(57)【要約】【課題】アレイ光源を用いる場合に、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１２を並列させたアレイ光源である半導体素子１１と、アレイ光源からの光を反射する反射構造である干渉縞１６を備え、アレイ光源からの光を共振させる外部共振器である体積ホログラム１５と、を有し、複数の発光部１２は、湾曲した形状の湾曲面である射出面Ｓ１に沿って並列し、反射構造は、湾曲面の形状に対応して湾曲させた形状を備える。【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並列させたアレイ光源と、
前記アレイ光源からの光を反射する反射構造を備え、前記アレイ光源からの光を共振させる外部共振器と、を有し、
複数の前記発光部は、湾曲した形状の湾曲面に沿って並列し、
前記反射構造は、前記湾曲面の形状に対応して湾曲させた形状を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記外部共振器は、前記アレイ光源からの光を回折させる体積ホログラムを備え、
前記反射構造は、前記体積ホログラムに記録された干渉縞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】
前記干渉縞は、共に発散光である第１光束及び第２光束の干渉により前記体積ホログラムに記録された干渉縞であ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】
前記反射構造は、特定波長の光を透過させる波長選択部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５】
前記アレイ光源及び前記外部共振器の間の光路中に設けられ、前記アレイ光源からの光の波長を変換する波長変換素子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記波長変換素子は、分極を反転させた分極反転層を並列させ、
前記アレイ光源は、前記分極反転層に対する前記発光部からの光の傾きに応じて設定された波長の光を、前記発光部から射出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】
前記波長変換素子は、分極を反転させた分極反転層を並列させ、
前記分極反転層は、前記湾曲面の形状に対応して湾曲させた形状を備え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】
請求項１〜７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９】
請求項８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１０】
請求項１〜７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、外部共振器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】
従来、プロジェクタは、高輝度化が求められている。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外部共振器と組み合わせると、外部共振器の反射構造に対して斜めに入射する光の成分が存在することとなる。反射構造に対して光が斜めに入射する場合、光は反射を繰り返すうちに拡散することになる。光が拡散すると、効率的なレーザ発振が困難となる。アレイ光源の単なる位置ずれに対しては、外部共振器の位置調整により、外部共振器へ入射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、外部共振器へ入射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並列させたアレイ光源と、アレイ光源からの光を反射する反射構造を備え、アレイ光源からの光を共振させる外部共振器と、を有し、複数の発光部は、湾曲した形状の湾曲面に沿って並列し、反射構造は、湾曲面の形状に対応して湾曲させた形状を備えることを特徴とする。
【０００６】
湾曲面の形状に対応して反射構造を湾曲させることにより、反射構造に対して垂直に光を入射させることができる。反射構造に対して垂直に光を入射させることにより、共振器構造における光の拡散を低減させ、効率的なレーザ発振が可能となる。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、外部共振器は、アレイ光源からの光を回折させる体積ホログラムを備え、反射構造は、体積ホログラムに記録された干渉縞であることが望ましい。これにより、所望の波長のレーザ光を射出できる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、干渉縞は、共に発散光である第１光束及び第２光束の干渉により体積ホログラムに記録された干渉縞であることが望ましい。これにより、湾曲させた形状の干渉縞を形成することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、反射構造は、特定波長の光を透過させる波長選択部であることが望ましい。これにより、所望の波長のレーザ光を射出できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、アレイ光源及び外部共振器の間の光路中に設けられ、アレイ光源からの光の波長を変換する波長変換素子を有することが望ましい。これにより、波長変換された光を射出できる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子は、分極を反転させた分極反転層を並列させ、アレイ光源は、分極反転層に対する発光部からの光の傾きに応じて設定された波長の光を、発光部から射出することが望ましい。位相整合条件に適合する波長は、分極反転層に対する光の傾きに応じて決定することができる。位相整合条件に適合するように発光部からの光の波長を適宜決定することにより、高い波長変換効率を得ることができる。これにより、高い波長変換効率によりさらに効率良く光を射出できる。また、各発光部からの光の波長を異ならせることで、スペックルの発生を低減できる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子は、分極を反転させた分極反転層を並列させ、分極反転層は、湾曲面の形状に対応して湾曲させた形状を備えることが望ましい。湾曲面の形状に対応して分極反転層を湾曲させることにより、分極反転層に直交する方向に沿って光を透過させ、高い波長変換効率を得ることが可能となる。これにより、高い波長変換効率によりさらに効率良く光を射出できる。
【００１３】
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。
【００１４】
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により、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。
【００１５】
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】
【００１６】
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】
【００１７】
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。光源装置１０は、半導体素子１１及び体積ホログラム１５を有する。半導体素子１１は、光を射出させる複数の発光部１２を備える面発光型のアレイ光源である。発光部１２は、射出面Ｓ１に沿って並列している。発光部１２は、所定の間隔で設けられている。射出面Ｓ１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した形状の湾曲面である。
【００１８】
図２は、半導体素子１１及びサブマウント１３の斜視構成を示す。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、光を反射する不図示のミラー層を有する。半導体素子１１は、サブマウント１３上にマウントされている。サブマウント１３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１３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１３は、例えば、ＡｕＳｎ半田を用いて互いに接合されている。
【００１９】
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１３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１３の接合体は、半導体素子１１及びサブマウント１３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及びサブマウント１３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１３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、射出面Ｓ１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。半導体素子１１は、図示する数の発光部１２を備える構成に限られず、複数の発光部１２を備えていれば良い。
【００２０】
図１に戻って、半導体素子１１及びサブマウント１３の接合体は、パッケージベース１４上に配置されている。体積ホログラム１５は、アレイ光源からの光を回折させる。体積ホログラム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である。体積ホログラム１５は、半導体素子１１から入射した光の一部を透過させ、その他を反射する。体積ホログラム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。体積ホログラム１５は、直方体形状をなしている。体積ホログラム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。
【００２１】
体積ホログラム１５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１６が記録されている。干渉縞１６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１５は、干渉縞１６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。干渉縞１６は、射出面Ｓ１と同様に湾曲させた形状を備える。干渉縞１６は、半導体素子１１からの光を反射する反射構造として機能する。なお、図示する干渉縞１６は、模式的に表したものである。
【００２２】
発光部１２からの光は、射出面Ｓ１に対して略垂直な方向へ射出する。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。半導体素子１１からの光は、体積ホログラム１５へ入射する。体積ホログラム１５へ入射した光は、干渉縞１６に対して略垂直に進行する。干渉縞１６に対して略垂直に入射した光の大部分は、干渉縞１６で反射し、体積ホログラム１５へ入射したときと同じ光路を逆に辿って、半導体素子１１へ入射する。体積ホログラム１５から半導体素子１１へ入射した光は、半導体素子１１のミラー層で反射する。ミラー層及び体積ホログラム１５により反射された光は、発光部１２から新たに射出される光と共振して増幅される。体積ホログラム１５は、半導体素子１１及び体積ホログラム１５間で増幅された光の一部を透過させ、光源装置１０外部へ射出させる。かかる構成により、レーザ光の高出力化及び狭帯域化が可能となる。
【００２３】
図３は、本実施例の比較例に係る従来の光源装置２０の概略構成を示す。比較例に係る光源装置２０の体積ホログラム２１には、略平坦な干渉縞２２が形成されている。干渉縞２２は、パッケージベース１４に略平行に設けられている。半導体素子１１の中央付近の発光部１２から射出する光は、干渉縞２２に対して略垂直に入射する。これに対して、半導体素子１１の端部付近の発光部１２から射出する光は、干渉縞２２に対して斜めに入射する。干渉縞２２に対して斜めに入射した光は、もとの発光部１２の方向とは異なる方向へ進行する。このため、半導体素子１１からの光は、半導体素子１１及び体積ホログラム２１の間で往復するうちに拡散することとなる。拡散による光の損失が顕著となると、効率的なレーザ発振が困難となる。
【００２４】
本発明の光源装置１０は、射出面Ｓ１の形状と同様に湾曲させた形状の干渉縞１６を用いることにより、干渉縞１６に対して垂直に光を入射させることができる。干渉縞１６に対して垂直に光を入射させることにより、半導体素子１１及び体積ホログラム１５間における光の拡散を低減させ、効率的なレーザ発振が可能となる。これにより、アレイ光源を用いる場合に、高い効率で光を射出できるという効果を奏する。
【００２５】
図４は、干渉縞１６を形成する手法の例を説明するものである。干渉縞１６は、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２の干渉により体積ホログラム１５に記録される。第１光束Ｌ１、第２光束Ｌ２は、いずれもある程度の広がりを持たせた発散光である。発散光である第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２を用いることにより、湾曲させた形状の干渉縞１６を形成できる。干渉縞１６の形成には、発散光を用いた露光を行う他、他の手法を用いても良い。なお、第１光束及び第２光束として平行光を用いる場合、略平坦な干渉縞２２（図３参照）を形成できる。
【００２６】
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と同様に構成されている。
【００２７】
射出面Ｓ２は、光を射出する側へ中央部が凸となるように湾曲した形状の湾曲面である。体積ホログラム３３は、半導体素子３１から入射した光の一部を透過させ、その他を反射する。体積ホログラム３３は、射出面Ｓ２と同様に湾曲させた形状の干渉縞３４を備える。体積ホログラム３３は、干渉縞３４の湾曲の仕方が逆である他は、上記の体積ホログラム１５（図１参照）と同様の構成を有する。
【００２８】
発光部１２からの光は、射出面Ｓ２に対して略垂直な方向へ射出する。半導体素子３１からの複数の光は、互いに発散しながら進行する。体積ホログラム３３へ入射した光は、干渉縞３４に対して略垂直に進行する。干渉縞３４に対して略垂直に入射した光の大部分は、干渉縞３４で反射し、体積ホログラム３３へ入射したときと同じ光路を逆に辿って、半導体素子３１へ入射する。本変形例の場合も、高い効率で光を射出することができる。
【００２９】
干渉縞１６、３４の形状は、半導体素子１１、３１の形状を計測した計測結果に基づいて決定できる。射出面Ｓ１、Ｓ２の形状に基づいて正確に干渉縞１６、３４を形成することで、体積ホログラム１５、３３で反射した光を正確に半導体素子１１、３１へ戻し、効率的なレーザ発振が可能となる。但し、干渉縞１６、３４の形状は、射出面Ｓ１、Ｓ２の形状と同一である場合に限られない。干渉縞１６、３４は、射出面Ｓ１、Ｓ２の形状に近い形状であっても良い。半導体素子１１、３１からの光に対して垂直に近くなるように形成された干渉縞１６、３４を用いることで、光を射出する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、３０の製造工程において半導体素子１１、３１の形状に個体差が生じる場合に、射出面Ｓ１、Ｓ２の平均的な形状に基づいて干渉縞１６、３４の形状を決定しても良い。
【００３０】
また、複雑な形状の射出面Ｓ１、Ｓ２を持つ半導体素子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の干渉縞１６、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射出面Ｓ１、Ｓ２に対して、一定の曲率を持つ形状の干渉縞１６、３４を適用しても良い。干渉縞１６、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。干渉縞１６、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。このように、干渉縞１６、３４は、射出面Ｓ１、Ｓ２の形状に対応して湾曲させた形状であれば良い。
【００３１】
光源装置１０、３０は、特定の一方向へ並列された複数の発光部１２を備えるアレイ光源に代えて、互いに直交する二方向へ複数の発光部１２を並列させたアレイ光源を用いても良い。互いに直交する二方向について湾曲したアレイ光源に対しては、互いに直交する二方向について湾曲させた形状の干渉縞を適用しても良い。
【実施例２】
【００３２】
図６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、共振ミラー４１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。光源装置４０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及びサブマウント１３を有する。共振ミラー４１は、半導体素子１１からの光を共振させる外部共振器である。共振ミラー４１は、半導体素子１１から入射した光の一部を透過させ、その他を反射する。共振ミラー４１は、射出面Ｓ１の形状に対応して湾曲させた形状を備える。
【００３３】
半導体素子１１からの光は、共振ミラー４１に対して略垂直に入射する。共振ミラー４１に対して略垂直に入射した光の大部分は、共振ミラー４１で反射し、共振ミラー４１へ入射したときと同じ光路を逆に辿って、半導体素子１１へ入射する。共振ミラー４１は、半導体素子１１及び共振ミラー４１間で増幅された光の一部を透過させ、光源装置４０外部へ射出させる。本実施例の場合も、高い効率で光を射出することができる。
【００３４】
図７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。共振ミラー４６は、半導体素子３１から入射した光の一部を透過させ、その他を反射する。共振ミラー４６は、射出面Ｓ２の形状に対応して湾曲させた形状を備える。共振ミラー４６は、湾曲の仕方が逆である他は、上記の共振ミラー４１（図６参照）と同様に構成されている。半導体素子３１からの光は、共振ミラー４６に対して略垂直に入射する。本変形例の場合も、高い効率で光を射出することができる。
【００３５】
共振ミラー４１、４６は、射出面Ｓ１、Ｓ２の形状に対応して湾曲させた形状の基材を予め形成し、基材に金属膜等を成膜することにより形成できる。基材は、透明部材を用いて構成されている。基材は、板状部材を熱変形等させることで容易に形成できる。所望の形状の基材を予め形成することで、容易に共振ミラー４１、４６を形成することができる。共振ミラー４１、４６は、上記実施例１の干渉縞１６、３４（図１、５参照）と同様に、適宜変形しても良い。
【実施例３】
【００３６】
図８−１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、第二高調波発生（Second−Harmonic  Generation；ＳＨＧ）素子５２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。光源装置５０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５１及びサブマウント１３を有する。半導体素子５１は、複数の発光部１２により、複数の波長の光を射出する。半導体素子５１は、複数の発光部１２により複数の波長の光を射出する他は、上記の半導体素子１１（図１参照）と同様の構成を有する。
【００３７】
ＳＨＧ素子５２は、半導体素子５１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５２は、半導体素子５１からの光の波長を変換する波長変換素子である。ＳＨＧ素子５２は、半導体素子５１及び体積ホログラム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る。例えば、基本波光は赤外光であって、高調波光は可視光である。
【００３８】
ＳＨＧ素子５２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５２は、自発分極層５３及び分極反転層５４を交互に並列させた分極反転構造を有する。ＳＨＧ素子５２は、所定のピッチの分極反転構造を有する。自発分極層５３、分極反転層５４は、パッケージベース１４に略平行に形成されている。なお、図示する自発分極層５３及び分極反転層５４は、模式的に表したものである。
【００３９】
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５４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５３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、光を通過させる面の研磨、及び反射防止膜（ＡＲコート）の形成を経て、ＳＨＧ素子５２が完成する。ＳＨＧ素子５２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５２は、光を透過させる導波路を持つ構成であっても良い。
【００４０】
体積ホログラム５５は、半導体素子５１のミラー層との間において、半導体素子５１からの光を共振させる外部共振器である。体積ホログラム５５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。干渉縞５６は、射出面Ｓ１と同様に湾曲させた形状を備える。干渉縞５６は、半導体素子５１からの基本波光を反射する反射構造として機能する。
【００４１】
半導体素子５１からの光は、ＳＨＧ素子５２へ入射する。ＳＨＧ素子５２を透過した光は、体積ホログラム５５へ入射する。ＳＨＧ素子５２で生じた高調波光は、体積ホログラム５５を透過する。体積ホログラム５５を透過した高調波光は、光源装置５０外へ射出する。半導体素子５１からＳＨＧ素子５２を透過した基本波光は、体積ホログラム５５で反射する。干渉縞５６に対して垂直に入射した基本波光は、干渉縞５６で反射した後、体積ホログラム５５へ入射したときと同じ光路を逆に辿る。
【００４２】
半導体素子５１の端部近傍の発光部１２から射出された光は、分極反転層５４及び自発分極層５３に対して傾いて進行する。半導体素子５１は、自発分極層５３及び分極反転層５４に対する発光部１２からの光の傾きに応じて設定された波長の光を、発光部１２から射出する。半導体素子５１は、中心部から離れた発光部１２ほど、長い波長の光を射出する。半導体素子５１の中心部から離れるほど、分極反転層５４及び自発分極層５３に対する光の傾きは大きくなる。分極反転層５４及び自発分極層５３に対する光の傾きが大きいほど、長い波長が位相整合条件に適合することとなる。
【００４３】
位相整合条件に適合するように発光部１２からの光の波長を適宜決定することにより、高い波長変換効率を得ることができる。これにより、高い波長変換効率によりさらに効率良く光を射出できるという効果を奏する。また、各発光部１２からの基本波光の波長を異ならせることで、光源装置５０から射出する高調波光の波長も異ならせることが可能となる。光源装置５０から射出する光の波長を異ならせることで、スペックルの発生を低減できる。スペックルパターンは、拡散面の各点で拡散した光同士がランダムに干渉し合うことにより発生する。画像を表示する際にスペックルパターンが認識されると、ぎらぎらとするちらつき感を観察者へ与えるため、画像観賞へ悪影響を及ぼすこととなる。スペックルの発生が低減可能であると、例えば、光源装置５０からの光を用いて画像を表示する場合に、高品質な画像を表示することが可能となる。
【００４４】
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を用いる場合も、半導体素子の中心部から離れるほど、分極反転層５４及び自発分極層５３に対する光の傾きは大きくなる。この場合も、中心部から離れた発光部１２ほど長い波長の光を射出することで、高い波長変換効率により効率良く光を射出できる。各発光部１２により射出する光の波長は、例えば０．５ｎｍ〜５ｎｍ、望ましくは３ｎｍ〜４ｎｍの範囲内で分散させることができる。これにより、効果的にスペックルの発生を低減できる。体積ホログラム１５は、各発光部１２からの光の波長の範囲に対応する構成とすることにより、各波長の基本波光を選択的に反射可能とすることが望ましい。
【００４５】
図８−２は、本実施例の変形例に係る光源装置１５０の概略構成を示す。本変形例の光源装置１５０は、バンドパスフィルタ１５１を有する。バンドパスフィルタ１５１は、半導体素子５１からの光を共振させる外部共振器である。バンドパスフィルタ１５１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。バンドパスフィルタ１５１は、射出面Ｓ１の形状に対応して湾曲させた形状を備える。
【００４６】
バンドパスフィルタ１５１は、誘電体多層膜１５２を有する。誘電体多層膜１５２は、特定波長の光である高調波光を透過させる波長選択部である。また、誘電体多層膜１５２は、半導体素子５１からの基本波光を反射する反射構造として機能する。誘電体多層膜１５２は、基材１５３に形成されている。基材１５３は、透明部材を用いて構成されている。
【００４７】
ＳＨＧ素子５２を透過した光は、バンドパスフィルタ１５１へ入射する。ＳＨＧ素子５２で生じた高調波光は、バンドパスフィルタ１５１を透過する。バンドパスフィルタ１５１を透過した高調波光は、光源装置１５０外へ射出する。半導体素子５１からＳＨＧ素子５２を透過した基本波光は、バンドパスフィルタ１５１で反射する。誘電体多層膜１５２に対して垂直に入射した基本波光は、誘電体多層膜１５２で反射した後、バンドパスフィルタ１５１へ入射したときと同じ光路を逆に辿る。本変形例の場合も、高い波長変換効率によりさらに効率良く光を射出できる。また、スペックルの発生を低減できる。
【００４８】
バンドパスフィルタ１５１は、射出面Ｓ１の形状に対応して湾曲させた形状の基材１５３を予め形成し、基材１５３に誘電体多層膜１５２を成膜することにより形成できる。基材１５３は、板状部材を熱変形等させることで容易に形成できる。所望の形状の基材１５３を予め形成することで、容易にバンドパスフィルタ１５１を形成することができる。バンドパスフィルタ１５１は、上記実施例１の干渉縞１６、３４（図１、５参照）と同様に、適宜変形しても良い。バンドパスフィルタ１５１は、各発光部１２からの光の波長の範囲に対応する構成とすることにより、各波長の基本波光を選択的に反射可能とすることが望ましい。本変形例の場合も、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及びバンドパスフィルタを用いても良い。
【実施例４】
【００４９】
図９は、本発明の実施例４に係る光源装置６０の概略構成を示す。図１０は、波長変換素子であるＳＨＧ素子６１の斜視構成を示す。本実施例の光源装置６０は、湾曲させた形状の分極反転構造を備えるＳＨＧ素子６１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。光源装置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及びサブマウント１３を有する。ＳＨＧ素子６１の分極反転層６２及び自発分極層６３は、いずれも射出面Ｓ１の形状に対応して湾曲させた形状を備える。分極反転層６２及び自発分極層６３は、分極反転層６２及び自発分極層６３の法線方向について、略均一なピッチで形成されている。
【００５０】
体積ホログラム１６１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である。体積ホログラム１６１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。干渉縞１６２は、射出面Ｓ１と同様に湾曲させた形状を備える。干渉縞１６２は、半導体素子１１からの基本波光を反射する反射構造として機能する。
【００５１】
半導体素子１１からの光は、ＳＨＧ素子６１へ入射する。射出面Ｓ１の形状に対応して分極反転層６２及び自発分極層６３を湾曲させることにより、光は、分極反転層６２及び自発分極層６３に略直交する方向へ進行する。体積ホログラム１６１で反射した光も、分極反転層６２及び自発分極層６３に略直交する方向へ進行する。ＳＨＧ素子６１において分極反転層６２及び自発分極層６３に略直交する方向に光を透過させることにより、高い波長変換効率を得ることが可能となる。これにより、高い波長変換効率によりさらに効率良く光を射出できるという効果を奏する。
【００５２】
図１１は、本実施例の変形例に係る光源装置６５の概略構成を示す。本実施例の光源装置６５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。波長変換素子であるＳＨＧ素子６６は、湾曲させた形状の分極反転構造を備える。ＳＨＧ素子６６の分極反転層６７及び自発分極層６８は、いずれも射出面Ｓ２の形状に対応して湾曲させた形状を備える。
【００５３】
体積ホログラム１６５は、半導体素子３１のミラー層との間において、半導体素子３１からの光を共振させる外部共振器である。体積ホログラム１６５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。干渉縞１６６は、射出面Ｓ２と同様に湾曲させた形状を備える。干渉縞１６６は、半導体素子３１からの基本波光を反射する反射構造として機能する。ＳＨＧ素子６６へ入射した光は、分極反転層６７及び自発分極層６８に略直交する方向へ進行する。この場合も、高い波長変換効率を得ることができる。
【００５４】
本実施例のＳＨＧ素子６１、６６は、例えば、射出面Ｓ１、Ｓ２の形状に対応して湾曲させた形状の絶縁層パターンをＬＮ基板に形成し、電圧を印加することにより形成できる。分極反転層６２、６７、自発分極層６３、６８は、上記実施例１の干渉縞１６、３４（図１、５参照）と同様に、適宜変形しても良い。外部共振器としては、体積ホログラム１６１、１６５に代えて、射出面Ｓ１、Ｓ２の形状に対応して湾曲させた形状のバンドパスフィルタを用いても良い。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。光源装置は、例えば、半導体レーザ励起固体（Diode  Pumped  Solid  State；ＤＰＳＳ）レーザとしても良い。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】
【００５５】
図１２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。
【００５６】
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。
【００５７】
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】
【００５８】
図１３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３の光源装置５０（図８−１参照）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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
上記の光源装置５０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、かつスペックルの発生を低減できる。これにより、明るく、かつ高品質な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素子を用いずアレイ光源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はＳＨＧ素子により波長変換された高調波光を射出する構成としても良い。
【００６４】
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。
【００６５】
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】
【００６６】
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】
【００６７】
【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】実施例１の比較例に係る従来の光源装置の概略構成を示す図。
【図４】干渉縞を形成する手法の例を説明する図。
【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】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７】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８−１】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８−２】実施例３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４に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図１０】ＳＨＧ素子の斜視構成を示す図。
【図１１】実施例４の変形例に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図１２】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１３】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】
【００６８】
１０  光源装置、１１  半導体素子、１２  発光部、１３  サブマウント、１４  パッケージベース、１５  体積ホログラム、１６  干渉縞、Ｓ１  射出面、２０  光源装置、２１  体積ホログラム、２２  干渉縞、Ｌ１  第１光束、Ｌ２  第２光束、３０  光源装置、３１  半導体素子、３２  サブマウント、３３  体積ホログラム、３４  干渉縞、Ｓ２  射出面、４０  光源装置、４１  共振ミラー、４５  光源装置、４６  共振ミラー、５０  光源装置、５１  半導体素子、５２  ＳＨＧ素子、５３  自発分極層、５４  分極反転層、５５  体積ホログラム、５６  干渉縞、１５０  光源装置、１５１  バンドパスフィルタ、１５２  誘電体多層膜、１５３  基材、６０  光源装置、６１  ＳＨＧ素子、６２  分極反転層、６３  自発分極層、１６１  体積ホログラム、１６２  干渉縞、６５  光源装置、６６  ＳＨＧ素子、６７  分極反転層、６８  自発分極層、１６５  体積ホログラム、１６６  干渉縞、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】
2009038066.tif 000003
【図２】
2009038066.tif 000004
【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８−１】
2009038066.tif 000010
【図８−２】
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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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