JP4232840B2

JP4232840B2 - 光源装置及び画像表示装置

Info

Publication number: JP4232840B2
Application number: JP2007175879A
Authority: JP
Inventors: 邦彦高城; 明江川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: JP2008158486A; CN100582910C; CN101191973A

Description

本発明は、光源装置及び画像表示装置に関する。

近年、光通信、光応用測定、光表示などのオプトエレクトロニクス分野において、半導体レーザ光源の発振光を波長変換して用いるレーザ光源装置が広く使用されている。こうしたレーザ光源装置として、波長幅の狭いレーザビームを安定して供給するために、所定の波長のレーザ光を射出する半導体レーザ発振器と、レーザ発振器から射出されたレーザ光を共振させる外部共振器とを備え、所定の波長のレーザ光を選択的に透過して外部に射出する外部共振型レーザが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００６−５１１９６６号公報

しかしながら、図１１に示すような、特許文献１に記載の外部共振型レーザは、例えば、外部共振ミラー３０７を保持するために、レーザチップ３０１（３０３）を配置する面からレーザチップ３０１（３０３）の上方向に伸びた外部共振ミラー保持面をもつ凸部或いはＬ字形状をした部材が必要になる。

特に、レーザチップ３０１（３０３）と外部共振ミラー３０７との間に波長変換素子が挿入されたレーザ構造の場合、外部共振ミラー保持面はレーザチップ３０１（３０３）から波長変換素子の長さ分だけ多く離す必要があり、レーザチップ配置面から外部共振ミラー保持面までの飛び出し部の寸法が長くなる。加えてレーザアレイチップの場合、外部共振ミラー３０７はチップのアレイ方向長さ以上の幅が必要であり、外部共振ミラー保持面を構成する飛び出し部も太い幅が必要となる。レーザチップ３０１（３０３）が配置される部材３０５の材質は、レーザチップ３０１（３０３）からの熱を放熱するための銅等の熱伝導率の良い金属が一般に使われる。

つまり、飛び出し部の寸法が長く太い凸部を持つ金属部材或いはＬ字形状をした金属部材は、ダイカストや金属粉末射出成形（ＭＩＭ）で製造するためコスト高になる。又、２体を組み合わせてこの状態を作る場合は、２体を接合する工程が必要で作業が煩雑になり更にコスト高になる。更に又、長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材を設けるためスペースが必要となり、十分な小型化（薄型化）を図ることができなかった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］基本波レーザ光を発光面に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子を有する発光部と、前記発光部から射出される前記基本波レーザ光の進行方向を前記発光部の配置平面と概略平行方向に曲げる第１光学素子と、前記第１光学素子を通過した前記基本波レーザ光の光路上に配置され、前記基本波レーザ光の少なくとも一部を高調波レーザ光に変換する波長変換素子と、前記波長変換素子を通過した光のうち、前記基本波レーザ光を選択して前記第１光学素子に向かって反射させ、前記発光部に戻すことによって前記発光部の共振器ミラーとして機能すると共に、前記高調波レーザ光を透過させる外部共振器と、前記外部共振器で反射され前記波長変換素子を通過した光を、前記基本波レーザ光と、前記波長変換素子で変換された前記高調波レーザ光と、に分離する第２光学素子と、前記第２光学素子で分離された前記高調波レーザ光の進行方向を、前記発光部の配置平面と概略平行方向に曲げる第３光学素子と、を含むことを特徴とする光源装置。

これによれば、第１光学素子を用いることにより、外部共振器や波長変換素子を保持するための長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。更に、第２及び第３光学素子を用いることにより波長変換素子で変換された発光部へ戻る方向の高調波レーザ光を発光素子表面で反射させる場合より効率よく取り出せる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化及び効率化を可能にした。

［適用例２］上記光源装置であって、前記第２光学素子は、波長分離膜であることを特徴とする光源装置。

これによれば、効果的なレーザ光の分離を低コストで実現することが容易になる。

［適用例３］上記光源装置であって、前記波長分離膜には、前記基本波レーザ光の入射光に対する射出光の比率が、偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる偏光選択機能が更に含まれていることを特徴とする光源装置。

これによれば、偏光方向が揃った基本波レーザ光になるので、液晶のような変更制御型のデバイスと組み合わせた際に、光の利用効率を高められる。

［適用例４］上記光源装置であって、前記波長分離膜の前記偏光選択機能の前記比率が高い偏光方向は、前記波長変換素子の分極方向と略一致することを特徴とする光源装置。

これによれば、波長変換素子の変換効率が高い分極方向の偏光のみレーザ発振させ、波長変換素子の変換効率を高められる。

［適用例５］上記光源装置であって、前記第１光学素子は、直角二等辺三角形断面の第１プリズムであり、前記第３光学素子は、直角二等辺三角形断面の第２プリズムであり、前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、前記波長分離膜を間に挟んで、固着していることを特徴とする光源装置。

これによれば、効果的なレーザ光の進行方向の変換を低コストで実現することが容易になる。

［適用例６］上記光源装置であって、前記第１プリズムの前記発光素子側の面には、前記発光素子から射出或いは反射される前記基本波レーザ光が前記プリズムへ入射する際、前記基本波レーザ光の反射を低減させる反射防止膜が付与されていることを特徴とする光源装置。

これによれば、発光素子近傍に存在するプリズム面の反射を低減させることで、発光素子と外部共振器とによるレーザを安定に発振させることができる。

［適用例７］上記光源装置であって、前記第１及び第３光学素子は、ミラーであることを特徴とする光源装置。

［適用例８］上記光源装置であって、前記第１〜第３光学素子と前記波長変換素子と前記外部共振器とは、前記発光部の配置平面上に配置された位置決め部によって、前記発光部の前記発光素子に対してそれぞれ位置決めされることを特徴とする光源装置。

これによれば、効果的な位置決めを実現することが容易になる。

［適用例９］上記光源装置であって、前記位置決め部は、ピンであることを特徴とする光源装置。

これによれば、効果的な位置決めを低コストで実現することが容易になる。

［適用例１０］上記のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、を含むことを特徴とする画像表示装置。

これによれば、第１光学素子を用いることにより、外部共振器や波長変換素子を保持するための長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。更に、第２及び第３光学素子を用いることにより波長変換素子で変換された発光部へ戻る方向の高調波レーザ光を波長変換素子及び外部共振器を通さないで効率よく取り出せる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化及び効率化を可能にした。

［適用例１１］上記のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から射出された前記高調波レーザ光を被投射面上で走査する走査部と、を含むことを特徴とする画像表示装置。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光源装置を示す平面図及び側面図である。図２は、図１のII−II線断面図である。本実施の形態に係る光源装置２は、図１に示すように、発光部１０と、光学素子１２と、波長変換素子１４と、外部共振器１６と、ベースプレート１８とを含んでいる。

発光部１０は、図２に示すように、支持部２６に支持されている。発光部１０は、基本波レーザ光２０を発光面２２に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子（面発光型半導体レーザ）２４を有している。発光部１０は、一又は複数の基本波レーザ光２０を射出する。発光素子２４としては、半導体レーザ、固体レーザ等を用いることができる。

光学素子１２は、発光部１０を構成する発光素子２４の射出する基本波レーザ光２０の光路上に配設されている。光学素子１２は、第１光学素子としての第１プリズム２８と、第２光学素子としての波長分離膜３０と、第３光学素子としての第２プリズム３２とを含む。

第１プリズム２８は、基本波レーザ光２０を発光面２２に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子２４を有する発光部１０から射出される基本波レーザ光２０の進行方向を発光部１０配置平面と概略平行方向に曲げる。

第１プリズム２８のスペーサー４２の配置面には、発光素子２４から射出或いは反射される基本波レーザ光２０がプリズム１２へ入射する際、基本波レーザ光２０の反射を低減させる反射防止膜５３が付与されている。反射防止膜５３は、例えばＡＲコート（Anti Reflection Coating）である。ＡＲコートは、プリズム１２のスペーサー４２の配置面に屈折率の異なる２種類以上の薄膜をコーティングすることにより、入射面での反射を防ぐ性質及び角度に形成されている。これにより、発光素子２４近傍に存在するプリズム１２のスペーサー４２の配置面の基本波レーザ光２０の反射を低減させることにより、基本波レーザ光２０の反射による発光素子２４への悪影響を減らし、発光素子２４と外部共振器１６とによるレーザを安定に発振させることができる。この他、反射防止膜５３には、シリカコートやＡＲパネルなどがあってもよい。シリカコートは、反射防止面に微細なシリカを溶着させて微細な凹凸を作って外光が乱反射するようにしたもので、低コストで実現できる。ＡＲパネルは、特殊な反射防止フィルムを反射防止面に貼り付ける方式である。

波長分離膜３０は、外部共振器１６で反射され波長変換素子１４を通過した光を、基本波レーザ光２０と、波長変換素子１４で変換された高調波レーザ光３４と、に分離する。これにより、効果的なレーザ光の分離を低コストで実現することが容易になる。

又、波長分離膜３０には、基本波レーザ光２０の入射光に対する射出光の比率が、偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる偏光選択機能が含まれている。偏光選択機能が含まれた波長分離膜３０は、基本波レーザ光２０に含まれる略直交する直線偏光光（Ｐ偏光光及びＳ偏光光）の一方（例えばＰ偏光光）と他方（例えばＳ偏光光）において、入射光に対する射出光の比率が異なる性質及び角度に形成されている。波長分離膜３０は、誘電体多層膜により構成されている。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂をＣＶＤによって形成することが可能であり、多層膜を構成する各層の厚さ、材料、及び層数は、求められる特性に応じて最適化されているものである。これにより、偏光方向が揃った基本波レーザ光になるので、液晶のような変更制御型のデバイスと組み合わせた際に、光の利用効率を高められる。又、波長分離膜３０の偏光選択機能の比率が高い偏光方向は、波長変換素子１４の分極方向と略一致するように構成されている。

図３は、第１の実施の形態に係る波長分離膜３０の偏光選択機能の特性を示すグラフである。横軸は波長分離膜３０への入射光の波長を示す。縦軸は波長分離膜３０の入射光に含まれる直線偏光光（Ｐ偏光光Ｔｐ及びＳ偏光光Ｔｓ）の透過率を示す。ここでは、透過率が入射光に対する射出光の比率を示している。波長分離膜３０は、図３に示すように、Ｐ偏光光ＴｐとＳ偏光光Ｔｓとでその波長分離膜３０を透過するときの透過率が異なるように設定されている。例えば、レーザ波の基本波である波長が１０６２ｎｍ付近の透過率は、Ｐ偏光光Ｔｐの方がＳ偏光光Ｔｓに比べて透過率が８％以上高く設定されている。本実施の形態では、波長変換素子１４の分極方向をＰ偏光光Ｔｐの偏光方向と略一致させており、波長変換素子１４の変換効率が高い分極方向の偏光光の強度が強いレーザが発振し、波長変換素子１４の変換効率を高められる。

又、波長分離膜３０は、波長が５３１ｎｍ付近のレーザ光の透過率が０に設定されている。この付近のレーザ光は、波長分離膜３０で反射される。本実施の形態では、波長分離膜３０は、外部共振器１６で反射され波長変換素子１４を通過した光を、基本波レーザ光２０と、波長変換素子１４で変換された高調波レーザ光３４と、に分離するような性質に形成されている。尚、本実施の形態では、波長分離膜３０に偏光選択機能を含めたが、波長分離膜３０に偏光選択機能を含めず、別途偏光選択機能を含む光学膜を基本波レーザ光２０が透過する第２プリズム３２の辺４０を含む面に付与してもよい。

第２プリズム３２は、波長分離膜３０で分離される高調波レーザ光３４の進行方向を波長変換素子１４と外部共振器１６とを通さず、発光部１０配置平面と概略平行方向に曲げる。第１及び第２プリズム２８，３２は、例えば、ガラスや透明樹脂など周囲の空気よりも大きな屈折率を有する透光性材料からなる公知のものを採用することができる。第１及び第２プリズム２８，３２は、直角二等辺三角形断面の直角プリズムである。

光学素子１２は、第１プリズム２８と第２プリズム３２とが、波長分離膜３０を間に挟んで、固着するように構成されるプリズム１２である。より詳細には、波長分離膜３０は第２プリズム３２に成膜され、第１プリズム２８と接着層（図示せず）を介して固定されている。この構成は、高調波レーザ光３４が接着層を通らずに進行方向を曲げられるため、高調波レーザ光３４への損失が低減され好ましい。

プリズム１２は、直角二等辺三角形断面の直角プリズムである。直角二等辺三角形断面の長辺３６を含むプリズム１２のレーザ反射面は、残りの辺３８，４０を含むプリズム１２の面に対し垂直に入射した基本波レーザ光２０と高調波レーザ光３４とを反射する。直角二等辺三角形断面の辺３８を含むプリズム１２の面は、スペーサー４２を介して、ベースプレート１８に配置固定されている。プリズム１２とスペーサー４２とは、接着等で接合されプリズムアッシー４４を構成している。直角二等辺三角形断面の辺４０を含むプリズム１２の面は、波長変換素子１４に対向している。

外部共振器１６によって反射された光は、波長変換素子１４を通過し、辺４０を含むプリズム１２の面に入射する。辺４０を含むプリズム１２の面に入射した光のうち、波長分離膜３０により高調波レーザ光３４が基本波レーザ光２０と分離される。分離した高調波レーザ光３４は、長辺３６を含むプリズム１２のレーザ反射面により反射され、辺４０を含むプリズム１２の面から射出される。

プリズム１２の内部に波長変換された高調波レーザ光３４を分離する波長分離膜３０を付与することで、波長変換された高調波レーザ光３４を発光素子２４に戻すことがなくなり、発光素子２４表面で高調波レーザ光３４が吸収される影響を排除し、高調波レーザ光３４を効率良く利用できる。又、効果的なレーザ光の進行方向の変換を低コストで実現することが容易になる。更に、本実施の形態では、波長変換素子１４、外部共振器１６内を通過させることなく取り出す構成にしているため、波長変換素子１４や外部共振器１６による表面反射や散乱、吸収によって高調波レーザ光３４が減衰することもなく、高調波レーザ光３４を効率よく利用できる。プリズム１２を用いるとレーザ反射面の高精度の反射角度を得やすい。尚、直角二等辺三角形断面の長辺３６を含むプリズム１２のレーザ反射面には、レーザ光を反射する光学膜が付与されていてもよい。

波長変換素子１４は、プリズム１２と外部共振器１６との間の基本波レーザ光２０の光路上に配置されている。波長変換素子１４は、位置決め部４６（図１参照）を用いてベースプレート１８に配置固定されている。波長変換素子１４は、波長変換素子ホルダー４８と接着等で接合され波長変換素子アッシー５０を構成している。

波長変換素子１４は、発光素子２４からの基本波レーザ光２０の波長を変換する波長変換素子である。波長変換素子１４は、例えば、非線形光学結晶を用いることができる。波長変換素子１４は、入射光を略半分の波長に変換する非線形光学素子である。

波長変換素子１４は、プリズム１２を通過する基本波レーザ光２０の少なくとも一部を高調波レーザ光３４に変換する。波長変換素子１４は、プリズム１２を通過した基本波レーザ光２０の波長を変換する。波長変換素子１４は、発光素子２４からの基本波レーザ光２０を、２分の１の波長のレーザ光に変換して射出させる。発光素子２４から射出され、外部共振器１６に向かう光は、波長変換素子１４を通過することによって、略半分の波長の光に変換される。例えば、発光素子２４から波長変換素子１４へ１０６４ｎｍの基本波レーザ光２０を入射させる場合、波長変換素子１４は、５３２ｎｍのレーザ光を射出させる。波長変換素子１４による波長変換効率は非線形の特性を有しており、例えば、波長変換素子１４に入射するレーザ光の強度が強いほど、変換効率が向上する。又、波長変換素子１４の変換効率は３０〜５０％程度である。つまり、発光部１０から射出された基本波レーザ光２０のすべてが、所定波長のレーザ光に変換されるわけではない。

波長変換素子ホルダー４８内には、波長変換素子１４を適正な温度に保つための温度コントロール部（図示せず）が配置されている。温度コントロール部とは、具体的にはペルチェ素子、ヒーターという熱源と温度を検出するサーミスター、白金抵抗体、熱電対等である。

外部共振器１６は、発光素子２４の射出する基本波レーザ光２０の光路上に配設されている。外部共振器１６は、外部共振器ホルダー５２と接着等で接合され外部共振器アッシー５４を構成している。外部共振器アッシー５４は、矢印Ａ（図１参照）及び矢印Ｂ（図２参照）で表示した２方向の向きが調整されることにより、外部共振器１６で反射されて波長変換素子１４を経て発光素子２４へ戻る基本波レーザ光２０の向き（光量）を適切に調整する。外部共振器アッシー５４は、矢印Ａ及び矢印Ｂで表示した２方向の向きを調整するため、一つの位置決め部５６で位置決めされている。位置決め部５６は、ロボット等で外部共振器アッシー５４の２方向の向きを調整した後、接着剤で固定される。

外部共振器１６は、図示しないが、光透過性を有する基板上に形成されており、基板側から複数の膜が順に積層された構成になっている。基板としては、例えばガラスを用いることができる。膜としては、例えばＳｉＯ₂を用いることができる。尚、外部共振器１６を構成する膜の種類や数は、所望の特性に応じて適宜選択できる。又、外部共振器１６としては、例えば、光透過性を有する基板内に体積型位相格子を形成した、周期格子を有するホログラムのような光学素子を用いることもできる。この点については周知であるため、詳細な説明を省略する。尚、本実施の形態では、光透過性を有する基板内に体積型位相格子を形成した外部共振器１６を用いたが、体積型位相格子以外に、ミラーとバンドパスフィルタとで形成された外部共振器を用いてもよい。

外部共振器１６は、基本波レーザ光２０を選択してプリズム１２に向かって反射させ、発光部１０に戻すことによって発光部１０の共振器ミラーとして機能すると共に、残りの高調波レーザ光３４を透過させる。具体的には、外部共振器１６は、波長変換素子１４で波長変換された特定の波長領域の高調波レーザ光３４を透過させ、他の特定の波長領域の基本波レーザ光２０を反射させる。外部共振器１６で反射された基本波レーザ光２０は、波長変換素子１４を通過し、発光素子２４へ戻る。外部共振器１６で反射した基本波レーザ光２０の一部は、波長変換素子１４で高調波レーザ光３４に変換される。発光素子２４へ戻された基本波レーザ光２０は、一部そこで吸収されて熱となってしまうが、大部分は発光のエネルギーとして用いられたり、発光素子２４内で反射されて再度発光素子２４から射出されたりすることで、有効に利用される。

このようにして、発光素子２４から射出された基本波レーザ光２０は、発光素子２４と外部共振器１６との間で反射を繰り返し増幅される。外部共振器１６は、所定の選択された狭帯域波長の光の一部（９８〜９９％程度）のみを反射するので、基本波レーザ光２０は波長帯域の狭い略単一波長のレーザ光となっている。

先に述べたように波長変換素子１４は入射するレーザ光の強度が強いほど変換効率が向上する。従って、波長変換素子１４は発光部１０と外部共振器１６との間に配置されることで、基本波レーザ光２０を高い効率で波長変換する。そして、所定の波長に変換された高調波レーザ光３４が、外部共振器１６から射出される。

ベースプレート１８は、支持部２６、プリズムアッシー４４、波長変換素子アッシー５０、及び外部共振器アッシー５４が配置固定される取付け面が平坦なプレートである。ベースプレート１８の発光部１０を配置固定する面は、高い精度の平面度が要求される。その平面加工時に波長変換素子１４、外部共振器１６を配置する部分も同時加工できるため、ベースプレート１８のこれら配置部分も高い精度の平面度で仕上げることができる。

ベースプレート１８の材料は、熱伝導率の高い銅製である。又は、ベースプレート１８の材料は、熱を伝導させる熱伝導材を用いて構成されている。熱伝導体としては、例えば、銅、真鋳、ステンレス、アルミニウム、インジウム、金、銀、モリブデン、マグネシウム、ニッケル、鉄等の金属部材、ダイアモンド、又はそれらのうちの少なくとも一つを含む部材を用いることができる。

ベースプレート１８は、支持部２６を介して発光部１０とプリズムアッシー４４を介してプリズム１２と波長変換素子アッシー５０を介して波長変換素子１４と外部共振器アッシー５４を介して外部共振器１６とを配置固定する。ベースプレート１８は、発光部１０の発光素子２４に対する所定の位置を決める位置決め部４６，５６を有している。ベースプレート１８には、位置決め用の位置決め部４６，５６があり、それらは発光部１０の発光素子２４を基準に配置されている。ベースプレート１８は、位置決め部４６を用いて位置決めされたプリズム１２と波長変換素子１４とを配置固定する。ベースプレート１８は、位置決め部５６を用いて位置決めされた外部共振器１６を配置固定する。これにより、効果的な位置決めを実現することが容易になる。位置決め部４６，５６は、ピンである。各アッシー４４，５０，５４をそれらピンにて位置決めしてベースプレート１８に配置し、接着等で固定することで光源装置２が完成する。これにより、効果的な位置決めを低コストで実現することが容易になる。

本実施の形態によれば、第１光学素子を用いることにより外部共振器や波長変換素子を保持するための、長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。更に、第２及び第３光学素子を用いることにより波長変換素子で変換された発光部へ戻る方向の高調波レーザ光を、発光素子表面での吸収、波長変換素子及び外部共振器表面反射や散乱、吸収によって減衰させずに効率よく取り出せる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化及び効率化を可能にした。

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る光源装置を示す断面図である。図５は、図４のIV−IV線断面図である。図６は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。尚、上記第１の実施の形態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。本実施の形態に係る光源装置４は、図４に示すように、発光部１０と、光学素子５８と、波長変換素子１４と、外部共振器１６と、ベースプレート１８とを含んでいる。

光学素子５８は、第１光学素子としての第１プリズム６０と、第２光学素子としての波長分離膜３０と、第３光学素子としての第２プリズム６２とを含む。

第１プリズム６０は、基本波レーザ光２０を発光面２２に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子２４を有する発光部１０から射出される基本波レーザ光２０の進行方向を発光部１０配置平面と概略平行方向に曲げる。

波長分離膜３０には、基本波レーザ光２０の入射光に対する射出光の比率が、偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる偏光選択機能が含まれている。

第２プリズム６２は、波長分離膜３０で分離される高調波レーザ光３４の進行方向を波長変換素子１４と外部共振器１６とを通さず、発光部１０配置平面と概略平行方向に曲げる。又、第２プリズム６２のスペーサー４２の配置面には、発光素子２４から射出或いは反射される基本波レーザ光２０が光学素子５８へ入射する際、基本波レーザ光２０の反射を低減させる反射防止膜５３が付与されている。

光学素子５８は、第１プリズム６０と第２プリズム６２とが、波長分離膜３０を間に挟んで、固着するように構成されるプリズム５８である。

プリズム５８の断面の辺６４を含むプリズム５８のレーザ反射面は、残りの辺６６，６８を含むプリズム５８の面に対し垂直に入射した基本波レーザ光２０と高調波レーザ光３４とを反射する。プリズム５８の断面の辺６４を含むプリズム５８のレーザ反射面には、レーザ光を反射する光学膜が付与されていてもよい。プリズム５８の断面の辺６６を含むプリズム５８の面は、スペーサー４２を介して、ベースプレート１８に配置固定されている。プリズム５８の断面の辺６８を含むプリズム５８の面は、波長変換素子１４に対向している。

外部共振器１６によって反射された光は、プリズム５８の断面の辺６８を含むプリズム５８の面に入射し、プリズム５８の断面の辺６４を含むプリズム５８のレーザ反射面により反射し、波長分離膜３０により高調波レーザ光３４と基本波レーザ光２０とに分離される。分離した高調波レーザ光３４は、プリズム５８の断面の辺６８を含むプリズム５８の面から射出される。射出された高調波レーザ光３４は、波長変換素子ホルダー７０と外部共振器ホルダー７２とを通過して進む。

波長変換素子ホルダー７０は、図４及び図５に示すように、高調波レーザ光３４が通過する部分が筒状になっている。波長変換素子ホルダー７０は、高調波レーザ光３４を遮蔽しない形状になっている。

外部共振器ホルダー７２は、図４及び図６に示すように、高調波レーザ光３４が通過する部分が筒状になっている。外部共振器ホルダー７２は、高調波レーザ光３４を遮蔽しない形状になっている。

プリズム５８の内部に波長変換された高調波レーザ光３４を分離する波長分離膜３０を付与することで、波長変換された高調波レーザ光３４を発光素子２４に戻すことなく、更に、波長変換素子１４、外部共振器１６内を通過させることなく取り出すことができる。従って、発光素子２４表面で高調波レーザ光３４が吸収される影響を排除し、高調波レーザ光３４を効率良く利用できる。更に、波長変換素子１４や外部共振器１６の表面反射や内部散乱、内部吸収による高調波レーザ光３４の減衰が発生せず、高調波レーザ光３４を効率よく利用できる。その他の構成については、第１の実施の形態で説明した内容を適用することができる。

本実施の形態によれば、第１光学素子を用いることにより、外部共振器や波長変換素子を保持するための長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。更に、第２及び第３光学素子を用いることにより波長変換素子で変換された発光部へ戻る方向の高調波レーザ光を、発光素子表面での吸収、波長変換素子及び外部共振器表面反射や散乱、吸収によって減衰させずに効率よく取り出せる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化及び効率化を可能にした。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係る光源装置を示す断面図である。尚、上記第２の実施の形態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。本実施の形態に係る光源装置６は、図７に示すように、発光部１０と、光学素子７４と、波長変換素子１４と、外部共振器１６と、ベースプレート１８とを含んでいる。

光学素子７４は、第１光学素子としての第１反射ミラー（ミラー）７６と、第２光学素子としての波長分離膜３０と、第３光学素子としての第２反射ミラー（ミラー）７８とを含む。

第１反射ミラー７６は、発光部１０より射出された基本波レーザ光２０と波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４との進行方向を変える。第１反射ミラー７６は、基本波レーザ光２０と高調波レーザ光３４との進行方向を変える光路変換部材として機能している。尚、本実施の形態では、具体的には、発光素子２４から射出された基本波レーザ光２０と波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４とが略９０度曲がって反射されるように第１反射ミラー７６が配設されている。第１反射ミラー７６は、第１反射ミラー７６に入射した基本波レーザ光２０と波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４との進行方向を略９０度変える。第１反射ミラー７６の反射面が発光素子２４から射出される光の光路と略４５度交わる方向に指向するように配設されている。

第２反射ミラー７８は、発光部１０より射出された基本波レーザ光２０を透過する。第２反射ミラー７８は、第２反射ミラー７８の面上に波長分離膜３０を配設し、波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４との進行方向を変える。第２反射ミラー７８は、第２反射ミラー７８の面上に波長分離膜３０を配設することにより高調波レーザ光３４の進行方向を変える光路変換部材として機能している。尚、本実施の形態では、具体的には、波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４が略９０度曲がって反射されるように第２反射ミラー７８が配設されている。第２反射ミラー７８は、第２反射ミラー７８に入射した高調波レーザ光３４の進行方向を略９０度変える。第２反射ミラー７８の反射面が発光素子２４の光路と略４５度交わる方向に指向するように配設されている。これにより、効果的なレーザ光の進行方向の変換を低コストで実現することが容易になる。

第１反射ミラー７６としては、ガラス、樹脂等の基材上にアルミニウム等の金属反射膜を形成したもの、そして更に該金属反射膜上にガラス等の透明板を積層した構成等の公知のものを採用することができる。又、第２反射ミラー７８は、光透過性を有するガラス、樹脂等の基材上に誘電体多層膜を堆積させたもので構成される。その他の構成については、第２の実施の形態で説明した内容を適用することができる。

波長分離膜３０には、基本波レーザ光２０の入射光に対する射出光の比率が、偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる偏光選択機能が含まれている。尚、本実施の形態では、波長分離膜３０に偏光選択機能を含んだが、別途偏光選択機能を含む光学膜を基本波レーザ光２０が反射する第１反射ミラー７６の面或いは基本波レーザ光２０が透過する第２反射ミラー７８の波長分離膜３０と対向する面に付与してもよい。

（第４の実施の形態）
図８は、第４の実施の形態に係る光源装置を示す断面図である。尚、上記第１の実施の形態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。本実施の形態に係る光源装置８は、図８に示すように、発光部１０と、光学素子８０と、波長変換素子１４と、外部共振器１６と、ベースプレート１８とを含んでいる。

光学素子８０は、第１光学素子としての第１反射ミラー（ミラー）８２と、第２光学素子としての波長分離膜３０と、第３光学素子としての第２反射ミラー（ミラー）８４とを含む。

第１反射ミラー８２は、発光部１０より射出された基本波レーザ光２０と波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４との進行方向を変える。第１反射ミラー８２は、基本波レーザ光２０と高調波レーザ光３４との進行方向を変える光路変換部材として機能している。尚、本実施の形態では、具体的には、発光素子２４から射出された基本波レーザ光２０と波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４とが略９０度曲がって反射されるように第１反射ミラー８２が配設されている。第１反射ミラー８２は、第１反射ミラー８２に入射した基本波レーザ光２０と波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４との進行方向を略９０度変える。第１反射ミラー８２の反射面が発光素子２４の光路と略４５度交わる方向に指向するように配設されている。

第２反射ミラー８４は、発光部１０より射出された基本波レーザ光２０を透過する。第２反射ミラー８４は、第２反射ミラー８４の面上に波長分離膜３０を配設し、波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４との進行方向を変える。第２反射ミラー８４は、第２反射ミラー８４の面上に波長分離膜３０を配設することにより高調波レーザ光３４の進行方向を変える光路変換部材として機能している。尚、本実施の形態では、具体的には、波長変換素子１４により変換された高調波レーザ光３４が略９０度曲がって反射されるように第２反射ミラー８４が配設されている。第２反射ミラー８４は、第２反射ミラー８４に入射した高調波レーザ光３４の進行方向を略９０度変える。第２反射ミラー８４の反射面が発光素子２４の光路と略４５度交わる方向に指向するように配設されている。その他の構成については、第１の実施の形態で説明した内容を適用することができる。

波長分離膜３０には、基本波レーザ光２０の入射光に対する射出光の比率が、偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる偏光選択機能が含まれている。尚、本実施の形態では、波長分離膜３０に偏光選択機能を含んだが、別途偏光選択機能を含む光学膜を基本波レーザ光２０が透過する第２反射ミラー８４の波長分離膜３０と対向する面に付与してもよい。

（第５の実施の形態）
図９は、第５の実施の形態に係る画像表示装置を示す図である。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の光源装置２を備える画像表示装置２００について説明する。尚、図９中においては、簡略化のため画像表示装置２００を構成する筐体は省略している。又、上記第１の実施の形態と重複する説明は省略する。本実施の形態に係る画像表示装置２００は、スクリーン８６に光を供給し、スクリーン８６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。画像表示装置２００は、上記の光源装置２（図１参照）と同様の構成の赤色光を射出する赤色レーザ光源（光源装置）９０Ｒ、緑色光を射出する緑色レーザ光源（光源装置）９０Ｇ、青色光を射出する青色レーザ光源（光源装置）９０Ｂを有する。画像表示装置２００は、各色レーザ光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂからの光を用いて画像を表示する。

赤色レーザ光源９０Ｒは、赤色光を供給する。フィールドレンズ９２は、赤色レーザ光源９０Ｒからの赤色光を平行化させ、赤色光用空間光変調装置９４Ｒへ入射させる。赤色光用空間光変調装置９４Ｒは、画像信号に応じて赤色光を変調する透過型液晶表示装置である。赤色光用空間光変調装置９４Ｒで変調された赤色光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム９６へ入射する。

緑色レーザ光源９０Ｇは、緑色光を供給する。フィールドレンズ９２は、緑色レーザ光源９０Ｇからの緑色光を平行化させ、緑色光用空間光変調装置９４Ｇへ入射させる。緑色光用空間光変調装置９４Ｇは、画像信号に応じて緑色光を変調する透過型液晶表示装置である。緑色光用空間光変調装置９４Ｇで変調された緑色光は、赤色光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム９６へ入射する。

青色レーザ光源９０Ｂは、青色光を供給する。フィールドレンズ９２は、青色レーザ光源９０Ｂからの青色光を平行化させ、青色光用空間光変調装置９４Ｂへ入射させる。青色光用空間光変調装置９４Ｂは、画像信号に応じて青色光を変調する透過型液晶表示装置である。青色光用空間光変調装置９４Ｂで変調された青色光は、赤色光、緑色光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム９６へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム９６は、４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜９８，１００を有する。第１ダイクロイック膜９８は、赤色光を反射し、緑色光及び青色光を透過させる。第２ダイクロイック膜１００は、青色光を反射し、赤色光及び緑色光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム９６は、それぞれ異なる方向から入射した赤色光、緑色光及び青色光を合成し、投写レンズ１０２の方向へ射出させる。投写レンズ１０２は、クロスダイクロイックプリズム９６で合成された光をスクリーン８６の方向へ投写する。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よい。又、空間光変調装置としては透過型液晶表示装置を用いる場合に限らず反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon、ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いてもよい。

本実施の形態によれば、第１光学素子を用いることにより長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。更に、第２及び第３光学素子を用いることにより波長変換素子で変換された高調波レーザ光の戻りを波長変換素子及び外部共振器を通さないで効率よく取り出せる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化及び効率化を可能にした。

（第６の実施の形態）
又、第１〜第４の実施の形態の光源装置２，４，６，８は、走査型の画像表示装置にも適用される。
図１０は、第６の実施の形態に係る画像表示装置を示す図である。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の光源装置２を備える画像表示装置２１０について説明する。本実施の形態に係る画像表示装置２１０は、第１の実施の形態の光源装置２と、光源装置２から射出された光をスクリーン８６に向かって走査するＭＥＭＳミラー（走査部）１２０と、光源装置２から射出された光をＭＥＭＳミラー１２０に集光させる集光レンズ１２２とを備えている。光源装置２から射出された光は、ＭＥＭＳミラー１２０を動かすことによって、スクリーン８６上を横方向、縦方向に走査するように導かれる。カラーの画像を表示する場合は、発光部１０を構成する複数の発光素子２４（図２参照）を、赤、緑、青のピーク波長を持つ発光素子２４の組み合わせによって構成すればよい。

第１の実施の形態に係る光源装置を示す平面図及び側面図。図１のII−II線断面図。第１の実施の形態に係る波長分離膜の偏光選択機能の特性を示すグラフ。第２の実施の形態に係る光源装置を示す断面図。図４のIV−IV線断面図。図４のＶ−Ｖ線断面図。第３の実施の形態に係る光源装置を示す断面図。第４の実施の形態に係る光源装置を示す断面図。第５の実施の形態に係る画像表示装置を示す図。第６の実施の形態に係る画像表示装置を示す図。従来の光源装置を示す図。

符号の説明

２，４，６，８…光源装置１０…発光部１２…光学素子（プリズム）１４…波長変換素子１６…外部共振器１８…ベースプレート２０…基本波レーザ光２２…発光面２４…発光素子２６…支持部２８…第１プリズム（第１光学素子）３０…波長分離膜（第２光学素子）３２…第２プリズム（第３光学素子）３４…高調波レーザ光３６…長辺３８，４０…辺４２…スペーサー４４…プリズムアッシー４６…位置決め部４８…波長変換素子ホルダー５０…波長変換素子アッシー５２…外部共振器ホルダー５３…反射防止膜５４…外部共振器アッシー５６…位置決め部５８…光学素子（プリズム）６０…第１プリズム（第１光学素子）６２…第２プリズム（第３光学素子）６４，６６，６８…辺７０…波長変換素子ホルダー７２…外部共振器ホルダー７４…光学素子７６…第１反射ミラー（第１光学素子）７８…第２反射ミラー（第３光学素子）８０…光学素子８２…第１反射ミラー（第１光学素子）８４…第２反射ミラー（第３光学素子）８６…スクリーン９０Ｒ…赤色レーザ光源９０Ｇ…緑色レーザ光源９０Ｂ…青色レーザ光源９２…フィールドレンズ９４Ｒ…赤色光用空間光変調装置９４Ｇ…緑色光用空間光変調装置９４Ｂ…青色光用空間光変調装置９６…クロスダイクロイックプリズム９８…第１ダイクロイック膜１００…第２ダイクロイック膜１０２…投写レンズ１２０…ＭＥＭＳミラー（走査部）１２２…集光レンズ２００，２１０…画像表示装置。

Claims

基本波レーザ光を発光面に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子を有する発光部と、
前記発光部から射出される前記基本波レーザ光の進行方向を前記発光部の配置平面と概略平行方向に曲げる第１光学素子と、
前記第１光学素子を通過した前記基本波レーザ光の光路上に配置され、前記基本波レーザ光の少なくとも一部を高調波レーザ光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子を通過した光のうち、前記基本波レーザ光を選択して前記第１光学素子に向かって反射させ、前記発光部に戻すことによって前記発光部の共振器ミラーとして機能すると共に、前記高調波レーザ光を透過させる外部共振器と、
前記外部共振器で反射され前記波長変換素子を通過した光を、前記基本波レーザ光と、前記波長変換素子で変換された前記高調波レーザ光と、に分離する第２光学素子と、
前記第２光学素子で分離された前記高調波レーザ光の進行方向を、前記発光部の配置平面と概略平行方向に曲げる第３光学素子と、
を含むことを特徴とする光源装置。
請求項１に記載の光源装置において、
前記第２光学素子は、波長分離膜であることを特徴とする光源装置。
請求項２に記載の光源装置において、
前記波長分離膜には、前記基本波レーザ光の入射光に対する射出光の比率が、偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる偏光選択機能が更に含まれていることを特徴とする光源装置。
請求項３に記載の光源装置において、
前記波長分離膜の前記偏光選択機能の前記比率が高い偏光方向は、前記波長変換素子の分極方向と略一致することを特徴とする光源装置。
請求項２〜４のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記第１光学素子は、直角二等辺三角形断面の第１プリズムであり、
前記第３光学素子は、直角二等辺三角形断面の第２プリズムであり、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、前記波長分離膜を間に挟んで、固着していることを特徴とする光源装置。
請求項５に記載の光源装置において、
前記第１プリズムの前記発光素子側の面には、前記発光素子から射出或いは反射される前記基本波レーザ光が前記プリズムへ入射する際、前記基本波レーザ光の反射を低減させる反射防止膜が付与されていることを特徴とする光源装置。
請求項２〜４のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記第１及び第３光学素子は、ミラーであることを特徴とする光源装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記第１〜第３光学素子と前記波長変換素子と前記外部共振器とは、前記発光部の配置平面上に配置された位置決め部によって、前記発光部の前記発光素子に対してそれぞれ位置決めされることを特徴とする光源装置。
請求項８に記載の光源装置において、
前記位置決め部は、ピンであることを特徴とする光源装置。
請求項１〜９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された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、
を含むことを特徴とする画像表示装置。
請求項１〜９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された前記高調波レーザ光を被投射面上で走査する走査部と、
を含むことを特徴とする画像表示装置。