JP2009117574A - 光源装置、プロジェクタ、及びモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の高出力化を図ると共に小型化及び低コスト化を実現可能とする光源装置、プロジェクタ、及びモニタ装置を提供する。
【解決手段】ライン状に配列された複数のエミッタ２よりレーザ光を射出する光素子１と、エミッタ２から射出される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、を有する光学装置１００である。並列に配置されてなる第一、第二光素子１Ａ，１Ｂと、第一、第二光素子１Ａ，１Ｂと波長変換素子２０との間にそれぞれ配置される第一ミラーＭ１及び第二ミラーＭ２と、第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２で反射されたレーザ光を反射させると共に、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透過させる第一プリズム５０と、第一プリズム５０を透過した波長変換後のレーザ光を反射して外部に射出させる光学部材６０と、を備える。
【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、近年、光源装置のさらなる高出力化が望まれる一方、光源装置の小型化が望まれている。しかしながら、光源装置の高出力化を図るべく、例えばレーザチップを多数用い、レーザチップ毎に波長変換素子を設ける場合には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装置のコストが高くなるといった問題が発生してしまう。

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、レーザ光の高出力化を図ると共に小型化及び低コスト化を実現可能とする光源装置、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、ライン状に配列された複数のエミッタよりレーザ光を射出する光素子と、前記エミッタから射出される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、を有する光学装置であって、並列に配置されてなる第一光素子及び第二光素子と、前記第一光素子から射出されるレーザ光の光路において前記第一光素子と前記波長変換素子との間に配置され、前記第一光素子から射出された第一のレーザ光を反射する第一ミラーと、前記第二光素子から射出されるレーザ光の光路において前記第二光素子と前記波長変換素子との間に配置され、前記第二光素子から射出された第二のレーザ光を反射する及び第二ミラーと、前記第一ミラーで反射された前記第一のレーザ光及び前記第二ミラーで反射された前記第二のレーザ光を反射させると共に、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前記第一のレーザ光及び前記第二のレーザ光を透過させる第一プリズムと、該第一プリズムを透過した波長変換後の前記第一のレーザ光及び前記第二のレーザ光を反射して外部に射出させる光学部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の光学装置によれば、二つの光素子のエミッタから射出されたレーザ光を一つの波長変換素子内を通過させることができるので、装置の低コスト化及び小型化を実現できる。また、再度波長変換素子を通過する際に波長変換されたレーザ光を光源装置の出力として取り出すことができるので、高効率化を実現できる。さらに、二つの光素子から射出されたレーザ光を合成できるので、高出力の光を得ることができる。

また、上記光源装置においては、前記第一光素子及び前記第二光素子は、同一平面上にマウントされるのが好ましい。
この構成によれば、波長変換素子、及び外部共振器等に対するアライメントが容易となり、光学装置の組み立て性を向上させることができる。

また、上記光源装置においては、前記第一光素子及び前記第二光素子は、前記各エミッタが当該エミッタの配列方向において互いがズレた状態に配置されるのが好ましい。
この構成によれば、レーザ光の射出時に第一光素子及び第二光素子のエミッタ、及び、前記波長変換素子の内部や前記外部共振器の内部におけるレーザ光同士の波長干渉や熱干渉を防止できる。よって、高効率で高品質な光源装置を実現できる。

また、上記光源装置においては、前記第一プリズムの頂角が９０°に設定されるのが好ましい。
この構成によれば、頂角が９０°に設定された第一プリズムを備えているので、例えばプリズムにおける頂角をなす２側面に第一ミラー及び第二ミラーで反射された光を入射させることで、装置外部に設置される集光レンズに光源装置のレーザ光を容易に入射させることが可能となる。また、第一プリズムの製造が容易になると共に、第一、第二ミラーと第一プリズムとの光軸調整、又は、これらの組み立て性を向上できる。

あるいは、上記光源装置においては、前記プリズムの頂角が鋭角に設定されていてもよい。
この構成によれば、例えばエミッタからのレーザ光が頂角上部側に入射するように第一、第二ミラーの位置を調整することにより、光源装置から射出されるレーザ光同士の間隔をより狭めることができる。また、例えば波長変換素子の幅を小型化した場合においても、上記第一、第二光素子から射出されるレーザ光同士の間隔を狭めることで、一つの波長変換素子にレーザ光を確実に入射させることができる。

また、上記光源装置においては、前記光学部材は、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所定方向に取り出す第二プリズムから構成され、該第二プリズムは頂角が９０°に設定されるのが好ましい。
この構成によれば、第一、第二光素子から射出されたレーザ光のうち、外部共振器で反射され波長変換素子により波長変換された光を略平行状態で外部に射出させることができる。

また、上記光源装置においては、前記第一光素子及び前記第二光素子の少なくとも一方は、ライン状に前記エミッタが配置されるエミッタ列を複数備えるのが好ましい。
この構成によれば、各光素子から波長変換素子に入射されるレーザ光の密度が高まり、レーザ光を高出力で得ることができる。

また、上記光源装置においては、前記第一、第二ミラーは、前記第一光素子及び第二光素子から前記波長変換素子に至る光路長を等しくするように配設されるのが好ましい。
この構成によれば、光素子、波長変換素子、又は外部共振器におけるアライメント調整を容易なものとすることができる。

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は本実施形態に係る光源装置１００の断面構造を示すものである。
図１に示すように、本実施形態に係る光源装置１００は、エミッタ２よりレーザ光を射出する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（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、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。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。

本実施形態では、半導体レーザチップ１としては、例えば寸法が１０ｘ１ｘ０．１（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。

光源装置１００は、第一半導体レーザチップ１Ａ（第一光素子）及び第二半導体レーザチップ１Ｂ（第二一光素子）を有している。これら第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂは、例えば、ＧａＡｓ等の材料から構成されている。

また、第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂは、ベース部材７上に接合材等によりマウントされている。このベース部材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ることもできる。

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。

ベース部材７上には、各エミッタ２から射出されるレーザ光の光軸（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。この光学部品保持部材８は、例えば、ベース部材７と同様の材料により形成され、上記波長変換素子２０及び外部共振器３０を所定の位置に保持している。

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。
なお、上記外部共振器３０は、反射板とバンドパスフィルタ又はダイクロイックミラーを組み合わせて構成することもできる。

図２はベース部材７上における第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂの配置関係を示す平面図である。図２に示すように第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂ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）に複数配列されている。そして、これら第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂは、エミッタ２の配列方向（図２中Ｘ軸方向）に互いが並列となるように上記ベース部材７上に配置されて保持されている。

第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂは、上記ベース部材７に固定されることで同一平面上にマウントされている。これにより、それぞれの発光面３の高さが等しくなり、波長変換素子２０、及び外部共振器３０に対するアライメントが容易となり、光源装置１００の組み立て性を向上させている。

本実施形態においては、図２に示されるように第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂは、各エミッタ２がこれらエミッタ２の配列方向（同図中Ｘ軸方向）において互いがズレた状態に配置されている。この構成により、レーザ光の射出時に第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂのエミッタ２、及び、波長変換素子２０内部や外部共振器３０内部におけるレーザ光同士の波長干渉や熱干渉が防止されている。

さらに、光源装置１００はエミッタ２から射出されるレーザ光の光路上であり第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂと波長変換素子２０との間にそれぞれ配置され、エミッタ２から射出されたレーザ光を反射する第一ミラーＭ１及び第二ミラーＭ２を備えている。ここで、第一ミラーＭ１とは、第一半導体レーザチップ１Ａのエミッタ２から射出されるレーザ光に対応するものであり、第二ミラーＭ２とは、第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出されるレーザ光に対応するものである。

これら第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２は、エミッタ２からのレーザ光を反射させる反射膜１４を備えている。この反射膜１４は、例えば、Ａｌ等の反射性に優れた薄膜によって形成される。すなわち、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反射膜１４を成膜することにより構成される。

これら第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２は、上記第一半導体レーザチップ１Ａ及び第二半導体レーザチップ１Ｂから波長変換素子２０に至る光路長を等しくするように配設されている。これにより、これら第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂ、波長変換素子２０、又は外部共振器３０におけるアライメント調整を容易なものとしている。

第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２及び波長変換素子２０におけるレーザ光の光路上には、第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２で反射されたレーザ光を反射させると共に、上記外部共振器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透過させる第一プリズム５０が設けられている。
さらに、光源装置１００は、上記第一プリズム５０を透過した波長変換後のレーザ光を反射して外部に射出させる第二プリズム６０（光学部材）を備えている。

第一プリズム５０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５０の側面は、二等辺三角形の頂角を挟む二辺を含む面５０Ｂ，５０Ｃと、斜辺を含む面５０Ａとから構成されている。また、本実施形態においては、頂角が９０°に設定される。

上記第一プリズム５０のレーザ光の入射面５０Ｂ，５０Ｃには、特定の波長の光（波長変換素子２０による波長変換後の光）を透過させると共に、それ以外の波長の光（レーザ光と同じ波長の光）を反射する半透過反射膜５１が形成されている。この半透過反射膜５１は誘電体多層膜から構成されるものである。

また、上記第二プリズム６０は、第一プリズム５０と同様に、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。この第二プリズム６０の側面は、二等辺三角形の頂角を挟む二面６０Ｂ，６０Ｃと、斜面を含む面６０Ａとから構成されている。また、本実施形態においては、頂角が９０°に設定される。

第一プリズム５０と第二プリズム６０とは、面５０Ａと面６０Ａとで貼り合わされている。これにより第一プリズム５０から第二プリズム６０へとレーザ光が取り込まれるようになっている。

また、第二プリズム６０の面６０Ｂ，６０Ｃには、上記第一プリズム５０の半透過反射膜５１を透過したレーザ光を装置の外部に反射する反射膜６１が形成されている。この反射膜６１は、例えば、Ａｌ等の反射性に優れた薄膜により形成される。

なお、上記第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２は、エミッタ２からのレーザ光（図１中Ｚ方向に沿う光）を９０°反射させて、上記第一プリズム５０に向かわせるように調整されている。具体的には、第一プリズム５０は第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２により反射されたレーザ光を面５０Ｂ，５０Ｃに対して約４５°で入射させるようになっている。これにより、第一プリズム５０はレーザ光を波長変換素子２０の延在方向（図１中Ｚ軸方向）に沿って反射可能となり、波長変換素子２０にレーザ光を効率的に入射できるようになっている。

また、外部共振器３０で反射され波長変換素子２０により波長変換された第一半導体レーザチップ１Ａ及び第二半導体レーザチップ１Ｂのレーザ光は、第二プリズム６０の頂角が９０°に設定されているので、面６０Ｂで９０°反射された後、再度、面６０Ｃで９０°反射されて図１中Ｚ軸方向に沿って略平行状態で装置外部に射出されるようになっている。

以上の構成により、第一半導体レーザチップ１Ａのエミッタ２から射出されたレーザ光は、第一ミラーＭ１で反射されて第一プリズム５０の面５０Ｂに設けられた上記半透過反射膜５１でさらに反射され、波長変換素子２０を透過する際に一部の光が半分の波長に変換されて外部共振器３０を経て、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、面５０Ｂに設けられた上記半透過反射膜５１により第二プリズム６０内に入射される。そして、第二プリズム６０内に入射したレーザ光は、面６０Ｂ、面６０Ｃと順に反射されて外部に射出されるようになっている。

また、第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出されたレーザ光は、第二ミラーＭ２で反射されて第一プリズム５０の面５０Ｃに設けられた上記半透過反射膜５１でさらに反射され、波長変換素子２０を透過する際に一部の光が半分の波長に変換されて外部共振器３０を経て、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、面５０Ｃに形成された上記半透過反射膜５１により第二プリズム６０内に入射される。そして、第二プリズム６０内に入射したレーザ光は、面６０Ｂ、面６０Ｃと順に反射されて外部に射出されるようになっている。

続いて、本実施形態に係る光源装置１００を駆動することで出力光が得られるまでの工程について図１を参照しながら説明する。

図１において、Ｏ１は第一半導体レーザチップ１Ａのエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって半分の波長に変換され、外部共振器３０を経て外部に射出される光を示している。また、図１において、Ｌ１は第一半導体レーザチップ１Ａのエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって半分の波長に変換されずに外部共振器３０で反射され、波長変換素子２０を再度透過する際に半分の波長に変換された後に外部に射出される光を示している。なお、図１では、第一プリズム５０と外部共振器３０との間における第一半導体レーザチップ１Ａの光路Ｌ１、Ｏ１をそれぞれ異なる位置に示しているものの、これは説明の便宜上、異なる位置に示しているだけであり、本来は同じ位置に存在する。

また、同図において、Ｏ２は第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって半分の波長に変換され、外部共振器３０を経て外部に射出される光を示している。また、同図において、Ｌ２は第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって半分の波長に変換されずに外部共振器３０で反射され、波長変換素子２０を再度透過する際に半分の波長に変換される光を示している。なお、図１では、第一プリズム５０と外部共振器３０との間における第二半導体レーザチップ１Ｂの光路Ｌ２、Ｏ２をそれぞれ異なる位置に示しているものの、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。

第一半導体レーザチップ１Ａのエミッタ２から射出されたレーザ光は、第一ミラーＭ１で反射されて第一プリズム５０に向かう。さらに、レーザ光は第一プリズム５０の面５０Ｂに形成された半透過反射膜５１で反射されて波長変換素子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により半分の波長に変換されて外部共振器３０を通過し、装置外部にレーザ光Ｏ１として出射される。

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レーザ光は、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を通過することで半分の光に波長変換され、第一プリズム５０の面５０Ｂに形成された半透過反射膜５１を透過した後、第二プリズム６０の面６０Ｂ及び面６０Ｃと順に反射されることで装置外部にレーザ光Ｌ１として射出される。なお、波長変換素子２０を通過する際に波長変換されなかったレーザ光は第一プリズム５０の面５０Ｂ（半透過反射膜５１）と第一ミラーＭ１とで順に反射され、第一半導体レーザチップ１Ａに入射して新たなレーザ光の生成源となる。

一方、第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出されたレーザ光は、第二ミラーＭ２で反射されて第一プリズム５０に向かう。さらに、レーザ光は第一プリズム５０の面５０Ｃに形成された半透過反射膜５１で反射されて波長変換素子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により半分の波長に変換されて外部共振器３０を通過し、装置外部にレーザ光Ｏ２として出射される。

また、上記波長変換素子２０で波長変換されなかったレーザ光は、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を通過することで半分の光に波長変換され、第一プリズム５０の面５０Ｃに形成された半透過反射膜５１を透過した後、第二プリズム６０の面６０Ｂ，６０Ｃで反射されて装置外部にレーザ光Ｌ２として射出される。なお、波長変換素子２０を通過する際に波長変換されなかったレーザ光は、第一プリズム５０の面５０Ｃ（半透過反射膜５１）と第二ミラーＭ２とで順に反射され、第二半導体レーザチップ１Ｂに入射して新たなレーザ光の生成源となる。

ここで、図１に示されるように、上記第一半導体レーザチップ１Ａのエミッタ２から射出されて、第一ミラーＭ１及び第一プリズム５０を介して波長変換素子２０に入射されるレーザ光と、上記第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出されて、第二ミラーＭ２及び第二プリズム６０を介して波長変換素子２０に入射されるレーザ光との間隔は、第一半導体レーザチップ１Ａ及び第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２同士の間隔より充分に小さく設定されている。よって、第一半導体レーザチップ１Ａ、及び第二半導体レーザチップ１Ｂにおけるエミッタ２のレーザ光が入射される波長変換素子２０の幅を抑えることができる。

本実施形態に係る光源装置１００によれば、二つの光素子（第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂ）のエミッタ２から射出されたレーザ光を一つの波長変換素子２０内を通過させることができるので、装置の低コスト化及び小型化を実現できる。また、再度波長変換素子２０を通過する際に波長変換されたレーザ光を光源装置１００の出力として取り出すことができるので、高効率化を実現できる。また、第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂから射出されたレーザ光を合成できるので、高出力の光を得ることができる。

さらに、本実施形態に係る光源装置１００では、図１に示したように上記第一半導体レーザチップ１Ａのエミッタ２から射出され、第一ミラーＭ１及び第一プリズム５０を介して波長変換素子２０に入射されるレーザ光と、上記第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出され、第二ミラーＭ２及び第二プリズム６０を介して波長変換素子２０に入射されるレーザ光との間隔が、第一半導体レーザチップ１Ａと第二半導体レーザチップ１Ｂとの間隔よりも充分に小さくなる。よって、波長変換素子２０の波長変換有効領域に第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂ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により、高い波長変換効率を得ることができる。

また、図２に示したように第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂは、各エミッタ２の配列方向において互いのエミッタ２がズレた状態に配置されているので、第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂのエミッタ２、及び、波長変換素子２０の内部や外部共振器３０の内部におけるレーザ光同士の波長干渉や熱干渉を防止することができ、光源装置１００としての信頼性が高いものとなっている。
また、図示はしないが図２に示した第一半導体レーザチップ１Ａにおいて、エミッタ２をライン状に配置したエミッタ列を複数列にすることができる。この構成によれば、各光素子から波長変換素子に入射されるレーザ光の密度が高まり、更にレーザ光を高出力化することができる。また、この構成を採用することにより列方向の長さを短縮化することができるので、光源装置を小型化することができる。

また、光源装置１００は、頂角が９０°に設定された第一プリズム５０を備えているので、第一プリズム５０と第一、第二ミラーＭ１，Ｍ２との光軸調整を容易なものとすることができる。さらに、頂角を９０°とする第一プリズム５０は、その製造が容易となり、コスト低減を図ることができる。

（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３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、図３に示されるように、第一プリズム５０の頂角を鋭角（９０°未満）に設定している。なお、上記実施形態と同一部材及び構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化する。また、図３中におけるＯ１，Ｏ２，Ｌ１，Ｌ２は、第一実施形態で説明したレーザ光に対応するものである。

第一ミラーＭ１及び第二ミラーＭ２は、第一半導体レーザチップ１Ａ及び第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出されるレーザ光と、第一プリズム５０の面５０Ｂ，５０Ｃでの反射後のレーザ光と、が図２中Ｚ軸方向に沿って平行になるように取付角度が調整されている。

また、第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出されたレーザ光のうち、外部共振器３０で反射されて再度波長変換素子２０を通過する際（波長変換素子２０の復路）に波長変換されたレーザ光Ｌ２が、第二プリズム６０の頂角の近傍に入射するようにしている。

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、上述したように第一プリズム５０の頂角が鋭角に設定されると共に、第二半導体レーザチップ１Ｂのエミッタ２から射出され、波長変換素子２０の復路で波長変換されたレーザ光が第二プリズム６０の頂角の近傍に入射するため、第一、第二半導体レーザチップ１Ａ，１Ｂのエミッタ２から射出されるレーザ光同士の間隔を、上述の第一実施形態の構成に比較してより近づけることができる。

（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４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４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、第二実施形態に係る光源装置２００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５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６０４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、第二実施形態に係る光源装置２００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。

例えば、上述した実施形態では、第一プリズム５０を透過した波長変換後のレーザ光を反射して外部に射出させる光学部材としてプリズム（第二プリズム６０）を用いたが、反射ミラーを用いることもできる。

また、上述した実施形態においては、第一半導体レーザチップ１Ａ及び第二半導体レーザチップ１Ｂの発光面３に複数のエミッタ２がライン状に配置されたものとなっていたが、本発明は第一半導体レーザチップ１Ａ及び第二半導体レーザチップ１Ｂの少なくとも一方では、ライン状にエミッタ２が配列されるエミッタ列を複数（例えば、２列）備えた構成としてもよい。このようにすれば、光素子（第一半導体レーザチップ１Ａ及び第二半導体レーザチップ１Ｂ）から波長変換素子２０に入射されるレーザ光の密度が高まり、より高出力のレーザ光を得ることができる。

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、第二実施形態の光源装置１００，２００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。 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。 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）、１Ａ…第一半導体レーザチップ（第一光素子）、１Ｂ…第二半導体レーザチップ（第二光素子）、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、５０…第一プリズム、６０…第二プリズム（光学部材）、１００，２００…光源装置、５００…プロジェクタ、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、Ｍ１…第一ミラー、Ｍ２…第二ミラー

Claims (10)

1. ライン状に配列された複数のエミッタよりレーザ光を射出する光素子と、前記エミッタから射出される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、を有する光学装置であって、
   並列に配置されてなる第一光素子及び第二光素子と、
   前記第一光素子から射出されるレーザ光の光路において前記第一光素子と前記波長変換素子との間に配置され、前記第一光素子から射出された第一のレーザ光を反射する第一ミラーと、
   前記第二光素子から射出されるレーザ光の光路において前記第二光素子と前記波長変換素子との間に配置され、前記第二光素子から射出された第二のレーザ光を反射する及び第二ミラーと、
   前記第一ミラーで反射された前記第一のレーザ光及び前記第二ミラーで反射された前記第二のレーザ光を反射させると共に、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前記第一のレーザ光及び前記第二のレーザ光を透過させる第一プリズムと、
   該第一プリズムを透過した波長変換後の前記第一のレーザ光及び前記第二のレーザ光を反射して外部に射出させる光学部材と、を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記第一光素子及び前記第二光素子は、同一平面上にマウントされることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第一光素子及び前記第二光素子は、前記各エミッタが当該エミッタの配列方向において互いがズレた状態に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第一プリズムの頂角が９０°に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記プリズムの頂角が鋭角に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記光学部材は、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所定方向に取り出す第二プリズムから構成され、該第二プリズムは頂角が９０°に設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記第一光素子及び前記第二光素子の少なくとも一方は、ライン状に前記エミッタが配置されるエミッタ列を複数備え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. 前記第一、第二ミラーは、前記第一光素子及び第二光素子から前記波長変換素子に至る光路長を等しくするように配設され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。
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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