JP2008218969A - 光源装置、照明装置、画像表示装置及びモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い波長変換効率により、高い効率でレーザ光を供給可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、画像表示装置及びモニタ装置を提供すること。
【解決手段】光を供給する光源部である半導体素子１１及びレーザ結晶１３と、光源部からの光の光路を変換させる光学素子である反射ミラー１４と、光学素子からの光の波長を変換させる波長変換素子であるＳＨＧ素子１５と、を有し、光学素子は可動であって、光学素子を移動させることにより、波長変換素子へ入射させる光の光路をシフトさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、照明装置、画像表示装置及びモニタ装置、特に、レーザ光を供給する光源装置の技術に関する。

近年、プロジェクタの光源装置として、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。レーザ光源としては、発光部からの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。ＳＨＧ素子としては、例えば非線形光学結晶が用いられる。第二高調波発生を行う非線形光学結晶内部では、強い光電場により誘起された非線形分極により、非線形分極波とＳＨＧ波とが伝播する。ＳＨＧ素子は、発生波長等に依存した位相整合条件を満足することにより、効率良くＳＨＧ波を発生させることができる。位相整合とは、非線形分極波とＳＨＧ波との位相を合わせることをいう。位相整合には、例えば、基本波の波長における屈折率とＳＨＧ波の波長における屈折率とが等しくなるような入射角で基本波を入射させる角度位相整合がある。従来、効率良くＳＨＧ波を発生させるために、位相整合角を調整する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。位相整合角とは、位相整合条件を満足する基本波の入射角である。

特開２０００−２５００８２号公報

位相整合条件を満足するために、従来、擬似位相整合（Quasi Phase Matching：ＱＰＭ）を用いる波長変換デバイスが開発されている。ＱＰＭ波長変換デバイスには、非線形光学結晶の自発分極を周期的に反転させた分極反転結晶を用いることができる。従来の分極反転結晶の製造方法の場合、光学結晶の厚み方向について分極反転結晶の周期構造を均一に形成することが困難である。分極反転結晶の周期構造が不均一であると、光学結晶面内にて波長変換効率の差が生じる場合がある。光学結晶面内にて波長変換効率の差が生じると、位相整合角を調整するのみでは高い波長変換効率を得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、高い波長変換効率により、高い効率でレーザ光を供給可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、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、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光の光路を変換させる光学素子と、光学素子からの光の波長を変換させる波長変換素子と、を有し、光学素子は可動であって、光学素子を移動させることにより、波長変換素子へ入射させる光源部からの光の光路をシフトさせることを特徴とする光源装置を提供することができる。

波長変換素子へ入射させる光の光路をシフトさせることで、光学結晶面内において最も高い波長変換効率を示す位置へ光を入射させることが可能となる。最も高い波長変換効率を示す位置へ光を入射させることで、高い波長変換効率により、高い効率でレーザ光を供給することが可能となる。これにより、高い波長変換効率により、高い効率でレーザ光を供給可能な光源装置を得られる。光学素子の移動により光源部からの光の光路をシフトさせる構成とすることで、波長変換素子への光の入射位置を容易に調整することができる。なお、光学素子が可動であるとは、光源装置の製造時において可動であったことを含むものであって、光学素子の位置が調整された後、光源素子の位置が固定された光源装置については必ずしも光学素子が可動である必要は無いものとする。

また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、光源部からの光を反射させることが望ましい。光学素子における光の折り曲げにより、光源部からの光の光路を変換させることができる。また、光学素子の移動により光源部からの光の光路を容易にシフト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、光学素子は、プリズムを備えることが望ましい。プリズムを用いる場合、反射膜での反射や界面での全反射により、光源部からの光の光路を変換させることができる。また、安定して設置可能なプリズムを用いることで、容易にかつ精度良く光源部からの光の光路をシフトさせることが可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子で波長が変換された特定波長の光を透過させ、特定波長以外の波長の光を反射させて光源部との間で共振させる外部共振器を有し、波長変換素子及び外部共振器は、光学素子の移動に連動して移動可能に配置されることが望ましい。光学素子の移動に連動して波長変換素子及び外部共振器を移動させることにより、光源部及び外部共振器間の光路長を不変とし、かつ光源部からの光の光路をシフトさせることが可能となる。これにより、波長変換効率の低下を低減させ、かつ光源部からの光をシフト可能な構成とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学素子、波長変換素子及び外部共振器は、同一の部材上に配置されることが望ましい。これにより、光学素子の移動に連動して波長変換素子及び外部共振器を移動可能とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、光源部からの光の光路を第１の方向へシフトさせる第１光学素子と、光源部からの光の光路を第１の方向に略直交する第２の方向へシフトさせる第２光学素子と、を備えることが望ましい。これにより、第１の方向及び第２の方向に沿った面内において最も高い波長変換効率を示す位置へ光源部からの光を入射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、光学素子を支持する光学素子支持部を有することが望ましい。光学素子支持部を設けることにより、光学素子支持部を介した光学素子の位置調整が可能となる。これにより、容易に光学素子を位置調整できる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部、光学素子支持部及び波長変換素子が配置された基板を有し、基板は、光学素子支持部を特定方向へ誘導するための誘導部を有することが望ましい。これにより、光源部及び光学素子の平行度を確実に保ちながら、容易に光学素子を移動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、誘導部は、光学素子支持部を挿入可能な凹形状を備えることが望ましい。これにより、光学素子支持部を誘導することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、誘導部は、光学素子支持部に当接可能な凸形状を備えることが望ましい。これにより、光学素子支持部を誘導することができる。

さらに、本発明によれば、上記の光源装置を有し、光源装置からの光を用いて被照射物を照明することを特徴とする照明装置を提供することができる。上記の光源装置を用いることで、高い波長変換効率により、高い効率でレーザ光を供給することができる。これにより、高い効率でレーザ光を供給可能な照明装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の光源装置を有し、光源装置からの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を提供することができる。上記の光源装置を用いることで、高い波長変換効率により、高い効率で光を供給することができる。これにより、高い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、本発明によれば、上記の照明装置と、照明装置により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を提供することができる。上記の照明装置を用いることにより、高い効率で光を供給することができる。これにより、高い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、半導体レーザ励起固体（Diode Pumped Solid State；ＤＰＳＳ）レーザ発振器である。光源装置１０は、第１共振ミラー１２及び第２共振ミラー１６を用いた共振器構造を有する。半導体素子１１は、例えば、８０８ｎｍの波長を持つ光を供給する端面発光型半導体素子である。半導体素子１１からの光は、第１共振ミラー１２を通過した後、レーザ結晶１３へ入射する。レーザ結晶１３としては、例えばＮｄ：ＹＶＯ_４結晶やＮｄ：ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶を用いることができる。レーザ結晶１３は、励起されることにより、例えば、１０６４ｎｍの波長を持つ基本波光を供給する。半導体素子１１及びレーザ結晶１３は、基本波光を供給する光源部を構成する。

レーザ結晶１３に対して第１共振ミラー１２とは反対側には、反射ミラー１４が設けられている。反射ミラー１４は、半導体素子１１からの光を反射させる光学素子である。反射ミラー１４は、平行平板に反射膜を形成することで構成されている。反射ミラー１４は、レーザ結晶１３からの光の光路を略直角に折り曲げることで、光源部からのレーザ光の光路を変換させる。ＳＨＧ素子１５は、レーザ結晶１３及び反射ミラー１４を経た光が入射する位置に設けられている。

ＳＨＧ素子１５は、反射ミラー１４からの光の波長を変換する波長変換素子である。ＳＨＧ素子１５は、反射ミラー１４からの基本波光を、２分の１の波長の高調波光に変換して出射させる。ＳＨＧ素子１５としては、例えば、非線形光学結晶を用いることができる。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）を用いることができる。

図２は、ＳＨＧ素子１５の分極反転構造１７について説明するものである。ＳＨＧ素子１５は、周期的に並列された分極反転構造１７を備える。分極反転構造１７は、コヒーレント長ｌ_Ｃごとに非線形光学定数ｄの符号を反転させて構成されている。分極反転構造１７の形成には、光学結晶へ電圧を印加する手法が多く用いられている。例えば、自発分極構造を持つニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板上に絶縁層の微細なパターンを形成し、金属膜或いは電解液を介して電圧を印加することにより分極反転構造１７を得ることができる。

図１に戻って、第２共振ミラー１６は、ＳＨＧ素子１５に対して反射ミラー１４とは反対側に設けられている。ＳＨＧ素子１５は、例えば１０６４ｎｍの基本波光を、５３２ｎｍの高調波光に変換させる。第２共振ミラー１６は、例えば１０６４ｎｍの光を選択的に反射させ、他の波長の光を透過させる機能を有する。ＳＨＧ素子１５で特定波長、例えば５３２ｎｍに変換された光は、第２共振ミラー１６を通過し、光源装置１０から出射する。特定波長以外の波長の光は、第２共振ミラー１６で反射する。第１共振ミラー１２は、第２共振ミラー１６と同様に、例えば１０６４ｎｍの光を選択的に反射させ、他の波長の光を透過させる。共振器構造により、特定波長のレーザ光を効率良く出射させることができる。

半導体素子１１は、端面発光型半導体素子である他、面発光型半導体素子であっても良い。光源装置１０は、ＤＰＳＳレーザ発振器である場合に限られない。光源部である半導体素子１１からの光を波長変換素子へ入射させる光源装置であっても良い。光源装置１０は、半導体素子を用いる他、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等であっても良い。

図３は、半導体素子１１からの光の光路のシフトについて説明するものである。Ｘ方向は、レーザ結晶１３（図１参照）から反射ミラー１４へ入射する光の進行方向である。光源装置１０の製造工程において、反射ミラー１４は、Ｘ方向について可動に構成されている。反射ミラー１４は、例えば手動により、或いは従来用いられる調整治具等を用いて移動させることができる。ここで、反射ミラー１４を位置Ｐ１（図３中実線の位置）から位置Ｐ２（図３中破線の位置）へ、Ｘ方向について移動させる場合を考える。反射ミラー１４が位置Ｐ１にある場合、反射ミラー１４で反射された光の光路は、図３における光路Ｌ１となる。一方、反射ミラー１４を位置Ｐ２へ移動させた場合、反射ミラー１４で反射された光の光路は、図３における光路Ｌ２となる。位置Ｐ１から位置Ｐ２へ、Ｘ方向について反射ミラー１４を移動させることにより、反射ミラー１４で反射された光の光路は光路Ｌ１から光路Ｌ２へと、Ｘ方向へシフトする。つまり、Ｘ方向について反射ミラー１４を移動させることにより、反射ミラー１４からＳＨＧ素子１５へ進行する光の光路はＸ方向へシフトする。これにより、ＳＨＧ素子１５へ入射させる光の光路をＸ方向についてシフトさせる。

ＳＨＧ素子１５へ入射させる光の光路をシフトさせることで、光学結晶面内において最も高い波長変換効率を示す位置へ光を入射させることが可能となる。最も高い波長変換効率を示す位置へ光を入射させることで、高い波長変換効率により、高い効率でレーザ光を供給することが可能となる。これにより、高い波長変換効率により、高い効率でレーザ光を供給できるという効果を奏する。反射ミラー１４の移動により光の光路をシフトさせる構成とすることで、ＳＨＧ素子１５への光の入射位置を容易に調整することができる。光源装置１０の各部材を通常の加工精度で設置した後、最も高い波長変換効率となるように光の光路を容易に調整することができる。

反射ミラー１４は、Ｘ方向について可動とする場合に限られず、Ｘ方向に直交するＹ方向について可動としても良い。Ｙ方向は、反射ミラー１４からＳＨＧ素子１５へ入射する光の進行方向である。Ｙ方向について反射ミラー１４を移動させる場合も、ＳＨＧ素子１５へ入射させる光の光路をＸ方向についてシフトさせることができる。

図４は、本実施例の変形例１に係る光源装置２０の概略構成を示す。本変形例の光源装置２０は、三角プリズム２１を有する。三角プリズム２１は、直角二等辺三角形の底面２１１と、底面２１１に垂直な３つの側面を持つ三角柱状のプリズムであって、１つの側面２１２上に形成された反射膜２２を備える。反射膜２２が設けられた側面２１２は、底面２１１が有する直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である。三角プリズム２１は、反射膜２２において半導体素子１１からの光を反射させる光学素子であって、光の光路を略直角に折り曲げることで、光源部からの光の光路を変換させる。反射膜２２を備える三角プリズム２１を用いる場合も、上記の反射ミラー１４（図３参照）を用いる場合と同様に、半導体素子１１からの光の光路をシフトさせることができる。

三角プリズム２１は、マウント２３上に配置されている。マウント２３は、平板状の部材である。三角プリズム２１は、マウント２３ごと移動することができる。マウント２３上に安定して設置可能な三角プリズム２１を用いることで、容易にかつ精度良く半導体素子１１からの光の光路をシフトさせることができる。

図５は、本実施例の変形例２に係る光源装置３０の概略構成を示す。光源装置３０は、面発光型の半導体素子３１を有する。三角プリズム３２は、半導体素子３１に対向する位置に設けられている。三角プリズム３２は、直角二等辺三角形の断面を持つプリズムである。三角プリズム３２へ入射した光は、三角プリズム３２内を進行した後、三角プリズム３２の斜面で全反射する。三角プリズム３２は、斜面で光を全反射させるプリズムである。三角プリズム３２は、半導体素子３１からの光を反射させる光学素子であって、半導体素子３１からの光の光路を略直角に折り曲げることで、半導体素子３１からの光の光路を変換させる。

三角プリズム３２で全反射した後三角プリズム３２から出射した光は、ＳＨＧ素子１５へ入射する。ＳＨＧ素子１５は、マウント３４上に配置されている。外部共振器３３は、ＳＨＧ素子１５に対して三角プリズム３２とは反対側に設けられている。外部共振器３３は、マウント３５上に配置されている。マウント３４、３５は、平板状の部材である。半導体素子３１、マウント３４、３５は、基板３６上に配置されている。マウント３４、３５を用いることで、基板３６に対するＳＨＧ素子１５、外部共振器３３の位置を適宜決定することができる。また、マウント３４に設けられた構成を用いてＳＨＧ素子１５の温度制御を行うこととしても良い。

なお、ＳＨＧ素子１５、外部共振器３３へ三角プリズム３２からの光を入射可能であれば、マウント３４、３５を省略しても良い。この場合、基板３６に設けられた構成を用いてＳＨＧ素子１５の温度制御を行うこととしても良い。半導体素子３１及び外部共振器３３により構成される共振器内に三角プリズム３２を配置することで、三角プリズム３２、ＳＨＧ素子１５及び外部共振器３３を同一面上に配置できる。よって、通常の加工精度で設置した後、最も高い波長変換効率となるようにレーザ光の光路を容易に調整することができる。

外部共振器３３は、例えば１０６４ｎｍの光を選択的に反射させ、他の波長の光を透過させる機能を有する。ＳＨＧ素子１５で特定波長、例えば５３２ｎｍに変換された光は、外部共振器３３を通過し、光源装置３０から出射する。特定波長以外の波長、例えば１０６４ｎｍの光は、外部共振器３３で反射する。外部共振器３３で反射した光は、ＳＨＧ素子１５及び三角プリズム３２を経て、半導体素子３１へ入射する。半導体素子３１に設けられた不図示の反射ミラーは、外部共振器３３で反射し半導体素子３１へ戻された光を反射させる。外部共振器３３は、特定波長以外の波長の光を反射させて、半導体素子３１との間で共振させる。光源装置３０は、反射ミラーと外部共振器３３との間で光を共振させることで、光を増幅させる。光を全反射させる三角プリズム３２を用いる場合も、上記の反射ミラー１４（図３参照）を用いる場合と同様に、半導体素子３１からの光の光路をシフトさせることができる。

図６は、本実施例の変形例３に係る光源装置４０の概略構成を示す。本変形例の光源装置４０は、三角プリズム３２、ＳＨＧ素子１５、外部共振器３３が同一のマウント４１上に配置されることを特徴とする。マウント４１は、平板状の部材であって、半導体素子３１が配置される部分、及び半導体素子３１から射出される光が通過する部分を切り欠いて構成されている。半導体素子３１及びマウント４１は、基板３６上に配置されている。

三角プリズム３２、ＳＨＧ素子１５及び外部共振器３３は、いずれもマウント４１と共に移動する。マウント４１を用いることにより、ＳＨＧ素子１５及び外部共振器３３は、三角プリズム３２の移動に連動して移動する。三角プリズム３２、ＳＨＧ素子１５及び外部共振器３３が基板３６に対して可動であるのに対して、半導体素子３１は、基板３６上に固定されている。

図７は、三角プリズム３２の移動と光路長との関係について説明するものである。仮に、半導体素子３１に対してＳＨＧ素子１５及び外部共振器３３（図６参照）を不動とし、三角プリズム３２のみを移動させる場合について考える。三角プリズム３２を実線で示す状態から破線で示す状態へ移動させると、半導体素子３１及び外部共振器３３間の光路長は長さｄだけ変化することとなる。光を共振させるためには最適な光路長が存在することから、半導体素子３１及び外部共振器３３間の光路長が変化することとなると、高い波長変換効率を実現することが困難となる。

三角プリズム３２に連動してＳＨＧ素子１５及び外部共振器３３を移動させる場合、外部共振器３３は長さｄだけ半導体素子３１側へ移動することになる。このため、三角プリズム３２を移動させることで半導体素子３１からの光の光路をシフトさせた場合であっても、三角プリズム３２に連動してＳＨＧ素子１５及び外部共振器３３が移動するため、半導体素子３１及び外部共振器３３間の光路長が変化しない。従って、三角プリズム３２に連動して外部共振器３３を移動させることで、半導体素子３１及び外部共振器３３間の光路長を不変とし、かつ半導体素子３１からの光の光路をシフトさせることが可能となる。これにより、波長変換効率の低下を低減させ、かつ半導体素子３１からの光をシフト可能な構成とすることができる。

図８は、本実施例の変形例４に係る光源装置５０の概略構成を示す。本変形例の光源装置５０は、Ｘ方向及びＹ方向について半導体素子１１からの光をシフト可能であることを特徴とする。Ｘ方向は第１の方向であって、Ｙ方向は第１の方向に略直交する第２の方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に略直交する方向である。本変形例では第１共振ミラー１２、レーザ結晶１３及び第２共振ミラー１６の図示を省略している。

第１三角プリズム５１及び第２三角プリズム５２は、いずれも上記変形例１の三角プリズム２１（図４参照）と同様の構成を有するプリズムであって、反射膜において光を反射させる光学素子である。第１光学素子である第１三角プリズム５１は、半導体素子１１側からＸ方向へ進行するレーザ光の光路をＹ方向へ折り曲げる。第２光学素子である第２三角プリズム５２は、第１三角プリズム５１からＹ方向へ進行する光の光路をＺ方向へ折り曲げる。ＳＨＧ素子１５は、第２三角プリズム５２からの光が入射する面がＸ方向及びＹ方向に沿うように配置されている。

第１三角プリズム５１は、Ｘ方向について可動に構成されている。Ｘ方向について第１三角プリズム５１を移動させることにより、ＳＨＧ素子１５へ入射させる光の光路をＸ方向についてシフトさせる。第２三角プリズム５２は、Ｙ方向について可動に構成されている。Ｙ方向について第２三角プリズム５２を移動させることにより、ＳＨＧ素子１５へ入射させる光の光路をＹ方向についてシフトさせる。これにより、第１の方向及び第２の方向に沿った面内において最も高い波長変換効率を示す位置へ光を入射させることができる。光学素子であるプリズムは、半導体素子１１からの光の光路を変換可能であれば良く、三角柱状のプリズムである場合に限られない。プリズムは、反射膜での反射や界面での全反射によってレーザ光の光路を変換させる多角柱状のプリズムとしても良く、また柱状以外のプリズムとしても良い。

図９は、本発明の実施例２に係る光源装置６０の斜視構成を示す。図１０は、図９に示す光源装置６０の側面構成を示す。半導体素子６１は、第１波長の基本波光を射出する光源部である。半導体素子６１は、複数の光を射出する面発光型のアレイ光源である。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６１は、サブマウント６２上にマウントされている。サブマウント６２は、半導体素子６１で発生した熱を放散させる放熱基板である。

反射ミラー６３は、半導体素子６１からの光が入射する位置に設けられている。反射ミラー６３は、半導体素子６１からの光の光路を変換させる光学素子である。反射ミラー６３は、例えば、赤外光を反射する誘電体多層膜を備える。反射ミラー６３は、半導体素子６１を挟んで設けられた二つのミラー支持部６４に配置されている。ミラー支持部６４は、反射ミラー６３を支持する光学素子支持部である。ミラー支持部６４は、直角三角形形状の側面構成を有する。反射ミラー６３は、ミラー支持部６４に配置することにより、Ｙ軸及びＺ軸に対して略４５度傾けられている。

サブマウント６２、ミラー支持部６４、ＳＨＧ素子６５、及び外部共振器６６は、基板６７上に配置されている。反射ミラー６３、ＳＨＧ素子６５、及び外部共振器６６は、Ｚ軸方向へ並列している。Ｙ軸は、Ｚ軸に垂直な軸である。Ｘ軸は、Ｚ軸及びＹ軸に垂直な軸である。ＳＨＧ素子６５は、半導体素子６１からの第１波長の基本波光を波長変換し、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６５は、直方体形状をなしている。

外部共振器６６は、半導体素子６１との間において、半導体素子６１からの光を共振させる外部共振器である。外部共振器６６は、第１波長の光を選択的に反射し、第１波長とは異なる波長（第２波長を含む）の光を透過させる。外部共振器６６としては、例えば、体積ホログラムを用いることができる。体積ホログラムとしては、例えば、ＶＨＧ（Volume Holographic Grating）を用いることができる。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できる。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。なお、本実施例の場合も、ＳＨＧ素子６５や外部共振器６６をマウント上に配置することとしても良い。

半導体素子６１からの光は、Ｙ軸方向へ進行し、反射ミラー６３へ入射する。半導体素子６１から反射ミラー６３へ入射した光は、Ｚ軸方向へ光路が折り曲げられた後、ＳＨＧ素子６５へ入射する。ＳＨＧ素子６５を透過した光は、外部共振器６６へ入射する。外部共振器６６へ入射した高調波光は、外部共振器６６を透過し、光源装置６０の外部へ射出する。外部共振器６６へ入射した基本波光は、外部共振器６６で反射し、ＳＨＧ素子６５へ入射する。ＳＨＧ素子６５から反射ミラー６３へ入射した基本波光は、反射ミラー６３で反射することにより光路が折り曲げられた後、半導体素子６１へ入射する。

図１１は、光源装置６０の上面構成を示す。半導体素子６１は、Ｚ軸方向に対してＸ軸方向へ長い短冊形状をなしている。半導体素子６１の短冊形状の長辺に相当するエッジＥ１は、Ｘ軸に略平行である。光源装置６０の製造工程において、基板６７上にてミラー支持部６４をＺ軸方向へ移動させる。ミラー支持部６４ごと反射ミラー６３を移動させることにより、ＳＨＧ素子６５へ入射させる半導体素子６１からの光の光路をシフトさせる。ミラー支持部６４を介した反射ミラー６３の位置調整を可能とすることにより、容易に反射ミラー６３を位置調整できる。

ここで、ミラー支持部６４は、反射ミラー６３のエッジＥ２と半導体素子６１のエッジＥ１とが平行である状態を維持したまま移動する。反射ミラー６３のエッジＥ２と半導体素子６１のエッジＥ１とが平行であるか否かは、例えば、モニタ等による画像認識を用いることにより確認できる。反射ミラー６３及び半導体素子６１の平行度を保つことにより、半導体素子６１及び外部共振器６６における共振状態を保ちながら、ＳＨＧ素子６５へ入射させる光の光路をシフトさせることができる。また、両エッジＥ１、Ｅ２間の距離を計測することにより、ＳＨＧ素子６５における光の入射位置を推測することも可能である。これにより、ＳＨＧ素子６５のうち高い波長変換効率を示す位置へ半導体素子６１からの光を入射させる構成にできる。赤外光を反射し可視光を透過させる反射ミラー６３を用いる場合、図１１に示すように、反射ミラー６３越しに半導体素子６１を認識することができる。この場合、反射ミラー６３及び半導体素子６１の平行度を容易に確認することができる。

本実施例の光源装置６０は、反射ミラー６３に代えて、上記実施例１にて説明する三角プリズムを用いても良い。また、ミラー支持部６４、ＳＨＧ素子６５及び外部共振器６６を同一のマウント上に配置することとし、反射ミラー６３の移動に連動してＳＨＧ素子６５及び外部共振器６６を移動可能としても良い。

図１２は、本実施例の変形例１に係る光源装置９０の斜視構成を示す。本変形例の光源装置９０は、基板６７に設けられた二つの誘導部９１を有することを特徴とする。誘導部９１は、基板６７に形成された溝である。誘導部９１は、基板６７のうち、ミラー支持部６４が配置された部分に設けられている。ミラー支持部６４は、誘導部９１に挿入されている。誘導部９１は、ミラー支持部６４を挿入可能な凹形状を備える。二つの誘導部９１は、平行に形成されている。二つの誘導部９１は、いずれも、Ｘ軸方向に対してＺ軸方向へ長い形状をなしている。

誘導部９１のＸ軸方向における幅は、ミラー支持部６４のＸ軸方向における幅と略同じである。ミラー支持部６４は、誘導部９１により、Ｘ軸方向への移動が制限されている。誘導部９１のＺ軸方向における幅は、ミラー支持部６４のＺ軸方向における幅より大きい。光源装置９０の製造工程において、誘導部９１内にてミラー支持部６４をＺ軸方向へ移動させる。このようにして、誘導部９１を用いることにより、ミラー支持部６４をＺ軸方向へ誘導することができる。誘導部９１を用いたミラー支持部６４の誘導により、反射ミラー６３及び半導体素子６１の平行度を確実に保ちながら、容易に反射ミラー６３を移動させることができる。

図１３は、本実施例の変形例２に係る光源装置９５の斜視構成を示す。本変形例の光源装置９５は、凸形状の誘導部９６を有することを特徴とする。誘導部９６は、基板６７上に設けられている。誘導部９６は、直方体形状をなしている。誘導部９６は、Ｚ軸に略平行な当接面９７を有する。誘導部９６は、二つのミラー支持部６４のうちの一つに当接面９７が当接可能な位置に設けられている。このように、誘導部９６は、ミラー支持部６４に当接可能な凸形状を備える。

光源装置９５の製造工程において、当接面９７にミラー支持部６４を当接させた状態を保持しながら、ミラー支持部６４をＺ軸方向へ移動させる。このようにして、誘導部９６を用いることにより、ミラー支持部６４をＺ軸方向へ誘導することができる。本変形例の場合も、誘導部９６を用いたミラー支持部６４の誘導により、反射ミラー６３及び半導体素子６１の平行度を確実に保ちながら、容易に反射ミラー６３を移動させることができる。なお、光源装置９５は、二つのミラー支持部６４に対して設けられた二つの誘導部９６を有する構成であっても良い。また、誘導部９１、９６の形状は、Ｚ軸方向へミラー支持部６４を誘導可能であれば良く、本実施例で説明する形状である場合に限られない。

図１４は、本発明の実施例３に係るモニタ装置１００の概略構成を示す。モニタ装置１００は、装置本体１０１と、光伝送部１０２とを有する。装置本体１０１は、上記実施例１の光源装置１０（図１参照）を備える。光伝送部１０２は、二つのライトガイド１０４、１０５を有する。光伝送部１０２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板１０６及び結像レンズ１０７が設けられている。第１ライトガイド１０４は、光源装置１０からの光を被写体へ伝送する。拡散板１０６は、第１ライトガイド１０４の射出側に設けられている。第１ライトガイド１０４内を伝播した光は、拡散板１０６を透過することにより、被写体側にて拡散する。光源装置１０から拡散板１０６までの光路中の各部は、被写体を照明する照明装置を構成する。

第２ライトガイド１０５は、被写体からの光をカメラ１０３へ伝送する。結像レンズ１０７は、第２ライトガイド１０５の入射側に設けられている。結像レンズ１０７は、被写体からの光を第２ライトガイド１０５の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ１０７により第２ライトガイド１０５へ入射した後、第２ライトガイド１０５内を伝播してカメラ１０３へ入射する。

第１ライトガイド１０４、第２ライトガイド１０５としては、多数の光ファイバを束ねたものを用いることができる。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１０３は、装置本体１０１内に設けられている。カメラ１０３は、光源装置１０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１０５から入射した光をカメラ１０３へ入射させることで、カメラ１０３による被写体の撮像ができる。上記実施例１の光源装置１０を用いることにより、高い効率で被照射物を照明できる。これにより、高い効率で供給された光を用いて明るい像をモニタできるという効果を奏する。なお、モニタ装置１００は、上記実施例のいずれの光源装置を用いても良い。

図１５は、本発明の実施例４に係るプロジェクタ７０の概略構成を示す。プロジェクタ７０は、スクリーン８８に光を供給し、スクリーン８８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７０は、赤色（Ｒ）光用光源装置８０Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置８０Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置８０Ｂを有する。各色光用光源装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ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。上記実施例１と重複する説明は省略する。プロジェクタ７０は、各色光用光源装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ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８０Ｒは、Ｒ光を供給する光源装置である。拡散素子８１は、照明領域の整形、拡大、照明領域におけるレーザ光の光量分布の均一化を行う。拡散素子８１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）を用いることができる。フィールドレンズ８２は、拡散素子８１からのレーザ光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置８３Ｒへ入射させる。Ｒ光用光源装置８０Ｒ、拡散素子８１及びフィールドレンズ８２は、Ｒ光用空間光変調装置８３Ｒを照明する照明装置を構成する。Ｒ光用空間光変調装置８３Ｒ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８３Ｒ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８４へ入射する。

Ｇ光用光源装置８０Ｇは、Ｇ光を供給する光源装置である。拡散素子８１及びフィールドレンズ８２を経たレーザ光は、Ｇ光用空間光変調装置８３Ｇへ入射する。Ｇ光用光源装置８０Ｇ、拡散素子８１及びフィールドレンズ８２は、Ｇ光用空間光変調装置８３Ｇを照明する照明装置を構成する。Ｇ光用空間光変調装置８３Ｇ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８３Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム８４へ入射する。

Ｂ光用光源装置８０Ｂは、Ｂ光を供給する光源装置である。拡散素子８１及びフィールドレンズ８２を経たレーザ光は、Ｂ光用空間光変調装置８３Ｂへ入射する。Ｂ光用光源装置８０Ｂ、拡散素子８１及びフィールドレンズ８２は、Ｂ光用空間光変調装置８３Ｂを照明する照明装置を構成する。Ｂ光用空間光変調装置８３Ｂ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８３Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム８４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）を用いることができる。

クロスダイクロイックプリズム８４は、互いに略直交させて配置された二つのダイクロイック膜８５、８６を有する。第１ダイクロイック膜８５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８６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８４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８７の方向へ出射させる。投写レンズ８７は、クロスダイクロイックプリズム８４で合成された光をスクリーン８８の方向へ投写する。

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８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂを用いることにより、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給できる。これにより、高い効率で明るい画像を安定して表示できるという効果を奏する。なお、各色光用光源装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂは、上記実施例のいずれの光源装置と同様の構成であっても良い。プロジェクタ７０は、Ｒ光用光源装置８０Ｒ、Ｇ光用光源装置８０Ｇ、Ｂ光用光源装置８０Ｂがいずれも上記実施例に係る光源装置のいずれかと同様の構成である場合に限られない。例えば、Ｒ光用光源装置８０Ｒは、ＳＨＧ素子を用いず光源部からの基本波光をそのまま射出するものとしても良い。プロジェクタ７０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７０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７０は、一の空間光変調装置により二つ又は三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７０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７０は、ガルバノミラー等の走査手段により光源部からのレーザ光を走査することで被投写面へ画像を投写する、レーザースキャン型のプロジェクタとしても良い。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出射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良い。

本発明の光源装置は、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。本発明の光源装置と導光板とを組み合わせることにより、液晶パネルを照明する照明装置として用いることができる。この場合も、明るく高品質な画像を表示することができる。さらに、本発明の光源装置は、画像表示装置及びモニタ装置に適用する場合に限られない。例えば、レーザ光を用いて露光を行う露光装置等に用いることとしても良い。

以上のように、本発明に係る光源装置は、画像表示装置やモニタ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。 ＳＨＧ素子の分極反転構造について説明する図。 半導体素子からの光の光路のシフトについて説明する図。 実施例１の変形例１に係る光源装置の概略構成を示す図。 実施例１の変形例２に係る光源装置の概略構成を示す図。 実施例１の変形例３に係る光源装置の概略構成を示す図。 三角プリズムの移動と光路長との関係について説明する図。 実施例１の変形例４に係る光源装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例２に係る光源装置の斜視構成を示す図。 図９に示す光源装置の側面構成を示す図。 図９に示す光源装置の上面構成を示す図。 実施例２の変形例１に係る光源装置の斜視構成を示す図。 実施例２の変形例２に係る光源装置の斜視構成を示す図。 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。 本発明の実施例４に係るプロジェクタ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 第１共振ミラー、１３ レーザ結晶、１４ 反射ミラー、１５ ＳＨＧ素子、１６ 第２共振ミラー、１７ 分極反転構造、２０ 光源装置、２１ 三角プリズム、２２ 反射膜、２３ マウント、２１１ 底面、２１２ 側面、３０ 光源装置、３１ 半導体素子、３２ 三角プリズム、３３ 外部共振器、３４、３５ マウント、３６ 基板、４０ 光源装置、４１ マウント、５０ 光源装置、５１ 第１三角プリズム、５２ 第２三角プリズム、７０ プロジェクタ、８０Ｒ Ｒ光用光源装置、８０Ｇ Ｇ光用光源装置、８０Ｂ Ｂ光用光源装置、８１ 拡散素子、８２ フィールドレンズ、８３Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、８３Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、８３Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、８４ クロスダイクロイックプリズム、８５ 第１ダイクロイック膜、８６ 第２ダイクロイック膜、８７ 投写レンズ、８８ スクリーン、６０ 光源装置、６１ 半導体素子、６２ サブマウント、６３ 反射ミラー、６４ ミラー支持部、６５ ＳＨＧ素子、６６ 外部共振器、６７ 基板、９０ 光源装置、９１ 誘導部、９５ 光源装置、９６ 誘導部、９７ 当接面、１００ モニタ装置、１０１ 装置本体、１０２ 光伝送部、１０３ カメラ、１０４ 第１ライトガイド、１０５ 第２ライトガイド、１０６ 拡散板、１０７ 結像レンズ

Claims (13)

1. 光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光の光路を変換させる光学素子と、
   前記光学素子からの光の波長を変換させる波長変換素子と、を有し、
   前記光学素子は可動であって、
   前記光学素子を移動させることにより、前記波長変換素子へ入射させる前記光源部からの光の光路をシフトさせることを特徴とする光源装置。
2. 前記光学素子は、前記光源部からの光を反射させることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光学素子は、プリズムを備え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. 前記波長変換素子で波長が変換された特定波長の光を透過させ、前記特定波長以外の波長の光を反射させて前記光源部との間で共振させる外部共振器を有し、
   前記波長変換素子及び前記外部共振器は、前記光学素子の移動に連動して移動可能に配置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. 前記光学素子、前記波長変換素子及び前記外部共振器は、同一の部材上に配置されることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記光学素子は、前記光源部からの光の光路を第１の方向へシフトさせる第１光学素子と、前記光源部からの光の光路を前記第１の方向に略直交する第２の方向へシフトさせる第２光学素子と、を備え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. 前記光学素子を支持する光学素子支持部を有す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. 前記光源部、前記光学素子支持部及び前記波長変換素子が配置された基板を有し、
   前記基板は、前記光学素子支持部を特定方向へ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７に記載の光源装置。
9. 前記誘導部は、前記光学素子支持部を挿入可能な凹形状を備えることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 前記誘導部は、前記光学素子支持部に当接可能な凸形状を備えることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置からの光を用いて被照射物を照明することを特徴とする照明装置。
12. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置からの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。
13. 請求項１１に記載の照明装置と、
    前記照明装置により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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