본 발명에 따른 광원 장치는, 소정 파장의 레이저광을 발진하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원의 광 사출면에 대향 배치되고, 상기 레이저 광원으로부터 사출된 레이저광의 발진 파장을 변환하여 사출하는 비선형 광학 소자와, 상기 비선형 광학 소자에 의해 변환된 변환 파장의 레이저광의 사출면에 대향 배치되고, 발진 파장의 레이저광을 선택적으로 반사하는 브래그 격자 구조(Bragg grating structure)가 내부에 형성된 체적형 위상 격자(volume phase grating)와, 상기 체적형 위상 격자의 광 사출면에 마련되어, 변환 파장의 레이저광을 투과하고, 발진 파장의 레이저광을 반사하는 제 1 유전체 다층막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 체적형 위상 격자의 브래그 격자는 발진 파장의 레이저광에 대하여 95% 이상의 반사율로 레이저광을 반사시키고, 제 1 유전체 다층막은 파장 변환된 레이저광에 대하여 5% 이하의 반사율로 레이저광을 투과시키는 것이 바람직하다.
이러한 발명에서는, 레이저 광원 및 체적형 위상 격자의 사이에 비선형 광학 소자를 배치하고, 체적형 위상 격자의 브래그 격자에서, 레이저광의 발진 파장을 협대역화하고 있다. 이에 따라, 예컨대, 온도의 변동 등에 의해 레이저광의 발진 파장에 편차가 발생하여, 발진되는 레이저광의 파장 영역이 광대역화되어도, 체적형 위상 격자의 브래그 격자에 의해 발진 파장의 레이저광이 협대역화된다. 따라서, 온도의 변동 등에 의해 반도체 레이저의 발진 파장이 불일치하게 되어 파장 영역이 광대역화되었다고 해도, 체적형 위상 격자에 의해 레이저광의 발진 파장을 협대역화하여 일정하게 할 수 있다. 따라서, 비선형 광학 소자에서의 발진 파장의 레이저광의 파장 변환의 변환 효율이 향상된다.
또한, 비선형 광학 소자를 레이저 광원과 체적형 위상 격자 사이에 개재하고 있기 때문에, 이들 사이에서 왕복하는 발진 파장의 레이저광에 대하여 효율적으로 파장을 변환할 수 있어, 레이저광의 파장 변환 효율이 보다 양호해진다. 또한, 체적형 위상 격자의 제 1 유전체 다층막에서 발진 파장의 레이저광을 더욱 많이 반사시키는 것에 의해 레이저 광원의 레이저 매체에서 레이저 광원의 공진이 촉진되어, 레이저광의 출력이 증대된다. 따라서, 레이저광의 발진 효율 및 파장 변환 효율이 더욱 향상하여, 광원 장치로부터 양호한 레이저광을 사출시킬 수 있다.
본 발명에서는, 상기 체적형 위상 격자의 광 입사면에 마련되어, 발진 파장의 레이저광 및 변환 파장의 레이저광의 상기 비선형 광학 소자 쪽으로의 반사를 억제하는 유전체 박막을 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 체적형 위상 격자의 광 입사면에는, 발진 파장의 레이저광 및 변환 파장의 레이저광의 쌍방의 반사를 억제하는 유전체 박막이 형성되어 있다. 이에 따라, 변환 파장의 레이저광을 체적형 위상 격자에 양호하게 입사시킬 수 있어, 체적형 위상 격자에서 반사된 발진 파장의 레이저광을 비선형 광학 소자 쪽으로 양호하게 사출시킬 수 있다.
본 발명에서는, 상기 비선형 광학 소자는, 분극 반전 구조를 갖는 벌크형의 비선형 광학 소자이며, 이 비선형 광학 소자의 광 입사면에 마련되어, 변환 파장의 레이저광을 반사하며, 발진 파장의 레이저광을 투과하는 제 2 유전체 다층막을 더 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 제 2 유전체 다층막의 변환 파장의 레이저광에 대한 반사율은 95% 이상이며, 발진 파장의 레이저광에 대해서는 5% 이하의 반사율인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 비선형 광학 소자의 광 입사면에는, 변환 파장의 레이저광을 반사하고, 발진 파장의 레이저광을 투과하는 제 2 유전체 다층막이 형성되어 있다. 이에 따라, 발진 파장의 레이저광은 유전체 박막을 통과하고, 투과된 발진 파장의 레이저광 및 레이저 광원에서 새롭게 발진되는 레이저광이 공진된다. 따라서, 레이저광의 공진에 의해 레이저광의 출력이 증폭되어, 발진 효율을 양호하게 할 수 있다. 한편, 변환 파장의 레이저광은 제 2 유전체 다층막에서 반사되어 체적형 위상 격자의 제 1 유전체 다층막으로부터 사출된다. 따라서, 변환 파장의 레이저광은, 불필요한 광로를 통과하지 않고, 제 1 유전체 다층막으로부터 사출되어, 레이저광의 에너지 손실을 억제할 수 있어, 광원 장치의 발진 출력을 양호하게 할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 레이저 광원은 반도체 웨이퍼에 형성되는 반사 미러와, 이 반사 미러 상에 적층 형성되는 레이저 매체를 구비하고, 반사 미러 및 레이저 매체의 적층 방향으로 레이저광을 발진 출력하는 면발광형 반도체 레이저인 것이 바람직하다.
면발광형 반도체 레이저는, 동일 반도체 웨이퍼 내에 복수의 레이저 소자를 제작할 수 있고, 각각의 레이저 소자로부터 발진되는 레이저광은 반도체 웨이퍼면에 거의 수직이고, 서로 평행한 방향으로 사출된다. 따라서, 각각의 레이저 소자로부터 사출된 발진광을, 상기 비선형 광학 소자 및 체적형 위상 격자에 입사시켜, 각각 파장 변환 및 발진광을 반사시킬 수 있다. 이러한 구성을 취하면, 복수의 면발광형 반도체 레이저의 레이저 소자에 대하여, 비선형 광학 소자와 체적형 위상 격자 소자를 공통하여 사용할 수 있다. 복수의 레이저 소자에 근접하여 형성함으로써, 그 수만큼 사출되는 레이저광의 파워를 증가시키면서도, 매우 조밀한 구성으로 하는 것이 가능하고, 바람직하다.
한편, 상기 레이저 광원은, 클래드층 사이에 적층되는 레이저 매체와, 이 레이저 매체의 양 단면에 대향 배치되는 한 쌍의 반사 미러를 구비한 단면 발광형 반도체 레이저이며, 상기 레이저 광원의 광 사출면과, 상기 비선형 광학 소자 사이에는, 상기 레이저 광원으로부터 사출된 레이저광을 평행화하는 광 평행화 수단이 마련되는 구성으로 하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 레이저 광원은, 클래드층 사이에 적층되는 레이저 매체의 단면에서 레이저광을 반사시키고 레이저광의 출력을 증폭시켜 사출시키는, 이른바 단면 발광 타입의 반도체 레이저이며, 레이저광을 평행광으로 변환하는 광 평행화 수단을 통해, 비선형 광학 소자 및 체적형 위상 격자를 배치하고 있다. 이에 따 라, 비선형 광학 소자에서 파장 변환되지 않은 레이저광은, 체적형 위상 격자에 의해 반사되고, 평행 렌즈를 통해 다시 사출부로부터 레이저 매체에 입사되어, 레이저광의 출력을 증폭할 수 있다.
본 발명에 따른 프로젝터는, 레이저광을 사출하는 광원 장치와, 상기 광원 장치로부터 사출된 레이저광을 화상 정보에 따라 변조하는 광 변조 소자와, 상기 변조된 레이저광을 사출하는 투사 광학계를 구비한 프로젝터로서, 상기 광원 장치는 상술한 바와 같은 광원 장치인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 프로젝터에서는, 상기한 바와 같은 광원 장치에 의해 효율적으로 파장 변환된 레이저광을, 발진 출력을 저하시키지 않고 사출시키므로, 에너지 손실에 의한 소비 전력의 증대 등을 방지할 수 있다. 또한, 레이저 광원에 의해 간단한 구성이고, 또한 소형화가 가능한 프로젝터를 제공할 수 있다.
[실시예 1]
이하, 본 발명에 있어서의 일 실시예를 도면에 근거하여 설명한다.
[리어 프로젝터의 주된 구성]
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 리어 프로젝터의 측단면도이다. 도 1에서, 참조 부호 1은 리어 프로젝터이며, 이 리어 프로젝터(1)는, 캐비닛(2)과, 프로젝터로서의 프로젝터 유닛(3)과, 제어 유닛(4)과, 반사 미러(5)와, 투과형 스크린(6)으로 개략 구성되어 있다.
캐비닛(2)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 배면 쪽(도 1 중, 오른쪽)이 경사진 상자형으로 구성되고, 내부에 프로젝터 유닛(3), 제어 유닛(4) 및 반사 미러(5)를 수납 배치한다. 또, 구체적인 도시는 생략하지만, 캐비닛(2) 내부에는, 프로젝터 유닛(3), 제어 유닛(4) 및 반사 미러(5) 외에, 리어 프로젝터(1)의 각 구성 부재에 전력을 공급하는 전원 유닛 및 리어 프로젝터(1) 내부를 냉각하는 냉각 유닛, 음성을 출력하는 음성 출력부 등이 배치된다.
또한, 이 캐비닛(2)의 전면 쪽(도 1 중, 왼쪽)에는, 평면에서 보아 직사각형 형상의 개구부(21)가 형성되고, 개구부(21) 가장자리에 투과형 스크린(6)이 지지 고정된다.
프로젝터 유닛(3)은 캐비닛(2) 내의 저면에 배치되고, 제어 유닛(4)으로부터 출력된 화상 신호에 근거하여 화상광 L을 형성하여 반사 미러(5)를 향해 확대 투사한다. 이 프로젝터 유닛(3)의 구체적인 구성은 후술한다.
제어 유닛(4)은, 구체적인 도시는 생략하지만, 예컨대, 튜너, IF 회로, 음성검파 회로, 영상 검파 회로, 증폭 회로 및 CPU 등을 구비하여 구성되고, 프로젝터 유닛(3)을 통괄적으로 제어한다. 또한, 제어 유닛(4)은, 예컨대, 리모트 컨트롤러(도시 생략)의 조작에 의해 선택된 채널에 대응하는 주파수의 방송 신호를 추출하여, 화상 신호를 프로젝터 유닛(3)에 출력함과 동시에 음성 신호를 음성 출력부(도시 생략)로 출력한다.
반사 미러(5)는 캐비닛(2) 내의 상부의 배면 쪽에 배치되고, 프로젝터 유닛(3)에 의해 투사된 화상광 L을 투과형 스크린(6)의 배면 쪽으로 반사한다.
투과형 스크린(6)은 직사각형 형상을 갖고, 캐비닛(2)의 개구부(21) 가장자리에 지지 고정된다. 이 투과형 스크린(6)은 배면 쪽에 배치되는 프레넬 렌즈 시트(61)와, 전면 쪽에 배치되는 렌티큘러 렌즈 시트(62)로 구성되어 있다. 그리고 투과형 스크린(6)은 반사 미러(5)를 통해 입사된 화상광 L을 프레넬 렌즈 시트(61)에 의해 평행광으로 변환하고, 상기 평행광을 렌티큘러 렌즈 시트(62)에서 확대(확산)광으로 변환하여, 화상광을 배면 쪽으로부터 전면 쪽으로 투영하여 투영 화상을 표시한다.
[프로젝터 유닛의 구성]
다음에 프로젝터 유닛(3)의 구성에 대하여, 도 2에 근거하여 설명한다. 도 2는 프로젝터 유닛의 내부에 구성되는 광학계의 개략을 나타내는 모식도이다.
프로젝터 유닛(3)은 광원 장치(31)와 액정 패널(32)과 편광판(33)과 크로스 다이크로익 프리즘(34)과 투사 렌즈(35) 등을 구비하고 있다. 또, 액정 패널(32), 편광판(33) 및 크로스 다이크로익 프리즘(34)에 의해 본 발명의 광학 소자가 구성된다.
광원 장치(31)는 상술한 제어 장치로부터 입력되는 제어 신호에 근거하여 점등하고, 액정 패널(32)을 향해 레이저광을 사출한다. 이들 광원 장치(31)는 적색 레이저광을 사출하는 적색광용 광원 장치(31R)와, 청색 레이저광을 사출하는 청색광용 광원 장치(31B)와, 녹색 레이저광을 사출하는 녹색광용 광원 장치(31G)를 구비하고 있다. 이들 광원 장치(31)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 각각 크로스 다 이크로익 프리즘(34)의 측면 세 방면에 각각 대향하도록 배치된다. 이때, 크로스 다이크로익 프리즘(34)을 사이에 두고, 적색광용 광원 장치(31R) 및 청색광용 광원 장치(31B)가 서로 대향하고, 투사 렌즈(35) 및 녹색광용 광원 장치(31G)가 서로 대향하도록, 각 광원 장치(31)가 배치된다. 또, 이들의 광원 장치(31)의 상세한 설명은 후술한다.
액정 패널(32)은, 예컨대, 폴리실리콘 TFT(Thin Film Transistor)를 스위칭 소자로서 이용한 것이고, 광원 장치(31)로부터 사출된 각 색광은, 이들 3장의 액정 패널(32)과 이들 광속 입사쪽 및 사출쪽에 있는 편광판(33)에 의해, 화상 정보에 따라 변조되어 광학 이미지를 형성한다.
편광판(33)은 액정 패널(32)의 광로 전단쪽 및 광로 후단쪽에 배치되는 입사측 편광판(331) 및 사출측 편광판(332)을 구비한다. 입사측 편광판(331)은 광원 장치(31)로부터 사출된 각 색광 중 일정 방향의 편광광만 투과시키고, 그 밖의 광속을 흡수하는 것이고, 수정 또는 사파이어 등으로 이루어지는 기판에 편광막이 부착된 것이다. 사출측 편광판(332)도, 입사측 편광판(331)과 거의 마찬가지로 구성되고, 액정 패널(32)로부터 사출된 광속 중, 소정 방향의 편광광만 투과시키고, 그 밖의 광속을 흡수하는 것이다. 또한, 기판을 이용하지 않고서, 편광막을 크로스 다이크로익 프리즘(34)에 부착하여도 좋고, 기판을 크로스 다이크로익 프리즘(34)에 부착하여도 좋다. 이들 입사측 편광판(331) 및 사출측 편광판(332)은 서로의 편광축의 방향이 직교하도록 설정되어 있다.
크로스 다이크로익 프리즘(34)은 각 액정 패널(32)로부터 사출된 색광마다 변조된 광학 이미지를 합성하여 컬러 화상을 형성하는 광학 소자이다. 이 크로스 다이크로익 프리즘(34)은 4개의 직각 프리즘을 접합시킨, 평면에서 보아 대략 정방형 형상을 이루고, 직각 프리즘끼리를 접합한 계면에는, 2개의 유전체 다층막이 형성되어 있다. 이들 유전체 다층막은 서로 대향하는 각 액정 패널(32)로부터 사출된 각 색광을 반사하고, 투사 렌즈(35)에 대향하는 액정 패널(32)로부터 사출된 색광을 투과한다. 이와 같이 하여, 각 액정 패널(32)에서 변조된 각 색광이 합성되어 컬러 화상이 형성된다.
투사 렌즈(35)는 복수의 렌즈가 조합된 렌즈 그룹으로 구성된다. 그리고, 이 투사 렌즈(35)는 크로스 다이크로익 프리즘(34)에서 형성된 컬러 화상에 근거한 화상광 L을 형성하여 반사 미러(5)를 향해 확대 투사한다.
[광원 장치의 구성]
다음에, 광원 장치(31)의 구성에 대하여 도 3에 근거해 설명한다. 도 3은 광원 장치를 구성하는 레이저 광원 유닛의 개략을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
여기서, 광원 장치(31)는 복수의 레이저 광원 유닛(31A)을, 예컨대, 병렬로 배치하는 것에 의해 구성되어 있다. 이 레이저 광원 유닛(31A)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 레이저광을 발진하는 레이저 광원(311)과, 레이저 광원(311)에서 발진된 레이저광의 파장을 변환하는 비선형 광학 소자(312)와, 비선형 광학 소자(312)에서 파장 변환된 레이저광을 투과하고, 파장 변환되지 않은 레이저광을 반 사하는 체적형 위상 격자로서의 VBG(Volume Bragg Grating)(313)를 구비하고 있다.
레이저 광원(311)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼인 기판(400) 상에 형성되고, 반사 미러로서의 미러층(311A)과, 미러층(311A)의 표면에 적층되는 레이저 매체(311B)를 구비하고 있다.
미러층(311A)은 기판(400) 상에 직접 형성된다. 즉, 미러층(311A)은 기판(400)의 웨이퍼 제조 단계에서, 증착 등의 방법에 의해 직접 유전체가 층형상으로 적층 형성되고, 이들 유전체에 의해 미러층(311A)이 형성되어 있다. 또한, 미러층(311A)은 고굴절율의 층과 저굴절율의 층이 적층하여 이루어져 있고, 각각의 층의 두께는 레이저광의 파장과 각각의 층의 굴절율로부터, 반사광이 간섭하여 상호 강화하는 조건으로 설정되어 있다.
레이저 매체(311B)는 미러층(311A)의 상면에 형성되어 있다. 이 레이저 매체(311B)는, 도시하지 않은 통전 수단이 접속되어 있고, 통전 수단으로부터 소정량 전류가 흐르면, 소정 파장(이후, 발진된 레이저광의 파장을 발진 파장이라 함)의 레이저광을 발진한다. 또한, 레이저 매체(311B)는 통과하는 발진 파장의 레이저광을 증폭시킨다. 즉, 미러층(311A)이나 후술하는 VBG에 의해 반사된 레이저광은 레이저 매체에 의해 새롭게 발진되는 레이저광과 공진하여 증폭되고, 기판(400)에 대략 직교하는 방향으로 사출된다.
비선형 광학 소자(312)는 레이저 광원(311)의 레이저 매체(311B)에 대향하여, 레이저 광원(311)으로부터 발진되는 레이저광의 광로 상에 배치되어 있다. 이 비선형 광학 소자(312)는, 예컨대, LN(LiNbO3)이나, LT(LiTaO3) 등의 무기 비선형 광학 재료의 결정 기판 내부에, 상호 분극 방향이 반전된 2개의 영역(312B) 및 영역(312C)을, 소정 간격을 두고 교대로 형성함으로써, 분극 반전 구조로 형성되어 있다. 여기서 소정 간격을 둔다는 것은, 레이저 광원(311)에서 발진되는 레이저광의 파장과 비선형 광학 소자의 굴절율 분산에 의해 적절하게 결정되는 것이다. 이 비선형 광학 소자(312)는 레이저 광원(311)으로부터 사출된 레이저광의 파장으로부터 제 2 고조파를 생성한다(이후, 비선형 광학 소자(312)에서 변환된 파장을 변환 파장이라 함). 예컨대, 레이저 광원(311)으로부터 발진되는 발진 파장 1064㎚의 적외 레이저광으로부터, 파장이 532㎚인 녹색 레이저광을 생성한다.
또한, 비선형 광학 소자(312)에서는, 사출되는 변환 파장의 레이저광의 광도는 입사한 발진 파장의 레이저광 광도의 2승에 거의 비례한다. 그 때문에, 변환 효율을 향상시키기 위해서는, 본래의 발진 파장의 레이저광의 광도를 크게 하는 것이 중요하다.
그리고, 비선형 광학 소자(312)의 레이저 광원(311) 쪽의 광 입사면에는, 제 2 유전체 다층막(312A)이 형성되어 있다. 이 제 2 유전체 다층막(312A)은 발진 파장의 레이저광에 대하여 95% 이상의 투과율로 투과하고, 변환 파장의 레이저광에 대하여 95% 이상의 반사율로 반사된다.
VBG(313)는 발진 파장의 레이저광을 협대역화하여 반사하는 소자다. 이 VBG(313)는 레이저광의 광로를 따라 적층되는 브래그층(313A)과, 브래그층(313A)의 비선형 광학 소자(312)와는 반대쪽의 외측 단면에 형성되는 제 1 유전체 다층막(313B)과, 브래그층(313A)의 비선형 광학 소자(312) 쪽 단면에 형성되는 유전체 박막(313C)을 구비하고 있다.
브래그층(313A)은 SiO2를 주체로 한, 예컨대, 알칼리 보로알루미노실리케이트 유리(alkali boroaluminosilicate glass) 등의 유리층에 소정 파장의 자외선을 조사하고, 유리층 중에 굴절율이 다른 간섭 패턴을 층 형상으로 형성한 것이다. 이 브래그층(313A)에서는, 발진 파장의 레이저광만을 선택적으로 반사하여, 레이저광의 발진 파장 영역을 협대역화하고 있다. 즉, 일반적으로 반도체 레이저로부터 발진되는 레이저광은 이득 대역 내에서 복수의 세로 모드(vertical mode)가 발진하고, 온도의 변동 등의 영향에 의해 그들의 파장이 변화된다. 이와 같이 레이저광의 파장 영역은, 일반적으로, 비선형 광학 소자(312)에서 파장 변환되는 허용 파장 영역에 비해 넓기 때문에, 비선형 광학 소자(312)에서의 파장 변환 효율이 저하된다. 이에 대하여, VBG(312)의 브래그층(313A)은 반도체 레이저로부터 사출된 레이저광 중 특정 파장의 레이저광만을 반사시켜, 레이저광의 발진 파장을 협대역화한다. 한편, 비선형 광학 소자(312)에서 파장 변환된 변환 파장의 레이저광은 브래그층(313A)을 투과하여, 제 1 유전체 다층막(313B)에 입사된다.
제 1 유전체 다층막(313B)은, 이른바 다이크로익 필터이며, 변환 파장의 레이저광을 투과하고, 그 이외의 파장의 레이저광을 반사한다. 예컨대, 녹색광용 광원 장치(31G)에서는, 발진 파장의 레이저광인 적색 레이저광을 반사하고, 변환 파 장인 녹색 레이저광을 투과한다. 이 때, 제 1 유전체 다층막(313B)은 발진 파장의 레이저광에 대하여 95% 이상의 반사율로 반사하고, 변환 파장의 레이저광에 대하여 95% 이상의 투과율로 투과하여, 광원 장치(31)로부터 사출시킨다.
유전체 박막(313C)은 단층 또는 다층의 AR 코팅(anti-reflective coating)에 의해 형성되어 있고, 발진 파장의 레이저광 및 변환 파장의 레이저광의 쌍방에 대하여 98% 이상의 투과율로 투과한다.
또한, 상기 비선형 광학 소자(312) 및 VBG(313)는 레이저 광원으로부터 사출되는 레이저광의 광축에 대하여 대략 직교하는 면 위에 배치되어 있다.
(광원 장치의 동작)
다음에, 상기 본 실시예의 리어 프로젝터(1)의 프로젝터 유닛(3)의 광원 장치(31)의 동작 및 작용에 대하여 설명한다.
광원 장치(31)는, 제어 유닛(4)의 제어에 의해, 레이저 광원(311)의 레이저 매체(311B)에 전류가 흐르면, 소정 파장의 레이저광을 발진한다. 예컨대, 녹색광용 광원 장치(31G)에서는, 레이저 매체(311B)에 전류를 통전시키면, 예컨대, 파장이 1064㎚의 적외 레이저광을 발진시킨다. 여기서, 발진된 레이저광 중, 기판(400)에 대하여 대략 직교하는 방향으로 진행하는 레이저광은 레이저 매체(311B)의 비선형 광학 소자(312) 쪽 단면으로부터 사출된다. 또한, 기판(400) 쪽으로 진행하는 레이저광도 제 2 유전체 다층막(312A)에서 반사되고, 다시 레이저광 매체를 통해, 비선형 광학 소자(312) 쪽으로 사출된다.
그리고, 비선형 광학 소자(312)에서는, 입사한 발진 파장의 레이저광을 파장 변환한다. 예컨대, 녹색광용 광원 장치(31G)에서는, 레이저 광원(311)에서 발진된 적외 레이저광을 파장 532㎚의 녹색 레이저광으로 파장 변환한다.
그 다음에, 비선형 광학 소자(312)를 투과한 레이저광은 VBG(313)에 입사된다. 그리고, VBG(313)의 브래그층(313A)은 입사된 레이저광 중, 설정된 특정 파장의 레이저광만을 반사시킨다. 이 때문에, 온도의 변동 등에 관계없이 레이저광의 발진 파장은 항상 일정하며, 동시에 발진되는 레이저광을 협대역화할 수 있다.
한편, 비선형 광학 소자(312)에서 변환된 변환 파장의 레이저광은 브래그층(313A) 및 제 1 유전체 다층막(313B)을 투과한다. 이 제 1 유전체 다층막(313B)을 투과한 레이저광은 액정 패널(32), 편광판(33), 크로스 다이크로익 프리즘(34)에 입사되고, 다른 레이저광과 합성되어 투사 렌즈(35)로부터 화상광 L로서 투사된다.
또한, VBG(313)에서 반사된 발진 파장의 레이저광은 다시 비선형 광학 소자(312)에 입사되어 파장 변환된다. 이 때, 반사된 발진 파장의 레이저광은, 파장이 협대역화되어 있기 때문에, 비선형 광학 소자(312)에서의 변환 효율이 향상된다.
그리고, 여기서 파장 변환된 레이저광 및 VBG(313)에서 반사된 변환 파장의 레이저광은 제 2 유전체 다층막(312A)에서 반사되고, 다시 VBG(313) 쪽으로 입사되며, 제 1 유전체 다층막(313B)으로부터 사출된다. 이에 따라, 변환 파장의 레이저광이 불필요한 광로 상을 진행하지 않아, 레이저광의 출력 저하를 억제할 수 있다. 또한, 이 비선형 광학 소자(312)에서 파장 변환되지 않은 발진 파장의 레이저광은 제 2 유전체 다층막(312A)을 투과하여 레이저 광원에 입사된다.
그리고, 레이저 광원에 입사된 발진 파장의 레이저광은 레이저 매체에서 새롭게 발진되는 레이저광과 공진한다. 이에 따라, 레이저광의 레이저 출력이 증폭되어, 다시 비선형 광학 소자(312)를 향해 사출된다.
이상과 같이, 상기 광원 장치(31)에서는, 발진 파장의 레이저광을, VBG에서 협대역화하여, 레이저 광원의 미러층(311A) 및 VBG(313)의 제 1 유전체 다층막(313B) 사이를 왕복시킨다. 이 때문에, 레이저광의 출력이 보다 증폭되고, 파장 변환의 효율도 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 면발광형 반도체 레이저를 사용하는 경우에는, 동일한 반도체 웨이퍼의 기판(400) 내에 복수의 레이저 소자를 근접하여 형성하는 것이 가능하고, 이 때, 사출되는 레이저광은 서로 평행하게 사출된다. 이 때문에, 동일한 비선형 광학 소자(312) 및 VBG(313)를 공통하여 사용할 수 있다. 이렇게 복수의 레이저 소자를 집적함으로써, 광원 장치(31)를 대형화시키지 않고, 출력되는 레이저광의 출력을 레이저 소자의 수만큼 증가시킬 수 있다.
[실시예 2]
다음에, 본 발명의 실시예 2를 도면에 근거하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 상기 실시예 1과 마찬가지의 구조 및 동일 부재에는 동일 참조 부호를 부여하여, 그 상세한 설명은 생략 또는 간략화한다. 도 4는 실시예 2에 있어서의 광원 장치(41)의 구성의 개략을 나타내는 모식도이다.
실시예 2에서는, 실시예 1에 있어서의 프로젝터 유닛(3) 내부에 수납되는 광원 장치(31) 대신, 이른바 단면 발광형의 반도체 레이저를 이용한 광원 장치(41)를 이용한 것이다.
(광원 장치의 구성)
실시예 2에 있어서의 광원 장치(41)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 직사각형 형상의 레이저 광원(411)과, 평행 렌즈(412)와, 비선형 광학 소자(312)와, VBG(313)를 구비하고 있다.
레이저 광원(411)은 직사각형 형상의 레이저 매체(411A)가 클래드층(411B) 사이에 적층된, 이른바 단면 발광형 반도체 레이저이다. 이 레이저 매체(411A)의직사각형 양 단면에는, 반사 미러로서의 미러층(411C)이 형성되어 있고, 미러층(411C) 사이에서 레이저광을 반사시킴으로써, 레이저광의 출력을 증폭시키고 있다. 레이저 매체(411A)에는, 도시하지 않은 통전 수단이 마련되고 있고, 제어 유닛(4)의 제어에 의해 통전 수단으로부터 소정량의 전류가 통전되면, 소정의 발진 파장의 레이저광이 발진된다.
미러층(411C)은, 상술한 바와 같이, 레이저 매체(411A)의 양 단면에 형성되고, 레이저 매체(411A)에서 발진된 레이저광을 이 미러층(411C) 사이에서 반사시킴으로써 레이저광을 공진시켜 출력을 증폭시키고 있다. 또한, 한쪽의 미러층(411C)에는, 광 평행화 수단으로서의 평행 렌즈(412)에 대향하여 사출부(411D)가 형성되 어 있고, 이 사출부(411D)로부터 발진된 레이저광이 사출된다.
평행 렌즈(412)는 레이저 광원(411)의 사출부(411D)로부터 사출된 레이저광을 평행 광속으로 변환한다.
비선형 광학 소자(312)는 실시예 1의 비선형 광학 소자(312)와 마찬가지의 구성을 갖고 있고, 평행 렌즈(412)에 대향하여 배치된다. 비선형 광학 소자(312)의 평행 렌즈(412) 쪽의 단면에는, 제 2 유전체 다층막(312A)이 형성되어 있다.
VBG(313)는 실시예 1의 VBG(313)와 마찬가지의 구성을 갖고 있고, 비선형 광학 소자(312)에 대향하여 배치되어 있다. 그리고, VBG(313)의 사출 쪽 단면에는, 제 1 유전체 다층막(313B)이 형성되고, 입사 쪽 단면에는, 유전체 박막(313C)이 형성되어 있다.
(광원 장치의 동작)
다음에, 상기 실시예 2의 광원 장치(41)의 동작에 대하여 설명한다.
광원 장치(41)는, 제어 유닛(4)의 제어에 의해, 레이저 광원(411)의 레이저 매체(411A)에 전류가 흐르면, 소정 파장의 레이저광을 발진한다. 여기서, 발진된 레이저광은 레이저 매체(411A)의 양 단면의 미러층(411C)에서 반사되어, 레이저 매체(411A) 내를 왕복한다. 그리고, 이 레이저 매체(411A) 내에서 왕복하는 동안에, 새롭게 발진된 레이저광 등과 공진하여, 그 출력이 증폭된다. 그리고, 증폭된 레이저광의 일부가 사출부(411D)로부터 평행 렌즈(412) 쪽으로 사출된다.
그리고, 사출부(411D)로부터 사출된 레이저광은 평행 렌즈(412)에서 평행 광 속으로 변환되고, 비선형 광학 소자(312)에 입사되며, 비선형 광학 소자(312)에서 발진 파장의 레이저광이 파장 변환된다.
그 다음에, 비선형 광학 소자(312)를 투과한 레이저광은 VBG(313)에 입사된다. 그리고, VBG(313)의 브래그층(313A)은 입사된 레이저광 중, 발진 파장의 레이저광만을 반사시켜, 발진 파장의 레이저광을 협대역화시킨다. 한편, 비선형 광학 소자(312)에서 변환된 변환 파장의 레이저광은 브래그층(313A) 및 제 1 유전체 다층막(313B)을 투과하여, 광원 장치(41)로부터 사출된다.
또한, VBG(313)에서 반사된 발진 파장의 레이저광은 다시 비선형 광학 소자(312)에 입사하여 파장 변환된다. 그리고, 여기서 파장 변환된 레이저광 및 VBG(313)에서 반사된 일부의 변환 파장의 레이저광은 제 2 유전체 다층막(312A)에서 반사되고, 다시 VBG(313) 쪽에 입사되며, 제 1 유전체 다층막(313B)으로부터 사출된다. 한편, 이 비선형 광학 소자(312)에서 파장 변환되지 않은 발진 파장의 레이저광은 제 2 유전체 다층막(312A)을 투과하여 평행 렌즈(412) 쪽으로 사출된다. 그리고, 제 2 유전체 다층막(312A)으로부터 레이저 광원(411) 쪽으로 사출된 레이저광은 평행 렌즈(412)에서, 레이저 광원(411)의 사출부(411D)를 향하여 광속이 수렴되어, 사출부(411D)로부터 레이저 매체(411A) 내로 입사된다.
그리고, 레이저 광원(411)에 입사된 발진 파장의 레이저광은 레이저 매체(411A)에서 새롭게 발진되는 레이저광과 공진하여, 레이저 출력이 증폭된다.
상기한 바와 같은 실시예 2의 광원 장치(41)는, 실시예 1의 광원 장치(31)와 마찬가지로, 레이저 광원(411) 및 VBG(313) 사이에 비선형 광학 소자(312)를 배치 하고, VBG(313)의 사출 쪽 단면에 변환 파장의 레이저광을 투과하는 제 1 유전체 다층막이 형성되어 있다. 이 때문에, 실시예 1과 마찬가지로, 온도의 변동 등에 의해 레이저광의 발진 파장에 편차가 발생했다고 해도 VBG(313)의 브래그층(313A)에서 발진 파장의 레이저광을 협대역화할 수 있어, 비선형 광학 소자(312)에서의 발진 파장의 레이저광의 파장 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저 광원(411)으로서 길이 방향의 레이저 매체(411A)의 양 단면의 미러층(411C)에서 레이저광을 반사시켜 레이저광의 출력을 증폭시키고, 증폭된 레이저광을 사출부(411D)로부터 사출시키는, 이른바, 단면 발광 타입의 반도체 레이저가 이용되고, 레이저광을 평행광으로 변환하는 평행 렌즈(412)를 통해 비선형 광학 소자(312) 및 VBG(313)가 배치되어 있다. 이 때문에, 비선형 광학 소자(312)에서 파장 변환되지 않은 레이저광은 VBG(313)에서 협대역화되어 반사되고, 평행 렌즈(412)를 통해 다시 사출부(411D)로부터 레이저 매체(411A)에 입사되어, 레이저광의 출력을 증폭할 수 있다. 따라서, 단면 발광형의 반도체 레이저이더라도, 발진 효율을 향상시킬 수 있다.
[실시예의 변형예]
또, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
예컨대, 상기 실시예 1 및 2에 있어서, 적색광용 광원 장치(31R), 청색광용 광원 장치(31B) 및 녹색광용 광원 장치(31G)가 모두, 도 3에 나타내는 바와 같이, 레이저 광원(311), 비선형 광학 소자(312) 및 VBG(313)를 구비하는 구성을 나타내고 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 즉, 적색 레이저광 및 청색 레이저광은, 레이저 매체인 반도체 레이저 소자로서 적절한 것을 선택하는 것에 의해, 직접 레이저 광원(311)으로부터 적색 레이저광 및 청색 레이저광을 발진시킬 수 있다. 따라서, 적색광용 광원 장치(31R) 및 청색광용 광원 장치(31B)에는, 종래의 면 발광 타입 또는 단면 발광 타입의 반도체 레이저를 이용하고, 녹색광용 광원 장치(31G)에만, 상기 도 3에 나타내는 바와 같은 광원 장치(31)를 이용하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 제 2 유전체 다층막(312A)은 발진 파장의 레이저광을 투과하고, 변환 파장의 레이저광을 반사하는 구성으로 했지만, 쌍방 모두 투과하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 비선형 광학 소자(312)를 구성하는 비선형 광학 재료로서, LN(LiNbO3)나, LT(LiTaO3)를 예시했지만, 이외에도 KNbO3, BNN(Ba2NaNb5O15), KTP(KTiOPO4), KTA(KTiOAsO4), BBO(β-BaB2O4), LBO(LiB3O7) 등의 무기 비선형 광학 재료를 이용하여도 좋다. 또한, 메타니트로아닐린(metanitroaniline), 2-메틸-4-니트로아닐린(2-methyl-4-nitroaniline), 칼콘(chalcone), 디시아노비닐애니솔(dicyanovinylanisole), 3,5-디메틸-1-(4-니트로페닐)피라졸(3,5-dimethyl-1-(4-nitrophenyl)pyrazole), N-메톡시메틸-4-니트로아닐린(N-methoxymethyl-4-nitroaniline) 등의 저분자 유기 재료나, 폴드 폴리 머(poled polymer) 등의 유기 비선형 광학 재료를 이용하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서, 비선형 광학 소자(312) 및 VBG(313)는 복수의 레이저 소자에서 공통하여 사용되는 예를 나타내었지만, 이것에 한정되지 않고, 각 레이저 소자에 각각 하나씩 마련되는 구성으로 하여도 좋다.
그리고, 상기 실시예 1 및 2에 있어서, 리어 프로젝터(1)에 탑재되는 프로젝터 유닛(3)을 구성하는 광원 장치(31, 41)를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 프론트 프로젝터 등, 그 외의 타입의 프로젝터에 이용하여도 좋다. 예컨대, 투과형 액정 광 밸브나 반사형 액정 광 밸브의 외에, 디지털·마이크로미러·장치(텍사스 인스트루먼트사의 상표)를 채용하여도 좋다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 구성 등은 이상의 기재에 개시되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 주로 특정한 실시예에 관해 특별히 도시되고, 또한, 설명되어 있지만, 본 발명의 기술적 사상 및 목적의 범위로부터 일탈하지 않고, 이상 기술한 실시예에 대하여, 형상, 재질, 수량, 그 밖의 상세한 구성에 있어서, 당업자가 여러 가지 변형을 가할 수 있는 것이다.
따라서, 상기에 개시한 형상, 재질 등을 한정한 기재는, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 예시적으로 기재한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니기 때문에, 그들의 형상, 재질 등의 한정의 일부 또는 전부의 한정을 제외한 부재의 명칭에서의 기재는 본 발명에 포함되는 것이다.
본 발명은 레이저광을 사출하는 광원 장치 및 이 광원 장치를 구비한 프로젝터에 이용할 수 있다.