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Title:
SOLID-STATE LASER APPARATUS, DISPLAY APPARATUS AND WAVELENGTH CONVERTING ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/093545
Kind Code:
A1
Abstract:
A solid-state laser apparatus is provided with a semiconductor laser light source for emitting a laser beam; an optical resonator, which includes a solid-state laser medium excited by entry of the laser beam to oscillate a fundamental wave laser beam, and a mirror; and a quasi phase matching type wavelength converting element, which is arranged inside the optical resonator and converts the wavelength of the fundamental laser beam. In the quasi phase matching type wavelength converting element, a polarization inversion region having a constant cycle is formed, and the length of the polarization inversion region in the optical axis direction is 1.0mm or shorter.

Inventors:
YOKOYAMA, Toshifumi (())
横山 敏史 (())
YAMAMOTO, Kazuhisa (())
山本 和久 (())
Application Number:
JP2008/050583
Publication Date:
August 07, 2008
Filing Date:
January 18, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. (1006, Oaza Kadoma Kadoma-sh, Osaka 01, 5718501, JP)
松下電器産業株式会社 (〒01 大阪府門真市大字門真1006番地 Osaka, 5718501, JP)
YOKOYAMA, Toshifumi (())
横山 敏史 (())
YAMAMOTO, Kazuhisa (())
International Classes:
H01S3/109; G02F1/37
Domestic Patent References:
WO2007032402A1
Foreign References:
JPH0772521A
JPH07120798A
JPH07261212A
JPH07261218A
JP2000124533A
JP2000183433A
JPH117050A
JP2003075877A
JP2000040848A
JPS63304686A
JPH10242546A
JPH07106681A
JPH07211974A
JPH04247674A
JP2000315832A
JP2000138405A
JP2003305585A
Attorney, Agent or Firm:
KOTANI, Etsuji et al. (Osaka Nakanoshima Building 2nd Floor, 2-2 Nakanoshima 2-chome, Kita-ku,Osaka-sh, Osaka 05, 5300005, JP)
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Claims:
 レーザー光を出射する半導体レーザー光源と、
 前記レーザー光の入射により励起されて基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、
 前記光共振器の内部に配置され、前記基本波レーザー光の波長を変換する擬似位相整合型波長変換素子とを備え、
 前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、
 前記分極反転領域の光軸方向の長さは、1.0mm以下であることを特徴とする固体レーザー装置。
 前記分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、0.3mm以上0.6mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の固体レーザー装置。
 前記分極反転領域は、
 第1の周期を有する第1の分極反転領域と、
 前記第1の周期より短い第2の周期を有する第2の分極反転領域とを含み、
 前記第2の分極反転領域の長さは、前記第1の分極反転領域の長さより短いことを特徴とする請求項1に記載の固体レーザー装置。
 前記第1及び第2の分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、1.2mm以下であることを特徴とする請求項3に記載の固体レーザー装置。
 前記第1の分極反転領域の光軸方向の長さは、0.1mm以上0.2mm以下であり、
 前記第2の分極反転領域の光軸方向の長さは、0.3mm以上1.0mm以下であることを特徴とする請求項4に記載の固体レーザー装置。
 前記擬似位相整合型波長変換素子の近傍に配置され、前記擬似位相整合型波長変換素子を加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記加熱装置は、電熱ヒーターであることを特徴とする請求項6に記載の固体レーザー装置。
 前記加熱装置は、紫外光源であることを特徴とする請求項6に記載の固体レーザー装置。
 前記擬似位相整合型波長変換素子の温度が制御基準温度よりも低い場合に、前記半導体レーザー光源に定格最大電流を供給して前記半導体レーザー光源の立ち上げ動作を制御する制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記ミラーは、前記固体レーザー媒質及び前記擬似位相整合型波長変換素子の光入射面に対して45度の傾きを有して配置され、
 前記レーザー光は、前記ミラーを介して前記固体レーザー媒質に入射するとともに、前記基本波レーザー光は、前記ミラーを介して前記擬似位相整合型波長変換素子に入射し、
 前記擬似位相整合型波長変換素子により変換された高調波レーザー光は、前記ミラーを介して出射することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記固体レーザー媒質と前記擬似位相整合型波長変換素子とは、それぞれ異なるヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項10に記載の固体レーザー装置。
 前記レーザー光の発振波長を固定する発振波長固定部をさらに備えることを特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記半導体レーザー光源は、複数の活性領域から励起光を出射する半導体素子を含み、
 前記半導体素子の前記複数の活性領域をそれぞれ独立に駆動して前記励起光を制御する制御部をさらに備え、
 前記制御部は、前記複数の活性領域の中から選択的に活性領域を駆動することにより、前記励起光により励起される前記固体レーザー媒質の基本波レーザー光を発生する発生部の位置を時間的に変化させて前記擬似位相整合型波長変換素子からマルチビームの高調波レーザー光を出射させることを特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記半導体素子は、独立して駆動可能な複数の活性領域を有する半導体レーザーアレイ素子であることを特徴とする請求項13に記載の固体レーザー装置。
 前記半導体素子は、それぞれの活性領域から励起光を出射する、並列に配置された複数の半導体レーザー素子であることを特徴とする請求項13に記載の固体レーザー装置。
 前記分極反転領域は、周期の位相が異なる部分を有する請求項13~15のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする請求項13~16のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記制御部は、所定の動作時間内に設定された各設定時間に動作させる動作活性領域を前記複数の活性領域の中から選択して駆動することにより、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることを特徴とする請求項13~17のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記制御部は、前記動作活性領域として、前記複数の活性領域の中から1つの活性領域を選択し、選択した活性領域から出射される励起光を増大させて前記固体レーザー媒質を励起することにより、前記固体レーザー媒質中に前記基本波レーザー光を発生する2以上の前記発生部を生じさせ、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることを特徴とする請求項18に記載の固体レーザー装置。
 前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第1の設定時間及び第2の設定時間としたとき、前記第1の設定時間において選択された活性領域が、前記第2の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動することを特徴とする請求項18又は19に記載の固体レーザー装置。
  前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第1の設定時間及び第2の設定時間としたとき、前記第1の設定時間において選択された活性領域及び当該活性領域に隣接する活性領域が、前記第2の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動することを特徴とする請求項18又は19に記載の固体レーザー装置。
 前記設定時間が切り替わる周波数は、60Hz以上、前記固体レーザー媒質の緩和振動周波数以下であることを特徴とする請求項18~21のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 前記ミラーの外部に配置される回折格子をさらに備えることを特徴とする請求項13~22のいずれか1項に記載の固体レーザー装置。
 画像変換デバイスと、
 前記画像変換デバイスを照射するための照明光源とを備え、
 前記照明光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、
 前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源のうちの少なくとも1つは、請求項1~23のいずれか1項に記載の固体レーザー装置からなることを特徴とする表示装置。
 前記画像変換デバイスは、2次元空間変調デバイスを含み、
 前記照明光源は、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射したレーザー光を合波して前記2次元空間変調デバイスを照射することを特徴とする請求項24に記載の表示装置。
 前記画像変換デバイスは、3枚の透過型液晶表示パネルを含み、
 前記透過型液晶表示パネルは、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射するレーザー光に対応してそれぞれ配置され、
 前記透過型液晶表示パネルを透過した映像光は、合波プリズムにより合波された後に投射されることを特徴とする請求項24に記載の表示装置。
 液晶表示パネルと、
 前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、
 前記バックライト照明装置は、複数のレーザー光源を含み、
 前記複数のレーザー光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、
 前記緑色光源は、請求項1~23のいずれか1項に記載の固体レーザー装置からなることを特徴とする表示装置。
 前記固体レーザー装置は、前記液晶表示パネルの背面側に複数個配置されることを特徴とする請求項27に記載の表示装置。
 前記固体レーザー装置のうち、隣接する固体レーザー装置の高調波レーザー光の波長は、1nm以上20nm以下の範囲で互いに異なることを特徴とする請求項28記載の表示装置。
 前記擬似位相整合型波長変換素子近傍に配置され、装置内の発熱部からの熱を前記擬似位相整合型波長変換素子に伝達する伝熱部をさらに備えることを特徴とする請求項24~29のいずれか1項に記載の表示装置。
 前記発熱部は、前記赤色光源及び前記青色光源の少なくとも一方であることを特徴とする請求項30に記載の表示装置。
 半導体レーザー光源からのレーザー光の入射により励起されて基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器の内部に配置され、前記基本波レーザー光の波長を変換する擬似位相整合型波長変換素子であって、
 前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、
 前記分極反転領域の光軸方向の長さは、1.0mm以下であることを特徴とする波長変換素子。
Description:
固体レーザー装置、表示装置及 波長変換素子

 本発明は、固体レーザー装置、表示装置 び波長変換素子に関し、具体的には、温度 動による波長変換効率の低下を抑制して安 な出力を得る固体レーザー装置、該固体レ ザー装置を用いた表示装置、及び該固体レ ザー装置に用いられる波長変換素子に関す ものである。

 光ディスク装置やレーザープリンタ等に いては、青色レーザー光等を含めて半導体 ーザー光源が多く用いられている。そして 半導体レーザー光源の高出力化に伴い、投 型表示装置への応用や液晶表示装置のバッ ライト用途への応用も検討され始めている これらの応用に対しては、3原色である赤色 光(R光)、緑色光(G光)及び青色光(B光)を、高出 力で且つ安定して発光できる光源が要求され る。

 このため、半導体レーザー光源自体を高 力化するための開発が行われている。加え 、固体レーザー媒質が励起されて発振した 本波を高調波に変換して用いる固体レーザ 装置の開発も積極的に行われている。これ 、半導体レーザーにより励起される固体レ ザー装置は、励起光源のスペクトル幅が狭 ため、高効率にすることができるだけでな 、小型化も可能であり、且つ波長変換素子 用いれば、大出力のG光やB光を発光させる ともできるという特徴を有していることに る。

 例えば、第1の従来例として、赤色よりも 波長の短いレーザー光を安定した出力で取り 出すことが可能なレーザー発光モジュールが 提案されている(例えば、特許文献1参照)。こ のレーザー発光モジュールは、固体レーザー 媒質と、この固体レーザー媒質が発光した光 の波長を変換する波長変換素子と、上記固体 レーザー媒質と波長変換素子とを挟装して光 を往復させる一対の共振反射部とからなる共 振器と、固体レーザー媒質を励起するための 光を発光する半導体レーザー光源と、共振器 が射出した光を取り出す窓部が形成されたウ ィンドウキャップとを有する構成からなる。 さらに、半導体レーザー光源とベース部材と に接触して配置されたヒートシンクと、共振 器を保持するベース部材とを設けることによ り、温度環境の変化による光の波長変化を抑 制している。

 また、第2の従来例として、単一又は異な る複数の波長のレーザー光を発振することが 可能な、小型で高効率且つ高出力の固体レー ザー装置も示されている(例えば、特許文献2 照)。この固体レーザー装置の一例として、 レーザー光を出射する半導体レーザー光源と 、この半導体レーザー光源からのレーザー光 により励起されて発振レーザー光を発振する 固体レーザー媒質と、半導体レーザー光源と 固体レーザー媒質との間に配設され、発振レ ーザー光の光路を変化させ、レーザー光の出 射方向と異なる方向に発振レーザー光を取り 出すための光路変化部材と、発振レーザー光 の波長変換を行う波長変換素子とを有する構 成が示されている。このような固体レーザー 装置の構成とすることにより、レーザー光が 通過しない部位において固体レーザー結晶の 冷却を行うことができ、高効率及び高出力と することが可能となり、発振レーザー光の波 長領域の拡大を行うことができるとしている 。

 さらに、第3の従来例として、以下のよう な構成の固体レーザー装置も示されている( えば、特許文献3参照)。この固体レーザー装 置は、励起光源から発せられた励起光が集光 光学系を介して集光される固体レーザー結晶 の励起光の入射側端面に、光学的に透明な透 明基板を接触させ、且つ固体レーザー結晶の レーザー光の出射側の端面に非線形光学結晶 を接触させることにより、レーザー結晶と非 線形光学結晶とからレーザー共振器を構成し 、このレーザー共振器を共振させてレーザー 光を出射させる。このような構成により、レ ーザー結晶の励起光入射部での発熱をレーザ ー結晶の励起方向の両端面に接触された透明 基板と非線形光学結晶とから効率よく放熱さ せることが可能となり、出力を安定化するこ とができる。また、この固体レーザー装置に おいては、非線形光学結晶の光軸方向の長さ を有効結晶長の5分の1以下にすることにより 非線形光学結晶の角度許容幅を5倍大きくで き、且つ、レーザー共振器内部の損失を1/25 下の大きさにすることができ、外部からの 響を1/100以下に抑えることができることも示 されている。

 さらに、第4の従来例として、非直線特性 を有する活性レーザー物質の薄い層と、この 活性レーザー物質の薄い層をこの薄い層の平 面に垂直にポンプすることができる波長のビ ームを放出するポンプレーザーと、反射係数 が上記活性レーザー物質のレーザー波長にお いて最大となる2つのミラーとを備えた固体 ーザー装置も示されている。そして、非直 性を有する活性レーザー物質の薄い層を1mm 下とすることにより、固体レーザー装置を 括して大量に製造できるとしている(例えば 特許文献4参照)。

 また、第5の従来例として、光源にレーザ ーを用いる表示装置が提案されている(例え 、特許文献5参照)。この装置では、光源にレ ーザーを用いることでランプを用いた場合と 比べ、省電力化、小型化、電池駆動可能など のメリットが発生する。また、レーザーを用 いることで色再現範囲の拡大が可能となると いう特徴もある。

 図34に上記の従来の表示装置401の構成を す。電池409は、本装置の駆動回路や光源に 力の供給を行う。赤色光源402、青色光源403 緑色光源404から出力されたレーザー光は、 イクロイックミラー405a~405cを用いてガルバ ミラー406へ導かれる。ガルバノミラー406は 高速に角度変化し、入射したレーザー光を 晶パネル407の面内へ均一な光量で照射させ 。透過型液晶パネル407を透過したレーザー は、出射レンズ408を透過して映像として出 される。

 赤色光源402(発振波長640nm近傍)、及び青色 光源403(発振波長440nm近傍)としては、半導体 ーザーが用いられている。半導体レーザー 電力を光に変換する効率がランプに比べて 倍大きいため、装置の消費電力の大幅な低 が実現できるという優位性がある。緑色光 404としては、波長変換を用いるSHG(Second Harmo nic Generation)レーザーが用いられている。緑 の発光を行う信頼性の高い半導体レーザー 現状存在しないため、SHGレーザーが用いら た。

 上述の表示装置は、半導体レーザーやSHG ーザーのような発振波長スペクトルの限定 れた光源を用いているため、光学部品の設 もランプを用いた場合に比べて容易であり 光学系が小型化できるため、装置を小型に きる。

 また、第6の従来例として、励起光源に複 数のレーザーダイオード(以下、LDとする)を 用し、これらの励起光を光ファイバなどの 学系により集光したのちに固体レーザーロ ドに注入して固体レーザーロッドの複数の 起領域を励起している例がある(例えば、特 文献6参照)。このようにすることにより、 数の励起領域の間での大きな熱的な影響に る光学的な特性の変化が生じることを避け 、励起光による励起効率の向上を図り、1つ 固体レーザーロッドから複数倍の収差の小 い出力光が得られている。

 また、第7の従来例として、上記と同様に 、複数の半導体レーザーが励起光を出射する 光源として使用され、これらを光ファイバな どの光学系でグループ化して固体レーザー媒 質まで導く光学構成と、これらの複数の半導 体レーザーを同時に又は所定時間ごとに時分 割して動作させる駆動制御回路が示されてい る(例えば、特許文献7参照)。このようにする ことにより、固体レーザー光が所定時間ごと に所望の光出力で利用することができる。

 また、第8の従来例として、LD励起固体レ ザー装置において、励起光源にリニアアレ LD又はスタック化された2次元リニアアレーL Dを使用して光学系を工夫することにより、 起光を微小なスポットに集光可能とし、固 レーザーの発振効率改善と、Qスイッチパル 発振時のパルス幅短縮化及び装置の小型化 を実現しようとしている(例えば、特許文献 8参照)。また、この固体レーザー装置におい は、LDドライバーを並列動作させることに り、固体レーザー装置の繰り返し周波数がn に向上することも示され、実質的に高出力 作につながる構成が示されている。

 しかしながら、上記第1の従来例において は、半導体レーザー光源から808nmのレーザー を出射させ、このレーザー光を用いて固体 ーザー媒質を励起し、固体レーザー媒質か 1064nmの波長の光を発光させ、非線形光学素 により第2高調波に変換して光共振器から532 nmのG光を取り出して、レーザーポインタに用 いている。この従来例においては、半導体レ ーザー光源及び光共振器が熱伝導性の良好な 金属からなるヒートシンク及びベース部材に それぞれ接着されており、放熱性を改善し、 使用環境温度の変動を抑制して出力レーザー 光を安定にしている。しかしながら、この第 1の従来例は、レーザーポインタに用いられ 出力が1mW以下であることから、このような 成で高出力の固体レーザー装置を実現する とは困難である。

 また、第2の従来例においては、プロジェ クター等への応用を目的として10W程度の高出 力を得ることが可能であるとされているが、 分極反転構造を有する波長変換素子の大きさ としては、断面が2mm×2mmで、長さが10mmである ため、小型化が困難である。また、この第2 従来例においては、波長変換素子の厚みを 適化することについてはまったく記載も示 もない。

 さらに、第3の従来例においては、固体レ ーザー結晶のレーザー光入射側の端面に光学 的に透明な基板を接触させて放熱をさせる構 成としているが、光学的に透明で、且つ放熱 性の良好な基板としては、例えばサファイア やダイヤモンドのように高価な材料しかなく 、低コスト化が困難であるだけでなく、放熱 性をさらに改善することも困難である。

 さらに、第4の従来例においては、レーザ ー作用及び高調波を発生するフィルム層の厚 みが1mmより薄いか、又は約100μmとすることが 記載されている。しかしながら、この従来例 では、赤外光を可視光に変換するためのミニ アチュア光源を実現することが目的であり、 このような構成により、投射型表示装置に要 求される高出力を実現することは困難である 。

 また、第5の従来例においては、レーザー の温度制御に配慮されておらず、温度変化に よる半導体レーザーの波長変化及び出力変化 が発生する。半導体レーザーの波長変化や出 力変化が発生すると、投射される映像の明る さが変化するだけでなく、色バランスが崩れ るという課題が発生してしまう。

 また、緑色光源としては、現状では信頼 のある半導体レーザーが存在しないため、 長変換方式(SHG方式)を用いた光源が用いら る。波長変換方式を用いる場合は、半導体 ーザーよりもさらに温度に対するケアが必 である。大きな温度変化により、波長変換 用いられる結晶の位相性合波長が大きく変 し、緑色光の出力が不可能になる場合もあ からである。

 上記の課題を解決するために、温度制御 手段としてペルチエ素子を用いた制御が考 られるが、ペルチエ素子を用いた場合には ペルチエ素子から発生する大量の熱や、コ ト高及び消費電力の増加という課題が生じ しまう。

 加えて、第5の従来例では、SHGレーザーの 構成部品である波長変換素子の温度制御に対 する配慮が不十分であり、位相整合する温度 以下の温度からSHGレーザーを立ち上げ駆動す る際に、所望の緑色光出力を得るまでに長時 間を要する。結果として、緑色光出力がなか なか上昇しないため、色バランスの取れた映 像を出力するまでに長時間を要する。

 また、第6の従来例においては、基本波光 の出力がW級になった場合には、固体レーザ ロッドの複数の励起領域がお互いに大きく 的な影響を受け合い、安定な高出力動作が きなくなるという課題が生じる。

 また、第7の従来例においては、駆動制御 回路により、励起光源である半導体レーザー をどのように同時に又は時分割して駆動して 制御すれば、安定な高出力動作が可能か明示 されていない。

 同様に、第8の従来例においても、LDドラ バーにより、励起光源であるリニアアレーL Dをどのように並列動作させれば安定な高出 動作が可能か明示されていない。

 すなわち、W級の高出力の固体レーザー装置 がレーザー表示装置などの表示装置の光源と して使用される場合に、安定な高出力動作が できる固体レーザー装置の構成が実現されて いないという課題がある。また、このような 高出力の固体レーザー装置が表示装置に使用 される場合に、スペックルノイズが効果的に 低減された固体レーザー装置の構成が示され ていないという課題も有していた。

特開2004-281932号公報

特開2005-354007号公報

特開2000-124533号公報

特開平3-185772号公報

特開平6-208089号公報

特開平5-145148号公報

特開平4-247674号公報

特開平9-199774号公報

 本発明の目的は、固体レーザー媒質及び ラーを含む光共振器の内部に配置された波 変換素子に大きな基本レーザー波を入力す ことを可能とし、変換効率の改善と温度許 幅の拡大とにより、温度安定性がよく且つ 出力の固体レーザー装置を提供することで る。

 本発明の一局面に従う固体レーザー装置 、レーザー光を出射する半導体レーザー光 と、前記レーザー光の入射により励起され 基本波レーザー光を発振する固体レーザー 質、及びミラーを含む光共振器と、前記光 振器の内部に配置され、前記基本波レーザ 光の波長を変換する擬似位相整合型波長変 素子とを備え、前記擬似位相整合型波長変 素子には、一定周期を有する分極反転領域 形成され、前記分極反転領域の光軸方向の さは、1.0mm以下である。

 上記の構成によれば、固体レーザー媒質 びミラーを含む光共振器の内部に配置され 波長変換素子に大きな基本レーザー波を入 することができるとともに、変換効率の改 と温度許容幅の拡大とにより、温度安定性 よく且つ高出力の固体レーザー装置を実現 ることができる。

本発明の第1の実施の形態に係る固体レ ーザー装置の構成を説明するための概略図で ある。 第1の実施の形態においてSHG素子の素子 長と高調波レーザー光である緑色光の出力と をポンプ光であるレーザー光の出力をパラメ ータとして求めた結果を示す図である。 第1の実施の形態においてSHG素子の素子 長をパラメータとして温度変化によるG光の 力の変動を求めた結果を示す図である。 第1の実施の形態においてSHG素子を光共 振器中に配置した場合における、ポンプ光で あるレーザー光の出力に対する基本波レーザ ー光の出力を、素子長をパラメータとして求 めた結果を示す図である。 第1の実施の形態において飽和ポンプ出 力と素子長との関係を求めた結果を示す図で ある。 図5に示す結果を基にしてSHG素子の素子 長と緑色光の出力との関係を求めた結果を示 す図である。 SHG素子の素子長が2mmのときの波長変換 性と固体レーザーの縦モードスペクトルと 関係及びG光の波長特性を示す図である。 SHG素子の素子長が0.5mmのときの波長変 特性と固体レーザーの縦モードスペクトル の関係及びG光の波長特性を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る固体レ ーザー装置の構成を示す概略図である。 本発明の第3の実施の形態に係る投射 表示装置の構成を示す概略図である。 本発明の第4の実施の形態に係る投射 表示装置の構成を示す概略図である。 本発明の第5の実施の形態に係る投射 表示装置の構成を示す概略図である。 図12に示す緑色光源として用いたSHGレ ザーの構成を示す概略図である。 ポンプ用半導体レーザーの温度に対す る波長変化を説明する図である。 ポンプ用半導体レーザーの発振スペク トルを示す図である。 波長変換素子の変換効率の温度特性を 示す図である。 図12に示す投射型表示装置の立ち上げ の制御方法を説明するためのフローチャー である。 本発明の第6の実施の形態に係る投射 表示装置に用いられる波長変換素子の波長 対する透過率を示す図である。 本発明の第7の実施の形態に係る投射 表示装置のうち光源の周辺部を示す図であ 。 本発明の第8の実施の形態に係る投射 表示装置に用いられる波長変換素子の構造 説明する図である。 図20に示す波長変換素子の変換効率の 度特性を示す図である。 本発明の第9の実施の形態に係る固体 ーザー光源を上から見た平面図である。 図22の23A-23A線の面から見た固体レーザ ー光源の側面図である。 図22に示す波長変換素子の拡大図であ 。 図22に示す投射型表示装置に使用可能 複数の半導体レーザー素子からなる半導体 子の構成を示す概略図である。 図22に示す固体レーザー光源の動作を すタイムチャートである。 図22に示す固体レーザー光源が2つのビ ームからなるマルチビームを出射する状態を 示す図である。 本発明の第10の実施の形態に係る固体 ーザー光源を示す概略構成図である。 本発明の第11の実施の形態に係る固体 ーザー光源を示す概略構成図である。 本発明の第12の実施の形態に係る固体 ーザー光源を示す概略構成図である。 本発明の第13の実施の形態に係る画像 示装置の概略構成図である。 本発明の第14の実施の形態に係る画像 示装置の概略構成図である。 本発明の第15の実施の形態に係る画像 示装置の概略構成図である。 従来の表示装置の構成を示す概略図で ある。

 以下、本発明の実施の形態について、図 を参照しながら説明する。なお、同じ要素 は同じ符号を付しており、説明を省略する 合がある。また、図面は、理解しやすくす ために拡大して示しており、寸法等につい は正確な表示ではない。

 (第1の実施の形態)
 図1は、本発明の第1の実施の形態に係る固 レーザー装置10の構成を説明するための概略 図である。この固体レーザー装置10は、レー ー光19を出射する半導体レーザー光源11と、 レーザー光19の入射により励起されて基本波 ーザー光20を発振する固体レーザー媒質16、 及び凹面ミラー17から構成される光共振器15 、光共振器15の内部に配置され、基本波レー ザー光20の波長を変換するSHG素子(擬似位相整 合型波長変換素子)18とを備えている。

 SHG素子18には、一定周期を有する分極反 領域が形成され、分極反転領域の光軸方向 長さすなわちSHG素子18の光軸方向の長さ(素 長)Lは、後述する理由により、1.0mm以下であ ことが好ましく、0.3mm以上0.6mm以下であるこ とがより好ましく、0.4mm以上0.5mm以下である とがさらに好ましい。

 図1からわかるように、本実施の形態の固 体レーザー装置10は、従来の構成と基本的に じであるが、SHG素子18の素子長Lを上記の所 範囲に設定することで、温度許容幅を拡げ とともに、装置全体の小型化を実現しなが 、高調波レーザー光の出力を大きくするこ を可能としたものである。

 なお、本実施の形態では、レーザー光19 して発振波長808nmのポンプ光(励起光)を入射 て1064nmの基本波レーザー光20を発生させ、 れをSHG素子18により532nmの高調波レーザー光2 1に変換して出射する固体レーザー装置10の構 成を例として説明する。以下、図1を用いて より詳細に説明する。

 本実施の形態の固体レーザー装置10は、 振波長808nm近傍のレーザー光を発振する半導 体レーザー光源11、ロッドレンズ12、VBG(Volume Bragg Grating)13、ボールレンズ14、固体レーザ 媒質16、SHG素子18及び凹面形状のミラー(以 、凹面ミラーと称す)17を備えている。

 半導体レーザー光源11から出射した波長80 8nm近傍のレーザー光19は、ロッドレンズ12に り垂直方向の成分がコリメートされた後に VBG13に入射する。VBG13に入射したレーザー光1 9の一部は、反射されて半導体レーザー光源11 にフィードバックされる。この結果、半導体 レーザー光源11の発振波長は、レーザー光の 振波長を固定する発振波長固定部となるVBG1 3により選択された波長(808nm)にロックされる このように、VBG13を用いることにより、温 変化が生じても半導体レーザー光源11の発振 波長をほぼ一定に保持でき、半導体レーザー 光源11の高精度な温度制御を不要にすること できる。

 なお、本実施の形態では、半導体レーザ 光源11の発振波長のロックにVBG13を用いたが 、誘電体多層膜から構成されるバンドパスフ ィルターを用いてもよい。又は、半導体レー ザー光源11自体が波長ロック機能を備えたDFB( Distributed FeedBack)レーザーやDBR(Distributed Bragg Reflector)レーザーであってもよい。

 VBG13により波長がロックされたレーザー 19は、ボールレンズ14により固体レーザー媒 16へ集光される。このレーザー光19がポンプ 光となり、固体レーザー媒質16が励起され、 長1064nmの基本波レーザー光20が発生する。 本波レーザー光20は、固体レーザー媒質16と 面ミラー17とにより形成される光共振器15内 で共振する。そして、光共振器15内に配置さ たSHG素子18により、基本波レーザー光20の一 部が波長変換され、波長532nmの高調波レーザ 光21として外部に出力される。

 また、光共振器15には、ポンプ光である ーザー光19が入射し、発生した基本波レーザ ー光20が光共振器15内に閉じ込められ、凹面 ラー17から高調波レーザー光21が出射するよ に、固体レーザー媒質16、SHG素子18及び凹面 ミラー17には、それぞれの端面に誘電体多層 が形成されている。

 ここで、本実施の形態では、固体レーザー 質16として、Ndが3%ドーピングされたYVO 4 結晶を用いた。また、SHG素子18としては、Mg ドーピングしたLiNbO 3 基板に周期的に分極反転領域を形成した擬似 位相整合型のものを用いた。Mgをドーピング たLiNbO 3 基板は、非線形定数が大きく、SHG素子の厚み を小さくしやすい。また、SHG素子の材料とし ては、その他にKTP、LBO、LiTaO 3 などが挙げられる。

 ここで、KTPは、利用可能な温度範囲が広い いう特徴をもつが、数百mW以上のG光出力に り、グレートラックという現象が発生して 晶が着色し、透過ロスが増大してしまう欠 がある。LBOは、高出力でも特に問題は発生 ないが、結晶の温度を148℃付近に制御する 要があるため、消費電力の増大を招き、ま 、波長変換効率も低い。LiTaO 3 は高出力特性にすぐれるが、波長変換効率が LiNbO 3 よりも低いため、光源の電気-光変換効率は LiNbO 3 を用いた場合よりも低くなってしまう。上述 の理由からMgドープのLiNbO 3 が最適である。

 次に、本実施の形態の固体レーザー装置1 0について、SHG素子18の素子長による種々の特 性を評価した結果を説明する。

 図2は、SHG素子18の素子長と、高調波レー ー光21であるG光(532nm)の出力とを、ポンプ光 であるレーザー光19の出力をパラメータとし 求めた結果を示す図である。図2からわかる ように、SHG素子18の素子長を長くするほど、G 光の出力が大きくなるが、素子長が1mmを越え ると、G光の出力はほぼ飽和する。また、素 長が長くなると、SHG素子18がG光を吸収する めに、部分的な温度の乱れが生じて実効的 分極反転周期に乱れが生じやすい。

 上記の図2に示す結果から、SHG素子18の光 方向の素子長は、1.0mm以下であることが好 しい。この場合、分極反転周期の乱れを生 難くできるので、温度特性を向上して使用 度範囲を拡大することができる。

 図3は、SHG素子18の素子長をパラメータと て温度変化によるG光の出力の変動を求めた 結果を示す図である。図3に示すように、SHG 子18の素子長が短いほど、温度許容幅を大き くすることができる。例えば、素子長が2mmの 場合には、温度許容幅は12℃であるが、0.8mm 場合には18℃であり、さらに0.4mmでは36℃で る。すなわち、この温度許容幅は、基本的 はSHG素子18の素子長に反比例する。したがっ て、素子長を短くするほど、温度許容幅を大 きくできる。

 ここで、温度許容幅としては、装置の使 環境等を考慮すると、20℃以上を確実に実 することが好ましいので、温度許容幅の観 からの最適な素子長は、0.6mm以下とすること が望ましい。なお、素子長が2mmの場合、本来 の温度許容幅は、7℃~8℃であるが、図3にお ては、熱分布による分極反転周期の乱れに り、実質的な許容幅は、約12℃となっている 。

 図4は、SHG素子18を光共振器15中に配置し 場合における、ポンプ光であるレーザー光19 の出力に対する基本波レーザー光20の出力を 素子長をパラメータとして求めた結果を示 図である。光共振器15中にSHG素子18を配置す る場合、光共振器15にとってSHG素子18はロス 増加させる存在である。したがって、図4か わかるように、SHG素子18の素子長が長いほ 、ポンプ光出力に対する基本波レーザー光20 の出力を表す直線の傾きが小さくなる。すな わち、同じポンプ光を固体レーザー媒質16へ 力した場合であっても、素子長が長い場合 ど、基本波レーザー光出力は小さくなる。

 さらに、SHG素子18の素子長が長くなるほ 、外部に放出される光が減少して熱に変わ ために、光共振器15内部での発熱が増大する 。これにより、固体レーザー媒質16の熱飽和 生じる。すなわち、素子長が2mmの場合には 図4中にP1で示すポンプ光出力において、基 波レーザー光20の出力は飽和する。また、 子長が0.5mmの場合には、P2で示す点において 基本波レーザー光20の出力が飽和する。こ に対して、SHG素子18を設けない場合には、P3 示す点において、基本波レーザー光20の出 が飽和する。このように、SHG素子18の素子長 を長くするほど、基本波レーザー光20の出力 最大値は小さくなる。

 図5は、基本波レーザー光20の出力が飽和 るときのポンプ光であるレーザー光19の出 (以下、飽和ポンプ出力と称す)と素子長との 関係を求めた結果を示す図である。図5から かるように、SHG素子18の素子長が長くなるほ ど、飽和ポンプ出力は小さくなる。

 図6は、図5に示す結果を基にしてSHG素子18 の素子長とG光の出力との関係を求めた結果 示す図である。G光の出力を大きくするため は、従来のように単純にSHG素子18の素子長 大きくするのではなく、最適な素子長の範 を設定することが好ましいことが見出され 。この範囲は、図6からわかるように0.3mm~0.7m mの範囲である。しかしながら、先述したよ に温度許容幅の観点からの最適な素子長は0. 6mm以下とすることが望ましい。したがって、 これらの結果から、素子長は、0.3mm~0.6mmの範 に設定することがより望ましく、0.4mm~0.5mm 範囲に設定することがさらに望ましいこと 見出された。

 上記のように、SHG素子18の素子長を上記 範囲とすることにより、SHG素子18の分極反転 周期の乱れを生じ難くできるとともに、しか も温度許容幅を拡げることができる。この結 果、無駄な熱の発生を抑制することが可能と なり、高精度の熱制御が不要となるので、低 コストで且つ高出力のG光を出力する固体レ ザー装置10を得ることができる。

 また、SHG素子18の素子長が長い場合、素 内の分極反転領域の均一性を保たないと、 換効率の低下を招きやすい。しかしながら 本実施の形態のように、SHG素子の長さを0.3~0 .6mmの範囲に設定することにより、均一性の い分極反転領域の形成を容易に行うことが きるようになった。このような素子長のSHG 子18を用いることにより、変換効率が高く、 出力光ビームの品質がよく、且つ分極反転周 期の乱れの影響が小さくなるとともに、SHG素 子18の製造時の歩留まりを大きく向上させる とができる。

 図7は、SHG素子18の素子長が2mmのときの波 変換特性と固体レーザーの縦モードスペク ルとの関係、及びG光の波長特性を示す図で あり、図8は、SHG素子18の素子長が0.5mmのとき 波長変換特性と固体レーザーの縦モードス クトルとの関係、及びG光の波長特性を示す 図である。

 図7及び図8に示すように、SHG素子18の素子 長を短くすると、波長変換特性はC1からC2へ 変化し、波長変換特性の許容幅は拡大する ここで、固体レーザー(固体レーザー媒質16 ら発振される基本波レーザー光20)の縦モー スペクトルMSが波長許容幅内に存在すれば、 縦モードの波長の1/2の波長に変換される。し たがって、SHG素子18の素子長を短くすれば、 長変換特性の許容幅が拡大するので、許容 内に存在する固体レーザーの縦モードスペ トルの数が増え、結果として発生するG光の 波長特性がG1からG2へと変化し、G光の出力の 長幅が増大する。この波長幅の増大は、ス ックルノイズの低下を意味するため、SHG素 の長さを0.3~0.6mmの範囲に設定することによ 、スペックルノイズの低減も実現され、良 な画像を得ることができる。

 なお、本実施の形態の固体レーザー装置1 0の場合には、凹面ミラー17を用いて光共振器 を構成したが、本発明はこれに限定されない 。例えば、SHG素子18の高調波レーザー光21が 射する面に基本波レーザー光20用の反射コー トを形成してミラーとし、SHG素子18を固体レ ザー媒質16と近接させるマイクロチップ構 としてもよい。

 (第2の実施の形態)
 図9は、本発明の第2の実施の形態に係る固 レーザー装置30の構成を示す概略図である。 この固体レーザー装置30は、レーザー光19を 射する半導体レーザー光源11と、レーザー光 19の入射により励起されて基本波レーザー光2 0を発振する固体レーザー媒質32、及び凹面形 状のミラー(以下、凹面ミラーと称す)31から 成される光共振器36と、光共振器36の内部に 置され、基本波レーザー光20の波長を変換 るSHG素子33とを備えている。

 図9から判るように、この例の場合の固体 レーザー装置30の全体構成は、図1に示した固 体レーザー装置10と同じである。本実施の形 も、第1の実施の形態と同様に、SHG素子33に 、一定周期を有する分極反転領域が形成さ 、分極反転領域の光軸方向の長さすなわちS HG素子33の光軸方向の長さ(素子長)Lは、1.0mm以 下であることが好ましく、0.3mm以上0.6mm以下 あることがより好ましく、0.4mm以上0.5mm以下 あることがさらに好ましい。

 しかしながら、光共振器36の構成が図1に す光共振器15と異なることが、本実施の形 の特徴である。すなわち、凹面ミラー31は、 固体レーザー媒質32及びSHG素子33の光入射面 対してそれぞれ45度の傾きを有して配置され ている。このような配置により、ポンプ光と なるレーザー光19は、凹面ミラー31を介して 体レーザー媒質32に入射するとともに、基本 波レーザー光20は、凹面ミラー31を介してSHG 子33に入射し、SHG素子33により変換された高 波レーザー光21は、凹面ミラー31を介して出 射する。

 また、固体レーザー媒質32とSHG素子33とは 、高放熱性接着剤によりそれぞれ異なるヒー トシンク34、35に接着されており、固体レー ー媒質32及びSHG素子33で発生した熱を効率よ 放熱させることができる。なお、ヒートシ ク34、35としては、例えば、銅等の高熱伝導 性を有する金属を用いることもできるので、 ハンダ等により接着してもよい。

 次に、本実施の形態において、波長532nm 高調波レーザー光21を出射する構成の例につ いて説明する。この固体レーザー装置30の場 、光共振器は、固体レーザー媒質32、凹面 ラー31及びSHG素子33を含んで構成されており ポンプ光であるレーザー光19が凹面ミラー31 を介して入射し、発生した基本波レーザー光 20を光共振器36内に閉じ込め、凹面ミラー31か らは高調波レーザー光21が出射するように、 体レーザー媒質32、SHG素子33及び凹面ミラー 31には、それぞれの端面に反射防止膜又は高 射膜となる誘電体多層膜が形成されている

 具体的には、凹面ミラー31のレーザー光19 の入射面には、波長532nmの光を透過する反射 止膜(Anti Reflective coating)及び波長808nmの光 透過する反射防止膜が形成され、凹面ミラ 31の基本波レーザー光20の反射面には、波長5 32nmの光を透過する反射防止膜、波長808nmの光 を透過する反射防止膜及び波長1064nmの光を反 射する高反射膜(High Reflective coating)が形成さ れている。

 また、固体レーザー媒質32の基本波レー ー光20の入射面には、波長808nmの光を透過す 反射防止膜及び波長1064nmの光を透過する反 防止膜が形成され、固体レーザー媒質32の ートシンク34側の面には、波長1064nmの光を反 射する高反射膜が形成されている。なお、こ の高反射膜は、ヒートシンク34に形成しても い。

 また、SHG素子33の基本波レーザー光20の入 射面には、波長532nmの光を透過する反射防止 及び波長1064nmの光を透過する反射防止膜が 成され、SHG素子33のヒートシンク35側の面に は、波長532nmの光を反射する高反射膜及び波 1064nmの光を反射する高反射膜が形成されて る。なお、この高反射膜は、ヒートシンク3 5に形成してもよい。

 上記の反射防止膜及び高反射膜により、 ンプ光となるレーザー光19は、凹面ミラー31 を透過して固体レーザー媒質32に入射すると もに、固体レーザー媒質32から出射される 本波レーザー光20は、凹面ミラー31により反 されてSHG素子33に入射し、SHG素子33により変 換された高調波レーザー光21は、凹面ミラー3 1を透過して外部へ出射する。

 このような構成とすることで、SHG素子33 素子長が0.3mm~0.6mmと小さく、且つ熱抵抗が小 さい状態でヒートシンク35に接着固定される で、SHG素子33からの発熱をさらに効率よく 散させることができる。また、固体レーザ 媒質32についても、充分な大きさのヒートシ ンク34に熱抵抗が小さい状態で接着固定でき ので、同様に固体レーザー媒質32からの発 を効率よく放散できる。

 上記のように、本実施の形態でも、SHG素 33の素子長を0.3mm~0.6mmの範囲に設定すること により、先述したように最適なポンプ光出力 で大きな出力のG光を得ることができ、且つ ーザー光が熱に変換されて無駄に消費され ことが少なくなるので、発熱自体も抑制す ことができる。この結果、高精度の熱制御 行わなくても、大出力で、安定したG光を出 する固体レーザー装置30を得ることができ 。

 (第3の実施の形態)
 図10は、本発明の第3の実施の形態に係る投 型表示装置40を示す概略図である。この投 型表示装置40は、映像信号を画像に変換する 画像変換デバイス52、53、54と、画像変換デバ イス52、53、54を照射するための照明光源41、4 2、43とを備えている。照明光源41、42、43は、 赤色光源41、緑色光源42及び青色光源43からな り、赤色光源41、緑色光源42及び青色光源43の うちの緑色光源42は、第1の実施の形態に記載 の固体レーザー装置10からなる構成を有して る。

 さらに、この投射型表示装置40の場合に 、画像変換デバイス52、53、54は、2次元空間 調デバイスの1種である透過型液晶表示パネ ルからなり、照明光源を構成する赤色光源41 緑色光源42及び青色光源43から出射するレー ザー光に対応してそれぞれ配置されている。 透過型液晶表示パネルからなる画像変換デバ イス52、53、54を透過した映像光は、合波プリ ズム55により合波された後に、出射レンズ56 ら出射される。以下では、画像変換デバイ 52、53、54については、透過型液晶表示パネ 52、53、54として説明する。

 さらに具体的な構成について、図10をも に詳細に説明する。赤色光源41、緑色光源42 び青色光源43から出力されたレーザー光の 量分布は、それぞれロッドインテグレータ44 、45、46を用いて均一化される。そして、赤 光源41から出射したレーザー光と、青色光源 43から出射したレーザー光とは、レンズ47、49 を通して反射ミラー50、51に導かれ、反射ミ ー50、51により光路が変換され、透過型液晶 示パネル52、54へそれぞれ導かれる。一方、 緑色光源42から出射したレーザー光は、レン 48を通して透過型液晶表示パネル53へ直接導 かれる。透過型液晶表示パネル52、53、54を透 過したそれぞれのレーザー光は、合波プリズ ム55により合波され、出射レンズ56を透過し 映像光として出力される。

 この投射型表示装置40においては、赤色 源41(発振波長は約640nm)及び青色光源43(発振 長は約440nm)として、半導体レーザーを用い 緑色光源42(発振波長は約532nm)としては、第1 実施の形態の固体レーザー装置10を用いて る。

 光源制御回路57は、上記赤色光源41、緑色 光源42及び青色光源43の光出力の制御を行う そして、表示装置制御回路58は、映像信号に 基づき3枚の透過型液晶表示パネル52、53、54 それぞれ駆動する。すなわち、表示装置制 回路58は、映像信号に基づき、赤色光源41か のレーザー光を受光する透過型液晶表示パ ル52については赤色映像信号に対応する駆 、緑色光源42からのレーザー光を受光する透 過型液晶表示パネル53については緑色映像信 に対応する駆動、青色光源43からのレーザ 光を受光する透過型液晶表示パネル54につい ては青色映像信号に対応する駆動を行う。

 なお、表示装置制御回路58は、必要に応 て光源制御回路57の制御も行ってもよい。例 えば、黒表示に対応して赤色光源41、緑色光 42及び青色光源43のレーザー光の発振を止め る等の制御をしてもよい。また、必要に応じ て、赤色光源41、緑色光源42又は青色光源43の レーザー光の出力を可変してもよい。このよ うな制御を行うことで、表示画質の改善や消 費電力の低減等も実現することができる。

 また、透過型液晶表示パネル52、53、54は 従来の透過型液晶表示装置に用いられてい 構成、例えばポリシリコンTFT駆動回路を設 たパネル構成等を用いることができるので 明を省略する。

 この投射型表示装置40は、RGBそれぞれの 源の光が単色光で色純度がよいレーザー光 を用いているため、表示可能な色範囲が拡 り、色純度が高く、鮮やかな画像を表示す ことができる。また、光源にランプを用い 場合に比べて低消費電力とすることもでき 。

 (第4の実施の形態)
 図11は、本発明の第4の実施の形態に係る投 型表示装置60を示す概略図である。この投 型表示装置60は、画像変換デバイス72を1枚の みとした構成からなることが特徴である。こ の投射型表示装置60の場合にも、赤色光源61 緑色光源62及び青色光源63からなる照明光源 設けられており、赤色光源61及び青色光源63 については半導体レーザー光源を用い、緑色 光源62については、第1の実施の形態の固体レ ーザー装置10を用いている。

 それぞれの光源から出射したレーザー光 、レンズ64、65、66を通してダイクロイック ラー67、68、69に入射し、最終的にこれら3色 のレーザー光が合波された後、均一光学系70 透過し、偏光ビームスプリッタ71へ入射す 。その後、合波されたレーザー光は、画像 換デバイス72へ入射される。この投射型表示 装置60の場合、画像変換デバイス72は、2次元 間変調デバイスの1種である反射型液晶表示 パネルを用いている。反射型液晶表示パネル からなる画像変換デバイス72へ入射したレー ー光は、映像信号に応じて反射され、出射 ンズ73を透過して映像光として出力される

 なお、光源制御回路74及び表示装置制御 路75の機能及び動作については、上記の投射 型表示装置40の光源制御回路57及び表示装置 御回路58と同様であるので、説明を省略する 。また、反射型液晶表示パネルからなる画像 変換デバイス72は、従来から用いられている 射型構成の液晶表示パネル等を用いること できるので、これについても説明を省略す 。また、本発明は、2次元空間変調デバイス として、DMD等のミラーデバイスを用いた場合 においても適用可能であることは、上記説明 から容易に理解できるであろう。

 この投射型表示装置60においても、RGBそ ぞれの光源の光が単色光で色純度のよいレ ザー光源を用いているため、表示可能な色 囲が拡がり、色純度が高く且つ鮮やかな画 を表示することができる。また、光源にラ プを用いる場合に比べて、低消費電力とす こともできる。

 なお、上記投射型表示装置40、60において は、第1の実施の形態の固体レーザー装置10を 用いる場合について説明したが、第2の実施 形態の固体レーザー装置30等を用いてもよい 。この場合には、環境温度の変化によっても 、画質等の変動がさらに生じ難い投射型表示 装置を得ることができる。

 また、上記の各実施の形態では、固体レ ザー装置としてG光を出力する構成について 説明したが、本発明はこれに限定されない。 例えば、B光を出力する構成やG光とB光との間 の波長の光やG光とR光との間の波長の光等、 導体レーザー光源、固体レーザー媒質及びS HG素子との組み合わせで可能な波長の高調波 (高調波レーザー光)を出力する固体レーザ 装置についても、同様な効果を得ることが きる。そして、これらの固体レーザー装置 投射型表示装置に用いることもできる。

 (第5の実施の形態)
 以下の第5乃至第8の実施の形態では、発振 長を固定する手段を有したポンプ用半導体 ーザーから出射されるポンプ光が固体レー ーに入射され、ポンプ光により励起され発 した基本波(基本波レーザー光)を、共振器内 の擬似位相整合型波長変換素子を用いて波長 変換するSHGレーザーを具備する投射型表示装 置において、半導体レーザー、SHGレーザー、 ファン、レーザー温度検出部が投射型表示装 置内に含まれ、ファンにより半導体レーザー 及びSHGレーザーの温度が適当な設定温度に制 御されている投射型表示装置の構成について 説明する。

 本発明の第5の実施の形態の投射型表示装 置の概要について図12を用いて説明する。図1 2は、投射型表示装置80を上面から見た図であ る。赤色光源82、緑色光源83、及び青色光源84 から出力されたレーザー光は、ロッドインテ グレータ85を用いて光量分布を均一化された 、レンズ100及び反射ミラー101を透過して透 型液晶パネル86へ導かれる。透過型液晶パ ル86を透過したレーザー光は、合波プリズム 87により合波され、出射レンズ88を透過して 像として出力される。なお、本装置は、電 99を用いても駆動可能である。また、本実施 の形態において、映像出力用に透過型液晶パ ネルを用いたが、反射型液晶デバイス、ミラ ーを用いたデバイスなどを用いてもよい。

 本実施の形態では、赤色光源82(発振波長6 40nm近傍)及び青色光源84(発振波長440nm近傍)と て、半導体レーザーを用いた。半導体レー ーは、電力を光に変換する効率がランプに べて数倍大きいため、装置の消費電力の大 な低減が実現できるという優位性がある。 色光源83としては、波長変換を用いるSHG(Seco nd Harmonic Generation)レーザーを用いた。緑色 発光を行う信頼性の高い半導体レーザーが 状存在しないため、SHGレーザーを用いてい 。同じ緑色出力を得る場合の消費電力につ ては、SHGレーザーの方が他の手段として考 られる発光ダイオード(LED)よりも有利である 。

 図13に緑色光源83として用いたSHGレーザー の構成を示す。SHGレーザーは、固体レーザー 123を励起するためのポンプ用半導体レーザー 120と、ポンプ用半導体レーザー120の発振波長 をロックするためのグレーティング121と、集 光用のレンズ122と、固体レーザー123と、擬似 位相整合型の波長変換素子124と、波長変換素 子温度モニター132と、出力ミラー125と、加熱 装置126と、筐体127とから構成される。

 ポンプ用半導体レーザー120から出力され レーザー光は、固体レーザー123に吸収され 固体レーザー123からは波長1064nmのレーザー (基本波)が出力される。固体レーザー123及 出力ミラー125の片面には、1064nmのレーザー を反射するHRコートが成膜されている。固体 レーザー123から出力された基本波は、出力ミ ラー125と固体レーザー123とから構成された共 振器内で共振する。共振器内の基本波は、波 長変換素子124に入力され、波長変換素子124か ら第2高調波である波長532nmの緑色のレーザー 光が出力される。本実施の形態で用いた内部 共振器型のSHGレーザーは、小型且つ高出力で あり、小型の装置への搭載に適している。

 上記のように、本実施の形態の投射型表 装置は、半導体レーザーやSHGレーザーのよ な発振波長スペクトルが限定された光源を いているため、ランプを用いた場合に比べ 、光学部品の設計も容易であり、光学系を 型化できるため、装置を小型にできる。

 また、光源82~84の放熱は、ファン89~91を用 いて行った。光源の温度制御手段としてペル チエ素子を用いることも考えられるが、ペル チエ素子を用いた場合の消費電力は、周辺温 度によっては数10Wにもなってしまう。一方、 ファン89~91を用いた場合には、1個当たり1W以 での駆動が可能であるので、消費電力面か は非常に有利である。このように、ファン8 9~91を用いることにより、本投射型表示装置 電池駆動も実現された。

 上述のように、光源82~84の放熱にファン89 ~91を用いる有効性は、大きいが、光源の温度 管理も必要である。なぜなら、光源82、84に いた半導体レーザーの発振波長や出力が温 変化により変化してしまうからである。ま 、緑色光源83に用いたSHGレーザーについても 、温度変化により、波長変換素子124の位相整 合波長の変化や、ポンプ用の半導体レーザー 120の発振波長及び出力の変化が発生してしま う。よって、光源温度をある一定温度付近に 保ちつつ、出力の安定化を行うのが望ましい 。

 光源82~84の出力の安定化対策については 出力安定化機構を用いて安定に保つように た。光源82~84の前方に配置されたビームスプ リッタ95によって分岐された一部の光をPD(Phot odetector)94に入射させ、制御回路92がPD94により 受光された光出力をモニターして光源82~84へ 供給電流を制御することにより、出力安定 機構が実現されている。光出力は、制御回 92により、設定された目標出力に制御され 。目標出力は、温度変化による半導体レー ーの発振波長の変化や色バランスを考慮し 設定される。

 また、温度変化による光源の発振波長の 化をモニターするため、光源の駆動温度(半 導体レーザーの温度)を用いており、レーザ 部温度センサー96~98を各光源82~84の近傍に設 した。本実施の形態では、半導体レーザー 温度が40℃のときの状態を基準として、色 ランスや目標出力が決定されるようにして る。制御回路92により、制御基準温度の40℃ 保つように、ファン89~91の回転数が制御さ る。

 制御基準温度である40℃は、部品からの 熱やファンの能力を鑑みて決定した。ここ 、ファン89~91による放熱を用いるため、制御 基準温度は、平均的な気温である25℃よりも きな値である必要がある。また、制御基準 度を高く設定しすぎると、光源の出力が低 しやすく、光源の駆動電流が大きくなるた 、消費電力が大きくなるという問題がある

 次に、本投射型表示装置の立ち上げ時の 御について説明する。上述のように、制御 準温度を40℃として光源の制御を行ってい ため、低温から装置を立ち上げる際は、な べく早く光源温度を40℃に上げることが望ま しい。まず、光源82、84に用いた半導体レー ーの温度制御について説明する。本実施の 態では、室温モニター装置93を設置し、室温 モニター装置93の検出値を用いて、光源82、84 すなわち半導体レーザーの温度を制御してい る。

 室温モニター装置93には、サーミスタを いた。サーミスタは、安価な温度検出手段 して有効である。室温モニター装置93により 、室温が検出され、制御回路92は、室温が制 基準温度の40℃以下であると判明した場合 光源82、84の温度を40℃にするように、ファ 89、91の回転を停止するような信号を出力す 。同時に、光源82、84である半導体レーザー には、定格電流の最大値となる電流が制御回 路92から供給され、半導体レーザーの温度が く40℃になるように加熱する。そのときの 源82、84の温度がレーザー部温度センサー96 98から制御回路92にフィードバックされ、40 近傍になると、ファンを回転させて一定温 に保たれるような制御が行われる。本実施 形態では、室温25℃に対して光源82、84の温 が40℃になるようにしているが、これは、フ ァン89、91の能力や光源の発熱量を鑑みて適 調整すればよい。

 次に、本実施の形態の緑色光源83に用い SHGレーザーの立ち上げ方法について説明す 。まず、SHGレーザーの温度特性について、 14~図16を用いて説明する。図14は、ポンプ用 導体レーザー120の発振波長の温度特性を示 図である。図14からわかるように、ポンプ 半導体レーザー120の発振波長が1℃当たり0.25 nm変化することがわかる。固体レーザー123は 808±1nmの光を効率よく吸収し、基本波であ 1064nmを出力するという特性を持つため、ポ プ用半導体レーザー120の発振波長は、808nm近 傍に固定されることが望ましい。

 そこで、本実施の形態では、ポンプ用半 体レーザー120の波長ロックにグレーティン 121を用いている。グレーティング121を用い 場合、ポンプ用半導体レーザー120から出射 たレーザー光のうち、808nmの光の一部が、 ンプ用半導体レーザー120にフィードバック れ、808nmに波長がロックされる。結果として 、40±10℃の範囲で、図15のように、ほぼシン ルモードでの波長ロックが可能となる。こ ため、ポンプ用半導体レーザー120の温度を3 0~50℃に制御する必要がある。

 次に、波長変換素子124の温度特性について 図16を用いて説明する。本実施の形態では 擬似位相整合型の波長変換素子124として、Mg がドーピングされたニオブ酸リチウム(以下 は、Mg:LiNbO 3 と表す)を用いた。Mg:LiNbO 3 には、周期状の分極反転が形成されており、 基本波(1064nm)から第2高調波(532nm)への波長変 効率を高めている。その他の波長変換素子 しては、KTPなどが挙げられるが、Mg:LiNbO 3 のほうが基本波から高調波への変換効率が大 きいため、波長変換素子124の小型化が可能と なるだけでなく、素子の長さを短くできる分 、位相整合波長の許容幅の拡大が実現できる 。

 図16は、波長変換素子124の長さが0.5mmのと きの変換効率の温度特性を示す図である。図 16において、横軸は波長変換素子124の温度、 軸は基本波から第2高調波への変換効率を示 している。図16からわかるように、波長変換 子124の変換効率は、温度によって変化する 本実施の形態で用いた波長変換素子124は、4 0℃で変換効率が最大となるように設計され いる。

 上述のように、SHGレーザーを用いる場合 ポンプ用半導体レーザー120及び波長変換素 124の温度特性に配慮する必要がある。一般 には、ペルチエ素子などのデバイスを用い 、ポンプ用半導体レーザー120と波長変換素 124とを、ある一定温度にして使用すること 多いが、ペルチエ素子などを用いた場合に 消費電力の増大や、ペルチエ素子による発 が問題となる。このため、本実施の形態で 、ファン90を用いて、ポンプ用半導体レー ー120及び波長変換素子124の温度を制御して る。

 しかしながら、ファン90を用いることに り、SHGレーザーにも温度変化対策の工夫が 要となる。特に、装置の立ち上げ時の制御 重要である。投射型表示装置の立ち上げを くするためには、まず、ポンプ用半導体レ ザー120の温度を30~50℃の範囲にする必要があ る。よって、使用環境温度が30℃よりも低い 合、装置の立ち上げ時には、ポンプ用半導 レーザー120へ最大定格電流付近の一定電流 制御回路92から供給してポンプ用半導体レ ザー120を加熱し、緑色光源83の温度が40℃付 に達した後で出力安定化制御に伴う駆動電 を流す手順とした。なお、装置起動時のポ プ用半導体レーザー120の温度上昇を早める め、起動時にファン90を停止する点は、赤 や青色半導体レーザーの場合と同様である

 次に、波長変換素子124の温度も40℃近傍 する必要がある。ポンプ用半導体レーザー12 0の温度は、電流を供給することですぐに上 するため、低温時の立ち上げ時間を遅くす 要因にはあまりならないが、波長変換素子12 4自体は、基本的に発熱体ではないため、温 上昇に時間を要する。

 本実施の形態では、第1に、上述のポンプ 用半導体レーザー120へ最大定格電流を投入し 、立ち上げ時の発熱を大きくし、銅等の高熱 伝導性を有する金属等からなるSHGレーザーの 筐体127を通じて、波長変換素子124の温度上昇 をアシストしている。第2に、使用環境温度 低い場合は、加熱装置126を用いて、波長変 素子124の温度上昇を早くしている。加熱装 126としては、電熱ヒーターを用いた。波長 換素子124の温度は、波長変換素子温度モニ ー132を用いて確認され、制御回路92によって 電熱ヒーターへの投入電流が制御される。電 熱ヒーターを用いることにより、1分以内に 長変換素子124の温度が40℃に上昇することが 可能となり、装置立ち上げ1分以内に正常な 像出力が可能となった。このようにして、 実施の形態では、低温時に投射型表示装置 立ち上げる場合において、装置起動時から1 以内で適切な色バランスの映像を見ること 可能となる。

 なお、本実施の形態では、ポンプ用半導 レーザー120として、ファブリペロー型の半 体レーザーを用い、これに透過型のグレー ィング121を付加したが、DFB(Distributed Feedback )型やDBR(Distributed Bragg Reflector)型の半導体レ ザーを用いることも有効である。DFB型やDBR の半導体レーザーを用いると、グレーティ グ無しで波長が安定に保たれる。また、フ ブリペロー型に比べて高コストであるとい デメリットがあるが、量産化が進み、低価 化が実現されれば、有効な光源である。

 また、本実施の形態では、前面投射型の 示装置について説明しているが、背面投射 の表示装置(リアプロジェクション)につい も、適用可能であることは自明であり、レ ザーを用いた照明装置にも適用可能である

 次に、上述の投射型表示装置の立ち上げ の制御方法について詳細に説明する。図17 、図12に示す投射型表示装置の立ち上げ時の 制御方法を説明するためのフローチャートで ある。図17のフローチャートは、本実施の形 を踏まえて作成してある。

 本投射型表示装置では、まず、制御回路9 2は、ステップS1において、室温モニター装置 93により装置を使用する環境の温度をモニタ し、ステップS2において、使用環境の温度 50℃以下であるか否かを判断する。使用環境 の温度が50℃を超えている場合、光源にかか 負荷が大きいため、ステップS14において、 御回路92は、使用できないことを伝える表 を行い、装置の起動を停止する。

 一方、使用環境の温度が50℃以下である 合、制御回路92は、ステップS3において、レ ザー部温度センサー96~98を用いて光源82~84の 温度をモニターし、ステップS4において、光 82~84の温度が制御基準温度以上であるか否 を判断する。光源82~84の温度が制御基準温度 以上である場合には、制御回路92は、ステッ S5において、ファン89~91の回転を行った後、 ステップS6において、光源82~84を点灯させ、 テップS7において、光源82~84の駆動をAPC(Auto  Power Control)動作へ移行する。本実施の形態で は、制御基準温度を40℃にした。

 一方、光源82~84の温度が制御基準温度未 である場合、ステップS15において、制御回 92は、光源82~84に最大定格電流を供給し、制 基準温度への到達を加速する。また、緑色 源83の温度が制御基準温度未満である場合 制御回路92は、同時に加熱装置126を用いて波 長変換素子124への加熱も実施する。

 次に、制御回路92は、ステップS16におい 、レーザー部温度センサー96~98を用いて光源 82~84(半導体レーザー)の温度をチェックする ともに、波長変換素子温度モニター132を用 て波長変換素子124の温度をチェックし、ス ップS17において、光源82~84(半導体レーザー) び波長変換素子124の温度が制御基準温度以 であるか否かを判断する。光源82~84(半導体 ーザー)及び波長変換素子124の温度が制御基 準温度未満である場合、制御回路92は、光源8 2~84(半導体レーザー)及び波長変換素子124の温 度が制御基準温度付近になるまで、ステップ S15以降の処理を繰り返す。

 一方、光源82~84(半導体レーザー)及び波長 変換素子124の温度が制御基準温度以上になる と、制御回路92は、ステップS18において、フ ン89~91の回転を行い、ステップS19において 光源82~84の駆動をAPC動作へ移行する。なお、 波長変換素子124への加熱は、この段階で終了 してもよいし、制御基準温度を保持するよう に制御してもよい。

 制御基準温度付近に制御された後は、制 回路92は、ステップS8において、レーザー部 温度センサー96~98を用いて光源82~84の温度を ニターし、ステップS9において、光源82~84の 度が制御基準温度以上であるか否かを判断 る。光源82~84の温度が制御基準温度以上で る場合には、制御回路92は、ステップS10にお いて、ファン89~91を回転させ、一方、光源82~8 4の温度が制御基準温度未満である場合、ス ップS13において、ファン89~91を減速又は停止 させる。このようにして、制御回路92は、フ ン89~91の回転を制御しながら、光源82~84の温 度を管理し、ステップS11において、APC駆動を 行う。

 次に、ステップS12において、制御回路92 、所定の光源OFF信号が入力されたか否かを 断し、上記の動作は、光源82~84をOFFにする信 号が供給されるまで継続される。

 上記の立ち上げ動作により、本実施の形 では、装置の速やかな立ち上げが行われる ともに、ペルチエ素子を用いることなく、 源82~84の温度制御が実現される。この結果 低温時に投射型表示装置を立ち上げる場合 おいて、装置起動時から1分以内で適切な色 ランスの映像を見ることが可能となる。

 (第6の実施の形態)
 本実施の形態では、図13における加熱装置12 6として紫外光源を用いたSHGレーザーを搭載 た投射型表示装置について説明する。本実 の形態の基本的な構成は、第5の実施の形態 ほぼ同様であるので、詳細な説明を省略し 図13を代用して本実施の形態の特徴部分に いて説明する。

 図18は、波長変換素子124の材料であるMg:LiNbO 3 の波長に対する透過率を示す図である。図18 ら、波長変換素子124は、400nm以下の光に対 て吸収を持ち、波長が短くなるにつれて透 率が低下することがわかる。この特性を鑑 、本実施の形態では、波長変換素子124の加 装置126として、紫外光を出射するLEDを用い 。具体的には、波長350nmのLEDを複数個使用し 、図13の加熱装置126の部分に複数のLEDを埋め んだ。LEDから出射された紫外光は、波長変 素子124に吸収され、熱へと変換される。

 この結果、本実施の形態においても、装 立ち上げ時の使用環境温度が低い場合、LED よる紫外光の照射により、波長変換素子124 温度上昇をアシストすることが可能となる なお、本実施の形態では、波長350nmのLEDを いたが、さらに波長の短いLEDや半導体レー ーが入手可能となれば、効果はより大きく る。

 (第7の実施の形態)
 本実施の形態について図19を用いて説明す 。図19は、本実施の形態の投射型表示装置の うち光源102~104の周辺部分を拡大した図であ 。なお、図19に示す部分以外は、図12に示す 射型表示装置と同様であるので、詳細な説 を省略する。

 図19に示す光源102としては、赤色半導体 ーザーが用いられ、赤色半導体レーザーは Cuで作られたLDホルダ129に固定され、光源102 らの熱がLDホルダ129を用いて放熱されてい 。光源103には、図13で示したSHGレーザーが用 いられている。光源104には、青色半導体レー ザーが用いられ、赤色半導体レーザーと同様 にCuで作られたLDホルダ129に固定され、光源10 4からの熱がLDホルダ129を用いて放熱されてい る。

 本実施の形態では、低温時からの投射型 示装置の立ち上げの際の波長変換素子124の 度上昇をアシストする手段として、光源102 104すなわち赤色及び青色半導体レーザーか の発熱を用いた。使用環境温度が低いとき 装置を立ち上げる際、制御基準温度である4 0℃近傍になるまでの間、ファン109~111の駆動 停止され、赤色及び青色半導体レーザーは 発熱しながら温度上昇する。このとき発生 る熱を波長変換素子124の温度上昇に利用す 。

 ここで、波長変換素子124は、Cuで作られ 素子ホルダ131で固定されている。素子ホル 131と波長変換素子124に形成された分極反転 域とは、接触されていることが好ましい。 子ホルダ131の材質は、熱伝導率の大きな材 が好ましく、Cuなどが適している。

 また、LDホルダ129と素子ホルダ131とは、 熱部材130で連結されている。伝熱部材130の 質も、熱伝導率の大きな材料が好ましく、Cu が適している。伝熱部材130として、ヒートパ イプを用いることもより効果が大きい。低温 時にファン109~111を停止して赤色及び青色半 体レーザーに電流を投入すると、1分以内にL Dホルダ129の温度が40℃近傍に到達する。LDホ ダ129から伝熱部材130を伝達して素子ホルダ1 31に到達した熱は、波長変換素子124を暖める 波長変換素子124の大きさは数ミリ角程度で るため、温度上昇は容易に実現される。通 、光学系の小型化を図るために、各光源102~ 104は近接して設置されることが多いので、波 長変換素子124の加熱に赤色及び青色半導体レ ーザーの発熱を利用することは、装置の大型 化を防ぐことができるため、有効である。

 なお、本実施の形態では、波長変換素子1 24の温度上昇のアシストに赤色及び青色半導 レーザーの発熱を利用したが、装置内に含 れる発熱部品であれば、利用可能である。 の発熱部品としては、制御回路に用いられ 回路部品などが挙げられる。

 (第8の実施の形態)
 本実施の形態では、波長変換素子に低温時 らの立ち上げにむけた対策を施す場合につ て説明する。本実施の形態の投射型表示装 に用いられる波長変換素子について図20及 図21を用いて説明する。なお、図20に示す波 変換素子以外の部分は、図12に示す投射型 示装置と同様であるので、詳細な説明を省 する。

 図20に示すように、本実施の形態で用い 波長変換素子124aは、A部からなる分極反転領 域とB部からなる分極反転領域との2つの部分 ら構成される。A部とB部とでは分極反転周 が異なり、A部の分極反転周期は、B部よりも 長くなっている。また、A部の長さLAは、B部 長さLBよりも短くなっている。

 波長変換素子に形成されている分極反転 期が単一である場合、図16に示すように、 度に対する波長変換の効率はガウス分布の うになるが、本実施の形態のように、分極 転周期の長いA部が分極反転周期の短いB部に 付加されることにより、低温時でも良好な波 長変換が可能となる。図21に破線で示すよう 、A部は、波長変換素子124aの温度が低い場 に、B部よりも波長変換効率が大きいという 性を持つ。また、A部の長さはB部よりも短 ので、波長変換効率がB部よりも小さいが、A 部は、温度に対する許容度がB部よりも大き という特性を持つので、低温時からG光を出 することが可能である。このようなA部とB との特性を合わせたものが波長変換素子の 際の波長変換特性であり、図21に実線でその 特性を示す。

 ここで、B部の長さは、1.0mm以下が望まし 。B部の長さが1.0mmの場合、波長変換効率の 度に対する許容度の幅は15℃程度の範囲で る。ここでいう許容度とは、波長変換効率 半値になるポイントで決定している。言い えれば、温度が7.5度変化した場合に波長変 効率が半分になるということである。

 波長変換素子の長さを長くすると、温度 対する許容度の幅が、素子の長さに反比例 るため、結果として減少してしまう。具体 には、波長変換素子の長さを1.0mmから2.0mmに 変更すると、温度に対する許容度の幅は、15 から7.5℃になり、高精度な温度制御が必要 なってくる。また、波長変換素子の長さが くなると、共振器中の透過ロスが増加する とになり、波長変換素子の長さを長くして 、基本波からG光への変換効率の向上はさほ ど期待できない。一方、B部の長さが0.3mm未満 になると、設定温度での波長変換効率が小さ くなりすぎてしまうので好ましくない。よっ て、B部の長さは0.3~1.0mmが良い。

 また、A部の長さであるが、こちらは波長 変換効率の大きさよりも温度に対する許容度 幅を大きくすることが重要であるため、0.1~0. 2mm程度が望ましい。たとえば、波長変換素子 の長さが0.2mmである場合、温度に対する許容 は75℃となるので、A部の変換効率が最大と る温度を20℃に設計して作製した場合、気 がマイナスになった場合でも、G光の発光を ることが可能となる。上述の点を考慮する 、波長変換素子124aの全体(A部+B部)の長さ(LA+ LB)は、0.4mm以上1.2mm以下であることが好まし 。

 また、第1の実施の形態における擬似位相 整合型波長変換素子の素子長の検討結果を考 慮すると、B部の長さは、0.3mm以上0.6mm以下で ることがより好ましく、この場合、A部の長 さは、0.1mm以上0.2mm以下とすると、波長変換 子124aの全体(A部+B部)の長さ(LA+LB)は、0.4mm以 0.8mm以下であることが好ましい。

 上記の構成により、本実施の形態では、A 部(第1の分極反転領域)の温度に対する許容度 がB部(第2の分極反転領域)よりも大きくなる ともに、A部の低温時の波長変換効率がB部よ り大きくなるので、温度許容幅を向上するこ とができるとともに、装置立ち上げ時の使用 環境温度が低い場合でも、装置の立ち上げ時 間を短縮することができる。

 (第9の実施の形態)
 以下の第9乃至第12の実施の形態では、アレ 型半導体レーザー素子により固体レーザー 質を励起して基本波レーザー光を発生させ 基本波レーザー光を波長変換素子により高 波レーザー光に変換して可視光高出力レー ーを出力できる固体レーザー装置及びそれ 用いた表示装置の構成について説明する。

 図22~図24に、本発明の第9の実施の形態の 体レーザー装置である固体レーザー光源200 概略構成図を示す。図22は、本実施の形態 固体レーザー光源200の概略構成を上から見 平面図であり、図23は、図22の23A-23A線の面か ら見た固体レーザー光源200の側面図であり、 図24は、図22に示す波長変換素子233の拡大図 ある。

 図22に示すように、固体レーザー装置で る固体レーザー光源200は、複数の活性領域22 1(例えば、8個の活性領域221a、221b、221c、221d 221e、221f、221g、221h)から励起光222を出射する 半導体素子(半導体レーザ光源)223と、半導体 子223の複数の活性領域221をそれぞれ独立に 動して励起光222を制御する制御部224とを備 ている。複数の活性領域221は、制御部224内 配置された制御回路244a及び複数の電源225( えば、8個の電源225a、225b、225c、225d、225e、22 5f、225g、225h)によりそれぞれ独立して駆動さ る。

 そして、固体レーザー光源200は、固体レ ザー素子230と、波長変換素子233とをさらに える。固体レーザー素子230は、複数の励起 222により少なくとも一部が励起される固体 ーザー媒質226と、固体レーザー媒質226の半 体素子223に対向した端面227及び出力ミラー2 28とで構成されるレーザー共振器229とからな 。波長変換素子233は、レーザー共振器229内 配置されて固体レーザー素子230で発振した 数の基本波光231を複数の高調波光232に変換 る。

 固体レーザー光源200は、出力ミラー228か 複数の高調波光232を複数の出力光234(例えば 、8個の出力光234a、234b、234c、234d、234e、234f 234g、234hのいずれか)として出力する。この き、複数の励起光222により励起された固体 ーザー媒質226の基本波光231を発生する複数 発生部235(例えば、8個の235a、235b、235c、235d 235e、235f、235g、235hのいずれか)の位置が時間 的に変化し、マルチビームの高調波光232が出 射される。この高調波光232は、出力ミラー228 より固体レーザー光源200の出力光234として取 り出される。

 なお、励起光222は、半導体素子223から拡 って出射されるので、シリンドリカルレン などの光学系(図示せず)を用いて平行光に 換したのちに固体レーザー媒質226に入射さ て固体レーザー媒質226を励起する。

 このような構成により、半導体素子223の 数の活性領域221が全て電源225により駆動さ たときには、図23に示すように、複数の出 光234(例えば、8個の出力光234a、234b、234c、234 d、234e、234f、234g、234h)が、8本のビームから るマルチビームとして出力ミラー228から出 される。

 例えば、1つのビームから0.5Wの波長532nmの 緑色レーザー光が出力されるようにしたとき に、表示装置の光源として1Wの緑色レーザー が必要な場合は、出力光234の8本のビームの うち、任意の2つのビームを利用することに り、必要な1Wの緑色レーザー光が得られる。 この2つのビームは、図22で示す半導体素子223 の複数の活性領域221のうちの2つを複数の電 225のうちの2つにより駆動することで得られ 。このときに他の6つの活性領域221は、他の 6つの電源225により駆動されないので動作し いない。また、この活性領域221が動作する きに出射される励起光222により励起される 体レーザー素子230の対応する領域、及びこ に対応する波長変換素子233の領域も動作し い。

 したがって、このような動作を一定時間 った後に、連続した次の一定時間の間は、 の一定時間の間に動作した2つの活性領域221 とは異なる活性領域221のうちの任意の2つの 性領域221を動作させる。そして、この活性 域221からの励起光222により、図23の異なる場 所から出力光234が得られる。

 このような構成により、励起光222により 起された固体レーザー媒質226の基本波光231 発生する発生部235の位置が時間的に変化し 固体レーザー光源200は、マルチビームの高 波光232を出射する。このようにすると、連 して同じ場所を動作させることなく、一定 間動作した場所は次の一定時間には動作さ ないので、長寿命で高信頼性の固体レーザ 光源200が実現される。

 そして、固体レーザー媒質226の基本波光2 31を発生する領域及び波長変換素子233の高調 光232を発生する領域が時間的に変化するこ により、同じ出力の出力光234がマルチビー で出射され、緑色のW級の高出力レーザー光 が安定に得られる。また、このような固体レ ーザー光源200を使用して画像などを表示する と、高調波光232がマルチビームで一定時間ご とに異なる位置から出射するので、スペック ルノイズが低減された画像を表示することが できる。

 また、固体レーザー媒質226の基本波光231 発生する領域が時間的に変化することによ 、レーザー共振器229内部の熱分布が変化し 発振モードの空間分布が変化する。これに って、固体レーザー光源200の発振波長スペ トルが拡大し、レーザー光のコヒーレント 低下するので、干渉性を抑えてスペックル イズを低減できる。なお、熱分布の変化を 用しているため、変調周波数としては、60Hz 以上の変調速度が必要である。これ以下の変 調周波数の場合、熱的変動が小さくなり、ス ペクトル拡大が減少するためである。

 さらに、固体レーザー媒質226の基本波光2 31を発生する領域を時間的に変化させること より、以下のようにして高調波光232の出力 定化が図れる。レーザー共振器229内部で高 波光232を発生させる場合、レーザー共振器2 29内部で発生する高調波光232は、共振器ミラ (端面227及び出力ミラー228)の何れかのミラ に反射され、再び非線形結晶内部を通過す 。この際に、高調波光232が非線形光学効果 より基本波光231に再び変換され、レーザー 振器229内部で共振している基本波光231と干 して、出力変動を発生するという問題があ 、一般的に「Green Problem」と呼ばれている。

 このような発生した高調波光232の逆変換 よる出力の不安定性の発生にも、本実施の 態の構成は有効である。本実施の形態では レーザー共振器229内部でのレーザーの発生 所を部分的に変化させる。このときの変化 周波数を、60Hz以上、固体レーザー媒質226の 緩和振動周波数以下(例えば、Nd系の固体レー ザーであれば数kHz以下)の範囲で変化させれ 、レーザー共振器229の発振状態を常に不安 な状態に維持できる。この状態であれば、 変換で発生した基本波光231と基の基本波光23 1との干渉性が大きく劣化するため、干渉効 による出力の不安定性を改善できる。

 また、同一場所で出力を変動させると、O N/OFF状態を維持する必要があり、平均出力が 下するが、これに対して、本実施の形態の 成のように、発生場所を時間的に変化させ ことにより、レーザー共振器229としては、 に発光状態にあり且つ発光場所のみが時間 に変化する構成をとれば、高出力特性を保 たまま、出力を安定化させる。このような 成としては、何れかの場所が必ず励起され おり、且つ同一の場所が固体レーザー媒質2 26の緩和振動周波数を超えて、例えば1ms以上 続して励起されないように、固体レーザー 質226の発光場所を常に変えることにより、 定した高調波出力が得られる。

 また、図24に示すように、波長変換素子233 して、周期状の分極反転構造303を有する非 形光学素子を用いることにより、スペック ノイズの低減が図れる。なお、波長変換素 233に、周期状の分極反転構造を有するMgO:LiNb O 3 、MgO:LiTaO 3 などを用いることにより、高い非線形定数を 利用できるため、高効率化が図れる。

 さらに、図24に示すように、周期状の分 反転構造303の位相を部分的に異なるように 置する。例えば、一方の分極反転構造303の 相に対して他方の分極反転構造303の位相を18 0度ずらして複数の分極反転構造303を交互に 置することが好ましい。これによって、波 変換素子233を通過する基本波光302のビーム 変化せず、発生する高調波光301のビームの 相が場所によって異なり、出射ビームがマ チビームになる。このように、基本波ビー の発生場所を時間的に変化させる構成に加 て、発生する短波長光のビームをマルチモ ド化することにより、ビームの変化を大き してスペックルノイズをより低減できる。

 周期状の分極反転構造303としては、光の 搬方向(図中の左右方向)に対して周期状の 極反転領域が形成されており、この分極反 領域が、光に対して垂直な方向に複数の部 に分かれており、複数の部分の分極反転周 はほぼ等しく、且つ分極反転周期の位相が 部分で異なっている。

 上記の位相の揃った分極反転構造303の幅W は、レーザー共振器229内で共振する基本波光 302のビーム径より小さく、且つ分極反転周期 の10倍以上であることが望ましい。基本波光3 02が位相の異なる分極反転部分を横切ること 、位相の異なる高調波光301が発生してマル ビームになる。構造が周期の10倍以下にな と隣接するビーム間の干渉で効率が低下す 。

 また、分極反転構造303の位相差としては 隣り合う部分の位相差がλ/2(λは、高調波光 301の波長)になれば、反転位相の高調波光301 なって2つのビームとなる。なお、λ/4でも、 ビーム干渉によりマルチビームが発生する。 このように、高調波光301をマルチビーム化す ることにより、ビーム断面積を大きくするこ とができる。これによって、高調波光301のパ ワー密度を低減でき、高出力耐性を向上でき る。また、前述のように、発生した高調波光 301がレーザー共振器229内部で干渉して出力を 不安定にする現象があるが、これに対しても 、高調波光301をマルチモード化することによ り、干渉度が低下し、出力が安定になった。

 周期状の分極反転構造303の位相差を設け 場所としては、いくつかの構成がある。一 の構成は、1つの励起光により発生する基本 波ビーム内で位相の異なる部分を波長変換素 子233に設ける方式である。例えば、基本波光 302のビーム間隔が250μmの場合、分極反転構造 303の位相を250μm毎にλ/2ずらす構成を設ける この場合、位相段差の部分が基本波光302の ぼ中央に来るように、固体レーザー媒質226 波長変換素子233との位置を調整すれば、発 するビームが2つに分かれたマルチモードの ームが発生する。

 他の構成として、基本波光302毎に位相の なる周期分極反転構造を波長変換素子233に ける構成である。この場合、固体レーザー 質226の励起として半導体素子223の複数の活 領域221を同時に駆動して使用する。このと 、固体レーザー媒質226の複数の発生部235が 起され、それぞれから発生した高調波光301 位相が異なることにより、干渉パターンが 雑に変化するので、スペックルノイズの低 効果が増大する。

 また、上記構成を組み合わせることも可 である。それぞれの基本波光302内で位相差 ある分極反転構造を構成し、且つ互いの分 反転構造の位相が異なる場合である。この 合も、マルチビーム内の位相差の時間変化 大きくなり、スペックルノイズ低減効果が きくできる。

 また、レーザー共振器229内部で波長変換 行う場合、発生した短波長光が互いに干渉 て出力が不安定になる。これに対して、本 施の形態では、マルチビームの発生箇所を 間的に変化させることにより、レーザー共 器229内部の発振モードを変化させることが きるので、干渉性を抑えて不安定性を改善 ることが可能になった。

 なお、本実施の形態では、図22に示すよ に、独立して駆動可能な複数の活性領域221 有する半導体レーザーアレイ素子236から半 体素子223を構成したが、この例に特に限定 れない。例えば、半導体素子223として、図25 に示すように、それぞれの活性領域221(例え 、8個の活性領域221a、221b、221c、221d、221e、22 1f、221g、221h)から励起光222を出射する並列に 置された複数の半導体レーザー素子237(例え ば、8個の半導体レーザー素子237a、237b、237c 237d、237e、237f、237g、237h)を用いてもよい。 のような構成とすることにより、緑色のW級 高出力レーザー光が安定に得られる。また レーザー共振器229内部に過飽和吸収体を挿 してもよく、この場合、高ピークパワーの 力を発生することができる。

 次に、複数の活性領域221を時間的に切り えて、基本波光231が発生する発生部235の位 が時間的に変化してマルチビームの高調波 232を出射する構成について、具体例を挙げ 説明する。

 図26は、本実施の形態の固体レーザー光 200の動作を示すタイムチャートである。図26 において、活性領域221のNo.は、図22の半導体 ーザーアレイ素子236の複数の活性領域221で る活性領域221a~221hの英字a~hに対応している また、図26では、固体レーザー光源200が所 の動作時間Topの間にどの活性領域221をどの 間に動作させているかを示している。この 定の動作時間Topは、設定時間Tの単位で第1の 設定時間T1~第Nの設定時間TNに分かれており、 設定時間が切り替わる周波数fは、設定時間T 逆数となっている。

 図27は、第1の設定時間T1においてマルチ ームを出射している図22と同じ構成の固体レ ーザー光源200を示す概略構成図である。図27 示すように、第1の設定時間T1において、半 体レーザーアレイ素子236の活性領域221c、221 eがそれぞれ電源225c、225eにより駆動され、励 起光222c、222eが固体レーザー媒質226に入射す 。そして、固体レーザー媒質226の発生部235c 、235eが励起光222c、222eにより励起され、基本 波光231c、231eが発振する。基本波光231c、231e 、波長変換素子233により高調波光232c、232eに 変換され、出力光234c、234eとして、2つのビー ムからなるマルチビームが出力される。

 このように、図27では、2つの活性領域221c 、221eを選択して2つのビームを出力し、2つの 出力光234c、234eを固体レーザー光源200のマル ビームの出力としている。すなわち、制御 224は、所定の動作時間Top内の第1の設定時間 T1に動作させる動作活性領域241を、半導体レ ザーアレイ素子236(半導体素子223)の複数の 性領域221中から選択して動作させることに り、マルチビームの高調波光232c、232eを出力 光234c、234eとして出射している。

 再び図26を参照して、制御部224は、上記 ように、所定の動作時間Top内の第1の設定時 T1において、活性領域221c、221e(図27に示す動 作活性領域241)を選択して動作させた後、第2 設定時間T2において、活性領域221a、221h(図27 に示す動作活性領域242)を選択して動作させ 第3の設定時間T3において、活性領域221d、221f (図27に示す動作活性領域243)を選択して動作 せ、以降、図示のように活性領域を順次選 して動作させている。なお、動作活性領域24 1~243は、設定時間Tの間は電源225により駆動さ れ、ON状態で動作している。

 このように、本実施の形態では、2つの活 性領域221を選択して出力光234の2つのビーム 出力し、固体レーザー光源200のマルチビー の出力としている。すなわち、図26に示すよ うに、制御部224は、所定の動作時間Top内のそ れぞれの設定時間Tに動作させる動作活性領 を半導体レーザーアレイ素子236の複数の活 領域221の中から選択して動作させることに り、マルチビームの高調波光232を出力光234 して出射している。

 上記のように、半導体レーザーアレイ素 236の複数の活性領域221のそれぞれを所定の 作時間Top内に順番に使用することにより、 ーザー光、電流及び発熱などが特定の活性 域221に集中してその活性領域221を磨耗及び 化させることなく、半導体レーザーアレイ 子236を使用することができる。したがって 半導体レーザーアレイ素子236を高信頼性且 長寿命で使用することができる。同様に、 体レーザー媒質226及び波長変換素子233にお ても、特定の領域の温度が上がる状態及び 起光222が入射し続ける状態を避けて安定に 力光を出射することができるので、固体レ ザー光源200を高信頼性且つ長寿命で使用す ことができる。

 また、図26に示すように、所定の動作時 Topのそれぞれの設定時間の任意の連続する 定時間を第1の設定時間T1~第3の設定時間T3と たとき、制御部224は、第1の設定時間T1にお て選択された活性領域221c、221eが第2の設定 間T2において動作活性領域(活性領域221a、221 h)として選択されないように制御しているこ がわかる。同様に、制御部224は、第2の設定 時間T2において選択された活性領域221a、221h 第3の設定時間T3において動作活性領域(活性 域221d、221f)として選択されないようにして り、以降の各設定時間においても同様であ 。

 さらに、図26に示すように、制御部224は 第1の設定時間T1において選択された活性領 221c、221e及び活性領域221c、221eに隣接する活 領域221b、221d、221fが第2の設定時間T2におい 動作活性領域(活性領域221a、221h)として選択 されないように制御している。また、制御部 224は、第2の設定時間T2において選択された活 性領域221a、221h及び活性領域221a、221hに隣接 る活性領域221b、221gが第3の設定時間T3におい て動作活性領域(活性領域221d、221f)として選 されないように制御している。さらに、第4 設定時間T4において動作活性領域として選 される活性領域221b、221hは、その前の設定時 間Tである第3の設定時間T3において選択され 活性領域221d、221f及び活性領域221d、221fに隣 する活性領域221c、221e、221gでもない。同様 、第Nの設定時間TNにおいて選択される活性 域221c、221gは、その前の第N-1の設定時間TN-1 おいて選択された活性領域221a、221e及び活 領域221a、221eに隣接する活性領域221b、221d、2 21fでもない。

 上記のように、半導体レーザーアレイ素 236の複数の活性領域221のそれぞれを前後の 定時間において連続して且つ隣接して使用 ないことにより、レーザー光、電流及び発 などが特定の活性領域221に集中してその活 領域221を磨耗及び劣化させることなく、半 体レーザーアレイ素子236を使用することが きる。したがって、半導体レーザーアレイ 子236を高信頼性且つ長寿命で使用すること できる。同様に、固体レーザー媒質226及び 長変換素子233においても、特定の領域の温 が上がる状態及び励起光222が入射し続ける 態を避けて安定に出力光を出射することが きるので、固体レーザー光源200を高信頼性 つ長寿命で使用することができる。

 また、制御部224は、所定の動作時間Top内 設定時間Tが切り替わる周波数fが60Hz以上且 固体レーザー媒質26の緩和振動周波数以下 あるように制御している。このような構成 することにより、人間の眼がちらつきを感 ず、固体レーザー光源200が応答する周波数 範囲内で、各構成要素の使用する領域を時 的に順番に切り換えて使用することができ ので、所定の動作時間Top内では、固体レー ー光源200全体を満遍なく均等に使用するこ ができる。しかも、マルチビームで動作さ るので、表示装置用のレーザー光源として 用したときでも、スペックルノイズが低減 れた高品質且つ安定した画像を表示するこ ができる。

 (第10の実施の形態)
 図28は、本発明の第10の実施の形態に係る固 体レーザー光源240を示す概略構成図である。 固体レーザー光源240は、図22で示す固体レー ー光源200と異なり、出力ミラー228に代えて 面ミラー238を使用している。

 このような構成にすることにより、活性 域221から出射された励起光222は、光学系に り平行光になっていないので、図28に示す うな拡がったビーム239であった場合でも、 面ミラー238と固体レーザー媒質226の端面227 からレーザー共振器を形成して基本波光231 発振することができる。そして、波長変換 子233は、基本波光231を高調波光232に変換し 凹面ミラー238から出力光234が出射される。 お、本実施の形態における半導体レーザー レイ素子236の駆動方法は、上記の第9の実施 形態又は後述する第11の実施の形態におけ 駆動方法等を用いることができる。

 このように、本実施の形態では、複数の 性領域221からの少なくとも1つの励起光222に より固体レーザー媒質226が励起され、励起さ れた固体レーザー媒質226から発生した基本波 光231がそれぞれ安定にレーザー発振を行うこ とができるので、緑色のW級の高出力レーザ 光が安定に得られる。

 (第11の実施の形態)
 図29は、本発明の第11の実施の形態に係る固 体レーザー光源250を示す概略構成図である。 本実施の形態では、第10の実施の形態と異な 、半導体レーザーアレイ素子236の複数の活 領域221のうち1つの活性領域に大きい電流を 注入することにより、大出力の励起光222を出 射させて固体レーザー媒質226を励起し、固体 レーザー媒質226中に基本波光231の2つの発生 252、253を生じさせている。この結果、波長 換素子233は、2つの基本波光231を2つの高調波 光232に変換し、凹面ミラー238からマルチビー ムの出力光254が出射される。

 すなわち、制御部224は、動作活性領域251 1つ選択し、第9の実施の形態で示した所定 動作時間Top内のそれぞれの設定時間Tに動作 性領域251から出射される励起光222を増大さ て固体レーザー媒質226を励起する。このこ により、固体レーザー媒質226中に基本波光2 31を発生する2以上の発生部252、253を生じさせ 、図29に示すマルチビームの高調波光232を出 光254として出射している。

 このような構成にして、設定時間Tごとに 順番に励起光222を出射する動作活性領域251と して、前の設定時間Tで選択したものと異な 活性領域221が選択されることにより、レー ー光、電流及び発熱などが特定の活性領域22 1に集中してその活性領域221を磨耗及び劣化 せることなく、半導体レーザーアレイ素子23 6を使用することができる。したがって、半 体レーザーアレイ素子236を高信頼性且つ長 命で使用することができる。

 また、励起光222で励起された固体レーザ 媒質226において、固体レーザー媒質226の端 227と凹面ミラー238とで構成されるレーザー 振器により定在波が立つ領域が、基本波光2 31の発生部252、253として選択される。この発 部252、253及び波長変換素子233の波長変換領 255、256も、設定時間Tごとに別の場所が選択 されて動作するので、特定の領域が集中して 動作されることがなく、レーザー光や発熱の 影響を過剰に受けて磨耗や劣化が生じること がない。

 このように構成された固体レーザー光源2 50は、マルチビームの出力光254を出射するの 、例えば、この2つのビームを集光して表示 装置の光源などに使用すると、スペックルノ イズが低減された高品質且つ安定した画像を 表示することができる。

 (第12の実施の形態)
 図30は、本発明の第12の実施の形態に係る固 体レーザー光源260を示す概略構成図である。 図30に示すように、本実施の形態では、図29 固体レーザー光源250の構成に加えて、凹面 ラー238の外部に回折格子257をさらに配置し いる。この場合、出力光261は、2つの出力光2 61a、261bからなるマルチビームとなり、回折 子257によりマルチビームの出射角度が拡大 れる。このような構成とすることにより、 射するマルチビームの角度をさらに広げる とができ、一層スペックルノイズを低減す ことができる。

 (第13の実施の形態)
 本発明の第13の実施の形態として、図31に、 上記で説明した第9乃至第12の実施の形態の固 体レーザー光源を適用した画像表示装置の構 成の一例について概略構成図を示す。図31に すように、本実施の形態の画像表示装置310 、複数のレーザー光源301a、301b、301cと、こ レーザー光源301a、301b、301cを走査する走査 302a、302b、302cとを備えている。

 レーザー光源301a、301b、301cは、少なくと 赤色(R光)、緑色(G光)及び青色(B光)をそれぞ 出射する光源を用いた。赤色レーザー光源( R光源)301aには波長640nmのAlGaInP/GaAs系材料から る半導体レーザー装置を、青色レーザー光 (B光源)301cには波長450nmのGaN系材料からなる 導体レーザー装置を用いている。また、緑 レーザー光源(G光源)301bには波長532nmの上記 第9乃至第12の実施の形態の固体レーザー光 うちのいずれかを用いている。

 次に、本実施の形態の画像表示装置310の 学的な構成について説明する。画像表示装 310の各光源301a、301b、301cから出射されたレ ザービームは、集光レンズ309a、309b、309cに り集光された後、走査部を構成する反射型2 次元ビーム走査装置302a、302b、302cにより走査 され、ミラー300a、凹レンズ309及びミラー300c 経由して拡散板303a、303b、303c上を走査され 。

 拡散板303a、303b、303cを通過したレーザー ームは、フィールドレンズ304a、304b、304cに り絞られて空間光変調素子305a、305b、305cに かれる。画像データは、R、G、Bそれぞれの ータに分割されており、その信号を空間光 調素子305a、305b、305cに入力し、空間光変調 子305a、305b、305cにより変調された光がダイ ロイックプリズム306により合波され、カラ 画像が形成される。このように合波された 像は、投射レンズ307によりスクリーン308に 影される。

 但し、G光源301bから空間光変調素子305bに 射する光路中には、空間光変調素子305bにお けるG光のスポットサイズをR光やB光と同じに するために、凹レンズ309が挿入されている。 また、G光源301bは、第9乃至第12の実施の形態 示した固体レーザー光源に集光レンズ(図示 せず)などの光学部品を付加して、出力光の ルチビームが集光されることにより、反射 2次元ビーム走査装置302bで走査しやすいよう にしている。

 このように、本実施の形態の画像表示装 310においては、G光源301bとして、第9乃至第1 2の実施の形態で示した固体レーザー装置を いているので、スペックルノイズが低減さ た高品質且つ安定した画像を表示すること でき、長寿命で高信頼性の画像表示装置310 実現することができる。

 なお、反射型2次元ビーム走査装置302a、30 2b、302cとして、レンチキュラーレンズ、又は マイクロレンズアレイを時間的に振動させる 方式が好ましい。マルチビームの場合、ビー ムの強度分布が画面上に現れると、画面内に 強度分布が生じ、映像に影響を及ぼす。また 、一方向にビームを振ると、黒い筋が現れて 画質を落とす。これらを防止する方法として 、第9乃至第12の実施の形態の固体レーザー装 置からのマルチビームと、レンチキュラーレ ンズ又はマイクロレンズアレイとを組み合わ せる構成がある。

 このとき、反射型2次元ビーム走査装置302 a、302b、302cのビームを走査する周波数は、半 導体素子223(図22参照)の発光位置を時間的に 化させる周波数と異なることが望ましい。 ーム走査の周波数と、半導体素子223の発光 置を変化させる周波数とが同期すると、ビ ムの変化が観測されて映像にノイズが重畳 れ、画面が乱れるが、周波数が互いに異な ことにより、複雑なビームの動きが実現で 、スペックルノイズをより低減できるため ある。

 また、マルチビームの光源の場合、ビー とビームとの重なり部分に干渉による暗部 存在するが、レンチキュラーレンズ又はマ クロレンズアレイを用いると、ビームが多 分割されるため、暗部が視認されなくなり 画質が向上する。なお、マイクロレンズア イのレンズの大きさは、マイクロレンズア イ上でのマルチビームの大きさより小さく ることが好ましく、この場合、投射光の均 性を向上できるとともに、マルチビームに るビームの強度分布を均一化できる。

 (第14の実施の形態)
 本発明の第14の実施の形態として、図32に、 上記で説明した第9乃至第12の実施の形態の固 体レーザー光源を含むバックライト照明装置 を用いた液晶表示装置320の模式的な構成図を 示す。図32に示すように、液晶表示装置320は 液晶表示パネル321と、液晶表示パネル321を 面側から照明するバックライト照明装置311 を備えて構成されている。

 バックライト照明装置311は、レーザー光 312と、レーザー光源312からのR光、G光及びB のレーザー光をまとめて導光部314を介して 光板315に導く光ファイバ313と、導入したR光 、G光及びB光のレーザー光で均一に満たされ 主面(図示せず)からレーザー光を出射する 光板315とから構成されている。液晶表示パ ル321は、バックライト照明装置311から出射 れるR光、G光及びB光のレーザー光を利用し 画像表示を行う偏光板322及び液晶板323から 成される。

 レーザー光源312は、少なくとも赤色、緑 及び青色をそれぞれ出射するR光源312a、G光 312b及びB光源312cから構成される。R光源312a G光源312b及びB光源312cはそれぞれ赤色、緑色 び青色のレーザー光を出射する。このレー ー光源312のうち、G光源312bが第9乃至第12の 施の形態で示した固体レーザー光源を用い 構成される。

 ここで、R光源312aには波長640nmのAlGaInP/GaAs 系材料からなる半導体レーザー装置を、B光 312cには波長450nmのGaN系材料からなる半導体 ーザー装置を用いている。また、G光源312bに は波長532nmの上記の第9乃至第12の実施の形態 固体レーザー光源うちのいずれかを用いて る。なお、G光源312bは、第9乃至第12の実施 形態で示した固体レーザー光源に集光レン (図示せず)などの光学部品を付加して、出力 光のマルチビームが光ファイバ313に集光され て導光板315に導かれるようにしている。

 光ファイバ313は、マルチモードのファイ であることが望ましい。この場合、G光源312 bとなる固体レーザー光源の発振モードを時 的に変化させたときに、導光部314に入射す 光のビームパターンが変化し、スペックル イズを低減することが可能になる。なお、 ルチモードのグリーンレーザーは、出射ビ ムが時間的に変化し、ファイバとの結合損 を低減するため、コア径を500μm以上にする 要がある。

 このように、本実施の形態の液晶表示装 320においては、G光源312bとして、第9乃至第1 2の実施の形態で示した固体レーザー光源を いているので、スペックルノイズが低減さ た高品質且つ安定した画像を表示すること でき、長寿命で高信頼性の画像表示装置を 現することができる。

 (第15の実施の形態)
 本発明の第15の実施の形態として、図33に、 上記で説明した第9乃至第12の実施の形態の固 体レーザー光源を含むバックライト照明装置 を用いた液晶表示装置330の模式的な構成図を 示す。

 バックライト照明装置311の赤色レーザー 源及び青色レーザー光源としては、図32で したものと同様のR光源331及びB光源332が配置 され、赤色レーザー光及び青色レーザー光が 、光ファイバ313により導光部314を介して導光 板315に入射される。

 ここで、G光源としては、液晶表示パネル 321の背面側に固体レーザー光源333、334、335、 336が複数個配置されている。固体レーザー光 源333、334、335、336は、第9乃至第12の実施の形 態で示した固体レーザー光源から構成され、 固体レーザー光源333、334、335、336の出力光338 のマルチビームが、液晶表示パネル321の背面 側に配置された導光板315の導光部337に直接照 射されることにより、導光板315に緑色レーザ ー光が入射する。

 また、固体レーザー光源333、334、335、336は 固体レーザー媒質が異なるものから構成さ ていてもよい。例えば、固体レーザー媒質 して、Nd:YVO 4 、Nd:GdVO 4 、Nd:YLF、Nd:YAGなどの異なる媒質を並べて構成 してもよい。また、固体レーザー光源333、334 、335、336のうち、隣接する固体レーザー光源 の出力光である高調波光の波長が、1nm以上20n m以下の範囲で互いに異なるようにしてもよ 。

 上記のような構成にすることにより、緑 レーザー光に起因するスペックルノイズを らに低減することができる。また、このよ な高調波光の波長の異なる固体レーザー光 を交互に並べて、全体として色むらが出な ようにしてもよい。

 上記の構成により、本実施の形態では、 ペックルノイズが低減された高品質且つ安 した画像を表示する、長寿命で高信頼性の 像表示装置を実現することができる。また 色むらの少ない鮮明な緑色からなる画像を 示することもできる。

 また、本実施の形態では、固体レーザー 源333、334、335、336は、発生するビームを時 的に変化させることが可能なため、導光板3 15を導波する場合に、ビームが時間的に変化 、スペックルノイズを大幅に低減すること できる。さらに、導光板315内部でビームが 散されることにより、スペックルノイズの 減効果がより強くなる。また、マルチビー によるビームの強度分布のむらに関しても 導光板315内で拡散されることにより、均一 されるという効果も得られた。

 また、通常のスペックルノイズの低減の 法は、レーザービームの進路を時間的に変 させる方法が用いられるため、ビームを走 、又は拡散板を走査するといった機械的な 動部を必要とする。これに対して、本実施 形態では、固体レーザー媒質を励起する半 体素子の発光点を時間的に変化させること より、固体レーザー光源333、334、335、336か 発生するマルチビームのビーム形状を時間 に変化させることができ、スペックルノイ の大幅な低減を可能にしている。この結果 本実施の形態では、機械的な駆動部を必要 しないため、信頼性に優れた画像表示装置 実現することができる。なお、上記の各実 の形態の構成は、任意に組み合わせること でき、この場合も、同様の効果を得ること できる。

 上記の各実施の形態から本発明について 約すると、以下のようになる。すなわち、 発明に係る固体レーザー装置は、レーザー を出射する半導体レーザー光源と、前記レ ザー光の入射により励起されて基本波レー ー光を発振する固体レーザー媒質、及びミ ーを含む光共振器と、前記光共振器の内部 配置され、前記基本波レーザー光の波長を 換する擬似位相整合型波長変換素子とを備 、前記擬似位相整合型波長変換素子には、 定周期を有する分極反転領域が形成され、 記分極反転領域の光軸方向の長さは、1.0mm 下である。

 この固体レーザー装置においては、温度 容幅が広く、精密な温度制御をしなくても 大出力で且つ波長安定性の良好なレーザー を出力することができ、表示装置に用いる 合には装置の小型化及び低コスト化を実現 きる。

 前記分極反転領域が形成されている前記 似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長 は、0.3mm以上0.6mm以下であることが好ましい 。

 この場合、高出力化が可能で、且つ温度 容幅を広くすることができるので、低コス で大出力の固体レーザー装置を実現するこ ができる。また、擬似位相整合型波長変換 子の素子長が短いため、波長変換特性の許 幅が拡大し、レーザー光の波長幅を増大す ことができ、スペックルノイズの低減も実 される。

 前記分極反転領域は、第1の周期を有する 第1の分極反転領域と、前記第1の周期より短 第2の周期を有する第2の分極反転領域とを み、前記第2の分極反転領域の長さは、前記 1の分極反転領域の長さより短いことが好ま しい。ここで、前記第1及び第2の分極反転領 が形成されている前記擬似位相整合型波長 換素子の光軸方向の長さは、1.2mm以下であ ことが好ましく、前記第1の分極反転領域の 軸方向の長さは、0.1mm以上0.2mm以下であり、 前記第2の分極反転領域の光軸方向の長さは 0.3mm以上1.0mm以下であることが好ましい。

 この場合、第1の分極反転領域の温度に対 する許容度が第2の分極反転領域よりも大き なるとともに、第1の分極反転領域の低温時 波長変換効率が第2の分極反転領域より大き くなるので、温度許容幅を向上することがで きるとともに、装置立ち上げ時の使用環境温 度が低い場合でも、装置の立ち上げ時間を短 縮することができる。

 前記固体レーザー装置は、前記擬似位相 合型波長変換素子の近傍に配置され、前記 似位相整合型波長変換素子を加熱する加熱 置をさらに備えることが好ましい。

 この場合、擬似位相整合型波長変換素子 加熱することができるので、制御基準温度 りも低い環境温度から装置を立ち上げ駆動 る際の立ち上げ時間の短縮が実現されると もに、制御基準温度に早期に達するため、 ち上げ時から装置を安定的に駆動すること できる。

 前記加熱装置は、電熱ヒーターであるこ が好ましい。この場合、電熱ヒーターを用 ることにより、装置の低コスト化を図りな ら、擬似位相整合型波長変換素子の温度を 時間で制御基準温度以上にすることができ 。

 前記加熱装置は、紫外光源であってもよ 。この場合、紫外光源から出射された紫外 が擬似位相整合型波長変換素子に吸収され 熱に変換されるので、装置立ち上げ時の使 環境温度が低い場合に、擬似位相整合型波 変換素子の温度上昇をアシストすることが きる。

 前記固体レーザー装置は、前記擬似位相 合型波長変換素子の温度が制御基準温度よ も低い場合に、前記半導体レーザー光源に 格最大電流を供給して前記半導体レーザー 源の立ち上げ動作を制御する制御回路をさ に備えることが好ましい。

 この場合、半導体レーザー光源の温度を 期に上昇させることができるので、制御基 温度よりも低い環境温度から装置を立ち上 駆動する際の立ち上げ時間の短縮が実現さ るとともに、制御基準温度に早期に達する め、立ち上げ時から装置を安定的に駆動す ことができる。

 前記ミラーは、前記固体レーザー媒質及 前記擬似位相整合型波長変換素子の光入射 に対して45度の傾きを有して配置され、前 レーザー光は、前記ミラーを介して前記固 レーザー媒質に入射するとともに、前記基 波レーザー光は、前記ミラーを介して前記 似位相整合型波長変換素子に入射し、前記 似位相整合型波長変換素子により変換され 高調波レーザー光は、前記ミラーを介して 射することが好ましい。

 この場合、固体レーザー媒質と擬似位相 合型波長変換素子とを充分大きなヒートシ クにより冷却することが可能となるだけで く、擬似位相整合型波長変換素子で発熱が じやすい領域を効果的に放熱することがで る。これらにより、ペルチエ素子等を用い 精密な温度制御を行うことなく、発熱によ レーザー出力の変動を抑制することができ 。

 前記固体レーザー媒質と前記擬似位相整 型波長変換素子とは、それぞれ異なるヒー シンクに固定されていることが好ましい。

 この場合、固体レーザー媒質と擬似位相 合型波長変換素子とを個別に充分大きなヒ トシンクにより冷却することができる。

 前記固体レーザー装置は、前記レーザー の発振波長を固定する発振波長固定部をさ に備えることが好ましい。

 この場合、温度変化が生じても、半導体 ーザー光源の発振波長がほぼ一定に保持さ るので、半導体レーザー光源に対する高精 の温度制御を行う必要がない。なお、発振 長固定部としては、例えば、透過型の回折 子であるVBG(Volume Bragg Grating)がある。この では、半導体レーザー光源から出射したレ ザー光を、このVBGに入射させるが、その一 が反射されて半導体レーザー光源にフィー バックされ、半導体レーザー光源の発振波 がVBGにより選択された波長に固定される。

 前記半導体レーザー光源は、複数の活性 域から励起光を出射する半導体素子を含み 前記固体レーザー装置は、前記半導体素子 前記複数の活性領域をそれぞれ独立に駆動 て前記励起光を制御する制御部をさらに備 、前記制御部は、前記複数の活性領域の中 ら選択的に活性領域を駆動することにより 前記励起光により励起される前記固体レー ー媒質の基本波レーザー光を発生する発生 の位置を時間的に変化させて前記擬似位相 合型波長変換素子からマルチビームの高調 レーザー光を出射させることが好ましい。

 この場合、緑色のW級の高出力レーザー光 が安定に得られるので、長寿命で高信頼性の 固体レーザー光源が実現できる。また、この ような固体レーザー装置を使用して画像など を表示すると高調波レーザー光がマルチビー ムで出射するのでスペックルノイズが低減さ れた画像を表示することができる。

 前記半導体素子は、独立して駆動可能な 数の活性領域を有する半導体レーザーアレ 素子であることが好ましい。この場合、緑 のW級の高出力レーザー光が安定に得られる 。

 前記半導体素子は、それぞれの活性領域 ら励起光を出射する、並列に配置された複 の半導体レーザー素子であってもよい。こ 場合も、緑色のW級の高出力レーザー光が安 定に得られる。

 前記分極反転領域は、周期の位相が異な 部分を有することが好ましい。この場合、 ーム干渉によりマルチビームが発生し、ビ ム断面積を大きくすることができるので、 調波のパワー密度を低減でき、高出力耐性 向上できるとともに、高調波レーザー光を ルチモード化することにより干渉度が低下 、緑色のW級の高出力レーザー光が安定に得 られる。

 前記ミラーは、凹面ミラーであることが ましい。この場合、複数の活性領域からの 起光により励起された固体レーザー媒質か 発生する基本波レーザー光が、それぞれ安 的にレーザー発振を行うことができる。

 前記制御部は、所定の動作時間内に設定 れた各設定時間に動作させる動作活性領域 前記複数の活性領域の中から選択して駆動 ることにより、前記マルチビームの高調波 ーザー光を出射させることが好ましい。

 この場合、半導体素子の複数の活性領域 各々を所定の動作時間内に順番に使用する とにより、レーザー光、電流及び発熱など 特定の活性領域に集中してその活性領域を 耗及び劣化させることなく、半導体素子を 用することができるので、半導体素子を高 頼性且つ長寿命で使用することができる。

 前記制御部は、前記動作活性領域として 前記複数の活性領域の中から1つの活性領域 を選択し、選択した活性領域から出射される 励起光を増大させて前記固体レーザー媒質を 励起することにより、前記固体レーザー媒質 中に前記基本波レーザー光を発生する2以上 前記発生部を生じさせ、前記マルチビーム 高調波レーザー光を出射させることが好ま い。

 この場合、半導体素子の複数の活性領域 うちの1つの活性領域を所定の動作時間内に 順番に使用することにより、レーザー光、電 流及び発熱などが特定の活性領域に集中して その活性領域を磨耗及び劣化させることなく 、半導体素子を使用することができるので、 半導体素子を高信頼性且つ長寿命で使用する ことができる。

 前記制御部は、前記設定時間のうち任意 連続する設定時間を第1の設定時間及び第2 設定時間としたとき、前記第1の設定時間に いて選択された活性領域が、前記第2の設定 時間において前記動作活性領域として選択さ れないように、前記活性領域を駆動すること が好ましい。

 この場合、第1の設定時間において選択さ れた活性領域が、第2の設定時間において動 活性領域として選択されないように、半導 素子の複数の活性領域の各々を所定の動作 間内に順番に使用することにより、レーザ 光、電流及び発熱などが特定の活性領域に 中してその活性領域を磨耗及び劣化させる となく、半導体素子を使用することができ ので、半導体素子を高信頼性且つ長寿命で 用することができる。

 前記制御部は、前記設定時間のうち任意 連続する設定時間を第1の設定時間及び第2 設定時間としたとき、前記第1の設定時間に いて選択された活性領域及び当該活性領域 隣接する活性領域が、前記第2の設定時間に おいて前記動作活性領域として選択されない ように、前記活性領域を駆動するようにして もよい。

 この場合、第1の設定時間において選択さ れた活性領域及び当該活性領域に隣接する活 性領域が、第2の設定時間において動作活性 域として選択されないように、半導体素子 複数の活性領域の各々を所定の動作時間内 順番に使用することにより、隣接する活性 域からの熱の移動などによる影響をさらに なくすることができる。

 前記設定時間が切り替わる周波数は、60Hz 以上、前記固体レーザー媒質の緩和振動周波 数以下であることが好ましい。

 この場合、画像表示装置用のレーザー光 として使用したときでも、スペックルノイ が低減された高品質且つ安定した画像を表 することができる。

 前記固体レーザー装置は、前記ミラーの 部に配置される回折格子をさらに備えるこ が好ましい。この場合、出射するマルチビ ムの角度をさらに広げることができるので 一層スペックルノイズを低減することがで る。

 本発明に係る表示装置は、画像変換デバ スと、前記画像変換デバイスを照射するた の照明光源とを備え、前記照明光源は、赤 光源、緑色光源及び青色光源を含み、前記 色光源、前記緑色光源及び前記青色光源の ちの少なくとも1つは、上記いずれかに記載 の固体レーザー装置からなる。

 この表示装置においては、小型で大出力 照明光源を用いているので、表示装置全体 小型化することができるとともに、レーザ 光源を用いているので、従来に比べて色再 性をさらに改善することができる。

 前記画像変換デバイスは、2次元空間変調 デバイスを含み、前記照明光源は、前記赤色 光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出 射したレーザー光を合波して前記2次元空間 調デバイスを照射することが好ましい。こ 場合、2次元空間変調デバイスの数を必要最 限に削減して表示装置の低コスト化を図る とができる。

 前記画像変換デバイスは、3枚の透過型液 晶表示パネルを含み、前記透過型液晶表示パ ネルは、前記赤色光源、前記緑色光源及び前 記青色光源から出射するレーザー光に対応し てそれぞれ配置され、前記透過型液晶表示パ ネルを透過した映像光は、合波プリズムによ り合波された後に投射されるようにしてもよ い。この場合、光源毎に設けられた透過型液 晶表示パネルを用いて高精細な画像を表示す ることができる。

 本発明に係る他の表示装置は、液晶表示 ネルと、前記液晶表示パネルを背面側から 明するバックライト照明装置とを備え、前 バックライト照明装置は、複数のレーザー 源を含み、前記複数のレーザー光源は、赤 光源、緑色光源及び青色光源を含み、前記 色光源は、上記いずれかに記載の固体レー ー装置からなる。

 この表示装置においては、スペックルノ ズが低減された高品質且つ安定した画像を 示する、長寿命で高信頼性の画像表示装置 実現することができる。

 前記固体レーザー装置は、前記液晶表示 ネルの背面側に複数個配置されることが好 しい。この場合、さらにスペックルノイズ 低減された高品質且つ安定した画像を表示 ることができる。

 前記固体レーザー装置のうち、隣接する 体レーザー装置の高調波レーザー光の波長 、1nm以上20nm以下の範囲で互いに異なること が好ましい。この場合、色むらの少ない鮮明 な緑色からなる画像を表示することができる 。

 前記表示装置は、前記擬似位相整合型波 変換素子近傍に配置され、装置内の発熱部 らの熱を前記擬似位相整合型波長変換素子 伝達する伝熱部をさらに備えることが好ま い。

 この場合、発熱部からの熱を擬似位相整 型波長変換素子に伝達して擬似位相整合型 長変換素子を加熱することができるので、 御基準温度よりも低い環境温度から装置を ち上げ駆動する際の立ち上げ時間の短縮が 現されるとともに、制御基準温度に早期に するため、立ち上げ時から装置を安定的に 動することができる。

 前記発熱部は、前記赤色光源及び前記青 光源の少なくとも一方であることが好まし 。この場合、赤色光源及び青色光源を伝熱 として共用することができるので、装置の コスト化及び小型化を達成することができ 。

 本発明に係る波長変換素子は、半導体レ ザー光源からのレーザー光の入射により励 されて基本波レーザー光を発振する固体レ ザー媒質、及びミラーを含む光共振器の内 に配置され、前記基本波レーザー光の波長 変換する擬似位相整合型波長変換素子であ て、前記擬似位相整合型波長変換素子には 一定周期を有する分極反転領域が形成され 前記分極反転領域の光軸方向の長さは、1.0m m以下である。

 この波長変換素子において、固体レーザ 媒質から大きな基本レーザー波を入力する とができるとともに、変換効率の改善と温 許容幅の拡大とにより、温度安定性がよく つ高出力の固体レーザー装置を実現するこ ができる。

 本発明の固体レーザー装置によれば、温 許容幅が広くなるので、精密な温度制御を なくても、大出力で且つ波長安定性の良好 レーザー光を出力することができ、投射型 示装置等の表示装置分野に有用である。

 また、本発明は、スペックルノイズが低 されたW級の緑色の高出力レーザー光を出射 する長寿命且つ高信頼性の固体レーザー装置 、及び、この固体レーザー装置を用いた高品 質な表示装置を提供することができ、大型表 示装置や高輝度表示装置などの表示用デバイ ス、又は照明用機器に有用である。