(57)【要約】 【課題】  外部共振ミラーを有する面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）と波長変換素子を組み合わせた光源装置について、高速変調を実現させることを目的とする。【解決手段】  光源装置５０は、発光部２０と、該発光部２０から射出される光を共振させる外部共振ミラー７と、を備える面発光レーザ１０と、該外部共振ミラー７を透過した光を波長変換する波長変換素子８と、を具備してなることを特徴とする。【選択図】    図１
2006343712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、該発光部から射出される光を共振させる外部共振ミラーと、を備える面発光レーザと、該外部共振ミラーを透過した光を波長変換する波長変換素子と、を具備してなることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記面発光レーザ、及び前記波長変換素子からなる光源部がアレイ状に配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波長変換素子が単一構造体からなる一方、前記面発光レーザがアレイ状に配設されてなり、前記単一構造体に前記アレイ状に配設された複数の面発光レーザからの光が共通に入射することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
赤色光源と、緑色光源と、青色光源と、各色光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部とを備える走査型表示装置であって、前記光源の少なくとも一色の光源が請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置からなることを特徴とする走査型表示装置。
【請求項５】
赤色半導体レーザ光源と、青色半導体レーザ光源と、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置からなる緑色光源と、各光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部と、を備えることを特徴とする走査型表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置と、該光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、走査型表示装置、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まるなか、半導体レーザの高出力化、青色半導体レーザの登場に伴い、レーザ光源を使ったプロジェクタ或いはディスプレイが検討されている。これらは、光源の波長域が狭いため非常に色再現範囲を広くすることが可能であり、小型化や構成要素の削減も可能であることから、次世代の表示素子として大きな可能性を秘めている。
【０００３】
表示素子の光源としては、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色のレーザ光源が必要である。Ｒ及びＢについては半導体レーザで原振が存在するが、Ｇについては原振が存在せず、赤外レーザを非線形光学素子に入射させて発生した第２次高調波（ＳＨＧ）を利用することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４８５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最もシンプルな表示装置においては、これらのレーザを２次元走査して各ビームの強度を変調させて映像を形成する。例えば、ＨＤＴＶ相当の画像を出すためには、少なくともＧＨｚオーダーのビーム変調速度が必要であり、半導体レーザにおいては十分に可能である。
【０００５】
波長変換前の赤外レーザ光を発生させるためには、平行平板タイプのレーザやＶＣＳＥＬ（素子内部に共振器を持つ面発光レーザ）、ＶＥＣＳＥＬ（外部に共振ミラーを持つ面発光レーザ）があるが、ビーム品質やビーム出力の観点からＶＥＣＳＥＬが利用されることが多い。特許文献１に開示されたＶＥＣＳＥＬとＳＨＧとを組み合わせた構成においては、変換効率を高めるため共振器内部に波長変換素子が置かれている。しかし、このような構成によると、波長変換素子はある程度の大きさが必要であるため共振器長が大きくなり、変換された光の変調速度が遅くなってしまう（数１００ｋＨｚ程度）という問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、外部共振ミラーを有する面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）と波長変換素子（ＳＨＧ）を組み合わせた光源装置について、高速変調を実現させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、発光部と、該発光部から射出される光を共振させる外部共振ミラーと、を備える面発光レーザと、該外部共振ミラーを透過した光を波長変換する波長変換素子と、を具備してなることを特徴とする。
【０００８】
このような光源装置によると、波長変換素子により面発光レーザから射出される光の波長を変換することが可能となるため、該面発光レーザの種類によらず所望の色光を獲得することができるようになる。また、発光部から見て共振ミラーの外側に波長変換素子を配設した構成であるため、従来のＶＥＣＳＥＬのように発光部と共振ミラーとの間に波長変換素子を配設した場合に比して、少なくとも波長変換素子の長さ分だけ共振長を小さくでき、変調速度を高めることが可能となる。
【０００９】
本発明の光源装置において、前記面発光レーザ、前記共振ミラー、及び前記波長変換素子からなる光源部がアレイ状に配設されてなるものとすることができる。光源部のアレイ化により、面発光レーザ１個に対して必要な変調速度を低減することができるが、本発明の光源装置においては、従来の構成に比してアレイ化が容易となる。つまり、例えばアレイ化した共振ミラーを作っておき、これに対してアレイ化した発光部にギャップ材を介して両者の距離を制御した後、個々に波長変換素子のアレイメントを行う手法を採用することができる。従来は、波長変換素子のアライメントを保ちつつ共振ミラーのアライメントを行う必要があるため製造が困難であったが、本発明はこのような手間を省略できるものである。
【００１０】
また、本発明の光源装置において、前記波長変換素子が単一構造体からなる一方、前記面発光レーザ及び前記共振ミラーからなる光源部がアレイ状に配設されてなり、前記単一構造体に前記アレイ状に配設された複数の光源部からの光が共通に入射するものとすることができる。この場合、波長変換素子のアライメントが一層簡便となり、製造効率が一層向上することとなる。
【００１１】
次に、上記課題を解決するために、本発明の走査型表示装置は、赤色光源と、緑色光源と、青色光源と、各色光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部とを備え、前記光源の少なくとも一色の光源が上記光源装置からなることを特徴とする。このような走査型表示装置により、高画質、高品質なフルカラー表示を実現することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の走査型表示装置は、その異なる態様として、赤色半導体レーザ光源と、青色半導体レーザ光源と、上記光源装置からなる緑色光源と、各光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部と、を備えることを特徴とする。この場合も、高画質、高品質なフルカラー表示を実現することが可能となる。
【００１３】
次に、上記課題を解決するために、本発明のプロジェクタは、上記光源装置と、該光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。このようなプロジェクタにより、高画質、高品質な表示を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る光源装置５０を模式的に示す断面図であって、当該光源装置５０は発光部２０と外部共振ミラー７を備える面発光レーザ１０を用いて構成されたものである。光源装置５０の発光主体をなす発光部２０は、赤外のレーザ光を射出する発光素子であって、図１に示すように、第１電極１と、半導体基板２と、n-ＤＢＲミラー３と、活性層４と、p-ＤＢＲミラー９と、コンタクト層５と、第２電極６とを備えている。なお、半導体基板２は、ここではＧａＡｓ基板を採用している。
【００１６】
第１電極１は、半導体基板２の裏面側（発光側と異なる側）に形成され、第２電極６と対になって活性層４に電流を注入している。この第１電極１は、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなるものを採用することができる。
【００１７】
n-ＤＢＲミラー３は、面発光レーザ１０の外部に配設された外部共振ミラー７との間で共振器を構成するものである。このn-ＤＢＲミラー３は、例えば、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーからなるものを採用することができる。
【００１８】
活性層４は、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含むものである。活性層４では、第１電極１及び第２電極６で、Ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光が生じることとなる。
【００１９】
p-ＤＢＲミラー９は、例えばｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなるものを採用することができる。
【００２０】
ここで、p-ＤＢＲミラー９は、例えばＣがドーピングされることによりｐ型にされ、n-ＤＢＲミラー３は、例えばＳｉがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、p-ＤＢＲミラー９、不純物がドーピングされていない活性層４、およびn-ＤＢＲミラー３により、ｐｉｎダイオードが形成される。なお、コンタクト層５は、例えばp-ＧａＡｓ層により形成することができる。
【００２１】
第２電極６は、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなるもので、所定の開口パターンを有し、当該開口部６ａが光透過部を構成する。
【００２２】
一方、発光部２０の外側（発光面側）には、外部共振ミラー７が配設されている。この外部共振ミラー７は、電気的な特性は不問で、p-ＤＢＲミラー９との間で共振が可能な反射膜であれば良く、例えば透過率が小さい金属ミラーなどを採用することができる。
【００２３】
また、発光部２０から見て外部共振ミラー７の外側（光出射面側）に波長変換素子８が配設されている。この波長変換素子８は、発光部２０から射出され、外部共振ミラー７を透過したレーザ光の波長を変換させる素子で、つまり赤外のレーザ光の波長を約半分に変換させて緑色のレーザ光を創出している。
【００２４】
ここで、当該光源装置５０の動作態様について説明する。なお、下記の光源装置５０の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。まず、第１電極１と第２電極６とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層４において、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光が生じる。
【００２５】
活性層４で生じた光はn-ＤＢＲミラー９と外部共振ミラー７との間を往復する際に誘導放出が起こり、当該光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、外部共振ミラー７から波長変換素子８に向けて赤外レーザ光が射出される。
【００２６】
射出された赤外レーザ光は、波長変換素子８を透過（１パス）することで、その波長が変換される。ここでは、赤外レーザ光の波長が短波長化して緑色レーザ光に変換され、当該光源装置５０からの光として、所定の照射対象物に照射される。
【００２７】
以上のような光源装置５０は、波長変換素子８により面発光レーザ１０から射出されるレーザ光の波長を変換することが可能となるため、所望の色光を獲得することができるものとされている。また、発光部２０から見て外部共振ミラー７の外側に波長変換素子８を配設した構成であるため、従来のＶＥＣＳＥＬのように発光部と共振ミラーとの間に波長変換素子を配設した場合に比して、少なくとも波長変換素子の長さ分だけ共振長を小さくでき、変調速度を高めることが可能とされている。
【００２８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の光源装置の異なる実施形態について説明する。
図２は、第２の実施の形態に係る光源装置５１の構成を示す断面模式図であって、図１に示した面発光レーザ１０を基板１１上にアレイ状に配列したものである。
【００２９】
具体的には、発光部２０が第１基板１１上にアレイ状に配設され、一方、外部共振ミラー７が第２基板１２にアレイ状に配設されている。なお、少なくとも基板１２は透光性材料から構成されている。これら第１基板１１と第２基板１２とはギャップ材を介して基板間距離が制御されるとともに、平面方向の位置合わせも行われている。そして、個々の面発光レーザ１０に一対一に対応して波長変換素子８が基板１２上にアレイ状に配設されている。
【００３０】
このような光源装置５１によると、例えば基板１２上にアレイ化した外部共振ミラー７を作っておき、これに対して基板１１上にアレイ化した発光部２０にギャップ材を介して両者の距離を制御した後、個々に波長変換素子８のアライメントを行う手法を採用することができる。従来は、波長変換素子８のアライメントを保ちつつ外部共振ミラー７のアライメントを行う必要があるため製造が困難であったが、本実施形態ではこのような手間を省略できるものとなる。
【００３１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の光源装置の異なる実施形態について説明する。
図３は、第３の実施の形態に係る光源装置５２の構成を示す断面模式図であって、図１に示した面発光レーザ１０を基板１１上にアレイ状に配列したものである。
【００３２】
具体的には、発光部２０が第１基板１１上にアレイ状に配設され、一方、外部共振ミラー７が第２基板１２にアレイ状に配設されている。なお、少なくとも基板１２は透光性材料から構成されている。これら第１基板１１と第２基板１２とはギャップ材を介して基板間距離が制御されるとともに、平面方向の位置合わせも行われている。そして、バルク状の波長変換素子８０が基板１２上に配設されている。つまり、波長変換素子８０が、個々の面発光レーザ１０に共通の構成とされ、パターン化されていない。
【００３３】
このような光源装置５２によると、波長変換素子８０が単一構造体からなる一方、発光部及び外部共振ミラー７がアレイ状に配設されてなるため、単一構造体の波長変換素子８０に対して、アレイ状に配設された複数の面発光レーザ１０からの各光が共通に入射することとなる。この場合、波長変換素子８０のアライメントが一層簡便となり、製造効率が一層向上することとなる。
【００３４】
［第４の実施の形態］
次に、上記光源装置５０を用いた表示装置の一実施形態について説明する。
図４は、フルカラーの走査型表示装置１００について、その概略構成を示すブロック図である。走査型表示装置１００は、赤色光源１０２、緑色光源１１０、及び青色光源１０３からなる光源と、赤色光を反射する反射板１０３と、青色光を反射する反射板１０４と、緑色光を透過し且つ赤色光を反射するダイクロイックミラー１０５と、緑色光を透過し且つ青色光を反射するダイクロイックミラー１０６と、光源光を走査する走査ミラー１０７と、走査ミラー１０７からの光を映像として映し出す表示板１０８とを備えている。
緑色光源１１０は図１に示した光源装置５０からなるものである。
【００３５】
赤色光源１０２から射出された赤色光は、反射板１０３及びダイクロイックミラー１０５に反射され、さらにダイクロイックミラー１０６を透過して走査ミラー１０７に誘導される。また、青色光源１０１から射出された青色光は、反射板１０４及びダイクロイックミラー１０６に反射されて走査ミラー１０７に誘導される。さらに、緑色光源１１０から射出された緑色光は、ダイクロイックミラー１０５及びダイクロイックミラー１０６を透過して走査ミラー１０７に誘導される。走査ミラー１０７では、表示板１０８に映し出す映像に応じて走査が行われる。
【００３６】
［第５の実施の形態］
次に、上記光源装置５０を用いたプロジェクタの一実施形態について説明する。
図５は、プロジェクタ７０について、その概略構成を示す図で、３板方式の例である。プロジェクタ７０においては、赤色（Ｒ）の色光を発光する半導体レーザを２次元的にアレイ状に構成したアレイ光源１０ｒ、図１に示した光源装置５０からなる緑色（Ｇ）の色光を発光するアレイ光源１０ｇ、青色（Ｂ）の色光を発光する半導体レーザを２次元的にアレイ状に構成したアレイ光源１０ｂの３個を光源として用いている。
【００３７】
各アレイ光源１０ｒ，１０ｇ，１０ｂから射出された光は液晶ライトバルブ７５に照射される。つまり、各アレイ光源１０ｒ，１０ｇ，１０ｂの出射側には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を変調する液晶ライトバルブ７５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ７５によって変調された３つの色光が、クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）７７に入射するように構成されている。このプリズム７７は４つの直角プリズムが貼り合わされたものであり、内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが合成されてカラー画像を表す光が形成される。色合成された光は投射レンズ７６（投写装置）によりスクリーン７９上に投射され、拡大された画像が表示される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の光源装置の第１実施形態について概略構成を示す断面模式図。
【図２】本発明の光源装置の第２実施形態について概略構成を示す断面模式図。
【図３】本発明の光源装置の第３実施形態について概略構成を示す断面模式図。
【図４】走査型表示装置の一例を示すブロック図。
【図５】プロジェクタの一例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３９】
７…外部共振ミラー（共振ミラー）、８…波長変換素子、１０…面発光レーザ、２０…発光部、５０…光源装置
【図１】
2006343712.tif 000003
【図２】
2006343712.tif 000004
【図３】
2006343712.tif 000005
【図４】
2006343712.tif 000006
【図５】
2006343712.tif 000007