JP2008139381A - Wavelength conversion element, light source device, projector and monitor device - Google Patents
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Abstract
【課題】全体的な変換効率を落とすことなく、発光部ごとの出力波長にバラツキが生じていても、変換される波長の許容範囲を広くすることが可能な波長変換素子、光源装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】複数の発光部から射出される複数のレーザ光が入射され、複数のレーザ光のそれぞれを所定の波長に変換して射出させる波長変換素子であって、複数の発光部のそれぞれに対応して複数の光通過領域Lが設けられ、複数の光通過領域Lが複数の発光部から射出されたレーザ光の中心軸に沿って、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を有しており、複数の光通過領域Lのそれぞれのドメインのレーザ光の中心軸方向の幅が複数の発光部の配列方向Kに沿って異なることを特徴とする。
【選択図】図3A wavelength conversion element, a light source device, and a projector capable of widening a permissible range of wavelengths to be converted even when output wavelengths vary among light emitting units without reducing the overall conversion efficiency. To provide.
A wavelength conversion element that receives a plurality of laser beams emitted from a plurality of light emitting units, converts each of the plurality of laser beams into a predetermined wavelength, and emits the converted light. Correspondingly, a plurality of light passage regions L are provided, and the plurality of light passage regions L have a repeating structure of domains whose polarizations are reversed from each other along the central axis of the laser light emitted from the plurality of light emitting units. In addition, the width in the central axis direction of the laser light of each domain of the plurality of light passing regions L is different along the arrangement direction K of the plurality of light emitting units.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、波長変換素子、光源装置、プロジェクタ及びモニタ装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device, a projector, and a monitor device.
近年、コヒーレント光源は、画像表示装置、光通信分野、医療分野や顕微鏡などの計測分野においても欠かせないものとなっている。そして、コヒーレント光の波長もその目的によって様々な波長が使用される。
そこで、非線形光学効果を利用した波長変換素子は、波長変換により光の波長を変換することでレーザ光源の使用波長の拡大が図れるため多くの分野で利用されている。このような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、周期的に分極方向を反転させた擬似位相整合法が用いられている。しかしながら、波長変換素子は、実際には位相整合条件を満足する波長の許容度が極端に狭いため、基本波の波長がずれると出力が極端に低下してしまう。
In recent years, coherent light sources have become indispensable in measurement fields such as image display devices, optical communication fields, medical fields, and microscopes. Various wavelengths of coherent light are used depending on the purpose.
Therefore, wavelength conversion elements using the nonlinear optical effect are used in many fields because the wavelength used by the laser light source can be expanded by converting the wavelength of light by wavelength conversion. In wavelength conversion of light using such a nonlinear optical effect, it is necessary to satisfy a phase matching condition between the fundamental wave before conversion and the harmonic wave after conversion, and the pseudo-polarization in which the polarization direction is periodically reversed. A phase matching method is used. However, since the wavelength conversion element actually has an extremely narrow wavelength tolerance that satisfies the phase matching condition, if the wavelength of the fundamental wave is shifted, the output is extremely reduced.
また、光源として用いられる半導体レーザはウエハ上で作りこまれ、ダイシングにより切り出されてチップとして製造される。このウエハ面内で製造のバラツキがあり、切り出された場所により特性が異なるという問題がある。そこで、この課題を解決するために、波長変換素子内のレーザ光の進行方向に、異なる分極ピッチの周期構造を作り込んだ波長変換素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この特許文献1に記載の波長変換素子は、光の進行方向に3つの領域に分割され、領域ごとに異なる周期を持つ分極反転層が形成された素子となっている。このようにして半導体レーザの出力波長のばらつきに対応させ、波長変換素子の波長許容度の拡大を図っている。
The wavelength conversion element described in Patent Document 1 is an element in which a domain-inverted layer is formed that is divided into three regions in the light traveling direction and has a different period for each region. In this way, the wavelength tolerance of the wavelength conversion element is increased in response to variations in the output wavelength of the semiconductor laser.
しかしながら、波長変換の効率は素子長に比例するため、上記特許文献1に記載の波長変換素子では、分極ピッチの周期として位相整合条件と合致する部分と合致しない部分とが波長変換素子の長さ方向に混在しているので、全体的な変換効率が低下するという問題が生じる。 However, since the efficiency of wavelength conversion is proportional to the element length, in the wavelength conversion element described in Patent Document 1, the length of the wavelength conversion element is the part that does not match the phase matching condition as the period of the polarization pitch. Since they are mixed in the direction, there arises a problem that the overall conversion efficiency is lowered.
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、全体的な変換効率を落とすことなく、発光部ごとの出力波長にバラツキが生じていても、変換される波長の許容範囲を広くすることが可能な波長変換素子、光源装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and even if there is variation in the output wavelength of each light emitting unit without reducing the overall conversion efficiency, the allowable range of the wavelength to be converted An object of the present invention is to provide a wavelength conversion element, a light source device, and a projector that can widen the range.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の波長変換素子は、複数の発光部を有する発光部から射出されたレーザ光のうち、一部の波長をそれぞれの所定の波長に変換するとともに、前記所定の波長に変換された光と前記所定の波長に変換されなかったレーザ光とを射出し、前記複数の発光部のそれぞれに対応して複数の光通過領域が設けられ、前記複数の光通過領域が前記複数の発光部から射出されたレーザ光の中心軸に沿って、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を有しており、前記複数の光通過領域のそれぞれの前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅が前記複数の発光部の配列方向に沿って異なることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The wavelength conversion element of the present invention converts a part of wavelengths of laser light emitted from a light emitting unit having a plurality of light emitting units into respective predetermined wavelengths, and the light converted into the predetermined wavelengths, The laser light that has not been converted to the predetermined wavelength is emitted, and a plurality of light passing regions are provided corresponding to each of the plurality of light emitting units, and the plurality of light passing regions are emitted from the plurality of light emitting units. A domain having a repetitive domain whose polarizations are reversed with respect to each other along the central axis of the laser beam, and the width of each of the plurality of light passing regions in the central axis direction of the laser beam It differs along the arrangement direction of the light emitting parts.
まず、発光部は製造の誤差等により、発光部のピーク波長が数nm程度異なる場合が生じる。このとき、本発明に係る波長変換素子では、複数の発光部のそれぞれに対応して複数の光通過領域が設けられている。そして、この複数の光通過領域のそれぞれのドメインのレーザ光の中心軸方向の幅が異なっているので、発光部のピーク波長と一致したあるいは近い波長が変換されるドメインの幅となる光通過領域に光を入射させることができる。
このように、発光部のピーク波長に一致したあるいは近い波長を変換するドメインの幅となっている光通過領域に合わせて光を入射させることにより、入射した光の強度を落とすことなく変換される波長の許容範囲を広くすることができる。
First, the light emitting part may have a peak wavelength of about several nanometers different due to manufacturing errors or the like. At this time, in the wavelength conversion element according to the present invention, a plurality of light passage regions are provided corresponding to each of the plurality of light emitting units. And since the width of the central axis direction of the laser beam of each domain of the plurality of light passing regions is different, the light passing region which is the width of the domain whose wavelength coincides with or is close to the peak wavelength of the light emitting part Light can be incident on the.
In this way, by making the light incident in accordance with the light passage region that is the width of the domain for converting the wavelength that matches or is close to the peak wavelength of the light emitting portion, the light is converted without reducing the intensity of the incident light. The allowable range of wavelengths can be widened.
また、本発明の波長変換素子は、前記複数の光通過領域のそれぞれが複数の光変換領域に分けられ、前記複数の光変換領域のそれぞれの前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅がそれぞれ異なることが好ましい。 In the wavelength conversion element of the present invention, each of the plurality of light passing regions is divided into a plurality of light conversion regions, and the width of the laser beam in the central axis direction of each of the domains of the plurality of light conversion regions is Each is preferably different.
本発明に係る波長変換素子では、発光部ごとの射出される光の波長のバラツキに基づいたドメインの幅となる複数の光変換領域が形成されている。これにより、発光部から射出される光の波長に応じた光変換領域に光を入射させることができる。このように、光通過領域を複数の光変換領域に分けることで、発光部と波長変換素子との位置合わせが容易となり、入射した光の強度を落とすことなく、簡易な構成で所定の波長に変換することができる。 In the wavelength conversion element according to the present invention, a plurality of light conversion regions having a domain width based on a variation in wavelength of emitted light for each light emitting section are formed. Thereby, light can be made to enter into the light conversion area | region according to the wavelength of the light inject | emitted from a light emission part. In this way, by dividing the light passage region into a plurality of light conversion regions, it becomes easy to align the light emitting portion and the wavelength conversion element, and it is possible to obtain a predetermined wavelength with a simple configuration without reducing the intensity of incident light. Can be converted.
また、本発明の波長変換素子は、前記複数の光通過領域の前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅が前記複数の発光部の配列方向に沿って連続的に変化することが好ましい。 In the wavelength conversion element of the present invention, it is preferable that the width in the central axis direction of the laser light of the domains of the plurality of light passing regions continuously change along the arrangement direction of the plurality of light emitting units.
本発明に係る波長変換素子では、各光通過領域のドメインの幅を連続的に変化させることにより、所定の波長帯域内にピーク波長を有する発光部に対応させることができる。すなわち、所定の波長帯域内にピーク波長を有する発光部であれば、どのピーク波長を有する発光部であっても、ピーク波長に一致した波長を変換するドメインの幅となっている光通過領域で、発光部から射出された光の波長を変換させることができる。したがって、本発明の波長変換素子は、入射した光の強度をさらに落とすことなく発光部から射出された光の波長を変換することができる。 In the wavelength conversion element according to the present invention, it is possible to correspond to a light emitting unit having a peak wavelength in a predetermined wavelength band by continuously changing the domain width of each light passage region. That is, as long as the light emitting part has a peak wavelength within a predetermined wavelength band, the light passing part having the width of the domain for converting the wavelength that matches the peak wavelength can be used regardless of the light emitting part having any peak wavelength. The wavelength of the light emitted from the light emitting unit can be converted. Therefore, the wavelength conversion element of the present invention can convert the wavelength of the light emitted from the light emitting unit without further reducing the intensity of the incident light.
また、本発明の波長変換素子は、前記複数の光通過領域のピッチが、前記複数の発光部のピッチと同じであることが好ましい。 In the wavelength conversion element of the present invention, it is preferable that the pitch of the plurality of light passage regions is the same as the pitch of the plurality of light emitting units.
本発明に係る波長変換素子では、複数の光通過領域のピッチが、複数の発光部のピッチと同じであるため、発光部のピーク波長と一致したあるいは近い波長が変換されるドメインの光通過領域に合わせてレーザ光を入射させる際、発光部と波長変換素子との位置合わせが容易となる。 In the wavelength conversion element according to the present invention, since the pitch of the plurality of light passing regions is the same as the pitch of the plurality of light emitting units, the light passing region of the domain in which the wavelength that matches or is close to the peak wavelength of the light emitting unit is converted. When the laser beam is incident in accordance with the above, it is easy to align the light emitting portion and the wavelength conversion element.
本発明の光源装置は、レーザ光を発光する複数の発光部と、上記の波長変換素子と、該波長変換素子から射出されたレーザ光のうち前記所定の波長に変換されなかったレーザ光を選択して前記発光部に向かって反射させることによって前記発光部の共振器ミラーとして機能するとともに、残りのレーザ光を透過させる波長選択素子とを備えることを特徴とする。 The light source device of the present invention selects a plurality of light emitting units that emit laser light, the wavelength conversion element, and laser light that has not been converted to the predetermined wavelength from laser light emitted from the wavelength conversion element. And a wavelength selection element that functions as a resonator mirror of the light emitting part by reflecting the light toward the light emitting part and transmits the remaining laser light.
本発明に係る光源装置では、複数の発光部から射出されたレーザ光のうち一部の光は、波長変換素子により所定の波長に変換される。そして、所定の波長に変換された光と所定の波長に変換されなかった光とは波長選択素子に射出され、波長選択素子において、所定の選択波長光が反射され、変換された光は透過する。そして、波長選択素子で反射した光は共振器ミラー間で共振し増幅され、さらに波長変換素子を通過することで、変換された光が射出される。
このとき、上述したように、製造の誤差等により発光部のピーク波長のバラツキが生じていても、発光部のピーク波長と一致したあるいは近い波長が変換されるドメインの幅となっている光通過領域に合わせて光を入射させる。このようにして、複数の発光部から射出された光は、波長変換素子に入射した際、強度を落とすことなく波長選択素子に射出される。したがって、波長変換素子の光の変換効率が高いため、装置全体の光の利用効率を向上させることが可能となる。
In the light source device according to the present invention, part of the laser light emitted from the plurality of light emitting units is converted into a predetermined wavelength by the wavelength conversion element. The light converted to the predetermined wavelength and the light not converted to the predetermined wavelength are emitted to the wavelength selection element, and the predetermined selection wavelength light is reflected by the wavelength selection element and the converted light is transmitted. . The light reflected by the wavelength selection element resonates and amplifies between the resonator mirrors, and further passes through the wavelength conversion element, whereby the converted light is emitted.
At this time, as described above, even if there is a variation in the peak wavelength of the light emitting part due to manufacturing errors or the like, the light passing that has the width of the domain that matches or is close to the peak wavelength of the light emitting part Light is incident according to the region. In this way, when the light emitted from the plurality of light emitting units is incident on the wavelength conversion element, it is emitted to the wavelength selection element without reducing the intensity. Therefore, since the light conversion efficiency of the wavelength conversion element is high, it is possible to improve the light use efficiency of the entire apparatus.
本発明のプロジェクタは、上記の光源装置と、該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、該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備えることを特徴とする。 A projector according to the present invention includes the light source device described above, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device in accordance with an image signal, and a projection device that projects an image formed by the light modulation device. It is characterized by that.
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により形成された画像が、投射装置によって投射される。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、波長変換素子の光の変換効率が高いため、この光源装置をプロジェクタに備えることにより、明るい画像を表示することが可能となる。 In the projector according to the present invention, the light emitted from the light source device enters the light modulation device. Then, the image formed by the light modulation device is projected by the projection device. At this time, since the light emitted from the light source device has a high light conversion efficiency of the wavelength conversion element as described above, a bright image can be displayed by providing the light source device in the projector.
本発明のモニタ装置は、上記の光源装置と、該光源装置から射出された光により被写体を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする。 A monitor device according to the present invention includes the light source device described above and an imaging unit that images a subject with light emitted from the light source device.
本発明に係るモニタ装置では、光源装置より射出された光は被写体を照射し、撮像手段により被写体を撮像する。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、波長変換素子の光の変換効率が高いため、明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。 In the monitor device according to the present invention, the light emitted from the light source device irradiates the subject, and the subject is imaged by the imaging means. At this time, since the light emitted from the light source device has high light conversion efficiency of the wavelength conversion element as described above, the subject is irradiated with bright light. Therefore, the subject can be clearly imaged by the imaging means.
以下、図面を参照して、本発明に係る波長変換素子、光源装置、プロジェクタ及びモニタ装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, embodiments of a wavelength conversion element, a light source device, a projector, and a monitor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
本発明に係る光源装置10は、図1に示すように、半導体レーザチップ11と、半導体レーザチップ11から射出された光の波長を変換する波長変換素子12と、波長変換素子12より変換された光を透過し、変換されなかった波長の光を選択して反射させる波長選択素子13とを備えている。なお、図1は光源装置10の概略構成を示す図である。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
半導体レーザチップ11は、図1に示すように、レーザ光を発する5つのエミッタ(半導体レーザ:LD)11a,11b,11c,11d,11eを備えている。エミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光のピーク波長は一致している。
この半導体レーザチップ11は、図2に示すように、ウエハ20上で作りこまれ、ダイシングにより切り出されてチップとして製造される。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 2, the
波長変換素子(第2高調波発生素子、SHG:Second Harmonic Generation)12は、図1に示すように、入射光をほぼ半分の波長に変換する非線形光学素子である。半導体レーザチップ11から射出され、波長選択素子13に向かう光W3は、波長変換素子12を通過することによって、ほぼ半分の波長の光に変換される。波長変換素子12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12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。つまり、半導体レーザチップ11から射出されたレーザ光のすべてが、所定波長のレーザ光に変換されるわけではない。
A wavelength conversion element (second harmonic generation element, SHG: Second Harmonic Generation) 12 is a non-linear optical element that converts incident light into a substantially half wavelength as shown in FIG. Light W <b> 3 emitted from the
次に、波長変換素子12の詳細について説明する。
波長変換素子12としては、板形状のものを用いている。波長変換素子12は、図1に示すように、エミッタ11a〜エミッタ11eに対応して複数の光通過領域Lに分かれている。そして、各光通過領域Lは、図3に示すように、エミッタ11a〜エミッタ11eの配列方向Kに沿って第1光変換領域L1,第2光変換領域L2,第3光変換領域L3とに分けられている。この第1〜第3光変換領域L1〜L3のエミッタの配列方向Kの幅はすべて同じである。そして、隣接する光通過領域LのピッチP1が、半導体レーザチップ11のエミッタ11a〜エミッタ11e間のピッチP2と一致している。
そして、波長変換素子12は、第1〜第3光変換領域L1〜L3ごとに分極周期構造、つまり、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を有している。この分極周期構造内を光が透過することにより、入射した光の波長を変換するようになっている。この波長変換素子12の第1〜第3光変換領域L1〜L3の各ドメインのレーザ光の中心軸O方向の幅(以下、「ピッチ」という)は、それぞれ入射端面13aから射出端面13bまで同じピッチである。また、各光変換領域L1〜L3のピッチはそれぞれ異なり、Λ1,Λ2,Λ3とする。
Next, details of the
A plate-shaped element is used as the
The
このような分極周期構造は、例えば、特開平4−19719号公報に記載されている製造方法を応用して製造することができる。すなわち、まず、非線形強誘電体材料(例えばLiTaO3)からなる基板に、レーザ光の中心軸O方向に沿って電極が有る領域と無い領域とが交互に並んだストライプ状の電極パターンを形成する。この時、各電極パターンの幅及び電極パターン同士の間隔は、第1〜第3光変換領域L1〜L3における各ドメインのピッチが、それぞれΛ1,Λ2,Λ3となるように最適化される。つまり、電極パターンの幅及び間隔は、第1〜第3光変換領域L1〜L3においてそれぞれ異なったものとする。次に、これら電極パターンにパルス状の電圧を印加することにより、図3に示したような分極周期構造が得られる。このようにして分極周期構造を形成した後、通常電極パターンは除去されるが、そのまま残しておいても良い。 Such a polarization periodic structure can be manufactured, for example, by applying a manufacturing method described in JP-A-4-19719. That is, first, a striped electrode pattern is formed on a substrate made of a nonlinear ferroelectric material (for example, LiTaO 3 ) in which regions having electrodes and regions without electrodes are alternately arranged along the central axis O direction of the laser beam. . At this time, the width of each electrode pattern and the interval between the electrode patterns are optimized so that the pitch of each domain in the first to third light conversion regions L1 to L3 is Λ1, Λ2, and Λ3, respectively. That is, the width and interval of the electrode pattern are different in the first to third light conversion regions L1 to L3. Next, by applying a pulse voltage to these electrode patterns, a polarization periodic structure as shown in FIG. 3 is obtained. After forming the polarization periodic structure in this manner, the normal electrode pattern is removed, but it may be left as it is.
このように、波長変換素子12は、第1〜第3光変換領域L1〜L3において、それぞれ周期(ピッチ)の異なる分極反転構造を有している。この各ドメインのピッチΛ1,Λ2,Λ3は、半導体レーザチップ11の製造誤差により出力波長のバラツキに基づいた波長に変換させるピッチとなっている。具体的に、青色レーザ光源装置を用いた場合の波長を例に挙げて説明する。例えば、半導体レーザチップ11から射出される光のピーク波長が920nmとなるように設計したが、図2に示すように、ウエハ20上の半導体レーザチップ11の製造バラツキにより領域Aの半導体レーザチップ11のエミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長λ01が920nmであり、領域Bの半導体レーザチップ11のエミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長λ02が918nmである場合や、領域Cの半導体レーザチップ11のエミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長λ03が916nmである場合が生じる。
そこで、第1光変換領域L1には、波長λ01の光の波長を変換するように、ドメインのピッチΛ1が形成されており、第1光変換領域L1を通過した光の波長λ1は460nmに変換されるようになっている。また、同様に、第2,第3光変換領域L2,L3には、波長λ02,λ03の光の波長を変換するように、ドメインのピッチΛ2,Λ3が形成されており、第2,第3光変換領域L2,L3を通過した光の波長λ2は459nm,λ3は458nmに変換されるようになっている。
ただし、ここに挙げた波長は単なる一例に過ぎない。
Thus, the
Therefore, a domain pitch Λ1 is formed in the first light conversion region L1 so as to convert the wavelength of the light of wavelength λ01, and the wavelength λ1 of the light that has passed through the first light conversion region L1 is converted to 460 nm. It has come to be. Similarly, domain pitches Λ2 and Λ3 are formed in the second and third light conversion regions L2 and L3 so as to convert the wavelengths of light having wavelengths λ02 and λ03. The wavelength λ2 of the light that has passed through the light conversion regions L2 and L3 is converted to 459 nm, and λ3 is converted to 458 nm.
However, the wavelengths listed here are merely examples.
そして、領域Aの半導体レーザチップ11を用いた場合、エミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長λ01は920nmである。したがって、図3に示すように、各エミッタ11a〜エミッタ11eが第1光変換領域L1に対応するように半導体レーザチップ11と波長変換素子12との位置合わせを行う。これにより、エミッタ11a〜エミッタ11eから射出された光のうち一部の光が460nmの波長の光に変換される。
そして、領域Bの半導体レーザチップ11を用いた場合、エミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長λ02は918nmである。したがって、図4に示すように、各エミッタ11a〜エミッタ11eが第2光変換領域L2に対応するように波長変換素子12を配列方向Kに沿ってずらす。このようにして、半導体レーザチップ11と波長変換素子12との位置合わせを行う。これにより、エミッタ11a〜エミッタ11eから射出された光のうち一部の光が459nmの波長に変換される。
また、領域Cの半導体レーザチップ11を用いた場合も同様に、各エミッタ11a〜エミッタ11eが第3光変換領域L3に対応するように波長変換素子12を配列方向Kに沿ってずらす。
この他に、例えば、エミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長が、920nm、918nm、916nm以外であっても、波長が最も近い第1〜第3光変換領域L1〜L3に光を入射させれば良い。これにより、波長変換素子12による変換効率を向上させることが可能となる。
When the
When the
Similarly, when the
In addition to this, for example, even if the wavelengths of light emitted from the
波長選択素子13は、図1に示すように、波長変換素子12から射出された所定の選択波長のレーザ光(図1に示す鎖線)W1を選択して半導体レーザチップ11に向かって反射させることによってエミッタ11a〜11eの共振器ミラーとして機能するとともに、変換されたレーザ光(図1に示す二点鎖線)W2を透過させるものである。波長選択素子13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。
半導体レーザチップ11から射出された基本波の光(図1に示す実線)W3は、半導体レーザチップ11と波長選択素子13との間で反射を繰り返し、増幅された後、レーザ光W2として、波長選択素子13から射出されるようになっている。波長選択素子13は様々な波長の光を透過させるが、そのうち、所定の波長の光だけが増幅されている。増幅された光の強度は、他の波長の光の強度と比較して著しく高い。よって、波長選択素子13を透過した光W2は、ほぼ単一波長の光とみなすことができる。この光W2の波長は、波長選択素子13の選択波長、つまり波長選択素子13が反射する光W1の波長とほぼ同一である。波長選択素子13は、所定の選択波長の光の一部(98〜99%程度)を反射するので、その残り(1〜2%程度)の光が出力光として利用されることになる。
また、波長選択素子13は、波長変換素子12によって所定の波長に変換されなかったレーザ光W1のみを選択して半導体レーザチップ11に向かって反射させ、それ以外のレーザ光を透過させるものである。
As shown in FIG. 1, the
The fundamental wave light (solid line shown in FIG. 1) W3 emitted from the
The
本実施形態に係る波長変換素子12では、ドメインのピッチΛ1,Λ2,Λ3が形成された第1〜第3光変換領域L1〜L3に分けることにより、半導体レーザチップ11から射出された光を適切なドメイン幅を有する第1〜第3光変換領域L1〜L3に通過させることが可能となる。すなわち、波長変換素子12の位相整合条件を満足することができるため、製造誤差等により半導体レーザチップ11ごとにエミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長が異なっていても、波長変換素子12に入射した光の強度を落とすことなく、光を所定の波長に変換することができる。
また、光通過領域LのピッチP1が、半導体レーザチップ11のエミッタ11a〜エミッタ11e間のピッチP2と一致しているため、半導体レーザチップ11と波長変換素子12との位置合わせが容易となる。
つまり、半導体レーザチップ11ごとに出力波長にバラツキが生じていても変換される波長の許容範囲を広くすることが可能である。
また、光源装置10では、変換効率の高い波長変換素子12を用いることにより、光利用効率を向上させることが可能となる。
In the
Further, since the pitch P1 of the light passage region L matches the pitch P2 between the
That is, even if the output wavelength varies for each
Further, in the
なお、光通過領域LのピッチP1が、半導体レーザチップ11のエミッタ11a〜エミッタ11e間のピッチP2と一致している構成としたが、必ずしも一致していなくても良い。すなわち、波長変換素子12を移動させた際、半導体レーザチップ11のエミッタ11a〜エミッタ11e間のピッチP2が、各光変換領域L1〜L3に対向した位置に配置させることができる範囲であれば一致していなくても良い。したがって、このような範囲内のピッチの発光部であれば本発明の波長変換素子12に適用が可能となる。
また、1つのチップに複数のエミッタが形成された半導体レーザチップ11を用いたが、エミッタが個々に形成された半導体レーザチップを用いても良い。この構成では、個々のエミッタを当該エミッタのピーク波長に対応した光変換領域に配置することで、変換効率を向上させることが可能となる。さらに、バラツキを有する個々のエミッタを用いて、ピーク波長に対応した光変換領域に対応してそれぞれ配置させることで、複数のエミッタを配置することができる。これにより、明るい光を射出する光源装置を提供することが可能となる。
In addition, although the pitch P1 of the light passage region L is the same as the pitch P2 between the
Further, although the
[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図5を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係る光源装置10と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る光源装置30では、光通過領域Mにおけるドメインのピッチにおいて第1実施形態と異なる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In each embodiment described below, portions having the same configuration as those of the
The
波長変換素子31には、図5(a)に示すように、エミッタ11a〜エミッタ11eの配列方向Kに沿って複数の光通過領域Mに分かれている。各光通過領域Mにおいて、図5(b)の拡大図に示すように、一方向Pに向かってドメインのレーザ光の中心軸O方向の幅が連続的に大きくなっている。すなわち、光通過領域Mの一端31a側における各ドメインのピッチがΛ1であり、他端31b側における各ドメインのピッチがΛ2となっている。また、ドメインのピッチは、一端31a側〜他端31b側まで、すなわち、ピッチΛ1〜ピッチΛ2まで滑らかに(連続的に)変化している。
このように、波長変換素子31は、各光通過領域Mにおいて、周期(ピッチ)の連続的に変化する分極反転構造を有している。この各ドメインのピッチΛ1,Λ2は、半導体レーザチップ11の製造誤差により出力波長のバラツキに基づいた波長に変換させるピッチとなっている。具体的に、青色レーザ光源装置を用いた場合の波長を例に挙げて説明する。例えば、半導体レーザチップ11から射出される光のピーク波長が920nmとなるように設計したが、半導体レーザチップ11から射出される光の波長はλ01=915nm〜λ02=925nmの範囲でバラツキが生じる場合がある。
As shown in FIG. 5A, the
Thus, the
そこで、光通過領域Mの一端31a側には、波長λ01(915nm)の光を変換するように、ドメインのピッチΛ1が形成されており、光通過領域Mの一端31a側を通過した光の波長λ1は、457.5nmに変換されるようになっている。また、同様に、光通過領域Mの他端31b側には、波長λ02(925nm)の光を変換するように、ドメインのピッチΛ2が形成されており、光通過領域Mの他端31b側を通過した光の波長λ2は、462.5nmに変換されるようになっている。したがって、半導体レーザチップ11ごとのエミッタ11a〜エミッタ11eから射出される光の波長に応じたドメインのピッチを有する位置に光が入射するように、半導体レーザチップ11と波長変換素子31との位置合わせを行う。これにより、エミッタ11a〜エミッタ11eから射出された光のうち一部の光が所定の波長に変換される。
Therefore, a domain pitch Λ1 is formed on the one
本実施形態に係る光源装置30では、第1実施形態の波長変換素子12及び光源装置10と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の波長変換素子31及び光源装置30では、各光通過領域MのドメインのピッチΛ1からΛ2まで連続的に変化させることにより、所定の波長帯域内の光を射出する半導体レーザチップ11に対応させることができる。すなわち、半導体レーザチップ11であれば、半導体レーザチップ11のピーク波長と一致した波長が変換されるドメインの幅と位置に光を入射させることで、入射した光の強度をさらに落とすことなく変換することができる。これにより、半導体レーザチップ11から射出される光の波長のバラツキが多い場合に、複数種の波長に対応させることができるので効果的である。
なお、第1実施形態の波長変換素子12と第2実施形態の波長変換素子31とを組み合わせた波長変換素子であっても良い。すなわち、ドメインのレーザ光の中心軸方向の幅が段階的に変化する光変換領域と、連続的に変化する光変換領域とが混在していても良い。
In the
In addition, the wavelength conversion element which combined the
[第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態について、図6を参照して説明する。
本実施形態では、上記第1実施形態の光源装置10を備えるプロジェクタ100について説明する。なお、図6中においては、簡略化のためプロジェクタ100を構成する筐体は省略している。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, a
プロジェクタ100において、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色レーザ光源(光源装置)11R,緑色レーザ光源(光源装置)11G、青色レーザ光源(光源装置)11Bとしては、上記第1実施形態の光源装置10を用いる。
また、プロジェクタ100は、レーザ光源11R,11G,11B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)104R,104G,104Bと、液晶ライトバルブ104R,104G,104Bから射出された光を合成して投写レンズ107に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)106と、液晶ライトバルブ104R,104G,104Bによって形成された像を拡大してスクリーン110に投射する投射レンズ(投射装置)107とを備えている。
In the
Further, the
さらに、プロジェクタ100は、レーザ光源11R,11G,11B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11R,11G,11Bよりも光路下流側に、均一化光学系102R,102G,102B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104R,104G,104Bを照明している。例えば、均一化光学系102R,102G、102Bは、例えば、ホログラム102a及びフィールドレンズ102bによって構成される。
Further, in order to make the illuminance distribution of the laser light emitted from the
各液晶ライトバルブ104R,104G,104B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106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、合成された光は投写光学系である投射レンズ107によりスクリーン110上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the respective liquid crystal
上述した本実施形態のプロジェクタ100は、赤色レーザ光源11R,緑色レーザ光源11G,青色レーザ光源11Bより射出される光は、強度が落ちることなく均一化光学系102R,102G,102Bに射出されているため、投射レンズ107によって投射される光は明るい光となっている。したがって、スクリーン110に鮮明な画像を表示することができる。
In the
なお、本実施形態のプロジェクタにおいて、赤色,緑色及び青色のレーザ光源11R,11G、11Bについては、第1実施形態の光源装置10を用いたものを説明したが、第2実施形態の光源装置30を用いることも可能である。このとき、各光源装置10のそれぞれに異なる実施形態の光源装置を採用することも可能であるし、同じ実施形態の光源装置を採用することも可能である。
In the projector of this embodiment, the red, green, and blue
また、光変調装置として透過型の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、反射型の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、反射型の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、第1,第2実施形態の光源装置10,30は、走査型の画像表示装置にも適用される。このような画像表示装置の例を図7に示す。図7に示した画像表示装置200は、第1実施形態の光源装置10と、光源装置10から射出された光をスクリーン210に向かって走査するMEMSミラー(走査手段)202と、光源装置10から射出された光をMEMSミラー202に集光させる集光レンズ203とを備えている。光源装置10から射出された光は、MEMSミラー202を動かすことによって、スクリーン210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、半導体レーザチップ11を構成する複数のエミッタを、赤、緑、青のピーク波長を持つエミッタの組み合わせによって構成すれば良い。
Further, although a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulator, a light valve other than liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflective liquid crystal light valve and a digital micromirror device. The configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used.
The
[第4実施形態]
次に、第1実施形態に係る光源装置10を応用したモニタ装置300の構成例について説明する。図8は、モニタ装置の概略を示す模式図である。モニタ装置300は、装置本体310と、光伝送部320とを備える。装置本体310は、前述した第1実施形態の光源装置10を備える。
[Fourth Embodiment]
Next, a configuration example of the
光伝送部320は、光を送る側と受ける側の2本のライトガイド321,322を備える。各ライトガイド321,322は、多数本の光ファイバを束ねたもので、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド321の入射側には光源装置10が配設され、その出射側には拡散板323が配設されている。光源装置10から出射したレーザ光は、ライトガイド321を伝って光伝送部320の先端に設けられた拡散板323に送られ、拡散板323により拡散されて被写体を照射する。
The
光伝送部320の先端には、結像レンズ324も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ324で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド322を伝って、装置本体310内に設けられた撮像手段としてのカメラ311に送られる。この結果、光源装置10により出射したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ311で撮像することができる。
An
以上のように構成されたモニタ装置300によれば、高出力の光源装置10により被写体を照射することができることから、カメラ311により得られる撮像画像の明るさを高めることができる。
According to the
なお、本発明の技術範囲は上記実施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。
例えば第3,第4実施形態では、第1実施形態と同様の構造を備えた光源装置10を用いたが、これに変えて、第2実施形態と同様の構造を備えた光源装置10を用いるようにしても良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the third and fourth embodiments, the
L1〜L3…光変換領域、P1…光通過領域Lのピッチ、P2…発光部のエミッタ間のピッチ、10,30…光源装置、11a〜11e…エミッタ(発光部)、12,31…波長変換素子、13…波長選択素子、100…プロジェクタ、104R,104G,104B…液晶ライトバルブ(光変調装置)、107…投射レンズ(投射装置)、300…モニタ装置、311…カメラ(撮像手段)
L1 to L3... Light conversion region, P1... Pitch of light passage region L, P2... Pitch between emitters of light emitting part, 10, 30... Light source device, 11a to 11e.
Claims (7)
前記複数の発光部のそれぞれに対応して複数の光通過領域が設けられ、
前記複数の光通過領域が前記複数の発光部から射出されたレーザ光の中心軸に沿って、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を有しており、前記複数の光通過領域のそれぞれの前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅が前記複数の発光部の配列方向に沿って異なることを特徴とする波長変換素子。 A plurality of laser beams emitted from a plurality of light emitting units are incident, a wavelength conversion element that converts each of the plurality of laser beams into a predetermined wavelength and emits it,
A plurality of light passage regions are provided corresponding to each of the plurality of light emitting units,
The plurality of light passage regions have a repeating structure of domains whose polarizations are reversed with respect to each other along a central axis of laser light emitted from the plurality of light emitting units, and each of the plurality of light passage regions 2. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein a width of the laser beam in a central axis direction of the domain is different along an arrangement direction of the plurality of light emitting units.
前記複数の光変換領域のそれぞれの前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅がそれぞれ異なることを特徴とする請求項1に記載の波長変換素子。 Each of the plurality of light passage regions is divided into a plurality of light conversion regions,
2. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein a width of each of the plurality of light conversion regions in a direction of a central axis of the laser light is different.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の波長変換素子と、
該波長変換素子から射出されたレーザ光のうち前記所定の波長に変換されなかったレーザ光を選択して前記発光部に向かって反射させることによって前記発光部の共振器ミラーとして機能するとともに、残りのレーザ光を透過させる波長選択素子とを備えることを特徴とする光源装置。 A plurality of light emitting sections for emitting laser light;
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4,
The laser beam that has not been converted to the predetermined wavelength from the laser beams emitted from the wavelength conversion element is selected and reflected toward the light emitting unit to function as a resonator mirror of the light emitting unit, and the remaining And a wavelength selection element that transmits the laser beam.
該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、
該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備えることを特徴とするプロジェクタ。 A light source device according to claim 5;
A light modulation device that modulates light emitted from the light source device in accordance with an image signal;
A projector comprising: a projection device that projects an image formed by the light modulation device.
該光源装置から射出された光により被写体を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とするモニタ装置。 A light source device according to claim 5;
A monitor device comprising: imaging means for imaging a subject by light emitted from the light source device.
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