(57)【要約】【課題】波長変換素子全体の温度を均一化させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供すること。【解決手段】レーザ光を供給する光源部と、第１面Ｓ１、及び第１面Ｓ１とは反対側に設けられた第２面Ｓ２を備え、光源部からのレーザ光の波長を変換する波長変換素子であるＳＨＧ素子１４と、波長変換素子に対して第１面Ｓ１側に設けられ、熱を供給する熱供給部であるヒータ１９と、第１面Ｓ１及び熱供給部の間に設けられ、熱供給部からの熱を拡散させる熱拡散部である熱拡散板１８と、第２面Ｓ２側において波長変換素子を支持する支持部１７と、を有する。【選択図】図２−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を供給する光源部と、
第１面、及び前記第１面とは反対側に設けられた第２面を備え、前記光源部からの前記レーザ光の波長を変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子に対して前記第１面側に設けられ、熱を供給する熱供給部と、
前記第１面及び前記熱供給部の間に設けられ、前記熱供給部からの熱を拡散させる熱拡散部と、
前記第２面側において前記波長変換素子を支持する支持部と、を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記熱拡散部は、前記第１面の全体を覆うことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第２面に設けられ、前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部による計測結果に基づいて前記熱供給部を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記温度計測部は、前記支持部との間に空間を設けて配置されることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記支持部は、前記第２面から離れるに従い漸次幅を小さくさせた形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記支持部は、台形形状を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記熱供給部及び前記熱拡散部の少なくとも一方に設けられた断熱部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有す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、光源装置及びプロジェクタ、特に、レーザ光を供給する光源装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を供給する光源装置において、波長変換素子、例えば第二高調波発生（Second−Harmonic  Generation、ＳＨＧ）素子が用いられている。ＳＨＧ素子を用いることで、例えば、容易に入手可能な汎用のレーザを用いて、所望の波長のレーザ光を供給することが可能となる。ＳＨＧ素子は、温度変化によって屈折率分布が変化する場合、位相整合条件が崩れ、波長を変換する効率が低下することが知られている。高い効率で安定した光量のレーザ光を供給するためには、波長変換素子の温度変化を低減させることが望まれる。例えば、特許文献１に提案されている技術では、波長変換素子の導波路に形成された薄膜ヒータを用いて温度の制御を行っている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５３１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
波長変換素子には、導波路を持つ構成の他に、導波路を持たず素子全体において光の波長変換を可能とするいわゆるバルクタイプと呼ばれる構成がある。バルクタイプの波長変換素子について薄膜ヒータを適用する場合、極めて広範囲において薄膜ヒータを設ける必要が生じる。薄膜ヒータは、広範囲であるほど均一な抵抗を持たせることが困難であるため、発熱ムラを生じ易くなる。さらに、薄膜ヒータを駆動させるための電極を波長変換素子の一部に設けることとすると、電極自体が発熱しない場合は、波長変換素子全体に均一に熱を供給することが困難となる。このように、従来の技術によると、波長変換素子全体の温度を均一化することが困難であるという問題が生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、波長変換素子全体の温度を均一化させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタ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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、レーザ光を供給する光源部と、第１面、及び第１面とは反対側に設けられた第２面を備え、光源部からのレーザ光の波長を変換する波長変換素子と、波長変換素子に対して第１面側に設けられ、熱を供給する熱供給部と、第１面及び熱供給部の間に設けられ、熱供給部からの熱を拡散させる熱拡散部と、第２面側において波長変換素子を支持する支持部と、を有することを特徴とする光源装置を提供することができる。
【０００６】
熱供給部から供給された熱は、熱拡散部における拡散を経ることで、波長変換素子の第１面において均一化される。波長変換素子へ供給された熱は、第２面側から支持部へ伝播する。このようにして波長変換素子へ均一化された熱を供給可能とすることで、波長変換素子全体の温度を均一化させることができる。温度を均一化させることで、波長変換素子における波長変換効率を均一化させることが可能となる。これにより、波長変換素子全体の温度を均一化させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、熱拡散部は、第１面の全体を覆うことが望ましい。第１面の全体を熱拡散部で覆う構成とすることで、波長変換素子の第１面全体へ均一化された熱を供給することができる。これにより、波長変換素子の温度をさらに均一化させることができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、第２面に設けられ、波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、温度計測部による計測結果に基づいて熱供給部を制御する制御部と、を有することが望ましい。第２面に温度計測部を設けることで、波長変換素子の温度を正確に計測することができる。温度計測部による計測結果に基づいて熱供給部を制御することで、波長変換素子の温度変化を低減できる。これにより、さらに高い効率で安定した光量のレーザ光を供給することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、温度計測部は、支持部との間に空間を設けて配置されることが望ましい。温度計測部と支持部との間に空間を設けることで、温度計測部から支持部への熱の伝播を防ぐことが可能となる。温度計測部から支持部への熱の伝播を防ぐことで、温度計測部を波長変換素子と同じ温度に保つことが可能となる。これにより、波長変換素子の温度を正確に計測可能とし、さらに波長変換素子の温度変化を低減できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、支持部は、第２面から離れるに従い漸次幅を小さくさせた形状を有することが望ましい。かかる形状の支持部を用いることで、熱が集中し易い中心部において積極的に放熱を行い、周辺部ほど放熱させにくい構成にできる。これにより、波長変換素子の中心部と周辺部との温度差を少なくさせ、波長変換素子の温度をさらに均一化させることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、支持部は、台形形状を備えることが望ましい。これにより、第２面側から離れるに従い漸次幅を小さくさせた形状とし、かつ波長変換素子を安定して支持することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、熱供給部及び熱拡散部の少なくとも一方に設けられた断熱部を有することが望ましい。熱供給部、熱拡散部から外部への直接の放熱は、第１面へ供給される熱の均一化を妨げる要因となる場合がある。断熱部により熱供給部及び熱拡散部の少なくとも一方から外部への直接の放熱を防ぐことで、第１面へ供給される熱をさらに均一化させることが可能となる。これにより、波長変換素子の温度のさらなる均一化を図れる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、上記の光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の光源装置を用いることで、波長変換素子の温度を均一化させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給できる。これにより、高い効率で明るい画像を安定して表示可能なプロジェクタを得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る光源装置１０の概略構成を示す。光源装置１０は、半導体レーザ励起固体（Diode  Pumped  Solid  State；ＤＰＳＳ）レーザ発振器である。光源装置１０は、共振ミラー１２、１５を用いた共振器構造を有する。励起用レーザ１１は、例えば、８０８ｎｍの波長を持つレーザ光を供給する半導体レーザである。励起用レーザ１１からのレーザ光は共振ミラー１２を通過した後、レーザ結晶１３へ入射する。レーザ結晶１３としては、例えばＮｄ：ＹＶＯ4結晶やＮｄ：ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）結晶を用いることができる。レーザ結晶１３は、励起されることによりレーザ発振し、例えば、１０６０ｎｍ前後の波長を持つレーザ光を供給する。励起用レーザ１１及びレーザ結晶１３は、レーザ光を供給する光源部である。
【００１６】
ＳＨＧ素子１４は、レーザ結晶１３からのレーザ光の波長を変換する波長変換素子である。ＳＨＧ素子１４は、レーザ結晶１３からのレーザ光を、２分の１の波長のレーザ光に変換して出射させる。ＳＨＧ素子１４としては、例えば、非線形光学結晶を用いることができる。ＳＨＧ素子１４は、例えば１０６４ｎｍのレーザ光を、５３２ｎｍのレーザ光に変換させる。所望の波長に変換されたレーザ光は、共振ミラー１５を通過し、光源装置１０から出射する。所望の波長以外の波長のレーザ光は、共振ミラー１５で反射する。２つの共振ミラー１２、１５間において所望の波長に変換されたレーザ光は、共振ミラー１５を通過し、光源装置１０から出射する。このようにして、所望の波長のレーザ光を効率良く出射させることができる。
【００１７】
図２−１は、ＳＨＧ素子１４及びその周辺の各部を示す。ＳＨＧ素子１４は、第１面Ｓ１、及び第１面Ｓ１とは反対側に設けられた第２面Ｓ２を備える。第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２は、いずれも略矩形形状を備える。ヒータ１９は、ＳＨＧ素子１４に対して第１面Ｓ１側であって熱拡散板１８の上に設けられている。ヒータ１９は、熱を供給する熱供給部である。熱拡散板１８は、第１面Ｓ１及びヒータ１９の間に設けられている。熱拡散板１８は、ヒータ１９からの熱を拡散させる熱拡散部である。熱拡散板１８は、高い熱伝導率を持つ部材、例えば銅を用いて形成できる。
【００１８】
図２−２は、図２−１に示す構成の上面図である。熱拡散板１８は、第１面Ｓ１の全体を覆うように設けられている。ヒータ１９は、熱拡散板１８の略中心に設けられている。熱拡散板１８は、主に図２−２の紙面に平行な方向である水平方向について熱を拡散させる。図２−１に戻って、サーミスタ１６は、ＳＨＧ素子１４の第２面Ｓ２の中心に設けられている。サーミスタ１６は、ＳＨＧ素子１４の温度を計測する温度計測部である。サーミスタ１６は、例えば熱伝導接着剤を用いて第２面Ｓ２に接着されている。支持部１７は、第２面Ｓ２側においてＳＨＧ素子１４を支持する。支持部１７は、直方体形状を有する構造体である。支持部１７のうちＳＨＧ素子１４の中心部分に対応する部分には、サーミスタ１６を挿入させるための凹部３１が設けられている。
【００１９】
ヒータ１９により供給された熱は、熱拡散板１８において破線矢印で示すように水平方向へ拡散する。熱拡散板１８のうちヒータ１９が設けられる中央部は、その周辺部に対して高い温度を示すこととなる。熱拡散板１８の中心部と周辺部との温度差は熱抵抗及び熱量によって決定される。熱拡散板１８を高い熱伝導率の部材で構成し、かつ十分な厚みを持たせることで、熱拡散板１８内における温度差を可能な限り小さくさせることができる。
【００２０】
ヒータ１９からの熱は、熱拡散板１８における拡散を経ることで、第１面Ｓ１において均一化される。第１面Ｓ１全体を熱拡散板１８で覆う構成とすることで、第１面Ｓ１全体へ均一に熱を供給させることができる。第１面Ｓ１へ供給された熱は、ＳＨＧ素子１４の第２面Ｓ２側から支持部１７へ伝播する。このようにしてＳＨＧ素子１４へ均一化された熱を供給することができる。第１面Ｓ１側で熱を均一化させることで、熱拡散板１８、ＳＨＧ素子１４及び支持部１７において破線矢印で示すようにＳＨＧ素子１４を横切る方向へ熱を伝播させることを可能とする。ＳＨＧ素子１４内において熱を伝導させる距離をできるだけ短くすることで、ＳＨＧ素子１４の第１面Ｓ１側と第２面Ｓ２側との温度差を小さくすることができる。このようにして、ＳＨＧ素子１４全体の温度を均一化させることができる。
【００２１】
なお、支持部１７を低い熱伝導率の部材で構成することで、少ない熱量でＳＨＧ素子１４を高い温度で維持可能な構成にできる。低消費電力な構成とする観点からは、できるだけ少ない熱量によってＳＨＧ素子１４の温度調節が可能であることが望ましい。支持部１７を構成する部材を適宜選択することで、効率良くＳＨＧ素子１４の温度調節を行うことを可能とし、低消費電力な構成とすることができる。
【００２２】
支持部１７に凹部３１を設けることで、サーミスタ１６は、第２面Ｓ２及び支持部１７に囲まれた空間において、支持部１７とは間隔を設けて配置される。サーミスタ１６と支持部１７との間に間隔を設けることで、サーミスタ１６から支持部１７への熱の伝播を防ぐことが可能となる。サーミスタ１６から支持部１７への熱の伝播を防ぐことで、サーミスタ１６をＳＨＧ素子１４と同じ温度に保つことができる。これにより、サーミスタ１６は、ＳＨＧ素子１４の温度を正確に計測することが可能となる。
【００２３】
図３は、サーミスタ１６による計測結果に基づいてＳＨＧ素子１４の温度を調節するためのブロック構成を示す。制御部４３は、サーミスタ１６の出力に応じてヒータ駆動部４４を制御する。ヒータ駆動部４４は、制御部４３による制御に応じてヒータ１９を駆動する。このように、制御部４３は、サーミスタ１６による計測結果に基づいてヒータ１９のフィードバック制御を行う。かかる構成により、ＳＨＧ素子１４の温度変化を低減させることができる。
【００２４】
以上により、ＳＨＧ素子１４全体の温度を均一化させ、かつ温度変化を低減可能とすることで、ＳＨＧ素子１４における波長変換効率を均一化させることが可能となる。これにより、波長変換素子全体の温度を均一化させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給できるという効果を奏する。本発明の光源装置は、ＤＰＳＳレーザ発振器である場合に限られない。光源部である半導体レーザからのレーザ光を波長変換素子へ入射させる光源装置であっても良い。この場合、光源部としては半導体レーザを用いる他、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いても良い。
【００２５】
図４は、本実施例の変形例１について説明するものであって、ＳＨＧ素子１４及びその周辺の各部を示す。本変形例の支持部２１は、第２面Ｓ２から離れるに従い漸次幅を小さくさせた台形形状を有する。かかる形状の支持部２１を用いることで、熱が集中し易い中心部において積極的に放熱を行い、周辺部ほど放熱させにくい構成にできる。これにより、ＳＨＧ素子１４の中心部と周辺部との温度差を少なくさせ、ＳＨＧ素子１４の温度をさらに均一化させることができる。また、ＳＨＧ素子１４を安定して支持することもできる。なお、台形形状の支持部２１を用いる他、第２面Ｓ２から離れるに従い漸次幅を小さくさせた他の多角形形状の支持部を用いることとしても良い。
【００２６】
図５は、本実施例の変形例２について説明するものであって、ＳＨＧ素子１４及びその周辺の各部を示す。本変形例は、断熱層２３を追加した構成である。断熱層２３は、ヒータ１９及び熱拡散板１８に設けられた断熱部である。断熱層２３は、ヒータ１９及び熱拡散板１８のうち、第１面Ｓ１と接する面以外の面を覆うように設けられている。断熱層２３は、断熱材、例えば樹脂部材により構成されている。
【００２７】
ヒータ１９、熱拡散板１８から外部への直接の放熱は、第１面Ｓ１へ供給される熱の均一化を妨げる要因となり得る。断熱層２３によりヒータ１９及び熱拡散板１８から外部への直接の放熱を防ぐことで、第１面Ｓ１へ供給される熱をさらに均一化させることが可能となる。これにより、ＳＨＧ素子１４の温度のさらなる均一化を図れる。なお、断熱層２３は、ヒータ１９及び熱拡散板１８の双方に設ける場合に限られず、ヒータ１９及び熱拡散板１８のうち少なくとも一方に設けることとしても良い。
【実施例２】
【００２８】
図６は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ７０の概略構成を示す。プロジェクタ７０は、スクリーン８８に光を供給し、スクリーン８８で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。上記実施例１と重複する説明は省略する。プロジェクタ７０は、赤色（Ｒ）光用光源装置８０Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置８０Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置８０Ｂを有する。各色光用光源装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂは、いずれも上記実施例１の光源装置１０（図１参照）と同様の構成を有する。プロジェクタ７０は、各色光用光源装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂからの光を用いて画像を表示する。
【００２９】
Ｒ光用光源装置８０Ｒは、Ｒ光を供給する光源装置である。回折光学素子８１は、レーザ光を回折させることにより、照明領域の整形及び拡大をする。また、回折光学素子８１は、レーザ光の光量分布の均一化も行う。回折光学素子８１としては、例えば、計算機合成ホログラム（Computer  Generated  Hologram；ＣＧＨ）を用いることができる。フィールドレンズ８２は、回折光学素子８１からのレーザ光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置８３Ｒへ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置８３Ｒは、画像信号に応じてＲ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置８３Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム８４へ入射する。
【００３０】
Ｇ光用光源装置８０Ｇは、Ｇ光を供給する光源装置である。回折光学素子８１及びフィールドレンズ８２を経たレーザ光は、Ｇ光用空間光変調装置８３Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置８３Ｇは、画像信号に応じてＧ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置８３Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム８４へ入射する。
【００３１】
Ｂ光用光源装置８０Ｂは、Ｂ光を供給する光源装置である。回折光学素子８１及びフィールドレンズ８２を経たレーザ光は、Ｂ光用空間光変調装置８３Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置８３Ｂは、画像信号に応じてＢ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置８３Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム８４へ入射する。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High  Temperature  Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。
【００３２】
クロスダイクロイックプリズム８４は、互いに略直交させて配置された２つのダイクロイック膜８５、８６を有する。第１ダイクロイック膜８５は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜８６は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム８４は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ８７の方向へ出射させる。投写レンズ８７は、クロスダイクロイックプリズム８４で合成された光をスクリーン８８の方向へ投写する。
【００３３】
上記の光源装置１０と同様の構成を有する各色光用光源装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂを用いることにより、波長変換素子の温度を均一化させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給できる。これにより、高い効率で明るい画像を安定して表示できるという効果を奏する。プロジェクタ７０は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）、ＧＬＶ（Grating  Light  Valve）等を用いても良い。
【００３４】
プロジェクタ７０は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ７０は、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。さらに、本発明の光源装置は、プロジェクタに適用する場合に限られない。例えば、レーザ光を用いて露光を行う露光装置や、レーザ光により照明された像をモニタするモニタ装置等に適用することとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタに用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図２−１】ＳＨＧ素子及びその周辺の各部を示す図。
【図２−２】図２−１に示す構成の上面図。
【図３】ＳＨＧ素子の温度を調節するためのブロック構成を示す図。
【図４】実施例１の変形例１について説明する図。
【図５】実施例１の変形例２について説明する図。
【図６】本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１０  光源装置、１１  励起用レーザ、１２  共振ミラー、１３  レーザ結晶、１４  ＳＨＧ素子、１５  共振ミラー、１６  サーミスタ、１７  支持部、１８  熱拡散板、１９  ヒータ、Ｓ１  第１面、Ｓ２  第２面、２１  支持部、２３  断熱層、３１  凹部、４３  制御部、４４  ヒータ駆動部、７０  プロジェクタ、８０Ｒ  Ｒ光用光源装置、８０Ｇ  Ｇ光用光源装置、８０Ｂ  Ｂ光用光源装置、８１  回折光学素子、８２  フィールドレンズ、８３Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、８３Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、８３Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、８４  クロスダイクロイックプリズム、８５  第１ダイクロイック膜、８６  第２ダイクロイック膜、８７  投写レンズ、８８  スクリーン
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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