(57)【要約】【課題】光源装置を含む光学系の小型化を可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な光源装置、その光源装置を備える画像表示装置及びモニタ装置を提供すること。【解決手段】発光素子である半導体素子１１と、共振器である外部共振器１４と、第１面及び第２面を備える透過反射部である透過反射ミラー１２と、光路変換部である反射ミラー１５と、を有し、第１主光線と、光路変換部から射出した光束の主光線である第２主光線との間隔をＤ、第２面の垂線と第１主光線とがなす角度をθ、第１面及び第２面の間隔をｄ、第１面及び第２面の間の部材の屈折率をｎとすると、透過反射部及び光路変換部は、以下の条件式を満足するように配置される。【数１】2009212418.tif 000007【選択図】図１
2009212418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出した光を共振させる共振器と、
前記発光素子から射出した光が入射する第１面と、前記共振器から射出した光が入射する第２面とを備え、前記共振器から前記第２面へ入射した光の一部を反射し、前記共振器から前記第２面へ入射した光の一部、及び前記発光素子から前記第１面へ入射した光を透過させる透過反射部と、
前記第２面で反射した光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、
前記透過反射部は、前記第２面及び前記共振器の間を進行する光束の主光線である第１主光線に対して前記第２面の垂線が傾くように配置され、
前記第１主光線と、前記光路変換部から射出した光束の主光線である第２主光線との間隔をＤ、前記垂線と前記第１主光線とがなす角度をθ、前記第１面及び前記第２面の間隔をｄ、前記第１面及び前記第２面の間の部材の屈折率をｎとすると、前記透過反射部及び前記光路変換部は、以下の条件式を満足するように配置されることを特徴とする光源装置。
【数１】
2009212418.tif 000006
【請求項２】
前記透過反射部は、前記光路変換部に対向する側に形成された第１端面を有し、
前記光路変換部は、前記透過反射部に対向する側に形成された第２端面を有し、
前記第１端面及び前記第２端面は、前記第１主光線に略平行であ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】
前記第１端面は、前記第２端面に当接す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】
前記光路変換部は、前記第２面に略平行に形成された端面を有し、前記端面の少なくとも一部が前記第２面に直交する線上にあることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記端面は、前記第２面に当接す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】
光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出した光を共振させる共振器と、
前記発光素子から射出した光が入射する第１面と、前記共振器から射出した光が入射する第２面とを備え、前記共振器から前記第２面へ入射した光の一部を反射し、前記共振器から前記第２面へ入射した光の一部、及び前記発光素子から前記第１面へ入射した光を透過させる透過反射部と、
前記第２面で反射した光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、
前記透過反射部は、前記第２面及び前記共振器の間を進行する光束の主光線に対して前記第２面の垂線が傾くように配置され、かつ前記光路変換部に対向する側に形成された第１端面を有し、
前記光路変換部は、前記透過反射部に対向する側に形成された第２端面を有し、
前記第１端面及び前記第２端面は、前記主光線に略平行であって、
前記第１端面は、前記第２端面に当接することを特徴とする光源装置。
【請求項７】
光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出した光を共振させる共振器と、
前記発光素子から射出した光が入射する第１面と、前記共振器から射出した光が入射する第２面とを備え、前記共振器から前記第２面へ入射した光の一部を反射し、前記共振器から前記第２面へ入射した光の一部、及び前記発光素子から前記第１面へ入射した光を透過させる透過反射部と、
前記第２面で反射した光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、
前記透過反射部は、前記第２面及び前記共振器の間を進行する光束の主光線に対して前記第２面の垂線が傾くように配置され、
前記光路変換部は、前記第２面に略平行に形成された端面を有し、前記端面の少なくとも一部が前記第２面に直交する線上にあって、
前記端面は、前記第２面に当接することを特徴とする光源装置。
【請求項８】
前記透過反射部及び前記共振器の間の光路中に設けられ、前記発光素子から射出した第１波長の光を波長変換することにより、前記第１波長とは異なる波長である第２波長の光を射出する波長変換素子を有し、
前記透過反射部は、前記波長変換素子から前記第２面へ入射した前記第２波長の光を反射し、前記波長変換素子から前記第２面へ入射した前記第１波長の光、及び前記発光素子から前記第１面へ入射した前記第１波長の光を透過させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光路変換部は、前記第２面からの光を反射することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置から射出した光を用いて画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出した光を用いて照明された被写体を撮像する撮像部と、を有することを特徴とするモニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、画像表示装置及びモニタ装置、特に、波長変換素子及び外部共振器を有する光源装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ等の画像表示装置の光源装置として、レーザ光を供給するレーザ光源を用いる技術が提案されている。プロジェクタの光源装置として従来用いられているＵＨＰランプと比較すると、レーザ光源は、高い色再現性、瞬時点灯が可能、長寿命である等の利点がある。レーザ光源としては、発光素子から射出した基本波光を直接供給するものの他、基本波光の波長を変換して供給するものが知られている。基本波光の波長を変換する波長変換素子として、例えば第二高調波発生（Second−Harmonic  Generation；ＳＨＧ）素子が用いられている。波長変換素子を用いることで、容易に入手可能な汎用の発光素子を用いて、所望の波長のレーザ光を供給することが可能となる。また、十分な光量のレーザ光を供給可能な構成とすることもできる。ＳＨＧ素子における光の波長変換効率は、一般的に３０〜４０％程度であることが知られている。ＳＨＧ素子へ単に基本波光を入射させるだけでは、ＳＨＧ素子から射出する高調波光の強度は、発光素子の出力に対して非常に小さくなってしまう。高い効率で波長変換されたレーザ光を供給するための技術は、例えば、特許文献１に提案されている。特許文献１にて提案される技術では、ＳＨＧ素子を透過した光から基本波光を分離し、再度ＳＨＧ素子へ入射させる。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１２８５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に提案される構成の場合、ＳＨＧ素子によって波長が変換された光と、一度ＳＨＧ素子を透過した基本波光を再度ＳＨＧ素子へ入射させることで波長が変換された光とを合成するために、複雑かつ大掛かりな構成が必要となる。このため、光源装置の小型化、さらには光源装置を含む光学系の小型化が困難となる。また、多くの光学素子へ光を入射させることで光の損失が増大することにもなる。このように、従来の技術によると、光源装置を含む光学系の小型化、及び効率良く光を射出することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光源装置を含む光学系の小型化を可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な光源装置、その光源装置を備える画像表示装置及びモニタ装置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、本発明に係る光源装置は、光を射出する発光素子と、発光素子から射出した光を共振させる共振器と、発光素子から射出した光が入射する第１面と、共振器から射出した光が入射する第２面とを備え、共振器から第２面へ入射した光の一部を反射し、共振器から第２面へ入射した光の一部、及び発光素子から第１面へ入射した光を透過させる透過反射部と、第２面で反射した光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、透過反射部は、第２面及び共振器の間を進行する光束の主光線である第１主光線に対して第２面の垂線が傾くように配置され、第１主光線と、光路変換部から射出した光束の主光線である第２主光線との間隔をＤ、垂線と第１主光線とがなす角度をθ、第１面及び第２面の間隔をｄ、第１面及び第２面の間の部材の屈折率をｎとすると、透過反射部及び光路変換部は、以下の式（１）を満足するように配置されることを特徴とする。
【０００６】
【数１】
2009212418.tif 000003
【０００７】
共振器を透過した光は、光源装置外へ射出する。透過反射部の第２面で反射した光は、光路変換部を経て、光源装置外へ射出する。光源装置は、少ない光学素子による簡易かつ小型な構成とし、光の損失を低減させることができる。さらに、式（１）を満足するように透過反射部及び光路変換部を配置することで、透過反射部及び光路変換部を単に並列させる場合に比較して、光源装置から射出する光束同士の間隔を短くすることが可能となる。光源装置から射出する光束同士の間隔を短くすることで、光源装置からの光を入射させる光学素子を小型にすることが可能となる。光学系を構成する光学素子を小型にすることで、光学系の小型化が可能となる。これにより、光源装置を含む光学系の小型化を可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な光源装置を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、透過反射部は、光路変換部に対向する側に形成された第１端面を有し、光路変換部は、透過反射部に対向する側に形成された第２端面を有し、第１端面及び第２端面は、第１主光線に略平行であることが望ましい。これにより、式（１）を満足するように透過反射部及び光路変換部を配置することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、第１端面は、第２端面に当接することが望ましい。これにより、光源装置から射出する光束同士の間隔をさらに短くすることができる。なお、本発明において「当接」とは、当たっている状態でつながっている或いはくっついている場合に限られず、間に別の物、例えば接着剤等を介して間接的に接している場合も含むものとする。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、光路変換部は、第２面に略平行に形成された端面を有し、端面の少なくとも一部が第２面に直交する線上にあることが望ましい。これにより、式（１）を満足するように透過反射部及び光路変換部を配置することができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、端面は、第２面に当接することが望ましい。これにより、光源装置から射出する光束同士の間隔をさらに短くすることができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る光源装置は、光を射出する発光素子と、発光素子から射出した光を共振させる共振器と、発光素子から射出した光が入射する第１面と、共振器から射出した光が入射する第２面とを備え、共振器から第２面へ入射した光の一部を反射し、共振器から第２面へ入射した光の一部、及び発光素子から第１面へ入射した光を透過させる透過反射部と、第２面で反射した光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、透過反射部は、第２面及び共振器の間を進行する光束の主光線に対して第２面の垂線が傾くように配置され、かつ光路変換部に対向する側に形成された第１端面を有し、光路変換部は、透過反射部に対向する側に形成された第２端面を有し、第１端面及び第２端面は、主光線に略平行であって、第１端面は、第２端面に当接することを特徴とする。
【００１３】
光源装置は、少ない光学素子による簡易かつ小型な構成とし、光の損失を低減させることができる。さらに、第１端面及び第２端面を主光線に略平行とし、第１端面を第２端面に当接させることで、光源装置から射出する光束同士の間隔を短くし、光学系の小型化が可能となる。これにより、光源装置を含む光学系の小型化を可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な光源装置を得られる。
【００１４】
さらに、本発明に係る光源装置は、光を射出する発光素子と、発光素子から射出した光を共振させる共振器と、発光素子から射出した光が入射する第１面と、共振器から射出した光が入射する第２面とを備え、共振器から第２面へ入射した光の一部を反射し、共振器から第２面へ入射した光の一部、及び発光素子から第１面へ入射した光を透過させる透過反射部と、第２面で反射した光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、透過反射部は、第２面及び共振器の間を進行する光束の主光線に対して第２面の垂線が傾くように配置され、光路変換部は、第２面に略平行に形成された端面を有し、端面の少なくとも一部が第２面に直交する線上にあって、端面は、第２面に当接することを特徴とする。
【００１５】
光源装置は、少ない光学素子による簡易かつ小型な構成とし、光の損失を低減させることができる。さらに、光路変換部の端面を第２面に直交する線上とし、端面を第２面に当接させることで、光源装置から射出する光束同士の間隔を短くし、光学系の小型化が可能となる。これにより、光源装置を含む光学系の小型化を可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な光源装置を得られる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、透過反射部及び共振器の間の光路中に設けられ、発光素子から射出した第１波長の光を波長変換することにより、第１波長とは異なる波長である第２波長の光を射出する波長変換素子を有し、透過反射部は、波長変換素子から第２面へ入射した第２波長の光を反射し、波長変換素子から第２面へ入射した第１波長の光、及び発光素子から第１面へ入射した第１波長の光を透過させることが望ましい。これにより、共振器から第２面へ入射した光の一部を反射し、共振器から第２面へ入射した光の一部、及び発光素子から第１面へ入射した光を透過させることができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、光路変換部は、第２面からの光を反射することが望ましい。これにより、第２面で反射した光の光路を変換させることができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、上記の光源装置を有し、光源装置から射出した光を用いて画像を表示することを特徴とする。上記の光源装置を用いることにより、高い効率で光を利用できる。これにより、高い光利用効率で明るい画像を表示可能な画像表示装置を得られる。
【００１９】
さらに、本発明に係るモニタ装置は、上記の光源装置と、光源装置から射出した光を用いて照明された被写体を撮像する撮像部と、を有することを特徴とする。上記の光源装置を用いることにより、高い効率で光を利用できる。これにより、高い光利用効率で明るい像をモニタすることが可能なモニタ装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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】
【００２１】
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。図中に示す直線矢印は、光束の主光線であるとする。光源装置１０は、レーザ光を供給するレーザ光源である。半導体素子１１は、第１波長の基本波光を射出する一つ又は複数の発光部（不図示）を有する面発光型の半導体素子である。半導体素子１１は、第１波長の光を射出する発光素子として機能する。基本波光は、例えば赤外光である。第１波長は、例えば１０６４ｎｍである。半導体素子１１は、基台１７上に実装されている。
【００２２】
図２は、半導体素子１１の断面構成を模式的に表したものである。基板２５は、例えば、半導体ウエハからなる。ミラー層２６は、基板２５の上に形成されている。ミラー層２６は、例えばＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）により形成された、高屈折率の誘導体と低屈折率の誘導体との積層体によって構成されている。ミラー層２６を構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、第１波長に対して最適化され、反射光が干渉し強め合う条件に設定されている。活性層２７は、ミラー層２６の表面に積層させて設けられている。活性層２７は、不図示の電力供給部に接続されている。電力供給部を介して所定量の電流が供給されると、活性層２７は基本波光を射出する。半導体素子１１は、活性層２７の射出面から、ミラー層２６や基板２５に略直交する方向へ基本波光を射出する。
【００２３】
図１に戻って、透過反射ミラー１２（光分離部）及びＳＨＧ素子１３は、半導体素子１１及び共振器（外部共振器）１４の間の光路中に設けられている。ＳＨＧ素子１３は、透過反射ミラー１２及び外部共振器１４の間の光路中に設けられている。ＳＨＧ素子１３は、半導体素子１１から射出した第１波長の基本波光を波長変換することにより、第２波長の高調波光を射出する波長変換素子である。高調波光は、例えば可視光である。第２波長は、第１波長の半分の波長であって、例えば５３２ｎｍである。ＳＨＧ素子１３は、直方体形状をなしている。ＳＨＧ素子１３としては、例えば、非線形光学結晶を用いる。非線形光学結晶としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の分極反転結晶（Periodically  Poled  Lithium  Niobate；ＰＰＬＮ）を用いる。ＳＨＧ素子１３は、基本波光の第１波長に対応するピッチの分極反転構造を有する。ＳＨＧ素子１３を用いることで、容易に入手可能な汎用の発光素子を用いて、所望の波長かつ十分な光量のレーザ光を供給することが可能となる。
【００２４】
外部共振器１４は、半導体素子１１から射出した第１波長の基本波光を共振させる。外部共振器１４としては、回折により第１波長の光を選択的に反射する体積ホログラムを用いる。体積ホログラムは、赤外領域において、第１波長を中心に半値幅が数ｎｍ以下となる反射特性を持つ狭帯域反射ミラーとして機能する。また、体積ホログラムは、可視領域において、第２波長を含む広い波長域の光を透過させる。
【００２５】
体積ホログラムは、例えば、ＶＨＧ（Volume  Holographic  Grating）である。ＶＨＧは、ＬｉＮｂＯ３、ＢＧＯ等のフォトリフラクティブ結晶、ポリマー等を用いて形成されている。体積ホログラムには、二方向から入射させた入射光によって生じた干渉縞が記録されている。干渉縞は、高屈折率部分と低屈折率部分とが周期的に配列された周期構造として記録される。体積ホログラムは、干渉縞に対してブラッグ条件が適合する光のみを、回折により選択的に反射する。半導体素子１１のミラー層２６（図２参照）、及び外部共振器１４は、第１波長の光を共振させる共振構造を構成する。反射ミラー１５は、透過反射ミラー１２に対して支柱１８が設けられた側とは反対側に設けられている。
【００２６】
基台１７は、金属部材、例えば銅部材を用いて構成されている。基台１７は、略直方体形状をなしている。支柱１８は、基台１７上に設けられている。支柱１８は、金属部材、例えば銅部材を用いて構成されている。ＳＨＧ素子用マウント１６及び外部共振器１４は、支柱１８に取り付けられている。外部共振器１４は、マウントを介して支柱１８に取り付けることとしても良い。また、ＳＨＧ素子１３は、ＳＨＧ素子用マウント１６を介さず直接支柱１８に取り付けることとしても良い。透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５は、例えば、不図示の把持部材を用いて支柱１８に取り付けられている。
【００２７】
図３は、透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５の構成を説明するものである。透過反射ミラー１２は、第１面３１及び第２面３２を有する。第１面３１は、透過反射ミラー１２のうち半導体素子１１から射出した光が入射する面である。第２面３２は、透過反射ミラー１２のうちＳＨＧ素子１３から射出した光が入射する面である。第１面３１及び第２面３２は、略平行である。透過反射ミラー１２は、第１波長の光を透過させ、第２波長の光を反射する波長選択膜を有する。波長選択膜は、例えば誘電体多層膜である。透過反射ミラー１２は、板状の透明部材に波長選択膜をコーティングすることにより構成されている。波長選択膜は、透過反射ミラー１２の第２面３２に形成されている。
【００２８】
透過反射ミラー１２は、ＳＨＧ素子１３から第２面３２へ入射した光のうち第２波長の高調波光を反射し、ＳＨＧ素子１３から第２面３２へ入射した光のうち第１波長の基本波光、及び半導体素子１１から第１面３１へ入射した第１波長の基本波光を透過させる広帯域反射ミラーであって、基本波光と高調波光とを分離する。透過反射ミラー１２は、透過反射部として機能する。透過反射ミラー１２は、第１主光線に対して第１面３１及び第２面３２が略４５度傾くように配置されている。第１主光線は、半導体素子１１及び外部共振器１４の間を進行する光束の主光線である。第２面３２の垂線Ｎは、第１主光線に対して略４５度傾けられている。第１端面３３は、透過反射ミラー１２のうち第１面３１及び第２面３２に隣接する端面であって、反射ミラー１５に対向する側に形成された平坦面である。第１端面３３は、第１主光線に略平行である。第１端面３３は、例えば、切削加工により形成されている。第１端面３３は、平行平板を斜めに切断した場合の切断面である。
【００２９】
反射ミラー１５は、第１面３４及び第２面３５を有する。第１面３４は、反射ミラー１５のうち透過反射ミラー１２からの第２波長の高調波光が入射する面である。第２面３５は、反射ミラー１５のうち第１面３４とは反対側の面である。第１面３４及び第２面３５は、略平行である。反射ミラー１５は、透過反射ミラー１２の第２面３２からの第２波長の光を反射する反射膜を有する。反射膜は、高反射性部材により構成された膜であって、例えば誘電体多層膜である。反射ミラー１５は、板状の部材に反射膜をコーティングすることにより構成されている。反射膜は、反射ミラー１５の第１面３４に形成されている。反射膜は、高反射性部材である金属部材により構成された金属膜であっても良い。
【００３０】
反射ミラー１５は、透過反射ミラー１２の第２面３２で反射した高調波光の光路を変換させる光路変換部として機能する。第２端面３６は、反射ミラー１５のうち第１面３４及び第２面３２に隣接する端面であって、透過反射ミラー１２に対向する側に形成された平坦面である。第２端面３６は、第１主光線に略平行である。第２端面３６は、例えば、切削加工により形成されている。第２端面３６は、平行平板を斜めに切断した場合の切断面である。透過反射ミラー１２の第１端面３３は、反射ミラー１５の第２端面３６に当接している。透過反射ミラー１２の第２面３２と反射ミラー１５の第１面３４とは、互いに略垂直である。透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５は、例えば、共通の保持部材を用いて、互いに位置決めすることとしても良い。
【００３１】
ここで、図１及び図３を用いて、光源装置１０によりレーザ光を射出する過程を説明する。半導体素子１１から射出した基本波光は、透過反射ミラー１２の第１面３１へ入射する。第１面３１から透過反射ミラー１２へ入射した基本波光は、透過反射ミラー１２を透過し、第２面３２から射出する。第２面３２から射出した基本波光は、ＳＨＧ素子１３へ入射する。透過反射ミラー１２からＳＨＧ素子１３へ基本波光を入射させることにより生じた高調波光は、外部共振器１４を透過する。外部共振器１４を透過した高調波光は、光源装置１０外へ射出する。
【００３２】
ＳＨＧ素子１３を透過した後、外部共振器１４へ入射した基本波光は、外部共振器１４で反射する。外部共振器１４で反射した後、ＳＨＧ素子１３を透過した基本波光は、透過反射ミラー１２の第２面３２へ入射する。第２面３２から透過反射ミラー１２へ入射した基本波光は、透過反射ミラー１２を透過し、第１面３１から射出する。第１面３１から射出した基本波光は、半導体素子１１へ入射する。半導体素子１１へ入射した基本波光は、ミラー層２６（図２参照）で反射し、透過反射ミラー１２の方向へ進行する。ミラー層２６及び外部共振器１４の間で基本波光を共振させることにより、活性層２７（図２参照）は、基本波光を増幅させる。また、ミラー層２６及び外部共振器１４で反射した基本波光は、活性層２７により新たに射出した基本波光と共振して増幅される。
【００３３】
外部共振器１４からＳＨＧ素子１３へ基本波光を入射させることにより生じた高調波光は、透過反射ミラー１２の第２面３２で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。透過反射ミラー１２の第２面３２で反射した高調波光は、反射ミラー１５の第１面３４へ入射する。反射ミラー１５の第１面３４へ入射した高調波光は、第１面３４での反射により光路が略９０度折り曲げられる。透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５での光路の折り曲げにより、ＳＨＧ素子１３から透過反射ミラー１２へ進行した高調波光の光路は略１８０度変換され、外部共振器１４を透過した高調波光と同じ方向へ進行する。第１主光線と第２主光線とは、略平行である。第２主光線は、反射ミラー１５から射出した光束の主光線である。外部共振器１４を透過した高調波光の光路と、反射ミラー１５で反射した高調波光の光路とは、略平行である。光源装置１０は、少ない光学素子による簡易かつ小型な構成とし、光の損失を低減させることができる。
【００３４】
図４は、本実施例の比較例について説明するものである。本比較例において、透過反射ミラー４１の第１端面４３は、第１面３１及び第２面３２に略垂直に形成されている。反射ミラー４２の第２端面４４は、第１面３４及び第２面３５に略垂直に形成されている。透過反射ミラー４１及び反射ミラー４２は、透過反射ミラー４１の第２面３２及び第１端面４３の間の辺と、反射ミラー４２の第１面３４及び第２端面４４の間の辺とが当接するように配置されている。
【００３５】
透過反射ミラー４１の第１面３１及び第２面３２の間隔をｄ、透過反射ミラー４１の第２面３２上において反射ミラー４２に接する位置と第１主光線Ｌ１が入射する位置との間隔をｘとする。透過反射ミラー４１の第１面３１を第１主光線Ｌ１が通過する場合において、第１主光線Ｌ１及び第２主光線Ｌ２の間隔Ｄ’が最小となるとき、式（２）が成立する。第２面３２及びＳＨＧ素子１３の間の第１主光線Ｌ１と第２面３２の垂線Ｎとがなす角度をθ、透過反射ミラー４１を透過する第１主光線Ｌ１と垂線Ｎとがなす角度をθ’、透過反射ミラー４１の第１面３１及び第２面３２の間の部材の屈折率をｎとすると、式（３）が成立する。
【００３６】
【数２】
2009212418.tif 000004
【００３７】
式（２）及び式（３）から、式（４）が成立する。本比較例のように透過反射ミラー４１及び反射ミラー４２を単に並列させる場合、式（４）により求められる間隔Ｄ’が最小値となる。なお、角度θを小さくすることにより間隔Ｄ’を短くできるが、透過反射ミラー４１に設けられる波長選択膜の透過反射特性への影響を考慮すると、角度θは、ある程度の大きさを確保する必要がある。
【００３８】
【数３】
2009212418.tif 000005
【００３９】
図５は、本実施例に係る光源装置１０における第１主光線Ｌ１及び第２主光線Ｌ２の間隔Ｄについて説明するものである。第１主光線Ｌ１及び第２主光線Ｌ２の間隔Ｄは、図４を用いて説明した間隔Ｄ’より小さい（Ｄ＜Ｄ’）。式（４）及びＤ＜Ｄ’の関係より、上記の式（１）が成立する。例えば、角度θを４５度、屈折率ｎを１．５、間隔ｄを０．５ｍｍとした場合、角度θ’はおよそ２８．１度、ｘはおよそ０．２６７ｍｍ、間隔Ｄ’はおよそ０．３７８ｍｍとなる。この場合、Ｄ＜０．３７８（ｍｍ）が成立する。
【００４０】
本実施例では、第１主光線Ｌ１に略平行な第１端面３３及び第２端面３６を形成することにより、式（１）を満足するように透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５を配置することができる。式（１）を満足するように透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５を配置することで、上記の比較例に対して、光源装置１０から射出する光束同士の間隔を短くすることが可能となる。光源装置１０から射出する光束同士の間隔を短くすることで、光源装置１０からの光を入射させる光学素子を小型にすることが可能となる。光学系を構成する光学素子を小型にすることで、光学系の小型化が可能となる。これにより、光源装置１０を含む光学系の小型化を可能とし、かつ高い効率で光を射出できるという効果を奏する。
【００４１】
図６は、本実施例の変形例について説明するものである。本変形例は、図４を用いて説明した比較例に係る透過反射ミラー４１及び反射ミラー４２を使用する。本変形例では、透過反射ミラー４１の第２面３２に反射ミラー４２の第２端面４４を当接させる。反射ミラー４２の第２端面４４は、透過反射ミラー４１の第２面３２に略平行である。反射ミラー４２の第２端面４４は、透過反射ミラー４１の第２面３２のうち第１端面４３近傍の位置に当接している。透過反射ミラー４１の第１端面４３と反射ミラー４２の第２面３５とは、同一の平面をなしている。
【００４２】
図７は、本変形例における第１主光線Ｌ１及び第２主光線Ｌ２の間隔Ｄについて説明するものである。本変形例の場合も、上記の式（１）を満足するように透過反射ミラー４１及び反射ミラー４２を配置することができる。本変形例の場合も、光源装置１０から射出する光束同士の間隔を短くすることができる。なお、本変形例は、透過反射ミラー４１の第１端面４３と反射ミラー４２の第２面３５とが同一の平面をなす構成に限られず、透過反射ミラー４１の第１端面４３と反射ミラー４２の第２面３５とが段差をなす構成であっても良い。さらに、反射ミラー４２の第２端面４４は、透過反射ミラー４１の第２面３２に当接する場合に限られない。
【００４３】
図８は、透過反射ミラー４１と反射ミラー４２との間に隙間を設ける場合について説明するものである。透過反射ミラー４１の第２面３２と反射ミラー４２の第２端面４４との間には、隙間が設けられている。第２面３２と第２端面４４との間隔をＤ’・ｓｉｎθより短くすることで、式（１）を満足するように透過反射ミラー４１及び反射ミラー４２を配置することができる。図８に示す構成では、第２端面４４は、透過反射ミラー４１の第２面３２に直交する線Ｍ上にある。なお、図７に示す構成の場合も、第２端面４４は、透過反射ミラー４１の第２面３２に直交する線上にある。第２端面４４の少なくとも一部が透過反射ミラー４１の第２面３２に直交する線上にあれば、光源装置１０から射出する光束同士の間隔を短くする効果が得られる。さらに、図５に示す構成の場合も、本変形例と同様に、第１端面３３及び第２端面３６の間に隙間を設けることとしても良い。第１端面３３及び第２端面３６の間隔をＤ’より短くすることで、式（１）を満足するように透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５を配置することができる。
【実施例２】
【００４４】
図９は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ５０の概略構成を示す。プロジェクタ５０は、スクリーン５９に光を投写し、スクリーン５９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。プロジェクタ５０は、赤色（Ｒ）光用光源装置５１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置５１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置５１Ｂを有する。各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ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５０は、各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂからの光を用いて画像を表示する画像表示装置である。
【００４５】
Ｒ光用光源装置５１Ｒは、Ｒ光を射出する光源装置である。拡散素子５２は、照明領域の整形、拡大、照明領域における光量分布の均一化を行う。拡散素子５２としては、例えば、回折光学素子である計算機合成ホログラム（Computer  Generated  Hologram；ＣＧＨ）を用いる。フィールドレンズ５３は、Ｒ光用光源装置５１Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置５４Ｒへ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置５４Ｒ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５４Ｒ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５５へ入射する。
【００４６】
Ｇ光用光源装置５１Ｇは、Ｇ光を射出する光源装置である。拡散素子５２及びフィールドレンズ５３を経た光は、Ｇ光用空間光変調装置５４Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置５４Ｇ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５４Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム５５のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００４７】
Ｂ光用光源装置５１Ｂは、Ｂ光を射出する光源装置である。拡散素子５２及びフィールドレンズ５３を経た光は、Ｂ光用空間光変調装置５４Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置５４Ｂ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５４Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム５５のうちＲ光が入射する面、及びＧ光が入射する面とは異なる面へ入射する。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。
【００４８】
クロスダイクロイックプリズム５５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５６、５７を有する。第１ダイクロイック膜５６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５７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５５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５８の方向へ射出する。投写レンズ５８は、クロスダイクロイックプリズム５５で合成された光をスクリーン５９に向けて投写する。
【００４９】
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５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを用いることにより、プロジェクタ５０は、高い光利用効率で明るい画像を表示することができる。また、各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂから射出する光束の間隔を短くできることで、拡散素子５２を小型にすることができる。なお、プロジェクタ５０は、各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの少なくとも一つが上記の光源装置１０と同様の構成であれば良い。例えば、Ｒ光用光源装置５１Ｒは、半導体素子からの光を波長変換せずそのまま射出する構成であっても良い。
【００５０】
プロジェクタ５０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。プロジェクタ５０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５０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５０は、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタ５０は、ガルバノミラー等の走査手段により光源装置からのレーザ光を走査させ、被照射面において画像を表示するレーザスキャン型のプロジェクタであっても良い。プロジェクタ５０は、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。プロジェクタ５０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射出す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。
【実施例３】
【００５１】
図１０は、本発明の実施例３に係るモニタ装置６０の概略構成を示す。モニタ装置６０は、装置本体６１と、光伝送部６２とを有する。装置本体６１は、光源装置６３を有する。光源装置６３は、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。光伝送部６２は、２つのライトガイド６５、６８を有する。光伝送部６２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板６６及び結像レンズ６７が設けられている。第１ライトガイド６５は、光源装置６３からの光を被写体へ伝送する。拡散板６６は、第１ライトガイド６５の射出側に設けられている。第１ライトガイド６５内を伝播した光は、拡散板６６を透過することにより、被写体側にて拡散する。
【００５２】
第２ライトガイド６８は、被写体からの光をカメラ６４へ伝送する。結像レンズ６７は、第２ライトガイド６８の入射側に設けられている。結像レンズ６７は、被写体からの光を第２ライトガイド６８の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ６７により第２ライトガイド６８へ入射した後、第２ライトガイド６８内を伝播してカメラ６４へ入射する。
【００５３】
第１ライトガイド６５、第２ライトガイド６８としては、例えば、多数の光ファイバを束ねたものを用いる。光ファイバを用いることで、光を遠方へ伝送させることができる。カメラ６４は、装置本体６１内に設けられている。カメラ６４は、光源装置６３からの光により照明された被写体を撮像する撮像部である。第２ライトガイド６８から入射した光をカメラ６４へ入射させることで、カメラ６４により被写体を撮像する。上記実施例１の光源装置１０と同様の構成を有する光源装置６３を用いることにより、モニタ装置６０は、高い光利用効率で明るい像をモニタすることができる。また、光源装置６３から射出する光束の間隔を短くできることで、光源装置６３からの光を入射させる光学素子を小型にすることができる。例えば、小さい断面積の第１ライトガイド６５を用いることが可能となる。
【００５４】
本発明に係る光源装置は、画像表示装置である液晶ディスプレイに適用しても良い。この場合も、明るい画像を表示することができる。本発明に係る光源装置は、モニタ装置や画像表示装置に適用される場合に限られない。本発明に係る光源装置は、例えば、レーザ光を用いた露光のための露光装置やレーザ加工装置等の光学系に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明に係る光源装置は、モニタ装置や画像表示装置に用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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】半導体素子の断面構成を模式的に表した図。
【図３】透過反射ミラー及び反射ミラーの構成を説明する図。
【図４】本実施例の比較例について説明する図。
【図５】光源装置における第１主光線及び第２主光線の間隔について説明する図。
【図６】実施例１の変形例について説明する図。
【図７】変形例における第１主光線及び第２主光線の間隔について説明する図。
【図８】透過反射ミラーと反射ミラーとの間に隙間を設ける場合の図。
【図９】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。
【図１０】本発明の実施例３に係るモニタ装置の概略構成を示す図。
【００５７】
１０  光源装置、１１  半導体素子、１２  透過反射ミラー、１３  ＳＨＧ素子、１４  外部共振器、１５  反射ミラー、１６  ＳＨＧ素子用マウント、１７  基台、１８  支柱、２５  基板、２６  ミラー層、２７  活性層、３１  第１面、３２  第２面、３３  第１端面、３４  第１面、３５  第２面、３６  第２端面、Ｎ  垂線、４１  透過反射ミラー、４２  反射ミラー、４３  第１端面、４４  第２端面、５０  プロジェクタ、５１Ｒ  Ｒ光用光源装置、５１Ｇ  Ｇ光用光源装置、５１Ｂ  Ｂ光用光源装置、５２  拡散素子、５３  フィールドレンズ、５４Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、５４Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、５４Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、５５  クロスダイクロイックプリズム、５６  第１ダイクロイック膜、５７  第２ダイクロイック膜、５８  投写レンズ、５９  スクリーン、６０  モニタ装置、６１  装置本体、６２  光伝送部、６３  光源装置、６４  カメラ、６５  第１ライトガイド、６６  拡散板、６７  結像レンズ、６８  第２ライトガイド
【図１】
2009212418.tif 000008
【図２】
2009212418.tif 000009
【図３】
2009212418.tif 000010
【図４】
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【図５】
2009212418.tif 000012
【図６】
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【図７】
2009212418.tif 000014
【図８】
2009212418.tif 000015
【図９】
2009212418.tif 000016
【図１０】
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