JP2009117573A - 光源装置、プロジェクタ、及びモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アレイ状のエミッタに対して一個の波長変換素子を対応可能とすることで、小型化及び低コスト化が実現可能な光源装置、プロジェクタ、及びモニタ装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を射出するエミッタ２がライン状に配列されたエミッタ列Ａ１，Ａ２を複数有する光素子１と、光素子１のエミッタ２から射出されたレーザ光の光路上に配置される波長変換素子２０と、光素子１との間で共振器構造を構成する外部共振器３０と、光素子２及び波長変換素子２０間におけるレーザ光の光路上に設けられ、光素子１から射出されたレーザ光を透過させるとともに外部共振器３０で反射されて波長変換素子２０により波長変換されたレーザ光を反射させる半透過反射ミラーＭと、半透過反射ミラーＭにより反射されたレーザ光をさらに反射して外部に射出する光学部材Ｍ３と、を備える光源装置１００である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、プロジェクタ、及びモニタ装置に関するものである。

従来から、プロジェクタ等の小型・高出力化を目的として、光源に半導体レーザチップ等の光素子を用いた光源装置が知られている。このような光源装置のレーザチップとしては、高出力化のために発光面の複数のエミッタをアレイ状に配列したものが使用される。
また、このような光源装置において発光素子の外部に波長変換素子等の光学素子を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−５３５２号公報

ところで、一般に上記波長変換素子は板状形状をしており、その厚みを大きくすることが製造技術上困難となる。そのため、上記従来技術ではアレイの列毎に波長変換素子を設けている。したがって、従来の光源装置ではアレイの列毎に波長変換素子が複数設けられることで光源装置が大型化したり、波長変換素子を複数設けることで光源装置のコストが高くなるといった問題が生じていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、アレイ状のエミッタに対して一個の波長変換素子を対応可能とすることで、小型化及び低コスト化が実現可能な光源装置、プロジェクタ、及びモニタ装置を提供することを目的としている。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の光源装置は、レーザ光を射出するエミッタがライン状に配列されたエミッタ列を複数有する光素子と、該光素子の前記エミッタから射出されたレーザ光の光路上に配置される波長変換素子と、前記光素子との間で共振器構造を構成する外部共振器と、前記光素子及び前記波長変換素子間におけるレーザ光の光路上に設けられ、前記光素子から射出された前記レーザ光を透過させるとともに前記外部共振器で反射されて前記波長変換素子により波長変換されたレーザ光を反射させる半透過反射ミラーと、該半透過反射ミラーにより反射された前記レーザ光をさらに反射して外部に射出する光学部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、複数のエミッタ列からレーザ光を射出する光素子に対して一つの波長変換素子を備えているため、低コスト化及び装置の小型化を実現できる。また、アレイ状のエミッタを備えることで小型であっても高出力のレーザ光を得ることができる。

また、上記光源装置においては、前記エミッタは、前記エミッタ列間の間隔が同一列内の配列方向において隣り合う前記エミッタ同士の間隔よりも狭くなるように配置されるのが好ましい。
この構成によれば、隣り合うエミッタ列におけるエミッタ同士を近づけた状態に配置することができる。よって、光素子が小さくなることで光源装置のさらなる小型化を実現できる。このとき、波長変換素子の波長変換有効範囲に各エミッタ列のエミッタから射出されたレーザ光を確実に入射させることができる。
さらに、前記エミッタは、千鳥状に配置されるのがより望ましい。
このようにすれば、エミッタが千鳥状に配置されることで隣り合うエミッタ列のエミッタ同士をより近づけることで光素子をさらに小型にできる。
さらに、複数の前記エミッタは、近接して配置される他のエミッタへの距離が等しくなるように配置されるのが望ましい。
このようにすれば、近接して配置される他のエミッタ同士の距離が等しくなっているので、レーザ光の射出時に隣接するエミッタのレーザ光同士の波長干渉や熱干渉を防止できる。

また、上記光源装置においては、前記半透過反射ミラーは前記エミッタ列に対応して設けられた複数のミラーを含み、該各ミラーには、対応する前記エミッタ列から射出された前記レーザ光を透過させるとともに前記外部共振器で反射されて前記波長変換素子により波長変換されたレーザ光を反射させる半透過反射膜が形成されるのが好ましい。
この構成によれば、半透過反射ミラーが複数のミラーから構成されるため、例えばエミッタ列毎にミラーを設けることでレーザ光の射出方向を調整可能となり、光源装置の信頼性を向上させることができる。
このとき、前記半透過反射膜は、前記半透過反射膜は、他のミラーで反射されたレーザ光の入射領域に重ならないように形成されているのがより好ましい。
この構成によれば、他のミラーで反射された光は半透過反射膜が設けられない領域に入射されて、そのままミラー内を通過することで光学部材に向かわせることができる。よって、半透過反射ミラーを複数のミラーで構成した場合においても、各エミッタの光を効率的に利用することができる。

また、上記光源装置においては、前記光素子と前記波長変換素子と前記外部共振器と前記半透過反射ミラーとをそれぞれ備える第１光学系及び第２光学系が構成され、該第１、第２光学系において前記光学部材が共通に用いられるのが好ましい。
この構成によれば、上記光源装置を２個組み合わせる場合に比べ、光学部材を共通化することで装置の小型化を図るとともにより強い光出力を得ることができる。

また、本発明の光源装置の他の態様としては、複数のエミッタがライン状に配列されたエミッタ列を複数有し前記エミッタからレーザ光を射出する光素子と、該光素子の前記エミッタから射出されたレーザ光の光路上に配置される波長変換素子と、前記光素子との間で共振器構造を構成する外部共振器と、前記光素子及び前記波長変換素子の光路上に設けられ、前記光素子から射出された前記レーザ光を反射して前記波長変換素子に入射させるとともに前記外部共振器で反射されて前記波長変換素子により波長変換されたレーザ光を反射することで外部に射出するプリズム部と、を備えることを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、半透過反射ミラー及び光学部材をプリズム部に置き換えることにより、同様に低コスト且つ小型の光源装置を提供でき、アレイ状のエミッタを備えることで高出力のレーザ光を得ることができる。

本発明のプロジェクタは、上記の光源装置と、該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、該光変調素子によって形成された画像を投射する投射装置と、を備えることを特徴とする。

本発明のプロジェクタによれば、上述したように小型且つ低コストであって高出力を得る光源装置を備えているので、小型で高精細な画像を投影することのできるプロジェクタを低コストで提供できる。

本発明のモニタ装置は、上記の光源装置と、該光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段と、を備えることを特徴とする。

モニタ装置は、光源装置より射出されたレーザ光は被写体を照射し、撮像手段により被写体を撮像する。本発明によれば、上述したように小型且つ低コストで高出力の光源装置を備えているので、輝度むらのない明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能な小型のモニタ装置を低コストで得ることができる。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。

（光源装置）
図１に示すように、本実施形態に係る光源装置１００は、半導体レーザチップ１（光素子）と、この半導体レーザチップ１から射出されたレーザ光の光路上に配置される波長変換素子２０と、上記半導体レーザチップ１との間で共振器構造を構成する外部共振器３０とを備えている。なお、半導体レーザチップ１としては、寸法が１０ｘ１．５ｘ０．１（単位はいずれもｍｍ）のものを用い、波長変換素子２０としては、寸法が１０ｘ（０．５〜１）ｘ５（単位はいずれもｍｍ）のものを用い、外部共振器３０としては、寸法が１０ｘ２ｘ５（単位はいずれもｍｍ）のものを用いた。

半導体レーザチップ１の発光面３には、レーザ光Ｌ１を射出するエミッタ２が複数形成されている。以下の説明では、各エミッタ２から射出されるレーザ光の光軸に平行な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に垂直で上記エミッタ２の配列方向をＸ軸方向、Ｚ軸とＸ軸の双方に垂直な方向をＹ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。

図２は半導体レーザチップ１の平面図である。図２に示すように半導体レーザチップ１の発光面３には、エミッタ２がライン状（本実施形態では、２０個）に配列されたエミッタ列が複数設けられている（本実施形態では、２列）。以下、図２中左側のエミッタ列を第一エミッタ列Ａ１、同図中右側のエミッタ列を第二エミッタ列Ａ２と称することとする。

なお、図１において、Ｏ１は第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換され、外部共振器３０から射出される光を示している。また、図１において、Ｌ１は第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換されること無く射出され、外部共振器３０によって反射され、波長変換素子２０を再度透過する際に第二の波長に変換される光を示している。
また、同図において、Ｏ２は第ニエミッタ列Ａ２のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換され、外部共振器３０から射出される光を示している。また、同図において、Ｌ２は第一エミッタ列Ａ２のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換されること無く射出され、外部共振器３０によって反射され、波長変換素子２０を再度透過する際に第二の波長に変換される光を示している。

また、エミッタ２は、第一エミッタ列Ａ１及び第二エミッタ列Ａ２間の間隔が同一列内の配列方向（図２中Ｘ軸方向）において隣り合うエミッタ同士の間隔よりも狭くなるように配置されている。これにより、隣り合うエミッタ列Ａ１，Ａ２におけるエミッタ２同士を近づけた状態に配置することで、半導体レーザチップ１の小型化が図られている。具体的に本実施形態では、第一エミッタ列Ａ１及び第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２がそれぞれ千鳥状に配置されたものとなっている。

図３は半導体レーザチップ１の発光面３の要部拡大図である。図３に示されるように、第一エミッタ列Ａ１において隣合うエミッタ２ａ，２ｂの中心とこれらエミッタ２ａ，２ｂに近接する第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２ｃの中心とを結ぶことで正三角形が形成されるようになっている。すなわち、エミッタ２ａは、近接して配置される他のエミッタ２ｂ，２ｃへの距離が等しくなっている。具体的に本実施形態では、各エミッタ２の径を２４０μｍ、同一エミッタ列内において隣り合うエミッタ２間の距離を３００μｍ、第一、第二エミッタ列Ａ１，Ａ２において隣接するエミッタ２間の距離を３００μｍとした。このように隣接して配置されるエミッタ２ａ，２ｂ，２ｃ同士が等距離で配置されることで、レーザ光を射出する際に隣接するエミッタ２のレーザ光同士の波長干渉や熱干渉を防止できる。

半導体レーザチップ１は、ベース部材７上に接合材等により固定されている。なお、サブマウント上に半導体レーザチップを固定し、このサブマウントをベース部材７上に固定するようにしてもよい。これによりサブマウント材および半導体レーザチップ１は、ベース部材７上の基準点に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に精密な位置決めが可能となる。

半導体レーザチップ１は、例えば、ＧａＡｓ等の材料を用いて形成されている。また、サブマウント材６およびベース部材７は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＡｌＳｉＣ等のセラミック材料、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＢｅＯ等のコンポジット材料、または、カーボン（Ｃ）、グラファイト、ダイヤモンド等の炭素系材料等の高熱伝導率材料により形成されている。また、接合材としては、例えば、Ｉｎ、Ｐｂ，Ｓｎ等の導電性低融点材料を単独で用いることができる。また、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｇＳｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＳｎ、ＰｂＳｎ、ＳｎＢｉ、ＡｎＡｇＣｕ等の合金状の導電性低融点材料を用いてもよい。

ベース部材７上には、半導体レーザチップ１の光軸Ｌ１，Ｏ１，Ｌ２，Ｏ２（図中Ｚ軸）方向に延設された光学部品保持部材８が固定されている。光学部品保持部材８は、例えば、ベース部材７と同様の材料によって形成されている。

上記波長変換素子２０は、周期的な分極反転構造を備え、入射した光の波長を特定の波長の光に変換するように構成されている。例えば、エミッタ２から射出される光の波長（第一の波長）が１０６４ｎｍ（近赤外）である場合、波長変換素子２０は、これを半分の波長（第二の波長）５３２ｎｍに変換して、緑色の光を生成する。なお、波長変換素子２０の波長変換効率は、一般的に３０〜４０％程度である。つまり、エミッタ２から射出された光のすべてが波長変換されるわけではない。周期的な分極反転構造は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ_３）などの無機非線形光学材料の結晶基板内部に形成されている。

また、上記外部共振器３０は、内部にブラッグ格子を備え、特定の波長の光（波長変換前のエミッタ２の光）を透過させ、それ以外の波長の光（波長変換後のエミッタ２の光）を選択的に反射するように構成されている。ブラッグ格子は、例えば、ＳｉＯ_２を主体とした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することで形成されている。

半導体レーザチップ１及び波長変換素子２０におけるレーザ光の光路上には、半導体レーザチップ１から射出されたレーザ光を透過させるとともに外部共振器３０で反射されて波長変換素子２０により波長変換されたレーザ光を反射させる半透過反射膜１１が形成された半透過反射ミラーＭが設けられている。

本実施形態では、上記半透過反射ミラーＭは互いが対向配置された第一ミラーＭ１及び第二ミラーＭ２を含んで構成される。これら第一ミラーＭ１及び第二ミラーＭ２は、それぞれ第一エミッタ列Ａ１及び第二エミッタ列Ａ２に対応して設けられている。

さらに光源装置１００は、半透過反射ミラーＭにより反射されたレーザ光をさらに反射して外部に射出する第三ミラー（光学部材）Ｍ３を備えている。この第三ミラーＭ３は、第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２に所定の角度を有して対向配置されており、その対向面側に反射膜１４を備えている。反射膜１４は、例えば、Ａｌ等の反射性に優れた薄膜等によって形成される。第三ミラーＭ３は、例えばガラス等の透明板の表面に上記反射膜１４としてＡｌ等の反射性に優れた薄膜を成膜することにより構成される。

具体的に本実施形態では、上記第一、第二ミラーＭ１、Ｍ２は、特定の波長の光（波長変換素子２０による波長変換後の光）を反射し、それ以外の波長の光（レーザ光と同じ波長の光）を透過する半透過反射膜１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ備えている。すなわち、これら第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２は、例えばガラス等の透明板の表面に上記半透過反射膜１１Ａ，１１Ｂとして誘電体多層膜を成膜することにより構成されている。

これにより、第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２から射出されたレーザ光は、第一ミラーＭ１（半透過反射膜１１Ａ）を透過した後、波長変換素子２０を透過する際に一部の光が１／２の波長に変換されて装置外部に射出されるようになっている。また、波長変換素子２０を透過する際に波長変換されなかった光は、外部共振器３０で反射されて再び波長変換素子２０を透過する際に波長変換されて第一ミラーＭ１（半透過反射膜１１Ａ）により上記第ニミラーＭ２側に反射される。そして、反射された光は、第二ミラーＭ２を透過するとともに第三ミラーＭ３で反射されて外部に射出されるようになっている。

また、第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２から射出されたレーザ光は、第二ミラーＭ２（半透過反射膜１１Ｂ）を透過した後、波長変換素子２０を透過する際に一部の光が１／２の波長に変換されて装置外部に射出されるようになっている。また、波長変換素子２０を透過する際に波長変換されなかった光は、外部共振器３０で反射されて再び波長変換素子２０を透過する際に波長変換されて第二ミラーＭ２（半透過反射膜１１Ｂ）により上記第三ミラーＭ３側に反射されて、この第三ミラーＭ３で反射されて外部に射出されるようになっている。

上述したように、第二ミラーＭ２には、第二エミッタ列Ａ２からの光に加えて、第一エミッタ列Ａ１からの光が入射するようになっている。図４は第二ミラーＭ２における平面図である。具体的に本実施形態では、図４に示されるように、第二ミラーＭ２の半透過反射膜１１Ｂは、他のミラー（第一ミラーＭ１）で反射されたレーザ光が入射する領域Ｂに重ならない領域Ａに形成されている。これにより、第一ミラーＭ１で反射された光は第二ミラーＭ２における半透過反射膜１１Ｂが設けられない領域Ａに入射されて、そのままミラー内を通過することで第三ミラーＭ３に向かうようになっている。よって、エミッタ列Ａ１，Ａ２の各エミッタ２の光を効率的に利用できるようになっている。なお、第一ミラーＭ１においては、図示しないものの平面視した際に各エミッタ２に重なる位置に半透過反射膜が形成されている。

続いて、本実施形態に係る光源装置１００を駆動し、出力光が得られるまでの工程について説明する。なお、図１では、第一ミラーＡ１と外部共振器３０との間のレーザ光における光路Ｌ１、Ｏ１、及び第二ミラーＡ２と外部共振器３０との間のレーザ光における光路Ｌ２、Ｏ２をそれぞれ異なる位置に示されているものの、これは説明の便宜上、異なる位置に示されているだけであり、本来は同じ位置に存在する。

半導体レーザチップ１は、第一、第二エミッタ列Ａ１，Ａ２のエミッタ２からそれぞれレーザ光を射出する。第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２から射出されたレーザ光は、第一ミラーＭ１を通過し波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光の一部は、波長変換素子２０により１／２の波長に変換されて外部共振器３０を通過し、装置外部に出射される（図１、光路Ｏ１に対応）。

波長変換素子２０の波長変換効率は、上述したように３０〜４０％程度となっている。そのため、波長変換素子２０で波長変換されなかった光Ｌ１は、外部共振器３０で反射され、再び波長変換素子２０に入射する。反射光Ｌ１は波長変換素子２０を通過することで１／２の光に波長変換され、第一ミラーＭ１で反射されて、対向配置される第二ミラーＭ２に入射する。このとき、図４に示したように第二ミラーＭ２の半透過反射膜１１Ｂは、第一ミラーＭ１で反射されたレーザ光が入射する領域Ｂに重ならない領域Ａに形成されているため、上記反射光Ｌ１は第二ミラーＭ２を透過し、第三ミラーＭ３に入射する。そして、第三ミラーＭ３に入射した光は、反射膜１４で反射されて装置外部に射出されるようになる。なお、上記光Ｌ１のうち、波長変換素子２０で波長変換されなかった光は第一ミラーＭ１を通過し、第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２に入射して新たなレーザ光の生成源となる。

一方、第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２から射出されたレーザ光は、第一ミラーＭ１を通過し波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光の一部は、波長変換素子２０により１／２の波長に変換されて外部共振器３０を通過し、装置外部に出射される（図１、光路Ｏ２に対応）。

また、上記波長変換素子２０で波長変換されなかった光Ｌ２は、外部共振器３０で反射され、再び波長変換素子２０に入射する。反射光は波長変換素子２０を通過することで１／２の光に波長変換され、第二ミラーＭ２で反射されて、第三ミラーＭ３に入射する。そして、第三ミラーＭ３に入射した光は、反射膜１４で反射されて装置外部に射出されるようになる。なお、上記光Ｌ２のうち、波長変換素子２０で波長変換されなかった光は第二ミラーＭ２を通過し、第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２に入射して新たなレーザ光の生成源となる。よって、各エミッタ列Ａ１，Ａ２におけるエミッタ２の光を効率的に利用できる。

本実施形態によれば、複数のエミッタ列（第一、第二エミッタ列Ａ１，Ａ２）のエミッタ２からレーザ光を射出する半導体レーザチップ１に対して波長変換素子２０が一つ設けられた構成となっており、上記各エミッタ列Ａ１，Ａ２の光を効率的に外部に取り出すことができる。また、複数のエミッタ列Ａ１，Ａ２に対して一つの波長変換素子２０を設けた構成としているので、低コスト化及び小型化を実現できる。また、アレイ状のエミッタ２を備えることで小型であっても高出力のレーザ光を得ることができる。

また、本実施形態に係る光源装置１００では、エミッタ２が第一エミッタ列Ａ１及び第二エミッタ列Ａ２間の間隔が同一列内の配列方向（図２中Ｘ軸方向）において隣り合うエミッタ同士の間隔よりも狭くなるように配置（千鳥状）されているため、波長変換素子２０の波長変換有効範囲に各エミッタ列Ａ１，Ａ２のエミッタ２から射出されたレーザ光を確実に入射させることができる。よって、半導体レーザチップ１が小型化することで光源装置１００のさらなる小型化を実現できる。さらに、図３に示したようにエミッタ２ａ（第一エミッタ列Ａ１）は、近接して配置される他のエミッタ２ｂ，２ｃ（第二エミッタ列Ａ２）への距離が等しいので、レーザ光を射出する際に隣接するエミッタ２間で生じる熱干渉を最小限に抑えることができる。

（第ニ実施形態）
次に、本発明の光源装置における第ニ実施形態について図面を参照にして説明する。図５は本実施形態に係る光源装置２００の概略構成を示す図である。本実施形態に係る光源装置２００は、上記実施形態と異なり、半透過反射ミラーＭを一枚ミラーで構成している。それ以外の構成は上記第一実施形態に係る構成と同様であるため、これら同一部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略若しくは簡略化する。

半透過反射ミラーＭの表面にはベタ膜状の半透過反射膜１１が形成されている。続いて、本実施形態に係る光源装置２００を駆動し、出力光が得られるまでの工程について説明する。

本実施形態では、図５に示されるように半透過反射ミラーＭが一枚のミラーで構成されていることから、第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２及び第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２における上記半透過反射ミラーＭの半透過反射膜１１に対する入射位置が上記実施形態と異なり、同図中、Ｙ軸方向においてずれた状態となる。同様に、上記半透過反射ミラーＭの半透過反射膜１１におけるレーザ光の反射位置も上記実施形態に対して、同図中Ｙ軸方向においてずれた状態となる。

したがって、第一ミラーＡ１と外部共振器３０との間のレーザ光における光路Ｌ１、Ｏ１は上記実施形態と異なり、互いにずれた位置となる。また、第二ミラーＡ２と外部共振器３０との間のレーザ光における光路Ｌ２、Ｏ２は上記実施形態と異なり、互いにずれた位置となる。このように本実施形態に係る光源装置２００では、半導体レーザチップ１から射出されるレーザ光の光軸が４本（Ｌ１，Ｏ１，Ｌ２，Ｏ２）となる。
本実施形態によれば、一枚のミラーから半透過反射ミラーＭを構成することで、上記実施形態のように２枚のミラーを組み合わせる場合に比べて、半透過反射ミラーＭのアライメント調整を容易とすることができる。

（第三実施形態）
次に、本発明の光源装置における第三実施形態について図面を参照にして説明する。図６は本実施形態に係る光源装置３００の概略構成を示す図である。本実施形態に係る光源装置３００は、上記第一実施形態における半導体レーザチップ１、波長変換素子２０、外部共振器３０、及び半透過反射ミラーＭを備える第一光学系３５０及び第二光学系３５１を備えている。半透過反射ミラーＭとしては、上述したように複数のミラー（第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２）で構成しても良いし、一枚のミラーで構成しても良い。さらに、本実施形態に係る光源装置３００は、第一光学系３５０における半導体レーザチップ１から射出されたレーザ光のうち、半透過反射ミラーＭにより反射されたレーザ光をさらに反射して外部に射出する共通ミラー（光学部材）３５２を備えている。同様に、本実施形態に係る光源装置３００は、第ニ光学系３５１における半導体レーザチップ１から射出されたレーザ光のうち、半透過反射ミラーＭにより反射されたレーザ光をさらに反射して外部に射出する光学部材として、上記共通ミラー３５２を備えている。すなわち、第一、第二光学系３５０，３５１において光学部材（共通ミラー３５２）とされている。

より明るさが要求される光源装置の提供が望まれる際に、上述した第一実施形態に係る光源装置を複数組み合わせて光源装置を構成することが考えられる。この場合においても、光源装置の大きさを極力小さくするのが望ましい。そこで、本実施形態では、上述したように第一、第二光学系３５０，３５１において光学部材（共通ミラー３５２）を共通化することで、上記光源装置１００を単純に２個組み合わせる場合に比べ、装置の小型化を図るとともにより強い光出力を得ることができる。また、図示していないが本実施例においては、エミッタの列方向の長さを前述の実施例のものより短縮することによって、エミッタの列方向において装置の小型化を図ることができる一方で、光出力は前述の実施例と同等とすることができる。

（第四実施形態）
次に、本発明の光源装置における第四実施形態について図面を参照にして説明する。図７は本実施形態に係る光源装置４００の概略構成を示す図である。本実施形態に係る光源装置４００は上記第一実施形態における半透過反射ミラーＭの代わりとして、図７に示されるようなプリズム部Ｐを備えた構成となっている。それ以外の構成は上記第一実施形態に係る構成と同様であるため、これら同一部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略若しくは簡略化する。

図７に示されるように、接合材を介して半導体レーザチップ１が固定されたサブマウント材６がベース部材７上に固定されており、この半導体レーザチップ１のレーザ光の出射方向に向かって順番に波長変換素子２０及び外部共振器３０が配置されている。上記実施形態では、半導体レーザチップ１の発光面３と波長変換素子２０における光入射面２０ａとが対向した状態となっていたが、本実施形態では発光面３と上記光入射面２０ａとが直交状態となっている。

本実施形態では、半導体レーザチップ１及び波長変換素子２０の光路上に設けられ、半導体レーザチップ１から射出されたレーザ光を反射して波長変換素子２０に入射させるとともに外部共振器３０で反射されて波長変換素子２０により波長変換されたレーザ光を反射するプリズム部Ｐを備えている。このプリズム部Ｐは、発光面３から射出されるレーザ光（図７中Ｙ軸方向）を図７中Ｚ軸方向に導くものである。

プリズム部Ｐは、半導体レーザチップ１側に設けられる第一プリズムＰ１と、波長変換素子２０側に設けられる第二プリズムＰ２とを備えて構成される。第一プリズムＰ１は、例えばＢＫ７などの光学ガラスからなり二等辺三角柱の形を有している。この第一プリズムＰ１の側面は、二等辺三角形の頂角を挟む二辺を含む面３００Ｂ，Ｃと、斜辺を含む面３００Ａとから構成されている。また、第二プリズムＰ２は、例えばＢＫ７などの光学ガラスからなり二等辺三角柱の形を有している。このプリズムＰ２の側面は、二等辺三角形の頂角を挟む二辺を含む面３０１Ｂ，Ｃと、斜辺を含む面３０１Ａとから構成されている。なお、面３００Ｃと面３００Ａとの傾斜角は４５°に設定される。

第一、第二プリズムＰ１，Ｐ２における面３００Ｂ，３０１Ｂの間には、半透過反射膜１１が形成されている。また、上記第一、第二プリズムＰ１，Ｐ２における面３００Ａ，３０１Ａには、反射膜１４が形成されている。

このような構成により、プリズム部Ｐは、各エミッタ列Ａ１，Ａ２のエミッタ２からの光を上記波長変換素子２０側に射出するとともに、波長変換素子２０で波長変換されずに外部共振器３０で反射された光を各エミッタ２に導くようになっている。さらに、上記プリズム部Ｐは、各エミッタ列Ａ１，Ａ２のエミッタ２からの光のうち、上記外部共振器３０で反射されて波長変換素子２０を透過する際に波長変換されたレーザ光を反射して装置外部に取り出すようになっている。

続いて、本実施形態に係る光源装置４００を駆動し、出力光が得られるまでの工程について説明する。なお、図７において、Ｏ１´は第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換され、外部共振器３０から射出される光を示している。また、図７において、Ｌ１´は第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換されること無く射出され、外部共振器３０によって反射され、波長変換素子２０を再度透過する際に第二の波長に変換される光を示している。また、同図において、Ｏ２´は第ニエミッタ列Ａ２のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換され、外部共振器３０から射出される光を示している。また、同図において、Ｌ２´は第一エミッタ列Ａ２のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって第二の波長に変換されること無く射出され、外部共振器３０によって反射され、波長変換素子２０を再度透過する際に第二の波長に変換される光を示している。なお、第一プリズムＰ１と外部共振器３０との間のレーザ光における光路Ｌ１´、Ｏ１´、及び第二プリズムＰ２と外部共振器３０との間のレーザ光における光路Ｌ２´、Ｏ２´はそれぞれ異なる位置に示されているものの、これは説明の便宜上、異なる位置に示されているだけであり、本来は同じ位置に存在する。

半導体レーザチップ１は、第一、第二エミッタ列Ａ１，Ａ２のエミッタ２からそれぞれレーザ光を射出する。第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２から射出されたレーザ光は、第二プリズムＰ２の面３０１Ａから入射し、面３０１Ｃに設けられた反射膜１４によって反射される。この反射光は、上記半透過反射膜１１を通過し波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光の一部は、波長変換素子２０により１／２の波長に変換されて外部共振器３０を通過し、装置外部に出射される（図７、光路Ｏ１´に対応）。

波長変換素子２０で波長変換されなかった光Ｌ１´は、外部共振器３０で反射され、再び波長変換素子２０に入射する。反射光Ｌ１´は波長変換素子２０を通過することで１／２の光に波長変換され、上記第一プリズムＰ１の面３００Ａから入射する。そして、上記半透過反射膜１１により面３００Ｂ側に反射され、面３０１Ｂに設けられる半透過反射膜１１で反射されることで装置外部に出射される。なお、上記光Ｌ１´のうち、波長変換素子２０で波長変換されなかった光は半透過反射膜１１を通過し、第二プリズムＰ２の面３０１Ｃで反射されて第一エミッタ列Ａ１のエミッタ２に入射することで新たなレーザ光の生成源となる。

一方、第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２から射出されたレーザ光は、第二プリズムＰ２の面３０１Ａから入射し、面３０１Ｃに設けられた反射膜１４によって反射されて、半透過反射膜１１を通過し波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光の一部は、波長変換素子２０により１／２の波長に変換されて外部共振器３０を通過し、装置外部に出射される（図７、光路Ｏ２´に対応）。

波長変換素子２０で波長変換されなかった光Ｌ２´は、外部共振器３０で反射され、再び波長変換素子２０に入射する。反射光Ｌ２´は波長変換素子２０を通過することで１／２の光に波長変換され、上記第一プリズムＰ１の面３００Ａから入射する。そして、上記半透過反射膜１１により面３０１Ｂ側に反射され、面３０１Ｂに設けられる反射膜１４で反射されることで装置外部に出射される。なお、上記光Ｌ２´のうち、波長変換素子２０で波長変換されなかった光は半透過反射膜１１を通過し、第ニプリズムＰ２の面３０１Ｃで反射されて第二エミッタ列Ａ２のエミッタ２に入射することで新たなレーザ光の生成源となる。

本実施形態によれば、上記実施形態の半透過反射ミラーＭをプリズム部Ｐで代用している。よって、上記実施形態と同様に低コスト且つ小型で、高出力のレーザ光を得る光源装置４００を提供できる。

以上に述べたような光源装置１００，２００，３００，４００を画像表示装置やモニタ装置に応用することにより、これらの装置におけるレーザの出力を向上させることが可能である。以下、画像表示装置とモニタ装置への応用例について説明する。

（プロジェクタ）
次に、光源装置を応用した画像表示装置の一例として、プロジェクタ５００の構成について説明する。図８は、プロジェクタ５００の光学系の概略を示す模式図である。
図８において、プロジェクタ５００は、例えば上記光源装置１００、光変調装置としての液晶パネル５２０、偏光板５３１及び５３２、クロスダイクロイックプリズム５４０、投射レンズ５５０などを備えている。なお、液晶パネル５２０と、その光入射側に設けられた偏光板５３１及び光射出側に設けられた偏光板５３２によって液晶ライトバルブ５３０が構成される。

光源装置１００は、赤色レーザ光を射出する赤色光用光源装置１００Ｒと、青色レーザ光を射出する青色光用光源装置１００Ｂと、緑色レーザ光を射出する緑色光用光源装置１００Ｇを備えている。これらの光源装置１００（１００Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、それぞれクロスダイクロイックプリズム５４０の側面三方にそれぞれ対向するように配置されている。図７では、クロスダイクロイックプリズム５４０を挟んで、赤色光用光源装置１００Ｒと青色光用光源装置１００Ｂとが互いに対向し、投射レンズ（投写装置）５５０と緑色光用光源装置１００Ｇが互いに対向しているが、これらの位置は、適宜入れ替えることが可能である。

液晶パネル５２０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る。各光源装置１００から射出された色光は、入射側偏光板５３１を介して液晶パネル５２０に入射する。液晶パネル５２０に入射した光は、画像情報に応じて変調されて、液晶パネル５２０から射出される。液晶パネル５２０によって変調された光のうち、特定の直線偏光だけが、射出側偏光板５３２を透過して、クロスダイクロイックプリズム５４０に向かう。

クロスダイクロイックプリズム５４０は、各液晶パネル５２０によって変調された各色光を合成して、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５４０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ている。そして、これら４つの直角プリズムの界面には、２種類の誘電体多層膜がＸ字状に設けられている。これら誘電体多層膜は、互いに対向する各液晶パネル３２０から射出された各色光を反射し、投射レンズ５５０に対向する液晶パネル５２０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５２０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５５０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。この投射レンズ５５０は、カラー画像ＣＩを拡大投射する。

以上説明したように、プロジェクタ５００は、第一実施形態において説明した小型且つ低コストであって高出力を得る光源装置１００を用いているため、小型で高精細な画像を投影することのできるプロジェクタを低コストで提供できる。
なお、この応用例では、第一実施形態に係る光源装置１００（１００Ｒ，Ｇ，Ｂ）を用いているが、これらのうち一部もしくは全部を、第二〜第四実施形態に係る光源装置２００〜４００に置き換えても良い。

（モニタ装置）
次に、第一実施形態に係る光源装置１００を応用したモニタ装置６００の構成例について説明する。図９は、モニタ装置の概略を示す模式図である。モニタ装置６００は、装置本体６１０と、光伝送部６２０とを備える。装置本体６１０は、前述した第一実施形態の光源装置１００を光源６０４として備える。

光伝送部６２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド６２１，６２２を備える。各ライトガイド６２１，６２２は、多数本の光ファイバを束ねたもので、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド６２１の入射側には光源６０４が配設され、その出射側には拡散板６２３が配設されている。光源６０４から出射したレーザ光は、ライトガイド６２１を伝って光伝送部６２０の先端に設けられた拡散板６２３に送られ、拡散板６２３により拡散されて被写体を照射する。

光伝送部６２０の先端には、結像レンズ６２４も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ６２４で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド６２２を伝って、装置本体６１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ６１１に送られる。この結果、光源６０４により出射したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ６１１で撮像することができる。

以上のように構成されたモニタ装置６００によれば、小型且つ低コストで高出力の光源装置１００により輝度むらのない明るい光により被写体を照射することができることから、カメラ４１１により被写体を鮮明に撮像し、且つ小型なものを低コストで得ることができる。
なお、この応用例では、第一実施形態に係る光源装置１００を用いているが、これを、第二〜第四実施形態に係る光源装置２００〜４００に置き換えても良い。

なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

上述の応用例では、光変調素子を３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、第一〜第四実施形態の光源装置１００〜４００は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。また、上述の応用例では、透過型のプロジェクタについて説明したが、本発明の光源装置は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、光変調素子が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調素子が光を反射するタイプであることを意味している。
また、光源装置から射出されたレーザ光をスクリーンに向かってＭＥＭＳミラー等により走査する走査型のプロジェクタにも、この発明の光源装置を適用することができる。

第一実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。 半導体レーザチップの平面図である。 半導体レーザチップの発光面の要部拡大図である。 第二ミラーの平面構成を示す図である。 第二実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。 第三実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。 第四実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。 プロジェクタの概略構成を示す図である。 モニタ装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１…半導体レーザチップ（光素子）、２…エミッタ、１１…半透過反射膜、１１Ａ…半透過反射膜、１１Ｂ…半透過反射膜、２０…波長変換素子、３０…外部共振器、１００，２００，３００，４００…光源装置、３５０…第一光学系、３５１…第二光学系、３５２…共通ミラー（光学部材）、５２０…液晶パネル（光変調素子）、５５０…投射レンズ（投写装置）、６００…モニタ装置、Ａ１…第一エミッタ列（エミッタ列）、Ａ２…第二エミッタ列（エミッタ列）、Ｍ…半透過反射ミラー、Ｍ１…第一ミラー（ミラー）、Ｍ２…第二ミラー（ミラー）、Ｍ３…第三ミラー（光学部材）、Ｐ…プリズム部、Ｐ１…第一プリズム、Ｐ２…第二プリズム

Claims (10)

1. レーザ光を射出するエミッタがライン状に配列されたエミッタ列を複数有する光素子と、
   該光素子の前記エミッタから射出されたレーザ光の光路上に配置される波長変換素子と、
   前記光素子との間で共振器構造を構成する外部共振器と、
   前記光素子及び前記波長変換素子間におけるレーザ光の光路上に設けられ、前記光素子から射出された前記レーザ光を透過させるとともに前記外部共振器で反射されて前記波長変換素子により波長変換されたレーザ光を反射させる半透過反射ミラーと、該半透過反射ミラーにより反射された前記レーザ光をさらに反射して外部に射出する光学部材と、を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記エミッタは、前記エミッタ列間の間隔が同一列内の配列方向において隣り合う前記エミッタ同士の間隔よりも狭くなるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記エミッタは、千鳥状に配置されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 複数の前記エミッタは、近接して配置される他のエミッタへの距離が等しくなるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記半透過反射ミラーは前記エミッタ列に対応して設けられた複数のミラーを含み、該各ミラーには、対応する前記エミッタ列から射出された前記レーザ光を透過させるとともに前記外部共振器で反射されて前記波長変換素子により波長変換されたレーザ光を反射させる半透過反射膜が形成され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。
6. 前記半透過反射膜は、他のミラーで反射されたレーザ光の入射領域に重ならないように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記光素子と前記波長変換素子と前記外部共振器と前記半透過反射ミラーとをそれぞれ備える第１光学系及び第２光学系が構成され、該第１、第２光学系において前記光学部材が共通に用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 複数のエミッタがライン状に配列されたエミッタ列を複数有し前記エミッタからレーザ光を射出する光素子と、
   該光素子の前記エミッタから射出されたレーザ光の光路上に配置される波長変換素子と、
   前記光素子との間で共振器構造を構成する外部共振器と、
   前記光素子及び前記波長変換素子の光路上に設けられ、前記光素子から射出された前記レーザ光を反射して前記波長変換素子に入射させるとともに前記外部共振器で反射されて前記波長変換素子により波長変換されたレーザ光を反射することで外部に射出するプリズム部と、を備えることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置と、該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、該光変調素子によって形成された画像を投射する投射装置と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置と、該光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段と、を備えることを特徴とするモニタ装置。

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