JP2006317662A - 光源装置、走査型表示装置、プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 面発光レーザと波長変換素子を組み合わせた光源装置について、小型化、低コスト化を図ることを目的とする。
【解決手段】 光源装置１は、同一基板２上に複数の面発光レーザ３を有する面発光レーザアレイ３ａと、面発光レーザアレイ３ａ上に設けられ、該面発光レーザアレイ３ａからの光を波長変換する波長変換素子５と、を具備してなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源装置、走査型表示装置、プロジェクタに関する。

近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まるなか、半導体レーザの高出力化、青色半導体レーザの登場に伴い、レーザ光源を使ったプロジェクタ或いはディスプレイが検討されている。これらは、光源の波長域が狭いため非常に色再現範囲を広くすることが可能であり、小型化や構成要素の削減も可能であることから、次世代の表示素子として大きな可能性を秘めている。

表示素子の光源としては、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色のレーザ光源が必要である。Ｒ及びＢについては半導体レーザで原振が存在するが、Ｇについては原振が存在せず、赤外レーザを非線形光学素子に入射させて発生した第２次高調波（ＳＨＧ）を利用することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２５８３８０号公報

特許文献１においては、面発光レーザ上に波長変換素子（ＳＨＧ）を設ける例が開示されている。この例では、光源がアレイでない為、１個で発光させる場合大きな発光強度を必要とし、アレイ化する場合には、非常に大きな光源となってしまう問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、面発光レーザと波長変換素子を組み合わせた光源装置について、小型化、低コスト化を図ることを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、同一基板上に複数の面発光レーザを有する面発光レーザアレイと、前記面発光レーザアレイ上に設けられ、該面発光レーザアレイからの光を波長変換する波長変換素子と、を具備してなることを特徴とする。

このような光源装置によると、波長変換素子により面発光レーザの種類によらず所望の色光を獲得することができる一方、複数の面発光レーザを同一基板上に形成してアレイ状に構成したため、当該光源装置の小型化、低コスト化を実現することが可能となる。

本発明の光源装置において、前記波長変換素子は単一構造体からなり、該単一構造体に前記複数の面発光レーザからの光が共通に入射するものとすることができる。このような光源装置によると、構成が簡便で且つ面発光レーザと波長変換素子とのアライメントが容易となり、ひいては当該光源装置の低コスト化に寄与することが可能となる。

また、本発明の光源装置において、前記波長変換素子は、導波路型の波長変換素子であるものとすることができる。このような光源装置によると、面発光レーザから射出される光の導光性が高まることとなる。具体的には、前記面発光レーザが前記基板上において所定方向に配列して１次元面発光レーザアレイを構成し、該１次元面発光レーザアレイから射出する光が前記導波路型の波長変換素子に入射するものとすることができる。

また、本発明の光源装置において、前記波長変換素子で波長変換された光を、スキャナー方向と光量モニター方向とに分岐する分岐部と、前記光量モニターに入射した光を光電変換する光電変換部と、光電変換された電圧値を基準値と比較する比較部と、該比較結果に基づいて前記面発光レーザの駆動制御を行う駆動制御部と、を具備してなるものとすることができる。このような構成により、面発光レーザの光量を適宜制御することが可能となる。

ここで、前記光量モニターは、前記面発光レーザと同じ数に分割されたアレイ状のセンサアレイを含み、各センサアレイと各面発光レーザが一対一に対応して配設されることで、各面発光レーザアレイ毎に駆動制御が行われるものとすることができる。この場合、アレイ状に配列された面発光レーザのそれぞれについて確実に光量制御を行うことが可能となる。

また、前記光量モニターは、少なくとも２以上に分割された光センサを有しており、該光センサには少なくとも１以上の面発光レーザからの光が入射するものとすることができる。この場合、分割された光センサ毎に光量制御が可能となる。具体的には、前記光センサには、同一の波長変換素子を通過した光が入射するとともに、その光センサの出力により、同じ波長変換素子に入射する複数の面発光レーザの駆動制御が行われるものとすることができる。

さらに、本発明の光源装置において、前記面発光レーザアレイと前記波長変換素子との間に集光素子を具備してなるものとすることができる。この場合、面発光レーザからの光が波長変換素子の所定位置に確実に入射し、所望の光源光を創出することが可能となる。

また、本発明の光源装置において、前記波長変換素子が周期分極反転構造を具備してなるものとすることができる。このような構成により、当該波長変換素子における波長変換効率が向上することとなる。

次に、上記課題を解決するために、本発明の走査型表示装置は、赤色光源と、緑色光源と、青色光源と、各色光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部とを備え、前記光源の少なくとも一色の光源が上記光源装置からなることを特徴とする。このような走査型表示装置により、高画質、高品質なフルカラー表示を実現することが可能となる。

また、本発明の走査型表示装置は、その異なる態様として、赤色半導体レーザ光源と、青色半導体レーザ光源と、上記光源装置からなる緑色光源と、各光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部と、を備えることを特徴とする。この場合も、高画質、高品質なフルカラー表示を実現することが可能となる。

次に、上記課題を解決するために、本発明のプロジェクタは、上記光源装置と、該光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。このようなプロジェクタにより、高画質、高品質な表示を実現することが可能となる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図においては、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、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１は本発明の光源装置の一実施形態について、その概略構成を示す斜視図である。光源装置１は、基板２と、該基板２上にアレイ状に配設された複数の面発光レーザ３と、集光機能を有し且つ各面発光レーザ３毎に配設されてなるレンズアレイ（集光手段）４と、波長変換素子（ＳＨＧ）５とを有している。なお、面発光レーザ３と基板２とは、当該光源装置１の光源主体をなし、面発光レーザアレイ３ａを構成している。

面発光レーザ３は、半導体基板の表面からレーザ光を放射するもので、レーザ放射角が等方向で且つ小さいという特徴を有している。ここでは赤外のレーザ光を射出可能な面発光レーザ３を採用している。
レンズアレイ４は、集光手段の一つで、面発光レーザ３から射出された光を概ね平行又は集光状態とする機能を有している。なお、集光手段としてはレンズアレイのほか、ホログラムアレイ、フレネルレンズアレイ等を用いても良い。
波長変換素子５は、レーザ光の波長を変換させる素子で、つまり赤外レーザ光の波長を約半分に変換させて緑色のレーザ光を創出している。ここでは、バルク状のものを採用し、つまり同一バルクに複数の面発光レーザ３からの光が入射するものとなっている。

このような構成の光源装置１により、半導体レーザとして原振の存在しない緑色のレーザ光を射出することが可能となり、当該光源装置１を用いることで高輝度、高品質のフルカラー表示装置を実現することが可能となる。また、面発光レーザ３をアレイ状に配設し、面発光レーザアレイ３ａを構成しているため、当該光源装置１の小型化、低コスト化を実現することが可能となる。さらに、波長変換素子５をバルク状に構成し、該バルクに複数の面発光レーザ３からの光が共通に入射する構成としたため、当該光源装置１の構成が簡便となり、且つ面発光レーザ３と波長変換素子５とのアライメントが容易となり、当該光源装置１の低コスト化が実現されている。

なお、図２に示すように、波長変換素子５を導波路型の構成とすることができる。このような導波路型の波長変換素子５０を採用した場合、波長変換素子の厚みを薄くできるため周期分極反転構造が作成しやすい。図２では、面発光レーザ３が基板２上において所定方向に配列して１次元面発光レーザアレイを構成し、該１次元面発光レーザアレイから射出する光が導波路型の波長変換素子５０に入射するものとなっている。また、図２では、波長変換素子５０が周期分極反転構造を有しており、図１に比した波長変換素子５に比して波長変換効率が高いものとなっている。

次に、本発明の光源装置１には、光量モニターを備え付けることができ、モニターによる結果を所定の光源駆動回路にフィードバックさせて光量制御を実行することができる。その光量制御の一例を図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は光源装置１と光量モニター１２との相対関係を示す概略図で、図４は光量制御に係る回路構成を示すブロック図である。

図３に示すように、光源装置１から射出された光はハーフミラー（分岐ミラー）１１によってスキャナー方向と光量モニター方向とに分離される。光量モニター１２に入射した光は光量モニターで光電変換、電流電圧変換部１４によって電圧信号に変換され、さらに比較回路１５において、目標値と比較されて、該比較結果が光源駆動回路１７にフィードバックされる。光源駆動回路１７は比較結果を受けて、光源装置１を駆動制御するものとしている。なお、比較に用いる目標値は目標値設定回路１６により発生するものであり、任意に設定される電圧値である。

ここで、光量モニター１２は、光源装置１に形成された面発光レーザ３と同じ数に分割されたアレイ状の光センサ１３を有しており、該アレイ状の光センサ１３の各々に各面発光レーザ１３からの光が入射するものとなっている。そして、各光センサ１３からの出力は、対応した面発光レーザ３毎にフィードバックされて、それぞれの面発光レーザ３に対して光量制御が実行されている。

なお、図２に示したような導波路型の波長変換素子５０を採用した場合には、例えば図５に示したような光量モニター２０を採用することができる。
図５に示した光量モニター２０は、光センサが少なくとも２以上に分割されて１次元アレイ状に構成され、分割された各光センサ２１，２２・・・には少なくとも１以上の面発光レーザ３からの光が入射するものとなっている。ここで、１つの光センサ２１（２２）に入射する光は、同一の波長変換素子５０からの光である。図５では、波長変換素子５０ａで波長変換された光線は光センサ２１に入射し、波長変換素子５０ｂで波長変換された光線は光センサ２２に入射することとなる。

このような光量モニター２０による検知情報は、上記と同様に、所定の光源駆動回路にフィードバックされ、光量制御が実行される。図６は、光センサ２１からの情報に基づいて光量制御を行う場合の回路構成を示すブロック図であって、ここでは、光センサ２１に３つの面発光レーザ３から光が入射する場合の光量制御について説明する。

光量モニター２０の光センサ２１からの検知情報は、電流電圧変換部１４で電圧に変換された後、３つの面発光アレイ３に対応する検知情報毎に比較回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃにおいて目標値との比較が行われる。該比較結果は光源駆動回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃにフィードバックされ、光源駆動回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃは比較結果を受けて、光源装置１の各面発光レーザ３を駆動制御するものとしている。なお、比較に用いる目標値は目標値設定回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより発生するものであり、任意に設定される電圧値である。また、光センサ２２からの検知情報ついても、上記と同様にフィードバックされて、対応する面発光レーザ３の光量制御が行われるものとされている。

次に、上記光源装置１を用いた表示装置の一実施形態について説明する。
図７は、フルカラーの走査型表示装置１００について、その概略構成を示すブロック図である。走査型表示装置１００は、赤色光源１０２、緑色光源１１０、及び青色光源１０３からなる光源と、赤色光を反射する反射板１０３と、青色光を反射する反射板１０４と、緑色光を透過し且つ赤色光を反射するダイクロイックミラー１０５と、緑色光を透過し且つ青色光を反射するダイクロイックミラー１０６と、光源光を走査する走査ミラー１０７と、走査ミラー１０７からの光を映像として映し出す表示板１０８とを備えている。
緑色光源１１０は図１に示した光源装置１からなるものである。

赤色光源１０２から射出された赤色光は、反射板１０３及びダイクロイックミラー１０５に反射され、さらにダイクロイックミラー１０６を透過して走査ミラー１０７に誘導される。また、青色光源１０１から射出された青色光は、反射板１０４及びダイクロイックミラー１０６に反射されて走査ミラー１０７に誘導される。さらに、緑色光源１１０から射出された緑色光は、ダイクロイックミラー１０５及びダイクロイックミラー１０６を透過して走査ミラー１０７に誘導される。走査ミラー１０７では、表示板１０８に映し出す映像に応じて走査が行われる。

次に、上記光源装置１を用いたプロジェクタの一実施形態について説明する。
図８は、プロジェクタ７０について、その概略構成を示す図で、３板方式の例である。プロジェクタ７０においては、赤色（Ｒ）の色光を発光する半導体レーザを２次元的にアレイ状に構成したアレイ光源１０ｒ、図１に示した光源装置１からなる緑色（Ｇ）の色光を発光するアレイ光源１０ｇ、青色（Ｂ）の色光を発光する半導体レーザを２次元的にアレイ状に構成したアレイ光源１０ｂの３個を光源として用いている。

各アレイ光源１０ｒ，１０ｇ，１０ｂから射出された光は液晶ライトバルブ７５に照射される。つまり、各アレイ光源１０ｒ，１０ｇ，１０ｂの出射側には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を変調する液晶ライトバルブ７５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ７５によって変調された３つの色光が、クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）７７に入射するように構成されている。このプリズム７７は４つの直角プリズムが貼り合わされたものであり、内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが合成されてカラー画像を表す光が形成される。色合成された光は投射レンズ７６（投射装置）によりスクリーン７９上に投射され、拡大された画像が表示される。

本発明の光源装置の一実施形態について概略構成を示す斜視図。 異なる波長変換素子を用いた光源装置の一例を示す斜視図。 図１の光源装置と光量モニターとの相対関係を示す概略図。 光量制御に係る回路構成の一例を示すブロック図。 図２の光源装置と光量モニターとの相対関係を示す概略図。 光量制御に係る回路構成の一例を示すブロック図。 走査型表示装置の一例を示すブロック図。 プロジェクタの一例を示すブロック図。

符号の説明

１…光源装置、２…基板、３…面発光レーザ、３ａ…面発光レーザアレイ、４…レンズアレイ（集光素子）、５…波長変換素子

Claims (13)

1. 同一基板上に複数の面発光レーザを有する面発光レーザアレイと、
   前記面発光レーザアレイ上に設けられ、該面発光レーザアレイからの光を波長変換する波長変換素子と、を具備してなることを特徴とする光源装置。
2. 前記波長変換素子は単一構造体からなり、該単一構造体に前記複数の面発光レーザからの光が共通に入射することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記波長変換素子は、導波路型の波長変換素子であ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. 前記面発光レーザが前記基板上において所定方向に配列して１次元面発光レーザアレイを構成し、該１次元面発光レーザアレイから射出する光が前記導波路型の波長変換素子に入射することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記波長変換素子で波長変換された光を、スキャナー方向と光量モニター方向とに分岐する分岐部と、前記光量モニターに入射した光を光電変換する光電変換部と、光電変換された電圧値を基準値と比較する比較部と、該比較結果に基づいて前記面発光レーザの駆動制御を行う駆動制御部と、を具備してなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記光量モニターは、前記面発光レーザと同じ数に分割されたアレイ状のセンサアレイを含み、各センサアレイと各面発光レーザが一対一に対応して配設されることで、各面発光レーザアレイ毎に駆動制御が行われることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記光量モニターは、少なくとも２以上に分割された光センサを有しており、該光センサには少なくとも１以上の面発光レーザからの光が入射することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 前記光センサには、同一の波長変換素子を通過した光が入射するとともに、その光センサの出力により、同じ波長変換素子に入射する複数の面発光レーザの駆動制御が行われることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記面発光レーザアレイと前記波長変換素子との間に集光素子を具備してなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記波長変換素子が周期分極反転構造を具備してなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 赤色光源と、緑色光源と、青色光源と、各色光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部とを備える走査型表示装置であって、前記光源の少なくとも一色の光源が請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光源装置からなることを特徴とする走査型表示装置。
12. 赤色半導体レーザ光源と、青色半導体レーザ光源と、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光源装置からなる緑色光源と、各光源からの光を合成する光合成部と、合成された光を走査して映像を表示する走査部と、を備えることを特徴とする走査型表示装置。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光源装置と、該光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光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。

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