(57)【要約】【課題】波長変換素子の温度制御を行うとともに、干渉性の低い光を効率良く射出することが可能な光源装置及びこの光源装置を備えた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、周期分極反転構造を有し、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複数の波長変換素子２１と、複数の波長変換素子２１の温度を調節する温度調節媒体Ｗと、温度調節媒体Ｗを収容する収容空間Ｋを有し、複数の波長変換素子２１を保持する保持部材２２と、温度調節媒体Ｗにより複数の波長変換素子２１の温度を制御する温度制御部３０とを備え、温度制御部３０が、複数の波長変換素子２１のうち、少なくとも１つの波長変換素子２１から射出される光の波長が、他の波長変換素子２１から射出される光の波長とは異なるように波長変換素子２１の温度を制御する。【選択図】図１
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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、
周期分極反転構造を有し、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複数の波長変換素子と、
前記複数の波長変換素子の温度を調節する温度調節媒体と、
前記温度調節媒体を収容する収容空間を有し、前記複数の波長変換素子を保持する保持部材と、
前記温度調節媒体により前記複数の波長変換素子の温度を制御する温度制御部とを備え、
前記温度制御部が、前記複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子から射出される光の波長が、他の波長変換素子から射出される光の波長とは異なるように前記波長変換素子の温度を制御することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子の周期分極反転構造のピッチが、他の波長変換素子の周期分極反転構造のピッチと異なり、
前記温度制御部は、前記複数の波長変換素子の温度が同じになるように制御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３】
前記複数の波長変換素子の周期分極反転構造のピッチが同一であり、
前記温度制御部が、前記複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子の温度が、他の波長変換素子の温度と異なるように制御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】
前記保持部材の外部に、前記収容空間内の前記温度調節媒体を循環させる循環流路が設けられ、
前記温度調節媒体が、前記複数の波長変換素子の配列方向に沿って流動され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】
前記複数の波長変換素子の配列方向の一方の端部側の前記保持部材の面に、前記温度調節媒体を前記収容空間に流入させる流入部と、前記温度調節媒体を前記収容空間から流出させる流出部とが設けられ、
前記循環流路により、前記流入部と前記流出部とが連通されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記流入部を前記流出部より前記波長変換素子の入射端面側に配置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】
前記複数の波長変換素子の配列方向の一方の端部側の前記保持部材の面に前記温度調節媒体を前記収容空間に流入させる流入部が設けられ、
前記複数の波長変換素子の配列方向の他方の端部側の前記保持部材の面に前記温度調節媒体を前記収容空間から流出させる流出部が設けられ、
前記循環流路により、前記流入部と前記流出部とが連通されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項８】
少なくとも１つの前記波長変換素子の温度を測定する温度測定手段が設けられ、
前記温度制御部は、前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記温度調節媒体の流動速度を変えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記収容空間が、前記複数の波長変換素子ごとに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記保持部材が、前記複数の波長変換素子ごとに設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記温度制御部が、前記波長変換素子の温度を前記温度調節媒体を介して変化させる温度変化手段と、前記温度調節媒体を流動させる流動手段とを備え、
前記温度変化手段及び前記流動手段が、前記保持部材とは別に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記温度制御部が、前記波長変換素子の温度を前記温度調節媒体を介して変化させる温度変化手段と、前記温度調節媒体を流動させる流動手段とを備え、
前記温度変化手段及び前記流動手段が、前記保持部材に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記保持部材に、前記波長変換素子の光の進行方向の位置を決める位置決め部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１２のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記波長変換素子は、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、前記成長縞が前記周期分極反転構造を構成することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４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。
【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り、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, 以下、ＳＨＧと略記する）を利用することが考えられている。
【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。一般には、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、本明細書では周期分極反転構造と呼ぶ）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１参照。）。
また、非線形光学結晶の周囲に液体あるいは気体を流すことにより、非線形光学結晶の温度を制御する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の光高調波発生装置では、複数の非線形光学結晶を光の進行方向に直列に配置し、レーザビームが非線形光学結晶を順に通過することにより第２高調波を得ている。この光高調波発生装置では、３つの非線形光学結晶のうち真ん中に配置された非線形光学結晶付近に媒体の流入部と流出部とを設け、複数の非線形光学結晶の配列方向に対して垂直な方向に媒体を流すことにより非線形光学結晶の温度を一定にさせている。
【特許文献１】特開２００６−３５２００９号公報
【特許文献２】特開平５−１００２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来一般のプロジェクタは、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが多用されていた。しかしながら、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現性範囲が狭い等の課題があった。その点、上記特許文献１，２に記載のレーザ光源を用いたプロジェクタによれば、上記の課題を解決することができる。ところが、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、レーザ光源によるスクリーン上の投射光は、隣接する領域での光線の位相が揃っていることから干渉性が非常に高いものとなっている。レーザ光のコヒーレント長は数十メートルに及ぶこともあるため、複数のレーザ光を合成すると、コヒーレント長より短い光路差を経て合成された光が強い干渉を引き起こすことになる。そのため、超高圧水銀ランプよりも鮮明なシンチレーション（干渉縞）が出現し、表示品位の大きな低下を引き起こす。
さらには、特許文献２に記載の複数の非線形光学結晶を冷却する構成では、複数の非線形光学結晶のうち端部側に配置された非線形光学結晶付近の媒体の流れが滞ってしまうおそれがあり、複数の非線形光学結晶を所定の温度にするのは困難である。その結果、非線形光学結晶における光の変換効率が低下してしまう。
【０００５】
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、波長変換素子の温度制御を行うとともに、干渉性の低い光を効率良く射出することが可能な光源装置及びこの光源装置を備えた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】
【０００６】
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、周期分極反転構造を有し、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複数の波長変換素子と、前記複数の波長変換素子の温度を調節する温度調節媒体と、前記温度調節媒体を収容する収容空間を有し、前記複数の波長変換素子を保持する保持部材と、前記温度調節媒体により前記複数の波長変換素子の温度を制御する温度制御部とを備え、前記温度制御部が、前記複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子から射出される光の波長が、他の波長変換素子から射出される光の波長とは異なるように前記波長変換素子の温度を制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光源装置では、光源の複数の発光部のうち少なくとも１つ以上の発光部から射出された光は、複数の波長変換素子のうちの１つに入射される。そして、温度制御部により温度が制御された複数の波長変換素子において所定の波長に変換され射出される。
このとき、温度制御部は、複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子から射出される光の波長が、他の波長変換素子から射出される光の波長とは異なるように、温度調節媒体により複数の波長変換素子の温度を制御する。したがって、異なる波長変換素子から射出される光同士の干渉性を低下させ、スペックルノイズの発生を低減することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の光源装置は、前記複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子の周期分極反転構造のピッチが、他の波長変換素子の周期分極反転構造のピッチと異なり、前記温度制御部は、前記複数の波長変換素子の温度が同じになるように制御することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る光源装置では、複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子の製造時の周期分極反転構造のピッチが、他の波長変換素子の製造時の周期分極反転構造のピッチと異なっている。これにより、温度制御部は、複数の波長変換素子の温度が同じになるように制御することで、少なくとも１つの波長変換素子から射出される光の波長が、他の波長変換素子から射出される光の波長とは異なる。これにより、波長変換素子から射出される光同士の干渉性を低下させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の光源装置は、前記複数の波長変換素子の周期分極反転構造のピッチが同一であり、前記温度制御部が、前記複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子の温度が、他の波長変換素子の温度と異なるように制御することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る光源装置では、複数の波長変換素子の製造時の周期分極反転構造のピッチが同一であっても、温度制御部により、複数の波長変換素子のうち、少なくとも１つの波長変換素子の温度が、他の波長変換素子の温度と異なるように制御する。これにより、波長変換素子は、温度の変化により熱膨張が生じピッチが変化するため、波長変換素子から射出される光の波長が異なる。したがって、波長変換素子から射出される光同士の干渉性を低下させることが可能となる。
また、周期分極反転構造のピッチが同一である波長変換素子を製造すればよいため、製造コストを抑えることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の光源装置は、前記保持部材の外部に、前記収容空間内の前記温度調節媒体を循環させる循環流路が設けられ、前記温度調節媒体が、前記複数の波長変換素子の配列方向に沿って流動されることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る光源装置では、保持部材の外部に温度調節媒体を循環させる循環流路が設けられているため、収容空間内の温度調節媒体を効率良く循環させることが可能となる。また、温度調節媒体が、複数の波長変換素子の配列方向に沿って流動されるため、温度調節媒体が流動しながら、複数の波長変換素子に接触することが可能となる。これにより、複数の波長変換素子の温度を制御し易くなる。
また、温度調節媒体が、複数の波長変換素子の配列方向に沿って流動されるため、一つの波長変換素子内で光の進行方向に垂直な面内における入射光がズレても、波長変換素子の垂直な面内の温度勾配が小さいので、光の変換効率が向上する。
【００１４】
本発明の光源装置は前記複数の波長変換素子の配列方向の一方の端部側の前記保持部材の面に、前記温度調節媒体を前記収容空間に流入させる流入部と、前記温度調節媒体を前記収容空間から流出させる流出部とが設けられ、前記循環流路により、前記流入部と前記流出部とが連通されていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る光源装置では、複数の波長変換素子の配列方向の一方の端部側の保持部材の面に温度調節媒体を収容空間に流入させる流入部及び流出させる流出部が設けられ、保持部材の外部に循環流路が設けられている。これにより、流入部から流入させた温度調節媒体を収容空間において対流させ易くなる。すなわち、温度調節媒体は流入部から流出部に向かって収容空間内で攪拌されるため、複数の波長変換素子を同じ温度に制御し易くなる。
また、流入部が複数の波長変換素子の配列方向の一方の端部側の保持部材の面に設けられ、流入部が設けられた保持部材の面以外に流出部が設けられている場合、例えば、波長変換素子の配列方向の他方の端部側の保持部材の面に設けられている場合、流入部と流出部とを接続させる配管等が長くなる。これにより、このような光源装置をプロジェクタに用いた場合、筐体の形状によっては光源装置の配置に制約が生じる場合がある。そこで、本発明の光源装置は、複数の波長変換素子の配列方向の一方の端部側の保持部材の面に流入部及び流出部が設けられているため、流入部と流出部とを接続する配管等が短くて済むので、コンパクト化を図ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の光源装置は、前記流入部を前記流出部より前記波長変換素子の入射端面側に配置することが好ましい。
本発明に係る光源装置では、発光部から射出された光が入射される波長変換素子の入射端面側が射出端面側に比べて温度が上がる。このとき、波長変換素子の入射端面側に、所望の温度に調節された温度調節媒体を流入させることにより、効率良く波長変換素子の温度を所望の温度にすることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の光源装置は、前記複数の波長変換素子の配列方向の一方の端部側の前記保持部材の面に前記温度調節媒体を前記収容空間に流入させる流入部が設けられ、
前記複数の波長変換素子の配列方向の他方の端部側の前記保持部材の面に前記温度調節媒体を前記収容空間から流出させる流出部が設けられ、前記循環流路により、前記流入部と前記流出部とが連通されていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る光源装置では、流入部が波長変換素子の配列方向の一方の端部側の保持部材の面に設けられ、流出部が波長変換素子の配列方向の他方の端部側の保持部材の面に設けられているため、温度調節媒体が波長変換素子の配列方向における一方の向きに向かってのみ流れる。このとき、保持部材の外部に循環流路が設けられているため、温度調節媒体を一方の向きに流し易くなる。これにより、例えば冷却された温度調節媒体を用いた場合、上流側に配置された波長変換素子の温度が低く、下流側に配置された波長変換素子に向かって徐々に温度が高くなる。このように、複数の波長変換素子には、徐々に温度勾配が付与されるため、各波長変換素子の温度が異なり、複数の波長変換素子から射出される光の波長が異なる。したがって、光同士の干渉性を低下させることができるため、スペックルノイズを低減させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の光源装置は、前記収容空間内に設けられ、少なくとも１つの前記波長変換素子の温度を測定する温度測定手段が設けられ、前記温度制御部は、前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記温度調節媒体の流動速度を変えることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る光源装置では、温度制御部は、温度測定手段により測定された温度に基づいて温度調節媒体の流動速度を変えることにより、波長変換素子の温度をより正確に制御することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の光源装置は、前記収容空間が、前記複数の波長変換素子ごとに設けられていることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る光源装置では、収容空間が波長変換素子ごとに設けられているため、波長変換素子の温度を個別に制御することができるので、波長変換素子の周期分極反転構造のピッチが所望のピッチとなるように波長変換素子の温度を制御し易くなる。
【００２３】
また、本発明の光源装置は、前記保持部材が、前記複数の波長変換素子ごとに設けられ、前記保持部材が所定の間隔をあけて配置されていることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る光源装置では、保持部材が、複数の波長変換素子ごとに設けられ、保持部材が所定の間隔をあけて配置されている。これにより、波長変換素子の温度を個別に制御することができるとともに、隣接する波長変換素子を保持する保持部材とは熱伝達が行われないため、波長変換素子ごとのより正確な温度制御を行うことが可能となる。
【００２５】
また、本発明の光源装置は、前記温度制御部が、前記波長変換素子の温度を前記温度調節媒体を介して変化させる温度変化手段と、前記温度調節媒体を流動させる流動手段とを備え、前記温度変化手段及び前記流動手段が、前記保持部材とは別に設けられていることが好ましい。
【００２６】
ここで、保持部材に温度変化手段及び流動手段を設けてしまうと、温度変化手段及び流動手段の大きさにある程度の制約が生じてしまう。これにより、温度変化能力の大きい温度変化手段や循環能力の大きい流動手段を備えることが困難になってしまう。そこで、本発明では、温度変化手段及び流動手段を保持部材とは別に設けることで、温度変化手段及び流動手段の大きさの制約を解消することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の光源装置は、前記温度制御部が、前記波長変換素子の温度を前記温度調節媒体を介して変化させる温度変化手段と、前記温度調節媒体を流動させる流動手段とを備え、前記温度変化手段及び前記流動手段が、前記保持部材に設けられていることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る光源装置では、保持部材に温度変化手段及び流動手段が設けられているため、保持部材、温度変化手段、流動手段を一体形成することが可能となる。また、温度変化手段及び流動手段を保持部材の収容空間内に設けることにより、収容空間内の温度調節媒体の温度を直接変えることや、直接温度調節媒体を流動させることができるため、効果的に収容空間内の温度調節媒体を循環させることが可能となる。
【００２９】
また、本発明の光源装置は、前記保持部材に、前記波長変換素子の光の進行方向の位置を決める位置決め部が設けられていることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る光源装置では、保持部材に、波長変換素子の位置を決める位置決め部が設けられている。これにより、波長変換素子の入射した光の進行方向の位置がより正確に決められるため、例えば、複数の発光部とそれに対応した複数の波長変換素子の入射端面との距離を一定にすることが可能となる。
【００３１】
また、本発明の光源装置は、前記波長変換素子は、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、前記成長縞が前記周期分極反転構造を構成することが好ましい。
【００３２】
本発明に係る光源装置では、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、安価であるという利点があり、一般的に、光の進行方向に対して垂直な方向の断面形状が略円形状となっている。特に、波長変換素子の断面形状が略円形状であると、直方体状である場合に比べて、温度調節媒体の収容空間内での流動抵抗が小さくなるため、温度調節媒体を効率良く流すことが可能となる。これにより、複数の波長変換素子を所定の温度に調節し易くなる。
【００３３】
また、本発明の光源装置は、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。
【００３４】
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る光は、上述したように、スペックルノイズが抑えられた光であるため、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。
【００３６】
［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３を参照して説明する。
図１は光源装置の概略構成を示す図であり、図２は光源装置の波長選択素子１３を省略し、波長変換素子ユニット２０を簡略化した斜視図であり、図３は波長変換素子の斜視図である。なお、図１は、半導体レーザ素子から射出され波長選択素子に向かう光の光路図を分かり易く説明するために、１つのエミッタから射出されたレーザ光の光路のみ図示して説明する。
【００３７】
本発明に係る光源装置１０は、図１に示すように、半導体レーザ素子１１と、半導体レーザ素子１１から射出された光の波長を変換する波長変換素子ユニット２０と、波長変換素子ユニット２０により波長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、波長変換素子ユニット２０は４つの波長変換素子２１を備えている。
【００３８】
半導体レーザ素子（光源）１１は、図１に示すように、所定のピッチで複数のエミッタ（発光部）１１ａが形成されている。半導体レーザ素子１１の具体的な構成は従来のものと変わらないため、詳細な説明は省略する。この半導体レーザ素子１１は複数のエミッタ１１ａを備えているため、１つのエミッタ１１ａの出力が小さくても、全体として高い出力が可能である。
複数のエミッタ１１ａは、図２に示すように、２列に配列されており、３個ずつのエミッタ１１ａが１つのエミッタ群１１ｂをなし、三角形の頂点に並ぶように配置されている。３個のエミッタ１１ａからなる１つのエミッタ群１１ｂは上段が１個のエミッタ１１ａ、下段が２個のエミッタ１１ａで三角形が構成されている。このように、合計１２個のエミッタ１１ａが３個ずつまとめて配置されている。
また、１つのエミッタ群１１ｂの中のエミッタ１１ａ間のピッチＰ１は、１つのエミッタ群１１ｂの端のエミッタ１１ａと隣のエミッタ群１１ｂの端のエミッタ１１ａとの間の距離Ｐ２よりも小さい。
【００３９】
次に、波長変換素子ユニット２０について説明する。
波長変換素子ユニット２０は、図１に示すように、４つの波長変換素子２１と、波長変換素子２１を保持する保持部材２２と、波長変換素子２１の温度を制御する温度制御部３０とを備えている。
波長変換素子（第２高調波発生素子、ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）２１は、半導体レーザ素子１１から射出された基本波の光（図１に示す実線）Ｌ３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２１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。また、半導体レーザ素子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。
また、１つの波長変換素子２１は、図２に示すように、３個のエミッタ１１ａからなる１つのエミッタ群１１ｂに対応して、対向配置されている。
【００４０】
波長変換素子２１を構成する非線形光学結晶として、従来はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の材料からなるウェハから切り出した直方体のバルク型の結晶が多く用いられていた。バルク型の非線形光学結晶は、ウェハ状態での分極反転処理用電極の形成、ウェハから複数のチップの切り出し、電圧印加による分極反転処理、入射面および射出面のポリッシング、入射面および射出面への無反射コート、の各工程を経て製造されていた。
【００４１】
上記の直方型のバルク型結晶を用いてもよいが、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たものを用いる。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、図３に示すように、成長軸方向（レーザ光の進行方向に相当）に成長縞（ストリエーション：striation）２１Ｓ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２１Ｓ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２１は、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素子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、波長変換素子２１の断面形状が円状の円柱状の他、断面形状が楕円状にすることも可能である。
【００４２】
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、分極反転処理用の電極を形成する従来法における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２１の一方の面から他方の面に向かって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２１は、分極反転ピッチがレーザ光の進行方向に垂直な面方向で一定である。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。
【００４３】
また、半導体レーザ素子１１には、図示しない放熱板、冷却機構などが備えられており、エミッタ１１ａで発生した熱により温度上昇する半導体レーザ素子１１を冷却する。本実施形態では、図２に示すように、３個のエミッタ１１ａからなる１つのエミッタ群１１ｂが１つの波長変換素子２１に対応している。すなわち、１つのエミッタ群１１ｂに属する３個のエミッタ１１ａから発光される３本のレーザ光が１つの波長変換素子２１に入射する。つまり、波長変換素子２１の断面積は、３つのエミッタ１１ａから射出される３つのスポットＳ１が入射可能な大きさとなっている。
【００４４】
本実施形態では、半導体レーザ素子１１が４個のエミッタ群１１ｂを有しているため、各エミッタ群１１ｂに属する３個のエミッタ１１ａの波長の平均値を「平均波長」と呼ぶとすると、４個の平均波長が存在することになる。このうち、少なくとも１つのエミッタ群１１ｂにおける平均波長がそれ以外のエミッタ群１１ｂにおける平均波長と異なっている。なお、すべての平均波長を異ならせることにより、シンチレーションを最大限に低減させることが可能となる。
さらに、１つのエミッタ群１１ｂに属する３個のエミッタ１１ａに着目すると、これら３個のエミッタ１１ａから射出される３本のレーザ光の中で波長を異ならせてもよいし、３本のレーザ光の波長を全て等しく揃えてもよい。このように各エミッタ１１ａから射出されるレーザ光の波長を異ならせる場合、出力されるレーザ光の色純度、波長変換素子２１や波長選択素子１３との整合性などを考慮すると、大きくても１０ｎｍ以下の波長差に設定することが望ましい。
【００４５】
波長変換素子ユニット２０を構成する各波長変換素子２１は、図２に示すように、１つのエミッタ群（３個のエミッタ１１ａ）１１ｂ毎に対応しているため、対応するエミッタ群１１ｂに対して位相整合している。例えば、１つのエミッタ群１１ｂ中の３個のエミッタ１１ａからのレーザ光の波長が全て等しければ、その波長に対して波長変換素子２１が位相整合されている。あるいは、１つのエミッタ群１１ｂ中の３個のエミッタ１１ａからのレーザ光の波長が異なっていれば、例えばそれらの波長の平均値に対して波長変換素子２１が位相整合されている。位相整合の方法としては、各波長変換素子２１の製造時の周期分極反転構造のピッチを異ならせる方法、各波長変換素子の製造時の周期分極反転構造のピッチを同一にし、波長変換素子の温度を制御し熱膨張により周期分極反転構造のピッチを異ならせる方法が考えられるが、本実施形態では前者の方法を採用する。すなわち、本実施形態では、波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチは、エミッタ群１１ｂの平均波長に対応したピッチとなっている。
また、周期分極反転構造のピッチを異ならせるには、単結晶引き上げ時に融液表面温度の変動周期を異ならせればよい。
【００４６】
波長変換素子ユニット２０の保持部材２２は、図１に示すように、直方体状であり、内部に収容空間Ｋが形成されている。また、保持部材２２には、半導体レーザ素子１１が配置された側の端面２２ａに沿って、端面２２ａから収容空間Ｋに向かって貫通した４つの入射側貫通孔２３と、端面２２ａと反対の端面２２ｂに沿って端面２２ｂから収容空間Ｋに向かって貫通した４つの射出側貫通孔２３とが形成されている。この入射側貫通孔２３，射出側貫通孔２４に波長変換素子２１が保持されている。収容空間Ｋには、温調媒体（温度調節媒体）Ｗが充填されている。この温調媒体Ｗとしては、熱伝達能力の高い液体が好ましく、本実施形態では、不凍液処理が施された水を用いる。
【００４７】
また、入射側貫通孔２３の内径は、端から端まで同一ではなく、収容空間Ｋ側の内径は波長変換素子２１の外径と略同じかそれよりも若干大きく、端面２２ａ側の内径は波長変換素子２１の外径よりも小さい。すなわち、入射側貫通孔２３の内壁には僅かな段差２５が形成されている。
射出側貫通孔２３の内径は、波長変換素子２１の外径よりも若干大きくなっており、波長変換素子２１と射出側貫通孔２３の内壁との間には隙間２６が形成されている。そして、この隙間２６には、当該隙間２６より大きい弾性材料からなるシール材２７が設けられている。このシール材２７は、アクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等からなるＯリングまたはパッキンである。これにより、射出側貫通孔２４から収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗが漏れるのを防止している。
【００４８】
以上の構成により、保持部材２２の端面２２ｂから、波長変換素子２１の入射端面２１ａ側を入射側貫通孔２３に挿通すると、段差２５に引っ掛かり、それ以上進まないため、保持部材２２に対して波長変換素子２１が成長軸方向に位置決めされる。この状態で、波長変換素子２１の射出端面２１ｂ側はシール材２７の弾性力により位置が固定されている。このようにして、１つの収容空間Ｋに充填された温調媒体Ｗに４つの波長変換素子２１が浸された状態となっている。
また、各波長変換素子２１が保持部材２２に対して位置決めされた状態で、各波長変換素子２１と保持部材２２とがＵＶ硬化性接着材（図示略）により固定され、４つの波長変換素子２１が一方向に配列される。これにより、収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗが、入射側貫通孔２３、２４から漏れ出ることを防止している。さらに、入射側貫通孔２３には、収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗが漏洩するのを防止するためにシール材２３ａが設けられている。また、エミッタ１１ａから射出されたレーザ光は、入射側貫通孔２３から入射するため、シール材２３ａは、光透過性を有する樹脂等からなることが好ましく、波長変換素子２１の屈折率に近い材質からなることが望ましい。
【００４９】
また、図１では、各波長変換素子２１の射出端面（段差２５に接する側と反対側の端面）２１ｂが保持部材２２から飛び出しているが、この飛び出した部分を保持部材２２の端面２２ｂと面一状態になるまで研磨し、波長変換素子２１の射出端面２１ｂに無反射コート処理を施してもよい。このようにすると、波長変換素子２１を単独で１個ずつ研磨、無反射コート処理するよりも工程が簡略化され、製造歩留まりも向上する。また、各波長変換素子２１間で端面の位置が揃うため、全体として特性が安定した波長変換素子ユニット２０が得られる。
【００５０】
また、保持部材２２には、図１に示すように、温調媒体Ｗを収容空間Ｋに流入させる流入口（流入部）２８ａと、収容空間Ｋから温調媒体Ｗを外部へ流出させる流出口（流出部）２８ｂとを備えている。具体的には、流入口２８ａ及び流出口２８ｂは、波長変換素子２１の配列方向に垂直な面である紙面左側の左端面２２ｃに、収容空間Ｋに向かって形成されている。このような流入口２８ａを保持部材２２の左端面２２ｃに設けることにより、温調媒体Ｗを波長変換素子２１の配列方向に流すことを可能にする。さらに、流出口２８ｂは、流入口２８ａより波長変換素子２１の射出端面２１ｂ側に設けられている。
これにより、温調媒体Ｗの流れを図１において矢印Ｆで示すと、収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗは、最も左端面２２ｃ側に配置された波長変換素子２１の入射端面２１ａ側から流入し、波長変換素子２１の配列方向の入射端面２１ａ側を進む。そして、温調媒体Ｗは、左端面２２ｃと反対の右端面２２ｄに到達すると、最も右端面２２ｄ側に配置された波長変換素子２１側から最も左端面２２ｃ側に配置された波長変換素子２１側に向かう。このとき、温調媒体Ｗは、波長変換素子２１の射出端面２１ｂ側を通って左端面２２ｃに戻る。このように、温調媒体Ｗは収容空間Ｋ内において左回りに対流する。なお、温調媒体Ｗをより波長変換素子２１の配列方向に沿わせるように流すために、保持部材２２に整流板を設けても良い。
【００５１】
温度制御部３０は、図１に示すように、ポンプ（流動手段）３１と、リザーブタンク３２と、配管（循環流路）３３，３４，３５と、温度センサ３６と、制御部３７とを備えている。これらの部材のうち、温度センサ３６以外は波長変換素子ユニット２０とは別に設けられている。
配管３３は、保持部材２２の左端面２２ｃに設けられた流出口２８ｂと連通しており、配管３４は、保持部材２２の左端面２２ｃに設けられて流入口２８ａと連通している。また、配管３３は、リザーブタンク３２，ポンプ３１を介して配管３４と接続されている。さらに、ポンプ３１と、リザーブタンク３２とが配管３５により接続されている。
この構成により、ポンプ３１は、流出口２８ｂから流出され、リザーブタンク３２に貯留された温調媒体Ｗを流入口２８ａに送出する。また、リザーブタンク３２は、温調媒体Ｗを蓄積するものであり、保持部材２２から流出された暖められた温調媒体Ｗをリザーブタンク３２に設けられヒートシンク（温度変化手段）３２ａより放熱するようになっている。なお、リザーブタンク３２に、複数の放熱フィンが形成されている構成であっても良い。
また、温度センサ３６は、波長変換素子２１の温度を測定するものであり、保持部材２２の左端面２２ｃ側に配置された波長変換素子２１に設けられている。
また、制御部３７は温度センサ３６により測定された波長変換素子２１の温度に基づいて、ポンプ３１を制御する。
ここで、少なくとも１つのエミッタ群１１ｂにおける平均波長がそれ以外のエミッタ群１１ｂにおける平均波長と異なっている。そして、波長変換素子２１のピッチが異なっているため、温度制御部３０は、４つの波長変換素子２１の温度が同じになるように制御することで、少なくとも１つの波長変換素子２１から射出された光の波長が、他の波長変換素子２１から射出される光の波長とは異なる。
【００５２】
具体的には、制御部３７が、温度センサ３６により測定された波長変換素子２１の温度に基づいて、ポンプ３１の単位時間あたりの流量を制御し、ポンプ３１から送出される温調媒体Ｗの流速を変化させる。すなわち、温度センサ３６により測定された温度が所定の温度（位相整合温度）より大きい場合は、制御部３７は、温調媒体Ｗの流速が速くなるようにポンプ３１を制御し、温度センサ３６により測定された温度が所定の値より小さい場合は、制御部３７は、温調媒体Ｗの流速が遅くなるようにポンプ３１を制御する。このように、波長変換素子２１の温度をフィードバック制御することにより、すべての波長変換素子２１を一定の温度に保つことが可能となる。
【００５３】
また、波長選択素子１３は、図１に示すように、波長変換素子２１から射出された所定の選択波長のレーザ光（図１に示す破線）Ｌ１を選択して半導体レーザ素子１１に向かって反射させることによってエミッタ１１ａ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）Ｌ２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。
【００５４】
次に、波長変換素子２１の温度制御について説明する。
ポンプ３１により送出された温調媒体Ｗは、配管３４を通り、流入口２８ａから保持部材２２の収容空間Ｋに流入する。そして、温調媒体Ｗは、収容空間Ｋの波長変換素子２１の入射端面２１ａ側から配列方向に進み、保持部材２２の右端面２２ｄにおいて波長変換素子２１の射出端面２１ｂ側から左端面２２ｃに折り返す。このようにして、温調媒体Ｗは収容空間Ｋ内において左周りに流れる。
このとき、半導体レーザ素子１１から射出されたレーザ光により加熱された波長変換素子２１の熱が、温調媒体Ｗに伝達され、この熱は、リザーブタンク３２を介してヒートシンクにより外部に放熱される。そして、冷却された温調媒体Ｗが、再び配管３４から保持部材２２の収容空間Ｋに流入する。
【００５５】
本実施形態に係る光源装置１０では、少なくとも１つのエミッタ群１１ｂにおける平均波長がそれ以外のエミッタ群１１ｂにおける平均波長と異なっており、この平均波長に応じた波長変換素子２１を備えている。これにより、温度制御部３０により複数の波長変換素子２１の温度が同じになるように制御することで、異なる波長変換素子２１から射出される光同士の干渉性を低下させることができる。
つまり、本実施形態の光源装置１０は、波長変換素子２１の温度制御を行うことによって、干渉性の低い光を効率良く射出することが可能である。
【００５６】
また、流入口２８ａ及び流出口２８ｂが保持部材２２の一方の面（左端面２２ｃ）に設けられているため、流入口２８ａと流出口２８ｂとを接続する配管３３，３４，３５が短くて済むため、コンパクト化を図ることが可能となる。
また、エミッタ１１ａから射出された光が入射される入射端面２１ａ側が射出端面２１ｂ側に比べて温度が上がるため、流入口２８ａを流出口２８ｂより波長変換素子２１の入射端面２１ａ側に配置することにより、冷却された温調媒体Ｗがまず入射端面２１ａ側に接触するため、効率良く波長変換素子２１の温度を所望の温度にすることが可能となる。
また、波長変換素子２１の断面形状が略円形状であるので、直方体状である場合に比べて、温調媒体Ｗの収容空間Ｋ内での流動抵抗が小さくなるため、温調媒体Ｗを効率良く流すことが可能となる。これにより、４つの波長変換素子２１を所定の温度に調節し易くなる。
【００５７】
また、温調媒体Ｗが、４つの波長変換素子２１の配列方向に沿って流動されるため、温調媒体Ｗが流動しながら、４つの波長変換素子２１に接触することが可能となる。これにより、４つの波長変換素子２１の温度を制御し易くなる。
さらに、エミッタ１１ａ間のピッチＰ１は、エミッタ群１１ｂの端のエミッタ１１ａのピッチＰ２より小さいので、エミッタ１１ａで発生する熱が蓄積することによって半導体レーザ素子１１の中央が高温になるのが抑えられ、エミッタ１１ａ間の温度均一化を図ることができる。また、各エミッタ群１１ｂに対する波長変換素子２１の配置の自由度が高くなる。
また、保持部材２２にポンプ３２、ヒートシンク３２ａを設けることにより、装置全体の小型化を図ることが可能となる。また、保持部材２２の収容空間Ｋ内に設けることにより、収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗの温度を直接変えることや、直接温調媒体Ｗを流動させることができるため、効果的に収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗを循環させることが可能となる。
しかしながら、保持部材２２にポンプ３１やリザーブタンク３２を設けてしまうと、ポンプ３１及びリザーブタンク３２の大きさにある程度の制約が生じてしまう場合もある。これにより、循環能力の大きいポンプや冷却能力の大きいリザーブタンクを備えることが困難になってしまう。そこで、本実施形態では、ポンプ３１やリザーブタンク３２を保持部材とは別の位置に設けているため、ポンプ３１やリザーブタンク３２の大きさの制約を解消することが可能となる。
【００５８】
また、温調媒体として、水を用いたが水以外の液体であっても良いし、気体であっても良い。また、流動手段としてポンプを用い、温度変化手段としてリザーブタンクを用いたがこれに限るものではない。
また、温調媒体Ｗを冷却し、波長変換素子２１を冷却することで複数の波長変換素子２１の温度を均一にしたが、リザーブタンク３２が例えば、ヒータを備えた構成であっても良い。この構成では、波長変換素子２１を加熱することで複数の波長変換素子２１の温度を均一にすることができる。
なお、本実施形態では４つの波長変換素子２１を用いたが、よりスペックルノイズの発生を低減させるためには、できるだけ多くの波長変換素子２１及びそれに対応したエミッタ群１１ｂを備え、エミッタ群１１ｂにおける平均波長が他のエミッタ群１１ｂにおける平均波長と異ならせることが好ましい。
また、１つのエミッタ群１１ｂが３つのエミッタ１１ａを備える構成であったが、これに限るものではない。１つのエミッタ群１１ｂが有するエミッタ１１ａの数を増やすことにより、よりスペックルノイズの発生を低減することができる。
また、温度センサ３６、制御部３７は必ずしも備えていなくても良いが、温度センサ３６の値に基づいて制御部３７により流速を制御することで、より正確に温度調節をすることが可能となる。
さらには、流速が一定で、リザーブタンク３２に貯留された温調媒体Ｗの温度を調節しても良い。
また、温度センサ３６を保持部材２２の左端面２２ｃ側の波長変換素子２１に設けたが、温度センサ３６を設ける波長変換素子２１はこれに限らず、いずれの波長変換素子２１であっても良い。また、温度センサ３６を１つだけでなく、複数の波長変換素子２１に設けても良い。さらには、温度センサ３６を設ける位置は、波長変換素子２１に限定されず、収容空間Ｋの内壁に設けて、温調媒体Ｗの温度を測定しても良い。
また、保持部材２２の端面２２ｂ側に波長変換素子２１を抑えて固定する固定部材を設けることで、波長変換素子２１の位置をより安定して固定することができる。
【００５９】
［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４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４０では、流入口４１ａと、流出口４１ｂとの配置において第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。
【００６０】
流入口４１ａは、保持部材２２の左端面２２ｃに設けられており、流出口４１ｂは、保持部材２２の右端面２２ｄに設けられている。つまり、流入口４１ａ及び流出口４１ｂは、保持部材２２の収容空間Ｋに向かって波長変換素子２１の配列方向に対して平行な方向（成長軸方向に対して垂直な方向）に形成されている。このようなに流入口２８ａ及び流出口２８ｂを設けることにより、温調媒体Ｗを波長変換素子２１の配列方向に流すことを可能にする。
【００６１】
また、流入口４１ａと流出口４１ｂとは、第１実施形態と同様に、ポンプ３１と、リザーブタンク３２と、配管３３，３４，３５により接続されている。また、温度センサ４２ａ，４２ｂは、波長変換素子２１の温度を測定するものであり、温度センサ４２ａは、保持部材２２の左端面２２ｃ側に配置された波長変換素子２１に設けられ、温度センサ４２ｂは、保持部材２２の右端面２２ｄ側に配置された波長変換素子２１に設けられている。
また、温度センサ４２ａ，４２ｂは、ポンプ３１に設けられた制御部４５に接続されている。
また、本実施形態では、収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗが一方向（保持部材２２の左端面２２ｃ側から右端面２２ｄに向かって）にしか流れない。これにより、制御部４５は、収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗの速度を制御することで、４つの波長変換素子２１のうち、流入口４１ａ側の波長変換素子２１の温度が最も低く、流出口４１ｂに向かうに連れて徐々に波長変換素子２１の温度が高くなるように制御することが可能となる。
この制御部４５は、温度センサ４２ａ，４２ｂにより測定された波長変換素子２１の温度差に基づいて、ポンプ３１の単位時間あたりの流量を制御し、ポンプ３１から送出される温調媒体Ｗの流速を変化させる。すなわち、温度センサ４２ａ，４２ｂにより測定された温度が所定の温度差より大きい場合は、制御部３７は、温調媒体Ｗの流速が速くなるようにポンプ３１を制御し、温度センサ４２ａ，４２ｂにより測定された温度が所定の温度差より小さい場合は、制御部４５は、温調媒体Ｗの流速が遅くなるようにポンプ３１を制御する。このようにして、４つの波長変換素子２１に温度勾配を付与している。
【００６２】
また、第１実施形態では、位相整合の方法として、各波長変換素子２１の温度が同じになるように制御し、各波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチを異ならせたが、本実施形態では、各波長変換素子２１の温度を異ならせる。そのため、４つの波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチは同じである。すなわち、半導体レーザ素子１１は、第１実施形態と同様の構成であるため、エミッタ１１ａの出力波長が異なるが、波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチが同一であるため、対応するエミッタ群１１ｂに対して位相整合していない。すなわち、波長変換素子２１を所定の温度差に保つことにより、位相整合するようになっている。
【００６３】
本実施形態に係る光源装置４０では、流入口４１ａが波長変換素子２１の保持部材２２の左端面２２ｃに設けられ、流出口４１ｂが保持部材２２の右端面２２ｄに設けられているため、温調媒体Ｗを波長変換素子２１の配列方向の一方向に向かってのみ流すことができる。これにより、４つの波長変換素子２１には、徐々に温度勾配が付与されるため、４つの波長変換素子２１から射出される光の波長が異なる。これにより、光同士の干渉性を低下させることができるため、スペックルノイズを低減させることが可能となる。
【００６４】
なお、エミッタ１１ａの出力波長がすべて同じであっても良い。この構成では、上述したように、４つの波長変換素子２１のうち、少なくとも１つの波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチが、他の波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチと異なるように、波長変換素子２１の温度を制御すれば良い。これにより、複数のエミッタ１１ａの出力波長がすべて同じであっても、波長変換素子２１から射出される光の波長を変えることができるため、スペックルノイズを低減することができる。すなわち、波長変換素子２１の変換効率は若干落ちるが、スペックルノイズの発生を低減することは可能となる。この構成の場合、半導体レーザ素子１１のエミッタ１１ａの出力波長がすべて同じであるため、半導体レーザ素子１１の製造が簡単となる。
制御部４５は、温度センサ４２ａ，４２ｂにより測定された温度差に基づいてポンプ３１を制御したが、光源装置４０から射出される光のスペックルノイズの発生状況に応じて、流速を変化させ波長変換素子２１の温度を変えても良い。
【００６５】
［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５を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置５０では、１つのエミッタ１１ａに対応して１つの波長変換素子５５を用いる点において第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。
【００６６】
半導体レーザ素子５１は、図５に示すように、８個のエミッタ５１ａが一列に配置されている。また、波長変換素子５５は、８個のエミッタ５１ａのそれぞれに対向して配置されている。また、波長変換素子５５の断面積は、１つのエミッタ５１ａから射出される光のスポットが入射可能な大きさとなっており、第１実施形態の波長変換素子２１の断面積より小さくなっている。これにより、本実施形態の保持部材５２では、第１実施形態の保持部材２２に比べて多い８つの波長変換素子５５を用いているが、保持部材５２の大きさは第１実施形態の保持部材２２の大きさとあまり変わらない。
保持部材５２は、図５に示すように、直方体状であり、内部に収容空間Ｋが形成されている。また、保持部材５２は、半導体レーザ素子５１が配置された側の端面５２ａに沿って、端面５２ａから収容空間Ｋに向かって貫通した８つの入射側貫通孔５３と、端面５２ａと反対の端面５２ｂに沿って端面５２ｂから収容空間Ｋに向かって貫通した８つの射出側貫通孔５４とが形成されている。そして、第１実施形態と同様に、段差５６により波長変換素子５５が成長軸方向に位置決めされる。
また、保持部材５２の左端面５２ｃに、ポンプ３１と、リザーブタンク３２と、配管３３，３４，３５と、制御部３７とを備えており、温度センサ３６が保持部材５２の左端面５２ｃ側に配置された波長変換素子５５に設けられている。
【００６７】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、制御部３７は、温度センサ３６により測定された温度に基づいて、温調媒体Ｗの流速を制御する。そして、温調媒体Ｗの流れを図５において矢印Ｆで示すと、最も左端面５２ｃ側に配置された波長変換素子５５の入射端面５５ａ側から流入した温調媒体Ｗは、波長変換素子５５の入射端面５５ａ側を配列方向に進み、最も右端面５２ｄ側に配置された波長変換素子５５の射出端面５５ｂ側から最も左端面５２ｃ側に配置された波長変換素子２１の射出端面５５ｂ側に向かう。このようにして、８つの波長変換素子５５の温度を一定に保つ。
【００６８】
本実施形態は、８個のエミッタ５１ａ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、出力波長のバラツキが、例えば１ｎｍであるエミッタ５１ａを備える。そして、各エミッタ５１ａに対応した波長変換素子５５としては、エミッタ５１ａから射出された光を所定の波長に変換する素子を用いる。これにより、各波長変換素子５５から射出される光の波長は異なるため、光源装置５０から射出される光の干渉性を抑えることができる。
【００６９】
本実施形態に係る光源装置５０では、１つのエミッタ５１ａに１つの波長変換素子５５が対応しているため、対応するエミッタ５１ａからの光の波長に対して波長変換素子５５を１対１に位相整合させれば良く、波長変換素子５５の変換効率を最大限に高めることが可能となる。
なお、エミッタ５１ａから射出される光の出力波長がすべて異なる場合、この出力波長に応じた周期分極反転構造のピッチを有する波長変換素子５５を用いても良いが、１種類の周期分極反転構造のピッチで、ある範囲の出力波長を有するエミッタ５１ａを包含させても良い。このようにすることで、周期分極反転構造のピッチが異なる波長変換素子の数を減らすことができるため、より製造コストを抑えることが可能となる。
【００７０】
［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６を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置６０では、１つの収容空間Ｋ１に１つの波長変換素子２１が保持されている点において第１実施形態と異なる。すなわち、外部に温度制御部を設けるのではなく、本実施形態では、収容空間の内部に温度制御部を設け、波長変換素子２１を個々に制御する。その他の構成においては第１実施形態と同様である。
【００７１】
保持部材６１は、隣接する波長変換素子２１との間に内壁６２が設けられている。これにより、保持部材６１には、略円柱状の４つの収容空間Ｋ１が設けられ、４つの波長変換素子２１はそれぞれ収容空間Ｋ１に充填された温調媒体Ｗに浸されている。
また、温度制御部６５は、波長変換素子２１の入射端面２１ａ側の底面６３に設けられたヒータ（温度変化手段）６６と、側面６４に設けられたモータ（流動手段）６７とを備えている。これにより、各収容空間Ｋ１の温調媒体Ｗは、個別にヒータ６６により暖められ、モータ６７により攪拌される。このようにして、収容空間Ｋ１内の波長変換素子２１の温度を均一な温度に保っている。
【００７２】
また、第１実施形態では、位相整合の方法として、各波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチを異ならせたが、本実施形態では、第２実施形態と同様に、各波長変換素子２１の温度を異ならせる。そのため、４つの波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチは同じである。すなわち、半導体レーザ素子１１は、第１実施形態と同様の構成であるため、各波長変換素子２１は、対応するエミッタ群１１ｂに対して位相整合していない。すなわち、波長変換素子２１を所定の温度に制御することにより、所望のピッチとさせ、位相整合するようになっている。
【００７３】
本実施形態に係る光源装置５０では、収容空間Ｋ１が波長変換素子２１ごとに設けられているため、波長変換素子２１の温度を個別に制御することができるので、波長変換素子２１の周期分極反転構造のピッチが所望のピッチとなるように波長変換素子２１の温度を制御し易くなる。
また、固体の熱伝導率が高い材質からなる保持部材を波長変換素子２１の一部に接触させ、熱伝導により温度制御を行う場合よりも、波長変換素子２１内での温度勾配も小さく、波長変換素子２１の温度制御を正確に行うことが可能となる。
【００７４】
なお、半導体レーザ素子１１から射出される光の波長は特に限定されるものではなく、温度制御部６５が、複数の波長変換素子２１から射出された光の波長のうち、少なくとも１つの波長変換素子２１から射出される光の波長が、他の波長変換素子２１から射出される光の波長とは異なるように、波長変換素子２１の温度を制御すれば良い。
また、温度制御部６５が、各収容空間Ｋ１に温度センサを備えていても良い。そして、この温度センサにより測定された温度に基づいてヒータ６６を制御することにより、より正確に波長変換素子２１の温度を調節することが可能となる。さらに、温度制御部６５が、温度センサにより測定された温度に基づいてモータ６７の回転速度を調整し収容空間Ｋ内の温調媒体Ｗの流動速度を調整しても良い。
また、必ずしもモータ６７を設ける必要はないが、波長変換素子２１内の温度をより均一に制御するにはモータ６７を設けた方が効果的である。また、ヒータ６６及びモータ６７を保持部材２２の外部に設けても良い。
また、ヒータ６６を用いて波長変換素子２１を加熱することにより温度を制御したが、温度変化手段として温調媒体Ｗを冷却させる部材を用いても良い。すなわち、保持部材６１に放熱フィン形状を設けて放熱しても良い。
【００７５】
［第４実施形態の変形例］
図７に示す第４実施形態の変形例の光源装置７０では、図６に示す第４実施形態の保持部材６１が内壁６２で分割された構成となっている。すなわち、保持部材７１が、波長変換素子２１ごとに設けられ、各波長変換素子２１を保持している。また、保持部材７１は、所定の間隔をあけてエミッタ群１１ｂに対向して配置されている。
これにより、波長変換素子２１の温度を個別に制御することができるとともに、隣接する波長変換素子２１を保持する保持部材７１とは熱伝達が行われにくくなるため、波長変換素子２１ごとのより正確な温度制御を行うことが可能となる。
なお、隣接する保持部材７１間に断熱部材を設けて、隣同士の波長変換素子２１の熱伝導をより抑える構成であっても良い。
【００７６】
［第５実施形態］
次に、本発明に係る第５実施形態について、図８を参照して説明する。
なお、図８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。
【００７７】
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）１０Ｒ，緑色レーザ光源（光源装置）１０Ｇ、青色レーザ光源（光源装置）１０Ｂ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１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ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。
【００７８】
さらに、プロジェクタ１００は、レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ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１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ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１０２ａ及びフィールドレンズ１０２ｂによって構成される。
【００７９】
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。
【００８０】
上述した本実施形態のプロジェクタ１００は、赤色レーザ光源１０Ｒ，緑色レーザ光源１０Ｇ，青色レーザ光源１０Ｂが、スペックルノイズを抑えることが可能であるため、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。
【００８１】
なお、本実施形態のプロジェクタにおいて、赤色，緑色及び青色のレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂについては、第１実施形態の波長変換素子ユニット２０を用いたものを説明したが、第１〜第４実施形態の光源装置（変形例を含む）を用いることも可能である。このとき、各光源装置１０のそれぞれに異なる波長変換素子ユニットを有する光源装置を採用することも可能であるし、同じ波長変換素子ユニットを有する光源装置を採用することも可能である。
また、平均波長の異なる群の構成で、同一色の中の波長を微妙にずらす構成だけでなく、すなわち、ＲＧＢ３色を構成できるような大きな波長違いにも対応できる。例えば、３色各３ブロックずつ（同一色内の３ブロックは少しずつ波長をずらす）の９ブロックの構成であっても良い。
【００８２】
また、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いても良いし、反射型のライトバルブを用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
また、第１〜第４実施形態の光源装置（変形例を含む）を、レーザ光源（光源装置）からのレーザ光をスクリーン上で走査させることにより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である走査手段を有するような走査型の画像表示装置（プロジェクタ）の光源装置にも適用するこが可能である。
【００８３】
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。
【００８４】
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、例えば、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。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光源装置を示す要部断面図である。
【図２】図１の光源装置の一部の斜視図である。
【図３】図１の光源装置の波長変換素子を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光源装置を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る光源装置を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態の変形例に係る光源装置を示す要部断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係るプロジェクタを示す光路図である。
【符号の説明】
【００８６】
Ｋ，Ｋ１…収容空間、１０，４０，５０，６０，７０…光源装置、１１，５１…半導体レーザ素子（光源）、１１ａ，５１ａ…エミッタ（発光部）、２１…波長変換素子、２２，５２…保持部材、２５，５６…段差、２８ａ，４１ａ…流入口（流入部）、２８ｂ，４１ｂ…流出口（流出部）、３０，６５…温度制御部、３１…ポンプ（流動手段）、３２…リザーブタンク、３２ａ…ヒートシンク（温度変化手段）、３６，４２ａ，４２ｂ…温度センサ（温度測定手段）、６６…ヒータ（温度変化手段）、６７…モータ（流動手段）、１００…プロジェクタ
【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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