JP2008268706A - Light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置およびプロジェクタに関するものである。 The present invention relates to a light source device and a projector.
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が開発されている。この種のプロジェクタは、光源の波長域が狭いために色再現範囲を十分に広くすることが可能であり、小型化や構成部材の削減も可能であることから、次世代の表示デバイスとして大きな可能性を秘めている。この場合、光源として、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色のレーザ光源が必要である。例えば、R光用光源やB光用光源には半導体レーザで原振が存在するが、G光用光源には原振が存在しないため、赤外レーザからの赤外光を非線形光学素子に入射させた際に発生する第2次高調波(Second Harmonic Generation, 以下、SHGと略記する)を利用することが考えられている(特許文献1参照)。 In recent years, as the demand for miniaturization of projectors has increased, projectors using laser light sources have been developed along with the increase in output of semiconductor lasers and the appearance of blue semiconductor lasers. This type of projector can be used as a next-generation display device because the wavelength range of the light source is narrow, so the color reproduction range can be sufficiently widened, and downsizing and reduction of components are possible. It has sex. In this case, laser light sources of three colors of red (R), green (G), and blue (B) are necessary as light sources. For example, the source light for the R light and the light source for the B light are present in the semiconductor laser, but the source light for the G light is not present, so the infrared light from the infrared laser is incident on the nonlinear optical element. It is considered to use a second harmonic generation (hereinafter abbreviated as SHG) generated when it is applied (see Patent Document 1).
非線形光学効果を利用した光の波長変換では、変換前の基本波と変換後の高調波との間で位相整合条件が成立する必要があり、結晶内の分極方向を周期的に反転させる擬似位相整合法が用いられる。特許文献1では、MgO:LiNbO3結晶内に微細なピッチで分極方向が周期的に反転した構造(以下、本明細書では周期分極反転構造と呼ぶ)を形成し、これを波長変換素子としている。ところが、実際の波長変換素子は、位相整合条件を満足する波長の許容範囲が極端に狭く、基本波の波長が僅かでもずれると出力(変換効率)が大きく低下する。一方、変換効率は波長変換素子の温度に強く依存することが知られている。これを利用して、複数のレーザ光を波長変換する複数の波長変換素子を備え、各波長変換素子の温度を個別に制御することで、波長変換素子全体の変換効率を確保したレーザ光源装置が提案されている(特許文献2参照)。
従来一般のプロジェクタは、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが多用されていた。しかしながら、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現性範囲が狭い等の課題があった。その点、上記特許文献1,2に記載のレーザ光源を用いたプロジェクタによれば、上記の課題を解決することができる。ところが、レーザ光源によるスクリーン上の投射光は、隣接する領域での光線の位相が揃っていることから干渉性が非常に高いものとなっている。レーザ光のコヒーレント長は数十メートルに及ぶこともあるため、複数のレーザ光を合成すると、コヒーレント長より短い光路差を経て合成された光が強い干渉を引き起こすことになる。そのため、超高圧水銀ランプよりも鮮明なシンチレーション(干渉縞)が出現し、表示品位の大きな低下を引き起こす。
Conventional projectors often use a discharge lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp as a light source. However, this type of discharge lamp has problems such as a relatively short life, difficulty in instantaneous lighting, and a narrow color reproducibility range. In that respect, according to the projector using the laser light source described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、干渉性の低い光を効率良く射出可能な波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的とする。また、上記の光源装置を備え、シンチレーションを効率良く抑制することで高い表示品位が得られるプロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light source device including a wavelength conversion element that can efficiently emit light having low coherence. It is another object of the present invention to provide a projector that includes the light source device described above and can obtain high display quality by efficiently suppressing scintillation.
上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、複数の発光部を有する光源と、前記複数の発光部から射出される複数の光をそれぞれ波長変換する光学結晶を有する複数の波長変換素子と、を備え、前記複数の発光部のうちの少なくとも一つ以上の発光部から射出される光が前記複数の波長変換素子のうちの一つに入射され、前記複数の発光部から射出される複数の光の波長のうち、少なくとも一つの発光部から射出される光の波長が、他の発光部から射出される光の波長とは異なることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a light source device according to the present invention includes a light source having a plurality of light emitting portions and a plurality of wavelength conversions each having an optical crystal for wavelength-converting a plurality of lights emitted from the plurality of light emitting portions. And light emitted from at least one light emitting unit among the plurality of light emitting units is incident on one of the plurality of wavelength conversion elements and is emitted from the plurality of light emitting units. Among the plurality of light wavelengths, the wavelength of light emitted from at least one light emitting unit is different from the wavelength of light emitted from another light emitting unit.
本発明の光源装置においては、光源が有する複数の発光部からそれぞれ光が射出され、複数の発光部のうちの少なくとも一つ以上の発光部から射出される少なくとも一つ以上の光が波長変換素子のうちの一つに入射され、波長変換される。このとき、少なくとも一つの発光部から射出される光の波長が、他の発光部から射出される光の波長とは異なっているので、異なる発光部群から射出される光同士の干渉性を低下させることができる。 In the light source device of the present invention, light is emitted from a plurality of light emitting units included in the light source, and at least one light emitted from at least one of the plurality of light emitting units is a wavelength conversion element. And is wavelength-converted. At this time, since the wavelength of light emitted from at least one light emitting unit is different from the wavelength of light emitted from other light emitting units, the coherence between lights emitted from different light emitting unit groups is reduced. Can be made.
また、少なくとも一つ以上の発光部から射出される少なくとも一つ以上の光が一つの波長変換素子に入射される構成であるから、波長変換素子の数は発光部の数と同じか、それよりも少ない数で済む。すなわち、一つの発光部群から射出される少なくとも一つ以上の光に対して一つの波長変換素子を位相整合させれば済む。すなわち、本発明では、一つ一つの波長変換素子が全ての発光部の中の一部の発光部のみに対応すればよいため、波長変換素子が持つ周期分極反転構造を最適化しやすい。よって、波長変換素子の位相整合のずれを小さく抑えることができ、波長変換効率を高めることができる。 In addition, since at least one light emitted from at least one light emitting unit is incident on one wavelength conversion element, the number of wavelength conversion elements is the same as the number of light emitting parts, or Even a small number is enough. That is, one wavelength conversion element may be phase-matched to at least one light emitted from one light emitting unit group. That is, in the present invention, since each wavelength conversion element only needs to correspond to only a part of the light emitting units among all the light emitting units, it is easy to optimize the periodic polarization inversion structure of the wavelength conversion element. Therefore, the phase matching shift of the wavelength conversion element can be kept small, and the wavelength conversion efficiency can be increased.
本発明において、前記複数の発光部は、複数の発光部を含む複数の発光部群から構成され、前記複数の発光部群のうち、少なくとも一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長が、他の発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長とは異なる構成としても良い。 In the present invention, the plurality of light emitting units are composed of a plurality of light emitting unit groups including a plurality of light emitting units, and are emitted from a plurality of light emitting units belonging to at least one light emitting unit group among the plurality of light emitting unit groups. The average wavelength of the plurality of lights may be different from the average wavelength of the plurality of lights emitted from the plurality of light emitting units belonging to the other light emitting unit group.
一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の波長の平均値を「平均波長」とすると、少なくとも一つの発光部群における平均波長が他の発光部群における平均波長と異なっているので、異なる発光部群から射出される光同士の干渉性を低下させることができる。また、複数の発光部から射出される複数の光が一つの波長変換素子に入射される構成であるから、波長変換素子は発光部よりも少ない数で済む。これにより、波長変換効率が高められるとともに、コストの低減を図ることができる。 When the average value of the wavelengths of a plurality of lights emitted from a plurality of light emitting units belonging to one light emitting unit group is defined as an “average wavelength”, the average wavelength in at least one light emitting unit group is equal to the average wavelength in other light emitting unit groups. Since they are different, the coherence between lights emitted from different light emitting unit groups can be reduced. Further, since a plurality of lights emitted from the plurality of light emitting units are incident on one wavelength conversion element, the number of wavelength conversion elements is smaller than that of the light emitting units. Thereby, the wavelength conversion efficiency can be increased and the cost can be reduced.
また、本発明の光源装置において、一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光のうち、少なくとも一つの光の波長が他の光の波長と異なる構成としても良い。
この構成によれば、一つの発光部群に属する近接した発光部からの光同士で波長が異なるため、干渉性をより効果的に低下させることができる。
In the light source device of the present invention, the wavelength of at least one light out of the plurality of light emitted from the plurality of light emitting units belonging to one light emitting unit group may be different from the wavelength of the other light.
According to this configuration, since the wavelengths of light from adjacent light emitting units belonging to one light emitting unit group are different, the coherence can be more effectively reduced.
もしくは、一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の波長が全て等しい構成としてもよい。
この構成によれば、一つの発光部群に属する全ての発光部からの波長が等しい光に対して波長変換素子を位相整合させればよいため、全体として位相整合のずれを最も小さくでき、波長変換効率を最大限に高めることができる。
Or it is good also as a structure where all the wavelengths of the some light inject | emitted from the some light emission part which belongs to one light emission part group are equal.
According to this configuration, the wavelength conversion element only needs to be phase-matched to light having the same wavelength from all the light-emitting parts belonging to one light-emitting part group, so that the overall phase-matching deviation can be minimized, and the wavelength Conversion efficiency can be maximized.
また、一つの発光部群に属する複数の発光部間の中心位置から最も遠い位置にある発光部までの距離が、前記一つの発光部群と隣接する発光部群との中心位置間の距離の1/2よりも小さい構成としてもよい。
この構成によれば、各発光部群中の発光部間のピッチは小さく、隣接する2つの発光部群の相対する発光部同士の距離は大きくなるように配置できるため、発光部で発生する熱が蓄積することによって光源の中央部が高温になるのが抑えられ、発光部間の温度の均一化を図ることができる。また、各発光部群中の複数の発光部に対する波長変換素子の配置の自由度が高くなる。
Further, the distance from the center position between the plurality of light emitting sections belonging to one light emitting section group to the light emitting section farthest is the distance between the center positions of the one light emitting section group and the adjacent light emitting section group. It is good also as a structure smaller than 1/2.
According to this configuration, since the pitch between the light emitting parts in each light emitting part group is small and the distance between the light emitting parts facing each other in the two adjacent light emitting part groups can be increased, the heat generated in the light emitting part Accumulation of the light suppresses the central portion of the light source from becoming high temperature, and the temperature between the light emitting portions can be made uniform. Moreover, the freedom degree of arrangement | positioning of the wavelength conversion element with respect to the several light emission part in each light emission part group becomes high.
また、前記光学結晶として、結晶組成もしくは不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、前記成長縞が周期分極反転構造を構成するものを用いることができる。
従来の波長変換素子は、周期分極反転構造を形成した光学結晶から切り出して作製したバルク型のものが一般的であった。しかしながら、本発明のように発光部群毎の平均波長が異なる場合、それに位相整合させるために、例えば周期分極反転構造のピッチが異なる光学結晶をバルク型で複数種揃えるのは、作製に多大な時間や手間がかかると同時に、製造コストが高騰するという課題を有している。
Further, as the optical crystal, a crystal having a growth fringe in which the crystal composition or the impurity concentration is periodically changed, and the growth fringe constitutes a periodically poled structure can be used.
Conventional wavelength conversion elements are generally bulk-type elements cut out from an optical crystal having a periodically poled structure. However, in the case where the average wavelengths of the light emitting unit groups are different as in the present invention, for example, in order to match the phase to it, arranging a plurality of types of optical crystals having different pitches of the periodically poled structure in a bulk type is very difficult to manufacture. At the same time, it has the problem that the manufacturing cost increases.
その点、結晶組成や不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、この成長縞が周期分極反転構造を構成する光学結晶を用いることによって、上記の課題を解消することができる。すなわち、上記の特徴を有する光学結晶では、単結晶の引き上げ成長時に成長界面(融液表面)の温度を周期的に変動させることにより結晶中に前記の成長縞が発生し、この成長縞が周期分極反転構造を構成する。したがって、引き上げ法による結晶作製時に融液温度を制御するだけで、周期分極反転構造のピッチが異なる光学結晶を作製することができ、バルク型のようなフォトリソグラフィーが不要になる。このように、短時間に低コストで光学結晶を作製できるので、本発明の波長変換素子に用いるのに好適である。 In this respect, the above problem can be solved by using an optical crystal having a growth fringe in which the crystal composition and the impurity concentration are periodically varied and the growth fringe constitutes a periodically poled structure. That is, in the optical crystal having the above characteristics, the growth stripes are generated in the crystal by periodically changing the temperature of the growth interface (melt surface) during pulling growth of the single crystal. A domain-inverted structure is formed. Therefore, optical crystals with different pitches of the periodically poled structure can be produced simply by controlling the melt temperature during crystal production by the pulling method, and bulk-type photolithography is not required. Thus, since an optical crystal can be produced in a short time and at a low cost, it is suitable for use in the wavelength conversion element of the present invention.
また、前記複数の波長変換素子が有する光学結晶のうち、少なくとも一つの波長変換素子が有する光学結晶の周期分極反転構造のピッチが、他の波長変換素子が有する光学結晶の周期分極反転構造のピッチと異なる構成としてもよい。
発光部の波長が異なる場合、それぞれに位相整合させる方法としては、例えば各発光部に対応する光学結晶の周期分極反転構造のピッチを異ならせる方法、各光学結晶の温度を異ならせる方法等がある。前者の方法を採用した場合、複数の光学結晶の温度は等しくてよいので、複数の光学結晶に対して共通の温度制御を行えばよく、温度制御が容易になるという利点がある。一方、後者の方法を採用する場合、光学結晶の周期分極反転構造のピッチは等しくよいため、バルク型であっても光学結晶の作製が容易になるという利点がある。
In addition, among the optical crystals of the plurality of wavelength conversion elements, the pitch of the periodic polarization inversion structure of the optical crystal of at least one wavelength conversion element is equal to the pitch of the periodic polarization inversion structure of the optical crystal of another wavelength conversion element. It is good also as a different structure.
In the case where the wavelengths of the light emitting parts are different, as a method of phase matching to each, there are, for example, a method of changing the pitch of the periodically poled structure of the optical crystal corresponding to each light emitting part, a method of changing the temperature of each optical crystal, etc. . When the former method is adopted, since the temperature of the plurality of optical crystals may be equal, it is only necessary to perform common temperature control for the plurality of optical crystals, and there is an advantage that the temperature control becomes easy. On the other hand, when the latter method is adopted, since the pitch of the periodically poled structure of the optical crystal is good, there is an advantage that the optical crystal can be easily manufactured even in the bulk type.
また、前記複数の波長変換素子を保持する保持部材を備え、前記複数の波長変換素子と前記保持部材とが波長変換素子ユニットを構成してもよい。
従来のバルク型光学結晶が直方体形状であるのに対し、上記の引き上げ法により作製した光学結晶は、結晶成長方向に垂直な断面の形状が円形または楕円形であり、現状では径が0.5mm以下と非常に細いものである。よって、引き上げ法により作製した光学結晶からなる波長変換素子は取り扱いが難しいという難点がある。その点、複数の波長変換素子を保持する保持部材を備え、波長変換素子ユニットとして扱えば、光学結晶の取り扱いが容易になり、例えば波長変換素子の位置合わせ作業等を容易に行うことができる。また、波長変換素子の製造歩留まりを上げることも可能になる。
Further, a holding member that holds the plurality of wavelength conversion elements may be provided, and the plurality of wavelength conversion elements and the holding member may constitute a wavelength conversion element unit.
Whereas the conventional bulk optical crystal has a rectangular parallelepiped shape, the optical crystal produced by the above pulling method has a circular or elliptical cross-sectional shape perpendicular to the crystal growth direction, and currently has a diameter of 0.5 mm. The following is very thin. Therefore, a wavelength conversion element made of an optical crystal produced by a pulling method has a drawback that it is difficult to handle. In that regard, if a holding member that holds a plurality of wavelength conversion elements is provided and handled as a wavelength conversion element unit, the optical crystal can be handled easily, and for example, the alignment operation of the wavelength conversion elements can be easily performed. It also becomes possible to increase the manufacturing yield of the wavelength conversion element.
本発明のプロジェクタは、上記本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光を利用して、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上記本発明の光源装置を備えたことによって干渉性の低い光が効率良く射出されるため、シンチレーションを効率良く抑制でき、高い表示品位が得られるプロジェクタを実現することができる。
A projector according to the present invention includes the light source device according to the present invention, and an image forming apparatus that displays an image of a desired size on a display surface using light emitted from the light source device. And
According to this configuration, since the light source device according to the present invention is provided, light with low coherence is efficiently emitted, so that it is possible to efficiently suppress scintillation and realize a projector capable of obtaining high display quality. .
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態の光源装置は、半導体レーザから射出されるレーザ光を波長変換して出力する波長変換型のレーザ光源装置の一例である。
図1は本実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す斜視図である。図2は同レーザ光源装置をレーザ光の射出方向と平行な平面で切断した状態を示す断面図(平面図)である。図3は同レーザ光源装置の波長変換素子の部分をレーザ光の射出方向と垂直な平面で切断した状態を示す断面図(正面図)である。図4は同波長変換素子の光学結晶を示す斜視図である。
なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素毎に寸法や位置関係の縮尺を異ならせることもある。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
The light source device of this embodiment is an example of a wavelength conversion type laser light source device that converts the wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser and outputs it.
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the laser light source apparatus of this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view (plan view) showing a state in which the laser light source device is cut along a plane parallel to the laser light emission direction. FIG. 3 is a cross-sectional view (front view) showing a state in which a portion of the wavelength conversion element of the laser light source device is cut along a plane perpendicular to the laser light emission direction. FIG. 4 is a perspective view showing an optical crystal of the wavelength conversion element.
In the following drawings, the scales of dimensions and positional relationships may be different for each component in order to make each component easier to see.
本実施形態のレーザ光源装置1(光源装置)は、図1に示すように、半導体レーザ2(光源)と、波長変換素子ユニット3と、共振ミラー4と、から概略構成されている。その他、図示は省略したが、レーザ光源装置1は、半導体レーザ2を固定するキャリア基板、放熱板、半導体レーザ2に電力を供給するための配線、等を備えている。
As shown in FIG. 1, the laser light source device 1 (light source device) of the present embodiment is roughly composed of a semiconductor laser 2 (light source), a wavelength
本実施形態の半導体レーザ2は、例えば赤外光を射出する赤外レーザである。半導体レーザ2は外部共振構造を有しており、半導体レーザ2の外部に設置された共振ミラー4と半導体レーザ2との間で光が往復する間に増幅作用が生じ、レーザ光が発振される。それと同時に、半導体レーザ2と共振ミラー4との間で光が往復する際、レーザ光は波長変換素子3を透過する。このとき、レーザ光の一部は波長変換作用(例えば波長を1/2に変換)を受けて可視光(例えば緑色光)となり、波長変換素子ユニット3から射出される。共振ミラー4は、半導体レーザ2とともに外部共振構造を構成すると同時に、波長変換素子ユニット3によって変換された可視光を選択的に透過させる波長選択機能も有している。したがって、波長変換素子ユニット3によって変換された可視光は、共振ミラー4を透過して装置外部に射出される。一方、波長変換素子ユニット3で変換されなかった赤外光は、共振ミラー4で反射して再度半導体レーザ2に向かう。
The
半導体レーザ2には、所定のピッチで複数のエミッタ6(発光部)が形成されている。エミッタ6の配列ピッチについては後述するが、本実施形態の場合、複数のエミッタ6は1列に配列され、合計21個のエミッタ6が3個ずつまとめて配置されている。以下の説明では、このようにまとめて配置された3個のエミッタ6をエミッタ群7(発光部群)と呼ぶ。半導体レーザ2の具体的な構成は従来のものと変わらないため、詳細な説明は省略する。この半導体レーザ2は、複数のエミッタ6を備えているため、一つのエミッタ6の出力が小さくても、全体として高い出力が可能である。また、共振ミラー4としては、例えば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ができる。
In the
波長変換素子ユニット3は、エミッタ群7の数と等しい数(本実施形態では7個)の非線形光学結晶からなる波長変換素子9と、これら波長変換素子9を保持する保持部材10と、から構成されている。波長変換素子9を構成する非線形光学結晶として、従来はニオブ酸リチウム(LiNbO3)等の材料からなるウェハから切り出したバルク型の結晶が多く用いられていた。バルク型の非線形光学結晶は、ウェハ状態での分極反転処理用電極の形成、ウェハから複数のチップの切り出し、電圧印加による分極反転処理、入射面および射出面のポリッシング、入射面および射出面への無反射コート、の各工程を経て製造されていた。
The wavelength
上記のバルク型結晶を用いてもよいが、本実施形態では、波長変換素子9として、結晶成長と同時に周期分極反転構造を形成し、結晶を引き上げるのみで製造可能な非線形光学結晶を用いることが望ましい。この非線形光学結晶9’は、図4に示すように、結晶の引き上げ方向(以下、成長軸方向と呼ぶ)に直交する方向で切断した断面が楕円形あるいは円形の柱状単結晶である。そして、非線形光学結晶9’は、結晶の成長軸方向(レーザ光の進行方向に相当)に結晶組成や不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞9Sを有しており、この成長縞9Sが周期分極反転構造を構成している。この成長縞9Sは、単結晶の引き上げ成長時に成長界面(融液表面)の温度を周期的に変動させることによって形成することができる。したがって、引き上げ法による結晶作製時に融液温度を制御するだけで、周期分極反転構造のピッチが異なる非線形光学結晶9’を作製することができる。このように、短時間に低コストで非線形光学結晶9’を作製できるので、従来のバルク型結晶に比べて本実施形態の波長変換素子9に用いるのに好適である。
Although the above bulk type crystal may be used, in this embodiment, a nonlinear optical crystal that can be manufactured simply by pulling up the crystal is formed as the
さらに、バルク型非線形光学結晶の場合、分極反転処理用電極の形成工程においてフォトリソグラフィー工程が必要であったのに対し、本実施形態の場合、フォトリソグラフィー工程が不要である。そのため、フォトマスク等のツールが不要であり、イニシャルコストが掛からない上、周期分極反転構造のピッチ変更等の仕様変更を容易に行うことができる。よって、光の干渉性を低下させる目的で複数のエミッタ6の光の波長を変えた場合、各々のエミッタ群7に対応した波長変換素子9を作製するのが容易になる。また、直方体状のバルク型非線形光学結晶に比べて分極のアスペクト方向の偏差が生じにくいため、光の進行方向の面内分布がより均一化できる。そのため、各エミッタ6に対する非線形光学結晶の面内の位置決め精度をそれ程厳しくしなくてもよく、位置決め作業を容易に行うことができる。
Furthermore, in the case of a bulk type nonlinear optical crystal, a photolithography step is necessary in the step of forming the polarization inversion processing electrode, whereas in the case of the present embodiment, a photolithography step is unnecessary. Therefore, a tool such as a photomask is not required, initial cost is not required, and specification changes such as a pitch change of the periodically poled structure can be easily performed. Therefore, when the light wavelengths of the plurality of
保持部材10は、図1、図2に示すように、複数の波長変換素子9をそれぞれ挿入する複数の貫通孔10aを有するブロックで構成されている。ブロックの構成材料は特に問わないが、例えば金属材料、樹脂材料等を用いることができる。貫通孔10aの内径は、端から端まで同一ではなく、波長変換素子9を収容する一端側10cの内径は波長変換素子9の外径と略同じかそれよりも若干大きく、他端側10dの内径は波長変換素子9の外径よりも小さい。すなわち、貫通孔10aの内壁には僅かな段差10bが形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the holding
以上の構成により、保持部材10の一端側10cから各貫通孔10aの中に波長変換素子9を落とし込むだけで、波長変換素子9の端部が段差10bに引っ掛かってそれ以上進まないため、保持部材10に対して波長変換素子9が成長軸方向に位置決めされる。すなわち、貫通孔10aの内壁の段差10bが波長変換素子9の位置決め手段として機能する。また、波長変換素子9の径方向は、波長変換素子9と貫通孔10aとの間にごく僅かなクリアランスしかないため、各貫通孔10aの内部に波長変換素子9を挿入するだけで波長変換素子9が径方向にほぼ位置決めされる。このようにして、各波長変換素子9が保持部材10に対して位置決めされた状態で、各波長変換素子9と保持部材10とがUV硬化性接着剤(図示せず)により固定されている。
With the above configuration, since the end portion of the
なお、図2では、各波長変換素子9の上端(段差10bに接する側と反対側の端部)が保持部材10から飛び出しているが、この飛び出した部分を保持部材10の端面と面一状態になるまで研磨し、波長変換素子9の端面に無反射コート処理を施してもよい。このようにすると、波長変換素子9を単独で1個ずつ研磨、無反射コート処理するよりも工程が簡略化され、製造歩留まりも向上する。また、各波長変換素子9間で端面の位置が揃うため、全体として特性が安定した波長変換素子3が得られる。
In FIG. 2, the upper end of each wavelength conversion element 9 (the end opposite to the side in contact with the
図示しないが、半導体レーザ2の基板には放熱板、冷却機構などが備えられており、エミッタ6で発生した熱により温度上昇する半導体レーザ2を冷却する。本実施形態では、図3に示すように、3個のエミッタ6からなる一つのエミッタ群7が一つの波長変換素子9に対応している。すなわち、一つのエミッタ群7に属する3個のエミッタ6から発する3本のレーザ光が一つの波長変換素子9に入射する(対応するエミッタ6の位置を符号Lで示す)。また、一つのエミッタ群7に属する3個のエミッタ6の中心位置(3個のエミッタ6のうちの中央のエミッタ6の位置)から端のエミッタ6までの距離D1が、一つのエミッタ群7の中心位置と隣のエミッタ群7の中心位置との間の距離D2の1/2よりも小さい。さらに、一つのエミッタ群7の中のエミッタ6間のピッチP1は、一つのエミッタ群7の端のエミッタ6と隣のエミッタ群7の端のエミッタ6との間のピッチP2よりも小さい。
Although not shown, the substrate of the
本実施形態では、半導体レーザ2が7個のエミッタ群7を有しているため、各エミッタ群7に属する3個のエミッタ6の波長の平均値を「平均波長」と呼ぶとすると、7個の平均波長が存在することになる。このうち、少なくとも一つのエミッタ群7における平均波長がそれ以外のエミッタ群7における平均波長と異なっている。さらに、一つのエミッタ群7に属する3個のエミッタ6に着目すると、これら3個のエミッタ6から射出される3本のレーザ光の中で波長を異ならせてもよいし、3本のレーザ光の波長を全て等しく揃えてもよい。このように各エミッタ6から射出されるレーザ光の波長を異ならせる場合、出力されるレーザ光の色純度、波長変換素子9や共振ミラー4との整合性などを考慮すると、大きくても10nm以下の波長差に設定することが望ましい。
In the present embodiment, since the
波長変換素子ユニット3を構成する各波長変換素子9は、図3に示すように、一つのエミッタ群7(3個のエミッタ6)毎に対応しているため、対応するエミッタ群7に対して波長整合している。例えば、一つのエミッタ群7中の3個のエミッタ6からのレーザ光の波長が全て等しければ、その波長に対して波長変換素子9が波長整合されている。あるいは、一つのエミッタ群7中の3個のエミッタ6からのレーザ光の波長が異なっていれば、例えばそれらの波長の平均値に対して波長変換素子9が波長整合されている。波長整合の方法としては、各波長変換素子9の周期分極反転構造のピッチを異ならせる、各波長変換素子9の温度を異ならせる等の方法が考えられるが、本実施形態では前者の方法を採用する。周期分極反転構造のピッチを異ならせるには、単結晶引き上げ時に融液表面温度の変動周期を異ならせればよい。
As shown in FIG. 3, each
本実施形態のレーザ光源装置1によれば、少なくとも一つのエミッタ群7における平均波長が他のエミッタ群7における平均波長と異なっているので、異なるエミッタ群7から射出される光同士の干渉性を低下させることができる。よって、本実施形態のレーザ光源装置1を採用することによって、シンチレーションが発生しにくいプロジェクタを実現することができる。また、一つのエミッタ群7から射出される3本のレーザ光が一つの波長変換素子9に入射される構成であるから、半導体レーザ2が有する全て(21個)のエミッタ6からの全ての光に対して一つの波長変換素子9を位相整合させる必要はなく、一つのエミッタ群7から射出されるレーザ光に対して一つの波長変換素子9を位相整合させれば済む。すなわち、一つの波長変換素子9が一つのエミッタ群7のみに対応すればよいため、波長変換素子9が持つ周期分極反転構造を最適化しやすい。その結果、複数の光に対する波長変換素子9の位相整合のずれを小さく抑えることができ、波長変換効率を高めることができる。
According to the laser light source device 1 of the present embodiment, since the average wavelength in at least one
また、一つのエミッタ群7に属する3個のエミッタ6から射出される3本のレーザ光の中で波長を異ならせた場合、一つのエミッタ群7中の近接したエミッタ6からの光同士で波長が異なることになり、干渉性をより効果的に低下させることができる。これとは逆に、一つのエミッタ群7に属する3個のエミッタ6から射出される3本のレーザ光の波長を全て等しく揃えた場合、一つのエミッタ群7中での干渉性低減効果は得られないが、一つのエミッタ群7中の全てのエミッタ6からの等しい波長の光に対して波長変換素子9を位相整合させればよいため、全体として位相整合のずれを最も小さくでき、波長変換効率を最大限に高めることができる。
In addition, when the wavelengths of the three laser beams emitted from the three
また、平均波長が異なるエミッタ群7に対して、波長変換素子9を位相整合させる方法としては、各エミッタ群7に対応する波長変換素子9の周期分極反転構造のピッチを異ならせる方法、周期分極反転構造のピッチを変えずに各波長変換素子9の温度を異ならせる方法等がある。本実施形態の場合、前者の方法を採用しているので、複数の波長変換素子9の温度は等しくてよい。本実施形態では、複数の波長変換素子9を一つの保持部材10で保持しているが、この保持部材10を介して複数の波長変換素子9に対して共通の温度制御を行えばよいので、温度制御が容易になる。例えば、任意の温度制御装置を用いて保持部材10の温度をフィードバック制御することで、複数の波長変換素子9を同一の温度に維持することができる。
In addition, as a method of phase matching the
また、複数の波長変換素子9を保持する保持部材10を備え、波長変換素子ユニット3としたことによって波長変換素子9の取り扱いが容易になり、例えば半導体レーザ2に対する波長変換素子9の位置合わせ作業を容易に行うことができる。波長変換素子9の製造歩留まりを上げることも可能になる。さらに、一つのエミッタ群7の中心から端のエミッタ6までの距離D1が中心間距離D2の1/2よりも小さく、一つのエミッタ群7中のエミッタ間ピッチP1が、エミッタ群7の端のエミッタ間ピッチP2よりも小さいので、エミッタ6で発生する熱が蓄積することによって半導体レーザ2の中央が高温になるのが抑えられ、エミッタ6間の温度の均一化を図ることができる。また、各エミッタ群7に対する波長変換素子9の配置の自由度が高くなる。
In addition, since the holding
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態を図5、図6を参照して説明する。
本実施形態の光源装置も、半導体レーザからのレーザ光を波長変換する波長変換型のレーザ光源装置の一例である。
図5は本実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す斜視図である。図6は同レーザ光源装置の波長変換素子の部分をレーザ光の射出方向と垂直な平面で切断した状態を示す断面図(正面図)である。
本実施形態のレーザ光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であるため、図5、図6において第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The light source device of this embodiment is also an example of a wavelength conversion type laser light source device that converts the wavelength of laser light from a semiconductor laser.
FIG. 5 is a perspective view showing the overall configuration of the laser light source device of the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view (front view) showing a state where the wavelength conversion element portion of the laser light source device is cut along a plane perpendicular to the laser light emission direction.
Since the basic configuration of the laser light source device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those used in the first embodiment in FIGS. The detailed explanation is omitted.
第1実施形態のレーザ光源装置1では、3個のエミッタ6からなるエミッタ群7に対して一つの波長変換素子9が対応していた。これに対して、本実施形態のレーザ光源装置12では、図5、図6に示すように、半導体レーザ13の一つのエミッタ6毎に波長変換素子ユニット14の一つの波長変換素子15が対応するように配置されている。半導体レーザ13は複数(本実施形態では15個)のエミッタ6を備えているが、これらエミッタ6のうち、少なくとも一つのエミッタ6は他のエミッタ6と波長が異なっている。エミッタ6の波長を異ならせる場合、その波長差は、第1実施形態と同様、10nm以下に設定することが望ましい。エミッタ6間のピッチは一定でも良いし、異なっていても良い。波長変換素子15は一つの保持部材16によって保持され、波長変換素子ユニット14を構成している。
In the laser light source device 1 of the first embodiment, one
本実施形態のレーザ光源装置12においても、全体として出力される光の干渉性が低く、波長変換効率の高いレーザ光源装置が実現できる、非線形光学結晶の周期分極反転構造のピッチ変更による位相整合が容易に行える、波長変換素子の温度制御が容易に行える、といった第1実施形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施形態の場合、一つのエミッタ6に一つの波長変換素子15が対応しているため、対応するエミッタ6からの光の波長に対して波長変換素子15を1対1に位相整合させれば良く、波長変換効率を最大限に高めることができる。
Also in the laser
なお、上述したように、一つのエミッタ6毎に波長変換素子15を個別に位相整合させれば波長変換効率は最大となるが、その構成に代えて、波長変換素子15に所定の波長範囲のエミッタ6を包含するような位相整合を持たせ、波長変換素子15の種類を減らしても良い。これにより、コスト低減が図れる。
As described above, the wavelength conversion efficiency is maximized if the
[第3の実施の形態]
以下、本発明の第3の実施の形態を図7を参照して説明する。
図7は本実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す断面図(平面図)である。
本実施形態のレーザ光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であるため、図7において第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view (plan view) showing the overall configuration of the laser light source device of the present embodiment.
Since the basic configuration of the laser light source device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those used in the first embodiment in FIG. Omitted.
本実施形態のレーザ光源装置18においては、図7に示すように、半導体レーザ19の複数(本実施形態では12個)のエミッタ6が3個ずつまとめて配置され、4個のエミッタ群7を構成している。そして、各エミッタ群7毎に波長変換素子ユニット21の波長変換素子9が対応し、全体として4個の波長変換素子9が用いられている。第1、第2実施形態においては複数の波長変換素子9が一つの保持部材10にまとめて保持されていたのに対し、本実施形態においては波長変換素子9が一つずつ個別の保持部材20に保持されている。保持部材20の貫通孔20aの内壁に、波長変換素子9の位置決め手段として機能する段差20bが形成されている点などは第1実施形態と同様である。その他の構成も第1実施形態と同様である。
In the laser
本実施形態のレーザ光源装置18においても、全体として出力される光の干渉性が低く、波長変換効率の高いレーザ光源装置が実現できる、非線形光学結晶の周期分極反転構造のピッチ変更による位相整合が容易に行える、波長変換素子の温度制御が容易に行える、といった第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Also in the laser
第1、第2実施形態においては、複数の波長変換素子9が一つの保持部材10に保持されているため、波長変換素子9毎に独立した温度制御を行うことが難しく、各エミッタ6からの光に位相整合させるために、各波長変換素子9の周期分極反転構造のピッチを変えるのが好適であった。これに対し、本実施形態においては、各波長変換素子9が別々の保持部材20に保持され、個々の波長変換素子9および保持部材20が熱的に分離されているため、波長変換素子9および保持部材20の組を独立して温度制御することができる。そのため、周期分極反転構造のピッチが等しい非線形光学結晶を用いても、波長変換素子9の温度を異ならせることによって異なる波長のエミッタ6に対応させることができる。また、周期分極反転構造のピッチが等しい非線形光学結晶を用いるのであれば、上記実施形態で用いた結晶引き上げ時に周期分極反転構造を形成する非線形光学結晶の他、従来のバルク型非線形光学結晶も比較的使い易い。
In the first and second embodiments, since a plurality of
[第4の実施の形態]
以下、本発明の第4の実施の形態を図8を参照して説明する。
図8は本実施形態のレーザ光源装置の波長変換素子の部分の断面図(正面図)である。
本実施形態のレーザ光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であるため、図8において第1実施形態で用いた図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view (front view) of the wavelength conversion element portion of the laser light source device of the present embodiment.
Since the basic configuration of the laser light source device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components in FIG. 8 as those used in the first embodiment in FIG. Is omitted.
第1実施形態の場合、複数のエミッタ6が1列に配列された状態で3個ずつまとめて配置されていた。これに対して、本実施形態の場合、複数のエミッタ6が2列に配列されており、3個ずつのエミッタ6が一つのエミッタ群7をなし、三角形の頂点に並ぶように配置されている。3個のエミッタ6からなる任意の一つのエミッタ群7は上段が1個のエミッタ6、下段が2個のエミッタ6で三角形が構成され、その隣のエミッタ群7は上段が2個のエミッタ6、下段が1個のエミッタ6で三角形が構成されている。各エミッタ6の波長の関係については第1実施形態と同様である。
In the case of the first embodiment, the plurality of
本実施形態の場合も第1実施形態と同様、一つのエミッタ群7に属する3個のエミッタ6の中心位置から端のエミッタ6までの距離D1が、一つのエミッタ群7の中心位置と隣のエミッタ群7の中心位置との間の距離D2の1/2よりも小さい。さらに、一つのエミッタ群7の中のエミッタ6間のピッチP1は、一つのエミッタ群7の端のエミッタ6と隣のエミッタ群7の端のエミッタ6との間のピッチP2よりも小さい。
In the case of this embodiment as well, as in the first embodiment, the distance D1 from the center position of the three
本実施形態のレーザ光源装置においても、全体として出力される光の干渉性が低く、波長変換効率の高いレーザ光源装置が実現できる、非線形光学結晶の周期分極反転構造のピッチ変更による位相整合が容易に行える、波長変換素子の温度制御が容易に行える、といった第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。 Also in the laser light source device of this embodiment, the phase matching by changing the pitch of the periodically poled structure of the nonlinear optical crystal is easy, which can realize a laser light source device with low coherence of light output as a whole and high wavelength conversion efficiency. It is possible to obtain the same effects as those of the first and second embodiments, such that the temperature control of the wavelength conversion element can be easily performed.
また、本実施形態のような配置を採用した場合、エミッタ6を1列に並べた第1実施形態に比べて所定の面積の中により多くのエミッタ6と波長変換素子9を配置でき、断面が円形の波長変換素子9を有効利用して装置の小型化を図ることができる。
Further, when the arrangement as in the present embodiment is adopted,
[第5の実施の形態]
以下、本発明の第5の実施の形態を図9を参照して説明する。
本実施形態では、上記第1〜第4実施形態のレーザ光源装置を備えたプロジェクタについて説明する。本実施形態のプロジェクタは、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ変調する3組の液晶ライトバルブを備えた、いわゆる3板式の液晶プロジェクタの例である。
図9は本実施形態のプロジェクタの概略構成図である。なお、図9中においては、図面の簡略化のため、プロジェクタの筐体は省略している。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, a projector including the laser light source device of the first to fourth embodiments will be described. The projector according to the present embodiment is an example of a so-called three-plate type liquid crystal projector including three sets of liquid crystal light valves that respectively modulate red light, green light, and blue light.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the projector according to the present embodiment. In FIG. 9, the projector housing is omitted for simplification of the drawing.
本実施形態のプロジェクタ30において、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ射出する赤色レーザ光源(光源装置)31R,緑色レーザ光源(光源装置)31G、青色レーザ光源(光源装置)31Bには、上記第1〜第4実施形態のレーザ光源装置が用いられている。プロジェクタ30は、各レーザ光源31R,31G,31Bから射出されたレーザ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブ(光変調装置)32R,32G,32Bと、液晶ライトバルブ32R,32G,32Bによって形成された像を拡大してスクリーン(表示面)33に投射する投射レンズ(投射装置)34とを有する画像形成装置を備えている。また、プロジェクタ30は、液晶ライトバルブ32R,32G,32Bから射出された光を合成して投射レンズ34に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)35を備えている。
In the
さらに、プロジェクタ30は、レーザ光源31R,31G,31Bから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源31R,31G,31Bの後段側に、照度均一化光学系36R,36G,36Bを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって液晶ライトバルブ32R,32G,32Bが照明される。均一化光学系36R,36G,36Bは、例えばホログラム37とフィールドレンズ38とによって構成される。
Furthermore, the
各液晶ライトバルブ32R,32G,32Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム35に入射する。このプリズムは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配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投射光学系である投射レンズ34によりスクリーン33上に投射され、拡大された画像が表示される。
The three colored lights modulated by the liquid
本実施形態のプロジェクタ30は、上述の第1〜第4実施形態のレーザ光源装置を備えたことによって干渉性の低い光が効率良く射出されるため、シンチレーションを効率良く抑制でき、高い表示品位が得られるプロジェクタを実現することができる。
Since the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば一つのレーザ光源に含まれるエミッタ(発光部)の数や配置、波長変換素子を構成する非線形光学結晶の数や配置等については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、半導体レーザの外部に共振ミラーを配置した外部共振型半導体レーザを用いたが、内部共振構造を有する半導体レーザを用いても良い。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the number and arrangement of emitters (light emitting units) included in one laser light source and the number and arrangement of nonlinear optical crystals constituting the wavelength conversion element are not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate. is there. In the above embodiment, an external resonant semiconductor laser having a resonant mirror disposed outside the semiconductor laser is used. However, a semiconductor laser having an internal resonant structure may be used.
プロジェクタの実施形態においては、光変調装置として透過型液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いても良いし、反射型ライトバルブを用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。また、レーザ光源(光源装置)からのレーザ光をスクリーン上で走査させることにより表示面に所望の大きさの画像を表示させる走査手段を備えた走査型画像表示装置(プロジェクタ)に本発明を適用することも可能である。 In the embodiment of the projector, the transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation device, but a light valve other than the liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflective liquid crystal light valve and a digital micromirror device. The configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used. Further, the present invention is applied to a scanning image display device (projector) provided with a scanning unit that displays an image of a desired size on a display surface by scanning laser light from a laser light source (light source device) on a screen. It is also possible to do.
1,12,18…レーザ光源装置(光源装置)、2,13,19…半導体レーザ(光源)、3,14,21…波長変換素子ユニット、6…エミッタ(発光部)、7…エミッタ群(発光部群)、9,15…波長変換素子、9’…非線形光学結晶(光学結晶)、10,16,20…保持部材、30…プロジェクタ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記複数の発光部のうちの少なくとも一つ以上の発光部から射出される光が前記複数の波長変換素子のうちの一つに入射され、
前記複数の発光部から射出される複数の光の波長のうち、少なくとも一つの発光部から射出される光の波長が、他の発光部から射出される光の波長とは異なることを特徴とする光源装置。 A light source having a plurality of light emitting units, and a plurality of wavelength conversion elements each having an optical crystal for wavelength-converting a plurality of lights emitted from the plurality of light emitting units,
Light emitted from at least one light emitting unit among the plurality of light emitting units is incident on one of the plurality of wavelength conversion elements,
The wavelength of light emitted from at least one light emitting unit among the wavelengths of light emitted from the plurality of light emitting units is different from the wavelength of light emitted from another light emitting unit. Light source device.
前記複数の発光部群のうち、少なくとも一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長が、他の発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長とは異なることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 The plurality of light emitting units are composed of a plurality of light emitting unit groups including a plurality of light emitting units,
Among the plurality of light emitting unit groups, an average wavelength of a plurality of lights emitted from a plurality of light emitting units belonging to at least one light emitting unit group is a plurality of light emitted from a plurality of light emitting units belonging to another light emitting unit group. The light source device according to claim 1, wherein the light source device is different from an average wavelength of light.
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