JP2009094117A - 光源装置、照明装置、モニタ装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換された光を効率良く射出可能な光源装置、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。
【解決手段】第１波長の光を射出する光源部である半導体素子１１と、光源部から射出した第１波長の光を、第１波長とは異なる波長である第２波長の光へ変換する波長変換素子であるＳＨＧ素子１２と、第１波長の光を反射することにより、第１波長の光を共振させる第１反射構造及び第２反射構造と、第１反射構造及び第２反射構造により共振させる光の波長を選択する波長選択構造と、を有し、第１反射構造は、光源部に設けられ、波長変換素子、第２反射構造及び波長選択構造は、互いに一体構造をなし、体積ホログラム１３は、第２反射構造及び波長変換構造として機能する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、照明装置、モニタ装置及び画像表示装置、特に、レーザ光を射出する光源装置の技術に関する。

近年、画像表示装置の光源装置としてレーザ光源を用いる技術が提案されている。レーザ光源は、高出力化及び多色化に伴い、画像表示装置の光源として開発されている。画像表示装置の光源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。レーザ光源としては、波長変換素子を用いて波長が変換された光を射出するものが知られている。波長変換素子としては、例えば第二高調波発生（Second−Harmonic Generation；ＳＨＧ）素子が知られている。ＳＨＧ素子を用いることで、容易に入手可能な汎用の光源を用いて、所望の波長かつ十分な光量のレーザ光を供給することが可能となる。

ＳＨＧ素子へ入射する入射光に対する波長変換効率は、一般に数％程度であることが知られている。単にレーザ光源からの基本波光をＳＨＧ素子へ入射させる構成とする場合、ＳＨＧ素子によって波長変換された高調波光の強度は、レーザ光源の出力に対して非常に小さくなってしまう。波長変換された光を効率良く得るための技術として、例えば、ＳＨＧ素子を透過した光から分離された基本波光を再度ＳＨＧ素子へ入射させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、一般に、ＳＨＧ素子において波長変換可能な光の波長幅は、レーザ光源により発振されるレーザ光の波長幅より狭い。このため、レーザ光源から射出されたレーザ光を単にＳＨＧ素子へ入射させても、高い波長変換効率を得ることが困難である。これに対して、共振器構造内に体積ホログラムを設ける技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。共振器構造内に波長変換素子を設け、波長変換素子で波長変換された光を共振器構造外へ取り出す構成とすることで、共振器構造内で共振するうちに波長変換された光を射出することが可能となる。高い波長選択性を持つ体積ホログラムを用いることにより、共振させる光の狭帯域化ができる。ＳＨＧ素子で波長変換可能な波長の光を共振させることで、高い波長変換効率を得ることが可能となる。

特開昭５９−１２８５２５号公報 特開２００１−２８４７１８号公報

特許文献１の技術の場合、ＳＨＧ素子を透過した基本波光を再度ＳＨＧ素子へ透過させてもなお波長変換がなされない基本波光は、利用されないこととなる。このため、波長変換効率を飛躍的に向上させることは困難である。また、共振器構造内に波長変換素子を配置する場合、波長変換素子の界面で反射する基本波光が僅かに存在しても、共振器構造内で基本波光が共振するうちに損失する基本波光が増大することになる。基本波光が損失することにより、波長変換された光を効率良く射出することが難しくなる。このように、従来の技術によると、波長変換された光を効率良く射出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、波長変換された光を効率良く射出可能な光源装置、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、本発明に係る光源装置は、第１波長の光を射出する光源部と、光源部から射出した第１波長の光を、第１波長とは異なる波長である第２波長の光へ変換する波長変換素子と、第１波長の光を反射することにより、第１波長の光を共振させる第１反射構造及び第２反射構造と、第１反射構造及び第２反射構造により共振させる光の波長を選択する波長選択構造と、を有し、第１反射構造は、光源部に設けられ、波長変換素子、第２反射構造及び波長選択構造は、互いに一体構造をなすことを特徴とする。

波長変換素子、第２反射構造及び波長選択構造を一体とすることにより、第１反射構造及び第２反射構造の間における素子と空間との界面の数を少なくできる。素子と空間との界面の数を少なくすることで、第１反射構造及び第２反射構造の間にて共振する第１波長の光の損失を低減させることが可能となる。これにより、波長変換された光を効率良く射出可能な光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、波長選択構造は、第１波長の光を回折させる体積ホログラムを有し、体積ホログラムは、第２反射構造としても機能することが望ましい。これにより、第１反射構造及び第２反射構造の間で共振させる光の狭帯域化ができる。

また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子、第２反射構造及び波長選択構造により構成される一体構造のうち、光源部から射出された第１の光が入射する入射面が、光源部から入射面へ入射する第１波長の光の進行方向に垂直な面に対して傾けられたことが望ましい。光源部から入射面へ入射し入射面で反射した光は、光源部の方向とは異なる方向へ進行する。これにより、光源部及び入射面の間における不要なレーザ発振を低減させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子は、第１波長に対応して設定される周期より小さい周期で形成された分極反転構造を有することが望ましい。分極反転構造に対して傾いた光が進行する場合に、波長変換素子を透過する光に対する分極反転構造のピッチを第１波長に対応するピッチとすることが可能となる。これにより、高い波長変換効率を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、体積ホログラムから光源部へ向けて光から第２波長の光を分離する光分離構造を有し、波長変換素子、体積ホログラム及び光分離構造は、互いに一体構造をなすことが望ましい。光分離構造を用いることで、体積ホログラムから光源部へ向けて進行する第２波長の光を光源装置から射出することが可能となる。波長変換素子、体積ホログラム及び光分離構造を一体とすることで、第１反射構造及び第２反射構造の間にて共振する第１波長の光の損失を低減させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、波長選択構造は、第１波長の光を透過させるバンドパスフィルタを有し、第２反射構造は、第１波長の光を反射し第２波長の光を透過させる透過反射部を有することが望ましい。これにより、第１反射構造及び第２反射構造の間で共振させる光の狭帯域化ができる。

また、本発明の好ましい態様としては、バンドパスフィルタが設けられた面の垂線が、光源部からの光線に対して傾けられたことが望ましい。光源部からの光線に対してバンドパスフィルタを傾けることで、光源部からバンドパスフィルタへ入射しバンドパスフィルタで反射した光は、光源部の方向とは異なる方向へ進行する。これにより、光源部及びバンドパスフィルタの間における不要なレーザ発振を低減させることができる。なお、バンドパスフィルタを傾斜させる場合のみならず、光路中に配置された構造体である波長変換素子や、下記の実施例における第１プリズム、第２プリズムを光線に対して傾斜させても、同様の効果を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、透過反射部は、平面形状を有することが望ましい。透過反射部の傾きを適宜設定することにより、第１反射構造及び透過反射部の間で光を共振させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、透過ミラーは、曲面形状を有することが望ましい。透過ミラーの形状を適宜設定することにより、第１反射構造及び透過反射部の間で光を共振させることができる。

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により、波長変換された光を効率良く射出できる。これにより、効率良く光を供給することが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により、効率良く光を供給することができる。これにより、高い効率で明るい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により、波長変換された光を効率良く射出できる。これにより、高い効率で明るい画像を表示することが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。

図１は、本発明の実施例１に係る光源装置１０の概略構成を示す。半導体素子１１は、第１波長の基本波光を射出する光源部である。基本波光は、例えば赤外光である。第１波長は、例えば１０６４ｎｍである。

図２は、半導体素子１１の断面構成を模式的に表したものである。半導体素子１１は、面発光型の半導体素子である。基板１４は、例えば、半導体ウエハからなる。ミラー層１５は、基板１４の上に形成されている。ミラー層１５は、第１波長の光を反射する第１反射構造として機能する。ミラー層１５は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成された、高屈折率の誘導体と低屈折率の誘導体の積層体によって構成されている。ミラー層１５を構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、第１波長に対して最適化され、反射光が干渉し強め合う条件に設定されている。レーザ媒体１６は、ミラー層１５の表面に積層させて設けられている。レーザ媒体１６は、不図示の電流供給部に接続されている。電流供給部から所定量の電流が供給されると、レーザ媒体１６は光を射出する。

ＳＨＧ素子１２は、半導体素子１１から射出した光の光路に配置されている。ＳＨＧ素子１２は、半導体素子１１からの第１波長の基本波光を、第２波長の高調波光へ変換する波長変換素子である。高調波光は、例えば可視光である。第２波長は、第１波長の半分の波長であって、例えば５３２ｎｍである。ＳＨＧ素子１２は、直方体形状をなしている。

ＳＨＧ素子１２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（ＬｉＮｂＯ_３）の分極反転結晶（Periodically Poled Lithium Niobate；ＰＰＬＮ）を用いることができる。ＳＨＧ素子１２は、基本波光の第１波長に対応するピッチの分極反転構造を有する。ＳＨＧ素子１２を用いることで、容易に入手可能な汎用の光源を用いて、所望の波長かつ十分な光量のレーザ光を供給することが可能となる。

体積ホログラム１３は、ＳＨＧ素子１２のうち半導体素子１１からの光が入射する第１面１２ａとは反対側の第２面１２ｂに配置されている。体積ホログラム１３は、第１波長の光を回折させることにより反射する第２反射構造として機能する。第１反射構造であるミラー層１５、及び第２反射構造である体積ホログラム１３は、第１波長の光を共振させる共振器構造を構成する。

図３−１は、赤外領域における波長と、体積ホログラム１３の反射率との関係を示す。体積ホログラム１３は、赤外領域において、第１波長λ１を中心に半値幅が数ｎｍ以下となる反射特性を持つ。体積ホログラム１３は、第１波長λ１の基本波光を選択的に反射する。体積ホログラム１３は、ミラー層１５及び体積ホログラム１３の間で共振させる光の波長を選択する波長選択構造としての機能も果たす。体積ホログラム１３を用いることにより、ミラー層１５及び体積ホログラム１３の間で共振させる光の狭帯域化ができる。また、体積ホログラム１３は、可視領域において、第２波長を含む広い波長域の光を透過させる。

体積ホログラム１３としては、例えば、ＶＨＧ（Volume Holographic Grating）を用いることができる。ＶＨＧは、ＬｉＮｂＯ_３、ＢＧＯ等のフォトリフラクティブ結晶、ポリマー等を用いて形成できる。体積ホログラム１３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が記録されている。干渉縞は、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１３は、干渉縞とブラッグ条件が適合する光のみを、回折により選択的に反射する。

半導体素子１１からの光は、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａへ入射する。第１面１２ａからＳＨＧ素子１２へ光を入射させることにより生じた高調波光は、体積ホログラム１３を透過する。体積ホログラム１３を透過した高調波光は、光源装置１０外へ射出する。体積ホログラム１３へ入射した基本波光は、体積ホログラム１３で反射する。体積ホログラム１３で反射した後、第２面１２ｂから第１面１２ａへＳＨＧ素子１２を透過した基本波光は、半導体素子１１へ入射する。半導体素子１１へ入射した基本波光は、ミラー層１５で反射し、ＳＨＧ素子１２の方向へ進行する。

ミラー層１５及び体積ホログラム１３の間で基本波光を共振させることにより、レーザ媒体１６は、基本波光を増幅させる。また、ミラー層１５及び体積ホログラム１３で反射した基本波光は、レーザ媒体１６により新たに射出された基本波光と共振して増幅される。ＳＨＧ素子１２及び体積ホログラム１３は、互いに一体構造をなす。かかる構成により、ＳＨＧ素子１２及び体積ホログラム１３を分離させて配置する場合と比較して、ミラー層１５及び体積ホログラム１３の間における素子と空間との界面の数を少なくできる。

図３−２は、ＳＨＧ素子１２及び体積ホログラム１３により構成される一体構造が半導体素子１１からの光線に対して傾けられた光源装置１７を示す。ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａは、半導体素子１１から第１面１２ａへ入射する第１波長の光の進行方向に垂直な面に対して傾けられている。第１面１２ａは、ＳＨＧ素子１２及び体積ホログラム１３により構成される一体構造のうち半導体素子１１から射出された第１波長の光が入射する入射面である。半導体素子１１から第１面１２ａへ入射し第１面１２ａで反射した光は、半導体素子１１の方向とは異なる方向へ進行する。これにより、半導体素子１１及び第１面１２ａの間における不要なレーザ発振を低減させ、半導体素子１１及び体積ホログラム１３の間で所望の波長の光を高い効率で共振させることができる。

ＳＨＧ素子１２及び体積ホログラム１３の間には、中間屈折構造、例えば、ＳＨＧ素子１２及び体積ホログラム１３を接着する接着層を設けても良い。中間屈折構造とは、構造物間における屈折率の変化を緩和させることで界面反射を軽減するための構造であるとする。接着層は、半導体素子１１からの第１波長の光、及びＳＨＧ素子１２で波長変換された第２波長の光を透過可能な接着剤、例えば、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤を用いて構成される。接着層は、ＳＨＧ素子１２の屈折率と体積ホログラム１３の屈折率との中間の屈折率を持つ。例えば、ＳＨＧ素子１２の屈折率が２．２、体積ホログラム１３の屈折率が１．４６である場合に、接着層の屈折率は、１．４６〜２．２、例えば、１．８３（＝（２．２−１．４６）／２＋１．４６）とすることができる。これにより、ＳＨＧ素子１２及び体積ホログラム１３の間における界面反射を低減でき、高効率なレーザ発振を実現できる。

中間屈折構造は、各実施例において、波長変換素子、第２反射構造、波長選択構造により構成される一体構造のうち、いずれの構造体間に設けることとしても良い。中間屈折構造としては、接着層の他、例えば、反射防止膜（ＡＲコート）や、薄板状の透明部材を用いても良い。中間屈折構造は、両構造体の屈折率の中間の屈折率を持たせて構成できる。なお、複数の構造体を一体化させるには、接着剤を用いる他、構造体の表面を平滑化し常温接合する方法、平面融着技術（ＦＨＰエンジニアリング株式会社）、レーザ溶着、融着、低融点接合などを用いることができる。

図４は、光分離構造及び光路変換構造を有する光源装置２０の概略構成を示す。第１プリズム２１は、半導体素子１１からの光が入射する位置に設けられている。第１プリズム２１は、直角三角形の断面を持つ三角プリズムである。透過反射膜２３は、第１プリズム２１と第２プリズム２２とが接合する部分に設けられている。透過反射膜２３は、第１波長の光を反射し、第２波長の光を透過させる広帯域透過フィルタである。透過反射膜２３は、誘電体多層膜を用いて構成されている。第２プリズム２２は、直角三角形の断面を持つ三角プリズムである。第１プリズム２１、第２プリズム２２は、いずれも透明部材を用いて構成されている。反射ミラー２４は、第２プリズム２２に対向する位置に設けられている。反射ミラー２４は、高反射性部材である金属膜や誘電体多層膜を用いて構成されている。

体積ホログラム１３、ＳＨＧ素子１２、第１プリズム２１、透過反射膜２３、及び第２プリズム２２は、互いに一体構造をなす。そのうち第１プリズム２１及び透過反射膜２３は、体積ホログラム１３から半導体素子１１へ向けて進行する光から第２波長の光を分離する光分離構造として機能する。透過反射膜２３、第２プリズム２２、及び反射ミラー２４は、光分離構造により分離された第２波長の光の光路を変換させる光路変換構造として機能する。

図５は、第１プリズム２１、第２プリズム２２、及び透過反射膜２３の接合体を示す。第１プリズム２１の第１面２１ａ及び第２面２１ｂは、互いに直交する。第３面２１ｃは、第１面２１ａ及び第２面２１ｂの間の面である。第２プリズム２２の第１面２２ａ及び第２面２２ｂは、互いに直交する。第３面２２ｃは、第１面２２ａ及び第２面２２ｂの間の面である。第１プリズム２１は、第１面２１ａを半導体素子１１に対向させて配置されている。第１プリズム２１の第２面２１ｂには、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａが接合している。透過反射膜２３は、第１プリズム２１の第３面２１ｃと第２プリズム２２の第１面２２ａとが接合する部分に設けられている。

半導体素子１１からの光は、第１プリズム２１の第１面２１ａへ入射する。第１面２１ａに反射防止膜（ＡＲコート）を施すことにより、第１プリズム２１において半導体素子１１からの光を効率良く透過させることができる。第１プリズム２１へ入射した基本波光は、透過反射膜２３で反射することにより光路が折り曲げられた後、ＳＨＧ素子１２へ入射する。体積ホログラム１３で反射した基本波光が第２面１２ｂからＳＨＧ素子１２へ入射することにより生じた高調波光は、第１プリズム２１、透過反射膜２３を透過した後、第２プリズム２２へ入射する。第２プリズム２２へ入射した高調波光は、第２面２２ｂで全反射することにより光路が折り曲げられた後、第３面２２ｃから第２プリズム２２外へ射出する。第２プリズム２２から反射ミラー２４へ入射した高調波光は、反射ミラー２４で反射することにより光路が折り曲げられる。第２プリズム２２及び反射ミラー２４により光路が変換された高調波光は、体積ホログラム１３を透過した高調波光と同じ方向へ進行する。

体積ホログラム１３で反射し第２面１２ｂから第１面１２ａへＳＨＧ素子１２を透過した基本波光は、第１プリズム２１へ入射する。第１プリズム２１へ入射した基本波光は、透過反射膜２３で反射することにより光路が折り曲げられた後、第１面２１ａから第１プリズム２１外へ射出し、半導体素子１１へ入射する。

図６は、本実施例の比較例に係る光源装置２５の概略構成を示す。光源装置２５は、半導体素子１１及びＳＨＧ素子１２の間に設けられた分離用透過ミラー２６を有する。分離用透過ミラー２６は、第１波長の光を透過させ、第２波長の光を反射する広帯域透過ミラーである。分離用透過ミラー２６は、体積ホログラム１３から半導体素子１１へ向けて進行する光から第２波長の光を分離する光分離構造として機能する。また、分離用透過ミラー２６及び反射ミラー２４は、第２波長の光の光路を変換させる光路変換構造として機能する。

分離用透過ミラー２６は、半導体素子１１に対向する第１面２６ａと、ＳＨＧ素子１２に対向する第２面２６ｂとを有する。体積ホログラム１３は、ＳＨＧ素子１２に対向する第１面１３ａを有する。分離用透過ミラー２６、ＳＨＧ素子１２、体積ホログラム１３は、いずれも分離させて配置されている。共振器構造をなすミラー層１５（図２参照）及び体積ホログラム１３の間における素子と空間との界面は、分離用透過ミラー２６の第１面２６ａ及び第２面２６ｂ、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａ及び第２面１２ｂ、体積ホログラム１３の第１面１３ａの５つが存在する。例えば、９９％の透過率を確保可能なＡＲコートを各面に施したとしても、半導体素子１１から体積ホログラム１３へ光を進行させる間に透過率はおよそ９５％（≒（０．９９）^５）にまで低下することとなる。界面で反射することにより損失する基本波光が僅かに存在する場合であっても、共振器構造内で光を共振させるうちに損失する光が増大することとなる。

図７は、共振器構造内における基本波光の強度と、波長変換された高調波光の強度との関係を示す。波長変換素子は、通常、波長変換素子内を透過する光のエネルギー密度に略比例して、波長変換効率が向上する。共振器構造内において、基本波光の損失により基本波光のエネルギー密度が低下すると、波長変換効率も低下することとなる。従って、基本波光の損失が大きくなるに従って、波長変換された光を効率良く射出することが難しくなる。

図４に戻って、本実施例の光源装置２０において、共振器構造内における素子と空間との界面は、第１プリズム２１の第１面２１ａのみが存在する。９９％の透過率を確保可能なＡＲコートを第１面２１ａに施す場合、半導体素子１１から体積ホログラム１３へ光を進行させる間、９９％の透過率を確保できる。このように、素子と空間との界面の数を少なくできることで、第１反射構造及び第２反射構造の間にて共振する第１波長の光の損失を低減させることが可能となる。これにより、波長変換された光を効率良く射出できるという効果を奏する。

図８−１は、本実施例の変形例に係る光源装置３０の概略構成を示す。透過反射膜３１は、第１波長の光を透過させ、第２波長の光を反射する広帯域透過フィルタである。ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａは、第２プリズム２２の第３面２２ｃの一部に接合している。体積ホログラム１３、ＳＨＧ素子１２、第２プリズム２２、透過反射膜２３、及び第１プリズム２１は、互いに一体構造をなす。第２プリズム２２及び透過反射膜３１は、体積ホログラム１３から半導体素子１１へ向けて進行する光から第２波長の光を分離する光分離構造として機能する。また、第２プリズム２２は、光分離構造により分離された第２波長の光の光路を変換させる光路変換構造としても機能する。

半導体素子１１からの光は、第１プリズム２１の第１面２１ａへ入射する。第１プリズム２１を透過した基本波光は、透過反射膜３１を透過する。透過反射膜３１を透過した光は、第２プリズム２２を透過した後、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａへ入射する。体積ホログラム１３で反射した基本波光が第２面１２ｂからＳＨＧ素子１２へ入射することにより生じた高調波光は、第２プリズム２２を透過した後、透過反射膜３１で反射することにより光路が折り曲げられる。透過反射膜３１から第２プリズム２２の第２面２２ｂへ入射した光は、第２面２２ｂで全反射することにより光路が折り曲げられた後、第３面２２ｃのうちＳＨＧ素子１２との接合部分以外の部分から第２プリズム２２外へ射出する。このようにして第２プリズム２２により光路が変換された高調波光は、体積ホログラム１３を透過した高調波光と同じ方向へ進行する。

体積ホログラム１３で反射し第２面１２ｂから第１面１２ａへＳＨＧ素子１２を透過した基本波光は、第２プリズム２２、透過反射膜２３、第１プリズム２１を順次透過する。第１面２１ａから第１プリズム２１外へ射出した基本波光は、半導体素子１１へ入射する。本変形例の場合も、共振器構造内における素子と空間との界面は、第１プリズム２１の第１面２１ａのみとなる。本変形例の光源装置３０も、波長変換された光を効率良く射出できる。

図８−２は、体積ホログラム１３、ＳＨＧ素子１２、第２プリズム２２、透過反射膜２３、及び第１プリズム２１からなる一体構造が半導体素子１１からの光線に対して傾けられた光源装置３３を示す。第１プリズム２１の第１面２１ａは、半導体素子１１から第１面２１ａへ入射する第１波長の光の進行方向に垂直な面に対して傾けられている。第１面２１ａは、体積ホログラム１３、ＳＨＧ素子１２、第２プリズム２２、透過反射膜２３、及び第１プリズム２１により構成される一体構造のうち半導体素子１１から射出された第１波長の光が入射する入射面である。半導体素子１１から第１面２１ａへ入射し第１面２１ａで反射した光は、半導体素子１１の方向とは異なる方向へ進行する。これにより、半導体素子１１及び第１面２１ａの間における不要なレーザ発振を低減させ、半導体素子１１及び体積ホログラム１３の間で所望の波長の光を高い効率で共振させることができる。

図９は、本発明の実施例２に係る光源装置４０の概略構成を示す。本実施例の光源装置４０は、上記の体積ホログラム１３（図４参照）に代えて設けられたバンドパスフィルタ４２及び透過反射膜４４を有することを特徴とする。上記実施例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。

バンドパスフィルタ４２は、第１プリズム４１に設けられている。バンドパスフィルタ４２は、第１波長の光を透過させる狭帯域透過フィルタである。第１プリズム４１は、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａに接合している。透過反射部である透過反射膜４４は、第２プリズム４３に設けられている。透過反射膜４４は、第１波長の光を反射し第２波長の光を透過させる広帯域透過フィルタである。第２プリズム４３は、ＳＨＧ素子１２の第２面１２ｂに接合している。バンドパスフィルタ４２及び透過反射膜４４は、いずれも誘電体多層膜を用いて構成されている。透過反射膜４４、第２プリズム４３、ＳＨＧ素子１２、第１プリズム４１、及びバンドパスフィルタ４２は、互いに一体構造をなす。

分離用透過ミラー２６は、半導体素子１１及びバンドパスフィルタ４２の間の光路に設けられている。分離用透過ミラー２６は、透過反射膜４４から半導体素子１１へ向けて進行する光から第２波長の光を分離する光分離構造として機能する。反射ミラー２４は、分離用透過ミラー２６に対向する位置に設けられている。分離用透過ミラー２６及び反射ミラー２４は、第２波長の光の光路を変換させる光路変換構造として機能する。ＳＨＧ素子１２は、分離用透過ミラー２６からバンドパスフィルタ４２へ入射する光線に対して略平行に配置されている。

図１０は、第１プリズム４１及びバンドパスフィルタ４２の接合体を示す。第１プリズム４１及びバンドパスフィルタ４２の接合体は、第１反射構造及び第２反射構造の間で共振させる光の波長を選択する波長選択構造として機能する。第１プリズム４１は、２つの直角部分を持つ台形形状の断面構成をなしている。バンドパスフィルタ４２は、第１プリズム４１の第１面４１ａに設けられている。第１プリズム４１の第２面４１ｂには、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａが接合している。図示する断面構成において、第１面４１ａは、第２面４１ｂに対して傾けられている。また、バンドパスフィルタ４２が設けられた面である第１面４１ａの垂線Ｎは、半導体素子１１からの光線に対して傾けられている。

図１１は、第２プリズム４３及び透過反射膜４４の接合体を示す。第２プリズム４３及び透過反射膜４４の接合体は、第１波長の光を反射する第２反射構造として機能する。第１反射構造であるミラー層１５（図２参照）と、第２プリズム４３及び透過反射膜４４の接合体とは、第１波長の光を共振させる共振器構造を構成する。第２プリズム４３は、第１プリズム４１の台形形状の上下を逆にしたような台形形状の断面構成をなしている。透過反射膜４４は、第２プリズム４３の第２面４３ｂに設けられている。透過反射膜４４は、平面形状をなしている。第２プリズム４３の第１面４３ａには、ＳＨＧ素子１２の第２面１２ｂが接合している。図示する断面構成において、第１面４３ａは、第２面４３ｂに対して傾けられている。

図１２は、赤外領域における波長と、バンドパスフィルタ４２の透過率及び透過反射膜４４の反射率との関係を示す。図中、バンドパスフィルタ４２の透過率は、実線により表している。透過反射膜４４の反射率は、一点鎖線により表している。バンドパスフィルタ４２は、赤外領域において、第１波長λ１の基本波光を選択的に透過させる。バンドパスフィルタ４２の透過特性は、入射する光線に対するバンドパスフィルタ４２の傾きに応じて決定される。バンドパスフィルタ４２を用いることにより、ミラー層１５及び透過反射膜４４の間で共振させる光の狭帯域化ができる。また、バンドパスフィルタ４２は、可視領域において、第２波長を含む広い波長域の光を透過させる。透過反射膜４４は、赤外領域において、第１波長λ１を中心に、バンドパスフィルタ４２が透過させる光の波長域より広い波長域の光を反射する。また、透過反射膜４４は、可視領域において、第２波長を含む広い波長域の光を透過させる。

半導体素子１１からの光は、第１面２６ａから分離用透過ミラー２６を透過した後、バンドパスフィルタ４２へ入射する。バンドパスフィルタ４２を透過した基本波光は、第１プリズム４１を透過した後、ＳＨＧ素子１２へ入射する。第１プリズム４１へ入射した光は、第１プリズム４１、ＳＨＧ素子１２、第２プリズム４３を透過した後、透過反射膜４４へ入射する。第１プリズム４１の第１面４１ａにおける屈折により、ＳＨＧ素子１２に対して光は斜めに進行する。

透過反射膜４４へ入射した高調波光は、透過反射膜４４を透過する。透過反射膜４４で反射した光は、第２プリズム４３、ＳＨＧ素子１２、第１プリズム４１を透過した後、バンドパスフィルタ４２へ入射する。透過反射膜４４で反射した基本波光が第２面１２ｂからＳＨＧ素子１２へ入射することにより生じた高調波光は、バンドパスフィルタ４２を透過した後、分離用透過ミラー２６へ入射する。分離用透過ミラー２６で反射することにより光路が折り曲げられた第２波長の光は、さらに反射ミラー２４で反射することにより光路が折り曲げられる。分離用透過ミラー２６及び反射ミラー２４により光路が変換された高調波光は、透過反射膜４４を透過した高調波光と同じ方向へ進行する。

ＳＨＧ素子１２及び第１プリズム４１を透過した後バンドパスフィルタ４２へ入射した基本波光は、バンドパスフィルタ４２及び分離用透過ミラー２６を透過した後、半導体素子１１へ入射する。第１プリズム４１及び第２プリズム４３は、ＳＨＧ素子１２と同等の屈折率を持つことが望ましい。第１プリズム４１及び第２プリズム４３がＳＨＧ素子１２と同じ屈折率を持つ場合、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａ、第２面１２ｂにおいて光は屈折せずに進行する。この場合、バンドパスフィルタ４２を設ける第１面４１ａ、及び透過反射膜４４を設ける第２面４３ｂは、平行とすることができる。

バンドパスフィルタ４２及び透過反射膜４４を平行とすることで、透過反射膜４４で反射した光をバンドパスフィルタ４２の入射位置へ戻すことが可能となる。この場合、ミラー層１５（図２参照）と透過反射膜４４との間で光を共振させることができる。第１プリズム４１及び第２プリズム４３の少なくとも一方がＳＨＧ素子１２とは異なる屈折率を持つ場合は、屈折率差に応じてバンドパスフィルタ４２を設ける第１面４１ａ、及び透過反射膜４４を設ける第２面４３ｂの傾きを調整する。ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａ、第２面１２ｂにおける屈折量を考慮してバンドパスフィルタ４２及び透過反射膜４４の傾きを設定することで、透過反射膜４４で反射した光をバンドパスフィルタ４２の入射位置へ戻す構成にできる。

半導体素子１１からバンドパスフィルタ４２へ入射した光のうち、バンドパスフィルタ４２を透過可能な波長域から外れた波長の光は、バンドパスフィルタ４２で反射する。図１０に示すように、半導体素子１１からの光線に対して第１プリズム４１の第１面４１ａの垂線Ｎを傾ける構成とすることで、バンドパスフィルタ４２で反射した光を半導体素子１１の方向とは異なる方向へ進行させることが可能となる。これにより、半導体素子１１及びバンドパスフィルタ４２の間における不要なレーザ発振を低減させることができる。

図１３は、本実施例の比較例に係る光源装置５０の概略構成を示す。光源装置５０は、ＳＨＧ素子１２とは分離して設けられたバンドパスミラー５１、及び透過反射部である共振用透過ミラー５２を有する。バンドパスミラー５１は、第１波長の光を透過させる狭帯域透過ミラーである。バンドパスミラー５１は、波長選択構造として機能する。共振用透過ミラー５２は、第１波長の光を反射し、第２波長の光を透過する広帯域透過ミラーである。共振用透過ミラー５２は、第２反射構造として機能する。

バンドパスミラー５１は、ＳＨＧ素子１２に対向する第１面５１ａと、共振用透過ミラー５２に対向する第２面５１ｂとを有する。共振用透過ミラー５２は、バンドパスミラー５１に対向する第１面５２ａと、第１面５２ａとは反対側の面である第２面５２ｂとを有する。共振器構造をなすミラー層１５（図２参照）及び共振用透過ミラー５２の間における素子と空間との界面は、分離用透過ミラー２６の第１面２６ａ及び第２面２６ｂ、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａ及び第２面１２ｂ、バンドパスミラー５１の第１面５１ａ及び第２面５１ｂ、共振用透過ミラー５２の第１面５２ａの７つが存在する。例えば、９９％の透過率を確保可能なＡＲコートを各面に施したとしても、半導体素子１１から共振用透過ミラー５２へ光を進行させる間に透過率はおよそ９３．２％（≒（０．９９）^７）にまで低下することとなる。界面で反射する基本波光が僅かに存在する場合であっても、共振器構造内で光を共振させるうちに損失する光が増大することになる。

図９に戻って、本実施例の光源装置４０において、共振器構造内における素子と空間との界面は、分離用透過ミラー２６の第１面２６ａ及び第２面２６ｂ、バンドパスフィルタ４２面の３つが存在する。９９％の透過率を確保可能なＡＲコートを施す場合、半導体素子１１から透過反射膜４４へ光を進行させる間、およそ９７％（≒（０．９９）^３）の透過率を確保できる。これにより、本実施例の場合も、波長変換された光を効率良く射出することができる。

図１４は、本実施例の変形例に係る光源装置６０の概略構成を示す。本変形例の光源装置６０は、分離用透過ミラー２６からバンドパスフィルタ４２へ入射する光線に対して傾けてＳＨＧ素子１２を配置している。

図１５−１は、第１プリズム６１及びバンドパスフィルタ４２の接合体を示す。第１プリズム６１及びバンドパスフィルタ４２の接合体は、第１反射構造及び第２反射構造の間で共振させる光の波長を選択する波長選択構造として機能する。第１プリズム６１は、長方形形状の断面構成を持つ直方体形状をなしている。バンドパスフィルタ４２は、第１プリズム６１に第１面６１ａに設けられている。第１プリズム６１の第２面６１ｂには、ＳＨＧ素子１２の第１面１２ａが接合している。第１面６１ａ及び第２面６１ｂは、平行である。第１面６１ａの垂線（不図示）は、半導体素子１１からの光線に対して傾けられている。

図１５−２は、第２プリズム６３及び透過反射膜４４の接合体を示す。第２プリズム６３及び透過反射膜４４の接合体は、第１波長の光を反射する第２反射構造として機能する。第１反射構造であるミラー層１５（図２参照）と、透過反射膜４４及び第２プリズム６３の接合体とは、第１波長の光を共振させる共振器構造を構成する。第２プリズム６３は、第１プリズム６１と同様、長方形形状の断面構成を持つ直方体形状をなしている。透過反射膜４４は、第２プリズム６３の第１面６３ａに設けられている。第２プリズム６３の第１面６３ａは、透過反射膜４４を介して、ＳＨＧ素子１２の第２面１２ｂと接合している。第１面６３ａ及び第２面６３ｂは、平行である。

本変形例において、第１プリズム６１及び第２プリズム６３は、ＳＨＧ素子１２と同じ屈折率を持つものとする。バンドパスフィルタ４２及び透過反射膜４４を平行とすることで、ミラー層１５（図２参照）と透過反射膜４４との間で光を共振させることができる。第１プリズム４１及び第２プリズム４３がＳＨＧ素子１２とは異なる屈折率を持つ場合は、屈折率差に応じて第１プリズム６１、第２プリズム６３の形状を調整する。

バンドパスフィルタ４２を透過した光は、第１プリズム４１の第１面４１ａにおける屈折により、ＳＨＧ素子１２に対して略平行に進行する。透過反射膜４４及び第２プリズム６３を透過した光は、第２プリズム６３の第２面６３ｂで屈折する。ＳＨＧ素子１２の分極反転構造に直交するように光を進行させることで、第１波長に対応するピッチの分極反転構造を有するＳＨＧ素子１２を用いて高い効率で波長変換を行うことができる。本変形例の場合も、波長変換された光を効率良く射出することができる。また、バンドパスフィルタ４２で反射した光を半導体素子１１の方向とは異なる方向へ進行させ、不要なレーザ発振を低減させることができる。

図１６は、本発明の実施例３に係る光源装置７０の概略構成を示す。本実施例の光源装置７０は、ＳＨＧ素子７１に設けられたバンドパスフィルタ７２と、プリズム７３に設けられた透過反射膜７４とを有する。上記実施例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７１は、直方体形状の一部を第１面７１ａにて斜めに切断したような形状をなしている。ＳＨＧ素子７１の第１面７１ａは、第２面７１ｂに対して傾けられている。

バンドパスフィルタ７２は、ＳＨＧ素子７１の第１面７１ａに設けられている。バンドパスフィルタ７２は、第１波長の光を透過させる狭帯域透過フィルタである。バンドパスフィルタ７２は、第１反射構造及び第２反射構造の間で共振させる光の波長を選択する波長選択構造として機能する。バンドパスフィルタ７２が設けられた面である第１面７１ａの垂線（不図示）は、半導体素子１１からの光線に対して傾けられている。

透過反射部である透過反射膜７４は、プリズム７３に設けられている。透過反射膜７４は、第１波長の光を反射し第２波長の光を透過させる広帯域透過フィルタである。プリズム７３は、ＳＨＧ素子７１の第２面７１ｂに接合している。バンドパスフィルタ７２及び透過反射膜７４は、いずれも誘電体多層膜を用いて構成されている。透過反射膜７４、プリズム７３、ＳＨＧ素子７１、及びバンドパスフィルタ７２は、互いに一体構造をなす。

図１７は、プリズム７３及び透過反射膜７４の接合体を示す。プリズム７３及び透過反射膜７４の接合体は、第１波長の光を反射する第２反射構造として機能する。第１反射構造であるミラー層１５（図２参照）と、プリズム７３及び透過反射膜７４の接合体とは、第１波長の光を共振させる共振器構造を構成する。透過反射膜７４は、プリズム７３の第２面７３ｂに設けられている。プリズム７３の第１面７３ａは、平面形状をなしている。プリズム７３の第１面７３ａは、ＳＨＧ素子７１の第２面７１ｂが接合している。プリズム７３の第２面７３ｂは、曲面形状をなしている。透過反射膜７４は、曲面形状をなしている。

半導体素子１１からの光は、第１面２６ａから分離用透過ミラー２６を透過した後、バンドパスフィルタ７２へ入射する。バンドパスフィルタ７２を透過した基本波光は、ＳＨＧ素子７１へ入射する。ＳＨＧ素子７１を透過した光は、プリズム７３を透過した後透過反射膜７４へ入射する。ＳＨＧ素子７１の第１面７１ａにおける屈折により、光はＳＨＧ素子７１に対して斜めに進行する。

透過反射膜７４へ入射した高調波光は、透過反射膜７４を透過する。透過反射膜７４で反射した光は、プリズム７３及びＳＨＧ素子７１を透過した後、バンドパスフィルタ７２へ入射する。透過反射膜７４で反射した基本波光が第２面７１ｂからＳＨＧ素子７１へ入射することにより生じた高調波光は、バンドパスフィルタ７２を透過した後、分離用透過ミラー２６へ入射する。

プリズム７３は、ＳＨＧ素子７１と同等の屈折率を持つことが望ましい。プリズム７３がＳＨＧ素子７１と同じ屈折率を持つ場合、ＳＨＧ素子７１の第１面７１ａ、第２面７１ｂにおいて光は屈折せずに進行する。プリズム７３の第２面７３ｂは、ＳＨＧ素子７１の第１面７１ａの入射位置から第２面７３ｂの入射位置までの距離を半径とする曲面形状にできる。かかる曲面形状に合わせて透過反射膜７４を設けることにより、透過反射膜７４で反射した光をバンドパスフィルタ７２の入射位置へ戻すことが可能となる。これにより、ミラー層１５（図２参照）と透過反射膜４４との間で光を共振させることができる。

プリズム７３がＳＨＧ素子７１とは異なる屈折率を持つ場合は、屈折率に応じて第２面７３ｂの曲率を調整する。ＳＨＧ素子７１の第２面７１ｂにおける屈折量を考慮して透過反射膜７４の曲率を設定することで、透過反射膜７４で反射した光をバンドパスフィルタ７２の入射位置へ戻す構成にできる。本実施例の場合も、波長変換された光を効率良く射出することができる。また、バンドパスフィルタ７２で反射した光を半導体素子１１の方向とは異なる方向へ進行させ、不要なレーザ発振を低減させることができる。

透過反射膜７４は、プリズム７３を透過した光が入射する部分における曲面の接面が、入射光線に対して垂直となる形状であることが望ましい。透過反射膜７４へ垂直に光を入射させることで、透過反射膜７４で反射した光を半導体素子１１へ効率良く戻し、高効率なレーザ発振を実現できる。光源装置７０は、透過反射膜７４で屈折した第２波長の光を、ＳＨＧ素子７１等の一体構造へ入射する第１波長の光と平行に進行させることが望ましい。また、光源装置７０は、透過反射膜７４を透過する第２波長の光が、反射ミラー２４からの第２波長の光に近い位置から射出するように、ＳＨＧ素子７１等の一体構造において光を屈折させることが望ましい。光源装置７０から平行かつ間隔が狭められた第２波長の光を射出可能とすることで、光源装置７０を組み込む照明光学系における第２波長の光の扱いを容易にすることができる。

熱拡散部７５は、ＳＨＧ素子７１のうち第１面７１ａ及び第２面７１ｂの間の面に設けられている。ヒータ７６及びサーミスタ７７は、熱拡散部７５に設けられている。ヒータ７６は、熱拡散部７５を介してＳＨＧ素子７１へ熱を供給することによりＳＨＧ素子７１の温度を調節する波長変換素子温度調節部である。ヒータ７６としては、例えば電熱ヒータを用いることができる。熱拡散部７５は、ヒータ７６からの熱を拡散させる。熱拡散部７５は、高い熱伝導率を持つ部材、例えば金属部材である銅を用いて構成されている。サーミスタ７７は、ＳＨＧ素子７１の温度を計測する波長変換素子温度計測部である。

図１８は、ヒータ７６及びサーミスタ７７を用いたＳＨＧ素子７１の温度制御について説明するものである。サーミスタ７７は、温度の変化を抵抗値の変化として温度制御部８０へ出力する。温度制御部８０は、サーミスタ７７により計測された計測温度、及び所定の設定温度の偏差からヒータ７６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７６へ供給する。

ここで、ＳＨＧ素子７１は、基本波光の第１波長に対応するピッチの分極反転構造を有するものとする。半導体素子１１からの光は、分極反転構造を構成する分極反転層７８及び自発分極層７９に対して斜めに進行することとなる。分極反転層７８及び自発分極層７９に対して斜めに光が進行することにより、ＳＨＧ素子７１を透過する光に対する分極反転構造のピッチは、第１波長に対応するピッチより長いものとなってしまう。

そこで、温度制御部８０は、ＳＨＧ素子７１を透過する光に対して位相整合条件が成立する設定温度となるようにヒータ７６を制御する。ＳＨＧ素子７１を透過する光に対して位相整合条件が成立する設定温度は、ＳＨＧ素子７１を透過する光の傾きに応じて適宜設定することができる。このようにしてヒータ７６を適宜制御することにより、高い波長変換効率を得ることができる。

ＳＨＧ素子内において斜めに光を進行させる構成の場合、例えば上記実施例２に係る光源装置４０においても、本実施例と同様の温度調節により、高い波長変換効率を得ることが可能となる。波長変換素子温度調節部は、ヒータ７６に代えて他の素子、例えばペルチェ素子や、薄膜状の抵抗体等を用いても良い。

ＳＨＧ素子内において斜めに光を進行させる構成において、ＳＨＧ素子は、第１波長に対応して設定される周期より小さい周期で形成された分極反転構造を有するものとしても良い。ＳＨＧ素子内における光の傾きに応じて分極反転構造の周期を適宜設定することで、ＳＨＧ素子を透過する光に対する分極反転構造のピッチを第１波長に対応するピッチとすることが可能となる。これにより、高い波長変換効率を得ることができる。

図１９は、本発明の実施例４に係る光源装置９０の概略構成を示す。本実施例の光源装置９０は、光路変換構造として機能するプリズム９４を有することを特徴とする。上記実施例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。プリズム９４は、正方形形状の断面構成を持つ。プリズム９４は、半導体素子１１からの光線に対して第１面９４ａを傾けて配置されている。

プリズム９４の第２面９４ｂは、第１面９４ａに直交する面である。第３面９４ｃは、第２面９４ｂに隣接する面であって、第１面９４ａに平行である。第４面９４ｄは、第３面９４ｃ及び第１面９４ａの間の面であって、第２面９４ｂに平行である。正方形形状の断面構成を持つプリズム９４は、容易に形成することができる。

分離用透過反射膜９５は、プリズム９４の第１面９４ａに設けられている。分離用透過反射膜９５は、第１波長の光を反射し第２波長の光を透過させる広帯域透過フィルタである。分離用透過反射膜９５は、共振用透過反射膜９３から半導体素子１１へ向けて進行する光から第２波長の光を分離する光分離構造として機能する。分離用透過反射膜９５は、誘電体多層膜を用いて構成されている。反射膜９６は、第３面９４ｃに設けられている。反射膜９６は、第２波長の光を反射する。反射膜９６は、高反射性部材である金属膜や誘電体多層膜を用いて構成されている。

ＳＨＧ素子９１は、分離用透過反射膜９５からバンドパスフィルタ９２へ入射する光線に対して傾けて配置されている。ＳＨＧ素子９１は、直方体形状の一部を第１面９１ａにて斜めに切断したような形状をなしている。ＳＨＧ素子９１の第１面９１ａは、第２面９１ｂに対して傾けられている。バンドパスフィルタ９２は、ＳＨＧ素子９１の第１面９１ａに設けられている。バンドパスフィルタ９２は、第１波長の光を透過させる狭帯域透過フィルタである。バンドパスフィルタ９２は、第１反射構造及び第２反射構造の間で共振させる光の波長を選択する波長選択構造として機能する。バンドパスフィルタ９２が設けられた面である第１面９１ａの垂線（不図示）は、半導体素子１１からの光線に対して傾けられている。

透過反射部である共振用透過反射膜９３は、ＳＨＧ素子９１の第２面９１ｂに設けられている。共振用透過反射膜９３は、第１波長の光を反射し第２波長の光を透過させる広帯域透過フィルタである。共振用透過反射膜９３は、第１波長の光を反射する第２反射構造として機能する。第１反射構造であるミラー層１５（図２参照）と、共振用透過反射膜９３とは、第１波長の光を共振させる共振器構造を構成する。ＳＨＧ素子９１の第２面９１ｂは、平面形状をなしている。共振用透過反射膜９３は、平面形状をなしている。バンドパスフィルタ９２及び共振用透過反射膜９３は、いずれも誘電体多層膜を用いて構成されている。共振用透過反射膜９３、ＳＨＧ素子９１、バンドパスフィルタ９２は、互いに一体構造をなす。

半導体素子１１からの基本波光は、分離用透過反射膜９５で反射することにより光路が折り曲げられ、バンドパスフィルタ９２の方向へ進行する。バンドパスフィルタ９２を透過した基本波光は、ＳＨＧ素子９１へ入射する。ＳＨＧ素子９１の第１面９１ａでの屈折により、光はＳＨＧ素子９１に対して略平行に進行する。ＳＨＧ素子９１の分極反転構造に直交するように光を進行させることで、第１波長に対応するピッチの分極反転構造を有するＳＨＧ素子９１を用いて高い効率で波長変換を行うことができる。

ＳＨＧ素子９１の第２面９１ｂから共振用透過反射膜９３へ入射した高調波光は、共振用透過反射膜９３を透過する。共振用透過反射膜９３で反射した基本波光が、第２面９１ｂからＳＨＧ素子９１へ入射することにより生じた高調波光は、バンドパスフィルタ９２を透過し、分離用透過反射膜９５へ入射する。分離用透過反射膜９５を透過した高調波光は、第１面９４ａからプリズム９４へ入射する。

第１面９４ａから分離用透過反射膜９５へ入射した光は、第２面９４ｂで全反射した後、反射膜９６へ入射する。反射膜９６で反射した高調波光は、第１面９４ａからプリズム９４外へ射出する。第１面９４ａからの高調波光は、分離用透過反射膜９５を透過する。分離用透過反射膜９５を透過した高調波光は、共振用透過反射膜９３を透過した高調波光と同じ方向へ進行する。共振用透過反射膜９３で反射し第２面９１ｂから第１面９１ａへＳＨＧ素子９１を透過した基本波光は、バンドパスフィルタ９２を透過した後、分離用透過反射膜９５へ入射する。分離用透過反射膜９５で反射した基本波光は、半導体素子１１へ入射する。

本実施例の光源装置９０において、共振器構造内における素子と空間との界面は、分離用透過反射膜９５面、及びバンドパスフィルタ９２面の２つが存在する。９９％の透過率を確保可能なＡＲコートを施す場合、半導体素子１１から共振用透過反射膜９３へ光を進行させる間、およそ９８％（≒（０．９９）^２）の透過率を確保できる。これにより、本実施例の場合も、波長変換された光を効率良く射出することができる。また、バンドパスフィルタ９２で反射した光を半導体素子１１の方向とは異なる方向へ進行させ、不要なレーザ発振を低減させることができる。ＳＨＧ素子９１は、ＳＨＧ素子９１とは線膨張係数に差がある他の構成を接合する場合、温度変化による膨張率の差から歪みを生じ、波長変換効率が低下する場合があり得る。本実施例ではＳＨＧ素子９１に直接バンドパスフィルタ９２及び共振用透過反射膜９３を設ける構成とすることで、歪みによる波長変換効率の低下を回避できる。なお、プリズム９４は適宜変形しても良い。

図２０は、本実施例の変形例に係る光源装置１００の概略構成を示す。ＳＨＧ素子１０１は、直方体形状の一部を第１面１０１ａにて斜めに切断し、さらに第１面１０１ａとは反対側の第２面１０１ｂを曲面形状に変形した形状をなしている。バンドパスフィルタ１０２は、ＳＨＧ素子１０１の第１面１０１ａに設けられている。バンドパスフィルタ１０２は、第１波長の光を透過させる狭帯域透過フィルタである。バンドパスフィルタ１０２は、第１反射構造及び第２反射構造の間で共振させる光の波長を選択する波長選択構造として機能する。バンドパスフィルタ１０２が設けられた面である第１面１０１ａの垂線（不図示）は、半導体素子１１からの光線に対して傾けられている。

透過反射部である共振用透過反射膜１０３は、ＳＨＧ素子１０１の第２面１０１ｂに設けられている。共振用透過反射膜１０３は、第１波長の光を反射し第２波長の光を透過させる広帯域透過フィルタである。共振用透過反射膜１０３は、第１波長の光を反射する第２反射構造として機能する。第１反射構造であるミラー層１５（図２参照）と、共振用透過反射膜１０３とは、第１波長の光を共振させる共振器構造を構成する。共振用透過反射膜１０３は、曲面形状をなしている。バンドパスフィルタ１０２及び共振用透過反射膜１０３は、いずれも誘電体多層膜を用いて構成されている。共振用透過反射膜１０３、ＳＨＧ素子１０１、バンドパスフィルタ１０２は、互いに一体構造をなす。

ＳＨＧ素子１０１の第２面１０１ｂは、ＳＨＧ素子１０１の第１面１０１ａの入射位置から第２面１０１ｂの入射位置までの距離を半径とする曲面形状とする。かかる曲面形状に合わせて共振用透過反射膜１０３を設けることにより、共振用透過反射膜１０３で反射した光をバンドパスフィルタ１０２の入射位置へ戻すことが可能となる。これにより、ミラー層１５（図２参照）と共振用透過反射膜１０３との間で光を共振させることができる。

本実施例の場合も、波長変換された光を効率良く射出することができる。また、バンドパスフィルタ１０２で反射した光を半導体素子１１の方向とは異なる方向へ進行させ、不要なレーザ発振を低減させることができる。また、ＳＨＧ素子１０１の第１面１０１ａにおける屈折により、ＳＨＧ素子１０１において光は斜めに進行する。本実施例の光源装置１００は、上記実施例３の場合と同様に、ＳＨＧ素子１０１の温度を調節することにより、高い波長変換効率を得ることが可能になる。

図２１は、本発明の実施例５に係るモニタ装置１１０の概略構成を示す。モニタ装置１１０は、装置本体１１１と、光伝送部１１２とを有する。装置本体１１１は、上記実施例１の光源装置１０（図１参照）を備える。光伝送部１１２は、２つのライトガイド１１４、１１５を有する。光伝送部１１２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板１１６及び結像レンズ１１７が設けられている。第１ライトガイド１１４は、光源装置１０からの光を被写体へ伝送する。拡散板１１６は、第１ライトガイド１１４の射出側に設けられている。第１ライトガイド１１４内を伝播した光は、拡散板１１６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１１６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１１５は、被写体からの光をカメラ１１３へ伝送する。結像レンズ１１７は、第２ライトガイド１１５の入射側に設けられている。結像レンズ１１７は、被写体からの光を第２ライトガイド１１５の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ１１７により第２ライトガイド１１５へ入射した後、第２ライトガイド１１５内を伝播してカメラ１１３へ入射する。

第１ライトガイド１１４、第２ライトガイド１１５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、光を遠方へ伝送させることができる。カメラ１１３は、装置本体１１１内に設けられている。カメラ１１３は、光源装置１０からの光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１１５から入射した光をカメラ１１３へ入射させることで、カメラ１１３による被写体の撮像ができる。上記実施例１の光源装置１０を用いることにより、効率良く光を供給することができる。これにより、高い効率で明るい像をモニタすることができるという効果を奏する。なお、モニタ装置１１０は、上記実施例のいずれの光源装置を用いることとしても良い。

図２２は、本発明の実施例６に係るプロジェクタ１２０の概略構成を示す。プロジェクタ１２０は、スクリーン１２９へ光を投写し、スクリーン１２９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。プロジェクタ１２０は、赤色（Ｒ）光用光源装置１２１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置１２１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置１２１Ｂを有する。各色光用光源装置１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂは、いずれも上記実施例１の光源装置１０（図１参照）と同様の構成を有する。プロジェクタ１２０は、各色光用光源装置１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂからの光を用いて画像を表示する画像表示装置である。

Ｒ光用光源装置１２１Ｒは、Ｒ光を射出する光源装置である。拡散素子１２２は、照明領域の整形、拡大、照明領域における光量分布の均一化を行う。拡散素子１２２としては、例えば、回折光学素子である計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）を用いることができる。フィールドレンズ１２３は、Ｒ光用光源装置１２１Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置１２４Ｒへ入射させる。Ｒ光用光源装置１２１Ｒ、拡散素子１２２、及びフィールドレンズ１２３は、Ｒ光用空間光変調装置１２４Ｒを照明する照明装置を構成する。Ｒ光用空間光変調装置１２４Ｒ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１２４Ｒ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１２５へ入射する。

Ｇ光用光源装置１２１Ｇは、Ｇ光を射出する光源装置である。拡散素子１２２及びフィールドレンズ１２３を経た光は、Ｇ光用空間光変調装置１２４Ｇへ入射する。Ｇ光用光源装置１２１Ｇ、拡散素子１２２、及びフィールドレンズ１２３は、Ｇ光用空間光変調装置１２４Ｇを照明する照明装置を構成する。Ｇ光用空間光変調装置１２４Ｇ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１２４Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１２５のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

Ｂ光用光源装置１２１Ｂは、Ｂ光を射出する光源装置である。拡散素子１２２及びフィールドレンズ１２３を経た光は、Ｂ光用空間光変調装置１２４Ｂへ入射する。Ｂ光用光源装置１２１Ｂ、拡散素子１２２、及びフィールドレンズ１２３は、Ｂ光用空間光変調装置１２４Ｂを照明する照明装置を構成する。Ｂ光用空間光変調装置１２４Ｂ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１２４Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム１２５のうちＲ光が入射する面、及びＧ光が入射する面とは異なる面へ入射する。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１２５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１２６、１２７を有する。第１ダイクロイック膜１２６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１２７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１２５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１２８の方向へ射出する。投写レンズ１２８は、クロスダイクロイックプリズム１２５で合成された光をスクリーン１２９に向けて投写する。

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１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂを用いることにより、光を効率良く射出できる。これにより、高い効率で明るい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１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂは、上記実施例のいずれの光源装置と同様の構成であっても良い。

プロジェクタは、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いても良い。プロジェクタは、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタは、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、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させ、被照射面において画像を表示するレーザスキャン型のプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。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す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。

本発明の光源装置は、画像表示装置である液晶ディスプレイに適用しても良い。本発明の光源装置と導光板とを組み合わせることにより、液晶パネルを照明する照明装置として用いることができる。この場合も、明るく高品質な画像を表示することができる。本発明の光源装置は、モニタ装置や画像表示装置に適用される場合に限られない。本発明の光源装置は、例えば、レーザ光を用いた露光のための露光装置やレーザ加工装置等の光学系に用いても良い。

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に係る光源装置の概略構成を示す図。 半導体素子の断面構成を模式的に表した図。 赤外領域における波長と、体積ホログラムの反射率との関係を示す図。 一体構造が光線に対して傾けられた光源装置を示す図。 光分離構造及び光路変換構造を有する光源装置の概略構成を示す図。 第１プリズム、第２プリズム、及び透過反射膜の接合体を示す図。 実施例１の比較例に係る光源装置の概略構成を示す図。 基本波光の強度と高調波光の強度との関係を示す図。 実施例１の変形例に係る光源装置の概略構成を示す図。 一体構造が光線に対して傾けられた光源装置を示す図。 本発明の実施例２に係る光源装置の概略構成を示す図。 第１プリズム及びバンドパスフィルタの接合体を示す図。 第２プリズム及び透過反射膜の接合体を示す図。 波長と、バンドパスフィルタの透過率等との関係を示す図。 実施例２の比較例に係る光源装置の概略構成を示す図。 実施例２の変形例に係る光源装置の概略構成を示す図。 第１プリズム及びバンドパスフィルタの接合体を示す図。 第２プリズム及び透過反射膜の接合体を示す図。 本発明の実施例３に係る光源装置の概略構成を示す図。 プリズム及び透過反射膜の接合体を示す図。 ヒータ等を用いたＳＨＧ素子の温度制御について説明する図。 本発明の実施例４に係る光源装置の概略構成を示す図。 実施例４の変形例に係る光源装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例５に係るモニタ装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例６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 半導体素子、１２ ＳＨＧ素子、１２ａ 第１面、１２ｂ 第２面、１３ 体積ホログラム、１３ａ 第１面、１４ 基板、１５ ミラー層、１６ レーザ媒体、１７ 光源装置、２０ 光源装置、２１ 第１プリズム、２１ａ 第１面、２１ｂ 第２面、２１ｃ 第３面、２２ 第２プリズム、２２ａ 第１面、２２ｂ 第２面、２２ｃ 第３面、２３ 透過反射膜、２４ 反射ミラー、２５ 光源装置、２６ 分離用透過ミラー、２６ａ 第１面、２６ｂ 第２面、３０ 光源装置、３１ 透過反射膜、３３ 光源装置、４０ 光源装置、４１ 第１プリズム、４１ａ 第１面、４１ｂ 第２面、４２ バンドパスフィルタ、４３ 第２プリズム、４３ａ 第１面、４３ｂ 第２面、４４ 透過反射膜、Ｎ 垂線、５０ 光源装置、５１ バンドパスミラー、５１ａ 第１面、５１ｂ 第２面、５２ 共振用透過ミラー、５２ａ 第１面、５２ｂ 第２面、６０ 光源装置、６１ 第１プリズム、６１ａ 第１面、６１ｂ 第２面、６３ 第２プリズム、６３ａ 第１面、６３ｂ 第２面、７０ 光源装置、７１ ＳＨＧ素子、７１ａ 第１面、７１ｂ 第２面、７２ バンドパスフィルタ、７３ プリズム、７３ａ 第１面、７３ｂ 第２面、７４ 透過反射膜、７５ 熱拡散部、７６ ヒータ、７７ サーミスタ、７８ 分極反転層、７９ 自発分極層、８０ 温度制御部、９０ 光源装置、９１ ＳＨＧ素子、９１ａ 第１面、９１ｂ 第２面、９２ バンドパスフィルタ、９３ 共振用透過反射膜、９４ プリズム、９４ａ 第１面、９４ｂ 第２面、９４ｃ 第３面、９４ｄ 第４面、９５ 分離用透過反射膜、９６ 反射膜、１００ 光源装置、１０１ ＳＨＧ素子、１０１ａ 第１面、１０１ｂ 第２面、１０２ バンドパスフィルタ、１０３ 共振用透過反射膜、１１０ モニタ装置、１１１ 装置本体、１１２ 光伝送部、１１３ カメラ、１１４ 第１ライトガイド、１１５ 第２ライトガイド、１１６ 拡散板、１１７ 結像レンズ、１２０ プロジェクタ、１２１Ｒ Ｒ光用光源装置、１２１Ｇ Ｇ光用光源装置、１２１Ｂ Ｂ光用光源装置、１２２ 拡散素子、１２３ フィールドレンズ、１２４Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、１２４Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、１２４Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、１２５ クロスダイクロイックプリズム、１２６ 第１ダイクロイック膜、１２７ 第２ダイクロイック膜、１２８ 投写レンズ、１２９ スクリーン

Claims (12)

1. 第１波長の光を射出する光源部と、
   前記光源部から射出した前記第１波長の光を、前記第１波長とは異なる波長である第２波長の光へ変換する波長変換素子と、
   前記第１波長の光を反射することにより、前記第１波長の光を共振させる第１反射構造及び第２反射構造と、
   前記第１反射構造及び前記第２反射構造により共振させる光の波長を選択する波長選択構造と、を有し、
   前記第１反射構造は、前記光源部に設けられ、
   前記波長変換素子、前記第２反射構造及び前記波長選択構造は、互いに一体構造をなすことを特徴とする光源装置。
2. 前記波長選択構造は、前記第１波長の光を回折させる体積ホログラムを有し、
   前記体積ホログラムは、前記第２反射構造としても機能することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記波長変換素子、前記第２反射構造及び前記波長選択構造により構成される前記一体構造のうち、前記光源部から射出された前記第１波長の光が入射する入射面が、前記光源部から前記入射面へ入射する前記第１波長の光の進行方向に垂直な面に対して傾けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記波長変換素子は、前記第１波長に対応して設定される周期より小さい周期で形成された分極反転構造を有することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記体積ホログラムから前記光源部へ向けて進行する光から前記第２波長の光を分離する光分離構造を有し、
   前記波長変換素子、前記体積ホログラム及び前記光分離構造は、互いに一体構造をなすことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記波長選択構造は、前記第１波長の光を透過させるバンドパスフィルタを有し、
   前記第２反射構造は、前記第１波長の光を反射し前記第２波長の光を透過させる透過反射部を有す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. 前記バンドパスフィルタが設けられた面の垂線が、前記光源部からの光線に対して傾けられたことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記透過反射部は、平面形状を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の光源装置。
9. 前記透過反射部は、曲面形状を有することを特徴とする請求項６又は７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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