多波長光源装置
【課題】 異なる波長のビームを投射先で重ね合わせる多波長光源装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことを目的とする。
【解決手段】 光を出射する複数の発火点を有する光源と、前記複数の発火点から出射された複数の光を集光する集光手段と、前記集光手段によって集光された前記複数の発火点からの複数の光が重なり、混じり合うように伝播させる導光手段 とを有する多波長光源装置。
【解決手段】 光を出射する複数の発火点を有する光源と、前記複数の発火点から出射された複数の光を集光する集光手段と、前記集光手段によって集光された前記複数の発火点からの複数の光が重なり、混じり合うように伝播させる導光手段 とを有する多波長光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
会議やプレゼンテーション等の発表の場では、大型画面を表示する投写型画像表示装置(以下、「プロジェクタ」という。）が用いられる場面が多数ある。これまでのプロジェクタは比較的多くの視聴者に見せる用途から、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等の大きな光源を用いていた。
【０００３】
しかし、近年、携帯電話やノートＰＣに内臓又は接続して、数人の視聴者に見せるニーズが生まれてきた。そこで、光源として発光素子（発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)又は半導体レーザ）を用い、当該発光素子からのビームをラスタースキャンして画像を表示するプロジェクタが注目されている。このようなプロジェクタは、その小ささから「マイクロプロジェクタ」と呼ばれている。このマイクロプロジェクタは、発光素子から出射されるRGB三原色(赤、青、緑)に近い波長のビームを、画面(スクリーン)を横切るようにラスタ走査するか、静止して画像を照らすように使用する。
【０００４】
ところで、従来のプロジェクタは、RGBの各光源装置から出射される光をMEMS（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等で走査し、スクリーンに直接投写する。レーザを用いたプロジェクタでは、RGBの各光源は独立制御できることから、液晶表示装置に代表されるフラットパネルのように、RGBのサブ画素で１画素を構成するようにする必要がなく、スクリーン上でRGBビーム位置を重ね合わせて、白色のビームスポットなるように光軸を合わせるようにする。
【０００５】
特許文献１では、R光源、G光源、B光源からのビーム光を空間に伝播させ、２つのダイクロイックミラーを用いて、光軸を一致させる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０９９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のようなダイクロイックミラーを用いた方法では、ビーム径に対する光強度のスペクトルが中心付近に偏っているため、実効的なビーム径が極めて小さくなる（図２（Ａ）に、特許文献１の多波長光源装置が投射するビーム径に対する光強度のスペクトルを示し、図２（Ｂ）に、特許文献１の多波長光源装置が投射するスクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置を示す。）。そのため、光軸を一致させる難易度が高く、スクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置がずれやすい。発光素子、特に半導体レーザは局所的な温度上昇等の使用環境の変化によりビーム径やビーム光軸位置が経時変化を起こすため、スクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置がずれやすい。従って、特許文献１の手法では、ビームのスポット径に対して相対的なズレ量が大きくなり、色ズレや光強度劣化が発生しやすく、プロジェクタ光源として最適なモジュール構造とはいえないものであった。さらに、ダイクロイックミラー等の部品点数が多く、部品コストや実装コストも高いという問題もある。
【０００８】
本発明の目的は、異なる波長のビームを投射先のスクリーン上で重ね合わせる多波長光源装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、上記課題を解決する複数の手段を含むものである。以下、その代表的な手段を説明する。
【００１０】
上記課題を解決する多波長光源装置の１つに、異なる波長の光を出射する複数の発火点を有する光源と、前記複数の発火点から出射された複数の光を集光する集光手段と、前記集光手段によって集光された前記複数の光が重なり、混じり合うように伝播させる導光手段とを有するものがある。上記導光手段を備えることで、複数のビーム光の中心軸を一致させることが容易になり、合わせズレによる色ズレや光強度不足を低減することができる。
【００１１】
また、上記導光手段において、入出力端面の少なくとも一方に光学要素を有していることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、入力端面（光源側）に光学要素として屈折作用がある場合には、導光手段にて光を伝播させる際、効率よく導光媒体の内部で多重反射を繰り返させることができるので、複数のビーム光を十分に混じり合わせることができる。一方、出力端面（出射側）に光学要素として屈折作用がある場合には、導光手段からの出射光を平行光にすることができるので、例えばRGB光源の場合、1m程度離れたところにあるスクリーン上でカラー表示を高精細に行なえる。なお、上記記載の「光学要素」とは、入射する光に対して何らかの光学的作用（例えば、反射、透過、屈折、回折等）を与えるものをいい、例えば、レンズや回折格子などが挙げられる。
【００１２】
また、上記多波長光源装置を構成している光源、集光手段、導光手段が１パッケージにモジュール化され、キャンステムに搭載されていることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、小型且つ汎用性がある多波長光源装置となる。
【００１３】
また、上記導光手段は内部構造を有し、光ファイバ、バンドルファイバ、リキッドファイバ、導光板、ライトトンネル、及びライトパイプのいずれかであることは、本発明の好ましい態様である。
【００１４】
また、上記多波長光源装置における複数の光源は、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、例えばRGB光源の場合、スクリーン上でのカラー表示が可能である上に、光学系の小型化が可能となる。
【００１５】
また、上記多波長光源装置における複数の光源は、基本波としての半導体レーザと波長変換素子としての非線形結晶からなる波長変換レーザ（SHGレーザ）、半導体レーザ、及び半導体発光素子（LED）のいずれかであることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、各色の光源が、単一波長であり色純度が高く、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい（絞り易い）等の特徴からスクリーン上での高精細なカラー表示が可能なる。
【００１６】
また、上記複数の光源は多段積層基板を用いて実装されることは、本発明の好ましい態様である。好ましくは、多段積層基板の上層に溝を設けて、内層の配線層を用いて発光素子やミラー等の光学要素の実装を行うことで、複数の光源への信号供給も容易になるため、レンズ等の光学部品を含む複数の光源ユニットを小型にすることが可能となる。
【００１７】
また、上記波長変換レーザにおいて用いられる非線形結晶は、多段積層基板を用いて実装されていることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、多段積層基板の配線を非線形結晶の温度制御端子に接続できるので、実装が容易になる。
【００１８】
また、上述多波長光源装置を、MEMSミラーと組合わせることで画像投写装置とすることも、本発明の好ましい形態である。このような画像投写装置は、例えば、ラスタスキャン型のディスプレイ装置の光学エンジンとして用いることが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、異なる波長のビームを投射先のスクリーン上で重ね合わせる多波長光源装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係る多波長光源装置の構成図である。
【図２】本発明の多波長光源において光軸ずれが抑制される原理を示す図である。
【図３】実施例２に係る多波長光源装置の概略を説明する図である。
【図４】実施例3に係る多波長光源装置を用いた画像投写装置について概略を説明する図である。
【図５】実施例４に係る多波長光源装置における光源部分のみの概略を説明する図である。
【図６】実施例５に係る多波長光源装置における光源部分について概略を説明する図である。
【図７】実施例５に係る多波長光源装置における波長変換レーザの非線形結晶および保持部材の概略を説明する図である。
【図８】多波長光源装置における光源部分の透過斜視図である。
【図９】多段積層基板の分解斜視図を示す図である。
【図１０】実施例６に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【図１１】実施例７に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【図１２】実施例８に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【図１３】実施例９に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る諸々の実施形態の構成及び作用について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【実施例１】
【００２２】
まず、図１を参照して、実施例１に係る多波長光源装置の構成について説明する。また、図２（Ｃ）、（Ｄ）を参照して、多波長光源から出射され、導光手段を伝播するビーム光について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る多波長光源装置の構成図である。図２（Ｃ）、（Ｄ）は、導光手段を伝播した場合におけるビーム径に対する光強度のスペクトルと、同場合におけるスクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置を示す図である。
【００２４】
本実施例の多波長光源装置８００は、光源１００、レンズ１０、導光手段１から構成されている。
【００２５】
光源１００は、複数の発火点を有する光源から構成され、赤色光源ユニット（レンズ１０１R、発光素子１０２R、サブマウント１０３R）、青色光源ユニット（レンズ１０１B、発光素子１０２B、サブマウント１０３B）、緑色光源ユニット（レンズ１０１G、発光素子１０２G、サブマウント１０３G）を含んでいる。3つの光学ユニットは、ステムホルダ8に保持されたステムから垂直に突出する四角柱状の突起ステージ9の3つの側面に搭載されている。赤色光源ユニットの場合、発光素子１０２Ｒが搭載されたサブマウント１０３Ｒを、発光素子１０２Ｒがステム上にある突起ステージ9の突出方向、つまり、図１の上向きに光を出射するように、発光素子１０２Ｒがステム上にある突起ステージ９側面に固定する。そして、発光素子１０２Ｒの出射方向の光軸上にレンズユニット１０１Ｒを固定する。この光源１００は、ステムに固定された円筒形状の保持ホルダー7の空間内にある。
【００２６】
レンズユニット１０は、集光レンズ１１とレンズホルダー１２から構成され、保持ホルダー７により支えられている。
【００２７】
導光手段１は、コリメート作用のある光学要素２、導光媒体３、スリーブ４から構成され、保持ホルダー５により支えられている。
【００２８】
図１の矢印で示すように、集光レンズ１１は、光源１００を構成している複数の発火点から出射された複数のビーム光をまとめて集光し、導光手段１に入射させる。
【００２９】
また、導光手段１の導光媒体３において、入射された複数の光は各々多重反射を繰り返し伝播していく。
【００３０】
導光手段１からの出射光は、導光媒体３において混じり合わされた結果として、１つのビーム光になる（図２（Ｃ）（Ｄ）参照）。その後、導光媒体３からの出射光は、コリメート作用のあるレンズ２によって平行光にされた後、外部に取り出される。
【００３１】
図１に示す多波長光源装置は、ＲＧＢ３色光源からのそれぞれの出射光を、まとめて導光媒体に入力することにより、光軸の中心を一致させている。従って、特許文献１のダイクロイックミラーを用いた光軸調整よりも低い精度の調整しか必要としない。従って、異なる波長のビームを投射先で重ね合わせる多波長光源装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことができるようになる。また、部品点数の削減、実装コスト削減の効果がある。
【実施例２】
【００３２】
図３は、実施例２に係る多波長光源装置の概略を説明する図である。
【００３３】
本例の多波長光源装置８００aも、光源１００、集光レンズ１０、導光手段１から構成されている。光源１００と集光レンズ１０は、実施例１と同様の構成である。
【００３４】
実施例１との相違点は、実施例１の導光媒体３は、長さの短い円柱状の導光媒体を用いていたが、実施例２では、図３に示すように、導光媒体３aとして光ファイバを用いている。従って、導光媒体３ａの径が小さい光ファイバを用いているので、スリープ４の径方向の厚みを厚くしたスリープ４ａを用いている。
【００３５】
導光部分３aでは、ある程度の長さを有する光ファイバを使うことにより伝播長を稼ぐことができ、複数のビーム光を光ファイバ内で十分に混じり合わせることができる。したがって、導光部分からの出射光は、均一な強度分布をもつ１つのビーム光となる。なお、長さの長い光ファイバであっても、図３に示すように、束ねることにより省スペース空間に収めることができる。
【００３６】
実施例１と同様に、導光部分３aの出射端面にレンズ２aを有し、導光手段１からの出射光は平行光になる。実施例１の効果に加え、均一な強度を実現できるので、ビームスポット内の色バラツキ、輝度バラツキを抑制できる。
【実施例３】
【００３７】
図４は、実施例3に係る多波長光源装置を用いた画像投写装置について概略を説明する図である。
【００３８】
本例の多波長光源装置を含む画像投写装置筐体９０１は、多波長光源装置８００、ＭＥＭＳミラーで構成したビーム走査部９０３、取り出し口９０２から構成される。
【００３９】
多波長光源装置８００は、実施例１又は実施例２の多波長光源装置を用いている。具体的には、ステムからリードピンが突出するようにステムホルダ8が画像投写装置筐体９０１に固定されている。また、ビーム走査部は、ＭＥＭＳミラーで構成されている。
【００４０】
多波長光源装置８００から出射されたビーム光は、ビーム走査部９０３におけるラスタスキャンにより走査され、取り出し口９０２から出射されたＲＧＢのビーム光は、スクリーン９０４にカラーで画像が投写される。
【００４１】
実施例１又は実施例２で説明した多波長光源装置８００を用いているので、従って、異なる波長のビームを投射先のスクリーン上で重ね合わせる画像投写装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことができるようになる。また、部品点数の削減、実装コスト削減の効果がある。
【実施例４】
【００４２】
図５は、実施例４に係る多波長光源装置における光源部分のみの概略を説明する図である。
【００４３】
本例の多波長光源装置における光源２００は、赤色光源ユニット（レンズ２０１Ｒ、半導体レーザダイオード２０２Ｒ、サブマウント２０３Ｒ）、青色光源ユニット（レンズ２０１Ｂ、半導体レーザダイオード２０２Ｂ、サブマウント２０３Ｂ）、緑色光源ユニット（ＬＥＤ(Light Emitting Diode)２０４Ｇ）から構成されている。
【００４４】
レンズユニット１０aは、集光レンズ１１aとレンズホルダー１２aから構成され、保持ホルダー７により支えられている。導光手段１は、実施例1に示す構成と同様である。
【００４５】
本実施例では、緑色光源ユニット２０４Ｇは、複数の緑色半導体発光素子が集積化されたＬＥＤアレイとしているので、高出力な緑色光が得られている。また、本実施例では、ステム上にある突起ステージ９の側面だけに、光源ユニットを配置するのではなく、ＬＥＤアレイの設置面積を大きく確保するために、ステム上にある突起ステージ９の上面に緑色光源ユニット２０４Ｇを配置している。この構成により、高出力な緑色光が得られている。
【００４６】
図５に示すとおり、集光レンズ１１aは、光源２００を構成している複数の発火点から出射された複数のビーム光をまとめて集光し、導光手段１に入射させることができる。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００４７】
そして、本実施例４の多波長光源装置を実施例３の多波長光源装置として用いることにより、画像投写装置のスクリーン上での色ズレや光強度不足を抑制することができるようになる。
【実施例５】
【００４８】
図６は、実施例５に係る多波長光源装置における光源部分について概略を説明する図である。
【００４９】
本例の多波長光源装置における光源３００は、赤色の端面出射型半導体レーザ３０６Ｒ、青色の端面出射型半導体レーザ３０６Ｂ、緑色光源向け波長変換レーザからなる。緑色光源向け波長変換レーザは、波長変換素子(非線形結晶３０４、保持部材３０３)と基本波としての赤外光端面出射型半導体レーザ３０６Ｇ（波長λ＝１０６０ nm）と、端面発光レーザのビームを上部に跳ね上げる９０度直角ミラー３０９を備えた構成となっている。なお、前記赤外光は、非線形結晶と位相整合条件を合わせて波長制御を行なう必要があるため、温度制御機構が付加されている。このような波長変換レーザでは、基本波として波長１０６０ nmの半導体レーザを用いた場合、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）非線形効果により、５３０ nmの緑色光が得られる。
【００５０】
赤色半導体レーザ３０６Ｒ、青色半導体レーザ３０６Ｂ、および緑色光源向け波長変換レーザにおける基本波としての赤外光半導体レーザ３０６Ｇは、多段積層基板３０５（詳細後述）を用いて実装されている。
【００５１】
さらに、レンズ３０７は、赤色半導体レーザおよび青色半導体レーザからの出射光を平行光にするためのレンズである。レンズ３０８は、赤外光半導体レーザ３０６Ｇからの出射光を非線形結晶に導入するための集光レンズである。これらレンズ３０７と３０８は、多段積層基板３０５に実装されている。
【００５２】
保持部材３０３の外周は保持ホルダー７に固定され、保持部材自体は、円柱状部材の一部の弧を矩形状に切り出した形状をしている。この矩形状に切り出した側面に、波長変換レーザを構成している非線形結晶３０４が固定されている。
【００５３】
レンズユニット１０aは、集光レンズ１１aとレンズホルダー１２aから構成され、保持部材３０３により支えられている。
【００５４】
図６に示すとおり、集光レンズ１１aは、光源３００を構成している複数の発火点から出射された複数のビーム光をまとめて集光し、導光手段１に入射させることができる。
【００５５】
導光手段１は、実施例1に示す構成と同様である。
【００５６】
図７は、実施例５に係る多波長光源装置における波長変換レーザの非線形結晶および保持部材の概略を説明する図である。
【００５７】
非線形結晶において波長変換を行なうためには、非線形結晶と基本波赤外光との間で位相整合条件を合わせる必要がある。一般に、非線形結晶では、温度を制御することにより、位相整合条件のチューニングが行なわれる。本発明でも非線形結晶の温度制御を行なうため、温度制御端子２本と温度モニター端子２本の合計４つが必要となる。ここでは、多段積層基板３０５をサブマウントとして用いているので、煩雑な配線引き回しをする必要がなく、高密度又は低ノイズに配線の引き回しをすることができる。
【００５８】
非線形結晶を実装した保持ホルダー３０３は、図６に示すように、保持ホルダー７の上に搭載される。
【００５９】
図８及び図９は、実施例５に係る多波長光源装置における複数光源の実装について概略を説明する図である。図８は多波長光源装置における光源部分の透過斜視図、図９は多段積層基板の分解斜視図を示している。
【００６０】
図８に示す多段積層基板は、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板である。この多段積層基板の第１層３０５ｃに赤色半導体レーザ３０５Ｒ、青色半導体レーザ３０５Ｂ、赤外半導体レーザ３０５Ｇ、および９０度直角ミラー３０５ｆを搭載する。その上に、スペーサーとして第２層３０５ｂを搭載し、さらに、第３層３０５ａを搭載する。
【００６１】
図９に示すように、第３層３０５aに設けられた段差のある溝を利用して、コリメートおよび集光レンズを有する板上の蓋を第３層３０５ａの上段溝に固定にて密閉する。なお、蓋の固定は、この第３層３０５ａの溝の段差を利用するのでなく、第２層３０５ｂの溝よりも第３層３０５ａの溝を大きくし、第３層３０５ａの溝から第２層の溝の内周縁が露出するように構成し、その内周の縁で固定してもよい。ただ、半導体レーザを保護するスペーサーとして機能し、封止空間が確保できるように第２層３０５ｂの厚みを厚くし、半導体レーザや９０度直角ミラー３０５ｆといった溝に収納する光学部材の高さよりも深い溝となるにしておく。
【００６２】
図８に示すとおり、多段積層基板は予め第１層３０５cと第２層３０５bと第３層３０５aが組みあがった後、光デバイスおよび光部品を搭載することもできる。。
【実施例６】
【００６３】
図１０は、実施例６に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００６４】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、青色端面出射型半導体レーザ（４０３Ｂ）、緑色光用波長変換レーザ（基本波赤外光端面出射型半導体レーザ４０３Ｇ、非線形結晶４０１）、赤色光用波長変換レーザ（基本波赤外光端面出射型半導体レーザ４０３Ｒ、非線形結晶４０１）、から構成され、多段積層基板４０２内にある保持された９０度直角反射ミラー４０５で反射し、レンズ４０４を介して出力される。
【００６５】
一般に、ディスプレイ応用においては色視感度の観点から、赤色光源の波長は６２０nmが好ましいとされている。しかしながら、現状、半導体レーザでは赤色光源として６３８nm以下の波長の光を得ることができない。したがって、ここでは６２０nm波長の赤色光源として、波長変換レーザを用いている。なお、赤色光用波長変換レーザでは、基本波赤外光として波長１２４０ nmの半導体レーザを用いれば、緑色光として波長６２０ nmの光が得られる。
【００６６】
また、近年波長変換レーザに関して、非線形結晶の品質向上により変換効率が２０％を超えており、半導体レーザの変換効率に迫る勢いである。波長変換レーザの特性上、既に大出力領域においては、半導体レーザと波長変換レーザの消費電力は同等ともいわれている。そのため、緑色光源のみならず他色の光源として、任意の波長を選択できる波長変換レーザが注目されている。
【００６７】
また、図１０は、１つの非線形結晶を用いて、緑色光と赤色光向けの２つ光を出射する波長変換レーザができることを示している。これより、ＲＧＢ３色光源として、波長変換レーザ１つと半導体レーザ２つの構成から波長変換レーザ２つと半導体レーザ１つの構成にしたとしても、部品点数の増大には繋がらないことがわかる。
【００６８】
また、非線形結晶が１つの場合、温度制御を一括して行なえるため、複数の非線形結晶の温度制御を行なう場合に比べて、配線端子が少なくて済む。
【００６９】
また、図１０に示すとおり、使用用途に合わせ波長変換レーザをアレイ化することも可能であり、例えば10 W級を超える大出力化にも対応できる。
【００７０】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【実施例７】
【００７１】
図１１は、実施例７に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００７２】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、青色面出射型半導体レーザ（５０３Ｂ）、緑色波長変換レーザ（基本波赤外光面出射型半導体レーザ５０３Ｇ、非線形結晶５０１）、赤色波長変換レーザ（基本波赤外光面出射型半導体レーザ５０３Ｒ、非線形結晶５０１）から構成され、多段積層基板５０２上に保持されたレンズ５０４、５０８を介して出力される。
【００７３】
また、ここで、面出射型半導体レーザとは、VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)、HCSEL(Horizontal-Cavity Surface-Emitting Laser (HCSEL)や LISEL(Lens Integrated Surface-Emitting Laser)を示している。
【００７４】
図１１に示すとおり、本例の多波長光源装置における光源は、直角ミラーを必要としないため、部品点数の削減に繋がる。
【００７５】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【実施例８】
【００７６】
図１２は、実施例８に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００７７】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、赤色端面出射型半導体レーザ６０３Ｒ、青色端面出射型半導体レーザ６０３Ｂ、緑色面出射型発光素子６０３Ｇから構成され、多段積層基板６０２内にある保持され、９０度直角反射ミラー６０５で反射し、レンズ６０４を介して出力される。
【００７８】
図１２に示すとおり、赤色光源および青色光源は端面出射型半導体レーザであり、上部に出射光を跳ね上げるためには直角ミラーを必要とする。一方、緑色発光素子は、面出射型であり直角ミラーを必要としない。緑色発光素子は、仕様に合わせてアレイ化された発光素子を使用してもよい。
【００７９】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【実施例９】
【００８０】
図１３は、実施例９に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００８１】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、赤色光源７０３Ｒ、青色光源７０３Ｂ、緑色光源７０３Ｇすべて、面出射型の発光素子から構成され、多段積層基板７０２上に配置されたレンズ７０４を介して出力される。
【００８２】
本例の多波長光源装置における複数の光源は全て面出射型であり、出射光を上部に跳ね上げるため、端面出射型半導体レーザで必要とされていた直角ミラーを必要としない。
【００８３】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【００８４】
以上では、多波長光源をRGB３色光源モジュールとして構成した例で説明したが、本発明は、この形態に限定されることはなく、アレイ化された同一波長の光源から構成される光源装置およびアレイ化された同一色の光源から構成される光源装置、または、前記光源が混在した光源装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
８００、８００a…多波長光源装置、
１…導光手段、
２、２a…レンズ、３、３a…導光媒体、４、４a…スリーブ、５、5a、７…保持ホルダー、
８…ステムホルダー、９…ステム上にある突起ステージ、
１０…レンズ、
１１…集光レンズ、１２…レンズホルダー、
１００…光源、
１０１R…赤色光源用レンズ、１０２R…赤色光源デバイス、１０３R…赤色光源用サブマウント、
１０１G…緑色光源用レンズ、１０２G…緑色光源デバイス、１０３G…緑色光源用サブマウント、
１０１B…青色光源用レンズ、１０２B…青色光源デバイス、１０３B…青色光源用サブマウント、
１０a…レンズ、
１１a…集光レンズ、１２a…レンズホルダー
２００…光源、
２０１Ｒ…赤色光源用レンズ、２０２Ｒ…赤色光源用発光素子、２０３Ｒ…赤色光源用サブマウント、
２０１Ｂ…赤色光源用レンズ、２０２Ｂ…赤色光源用発光素子、２０３Ｂ…赤色光源用サブマウント、
２０４Ｇ…アレイ化された緑色発光素子
３００…光源、
３０３…非線形結晶ホルダー、３０４…非線形結晶およびサブマウント、３０５…多段積層基板、
３０６Ｒ…赤色光源、３０６Ｂ…青色光源、３０６Ｇ…緑色光源、
３０７…レンズ、３０８…レンズ、３０９…９０度反射ミラー、
３０５a…第３層目の多段積層基板、３０５b…第２層目の多段積層基板、３０５c…第１層目の多段積層基板、３０５ｄ…レンズ付カバー、
３０５Ｇ…緑色光源、３０５Ｂ…青色光源、３０５Ｒ…赤色光源、
３０５f…９０度直角反射ミラー
４００…光源、
４０１…非線形結晶およびサブマウント、４０２…多段積層基板、
４０３Ｒ…赤色端面出射型発光素子、４０３Ｂ…青色端面出射型発光素子、４０３Ｇ…緑色端面出射型発光素子、
４０４…レンズ、４０５…９０度直角反射ミラー、
５００…光源、
５０１…非線形結晶およびサブマウント、５０２…多段積層基板、
５０３Ｂ…青色面出射型発光素子、
５０３Ｒ…赤色向け波長変換レーザにおける赤外発光素子、
５０３Ｇ…緑色向け波長変換レーザにおける赤外発光素子、
５０４…レンズ、５０８…レンズ、
６００…光源、
６０１…多段積層基板、
６０３Ｇ…緑色面出射型発光素子、６０３Ｒ…赤色面出射型発光素子、６０３Ｂ…青色面出射型発光素子、
６０４…レンズ、６０５…９０度直角反射ミラー、
７００…光源、
７０１…多段積層基板、
７０３Ｇ…緑色面出射型発光素子、７０３Ｒ…赤色面出射型発光素子、
７０３Ｂ…青色面出射型発光素子、７０４…レンズ、
９０１…多波長光源装置を含んだ画像投写装置筐体
９０２…画像投写装置の光取り出し口、９０３…ビーム走査部、９０４…スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
会議やプレゼンテーション等の発表の場では、大型画面を表示する投写型画像表示装置(以下、「プロジェクタ」という。）が用いられる場面が多数ある。これまでのプロジェクタは比較的多くの視聴者に見せる用途から、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等の大きな光源を用いていた。
【０００３】
しかし、近年、携帯電話やノートＰＣに内臓又は接続して、数人の視聴者に見せるニーズが生まれてきた。そこで、光源として発光素子（発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)又は半導体レーザ）を用い、当該発光素子からのビームをラスタースキャンして画像を表示するプロジェクタが注目されている。このようなプロジェクタは、その小ささから「マイクロプロジェクタ」と呼ばれている。このマイクロプロジェクタは、発光素子から出射されるRGB三原色(赤、青、緑)に近い波長のビームを、画面(スクリーン)を横切るようにラスタ走査するか、静止して画像を照らすように使用する。
【０００４】
ところで、従来のプロジェクタは、RGBの各光源装置から出射される光をMEMS（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等で走査し、スクリーンに直接投写する。レーザを用いたプロジェクタでは、RGBの各光源は独立制御できることから、液晶表示装置に代表されるフラットパネルのように、RGBのサブ画素で１画素を構成するようにする必要がなく、スクリーン上でRGBビーム位置を重ね合わせて、白色のビームスポットなるように光軸を合わせるようにする。
【０００５】
特許文献１では、R光源、G光源、B光源からのビーム光を空間に伝播させ、２つのダイクロイックミラーを用いて、光軸を一致させる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０９９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のようなダイクロイックミラーを用いた方法では、ビーム径に対する光強度のスペクトルが中心付近に偏っているため、実効的なビーム径が極めて小さくなる（図２（Ａ）に、特許文献１の多波長光源装置が投射するビーム径に対する光強度のスペクトルを示し、図２（Ｂ）に、特許文献１の多波長光源装置が投射するスクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置を示す。）。そのため、光軸を一致させる難易度が高く、スクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置がずれやすい。発光素子、特に半導体レーザは局所的な温度上昇等の使用環境の変化によりビーム径やビーム光軸位置が経時変化を起こすため、スクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置がずれやすい。従って、特許文献１の手法では、ビームのスポット径に対して相対的なズレ量が大きくなり、色ズレや光強度劣化が発生しやすく、プロジェクタ光源として最適なモジュール構造とはいえないものであった。さらに、ダイクロイックミラー等の部品点数が多く、部品コストや実装コストも高いという問題もある。
【０００８】
本発明の目的は、異なる波長のビームを投射先のスクリーン上で重ね合わせる多波長光源装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、上記課題を解決する複数の手段を含むものである。以下、その代表的な手段を説明する。
【００１０】
上記課題を解決する多波長光源装置の１つに、異なる波長の光を出射する複数の発火点を有する光源と、前記複数の発火点から出射された複数の光を集光する集光手段と、前記集光手段によって集光された前記複数の光が重なり、混じり合うように伝播させる導光手段とを有するものがある。上記導光手段を備えることで、複数のビーム光の中心軸を一致させることが容易になり、合わせズレによる色ズレや光強度不足を低減することができる。
【００１１】
また、上記導光手段において、入出力端面の少なくとも一方に光学要素を有していることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、入力端面（光源側）に光学要素として屈折作用がある場合には、導光手段にて光を伝播させる際、効率よく導光媒体の内部で多重反射を繰り返させることができるので、複数のビーム光を十分に混じり合わせることができる。一方、出力端面（出射側）に光学要素として屈折作用がある場合には、導光手段からの出射光を平行光にすることができるので、例えばRGB光源の場合、1m程度離れたところにあるスクリーン上でカラー表示を高精細に行なえる。なお、上記記載の「光学要素」とは、入射する光に対して何らかの光学的作用（例えば、反射、透過、屈折、回折等）を与えるものをいい、例えば、レンズや回折格子などが挙げられる。
【００１２】
また、上記多波長光源装置を構成している光源、集光手段、導光手段が１パッケージにモジュール化され、キャンステムに搭載されていることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、小型且つ汎用性がある多波長光源装置となる。
【００１３】
また、上記導光手段は内部構造を有し、光ファイバ、バンドルファイバ、リキッドファイバ、導光板、ライトトンネル、及びライトパイプのいずれかであることは、本発明の好ましい態様である。
【００１４】
また、上記多波長光源装置における複数の光源は、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、例えばRGB光源の場合、スクリーン上でのカラー表示が可能である上に、光学系の小型化が可能となる。
【００１５】
また、上記多波長光源装置における複数の光源は、基本波としての半導体レーザと波長変換素子としての非線形結晶からなる波長変換レーザ（SHGレーザ）、半導体レーザ、及び半導体発光素子（LED）のいずれかであることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、各色の光源が、単一波長であり色純度が高く、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい（絞り易い）等の特徴からスクリーン上での高精細なカラー表示が可能なる。
【００１６】
また、上記複数の光源は多段積層基板を用いて実装されることは、本発明の好ましい態様である。好ましくは、多段積層基板の上層に溝を設けて、内層の配線層を用いて発光素子やミラー等の光学要素の実装を行うことで、複数の光源への信号供給も容易になるため、レンズ等の光学部品を含む複数の光源ユニットを小型にすることが可能となる。
【００１７】
また、上記波長変換レーザにおいて用いられる非線形結晶は、多段積層基板を用いて実装されていることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、多段積層基板の配線を非線形結晶の温度制御端子に接続できるので、実装が容易になる。
【００１８】
また、上述多波長光源装置を、MEMSミラーと組合わせることで画像投写装置とすることも、本発明の好ましい形態である。このような画像投写装置は、例えば、ラスタスキャン型のディスプレイ装置の光学エンジンとして用いることが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、異なる波長のビームを投射先のスクリーン上で重ね合わせる多波長光源装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係る多波長光源装置の構成図である。
【図２】本発明の多波長光源において光軸ずれが抑制される原理を示す図である。
【図３】実施例２に係る多波長光源装置の概略を説明する図である。
【図４】実施例3に係る多波長光源装置を用いた画像投写装置について概略を説明する図である。
【図５】実施例４に係る多波長光源装置における光源部分のみの概略を説明する図である。
【図６】実施例５に係る多波長光源装置における光源部分について概略を説明する図である。
【図７】実施例５に係る多波長光源装置における波長変換レーザの非線形結晶および保持部材の概略を説明する図である。
【図８】多波長光源装置における光源部分の透過斜視図である。
【図９】多段積層基板の分解斜視図を示す図である。
【図１０】実施例６に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【図１１】実施例７に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【図１２】実施例８に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【図１３】実施例９に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る諸々の実施形態の構成及び作用について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【実施例１】
【００２２】
まず、図１を参照して、実施例１に係る多波長光源装置の構成について説明する。また、図２（Ｃ）、（Ｄ）を参照して、多波長光源から出射され、導光手段を伝播するビーム光について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る多波長光源装置の構成図である。図２（Ｃ）、（Ｄ）は、導光手段を伝播した場合におけるビーム径に対する光強度のスペクトルと、同場合におけるスクリーン上でのRGB三色光源のビーム位置を示す図である。
【００２４】
本実施例の多波長光源装置８００は、光源１００、レンズ１０、導光手段１から構成されている。
【００２５】
光源１００は、複数の発火点を有する光源から構成され、赤色光源ユニット（レンズ１０１R、発光素子１０２R、サブマウント１０３R）、青色光源ユニット（レンズ１０１B、発光素子１０２B、サブマウント１０３B）、緑色光源ユニット（レンズ１０１G、発光素子１０２G、サブマウント１０３G）を含んでいる。3つの光学ユニットは、ステムホルダ8に保持されたステムから垂直に突出する四角柱状の突起ステージ9の3つの側面に搭載されている。赤色光源ユニットの場合、発光素子１０２Ｒが搭載されたサブマウント１０３Ｒを、発光素子１０２Ｒがステム上にある突起ステージ9の突出方向、つまり、図１の上向きに光を出射するように、発光素子１０２Ｒがステム上にある突起ステージ９側面に固定する。そして、発光素子１０２Ｒの出射方向の光軸上にレンズユニット１０１Ｒを固定する。この光源１００は、ステムに固定された円筒形状の保持ホルダー7の空間内にある。
【００２６】
レンズユニット１０は、集光レンズ１１とレンズホルダー１２から構成され、保持ホルダー７により支えられている。
【００２７】
導光手段１は、コリメート作用のある光学要素２、導光媒体３、スリーブ４から構成され、保持ホルダー５により支えられている。
【００２８】
図１の矢印で示すように、集光レンズ１１は、光源１００を構成している複数の発火点から出射された複数のビーム光をまとめて集光し、導光手段１に入射させる。
【００２９】
また、導光手段１の導光媒体３において、入射された複数の光は各々多重反射を繰り返し伝播していく。
【００３０】
導光手段１からの出射光は、導光媒体３において混じり合わされた結果として、１つのビーム光になる（図２（Ｃ）（Ｄ）参照）。その後、導光媒体３からの出射光は、コリメート作用のあるレンズ２によって平行光にされた後、外部に取り出される。
【００３１】
図１に示す多波長光源装置は、ＲＧＢ３色光源からのそれぞれの出射光を、まとめて導光媒体に入力することにより、光軸の中心を一致させている。従って、特許文献１のダイクロイックミラーを用いた光軸調整よりも低い精度の調整しか必要としない。従って、異なる波長のビームを投射先で重ね合わせる多波長光源装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことができるようになる。また、部品点数の削減、実装コスト削減の効果がある。
【実施例２】
【００３２】
図３は、実施例２に係る多波長光源装置の概略を説明する図である。
【００３３】
本例の多波長光源装置８００aも、光源１００、集光レンズ１０、導光手段１から構成されている。光源１００と集光レンズ１０は、実施例１と同様の構成である。
【００３４】
実施例１との相違点は、実施例１の導光媒体３は、長さの短い円柱状の導光媒体を用いていたが、実施例２では、図３に示すように、導光媒体３aとして光ファイバを用いている。従って、導光媒体３ａの径が小さい光ファイバを用いているので、スリープ４の径方向の厚みを厚くしたスリープ４ａを用いている。
【００３５】
導光部分３aでは、ある程度の長さを有する光ファイバを使うことにより伝播長を稼ぐことができ、複数のビーム光を光ファイバ内で十分に混じり合わせることができる。したがって、導光部分からの出射光は、均一な強度分布をもつ１つのビーム光となる。なお、長さの長い光ファイバであっても、図３に示すように、束ねることにより省スペース空間に収めることができる。
【００３６】
実施例１と同様に、導光部分３aの出射端面にレンズ２aを有し、導光手段１からの出射光は平行光になる。実施例１の効果に加え、均一な強度を実現できるので、ビームスポット内の色バラツキ、輝度バラツキを抑制できる。
【実施例３】
【００３７】
図４は、実施例3に係る多波長光源装置を用いた画像投写装置について概略を説明する図である。
【００３８】
本例の多波長光源装置を含む画像投写装置筐体９０１は、多波長光源装置８００、ＭＥＭＳミラーで構成したビーム走査部９０３、取り出し口９０２から構成される。
【００３９】
多波長光源装置８００は、実施例１又は実施例２の多波長光源装置を用いている。具体的には、ステムからリードピンが突出するようにステムホルダ8が画像投写装置筐体９０１に固定されている。また、ビーム走査部は、ＭＥＭＳミラーで構成されている。
【００４０】
多波長光源装置８００から出射されたビーム光は、ビーム走査部９０３におけるラスタスキャンにより走査され、取り出し口９０２から出射されたＲＧＢのビーム光は、スクリーン９０４にカラーで画像が投写される。
【００４１】
実施例１又は実施例２で説明した多波長光源装置８００を用いているので、従って、異なる波長のビームを投射先のスクリーン上で重ね合わせる画像投写装置において、合わせズレによる色ズレや光強度劣化を減らすことができるようになる。また、部品点数の削減、実装コスト削減の効果がある。
【実施例４】
【００４２】
図５は、実施例４に係る多波長光源装置における光源部分のみの概略を説明する図である。
【００４３】
本例の多波長光源装置における光源２００は、赤色光源ユニット（レンズ２０１Ｒ、半導体レーザダイオード２０２Ｒ、サブマウント２０３Ｒ）、青色光源ユニット（レンズ２０１Ｂ、半導体レーザダイオード２０２Ｂ、サブマウント２０３Ｂ）、緑色光源ユニット（ＬＥＤ(Light Emitting Diode)２０４Ｇ）から構成されている。
【００４４】
レンズユニット１０aは、集光レンズ１１aとレンズホルダー１２aから構成され、保持ホルダー７により支えられている。導光手段１は、実施例1に示す構成と同様である。
【００４５】
本実施例では、緑色光源ユニット２０４Ｇは、複数の緑色半導体発光素子が集積化されたＬＥＤアレイとしているので、高出力な緑色光が得られている。また、本実施例では、ステム上にある突起ステージ９の側面だけに、光源ユニットを配置するのではなく、ＬＥＤアレイの設置面積を大きく確保するために、ステム上にある突起ステージ９の上面に緑色光源ユニット２０４Ｇを配置している。この構成により、高出力な緑色光が得られている。
【００４６】
図５に示すとおり、集光レンズ１１aは、光源２００を構成している複数の発火点から出射された複数のビーム光をまとめて集光し、導光手段１に入射させることができる。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００４７】
そして、本実施例４の多波長光源装置を実施例３の多波長光源装置として用いることにより、画像投写装置のスクリーン上での色ズレや光強度不足を抑制することができるようになる。
【実施例５】
【００４８】
図６は、実施例５に係る多波長光源装置における光源部分について概略を説明する図である。
【００４９】
本例の多波長光源装置における光源３００は、赤色の端面出射型半導体レーザ３０６Ｒ、青色の端面出射型半導体レーザ３０６Ｂ、緑色光源向け波長変換レーザからなる。緑色光源向け波長変換レーザは、波長変換素子(非線形結晶３０４、保持部材３０３)と基本波としての赤外光端面出射型半導体レーザ３０６Ｇ（波長λ＝１０６０ nm）と、端面発光レーザのビームを上部に跳ね上げる９０度直角ミラー３０９を備えた構成となっている。なお、前記赤外光は、非線形結晶と位相整合条件を合わせて波長制御を行なう必要があるため、温度制御機構が付加されている。このような波長変換レーザでは、基本波として波長１０６０ nmの半導体レーザを用いた場合、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）非線形効果により、５３０ nmの緑色光が得られる。
【００５０】
赤色半導体レーザ３０６Ｒ、青色半導体レーザ３０６Ｂ、および緑色光源向け波長変換レーザにおける基本波としての赤外光半導体レーザ３０６Ｇは、多段積層基板３０５（詳細後述）を用いて実装されている。
【００５１】
さらに、レンズ３０７は、赤色半導体レーザおよび青色半導体レーザからの出射光を平行光にするためのレンズである。レンズ３０８は、赤外光半導体レーザ３０６Ｇからの出射光を非線形結晶に導入するための集光レンズである。これらレンズ３０７と３０８は、多段積層基板３０５に実装されている。
【００５２】
保持部材３０３の外周は保持ホルダー７に固定され、保持部材自体は、円柱状部材の一部の弧を矩形状に切り出した形状をしている。この矩形状に切り出した側面に、波長変換レーザを構成している非線形結晶３０４が固定されている。
【００５３】
レンズユニット１０aは、集光レンズ１１aとレンズホルダー１２aから構成され、保持部材３０３により支えられている。
【００５４】
図６に示すとおり、集光レンズ１１aは、光源３００を構成している複数の発火点から出射された複数のビーム光をまとめて集光し、導光手段１に入射させることができる。
【００５５】
導光手段１は、実施例1に示す構成と同様である。
【００５６】
図７は、実施例５に係る多波長光源装置における波長変換レーザの非線形結晶および保持部材の概略を説明する図である。
【００５７】
非線形結晶において波長変換を行なうためには、非線形結晶と基本波赤外光との間で位相整合条件を合わせる必要がある。一般に、非線形結晶では、温度を制御することにより、位相整合条件のチューニングが行なわれる。本発明でも非線形結晶の温度制御を行なうため、温度制御端子２本と温度モニター端子２本の合計４つが必要となる。ここでは、多段積層基板３０５をサブマウントとして用いているので、煩雑な配線引き回しをする必要がなく、高密度又は低ノイズに配線の引き回しをすることができる。
【００５８】
非線形結晶を実装した保持ホルダー３０３は、図６に示すように、保持ホルダー７の上に搭載される。
【００５９】
図８及び図９は、実施例５に係る多波長光源装置における複数光源の実装について概略を説明する図である。図８は多波長光源装置における光源部分の透過斜視図、図９は多段積層基板の分解斜視図を示している。
【００６０】
図８に示す多段積層基板は、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板である。この多段積層基板の第１層３０５ｃに赤色半導体レーザ３０５Ｒ、青色半導体レーザ３０５Ｂ、赤外半導体レーザ３０５Ｇ、および９０度直角ミラー３０５ｆを搭載する。その上に、スペーサーとして第２層３０５ｂを搭載し、さらに、第３層３０５ａを搭載する。
【００６１】
図９に示すように、第３層３０５aに設けられた段差のある溝を利用して、コリメートおよび集光レンズを有する板上の蓋を第３層３０５ａの上段溝に固定にて密閉する。なお、蓋の固定は、この第３層３０５ａの溝の段差を利用するのでなく、第２層３０５ｂの溝よりも第３層３０５ａの溝を大きくし、第３層３０５ａの溝から第２層の溝の内周縁が露出するように構成し、その内周の縁で固定してもよい。ただ、半導体レーザを保護するスペーサーとして機能し、封止空間が確保できるように第２層３０５ｂの厚みを厚くし、半導体レーザや９０度直角ミラー３０５ｆといった溝に収納する光学部材の高さよりも深い溝となるにしておく。
【００６２】
図８に示すとおり、多段積層基板は予め第１層３０５cと第２層３０５bと第３層３０５aが組みあがった後、光デバイスおよび光部品を搭載することもできる。。
【実施例６】
【００６３】
図１０は、実施例６に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００６４】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、青色端面出射型半導体レーザ（４０３Ｂ）、緑色光用波長変換レーザ（基本波赤外光端面出射型半導体レーザ４０３Ｇ、非線形結晶４０１）、赤色光用波長変換レーザ（基本波赤外光端面出射型半導体レーザ４０３Ｒ、非線形結晶４０１）、から構成され、多段積層基板４０２内にある保持された９０度直角反射ミラー４０５で反射し、レンズ４０４を介して出力される。
【００６５】
一般に、ディスプレイ応用においては色視感度の観点から、赤色光源の波長は６２０nmが好ましいとされている。しかしながら、現状、半導体レーザでは赤色光源として６３８nm以下の波長の光を得ることができない。したがって、ここでは６２０nm波長の赤色光源として、波長変換レーザを用いている。なお、赤色光用波長変換レーザでは、基本波赤外光として波長１２４０ nmの半導体レーザを用いれば、緑色光として波長６２０ nmの光が得られる。
【００６６】
また、近年波長変換レーザに関して、非線形結晶の品質向上により変換効率が２０％を超えており、半導体レーザの変換効率に迫る勢いである。波長変換レーザの特性上、既に大出力領域においては、半導体レーザと波長変換レーザの消費電力は同等ともいわれている。そのため、緑色光源のみならず他色の光源として、任意の波長を選択できる波長変換レーザが注目されている。
【００６７】
また、図１０は、１つの非線形結晶を用いて、緑色光と赤色光向けの２つ光を出射する波長変換レーザができることを示している。これより、ＲＧＢ３色光源として、波長変換レーザ１つと半導体レーザ２つの構成から波長変換レーザ２つと半導体レーザ１つの構成にしたとしても、部品点数の増大には繋がらないことがわかる。
【００６８】
また、非線形結晶が１つの場合、温度制御を一括して行なえるため、複数の非線形結晶の温度制御を行なう場合に比べて、配線端子が少なくて済む。
【００６９】
また、図１０に示すとおり、使用用途に合わせ波長変換レーザをアレイ化することも可能であり、例えば10 W級を超える大出力化にも対応できる。
【００７０】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【実施例７】
【００７１】
図１１は、実施例７に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００７２】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、青色面出射型半導体レーザ（５０３Ｂ）、緑色波長変換レーザ（基本波赤外光面出射型半導体レーザ５０３Ｇ、非線形結晶５０１）、赤色波長変換レーザ（基本波赤外光面出射型半導体レーザ５０３Ｒ、非線形結晶５０１）から構成され、多段積層基板５０２上に保持されたレンズ５０４、５０８を介して出力される。
【００７３】
また、ここで、面出射型半導体レーザとは、VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)、HCSEL(Horizontal-Cavity Surface-Emitting Laser (HCSEL)や LISEL(Lens Integrated Surface-Emitting Laser)を示している。
【００７４】
図１１に示すとおり、本例の多波長光源装置における光源は、直角ミラーを必要としないため、部品点数の削減に繋がる。
【００７５】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【実施例８】
【００７６】
図１２は、実施例８に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００７７】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、赤色端面出射型半導体レーザ６０３Ｒ、青色端面出射型半導体レーザ６０３Ｂ、緑色面出射型発光素子６０３Ｇから構成され、多段積層基板６０２内にある保持され、９０度直角反射ミラー６０５で反射し、レンズ６０４を介して出力される。
【００７８】
図１２に示すとおり、赤色光源および青色光源は端面出射型半導体レーザであり、上部に出射光を跳ね上げるためには直角ミラーを必要とする。一方、緑色発光素子は、面出射型であり直角ミラーを必要としない。緑色発光素子は、仕様に合わせてアレイ化された発光素子を使用してもよい。
【００７９】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【実施例９】
【００８０】
図１３は、実施例９に係る多波長光源装置における光源に関する概略を説明する図である。
【００８１】
本例の多波長光源装置における複数の光源は、赤色光源７０３Ｒ、青色光源７０３Ｂ、緑色光源７０３Ｇすべて、面出射型の発光素子から構成され、多段積層基板７０２上に配置されたレンズ７０４を介して出力される。
【００８２】
本例の多波長光源装置における複数の光源は全て面出射型であり、出射光を上部に跳ね上げるため、端面出射型半導体レーザで必要とされていた直角ミラーを必要としない。
【００８３】
その他の構成は、実施例５と同様である。
【００８４】
以上では、多波長光源をRGB３色光源モジュールとして構成した例で説明したが、本発明は、この形態に限定されることはなく、アレイ化された同一波長の光源から構成される光源装置およびアレイ化された同一色の光源から構成される光源装置、または、前記光源が混在した光源装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
８００、８００a…多波長光源装置、
１…導光手段、
２、２a…レンズ、３、３a…導光媒体、４、４a…スリーブ、５、5a、７…保持ホルダー、
８…ステムホルダー、９…ステム上にある突起ステージ、
１０…レンズ、
１１…集光レンズ、１２…レンズホルダー、
１００…光源、
１０１R…赤色光源用レンズ、１０２R…赤色光源デバイス、１０３R…赤色光源用サブマウント、
１０１G…緑色光源用レンズ、１０２G…緑色光源デバイス、１０３G…緑色光源用サブマウント、
１０１B…青色光源用レンズ、１０２B…青色光源デバイス、１０３B…青色光源用サブマウント、
１０a…レンズ、
１１a…集光レンズ、１２a…レンズホルダー
２００…光源、
２０１Ｒ…赤色光源用レンズ、２０２Ｒ…赤色光源用発光素子、２０３Ｒ…赤色光源用サブマウント、
２０１Ｂ…赤色光源用レンズ、２０２Ｂ…赤色光源用発光素子、２０３Ｂ…赤色光源用サブマウント、
２０４Ｇ…アレイ化された緑色発光素子
３００…光源、
３０３…非線形結晶ホルダー、３０４…非線形結晶およびサブマウント、３０５…多段積層基板、
３０６Ｒ…赤色光源、３０６Ｂ…青色光源、３０６Ｇ…緑色光源、
３０７…レンズ、３０８…レンズ、３０９…９０度反射ミラー、
３０５a…第３層目の多段積層基板、３０５b…第２層目の多段積層基板、３０５c…第１層目の多段積層基板、３０５ｄ…レンズ付カバー、
３０５Ｇ…緑色光源、３０５Ｂ…青色光源、３０５Ｒ…赤色光源、
３０５f…９０度直角反射ミラー
４００…光源、
４０１…非線形結晶およびサブマウント、４０２…多段積層基板、
４０３Ｒ…赤色端面出射型発光素子、４０３Ｂ…青色端面出射型発光素子、４０３Ｇ…緑色端面出射型発光素子、
４０４…レンズ、４０５…９０度直角反射ミラー、
５００…光源、
５０１…非線形結晶およびサブマウント、５０２…多段積層基板、
５０３Ｂ…青色面出射型発光素子、
５０３Ｒ…赤色向け波長変換レーザにおける赤外発光素子、
５０３Ｇ…緑色向け波長変換レーザにおける赤外発光素子、
５０４…レンズ、５０８…レンズ、
６００…光源、
６０１…多段積層基板、
６０３Ｇ…緑色面出射型発光素子、６０３Ｒ…赤色面出射型発光素子、６０３Ｂ…青色面出射型発光素子、
６０４…レンズ、６０５…９０度直角反射ミラー、
７００…光源、
７０１…多段積層基板、
７０３Ｇ…緑色面出射型発光素子、７０３Ｒ…赤色面出射型発光素子、
７０３Ｂ…青色面出射型発光素子、７０４…レンズ、
９０１…多波長光源装置を含んだ画像投写装置筐体
９０２…画像投写装置の光取り出し口、９０３…ビーム走査部、９０４…スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する複数の発火点を有する光源と、
前記複数の発火点から出射された複数の光を集光する集光手段と、
前記集光手段によって集光された前記複数の発火点からの複数の光が重なり、混じり合うように伝播させる導光手段 とを有する多波長光源装置。
【請求項２】
前記導光手段は、入出力端の少なくともいずれか一方に光学要素を有していることを特徴する請求項１記載の多波長光源装置。
【請求項３】
前記光源、前記集光手段、前記導光手段が１つのパッケージにモジュール化され、キャンステムに搭載されていることを特徴する請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項４】
前記導光手段は、光ファイバ、バンドルファイバ、リキッドファイバ、導光板、ライトトンネル、及びライトパイプの中のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項５】
前記光源は、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項６】
前記光源は、基本波としての半導体レーザと波長変換素子としての非線形結晶からなる波長変換レーザ、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項７】
前記光源は、基本波としての半導体レーザと波長変換素子としての非線形結晶からなる波長変換レーザ、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであり、これら複数の光源は、多段積層基板の窪みに搭載されていることを特徴する請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項８】
前記光源は、波長変換レーザを含み、前記波長可変レーザを構成する非線形結晶は、多段積層基板を用いて実装されていることを特徴する請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項１】
光を出射する複数の発火点を有する光源と、
前記複数の発火点から出射された複数の光を集光する集光手段と、
前記集光手段によって集光された前記複数の発火点からの複数の光が重なり、混じり合うように伝播させる導光手段 とを有する多波長光源装置。
【請求項２】
前記導光手段は、入出力端の少なくともいずれか一方に光学要素を有していることを特徴する請求項１記載の多波長光源装置。
【請求項３】
前記光源、前記集光手段、前記導光手段が１つのパッケージにモジュール化され、キャンステムに搭載されていることを特徴する請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項４】
前記導光手段は、光ファイバ、バンドルファイバ、リキッドファイバ、導光板、ライトトンネル、及びライトパイプの中のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項５】
前記光源は、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項６】
前記光源は、基本波としての半導体レーザと波長変換素子としての非線形結晶からなる波長変換レーザ、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項７】
前記光源は、基本波としての半導体レーザと波長変換素子としての非線形結晶からなる波長変換レーザ、半導体レーザ、及び半導体発光素子のいずれかであり、これら複数の光源は、多段積層基板の窪みに搭載されていることを特徴する請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項８】
前記光源は、波長変換レーザを含み、前記波長可変レーザを構成する非線形結晶は、多段積層基板を用いて実装されていることを特徴する請求項１に記載の多波長光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−６６０２８（Ｐ２０１１−６６０２８Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２６４８（Ｐ２００９−２１２６４８）
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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