(57)【要約】【課題】装置の小型化、低消費電力化および位置合わせ作業の負担の軽減を図りつつ、多色可視光を得る。【解決手段】赤、緑、青の光の２倍の波長λ１、λ２、λ３の半導体レーザ１０１〜１０３を用い、光ファイバ１０６ａ〜１０６ｃを介して取り出した三つの光をファイバカップラ１０５で一つにまとめて、３つ波長λ１、λ２、λ３の光の第二高調波を同時に発生できるように設計された一つのＳＨＧ結晶１０４に入射し、ＳＨＧ結晶１０４の一つの出力ポート１０８から光を出力させる。【選択図】　　　図１
2004138701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる光を出射する複数の光源と、
前記複数の光源から出射された光を合波する合波手段と、
前記合波された光の各波長の第２高調波を一括して発生させる波長変換結晶とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
波長の異なる光を出射する複数の光源と、
前記複数の光源から出射される光の各波長の第２高調波を発生させる第２高調波発生領域が個別に形成された波長変換結晶と、
前記波長変換結晶に形成され、前記第２高調波発生領域で発生された第２高調波を合波して外部に出射する光導波路とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記複数の光源は、
赤色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第１の半導体レーザと、
緑色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第２の半導体レーザと、
青色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第３の半導体レーザとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
第２の波長の光を出射する第２の光源と、
第３の波長の光を出射する第３の光源と、
前記第２の波長の光および前記第３の波長の光を合波する合波手段と、
前記第２および第３の波長の第２高調波を一括して発生させる第２高調波発生領域が形成された波長変換結晶と、
前記波長変換結晶に形成され、前記第１の波長の光および前記第２高調波発生領域で発生された第２高調波を合波して外部に出射する光導波路とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
第２の波長の光を出射する第２の光源と、
第３の波長の光を出射する第３の光源と、
前記第２および第３の波長の第２高調波を発生させる第２高調波発生領域が個別に形成された波長変換結晶と、
前記波長変換結晶に形成され、前記第１の波長の光および前記各第２高調波発生領域で発生された第２高調波を合波して外部に出射する光導波路とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記第１の光源は、赤色のレーザ光を出射する第１の半導体レーザ、前記第２の光源は、緑色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第２の半導体レーザ、前記第３の光源は、青色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第３の半導体レーザであることを特徴とする請求項４または５記載の発光装置。
【請求項７】
前記各半導体レーザから出射されるレーザ光を直接変調する変調手段をさらに備えることを特徴とする請求項３または６記載の発光装置。
【請求項８】
前記波長変換結晶から出射された出力光を走査させる走査手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の発光装置。
【請求項９】
波長の異なる光を出射する複数の光源と、
前記複数の光源から出射された光の少なくとも一部の波長を第２高調波に変換し、複数の波長の光を一箇所から出力する波長変換結晶と、
前記各光源から出射される光を変調する変調手段と、
前記波長変換結晶から出力された光を走査させる走査手段と、
画像信号に基づいて前記変調手段および前記走査手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置および画像形成装置に関し、特に、光の三原色を用いる表示装置、印刷装置、あるいは任意の色を出射するポインタなどに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光装置では、例えば、非特許文献１に開示されているように、色の三原色である赤色光、緑色光および青色光を得るために、緑色光および青色光については、Ｎｄ：ＹＡＧ、またはＮｄ：ＹＶＯ４の固体レーザと、緑色光および青色光の波長の第二高調波（ＳＨＧ）を発生させる波長変換結晶（ＳＨＧ結晶）を用い、赤色光については、赤色波長で発振する半導体レーザを用いる方法があった。
【０００３】
ここで、赤色光、緑色光および青色光を発生される光源はそれぞれ個別に構成され、これらの赤色光、緑色光および青色光は、それぞれＡＯＭ変調器（音響‐光学変調器）により個別に強度変調が行われる。
そして、強度変調された赤色光、緑色光および青色光はそれぞれ空間内を進み、ある一点に集光されて加法混色が行なわれることにより、任意の色を知覚させることが行なわれていた。
また、その任意の色の光ビームをポリゴンミラー等により１次元的に走査させ、また印刷用紙を走査することにより、二次元の像を作成していた
【０００４】
【非特許文献１】
レーザ研究：１９９８年１２月、８６１頁〜８６６頁、Ｆｉｇ．９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発光装置では、赤色光、緑色光および青色光の光源がそれぞれ個別に構成されることから、３個の光ビームを重ね合わせるために、三個の光源についての光学系の位置合わせが必要になり、位置合わせ作業に手間がかかるという問題があった。
【０００６】
また、それぞれの光源の大きさが数センチメートル程度となることから、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ平行に近い形で重ね合わせるには、ある程度大きな空間距離が必要になり、発光装置が大型化するという問題があった。
また、緑色光および青色光を得るために、Ｎｄ：ＹＡＧ、またはＮｄ：ＹＶＯ４の固体レーザが用いられるため、半導体レーザを用いた場合に比べ、消費電力が大きくなるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、小型・低消費電力化および位置合わせ作業の負担の軽減を図りつつ、多色可視光を得ることが可能な発光装置および画像形成装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の発光装置によれば、波長の異なる光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光を合波する合波手段と、前記合波された光の各波長の第２高調波を一括して発生させる波長変換結晶とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、波長変換結晶内で波長変換を行ないつつ、波長の異なる光を加法混色させて、波長変換結晶の１点から出射させることが可能となる。
このため、加法混色を行なうために、波長変換結晶から出射された光を空間内で進ませながら、１点に集中させる必要がなくなり、発光装置の小型化を図ることが可能となるとともに、光学系の位置合わせ作業の負担を軽減することが可能となる。
【０００９】
また、波長変換結晶内で波長変換を行うことにより、２倍の波長の光源を用いることが可能となり、実用化の容易な波長帯の光源を用いて多色可視光を生成することが可能となることから、低価格・高出力・高信頼性・低消費電力化を図ることが可能となる。
また、請求項２記載の発光装置によれば、波長の異なる光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射される光の各波長の第２高調波を発生させる第２高調波発生領域が個別に形成された波長変換結晶と、前記波長変換結晶に形成され、前記第２高調波発生領域で発生された第２高調波を合波して外部に出射する光導波路とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、波長の異なる光を波長変換結晶内で個別に波長変換させることが可能となり、波長の異なる光を波長変換結晶内に個別に入射させた場合においても、波長変換結晶内で波長変換を行ないつつ、波長の異なる光を加法混色させて、波長変換結晶の１点から出射させることが可能となる。
このため、波長変換結晶から出射された光を空間内で進ませながら、１点に集中させる必要がなくなり、発光装置のより一層の小型化を図ることが可能となるとともに、光学系の位置合わせ作業の負担を軽減することが可能となる。
【００１１】
また、波長変換結晶内で波長変換を行うことにより、２倍の波長の光源を用いることが可能となり、実用化の容易な波長帯の光源を用いて多色可視光を生成することが可能となることから、低価格・高出力・高信頼性・低消費電力化を図ることが可能となる。
また、請求項３記載の発光装置によれば、前記複数の光源は、赤色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第１の半導体レーザと、緑色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第２の半導体レーザと、青色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第３の半導体レーザとを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、実用化の容易な赤外光用半導体レーザを用いることで、多色可視光を生成することが可能となり、発光装置の低価格・高出力・高信頼性・低消費電力化を図ることが可能となる。
また、請求項４記載の発光装置によれば、第１の波長の光を出射する第１の光源と、第２の波長の光を出射する第２の光源と、第３の波長の光を出射する第３の光源と、前記第２の波長の光および前記第３の波長の光を合波する合波手段と、前記第２および第３の波長の第２高調波を一括して発生させる第２高調波発生領域が形成された波長変換結晶と、前記波長変換結晶に形成され、前記第１の波長の光および前記第２高調波発生領域で発生された第２高調波を合波して外部に出射する光導波路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、２つの波長の異なる光を波長変換結晶内で一括して波長変換させることが可能となり、波長の異なる二次高調波を発生しない光を波長変換結晶内に個別に入射させた場合においても、波長変換結晶内で一部の波長の光の波長変換を行ないつつ、波長の異なる光を加法混色させて、波長変換結晶の１点から出射させることが可能となる。
【００１４】
このため、波長変換結晶から出射された光を空間内で進ませながら、１点に集中させる必要がなくなり、発光装置の小型化を図ることが可能となるとともに、光学系の位置合わせ作業の負担を軽減することが可能となる。
また、波長変換結晶内で一部の波長の光の波長変換を行うことにより、一部の光源については２倍の波長の光源を用いる必要がなくなる。
【００１５】
このため、実用化の容易な波長帯については第１の光源からの出射光をそのまま用い、実用化の困難な波長帯については第２および第３の光源からの出射光の第２高調波を用いることで、多色可視光を生成することが可能となり、第１の波長の光の利用効率を向上させることが可能となる。
また、請求項５記載の発光装置によれば、第１の波長の光を出射する第１の光源と、第２の波長の光を出射する第２の光源と、第３の波長の光を出射する第３の光源と、前記第２および第３の波長の第２高調波を発生させる第２高調波発生領域が個別に形成された波長変換結晶と、前記波長変換結晶に形成され、前記第１の波長の光および前記各第２高調波発生領域で発生された第２高調波を合波して外部に出射する光導波路とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、波長変換結晶内で一部の波長の光の波長変換を行ないつつ、波長の異なる光を加法混色させて、波長変換結晶の１点から出射させることが可能となる。
このため、加法混色を行なうために、波長変換結晶から出射された光を空間内で進ませながら、１点に集中させる必要がなくなり、発光装置の小型化を図ることが可能となるとともに、光学系の位置合わせ作業の負担を軽減することが可能となる。
【００１７】
また、波長変換結晶内で一部の波長の光の波長変換を行うことにより、一部の光源については２倍の波長の光源を用いる必要がなくなる。
このため、実用化の容易な波長帯については第１の光源からの出射光をそのまま用い、実用化の困難な波長帯については第２および第３の光源からの出射光の第２高調波を用いることで、多色可視光を生成することが可能となり、第１の波長の光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、請求項６記載の発光装置によれば、前記第１の光源は、赤色のレーザ光を出射する第１の半導体レーザ、前記第２の光源は、緑色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第２の半導体レーザ、前記第３の光源は、青色光の波長の２倍の波長のレーザ光を出射する第３の半導体レーザであることを特徴とする。これにより、緑色光および青色光を実現するために、実用化の容易な赤外光用半導体レーザを用いることが可能となり、発光装置の低価格・高出力・高信頼性・低消費電力化を図ることが可能となる。
【００１９】
また、請求項７記載の発光装置によれば、前記各半導体レーザから出射されるレーザ光を直接変調する変調手段をさらに備えることを特徴とする。
これにより、外部変調器が不要になり、発光装置の小型化を図ることが可能となるとともに、ＡＯＭ変調器を用いた場合に比べ、１０Ｍｂ／ｓ以上の高速変調にも対応することが可能となる。
【００２０】
また、請求項８記載の発光装置によれば、前記波長変換結晶から出射された出力光を走査させる走査手段をさらに備えることを特徴とする。
これにより、光学系の構成の簡略化を可能としつつ、多色画像を生成することが可能となる。
また、請求項９記載の画像形成装置によれば、波長の異なる光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光の少なくとも一部の波長を第２高調波に変換し、複数の波長の光を一箇所から出力する波長変換結晶と、前記各光源から出射される光を変調する変調手段と、前記波長変換結晶から出力された光を走査させる走査手段と、画像信号に基づいて前記変調手段および前記走査手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
これにより、小型・軽量化および低消費電力化を図りつつ、波長変換結晶の出力光からフルカラー画像を形成して、そのフルカラー画像を投影させることが可能となり、携帯可能でバッテリー駆動可能なプロジェクタを提供することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る発光装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
図１において、発光装置には、波長λ１のレーザ光を出射する半導体レーザ１０１、波長λ２のレーザ光を出射する半導体レーザ１０２、波長λ３のレーザ光を出射する半導体レーザ１０３、３×１ファイバカップラ１０５およびＳＨＧ結晶１０４が設けられている。
【００２３】
ここで、半導体レーザ１０１〜１０３から出射されるレーザ光の波長λ１、λ２、λ３は、例えば、赤色光、緑色光および青色光の２倍の波長にそれぞれ設定され、半導体レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長λ１は、例えば、１．３μｍ、半導体レーザ１０２から出射されるレーザ光の波長λ２は、例えば、１．０６μｍ、半導体レーザ１０３から出射されるレーザ光の波長λ３は、例えば、０．９４μｍに設定することができる。
【００２４】
また、ＳＨＧ結晶１０４は、半導体レーザ１０１〜１０３からそれぞれ出射された波長λ１、λ２、λ３のレーザ光の第二高調波を同時に発生できるように設計され、ＳＨＧ結晶１０４には、１個の入力ポート１０７および１個の出力ポート１０８が設けられている。
そして、半導体レーザ１０１〜１０３は、光ファイバ１０６ａ〜１０６ｃをそれぞれ介して３×１ファイバカップラ１０５の入力に接続され、３×１ファイバカップラ１０５の出力は、ＳＨＧ結晶１０４の入力ポート１０７に接続され、ＳＨＧ結晶１０４の出力ポート１０８は光ファイバ１０９に接続されている。
【００２５】
そして、各半導体レーザ１０１〜１０３から出射されるレーザ光は直接変調により強度変調され、光ファイバ１０６ａ〜１０６ｃをそれぞれ介して３×１ファイバカップラ１０５に入力される。
そして、３×１ファイバカップラ１０５にて、各半導体レーザ１０１〜１０３から出射された波長λ１、λ２、λ３のレーザ光が合波された後、ＳＨＧ結晶１０４の入力ポート１０７に入射される。
【００２６】
そして、ＳＨＧ結晶１０４の入力ポート１０７に入射された波長λ１、λ２、λ３のレーザ光は、ＳＨＧ結晶１０４内にて、波長λ１／２、λ２／２、λ３／２の光に一括して変換され、出力ポート１０８を介して光ファイバ１０９に出射される。
なお、ＳＨＧ結晶１０４の出力ポート１０８を光ファイバ１０９と結合させて、ＳＨＧ結晶１０４から出射された光をファイバ出力の形で取り出すことにより、光を空間内で進ませる場合の光の直進性の律則を逃れることができ、光ファイバ１０９を曲げることで、非常に狭い空間を使って任意の場所に光を導くことができる。
【００２７】
このように、上述した第１実施形態では、赤色光、緑色光および青色光の２倍の波長λ１、λ２、λ３の半導体レーザ１０１〜１０３を用い、光ファイバ１０６ａ〜１０６ｃを介して取り出したこれら三つのレーザ光をファイバカップラ１０５で一つにまとめて、３つの波長λ１、λ２、λ３のレーザ光の第二高調波を同時に発生できるように設計された一つのＳＨＧ結晶１０４に入射させ、ＳＨＧ結晶１０４の一つの出力ポート１０８から波長λ１／２、λ２／２、λ３／２の光を同時に出力させる。
【００２８】
これにより、赤色光、緑色光および青色光の光源が個別に構成されることをなくして、これらの光の平行光を得るための大きな空間を不要とすることが可能となるとともに、３つの光の光軸合わせからも解放することができ、発光装置の小型化、低コスト化、空間の省スペース化を実現することが可能となる。
また、半導体レーザ１０１〜１０３を使用することで低消費電力化が可能となるとともに、半導体レーザ１０１〜１０３を直接変調することで、ＡＯＭ変調器を用いた場合に比べ、１ＯＭｂ／ｓ以上の高速変調にも対応しつつ、任意の色の光をＳＨＧ結晶１０４の一つの出力ポート１０８から得ることができる。
【００２９】
なお、各半導体レーザ１０１〜１０３の出力の変調は、ＡＯＭ変調器を用いた外部変調によっても可能である。
また、ＳＨＧ結晶１０４から出射された光をポリゴンミラー等によって走査することで、二次元像を作るようにしてもよい。
図２は、本発明の第２実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
【００３０】
図２において、発光装置には、波長λ１のレーザ光を出射する半導体レーザ２０１、波長λ２のレーザ光を出射する半導体レーザ２０２、波長λ３のレーザ光を出射する半導体レーザ２０３およびＳＨＧ結晶２０４が設けられている。
ここで、半導体レーザ２０１〜２０３から出射されるレーザ光の波長λ１、λ２、λ３は、例えば、赤色光、緑色光および青色光の２倍の波長にそれぞれ設定され、半導体レーザ２０１から出射されるレーザ光の波長λ１は、例えば、１．３μｍ、半導体レーザ２０２から出射されるレーザ光の波長λ２は、例えば、１．０６μｍ、半導体レーザ２０３から出射されるレーザ光の波長λ３は、例えば、０．９４μｍに設定することができる。
【００３１】
また、ＳＨＧ結晶２０４には、半導体レーザ２０１〜２０３からそれぞれ出射された波長λ１、λ２、λ３のレーザ光の第二高調波を別個に発生させる第二高調波発生領域２１０〜２１２、第二高調波発生領域２１０〜２１２から出射された光をそれぞれ導波させる光導波路２１３ａ〜２１３ｃおよび各光導波路２１３ａ〜２１３ｃにより導波された光を合波させる３×１導波路カプラ２１４が形成されるとともに、３個の入力ポート２０７ａ〜２０７ｃおよび１個の出力ポート２０８が設けられている。
【００３２】
そして、半導体レーザ２０１〜２０３は、光ファイバ２０６ａ〜２０６ｃをそれぞれ介してＳＨＧ結晶２０４の入力ポート２０７ａ〜２０７ｃに接続され、ＳＨＧ結晶２０４の出力ポート２０８は光ファイバ２０９に接続されている。
そして、各半導体レーザ２０１〜２０３から出射されるレーザ光は直接変調により強度変調され、光ファイバ２０６ａ〜２０６ｃをそれぞれ介してＳＨＧ結晶２０４の入力ポート２０７ａ〜２０７ｃに入力される。
【００３３】
そして、ＳＨＧ結晶２０４の入力ポート２０７ａ〜２０７ｃにそれぞれ入射された波長λ１、λ２、λ３のレーザ光は、ＳＨＧ結晶２０４の各第二高調波発生領域２１０〜２１２にて、波長λ１／２、λ２／２、λ３／２の光にそれぞれ変換され、光導波路２１３ａ〜２１３ｃをそれぞれ介して３×１導波路カプラ２１４に入力される。
【００３４】
そして、３×１導波路カプラ２１４にて、各第二高調波発生領域２１０〜２１２から出射された波長λ１／２、λ２／２、λ３／２の光が合波された後、出力ポート２０８を介して光ファイバ２０９に出射される。
なお、ＳＨＧ結晶２０４の出力ポート２０８を光ファイバ２０９と結合させて、ＳＨＧ結晶２０４から出射された光をファイバ出力の形で取り出すことにより、光を空間内で進ませる場合の光の直進性の律則を逃れることができ、光ファイバ２０９を曲げることで、非常に狭い空間を使って任意の場所に光を導くことができる。
【００３５】
このように、上述した第２実施形態では、光ファイバ２０６ａ〜２０６ｃを介して取り出した赤色光、緑色光および青色光の２倍の波長λ１、λ２、λ３の光を、各波長λ１、λ２、λ３の光の第２次高調波がそれぞれ得られるように設計された一つのＳＨＧ結晶２０４内の三つの第二高調波発生領域２１０〜２１２にそれぞれ入射させ、各第二高調波発生領域２１０〜２１２にて赤色光、緑色光および青色光を得た後、それら赤色光、緑色光および青色光を同じＳＨＧ結晶２０４上に形成された３×１導波路カプラ２１４で一つにまとめて、一つの出力ポート２０８から出射させる。
【００３６】
これにより、赤色光、緑色光および青色光の光源が個別に構成されることをなくして、これらの光の平行光を得るための大きな空間を不要とすることが可能となるとともに、３つの光の光軸合わせからも解放することができ、発光装置の小型化、低コスト化、空間の省スペース化を実現することが可能となる。
また、赤色光、緑色光および青色光の２倍の波長λ１、λ２、λ３の光を一つのＳＨＧ結晶２０４内で個別に波長変換させることが可能となり、赤色光、緑色光および青色光の２倍の波長λ１、λ２、λ３の光をＳＨＧ結晶２０４内に個別に入射させることが可能となる。
【００３７】
このため、赤色光、緑色光および青色光の２倍の波長λ１、λ２、λ３の光をＳＨＧ結晶２０４の前段で合波させる必要がなくなることから、発光装置のより一層の小型化、空間の省スペース化、発光装置の低コスト化を実現することが可能となる。
また、半導体レーザ２０１〜２０３を使用することで低消費電力化が可能となるとともに、半導体レーザ２０１〜２０３を直接変調することで、ＡＯＭ変調器を用いた場合に比べ、１ＯＭｂ／ｓ以上の高速変調にも対応しつつ、任意の色の光をＳＨＧ結晶２０４の一つの出力ポート２０８から得ることができる。
【００３８】
なお、各半導体レーザ２０１〜２０３の出力の変調は、ＡＯＭ変調器を用いた外部変調によっても可能である。
また、ＳＨＧ結晶２０４から出射された光をポリゴンミラー等によって走査することで、二次元像を作るようにしてもよい。
図３は、本発明の第３実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
【００３９】
図３において、発光装置には、波長λ１／２の赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ３０１、波長λ２のレーザ光を出射する半導体レーザ３０２、波長λ３のレーザ光を出射する半導体レーザ３０３、２×１ファイバカップラ３０５およびＳＨＧ結晶３０４が設けられている。
ここで、半導体レーザ３０２、３０３から出射されるレーザ光の波長λ２、λ３は、例えば、緑色光および青色光の２倍の波長にそれぞれ設定され、半導体レーザ３０１から出射されるレーザ光の波長λ１／２は、例えば、０．６５μｍ、半導体レーザ３０２から出射されるレーザ光の波長λ２は、例えば、１．０６μｍ、半導体レーザ３０３から出射されるレーザ光の波長λ３は、例えば、０．９４μｍに設定することができる。
【００４０】
また、ＳＨＧ結晶３０４には、半導体レーザ３０１から出射された波長λ１／２のレーザ光を導波させる光導波路３１０、半導体レーザ３０２、３０３から出射された波長λ２、λ３のレーザ光の第二高調波を同時に発生させる第二高調波発生領域３１１、第二高調波発生領域３１１から出射された光を導波させる光導波路３１２および各光導波路３１０、３１２により導波された光を合波させる２×１導波路カプラ３１３が形成されるとともに、２個の入力ポート３０７ａ、３０７ｂおよび１個の出力ポート３０８が設けられている。
【００４１】
そして、半導体レーザ３０１は、光ファイバ３０６ａを介してＳＨＧ結晶３０４の入力ポート３０７ａに接続され、半導体レーザ３０２、３０３は、光ファイバ３０６ｂ、３０６ｃをそれぞれ介して２×１ファイバカップラ３０５の入力に接続され、２×１ファイバカップラ３０５の出力は、ＳＨＧ結晶３０４の入力ポート３０７ｂに接続され、ＳＨＧ結晶３０４の出力ポート３０８は光ファイバ３０９に接続されている。
【００４２】
そして、各半導体レーザ３０１〜３０３から出射されるレーザ光は直接変調により強度変調される。そして、半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光は、光ファイバ３０６ａを介してＳＨＧ結晶３０４の入力ポート３０７ａに入力され、半導体レーザ３０２、３０３から出射されたレーザ光は、光ファイバ３０６ｂ、３０６ｃをそれぞれ介して２×１ファイバカップラ３０５に入力される。
【００４３】
そして、２×１ファイバカップラ３０５にて、各半導体レーザ３０２、３０３から出射された波長λ２、λ３のレーザ光が合波された後、ＳＨＧ結晶３０４の入力ポート３０７ｂに入射される。
そして、ＳＨＧ結晶３０４の入力ポート３０７ｂに入射された波長λ２、λ３のレーザ光は、ＳＨＧ結晶３０４の第二高調波発生領域３１１にて、波長λ２／２、λ３／２の光に一括して変換され、光導波路３１２を介して２×１導波路カプラ３１３に出射される。
【００４４】
そして、２×１導波路カプラ３１３に出射された波長λ２／２、λ３／２の光は、光導波路３１０を介して導波された波長λ１／２の光と合波された後、出力ポート３０８を介して光ファイバ３０９に出射される。
なお、ＳＨＧ結晶３０４の出力ポート３０８を光ファイバ３０９と結合させて、ＳＨＧ結晶３０４から出射された光をファイバ出力の形で取り出すことにより、光を空間内で進ませる場合の光の直進性の律則を逃れることができ、光ファイバ３０９を曲げることで、非常に狭い空間を使って任意の場所に光を導くことができる。
【００４５】
このように、上述した第３実施形態では、緑色光および青色光については、緑色光および青色光の２倍の波長λ２、λ３のレーザ光を半導体レーザ３０２、３０３から出射させ、ＳＨＧ結晶３０４を用いることで、緑色光および青色光を生成し、赤色光については、半導体レーザ３０１で直接発光させ、ＳＨＧ結晶３０４内に形成した赤色光を通す光導波路３１０に入射させて、ＳＨＧ結晶３０４内で生成された緑色光および青色光と２×１導波路カプラ３１３により一つにまとめて、一つの出力ポート３０８から出射させる。
【００４６】
これにより、赤色光、緑色光および青色光の光源が個別に構成されることをなくして、これらの光の平行光を得るための大きな空間を不要とすることが可能となるとともに、３つの光の光軸合わせからも解放することができ、発光装置の小型化、低コスト化、空間の省スペース化を実現することが可能となる。
また、緑色光および青色光を実現するために、実用化の容易な赤外光用半導体レーザを用いることが可能となるとともに、赤色光については、半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光をそのまま用いることが可能となり、発光装置の低価格・高出力・高信頼性・低消費電力化を図ることが可能となる。
【００４７】
また、半導体レーザ３０１〜３０３を使用することで低消費電力化が可能となるとともに、半導体レーザ３０１〜３０３を直接変調することで、ＡＯＭ変調器を用いた場合に比べ、１ＯＭｂ／ｓ以上の高速変調にも対応しつつ、任意の色の光をＳＨＧ結晶３０４の一つの出力ポート３０８から得ることができる。
なお、各半導体レーザ３０１〜３０３の出力の変調は、ＡＯＭ変調器を用いた外部変調によっても可能である。
【００４８】
また、ＳＨＧ結晶３０４から出射された光をポリゴンミラー等によって走査することで、二次元像を作るようにしてもよい。
また、２×１ファイバカップラ３０５を用いることなく、波長λ２、λ３の第二高調波を発生させるように設計された領域、これらの波長λ２、λ３の第二高調波を導波する導波路および導波された波長λ２、λ３の第二高調波を一つにまとめる２×１導波路カプラを用いてもよい。
【００４９】
図４は、本発明の第４実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
図４において、発光装置には、波長λ１／２の赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ４０１、波長λ２のレーザ光を出射する半導体レーザ４０２、波長λ３のレーザ光を出射する半導体レーザ４０３およびＳＨＧ結晶４０４が設けられている。
【００５０】
ここで、半導体レーザ４０２、４０３から出射されるレーザ光の波長λ２、λ３は、例えば、緑色光および青色光の２倍の波長にそれぞれ設定され、半導体レーザ４０１から出射されるレーザ光の波長λ１／２は、例えば、０．６５μｍ、半導体レーザ４０２から出射されるレーザ光の波長λ２は、例えば、１．０６μｍ、半導体レーザ４０３から出射されるレーザ光の波長λ３は、例えば、０．９４μｍに設定することができる。
【００５１】
また、ＳＨＧ結晶４０４には、半導体レーザ４０１から出射された波長λ１／２のレーザ光を導波させる光導波路４１０、各半導体レーザ４０２、４０３から出射された波長λ２、λ３のレーザ光の第二高調波を個別に発生させる第二高調波発生領域４１１、４１３、各第二高調波発生領域４１１、４１３から出射された光をそれぞれ導波させる光導波路４１２、４１４および各光導波路４１０、４１２、４１４により導波された光を合波させる３×１導波路カプラ４１５が形成されるとともに、３個の入力ポート４０７ａ〜４０７ｃおよび１個の出力ポート４０８が設けられている。
【００５２】
そして、半導体レーザ４０１〜４０３は、光ファイバ４０６ａ〜４０６ｃをそれぞれ介してＳＨＧ結晶４０４の入力ポート４０７ａ〜４０７ｃに接続され、ＳＨＧ結晶４０４の出力ポート４０８は光ファイバ４０９に接続されている。
そして、各半導体レーザ４０１〜４０３から出射されるレーザ光は直接変調により強度変調され、光ファイバ４０６ａ〜４０６ｃをそれぞれ介してＳＨＧ結晶４０４の入力ポート４０７ａ〜４０７ｃに入力される。
【００５３】
そして、ＳＨＧ結晶４０４の入力ポート４０７ａに入力された波長λ１／２のレーザ光は、光導波路４１０を介して３×１導波路カプラ４１５に導波される。一方、ＳＨＧ結晶４０４の入力ポート４０７ｂ、４０７ｃにそれぞれ入射された波長λ２、λ３のレーザ光は、ＳＨＧ結晶４０４の各第二高調波発生領域４１１、４１３にて、波長λ２／２、λ３／２の光に個別に変換され、光導波路４１２、４１４をそれぞれ介して３×１導波路カプラ４１５に出射される。
【００５４】
そして、光導波路４１０を介して導波された波長λ１／２の光、光導波路４１２を介して導波された波長λ２／２の光および光導波路４１４を介して導波された波長λ３／２の光は、３×１導波路カプラ４１５にて合波された後、出力ポート４０８を介して光ファイバ４０９に出射される。
なお、ＳＨＧ結晶４０４の出力ポート４０８を光ファイバ４０９と結合させて、ＳＨＧ結晶４０４から出射された光をファイバ出力の形で取り出すことにより、光を空間内で進ませる場合の光の直進性の律則を逃れることができ、光ファイバ４０９を曲げることで、非常に狭い空間を使って任意の場所に光を導くことができる。
【００５５】
このように、上述した第４実施形態では、緑色光および青色光については、緑色光および青色光の２倍の波長λ２、λ３のレーザ光を半導体レーザ４０２、４０３から出射させ、ＳＨＧ結晶４０４に個別に入射させることで、緑色光および青色光をＳＨＧ結晶４０４内で個別に生成し、赤色光については、半導体レーザ４０１で直接発光させ、ＳＨＧ結晶４０４内に形成した赤色光を通す光導波路４１０に入射させて、ＳＨＧ結晶４０４内で個別に生成された緑色光および青色光と３×１導波路カプラ４１５により一つにまとめて、一つの出力ポート４０８から出射させる。
【００５６】
これにより、赤色光、緑色光および青色光の光源が個別に構成されることをなくして、これらの光の平行光を得るための大きな空間を不要とすることが可能となるとともに、３つの光の光軸合わせからも解放することができ、発光装置の小型化、低コスト化、空間の省スペース化を実現することが可能となる。
また、緑色光および青色光を実現するために、実用化の容易な赤外光用半導体レーザを用いることが可能となるとともに、赤色光については、半導体レーザ４０１から出射されたレーザ光をそのまま用いることが可能となり、発光装置の低価格・高出力・高信頼性・低消費電力化を図ることが可能となる。
【００５７】
さらに、波長λ１／２の赤色光、緑色光の２倍の波長λ２の光および青色光の２倍の波長λ３の光を、ＳＨＧ結晶４０４内に個別に入射させることが可能となり、波長λ１／２の赤色光、緑色光の２倍の波長λ２の光および青色光の２倍の波長λ３の光をＳＨＧ結晶４０４の前段で合波させる必要がなくなることから、発光装置のより一層の小型化、空間の省スペース化、発光装置の低コスト化を実現することが可能となる。
【００５８】
また、半導体レーザ４０１〜４０３を使用することで低消費電力化が可能となるとともに、半導体レーザ４０１〜４０３を直接変調することで、ＡＯＭ変調器を用いた場合に比べ、１ＯＭｂ／ｓ以上の高速変調にも対応しつつ、任意の色の光をＳＨＧ結晶４０４の一つの出力ポート４０８から得ることができる。
なお、各半導体レーザ４０１〜４０３の出力の変調は、ＡＯＭ変調器を用いた外部変調によっても可能である。
【００５９】
また、ＳＨＧ結晶４０４から出射された光をポリゴンミラー等によって走査することで、二次元像を作るようにしてもよい。
図５は、本発明の第５実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。
図５において、画像形成装置には、波長λ１／２の赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ５０１、波長λ２のレーザ光を出射する半導体レーザ５０２、波長λ３のレーザ光を出射する半導体レーザ５０３およびＳＨＧ結晶５０４に加え、各半導体レーザ５０１〜５０３をそれぞれ直接変調する変調器５２１〜５２３、ＳＨＧ結晶５０４から出力された光を走査するポリゴンミラー５２６、ポリゴンミラー５２６を駆動する駆動手段５２５、画像信号に基づいて変調器５２１〜５２３および駆動手段５２５を制御する制御手段５２４が設けられている。
【００６０】
ここで、半導体レーザ５０２、５０３から出射されるレーザ光の波長λ２、λ３は、例えば、緑色光および青色光の２倍の波長にそれぞれ設定され、半導体レーザ５０１から出射されるレーザ光の波長λ１／２は、例えば、０．６５μｍ、半導体レーザ５０２から出射されるレーザ光の波長λ２は、例えば、１．０６μｍ、半導体レーザ５０３から出射されるレーザ光の波長λ３は、例えば、０．９４μｍに設定することができる。
【００６１】
また、ＳＨＧ結晶５０４には、半導体レーザ５０１から出射された波長λ１／２のレーザ光を導波させる光導波路５１０、各半導体レーザ５０２、５０３から出射された波長λ２、λ３のレーザ光の第二高調波を個別に発生させる第二高調波発生領域５１１、５１３、各第二高調波発生領域５１１、５１３から出射された光をそれぞれ導波させる光導波路５１２、５１４および各光導波路５１０、５１２、５１４により導波された光を合波させる３×１導波路カプラ５１５が形成されるとともに、３個の入力ポート５０７ａ〜５０７ｃおよび１個の出力ポート５０８が設けられている。
【００６２】
そして、半導体レーザ５０１〜５０３は、光ファイバ５０６ａ〜５０６ｃをそれぞれ介してＳＨＧ結晶５０４の入力ポート５０７ａ〜５０７ｃに接続され、ＳＨＧ結晶５０４の出力ポート５０８は光ファイバ５０９に接続されている。
そして、各半導体レーザ５０１〜５０３から出射されるレーザ光は、変調器５２１〜５２３により強度変調され、光ファイバ５０６ａ〜５０６ｃをそれぞれ介してＳＨＧ結晶５０４の入力ポート５０７ａ〜５０７ｃに入力される。
【００６３】
そして、ＳＨＧ結晶５０４の入力ポート５０７ａに入力された波長λ１／２のレーザ光は、光導波路５１０を介して３×１導波路カプラ４１５に導波される。一方、ＳＨＧ結晶５０４の入力ポート５０７ｂ、５０７ｃにそれぞれ入射された波長λ２、λ３のレーザ光は、ＳＨＧ結晶５０４の各第二高調波発生領域５１１、５１３にて、波長λ２／２、λ３／２の光に個別に変換され、光導波路５１２、５１４をそれぞれ介して３×１導波路カプラ５１５に出射される。
【００６４】
そして、光導波路５１０を介して導波された波長λ１／２の光、光導波路５１２を介して導波された波長λ２／２の光および光導波路５１４を介して導波された波長λ３／２の光は、３×１導波路カプラ５１５にて合波された後、出力ポート５０８を介して外部に出射される。
そして、ＳＨＧ結晶５０４の出力ポート５０８から出射された光は、ポリゴンミラー５２６で走査されて、スクリーン５２７上に投影される。
【００６５】
ここで、制御手段５２４には画像信号が入力され、制御手段５２４は、この画像信号に基づいて、変調器５２１〜５２３および駆動手段５２５を制御することにより、各半導体レーザ５０１〜５０３から出射されるレーザ光の出力強度および出力ポート５０８から出射された光の進行方向を制御する。
このため、スクリーン５２７上には、画像信号に対応したフルカラー画像５２８を形成することができる。
【００６６】
また、半導体レーザ５０１〜５０３から出射されるレーザ光を強度変調しながら、波長λ１／２の光、波長λ２／２の光および波長λ３／２の光をＳＨＧ結晶５０４の出力ポート５０８から出射させることにより、実用化の容易な赤外光用半導体レーザを用いることで、フルカラー光を一本のビームで構成することが可能となる。
【００６７】
このため、ＳＨＧ結晶５０４の出力ポート５０８から出射された一本のビームを走査することで、フルカラー画像５２８をスクリーン５２７上に投影させることが可能となり、光学系を簡略化して、画像形成装置の小型・軽量化を図ることが可能となるとともに、画像形成装置の高寿命化・低価格化を実現することが可能となる。
【００６８】
例えば、光源として小型の半導体レーザ５０１〜５０３を使用することができ、ＳＨＧ結晶５０４も５ｃｍ程度以下の大きさで実現することができるため、これらの部品が搭載されるボードの大きさは１０ｃｍ角以内に収めることができ、総重量も１ｋｇ程度以下に抑えることが可能となる。
また、電気−光変換効率の高い半導体レーザ５０１〜５０３および波長変換効率の高いＳＨＧ結晶５０４を用いて、フルカラー光を生成することが可能となり、画像形成装置の消費電力を低減することが可能となる。
【００６９】
このため、バッテリー駆動可能で、携帯可能なイメージプロジェクタを容易に構成することが可能となる。
なお、上述した第５実施形態では、図４の発光装置を用いて画像形成装置を構成する方法について説明したが、図１〜３の発光装置を用いて画像形成装置を構成するようにしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長変換結晶内で波長変換を行ないつつ、波長の異なる光を加法混色させて、波長変換結晶の１点から出射させることにより、発光装置の小型化、低消費電力化および位置合わせ作業の負担の軽減を図りつつ、多色可視光を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１〜１０３、２０１〜２０３、３０１〜３０３、４０１〜４０３、５０１〜５０３　半導体レーザ
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４　ＳＨＧ結晶
１０５　３×１ファイバカプラ
１０６ａ〜１０６ｃ、１０９、２０６ａ〜２０６ｃ、２０９、３０６ａ〜３０６ｃ、３０９、４０６ａ〜４０６ｃ、４０９、５０６ａ〜５０６ｃ　光ファイバ１０７、２０７ａ〜２０７ｃ、３０７ａ、３０７ｂ、４０７ａ〜４０７ｃ、５０７ａ〜５０７ｃ　入力ポート
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８　出力ポート
２１０〜２１２　、３１１、４１１、４１３、５１１、５１３　第二高調波発生領域
２１３ａ〜２１３ｃ、３１０、３１２、４１０、４１２、４１４、５１０、５１２、５１４　光導波路
２１４、４１５、５１５　３×１導波路カプラ
３０５　２×１ファイバカプラ
３１３　２×１導波路カプラ
５２１〜５２３　変調器
５２４　制御手段
５２５　駆動手段
５２６　ポリゴンミラー
５２７　スクリーン
５２８　フルカラー画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004138701.tif 000005
【図４】
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【図５】
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