(57)【要約】【課題】波長変換素子の無駄になる部分が少なく、光利用効率を向上させることが可能な光源装置及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】複数の発光部１１ａを有する光源１１と、複数の発光部１１ａから射出された光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子１２とを備え、波長変換素子１２が、結晶組成もしくは不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、成長縞が周期分極反転構造を構成するものであり、複数の発光部１１ａの配列形状の縦横比が波長変換素子１２の入射端面１２ａの縦横比と略等しいことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光部を有する光源と、
前記複数の発光部から射出された光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子とを備え、
前記波長変換素子が、結晶組成もしくは不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、前記成長縞が周期分極反転構造を構成するものであり、前記複数の発光部の配列形状の縦横比が前記波長変換素子の入射端面の縦横比と略等しいことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源が、前記複数の発光部のそれぞれに電流を供給する配線を備え、
前記複数の発光部は、前記複数の配線の長さが等しくなるように配置されてい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】
前記複数の発光部が円形状に配置されており、
前記複数の発光部の中心に共通の電極部が設けられ、前記複数の配線と前記電極部とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記波長変換素子が複数設けられ、
前記複数の波長変換素子のそれぞれに対応して前記光源が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光源装置と、
該光源装置からの光を利用して、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
前記画像形成装置が、前記光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置であり、
前記複数の発光部の配列形状の縦横比が前記光変調装置の画像形成領域の縦横比と略等しいことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記光源から射出された光を重畳する重畳照明素子を備え、
前記複数の発光部の配列形状の縦横比が前記重畳照明素子の入射端面の縦横比と略等しいことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプロジェクタ。
【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が開発されている。この種のプロジェクタは、光源の波長域が狭いために色再現範囲を十分に広くすることが可能である。また、小型化や構成部材の削減も可能であることから、次世代の表示デバイスとして大きな可能性を秘めている。この場合、光源として赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のレーザ光源が必要である。例えば、Ｒ光用光源やＢ光用光源には半導体レーザで原振が存在するが、Ｇ光用光源には原振が存在しないため、赤外レーザからの赤外光を非線形光学素子に入射させた際に発生する第２次高調波（Second Harmonic Generation：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。）。
【０００３】
非線形光学効果を利用した光の波長変換では、変換前の基本波と変換後の高調波との間で位相整合条件が成立する必要があり、結晶内の分極方向を周期的に反転させる擬似位相整合法が用いられる。特許文献１では、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶内に微細なピッチで分極方向が周期的に反転した構造（以下、周期分極反転構造と称する。）を形成し、これを波長変換素子としている。ところが、実際の波長変換素子は、位相整合条件を満足する波長の許容範囲が極端に狭く、基本波の波長が僅かでもずれると出力（変換効率）が大きく低下する。一方、変換効率は波長変換素子の温度に強く依存することが知られている。これを利用して、複数のレーザ光を波長変換する複数の波長変換素子を備え、各波長変換素子の温度を個別に制御することで、波長変換素子全体の変換効率を確保したレーザ光源装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００６−２５３４０６号公報
【特許文献２】特開２００６−３５２００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の光源装置に用いられる波長変換素子の製造方法としては、一般的に、まず、結晶にレーザ光の中心軸方向に沿って電極が有る領域と無い領域とが交互に並んだストライプ状の電極パターンを形成する。次に、これら電極パターンにパルス状の電圧を印加することにより周期分極反転構造を得る。
このような製造方法により製造された直方体状のバルク型の波長変換素子は製造プロセスが複雑であるため、コストが高く、それに伴い波長変換素子を備えた光源装置のコストも高くなってしまう。
【０００５】
また、このような製造方法により製造された波長変換素子は、波長変換素子の電極が対向する方向に向かって周期分極反転領域の幅が狭くなる場合が生じるため、分極の偏差が生じる。これにより、面内において周期分極反転ピッチが異なるため、波長変換素子の入射端面の光の入射位置によって光の変換効率が低下してしまう。
したがって、２次元方向に複数配列された発光部から射出された光が波長変換素子に入射する場合、発光部の一部は、最適な分極反転ピッチとなった領域を通過し、残りの発光部は最適な分極反転ピッチの領域を通過しないため、残りの発光部から射出された光の変換効率は低下する。したがって、複数の発光部から射出された光は全体的に見て、波長変換素子において光量の損失が生じる部分があるため、光利用効率が低下する。
そこで、光利用効率の低下を抑えるために、発光部を１列に並べて最適な分極反転ピッチとなった領域に光を入射させたのでは、波長変換素子の一部が無駄になってしまう。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、波長変換素子の無駄になる部分が少なく、光利用効率を向上させることが可能な光源装置及び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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光源装置は、複数の発光部を有する光源と、前記複数の発光部から射出された光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子とを備え、前記波長変換素子が、結晶組成もしくは不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、前記成長縞が周期分極反転構造を構成するものであり、前記複数の発光部の配列形状の縦横比が前記波長変換素子の入射端面の縦横比と略等しいことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る光源装置では、光源の複数の発光部から射出された光は、波長変換素子の入射端面から入射し、所定の波長に変換されて射出される。このとき、結晶組成もしくは不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、成長縞が周期分極反転構造を構成する波長変換素子は、単結晶をチョクラルスキー法（以下ＣＺ法と略記する）を用いて分極反転構造を結晶中に導入して製造した素子である。この方法により製造された波長変換素子は、分極反転ピッチがレーザ光の進行方向で一定である。これにより、波長変換素子の入射端面のどの位置から光が入射しても、光の変換効率の低下を防止することができる。
また、複数の発光部の配列形状の縦横比が波長変換素子の入射端面の縦横比と略等しい。このとき、本発明で用いる波長変換素子は入射端面内において分極の偏差がないため、複数の発光部のうちどの発光部から射出された光の変換効率も落とすことなく波長変換素子から射出させることができる。したがって、本発明の光源装置は、波長変換素子の無駄になる部分が少なく、光利用効率の低下を抑えることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の光源装置は、前記光源が、前記複数の発光部のそれぞれに電流を供給する配線を備え、前記複数の発光部は、前記複数の配線の長さが等しくなるように配置されていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る光源装置では、配線の長さが等しくなるように、複数の発光部を例えば円形状に配置する。これにより、各発光部に大きな差異なく電流を供給することができる。したがって、各発光部には、ばらつきなく電流が供給されるので、各発光部の発光特性に差が生じにくい。これにより、複数の発光部から射出される光の強度のばらつきが小さいので、波長変換素子から照度分布が均一である光を射出することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の光源装置は、前記複数の発光部が円形状に配置されており、前記複数の発光部の中心に共通の電極部が設けられ、前記複数の配線と前記電極部とが電気的に接続されていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る光源装置では、ＣＺ法により製造される波長変換素子は概ね楕円状であるため、複数の発光部を円形状に配置することにより波長変換素子を有効に利用することができる。また、複数の発光部の中心に共通の電極部が設けられ、複数の配線と電極部とが電気的に接続されているため、配線の長さを等しくさせ易くなる。
【００１３】
また、本発明の光源装置は、前記波長変換素子が複数設けられ、前記複数の波長変換素子のそれぞれに対応して前記光源が設けられていることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る光源装置では、発光部の出力波長が製造誤差等によりずれていた場合、同じ出力波長である発光部ごとに、この出力波長を変換する波長変換素子を用いる。ここで、本発明で用いる波長変換素子は、従来のように電極パターンを形成して製造する場合に比べて低コストであるため、発光部の出力波長に合った波長を変換する波長変換素子を用いても、装置全体のコストが高くなることはない。したがって、低コスト化を図りつつ、入射した光の変換効率の高い光源装置を提供することが可能となる。
【００１５】
本発明のプロジェクタは、上記の光源装置と、該光源装置からの光を利用して、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出された光は画像形成装置に入射される。そして、画像形成装置により、表示面に所望の大きさの画像が表示される。このとき、光源装置から射出された光は、上述したように、光利用効率が高いため、低コストでありながらぎらつきを抑えた鮮明な画像を表示することが可能となる。
【００１７】
また、本発明のプロジェクタは、前記画像形成装置が、前記光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置であり、前記複数の発光部の配列形状の縦横比が前記光変調装置の画像形成領域の縦横比と略等しいことが好ましい。
【００１８】
本発明に係るプロジェクタでは、発光部の配列形状の縦横比が、光変調装置の画像形成領域の縦横比が略等しいため、発光部から射出された光を効率良く光変調装置の画像形成領域を照明することができる。
【００１９】
また、本発明のプロジェクタは、前記光源から射出された光を重畳する重畳照明素子を備え、前記複数の発光部の配列形状の縦横比が前記重畳照明素子の入射端面の縦横比と略等しいことが好ましい。
【００２０】
本発明に係るプロジェクタでは、発光部の配列形状の縦横比が、重畳照明素子の入射端面の縦横比と略等しい。ここで、１列に複数個並べられた発光部により射出された光が重畳照明素子に入射する場合は、入射する位置による入射角の偏差が大きく（端部側に配置された発光部の入射角が大きくなる）、回折効率の低下の要因となっていた。しかしながら、本発明では、重畳照明素子の入射端面の縦横比と発光部の配列形状の縦横比が等しくなるように発光部を配置させることで、複数の発光部を重畳照明素子の入射端面の中央部に配置することができるので、入射角の偏差を小さくすることができる。したがって、光の回折効率の低下を防止することができる。したがって、重畳照明素子における光利用効率が高いため、明るい光により後段に配置された光学素子を照明することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本発明に係る光源装置１０は、図１に示すように、半導体レーザチップ１１と、半導体レーザチップ１１から射出された光の波長を変換する波長変換素子１２と、波長変換素子１２より変換された光を透過し、変換されなかった波長の光を選択して反射させる波長選択素子１３とを備えている。
また、図１は光源装置の概略構成を示す図であり、図２は光源装置の斜視図であり、図３は波長変換素子の斜視図である。なお、図１は、半導体レーザチップから射出され波長選択素子に向かう光の光路図を示している。
【００２３】
半導体レーザチップ（光源）１１は、図２に示すように、水平方向に６列、垂直方向に４列の合計２４個のエミッタ（発光部）１１ａを有している。すなわち、エミッタ１１ａの配列形状Ｌ１は矩形状となっている。また、エミッタ１１ａから射出される光のピーク波長は一致している。
また、半導体レーザチップ１１には、固定するキャリア板、熱を放熱する放熱基板、電気的な接続を行う配線などが設けられているが、図１及び図２では簡略化して図示している。
【００２４】
波長変換素子（第２高調波発生素子、ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）１２は、図２に示すように、入射端面１２ａが複数のエミッタ１１ａに対向して配置されている。また、波長変換素子１２は、レーザチップ１１から射出されたレーザ光の中心軸Ｏに対して垂直な方向の断面形状が楕円状である楕円柱となっている。
波長変換素子１２は、入射光をほぼ半分の波長に変換する非線形光学素子であり、例えば、波長変換素子１２に入射するレーザ光の強度が強いほど、変換効率が向上する。つまり、半導体レーザチップ１１から射出されたレーザ光のすべてが、所定波長のレーザ光に変換されるわけではない。
【００２５】
波長変換素子１２の製法について説明する。
本実施形態では、ＬｉＮｂＯ３単結晶をＣＺ（チョクラルスキー：Czochralski）法により結晶成長させる。この製法は、結晶の引き上げ育成中に人為的に分極反転構造を結晶中に導入する方法である。一般的には成長縞（ストリエーション：striation）１２Ｓと称される不純物濃度や組成の微小な周期的変動が固液界面形状に一致して導入される。この成長縞１２Ｓは、単結晶の引き上げ成長時に成長界面（融液表面）の温度を周期的に変動させることによって形成することができる。したがって、引き上げ法による結晶作製時に融液温度を制御するだけで、分極反転構造のピッチが異なる波長変換素子を製造することができる。このような製法により、製造された波長変換素子１２は、図３に示すように、結晶の引き上げ方向に沿って、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を得ることができる。また、結晶の引き上げ方向がレーザチップ１１から射出されたレーザ光の進行方向となっている。
また、結晶の引き上げによって、図２に示すような、断面形状が楕円状の他、断面形状が円状の円柱にすることも可能である。
【００２６】
ＣＺ法により製造された波長変換素子は、以下のような利点を有している。ＣＺ法は、フォトリソグラフィ法及びエッチング法に比べて、工程が簡略化され低コストで波長変換素子を製造することが可能となる。すなわち、フォトマスクなどのツールを必要とせず、初期導入時のコストがかからない上に、分極反転のピッチの変更などの仕様変更を容易に行うことができる。
また、直方体のバルク型では、波長変換素子１２の一方の面から他方の面に向かって周期分極反転領域が狭くなる場合が生じるため、分極の偏差が生じる。これにより、分極反転ピッチが一定ではなくなってしまうため、レーザ光が入射した位置によって光の変換効率が変わってしまう。しかしながら、ＣＺ法により製造された波長変換素子１２は、入射端面１２ａのアスペクト方向の偏差が生じにくいため、分極反転ピッチがレーザ光の進行方向で一定である。これにより、エミッタに対して面方向の位置決め精度を厳しくしなくても良い。
【００２７】
波長変換素子１２の入射端面１２ａは楕円となっており、入射端面１２ａのほぼ全面が矩形状の被照明領域Ｓとなっている。ここで、エミッタ１１ａの配列形状Ｌ１の縦横比が波長変換素子１２の入射端面１２ａの縦横比（長手方向の寸法と短手方向の寸法の比）と略等しくなるように、エミッタ１１ａは矩形状に配置されている。
すなわち、図２に示すように、エミッタ１１ａの配列形状Ｌ１の長手方向の寸法Ｍ１と短手方向の寸法Ｍ２との比率が、波長変換素子１２の長軸方向の寸法Ｎ１ａと短軸方向の寸法Ｎ２ａとの比率と略等しい。つまり、エミッタ１１ａの配列形状Ｌ１の長手方向の寸法Ｍ１と短手方向の寸法Ｍ２との比率が、波長変換素子１２の入射端面１２ａの被照射領域Ｓの長手方向の寸法Ｎ１ｂと短手方向の寸法Ｎ２ｂとの比率と略等しい。また、エミッタ１１ａの配列形状の長手方向の寸法Ｍ１の方が、波長変換素子１２の波長変換素子１２の長軸方向の寸法Ｎ１ａより短く、エミッタ１１ａの配列形状の短手方向の寸法Ｍ２の方が、波長変換素子１２の波長変換素子１２の短軸方向の寸法Ｎ２ａより短い。
【００２８】
また、波長選択素子１３は、図１に示すように、波長変換素子１２から射出された所定の選択波長のレーザ光（図１に示す鎖線）Ｗ１を選択して半導体レーザチップ１１に向かって反射させることによってエミッタ１１ａ〜１１ｅの共振器ミラーとして機能するとともに、変換されたレーザ光（図１に示す二点鎖線）Ｗ２を透過させるものである。波長選択素子１３としては、例えば、周期格子を有するホログラムのような光学素子を用いることができる。
【００２９】
次に、半導体レーザチップ１１から射出される光の光路について、図１を参照して説明する。
半導体レーザチップ１１から射出された基本波の光（図１に示す実線）Ｗ３は、波長変換素子１２を通過することによって、ほぼ半分の波長の光に変換される。波長変換素子１２によって波長が変換されなかった光は、半導体レーザチップ１１と波長選択素子１３との間で反射を繰り返し、増幅された後、レーザ光Ｗ２として、波長選択素子１３から射出されるようになっている。波長選択素子１３は様々な波長の光を透過させるが、そのうち、所定の波長の光だけが増幅されている。増幅された光の強度は、他の波長の光の強度と比較して著しく高い。よって、波長選択素子１３を透過した光Ｗ２は、ほぼ単一波長の光とみなすことができる。この光Ｗ２の波長は、波長選択素子１３の選択波長、つまり波長選択素子１３が反射する光Ｗ１の波長とほぼ同一である。波長選択素子１３は、所定の選択波長の光の一部（９８〜９９％程度）を反射するので、その残り（１〜２％程度）の光が出力光として利用されることになる。
また、波長選択素子１３は、波長変換素子１２によって所定の波長に変換されなかったレーザ光Ｗ１のみを選択して半導体レーザチップ１１に向かって反射させ、それ以外のレーザ光を透過させるものである。
【００３０】
本実施形態に係る光源装置１０では、複数のエミッタ１１ａの配列形状Ｌ１の縦横比が波長変換素子１２の入射端面１２ａの被照射領域Ｓの縦横比と略等しい。このとき、波長変換素子１２のＳ入射端面１２ａ内において分極の偏差がないため、複数のエミッタ１１ａのうちどのエミッタ１１ａから射出された光の変換効率の低下を抑えることができるので、波長変換素子１２から明るい光を射出させることができる。したがって、波長変換素子１２から射出されたレーザ光の照度分布の均一性を高めることが可能となる。さらに、エミッタ１１ａを２列以上配置しても、光の変換効率が低下しないため、波長変換素子１２の無駄となる部分を少なくすることが可能となる。
また、複数のエミッタ１１ａを１列に並べる場合に比べて、複数列に配置、すなわち、中央部にまとめて配置することにより、エミッタ１１ａ間での温度差を抑えることも可能となる。
【００３１】
なお、楕円の偏心率は、波長変換素子１２の製造上決められる値に合わせて設計することが望ましい。
また、一般に結晶をＣＺ法を用いて分極反転させる製法で作られる波長変換素子１２は断面形状が楕円状であるため、楕円柱の波長変換素子１２を例に挙げて説明したが、波長変換素子１２の形状はこれに限るものではない。すなわち、ＣＺ法を用いて結晶を立方体状に引き上げても良い。
また、波長変換素子１２の無駄となる部分をより少なくするために、複数のエミッタ１１ａの楕円状の配列形状Ｌ２の縦横比が、図４に示すように、波長変換素子１２の楕円状の入射端面１２ａの縦横比と略等しくなるように、エミッタ１１ａを配置しても良い。
さらには、図５に示すように、エミッタ１１ａを千鳥配置した場合は、エミッタ１１ａの配列形状Ｌ２ａは、長手方向のエミッタ１１ａの端部及び短手方向のエミッタ１１ａの端部を含む矩形状である。
また、光源装置１０を画像表示装置として、例えば、ＨＤＴＶ（High Definition television）に用いる場合、複数のエミッタの寸法Ｍ１と寸法Ｍ２との比を１６対９にするのが望ましい。
また、波長変換素子１２の射出端面１２ａの被照射領域Ｓが正方形状である場合は、エミッタ１１ａの配列形状Ｌ１が正方形状（縦横比が１対１）になるように、エミッタ１１ａが配列されていれば良い。
【００３２】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第１実施形態に係る光源装置１０と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る光源装置３０では、エミッタ３１ａの配列形状において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。
【００３３】
波長変換素子３２は、図６に示すように、レーザチップ３１から射出されたレーザ光の中心軸Ｏに対して垂直な方向の断面形状が略円状である円柱状となっている。この波長変換素子３２の入射端面３２ａは円形状となっており、この入射端面３２ａが被照射領域Ｓである。ここで、エミッタ３１ａの配列形状の縦横比が波長変換素子３２の入射端面３２ａの被照射領域Ｓの縦横比と略等しくなるように、エミッタ３１ａは円形状に配置されている。具体的には、レーザチップ３１は、中心Ｃから等距離の位置に放射状に合計１２個のエミッタ３１ａが配置されている。
【００３４】
レーザチップ３１は、図７に示すように、各エミッタ３１ａに電流を供給する電流供給基板３５に電気的に接続された配線３６を有している。また、レーザチップ３１の複数のエミッタ３１ａの中心Ｃには、各エミッタ３１ａに電流を供給する電極パッド（電極部）３１ｂが設けられている。
【００３５】
また、各エミッタ３１ａから電極パッド３１ｂにそれぞれ配線３６ａが設けられている。また、１２個のエミッタ３１ａは、中心Ｃから等距離の位置に配置されているため、各配線３６ａの長さは等しい。そして、電極パッド３１ｂから電流供給基板３５にボンディングワイヤ３６ｂが設けられている。これにより、各エミッタ３１ａには、配線３６ａ，ボンディングワイヤ３６ｂを介して電流供給基板３５から電流が供給される。
【００３６】
本実施形態に係る光源装置３０では、配線３６ａの長さが等しくなるように、１２個のエミッタ３１ａが円形状に配置されているため、各エミッタ３１ａに大きな差異なく電流を供給することができる。したがって、各エミッタ３１ａには、ばらつきなく電流が供給されるので、各エミッタ３１ａの発光特性に差が生じにくい。これにより、複数のエミッタ３１ａから射出されるレーザ光の強度のばらつきが小さいので、波長変換素子１２から照度分布が均一であるレーザ光を射出することが可能となる。
【００３７】
［第２実施形態の変形例］
図６に示す第２実施形態では、円柱状の波長変換素子３２を用いたが、第１実施形態と同様にエミッタの配列形状が矩形状である場合に、ボンディングワイヤ４１ａの長さを等しくすることも可能である。
この構成では、図８に示すように、垂直方向に配列された４つのエミッタ１１ａ〜１１ｄごとに電極パッド４２を設ける。そして、各エミッタ１１ａ〜１１ｄと電極パッド４２とをボンディングワイヤ４１ａにより電気的に接続する。このとき、各ボンディングワイヤ４１ａの長さがすべて同じになるようにボンディングする。これにより、各エミッタ１１ａ〜エミッタ１１ｄにばらつきなく電流が供給されるので、波長変換素子１２から射出される光の照度分布が均一であるレーザ光を射出することが可能となる。
【００３８】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図９及び図１０を参照して説明する
本実施形態に係る光源装置５０では、複数の波長変換素子５２が設けられ、この波長変換素子５２のそれぞれに対応して光源部５１が設けられている点において第２実施形態と異なる。その他の構成においては第２実施形態と同様である。
【００３９】
光源装置５０は、図９に示すように、光源部５１と、複数の波長変換素子５２とを備えている。
光源部５１は、一方向に沿って配列された光源５１Ａ，５１Ｂを有しており、各光源５１Ａ，５１Ｂの複数のエミッタ５１ａ，５１ｂが、第２実施形態と同様に、円形状に配置されている。さらに、図１０に示すように、各エミッタ５１ａ，５１ｂに設けられた配線３６ａの長さは等しい。また、中心に設けられた各電極パッド３１ｂからは、共通の電流供給基板３５にボンディングワイヤ３６ｂが設けられている。
また、波長変換素子５２は、図９に示すように、光源５１Ａ，５１Ｂに対向して波長変換素子５２Ａ，５２Ｂを有している。
【００４０】
本実施形態は、複数のエミッタ５１ａ，５１ｂから射出する出力波長が異なる場合に、特に効果的である。すなわち、エミッタの出力波長にばらつきがある場合、同じ出力波長の光を射出するエミッタごとに、この出力波長の光を変換する波長変換素子を用いる。
具体的には、１２個のエミッタ５１ａは出力波長が同一のλ１であり、また、１２個のエミッタ５１ｂは出力波長が同一のλ２である。そして、エミッタ５１ａに対向して配置された波長変換素子５２Ａは、波長λ１の光を変換する波長変換素子であり、エミッタ５１ｂに対向して配置された波長変換素子５２Ｂは、波長λ２の光を変換する波長変換素子である。
【００４１】
本実施形態に係る光源装置５０では、複数のエミッタ５１ａ，５１ｂの出力波長が製造誤差等によりずれていた場合、同じ出力波長であるエミッタごとに、この出力波長の光を変換する波長変換素子５２Ａ，５２Ｂを用いる。ここで、波長変換素子５２Ａ，５２Ｂが低コストであるため、エミッタ５１ａ，５１ｂの出力波長に合った波長の光を変換する波長変換素子５２Ａ，５２Ｂを用いても、装置全体のコストが高くなることはない。したがって、低コスト化を図りつつ、入射した光の変換効率の高い光源装置５０を提供することが可能となる。
なお、第１実施形態と同様に、エミッタ１１ａの配列形状を矩形状にしても良い。
【００４２】
［第４実施形態］
次に、本発明に係る第４実施形態について、図１１を参照して説明する。
なお、図１１中においては、簡略化のためプロジェクタ１００を構成する筐体は省略している。
【００４３】
プロジェクタ１００において、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色レーザ光源（光源装置）１０１Ｒ，緑色レーザ光源（光源装置）１０１Ｇ、青色レーザ光源（光源装置）１０１Ｂは、上記第１実施形態の光源装置１０である。
また、プロジェクタ１００は、レーザ光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂから射出されたレーザ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブ（光変調装置）１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）１１０に投射する投射レンズ（投射装置）１０７とを有する画像形成装置を備えている。また、プロジェクタ１００は、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂから射出された光を合成して投写レンズ１０７に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）１０６を備えている。
【００４４】
さらに、プロジェクタ１００は、レーザ光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂよりも光路下流側に、均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを照明している。例えば、均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ、１０２Ｂは、例えば、ホログラム素子（重畳照明素子）１０２及びフィールドレンズ１０３によって構成される。
【００４５】
ホログラム素子１０２は、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの入射端面を照射する照明光を生成するものである。
ホログラム素子１０２は、例えば石英（ガラス）、透明な合成樹脂等、レーザ光を透過可能な材料で形成されている。本実施形態のホログラム素子１０２は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）である。
【００４６】
回折光学素子（ホログラム素子）１０２は、照明領域設定機能、照度均一化機能、及び拡大照明機能を有する。照明領域設定機能を有するホログラム素子１０２は、入射した光を回折させ、図１２に示すように、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの画像形成領域Ａを照明する照明光を生成する。また、照度均一化機能を有するホログラム素子１０２は、所定の領域の少なくとも一部の照度を均一化する。また、拡大照明機能を有するホログラム素子１０２は、図１２に示すように、ホログラム素子１０２の射出端面１０２ｂから光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で画像形成領域Ａを照明する。
【００４７】
図１３は、回折光学素子の一例を示す模式図であって、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図１３において、ホログラム素子１０２は、その入射端面１０２ａに複数の矩形状の凹部（凹凸構造）１０２Ｍと、複数の凹部１０２Ｍを保持し光透過性を有する額縁状の保持部１０２Ｈとを備えている。この凹部１０２Ｍは、互いに異なる深さを有している。また、入射端面１０２ａの凹部１０２Ｍに光を入射させることによって、ホログラム素子１０２から射出されたレーザ光は重畳され、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ１０の画像形成領域を照明する。ここで、この複数の凹部４Ｍが形成された領域を有効領域（被照射領域）Ｐとする。この有効領域Ｐは、図１２に示すように、長手方向の寸法がＰ１であり、短手方向の寸法がＰ２である。
ここで、図１２に示すように、ホログラム素子１０２の長手方向に対応するエミッタ１１ａ間の寸法Ｍ１とホログラム素子１０２の短手方向に対応するエミッタ１１ａ間の寸法Ｍ２との比率が、ホログラム素子１０２の有効領域Ｐの長手方向（一方向）の寸法Ｐ１と長手方向に直交する短手方向（他方向）の寸法Ｐ２との比率と等しくなるように、複数のエミッタ１１ａは配置されている。
【００４８】
また、図１３に示すように、凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含むホログラム素子１０２の表面条件を適宜調整することにより、ホログラム素子１０２に所定の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能、及び拡大照明機能）を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。
【００４９】
なお、ホログラム素子１０２としては、矩形の凹部４Ｍを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有するものであってもよい。例えば、ホログラム素子１０２としては、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。また、ホログラム素子１０２としては、図１３に示したような矩形状の凹部４Ｍを有する領域と、三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有するホログラム素子１０２を形成することができる。
【００５０】
また、図１２に示すように、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの画像形成領域（被照射領域）Ａは矩形になっている。また、ホログラム素子１０２の有効領域Ｐの長手方向（一方向）の寸法Ｐ１と長手方向に直交する短手方向（他方向）の寸法Ｐ２との比率が、画像形成領域Ａの長手方向の寸法Ａ１と短手方向の寸法Ａ２との比率と等しくなるように、ホログラム素子１０２の有効領域Ｐが形成されている。すなわち、エミッタ１１ａの配列形状の縦横比と、ホログラム素子１０２の有効領域Ｐの縦横比と、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの画像形成領域Ａの縦横比とは略等しい。すなわち、相似形となっている。
【００５１】
各液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その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配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ１０７によりスクリーン１１０上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００５２】
上述した本実施形態のプロジェクタ１００は、エミッタ１１ａの配列形状と、ホログラム素子１０２の有効領域Ｐとが相似形になるように、複数のエミッタ１１ａが配列されている。ここで、１列に複数個並べられたエミッタ１１ａにより射出された光をホログラム素子１０２に入射させる場合は、入射する位置による入射角の偏差が大きく（端部側に配置されたエミッタ１１ａの入射角が大きくなる）、回折効率の低下の要因となっていた。しかしながら、本実施形態では、ホログラム素子１０２の有効領域Ｐと相似形になるようにエミッタ１１ａを配列させることで、複数のエミッタ１１ａを有効領域Ｐの中央部に配置することができるので、入射角の偏差を小さくすることができる。したがって、回折効率の低下を防止することができるため、ホログラム素子における光利用効率が高くなるので、明るいレーザ光により液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを照明することができる。
また、エミッタ１１ａの配列形状と、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの画像形成領域Ａとが相似形になるように、複数のエミッタ１１ａが配列されている。これにより、エミッタ１１ａから射出されたレーザ光を効率良く液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの画像形成領域Ａを照明することができる。
【００５３】
なお、ホログラム素子１０２を用いない場合は、エミッタ１１ａの配列形状の縦横比が、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの画像形成領域Ａの縦横比になるようにエミッタ１１ａを配置すれば良い。
また、第３実施形態の光源装置５０のように複数の波長変換素子及び複数の光源をプロジェクタに用いた場合、図１４に示すように、画像形成領域Ａの長手方向に対応するエミッタ５１ａ，５１ｂの端部間の寸法Ｔ１と画像形成領域Ａの短手方向に対応するエミッタ５１ａ，５１ｂの端部間の寸法Ｔ２との比率が、図１２に示す画像形成領域Ａの長手方向の寸法Ｍ１と短手方向の寸法Ｍ２との比率と等しくなるように、複数のエミッタ５１ａ，５１ｂを配置すれば良い。
また、ホログラム素子１０２の有効領域Ｐの形状、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの画像形成領域Ａの形状は、長方形であっても正方形であっても良い。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、重畳照明素子として、ホログラム素子を例に挙げて説明したが、フライアレイレンズや、ロッドインテグレータ等の入射した光を重畳する素子であれば良い。この場合、これらの光学素子の入射端面（被照射領域）の縦横比と、発光部の配列形状の縦横比が略等しくなるように、発光部を配置すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略構成図である。
【図２】図１の光源装置の斜視図である。
【図３】図１の光源装置の波長変換素子の斜視図である。
【図４】図１の光源装置の変形例を示す斜視図である。
【図５】図１の光源装置の光源の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光源装置の斜視図である。
【図７】図６の光源装置の光源を示す平面図である。
【図８】図７の光源の変形例を示す斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る光源装置の斜視図である。
【図１０】図９の光源装置の光源を示す平面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。
【図１２】図１１のプロジェクタの光源、重畳照明素子、光変調装置の形状を示す斜視図である。
【図１３】図１１のプロジェクタに用いられる重畳照明素子の図である。
【図１４】図１１のプロジェクタの光源の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ…画像形成領域、Ｓ…被照射領域、１０，３０…光源装置、１１，３１…半導体レーザチップ（光源）、１１ａ…エミッタ（発光部）、１２,３２，５２…波長変換素子、１２ａ，３２ａ…入射端面、３１ｂ…電極パッド（電極部）、３６…ボンディングワイヤ（配線）、５１Ａ，５１Ｂ…光源、１００…プロジェクタ、１０２…ホログラム素子（重畳照明素子）、１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調装置）
【図１】
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【図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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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