專(zhuān)利名稱(chēng)：光源裝置及具備其的投影機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射出激光的光源裝置及具備該光源裝置的投影機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，半導(dǎo)體激光器已為眾所周知，該半導(dǎo)體激光器將預(yù)定量的能量負(fù)載于激光媒介物，使從該激光媒介物所射出的激光通過(guò)設(shè)置于激光媒介物兩端部的鏡體進(jìn)行反射，利用激光媒介物使激光的輸出得到增大(例如，參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
該專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述的半導(dǎo)體激光器是一種二次諧波光發(fā)生裝置，該二次諧波光發(fā)生裝置在光源的一端面形成鏡體(mirror)結(jié)構(gòu)，在另一端面形成無(wú)反射結(jié)構(gòu)，并且與該無(wú)反射結(jié)構(gòu)對(duì)向來(lái)設(shè)置非線性光學(xué)部件。在該二次諧波光發(fā)生裝置中，通過(guò)非線性光學(xué)部件對(duì)從無(wú)反射結(jié)構(gòu)所激發(fā)出的激光進(jìn)行波長(zhǎng)變換，使之發(fā)生二次諧波光。另外，在非線性光學(xué)部件的兩端面形成鏡體結(jié)構(gòu)，并且這些鏡體結(jié)構(gòu)之中，與光源不對(duì)向一側(cè)的鏡體結(jié)構(gòu)對(duì)于基波波長(zhǎng)成為高反射率，對(duì)于波長(zhǎng)變換后的二次諧波光成為低反射率，與光源對(duì)向一側(cè)的鏡體結(jié)構(gòu)為無(wú)反射結(jié)構(gòu)。然后，使從光源所激發(fā)出的激光，通過(guò)非線性光學(xué)部件的、與光源不對(duì)向一側(cè)端面的鏡體結(jié)構(gòu)以及形成于光源一個(gè)端面的鏡體結(jié)構(gòu)進(jìn)行反射，使激光的能量得到放大，并將通過(guò)非線性光學(xué)部件進(jìn)行波長(zhǎng)變換后的激光從非線性光學(xué)部件的、與光源不對(duì)向一側(cè)端面的鏡體結(jié)構(gòu)射出。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)平06-132595號(hào)公報(bào)(參見(jiàn)第二頁(yè)至第三頁(yè)、圖1及圖2)。
但是，對(duì)于專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述的那種以往二次諧波光發(fā)生裝置來(lái)說(shuō)，因?yàn)槲磳⒓す庹l帶化，所以作為一例能舉出下述問(wèn)題，該問(wèn)題為因溫度而使半導(dǎo)體激光器的激發(fā)波長(zhǎng)產(chǎn)生變動(dòng)，或?qū)τ诜蔷€性光學(xué)部件的變換波長(zhǎng)允許范圍，從光源激發(fā)的激光的激發(fā)波長(zhǎng)范圍較寬，不能進(jìn)行波長(zhǎng)變換的波段的光增多，使變換效率變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種良好射出激光的光源裝置及具備光源裝置的投影機(jī)。
本發(fā)明所涉及的光源裝置其特征為，具備激光光源，激發(fā)預(yù)定波長(zhǎng)的激光；非線性光學(xué)元件，與上述激光光源的光射出面對(duì)向進(jìn)行配置，對(duì)從上述激光光源所射出的激光的激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行變換，并予以射出；體積型相位光柵，與通過(guò)上述非線性光學(xué)元件變換后的變換波長(zhǎng)的激光射出面對(duì)向進(jìn)行配置，在內(nèi)部形成有將激發(fā)波長(zhǎng)的激光有選擇地反射的布拉格光柵結(jié)構(gòu)；以及第一多層電介質(zhì)膜，設(shè)置于上述體積型相位光柵的光射出面，透射變換波長(zhǎng)的激光，反射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
這里，優(yōu)選的是，體積型相位光柵的布拉格光柵對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)的激光以95％以上的反射率使激光進(jìn)行反射，第一多層電介質(zhì)膜對(duì)波長(zhǎng)變換后的激光以5％以下的反射率使激光透射。
根據(jù)如上的發(fā)明，在激光光源及體積型相位光柵之間配設(shè)非線性光學(xué)元件，由體積型相位光柵的布拉格光柵，將激光的激發(fā)波長(zhǎng)窄頻帶化。因此，即便例如因溫度的變動(dòng)等而在激光的激發(fā)波長(zhǎng)方面產(chǎn)生不均、所激發(fā)的激光波段寬頻帶化，也能通過(guò)體積型相位光柵的布拉格光柵將激發(fā)波長(zhǎng)的激光窄頻帶化。因而，即使因溫度的變動(dòng)等而使半導(dǎo)體激光器的激發(fā)波長(zhǎng)不均、波段寬頻帶化，也可以通過(guò)體積型相位光柵將激光的激發(fā)波長(zhǎng)窄頻帶化，使之為一定。因而，使非線性光學(xué)元件中激發(fā)波長(zhǎng)的激光的波長(zhǎng)變換之變換效率得到提高。
另外，由于使非線性光學(xué)元件介于激光光源及體積型相位光柵之間，因而對(duì)于在它們之間往復(fù)的激發(fā)波長(zhǎng)的激光能夠高效率地變換波長(zhǎng)，激光的波長(zhǎng)變換效率更為良好。再者，通過(guò)由體積型相位光柵的第一多層電介質(zhì)膜使激發(fā)波長(zhǎng)的激光更多地反射，而利用激光光源的激光媒介物促進(jìn)激光光源的諧振，增大激光的輸出。因而，使激光的激發(fā)效率及波長(zhǎng)變換效率得到進(jìn)一步提高，可以從光源裝置射出良好的激光。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，具備電介質(zhì)薄膜，設(shè)置于上述體積型相位光柵的光入射面，抑制激發(fā)波長(zhǎng)的激光及變換波長(zhǎng)的激光向上述非線性光學(xué)元件側(cè)的反射。
根據(jù)本發(fā)明，在體積型相位光柵的光入射面形成有電介質(zhì)薄膜，抑制激發(fā)波長(zhǎng)的激光及變換波長(zhǎng)的激光雙方的反射。因此，可以使變換波長(zhǎng)的激光良好入射到體積型相位光柵，能夠使由體積型相位光柵所反射的激發(fā)波長(zhǎng)的激光向非線性光學(xué)元件側(cè)良好地射出。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述非線性光學(xué)元件是具有極化反相結(jié)構(gòu)的體型非線性光學(xué)元件，并且具備第二多層電介質(zhì)膜，設(shè)置于該非線性光學(xué)元件的光入射面，反射變換波長(zhǎng)的激光，透射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
這里，優(yōu)選的是，第二多層電介質(zhì)膜對(duì)變換波長(zhǎng)的激光的反射率為95％以上，對(duì)于激發(fā)波長(zhǎng)的激光則是5％以下的反射率。
根據(jù)本發(fā)明，在非線性光學(xué)元件的光入射面形成有第二多層電介質(zhì)膜，反射變換波長(zhǎng)的激光，并透射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。因此，激發(fā)波長(zhǎng)的激光通過(guò)電介質(zhì)薄膜，并且透射激光光源后的激發(fā)波長(zhǎng)的激光及通過(guò)激光光源新激發(fā)的激光產(chǎn)生諧振。因而，可以利用激光的諧振來(lái)放大激光的輸出，使激發(fā)效率優(yōu)良。另一方面，變換波長(zhǎng)的激光由第二多層電介質(zhì)膜進(jìn)行反射，并從體積型相位光柵的第一多層電介質(zhì)膜射出。因而，變換波長(zhǎng)的激光不用通過(guò)多余的光路，就從第一多層電介質(zhì)膜射出，可以抑制激光的能量損耗，能夠使光源裝置的激發(fā)輸出良好。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述激光光源是面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，具備反射鏡，形成于半導(dǎo)體晶片；和激光媒介物，疊層于該反射鏡上來(lái)形成；并且按反射鏡及激光媒介物的疊層方向來(lái)激發(fā)并輸出激光。
面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器可以在同一半導(dǎo)體晶片內(nèi)放入多個(gè)激光元件，從各個(gè)激光元件激發(fā)的激光按與半導(dǎo)體晶片面大致垂直且相互平行的方向射出。因而，可以使從各個(gè)激光元件所射出的激發(fā)光，入射到上述非線性光學(xué)元件及體積型相位光柵，使各自進(jìn)行波長(zhǎng)變換及激發(fā)光的反射。若采取這種結(jié)構(gòu)，就可以對(duì)多個(gè)面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的激光元件，共用非線性光學(xué)元件和體積型相位光柵元件。優(yōu)選的是，通過(guò)將多個(gè)激光元件接近地形成，而可以按其數(shù)目增加要射出的激光功率，同時(shí)結(jié)構(gòu)也非常緊湊。
另一方面，上述激光光源是端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，具有激光媒介物，夾層于包覆層間；和一對(duì)反射鏡，與該激光媒介物的兩端面對(duì)向進(jìn)行配置；在上述激光光源的光射出面和上述非線性光學(xué)元件之間也可以設(shè)置光平行化機(jī)構(gòu)，使從上述激光光源所射出的激光平行化。
根據(jù)本發(fā)明，激光光源是所謂的端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，以?shī)A層于包覆層間的激光媒介物端面使激光進(jìn)行反射，使激光的輸出放大并予以射出；與激光光源之間夾置將激光變換成平行光的光平行化機(jī)構(gòu)地，配置非線性光學(xué)元件及體積型相位光柵。因此，沒(méi)有由非線性光學(xué)元件進(jìn)行波長(zhǎng)變換的激光可以通過(guò)體積型相位光柵進(jìn)行反射，并經(jīng)過(guò)平行透鏡再?gòu)纳涑霾咳肷涞郊す饷浇槲?，將激光的輸出放大?br> 本發(fā)明所涉及的投影機(jī)，具備光源裝置，射出激光；光調(diào)制元件，將從上述光源裝置所射出的激光按照?qǐng)D像信息進(jìn)行調(diào)制；和投影光學(xué)系統(tǒng)，射出上述調(diào)制后的激光；優(yōu)選的是，上述光源裝置是如上的光源裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在投影機(jī)中，由于利用上述那種光源裝置，不使激發(fā)輸出下降，而射出高效率地進(jìn)行波長(zhǎng)變換后的激光，因而可以防止由能量損耗而引起的消耗電力增大等。另外，還可以利用激光光源，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能小型化的投影機(jī)。


圖1是本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施方式的背投式投影機(jī)的側(cè)剖面圖。
圖2是模式表示在投影單元內(nèi)部構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)概略的模式圖。
圖3是模式表示構(gòu)成光源裝置的激光光源單元概略的剖面圖。
圖4是表示第二實(shí)施方式中光源裝置41的結(jié)構(gòu)概略的模式圖。符號(hào)說(shuō)明3…作為投影機(jī)的投影單元，31…光源裝置，32…構(gòu)成光學(xué)元件的液晶面板，33…構(gòu)成光學(xué)元件的偏振板，34…構(gòu)成光學(xué)元件的十字分色棱鏡，35…投影透鏡，311…激光光源，311A、411C…作為反射鏡的鏡體層，311B、411A…激光媒介物，312…非線性光學(xué)元件，312A…第二多層電介質(zhì)膜，313…作為體積型相位光柵的VBG，313A…布拉格層，313B…第一多層電介質(zhì)膜，313C…電介質(zhì)薄膜，400…作為晶片的基板，412…平行透鏡。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明中的一個(gè)實(shí)施方式。
圖1是本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施方式的背投式投影機(jī)的側(cè)剖面。在圖1中，1是背投式投影機(jī)，該背投式投影機(jī)1大致由殼體2、作為投影機(jī)的投影單元3、控制單元4、反射鏡5和透射型屏幕6構(gòu)成。
殼體2如圖1所示，構(gòu)成為背面?zhèn)?圖1中，是右側(cè))傾斜的箱形，并且在內(nèi)部收存并配置投影單元3、控制單元4及反射鏡5。還有，雖然省略了具體的圖示，但是在殼體2內(nèi)部除了投影單元3、控制單元4及反射鏡5之外，還配設(shè)電源單元，對(duì)背投式投影機(jī)1的各結(jié)構(gòu)部件供給電力；冷卻單元，對(duì)背投式投影機(jī)1內(nèi)部進(jìn)行冷卻；和聲音輸出部，輸出聲音；等。
另外，在該殼體2的前面?zhèn)?圖1中，是左側(cè))，形成平面看矩形狀的開(kāi)口部21，并且在開(kāi)口部21周緣支持并固定透射型屏幕6。
投影單元3配設(shè)于殼體2內(nèi)的底面，根據(jù)從控制單元4所輸出的圖像信號(hào)來(lái)形成圖像光L，將其朝向反射鏡5進(jìn)行放大投影。該投影機(jī)單元3的具體結(jié)構(gòu)將在下面進(jìn)行說(shuō)明。
控制單元4雖然省略了具體的圖示，但是其結(jié)構(gòu)具備調(diào)諧器、IF電路、聲音檢波電路、圖像檢波電路、放大電路及CPU等，用來(lái)對(duì)投影單元3進(jìn)行總體控制。另外，控制單元4例如按照遙控器(未圖示)的操作來(lái)提取與所選擇出的頻道對(duì)應(yīng)的頻率的廣播信號(hào)，將圖像信號(hào)輸出給投影單元3，并且將聲音信號(hào)輸出給聲音輸出部(未圖示)。
反射鏡5配設(shè)于殼體2內(nèi)的上部背面?zhèn)龋脕?lái)將由投影單元3所投影的圖像光L向透射型屏幕6的背面?zhèn)冗M(jìn)行反射。
透射型屏幕6具有矩形形狀，被支持并固定于殼體2的開(kāi)口部21周緣。該透射型屏幕6包括菲涅耳透鏡片61，配設(shè)于背面?zhèn)龋缓碗p凸透鏡片62，配設(shè)于前面?zhèn)取６?，透射型屏?將經(jīng)由反射鏡5所入射的圖像光L通過(guò)菲涅耳透鏡片61變換成平行光，并將上述平行光通過(guò)雙凸透鏡片62變換成放大(擴(kuò)散)光，把圖像光從背面?zhèn)韧队暗角懊鎮(zhèn)?，?lái)顯示投影圖像。
下面，對(duì)于投影單元3的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖2進(jìn)行說(shuō)明。圖2是表示在投影單元內(nèi)部構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)概略的模式圖。
投影單元3具備光源裝置31、液晶面板32、偏振板33、十字分色棱鏡34及投影透鏡35等。還有，由液晶面板32、偏振板33及十字分色棱鏡34來(lái)構(gòu)成本發(fā)明的光學(xué)元件。
光源裝置31根據(jù)從上述控制裝置輸入的控制信號(hào)來(lái)點(diǎn)亮，朝向液晶面板32射出激光。這些光源裝置31具備紅色光用光源裝置31R，射出紅色激光；藍(lán)色光用光源裝置31B，射出藍(lán)色激光；和綠色光用光源裝置31G，射出綠色激光。這些光源裝置31如圖2所示，各自配設(shè)為，與十字分色棱鏡34的側(cè)面三方分別對(duì)向。此時(shí)，夾著十字分色棱鏡34，使得紅色光用光源裝置31R及藍(lán)色光用光源裝置31B相互對(duì)向，并且投影透鏡35及綠色光用光源裝置31G相互對(duì)向地，來(lái)配設(shè)各光源裝置31。還有，這些光源裝置31的詳細(xì)說(shuō)明將在下面進(jìn)行闡述。
液晶面板32例如使用多晶硅TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶體管)來(lái)作為開(kāi)關(guān)元件，從光源裝置31所射出的各色光通過(guò)它們3片液晶面板32和處于它們光束入射側(cè)及射出側(cè)的偏振板33，按照?qǐng)D像信息進(jìn)行調(diào)制而形成光學(xué)像。
偏振板33具備入射側(cè)偏振板331及射出側(cè)偏振板332，配置于液晶面板32的光路前級(jí)側(cè)及光路后級(jí)側(cè)。入射側(cè)偏振板331只使從光源裝置31所射出的各色光之中一定方向的偏振光透射，吸收其他的光束，是在由水晶或藍(lán)寶石等構(gòu)成的基板粘貼偏振膜而成的。射出側(cè)偏振板332的結(jié)構(gòu)也和入射側(cè)偏振板331大致相同，只使從液晶面板32所射出的光束之中預(yù)定方向的偏振光透射，并吸收其他的光束。另外，既可以不使用基板，而將偏振膜粘貼于十字分色棱鏡34，也可以把基板粘貼于十字分色棱鏡34。這些入射側(cè)偏振板331及射出側(cè)偏振板332設(shè)定為，相互偏振軸的方向正交。
十字分色棱鏡34是一種光學(xué)元件，用來(lái)合成從各液晶面板32所射出的按每種色光調(diào)制后的光學(xué)像，而形成彩色圖像。該十字分色棱鏡34呈粘貼了4個(gè)直角棱鏡的平面看大致正方形狀，并且在粘貼直角棱鏡之間的界面，形成2個(gè)多層電介質(zhì)膜。這些多層電介質(zhì)膜反射從相互對(duì)向的各液晶面板32所射出的各色光，并透射從與投影透鏡35對(duì)向的液晶面板32所射出的色光。這樣一來(lái)，就合成由各液晶面板32調(diào)制后的各色光，而形成彩色圖像。
投影透鏡35作為組合了多個(gè)透鏡的透鏡組來(lái)構(gòu)成。而且，該投影透鏡35形成基于彩色圖像的圖像光L并將其朝向反射鏡5進(jìn)行放大投影，該彩色圖像由十字分色棱鏡34來(lái)形成。
(光源裝置的結(jié)構(gòu))下面，對(duì)于光源裝置31的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖3進(jìn)行說(shuō)明。圖3是模式表示構(gòu)成光源裝置的激光光源單元概略的剖面圖。
在此，光源裝置31通過(guò)例如并列配置多個(gè)激光光源單元31A，來(lái)構(gòu)成。該激光光源單元31A如圖3所示，具備激光光源311，用來(lái)激發(fā)激光；非線性光學(xué)元件312，用來(lái)變換由激光光源311所激發(fā)出的激光的波長(zhǎng)；以及作為體積型相位光柵的VBG(Volume Bragg Grating)313，透射由非線性光學(xué)元件312進(jìn)行過(guò)波長(zhǎng)變換的激光，反射沒(méi)有進(jìn)行波長(zhǎng)變換的激光。
激光光源311如圖3所示，形成于作為半導(dǎo)體晶片的基板400上，并且具備作為反射鏡的鏡體(mirror)層311A和疊層于鏡體層311A表面的激光媒介物311B。
鏡體層311A直接形成于基板400上。也就是說(shuō)，鏡體層311A在基板400的晶片制造階段，采用蒸鍍等的方法直接把電介質(zhì)疊層并形成為層狀，并利用這些電介質(zhì)來(lái)形成鏡體層311A。另外，鏡體層311A是高折射率的層和低折射率的層進(jìn)行疊層而成的，各層的厚度根據(jù)激光的波長(zhǎng)和各層的折射率，已按反射光產(chǎn)生干涉且相互增強(qiáng)的條件進(jìn)行了設(shè)定。
激光媒介物311B形成在鏡體層311A的上面。該激光媒介物311B連接著未圖示的通電機(jī)構(gòu)，若從通電機(jī)構(gòu)流通預(yù)定量電流，則激發(fā)預(yù)定波長(zhǎng)(下面，將所激發(fā)出的激光的波長(zhǎng)稱(chēng)為激發(fā)波長(zhǎng))的激光。另外，激光媒介物311B使通過(guò)的激發(fā)波長(zhǎng)的激光得到放大。也就是說(shuō)，由鏡體層311A、下述的VBG所反射的激光和通過(guò)激光媒介物新激發(fā)的激光產(chǎn)生諧振進(jìn)行放大，按與基板400大致正交的方向射出。
非線性光學(xué)元件312與激光光源311的激光媒介物311B對(duì)向，配置在從激光光源311激發(fā)的激光的光路上。該非線性光學(xué)元件312通過(guò)在例如LN(LiNbO3)或LT(LiTaO3)等的無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料結(jié)晶基板內(nèi)部，每隔預(yù)定間隔交替形成極化方向相互反相的2個(gè)區(qū)域312B及區(qū)域312C，而形成為極化反相結(jié)構(gòu)。這里所謂的每隔預(yù)定間隔指的是，根據(jù)由激光光源311激發(fā)的激光波長(zhǎng)和非線性光學(xué)元件的折射率分布來(lái)適當(dāng)決定的間隔。該非線性光學(xué)元件312由從激光光源311所射出的激光波長(zhǎng)來(lái)生成二次諧波(下面，將由非線性光學(xué)元件312變換后的波長(zhǎng)稱(chēng)為變換波長(zhǎng))。例如，由從激光光源311激發(fā)的激發(fā)波長(zhǎng)1064nm的紅外激光，生成波長(zhǎng)為532nm的綠色激光。
再者，在非線性光學(xué)元件312中，要射出的變換波長(zhǎng)的激光的發(fā)光強(qiáng)度與所入射的激發(fā)波長(zhǎng)的激光發(fā)光強(qiáng)度的平方大致成比例。因此，為了使變換效率得到提高，重要的是增大原來(lái)的激發(fā)波長(zhǎng)的激光的發(fā)光強(qiáng)度。
而且，在非線性光學(xué)元件312的激光光源311側(cè)的光入射面，形成第二多層電介質(zhì)膜312A。該第二多層電介質(zhì)膜312A對(duì)于激發(fā)波長(zhǎng)的激光以95％以上的透射率將其透射，對(duì)于變換波長(zhǎng)的激光以95％以上的反射率將其反射。
VBG313用來(lái)將激發(fā)波長(zhǎng)的激光窄頻帶化，并進(jìn)行反射。該VBG313具備布拉格層313A，沿著激光的光路進(jìn)行疊層；第一多層電介質(zhì)膜313B，形成于布拉格層313A的、和非線性光學(xué)元件312相反側(cè)的外側(cè)端面；以及電介質(zhì)薄膜313C，形成于布拉格層313A的非線性光學(xué)元件312側(cè)端面。
布拉格層313A是對(duì)以SiO2為主體的如堿鋁硼硅酸鹽玻璃等的玻璃層照射預(yù)定波長(zhǎng)的紫外線，并在玻璃層中將折射率不同的干涉圖形形成為層狀而成的。通過(guò)該布拉格層313A，只是有選擇地反射激發(fā)波長(zhǎng)的激光，將激光的激發(fā)波段窄頻帶化。也就是說(shuō)，一般從半導(dǎo)體激光器激發(fā)的激光在增益頻帶之中激發(fā)多個(gè)縱向波型，并且因溫度變動(dòng)等的影響它們的波長(zhǎng)產(chǎn)生變化。這樣，激光的波段由于一般情況下對(duì)于能由非線性光學(xué)元件312進(jìn)行波長(zhǎng)變換的允許波段較寬，因而非線性光學(xué)元件312中的波長(zhǎng)變換效率下降。對(duì)此，VBG312的布拉格層313A只使從半導(dǎo)體激光器所射出的激光之中特定波長(zhǎng)的激光進(jìn)行反射，將激光的激發(fā)波長(zhǎng)窄頻帶化。另一方面，由非線性光學(xué)元件312進(jìn)行過(guò)波長(zhǎng)變換的變換波長(zhǎng)的激光透射布拉格層313A，入射到第一多層電介質(zhì)膜313B。
第一多層電介質(zhì)膜313B是所謂的二向性濾光器，透射變換波長(zhǎng)的激光，并反射除此以外的波長(zhǎng)的激光。例如，對(duì)于綠色光用光源裝置31G來(lái)說(shuō)，反射作為激發(fā)波長(zhǎng)的激光的紅色激光，透射作為變換波長(zhǎng)的綠色激光。此時(shí)，第一多層電介質(zhì)膜313B對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)的激光以95％以上的反射率將其反射，對(duì)變換波長(zhǎng)的激光以95％以上的透射率將其透射，使之從光源裝置31射出。
電介質(zhì)薄膜313C采用單層或多層的AR涂層(anti-reflective coating，抗反射涂層)來(lái)形成，對(duì)于激發(fā)波長(zhǎng)的激光及變換波長(zhǎng)的激光雙方以98％以上的透射率將其透射。
另外，上述非線性光學(xué)元件312及VBG313配置在相對(duì)從激光光源射出的激光的光軸大致正交的面上。
(光源裝置的工作)下面，對(duì)于上述本實(shí)施方式的背投式投影機(jī)1的投影單元3的光源裝置31的工作及作用，進(jìn)行說(shuō)明。
光源裝置31若按照控制單元4的控制，向激光光源311的激光媒介物311B流通電流，則激發(fā)預(yù)定波長(zhǎng)的激光。例如，對(duì)于綠色光用光源裝置31G來(lái)說(shuō)，若對(duì)激光媒介物311B接通了電流，則激發(fā)例如波長(zhǎng)為1064nm的紅外激光。這里，所激發(fā)出的激光之中、按相對(duì)基板400大致正交的方向行進(jìn)的激光，從激光媒介物311B的非線性光學(xué)元件312側(cè)端面射出。另外，向基板400側(cè)行進(jìn)的激光也被第二多層電介質(zhì)膜312A進(jìn)行反射，再經(jīng)過(guò)激光媒介物，向非線性光學(xué)元件312側(cè)射出。
然后，通過(guò)非線性光學(xué)元件312，對(duì)所入射的激發(fā)波長(zhǎng)的激光進(jìn)行波長(zhǎng)變換。例如，通過(guò)綠色光用光源裝置31G，將由激光光源311所激發(fā)出的紅外激光波長(zhǎng)變換成波長(zhǎng)為532nm的綠色激光。
此后，透射非線性光學(xué)元件312后的激光入射到VBG313。然后，VBG313的布拉格層313A只使所入射的激光之中的、所設(shè)定的特定波長(zhǎng)的激光進(jìn)行反射。因此，與溫度的變動(dòng)等無(wú)關(guān)地，激光的激發(fā)波長(zhǎng)總是一定，并且可以同時(shí)將激發(fā)的激光窄頻帶化。
另一方面，由非線性光學(xué)元件312變換后的變換波長(zhǎng)的激光透射布拉格層313A及第一多層電介質(zhì)膜313B。透射該第一多層電介質(zhì)膜313B后的激光入射到液晶面板32、偏振板33及十字分色棱鏡34，和其他的激光進(jìn)行合成，并從投影透鏡35作為圖像光L進(jìn)行投影。
另外，由VBG313所反射的激發(fā)波長(zhǎng)的激光再入射到非線性光學(xué)元件312，進(jìn)行波長(zhǎng)變換。此時(shí)，所反射的激發(fā)波長(zhǎng)的激光因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)已被窄頻帶化，所以非線性光學(xué)元件312的變換效率得到提高。
然后，在此波長(zhǎng)變換后的激光及由VBG313所反射的變換波長(zhǎng)的激光通過(guò)第二多層電介質(zhì)膜312A進(jìn)行反射，再入射到VBG313側(cè)，并從第一多層電介質(zhì)膜313B射出。因此，不用使變換波長(zhǎng)的激光在多余的光路上行進(jìn)，可以抑制激光的輸出下降。另外，沒(méi)有由該非線性光學(xué)元件312進(jìn)行波長(zhǎng)變換的激發(fā)波長(zhǎng)的激光透射第二多層電介質(zhì)膜312A，向激光光源入射。
然后，入射到激光光源的激發(fā)波長(zhǎng)的激光和由激光媒介物新激發(fā)的激光產(chǎn)生諧振。因此，激光的激光輸出得到放大，并再次朝向非線性光學(xué)元件312射出。
如上所述，在上述光源裝置31中，由VBG將激發(fā)波長(zhǎng)的激光窄頻帶化，使其在激光光源的鏡體層311A及VBG313的第一多層電介質(zhì)膜313B之間進(jìn)行往復(fù)。因此，可以進(jìn)一步放大激光的輸出，使波長(zhǎng)變換的效率也得到進(jìn)一步提高。
另外，在使用面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器時(shí)，可以在同一半導(dǎo)體晶片的基板400內(nèi)使多個(gè)激光元件接近地形成，此時(shí)射出的激光相互平行地射出。因此，可以共用同一非線性光學(xué)元件312及VBG313。由于如此將多個(gè)激光元件加以集成，因而不使光源裝置31大型化，而可以按激光元件的數(shù)目增大要輸出的激光輸出。
下面，根據(jù)附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。在下面的說(shuō)明中，對(duì)和上述第一實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)及相同的部件附上相同的符號(hào)，其詳細(xì)的說(shuō)明予以省略或簡(jiǎn)化。圖4是表示第二實(shí)施方式中光源裝置41的結(jié)構(gòu)概略的模式圖。
在第二實(shí)施方式中，取代第一實(shí)施方式中收置于投影單元3內(nèi)部的光源裝置31，而使用光源裝置41，該光源裝置41使用所謂的端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器。
(光源裝置的結(jié)構(gòu))第二實(shí)施方式中的光源裝置41如圖4所示，具備長(zhǎng)條狀的激光光源411、平行透鏡412、非線性光學(xué)元件312及VBG313。
激光光源411是長(zhǎng)條狀的激光媒介物411A夾層于包覆層411B間的所謂端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器。在該激光媒介物411A的長(zhǎng)度方向兩個(gè)端面，形成作為反射鏡的鏡體層411C，通過(guò)在鏡體層411C間使激光進(jìn)行反射，使激光的輸出得到放大。在激光媒介物411A設(shè)置未圖示的通電機(jī)構(gòu)，若按照控制單元4的控制從通電機(jī)構(gòu)流通預(yù)定量的電流，則激發(fā)預(yù)定的激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
鏡體層411C如上所述，形成于激光媒介物411A的兩端面，通過(guò)使由激光媒介物411A所激發(fā)出的激光在該鏡體層411C間進(jìn)行反射，使激光產(chǎn)生諧振，使輸出得到放大。另外，在一方的鏡體層411C，與作為光平行化機(jī)構(gòu)的平行透鏡412對(duì)向來(lái)形成射出部411D，從該射出部411D射出所激發(fā)出的激光。
平行透鏡412將從激光光源411的射出部411D所射出的激光變換成平行光束。
非線性光學(xué)元件312具有和第一實(shí)施方式的非線性光學(xué)元件312相同的結(jié)構(gòu)，并且與平行透鏡412對(duì)向進(jìn)行配置。在非線性光學(xué)元件312的平行透鏡412側(cè)的端面，形成第二多層電介質(zhì)膜312A。
VBG313具有和第一實(shí)施方式的VBG313相同的結(jié)構(gòu)，并且與非線性光學(xué)元件312對(duì)向進(jìn)行配置。而且，在VBG313的射出側(cè)端面，形成第一多層電介質(zhì)膜313B，在入射側(cè)端面形成電介質(zhì)薄膜313C。
(光源裝置的工作)下面，對(duì)于上述第二實(shí)施方式的光源裝置41的工作，進(jìn)行說(shuō)明。
光源裝置41，若按照控制單元4的控制，向激光光源411的激光媒介物411A流通電流，則激發(fā)預(yù)定波長(zhǎng)的激光。這里，所激發(fā)出的激光通過(guò)激光媒介物411A的兩個(gè)端面的鏡體層411C進(jìn)行反射，在激光媒介物411A內(nèi)進(jìn)行往復(fù)。然后，在該激光媒介物411A內(nèi)進(jìn)行往復(fù)的期間，和新激發(fā)的激光等產(chǎn)生諧振，其輸出得到放大。然后，放大后的激光一部分從射出部411D向平行透鏡412側(cè)射出。
然后，從射出部411D所射出的激光由平行透鏡412變換成平行光束，入射到非線性光學(xué)元件312，由非線性光學(xué)元件312對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)的激光進(jìn)行波長(zhǎng)變換。
隨后，透射非線性光學(xué)元件312后的激光入射到VBG313。然后，VBG313的布拉格層313A只使所入射的激光之中的激發(fā)波長(zhǎng)的激光進(jìn)行反射，將激發(fā)波長(zhǎng)的激光窄頻帶化。另一方面，由非線性光學(xué)元件312變換后的變換波長(zhǎng)的激光透射布拉格層313A及第一多層電介質(zhì)膜313B，從光源裝置31射出。
另外，由VBG313所反射的激發(fā)波長(zhǎng)的激光再次入射到非線性光學(xué)元件312，進(jìn)行波長(zhǎng)變換。然后，在此進(jìn)行波長(zhǎng)變換后的激光及由VBG313所反射的一部分的變換波長(zhǎng)的激光通過(guò)第二多層電介質(zhì)膜312A進(jìn)行反射，再次入射到VBG313側(cè)，從第一多層電介質(zhì)膜313B射出。另一方面，沒(méi)有由該非線性光學(xué)元件312進(jìn)行波長(zhǎng)變換的激發(fā)波長(zhǎng)的激光透射第二多層電介質(zhì)膜312A，向平行透鏡412側(cè)射出。然后，從第二多層電介質(zhì)膜312A向激光光源411側(cè)所射出的激光通過(guò)平行透鏡412，朝向激光光源411的射出部411D會(huì)聚光束，并從射出部411D入射到激光媒介物411A內(nèi)。
然后，入射到激光光源411的激發(fā)波長(zhǎng)的激光和由激光媒介物411A新激發(fā)的激光產(chǎn)生諧振，激光輸出得到放大。
上述那種第二實(shí)施方式的光源裝置41和第一實(shí)施方式的光源裝置31相同，在激光光源411及VBG313之間配置非線性光學(xué)元件312，并且在VBG313的射出側(cè)端面形成透射變換波長(zhǎng)的激光的第一多層電介質(zhì)膜。因此，和第一實(shí)施方式相同，即使因溫度的變動(dòng)等而在激光的激發(fā)波長(zhǎng)方面產(chǎn)生不均，也可以通過(guò)VBG313的布拉格層313A使激發(fā)波長(zhǎng)的激光窄頻帶化，能夠使非線性光學(xué)元件312中激發(fā)波長(zhǎng)的激光的波長(zhǎng)變換效率得到提高。
另外，使用下述所謂的端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，夾置將激光變換成平行光的平行透鏡412來(lái)配置非線性光學(xué)元件312及VBG313，上述端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器作為激光光源411，通過(guò)長(zhǎng)度方向的激光媒介物411A的兩端面的鏡體層411C使激光進(jìn)行反射，使激光的輸出得到放大，并使放大后的激光從射出部411D射出。因此，沒(méi)有由非線性光學(xué)元件312進(jìn)行波長(zhǎng)變換的激光可以由VBG313進(jìn)行窄頻帶化將其反射，并經(jīng)過(guò)平行透鏡412再次從射出部411D入射到激光媒介物411A，來(lái)放大激光的輸出。因而，即便是端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，也可以使激發(fā)效率得到提高。
還有，本發(fā)明并不限定為上述實(shí)施方式，可達(dá)到本發(fā)明目的的范圍內(nèi)的變形、改良等均包括于本發(fā)明中。
例如，在上述第一及第二實(shí)施方式中，表示出紅色光用光源裝置31R、藍(lán)色光用光源裝置31B及綠色光用光源裝置31G全都如圖3所示，具備激光光源311、非線性光學(xué)元件312及VBG313的結(jié)構(gòu)，但是不限于此。也就是說(shuō)，紅色激光及藍(lán)色激光可以通過(guò)作為激光媒介物的半導(dǎo)體激光元件選擇適當(dāng)?shù)募す庠?，而直接從激光光?11使之激發(fā)紅色激光及藍(lán)色激光。因而，也可以對(duì)紅色光用光源裝置31R及藍(lán)色光用光源裝置31B，利用以往的面發(fā)光型或端面發(fā)光型的半導(dǎo)體激光器，只對(duì)綠色光用光源裝置31G，利用上述圖3所示的那種光源裝置31。
再者，雖然第二多層電介質(zhì)膜312A透射激發(fā)波長(zhǎng)的激光，反射變換波長(zhǎng)的激光，但是也可以是對(duì)雙方都進(jìn)行透射的結(jié)構(gòu)。
另外，在上述實(shí)施方式中，雖然作為構(gòu)成非線性光學(xué)元件312的非線性光學(xué)材料，示例出LN(LiNbO3)和LT(LiTaO3)，但是除此之外，還可以利用KNbO3、BNN(Ba2NaNb5O15)、KTP(KTiOPO4)、KTA(KTiOAsO4)、BBO(β-BaB2O4)及LBO(LiB3O7)等的無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料。另外，也可以使用間硝基苯胺、2-甲基-4-硝基苯胺、查爾酮、二氰基乙烯基苯甲醚、3，5-二甲基-1-(4-硝基苯基)吡唑及N-甲氧基甲基-4-硝基苯胺等的低分子有機(jī)材料或極化聚合物等的有機(jī)非線性光學(xué)材料。
再者，在上述實(shí)施方式中，雖然表示出非線性光學(xué)元件312及VBG313由多個(gè)激光元件共用的例子，但是不限于此，也可以為對(duì)各激光元件分別各設(shè)置1個(gè)。
而且，在上述第一及第二實(shí)施方式中，雖然示例出構(gòu)成投影單元3的光源裝置31、41，該投影單元3裝載于背投式投影機(jī)1中，但是不限于此，也可以利用于正投式投影機(jī)等其他類(lèi)型的投影機(jī)中。例如，除了透射型的液晶光閥和反射型的液晶光閥之外，還可以采用數(shù)字微鏡器件(德克薩斯儀器公司的商標(biāo))。
實(shí)施本發(fā)明所需的最佳結(jié)構(gòu)等雖然在上面的記述中已進(jìn)行了公示，但是本發(fā)明并不限定于此。也就是說(shuō)，本發(fā)明雖然主要對(duì)于特定的實(shí)施方式特別進(jìn)行了圖示及說(shuō)明，但是在不脫離本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及目的范圍的狀況下，對(duì)于上面所述的實(shí)施方式，可以在形狀、材料性質(zhì)、數(shù)量及其他詳細(xì)的結(jié)構(gòu)方面，由本領(lǐng)域技術(shù)人員加以各種各樣的變形。
因而，對(duì)上面所公示的形狀、材料性質(zhì)等做出限定的記述是為了使本發(fā)明的理解變得容易而示例記述的，并不用來(lái)限定本發(fā)明，因此，它們的形狀、材料性質(zhì)等限定一部分或全部限定之外的部件名稱(chēng)上的記述均包括于本發(fā)明中。
本發(fā)明可以利用于射出激光的光源裝置及具備該光源裝置的投影機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種光源裝置，其特征為，具備激光光源，其激發(fā)預(yù)定波長(zhǎng)的激光；非線性光學(xué)元件，其與上述激光光源的光射出面對(duì)向進(jìn)行配置，對(duì)從上述激光光源所射出的激光的激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行變換，將該激光射出；體積型相位光柵，其與通過(guò)上述非線性光學(xué)元件變換后的變換波長(zhǎng)的激光的射出面對(duì)向進(jìn)行配置，在內(nèi)部形成有將激發(fā)波長(zhǎng)的激光有選擇地反射的布拉格光柵結(jié)構(gòu)；以及第一多層電介質(zhì)膜，其設(shè)置于上述體積型相位光柵的光射出面，透射變換波長(zhǎng)的激光，反射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征為具備電介質(zhì)薄膜，其設(shè)置于上述體積型相位光柵的光入射面，抑制激發(fā)波長(zhǎng)的激光及變換波長(zhǎng)的激光向上述非線性光學(xué)元件側(cè)的反射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征為上述非線性光學(xué)元件是具有極化反相結(jié)構(gòu)的體型非線性光學(xué)元件，具備第二多層電介質(zhì)膜，其設(shè)置于該非線性光學(xué)元件的光入射面，反射變換波長(zhǎng)的激光，透射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源裝置，其特征為上述非線性光學(xué)元件是具有極化反相結(jié)構(gòu)的體型非線性光學(xué)元件，具備第二多層電介質(zhì)膜，其設(shè)置于該非線性光學(xué)元件的光入射面，反射變換波長(zhǎng)的激光，透射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的光源裝置，其特征為上述激光光源是面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，具備反射鏡，其形成于半導(dǎo)體晶片；和激光媒介物，其疊層于該反射鏡之上來(lái)形成；按反射鏡及激光媒介物的疊層方向激發(fā)輸出激光，上述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，在同一半導(dǎo)體晶片之上形成有多個(gè)激光元件，這些激光元件共用上述非線性光學(xué)元件和上述體積型相位光柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的光源裝置，其特征為上述激光光源是端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，具備激光媒介物，其夾層于包覆層間；和一對(duì)反射鏡，其與該激光媒介物的兩端面對(duì)向進(jìn)行配置；在上述激光光源的光射出面和上述非線性光學(xué)元件之間設(shè)置有光平行化機(jī)構(gòu)，其使從上述激光光源所射出的激光平行化。
7.一種投影機(jī)，具備光源裝置，其射出激光；光調(diào)制元件，其將從上述光源裝置所射出的激光按照?qǐng)D像信息進(jìn)行調(diào)制；以及投影光學(xué)系統(tǒng)，其射出上述調(diào)制后的激光；其特征為，上述光源裝置，具備激光光源，其激發(fā)預(yù)定波長(zhǎng)的激光；非線性光學(xué)元件，其與上述激光光源的光射出面對(duì)向進(jìn)行配置，對(duì)從上述激光光源所射出的激光的激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行變換，將該激光射出；體積型相位光柵，其與通過(guò)上述非線性光學(xué)元件變換后的變換波長(zhǎng)的激光的射出面對(duì)向進(jìn)行配置，在內(nèi)部形成有將激發(fā)波長(zhǎng)的激光有選擇地反射的布拉格光柵結(jié)構(gòu)；以及第一多層電介質(zhì)膜，其設(shè)置于上述體積型相位光柵的光射出面，透射變換波長(zhǎng)的激光，反射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影機(jī)，其特征為具備電介質(zhì)薄膜，其設(shè)置于上述體積型相位光柵的光入射面，抑制激發(fā)波長(zhǎng)的激光及變換波長(zhǎng)的激光向上述非線性光學(xué)元件側(cè)的反射。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影機(jī)，其特征為上述非線性光學(xué)元件是具有極化反相結(jié)構(gòu)的體型非線性光學(xué)元件，具備第二多層電介質(zhì)膜，其設(shè)置于該非線性光學(xué)元件的光入射面，反射變換波長(zhǎng)的激光，透射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投影機(jī)，其特征為上述非線性光學(xué)元件是具有極化反相結(jié)構(gòu)的體型非線性光學(xué)元件，具備第二多層電介質(zhì)膜，其設(shè)置于該非線性光學(xué)元件的光入射面，反射變換波長(zhǎng)的激光，透射激發(fā)波長(zhǎng)的激光。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)所述的投影機(jī)，其特征為上述激光光源是面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，具備反射鏡，其形成于半導(dǎo)體晶片；和激光媒介物，其疊層于該反射鏡之上來(lái)形成；按反射鏡及激光媒介物的疊層方向激發(fā)輸出激光，上述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器在同一半導(dǎo)體晶片之上形成有多個(gè)激光元件，這些激光元件共用上述非線性光學(xué)元件和上述體積型相位光柵。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)所述的投影機(jī)，其特征為上述激光光源是端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，具備激光媒介物，其夾層于包覆層間；和一對(duì)反射鏡，其與該激光媒介物的兩端面對(duì)向進(jìn)行配置；在上述激光光源的光射出面和上述非線性光學(xué)元件之間設(shè)置有光平行化機(jī)構(gòu)，其使從上述激光光源所射出的激光平行化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種良好射出激光的光源裝置及投影單元。在投影單元的光源裝置中，在激光光源(311)及VBG(313)之間配置非線性光學(xué)元件(312)，VBG(313)具備布拉格層(313A)，將激發(fā)波長(zhǎng)的激光以95％以上的反射率進(jìn)行反射；和第一多層電介質(zhì)膜(313B)，透射變換波長(zhǎng)的激光。因此，可以由VBG(313)的布拉格層(313A)將激光的激發(fā)波長(zhǎng)窄頻帶化，使激光的激發(fā)效率及波長(zhǎng)變換效率得到提高，能夠從光源裝置射出良好的激光。
文檔編號(hào)G02F1/35GK1983018SQ200610167028
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者小松朗, 米窪政敏, 永田光夫, 武田高司 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社