JP2008268706A - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】干渉性の低い光を効率良く射出可能な波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光源装置（レーザ光源装置１）は、複数の発光部（エミッタ６）を有する光源（半導体レーザ２）と、複数の発光部から射出される複数の光をそれぞれ波長変換する複数の光学結晶からなる複数の波長変換素子９とを備え、複数の発光部のうちの少なくとも一つ以上の発光部から射出される少なくとも一つ以上の光が複数の波長変換素子９のうちの一つに入射され、複数の発光部から射出される複数の光の波長のうち、少なくとも一つの発光部から射出される光の波長が、他の発光部から射出される光の波長とは異なることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクタに関するものである。

近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まるなか、半導体レーザの高出力化、青色半導体レーザの登場に伴い、レーザ光源を使ったプロジェクタが開発されている。この種のプロジェクタは、光源の波長域が狭いために色再現範囲を十分に広くすることが可能であり、小型化や構成部材の削減も可能であることから、次世代の表示デバイスとして大きな可能性を秘めている。この場合、光源として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のレーザ光源が必要である。例えば、Ｒ光用光源やＢ光用光源には半導体レーザで原振が存在するが、Ｇ光用光源には原振が存在しないため、赤外レーザからの赤外光を非線形光学素子に入射させた際に発生する第２次高調波（Second Harmonic Generation, 以下、ＳＨＧと略記する）を利用することが考えられている（特許文献１参照）。

非線形光学効果を利用した光の波長変換では、変換前の基本波と変換後の高調波との間で位相整合条件が成立する必要があり、結晶内の分極方向を周期的に反転させる擬似位相整合法が用いられる。特許文献１では、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３結晶内に微細なピッチで分極方向が周期的に反転した構造（以下、本明細書では周期分極反転構造と呼ぶ）を形成し、これを波長変換素子としている。ところが、実際の波長変換素子は、位相整合条件を満足する波長の許容範囲が極端に狭く、基本波の波長が僅かでもずれると出力（変換効率）が大きく低下する。一方、変換効率は波長変換素子の温度に強く依存することが知られている。これを利用して、複数のレーザ光を波長変換する複数の波長変換素子を備え、各波長変換素子の温度を個別に制御することで、波長変換素子全体の変換効率を確保したレーザ光源装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００６−２５３４０６号公報 特開２００６−３５２００９号公報

従来一般のプロジェクタは、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが多用されていた。しかしながら、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現性範囲が狭い等の課題があった。その点、上記特許文献１，２に記載のレーザ光源を用いたプロジェクタによれば、上記の課題を解決することができる。ところが、レーザ光源によるスクリーン上の投射光は、隣接する領域での光線の位相が揃っていることから干渉性が非常に高いものとなっている。レーザ光のコヒーレント長は数十メートルに及ぶこともあるため、複数のレーザ光を合成すると、コヒーレント長より短い光路差を経て合成された光が強い干渉を引き起こすことになる。そのため、超高圧水銀ランプよりも鮮明なシンチレーション（干渉縞）が出現し、表示品位の大きな低下を引き起こす。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、干渉性の低い光を効率良く射出可能な波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的とする。また、上記の光源装置を備え、シンチレーションを効率良く抑制することで高い表示品位が得られるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、複数の発光部を有する光源と、前記複数の発光部から射出される複数の光をそれぞれ波長変換する光学結晶を有する複数の波長変換素子と、を備え、前記複数の発光部のうちの少なくとも一つ以上の発光部から射出される光が前記複数の波長変換素子のうちの一つに入射され、前記複数の発光部から射出される複数の光の波長のうち、少なくとも一つの発光部から射出される光の波長が、他の発光部から射出される光の波長とは異なることを特徴とする。

本発明の光源装置においては、光源が有する複数の発光部からそれぞれ光が射出され、複数の発光部のうちの少なくとも一つ以上の発光部から射出される少なくとも一つ以上の光が波長変換素子のうちの一つに入射され、波長変換される。このとき、少なくとも一つの発光部から射出される光の波長が、他の発光部から射出される光の波長とは異なっているので、異なる発光部群から射出される光同士の干渉性を低下させることができる。

また、少なくとも一つ以上の発光部から射出される少なくとも一つ以上の光が一つの波長変換素子に入射される構成であるから、波長変換素子の数は発光部の数と同じか、それよりも少ない数で済む。すなわち、一つの発光部群から射出される少なくとも一つ以上の光に対して一つの波長変換素子を位相整合させれば済む。すなわち、本発明では、一つ一つの波長変換素子が全ての発光部の中の一部の発光部のみに対応すればよいため、波長変換素子が持つ周期分極反転構造を最適化しやすい。よって、波長変換素子の位相整合のずれを小さく抑えることができ、波長変換効率を高めることができる。

本発明において、前記複数の発光部は、複数の発光部を含む複数の発光部群から構成され、前記複数の発光部群のうち、少なくとも一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長が、他の発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長とは異なる構成としても良い。

一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の波長の平均値を「平均波長」とすると、少なくとも一つの発光部群における平均波長が他の発光部群における平均波長と異なっているので、異なる発光部群から射出される光同士の干渉性を低下させることができる。また、複数の発光部から射出される複数の光が一つの波長変換素子に入射される構成であるから、波長変換素子は発光部よりも少ない数で済む。これにより、波長変換効率が高められるとともに、コストの低減を図ることができる。

また、本発明の光源装置において、一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光のうち、少なくとも一つの光の波長が他の光の波長と異なる構成としても良い。
この構成によれば、一つの発光部群に属する近接した発光部からの光同士で波長が異なるため、干渉性をより効果的に低下させることができる。

もしくは、一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の波長が全て等しい構成としてもよい。
この構成によれば、一つの発光部群に属する全ての発光部からの波長が等しい光に対して波長変換素子を位相整合させればよいため、全体として位相整合のずれを最も小さくでき、波長変換効率を最大限に高めることができる。

また、一つの発光部群に属する複数の発光部間の中心位置から最も遠い位置にある発光部までの距離が、前記一つの発光部群と隣接する発光部群との中心位置間の距離の１／２よりも小さい構成としてもよい。
この構成によれば、各発光部群中の発光部間のピッチは小さく、隣接する２つの発光部群の相対する発光部同士の距離は大きくなるように配置できるため、発光部で発生する熱が蓄積することによって光源の中央部が高温になるのが抑えられ、発光部間の温度の均一化を図ることができる。また、各発光部群中の複数の発光部に対する波長変換素子の配置の自由度が高くなる。

また、前記光学結晶として、結晶組成もしくは不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、前記成長縞が周期分極反転構造を構成するものを用いることができる。
従来の波長変換素子は、周期分極反転構造を形成した光学結晶から切り出して作製したバルク型のものが一般的であった。しかしながら、本発明のように発光部群毎の平均波長が異なる場合、それに位相整合させるために、例えば周期分極反転構造のピッチが異なる光学結晶をバルク型で複数種揃えるのは、作製に多大な時間や手間がかかると同時に、製造コストが高騰するという課題を有している。

その点、結晶組成や不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、この成長縞が周期分極反転構造を構成する光学結晶を用いることによって、上記の課題を解消することができる。すなわち、上記の特徴を有する光学結晶では、単結晶の引き上げ成長時に成長界面（融液表面）の温度を周期的に変動させることにより結晶中に前記の成長縞が発生し、この成長縞が周期分極反転構造を構成する。したがって、引き上げ法による結晶作製時に融液温度を制御するだけで、周期分極反転構造のピッチが異なる光学結晶を作製することができ、バルク型のようなフォトリソグラフィーが不要になる。このように、短時間に低コストで光学結晶を作製できるので、本発明の波長変換素子に用いるのに好適である。

また、前記複数の波長変換素子が有する光学結晶のうち、少なくとも一つの波長変換素子が有する光学結晶の周期分極反転構造のピッチが、他の波長変換素子が有する光学結晶の周期分極反転構造のピッチと異なる構成としてもよい。
発光部の波長が異なる場合、それぞれに位相整合させる方法としては、例えば各発光部に対応する光学結晶の周期分極反転構造のピッチを異ならせる方法、各光学結晶の温度を異ならせる方法等がある。前者の方法を採用した場合、複数の光学結晶の温度は等しくてよいので、複数の光学結晶に対して共通の温度制御を行えばよく、温度制御が容易になるという利点がある。一方、後者の方法を採用する場合、光学結晶の周期分極反転構造のピッチは等しくよいため、バルク型であっても光学結晶の作製が容易になるという利点がある。

また、前記複数の波長変換素子を保持する保持部材を備え、前記複数の波長変換素子と前記保持部材とが波長変換素子ユニットを構成してもよい。
従来のバルク型光学結晶が直方体形状であるのに対し、上記の引き上げ法により作製した光学結晶は、結晶成長方向に垂直な断面の形状が円形または楕円形であり、現状では径が０．５ｍｍ以下と非常に細いものである。よって、引き上げ法により作製した光学結晶からなる波長変換素子は取り扱いが難しいという難点がある。その点、複数の波長変換素子を保持する保持部材を備え、波長変換素子ユニットとして扱えば、光学結晶の取り扱いが容易になり、例えば波長変換素子の位置合わせ作業等を容易に行うことができる。また、波長変換素子の製造歩留まりを上げることも可能になる。

本発明のプロジェクタは、上記本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光を利用して、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上記本発明の光源装置を備えたことによって干渉性の低い光が効率良く射出されるため、シンチレーションを効率良く抑制でき、高い表示品位が得られるプロジェクタを実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態の光源装置は、半導体レーザから射出されるレーザ光を波長変換して出力する波長変換型のレーザ光源装置の一例である。
図１は本実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す斜視図である。図２は同レーザ光源装置をレーザ光の射出方向と平行な平面で切断した状態を示す断面図（平面図）である。図３は同レーザ光源装置の波長変換素子の部分をレーザ光の射出方向と垂直な平面で切断した状態を示す断面図（正面図）である。図４は同波長変換素子の光学結晶を示す斜視図である。
なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素毎に寸法や位置関係の縮尺を異ならせることもある。

本実施形態のレーザ光源装置１（光源装置）は、図１に示すように、半導体レーザ２（光源）と、波長変換素子ユニット３と、共振ミラー４と、から概略構成されている。その他、図示は省略したが、レーザ光源装置１は、半導体レーザ２を固定するキャリア基板、放熱板、半導体レーザ２に電力を供給するための配線、等を備えている。

本実施形態の半導体レーザ２は、例えば赤外光を射出する赤外レーザである。半導体レーザ２は外部共振構造を有しており、半導体レーザ２の外部に設置された共振ミラー４と半導体レーザ２との間で光が往復する間に増幅作用が生じ、レーザ光が発振される。それと同時に、半導体レーザ２と共振ミラー４との間で光が往復する際、レーザ光は波長変換素子３を透過する。このとき、レーザ光の一部は波長変換作用（例えば波長を１／２に変換）を受けて可視光（例えば緑色光）となり、波長変換素子ユニット３から射出される。共振ミラー４は、半導体レーザ２とともに外部共振構造を構成すると同時に、波長変換素子ユニット３によって変換された可視光を選択的に透過させる波長選択機能も有している。したがって、波長変換素子ユニット３によって変換された可視光は、共振ミラー４を透過して装置外部に射出される。一方、波長変換素子ユニット３で変換されなかった赤外光は、共振ミラー４で反射して再度半導体レーザ２に向かう。

半導体レーザ２には、所定のピッチで複数のエミッタ６（発光部）が形成されている。エミッタ６の配列ピッチについては後述するが、本実施形態の場合、複数のエミッタ６は１列に配列され、合計２１個のエミッタ６が３個ずつまとめて配置されている。以下の説明では、このようにまとめて配置された３個のエミッタ６をエミッタ群７（発光部群）と呼ぶ。半導体レーザ２の具体的な構成は従来のものと変わらないため、詳細な説明は省略する。この半導体レーザ２は、複数のエミッタ６を備えているため、一つのエミッタ６の出力が小さくても、全体として高い出力が可能である。また、共振ミラー４としては、例えば周期格子を有するホログラムのような光学素子を用いることができる。

波長変換素子ユニット３は、エミッタ群７の数と等しい数（本実施形態では７個）の非線形光学結晶からなる波長変換素子９と、これら波長変換素子９を保持する保持部材１０と、から構成されている。波長変換素子９を構成する非線形光学結晶として、従来はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の材料からなるウェハから切り出したバルク型の結晶が多く用いられていた。バルク型の非線形光学結晶は、ウェハ状態での分極反転処理用電極の形成、ウェハから複数のチップの切り出し、電圧印加による分極反転処理、入射面および射出面のポリッシング、入射面および射出面への無反射コート、の各工程を経て製造されていた。

上記のバルク型結晶を用いてもよいが、本実施形態では、波長変換素子９として、結晶成長と同時に周期分極反転構造を形成し、結晶を引き上げるのみで製造可能な非線形光学結晶を用いることが望ましい。この非線形光学結晶９’は、図４に示すように、結晶の引き上げ方向（以下、成長軸方向と呼ぶ）に直交する方向で切断した断面が楕円形あるいは円形の柱状単結晶である。そして、非線形光学結晶９’は、結晶の成長軸方向（レーザ光の進行方向に相当）に結晶組成や不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞９Ｓを有しており、この成長縞９Ｓが周期分極反転構造を構成している。この成長縞９Ｓは、単結晶の引き上げ成長時に成長界面（融液表面）の温度を周期的に変動させることによって形成することができる。したがって、引き上げ法による結晶作製時に融液温度を制御するだけで、周期分極反転構造のピッチが異なる非線形光学結晶９’を作製することができる。このように、短時間に低コストで非線形光学結晶９’を作製できるので、従来のバルク型結晶に比べて本実施形態の波長変換素子９に用いるのに好適である。

さらに、バルク型非線形光学結晶の場合、分極反転処理用電極の形成工程においてフォトリソグラフィー工程が必要であったのに対し、本実施形態の場合、フォトリソグラフィー工程が不要である。そのため、フォトマスク等のツールが不要であり、イニシャルコストが掛からない上、周期分極反転構造のピッチ変更等の仕様変更を容易に行うことができる。よって、光の干渉性を低下させる目的で複数のエミッタ６の光の波長を変えた場合、各々のエミッタ群７に対応した波長変換素子９を作製するのが容易になる。また、直方体状のバルク型非線形光学結晶に比べて分極のアスペクト方向の偏差が生じにくいため、光の進行方向の面内分布がより均一化できる。そのため、各エミッタ６に対する非線形光学結晶の面内の位置決め精度をそれ程厳しくしなくてもよく、位置決め作業を容易に行うことができる。

保持部材１０は、図１、図２に示すように、複数の波長変換素子９をそれぞれ挿入する複数の貫通孔１０ａを有するブロックで構成されている。ブロックの構成材料は特に問わないが、例えば金属材料、樹脂材料等を用いることができる。貫通孔１０ａの内径は、端から端まで同一ではなく、波長変換素子９を収容する一端側１０ｃの内径は波長変換素子９の外径と略同じかそれよりも若干大きく、他端側１０ｄの内径は波長変換素子９の外径よりも小さい。すなわち、貫通孔１０ａの内壁には僅かな段差１０ｂが形成されている。

以上の構成により、保持部材１０の一端側１０ｃから各貫通孔１０ａの中に波長変換素子９を落とし込むだけで、波長変換素子９の端部が段差１０ｂに引っ掛かってそれ以上進まないため、保持部材１０に対して波長変換素子９が成長軸方向に位置決めされる。すなわち、貫通孔１０ａの内壁の段差１０ｂが波長変換素子９の位置決め手段として機能する。また、波長変換素子９の径方向は、波長変換素子９と貫通孔１０ａとの間にごく僅かなクリアランスしかないため、各貫通孔１０ａの内部に波長変換素子９を挿入するだけで波長変換素子９が径方向にほぼ位置決めされる。このようにして、各波長変換素子９が保持部材１０に対して位置決めされた状態で、各波長変換素子９と保持部材１０とがＵＶ硬化性接着剤（図示せず）により固定されている。

なお、図２では、各波長変換素子９の上端（段差１０ｂに接する側と反対側の端部）が保持部材１０から飛び出しているが、この飛び出した部分を保持部材１０の端面と面一状態になるまで研磨し、波長変換素子９の端面に無反射コート処理を施してもよい。このようにすると、波長変換素子９を単独で１個ずつ研磨、無反射コート処理するよりも工程が簡略化され、製造歩留まりも向上する。また、各波長変換素子９間で端面の位置が揃うため、全体として特性が安定した波長変換素子３が得られる。

図示しないが、半導体レーザ２の基板には放熱板、冷却機構などが備えられており、エミッタ６で発生した熱により温度上昇する半導体レーザ２を冷却する。本実施形態では、図３に示すように、３個のエミッタ６からなる一つのエミッタ群７が一つの波長変換素子９に対応している。すなわち、一つのエミッタ群７に属する３個のエミッタ６から発する３本のレーザ光が一つの波長変換素子９に入射する（対応するエミッタ６の位置を符号Ｌで示す）。また、一つのエミッタ群７に属する３個のエミッタ６の中心位置（３個のエミッタ６のうちの中央のエミッタ６の位置）から端のエミッタ６までの距離Ｄ１が、一つのエミッタ群７の中心位置と隣のエミッタ群７の中心位置との間の距離Ｄ２の１／２よりも小さい。さらに、一つのエミッタ群７の中のエミッタ６間のピッチＰ１は、一つのエミッタ群７の端のエミッタ６と隣のエミッタ群７の端のエミッタ６との間のピッチＰ２よりも小さい。

本実施形態では、半導体レーザ２が７個のエミッタ群７を有しているため、各エミッタ群７に属する３個のエミッタ６の波長の平均値を「平均波長」と呼ぶとすると、７個の平均波長が存在することになる。このうち、少なくとも一つのエミッタ群７における平均波長がそれ以外のエミッタ群７における平均波長と異なっている。さらに、一つのエミッタ群７に属する３個のエミッタ６に着目すると、これら３個のエミッタ６から射出される３本のレーザ光の中で波長を異ならせてもよいし、３本のレーザ光の波長を全て等しく揃えてもよい。このように各エミッタ６から射出されるレーザ光の波長を異ならせる場合、出力されるレーザ光の色純度、波長変換素子９や共振ミラー４との整合性などを考慮すると、大きくても１０ｎｍ以下の波長差に設定することが望ましい。

波長変換素子ユニット３を構成する各波長変換素子９は、図３に示すように、一つのエミッタ群７（３個のエミッタ６）毎に対応しているため、対応するエミッタ群７に対して波長整合している。例えば、一つのエミッタ群７中の３個のエミッタ６からのレーザ光の波長が全て等しければ、その波長に対して波長変換素子９が波長整合されている。あるいは、一つのエミッタ群７中の３個のエミッタ６からのレーザ光の波長が異なっていれば、例えばそれらの波長の平均値に対して波長変換素子９が波長整合されている。波長整合の方法としては、各波長変換素子９の周期分極反転構造のピッチを異ならせる、各波長変換素子９の温度を異ならせる等の方法が考えられるが、本実施形態では前者の方法を採用する。周期分極反転構造のピッチを異ならせるには、単結晶引き上げ時に融液表面温度の変動周期を異ならせればよい。

本実施形態のレーザ光源装置１によれば、少なくとも一つのエミッタ群７における平均波長が他のエミッタ群７における平均波長と異なっているので、異なるエミッタ群７から射出される光同士の干渉性を低下させることができる。よって、本実施形態のレーザ光源装置１を採用することによって、シンチレーションが発生しにくいプロジェクタを実現することができる。また、一つのエミッタ群７から射出される３本のレーザ光が一つの波長変換素子９に入射される構成であるから、半導体レーザ２が有する全て（２１個）のエミッタ６からの全ての光に対して一つの波長変換素子９を位相整合させる必要はなく、一つのエミッタ群７から射出されるレーザ光に対して一つの波長変換素子９を位相整合させれば済む。すなわち、一つの波長変換素子９が一つのエミッタ群７のみに対応すればよいため、波長変換素子９が持つ周期分極反転構造を最適化しやすい。その結果、複数の光に対する波長変換素子９の位相整合のずれを小さく抑えることができ、波長変換効率を高めることができる。

また、一つのエミッタ群７に属する３個のエミッタ６から射出される３本のレーザ光の中で波長を異ならせた場合、一つのエミッタ群７中の近接したエミッタ６からの光同士で波長が異なることになり、干渉性をより効果的に低下させることができる。これとは逆に、一つのエミッタ群７に属する３個のエミッタ６から射出される３本のレーザ光の波長を全て等しく揃えた場合、一つのエミッタ群７中での干渉性低減効果は得られないが、一つのエミッタ群７中の全てのエミッタ６からの等しい波長の光に対して波長変換素子９を位相整合させればよいため、全体として位相整合のずれを最も小さくでき、波長変換効率を最大限に高めることができる。

また、平均波長が異なるエミッタ群７に対して、波長変換素子９を位相整合させる方法としては、各エミッタ群７に対応する波長変換素子９の周期分極反転構造のピッチを異ならせる方法、周期分極反転構造のピッチを変えずに各波長変換素子９の温度を異ならせる方法等がある。本実施形態の場合、前者の方法を採用しているので、複数の波長変換素子９の温度は等しくてよい。本実施形態では、複数の波長変換素子９を一つの保持部材１０で保持しているが、この保持部材１０を介して複数の波長変換素子９に対して共通の温度制御を行えばよいので、温度制御が容易になる。例えば、任意の温度制御装置を用いて保持部材１０の温度をフィードバック制御することで、複数の波長変換素子９を同一の温度に維持することができる。

また、複数の波長変換素子９を保持する保持部材１０を備え、波長変換素子ユニット３としたことによって波長変換素子９の取り扱いが容易になり、例えば半導体レーザ２に対する波長変換素子９の位置合わせ作業を容易に行うことができる。波長変換素子９の製造歩留まりを上げることも可能になる。さらに、一つのエミッタ群７の中心から端のエミッタ６までの距離Ｄ１が中心間距離Ｄ２の１／２よりも小さく、一つのエミッタ群７中のエミッタ間ピッチＰ１が、エミッタ群７の端のエミッタ間ピッチＰ２よりも小さいので、エミッタ６で発生する熱が蓄積することによって半導体レーザ２の中央が高温になるのが抑えられ、エミッタ６間の温度の均一化を図ることができる。また、各エミッタ群７に対する波長変換素子９の配置の自由度が高くなる。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図５、図６を参照して説明する。
本実施形態の光源装置も、半導体レーザからのレーザ光を波長変換する波長変換型のレーザ光源装置の一例である。
図５は本実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す斜視図である。図６は同レーザ光源装置の波長変換素子の部分をレーザ光の射出方向と垂直な平面で切断した状態を示す断面図（正面図）である。
本実施形態のレーザ光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、図５、図６において第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第１実施形態のレーザ光源装置１では、３個のエミッタ６からなるエミッタ群７に対して一つの波長変換素子９が対応していた。これに対して、本実施形態のレーザ光源装置１２では、図５、図６に示すように、半導体レーザ１３の一つのエミッタ６毎に波長変換素子ユニット１４の一つの波長変換素子１５が対応するように配置されている。半導体レーザ１３は複数（本実施形態では１５個）のエミッタ６を備えているが、これらエミッタ６のうち、少なくとも一つのエミッタ６は他のエミッタ６と波長が異なっている。エミッタ６の波長を異ならせる場合、その波長差は、第１実施形態と同様、１０ｎｍ以下に設定することが望ましい。エミッタ６間のピッチは一定でも良いし、異なっていても良い。波長変換素子１５は一つの保持部材１６によって保持され、波長変換素子ユニット１４を構成している。

本実施形態のレーザ光源装置１２においても、全体として出力される光の干渉性が低く、波長変換効率の高いレーザ光源装置が実現できる、非線形光学結晶の周期分極反転構造のピッチ変更による位相整合が容易に行える、波長変換素子の温度制御が容易に行える、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施形態の場合、一つのエミッタ６に一つの波長変換素子１５が対応しているため、対応するエミッタ６からの光の波長に対して波長変換素子１５を１対１に位相整合させれば良く、波長変換効率を最大限に高めることができる。

なお、上述したように、一つのエミッタ６毎に波長変換素子１５を個別に位相整合させれば波長変換効率は最大となるが、その構成に代えて、波長変換素子１５に所定の波長範囲のエミッタ６を包含するような位相整合を持たせ、波長変換素子１５の種類を減らしても良い。これにより、コスト低減が図れる。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図７を参照して説明する。
図７は本実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す断面図（平面図）である。
本実施形態のレーザ光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、図７において第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態のレーザ光源装置１８においては、図７に示すように、半導体レーザ１９の複数（本実施形態では１２個）のエミッタ６が３個ずつまとめて配置され、４個のエミッタ群７を構成している。そして、各エミッタ群７毎に波長変換素子ユニット２１の波長変換素子９が対応し、全体として４個の波長変換素子９が用いられている。第１、第２実施形態においては複数の波長変換素子９が一つの保持部材１０にまとめて保持されていたのに対し、本実施形態においては波長変換素子９が一つずつ個別の保持部材２０に保持されている。保持部材２０の貫通孔２０ａの内壁に、波長変換素子９の位置決め手段として機能する段差２０ｂが形成されている点などは第１実施形態と同様である。その他の構成も第１実施形態と同様である。

本実施形態のレーザ光源装置１８においても、全体として出力される光の干渉性が低く、波長変換効率の高いレーザ光源装置が実現できる、非線形光学結晶の周期分極反転構造のピッチ変更による位相整合が容易に行える、波長変換素子の温度制御が容易に行える、といった第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

第１、第２実施形態においては、複数の波長変換素子９が一つの保持部材１０に保持されているため、波長変換素子９毎に独立した温度制御を行うことが難しく、各エミッタ６からの光に位相整合させるために、各波長変換素子９の周期分極反転構造のピッチを変えるのが好適であった。これに対し、本実施形態においては、各波長変換素子９が別々の保持部材２０に保持され、個々の波長変換素子９および保持部材２０が熱的に分離されているため、波長変換素子９および保持部材２０の組を独立して温度制御することができる。そのため、周期分極反転構造のピッチが等しい非線形光学結晶を用いても、波長変換素子９の温度を異ならせることによって異なる波長のエミッタ６に対応させることができる。また、周期分極反転構造のピッチが等しい非線形光学結晶を用いるのであれば、上記実施形態で用いた結晶引き上げ時に周期分極反転構造を形成する非線形光学結晶の他、従来のバルク型非線形光学結晶も比較的使い易い。

［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図８を参照して説明する。
図８は本実施形態のレーザ光源装置の波長変換素子の部分の断面図（正面図）である。
本実施形態のレーザ光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、図８において第１実施形態で用いた図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第１実施形態の場合、複数のエミッタ６が１列に配列された状態で３個ずつまとめて配置されていた。これに対して、本実施形態の場合、複数のエミッタ６が２列に配列されており、３個ずつのエミッタ６が一つのエミッタ群７をなし、三角形の頂点に並ぶように配置されている。３個のエミッタ６からなる任意の一つのエミッタ群７は上段が１個のエミッタ６、下段が２個のエミッタ６で三角形が構成され、その隣のエミッタ群７は上段が２個のエミッタ６、下段が１個のエミッタ６で三角形が構成されている。各エミッタ６の波長の関係については第１実施形態と同様である。

本実施形態の場合も第１実施形態と同様、一つのエミッタ群７に属する３個のエミッタ６の中心位置から端のエミッタ６までの距離Ｄ１が、一つのエミッタ群７の中心位置と隣のエミッタ群７の中心位置との間の距離Ｄ２の１／２よりも小さい。さらに、一つのエミッタ群７の中のエミッタ６間のピッチＰ１は、一つのエミッタ群７の端のエミッタ６と隣のエミッタ群７の端のエミッタ６との間のピッチＰ２よりも小さい。

本実施形態のレーザ光源装置においても、全体として出力される光の干渉性が低く、波長変換効率の高いレーザ光源装置が実現できる、非線形光学結晶の周期分極反転構造のピッチ変更による位相整合が容易に行える、波長変換素子の温度制御が容易に行える、といった第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態のような配置を採用した場合、エミッタ６を１列に並べた第１実施形態に比べて所定の面積の中により多くのエミッタ６と波長変換素子９を配置でき、断面が円形の波長変換素子９を有効利用して装置の小型化を図ることができる。

［第５の実施の形態］
以下、本発明の第５の実施の形態を図９を参照して説明する。
本実施形態では、上記第１〜第４実施形態のレーザ光源装置を備えたプロジェクタについて説明する。本実施形態のプロジェクタは、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ変調する３組の液晶ライトバルブを備えた、いわゆる３板式の液晶プロジェクタの例である。
図９は本実施形態のプロジェクタの概略構成図である。なお、図９中においては、図面の簡略化のため、プロジェクタの筐体は省略している。

本実施形態のプロジェクタ３０において、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ射出する赤色レーザ光源（光源装置）３１Ｒ，緑色レーザ光源（光源装置）３１Ｇ、青色レーザ光源（光源装置）３１Ｂには、上記第１〜第４実施形態のレーザ光源装置が用いられている。プロジェクタ３０は、各レーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂから射出されたレーザ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブ（光変調装置）３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂと、液晶ライトバルブ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）３３に投射する投射レンズ（投射装置）３４とを有する画像形成装置を備えている。また、プロジェクタ３０は、液晶ライトバルブ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂから射出された光を合成して投射レンズ３４に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）３５を備えている。

さらに、プロジェクタ３０は、レーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂの後段側に、照度均一化光学系３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって液晶ライトバルブ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂが照明される。均一化光学系３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂは、例えばホログラム３７とフィールドレンズ３８とによって構成される。

各液晶ライトバルブ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム３５に入射する。このプリズムは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。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投射光学系である投射レンズ３４によりスクリーン３３上に投射され、拡大された画像が表示される。

本実施形態のプロジェクタ３０は、上述の第１〜第４実施形態のレーザ光源装置を備えたことによって干渉性の低い光が効率良く射出されるため、シンチレーションを効率良く抑制でき、高い表示品位が得られるプロジェクタを実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば一つのレーザ光源に含まれるエミッタ（発光部）の数や配置、波長変換素子を構成する非線形光学結晶の数や配置等については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、半導体レーザの外部に共振ミラーを配置した外部共振型半導体レーザを用いたが、内部共振構造を有する半導体レーザを用いても良い。

プロジェクタの実施形態においては、光変調装置として透過型液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いても良いし、反射型ライトバルブを用いても良い。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、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）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される。また、レーザ光源（光源装置）からのレーザ光をスクリーン上で走査させることにより表示面に所望の大きさの画像を表示させる走査手段を備えた走査型画像表示装置（プロジェクタ）に本発明を適用することも可能である。

本発明の第１実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す斜視図である。 同レーザ光源装置の断面図（平面図）である。 同レーザ光源装置の断面図（正面図）である。 同レーザ光源装置の波長変換素子の非線形光学結晶を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態のレーザ光源装置の全体構成を示す斜視図である。 同レーザ光源装置の断面図（正面図）である。 本発明の第３実施形態のレーザ光源装置を示す断面図（平面図）である。 本発明の第４実施形態のレーザ光源装置の断面図（正面図）である。 本発明の第５実施形態のプロジェクタの概略構成図である。

符号の説明

１，１２，１８…レーザ光源装置（光源装置）、２，１３，１９…半導体レーザ（光源）、３，１４，２１…波長変換素子ユニット、６…エミッタ（発光部）、７…エミッタ群（発光部群）、９，１５…波長変換素子、９’…非線形光学結晶（光学結晶）、１０，１６，２０…保持部材、３０…プロジェクタ。

Claims (9)

1. 複数の発光部を有する光源と、前記複数の発光部から射出される複数の光をそれぞれ波長変換する光学結晶を有する複数の波長変換素子と、を備え、
   前記複数の発光部のうちの少なくとも一つ以上の発光部から射出される光が前記複数の波長変換素子のうちの一つに入射され、
   前記複数の発光部から射出される複数の光の波長のうち、少なくとも一つの発光部から射出される光の波長が、他の発光部から射出される光の波長とは異なることを特徴とする光源装置。
2. 前記複数の発光部は、複数の発光部を含む複数の発光部群から構成され、
   前記複数の発光部群のうち、少なくとも一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長が、他の発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の平均波長とは異なることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光のうち、少なくとも一つの光の波長が他の光の波長と異なることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 一つの発光部群に属する複数の発光部から射出される複数の光の波長が全て等しいことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
5. 一つの発光部群に属する複数の発光部間の中心位置から最も遠い位置にある発光部までの距離が、前記一つの発光部群と隣接する発光部群との中心位置間の距離の１／２よりも小さいことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記光学結晶は、結晶組成もしくは不純物濃度が周期的に変動してなる成長縞を有し、前記成長縞が周期分極反転構造を構成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記複数の波長変換素子が有する光学結晶のうち、少なくとも一つの波長変換素子が有する光学結晶の周期分極反転構造のピッチが、他の波長変換素子が有する光学結晶の周期分極反転構造のピッチと異なることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記複数の波長変換素子を保持する保持部材を備え、前記複数の波長変換素子と前記保持部材とが波長変換素子ユニットを構成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 請求項１ないし８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利用して、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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