JP2009200139A - 光源装置、光源装置の製造方法、画像表示装置及びモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ小型な構成により高い効率で光を利用可能とする光源装置、光源装置の製造方法、画像表示装置及びモニタ装置を提供すること。
【解決手段】第１波長の光を射出する発光素子である半導体素子１１と、第１波長の光を共振させる共振器である外部共振器１４と、第１波長の光を波長変換することにより第２波長の光を射出する波長変換素子であるＳＨＧ素子１３と、第１波長の光を透過させ、第２波長の光を反射する透過反射部である透過反射ミラー１２と、入射面Ｓへ入射した第２波長の光の光路を変換させる光路変換部である反射ミラー１５と、を有し、波長変換素子は、発光素子に対する位置が調整された状態で、透過反射部及び光路変換部と一体として支持され、光路変換部は、移動の前と移動の後とで入射面Ｓが略平行となるように移動させることにより透過反射部に対する位置が調整された状態で固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、光源装置の製造方法、画像表示装置及びモニタ装置、特に、波長変換素子及び外部共振器を有する光源装置の技術に関する。

近年、プロジェクタ等の画像表示装置の光源装置として、レーザ光を供給するレーザ光源を用いる技術が提案されている。プロジェクタの光源装置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、長寿命である等の利点がある。レーザ光源としては、発光素子から射出した基本波光を直接供給するものの他、基本波光の波長を変換して供給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）素子が用いられている。波長変換素子を用いることで、容易に入手可能な汎用の発光素子を用いて、所望の波長のレーザ光を供給することが可能となる。また、十分な光量のレーザ光を供給可能な構成とすることもできる。ＳＨＧ素子における光の波長変換効率は、一般的に３０〜４０％程度であることが知られている。ＳＨＧ素子へ単に基本波光を入射させるだけでは、ＳＨＧ素子から射出する高調波光の強度は、発光素子の出力に対して非常に小さくなってしまう。高い効率で波長変換されたレーザ光を供給するための技術は、例えば、特許文献１に提案されている。特許文献１にて提案される技術では、ＳＨＧ素子を透過した光から基本波光を分離し、再度ＳＨＧ素子へ入射させる。

特開昭５９−１２８５２５号公報

特許文献１に提案される構成の場合、ＳＨＧ素子によって波長が変換された光と、一度ＳＨＧ素子を透過した基本波光を再度ＳＨＧ素子へ入射させることで波長が変換された光とを合成するために、複雑かつ大掛かりな構成が必要となる。また、多くの光学素子へ光を入射させることで光の損失が増大することにもなる。このように、従来の技術によると、簡易かつ小型な構成により効率良く光を利用可能とすることが困難で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、簡易かつ小型な構成により高い効率で光を利用可能とする光源装置、その光源装置を製造するための光源装置の製造方法、画像表示装置及びモニタ装置を提供することを目的とする。

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、第１波長の光を射出する発光素子と、発光素子から射出した第１波長の光を共振させる共振器と、発光素子及び共振器の間の光路中に設けられ、第１波長の光を波長変換することにより、第１波長とは異なる波長である第２波長の光を射出する波長変換素子と、発光素子及び波長変換素子の間の光路中に設けられ、第１波長の光を透過させ、第２波長の光を反射する透過反射部と、透過反射部で反射した第２波長の光が入射する入射面を備え、入射面へ入射した第２波長の光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、波長変換素子は、発光素子に対する位置が調整された状態で、透過反射部及び光路変換部と一体として支持され、光路変換部は、移動の前と移動の後とで入射面が略平行となるように移動させることにより透過反射部に対する位置が調整された状態で固定されることを特徴とする。

波長変換素子から射出し共振器を透過した第２波長の光は、光源装置外へ射出する。波長変換素子から射出し透過反射部で反射した第２波長の光は、光路変換部を経て、光源装置外へ射出する。第１波長の光は、発光素子及び共振器の間で共振する。光源装置は、少ない光学素子による簡易かつ小型な構成とし、光の損失を低減させることができる。光源装置の製造工程において、波長変換素子は、効率良い波長変換を可能とするために、光の入射位置が調整される。波長変換素子における光の入射位置の調整は、光源装置を構成する各光学素子を組み込んだ後に、発光素子に対する波長変換素子の位置を微調整することにより行う。

波長変換素子、透過反射部、光路変換部は、例えば、共通の支持部を用いて互いの相対位置を決定する。透過反射部及び光路変換部と一体として支持された波長変換素子を移動させると、発光素子に対する透過反射部及び光路変換部の位置も変化する。透過反射部及び光路変換部の位置変化は、外部共振器を透過して光源装置外へ射出する第２波長の光と、光路変換部を経て光源装置外へ射出する第２波長の光との位置関係を変化させることになる。透過反射部に対する光路変換部の位置を調整することで、光源装置外へ射出する第２波長の光同士の位置関係の変化を低減させる。光源装置外へ射出する光同士の位置関係の変化を低減させることで、光源装置からの光を利用する照明光学系は、できるだけ簡略化された構成により光を効率良く利用することが可能となる。これにより、簡易かつ小型な構成により高い効率で光を利用可能とする光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、少なくとも波長変換素子、透過反射部、及び光路変換部を支持する支持部を有することが望ましい。これにより、波長変換素子、透過反射部、光路変換部は、互いの相対位置が決定される。発光素子に対する支持部の位置を適宜調整することで、波長変換素子の位置調整ができる。

また、本発明の好ましい態様としては、発光素子に対する波長変換素子の位置を調整することにより、発光素子及び共振器の間を進行する光束の主光線と、光路変換部から射出した光束の主光線との間隔であるビーム間隔が広げられた場合、光路変換部は、発光素子から遠ざける方向へ移動させることにより透過反射部に対する位置が調整された状態で固定され、発光素子に対する波長変換素子の位置を調整することによりビーム間隔が狭められた場合、光路変換部は、発光素子へ近づける方向へ移動させることにより透過反射部に対する位置が調整された状態で固定されることが望ましい。これにより、ビーム間隔の変化を低減させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光路変換部は、発光素子に対する波長変換素子の位置を調整する前とビーム間隔が略一定となるように位置が調整された状態で固定されることが望ましい。これにより、光源装置を含めた照明光学系全体において、光を効率良く利用するための調整をさらに容易にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、透過反射部を把持する第１把持部と、光路変換部を把持する第２把持部と、を有し、第２把持部は、第１把持部に対して移動させた状態で固定されることが望ましい。これにより、透過反射部に対する光路変換部の位置を調整できる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１把持部及び第２把持部の少なくとも一方に設けられ、特定方向へ第２把持部を誘導するための誘導部を有することが望ましい。誘導部を用いることにより、透過反射部に対して光路変換部を容易に平行移動させることができる。

さらに、本発明に係る光源装置の製造方法は、上記の光源装置を製造するための光源装置の製造方法であって、波長変換素子、透過反射部及び光路変換部を一体とした状態で、発光素子に対する波長変換素子の位置を調整する第１の位置調整工程と、移動の前と移動の後とで入射面が略平行となるように光路変換部を移動させることにより、透過反射部に対する光路変換部の位置を調整する第２の位置調整工程と、第２の位置調整工程において位置が調整された光路変換部を固定する固定工程と、を含むことを特徴とする。これにより、簡易かつ小型な構成により高い効率で光を利用可能とすることができる。

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、光源装置から射出した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、高い効率で光を利用できる。これにより、高い光利用効率で明るい画像を表示可能な画像表示装置を得られる。

さらに、本発明に係るモニタ装置は、上記の光源装置と、光源装置から射出した光を用いて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。上記の光源装置を用いることにより、高い効率で光を利用できる。これにより、高い光利用効率で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。

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。

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、レーザ光を供給するレーザ光源である。半導体素子１１は、第１波長の基本波光を射出する一つ又は複数の発光部（不図示）を有する面発光型の半導体素子である。半導体素子１１は、第１波長の光を射出する発光素子として機能する。基本波光は、例えば赤外光である。第１波長は、例えば１０６４ｎｍである。半導体素子１１は、基台１７上に実装されている。

図２は、半導体素子１１の断面構成を模式的に表したものである。基板２５は、例えば、半導体ウエハからなる。ミラー層２６は、基板２５の上に形成されている。ミラー層２６は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成された、高屈折率の誘導体と低屈折率の誘導体との積層体によって構成されている。ミラー層２６を構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、第１波長に対して最適化され、反射光が干渉し強め合う条件に設定されている。活性層２７は、ミラー層２６の表面に積層させて設けられている。活性層２７は、不図示の電力供給部に接続されている。電力供給部を介して所定量の電流が供給されると、活性層２７は基本波光を射出する。半導体素子１１は、活性層２７の射出面から、ミラー層２６や基板２５に略直交する方向へ基本波光を射出する。

図１に戻って、透過反射ミラー１２（光分離部）は、半導体素子１１及びＳＨＧ素子１３の間の光路中に設けられている。透過反射ミラー１２は、第１波長の光を透過させ、第２波長の光を反射する広帯域反射ミラーであって、第１波長の光と第２波長の光とを分離する。透過反射ミラー１２は、透過反射部として機能する。透過反射ミラー１２は、半導体素子１１、及び半導体素子１１の外部に配置される共振器（外部共振器）１４の間を進行する光束の主光線に対して略４５度傾けられている。透過反射ミラー１２は、平行平板である透明部材に波長選択膜、例えば誘電体多層膜をコーティングすることにより構成されている。

ＳＨＧ素子１３は、透過反射ミラー１２及び外部共振器１４の間の光路中に設けられている。ＳＨＧ素子１３は、半導体素子１１から射出した第１波長の基本波光を波長変換することにより、第２波長の高調波光を射出する波長変換素子である。高調波光は、例えば可視光である。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１３は、直方体形状をなしている。ＳＨＧ素子１３としては、例えば、非線形光学結晶を用いる。非線形光学結晶としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の分極反転結晶（Periodically Poled Lithium Niobate；ＰＰＬＮ）を用いる。ＳＨＧ素子１３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有する。ＳＨＧ素子１３を用いることで、容易に入手可能な汎用の発光素子を用いて、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。

外部共振器１４は、半導体素子１１から射出した第１波長の基本波光を共振させる。外部共振器１４としては、回折により第１波長の光を選択的に反射する体積ホログラムを用いる。体積ホログラムは、赤外領域において、第１波長を中心に半値幅が数ｎｍ以下となる反射特性を持つ狭帯域反射ミラーとして機能する。また、体積ホログラムは、可視領域において、第２波長を含む広い波長域の光を透過させる。

体積ホログラムは、例えば、ＶＨＧ（Volume Holographic Grating）である。ＶＨＧは、ＬｉＮｂＯ_３、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されている。体積ホログラムには、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。体積ホログラムは、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する。半導体素子１１のミラー層２６（図２参照）、及び外部共振器１４は、第１波長の光を共振させる共振構造を構成する。

反射ミラー１５は、透過反射ミラー１２に対して支柱１８が設けられた側とは反対側であって、透過反射ミラー１２で反射した高調波光が入射する位置に設けられている。反射ミラー１５は、透過反射ミラー１２からの高調波光が入射する入射面Ｓを有し、入射面Ｓへ入射した高調波光を反射する。反射ミラー１５は、入射面Ｓへ入射した第２波長の光の光路を変換させる光路変換部として機能する。反射ミラー１５は、透過反射ミラー１２から反射ミラー１５へ入射する光束の主光線に対して略４５度傾けられている。透過反射ミラー１２の反射面と反射ミラー１５の入射面Ｓとは、互いに略垂直である。反射ミラー１５は、平行平板形状の透明部材上に、反射膜、例えば誘電体多層膜を施すことにより構成されている。反射ミラー１５は、高反射性部材を用いて構成すれば良く、例えば金属膜を施すことにより構成しても良い。

基台１７は、金属部材、例えば銅部材を用いて構成されている。基台１７は、略直方体形状をなしている。支柱１８は、基台１７上に設けられている。支柱１８は、金属部材、例えば銅部材を用いて構成されている。第１把持部２１、ＳＨＧ素子用マウント１６及び外部共振器１４は、支柱１８のうち、半導体素子１１側の面に取り付けられている。外部共振器１４は、支柱１８により支持されている。ＳＨＧ素子１３は、ＳＨＧ素子用マウント１６を介して、支柱１８により支持されている。

第１把持部２１は、透過反射ミラー１２に対して紙面手前側及び紙面奥側に設けられている。第１把持部２１は、透過反射ミラー１２を両側から把持する。透過反射ミラー１２は、第１把持部２１を介して、支柱１８により支持されている。第２把持部２２は、第１把持部２１に取り付けられている。第２把持部２２は、反射ミラー１５に対して紙面手前側及び紙面奥側に設けられている。第２把持部２２は、反射ミラー１５を両側から把持する。反射ミラー１５は、第２把持部２２及び第１把持部２１を介して、支柱１８により支持されている。

支柱１８は、外部共振器１４、ＳＨＧ素子１３、透過反射ミラー１２、及び反射ミラー１５を一体として支持する支持部として機能する。なお、外部共振器１４は、マウントを介して支柱１８に取り付けることとしても良い。また、ＳＨＧ素子１３は、ＳＨＧ素子用マウント１６を介さず直接支柱１８に取り付けることとしても良い。

図３は、光源装置１０によりレーザ光を射出する過程を説明するものである。図中、説明に不要な構成の図示は省略している。図中に示す矢印は、光束の主光線であるとする。半導体素子１１から射出した基本波光は、透過反射ミラー１２へ入射する。透過反射ミラー１２へ入射した基本波光は、透過反射ミラー１２を透過した後、ＳＨＧ素子１３へ入射する。透過反射ミラー１２からＳＨＧ素子１３へ基本波光を入射させることにより生じた高調波光は、外部共振器１４を透過する。外部共振器１４を透過した高調波光は、光源装置１０外へ射出する。

ＳＨＧ素子１３を透過した後、外部共振器１４へ入射した基本波光は、外部共振器１４で反射する。外部共振器１４で反射した後、ＳＨＧ素子１３を透過した基本波光は、透過反射ミラー１２を透過した後、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、ミラー層２６（図２参照）で反射し、透過反射ミラー１２の方向へ進行する。ミラー層２６及び外部共振器１４の間で基本波光を共振させることにより、活性層２７（図２参照）は、基本波光を増幅させる。また、ミラー層２６及び外部共振器１４で反射した基本波光は、活性層２７により新たに射出した基本波光と共振して増幅される。

外部共振器１４からＳＨＧ素子１３へ基本波光を入射させることにより生じた高調波光は、透過反射ミラー１２で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。透過反射ミラー１２で反射した高調波光は、反射ミラー１５へ入射する。反射ミラー１５へ入射した高調波光は、反射ミラー１５での反射により光路が略９０度折り曲げられる。透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５での光路の折り曲げにより、ＳＨＧ素子１３から透過反射ミラー１２へ進行した高調波光の光路は略１８０度変換され、外部共振器１４を透過した高調波光と同じ方向へ進行する。外部共振器１４を透過した高調波光の光路と、反射ミラー１５で反射した高調波光の光路とは、略平行である。光源装置１０は、少ない光学素子による簡易かつ小型な構成とし、光の損失を低減させることができる。

ＳＨＧ素子１３として用いられる分極反転結晶は、光学結晶の厚み方向（図中紙面に平行な左右方向）について、分極反転の周期構造が不均一となる場合が多い。光源装置１０の製造工程において、ＳＨＧ素子１３は、効率良く光を波長変換可能とするために、光の入射位置が調整される。ＳＨＧ素子１３における光の入射位置の調整は、光源装置１０を構成する各光学素子を組み込んだ後に、半導体素子１１に対するＳＨＧ素子１３の位置を微調整することにより行う。本実施例の光源装置１０は、基台１７上における支柱１８の位置を調整することにより、基台１７に実装された半導体素子１１に対してＳＨＧ素子１３の位置を調整する。

図４は、支柱１８の位置を調整することによるビーム間隔の変化について説明するものである。図中、支柱１８の一部、半導体素子１１、透過反射ミラー１２、ＳＨＧ素子１３、反射ミラー１５のみを示し、他の構成の図示は省略している。ビーム間隔とは、半導体素子１１及び外部共振器１４（図３参照）の間を進行する光束の主光線Ｌ１と、反射ミラー１５から射出した光束の主光線Ｌ２との間隔であるとする。主光線Ｌ１、Ｌ２は、互いに略平行である。例えば、光源装置１０を構成する各光学素子を組み込んだ状態から、ＳＨＧ素子１３における基本波光の入射位置を支柱１８側とは反対側（紙面左側）へ移動させる調整を行うとする。なお、図４は、ＳＨＧ素子１３における基本波光の入射位置を移動させる一例を示すものであって、高い波長変換効率が得られる入射位置を特定するものではない。

ＳＨＧ素子１３における基本波光の入射位置を支柱１８側とは反対側へ移動させるには、支柱１８を半導体素子１１側とは反対側（紙面右側）へ移動させる。支柱１８の移動に伴い、支柱１８によって支持されている透過反射ミラー１２、反射ミラー１５も、ＳＨＧ素子１３とともに移動する。半導体素子１１に対する透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５の位置が変化することにより、ビーム間隔は、ｄ１からｄ２（ｄ１＞ｄ２）に狭められることとなる。

ビーム間隔が変化すると、外部共振器１４を透過して光源装置１０から射出する光と、反射ミラー１５で反射して光源装置１０から射出する光との位置関係が変化する。通常、光源装置１０からの光を利用する照明光学系は、光源装置１０から射出する光同士が所定の位置関係であることを想定して設計される。例えば、レーザ光源と組み合わせて用いられる回折光学素子は、所定の位置へ入射するレーザ光を回折させることにより所望の形状の照射領域へ整形するための構造が形成されている。光源装置１０から射出する光同士の位置関係の変化に対しては、照明光学系は、例えば、構成を複雑化させる等の必要が生じることになる。従って、光源装置１０から射出する光同士の位置関係が変化する場合、できるだけ簡略化された構成により効率良く光を利用可能とすることが困難となる。

図５は、本実施例に係る光源装置１０の製造工程における透過反射ミラー１２、ＳＨＧ素子１３、反射ミラー１５の位置調整の手順を説明するものである。工程ａでは、基台１７（図１参照）に半導体素子１１及び支柱１８が設置される。支柱１８には、透過反射ミラー１２、ＳＨＧ素子１３、反射ミラー１５、外部共振器１４（図３参照）が取り付けられている。工程ｂでは、基台１７上にて支柱１８を移動させることにより、半導体素子１１に対するＳＨＧ素子１３の位置を調整する。工程ｂは、ＳＨＧ素子１３、透過反射ミラー１２、反射ミラー１５を一体とした状態で、ＳＨＧ素子１３の位置を調整する第１の位置調整工程である。支柱１８の移動に伴って透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５も移動することにより、ビーム間隔はｄ１からｄ２へ狭められる。

次に、工程ｃでは、半導体素子１１側へ反射ミラー１５を移動させ、透過反射ミラー１２に対する反射ミラー１５の位置を調整する。反射ミラー１５は、工程ｃの前と後とで入射面Ｓが略平行となるように移動させる。工程ｃは、移動の前と移動の後とで入射面Ｓが略平行となるように反射ミラー１５を移動させることにより、透過反射ミラー１２に対する反射ミラー１５の位置を調整する第２の位置調整工程である。

図６は、透過反射ミラー１２、反射ミラー１５、第１把持部２１、及び第２把持部２２の斜視構成を示す。図７は、第１把持部２１及び第２把持部２２の連結部分の構成を説明するものである。第１把持部２１は、第２把持部２２側の面に設けられた凹部３１を有する。第２把持部２２は、第１把持部２１側の面に設けられた凸部３２を有する。凹部３１及び凸部３２のいずれも、主光線Ｌ１に略平行に形成されている。第１把持部２１及び第２把持部２２は、凹部３１に凸部３２を嵌合させて一体に構成されている。工程ｃでは、第１把持部２１に対して第２把持部２２を移動させることにより、透過反射ミラー１２に対する反射ミラー１５の位置を調整する。

図８は、第１把持部２１に対して第２把持部２２を移動させた状態を示す。凹部３１及び凸部３２を嵌合させた状態のまま、第１把持部２１に対して第２把持部２２をスライドさせることにより、第２把持部２２は主光線Ｌ１に略平行な方向へ移動する。工程ｃでは、半導体素子１１が設けられた側へ第２把持部２２をスライドさせる。反射ミラー１５は、主光線Ｌ１に対して略平行な方向であって、半導体素子１１に近づける方向へ移動する。凹部３１及び凸部３２は、主光線Ｌ１に略平行な方向である特定方向へ第２把持部２２を誘導するための誘導部として機能する。なお、凹部３１及び凸部３２は、主光線Ｌ１に略平行となるように形成される場合に限られない。第１把持部２１に対して第２把持部２２をスライドさせる前後において入射面Ｓを略平行にできれば良いため、凹部３１及び凸部３２は、主光線Ｌ１に対して傾けられていても良い。

図５に戻って、透過反射ミラー１２に対する反射ミラー１５の位置を調整することにより、ビーム間隔はｄ２からｄ３（ｄ２＜ｄ３）へ広げられる。反射ミラー１５の位置は、ビーム間隔ｄ３が工程ａにおけるビーム間隔ｄ１と略同じ（ｄ１≒ｄ３）となるように調整される。透過反射ミラー１２に対する位置が調整された反射ミラー１５は、固定工程において固定される。固定工程では、第１把持部２１に対して第２把持部２２を移動させた状態で、第２把持部２２を固定する。第２把持部２２は、接着剤を使用することにより、第１把持部２１に固定される。接着剤としては、例えば、紫外線硬化型接着剤や熱硬化型接着剤を用いる。紫外線硬化型接着剤や熱硬化型接着剤を用いる場合、凹部３１及び凸部３２の間に接着剤を注入した状態で第１把持部２１に対する第２把持部２２の位置を調整した後、接着剤を硬化させる。

支柱１８は、半導体素子１１に対するＳＨＧ素子１３の位置が調整された状態で、基台１７に固定される。基台１７への支柱１８の固定の際も、第２把持部２２の固定の場合と同様に、接着剤を使用しても良い。以上により、透過反射ミラー１２、ＳＨＧ素子１３、反射ミラー１５の位置調整が完了する。ＳＨＧ素子１３は、半導体素子１１に対する位置が調整された状態で、透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５と一体として支持されている。反射ミラー１５は、半導体素子１１へ近づける方向へ移動させることにより、工程ａにおけるビーム間隔ｄ１と工程ｃにおけるビーム間隔ｄ３とが略一定となるように透過反射ミラー１２に対する位置が調整された状態で固定される。なお、本実施例で説明する位置調整は、半導体素子１１から光を射出しながら行う場合に限定するものではなく、半導体素子１１からの光の射出を停止させた状態で行う場合も含むものとする。

本発明に係る光源装置１０は、ＳＨＧ素子１３における光の入射位置を調整することで、高い波長変換効率を得ることができる。さらに、光源装置１０外へ射出する第２波長の光同士の位置関係の変化を低減させることで、光源装置１０からの光を利用する照明光学系は、できるだけ簡略化された構成により光を効率良く利用することが可能となる。以上により、簡易かつ小型な構成により高い効率で光を利用可能にできるという効果を奏する。

図９は、ＳＨＧ素子１３における光の入射位置の調整によりビーム間隔が広げられる場合における反射ミラー１５の位置調整について説明するものである。第１の位置調整工程である工程ｂでは、図４を用いた説明とは逆に、工程ａに示す状態からＳＨＧ素子１３における基本波光の入射位置を支柱１８側（紙面右側）へ移動させる調整を行う。ＳＨＧ素子１３における基本波光の入射位置を支柱１８側へ移動させるには、支柱１８を半導体素子１１側（紙面左側）へ移動させる。ＳＨＧ素子１３とともに透過反射ミラー１２及び反射ミラー１５も移動することにより、ビーム間隔はｄ１からｄ４（ｄ１＜ｄ４）へ広げられる。

第２の位置調整工程である工程ｃでは、図１０に示すように、第１把持部２１に対して、図８に示す場合とは逆方向へ第２把持部２２をスライドさせる。反射ミラー１５は、主光線Ｌ１に対して略平行な方向であって、半導体素子１１から遠ざける方向へ移動する。透過反射ミラー１２に対する反射ミラー１５の位置を調整することにより、ビーム間隔はｄ４からｄ５（ｄ４＞ｄ５）へ狭められる。反射ミラー１５の位置は、ビーム間隔ｄ５が工程ａにおけるビーム間隔ｄ１と略同じ（ｄ１≒ｄ５）となるように調整される。反射ミラー１５は、半導体素子１１から遠ざける方向へ移動させることにより、工程ａにおけるビーム間隔ｄ１と工程ｃにおけるビーム間隔ｄ５とが略一定となるように透過反射ミラー１２に対する位置が調整された状態で固定される。

なお、ＳＨＧ素子１３の位置の調整前におけるビーム間隔ｄ１と、反射ミラー１５の位置の調整後におけるビーム間隔ｄ３、ｄ５とは、略一定である場合に限られない。反射ミラー１５の位置の調整後におけるビーム間隔ｄ３、ｄ５は、ＳＨＧ素子１３の位置の調整後のビーム間隔ｄ２、ｄ４に対して、ＳＨＧ素子１３の位置の調整前のビーム間隔ｄ１に少なくとも近づけられていれば良い。これにより、光源装置１０外へ射出する光同士の位置関係の変化を低減させる効果を得ることができる。

第１把持部２１及び第２把持部２２の構成は本実施例で説明するものに限られず、第２把持部２２を特定方向へ誘導するためのいずれの構成を誘導部として採用しても良い。例えば、第１把持部２１の凹部３１の幅と略同じ厚みで第２把持部２２を形成することとし、第１把持部２１の凹部３１に第２把持部２２を嵌合させる構成としても良い。この場合、第１把持部２１に設けられた凹部３１が誘導部として機能する。外部共振器１４は、体積ホログラムを用いる場合に限られない。外部共振器１４は、広帯域反射ミラーを用いても良い。半導体素子１１及び外部共振器１４の間の光路中には、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。

図１１は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ４０の概略構成を示す。プロジェクタ４０は、スクリーン４９に光を投写し、スクリーン４９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４０は、赤色（Ｒ）光用光源装置４１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置４１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置４１Ｂを有する。各色光用光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ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４０は、各色光用光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂからの光を用いて画像を表示する画像表示装置である。

Ｒ光用光源装置４１Ｒは、Ｒ光を射出する光源装置である。拡散素子４２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４２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。フィールドレンズ４３は、Ｒ光用光源装置４１Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置４４Ｒへ入射させる。Ｒ光用光源装置４１Ｒ、拡散素子４２、及びフィールドレンズ４３は、Ｒ光用空間光変調装置４４Ｒを照明する照明装置を構成する。Ｒ光用空間光変調装置４４Ｒ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４４Ｒ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４５へ入射する。

Ｇ光用光源装置４１Ｇは、Ｇ光を射出する光源装置である。拡散素子４２及びフィールドレンズ４３を経た光は、Ｇ光用空間光変調装置４４Ｇへ入射する。Ｇ光用光源装置４１Ｇ、拡散素子４２、及びフィールドレンズ４３は、Ｇ光用空間光変調装置４４Ｇを照明する照明装置を構成する。Ｇ光用空間光変調装置４４Ｇ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４４Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム４５のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

Ｂ光用光源装置４１Ｂは、Ｂ光を射出する光源装置である。拡散素子４２及びフィールドレンズ４３を経た光は、Ｂ光用空間光変調装置４４Ｂへ入射する。Ｂ光用光源装置４１Ｂ、拡散素子４２、及びフィールドレンズ４３は、Ｂ光用空間光変調装置４４Ｂを照明する照明装置を構成する。Ｂ光用空間光変調装置４４Ｂ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４４Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム４５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。

クロスダイクロイックプリズム４５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４６、４７を有する。第１ダイクロイック膜４６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４７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４５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４８の方向へ射出する。投写レンズ４８は、クロスダイクロイックプリズム４５で合成された光をスクリーン４９に向けて投写する。

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４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを用いることにより、プロジェクタ４０は、高い光利用効率で明るい画像を表示することができる。なお、プロジェクタ４０は、各色光用光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの少なくとも一つが上記の光源装置１０と同様の構成であれば良い。例えば、Ｒ光用光源装置４１Ｒは、半導体素子からの光を波長変換せずそのまま射出する構成であっても良い。

プロジェクタ４０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４０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４０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４０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４０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４０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す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。

図１２は、本発明の実施例３に係るモニタ装置５０の概略構成を示す。モニタ装置５０は、装置本体５１と、光伝送部５２とを有する。装置本体５１は、光源装置５３を有する。光源装置５３は、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。光伝送部５２は、２つのライトガイド５５、５８を有する。光伝送部５２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板５６及び結像レンズ５７が設けられている。第１ライトガイド５５は、光源装置５３からの光を被写体へ伝送する。拡散板５６は、第１ライトガイド５５の射出側に設けられている。第１ライトガイド５５内を伝播した光は、拡散板５６を透過することにより、被写体側にて拡散する。

第２ライトガイド５８は、被写体からの光をカメラ５４へ伝送する。結像レンズ５７は、第２ライトガイド５８の入射側に設けられている。結像レンズ５７は、被写体からの光を第２ライトガイド５８の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ５７により第２ライトガイド５８へ入射した後、第２ライトガイド５８内を伝播してカメラ５４へ入射する。

第１ライトガイド５５、第２ライトガイド５８としては、例えば、多数の光ファイバを束ねたものを用いる。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５４は、装置本体５１内に設けられている。カメラ５４は、光源装置５３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５８から入射した光をカメラ５４へ入射させることで、カメラ５４により被写体を撮像する。上記実施例１の光源装置１０と同様の構成を有する光源装置５３を用いることにより、モニタ装置５０は、高い光利用効率で明るい像をモニタすることができる。

本発明に係る光源装置は、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。この場合も、明るい画像を表示することができる。本発明に係る光源装置は、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。本発明に係る光源装置は、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。

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。

本発明の実施例１に係る光源装置の概略構成を示す図。 半導体素子の断面構成を模式的に表した図。 光源装置によりレーザ光を射出する過程を説明する図。 ビーム間隔の変化について説明する図。 透過反射ミラー、ＳＨＧ素子、反射ミラーの位置調整の手順を説明する図。 透過反射ミラー、反射ミラー等の斜視構成を示す図。 第１把持部及び第２把持部の連結部分の構成を説明する図。 第１把持部に対して第２把持部を移動させた状態を示す図。 ビーム間隔が広げられる場合の反射ミラーの位置調整について説明する図。 第１把持部に対して第２把持部を移動させた状態を示す図。 本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 本発明の実施例３に係るモニタ装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１０ 光源装置、１１ 半導体素子、１２ 透過反射ミラー、１３ ＳＨＧ素子、１４ 外部共振器、１５ 反射ミラー、１６ ＳＨＧ素子用マウント、１７ 基台、１８ 支柱、２１ 第１把持部、２２ 第２把持部、Ｓ 入射面、２５ 基板、２６ ミラー層、２７ 活性層、Ｌ１、Ｌ２ 主光線、３１ 凹部、３２ 凸部、４０ プロジェクタ、４１Ｒ Ｒ光用光源装置、４１Ｇ Ｇ光用光源装置、４１Ｂ Ｂ光用光源装置、４２ 拡散素子、４３ フィールドレンズ、４４Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、４４Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、４４Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、４５ クロスダイクロイックプリズム、４６ 第１ダイクロイック膜、４７ 第２ダイクロイック膜、４８ 投写レンズ、４９ スクリーン、５０ モニタ装置、５１ 装置本体、５２ 光伝送部、５３ 光源装置、５４ カメラ、５５ 第１ライトガイド、５６ 拡散板、５７ 結像レンズ、５８ 第２ライトガイド

Claims (9)

1. 第１波長の光を射出する発光素子と、
   前記発光素子から射出した前記第１波長の光を共振させる共振器と、
   前記発光素子及び前記共振器の間の光路中に設けられ、前記第１波長の光を波長変換することにより、前記第１波長とは異なる波長である第２波長の光を射出する波長変換素子と、
   前記発光素子及び前記波長変換素子の間の光路中に設けられ、前記第１波長の光を透過させ、前記第２波長の光を反射する透過反射部と、
   前記透過反射部で反射した前記第２波長の光が入射する入射面を備え、前記入射面へ入射した前記第２波長の光の光路を変換させる光路変換部と、を有し、
   前記波長変換素子は、前記発光素子に対する位置が調整された状態で、前記透過反射部及び前記光路変換部と一体として支持され、
   前記光路変換部は、移動の前と移動の後とで前記入射面が略平行となるように移動させることにより前記透過反射部に対する位置が調整された状態で固定されることを特徴とする光源装置。
2. 少なくとも前記波長変換素子、前記透過反射部、及び前記光路変換部を支持する支持部を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記発光素子に対する前記波長変換素子の位置を調整することにより、前記発光素子及び前記共振器の間を進行する光束の主光線と、前記光路変換部から射出した光束の主光線との間隔であるビーム間隔が広げられた場合、前記光路変換部は、前記発光素子から遠ざける方向へ移動させることにより前記透過反射部に対する位置が調整された状態で固定され、
   前記発光素子に対する前記波長変換素子の位置を調整することにより前記ビーム間隔が狭められた場合、前記光路変換部は、前記発光素子へ近づける方向へ移動させることにより前記透過反射部に対する位置が調整された状態で固定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. 前記光路変換部は、前記発光素子に対する前記波長変換素子の位置を調整する前と前記ビーム間隔が略一定となるように位置が調整された状態で固定されることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記透過反射部を把持する第１把持部と、
   前記光路変換部を把持する第２把持部と、を有し、
   前記第２把持部は、前記第１把持部に対して移動させた状態で固定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. 前記第１把持部及び前記第２把持部の少なくとも一方に設けられ、特定方向へ前記第２把持部を誘導するための誘導部を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置を製造するための光源装置の製造方法であって、
   前記波長変換素子、前記透過反射部及び前記光路変換部を一体とした状態で、前記発光素子に対する前記波長変換素子の位置を調整する第１の位置調整工程と、
   移動の前と移動の後とで前記入射面が略平行となるように前記光路変換部を移動させることにより、前記透過反射部に対する前記光路変換部の位置を調整する第２の位置調整工程と、
   前記第２の位置調整工程において位置が調整された前記光路変換部を固定する固定工程と、を含むことを特徴とする光源装置の製造方法。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置から射出した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。
9. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出した光を用いて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。

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