JP2009027111A - 光源装置、照明装置、モニタ装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、モニタ装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】光を射出する光源部である半導体素子１１と、光源部からの光を共振させる外部共振器であるＶＨＧ１５と、外部共振器が配置された基台であるサブベース１９と、を有し、サブベース１９は、半導体素子１１に対して、ＶＨＧ１５へ入射する光の進行方向と略平行な方向であるＺ軸方向へ移動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、照明装置、モニタ装置及びプロジェクタ、特に、外部共振器を用い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源を用いる技術が提案されている。レーザ光源は、高出力化及び多色化に伴い、プロジェクタの光源として開発されている。プロジェクタの光源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。レーザ光源は、光を共振させる共振器構造が用いられる。共振器構造は、例えば、半導体素子のミラー層、及び外部共振器により構成できる。例えば、特許文献１には、外部共振器を有する光源装置の技術が提案されている。

特開平５−２３５４４１号公報

外部共振器を用いて光を往復させる構成では、外部共振器の位置合わせが不十分であると、効率的なレーザ発振が困難となる場合がある。効率的なレーザ発振を可能とするために、光源部からの光を入射させる各光学部品は、高い精度で位置合わせをすることが求められる。上記特許文献１の図１に示されるように基台上に直接各光学部品を配置する構成では、光学部品同士の高精度な位置調整が不可欠となる。このため、従来の光源装置は、組み立てに長時間を要することや、歩留まり低下による高コスト化が問題となる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、モニタ装置及びプロジェクタ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、光を射出する光源部と、光源部からの光を共振させる外部共振器と、外部共振器が配置された基台と、を有し、基台は、光源部に対して移動可能であることを特徴とする。

外部共振器が配置された基台を移動可能とすることで、光源装置に光源部及び外部共振器を設けた後、光源部に対する外部共振器の位置を調整できる。基台には、外部共振器以外の光学素子を配置できる。外部共振器を基準とする光学素子の位置は、基台にて予め決定することができる。基台に設けられた光学素子について基台ごと位置調整することで、高精度な位置調整を容易にすることができ、光源装置の簡易な組み立てを可能にできる。また、光源部の焦点距離に応じて、最も高い効率で光を共振させることが可能な位置に外部共振器を配置することが可能となる。これにより、簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出することが可能な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、基台は、外部共振器へ入射する光の進行方向と略平行な方向へ移動可能であることが望ましい。これにより、光の進行方向と略平行な方向について外部共振器を位置調整できる。

また、本発明の好ましい態様としては、基台の移動により、光源部及び外部共振器の間の光路長を変更可能であることが望ましい。これにより、光源部の焦点位置へ、外部共振器の位置を容易に調整できる。

また、本発明の好ましい態様としては、外部共振器が配置された基台である第１基台と、光源部及び第１基台が配置された第２基台と、を有し、第２基台のうち第１基台が配置された平面を基準面とし、外部共振器へ入射する光の進行方向と略平行な方向である第１方向に直交し、かつ基準面に略平行な方向を第２方向とすると、第１基台は、第２基台に対して、第２方向へ移動可能であることが望ましい。これにより、第２方向について外部共振器を位置調整できる。

また、本発明の好ましい態様としては、外部共振器が配置された基台である第１基台と、光源部及び第１基台が配置された第２基台と、を有し、第２基台のうち第１基台が配置された平面を基準面とすると、第１基台は、第２基台に対して、基準面に略直交する軸を中心とする回転方向について外部共振器の向きを変化させることが望ましい。これにより、基準面に略直交する軸を中心とする回転方向について外部共振器の向きを調整できる。

また、本発明の好ましい態様としては、外部共振器が配置された基台である第１基台と、光源部及び第１基台が配置された第２基台と、を有し、第２基台のうち第１基台が配置された平面を基準面とし、外部共振器へ入射する光の進行方向と略平行な軸である第１軸に直交し、かつ基準面に略平行な軸を第２軸とすると、第１基台は、第２基台に対して、第２軸を中心とする回転方向について外部共振器の向きを変化させることが望ましい。これにより、第２軸を中心とする回転方向について外部共振器の向きを調整できる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１基台は、第２基台に対して、基準面に略平行な方向へ移動可能な平行移動部と、第２基台に対して回転可能な回転部と、を有することが望ましい。これにより、外部共振器の平行移動による位置調整、及び傾き調整ができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部からの光を入射させる光学素子を有し、光学素子は、基台に配置されることが望ましい。光学素子は、基台にて予め外部共振器と位置決めすることができる。これにより、光学素子について高精度な位置調整ができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、基台のうち光源部側の外縁から、光路に沿って光源部側へ突出して配置されることが望ましい。これにより、光源部に近い位置に光学素子を配置できる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学素子を位置決めする位置決め構造を有することが望ましい。これにより、基台にて外部共振器及び光学素子を予め位置決めすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、光源部からの光の波長を変換する波長変換素子であって、波長変換素子のうち外部共振器に対向する端面と、外部共振器のうち波長変換素子に対向する端面とが、略平行であることが望ましい。波長変換素子のうち外部共振器に対向する端面と、外部共振器のうち波長変換素子に対向する端面とを略平行とすることで、外部共振器のできるだけ近くに波長変換素子を配置できる。この場合、光源部の焦点位置に外部共振器を配置することで、焦点位置近くのエネルギー密度の高い位置に波長変換素子を配置できる。これにより、高効率な波長変換を実現できる。

さらに、本発明に係る光源装置は、光を射出する光源部と、光源部からの光の波長を変換する波長変換素子と、波長変換素子が配置された基台と、を有し、基台は、光源部に対して移動可能であることを特徴とする。波長変換素子が配置された基台を移動可能とすることで、光源装置に光源部及び波長変換素子を設けた後、光源部に対して波長変換素子を光線方向、及び光線に垂直な方向へ位置調整できる。これにより、簡易な組み立てを可能とし、かつ容易に高い効率で光を射出することが可能な光源装置を得られる。

さらに、本発明に係る照明装置は、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。上記の光源装置を用いることで、簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出できる。これにより、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を供給可能な照明装置を得られる。

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。上記の照明装置を用いることで、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を供給できる。これにより、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で供給された光を用いて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。

さらに、本発明に係るプロジェクタは、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。上記の光源装置を用いることで、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出できる。これにより、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で供給された光を用いて明るい画像を表示可能なプロジェクタを得られる。

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、半導体素子１１、光学プリズム１２、第二高調波発生（Second−Harmonic Generation；ＳＨＧ）素子１４、ＶＨＧ１５、及びダイクロイックミラー１６を有する半導体レーザである。光学プリズム１２、ＳＨＧ素子１４、ＶＨＧ１５、及びダイクロイックミラー１６は、Ｚ軸に沿って並列している。Ｘ軸は、Ｚ軸に垂直な軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な軸である。光源装置１０は、Ｙ軸方向へ光を射出する。

半導体素子１１は、メインベース１８に設けられた凹部２０に固定されている。半導体素子１１は、Ｙ軸方向へ第１波長の基本波光を射出する光源部であって、例えば、面発光型の半導体素子である。第１波長は、例えば１０６４ｎｍである。光学プリズム１２は、半導体素子１１からの基本波光が入射する位置に設けられている。光学プリズム１２は、直角三角形の断面を持つ三角柱形状をなしている。光学プリズム１２は、かかる直角三角形を二等分する２つの三角プリズムを貼り合わせて構成されている。２つの三角プリズムの間には、ダイクロイック膜１３が挟持されている。ダイクロイック膜１３は、第１波長の光を透過させ、第１波長とは異なる第２波長の光を反射する。

光学プリズム１２は、接着部材１７によりメインベース１８の基準面Ｓ上に固定されている。基準面Ｓは、メインベース１８のうちサブベース１９側のＸＺ平面である。メインベース１８は、光源部である半導体素子１１が配置された第２基台である。光学プリズム１２及びメインベース１８の間には、板状の透明部材２２が設けられている。接着部材１７は、半導体素子１１を基準として光学プリズム１２を位置決めする位置決め構造として機能する。

第１基台であるサブベース１９は、メインベース１８の基準面Ｓ上に配置されている。ＳＨＧ素子１４、ＶＨＧ１５、及びダイクロイックミラー１６は、サブベース１９上に配置されている。ＳＨＧ素子１４、ダイクロイックミラー１６は、半導体素子１１からの光を入射させる光学素子である。ＳＨＧ素子１４は、半導体素子１１からの光の第１波長を第２波長へ変換する波長変換素子である。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１４は、直方体形状をなしている。ＳＨＧ素子１４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。ＳＨＧ素子１４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１４を用いることで、容易に入手可能な汎用の光源を用いて、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。

ＶＨＧ（Volume Holographic Grating）１５は、サブベース１９に設けられた段差部２１に配置されている。ＶＨＧ１５は、半導体素子１１との間において、半導体素子１１からの光を共振させる外部共振器である。ＶＨＧ１５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。ＶＨＧ１５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（例えば、Ondax, Inc. “Volume Holographic Grating (VHG)” インターネット＜URL: http://www.ondaxinc.com/PDFs/whitepaper-VHG.pdf＞ 参照）。ＶＨＧ１５は、直方体形状をなしている。ＶＨＧ１５は、板状に形成された材料を切り分けることで得られる。ＶＨＧ１５は、切り分け前の材料の厚みや、材料から切り出すサイズを適宜変更することで、所望の大きさとすることができる。

ダイクロイックミラー１６は、ＶＨＧ１５から見てＳＨＧ素子１４とは反対側に設けられている。ダイクロイックミラー１６は、第２波長の光を反射し、第２波長とは異なる他の波長の光を透過させる。ダイクロイックミラー１６は、サブベース１９上に配置された基材２３により、光線に対して傾けて支持されている。基材２３は、直角三角形形状の断面を持つ三角柱形状をなしている。

メインベース１８は、板状部材に凹部２０が施されたものである。凹部２０は、メインベース１８の上面の一部に形成されている。サブベース１９は、板状部材に段差部２１が施されたものである。段差部２１は、板状部材の一部をＸＹ面及びＸＺ面で切断することで形成できる。ＶＨＧ１５は、段差部２１を構成するＸＹ面及びＸＺ面によって位置決めされる。ＶＨＧ１５は、段差部２１に当接させることにより、安定した設置が容易にできる。ＳＨＧ素子１４は、接着部材１７によって、ＶＨＧ１５及びサブベース１９に固定されている。接着部材１７は、ＶＨＧ１５を基準としてＳＨＧ素子１４を位置決めする位置決め構造として機能する。

光学プリズム１２、ＳＨＧ素子１４、ＶＨＧ１５は、表面に反射防止膜（ＡＲコート）を施すことで、界面での反射による光の損失を低減できる。ＳＨＧ素子１４及びＶＨＧ１５を近接させて配置する場合に、接着部材１７は、界面同士が接触することによるＡＲコートの磨耗を低減させる役割も果たす。なお、ＳＨＧ素子１４及びＶＨＧ１５は、接着部材１７及びＡＲコートを介在させず互いに密着させて配置することとしても良い。

半導体素子１１からの基本波光は、透明部材２２を透過後、光学プリズム１２へ入射する。光学プリズム１２へ入射した光は、光学プリズム１２の界面で反射し、光路が折り曲げられた後、ダイクロイック膜１３へ入射する。ダイクロイック膜１３へ入射した基本波光は、ダイクロイック膜１３を透過し、光学プリズム１２から射出する。光学プリズム１２からの光は、ＳＨＧ素子１４へ入射する。

光学プリズム１２から光を入射させることによりＳＨＧ素子１４で生じた第２波長の高調波光は、ＶＨＧ１５を透過する。ＶＨＧ１５を透過した高調波光は、ダイクロイックミラー１６へ入射する。光学プリズム１２側からＳＨＧ素子１４を透過した基本波光は、ＶＨＧ１５で反射する。ＶＨＧ１５で反射した光は、ＳＨＧ素子１４へ入射する。

ＶＨＧ１５から光を入射させることによりＳＨＧ素子１４で生じた高調波光は、光学プリズム１２内のダイクロイック膜１３で反射し、光路が折り曲げられる。ダイクロイック膜１３で反射した光は、光学プリズム１２の界面での反射によりさらに光路が折り曲げられ、光学プリズム１２から射出する。光学プリズム１２から射出した光は、Ｚ軸方向に進行し、ＳＨＧ素子１４の近傍及びＶＨＧ１５の近傍を通過する。ＳＨＧ素子１４の近傍及びＶＨＧ１５の近傍を通過した光は、ＶＨＧ１５を透過した光と略平行に進行し、ダイクロイックミラー１６へ入射する。ダイクロイックミラー１６へ入射した高調波光は、ダイクロイックミラー１６での反射によりＹ軸方向へ光路が折り曲げられる。ダイクロイックミラー１６で反射した光は、光源装置１０から射出する。光源装置１０は、ダイクロイックミラー１６を用いることで、ＳＨＧ素子１４で波長変換された高調波光を選択的に射出することができる。

ＶＨＧ１５側からＳＨＧ素子１４を透過した基本波光は、光学プリズム１２内のダイクロイック膜１３を透過する。ダイクロイック膜１３を透過した光は、光学プリズム１２の界面で反射し、半導体素子１１の方向へ進行する。光学プリズム１２から透明部材２２を経て半導体素子１１へ入射した光は、半導体素子１１に設けられたミラー層（不図示）で反射する。半導体素子１１のミラー層、及びＶＨＧ１５により反射された光は、半導体素子１１から新たに射出される光と共振して増幅される。光学プリズム１２を用いることで、ＶＨＧ１５側からＳＨＧ素子１４へ光を入射させることにより生じた高調波光を光源装置１０外へ進行させ、かつＳＨＧ素子１４を透過した基本波光を半導体素子１１の方向へ進行させることができる。これにより、波長変換効率を向上させることができる。

サブベース１９は、メインベース１８に対して、Ｚ軸方向について移動可能に配置されている。Ｚ軸方向は、ＶＨＧ１５へ入射する光の進行方向と略平行な方向である。サブベース１９は、メインベース１８に固定された半導体素子１１に対して移動することとなる。よって、半導体素子１１を基準とするＶＨＧ１５の位置は、サブベース１９の移動により調整できる。光源装置１０は、サブベース１９の移動により、半導体素子１１及びＶＢＧ１５の間の光路長を変更できる。ＶＨＧ１５を基準とするＳＨＧ素子１４、ダイクロイックミラー１６の位置は、サブベース１９上にて予め決定できる。

半導体素子１１は、サーマルレンズ効果により、若干収束ぎみの基本波光を射出する。半導体素子１１の活性層（不図示）は、電流供給、及びレーザ光の照射により局所的に温度が上昇する。サーマルレンズ効果は、局所的な温度上昇からレーザ結晶に屈折率分布が生じる現象である。波長変換素子は、通常、波長変換素子内を透過する光のエネルギー密度に略比例して、波長変換効率が向上することが知られている。収束ぎみの光をＳＨＧ素子１４へ入射させることで、ＳＨＧ素子１４内を透過する光のエネルギー密度を高め、高い波長変換効率を得ることができる。ＶＨＧ１５は、サーマルレンズ効果により形成されるビームウェスト（焦点）が反射基準位置Ｈと一致するように、Ｚ軸方向についての位置が調整される。反射基準位置Ｈは、光を透過させる方向についてのＶＨＧ１５内の位置であって、最も高い反射率で光を反射可能な位置である。

図２は、半導体素子１１の温度、及び焦点距離ｆの関係を示す。焦点距離ｆは、半導体素子１１からビームウェストまでの距離である。サーマルレンズ効果による光の収束度合いは、半導体素子１１の温度に応じて変化する。半導体素子１１の温度が上昇するに従い、焦点距離ｆは短くなる。

図３は、Ｚ軸方向についてのＶＨＧ１５の位置と、光源装置１０による光の射出効率との関係を示す。光の射出効率は、ＶＨＧ１５の反射基準位置Ｈがビームウェストの位置と一致しているときを１００％として表している。ＶＨＧ１５の位置は、ビームウェストから反射基準位置Ｈまでの距離によって表している。反射基準位置Ｈがビームウェストの位置から離れるほど、光の射出効率は低下する。９０％以上の射出効率を実現するためには、反射基準位置Ｈがビームウェストから±０．５ｍｍの範囲内にあることを要する。図２を用いて説明した温度特性により、ビームウェストの位置は例えば３ｍｍ程度変化する場合がある。また、サーマルレンズ効果による光の収束度合いは、半導体素子１１ごとのばらつきによっても変化する。

本発明では、半導体素子１１の焦点距離に応じて、最も高い効率で光を共振させることが可能な位置にＶＨＧ１５を配置することが可能となる。サブベース１９の移動により、半導体素子１１の焦点位置へ、ＶＨＧ１５の位置を容易に調整できる。サブベース１９の移動によりＶＨＧ１５の位置を調整することで、半導体素子１１を基準とするＳＨＧ素子１４、ダイクロイックミラー１６の位置も調整される。このように、ＳＨＧ素子１４、ＶＨＧ１５、ダイクロイックミラー１６についてサブベース１９ごと位置調整することで高精度な位置調整を容易にすることができ、光源装置１０の簡易な組み立てを可能にできる。

仮に、サブベース１９のうち光学プリズム１２側の外縁がＳＨＧ素子１４よりも光学プリズム１２側へ突出していると、サブベース１９が光学プリズム１２に当たることで、ＳＨＧ素子１４を光学プリズム１２に近接させることが困難な場合があり得る。本実施例において、ＳＨＧ素子１４は、サブベース１９のうち光学プリズム１２側の外縁から、光路に沿って光学プリズム１２側へ幅ｄ１だけ突出して配置されている。サブベース１９から光学プリズム１２側へＳＨＧ素子１４を突出させることで、ＳＨＧ素子１４を光学プリズム１２に近接させることが可能となる。

ＳＨＧ素子１４のうちＶＨＧ１５に対向する端面と、ＶＨＧ１５のうちＳＨＧ素子１４に対向する端面とは、略平行である。この場合、ＶＨＧ１５のできるだけ近くにＳＨＧ素子１４を配置することが可能となる。半導体素子１１の焦点位置にＶＨＧ１５が配置されることから、焦点位置近くのエネルギー密度の高い位置にＳＨＧ素子１４を配置できる。これにより、高効率な波長変換を実現できる。

ＳＨＧ素子１４は、光を透過させる方向であるＺ軸方向へ長いほど、波長変換効率を高くすることができる。光学プリズム１２及びＳＨＧ素子１４の間隔ｄ２は、ＶＨＧ１５等の位置調整のためのサブベース１９の移動量が確保できれば良く、限りなく小さくできる。また、半導体素子１１の焦点距離が短い場合も、ＶＨＧ１５等の位置調整を容易にできる。Ｚ軸方向へ長いＳＨＧ素子１４を用いることで、高い効率で波長変換できる。以上により、簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出できるという効果を奏する。

光源装置１０は、光学プリズム１２を省略しても良い。この場合、光源装置１０は、半導体素子１１、ＳＨＧ素子１４、ＶＨＧ１５、及びダイクロイックミラー１６をＺ軸方向へ並列させる構成にできる。また、光源装置１０は、ダイクロイックミラー１６を省略しても良い。この場合、光源装置１０は、Ｚ軸方向へ光を射出する構成にできる。半導体素子１１及びＳＨＧ素子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４は、本実施例の変形例１に係る光源装置３０の概略構成を示す。本変形例の光源装置３０は、半導体素子１１、バンドパスフィルタ３１、ＳＨＧ素子１４、及びダイクロイックミラー３３を有する。半導体素子１１、バンドパスフィルタ３１、ＳＨＧ素子１４、及びダイクロイックミラー３３は、Ｚ軸に沿って並列している。光源装置３０は、Ｚ軸方向へ光を射出する。メインベース３４は、Ｙ軸及びＺ軸に沿うＬ字型の部材により構成される。半導体素子１１は、メインベース３４のＸＹ平面に固定されている。半導体素子１１は、Ｚ軸方向へ基本波光を射出させる。

サブベース３５は、メインベース３４の基準面Ｓ上に配置されている。基準面Ｓは、メインベース３４のうちサブベース３５側のＸＺ平面である。バンドパスフィルタ３１、ＳＨＧ素子１４、及びダイクロイックミラー３３は、サブベース３５上に配置されている。バンドパスフィルタ３１及びＳＨＧ素子１４は、半導体素子１１からの光を入射させる光学素子である。バンドパスフィルタ３１は、半導体素子１１及びＳＨＧ素子１４の間の光路中に設けられている。

バンドパスフィルタ３１は、支持部３２によって支持されている。支持部３２は、バンドパスフィルタ３１の紙面奥側にてバンドパスフィルタ３１を支持する。バンドパスフィルタ３１は、光線に対して所定の角度をなすように傾けて配置されている。バンドパスフィルタ３１は、第１波長の光を選択的に透過させ、第１波長とは異なる波長（第２波長を含む）の光を反射する。バンドパスフィルタ３１は、波長選択膜である誘電体多層膜を有する。支持部３２は、バンドパスフィルタ３１を支持可能であれば良く、本実施例で説明する構成である場合に限られない。

ダイクロイックミラー３３は、ＳＨＧ素子１４のうちバンドパスフィルタ３１側とは反対側の面に設けられている。ダイクロイックミラー３３は、半導体素子１１との間において、半導体素子１１からの光を共振させる外部共振器である。ダイクロイックミラー３３は、第１波長の光を反射し、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。ダイクロイックミラー３３は、ＳＨＧ素子１４側の入射面Ｓ１において第１波長の光を反射する。ダイクロイックミラー３３は、バンドパスフィルタ３１が透過させる光の波長域に比較して、広い波長域の光を反射させる。光源装置３０は、高い波長選択性を持つバンドパスフィルタ３１を用いることで、狭い波長域の光を射出することができる。

サブベース３５は、メインベース３４に対して、Ｚ軸方向について移動可能に配置されている。ダイクロイックミラー３３を基準とするＳＨＧ素子１４の位置は、ダイクロイックミラー３３の入射面Ｓ１にＳＨＧ素子１４を当接させることで予め決定できる。半導体素子１１を基準とするダイクロイックミラー３３の位置は、サブベース３５の移動により調整することができる。ダイクロイックミラー３３は、半導体素子１１からの光のビームウェストが入射面Ｓ１と一致するように調整される。

バンドパスフィルタ３１は、サブベース３５のうち半導体素子１１側の外縁から、光路に沿って半導体素子１１側へ幅ｄ３だけはみ出させて配置されている。かかる構成により、Ｚ軸方向へ長いＳＨＧ素子１４を配置することができる。また、バンドパスフィルタ３１にＳＨＧ素子１４を近接させることが可能となる。本変形例の場合も、簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出できる。なお、本変形例の場合も、ＳＨＧ素子１４及びダイクロイックミラー３３の間に接着部材を設けることで、ＳＨＧ素子１４を位置決めすることとしても良い。メインベース１８、３４及びサブベース１９、３５は、本実施例で説明するものに限られない。少なくとも、メインベース１８、３４に対してサブベース１９、３５を移動させることが可能であれば良く、適宜変形しても良い。

図５は、本発明の実施例２に係る光源装置４０の概略構成を示す。本実施例の光源装置４０は、ＳＨＧ素子１４及びＶＨＧ１５の向きを調整可能であることを特徴とする。上記実施例１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。光源装置４０は、半導体アレイ素子４１、ミラー４２、ＳＨＧ素子１４、及びＶＨＧ１５を有するレーザアレイである。ミラー４２、ＳＨＧ素子１４、及びＶＨＧ１５は、Ｚ軸に沿って並列している。半導体アレイ素子４１は、Ｙ軸方向へ第１波長の基本波光を射出する光源部である。

図６は、半導体アレイ素子４１、ＳＨＧ素子１４及びＶＨＧ１５を示す。半導体アレイ素子４１は、Ｘ軸方向に並列された複数の発光部４８を有する。図５に戻って、ミラー４２は、半導体アレイ素子４１からの基本波光が入射する位置に設けられている。ミラー４２は、半導体アレイ素子４１からの光を反射する。なお、図６では、ミラー４２における光路の折り曲げについての図示を省略している。発光部４８の数量及び配置は、図示する場合に限られず、適宜変更しても良い。

第１基台であるサブベース４３は、平行移動部４４及び回転部４５を有する。平行移動部４４は、基準面Ｓ上に配置されている。平行移動部４４は、基準面Ｓに略平行な方向であるＺ軸方向、及びＸ軸方向へ移動可能に配置されている。平行移動部４４は、板状部材に凹部４６が形成されたものである。凹部４６は、平行移動部４４のうち回転部４５側の面に形成されている。回転部４５は、平行移動部４４の上に配置されている。回転部４５は、板状部材に凸部４７が形成されたものである。凸部４７は、回転部４５のうち平行移動部４４側の面に形成されている。

回転部４５の凸部４７は、球体の一部と同様の形状を有する。平行移動部４４の凹部４６は、凸部４７より小さく形成されている。回転部４５は、凸部４７が凹部４６を塞ぐようにして、平行移動部４４上に配置されている。回転部４５は、凸部４７を中心として、平行移動部４４及びメインベース１８に対して回転する。回転部４５は、Ｘ軸を中心とする回転方向、及びＹ軸を中心とする回転方向について向きが変化する。Ｙ軸は、基準面Ｓに略直交する軸である。Ｚ軸は、ＶＨＧ１５へ入射する光の進行方向と略平行な第１軸である。Ｘ軸は、第１軸であるＺ軸に直交し、かつ基準面Ｓに略平行な第２軸である。サブベース４３は、メインベース１８に対して、Ｙ軸を中心とする回転方向、及びＸ軸を中心とする回転方向について、ＳＨＧ素子１４及びＶＨＧ１５の向きを変化させる。

サブベース４３は、メインベース１８に対して、Ｚ軸方向及びＸ軸方向について移動可能に配置されている。Ｚ軸方向は、ＶＨＧ１５へ入射する光の進行方向と略平行な方向である第１方向である。Ｘ軸方向は、第１方向に直交し、かつ基準面Ｓに略平行な方向である第２方向である。Ｚ軸方向、及びＸ軸方向についての位置調整は、メインベース１８に対して平行移動部４４を平行移動させることにより行う。ＶＨＧ１５は、ビームウェストが反射基準位置Ｈと一致するように、Ｚ軸方向についての位置が調整される。また、ＳＨＧ素子１４は、各発光部４８からの光線がいずれもＳＨＧ素子１４の分極反転構造へ入射するように、Ｘ軸方向についての位置が調整される。

Ｙ軸を中心とする回転角α、及びＸ軸を中心とする回転角θの調整は、メインベース１８に対して回転部４５を回転させることにより行う。ＶＨＧ１５は、各発光部４８からの光線について、ビームウェストが反射基準位置Ｈと一致するように、回転角αが調整される。ＶＨＧ１５について回転角θを調整することで、ＶＨＧ１５の干渉縞に対して略直交するように各光線を入射させることができる。ＳＨＧ素子１４について回転角α、θを調整することで、ＳＨＧ素子１４の分極反転構造に対して略直交する向きでＳＨＧ素子１４へ各光線を入射させることができる。

図７は、ＶＨＧ１５の回転角α、θと、光源装置４０による光の射出効率との関係を示す。光の射出効率は、ＶＨＧ１５の回転角α及びθがゼロであるときを１００％として表している。Ｙ軸及びＸ軸を中心にＶＨＧ１５の傾きが顕著となるに従い、光の射出効率は低下する。９０％以上の射出効率を実現するためには、回転角α、θの誤差は、±１ｍｒａｄの範囲内であることを要する。図５に戻って、ＳＨＧ素子１４は、サブベース４３のうちミラー４２側の外縁から、光路に沿ってミラー４２側へ幅ｄ４だけ突出させて配置されている。かかる構成により、Ｚ軸方向へ長いＳＨＧ素子１４を配置することができる。また、ミラー４２にＳＨＧ素子１４を近接させることが可能となる。

図８は、Ｘ軸方向についてのＳＨＧ素子１４の位置と、光源装置４０による光の射出効率との関係を示す。ＳＨＧ素子１４が最適な位置からＸ軸方向へずれるほど、光の射出効率は低下する。９０％以上の射出効率を実現するためには、Ｘ軸方向についてのＳＨＧ素子１４の位置の誤差は、±０．１ｍｍの範囲内であることを要する。

本実施例では、平行移動部４４を用いた位置調整、及び回転部４５を用いた傾き調整を可能とすることで、ＳＨＧ素子１４及びＶＨＧ１５について高精度な位置調整、傾き調整を容易にすることができる。これにより、簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出させることができる。光源装置４０は、さらにＺ軸を中心とする回転角を調整することとしても良い。サブベース４３は、平行移動部４４に対して回転部４５を回転させることが可能であれば良く、本実施例で説明する構成以外の構成であっても良い。サブベース４３は、メインベース１８に対してＶＨＧ１５を回転させることが可能であれば良く、平行移動部４４及び回転部４５を有する構成に限られない。また、半導体アレイ素子４１は、上記実施例１の光源装置１０、３０に適用しても良い。上記実施例１の光源装置１０、３０も、Ｘ軸方向についてサブベース１９、３５を移動可能としても良く、サブベース１９、３５によりＶＨＧ１５の向きを調整可能としても良い。

図９は、本発明の実施例３に係る光源装置５０の概略構成を示す。本実施例の光源装置５０は、集光レンズ５２及びＳＨＧ素子１４の位置を調整可能であることを特徴とする。上記実施例１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。光源装置５０は、レーザ光源５１、集光レンズ５２、及びＳＨＧ素子１４を有する。レーザ光源５１、集光レンズ５２、及びＳＨＧ素子１４は、Ｚ軸方向へ並列している。

光源部であるレーザ光源５１は、内部共振器で共振させた光を射出する内部共振型の半導体レーザである。レーザ光源５１は、メインベース５３の基準面Ｓに配置されている。図中レーザ光源５１内には、サーマルレンズのイメージを示している。メインベース５３は、レーザ光源５１が配置された第２基台である。第１基台であるサブベース５４は、メインベース５３の基準面Ｓ上に配置されている。集光レンズ５２及びＳＨＧ素子１４は、サブベース５４上に配置されている。集光レンズ５２及びＳＨＧ素子１４は、レーザ光源５１からの光を入射させる光学素子である。集光レンズ５２は、レーザ光源５１からの光を集光させる。ＳＨＧ素子１４は、集光レンズ５２により集光された光の波長を変換する。メインベース５３及びサブベース５４は、いずれも板状部材により構成されている。

サブベース５４は、メインベース５３に対して、Ｚ軸方向について移動可能に配置されている。サブベース５４は、メインベース５３に固定されたレーザ光源５１に対して移動可能である。レーザ光源５１を基準とするＳＨＧ素子１４の位置は、サブベース５４の移動により調整することができる。ＳＨＧ素子１４を基準とする集光レンズ５２の位置は、サブベース５４上にて予め決定できる。集光レンズ５２の位置を予め調整することで、ＳＨＧ素子１４に対し集光レンズ５２の焦点を最適な位置にすることができる。本実施例の場合も、簡易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出できる。

集光レンズ５２は、サブベース５４のうちレーザ光源５１側の外縁から、光路に沿ってレーザ光源５１側へ突出させて配置されている。かかる構成により、Ｚ軸方向へ長いＳＨＧ素子１４を配置することができる。また、レーザ光源５１に集光レンズ５２を近接させることが可能となる。光源装置５０は、光源部としてレーザアレイを用いても良い。また、光源装置５０は、Ｘ軸方向についてサブベース５４を移動可能としても良く、サブベース５４によりＳＨＧ素子１４の向きを調整可能としても良い。上記各実施例の光源装置は、光源部として半導体素子を用いる他、半導体レーザ励起固体（Diode Pumped Solid State；ＤＰＳＳ）レーザや、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いる構成としても良い。

図１０は、本発明の実施例４に係るモニタ装置６０の概略構成を示す。モニタ装置６０は、装置本体６１と、光伝送部６２とを有する。装置本体６１は、上記実施例１の光源装置１０（図１参照）を備える。上記実施例１と重複する説明は省略する。光伝送部６２は、２つのライトガイド６４、６５を有する。光伝送部６２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板６６及び結像レンズ６７が設けられている。第１ライトガイド６４は、光源装置１０からの光を被写体へ伝送する。拡散板６６は、第１ライトガイド６４の射出側に設けられている。第１ライトガイド６４内を伝播した光は、拡散板６６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６６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６５は、被写体からの光をカメラ６３へ伝送する。結像レンズ６７は、第２ライトガイド６５の入射側に設けられている。結像レンズ６７は、被写体からの光を第２ライトガイド６５の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ６７により第２ライトガイド６５へ入射した後、第２ライトガイド６５内を伝播してカメラ６３へ入射する。

第１ライトガイド６４、第２ライトガイド６５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、レーザ光を遠方へ伝送させることができる。カメラ６３は、装置本体６１内に設けられている。カメラ６３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６５から入射した光をカメラ６３へ入射させることで、カメラ６３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、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を供給できる。これにより、容易な組み立てを可能とし、かつ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６０は、上記各実施例のいずれの光源装置を適用しても良い。

図１１は、本発明の実施例５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７９に光を供給し、スクリーン７９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７１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置７１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置７１Ｂを有する。各色光用光源装置７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ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７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂからの光を用いて画像を表示する。

Ｒ光用光源装置７１Ｒは、Ｒ光を供給する光源装置である。拡散素子７２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７２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７３は、Ｒ光用光源装置７１Ｒからのレーザ光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置７４Ｒへ入射させる。Ｒ光用光源装置７１Ｒ、拡散素子７２、及びフィールドレンズ７３は、Ｒ光用空間光変調装置７４Ｒを照明する照明装置を構成する。Ｒ光用空間光変調装置７４Ｒ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７４Ｒ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７５へ入射する。

Ｇ光用光源装置７１Ｇは、Ｇ光を供給する光源装置である。拡散素子７２及びフィールドレンズ７３を経たレーザ光は、Ｇ光用空間光変調装置７４Ｇへ入射する。Ｇ光用光源装置７１Ｇ、拡散素子７２、及びフィールドレンズ７３は、Ｇ光用空間光変調装置７４Ｇを照明する照明装置を構成する。Ｇ光用空間光変調装置７４Ｇ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７４Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム７５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７１Ｂは、Ｂ光を供給する光源装置である。拡散素子７２及びフィールドレンズ７３を経たレーザ光は、Ｂ光用空間光変調装置７４Ｂへ入射する。Ｂ光用光源装置７１Ｂ、拡散素子７２、及びフィールドレンズ７３は、Ｂ光用空間光変調装置７４Ｂを照明する照明装置を構成する。Ｂ光用空間光変調装置７４Ｂ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７４Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム７５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）を用いることができる。

クロスダイクロイックプリズム７５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７６、７７を有する。第１ダイクロイック膜７６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７７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７５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７８の方向へ射出する。投写レンズ７８は、クロスダイクロイックプリズム７５で合成された光をスクリーン７９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７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂを用いることにより、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で光を射出できる。これにより、容易な組み立てを可能とし、かつ高い効率で供給された光を用いて明るい画像を表示できるという効果を奏する。なお、プロジェクタ７０は、上記各実施例のいずれの光源装置と同様の構成の各色光用光源装置を適用しても良い。

プロジェクタは、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良い。

本発明の光源装置は、モニタ装置やプロジェクタに適用される場合に限られない。本発明の光源装置は、例えば、レーザ光を用いて露光を行う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、モニタ装置やプロジェクタ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。 半導体素子の温度、及び焦点距離の関係を示す図。 Ｚ軸方向についてのＶＨＧの位置と光の射出効率との関係を示す図。 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。 本発明の実施例２に係る光源装置の概略構成を示す図。 半導体アレイ素子、ＳＨＧ素子及びＶＨＧを示す図。 回転角α、θと光の射出効率との関係を示す図。 Ｘ軸方向についてのＳＨＧ素子の位置と光の射出効率との関係を示す図。 本発明の実施例３に係る光源装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例４に係るモニタ装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例５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 光学プリズム、１３ ダイクロイック膜、１４ ＳＨＧ素子、１５ ＶＨＧ、１６ ダイクロイックミラー、１７ 接着部材、１８ メインベース、１９ サブベース、２０ 凹部、２１ 段差部、２２ 透明部材、２３ 基材、Ｈ 反射基準位置、Ｓ 基準面、３０ 光源装置、３１ バンドパスフィルタ、３２ 支持部、３３ ダイクロイックミラー、３４ メインベース、３５ サブベース、Ｓ１ 入射面、４０ 光源装置、４１ 半導体アレイ素子、４２ ミラー、４３ サブベース、４４ 平行移動部、４５ 回転部、４６ 凹部、４７ 凸部、４８ 発光部、５０ 光源装置、５１ レーザ光源、５２ 集光レンズ、５３ メインベース、５４ サブベース、６０ モニタ装置、６１ 装置本体、６２ 光伝送部、６３ カメラ、６４ 第１ライトガイド、６５ 第２ライトガイド、６６ 拡散板、６７ 結像レンズ、７０ プロジェクタ、７１Ｒ Ｒ光用光源装置、７１Ｇ Ｇ光用光源装置、７１Ｂ Ｂ光用光源装置、７２ 拡散素子、７３ フィールドレンズ、７４Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、７４Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、７４Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、７５ クロスダイクロイックプリズム、７６ 第１ダイクロイック膜、７７ 第２ダイクロイック膜、７８ 投写レンズ、７９ スクリーン

Claims (15)

1. 光を射出する光源部と、
   前記光源部からの光を共振させる外部共振器と、
   前記外部共振器が配置された基台と、を有し、
   前記基台は、前記光源部に対して移動可能であることを特徴とする光源装置。
2. 前記基台は、前記外部共振器へ入射する光の進行方向と略平行な方向へ移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記基台の移動により、前記光源部及び前記外部共振器の間の光路長を変更可能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. 前記外部共振器が配置された前記基台である第１基台と、
   前記光源部及び前記第１基台が配置された第２基台と、を有し、
   前記第２基台のうち前記第１基台が配置された平面を基準面とし、
   前記外部共振器へ入射する光の進行方向と略平行な方向である第１方向に直交し、かつ前記基準面に略平行な方向を第２方向とすると、
   前記第１基台は、前記第２基台に対して、前記第２方向へ移動可能であ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. 前記外部共振器が配置された前記基台である第１基台と、
   前記光源部及び前記第１基台が配置された第２基台と、を有し、
   前記第２基台のうち前記第１基台が配置された平面を基準面とすると、
   前記第１基台は、前記第２基台に対して、前記基準面に略直交する軸を中心とする回転方向について前記外部共振器の向きを変化させ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. 前記外部共振器が配置された前記基台である第１基台と、
   前記光源部及び前記第１基台が配置された第２基台と、を有し、
   前記第２基台のうち前記第１基台が配置された平面を基準面とし、
   前記外部共振器へ入射する光の進行方向と略平行な軸である第１軸に直交し、かつ前記基準面に略平行な軸を第２軸とすると、
   前記第１基台は、前記第２基台に対して、前記第２軸を中心とする回転方向について前記外部共振器の向きを変化させ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. 前記第１基台は、
   前記第２基台に対して、前記基準面に略平行な方向へ移動可能な平行移動部と、
   前記第２基台に対して回転可能な回転部と、を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の光源装置。
8. 前記光源部からの光を入射させる光学素子を有し、
   前記光学素子は、前記基台に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記光学素子は、前記基台のうち前記光源部側の外縁から、光路に沿って前記光源部側へ突出して配置されることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 前記光学素子を位置決めする位置決め構造を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の光源装置。
11. 前記光学素子は、前記光源部からの光の波長を変換する波長変換素子であって、
    前記波長変換素子のうち前記外部共振器に対向する端面と、前記外部共振器のうち前記波長変換素子に対向する端面とが、略平行であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の光源装置。
12. 光を射出する光源部と、
    前記光源部からの光の波長を変換する波長変換素子と、
    前記波長変換素子が配置された基台と、を有し、
    前記基台は、前記光源部に対して移動可能であることを特徴とする光源装置。
13. 請求項１〜１２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。
14. 請求項１３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。
15. 請求項１〜１２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プロジェクタ。

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