(57)【要約】【課題】アレイ光源を用いる場合に、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することが可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、モニタ装置及び画像表示装置を提供すること。【解決手段】光を射出する複数の発光部を備えるアレイ光源である半導体素子１１と、特定方向に略直交する面に沿って形成され、特定方向へ並列されている、分極を反転させた分極反転層１７を有し、アレイ光源からの光の波長を変換する波長変換部と、複数の発光部から射出される複数の光の進行方向を調整する調整部である第１面１８と、を有し、調整部は、複数の光の進行方向を特定方向に近くなるように揃えて波長変換部に透過させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する複数の発光部を備えるアレイ光源と、
特定方向に略直交する面に沿って形成され、前記特定方向へ並列されている、分極を反転させた分極反転層を有し、前記アレイ光源からの光の波長を変換する波長変換部と、
前記複数の発光部から射出される複数の光の進行方向を調整する調整部と、を有し、
前記調整部は、前記複数の光の進行方向を前記特定方向に近くなるように揃えて前記波長変換部に透過させることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記アレイ光源からの複数の光が並列する方向をアレイ方向とすると、
前記調整部は、前記複数の光の進行方向を前記アレイ方向について調整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】
前記調整部は、屈折により前記アレイ光源からの複数の光を平行化させる屈折部からな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】
前記屈折部は、前記波長変換部のうち前記アレイ光源側の面に設けら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】
前記アレイ光源及び前記波長変換部の間の光路中に設けられた光学素子を有し、
前記屈折部は、前記光学素子に設けら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６】
前記アレイ光源を収納する光源用筐体を有し、
前記光学素子は、前記アレイ光源からの光を前記光源用筐体の外部へ射出させる射出部であ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】
前記光学素子は、前記アレイ光源からの光の光路を折り曲げるプリズムであることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項８】
前記屈折部は、凹形状の凹面を備えることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記屈折部は、凸形状の凸面を備えることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記屈折部は、前記アレイ光源からの光を回折させるホログラム素子を備えることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記調整部は、複数の前記屈折部からなることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記屈折部は、前記アレイ光源からの光のビーム径を縮小させることを特徴とする請求項３〜１１のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置からの光を用いて被照射物を照明することを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の照明装置と、
前記照明装置により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。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置からの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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、照明装置、モニタ装置及び画像表示装置、特に、波長変換素子を用いる光源装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの光源装置としてレーザ光源を用いる技術が提案されている。レーザ光源は、高出力化及び多色化に伴い、プロジェクタの光源として開発されている。プロジェクタの光源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、長寿命等の利点がある。レーザ光源は、光を共振させる外部共振器を用いることで、レーザ光の波長を狭帯域化でき、またレーザ光の高出力化が可能となる。外部共振器を有する光源装置の技術は、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８４７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ光源は、光源からの基本波光をそのままの波長で射出するものの他、基本波光の波長を変換して射出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）素子が知られている。ＳＨＧ素子を用いることで、容易に入手可能な汎用の光源を用いて、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。ＳＨＧ素子としては、非線形光学材料の分極反転結晶を用いることができる。また、光源装置を高出力化するためには、レーザ光を射出する複数の発光部を並列させたアレイ光源を用いることができる。一般に、アレイ光源は、ＡｕＳｎ半田等を用いて、サブマウントに接合されている。アレイ光源及びサブマウントは、通常、異なる線膨張係数の材料で構成されている。半田接合時の温度から室温までの温度変化による収縮量がアレイ光源とサブマウントとで異なるため、アレイ光源及びサブマウントの接合体は、反りを生じる場合がある。かかるアレイ光源を分極反転結晶と組み合わせると、分極反転構造に対して斜めに透過する光の成分が存在することとなる。通常、波長変換素子は、分極反転構造に対して垂直に透過する光に対して位相整合条件が決定される。このため、分極反転構造に対して斜めに透過する光が多くなるほど、波長変換効率が低下することとなる。アレイ光源の単なる位置ずれに対しては、波長変換素子の位置調整により、波長変換素子を透過する光の進行方向を容易に補正可能である。これに対して、アレイ光源が湾曲している場合に、波長変換素子を透過する光の進行方向を補正することは困難である。このように、従来の技術によると、アレイ光源を用いる構成において、高い効率で光を射出することが困難な場合が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、アレイ光源を用いる場合に、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することが可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、モニタ装置及び画像表示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、光を射出する複数の発光部を備えるアレイ光源と、特定方向に略直交する面に沿って形成され、特定方向へ並列されている、分極を反転させた分極反転層を有し、アレイ光源からの光の波長を変換する波長変換部と、複数の発光部から射出される複数の光の進行方向を調整する調整部と、有し、調整部は、前記複数の光の進行方向を特定方向に近くなるように揃えて波長変換部に透過させることを特徴とする。
【０００６】
波長変換部は、分極反転構造を構成する分極反転層に直交する方向に沿って光を透過させることで、高い波長変換効率を得ることが可能となる。複数の光の進行方向を特定方向に近くなるように揃えることで、反りを生じたアレイ光源を用いる場合でも、高い波長変換効率を得ることが可能となる。これにより、アレイ光源を用いる場合に、高い波長変換効率により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。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、アレイ光源からの複数の光が並列する方向をアレイ方向とすると、調整部は、複数の光の進行方向をアレイ方向について調整することが望ましい。アレイ光源が反ることにより、複数の光の進行方向がアレイ方向について変化することとなる。これにより、アレイ光源からの複数の光の進行方向を、特定方向に近くなるように揃えることができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、調整部は、屈折によりアレイ光源からの複数の光を平行化させる屈折部からなることが望ましい。これにより、アレイ光源からの複数の光の進行方向を調整することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、屈折部は、波長変換部のうちアレイ光源側の面に設けられることが望ましい。これにより、進行方向が調整された複数の光を波長変換部に透過させることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、アレイ光源及び波長変換部の間の光路中に設けられた光学素子を有し、屈折部は、光学素子に設けられることが望ましい。これにより、進行方向が調整された複数の光を波長変換部に透過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、アレイ光源を収納する光源用筐体を有し、光学素子は、アレイ光源からの光を光源用筐体の外部へ射出させる射出部であることが望ましい。射出部に屈折作用を持たせることで、簡易な構成により高い波長変換効率と防塵効果を得られる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、アレイ光源からの光の光路を折り曲げるプリズムであることが望ましい。プリズムに屈折作用を持たせることで、簡易な構成により高い波長変換効率が得られ、かつ光路の折り曲げができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、屈折部は、凹形状の凹面を備えることが望ましい。これにより、複数の光を収束させるアレイ光源に対して、複数の光を平行化させることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、屈折部は、凸形状の凸面を備えることが望ましい。これにより、複数の光を発散させるアレイ光源に対して、複数の光を平行化させることができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、屈折部は、アレイ光源からの光を回折させるホログラム素子を備えることが望ましい。これにより、回折により光を適宜屈折させることで、複数の光を平行化させることができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、調整部は、複数の屈折部からなることが望ましい。屈折部は、最大でアレイ光源からの光線と同数とすることが可能である。屈折部の数を多くするほど、分極反転層に直交する方向に正確に光を屈折させることが可能となる。これにより、さらに高い波長変換効率が得られる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、屈折部は、アレイ光源からの光のビーム径を縮小させることが望ましい。波長変換素子は、通常、波長変換素子内を透過する光のエネルギー密度に略比例して、波長変換効率が向上することが知られている。屈折部でビーム径を絞ることにより、波長変換素子内を透過する光のエネルギー密度を高めることが可能となる。これにより、さらに高い波長変換効率が得られる。
【００１８】
さらに、本発明に係る照明装置は、上記の光源装置を有し、光源装置からの光を用いて被照射物を照明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、高い効率で光を射出することができる。これにより、高い効率で光を供給可能な照明装置を得られる。
【００１９】
さらに、本発明に係るモニタ装置は、上記の照明装置と、照明装置により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。上記の照明装置を用いることで、高い効率で光を供給できる。これにより、高い効率で供給された光を用いて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。
【００２０】
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、光源装置からの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で、高い効率で光を射出できる。これにより、高い効率で供給された光を用いて明るい画像を表示可能な画像表示装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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】
【００２２】
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、複数のレーザ光を射出するレーザアレイである。半導体素子１１、ＳＨＧ素子１４、及び外部共振器１５は、特定方向であるＺ軸方向に沿って配置されている。Ｘ軸は、Ｚ軸に垂直な軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な軸である。
【００２３】
図２は、半導体素子１１及びサブマウント１２の斜視構成を示す。半導体素子１１は、第１波長の基本波光を射出させる複数の発光部（不図示）を備える面発光型のアレイ光源である。第１波長は、例えば１０６４ｎｍである。半導体素子１１は、例えばＧａＡｓ系の材料を用いて構成されている。半導体素子１１は、Ｘ軸方向へ複数の発光部を並列させている。半導体素子１１は、第１波長の光を反射する不図示のミラー層を有する。
【００２４】
半導体素子１１は、サブマウント１２上にマウントされている。サブマウント１２は、半導体素子１１で発生した熱を放散させる放熱基板である。サブマウント１２は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を用いて構成されている。半導体素子１１及びサブマウント１２は、例えば、ＡｕＳｎ半田を用いて互いに接合されている。
【００２５】
ＡｕＳｎ半田の接合時の温度は、例えば、約２８０度である。ＡｕＳｎ半田に代えて、比較的低融点である半田を用いても、半田の接合時の温度は１７０度程度となる。半導体素子１１及びサブマウント１２は、互いに異なる材料で構成されているため、半田接合時の温度から室温までの温度変化に対する収縮量が異なってくる。半導体素子１１及びサブマウント１２の接合体は、半導体素子１１及びサブマウント１２の収縮量の差が顕著であることによって反りを生じる。半導体素子１１は、光を射出する向きとは逆側へ中央部が凸となるように湾曲している。なお、半導体素子１１及びサブマウント１２は、本実施例で図示する程度の反りが生じるものに限られない。半導体素子１１のアレイ方向への長さを１０ｍｍとすると、半導体素子１１の射出面は、水平面に対する角度で表すと、例えば１ｍｒａｄ程度の傾きが生じている。
【００２６】
図１に戻って、半導体素子１１及びサブマウント１２の接合体は、パッケージベース１３上に配置されている。ＳＨＧ素子１４は、半導体素子１１からの第１波長の基本波光を入射させることにより、第２波長の高調波光を射出させる。ＳＨＧ素子１４は、半導体素子１１からの光の波長を変換する波長変換素子である。ＳＨＧ素子１４は、半導体素子１１及び外部共振器１５の間の光路中に設けられている。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１４は、半導体素子１１側に第１面１８、外部共振器１５側に第２面１９を向けて配置されている。
【００２７】
外部共振器１５は、半導体素子１１のミラー層との間において、半導体素子１１からの光を共振させる。外部共振器１５は、第１波長の光を選択的に反射し、第１波長とは異なる波長（第２波長を含む）の光を透過させる。外部共振器１５としては、例えば、ＶＨＧ（Volume  Holographic  Grating）を用いることができる。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できる。
【００２８】
ＶＨＧ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。ＶＨＧは、かかる干渉縞と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させる。外部共振器１５は、直方体形状をなしている。外部共振器１５は、板状に形成された材料を切り分けることで得られる。なお、外部共振器１５は、波長選択性を有するものであれば良く、ＶＨＧに限られない。外部共振器１５としては、例えば、バンドパスフィルタやダイクロイックミラーを用いても良い。
【００２９】
ＳＨＧ素子１４は、例えば、非線形光学結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の分極反転結晶（Periodically  Poled  Lithium  Niobate；ＰＰＬＮ）である。ＳＨＧ素子１４は、自発分極層１６及び分極反転層１７を交互に並列させた分極反転構造を有する。自発分極層１６及び分極反転層１７は、半導体素子１１からの光の波長を変換する波長変換部を構成する。自発分極層１６及び分極反転層１７は、特定方向であるＺ軸方向へ並列している。自発分極層１６及び分極反転層１７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構成する。自発分極層１６及び分極反転層１７は、Ｚ軸方向に略直交するＸＹ平面に沿って形成されている。なお、図示する自発分極層１６及び分極反転層１７は、模式的に表したものである。
【００３０】
分極反転構造は、コヒーレント長ごとに非線形光学定数の符号を反転させて構成されている。分極反転構造の形成には、自発分極を持つ非線形光学結晶へ電圧を印加する手法が多く用いられている。分極反転層１７は、非線形光学結晶の自発分極を反転させた層状領域である。自発分極層１６は、非線形光学結晶の自発分極が残された層状領域である。分極反転構造は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板上に絶縁層の微細なパターンを形成し、電極或いは電解液を介して電圧を印加することにより得ることができる。分極反転構造は、例えば、絶縁層のパターン、及び電極が形成された材料基板を切り分けた後、パルス電圧を印加することにより形成できる。さらに、第１面１８及び第２面１９の研磨、及び反射防止膜（ＡＲコート）の形成を経て、ＳＨＧ素子１４が完成する。ＳＨＧ素子１４は、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の波長変換素子である。ＳＨＧ素子１４は、光を透過させる導波路を持つ構成であっても良い。
【００３１】
図３は、ＳＨＧ素子１４の斜視構成を示す。ＳＨＧ素子１４の第１面１８は、凹形状の凹面である。第１面１８は、Ｘ軸方向について曲率を持つ。第１面１８は、半導体素子１１からの複数の光を屈折させる屈折部として機能する。第１面１８は、半導体素子１１の形状を反転させたような形状をなす。第２面１９は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な平面形状をなす。
【００３２】
図１に戻って、半導体素子１１からの複数の光は、アレイ方向であるＸ軸方向へ並列している。半導体素子１１からの複数の光は、互いに収束しながら進行する。第１面１８は、半導体素子１１からの複数の光の進行方向をＸ軸方向について調整する調整部として機能する。半導体素子１１からの複数の光は、ＳＨＧ素子１４の第１面１８において、Ｚ軸方向に進行方向が変換される。第１面１８は、屈折により半導体素子１１からの複数の光を平行化させる。第１面１８は、複数の光の進行方向をＺ軸方向に揃えて自発分極層１６及び分極反転層１７に透過させる。ＳＨＧ素子１４を透過した光は、外部共振器１５へ入射する。
【００３３】
ＳＨＧ素子１４で生じた高調波光は、外部共振器１５を透過する。外部共振器１５を透過した高調波光は、光源装置１０外へ射出する。第１面１８側からＳＨＧ素子１４を透過した基本波光は、外部共振器１５で反射する。外部共振器１５に対して垂直に入射した基本波光は、外部共振器１５で反射した後、外部共振器１５へ入射したときと同じ光路を逆に辿る。
【００３４】
第２面１９から第１面１８側へＳＨＧ素子１４を透過した光は、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、半導体素子１１のミラー層で反射し、半導体素子１１から射出する。半導体素子１１及び外部共振器１５により反射された基本波光は、半導体素子１１により新たに射出される基本波光と共振して増幅される。
【００３５】
図４は、直方体形状のＳＨＧ素子２０と半導体素子１１とを組み合わせた場合の光の進行方向について説明するものである。ＳＨＧ素子２０の第１面２１は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な平面形状をなす。半導体素子１１から互いに収束するように進行した複数の光は、ＳＨＧ素子２０内においても互いに収束するように進行する。このため、半導体素子１１の端部に近い発光部から射出された光ほど、ＳＨＧ素子２０内において、自発分極層１６及び分極反転層１７に対して斜めに進行することとなる。基本波光の第１波長に対応するピッチの分極反転構造に対して斜めに透過する光が多くなるほど、位相整合条件が崩れ、波長変換効率が低下することとなる。
【００３６】
図１に戻って、本発明は、自発分極層１６及び分極反転層１７に直交するＺ軸方向に沿って光を透過させるＳＨＧ素子１４を用いることで、高い波長変換効率を得ることが可能となる。Ｚ軸方向に複数の光の進行方向を揃えることで、反りを生じた半導体素子１１を用いる場合でも、高い波長変換効率を得ることが可能となる。これにより、アレイ光源を用いる場合に、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することができるという効果を奏する。
【００３７】
ＳＨＧ素子１４は、光を透過させる方向へ長いほど、波長変換効率を高くできる。仮に、複数の光の進行方向を揃えるための他の光学素子を配置するために波長変換素子を小型にすると、波長変換効率が低下することになる。本実施例の光源装置１０は、ＳＨＧ素子１４の第１面１８を用いて光の進行方向を制御するため、ＳＨＧ素子１４の長さを十分確保可能とし、高い波長変換効率を実現できる。
【００３８】
ＳＨＧ素子１４の第１面１８の形状は、半導体素子１１の形状を計測した計測結果に基づいて決定できる。半導体素子１１の形状と略同一の形状の第１面１８を形成することで、半導体素子１１からの全ての光の進行方向をＺ軸方向に揃えることができる。但し、ＳＨＧ素子１４は、第１面１８の形状が半導体素子１１の形状と同一である場合に限られない。第１面１８は、半導体素子１１の形状に近い形状であっても良く、少なくとも、複数の光の進行方向をＺ軸方向に近くなるように調整可能であれば良い。半導体素子１１からの複数の光の進行方向をＺ軸方向へ近づけることが可能であれば、波長変換効率を向上させる効果を得ることができる。例えば、光源装置１０の製造工程において半導体素子１１の形状に個体差が生じる場合に、半導体素子１１の平均的な形状に基づいて第１面１８の形状を決定しても良い。
【００３９】
図５は、本実施例の変形例に係る光源装置３０の概略構成を示す。本実施例の光源装置３０は、上記の光源装置１０の半導体素子１１（図１参照）とは逆に湾曲する半導体素子３１を有する。半導体素子３１及びサブマウント３２は、光を射出する側へ中央部が凸となるように湾曲している。半導体素子３１は、湾曲の仕方が逆である他は、上記の半導体素子１１と同様の構成を有する。
【００４０】
図６は、ＳＨＧ素子３３の斜視構成を示す。ＳＨＧ素子３３の第１面３４は、凸形状の凸面である。第１面３４は、Ｘ軸方向について曲率を持つ。第１面３４は、半導体素子３１からの複数の光を屈折させる屈折部として機能する。第１面３４は、半導体素子３１の形状を反転させたような形状をなす。ＳＨＧ素子３３は、第１面３４の形状が異なる他は、上記のＳＨＧ素子１４（図３参照）と同様の構成を有する。
【００４１】
図５に戻って、半導体素子３１からの複数の光は、互いに発散するように進行する。半導体素子３１からの複数の光は、ＳＨＧ素子３３の第１面３４において、Ｚ軸方向に進行方向が変換される。第１面３４は、半導体素子３１からの複数の光の進行方向をＸ軸方向について調整する調整部として機能する。第１面３４は、屈折により半導体素子３１からの複数の光を平行化させる。第１面３４は、複数の光の進行方向をＺ軸方向に揃えて自発分極層１６及び分極反転層１７に透過させる。本変形例の場合も、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することができる。
【００４２】
本実施例のＳＨＧ素子１４、３３は、例えば、板状のＰＰＬＮを所望の形状に切削することにより形成できる。第１面１８、３４は、半導体素子１１、３１の形状を正確に反転させたものとする場合に限られない。複雑な形状の半導体素子１１、３１に対しては、かかる複雑な形状に近似する簡単な形状に基づいて、第１面１８、３４を形成しても良い。例えば、異なる曲率の部分を組み合わせた形状の半導体素子１１、３１に対して、一定の曲率を持つ形状の第１面１８、３４を適用しても良い。
【００４３】
第１面１８、３４は、Ｘ軸方向について曲率を有する場合の他、Ｘ軸方向及びＹ軸方向について曲率を有しても良い。第１面１８、３４は、一定の曲率を有する曲面である場合に限られず、一定の曲率を持たない自由曲面であっても良い。第１面１８、３４は、曲面である場合に限られず、複数の平面を組み合わせたものや、平面と曲面を組み合わせたものであっても良い。光源装置１０、３０は、Ｘ軸方向へ並列された複数の発光部を備えるアレイ光源に代えて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ複数の発光部を並列させたアレイ光源を用いても良い。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２方向について湾曲したアレイ光源に対しては、第１面にＸ軸方向及びＹ軸方向について曲率を持たせたＳＨＧ素子を用いても良い。
【実施例２】
【００４４】
図７は、本発明の実施例２に係る光源装置４０の概略構成を示す。本実施例の光源装置４０は、複数の光を平行化させる射出部４２を有することを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。光源用筐体４１は、半導体素子１１、サブマウント１２、及びパッケージベース１３を収納する。射出部４２は、光源用筐体４１のうちＳＨＧ素子２０側の面に設けられている。射出部４２は、半導体素子１１からの光を光源用筐体４１外へ射出させる。射出部４２は、半導体素子１１及びＳＨＧ素子２０の間の光路中に設けられた光学素子である。射出部４２は、２つの凹面を有する透明部材である。射出部４２は、凹レンズとして機能する。射出部４２は、半導体素子１１からの複数の光を屈折させる屈折部として機能する。また、射出部４２は、光源用筐体４１の防塵カバーとしても機能する。射出部４２による防塵作用により、光源装置４０の性能低下を低減できる。ＳＨＧ素子２０は、直方体形状をなす。
【００４５】
半導体素子１１からの複数の光は、互いに収束するように進行する。射出部４２は、半導体素子１１からの複数の光の進行方向をＸ軸方向について調整する調整部として機能する。半導体素子１１からの複数の光は、射出部４２において、Ｚ軸方向に進行方向が変換される。射出部４２は、屈折により半導体素子１１からの複数の光を平行化させる。射出部４２は、複数の光の進行方向をＺ軸方向に揃えて自発分極層１６及び分極反転層１７に透過させる。本実施例の場合も、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することができる。また、射出部４２を用いて光の進行方向を制御するため、複数の光の進行方向を揃えるための他の光学素子を別途設ける場合より光源装置を簡易な構成にできる。
【００４６】
図８は、本実施例の変形例に係る光源装置４５の概略構成を示す。本実施例の光源装置４５は、光を射出する側へ中央部が凸となるように湾曲する半導体素子３１及びサブマウント３２を有する。屈折部である射出部４６は、２つの凸面を有する透明部材である。射出部４６は、凸レンズとして機能する。射出部４６は、形状が異なる他は、上記の射出部４２（図７参照）と同様に構成されている。
【００４７】
半導体素子３１からの複数の光は、互いに発散するように進行する。半導体素子３１からの複数の光は、射出部４６において、Ｚ軸方向に進行方向が変換される。射出部４６は、屈折により半導体素子３１からの複数の光を平行化させる。本実施例の場合も、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することができる。
【実施例３】
【００４８】
図９は、本発明の実施例３に係る光源装置５０の概略構成を示す。本実施例の光源装置５０は、プリズム５１を有する。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。プリズム５１、ＳＨＧ素子２０、及び外部共振器１５は、Ｚ軸方向に並列している。半導体素子１１及びサブマウント１２は、基板５２の凹部５３に配置されている。半導体素子１１は、Ｙ軸方向へ光を射出する。
【００４９】
プリズム５１は、半導体素子１１からの光が入射する位置に設けられている。プリズム５１は、底面５５を半導体素子１１に対向させて配置されている。プリズム５１は、斜面５４での全反射により、半導体素子１１からの光の光路を折り曲げる。プリズム５１は、半導体素子１１及びＳＨＧ素子２０の間の光路中に設けられた光学素子である。ＳＨＧ素子２０は、直方体形状をなす。プリズム５１、ＳＨＧ素子２０、及び外部共振器１５は、基板５２上に配置されている。基板５２は、板状部材に凹部５３が施されたものである。凹部５３は、基板５２の上面の一部に形成されている。
【００５０】
図１０は、プリズム５１の斜視構成を示す。プリズム５１は、直角三角形の断面を持つ三角柱のうち、底面５５を凹形状に変形させた形状をなしている。底面５５は、凹形状の凹面である。底面５５は、凹レンズとして機能する。プリズム５１は、底面５５における屈折により半導体素子１１からの複数の光を平行化させる屈折部として機能する。底面５５は、Ｘ軸方向について曲率を持つ。図１１に示すように、底面５５は、半導体素子１１の形状を反転させたような形状をなす。
【００５１】
半導体素子１１からの複数の光は、互いに収束するように進行する。プリズム５１は、半導体素子１１からの複数の光の進行方向をＸ軸方向について調整する調整部として機能する。半導体素子１１からの複数の光は、プリズム５１の底面５５において、Ｙ軸方向に進行方向が変換される。図９に戻って、プリズム５１の底面５５を透過した光は、斜面５４での全反射により、Ｚ軸方向へ折り曲げられる。プリズム５１は、複数の光の進行方向をＺ軸方向に揃えて自発分極層１６及び分極反転層１７に透過させる。本実施例の場合も、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することができる。また、プリズム５１を用いて光の進行方向を制御するため、複数の光の進行方向を揃えるための他の光学素子を別途設ける場合より光源装置を簡易な構成にできる。
【００５２】
図１２は、本実施例の変形例に係る光源装置の要部概略構成を示す。本変形例の光源装置は、光を射出する側へ中央部が凸となるように湾曲する半導体素子３１及びサブマウント３２を有する。プリズム５７は、直角三角形の断面を持つ三角柱のうち、底面５８を凸形状に変形させた形状をなしている。底面５８は、凸形状の凸面である。底面５８は、凸レンズとして機能する。プリズム５７は、底面５８の形状が異なる他は、上記のプリズム５１（図１０参照）と同様に構成されている。
【００５３】
半導体素子３１からの複数の光は、互いに発散するように進行する。半導体素子３１からの複数の光は、プリズム５７の底面５８において、Ｙ軸方向に進行方向が変換される。本変形例の場合も、高い波長変換効率により高い効率で光を射出することができる。なお、プリズム５１、５７は、底面５５、５８での屈折により複数の光を平行化させる場合に限られない。光を平行化させるのは、プリズム５１、５７のうち光が到達するいずれの面であっても良い。
【００５４】
屈折部を設ける光学素子は、実施例３の射出部、及び本実施例のプリズムに限られず、他の構成であっても良い。例えば、アレイ光源からの光の光路を折り曲げるミラーを曲面形状とすることで、本実施例のプリズムと同様に機能させても良い。
【実施例４】
【００５５】
図１３は、本発明の実施例４に係るＳＨＧ素子６０の概略構成を示す。本実施例のＳＨＧ素子６０は、上記実施例１の光源装置１０（図１参照）に適用することができる。本実施例のＳＨＧ素子６０は、複数のマイクロレンズ６２を備えることを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例のＳＨＧ素子６０は、光を射出する側とは反対側へ中央部が凸となるように湾曲する半導体素子１１と組み合わせて用いることができる。複数のマイクロレンズ６２は、第１面６１において、Ｘ軸方向に並列されている。ＳＨＧ素子６０には、半導体素子１１からの光線と同数のマイクロレンズ６２が形成されている。マイクロレンズ６２は、凹形状の凹面を備える。各マイクロレンズ６２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向について曲率を持つ。
【００５６】
図１４は、マイクロレンズ６２の断面構成を示す。マイクロレンズ６２は、半導体素子１１からの光をＺ軸方向へ屈折させる。半導体素子１１からの光の傾きはマイクロレンズ６２ごとに異なる。各マイクロレンズ６２は、半導体素子１１からの光の傾きに応じて形状が設定されている。マイクロレンズ６２は、屈折により半導体素子１１からの複数の光を平行化させる屈折部として機能する。半導体素子１１からの光線と同数のマイクロレンズ６２を用いることにより、Ｚ軸方向に正確に光を屈折させることが可能となる。これにより、さらに高い波長変換効率が得られる。
【００５７】
また、波長変換素子は、通常、波長変換素子内を透過する光のエネルギー密度に略比例して、波長変換効率が向上することが知られている。マイクロレンズ６２は、光を屈折させる他、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方についてビーム径を縮小させる機能を持たせても良い。マイクロレンズ６２でビーム径を絞ることにより、ＳＨＧ素子６０内を透過する光のエネルギー密度を高めることが可能となる。これにより、さらに高い波長変換効率が得られる。
【００５８】
図５に示す光源装置３０に対しては、図１５に示すように、凸形状の凸面を備えるマイクロレンズ６３を用いることができる。マイクロレンズ６３を備えるＳＨＧ素子は、光を射出する側へ中央部が凸となるように湾曲する半導体素子３１と組み合わせて用いることができるマイクロレンズ６３は、半導体素子３１からの光をＺ軸方向へ屈折させる。各マイクロレンズ６３は、半導体素子３１からの光の傾きに応じて形状が設定されている。この場合も、高い波長変換効率を得ることができる。なお、本実施例のマイクロレンズ６２、６３は、少なくともＺ軸方向に近くなるように光を屈折可能であれば良く、Ｘ軸方向のみについて曲率を持つ形状としても良い。マイクロレンズ６２、６３は、例えば、ナノインプリント技術を用いて形成できる。
【００５９】
ＳＨＧ素子は、マイクロレンズ６２、６３に代えて、ホログラム素子を用いても良い。図１６に示すように、複数のホログラム素子６５は、第１面６１において、Ｘ軸方向に並列させることができる。ホログラム素子６５は、微小な矩形領域を単位として形成された複数の凹凸を備える。ホログラム素子６５は、矩形領域ごとに光の位相を変化させる。ホログラム素子６５は、光の位相を空間的に変化させることにより、半導体素子からの光を回折させる。矩形領域のピッチ及び凹凸の高さを含む表面条件を最適化することにより、所望の向きへ光を屈折させることができる。この場合も、高い波長変換効率を得ることができる。ホログラム素子６５についても、ビーム径を縮小させる機能を持たせても良い。ホログラム素子６５は、例えば、ナノインプリント技術を用いて形成できる。
【００６０】
上記各実施例の光源装置は、マイクロレンズ又はホログラム素子を用いる構成としても良い。本実施例において、屈折部であるマイクロレンズ及びホログラム素子は、１つの光を屈折させる場合に限られず、複数の光を屈折させても良い。異なる傾きの光が屈折部へ入射する場合、屈折部は、少なくとも各光の進行方向をＺ軸方向に近くできる構成であれば良い。複数の光を屈折させる屈折部を用いることで、半導体素子からの光線の数より少ない数の屈折部を設ける構成にできる。屈折部の数を少なくするほど、屈折部の形成を容易にできる。屈折部の数を光線の数に近くするほど、各光について、Ｚ軸方向に正確に屈折させることが可能となる。
【００６１】
上記各実施例の光源装置は、本実施例で説明する構成である場合に限られず、構成を適宜変更しても良い。例えば、光源部として、半導体レーザ励起固体（Diode  Pumped  Solid  State；ＤＰＳＳ）レーザ等を用いる構成としても良い。光源装置は、必要に応じて、偏光選択用フィルタ、波長選択用フィルタ等の光学素子を設けても良い。
【実施例５】
【００６２】
図１７は、本発明の実施例５に係るモニタ装置７０の概略構成を示す。モニタ装置７０は、装置本体７１と、光伝送部７２とを有する。装置本体７１は、上記実施例１の光源装置１０（図１参照）を備える。光伝送部７２は、２つのライトガイド７４、７５を有する。光伝送部７２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板７６及び結像レンズ７７が設けられている。第１ライトガイド７４は、光源装置１０からの光を被写体へ伝送する。拡散板７６は、第１ライトガイド７４の射出側に設けられている。第１ライトガイド７４内を伝播した光は、拡散板７６を透過することにより、被写体側にて拡散する。光源装置１０から拡散板７６までの光路中の各部は、被写体を照明する照明装置を構成する。
【００６３】
第２ライトガイド７５は、被写体からの光をカメラ７３へ伝送する。結像レンズ７７は、第２ライトガイド７５の入射側に設けられている。結像レンズ７７は、被写体からの光を第２ライトガイド７５の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ７７により第２ライトガイド７５へ入射した後、第２ライトガイド７５内を伝播してカメラ７３へ入射する。
【００６４】
第１ライトガイド７４、第２ライトガイド７５としては、多数の光ファイバを束ねたものを用いることができる。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７３は、装置本体７１内に設けられている。カメラ７３は、光源装置１０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７５から入射した光をカメラ７３へ入射させることで、カメラ７３による被写体の撮像ができる。上記実施例１の光源装置１０を用いることにより、高い効率で光を射出できる。これにより、高い効率で供給された光を用いて明るい像をモニタできるという効果を奏する。なお、モニタ装置７０は、上記各実施例で説明するいずれの光源装置を適用しても良い。
【実施例６】
【００６５】
図１８は、本発明の実施例６に係るプロジェクタ８０の概略構成を示す。プロジェクタ８０は、スクリーン８９に光を供給し、スクリーン８９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８０は、赤色（Ｒ）光用光源装置８１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置８１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置８１Ｂを有する。各色光用光源装置８１Ｒ、８１Ｇ、８１Ｂ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８０は、各色光用光源装置８１Ｒ、８１Ｇ、８１Ｂからの光を用いて画像を表示する画像表示装置である。
【００６６】
Ｒ光用光源装置８１Ｒは、Ｒ光を供給する光源装置である。拡散素子８２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８２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）を用いることができる。フィールドレンズ８３は、Ｒ光用光源装置８１Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置８４Ｒへ入射させる。Ｒ光用光源装置８１Ｒ、拡散素子８２、及びフィールドレンズ８３は、Ｒ光用空間光変調装置８４Ｒを照明する照明装置を構成する。Ｒ光用空間光変調装置８４Ｒは、照明装置からのＲ光を画像信号に応じて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８４Ｒ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８５へ入射する。
【００６７】
Ｇ光用光源装置８１Ｇは、Ｇ光を供給する光源装置である。拡散素子８２及びフィールドレンズ８３を経た光は、Ｇ光用空間光変調装置８４Ｇへ入射する。Ｇ光用光源装置８１Ｇ、拡散素子８２、及びフィールドレンズ８３は、Ｇ光用空間光変調装置８４Ｇを照明する照明装置を構成する。Ｇ光用空間光変調装置８４Ｇは、照明装置からのＧ光を画像信号に応じて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８４Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム８５のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００６８】
Ｂ光用光源装置８１Ｂは、Ｂ光を供給する光源装置である。拡散素子８２及びフィールドレンズ８３を経た光は、Ｂ光用空間光変調装置８４Ｂへ入射する。Ｂ光用光源装置８１Ｂ、拡散素子８２、及びフィールドレンズ８３は、Ｂ光用空間光変調装置８４Ｂを照明する照明装置を構成する。Ｂ光用空間光変調装置８４Ｂは、照明装置からのＢ光を画像信号に応じて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８４Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム８５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）を用いることができる。
【００６９】
クロスダイクロイックプリズム８５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８６、８７を有する。第１ダイクロイック膜８６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８７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８５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８８の方向へ射出する。投写レンズ８８は、クロスダイクロイックプリズム８５で合成された光をスクリーン８９に向けて投写する。
【００７０】
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８１Ｒ、８１Ｇ、８１Ｂを用いることにより、高い効率で光を射出できる。これにより、高い効率で供給された光を用いて明るい画像を表示できるという効果を奏する。なお、各色光用光源装置８１Ｒ、８１Ｇ、８１Ｂは、上記各実施例で説明するいずれの光源装置を適用しても良い。プロジェクタ８０は、例えば、Ｒ光用光源装置８１ＲはＳＨＧ素子を用いず光源部からの基本波光をそのまま射出するものとし、Ｇ光用光源装置８１Ｇ及びＢ光用光源装置８１Ｂについて、上記各実施例のいずれかの光源装置と同様の構成としても良い。
【００７１】
プロジェクタは、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、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。
【００７２】
本発明の光源装置は、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。本発明の光源装置と導光板を組み合わせることにより、液晶パネルを照明する照明装置として用いることができる。この場合も、明るい画像を表示することができる。本発明の光源装置は、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。本発明の光源装置は、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】
【００７３】
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】
【００７４】
【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】半導体素子及びサブマウントの斜視構成を示す図。
【図３】ＳＨＧ素子の斜視構成を示す図。
【図４】直方体形状のＳＨＧ素子を用いる場合の光の進行方向について説明する図。
【図５】実施例１の変形例に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図６】ＳＨＧ素子の斜視構成を示す図。
【図７】本発明の実施例２に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図８】実施例２の変形例に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図９】本発明の実施例３に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図１０】プリズムの斜視構成を示す図。
【図１１】プリズムの底面を通過した光の進行方向について説明する図。
【図１２】実施例３の変形例に係る光源装置の要部概略構成を示す図。
【図１３】本発明の実施例４に係るＳＨＧ素子の概略構成を示す図。
【図１４】マイクロレンズの断面構成を示す図。
【図１５】凸面を備えるマイクロレンズの断面構成を示す図。
【図１６】複数のホログラム素子を用いる構成を説明する図。
【図１７】本発明の実施例５に係るモニタ装置の概略構成を示す図。
【図１８】本発明の実施例６に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００７５】
１０  光源装置、１１  半導体素子、１２  サブマウント、１３  パッケージベース、１４  ＳＨＧ素子、１５  外部共振器、１６  自発分極層、１７  分極反転層、１８  第１面、１９  第２面、２０  ＳＨＧ素子、２１  第１面、３０  光源装置、３１  半導体素子、３２  サブマウント、３３  ＳＨＧ素子、３４  第１面、４０  光源装置、４１  光源用筐体、４２  射出部、４５  光源装置、４６  射出部、５０  光源装置、５１  プリズム、５２  基板、５３  凹部、５４  斜面、５５  底面、５７  プリズム、５８  底面、６０  ＳＨＧ素子、６１  第１面、６２  マイクロレンズ、６３  マイクロレンズ、６５  ホログラム素子、７０  モニタ装置、７１  装置本体、７２  光伝送部、７３  カメラ、７４  第１ライトガイド、７５  第２ライトガイド、７６  拡散板、７７  結像レンズ、８０  プロジェクタ、８１Ｒ  Ｒ光用光源装置、８１Ｇ  Ｇ光用光源装置、８１Ｂ  Ｂ光用光源装置、８２  拡散素子、８３  フィールドレンズ、８４Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、８４Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、８４Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、８５  クロスダイクロイックプリズム、８６  第１ダイクロイック膜、８７  第２ダイクロイック膜、８８  投写レンズ、８９  スクリーン
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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