透明電極７４及び透明対向電極７５は、図４中の真上を０°として、左周りに、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、及び３１５°の角度にそれぞれ配置されている。０°及び１８０°に配置された２組の電極、４５°と２２５°に配置された２組の電極、９０°と２７０°に配置された２組の電極、及び１３５°及び３１５°に配置された２組の電極は、それぞれ組になる電極である。組になる電極に電圧を印加することによって、液晶分子の配向方向を制御することができる。
【００４３】
例えば、液晶層７６に電圧を印加しない場合には、液晶分子が透明基板に対して垂直方向に配向するように設定し、液晶層７６に電圧を印加した場合に、液晶分子が透明基板と平行な方向に配向されるように設定する。更に、０°に配置された電極にＶ（ｖ）を印加し、１８０°に配置された電極に−Ｖ（ｖ）を印加して、他の電極に電圧を印加しない場合、液晶分子の方向を０°に配置された電極から１８０°に配置された電極へ向かう方向に切り替えることが可能である。また、２組の電極以外の電極に電圧を印加して、液晶分子の配向方向を微調整することも可能である。なお、特定の透明電極７４と、その透明電極に対向する透明対向電極７５は、同電位となるような電圧が印加される。０°に配置された電極及び１８０°に配置された電極のみに電圧を印加した場合、開口領域７７において、λ／２波長板として機能する面積は小さくなる。そこで、０°に配置された電極及び１８０°に配置された電極以外の電極に任意の電圧を印加することによって、開口領域７７においてλ／２波長板として機能する面積を広くすることが可能である。
【００４４】
同心円状に配置された８本の電極に印加される電圧を制御することによって、液晶分子の配向方向を自由に制御することが可能となる。即ち、液晶セル７０は、液晶回転波長板として機能している。
【００４５】
図５（ａ）はＰＰＬＮ素子３０から出射されるレーザ光の液晶セルへの入射を説明するための図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の部分Ｃの拡大図である。
【００４６】
図５（ａ）に示す様に、液晶セル７０の第２の透明基板７２の表面が、基台５０の基準面５５に当接することによって、第２の透明基板７２の表面とＰＰＬＮ素子３０の発光部位Ｐの位置が、所定の間隔ｗ１となるように設定されている。これは、シリコン基板１０のＰＰＬＮ素子側の端面が、基台５０の基準面５５と面一となるように配置されており、シリコン基板１０のＰＰＬＮ素子側の端面とＰＰＬＮ素子３０の発光部位Ｐの位置が、幅ｗ１となるように、精度良く定められているからである。
【００４７】
図５（ｂ）に示す様に、ＰＰＬＮ素子３０の発光部位Ｐから出射されたレーザ光は、所定の角度θを持って拡大し、更に第２の透明基板７２を通過して開口領域７７へ向かうこととなる。したがって、開口領域７７の直径をφｍｍとした場合に、少なくとも、第２の透明基板７２を通過した時点でのレーザ光の直径がφｍｍ以下となるように設定する必要がある。
【００４８】
例えば、φを０．０５ｍｍ、第２の透明基板７２が厚さ０．１ｍｍのガラスとした場合、θの実測値が約１０．７°であったので、間隔ｗ１を０．０５ｍｍに設定した。このように、間隔ｗ１を設定したので、液晶セル７０を基台５０に固定した場合に、液晶セル７０とＰＰＬＮ素子３０の位置関係を高精度に定めることが可能となった。なお、上記は一例であって、これに限定されるものではなく、適宜最適な間隔ｗ１を定めることが可能である。
【００４９】
図６は、図５（ａ）の部分Ｇの拡大図である。
【００５０】
ＰＰＬＮ素子３０の発光部位Ｐから出射されたレーザ光は、空気中を所定の角度θ１を持って拡大して液晶セル７０へ入射し、更に所定の角度θ２を持って拡大しながら、第２の透明基板７２（厚さｗ５）、液晶層７６及び第１の透明基板７１（厚さｗ４）を通過して外部へ向かう。空気中において角度θ１で拡大した光束の半径をｙ１、その後、液晶セル７０中で角度θ２でさらに拡大した分の半径をｙ２とし、開口領域７７の直径をφｍｍとすると、液晶層７６に厚み（例えば、２μｍ）があるので、φ＞２ｙ１＋２ｙ２となる。
【００５１】
第２の透明基板がガラス素材（屈折率ｎ＝１．５２）で、ｗ１＝５０μｍの場合、開口領域７７の直径φを５０ｍｍとする場合には、空気中の屈折率がｎ＝１であるので、第２の透明基板７２の厚さｗ５を１２０μｍ以下にする必要がある。図６は、ＰＰＬＮ素子３０と液晶セル７０と他の関係を説明するための図であるので、上記のような考えに基づいて、開口領域７７の直径φと、ｗ１、ｗ４等の値を定めることができる。
【００５２】
図７は、他の液晶セル１７０を説明するための図である。
【００５３】
液晶セル１７０の構成は、図４に示す液晶セル７０と同様である。液晶セル１７０と液晶セル７０との相違点は、液晶セル１７０が水平配向膜を有しており、液晶分子が第１及び第２の透明基板７１、７２と平行な所定の配向方向に配向されている点のみである。液晶セル１７０は、液晶セル７０と同様に光モジュール１及び後述する他の光モジュールに利用することができる。
【００５４】
液晶セル１７０では、図７に示す様に、第２の透明基板７２上には、８本の透明電極７４が形成されている。液晶分子９０は、液晶セル１７０の開口領域７７内の液晶分子を模式的に示したものである。図７において、矢印Ｈは、液晶セル７０における液晶分子の配向方向を示しており、矢印Ｉは、偏光板７８の透過軸の方向を示している。
【００５５】
液晶分子は、電界が印加されていない状態においては、配向処理を施された配向方向に配向している。液晶セル１７０では、液晶分子９０の配向方向（矢印Ｈ）がＰＰＬＮ素子３０から出射される波長変換されたレーザ光の偏光方向と平行となり、且つ偏光板７８の透過軸（矢印Ｉ）と直交するように配置されている。したがって、液晶セル１７０に電界を印加しない場合には、光は透過せず黒状態となる。この為、万が一、液晶セル１７０が故障し、電圧が印加されなかったとしても、液晶分子は配向方向に戻るため、黒状態となり、誤ってレーザ光が出射することがない。即ち、液晶セル１７０は、高い安全性を兼ね備えていることとなる。
【００５６】
なお、液晶セル１７０は、１枚の偏光板７８のみを有しているが、液晶セルの前後に２枚の偏光板をクロスニコルに配置することも考えられる。その場合には、２枚の偏光板の透過軸の何れかの方向と平行となるように液晶分子９０の配向方向を定めれば、上記と同様に、万が一、液晶セル１７０が故障し、電圧が印加されなかったとしても、誤ってレーザ光が出射することがない構成とすることができる。また、液晶セルの前後に２枚の偏光板をパラレルニコルに配置することも考えられる。その場合には、２枚の偏光板の透過軸と４５°の角度をなすように、液晶分子９０の配向方向を定めれば、上記と同様に、万が一、液晶セル１７０が故障し、電圧が印加されなかったとしても、誤ってレーザ光が出射することがない構成とすることができる。
【００５７】
図８（ａ）及び（ｂ）は、液晶セル１７０における液晶分子の挙動を説明するための図である。
【００５８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）において、液晶分子９０は、開口領域７７における液晶分子を模式化したものである。図８（ａ）では、８本の透明電極７４に図８（ａ）に示すような電圧を印加した場合を示している。この場合、透明電極間に形成される電界によって、液晶分子９０は、電圧「Ｖ」及び「−Ｖ」を印加した電極間に再配向させようとするトルクＪが働く。また、液晶分子９０には、配向方向Ｈへ分子を戻そうとするトルクＫも働いている。トルクＪとトルクＫのバランスによって、液晶分子９０は、図８（ａ）に示す様に、所定の方向に再配向される。
【００５９】
図８（ｂ）では、８本の透明電極７４に図８（ｂ）に示すような電圧を印加した場合を示している。この場合、透明電極間に形成される電界によって、電圧「Ｖ」及び「−Ｖ」を印加した電極間に再配向させようとするトルクＬが働く。また、図８（ａ）と同様に、液晶分子９０には、配向方向Ｈへ分子を戻そうとするトルクＫも働いている。トルクＬとトルクＫのバランスによって、液晶分子９０は、図８（ｂ）に示す様に、所定の方向に再配向される。
【００６０】
図８（ａ）の場合では、トルクＪとトルクＫの方向が反対方向に働いているのに対し、図８（ｂ）の場合では、トルクＬとトルクＫの方向が同方向となっている。上記のような関係から、図８（ｂ）のように、２つのトルクが同方向となるように、液晶分子９０に対して電圧を印加した場合には、より液晶分子９０が再配向する速度が速い。これに対して、図４に示した液晶セル７０では、垂直配向膜を利用していたが、垂直配向膜によって第１及び第２の透明基板に対して垂直に配向された場合には、上記のように２つのトルクの方向を合わせることは難しい。即ち、液晶セル１７０では、所定の方向又は位置に液晶分子を再配向させようとする場合、より高速に液晶分子の再配向を行うことが可能となる。
【００６１】
図９は、（ａ）〜（ｅ）は、液晶セル１７０の製造過程を説明するための図である。
【００６２】
最初に第２の透明基板７２上に、ＩＴＯによって８本の透明電極７４を形成する（図９（ａ）参照）。液晶セル７０と同様に、透明電極の本数は８本に限定されるわけではなく、他の本数であっても良い。また、図９（ａ）には明記されていないが、８本の透明電極７４へ電圧を印加するためのＩＴＯによる配線が形成されている。
【００６３】
次に、透明電極７４の上から水平配向膜９１を成膜する（図９（ｂ）参照）。水平配向膜９１は、スピンコートによって成膜したが、印刷によって形成しても良い。
【００６４】
次に、ラビングローラ９３によってラビング方向Ｈへの配向処理を行う（図９（ｃ）参照）。図７で説明したように、ラビング方向は、１つの透明電極７４の長手方向（図中では矢印Ｈの方向）とする。なお、配向膜材料によっては光配向によって配向処理を行っても良い。
【００６５】
次に、シール部材７３を水平配向膜９１の上に形成し、第２の透明基板７２と同様に、水平配向膜が形成され且つラビング処理がなされた第１の透明基板７１と重ね合わせる（図９（ｄ）参照）。なお、第１の透明基板７１の水平配向膜のラビング方向と、第２の透明基板７２の水平配向膜のラビング方向とは、反平行方向となるようにする。
【００６６】
最後に、第１の透明基板７１、第２の透明基板７２、及びシール部材７３で形成された空間に液晶を注入し、注入口を封止材９４で封止して、液晶セル１７０を完成する（図９（ｅ）参照）。液晶には、液晶セル７０と同様に、ｐ型ネマチィック液晶が用いられている。また、シール部材７３の厚みの設定によっては、他のネマチック液晶も使用することが可能である。
【００６７】
図１０は、基台５０と液晶セル７０との位置決めを説明するための図である。
【００６８】
前述した様に、光モジュール１では、液晶セル７０の第２の透明基板７２の表面とＰＰＬＮ素子３０の発行部位Ｐとの間隔ｗ１を高精度に規定することが可能である。しかしながら、ＰＰＬＮ素子３０の発光部位Ｐと液晶セル７０の開口領域７７の中心を一致させるのは必ずしも容易ではない。
【００６９】
そこで、光モジュール１では、第１伸延部６１と第２伸延部６２との間隔ｗ２を、液晶セル７０の幅ｗ３より若干広くなるように設定し、液晶セル７０が、基準面５５に当接した状態で、矢印Ｄの方向に移動可能となるように構成している。液晶セル７０の移動は、液晶セル７０の一方の側面７９が、擦動面６４に沿って擦動するように行われる。
【００７０】
冶具を用いて液晶セル７０を矢印Ｄ方向へは動かせるように、基台５０を固定する。ＰＰＬＮ素子３０からレーザ光を出射して、液晶セル７０を移動させながら、液晶セル７０から出射されるレーザ光の投影パターンを観察して、所定の偏光回転機能が発現される位置で液晶セル７０を光学接着剤等によって固定する。このような方法によって、ＰＰＬＮ素子３０から出射されるレーザ光が液晶セル７０の開口領域７７を通過するように液晶セル７０を容易に固定することが可能となる。なお、光モジュール１では、矢印Ｄの方向に液晶セルを移動可能としたが、矢印Ｄと直行する方向に移動可能としても良い。即ち、図１０において、基台５０に対して、液晶セル７０を、上下又は左右方向に位置調整可能としても良い。また、光モジュール１では、液晶セル７０を、矢印Ｄと液晶セル基板面に対して回転方向に移動可能としても良い。これにより、ＰＰＬＮ素子３０から出射されるレーザ光の偏光方向と液晶セル７０の光軸方向を精密に調整することが可能となる。また、液晶セル７０の位置合わせは、予め基台５０及び液晶セル７０に設けられたアライメントマークによって行うようにしても良い。
【００７１】
光モジュール１では、ＰＰＬＮ素子３０と液晶セル７０との間隔ｗ１を高精度に位置決めすることができるので、ＰＰＬＮ素子３０と液晶セル７０との間に光ファイバやレンズ等の別部材を設ける必要が無くなった。更に、液晶セル７０の電極構造が単純であるため、小型に設計することができるという利点もある。
【００７２】
また、光モジュール１では、ＬＤ素子２０から出射された光を効率良くＰＰＬＮ素子３０に入射できるように、シリコン基板１０上において、両素子間には非常に高精度な位置合わせが行われている。例えば、ＬＤ素子２０を固定したシリコンサブ基板２１の裏面にＡｕ膜を形成し、シリコン基板１０上にＡｕから構成されるマイクロバンプ構造を形成して、実装器によってシリコンサブ基板２１をマイクロバンプ構造上に押圧することによって、表面活性化接合させることができる。これによって、ＬＤ素子２０は、シリコン基板１０に対して高精度に配置及び固定することが可能となる。
【００７３】
マイクロバンプ構造とは、例えば、複数の高さ２μｍで直径５μｍの円柱状のＡｕから形成される突起が１０〜２５μｍピッチで左右均等に配置されたものである。また、表面活性化接合は、物質表面を覆っている酸化膜、塵（コンタミ）などの不活性層をプラズマ処理などで取り除いて活性化し、表面エネルギの高い原子同士を接触させることで原子間の凝着力を利用して、常温で接合することを言う。
【００７４】
また、ＰＰＬＮ素子３０の裏面にＡｕ膜を形成し、シリコン基板１０上にＡｕから構成されるマイクロバンプ構造を形成して、実装器によってＰＰＬＮ素子３０をマイクロバンプ構造上に押圧することによって、表面活性化接合させることができる。したがって、ＰＰＬＮ素子３０は、ＬＤ素子２０に対して高精度に配置及び固定することができると共に、シリコン基板１０に対しても、高精度に配置及び固定されることとなる。シリコン基板１０のＰＰＬＮ素子３０側の端面が、基台５０の基準面５５と面一となるように配置されているので、ＰＰＬＮ素子３０と、基台５０の基準面５５に当接して位置決めされる液晶セル７０との位置関係も同様に高精度に位置決めすることができる。
【００７５】
上述した様に光モジュール１の液晶セル７０は偏光板７８を有しており、光モジュール１では、偏光板７８と、透明電極７４及び透明対向電極７５に印加する電圧を調整することで、アッテネート機能を発揮できるように構成されていた。しかしながら、光モジュール１の液晶セル７０は、必ずしも偏光板７８を有していなくても良い。偏光板７８を有していない場合には、アッテネート機能をも有しなくなるが、透明電極７４及び透明対向電極７５に印加する電圧を調整することで、高速に偏光方向切換機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールとして利用することができる。
【００７６】
図１１（ａ）は他の光モジュール２の上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＥＥ´断面図である。
【００７７】
光モジュール２において、前述した光モジュール１と同様の構成には同じ番号を付して説明を省略する。光モジュール１と光モジュール２との相違点は、光モジュール２の基台１００の形状が異なり、基台１００の内部にシリコン基板１０及び液晶セル７０が配置されている点である。光モジュール２におけるシリコン基板１０上に配置されているＬＤ素子２０、ＰＰＬＮ素子３０、及びＬＤ用ＦＰＣは、光モジュール１と同様である。また、光モジュール２における液晶セル７０についても、光モジュール１と同様である。
【００７８】
光モジュール２における基台１００は、底板１０１、開口部を有する前側壁１０２、第１側壁１０３、第２側壁１０４、後端基準部１０５から構成されている。シリコン基板１０は、基台１００の前側壁１０２、第１側壁１０３及び第２側壁１０４の３方を囲われた部分に配置及び固定される。なお、シリコン基板１０及び液晶セル７０を収容した基台１００の上部を覆うカバー部材を設けても良い。
【００７９】
光モジュール２では、液晶セル７０の第２の透明基板７２が、直接シリコン基板１０の液晶セル側の基準面と当接することによって、液晶セル７０とＰＰＬＮ素子３０との間隔ｗ１が規定されるように構成されている。液晶セル７０及びシリコン基板１０は、基台１００内に予め記載されているマーキング等に合わせて、実装器により配置される。光モジュール２では、光モジュール１において説明した基台５０の基準面５５等を有していないことから、光モジュール２の位置合わせ精度は光モジュール１より低い。しかしながら、図１１に示す光モジュール２の構成でも、シリコン基板１０の端面とＰＰＬＮ素子３０が間隔ｗ１となるように実装されているため、シリコン基板１０のＰＰＬＮ素子３０側の端面と液晶セル７０の透明基板を当接させることによって、液晶セル７０とＰＰＬＮ素子３０とを間隔ｗ１とすることができる。したがって、ＰＰＬＮ素子３０から出射されたレーザ光を、直接液晶セル７０に入射できるため、ＬＤ素子２０の出射光が液晶セル７０から出射されるまで、途中に光ファイバや光導波路部材等の光配線を設けることなしに構成することができる。
【００８０】
光モジュール１で説明したように、光モジュール２においても、液晶セル７０が偏光板７８を有していなくても良い。光モジュール２は、偏光板７８を有している場合には、高速アッテネート機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールとして利用することができ、偏光板７８を有していない場合には、高速に偏光方向切換機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールとして利用することができる。いずれにしても、光モジュール２では、前側壁１０２の開口部を介して、液晶セル７０から出射されるレーザ光が外部に出射される。
【００８１】
図１２（ａ）は更に他の光モジュール３の上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＦＦ´断面図であり、図１２（ｃ）は光モジュール３の裏面図である。
【００８２】
光モジュール３において、前述した光モジュール１と同様の構成には同じ番号を付して説明を省略する。光モジュール１と光モジュール３との相違点は、光モジュール３における、液晶セル７０とシリコン基板１０との当接方法が異なる点である。光モジュール３におけるシリコン基板１０上に配置されているＬＤ素子２０、ＰＰＬＮ素子３０、及びＬＤ用ＦＰＣは、光モジュール１と同様である。また、光モジュール３は、そのまま所定の基台内に配置することも可能であり、基台なしでも組み立てが行える構成であって、モジュールとして構成上完結していると言える。
【００８３】
光モジュール３では、液晶セル７０における第１の透明基板７１と第２の透明基板７２の段差の部分で、第２の透明基板７２にシリコン基板１０の角部を当接させて、液晶セル７０の第１の透明基板７１とＰＰＬＮ素子３０との間隔ｗ１を規定している。また、シリコン基板１０と当接する第２の透明基板７２から信号供給配線８６を取り出し、シリコン基板１０の裏面を通して、シリコン基板１０の裏面に配置されている液晶用ＦＰＣ８５と接続させている。
【００８４】
光モジュール１で説明したように、光モジュール３においても、液晶セル７０が偏光板７８を有していなくても良い。光モジュール３は、偏光板７８を有している場合には、高速アッテネート機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールとして利用することができ、偏光板７８を有していない場合には、高速に偏光方向切換機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールとして利用することができる。
【００８５】
図１３は完成された更に他の光モジュール４の外観を示す斜視図であり、図１４は光モジュール４の分解斜視図である。
【００８６】
光モジュール４において、前述した光モジュール１と同様の構成には同じ番号を付して説明を省略する。光モジュール１と光モジュール４との相違点は、光モジュール４において、カバー部材の形状が異なり、更に位置合わせ治具及びキャップ部材を有している点である。光モジュール４におけるシリコン基板１０上に配置されているＬＤ素子２０、ＰＰＬＮ素子３０、ＬＤ用ＦＰＣ４０、基台５０、及び、液晶セル７０は、光モジュール１と同様である。
【００８７】
光モジュール４は、液晶セル７０の前面に配置され、液晶セル７０を固定し、ＰＰＬＮ素子３０から出射されるレーザ光と液晶セル７０の位置合わせを行うための、凹部１１１及び穴部１１２を有する位置合わせ治具１１０を有している。更に、位置合わせ治具１１０を覆うためのキャップ部材１３０を有している。カバー部材１６０とカバー部材６０との差異は、カバー部材１６０が位置合わせ治具１１０を固定可能な形状を有している点である。位置合わせ治具１１０の穴部１１２及びキャップ部材１３０の開口部は、液晶セル７０の開口領域７７の位置に対応し、開口領域７７から出射するレーザ光を妨げないように構成されている。
【００８８】
光モジュール１で説明したように、光モジュール４においても、液晶セル７０が偏光板７８を有していなくても良い。光モジュール４は、偏光板７８を有している場合には、高速アッテネート機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールとして利用することができ、偏光板７８を有していない場合には、高速に偏光方向切換機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールとして利用することができる。
【００８９】
図１５は完成された更に他の光モジュール５の外観を示す斜視図であり、図１６は光モジュール５の分解斜視図である。
【００９０】
光モジュール５において、前述した光モジュール４と同様の構成には同じ番号を付して説明を省略する。光モジュール４と光モジュール５との相違点は、光モジュール５はＬＤ素子２０に代えて所定の色を直接出射するレーザ素子（ダイレクトレーザ）２０’を用いており、ＰＰＬＮ素子３０を有さずレーザ素子２０’から直接レーザ光を出射するという点である。光モジュール５は、光モジュール４のシリコン基板１０、基台５０、及びカバー部材１６０に代えて、シリコン基板１０’、基台１５０及びカバー部材１６１を有する。光モジュール５におけるＬＤ用ＦＰＣ４０、液晶セル７０、位置合わせ治具１１０、及び、キャップ部材１３０は、光モジュール４と同様である。
【００９１】
シリコン基板１０’はシリコン基板１０と同様であるが、光モジュール５はＰＰＬＮ素子３０を有さないため、シリコン基板１０’はＰＰＬＮ素子３０の長さの分だけシリコン基板１０より短い。また、基台１５０は、基台５０と同様の、底板１５１、第１側壁１５２、第２側壁１５３、後端基準部１５４、及び基準面１５５を有する。ただし、基台１５０は、底板１５１、第１側壁１５２及び第２側壁１５３がＰＰＬＮ素子３０の長さの分だけ底板５１、第１側壁５２及び第２側壁５３より短い。
【００９２】
シリコン基板１０’は、シリコン基板１０’のレーザ素子２０’側の端面が、基準面１５５と面一となるように、基台１５０の第１側壁１５２及び第２側壁１５３の間に配置及び固定されている。これにより、レーザ素子２０’からのレーザ光の出射点と液晶セル７０とは、高精度に位置決めされる。このため、レーザ光の出射点と液晶セル７０との間に、光ファイバやレンズ等の別部材を設ける必要はない。
【００９３】
カバー部材１６１はカバー部材１６０と同様であるが、シリコン基板１０’と基台１５０の長さに対応して、カバー部材１６０より短くなっている。即ち、光モジュール５は、ＰＰＬＮ素子３０を有さないため、光モジュール４よりさらに小型のモジュールとすることができる。
【００９４】
光モジュール１で説明したように、光モジュール５においても、液晶セル７０が偏光板７８を有していなくても良い。光モジュール５は、偏光板７８を有している場合には、高速アッテネート機能を有する小型ダイレクトレーザモジュールとして利用することができ、偏光板７８を有していない場合には、高速に偏光方向切換機能を有する小型ダイレクトレーザモジュールとして利用することができる。
【００９５】
なお、光モジュール１〜３でも、光モジュール５と同様に、所定の色を直接出射するレーザ素子（ダイレクトレーザ）を用いることで、ＰＰＬＮ素子３０を有さず、ダイレクトレーザから直接レーザ光を出射してもよい。ＰＰＬＮ素子３０を有しない場合でも、例えば液晶セル７０に対向するシリコン基板１０の端面と基台５０の基準面５５とが面一となるように配置されることから、ダイレクトレーザからのレーザ光の出射点と液晶セル７０とは、高精度に位置決めされる。このため、レーザ光の出射点と液晶セル７０との間に、光ファイバやレンズ等の別部材を設ける必要はない。
【００９６】
図１７は、光源装置２００の概略構成を示す斜視図である。
【００９７】
図１７に示す様に、光源装置２００は、１枚のシリコン基板２０１の表面に、赤色（Ｒ）のレーザ光を出射する第１の光モジュール２１０ａ、緑色（Ｇ）のレーザ光を出射する第２の光モジュール２１０ｂ、青色（Ｂ）のレーザ光を出射する第３の光モジュール２１０ｃ、及びドライバＩＣ２１１を実装し、搭載している。個々の光モジュールは、光モジュール１と同様の、高速アッテネート機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールである。ただし、光源装置２００は、個々の光モジュールに図２のシリコン基板１０を設ける代わりに、３個の光モジュール２１０ａ〜２１０ｃをシリコン基板２０１上に実装した集積化モジュールである。図１７では、光モジュール２１０ａ〜２１０ｃの構成要素として、レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃ、ＰＰＬＮ素子２０３ａ〜２０３ｃ、及び液晶セル２０７ａ〜２０７ｃを示している。
【００９８】
レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃとＰＰＬＮ素子２０３ａ〜２０３ｃは、光モジュール１のＬＤ素子２０及びＰＰＬＮ素子３０と同様に、マイクロバンプ構造の接合部を介してシリコン基板２０１の表面に搭載されている。ドライバＩＣ２１１も、マイクロバンプ構造によってシリコン基板２０１の表面に搭載されているが、他の実装方式によって搭載しても良い。
【００９９】
レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃは、ＧａＡｓ，ＧａＮ等の材質からなり、光の３原色Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する３種類の光をそれぞれ出射する。ＰＰＬＮ素子２０３ａ〜２０３ｃは、Ｒ、Ｇ、Ｂの系統にそれぞれ配置されて、レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃのそれぞれと光学的に結合し、レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃから出射された光をＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光に変換する。液晶セル２０７ａ〜２０７ｃは、図４（ｂ）の偏光板７８と同様の偏光板をそれぞれ有し、ＰＰＬＮ素子２０３ａ〜２０３ｃから出射されたレーザ光の偏光状態を高速に調整する。液晶セル２０７ａ〜２０７ｃは、それぞれ第１〜第３の液晶回転波長板として機能する。最終的に、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光は、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃから光モジュール２１０ａ〜２１０ｃの外部に出射される。
【０１００】
ドライバＩＣ２１１は、レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃを駆動する機構であり、少なくとも、制御部としてＣＰＵやメモリ等のコア部分を含んでいる。なお、シリコン基板２０１の内部に、ＣＰＵやメモリ等のコア部分を含んでも良い。また、シリコン基板２０１の下面には、放熱用のヒートシンク（不図示）が設けられている。
【０１０１】
光モジュール２１０ａ〜２１０ｃの液晶セル２０７ａ〜２０７ｃは、液晶セル７０と同様の構成を有する。このため、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃは、偏光板と、透明電極及び透明対向電極に印加する電圧の調整とにより、アッテネート機能を発揮する。即ち、光源装置２００では、ＲＧＢのレーザ光を出射する各光モジュール２１０ａ〜２１０ｃの液晶セル２０７ａ〜２０７ｃがアッテネータ機能を有しており、各液晶セル２０７ａ〜２０７ｃにより、各色レーザ光の光量を独立に調整可能となっている。
【０１０２】
図１８は、他の光源装置２００’の概略構成を示す斜視図である。
【０１０３】
光源装置２００と同様に、光源装置２００’は、１枚のシリコン基板２０１の表面に、赤色（Ｒ）のレーザ光を出射する第１の光モジュール２１０ａ’、緑色（Ｇ）のレーザ光を出射する第２の光モジュール２１０ｂ、青色（Ｂ）のレーザ光を出射する第３の光モジュール２１０ｃ’、及びドライバＩＣ２１１を実装し、搭載している。光モジュール２１０ｂは、光モジュール１と同様の、高速アッテネート機能を有する小型ＳＨＧレーザモジュールである。
【０１０４】
一方、光モジュール２１０ａ’及び２１０ｃ’は、光モジュール５と同様の、高速アッテネート機能を有する小型ダイレクトレーザモジュールである。光モジュール２１０ａ’では、レーザ素子２０２ａに代えて赤色（Ｒ）のレーザ光を直接出射するレーザ素子（ダイレクトレーザ）２０２ａ’を用いており、光モジュール２１０ｃ’では、レーザ素子２０２ｃに代えて青色（Ｂ）のレーザ光を直接出射するレーザ素子（ダイレクトレーザ）２０２ｃ’を用いている。このため、光モジュール２１０ａ’及び２１０ｃ’は、ＰＰＬＮ素子２０３ａ及び２０３ｃを有さず、レーザ素子２０２ａ’及び２０２ｃ’から直接レーザ光を出射する。
【０１０５】
なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの全色について、各色を直接出射するレーザ素子（ダイレクトレーザ）を用いることで、ＰＰＬＮ素子２０３ａ〜２０３ｃを配置せず、ダイレクトレーザから直接レーザ光を出射してもよい。
【０１０６】
例えば、ヘッドアップディスプレイやＮＴＥ（near-to-eye）ディスプレイなど、外界の風景に投影画像を重ねて表示するいわゆるシースルー型の投影装置の光源として、光源装置２００を使用する場合を考える。こうした用途では、投影画像の観察者が眩しく感じないように、例えば１／４０００以下の減光率（dimming ratio）でレーザ光を減光し、投影画像の輝度を抑える必要がある。そこで、光源装置２００では、光モジュール２１０ａ〜２１０ｃのレーザ素子２０２ａ〜２０２ｃの出力を制御して各色レーザ光を減光するとともに、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃによるアッテネータ機能を併用して、各色レーザ光の光量を調整する。
【０１０７】
まず、レーザ光はＩ−Ｌ特性（ＬＤ素子の駆動電流Ｉと光出力Ｌとの関係）や温度特性が色ごとに異なるため、光源装置２００では、使用前に、光モジュール２１０ａ〜２１０ｃによる各色レーザ光の温度補償やホワイトバランスの調整などを行っておく。その上で、光源装置２００は、減光モードとして、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃを電気的に同期制御して、各色に対する減衰率が同じになるようにする。
【０１０８】
図１９は、光源装置２００をシースルー型の投影装置に応用する場合における減光モードの制御の例を示したフローチャートである。
【０１０９】
図１９に示す制御フローは、ドライバＩＣ２１１内のメモリに予め記憶されたプログラムに従って、ドライバＩＣ２１１内の制御部（ＣＰＵ）により実行される。
【０１１０】
光源装置２００の制御部は、まず、外界の照度に応じて、投影すべき画像の輝度を決定する（Ｓ１）。そして、決定された投影画像の輝度と、減光制御をしない場合の投影画像の輝度から、各色レーザ光の減光率を決定する（Ｓ２）。
【０１１１】
そして制御部は、この減光率に応じた各レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃの出力強度を決定する（Ｓ３）。減光率と出力強度の関係は、予めテーブルとしてドライバＩＣ２１１内のメモリに記憶しておく。制御部は、そのテーブルを参照することにより、減光率から出力強度を決定する。
【０１１２】
また制御部は、減光率に応じた各液晶セル２０７ａ〜２０７ｃでの各色レーザ光の透過率を決定する（Ｓ４）。減光率と透過率の関係も、予めテーブルとしてドライバＩＣ２１１内のメモリに記憶しておく。制御部は、そのテーブルを参照することにより、減光率から透過率を決定する。
【０１１３】
その上で、制御部は、各液晶セル２０７ａ〜２０７ｃが決定された減光率をもつように、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃにそれぞれ印加する電圧を決定する（Ｓ５）。さらに、決定された出力強度と印加電圧で、レーザ素子２０２ａ〜２０２ｃと液晶セル２０７ａ〜２０７ｃを駆動する（Ｓ６）。以上が、光源装置２００における減光モードの制御の一例である。
【０１１４】
このように、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃを電気的に同期制御して各色に対する減衰率を同じにすることにより、光源装置２００では、ホワイトポイントをずらさずに減光制御を行うことができる。また、可視域で波長によらず一定の透過率を持つフィルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）として、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃを動作させることが可能となる。
【０１１５】
また、上記の制御モードでは、各色レーザ光の出力制御と各液晶セルによる減光制御とを独立に行うことができる。このため、光源装置２００では、各色レーザ光の出力制御だけで減光処理を行う場合と比べて、各レーザ素子の制御が簡略化される。
【０１１６】
また、光源装置２００では、液晶セル２０７ａ〜２０７ｃによりＲＧＢの各色専用のアッテネータを実現しているため、広帯域のアッテネータを設ける必要がないという利点もある。
【０１１７】
図２０は、投影装置３００の概略構成図である。
【０１１８】
上記の様に、光源装置２００は、例えば、ヘッドアップディスプレイやＮＴＥディスプレイなどのシースルー型の投影装置に応用可能である。投影装置３００は、そうした投影装置の一例であり、光源装置２００と、合波部２２０と、ファイバ２１２ａ〜２１２ｃと、投影部２３０とを有する。
【０１１９】
光源装置２００は、図１７に示した様に、光モジュール２１０ａ〜２１０ｃとドライバＩＣ２１１を有する。光モジュール２１０ａ〜２１０ｃは、外部から供給される画像信号に基づいて、ＲＧＢの各色レーザ光をそれぞれ生成し、出射する。
【０１２０】
ファイバ２１２ａ〜２１２ｃは、光モジュール２１０ａ〜２１０ｃと合波部２２０とを接続する光ファイバであり、光モジュール２１０ａ〜２１０ｃから出射される各色のレーザ光を、それぞれ合波部２２０に伝送する。
【０１２１】
合波部２２０は、ファイバ２１２ａ〜２１２ｃから入射されたＲＧＢのレーザ光を１つの光軸上に合波して投影光を生成し、その投影光を投影部２３０に出射する。合波部２２０は、例えば、光が伝播するコア部と、コア部を被覆するクラッド部とを有する光導波路である。コア部は、各色のレーザ光が入射して伝播する３本の分岐部分と、これらの分岐部分を合流させる合流部分とを有する。コア部及びクラッド部は、例えばポリマー系樹脂や、石英ガラス、プラスチック等により、クラッド部よりコア部の屈折率が高くなるように構成される。
【０１２２】
投影部２３０は、合波部２２０が合波した投影光により、投影面２４０上に画像を投影する。投影部２３０は、例えば、投影レンズ２３１と、ＭＥＭＳスキャナ２３２とを有する。投影レンズ２３１は、合波部２２０から出射された投影光がＭＥＭＳスキャナ２３２に照射されるように整形する。ＭＥＭＳスキャナ２３２は、例えば水平方向及び垂直方向に高速に揺動され、投影レンズ２３１を介して入射した投影光を、投影面２４０上に２次元状に走査する。
【０１２３】
なお、投影装置３００には、光源装置２００の代わりに、光源装置２００’のようにＲ及びＢについてダイレクトレーザを用いた光源装置、またはＲ、Ｇ、Ｂの全色についてダイレクトレーザを用いた光源装置を設けてもよい。
【０１２４】
また、ファイバ２１２ａ〜２１２ｃは必須ではなく、光モジュール２１０ａ〜２１０ｃからの各色レーザ光を直接光導波路内に導入して合波してもよい。
【０１２５】
また、投影部２３０は、投影レンズ２３１とＭＥＭＳスキャナ２３２に代えて、例えば、反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）で構成してもよい。この場合、投影部２３０は、合波部２２０により合波された光を変調して反射するＬＣＯＳと、ＬＣＯＳから出射された光を拡大して投影面２４０上に投影するための投影レンズとを有する。ＬＣＯＳは、透明電極、液晶層及び反射電極がこの順に積層された構造を有し、透明電極と反射電極の間に電圧を印加することにより、液晶層の液晶の配列状態が変化する。合波部２２０からの光がＬＣＯＳに入射すると、光は液晶層で透明電極と反射電極の間の電圧に応じて変調され、反射電極で反射される。反射光は投影レンズで拡大され、投影面２４０上に投影される。
【０１２６】
また、光源装置２００を、投影装置でなく照明装置として利用してもよい。即ち、合波部２２０により生成される投影光を、照明光として利用してもよい。この場合、光源装置２００、ファイバ２１２ａ〜２１２ｃ及び合波部２２０をレーザ照明装置として応用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１、２、３、４、５    光モジュール
１０    シリコン基板
２０    ＬＤ素子
２１    サブ基板
３０    ＰＰＬＮ素子
４０    ＬＤ用ＦＰＣ
４１    信号供給配線
５０    基台
５５    基準面
６０、１６０    カバー部材
７０、１７０    液晶セル
７８    偏光板
８０、８５    液晶用ＦＰＣ
８１、８６    信号供給配線
１１０    位置合わせ治具
１３０    キャップ部材
２００、２００’    光源装置
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ    光モジュール
２２０    合波部
２３０    投影部
３００    投影装置
【図１】
2014167897.tif 000003
【図２】
2014167897.tif 000004
【図３】
2014167897.tif 000005
【図４】
2014167897.tif 000006
【図５】
2014167897.tif 000007
【図６】
2014167897.tif 000008
【図７】
2014167897.tif 000009
【図８】
2014167897.tif 000010
【図９】
2014167897.tif 000011
【図１０】
2014167897.tif 000012
【図１１】
2014167897.tif 000013
【図１２】
2014167897.tif 000014
【図１３】
2014167897.tif 000015
【図１４】
2014167897.tif 000016
【図１５】
2014167897.tif 000017
【図１６】
2014167897.tif 000018
【図１７】
2014167897.tif 000019
【図１８】
2014167897.tif 000020
【図１９】
2014167897.tif 000021
【図２０】
2014167897.tif 000022