JP2010045273A - 光源装置、プロジェクタ、モニタ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高出力化や高効率化が可能な光源装置を提供する。
【解決手段】本発明の光源装置100は、複数の発光部160a、160bを有する光源基板110と、複数の集光部121a、121bを有する集光基板120と、を備える。複数の集光部121a、121bの各々が、複数の発光部160a、160bから射出された光の各々を集光するように配置されている。光源基板110と集光基板120とが近接して接合されている。光源基板110と集光基板120とを高精度に位置合わせすることにより、複数の発光部160a、160bの各々と複数の集光部121a、121bの各々とを一括して高精度に位置合わせされる。複数の発光部160a、160bから射出された光の強度分布が複数の集光部121a、121bにより調整されるので、光の利用効率が高くなる。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の光源装置100は、複数の発光部160a、160bを有する光源基板110と、複数の集光部121a、121bを有する集光基板120と、を備える。複数の集光部121a、121bの各々が、複数の発光部160a、160bから射出された光の各々を集光するように配置されている。光源基板110と集光基板120とが近接して接合されている。光源基板110と集光基板120とを高精度に位置合わせすることにより、複数の発光部160a、160bの各々と複数の集光部121a、121bの各々とを一括して高精度に位置合わせされる。複数の発光部160a、160bから射出された光の強度分布が複数の集光部121a、121bにより調整されるので、光の利用効率が高くなる。
【選択図】図1
Description
本発明は、光源装置、プロジェクタ、モニタ装置に関する。
従来からプロジェクタ等の光学装置の分野では、照明光源として高圧水銀ランプが多用されている。高圧水銀ランプには、高出力な光が得られるという利点があるが、色再現性に制約があること、瞬時点灯・消灯が難しいこと、寿命が短いこと等の課題もある。このような事情により、発光ダイオードや半導体レーザ等の固体光源を用いた光源装置が期待されている。高出力にする観点から、光源装置に複数の固体光源を配置することが考えられる。複数の固体光源を配置した光源装置としては、特許文献1、2に開示されているものがある。
特許文献1のレーザ光発生装置は、スペックルノイズを低減する目的で複数のレーザ光源を設けたものである。レーザ光は、単一波長の光であるので色再現性に優れるが、一方で可干渉性が高いのでスペックルノイズを生じやすいという課題もある。特許文献1では、位相変調部がレーザ光源の各々に設けられており、複数のレーザ光源において位相変調部により波長をずらしている。これにより、複数のレーザ光源から射出されるレーザ光全体としては、スペクトル幅が広くなりスペックルノイズが低減される。
特許文献2の半導体レーザアレイは、光ファイバ通信において伝送容量の拡大を目的として波長が異なる複数の半導体レーザを配置したものである。複数の半導体レーザの各々に、射出されるレーザ光の波長を制御する回折格子(導波層)が設けられている。複数の半導体レーザで導波層の厚みが異なっており、多波長光源になっている。
特開平9−121069号公報
特開平7−15092号公報
以上のように複数の固体光源を用いて光源装置を構成することは公知であるが、実質的に高出力な光が得られる光源装置にするためには改善すべき点がある。
前記のように、複数の固体光源から射出される光の総出力は、固体光源の数を増やすほど高くなる。固体光源から射出された光はレンズや各種フィルタ等の光学部品を経て光源装置から射出されるので、光源装置から射出される光を高出力にするためには、光学部品での光利用効率を高めることが有効である。
前記のように、複数の固体光源から射出される光の総出力は、固体光源の数を増やすほど高くなる。固体光源から射出された光はレンズや各種フィルタ等の光学部品を経て光源装置から射出されるので、光源装置から射出される光を高出力にするためには、光学部品での光利用効率を高めることが有効である。
光利用効率を高めるためには、光源装置から射出された光の強度分布を制御すればよい。具体的には、光束における光強度を光軸回りに対称的に分布させることや光強度を光軸付近に集中的に分布させることが有効である。
しかしながら、多数の固体光源を配置すると、その各々に対して光の強度分布を制御する光学部品を高精度に位置合わせすることが難しくなってしまう。位置合わせの精度が不十分であると、固体光源と光学部品との間で光軸がずれてしまい、各種光学部品における光利用効率が低下してしまう。すると、固体光源から射出された後、光源装置から射出されるまでの間に、光の損失が累積されて増加してしまい、固体光源の数に見合った出力の光が得られなくなってしまう。一方、位置合わせの精度を確保しようとすれば製造コストが高騰してしまい、光源装置を構成することが現実的でなくなる。
また、光源装置を用いてプロジェクタ等のデバイスを構成する場合についても同様である。すなわち、ビーム成型用の光学部品が固体光源と良好に位置合わせされていないと、光源装置から射出される光束の拡散角が大きくなったり、強度分布の対称性が悪くなったりする。すると、プロジェクタを構成するライトバルブや投射レンズ等の構成要素において光の利用効率が低くなってしまう。これにより、光源装置から射出される光が高出力であっても、プロジェクタから射出される光が実質的に高出力にならず、明るい投射映像が得られなくなる。
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、高出力化や高効率化が可能な光源装置を提供することを目的の1つとする。また、高品質な投射画像が得られるプロジェクタや、鮮明な撮像画像が得られるモニタ装置を提供することを目的の1つとする。
本発明の光源装置は、複数の発光部を有する光源基板と、複数の集光部を有する集光基板と、を備え、前記複数の集光部の各々が、前記複数の発光部から射出された光の各々を集光するように配置されており、前記光源基板と前記集光基板とが近接して接合されていることを特徴とする。
このようにすれば、光源基板と集光基板とを高精度に位置合わせすることにより、複数の発光部の各々と複数の集光部の各々とを一括して高精度に位置合わせすることができる。したがって、複数の発光部から射出された光の各々の強度分布を複数の集光部の各々により調整することが可能になり、光源装置内の光学部品や光源装置を用いたデバイスの構成要素において光の利用効率を高めることが可能になる。
また、光源基板と集光基板とが近接して接合されているので、光源基板と集光基板とが離間して配置されている場合よりも、発光部と集光部との間の距離が短くなる。したがって、発光部から射出された光が集光部に入射する際のビーム径が小さくなり、集光部における光の利用効率が高くなる。また、ビーム径が小さくなるので集光部を小型化することができ、集光基板における集光部の集積度を高くすることが可能になる。これにより、光源基板において発光部の高集積化を図ることができ、高出力な光源装置を構成することが可能になる。
以上のように、本発明によれば、光源基板から射出される光を格段に高出力にすることが可能であり、しかも射出された光の利用効率を高めることが可能であるので、格段に高出力な光が得られる光源装置になる。
また、前記複数の集光部から射出された光の波長を変換する波長変換素子を備え、該複数の集光部の各々は、前記波長変換素子内に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることが好ましい。この場合には、前記複数の集光部の各々は、前記波長変換素子における入射端面と射出端面との中央部に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることが好ましい。
このようにすれば、集光部から射出された光の波長を変換するので、発光部から直接発光させることが難しい波長の光が容易に得られるようになり、所望の波長の光が得られる光源装置になる。また、集光部の焦点距離が、波長変換素子内に焦点を結ぶように調整されていれば、波長変換素子に入射する光の光線密度が高くなり、波長変換素子における光の変換効率が高くなる。特に、波長変換素子における入射端面と射出端面との中央部に集光させることにより、波長変換素子の変換効率が格段に高くなる。
また、前記複数の発光部の各々が、該発光部から射出される光の波長を制御する波長制御手段を有し、前記複数の発光部において射出される光の波長が異なっていることが好ましい。
このようにすれば、光源装置から射出される光は、全体としてスペクトル幅が広くなり、可干渉性が低くなるのでスペックルノイズが低減される。
このようにすれば、光源装置から射出される光は、全体としてスペクトル幅が広くなり、可干渉性が低くなるのでスペックルノイズが低減される。
また、前記光源基板と前記集光基板とが、スペーサを介して接合されていることが好ましい。
このようにすれば、光源基板と集光基板の間隔を高精度に管理することができる。したがって、発光部と集光部との間の距離が高精度になり、複数の発光部の各々から射出された光を所定の焦点距離で集光することができる。
このようにすれば、光源基板と集光基板の間隔を高精度に管理することができる。したがって、発光部と集光部との間の距離が高精度になり、複数の発光部の各々から射出された光を所定の焦点距離で集光することができる。
また、前記光源基板と前記集光基板とを面方向において位置合わせする位置合わせ手段が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、複数の発光部の各々と複数の集光部の各々とを高精度に位置合わせすることができる。
このようにすれば、複数の発光部の各々と複数の集光部の各々とを高精度に位置合わせすることができる。
また、前記複数の発光部の各々が、端面発光型のレーザ素子により構成されていることが好ましい。
端面発光型のレーザ素子によれば、レーザ素子内での光の共振方向が光源基板の面方向になるので、面発光型のレーザ素子よりも共振器長を長くすることができる。これにより、共振によるゲインを高くすることができ、高出力な光源装置にすることができる。一般に、端面発光型のレーザ素子から射出される光は、光軸に直交する断面形状が楕円状になってしまうが、射出された光の強度分布を集光部により調整することができるので、光の利用効率を高くすることができる。以上のように、高出力かつ高効率な光源装置にすることが可能になる。
端面発光型のレーザ素子によれば、レーザ素子内での光の共振方向が光源基板の面方向になるので、面発光型のレーザ素子よりも共振器長を長くすることができる。これにより、共振によるゲインを高くすることができ、高出力な光源装置にすることができる。一般に、端面発光型のレーザ素子から射出される光は、光軸に直交する断面形状が楕円状になってしまうが、射出された光の強度分布を集光部により調整することができるので、光の利用効率を高くすることができる。以上のように、高出力かつ高効率な光源装置にすることが可能になる。
前記複数の発光部の各々が、前記光源基板における該複数の発光部の配置面と裏面側に光を射出し、前記光源基板の前記裏面側に前記集光基板が接合され、前記複数の集光部と平面的に重なる部分の前記光源基板に凹部が設けられていることが好ましい。この場合には、前記複数の集光部の各々の少なくとも一部が前記凹部に収容されていることが好ましい。
このようにすれば、光源基板を介して発光部の配置面と裏面側から光を取り出すことができる。複数の集光部と平面的に重なる部分に凹部が設けられているので、光源基板において光が通る部分の板厚が実質的に薄くなり、光源基板に吸収されることによる光の損失が低減される。また、集光部の少なくとも一部を凹部に収容することにより、集光部を光源基板に近づけることができる。集光部を光源基板に近づけると、前記した理由により、集光部における光の利用効率が高くなるとともに、集光基板における集光部の集積度を高くすることが可能になる。
本発明のプロジェクタは、前記の本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射装置と、を備えていることを特徴とする。
本発明の光源装置によれば実質的に高出力な光が得られるので、高輝度の投射画像を得ることができ、ダイナミックレンジが広く高品質な投射画像が得られるプロジェクタになる。また、本発明の光源装置は光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のプロジェクタにすることも可能になる。
本発明の光源装置によれば実質的に高出力な光が得られるので、高輝度の投射画像を得ることができ、ダイナミックレンジが広く高品質な投射画像が得られるプロジェクタになる。また、本発明の光源装置は光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のプロジェクタにすることも可能になる。
本発明のモニタ装置は、前記の本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光により照明された被写体を撮像する撮像装置と、を備えていることを特徴とする。
本発明の光源装置によれば実質的に高出力な光が得られるので、被写体で反射する光の光量が確保され、これを撮像することにより鮮明な撮像画像が得られる良好なモニタ装置になる。また、本発明の光源装置は光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のモニタ装置にすることも可能になる。
本発明の光源装置によれば実質的に高出力な光が得られるので、被写体で反射する光の光量が確保され、これを撮像することにより鮮明な撮像画像が得られる良好なモニタ装置になる。また、本発明の光源装置は光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のモニタ装置にすることも可能になる。
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。
[第1実施形態]
図1(a)は、第1実施形態の光源装置の概略構成を示す断面図、図1(b)は、発光部を拡大して示す断面図、図2(a)は光源基板の概略平面図、図2(b)は集光基板の概略平面図である。
図1(a)に示すように、光源装置100は、光源基板110及び集光基板120を備えている。図2(a)に示すように、光源基板110は、アレイ状に配置された複数のレーザ素子(発光部)160a〜160hを有している。図2(b)に示すように、集光基板120は、アレイ状に配置された複数の集光レンズ(集光部)121a〜121bを有している。集光レンズ121a〜121hの各々は、レーザ素子160a〜160hの各々と対応している。集光基板120は、光源基板110に近接して接合されている。レーザ素子160aから射出された光は、集光レンズ121a、波長変換素子140aを経て取り出される。レーザ素子160b〜160hから射出された光も同様にして取り出される。
図1(a)は、第1実施形態の光源装置の概略構成を示す断面図、図1(b)は、発光部を拡大して示す断面図、図2(a)は光源基板の概略平面図、図2(b)は集光基板の概略平面図である。
図1(a)に示すように、光源装置100は、光源基板110及び集光基板120を備えている。図2(a)に示すように、光源基板110は、アレイ状に配置された複数のレーザ素子(発光部)160a〜160hを有している。図2(b)に示すように、集光基板120は、アレイ状に配置された複数の集光レンズ(集光部)121a〜121bを有している。集光レンズ121a〜121hの各々は、レーザ素子160a〜160hの各々と対応している。集光基板120は、光源基板110に近接して接合されている。レーザ素子160aから射出された光は、集光レンズ121a、波長変換素子140aを経て取り出される。レーザ素子160b〜160hから射出された光も同様にして取り出される。
以下、図1(a)、図2(a)に示したXYZ直交座標系に基づいて部材の位置関係を説明する。このXYZ直交座標系において、光源基板110の厚み方向をZ方向、光源基板110の面方向に沿う2方向をX方向、Y方向としている。X方向、Y方向は、それぞれレーザ素子160a〜160hの配列方向になっている。ここでは、X方向に2つのレーザ素子が配列されており、Y方向に4つのレーザ素子が配列されている(合計8つ)。なお、レーザ素子160a〜160hの内部における光の進行方向は概略X方向になっており、図2(a)におけるレーザ素子160a〜160hの右端から光が射出される。
光源基板110は、例えばシリコンからなる半導体基板を母材にしている。光源基板110において集光基板120と対向する対向面側(Z負方向側)には、凹部112が設けられている。レーザ素子160a〜160hの各々に対応させて、8つの凹部112が設けられている。光源基板110の対向面側には、集光基板120との位置合わせに用いるアライメントマーク(位置合わせ手段)113が設けられている。
本実施形態のレーザ素子160a〜160hは、端面発光型のものである。図1(b)に示すように、レーザ素子160aは、第1電極164nと第2電極164pとの間に活性層163を有する積層体で構成されている。この積層体において光源基板110側(Z負方向側)から順に、第1電極164n、n型ベース層161、DBR層166、n型半導体層(クラッド層)162n、活性層163、p型半導体層(クラッド層)162p、第2電極164pが配置されている。積層体を構成する各層は、前記半導体基板上に各層の形成材料を成膜した後に、この膜をレジスト技術やフォトリソグラフィ法、エッチング技術等を用いてパターニングして形成されている。
積層体のX方向の一端部は、レーザ素子160a内の光の進行方向(X方向)と略45°の角度をなす斜面になっている。第2電極164pは、積層体のZ正方向側において選択的に形成されている。積層体のZ正方向側における第2電極164pの非形成領域と、積層体のX方向の端部の斜面とにわたって、SiO2からなる絶縁膜165が設けられている。光源基板110とn型ベース層161との間には、積層体の端部の前記斜面とZ方向において重なり合う部分に反射防止層167が設けられている。
活性層163は、第1電極164nと第2電極164pとの間に供給される電力により光を発するようになっている。活性層163で発せられた光は、活性層163をX方向に進行するとともにレーザ発振を生じて増幅される。n型半導体層162nの一部は、表面形状がX方向に所定の間隔で並ぶ凹凸状(内部グレーティングパターン)になっており、凹凸に整合する波長の光が選択的にX方向に進行する。すなわち、内部グレーティングパターンは、波長制御手段として機能する。X方向に進行した光は、前記斜面と絶縁膜165との界面で反射して進行方向が90°変化する。そして、反射した光はZ負方向に向かって進行し、基本波長のレーザ光がDBR層166を通ってn型ベース層161、反射防止層167を経て光源基板110側に射出される。
一般に端面発光型のレーザ素子は、面方向に沿って進行する光が共振するので、面方向と直交する方向に共振する面発光型のものよりも共振器長を長くすることができる。1つの素子から得られる光の出力を高める観点では、端面発光型の方が面発光型よりも有利である。端面発光型のレーザ素子から射出される光束は、光軸に直交する断面形状が楕円状になる。本実施形態では、レーザ素子160a〜160hの各々から射出される光束は、拡散角に対する光強度の分布の半値全幅がY方向において10°程度になっており、Z方向において40°程度になっている。
レーザ素子160b〜160hは、レーザ素子160aと同様の構成になっているが、本実施形態では、レーザ素子160a〜160hで内部グレーティングパターンの凹凸の間隔を異ならせている。これにより、レーザ素子160a〜160hで、各々から射出されるレーザ光の波長が異なるようになる。
ここでは、レーザ素子160b〜160が、基本波長のレーザ光として波長が920nm程度の赤外レーザ光Lを射出するようになっている。レーザ素子160a〜160hから射出されるレーザ光の波長が1〜10nm程度の範囲でばらつくように、内部グレーティングパターンにおける凹凸の間隔を調整している。
図1に示すように、レーザ素子160a〜160hから射出された赤外レーザ光は、光源基板110を通って凹部112から射出され、集光基板120に入射する。凹部112のZ方向における深さの分だけ、光源基板110における赤外レーザ光の光路長が短くなる。これにより、光源基板110に吸収されることによる赤外レーザ光の損失が低減される。
レーザ素子160a、160bにおける光源基板110と反対側(Z正方向側)には、冷却手段130が設けられている。本実施形態の冷却手段130は水冷式のものであり、内部に冷却水の流路を有する銅製の冷却プレート131と、冷却水を冷却プレート131内の流路に循環させる循環系132とから構成されている。冷却プレート131は、レーザ素子160a〜160hに当接して設けられており、これらを一括して冷却可能になっている。
集光基板120は、ガラスや石英等からなる透明基板を母材にして形成されている。集光基板120において光源基板110と対向する対向面側(Z正方向側)には、集光レンズ121a〜121h、凸部122、及びアライメントマーク(位置合わせ手段)123が形成されている。集光レンズ121a〜121h、及び凸部122は、集光基板120と一体に形成されている。
本実施形態の集光レンズ121a〜121hは、Z正方向側に凸のレンズ形状になっている。集光レンズ121a〜121hは、それぞれ凹部112の内側と平面的に重なり合うように配置されている。集光レンズ121a〜121hは、レーザ素子160a〜160hから集光レンズ121a〜121hまでの光路長よりも長い焦点距離で赤外レーザ光を集光する。これにより、集光レンズ121a〜121hに入射した赤外レーザ光は、入射前よりも拡散角が小さくなって射出される。ここでは、後述する波長変換素子140a、140bの導波路における入射側と射出側との中央部に赤外レーザ光が焦点を結ぶように、集光レンズ121a〜121hの焦点距離が調整されている。
また、集光レンズ121a〜121hは、レーザ素子160a〜160hの各々から射出された光の強度分布を調整する機能も有している。前記のようにレーザ素子160a〜160hの各々から射出された光束は、光軸に直交する断面形状が略楕円状になっているが、集光レンズ121a〜121hにより略円形にビーム成形される。
本実施形態では、凸部122が光源基板110と当接するように、光源基板110と集光基板120が接着剤により接合されている。レーザ素子160a〜160hと集光レンズ121a〜121hとの間の距離は、凸部122の厚みにより管理されており、凸部122はスペーサとして機能している。ここでは、集光レンズ121a〜121hの各々の一部が凹部112に収容されるように、凸部122の厚みが調整されている。
アライメントマーク123は、集光基板120の周縁における4箇所に設けられている。アライメントマーク123は、光源基板110のアライメントマーク113と重ね合わせることにより、光源基板110と集光基板120との面方向における位置合わせを行うものである。前記のように集光基板120は、透明基板を母材にしているので、集光基板120を通してアライメントマーク113、123の重なり合いを確認することができる。これにより、光源基板110と集光基板120との位置合わせを良好に行うことができ、レーザ素子160a〜160hと集光レンズ121a〜121hとを高精度に位置合わせすることができる。
集光レンズ121a、121bに入射した光は、集光されるとともに集光基板120を通って射出され、それぞれ波長変換素子140a、140bに入射する。波長変換素子140a、140bは、例えば非線形光学結晶であるPPLN(periodically poled lithium niobate)からなっている。波長変換素子140a、140bは、入射するレーザ光のうちの一部を略半分の波長に変換する。すなわち、波長変換素子140a、140bは、2次高調波を発生させるSHGとして機能する。
波長変換素子140a、140bに入射したレーザ光のうちの基本波長のレーザ光(ここでは波長が920nm程度の赤外レーザ光)は、その少なくとも一部が変換波長のレーザ光(ここでは波長が460nm程度の青色レーザ光)に変換される。一般に、波長変換素子内における光線密度が高くなるほど、波長変換素子の変換効率が高くなる。前記のように集光レンズ121a、121bから射出される光が、波長変換素子140a、140bの導波路における中央部に焦点を結ぶようになっているので、波長変換素子140a、140bの変換効率が格段に高くなる。
なお、図1にはレーザ素子160a、160bに対応する波長変換素子140a、140bのみを示しているが、レーザ素子160c〜160hにも同様に波長変換素子が設けられている。前記のようにレーザ素子160a〜160hから射出される赤外レーザ光は、各々の波長が1〜10nm程度の範囲でばらつくようになっている。レーザ素子160a〜160hの各々に対応する波長変換素子は、入射するレーザ光の波長に対応させて変換効率が最適化されている。
波長変換素子140a、140bから射出されたレーザ光は、集光レンズ121a、121bにより拡散角が1°程度になっている。波長変換素子140a、140bから射出されたレーザ光は、適宜平行化レンズ等により平行化される。また、適宜赤外レーザ光のカットフィルタ等を通すことにより、青色レーザ光のみが外部に取り出される。
以上のような第1実施形態の光源装置100にあっては、アレイ状に配置されたレーザ素子160a〜160hを有する光源基板110と、アレイ状に配置された集光レンズ121a〜121hを有する集光基板120とを高精度に位置合わせすることができるので、レーザ素子160a〜160hと集光レンズ121a〜121hとを一括して高精度に位置合わせすることができる。
また、端面発光型のレーザ素子160a〜160hを用いているので、面発光型のものを採用するよりも高出力な光が得られる。端面発光型のレーザ素子160a〜160hから射出されるレーザ光は、通常同様に光軸に直交する断面形状が楕円状になっているが、集光レンズ121a〜121hによってその強度分布が調整されて集光レンズ121a〜121hから射出される。集光レンズ121a〜121hから射出されたレーザ光の光強度は、光軸周りに対称的に分布しており、かつ光軸周辺に集中的に分布している。したがって、レーザ光の光軸と、このレーザ光が入射する光学部品(例えば波長変換素子)の光軸とを一致させることにより、光源装置100における光の利用効率が格段に高くなる。
また、光源装置100から外部に取り出されたレーザ光についても光の利用効率を格段に高くすることができる。例えば、光源装置100を用いてデバイス(例えばプロジェクタ)を構成する場合に、レーザ光の光軸と、レーザ光が入射するデバイスの構成要素(例えばライトバルブや投射レンズ)の光軸とを一致させることにより、光の利用効率が格段に高くなる。以上のように、光源装置100によれば、高出力な光が得られるとともに、その利用効率が格段に高くなるので、実質的に格段に高出力な光が得られる。
なお、第1実施形態では、端面発光型のレーザ素子を採用しているが、この他の固体光源、例えば発光ダイオード(LED)やスーパールミネッセンスダイオード(SLD)、面発光型のレーザ素子等を発光部として採用してもよい。面発光型のレーザ素子を用いた構成例については、第2実施形態で説明する。
また、第1実施形態では1つの集光基板120を用いているが、複数の集光基板をZ方向に重ね合わせた構成も可能である。例えば、平行化レンズをアレイ状に配置した平行化基板(集光基板)を集光基板120の光源基板110と反対側(Z負方向側)に接合してもよい。この場合には、集光基板120と平行化基板との間に波長変換素子を配置してもよい。例えば、平行化基板において集光基板120と反対側に凸状の平行化レンズを形成するとともに、集光基板120側に凹部を形成しておき、波長変換素子を凹部内に収容させてもよい。
また、第1実施形態では、集光基板120に設けた凸部122をスペーサとして機能させているが、この他の構成を採用することもできる。以下、異なるスペーサを採用した変形例を説明する。
図3(a)〜(c)は、それぞれ変形例1〜3の構成を概略して示す断面図である。
図3(a)に示す変形例1が実施形態1と異なる点は、光源基板110、集光基板120のいずれからも独立した部材であるスペーサ124により、光源基板110と集光基板120との間隔を管理している点である。光源基板110と集光基板120との接合方法としては、1つにはスペーサ124と光源基板110とを接着剤により接合するとともに、スペーサ124と集光基板120とを接着剤で接合する方法がある。また、光源基板110と集光基板120とに通じる孔部を設けておき、孔部に例えば紫外線硬化型の接着剤を注入した後に接合ピンを挿入し、光源基板110と集光基板120とを位置合わせした状態で接着剤に紫外線を照射して固定する方法等を採用してもよい。
図3(a)に示す変形例1が実施形態1と異なる点は、光源基板110、集光基板120のいずれからも独立した部材であるスペーサ124により、光源基板110と集光基板120との間隔を管理している点である。光源基板110と集光基板120との接合方法としては、1つにはスペーサ124と光源基板110とを接着剤により接合するとともに、スペーサ124と集光基板120とを接着剤で接合する方法がある。また、光源基板110と集光基板120とに通じる孔部を設けておき、孔部に例えば紫外線硬化型の接着剤を注入した後に接合ピンを挿入し、光源基板110と集光基板120とを位置合わせした状態で接着剤に紫外線を照射して固定する方法等を採用してもよい。
図3(b)に示す変形例2が実施形態1と異なる点は、ギャップ材125aを拡散させた接着剤125bを硬化させたスペーサ125を用いている点である。集光基板120は、ギャップ材125aを介して光源基板110と接着剤125bにより貼り合わされている。ギャップ材125aの具体例としては、グラスファイバやガラスビーズ等が挙げられ、これらの粒径を調整することにより光源基板110と集光基板120との間隔を管理することができる。
図3(c)に示す変形例3が実施形態1と異なる点は、集光レンズ121a、121bの全体が、光源基板110の凹部112に収容されている点である。これにより、光源基板110及び集光基板120は、互いの対向面が当接して接合される。この場合には、光源基板110の厚みにより、レーザ素子160a〜160hと集光レンズ121a〜121hとの間隔が調整される。集光レンズ121a〜121hの配置面側を接合すれば、レーザ素子160a〜160hと集光レンズ121a〜121hとの間隔が、集光基板120の厚みの分だけ近くなる。これにより、レーザ素子160a〜160hから射出されたレーザ光を良好に集光することができる。なお、集光基板120において集光レンズ121a〜121hの配置面の裏面側を光源基板110と接合することも可能である。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態の光源装置を説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、発光部として面発光型のレーザ素子を採用した点である。
次に、本発明の第2実施形態の光源装置を説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、発光部として面発光型のレーザ素子を採用した点である。
図4(a)は、第2実施形態の光源装置を示す概略断面図であり、図4(b)は、面発光型のレーザ素子の構成示す概略断面図である。図4(a)に示すように光源装置200は、光源基板210、集光基板220を備えている。ここでは、集光基板220が、光源基板210と当接して接合されている。光源基板210は、アレイ状に配置された複数のレーザ素子260a〜260cを有しており、集光基板220は、アレイ状に配置された複数の集光レンズ(集光部)221a〜221cを有している。
図4(b)に示すように、レーザ素子260aは、第1電極264nと第2電極264pとの間に活性層263を有する積層体で構成されている。この積層体において光源基板210側(Z負方向側)から順に、第1電極264n、n型ベース層261、DBR層266、n型半導体層(クラッド層)262n、活性層263、p型半導体層(クラッド層)262p、第2電極264pが配置されている。p型半導体層262p上と、p型半導体層262pよりも下層側の側面とを覆って絶縁膜265が設けられている。絶縁膜265には、p型半導体層262pを露出させる開口が設けられている。第2電極264pは、絶縁膜265を覆うとともに開口内に露出したp型半導体層262pと接触して設けられている。p型半導体層262pは、開口内の周縁部に設けられており、開口内の中央部にはDBR層267が設けられている。DBR層267は、基本波長のレーザ光を通すようになっている。
活性層263は、第1電極264nと第2電極264pとの間に供給される電力により光を発するようになっている。活性層263で発せられた光は、DBR層266、267の間を往復してレーザ発振を生じて、増幅される。これにより生じたレーザ光のうちの基本波長のレーザ光は、DBR層267を通って射出される。ここでは、基本波長のレーザ光として、波長が1064nmの赤外レーザ光Lが射出される。レーザ素子260b、260cは、レーザ素子260aと同様の構成になっている。
集光基板220は、ガラスや石英等からなる透明基板を母材にして形成されている。集光レンズ221a〜221cは、集光基板220の両面側に凸状のレンズ形状になっている。集光基板220において、光源基板210と対向する対向面(Z負方向側)には、集光レンズ221a〜221cよりも光源基板210側に張り出した凸部222が設けられている。集光レンズ221a〜221c、及び凸部222は、集光基板220と一体に形成されている。集光基板220は、凸部222が光源基板210と当接した状態で、接着剤により光源基板210と接合されている。凸部222のZ方向における厚みにより、レーザ素子260a〜260cと集光レンズ221a〜221cとの間の距離が管理されている。
以上のような光源装置200において、レーザ素子260a〜260cから射出された赤外レーザ光は、集光レンズ221a〜221cに入射し、集光されるとともに光の強度分布が調整されて射出される。これにより、高出力かつ高効率な光源装置200になる。
一般に、面発光型のレーザ素子は、端面発光型のレーザ素子よりも面方向の寸法が小さく、しかも製造コストが安いので、高集積化が容易である。したがって、配置するレーザ素子の数を格段に増やすことができ、レーザ素子から射出されるレーザ光の総出力を高くすることができる。本発明によれば、多数のレーザ素子と多数の集光部とを一括して高精度に位置合わせすることができるので、格段に高出力なレーザ光が得られる光源装置となる。
なお、集光基板220の光源基板210と反対側に、波長変換素子を配置した構成を採用してもよい。これにより、所望の波長のレーザ光が得られる。
一般に、面発光型のレーザ素子は、端面発光型のレーザ素子よりも面方向の寸法が小さく、しかも製造コストが安いので、高集積化が容易である。したがって、配置するレーザ素子の数を格段に増やすことができ、レーザ素子から射出されるレーザ光の総出力を高くすることができる。本発明によれば、多数のレーザ素子と多数の集光部とを一括して高精度に位置合わせすることができるので、格段に高出力なレーザ光が得られる光源装置となる。
なお、集光基板220の光源基板210と反対側に、波長変換素子を配置した構成を採用してもよい。これにより、所望の波長のレーザ光が得られる。
次に、本発明のプロジェクタの実施形態を説明する。図5は、本実施形態のプロジェクタ400を示す概略構成図である。図8に示すように、プロジェクタ400は、レーザ光源装置(光源装置)410R、410G、410B、透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)430R、430G、430Bと、クロスダイクロイックプリズム440と、投射装置450とを備えている。レーザ光源装置410R、410G、410Bは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を射出し、射出された各色光は、それぞれ液晶ライトバルブ430R、430G、430Bに変調される。変調された各色光は、ダイクロイックプリズム440によって合成され、合成された光は投射装置450によって投射される。
また、本実施形態のプロジェクタ400は、レーザ光源装置410R、410G、410Bから射出されたレーザ光の照度分布を均一化する均一化光学系420R、420G、420Bを備えている。これにより、液晶ライトバルブ430R、430G、430Bが、均一な照度分布の光によって照明される。ここでは、均一化光学系420Rがホログラム421Rとフィールドレンズ422R等により構成されており、均一化光学系420G,420Bも同様の構成になっている。
液晶ライトバルブ430R、430G、430Bの各々により変調された色光は、クロスダイクロイックプリズム440に入射する。クロスダイクロイックプリズム440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。3つの色光は、これらの誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光になる。合成された光が投射装置450によりスクリーン460上に拡大投写されることにより、投射画像が表示されるようになっている。
本実施形態のプロジェクタ400にあっては、レーザ光源装置410R、410G、410Bが本発明の光源装置により構成されているので、ダイナミックレンジが広く高品質な投射画像が得られるプロジェクタになる。また、レーザ光源装置410R、410G、410Bが高効率になっているので、低消費電力のプロジェクタになる。
なお、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型のライトバルブを用いても良いし、液晶以外の光変調装置を用いても良い。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ミラーデバイス(DMD)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すればよい。また、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いることとしたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
次に、本発明に係る別形態のプロジェクタについて説明する。本実施形態が前記実施形態と異なる点は、走査型プロジェクタである点である。図6は、本実施形態の走査型プロジェクタを示す概略構成図である。
本実施形態の走査型プロジェクタ500は、レーザ光源装置510と、集光レンズ520と、MEMSミラー(光変調装置、投射装置)530とを備えている。レーザ光源装置510から射出されたレーザ光は、集光レンズ520によってMEMSミラー530に集光される。集光されたレーザ光は、MEMSミラー530によって変調されるとともに、MEMSミラー520の駆動によってスクリーン540上において水平方向、垂直方向に走査される。これにより、スクリーン540に画像が描画されるようになっている。
本実施形態の走査型プロジェクタ500は、レーザ光源装置510と、集光レンズ520と、MEMSミラー(光変調装置、投射装置)530とを備えている。レーザ光源装置510から射出されたレーザ光は、集光レンズ520によってMEMSミラー530に集光される。集光されたレーザ光は、MEMSミラー530によって変調されるとともに、MEMSミラー520の駆動によってスクリーン540上において水平方向、垂直方向に走査される。これにより、スクリーン540に画像が描画されるようになっている。
次に、本発明に係るモニタ装置の一実施形態を説明する。図7は、本実施形態のモニタ装置を示す概略構成図である。本実施形態のモニタ装置600は、装置本体610と光伝送部620とを備えており、装置本体610には、カメラ(撮像装置)611と本発明のレーザ光源装置612とが設けられている。光伝送部620には、照明用のライトガイド621と受光用のライトガイド622が設けられている。ライトガイド621、622は、多数本の光ファイバを束ねたものであり、レーザ光を遠方に送ることができる。照明用のライトガイド621において、射出側になる一方の端(先端)に拡散板623が設けられており、他方の端はレーザ光源装置612と接続されている。レーザ光源装置612から射出されたレーザ光は、ライトガイド621を通じて拡散板623に送られ、拡散板623により拡散されて被写体を照射する。
光伝送部620の先端には結像レンズ624が設けられており、被写体の表面で反射した光は結像レンズ624に入射する。結像レンズ624に入射した光は、受光用のライトガイド622を通じて装置本体610内に設けられたカメラ611に送られる。このように、レーザ光源装置612から射出されたレーザ光が被写体を照射し、被写体表面で反射した光をカメラ611で撮像することが可能になっている。
本実施形態のモニタ装置600にあっては、本発明の光源装置をレーザ光源装置612に用いているので、高出力なレーザ光で被写体を照明することができる。したがって、被写体表面で反射する光の光量が確保され、鮮明な撮像画像が得られる良好なモニタ装置になる。また、レーザ光源装置が高効率になっているので、低消費電力のモニタ装置になる。
100、200・・・光源装置、110、210・・・光源基板、120、220・・・集光基板、112・・・凹部、113、123・・・アライメントマーク、122、124、125b・・・スペーサ、140a、140b・・・波長変換素子、160a〜160h・・・端面発光型のレーザ素子(発光部)、121a〜121h、221a〜221c・・・集光部、260a〜260c・・・面発光型のレーザ素子(発光部)、410R、410G、410B、510、612・・・レーザ光源装置、400・・・プロジェクタ、500・・・走査型プロジェクタ(プロジェクタ)、600・・・モニタ装置
Claims (11)
- 複数の発光部を有する光源基板と、
複数の集光部を有する集光基板と、を備え、
前記複数の集光部の各々が、前記複数の発光部から射出された光の各々を集光するように配置されており、
前記光源基板と前記集光基板とが近接して接合されていることを特徴とする光源装置。 - 前記複数の集光部から射出された光の波長を変換する波長変換素子を備え、該複数の集光部の各々は、前記波長変換素子内に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記複数の集光部の各々は、前記波長変換素子における入射端面と射出端面との中央部に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記複数の発光部の各々が、該発光部から射出される光の波長を制御する波長制御手段を有し、前記複数の発光部において射出される光の波長が異なってい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。
- 前記光源基板と前記集光基板とが、スペーサを介して接合されてい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。
- 前記光源基板と前記集光基板とを面方向において位置合わせする位置合わせ手段が設けられてい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。
- 前記複数の発光部の各々が、端面発光型のレーザ素子により構成されてい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。
- 前記複数の発光部の各々が、前記光源基板における該複数の発光部の配置面と裏面側に光を射出し、
前記光源基板の前記裏面側に前記集光基板が接合され、
前記複数の集光部と平面的に重なる部分の前記光源基板に凹部が設けられていることを特徴とする請求項7に記載の光源装置。 - 前記複数の集光部の各々の少なくとも一部が前記凹部に収容されていることを特徴とする請求項8に記載の光源装置。
- 請求項1〜9のいずれか1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変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投射する投射装置と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光により照明された被写体を撮像する撮像装置と、を備えていることを特徴とするモニタ装置。
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JP2008209566A JP2010045273A (ja) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | 光源装置、プロジェクタ、モニタ装置 |
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JP2011258854A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Seiko Epson Corp | 発光装置、およびプロジェクター |
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JP2017022212A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 株式会社リコー | 光学装置及び光照射装置 |
-
2008
- 2008-08-18 JP JP2008209566A patent/JP2010045273A/ja active Pending
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