JP2007165562A - 光源装置、および光源装置を備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を良好に射出する光源装置、およびプロジェクタユニットを提供する。
【解決手段】プロジェクタユニットの光源装置では、レーザ光源３１１およびＶＢＧ３１３との間に非線形光学素子３１２が配置されて、ＶＢＧ３１３は、発振波長のレーザ光を９５％以上の反射率で反射するブラッグ層３１３Ａと、変換波長のレーザ光を透過する第一の誘電体多層膜３１３Ｂとを備えている。これにより、ＶＢＧ３１３のブラッグ層３１３Ａにてレーザ光の発振波長を狭帯域化でき、レーザ光の発振効率および波長変換効率が向上し、良好なレーザ光を光源装置から射出することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光を射出する光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。

従来、所定量のエネルギーをレーザ媒体に負荷して、このレーザ媒体から射出したレーザ光をレーザ媒体の両端部に設けられるミラーで反射させ、レーザ媒体にてレーザ光の出力を増大させる半導体レーザが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載のものは、光源の一端面にミラー構造を形成し、他端面に無反射構造を形成し、この無反射構造に対向して非線形光学部材を設けた第二次高調波光発生装置である。この第二次高調波光発生装置では、非線形光学部材にて無反射構造から発振されたレーザ光を波長変換させて第二次高調波光を発生させる。また、非線形光学部材の両端面にミラー構造が形成され、これらのミラー構造のうち、光源に対向しない側のミラー構造は、基本波長に対して高反射率、波長変換された第二次高調波光に対して低反射率となり、光源に対向する側のミラー構造は、無反射構造となっている。そして、光源から発振されたレーザ光を非線形光学部材の光源に対向しない側の端面のミラー構造、および光源の一端面に形成されるミラー構造にて反射させてレーザ光のエネルギーを増幅させつつ、非線形光学部材にて波長変換したレーザを非線形光学部材の光源に対向しない側の端面のミラー構造から射出している。

特開平０６−１３２５９５号公報（第二頁ないし第三頁、図１および図２参照）

しかしながら、特許文献１に記載のような従来の第二次高調波光発生装置では、レーザ光を狭帯域化していないため、温度により半導体レーザの発振波長が変動したり、非線形光学部材の変換波長の許容幅に対し、光源から発振されるレーザ光の発振波長幅が広く、波長変換されない波長域の光が多くなったりして、変換効率が悪くなるという問題が一例として挙げられる。

本発明は、レーザ光を良好に射出する光源装置、および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。

本発明に係る光源装置は、所定の波長のレーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源の光射出面に対向配置され、前記レーザ光から射出されたレーザ光の発振波長を変換して射出する非線形光学素子と、前記非線形光学素子により変換された変換波長のレーザ光の射出面に対向配置され、発振波長のレーザ光を選択的に反射するブラッグ格子構造が内部に形成された体積型位相格子と、前記体積型位相格子の光射出面に設けられ、変換波長のレーザ光を透過し、発振波長のレーザ光を反射する第一の誘電体多層膜と、を備えていることを特徴とする。

ここで、体積型位相格子のブラッグ格子は、発振波長のレーザ光に対して９５％以上の反射率でレーザ光を反射させ、第一の誘電体多層膜は、波長変換されたレーザ光に対して５％以下の反射率でレーザ光を透過させることが好ましい。

このような発明では、レーザ光源および体積型位相格子の間に非線形光学素子を配設し、体積型位相格子のブラッグ格子で、レーザ光の発振波長を狭帯域化している。これにより、例えば温度の変動などによりレーザ光の発振波長にばらつきが生じて、発振されるレーザ光の波長域が広帯域化しても、体積型位相格子のブラッグ格子により発振波長のレーザ光が狭帯域化される。従って、温度の変動などによって半導体レーザの発振波長がばらついて波長域が広帯域化したとしても、体積型位相格子によりレーザ光の発振波長を狭帯域化して一定にできる。よって、非線形光学素子での発振波長のレーザ光の波長変換の変換効率が向上する。

また、非線形光学素子をレーザ光源および体積型位相格子の間に介在させているため、これらの間で往復する発振波長のレーザ光に対して効率よく波長を変換でき、レーザ光の波長変換効率がより良好になる。さらには、体積型位相格子の第一の誘電体多層膜にて発振波長のレーザ光をより多く反射させることで、レーザ光源のレーザ媒体にてレーザ光源の共振が促進され、レーザ光の出力が増大する。よって、レーザ光の発振効率および波長変換効率がより向上し、光源装置から良好なレーザ光を射出させることができる。

本発明では、前記体積型位相格子の光入射面に設けられ、発振波長のレーザ光および変換波長のレーザ光の前記非線形光学素子側への反射を抑える誘電体薄膜を備えていることが好ましい。

この発明によれば、体積型位相格子の光入射面には、発振波長のレーザ光および変換波長のレーザ光の双方の反射を抑える誘電体薄膜が形成されている。これにより、変換波長のレーザ光を体積型位相格子に良好に入射させることができ、体積型位相格子にて反射された発振波長のレーザ光を良好に非線形光学素子側に良好に射出させることができる。

本発明では、前記非線形光学素子は、分極反転構造を有するバルク型非線形光学素子であり、この非線形光学素子の光入射面に設けられ、変換波長のレーザ光を反射し、発振波長のレーザ光を透過する第二の誘電体多層膜を備えていることが好ましい。

ここで、第二の誘電体多層膜の変換波長のレーザ光に対する反射率は９５％以上であり、発振波長のレーザ光に対しては５％以下の反射率であることが好ましい。

この発明によれば、非線形光学素子の光入射面には、変換波長のレーザ光を反射し、発振波長のレーザ光を透過する第二の誘電体多層膜が形成されている。これにより、発振波長のレーザ光は誘電体薄膜を通過し、レーザ光源にて透過された発振波長のレーザ光およびレーザ光源にて新たに発振されるレーザ光が共振する。したがって、レーザ光の共振によりレーザ光の出力が増幅され、発振効率を良好にすることができる。一方、変換波長のレーザ光は第二の誘電体多層膜にて反射されて体積型位相格子の第一の誘電体多層膜から射出される。したがって、変換波長のレーザ光は、無駄な光路を通過することなく、第一の誘電体多層膜から射出され、レーザ光のエネルギー損失を抑えることができ、光源装置の発振出力を良好にすることができる。

本発明では、前記レーザ光源は、半導体ウエハに形成される反射ミラーと、この反射ミラー上に積層形成されるレーザ媒体とを備え、反射ミラーおよびレーザ媒体の積層方向にレーザ光を発振出力する面発光型半導体レーザであることが好ましい。

面発光型半導体レーザは、同一半導体ウエハ内に複数のレーザ素子を作り込むことが可能で、それぞれのレーザ素子から発振されるレーザ光は、半導体ウエハ面にほぼ垂直で、互いに平行な方向に射出される。従って、それぞれのレーザ素子から射出された発振光を、前記非線形光学素子および体積型位相格子に入射させ、それぞれに波長変換および発振光の反射をさせることができる。この様な構成を取れば、複数の面発光型半導体レーザのレーザ素子に対し、非線形光学素子と体積型位相格子素子を共通して使用することができる。複数のレーザ素子を近接して形成することによって、その数だけ射出されるレーザ光のパワーを増やしながらも、非常にコンパクトな構成とすることが可能であり、好ましい。

一方、前記レーザ光源は、クラッド層間に挟層されるレーザ媒体と、このレーザ媒体の両端面に対向配置される一対の反射ミラーとを備えた端面発光型半導体レーザであり、前記レーザ光源の光射出面と、前記非線形光学素子との間には、前記レーザ光源から射出されたレーザ光を平行化する光平行化手段が設けられている構成としてもよい。

この発明によれば、レーザ光源は、クラッド層間に挟層されるレーザ媒体の端面でレーザ光を反射させてレーザ光の出力を増幅させて射出させる、いわゆる端面発光タイプの半導体レーザであり、レーザ光を平行光に変換する光平行化手段を介して、非線形光学素子および体積型位相格子を配置している。これにより、非線形光学素子にて波長変換されなかったレーザ光は、体積型位相格子にて反射され、平行レンズを通って再び射出部からレーザ媒体に入射し、レーザ光の出力を増幅することができる。

本発明に係るプロジェクタは、レーザ光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出されたレーザ光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、前記変調されたレーザ光を射出する投射光学系とを備えたプロジェクタであって、前記光源装置は、上述したような光源装置であることが好ましい。

この発明によれば、プロジェクタでは、上記のような光源装置にて効率よく波長変換されたレーザ光を発振出力を低下させることなく射出させているので、エネルギー損失による消費電力の増大などを防止できる。また、レーザ光源により簡単な構成で、かつ小型化が可能なプロジェクタを提供することができる。

[第一の実施の形態]
以下、本発明における一実施の形態を図面に基づいて説明する。

〔リアプロジェクタの主な構成〕
図１は、本発明に係る第一の実施の形態のリアプロジェクタの側断面である。図１において、１は、リアプロジェクタであり、このリアプロジェクタ１は、キャビネット２と、プロジェクタとしてのプロジェクタユニット３と、制御ユニット４と、反射ミラー５と、透過型スクリーン６とにより大略構成されている。

キャビネット２は、図１に示すように、背面側（図１中、右側）が傾斜した箱形に構成され、内部にプロジェクタユニット３、制御ユニット４、および反射ミラー５を収納配置する。なお、具体的な図示は省略するが、キャビネット２内部には、プロジェクタユニット３、制御ユニット４、および反射ミラー５の他、リアプロジェクタ１の各構成部材に電力を供給する電源ユニット、および、リアプロジェクタ１内部を冷却する冷却ユニット、音声を出力する音声出力部等が配設される。

また、このキャビネット２の前面側（図１中、左側）には、平面視矩形状の開口部２１が形成され、開口部２１周縁に透過型スクリーン６が支持固定される。

プロジェクタユニット３は、キャビネット２内の底面に配設され、制御ユニット４から出力された画像信号に基づいて画像光Ｌを形成して反射ミラー５に向けて拡大投射する。このプロジェクタユニット３の具体的な構成は後述する。

制御ユニット４は、具体的な図示は省略するが、例えば、チューナ、ＩＦ回路、音声検波回路、映像検波回路、増幅回路、およびＣＰＵ等を備えて構成され、プロジェクタユニット３を統括的に制御する。また、制御ユニット４は、例えば、リモートコントローラ（図示略）の操作によって選択されたチャンネルに対応する周波数の放送信号を抽出して、画像信号をプロジェクタユニット３に出力するとともに音声信号を音声出力部（図示略）に出力する。

反射ミラー５は、キャビネット２内の上部の背面側に配設され、プロジェクタユニット３によって投射された画像光Ｌを透過型スクリーン６の背面側に反射する。

透過型スクリーン６は、矩形形状を有し、キャビネット２の開口部２１周縁に支持固定される。この透過型スクリーン６は、背面側に配設されるフレネルレンズシート６１と、前面側に配設されるレンチキュラーレンズシート６２とにより構成されている。そして、透過型スクリーン６は、反射ミラー５を介して入射した画像光Ｌをフレネルレンズシート６１にて平行光に変換し、前記平行光をレンチキュラーレンズシート６２にて拡大（拡散）光に変換して、画像光を背面側から前面側に投影して投影画像を表示する。

〔プロジェクタユニットの構成〕
次にプロジェクタユニット３の構成について、図２に基づいて説明する。図２は、プロジェクタユニットの内部に構成される光学系の概略を示す模式図である。
プロジェクタユニット３は、光源装置３１と、液晶パネル３２と、偏光板３３と、クロスダイクロイックプリズム３４と、投射レンズ３５と、などを備えている。なお、液晶パネル３２、偏光板３３、およびクロスダイクロイックプリズム３４にて本発明の光学素子が構成される。

光源装置３１は、前述した制御装置から入力される制御信号に基づいて点灯し、液晶パネル３２に向けてレーザ光を射出する。これらの光源装置３１は、赤色レーザ光を射出する赤色光用光源装置３１Ｒと、青色レーザ光を射出する青色光用光源装置３１Ｂと、緑色レーザ光を射出する緑色光用光源装置３１Ｇと、を備えている。これらの光源装置３１は、図２に示すように、それぞれクロスダイクロイックプリズム３４の側面三方にそれぞれ対向するように配設される。この時、クロスダイクロイックプリズム３４を挟んで、赤色光用光源装置３１Ｒおよび青色光用光源装置３１Ｂが互いに対向し、投射レンズ３５および緑色光用光源装置３１Ｇが互いに対向するように、各光源装置３１が配設される。なお、これらの光源装置３１の詳細な説明は後述する。

液晶パネル３２は、例えば、ポリシリコンＴＦＴ(Thin Film Transistor)をスイッチング素子として用いたものであり、光源装置３１から射出された各色光は、これら３枚の液晶パネル３２とこれらの光束入射側および射出側にある偏光板３３によって、画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。

偏光板３３は、液晶パネル３２の光路前段側および光路後段側に配置される入射側偏光板３３１および射出側偏光板３３２を備える。入射側偏光板３３１は、光源装置３１から射出された各色光のうち、一定方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、水晶またはサファイア等からなる基板に偏光膜が貼付されたものである。射出側偏光板３３２も、入射側偏光板３３１と略同様に構成され、液晶パネル３２から射出された光束のうち、所定方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。また、基板を用いずに、偏光膜をクロスダイクロイックプリズム３４に貼り付けてもよいし、基板をクロスダイクロイックプリズム３４に貼り付けてもよい。これらの入射側偏光板３３１および射出側偏光板３３２は、互いの偏光軸の方向が直交するように設定されている。

クロスダイクロイックプリズム３４は、各液晶パネル３２から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム３４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、互いに対向する各液晶パネル３２から射出された各色光を反射し、投射レンズ３５に対向する液晶パネル３２から射出された色光を透過する。このようにして、各液晶パネル３２にて変調された各色光が合成されてカラー画像が形成される。

投射レンズ３５は、複数のレンズが組み合わされた組レンズとして構成される。そして、この投射レンズ３５は、クロスダイクロイックプリズム３４にて形成されたカラー画像に基づいた画像光Ｌを形成して反射ミラー５に向けて拡大投射する。

（光源装置の構成）
次に、光源装置３１の構成について図３に基づいて説明する。図３は、光源装置を構成するレーザ光源ユニットの概略を模式的に示す断面図である。

ここで、光源装置３１は、複数のレーザ光源ユニット３１Ａを例えば並列に配置することで構成されている。このレーザ光源ユニット３１Ａは、図３に示すように、レーザ光を発振するレーザ光源３１１と、レーザ光源３１１にて発振されたレーザ光の波長を変換する非線形光学素子３１２と、非線形光学素子３１２にて波長変換されたレーザ光を透過し、波長変換されなかったレーザ光を反射する体積型位相格子としてのＶＢＧ（Volume Bragg Grating）３１３とを備えている。

レーザ光源３１１は、図３に示すように、半導体ウエハである基板４００上に形成され、反射ミラーとしてのミラー層３１１Ａと、ミラー層３１１Ａの表面に積層されるレーザ媒体３１１Ｂとを備えている。

ミラー層３１１Ａは、基板４００上に直接形成される。すなわち、ミラー層３１１Ａは、基板４００のウエハ製造段階において、蒸着などの方法により直接誘電体が層状に積層形成され、これらの誘電体によりミラー層３１１Ａが形成されている。また、ミラー層３１１Ａは、高屈折率の層と低屈折率の層が積層して成っており、それぞれの層の厚さは、レーザ光の波長とそれぞれの層の屈折率から、反射光が干渉し強め合う条件に設定されている。

レーザ媒体３１１Ｂは、ミラー層３１１Ａの上面に形成されている。このレーザ媒体３１１Ｂは、図示しない電通手段が接続されており、電通手段から所定量電流が流されると、所定波長（以降、発振されたレーザ光の波長を発振波長と称す）のレーザ光を発振する。また、レーザ媒体３１１Ｂは、通過する発振波長のレーザ光を増幅させる。すなわち、ミラー層３１１Ａや後述のＶＢＧにより反射されたレーザ光は、レーザ媒体により新たに発振されるレーザ光と共振して増幅され、基板４００に略直交する方向に射出される。

非線形光学素子３１２は、レーザ光源３１１のレーザ媒体３１１Ｂに対向して、レーザ光源３１１から発振されるレーザ光の光路上に配置されている。この非線形光学素子３１２は、例えばＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）や、ＬＴ（ＬｉＴａＯ_３）などの無機非線形光学材料の結晶基板内部に、相互に分極方向が反転した２つの領域３１２Ｂおよび領域３１２Ｃを、所定間隔おきに交互に形成することによって、分極反転構造に形成されている。ここで所定間隔おきとは、レーザ光源３１１にて発振されるレーザ光の波長と非線形光学素子の屈折率分散とにより適宜決定されるものである。この非線形光学素子３１２は、レーザ光源３１１から射出したレーザ光の波長から第二高調波を生成する（以降、非線形光学素子３１２にて変換された波長を変換波長と称す）。例えば、レーザ光源３１１から発振される発振波長１０６４ｎｍの赤外レーザ光から、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ光を生成する。

さらに、非線形光学素子３１２では、射出する変換波長のレーザ光の光度は、入射した発振波長のレーザ光光度の２乗にほぼ比例する。そのため、変換効率を向上させるには、元の発振波長のレーザ光の光度を大きくすることが重要である。

そして、非線形光学素子３１２のレーザ光源３１１側の光入射面には、第二の誘電体多層膜３１２Ａが形成されている。この第二の誘電体多層膜３１２Ａは、発振波長のレーザ光に対して９５％以上の透過率で透過し、変換波長のレーザ光に対して９５％以上の反射率で反射する。

ＶＢＧ３１３は、発振波長のレーザ光を狭帯域化して反射する素子である。このＶＢＧ３１３は、レーザ光の光路に沿って積層されるブラッグ層３１３Ａと、ブラッグ層３１３Ａの非線形光学素子３１２とは反対側の外側端面に形成される第一の誘電体多層膜３１３Ｂと、ブラッグ層３１３Ａの非線形光学素子３１２側端面に形成される誘電体薄膜３１３Ｃとを備えている。

ブラッグ層３１３Ａは、ＳｉＯ_２を主体とした例えばアルカリボロアルミノシリケートガラスなどのガラス層に所定波長の紫外線を照射し、ガラス層中に屈折率の異なる干渉パターンを層状に形成したものである。このブラッグ層３１３Ａでは、発振波長のレーザ光のみを選択的に反射し、レーザ光の発振波長域を狭帯域化している。すなわち、一般に半導体レーザから発振されるレーザ光は、利得帯域の中で複数の縦モードが発振し、温度の変動などの影響によりそれらの波長が変化する。このようにレーザ光の波長域は、一般的に、非線形光学素子３１２にて波長変換される許容波長域に対して広いため、非線形光学素子３１２での波長変換効率が低下してしまう。これに対して、ＶＢＧ３１２のブラッグ層３１３Ａは、半導体レーザから射出されたレーザ光のうち特定波長のレーザ光のみを反射させ、レーザ光の発振波長を狭帯域化する。一方、非線形光学素子３１２にて波長変換された変換波長のレーザ光は、ブラッグ層３１３Ａを透過し、第一の誘電体多層膜３１３Ｂに入射する。

第一の誘電体多層膜３１３Ｂは、いわゆるダイクロイックフィルタであり、変換波長のレーザ光を透過し、それ以外の波長のレーザ光を反射する。例えば緑色光用光源装置３１Ｇでは、発振波長のレーザ光である赤色レーザ光を反射し、変換波長である緑色レーザ光を透過する。この時、第一の誘電体多層膜３１３Ｂは、発振波長のレーザ光に対して９５％以上の反射率で反射し、変換波長のレーザ光に対して９５％以上の透過率で透過し、光源装置３１から射出させる。

誘電体薄膜３１３Ｃは、単層または多層のＡＲコーティング（anti-reflective coating）により形成されており、発振波長のレーザ光および変換波長のレーザ光の双方に対して９８％以上の透過率で透過する。

また、上記非線形光学素子３１２およびＶＢＧ３１３は、レーザ光源から射出されるレーザ光の光軸に対して略直交する面上に配置されている。

（光源装置の動作）
次に、上記本実施の形態のリアプロジェクタ１のプロジェクタユニット３の光源装置３１の動作および作用について説明する。

光源装置３１は、制御ユニット４の制御により、レーザ光源３１１のレーザ媒体３１１Ｂに電流が流されると、所定の波長のレーザ光を発振する。例えば緑色光用光源装置３１Ｇでは、レーザ媒体３１１Ｂに電流を通電させると、例えば波長が１０６４ｎｍの赤外レーザ光を発振する。ここで、発振されたレーザ光のうち、基板４００に対して略直交する方向に進行するレーザ光は、レーザ媒体３１１Ｂの非線形光学素子３１２側端面から射出する。また、基板４００側に進行するレーザ光も、第二の誘電体多層膜３１２Ａにて反射させられ、再びレーザ光媒体を通って、非線形光学素子３１２側に射出する。

そして、非線形光学素子３１２では、入射した発振波長のレーザ光を波長変換する。例えば緑色光用光源装置３１Ｇでは、レーザ光源３１１にて発振した赤外レーザ光を、波長５３２ｎｍの緑色レーザ光に波長変換する。

この後、非線形光学素子３１２を透過したレーザ光は、ＶＢＧ３１３に入射する。そして、ＶＢＧ３１３のブラッグ層３１３Ａは、入射したレーザ光のうち、設定された特定波長のレーザ光のみを反射させる。このため、温度の変動などに拠らずレーザ光の発振波長は常に一定であり、同時に発振されるレーザ光を狭帯域化することができる。

一方、非線形光学素子３１２にて変換された変換波長のレーザ光は、ブラッグ層３１３Ａおよび第一の誘電体多層膜３１３Ｂを透過する。この第一の誘電体多層膜３１３Ｂを透過したレーザ光は、液晶パネル３２、偏光板３３、クロスダイクロイックプリズム３４に入射し、他のレーザ光と合成されて投射レンズ３５から画像光Ｌとして投射される。

また、ＶＢＧ３１３にて反射された発振波長のレーザ光は、再び非線形光学素子３１２に入射して波長変換される。このとき、反射された発振波長のレーザ光は、波長が狭帯域化されているため、非線形光学素子３１２における変換効率が向上する。

そして、ここで波長変換されたレーザ光およびＶＢＧ３１３にて反射された変換波長のレーザ光は、第二の誘電体多層膜３１２Ａにて反射され、再びＶＢＧ３１３側に入射し、第一の誘電体多層膜３１３Ｂから射出する。これにより、変換波長のレーザ光が無駄な光路上を進行することなく、レーザ光の出力低下を抑えることができる。また、この非線形光学素子３１２で波長変換されなかった発振波長のレーザ光は、第二の誘電体多層膜３１２Ａを透過してレーザ光源に入射する。

そして、レーザ光源に入射した発振波長のレーザ光は、レーザ媒体にて新たに発振されるレーザ光と共振する。これにより、レーザ光のレーザ出力が増幅され、再び非線形光学素子３１２に向かって射出する。

以上のように、上記光源装置３１では、発振波長のレーザ光をＶＢＧにて狭帯域化して、レーザ光源のミラー層３１１ＡおよびＶＢＧ３１３の第一の誘電体多層膜３１３Ｂの間を往復させる。このため、レーザ光の出力がより増幅され、波長変換の効率もより向上させることができる。

また、面発光型半導体レーザを使用する場合は、同一の半導体ウエハの基板４００内に複数のレーザ素子を近接して形成することが可能であり、この時、射出されるレーザ光は互いに平行に射出される。このため、同一の非線形光学素子３１２及びＶＢＧ３１３を共通して使用することができる。この様に複数のレーザ素子を集積することによって、光源装置３１を大型化させることなく、出力されるレーザ光の出力をレーザ素子の数だけ増やすことができる。

[第二の実施の形態]
次に、本発明の第二の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、前記第一実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。図４は、第二の実施の形態における光源装置４１の構成の概略を示す模式図である。

第二の実施の形態では、第一の実施の形態におけるプロジェクタユニット３内部に収納される光源装置３１の代わりに、いわゆる端面発光方半導体レーザを用いた光源装置４１を用いたものである。

（光源装置の構成）
第二の実施の形態における光源装置４１は、図４に示すように、長手状のレーザ光源４１１と、平行レンズ４１２と、非線形光学素子３１２と、ＶＢＧ３１３とを備えている。

レーザ光源４１１は、長手状のレーザ媒体４１１Ａがクラッド層４１１Ｂ間に挟層された、いわゆる端面発光型半導体レーザである。このレーザ媒体４１１Ａの長手両端面には、反射ミラーとしてのミラー層４１１Ｃが形成されており、ミラー層４１１Ｃ間でレーザ光を反射させることで、レーザ光の出力を増幅させている。レーザ媒体４１１Ａには、図示しない電通手段が設けられており、制御ユニット４の制御により電通手段から所定量の電流が通電されると、所定の発振波長のレーザ光が発振される。

ミラー層４１１Ｃは、上述したように、レーザ媒体４１１Ａの両端面に形成され、レーザ媒体４１１Ａにて発振されたレーザ光をこのミラー層４１１Ｃ間で反射させることで、レーザ光を共振させて出力を増幅させている。また、一方のミラー層４１１Ｃには、光平行化手段としての平行レンズ４１２に対向して射出部４１１Ｄが形成されており、この射出部４１１Ｄから発振されたレーザ光が射出される。

平行レンズ４１２は、レーザ光源４１１の射出部４１１Ｄから射出されたレーザ光を平行光束に変換する。

非線形光学素子３１２は、第一の実施の形態の非線形光学素子３１２と同様の構成を有しており、平行レンズ４１２に対向して配置される。非線形光学素子３１２の平行レンズ４１２側の端面には、第二の誘電体多層膜３１２Ａが形成されている。

ＶＢＧ３１３は、第一の実施の形態のＶＢＧ３１３と同様の構成を有しており、非線形光学素子３１２に対向して配置されている。そして、ＶＢＧ３１３の射出側端面には、第一の誘電体多層膜３１３Ｂが形成され、入射側端面には、誘電体薄膜３１３Ｃが形成されている。

（光源装置の動作）
次に、上記第二の実施の形態の光源装置４１の動作について説明する。

光源装置４１は、制御ユニット４の制御により、レーザ光源４１１のレーザ媒体４１１Ａに電流が流されると、所定の波長のレーザ光を発振する。ここで、発振されたレーザ光は、レーザ媒体４１１Ａの両端面のミラー層４１１Ｃにて反射し、レーザ媒体４１１Ａ内を往復する。そして、このレーザ媒体４１１Ａ内で往復する間に、新たに発振されたレーザ光などと共振し、その出力が増幅される。そして、増幅されたレーザ光の一部が射出部４１１Ｄから平行レンズ４１２側に射出される。

そして、射出部４１１Ｄから射出されたレーザ光は、平行レンズ４１２にて平行光束に変換され、非線形光学素子３１２に入射し、非線形光学素子３１２で発振波長のレーザ光が波長変換される。

この後、非線形光学素子３１２を透過したレーザ光は、ＶＢＧ３１３に入射する。そして、ＶＢＧ３１３のブラッグ層３１３Ａは、入射したレーザ光のうち、発振波長のレーザ光のみを反射させ、発振波長のレーザ光を狭帯域化させる。一方、非線形光学素子３１２にて変換された変換波長のレーザ光は、ブラッグ層３１３Ａおよび第一の誘電体多層膜３１３Ｂを透過し、光源装置３１から射出される。

また、ＶＢＧ３１３にて反射された発振波長のレーザ光は、再び非線形光学素子３１２に入射して波長変換される。そして、ここで波長変換されたレーザ光およびＶＢＧ３１３にて反射された一部の変換波長のレーザ光は、第二の誘電体多層膜３１２Ａにて反射され、再びＶＢＧ３１３側に入射し、第一の誘電体多層膜３１３Ｂから射出する。一方、この非線形光学素子３１２で波長変換されなかった発振波長のレーザ光は、第二の誘電体多層膜３１２Ａを透過して平行レンズ４１２側に射出される。そして、第二の誘電体多層膜３１２Ａからレーザ光源４１１側に射出されたレーザ光は、平行レンズ４１２にて、レーザ光源４１１の射出部４１１Ｄに向かって光束が収束され、射出部４１１Ｄからレーザ媒体４１１Ａ内に入射する。

そして、レーザ光源４１１に入射した発振波長のレーザ光は、レーザ媒体４１１Ａにて新たに発振されるレーザ光と共振し、レーザ出力が増幅される。

上記のような第二の実施の形態の光源装置４１は、第一の実施の形態の光源装置３１と同様に、レーザ光源４１１およびＶＢＧ３１３との間に非線形光学素子３１２を配置され、ＶＢＧ３１３の射出側端面に変換波長のレーザ光を透過する第一の誘電体多層膜が形成されている。このため、第一の実施の形態と同様に、温度の変動などによってレーザ光の発振波長にばらつきが生じたとしてもＶＢＧ３１３のブラッグ層３１３Ａにて発振波長のレーザ光が狭帯域化することができ、非線形光学素子３１２での発振波長のレーザ光の波長変換効率を向上させることができる。

また、レーザ光源４１１として長手方向のレーザ媒体４１１Ａの両端面のミラー層４１１Ｃでレーザ光を反射させてレーザ光の出力を増幅させ、増幅されたレーザ光を射出部４１１Ｄから射出させる、いわゆる端面発光タイプの半導体レーザが用いられ、レーザ光を平行光に変換する平行レンズ４１２を介して非線形光学素子３１２およびＶＢＧ３１３が配置されている。このため、非線形光学素子３１２にて波長変換されなかったレーザ光は、ＶＢＧ３１３にて狭帯域化されて反射され、平行レンズ４１２を通って再び射出部４１１Ｄからレーザ媒体４１１Ａに入射し、レーザ光の出力を増幅することができる。したがって、端面発光型の半導体レーザであっても、発振効率を向上させることができる。
[実施の形態の変形例]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

例えば、上記第一および第二の実施の形態において、赤色光用光源装置３１Ｒ、青色光用光源装置３１Ｂ、および緑色光用光源装置３１Ｇがともに図３に示すように、レーザ光源３１１、非線形光学素子３１２、およびＶＢＧ３１３を備える構成を示したが、これに限らない。すなわち、赤色レーザ光および青色レーザ光は、レーザ媒体である半導体レーザ素子として適切なものを選択することにより、直接レーザ光源３１１から赤色レーザ光および青色レーザ光を発振させることができる。したがって、赤色光用光源装置３１Ｒおよび青色光用光源装置３１Ｂには、従来の面発光タイプまたは端面発光タイプの半導体レーザを利用し、緑色光用光源装置３１Ｇにのみ、上記図３に示すような光源装置３１を利用する構成としてもよい。

さらに、第二の誘電体多層膜３１２Ａは、発振波長のレーザ光を透過し、変換波長のレーザ光を反射する構成としたが、双方とも透過する構成としてもよい。

また、上記実施の形態において、非線形光学素子３１２を構成する非線形光学材料として、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）や、ＬＴ（ＬｉＴａＯ_３）を例示したが、これ以外にもＫＮｂＯ_３，ＢＮＮ（Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_１５），ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４），ＫＴＡ（ＫＴｉＯＡｓＯ_４），ＢＢＯ（β―ＢａＢ_２Ｏ_４），ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_７）などの無機非線形光学材料を利用してもよい。また、メタニトロアニリン，２−メチル−４−ニトロアニリン，カルコン，ジシアノビニルアニソール，３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール，Ｎ−メトキシメチル−４−ニトロアニリンなどの低分子有機材料や、ポールドポリマなどの有機非線形光学材料を用いてもよい。

さらに、上記実施の形態において、非線形光学素子３１２およびＶＢＧ３１３は、複数のレーザ素子にて共通して使用される例を示したが、これに限られず、各レーザ素子にそれぞれ１つずつ設けられる構成としてもよい。

そして、上記第一および第二の実施の形態において、リアプロジェクタ１に搭載されるプロジェクタユニット３を構成する光源装置３１，４１を例示したが、これに限られず、フロントプロジェクタなど、その他のタイプのプロジェクタに利用してもよい。例えば、透過型の液晶ライトバルブや反射型の液晶ライトバルブの他、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（テキサス・インスツルメント社の商標）を採用してもよい。

本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、レーザ光を射出する光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタに利用できる。

本発明に係る第一の実施の形態のリアプロジェクタの側断面である。 プロジェクタユニットの内部に構成される光学系の概略を示す模式図である。 光源装置を構成するレーザ光源ユニットの概略を模式的に示す断面図である。 第二の実施の形態における光源装置４１の構成の概略を示す模式図である。

符号の説明

３…プロジェクタとしてのプロジェクタユニット、３１…光源装置、３２…光学素子を構成する液晶パネル、３３…光学素子を構成する偏光板、３４…光学素子を構成するクロスダイクロイックプリズム、３５…投射レンズ、３１１…レーザ光源、３１１Ａ，４１１Ｃ…反射ミラーとしてのミラー層、３１１Ｂ，４１１Ａ…レーザ媒体、３１２…非線形光学素子、３１２Ａ…第二の誘電体多層膜、３１３…体積型位相格子としてのＶＢＧ、３１３Ａ…ブラッグ層、３１３Ｂ…第一の誘電体多層膜、３１３Ｃ…誘電体薄膜、４００…ウエハとしての基板、４１２…平行レンズ。

Claims (6)

1. 所定の波長のレーザ光を発振するレーザ光源と、
   前記レーザ光源の光射出面に対向配置され、前記レーザ光から射出されたレーザ光の発振波長を変換して射出する非線形光学素子と、
   前記非線形光学素子により変換された変換波長のレーザ光の射出面に対向配置され、発振波長のレーザ光を選択的に反射するブラッグ格子構造が内部に形成された体積型位相格子と、
   前記体積型位相格子の光射出面に設けられ、変換波長のレーザ光を透過し、発振波長のレーザ光を反射する第一の誘電体多層膜と、
   を備えていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記体積型位相格子の光入射面に設けられ、発振波長のレーザ光および変換波長のレーザ光の前記非線形光学素子側への反射を抑える誘電体薄膜を備えている
   ことを特徴とする光源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
   前記非線形光学素子は、分極反転構造を有するバルク型非線形光学素子であり、
   この非線形光学素子の光入射面に設けられ、変換波長のレーザ光を反射し、発振波長のレーザ光を透過する第二の誘電体多層膜を備えている
   ことを特徴とする光源装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光源装置において、
   前記レーザ光源は、半導体ウエハに形成される反射ミラーと、この反射ミラー上に積層形成されるレーザ媒体とを備え、反射ミラーおよびレーザ媒体の積層方向にレーザ光を発振出力する面発光型半導体レーザであり、
   上記面発光型半導体レーザは、同一半導体ウエハ上に複数のレーザ素子が形成されており、これらのレーザ素子は、前記非線形光学素子と前記体積型位相格子を共通して使用する
   ことを特徴とした光源装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光源装置において、
   前記レーザ光源は、クラッド層間に挟層されるレーザ媒体と、このレーザ媒体の両端面に対向配置される一対の反射ミラーとを備えた端面発光型半導体レーザであり、
   前記レーザ光源の光射出面と、前記非線形光学素子との間には、前記レーザ光源から射出されたレーザ光を平行化する光平行化手段が設けられている
   ことを特徴とする光源装置。
6. レーザ光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出されたレーザ光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、前記変調されたレーザ光を射出する投射光学系とを備えたプロジェクタであって、
   前記光源装置は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光源装置である
   ことを特徴としたプロジェクタ。

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