JP4412403B2 - 光源装置、照明装置、モニタ装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

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

近年、モニタ装置や画像表示装置の光源装置として、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。モニタ装置や画像表示装置の光源装置として従来用いられているＵＨＰランプと比較すると、レーザ光源を用いる光源装置は、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。コヒーレント光であるレーザ光を拡散面に照射させると、明点及び暗点がランダムに分布するスペックルパターンと呼ばれる干渉模様が現れることがある。スペックルパターンは、拡散面の各点で拡散した光同士がランダムに干渉し合うことにより発生する。画像を表示する際にスペックルパターンが認識されると、ぎらぎらとするちらつき感を観察者へ与えるため、画像観賞へ悪影響を及ぼすこととなる。このため、レーザ光源を用いる場合、スペックルノイズに対する対策を講じる必要がある。スペックルノイズに対する対策として、例えば、異なる波長のレーザ光を供給する複数の発光素子をアレイ状に配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。レーザ光のコヒーレンス長はレーザ光のスペクトル幅におよそ反比例することから、スペクトル幅を広くすることでコヒーレンス長を短くし、スペックルノイズを低減することが可能となる。また、レーザ光源は、レーザ光を共振させる外部共振器を用いることで、レーザ光の高出力化が可能となる。外部共振器としては、例えば、体積ホログラムを用いる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。体積ホログラムを用いることで、レーザ光の狭帯域化が可能となる。

特表２００４−５０３９２３号公報 特開２００１−２８４７１８号公報

外部共振器を備える構成の場合、レーザ光を発振させるには、高い波長選択性を持つ共振ミラーを用いる必要がある。発光素子からレーザ光を射出させる段階で広いスペクトル幅を確保したとしても、外部共振器においてレーザ光は狭帯域化される。外部共振器でレーザ光が狭帯域化されると、スペックルノイズを低減することが困難となる。これに対して、レーザ光の波長幅を広げるために、共振ミラーの選択波長幅を広げることとすると、レーザ光の共振が困難となり、外部共振器が機能しなくなる。また、体積ホログラムを用いる場合、射出光の波長幅をサブナノメートルオーダーにまで狭くすることが可能である。このような射出光の狭帯域化は、レーザ光としての特性を向上させるものである一方、スペックルノイズの低減には不利に働くこととなる。異なる波長のレーザ光を共振させるためには、アレイ状に配置された各発光素子の各波長に対応して複数の体積ホログラムを用いることも可能である。しかしこの場合、発光素子及び体積ホログラムの全てについてアライメントが必要となるため、光源装置の組立が非常に困難となる。以上のように、従来の技術によると、外部共振器を用いる構成においてスペックルノイズを低減す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、外部共振器を用いる構成においてスペックルノイズを低減可能な体積ホログラム、光源装置、その光源装置を用いる照明装置、モニタ装置及び画像表示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、本発明の体積ホログラムは、複数の波長のコヒーレント光を回折させる体積ホログラムであって、入射する前記コヒーレント光の各波長に対応させて、前記コヒーレント光が入射する入射端面とのなす角度が異なる干渉縞が複数記録されていることを特徴とする。

本発明に係る体積ホログラムでは、例え、複数の干渉縞の間隔が等しくても、入射するコヒーレント光の各波長に対応させて入射端面とのなす角度が異なる干渉縞が複数記録されているため、複数の干渉縞の傾斜角に応じて光の光学的距離が変化する。これにより、各干渉縞に応じた波長の光が射出される。したがって、体積ホログラムを透過した光の波長帯域の出力スペクトル幅が広がることになり、射出される光のスペックルノイズを低減することが可能となる。

また、本発明の体積ホログラムは、前記複数の干渉縞同士のなす角度が等間隔に異なることが好ましい。

本発明に係る体積ホログラムでは、複数の干渉縞同士のなす角度が等間隔に異なるため、光を入射させると等間隔に波長が選択される。したがって、入射した光のうち選択される光の波長は必ず重なることがないため、複数の波長のコヒーレント光を入射させることにより出力スペクトル幅を広げることが可能となる。

また、本発明の体積ホログラムは、一方向に前記複数の干渉縞が形成された干渉縞群と、前記一方向と交差する他方向に形成された他の干渉縞群とを有することが好ましい。

本発明に係る体積ホログラムでは、一方向に前記複数の干渉縞が形成された干渉縞群と、前記一方向と交差する他方向に形成された他の干渉縞群とを有するため、干渉縞の間隔の種類がさらに増えることになる。これにより、複数の波長のコヒーレント光を入射させることで、選択される光の波長をより狭くすることができる。したがって、出力波長の種類を増やすことにより、スペックルノイズをより低減することが可能となる。

また、本発明の体積ホログラムは、前記複数の干渉縞が、入射する前記コヒーレント光の中心軸に対して略垂直方向、あるいは、略平行方向に記録されていることが好ましい。

本発明に係る体積ホログラムでは、複数の干渉縞がコヒーレント光の中心軸に対して略垂直方向に記録されている場合は、複数の波長のコヒーレント光を回折（反射）させることが可能である。また、複数の干渉縞がコヒーレント光の中心軸に対して略平行方向に記録されている場合は、複数の波長のコヒーレント光を回折（透過）させることが可能である。

本発明の体積ホログラムは、複数の波長のコヒーレント光を回折させる体積ホログラムであって、入射する前記コヒーレント光の各波長に対応させて、前記コヒーレント光が入射する入射端面に対して略平行方向に異なる間隔の干渉縞が複数記録されていることを特徴とする。

本発明に係る体積ホログラムでは、コヒーレント光が入射する入射端面に対して略平行方向に異なる間隔の干渉縞が複数記録されているため、入射端面に対して略垂直にコヒーレント光を入射させることにより、複数の波長に対して波長選択性を持つ共振ミラーとして機能させることができる。このため、体積ホログラムを射出される光のスペックルノイズを低減させるために機能させる外部共振器とすることが可能となる。

本発明の光源装置は、複数の発光部を備え、コヒーレント光を供給する光源部と、光源部からのコヒーレント光を共振させる外部共振器と、を有し、外部共振器は、コヒーレント光を回折させる体積ホログラムを備え、光源部は、複数の発光部により複数の波長のコヒーレント光を供給し、体積ホログラムは、体積ホログラムへ入射するコヒーレント光の各波長に対応させて複数種類の異なる間隔で記録された干渉縞により、各波長のコヒーレント光を選択的に射出させることを特徴とする。

複数種類の異なる間隔を持たせた干渉縞は、体積ホログラムを多重露光することにより得られる。複数種類の異なる間隔の干渉縞が記録された体積ホログラムは、複数の波長に対して波長選択性を持つ共振ミラーとして機能させることができる。かかる体積ホログラムを用いることで、複数の波長のコヒーレント光を共振させることができる。また、複数の波長のコヒーレント光を射出可能とすることで、コヒーレンス長を短くでき、スペックルノイズを低減することが可能となる。各コヒーレント光に対しては、干渉縞のうちコヒーレント光の波長に対応する間隔の部分のみを機能させることが可能であるため、体積ホログラムに対する各コヒーレント光の入射位置に依存せず各コヒーレント光を共振させることができる。このため、各発光部及び体積ホログラムの複雑なアライメントを不要とし、簡易な組立により製造することができる。これにより、外部共振器を用いる構成においてスペックルノイズを低減可能な光源装置を得られる。

また、本発明の体積ホログラムは、体積ホログラムは、体積ホログラムへ入射する各波長のコヒーレント光を選択的に反射させることが望ましい。これにより、体積ホログラムへ入射する各波長のコヒーレント光を共振させることができる。

また、本発明の体積ホログラムは、体積ホログラムは、体積ホログラムへ入射するコヒーレント光の波長の間隔に基づいて決定された厚さを持たせて形成されることが望ましい。体積ホログラムの波長選択幅は、体積ホログラムの厚さに依存する。コヒーレントの波長の間隔に応じて体積ホログラムの波長選択幅を決定することで、干渉縞のうち他の波長に対応する部分での無用な回折を防ぐことが可能となる。これにより、光利用効率の低下を低減させることができる。

また、本発明の体積ホログラムは、光源部及び外部共振器の間の光路中に配置され、光源部からのコヒーレント光の波長を変換させる波長変換素子を有し、波長変換素子は、波長変換素子へ入射する各波長のコヒーレント光について、波長を変換させることが望ましい。これにより、波長変換素子で波長が変換されたコヒーレント光を射出させることができる。

また、本発明の体積ホログラムは、波長変換素子の温度を調整する温度調整部を有し、温度調整部は、波長変換素子へ入射するコヒーレント光の各波長に応じた温度勾配を持たせて波長変換素子の温度を調整することが望ましい。波長変換素子において波長変換可能なコヒーレント光の波長は、波長変換素子の温度に依存する。これにより、波長変換素子へ入射する各波長のコヒーレント光について波長を変換させることが可能となる。

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、高い効率で光を供給可能とし、かつスペックルノイズを低減することができる。これにより、高い効率で、かつスペックルノイズが低減された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、高い効率で、かつスペックルノイズが低減された光を供給することができる。これにより、明るく、かつ高品質な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、本発明に係る画像表示装置は、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、高い効率で光を供給可能とし、かつスペックルノイズを低減することができる。これにより、明るく、かつ高品質な画像を表示可能な画像表示装置を得られる。

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。

本発明の体積ホログラムの実施例１について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施例に係る体積ホログラム２は、図１に示すように、入射する光の各波長に対応させて入射端面２ａとのなす角度が異なる干渉縞が複数記録されている。具体的には、体積ホログラム２には、間隔ｄ１で記録された干渉縞１４ａと、間隔ｄ２で記録された干渉縞１４ｂと、間隔ｄ３で記録された干渉縞１４ｃとが記録されている。また、干渉縞１４ａ〜１４ｃの間隔ｄ１〜ｄ３はすべて等しい。また、干渉縞１４ａと干渉縞１４ｂとのなす角をθ１とし、干渉縞１４ｂと干渉縞１４ｃとのなす角をθ２とすると、角θ１と角θ２とが同じ角度である。

この体積ホログラム２の入射端面２ａ側から光を入射させると、図２に示すように、複数の波長の光が選択されて射出される。また、角θ１と角θ２とが同じ角度であるため、体積ホログラム２によって選択される光の波長は等間隔に離れている。また、スペックルノイズを低減するためには、スペクトル幅が広く、ビームの数が多いほど効果的である。なお、ここで言う「出力スペクトル幅」とは、異なる中心波長を有する複数の狭帯域のビーム全体を含むスペクトル幅を示している。

以上より、本実施例に係る体積ホログラム２では、干渉縞１４ａ〜１４ｃに応じて通過する光の光学的距離が変化するので、干渉縞１４ａ〜１４ｃの間隔ｄ１〜ｄ３が等しくても、干渉縞１４ａ〜１４ｃの入射端面２ａとのなす角に応じて出力される光の波長が異なる。したがって、射出された光の波長帯域の出力スペクトル幅が広がることになり、射出される光のスペックルノイズを低減することが可能となる。

また、角θ１と角θ２とが同じ角度、すなわち、干渉縞１４ａ〜１４ｃ同士のなす角が等間隔に異なるため、選択される光の波長は、確実に隣接する波長と重なることなく出力スペクトル幅を広げることが可能となる。
なお、角θ１と角θ２とは同じ角度としたが、必ずしも同じ角度でなくても良く、間隔ｄ１〜ｄ３がすべて等しくなくても良い。

本発明の体積ホログラムの実施例２について、図３及び図４を参照して説明する。
本実施例の体積ホログラム３は、複数の干渉縞群を有する点において実施例１と異なる。
体積ホログラム３は、図３に示すように、干渉縞群Ａと干渉縞群（他の干渉縞群）Ｂとを有している。干渉縞群Ａには、干渉縞１４ａを基準に角度θ１をなして干渉縞１４ｂが記録され、干渉縞１４ｂと角度θ２をなして干渉縞１４ｃが一方向に記録されている。また、干渉縞群Ｂには、干渉縞１４Ａを基準に角度θ１をなして干渉縞１４Ｂが記録され、干渉縞１４Ｂと角度θ２をなして干渉縞１４Ｃが一方向と交差する他方向に記録されている。角θ１と角θ２とが同じ角度である。
また、実施例１と同様に、干渉縞群Ａ及び干渉縞群Ｂのそれぞれの干渉縞１４ａ〜１４ｃ、１４Ａ〜１４Ｃの間隔はすべて同じである。

この体積ホログラム３の入射端面３ａ側から光を入射させると、図４に示すように、複数の波長の光が選択されて射出される。また、角θ１と角θ２とが同じ角度であるため、体積ホログラム２によって選択される光の波長は等間隔に離れている。また、スペックルノイズを低減するためには、スペクトル幅が広く、ビームの数が多いほど効果的である。
以上より、本実施例に係る体積ホログラム３では、干渉縞群Ａ及び干渉縞群Ｂを備えているため、実施例１に比べて、多くの干渉縞１４ａ〜１４ｃ、１４Ａ〜１４Ｃが記録されているので、実施例１に比べて間隔の狭い複数の波長の光が射出されることになる。すなわち、干渉縞１４ａ〜１４ｃ、１４Ａ〜１４Ｃの種類が増えることにより、射出される光の波長の種類も増えることになり、さらにスペックルノイズの低減効果を得ることが可能となる。

なお、干渉縞群Ａと干渉縞群Ｂとの干渉縞同士のなす角は同じであるとしたが、異なっていても良い。すなわち、干渉縞群Ｂにおけるなす角θ１，角θ２を角θ３，角θ４とし、干渉縞群Ａのなす角θ１，θ２と異なるように干渉縞１４Ａ〜１４Ｃを記録しても良い。また、角θ１と角θ２とは同じ角度としたが、必ずしも同じ角度でなくても良い。

本発明の体積ホログラムの実施例３について、図５を参照して説明する。
本実施例の体積ホログラム４は、図５に示すように、入射端面４ａに干渉縞が形成されていない。その他の点は、実施例１の体積ホログラム２と同様である。この体積ホログラム４の製造方法としては、例えば、入射端面４ａ上に回折光学素子を設置して２光束干渉露光を行う。これにより、回折光学素子が設置された面には、干渉縞が記録されず内部にのみ干渉縞が記録される。
したがって、例えば、体積ホログラム４の入射端面４ａが若干損傷した場合でも、内部に記録された干渉縞には損傷が受けにくい構成となっている。これにより、歩留まりの高い体積ホログラム４を提供することが可能となる。

本発明の体積ホログラムの実施例４について、図６を参照して説明する。
本実施例の体積ホログラム５は、図６に示すように、入射する光Ｌの中心軸に対して略垂直な方向に実施例１と同様に干渉縞１４ａ，１４ｂ，１４ｃが記録されている。この構成の場合、入射端面５ａから光を入射させることにより、ブラッグ条件を満足する特定の波長の光が回折（反射）し、それ以外の光が透過する。
また、体積ホログラム６が、図７に示すように、入射する光Ｌの中心軸に略平行な方向、すなわち、厚み方向に実施例１と同様に干渉縞１４ａ，１４ｂ，１４ｃが記録されている。この構成の場合、入射端面６ａから光を入射させることにより、ブラッグ条件を満足する特定の波長の光が回折し、それ以外の光が透過する。
以上より、本実施例に係る体積ホログラム５では反射型ホログラムとして使用し、体積ホログラム６では透過型ホログラムとして使用することが可能である。

本発明の体積ホログラムの実施例５について、図８を参照して説明する。
本実施例の体積ホログラム７は、入射したレーザ光を共振させるものであり、図８に示すように、入射端面７ａに対して略平行方向に異なる間隔の干渉縞が複数記録されている。具体的には、体積ホログラム７には、間隔ｄ１で記録された干渉縞１５ａと、間隔ｄ２で記録された干渉縞１５ｂと、間隔ｄ３で記録された干渉縞１５ｃとが記録されている。また、干渉縞１５ａ〜１５ｃの間隔ｄ１〜ｄ３はすべて異なる。

この体積ホログラム７の入射端面７ａ側から光を入射させると、実施例１と同様に、複数の波長の光が選択されて射出される。また、体積ホログラム７の入射端面７ａに対して垂直に光を入射させると、ブラッグ条件を満足する特定の波長の光が、入射した光の光路と同一の光路を進行するように回折される。

以上より、本実施例に係る体積ホログラム７は、上述したホログラム素子２〜６と同様に、複数種類の波長の光が選択されて反射されるため、スペックルノイズを低減させることが可能となる。また、体積ホログラム７を光源装置に用いた場合、外部共振ミラーとして使用させることが可能となる。

図９は、本発明の実施例６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１１を有する。半導体レーザ１１は、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部であって、面発光型の半導体レーザである。半導体レーザ１１は、互いに並列させて設けられた４つの発光部１２を備える。

体積ホログラム７としては、本実施例では、実施例５で示したものを用い、半導体レーザ１１からのレーザ光の光路中に配置されている。体積ホログラム７は、半導体レーザ１１からのレーザ光を共振させる外部共振器である。体積ホログラム７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１５が記録されている。かかる干渉縞１５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７は、かかる干渉縞１５とブラッグ条件が合う光のみを、回折により選択的に反射させる。体積ホログラム７で反射したレーザ光は、半導体レーザ１１の方向へ進行する。

体積ホログラム７から半導体レーザ１１の方向へ進行したレーザ光は、半導体レーザ１１のミラー層（不図示）で反射する。ミラー層及び体積ホログラム７により反射されたレーザ光は、発光部１２から新たに射出されるレーザ光と共振して増幅される。体積ホログラム７は、半導体レーザ１１及び体積ホログラム７間で増幅されたレーザ光の一部を透過させ、光源装置１０外部へ射出させる。かかる構成により、レーザ光の高出力化及び狭帯域化が可能となる。体積ホログラム７としては、ニオブ酸リチウム等の結晶により形成された結晶型の体積ホログラムや、フォトポリマからなるフォトポリマ体積ホログラムを用いることができる。

半導体レーザ１１は、各発光部１２により、それぞれ異なる波長λ１、λ２、λ３、λ４（但し、λ１＜λ２＜λ３＜λ４）のレーザ光を射出させる。各波長λ１、λ２、λ３、λ４は、例えば１０ｎｍ程度の範囲内において分布している（λ４−λ１≦１０ｎｍ）。各波長の間隔λ２−λ１、λ３−λ２、λ４−λ３は任意であって、いずれも数ｎｍ程度とすることができる。このような波長のずれは、意図的に構成することにより、或いは製造誤差によって生じさせることが可能である。効果的なスペックルノイズの低減のために、各波長の間隔λ２−λ１、λ３−λ２、λ４−λ３を不規則なものとしても良い。体積ホログラム７は、半導体レーザ１１からの各波長のレーザ光を選択的に反射させる。

本実施形態の光源装置１０では、実施例５の体積ホログラム７を用いているため、体積ホログラム７は、半導体レーザ１１からの各波長のレーザ光を選択的に反射させる。図８は、半導体レーザ１１からの各波長のレーザ光を選択的に反射させるための構成について説明するものである。図８に示す干渉縞１５は、説明のために簡略化して表したものである。干渉縞１５のうち、図中実線で表す干渉縞１５ａは、間隔ｄ１で周期的に記録されている。間隔ｄ１は、波長λ１についてブラッグ条件を満足する。よって、干渉縞１５のうち間隔ｄ１で記録された干渉縞１５ａは、波長λ１の光を選択的に反射させる。また、干渉縞１５のうち図中一点鎖線で表す干渉縞１５ｂは、間隔ｄ１とは異なる間隔ｄ２で周期的に記録されている。間隔ｄ２は、波長λ２についてブラッグ条件を満足する。よって、干渉縞１５のうち間隔ｄ２で記録された干渉縞１５ｂは、波長λ２の光を選択的に反射させる。また、干渉縞１５のうち図中破線で表す干渉縞１５ｃは、間隔ｄ２とは異なる間隔ｄ３で周期的に記録されている。間隔ｄ３は、波長λ３についてブラッグ条件を満足する。よって、干渉縞１５のうち間隔ｄ３で記録された干渉縞１５ｃは、波長λ３の光を選択的に反射させる。

干渉縞１５には、波長λ４についても、それぞれブラッグ条件を満足する間隔の部分が存在する。干渉縞１５は、各波長λ１〜λ４に対応する間隔の縞を重畳させて構成されている。このように、体積ホログラム７は、半導体レーザ１１からのレーザ光の各波長λ１〜λ４に対応させて複数の異なる間隔で記録された干渉縞１５により、各波長λ１〜λ４のレーザ光を選択的に反射させる。なお、干渉縞１５のうち間隔ｄ１で記録された干渉縞１５ａは、波長λ１の光のみを反射させる機能を果たし、波長λ２の光に対しては機能を果たさない。このように、各レーザ光に対して、干渉縞１５のうちレーザ光の波長に対応する間隔の部分のみが機能する。

複数の異なる間隔の干渉縞１５が記録された体積ホログラム７は、複数の波長に対して波長選択性を持つ共振ミラーとして機能させることができる。各波長λ１〜λ４のレーザ光を共振させることで、光源装置１０は、各波長λ１〜λ４のレーザ光を射出させる。複数の異なる間隔を持たせた干渉縞１５は、体積ホログラム７を多重露光することにより得られる。

体積ホログラム７は、以下の式を満足する厚さＴで形成することが望ましい。

但し、λは体積ホログラム７へ入射するレーザ光の波長の最小値、Δλはレーザ光の波長の間隔、ｎは体積ホログラム７を構成する部材の屈折率、θは干渉縞１５を記録する際の入射光同士の角度である。Δλとしては、各波長の間隔λ２−λ１、λ３−λ２、λ４−λ３の最小値を採用することができる。体積ホログラム７は、体積ホログラム７へ入射するレーザ光の波長の間隔Δλに基づいて決定された厚さＴを持たせて形成される。

図１０は、体積ホログラム７の波長選択性について説明するものである。上述のようにして体積ホログラム７の厚さＴを決定することにより、体積ホログラム７は、各波長λ１〜λ４について、半導体レーザ１１のスペクトルに対して狭い波長域の反射特性を持つこととなる。このようにして体積ホログラム７の選択波長を決定することで、各レーザ光に対して、干渉縞１５のうちレーザ光の波長に対応する間隔の部分のみを機能させ、他の波長に対応する部分での無用な回折を防ぐことが可能となる。これにより、光利用効率の低下を低減させることができる。

光源装置１０は、複数の波長のレーザ光を射出可能とすることで、コヒーレンス長を短くでき、スペックルノイズを低減することが可能となる。各レーザ光に対しては、干渉縞１５のうちレーザ光の波長に対応する間隔の部分のみを機能させることが可能であるため、体積ホログラム７に対する各レーザ光の入射位置に依存せず各レーザ光を共振させることができる。このため、各発光部１２及び体積ホログラム７の複雑なアライメントを不要とし、簡易な組立により製造することができる。これにより、外部共振器を用いる構成においてスペックルノイズを低減させることができるという効果を奏する。

半導体レーザ１１は、複数の発光部１２により複数の波長のレーザ光を供給可能であれば良く、４つの発光部１２を備える構成に限られない。また、光源部は、面発光型の半導体レーザ１１に代えて、端面発光型の半導体レーザとしても良い。
また、外部共振器として実施例５の体積ホログラム７を用いたが、外部共振器が実施例１〜４の体積ホログラム２〜６を備えた構成であっても良い。この構成では、外部共振器が、入射した光の光路と同一の光路を進行するように入射した光を反射させる反射ミラーを備えれば良い。

図１０は、本発明の実施例７に係る光源装置２０の概略構成を示す。本実施例の光源装置２０は、第二高調波発生（Second−Harmonic Generation；ＳＨＧ）素子２１を有することを特徴とする。上記実施例６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。ＳＨＧ素子２１は、半導体レーザ１１からのレーザ光の波長を変換させる波長変換素子である。ＳＨＧ素子２１は、半導体レーザ１１及び体積ホログラム７の間の光路中に配置されている。

ＳＨＧ素子２１は、半導体レーザ１１からのレーザ光を、２分の１の波長のレーザ光に変換して射出させる。ＳＨＧ素子２１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（ＬｉＮｂＯ3）の分極反転結晶（Periodically Poled Lithium Niobate；ＰＰＬＮ）を用いることができる。ヒータ２２は、熱の供給によりＳＨＧ素子２１の温度を調節する温度調整部である。ＳＨＧ素子２１のうち４つのレーザ光に対応する位置には、それぞれ温度を計測するサーミスタ２３が設けられている。各サーミスタ２３は、ＳＨＧ素子２１のうちレーザ光を通過させる部分以外の部分に配置されている。ヒータ２２は、ＳＨＧ素子２１の端部に配置されている。ヒータ２２は、ヒータ２２が配置された端部に近いほど高い温度となるような温度勾配を持たせてＳＨＧ素子２１の温度を調整する。

図１０は、ＳＨＧ素子２１の温度を調整するためのブロック構成を示す。サーミスタ２３は、温度の変化を抵抗値の変化として温度制御部２４へ出力する。温度制御部２４は、サーミスタ２３により計測された温度と所定の設定温度との温度差からヒータ２２へ供給する電力量を計算し、計算された電力量に応じた電力をヒータ２２へ供給する。温度制御部２４は、サーミスタ２３による計測結果に基づいてヒータ２２のフィードバック制御を行う。さらに、温度制御部２４は、各サーミスタ２３により計測される温度がＳＨＧ素子２１へ入射するレーザ光の各波長に応じた温度勾配を示すことを確認する。ヒータ２２は、ＳＨＧ素子２１へ入射するレーザ光の各波長に応じた温度勾配を持たせてＳＨＧ素子２１の温度を調整する。

ＳＨＧ素子２１において波長変換可能なレーザ光の波長は、ＳＨＧ素子２１の温度に依存する。各波長に応じた温度勾配を持たせてＳＨＧ素子２１の温度を調整することで、ＳＨＧ素子２１は、半導体レーザ１１からの各波長のレーザ光について波長を変換させることが可能となる。これにより、ＳＨＧ素子２１で波長が変換されたレーザ光を射出させることができる。

体積ホログラム７は、ＳＨＧ素子２１で波長変換されずに透過したレーザ光を選択的に反射させる。ＳＨＧ素子２１で波長変換されたレーザ光は、体積ホログラム７を透過し、光源装置２０から射出する。半導体レーザ１１からの複数の波長のレーザ光について波長変換することで、光源装置２０は、複数の波長のレーザ光を射出させる。よって、本実施例においても、スペックルノイズを低減させることができる。

なお、光源装置２０は、ＳＨＧ素子２１の端部に配置されたヒータ２２によってＳＨＧ素子２１の温度調整を行う場合に限られない。レーザ光の各波長に応じた温度勾配を持たせてＳＨＧ素子２１の温度を調整可能とするために、例えば、ＳＨＧ素子２１における各レーザ光の入射位置ごとにヒータを配置することとしても良い。温度調整部としては、例えば、ペルチェ素子を用いることとしても良い。ペルチェ素子を用いる場合、熱の供給のみならず、熱の吸収を行うことでＳＨＧ素子２１の温度を調節することとしても良い。

図１０は、本発明の実施例８に係るモニタ装置５０の概略構成を示す。モニタ装置５０は、装置本体５１と、光伝送部５２とを有する。装置本体５１は、上記実施例６に係る光源装置１０（図９参照）を備える。上記実施例６と重複する説明は省略する。光伝送部５２は、２つのライトガイド５４、５５を有する。光伝送部５２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板５６及び結像レンズ５７が設けられている。第１ライトガイド５４は、光源装置１０からの光を被写体へ伝送する。拡散板５６は、第１ライトガイド５４の射出側に設けられている。第１ライトガイド５４内を伝播した光は、拡散板５６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５６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５５は、被写体からの光をカメラ５３へ伝送する。結像レンズ５７は、第２ライトガイド５５の入射側に設けられている。結像レンズ５７は、被写体からの光を第２ライトガイド５５の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ５７により第２ライトガイド５５へ入射した後、第２ライトガイド５５内を伝播してカメラ５３へ入射する。

第１ライトガイド５４、第２ライトガイド５５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５３は、装置本体５１内に設けられている。カメラ５３は、光源装置１０から拡散板５６までの光路中の各部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５５から入射した光をカメラ５３へ入射させることで、カメラ５３による被写体の撮像ができる。上記実施例６に係る光源装置１０を用いることにより、高い効率で、かつスペックルノイズが低減された光を供給することができる。これにより、明るく、かつ高品質な像をモニタすることができるという効果を奏する。なお、上記実施例６に係る光源装置１０に代えて、上記実施例７に係る光源装置２０を適用しても良い。

図１０は、本発明の実施例９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７８に光を供給し、スクリーン７８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って、画像表示装置である。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６の光源装置１０（図９参照）と同様の構成を有する。上記実施例６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。フィールドレンズ７２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７３Ｒへ入射させる。Ｒ光用光源装置７１Ｒ及びフィールドレンズ７２は、Ｒ光用空間光変調装置７３Ｒを照明する照明装置を構成する。Ｒ光用空間光変調装置７３Ｒ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７３Ｒ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７４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。フィールドレンズ７２で平行化されたレーザ光は、Ｇ光用空間光変調装置７３Ｇへ入射する。Ｇ光用光源装置７１Ｇ及びフィールドレンズ７２は、Ｇ光用空間光変調装置７３Ｇを照明する照明装置を構成する。Ｇ光用空間光変調装置７３Ｇ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７３Ｇ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７４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。フィールドレンズ７２で平行化されたレーザ光は、Ｂ光用空間光変調装置７３Ｂへ入射する。Ｂ光用光源装置７１Ｂ及びフィールドレンズ７２は、Ｂ光用空間光変調装置７３Ｂを照明する照明装置を構成する。Ｂ光用空間光変調装置７３Ｂ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７３Ｂ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７４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７４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７５、７６を有する。第１ダイクロイック膜７５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７６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７４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７７の方向へ射出させる。投写レンズ７７は、クロスダイクロイックプリズム７４で合成された光をスクリーン７８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７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂを用いることにより、高い効率で光を供給可能とし、かつスペックルノイズを低減することができる。これにより、明るく、かつ高品質な画像を表示することができるという効果を奏する。なお、各色光用光源装置７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂは、上記実施例６に係る光源装置１０と同様の構成とする他、上記実施例７に係る光源装置２０と同様の構成としても良い。

図１０は、本実施例の変形例に係るプロジェクタ８０の概略構成を示す。本変形例のプロジェクタ８０は、空間光変調装置であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）８３を有する。光源装置８１は、上記実施例６の光源装置１０（図９参照）と同様の構成を有するものであって、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を順次供給する。光源装置８１からの光は、集光レンズ８２を経た後ＤＭＤ８３へ入射する。光源装置８１及び集光レンズ８２は、ＤＭＤ８３を照明する照明装置を構成する。ＤＭＤ８３は、各色光が入射する面に形成された複数の可動ミラー素子（不図示）を有する。可動ミラー素子は、第１の反射位置と、第２の反射位置とに選択的に変位する。ＤＭＤ８３は、光源装置８１により順次供給される各色光を変調する。可動ミラー素子により投写光学系８４の方向へ進行した光は、スクリーン７８にて投写像を形成する。

プロジェクタ８０は、空間光変調装置として反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いる構成としても良い。プロジェクタ８０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８０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。画像表示装置は、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。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、モニタ装置や画像表示装置に用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係る体積ホログラムの概略構成を示す図。 図１の体積ホログラムから射出される光のスペクトルを示す図。 本発明の実施例２に係る体積ホログラムの概略構成を示す図。 図３の体積ホログラムから射出される光のスペクトルを示す図。 本発明の実施例３に係る体積ホログラムの概略構成を示す図。 本発明の実施例４に係る体積ホログラムの概略構成を示す図。 本発明の実施例５に係る体積ホログラムの概略構成を示す図。 本発明の実施例６に係る体積ホログラムの概略構成を示す図。 各波長のレーザ光を選択的に反射させるための構成について説明する図。 体積ホログラムの波長選択性について説明する図。 本発明の実施例７に係る光源装置の概略構成を示す図。 ＳＨＧ素子の温度を調整するためのブロック構成を示す図。 本発明の実施例８に係るモニタ装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例９に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 実施例９の変形例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…半導体レーザ、１２…発光部、２，３，４，５，６，７…体積ホログラム、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…干渉縞、２０…光源装置、２１…ＳＨＧ素子、２２…ヒータ、２３…サーミスタ、２４…温度制御部、５０…モニタ装置、５１…装置本体、５２…光伝送部、５３…カメラ、５４…第１ライトガイド、５５…第２ライトガイド、５６…拡散板、５７…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…フィールドレンズ、７３Ｒ…Ｒ光用空間光変調装置、７３Ｇ…Ｇ光用空間光変調装置、７３Ｂ…Ｂ光用空間光変調装置、７４…クロスダイクロイックプリズム、７５…第１ダイクロイック膜、７６…第２ダイクロイック膜、７７…投写レンズ、７８…スクリーン、８０…プロジェクタ、８１…光源装置、８２…集光レンズ、８３…ＤＭＤ、８４…投写光学系

Claims (12)

1. 複数の発光部を備え、コヒーレント光を供給する光源部と、
   前記光源部からの前記コヒーレント光を共振させる外部共振器と、を有し、
   前記外部共振器は、複数の波長のコヒーレント光を回折させるものであり、入射する前記コヒーレント光の各波長に対応させて、前記コヒーレント光が入射する入射端面とのなす角度が異なる干渉縞が複数記録されてなる体積ホログラムを備え、
   前記光源部は、複数の前記発光部により複数の波長の前記コヒーレント光を供給し、
   前記体積ホログラムは、前記体積ホログラムへ入射する前記コヒーレント光の各波長に対応させて複数種類の異なる間隔で記録された干渉縞により、各波長の前記コヒーレント光を選択的に射出させることを特徴とする光源装置。
2. 前記体積ホログラムは、前記複数の干渉縞同士のなす角度が等間隔に異なることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記体積ホログラムは、一方向に前記複数の干渉縞が形成された干渉縞群と、前記一方向と交差する他方向に形成された他の干渉縞群とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記体積ホログラムは、前記複数の干渉縞が、入射する前記コヒーレント光の中心軸に対して略垂直方向、あるいは、略平行方向に記録されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 複数の発光部を備え、コヒーレント光を供給する光源部と、
   前記光源部からの前記コヒーレント光を共振させる外部共振器と、を有し、
   前記外部共振器は、複数の波長のコヒーレント光を回折させるものであり、入射する前記コヒーレント光の各波長に対応させて、前記コヒーレント光が入射する入射端面とのなす角度が異なる干渉縞が複数記録されてなる体積ホログラムを備え、
   前記光源部は、複数の前記発光部により複数の波長の前記コヒーレント光を供給し、
   前記体積ホログラムは、前記体積ホログラムへ入射する前記コヒーレント光の各波長に対応させて複数種類の異なる間隔で記録された干渉縞により、各波長の前記コヒーレント光を選択的に射出させることを特徴とする光源装置。
6. 前記体積ホログラムは、前記体積ホログラムへ入射する各波長の前記コヒーレント光を選択的に反射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. 前記体積ホログラムは、前記体積ホログラムへ入射する前記コヒーレント光の波長の間隔に基づいて決定された厚さを持たせて形成され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。
8. 前記光源部及び前記外部共振器の間の光路中に配置され、前記光源部からの前記コヒーレント光の波長を変換させる波長変換素子を有し、
   前記波長変換素子は、前記波長変換素子へ入射する各波長の前記コヒーレント光について、波長を変換させ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. 前記波長変換素子の温度を調整する温度調整部を有し、
   前記温度調整部は、前記波長変換素子へ入射する前記コヒーレント光の各波長に応じた温度勾配を持たせて前記波長変換素子の温度を調整することを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 請求項１〜９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。
11. 請求項１０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。
12. 請求項１〜９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。

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