JP2008124428A

JP2008124428A - 光源装置及び画像表示装置

Info

Publication number: JP2008124428A
Application number: JP2007175878A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Takagi; 邦彦高城
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2008-05-29
Also published as: US20080165327A1

Abstract

【課題】低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化を可能にした光源装置及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】光源装置２は、レーザ発振時にレーザ光２０を発光面２２に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子２４を有する発光部１０と、特定波長の光を選択的に発光素子２４に戻すことによって、発光素子２４を特定波長でレーザ発振させる外部共振器１６と、発光部１０、及び、外部共振器１６が固定されたベースプレート１８と、発光素子２４と外部共振器１６との間で、且つ、発光素子２４の表面より離れたレーザ光２０の光路上に配置固定され、レーザ光２０の進行方向を変える光学素子１２とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置及び画像表示装置に関する。

近年、光通信、光応用測定、光表示などのオプトエレクトロニクス分野において、半導体レーザ光源の発振光を波長変換して用いるレーザ光源装置が広く使用されている。こうしたレーザ光源装置として、波長幅の狭いレーザビームを安定して供給するために、半導体レーザ素子と外部共振器とを備え、外部共振器が特定波長の光を選択的に発光素子に戻すことによって、前記発光素子を特定波長の光でレーザ発振させ、外部共振器を透過したレーザ光を利用する外部共振型レーザが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００６−５１１９６６号公報

しかしながら、図７に示すような、特許文献１に記載の外部共振型レーザは、例えば、外部共振ミラー３０７を保持するために、レーザチップ３０１（３０３）を配置する面からレーザチップ３０１（３０３）の上方向に伸びた外部共振ミラー保持面をもつ凸部或いはＬ字形状をした部材が必要になる。

特に、レーザチップ３０１（３０３）と外部共振ミラー３０７との間に波長変換素子が挿入されたレーザ構造の場合、外部共振ミラー保持面はレーザチップ３０１（３０３）から波長変換素子の長さ分だけ多く離す必要があり、レーザチップ配置面から外部共振ミラー保持面までの飛び出し部の寸法が長くなる。加えてレーザアレイチップの場合、外部共振ミラー３０７はチップのアレイ方向長さ以上の幅が必要であり、外部共振ミラー保持面を構成する飛び出し部も太い幅が必要となる。レーザチップ３０１（３０３）が配置される部材３０５の材質は、レーザチップ３０１（３０３）からの熱を放熱するため銅等の熱伝導率の良い金属が一般に使われる。

つまり、飛び出し部の寸法が長く太い凸部を持つ金属部材或いはＬ字形状をした金属部材は、ダイカストや金属粉末射出成形（ＭＩＭ）で製造するためコスト高になる。又、２体を組み合わせてこの状態を作る場合は、２体を接合する工程が必要で作業が煩雑になり更にコスト高になる。更に又、長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材を設けるためスペースが必要となり、十分な小型化（薄型化）を図ることができなかった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］レーザ発振時にレーザ光を発光面に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子を有する発光部と、特定波長の光を選択的に前記発光素子に戻すことによって、前記発光素子を特定波長でレーザ発振させる外部共振器と、前記発光部及び前記外部共振器が固定されたベースプレートと、前記発光素子と前記外部共振器との間で、且つ、前記発光素子表面より離れた前記レーザ光の光路上に配置固定され、前記レーザ光の進行方向を変える光学素子と、を含むことを特徴とする光源装置。

これによれば、光学素子を用いることにより長く太い凸部或いはＬ字形状をした部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化を可能にした。

［適用例２］上記光源装置であって、前記光学素子は、前記光学素子に入射した前記レーザ光の進行方向を略９０度変えることを特徴とする光源装置。

これによれば、発光部と光学素子と外部共振器とをベースプレート上に配置固定することが容易になる。

［適用例３］上記光源装置であって、前記光学素子と前記外部共振器との間の前記レーザ光の光路上に波長変換素子を更に含み、前記波長変換素子は、前記ベースプレートに配置固定され、前記光学素子を通過した前記レーザ光の波長を変換することを特徴とする光源装置。

これによれば、波長変換する構成において、外部共振器が波長変換前の光線を折り返し、波長変換素子に連続的に透過させることで、波長変換を無駄なく行うことができ、波長変換素子の変換効率を高めることができる。

［適用例４］上記光源装置であって、前記光学素子の前記レーザ光の光路中に、前記発光素子から入射する前記レーザ光に対する前記波長変換素子に射出する前記レーザ光の比率を示す反射率又は透過率が、前記レーザ光の偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる特性を有する偏光選択光学膜が付与されていることを特徴とする光源装置。

これによれば、偏光方向が揃ったレーザ光になるので、液晶のような偏光制御型のデバイスと組み合わせた際に、光の利用効率を高められる。

［適用例５］上記光源装置であって、前記偏光選択光学膜の前記反射率又は透過率が高い偏光方向は、前記波長変換素子の分極方向と略一致することを特徴とする光源装置。

これによれば、波長変換素子の変換効率が高い分極方向の偏光光のみレーザ発振させ、波長変換素子の変換効率を高められる。

［適用例６］上記光源装置であって、前記光学素子は、少なくともレーザ光の波長の光を反射する反射面を備えたミラーであることを特徴とする光源装置。

これによれば、効果的なレーザ光の進行方向の変換を低コストで実現することが容易になる。

［適用例７］上記光源装置であって、前記光学素子は、プリズムであることを特徴とする光源装置。

これによれば、更に効果的なレーザ光の進行方向の変換を低コストで実現することが容易になる。

［適用例８］上記光源装置であって、前記プリズムは、直角二等辺三角形断面の直角プリズムであり、前記直角二等辺三角形断面の長辺を含む前記直角プリズムの面は、残りの辺を含む前記直角プリズムの面に対し略垂直に入射したレーザ光を反射する反射面であり、残りの辺のうち一辺を含む前記直角プリズムの面の一部は、スペーサー部を介して、前記ベースプレートに配置固定されたことを特徴とする光源装置。

［適用例９］上記光源装置であって、前記プリズムの前記スペーサー部配置面には、前記発光素子から射出或いは反射される前記レーザ光が前記プリズムへ入射する際、前記レーザ光の反射を低減させる反射防止膜が付与されていることを特徴とする光源装置。

これによれば、発光素子近傍に存在するプリズム面の反射を低減させることで、発光素子と外部共振器とによるレーザを安定に発振させることができる。

［適用例１０］上記光源装置であって、前記偏光選択光学膜は、前記プリズムの前記反射面及び前記スペーサー部配置面以外の残りの一辺を含む前記直角プリズムの面に付与された場合、前記波長変換素子によって変換された波長のレーザ光が前記外部共振器側から入射した際に、前記外部共振器側に反射する波長分離機能が更に含まれていることを特徴とする光源装置。

これによれば、波長変換する構成において、プリズムで波長変換素子によって変換された波長のレーザ光を折り返すことで、波長変換されたレーザ光を発光素子に戻すことなく、波長変換素子、外部共振器内を通過させて取り出すことができるので、波長変換を無駄なく行うことができる。

［適用例１１］上記光源装置であって、前記発光部の前記発光素子に対する前記光学素子及び前記外部共振器の位置を決める位置決め部を更に含むことを特徴とする光源装置。

これによれば、効果的な位置決めを実現することが容易になる。

［適用例１２］上記光源装置であって、前記位置決め部は、ピンであることを特徴とする光源装置。

これによれば、効果的な位置決めを低コストで実現することが容易になる。

［適用例１３］上記のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、を含むことを特徴とする画像表示装置。

［適用例１４］上記のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から射出されたレーザ光を被投射面上で走査する走査部と、を含むことを特徴とする画像表示装置。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光源装置を示す平面図及び側面図である。図２は、図１のII−II線断面図である。本実施の形態に係る光源装置２は、図１に示すように、発光部１０と、光学素子としての反射ミラー１２と、波長変換素子１４と、外部共振器１６と、ベースプレート１８とを含んでいる。

（Ａ．光源装置の機能）
まず、図２を参照して、光源装置２の機能について説明する。
発光部１０は、レーザ光２０を発光面２２に対して略垂直に射出する少なくとも一つの発光素子（面発光型半導体レーザ）２４を有している。発光素子２４から射出される光は、初期状態では特定の波長（基本波長）付近にピークを有するブロードな発光分布を有しているが、外部共振器１６との間でレーザ発振させることにより、基本波長付近に鋭いピークを有するレーザ光２０となる。発光素子２４から射出されたレーザ光２０は、後述する反射ミラー１２を介して波長変換素子１４へ入射する。

波長変換素子１４は、反射ミラー１２と外部共振器１６との間に形成されたレーザ光２０の光路上に配置されており、入射したレーザ光２０を特定の波長（変換波長）に変換する非線形光学素子である。例えば、波長変換素子１４が、入射したレーザ光２０を半分の波長に変換するものである場合、波長変換素子１４は、１０６４ｎｍのレーザ光２０を５３２ｎｍに変換して射出する。ただし、波長変換素子１４による変換効率は、３０〜５０％程度であり、発光素子２４から射出されたレーザ光２０のすべてが、変換波長に変換されるわけではない。又、波長変換素子１４による波長変換効率は非線形の特性を有しており、例えば、波長変換素子１４に入射するレーザ光の強度が強いほど、変換効率が向上する。波長変換素子１４は、例えば、非線形光学結晶を用いた分極反転デバイスによって構成することができる。波長変換素子１４から射出されたレーザ光２０は、外部共振器１６へ入射する。

外部共振器１６は、発光素子２４から波長変換素子１４を介して射出されるレーザ光２０の光路上に設けられており、基本波長と等しい波長の光を選択し、その９８〜９９％程度を発光素子２４に戻す機能を有する。その選択特性は、非常に狭帯域であり、略基本波光と等しい波長の光のみを選択的に反射するようなものである。

波長変換素子１４から射出されたレーザ光のうち、変換波長に変換されなかった光、つまり、基本波長のまま波長変換素子１４から射出された光は、外部共振器１６によって反射され、再度波長変換素子１４及び反射ミラー１２を介して発光素子２４に戻される。発光素子２４に戻された基本波長の光は、発光素子２４の内部で反射されて、再び発光素子２４から射出される。このようにして、基本波長の光が発光素子２４と外部共振器１６との間で往復することにより、基本波長の光が増幅され、狭帯域の（つまり、基本波長付近に鋭いピークを有する）レーザ光２０が得られる。すなわち、外部共振器１６は、発光素子２４を狭帯域でレーザ発振させる機能を備えている。

一方、波長変換素子１４から射出されたレーザ光のうち、変換波長に変換されたレーザ光３８は、外部共振器１６を透過して、光源装置２からレーザ光３８として射出される。

尚、外部共振器１６は、光透過性を有する基板内に体積型位相格子を形成したものであり、図示しないが光路に沿って設けられた多数のブラッグ層を設けた構成となっている。基板としては、例えばＳｉＯ₂を主体としたアルカリボロアルミノシリケートガラスが使われる。

（Ｂ．光源装置の構造）
次に、図１及び図２を参照して、光源装置２の構造を説明する。
本実施の形態の光源装置２では、発光部１０、波長変換素子１４、及び外部共振器１６が、ベースプレート１８上に固定されている。そして、発光部１０と波長変換素子１４との間に、レーザ光２０の進行方向を変える反射ミラー１２が設けられている。

発光部１０は、図２に示すように、支持部２６によって支持された状態で、ベースプレート１８上に固定されている。

反射ミラー１２は、発光素子２４から射出されるレーザ光２０の光路上に設けられている。反射ミラー１２は、発光部１０より射出されたレーザ光２０を折り曲げて、その進行方向を変える機能を備えている。具体的には、反射ミラー１２は、レーザ光２０が略４５度で入射するように配置されており、反射ミラー１２に入射したレーザ光２０の進行方向を略９０度変える。反射ミラー１２としては、鏡面加工された金属、及び、ガラス、セラミクス、樹脂等の基材上にアルミニウム等の金属反射膜を形成したもの、そして更に該金属反射膜上にガラス等の透明板を積層した構成等の公知のものを採用することができる。反射ミラー１２とスペーサー部２８とは、接着等で接合されミラーアッシー３０を構成している。これにより、発光部１０と反射ミラー１２と外部共振器１６とをベースプレート１８上に配置固定することが容易になる。又、効果的なレーザ光の進行方向の変換を低コストで実現することが容易になる。

反射ミラー１２のレーザ光２０，４６が反射する面には、偏光選択光学膜３１が付与されている。偏光選択光学膜３１は、所定の入射角でレーザ光２０，４６に含まれる略直交する直線偏光光（Ｐ偏光光及びＳ偏光光）の一方（例えばＰ偏光光）の反射率が、他方（例えばＳ偏光光）の反射率よりも高い性質に形成されている。ここでは、偏光選択光学膜３１の反射率が、発光部１０から入射するレーザ光に対する波長変換素子１４に射出するレーザ光の比率を意味している。偏光選択光学膜３１は、誘電体多層膜により構成されている。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂をＣＶＤによって形成することが可能であり、多層膜を構成する各層の厚さ、材料、及び層数は、求められる特性に応じて最適化されているものである。これにより、偏光方向が揃ったレーザ光になるので、液晶のような偏光制御型のデバイスと組み合わせた際に、光の利用効率を高められる。又、偏光選択光学膜３１の偏光方向は、波長変換素子１４の分極方向と略一致するように構成されている。本実施の形態では、波長変換素子１４の分極方向が図２の上下方向であり、偏光選択光学膜３１は、Ｐ偏光光の反射率がＳ偏光光の反射率よりも大きくなるよう形成されている。

図４は、第１の実施の形態に係る偏光選択光学膜３１の特性を示すグラフである。横軸は偏光選択光学膜３１への入射光の波長（Wavelength）を示す。縦軸は偏光選択光学膜３１の入射光に含まれる直線偏光光（Ｐ偏光光Ｔｐ及びＳ偏光光Ｔｓ）の透過率（Transmittance）を示す。偏光選択光学膜３１は、図４に示すように、Ｐ偏光光ＴｐとＳ偏光光Ｔｓとでその偏光選択光学膜３１を透過するときの透過率が異なるように設定されている。例えば、レーザ波の基本波である波長が１０６２ｎｍ付近の透過率は、Ｐ偏光光Ｔｐの方がＳ偏光光Ｔｓに比べて高く設定されている。これにより、波長変換素子１４の分極方向をＰ偏光光Ｔｐの偏光方向と略一致させることで、波長変換素子１４の変換効率が高い分極方向の偏光光のみレーザ発振させ、波長変換素子１４の変換効率を高められる。

又、偏光選択光学膜３１は、波長が５３１ｎｍ付近のレーザ光の透過率が０に設定されている。この付近のレーザ光は、偏光選択光学膜３１で反射される。本実施の形態では、偏光選択光学膜３１は、発光素子２４に反射するような性質及び角度に形成されている。尚、波長変換素子１４に反射するような性質及び角度に形成されていてもよい。

波長変換素子１４は、反射ミラー１２と外部共振器１６との間のレーザ光２０の光路上に配置されている。波長変換素子１４は、位置決め部３２（図１参照）を用いてベースプレート１８に位置が決められ固定されている。波長変換素子１４は、例えば、非線形光学結晶を用いることができる。

波長変換素子１４は、入射レーザ光を略半分の波長に変換する非線形光学素子であり、レーザ光２０の波長を変換する。例えば、波長変換素子１４へ１０６４ｎｍのレーザ光２０が入射すると、波長変換素子１４は、５３２ｎｍのレーザ光を射出する。波長変換素子１４による波長変換効率は非線形の特性を有しており、例えば、波長変換素子１４に入射するレーザ光の強度が強いほど、変換効率が向上する。又、波長変換素子１４の変換効率は３０〜５０％程度である。つまり、発光部１０から射出されたレーザ光２０のすべてが、所定波長のレーザ光に変換されるわけではない。

波長変換素子１４と波長変換素子ホルダー３４とは、接着等で接合され波長変換素子アッシー３６を構成している。波長変換素子ホルダー３４内には、波長変換素子１４を適正な温度に保つための温度コントロール部（図示せず）が配置されている。温度コントロール部とは、具体的にはペルチェ素子、ヒーターという熱源と温度を検出するサーミスター、白金抵抗体、熱電対等である。これにより、波長変換する構成において、外部共振器１６が波長変換前の光線を折り返し、波長変換素子１４に連続的に透過させることで、波長変換を無駄なく行うことができ、波長変換素子１４における変換効率を高めることができる。

外部共振器１６は、発光素子２４の射出するレーザ光２０の光路上に設けられている。外部共振器１６は、レーザ光２０と等しい波長の光を選択し、その９８〜９９％程度を発光素子２４に戻すことで、発光素子２４を狭帯域でレーザ発振させる外部共振器として機能する。この際、発光素子２４と外部共振器１６との間のレーザ光パワーの１〜２％が外部共振器１６を透過しレーザ光として利用できる。

又、外部共振器１６には透過率が高い波長領域を設けてあり、波長変換素子１４で波長変換されレーザ光２０の半分の波長になったレーザ光３８を透過させる。従ってレーザ光３８もレーザ光として利用できる。ここで、外部共振器１６で反射され発光素子２４へ戻る方向のレーザ光４６はレーザ光２０と同一波長であり、レーザ光４６も波長変換素子１４を通過する際に半分の波長に変換される。

外部共振器１６は、光透過性を有する基板内に体積型位相格子を形成したものであり、図示しないが光路に沿って設けられた多数のブラッグ層を設けた構成となっている。基板としては、例えばＳｉＯ₂を主体とした例えばアルカリボロアルミノシリケートガラスが使われる。外部共振器１６については周知であるため、詳細な説明を省略する。尚、本実施の形態では、光透過性を有する基板内に体積型位相格子を形成した外部共振器１６を用いたが、体積型位相格子以外に、ミラーとバンドパスフィルタとで形成された外部共振器を用いてもよい。

外部共振器１６と外部共振器ホルダー４０とは、接着等で接合され外部共振器アッシー４２を構成している。外部共振器アッシー４２は、矢印Ａ（図１参照）及び矢印Ｂ（図２参照）で表示した２方向の向きが調整されることにより、外部共振器１６で反射されて波長変換素子１４を経て発光素子２４へ戻るレーザ光４６の向き（光量）を適切に調整する。外部共振器アッシー４２は、矢印Ａ及び矢印Ｂで表示した２方向の向きを調整するため、一つの位置決め部４４で位置決めされている。位置決め部４４は、ロボット等で外部共振器アッシー４２の２方向の向きを調整した後、接着剤で固定される。

ベースプレート１８は、支持部２６、ミラーアッシー３０、波長変換素子アッシー３６、及び外部共振器アッシー４２が配置固定される取付け面が平坦なプレートである。ベースプレート１８の発光部１０を配置固定する面は、高い精度の平面度が要求される。その平面加工時に波長変換素子１４、外部共振器１６を配置する部分も同時加工でき、ベースプレート１８のこれら配置部分も高い精度の平面度で仕上げられる。ベースプレート１８の材料は、熱伝導率の高い銅製である。又は、ベースプレート１８の材料は、熱を伝導させる熱伝導材を用いて構成されている。熱伝導材としては、例えば、銅、真鋳、ステンレス、アルミニウム、インジウム、金、銀、モリブデン、マグネシウム、ニッケル、鉄等の金属部材、ダイアモンド、又はそれらのうちの少なくとも一つを含む部材を用いることができる。

ベースプレート１８には、発光部１０と反射ミラー１２と波長変換素子１４と外部共振器１６とが配置固定される。ベースプレート１８は、発光部１０の発光素子２４に対する所定の位置を決める位置決め部３２，４４を有している。ベースプレート１８には、位置決め用の位置決め部３２，４４があり、それらは発光部１０の発光素子２４を基準に配置されている。ベースプレート１８は、位置決め部３２を用いて位置決めされた反射ミラー１２と波長変換素子１４とを配置固定する。ベースプレート１８は、位置決め部４４を用いて位置決めされた外部共振器１６を配置固定する。位置決め部３２，４４は、ピンである。これにより、効果的な位置決めを実現することが容易になる。又、効果的な位置決めを低コストで実現することが容易になる。

各アッシー３０，３６，４２をそれらピンにて位置決めしてベースプレート１８に配置し、接着等で固定することで光源装置２が完成する。

本実施の形態によれば、光学素子を用いることにより外部共振器や波長変換素子を発光素子のレーザ光射出方向に保持するための保持部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化を可能にした。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る光源装置を示す断面図である。尚、上記第１の実施の形態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。本実施の形態では、光源装置４は、光学素子としてのプリズム４８を含む。プリズム４８は、例えば、ガラスや透明樹脂など周囲の空気よりも大きな屈折率を有する透光性材料からなる公知のものを採用することができる。これにより、効果的なレーザ光の進行方向の変換を低コストで実現することが容易になる。

プリズム４８は、直角二等辺三角形断面の直角プリズムである。直角二等辺三角形断面の長辺５０を含むプリズム４８のレーザ反射面は、残りの辺５２，５４を含むプリズム４８の面に対し略垂直に入射したレーザ光２０，４６を反射する。プリズム４８を用いるとレーザ反射面の高精度の反射角度を得やすい。これにより、発光部と光学素子と外部共振器とをベースプレート上に配置固定することが容易になる。尚、長辺５０を含むプリズム４８のレーザ反射面には、レーザ光を反射する光学膜が付与されていてもよい。

直角二等辺三角形断面の残りの辺のうち辺５２を含むプリズム４８の面は、スペーサー部５８を介して、ベースプレート１８に配置固定されている。プリズム４８のスペーサー部５８配置面には、発光素子２４から射出或いは反射されるレーザ光２０，４６がプリズム４８へ入射する際、レーザ光２０，４６の反射を低減させる反射防止膜５３が付与されている。反射防止膜５３は、例えばＡＲコート（Anti Reflection Coating）である。ＡＲコートは、プリズム４８のスペーサー部５８配置面に屈折率の異なる２種類以上の薄膜をコーティングすることにより、入射面での外光の反射を防ぐ性質及び角度に形成されている。これにより、発光素子２４近傍に存在するプリズム４８のスペーサー部５８配置面のレーザ光２０，４６の反射を低減させることにより、レーザ光２０，４６の反射による発光素子２４への悪影響を減らし、発光素子２４と外部共振器１６とによるレーザを安定に発振させることができる。この他、反射防止膜５３には、シリカコートやＡＲパネルなどであってもよい。シリカコートは、反射防止面に微細なシリカを溶着させて微細な凹凸を作って外光が乱反射するようにしたもので、低コストで実現できる。ＡＲパネルは、特殊な反射防止フィルムを反射防止面に貼り付ける方式である。

レーザ光２０，４６が透過するプリズム４８の辺５４を含む面には、偏光選択光学膜３１が付与されている。尚、偏光選択光学膜３１の付与箇所は、レーザ光２０，４６が反射する長辺５０を含むプリズム４８のレーザ反射面であってもよい。又、偏光選択光学膜３１は、直角二等辺三角形断面の辺５４を含むプリズム４８の面に付与された場合、外部共振器１６によって反射されたレーザ光４６が波長変換素子１４を通過して波長変換されたレーザ光を、再び外部共振器１６に反射する波長分離機能が更に含まれていてもよい。プリズム４８の波長変換素子１４と対向する面に、レーザ光４６が半分の波長に波長変換されたレーザ光を反射する波長分離機能を含む偏光選択光学膜３１が付与されることで、波長変換されたレーザ光を発光素子２４に戻すことなく、波長変換素子１４、外部共振器１６内を通過させて取り出すことができる。波長変換されたレーザ光が発光素子２４で吸収されることを防止でき、波長変換されたレーザ光を効率良く光源装置４から取り出せる。プリズム４８とスペーサー部５８とは、接着等で接合されプリズムアッシー６０を構成している。その他の構成については、第１の実施の形態で説明した内容を適用することができる。尚、偏光選択光学膜３１に波長分離機能を含めず、別途波長分離機能を含む光学膜を、辺５４を含むプリズム４８の面に付与してもよい。

図４は、第２の実施に形態に係る偏光選択光学膜３１の特性を示すグラフである。横軸は偏光選択光学膜３１への入射光の波長を示す。縦軸は偏光選択光学膜３１の入射光に含まれる直線偏光光（Ｐ偏光光Ｔｐ及びＳ偏光光Ｔｓ）の透過率を示す。ここでは、偏光選択光学膜３１の透過率が、発光部１０から入射するレーザ光に対する波長変換素子１４に射出するレーザ光の比率を意味している。偏光選択光学膜３１は、図４に示すように、Ｐ偏光光ＴｐとＳ偏光光Ｔｓとでその偏光選択光学膜３１を透過するときの透過率が異なるように設定されている。例えば、レーザ光の基本波である波長が１０６２ｎｍ付近の透過率は、Ｐ偏光光Ｔｐの方がＳ偏光光Ｔｓに比べて高く設定されている。本実施の形態では、波長変換素子１４の分極方向をＰ偏光光Ｔｐの偏光方向と略一致させており、波長変換素子１４の変換効率が高い分極方向の偏光光の強度が強いレーザが発振し、波長変換素子１４の変換効率を高められる。

又、偏光選択光学膜３１は、波長が５３１ｎｍ付近のレーザ光の透過率が０に設定されている。この付近のレーザ光は、偏光選択光学膜３１で反射される。このように偏光選択光学膜３１に波長分離機能を持たせている。

本実施の形態によれば、光学素子を用いることにより外部共振器や波長変換素子を発光素子のレーザ光射出方向に保持するための保持部材が不要である。又、発光部と光学素子と外部共振器とを同一方向からベースプレートに配置固定すればよいため製造時の作業性に優れ、製造のサイクルタイムが短くなる。これにより、低コスト化を実現すると共に装置構成を簡略化し、更に、小型化を可能にした。更に、波長変換されたレーザ光が発光素子で吸収されることを防止でき、波長変換されたレーザ光を効率良く光源装置から取り出せる。

（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態に係る画像表示装置を示す図である。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の光源装置２を備える画像表示装置６について説明する。尚、図５中においては、簡略化のため画像表示装置６を構成する筐体は省略している。本実施の形態に係る画像表示装置６は、スクリーン６２に光を供給し、スクリーン６２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。上記第１の実施の形態と重複する説明は省略する。画像表示装置６は、上記の光源装置２（図１参照）と同様の構成の赤色光を射出する赤色レーザ光源（光源装置）８０Ｒ、緑色光を射出する緑色レーザ光源（光源装置）８０Ｇ、青色光を射出する青色レーザ光源（光源装置）８０Ｂを有する。画像表示装置６は、各色レーザ光源８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂからの光を用いて画像を表示する。

赤色レーザ光源８０Ｒは、赤色光を供給する。フィールドレンズ８２は、赤色レーザ光源８０Ｒからの赤色光を平行化させ、赤色光用空間光変調装置８４Ｒへ入射させる。赤色光用空間光変調装置８４Ｒは、画像信号に応じて赤色光を変調する透過型液晶表示装置である。赤色光用空間光変調装置８４Ｒで変調された赤色光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム８６へ入射する。

緑色レーザ光源８０Ｇは、緑色光を供給する。フィールドレンズ８２は、緑色レーザ光源８０Ｇからの緑色光を平行化させ、緑色光用空間光変調装置８４Ｇへ入射させる。緑色光用空間光変調装置８４Ｇは、画像信号に応じて緑色光を変調する透過型液晶表示装置である。緑色光用空間光変調装置８４Ｇで変調された緑色光は、赤色光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム８６へ入射する。

青色レーザ光源８０Ｂは、青色光を供給する。フィールドレンズ８２は、青色レーザ光源８０Ｂからの青色光を平行化させ、青色光用空間光変調装置８４Ｂへ入射させる。青色光用空間光変調装置８４Ｂは、画像信号に応じて青色光を変調する透過型液晶表示装置である。青色光用空間光変調装置８４Ｂで変調された青色光は、赤色光、緑色光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム８６へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム８６は、４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜８８，９０を有する。第１ダイクロイック膜８８は、赤色光を反射し、緑色光及び青色光を透過させる。第２ダイクロイック膜９０は、青色光を反射し、赤色光及び緑色光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム８６は、それぞれ異なる方向から入射した赤色光、緑色光及び青色光を合成し、投写レンズ９２の方向へ射出させる。投写レンズ９２は、クロスダイクロイックプリズム８６で合成された光をスクリーン６２の方向へ投写する。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よい。又、空間光変調装置としては透過型液晶表示装置を用いる場合に限らず反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon、ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いてもよい。

（第４の実施の形態）
又、第１又は第２の実施の形態の光源装置２，４は、走査型の画像表示装置にも適用される。
図６は、第４の実施の形態に係る画像表示装置を示す図である。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の光源装置２を備える画像表示装置８について説明する。本実施の形態に係る画像表示装置８は、第１の実施の形態の光源装置２と、光源装置２から射出された光をスクリーン６２に向かって走査するＭＥＭＳミラー（走査部）１１０と、光源装置２から射出された光をＭＥＭＳミラー１１０に集光させる集光レンズ１１２とを備えている。光源装置２から射出された光は、ＭＥＭＳミラー１１０を動かすことによって、スクリーン６２上を横方向、縦方向に走査するように導かれる。カラーの画像を表示する場合は、発光部１０を構成する複数の発光素子２４（図２参照）を、赤、緑、青のピーク波長を持つ発光素子２４の組み合わせによって構成すればよい。

尚、上記実施の形態では、波長変換素子１４を用い、入射したレーザ光２０を特定の波長（変換波長）に変換して、変換波長のレーザ光３８を利用するようにしていたが、波長変換素子１４を用いない光源装置にも適用することが可能である。この場合は、外部共振器（反射率９８〜９９％程度）を透過した１〜２％程度の基本波長のレーザ光を出力光として利用することになる。

上記実施の形態では、反射ミラー１２が、レーザ光２０が略４５度で入射するように配置されており、反射ミラー１２に入射したレーザ光２０の進行方向を略９０度変えている（つまり、レーザ光２０の光路を略９０度折り曲げている）が、その角度は一例に過ぎない。反射ミラー１２は、レーザ光２０の光路を０度より大きく１８０度未満の角度で折り曲げるように配置されていればよく、レーザ光２０の光路上に、レーザ発振ができるように、発光素子２４、反射ミラー１２、波長変換素子１４、及び外部共振器１６が配置さていれば、本発明の目的は達成できる。ただし、小型化の効果を十分に得るためには、反射ミラー１２が、レーザ光２０が２２．５度以上６７．５度以下で入射するように配置されており、反射ミラー１２に入射したレーザ光の光路を７７．５度以上１１２．５度以下で折り曲げるように配置することが好ましい。更に、小型化の効果を最大限に得るためには、上記実施の形態のように、レーザ光２０が略４５度で入射するように配置されており、反射ミラー１２に入射したレーザ光２０の光路を略９０度折り曲げるように配置することが好ましい。

第１の実施の形態に係る光源装置を示す平面図及び側面図。図１のII−II線断面図。第２の実施の形態に係る光源装置を示す断面図。第１及び第２の実施の形態に係る偏光選択光学膜の特性を示すグラフ。第３の実施の形態に係る画像表示装置を示す図。第４の実施の形態に係る画像表示装置を示す図。従来の光源装置を示す図。

符号の説明

２，４…光源装置６，８…画像表示装置１０…発光部１２…光学素子（反射ミラー）１４…波長変換素子１６…外部共振器１８…ベースプレート２０…レーザ光２２…発光面２４…発光素子２６…支持部２８…スペーサー部３０…ミラーアッシー３１…偏光選択光学膜３２…位置決め部３４…波長変換素子ホルダー３６…波長変換素子アッシー３８…レーザ光４０…外部共振器ホルダー４２…外部共振器アッシー４４…位置決め部４６…レーザ光４８…光学素子（プリズム）５０…長辺５２…辺５３…反射防止膜５４…辺５８…スペーサー部６０…プリズムアッシー６２…スクリーン８０Ｒ…赤色レーザ光源８０Ｇ…緑色レーザ光源８０Ｂ…青色レーザ光源８２…フィールドレンズ８４Ｒ…赤色光用空間光変調装置８４Ｇ…緑色光用空間光変調装置８４Ｂ…青色光用空間光変調装置８６…クロスダイクロイックプリズム８８…第１ダイクロイック膜９０…第２ダイクロイック膜９２…投写レンズ１１０…ＭＥＭＳミラー（走査部）１１２…集光レンズ。

Claims

レーザ発振時にレーザ光を発光面に対して垂直に射出する少なくとも一つの発光素子を有する発光部と、
特定波長の光を選択的に前記発光素子に戻すことによって、前記発光素子を特定波長でレーザ発振させる外部共振器と、
前記発光部及び前記外部共振器が固定されたベースプレートと、
前記発光素子と前記外部共振器との間で、且つ、前記発光素子表面より離れた前記レーザ光の光路上に配置固定され、前記レーザ光の進行方向を変える光学素子と、
を含むことを特徴とする光源装置。
請求項１に記載の光源装置において、
前記光学素子は、前記光学素子に入射した前記レーザ光の進行方向を略９０度変えることを特徴とする光源装置。
請求項２に記載の光源装置において、
前記光学素子と前記外部共振器との間の前記レーザ光の光路上に波長変換素子を更に含み、
前記波長変換素子は、前記ベースプレートに配置固定され、前記光学素子を通過した前記レーザ光の波長を変換することを特徴とする光源装置。
請求項３に記載の光源装置において、
前記光学素子の前記レーザ光の光路中に、前記発光素子から入射する前記レーザ光に対する前記波長変換素子に射出する前記レーザ光の比率を示す反射率又は透過率が、前記レーザ光の偏光方向が異なる２つの偏光成分において異なる特性を有する偏光選択光学膜が付与されていることを特徴とする光源装置。
請求項４に記載の光源装置において、
前記偏光選択光学膜の前記反射率又は透過率が高い偏光方向は、前記波長変換素子の分極方向と略一致することを特徴とする光源装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記光学素子は、少なくともレーザ光の波長の光を反射する反射面を備えたミラーであることを特徴とする光源装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記光学素子は、プリズムであることを特徴とする光源装置。
請求項７に記載の光源装置において、
前記プリズムは、直角二等辺三角形断面の直角プリズムであり、
前記直角二等辺三角形断面の長辺を含む前記直角プリズムの面は、残りの辺を含む前記直角プリズムの面に対し略垂直に入射したレーザ光を反射する反射面であり、
残りの辺のうち一辺を含む前記直角プリズムの面の一部は、スペーサー部を介して、前記ベースプレートに配置固定されたことを特徴とする光源装置。
請求項８に記載の光源装置において、
前記プリズムの前記スペーサー部配置面には、前記発光素子から射出或いは反射される前記レーザ光が前記プリズムへ入射する際、前記レーザ光の反射を低減させる反射防止膜が付与されていることを特徴とする光源装置。
請求項８又は９に記載の光源装置において、
前記偏光選択光学膜は、前記プリズムの前記反射面及び前記スペーサー部配置面以外の残りの一辺を含む前記直角プリズムの面に付与された場合、前記波長変換素子によって変換された波長のレーザ光が前記外部共振器側から入射した際に、前記外部共振器側に反射する波長分離機能が更に含まれていることを特徴とする光源装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記発光部の前記発光素子に対する前記光学素子及び前記外部共振器の位置を決める位置決め部を更に含むことを特徴とする光源装置。
請求項１１に記載の光源装置において、
前記位置決め部は、ピンであることを特徴とする光源装置。
請求項１〜１２のいずれか一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画像信号に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、
を含むことを特徴とする画像表示装置。
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出されたレーザ光を被投射面上で走査する走査部と、
を含むことを特徴とする画像表示装置。