CN101154011A - 激光光源装置、照明装置、监视装置及投影机 - Google Patents

Abstract

本发明提供提高光波长转换元件的转换效率，能够以高输出发生激光的激光光源装置等。激光光源装置(12)具备半导体激光器阵列(20)、柱面透镜(25)、光波长转换元件(30)及反射镜(40)。柱面透镜(25)为弯月形状，单面是具有正折射力的凸面(25a)，相反面是具有负折射力的凹面(25b)。利用由凸面(25a)而产生的正折射力，对来自半导体激光器阵列(20)的激光LB1进行聚光，提高光密度，利用由凹面(25b)而产生的负折射力，加长焦点距离。

Description

激光光源装置、照明装置、监视装置及投影机

技术领域

本发明涉及具备发出激光的激光光源的激光光源装置、具备该激光光源装置的照明装置、监视装置及投影机。

背景技术

以往，作为波长转换的技术，使之发生入射光半波长的光的二次谐波发生(Second Harmonic Generation：SHG)技术已为众所周知。通过将该SHG的技术和半导体激光器的技术进行组合，而可以使用在远红外区激发的易于得到的半导体激光器，获得可见区域内波长的激光。

作为上述组合的技术一例，有下述的专利文献1。据此，使从半导体激光器发出的激光通过透镜入射于SHG元件，将激光不断转换成二次谐波。在专利文献1等中，改进了SHG元件的结构，使转换效率得到提高。

专利文献1：特开平5-297428号公报

但是，就上述以往的技术而言，可以改善SHG元件的特性，尽管如此，却因下述(1)、(2)的原因，而出现了在SHG元件中不能期望充分的转换效率提高这样的问题。

(1)设置于半导体激光器和SHG元件之间的透镜是所谓的场透镜，并且是聚光所需的，对于这种透镜来说，若和SHG元件之间的距离相隔某种程度以上(若变得比焦点距离远)，则对SHG元件的入射光的光线密度下降。因为光波长转换元件的转换能量如下所述，受入射光的光线密度影响较大，所以若入射光的光线密度下降，则无法进行高效的波长转换。

(2)就上述场透镜来说，因为光线的放射角度相对光轴具有较大的倾斜度，所以激光向SHG元件的外侧漫射，难以在SHG元件内有效作为光路来确保。因此，无法进行高效的波长转换。

发明内容

本发明要解决的问题在于，提高SHG元件的转换效率，能够以高输出发生激光。

作为用来解决上述问题至少一部分的手段，采取下面所示的结构。

本发明的激光光源装置，具备：

激光光源，发出作为基波的激光；和

光波长转换元件，将上述基波转换成二次谐波；

其特征为，

在上述激光光源和上述光波长转换元件之间，配置光学透镜系统，从上述激光光源侧按顺序具备第1面和第2面，该第1面具有正的折射力，该第2面具有负的折射力。

根据上述结构的激光光源装置，按照由光学透镜系统的第1面而产生的正折射力，对来自激光光源的激光进行聚光，使激光的光线密度得到提高。

对于光波长转换元件而言，在激光那种较强的光通过时，引起非线性光学效应。该非线性光学效应的现象用下述的(1)式来表达。

P＝ε_ox⁽¹⁾E+ε_ox⁽²⁾E E+ε_ox⁽³⁾E E E+…    (1)

这里，P是物质中产生的极化，E是入射光的电场强度，ε_o是真空中的介电常数，x⁽¹⁾、x⁽²⁾、x⁽³⁾、…是用2阶、3阶、4阶…的张量表达的非线性灵敏度。根据(1)式，在极化P的确定中，入射光的电场强度E为较大的主要原因。因此，为了提高波长转换的效率，重要的是提高入射于光波长转换元件的激光的光线密度。如上所述，因为以光学透镜系统的第1面能谋求光线密度的提高，所以波长转换的效率有所提高。

再者，利用第1面提高了光线密度的激光在维持高光线密度的状态下，利用由下一级的第2面而产生的负折射力，拉长焦点距离。若焦点距离变长，则光线的行进角度接近光轴方向，其结果为，因为容易在光波长转换元件内有效作为光路来确保，所以波长转换的效率得到进一步提高。

从而，根据本发明的激光光源装置，可以凭借上述2个作用来提高光波长转换元件的转换效率，其结果为，能够以高输出发生激光。

上述激光光源也可以为激光器阵列，其中排列多个发出激光的发光部。另外，上述激光器阵列也可以为面发光型，其中光谐振的方向相对基板面垂直。

上述光学透镜系统也可以为弯月形状的光学器件，单面以作为上述第1面的凸面且相反面以作为上述第2面的凹面，来形成。根据该结构，可以采用弯月形状的光学器件，容易构成同时具有正折射力和负折射力的光学透镜系统。

上述弯月形状的光学器件也可以为柱面透镜。即使激光光源是排列多个发光部的激光器阵列，通过使之为柱面透镜，也可以容易制作弯月形状的光学器件。

上述光学器件的焦点位置最好在上述光波长转换元件内，或者与上述光波长转换元件相比位于远处。根据该结构，更易于在光波长转换元件内有效作为光路来确保。

上述光学透镜系统还可以具备：凸透镜，具备作为上述第1面的凸面；和凹透镜，具备作为上述第2面的凹面。根据该结构，可以利用多个光学器件的组合，容易构成同时具有正折射力和负折射力的光学透镜系统。

本发明的照明装置其特征为，具备上述激光光源装置。该照明装置可以获得高输出。

本发明的监视装置，其特征为，具备：

上述激光光源装置；和

拍摄机构，拍摄由上述激光光源装置所照射的被拍摄体。

该监视装置因为可以利用高输出的激光光源装置照射被拍摄体，所以能够提高由拍摄机构获得的拍摄图像明亮度。

本发明的投影机，其特征为，具备：

上述激光光源装置；和

图像形成装置，利用来自上述激光光源装置的光，使之在显示面上显示与图像信号相应的图像。

该投影机因为可以使用高输出的激光光源装置，所以能够显示高亮度的图像。

附图说明

图1是作为本发明第1实施例的照明装置10的概略结构图。

图2是表示激光光源装置12主要部分的说明图。

图3是表示弯月形状柱面透镜25的作用的说明图。

图4是表示行进方向不同的2条光线Ba、Bb在极化反相结构内通过的状态的说明图。

图5是作为第1实施例的第1变形例的激光光源装置112主要部分的说明图。

图6是作为第1实施例的第2变形例的激光光源装置212主要部分的说明图。

图7是作为第2变形例的又一变形例的激光光源装置212′主要部分的说明图。

图8是作为第1实施例的第3变形例的激光光源装置312主要部分的说明图。

图9是作为本发明的第2实施例的监视装置400的概略结构图。

图10是作为本发明的第3实施例的投影机500的概略结构图。

图11是表示作为其他实施方式的激光光源装置612的说明图。

符号说明

10…照明装置

12…激光光源装置

14…漫射元件

20…半导体激光器阵列

20C…激光盒

20a…基板面

20b…发光层

25…柱面透镜

25a…凸面

25b…凹面

30…光波长转换元件

30C…护套

40…反射镜

112…激光光源装置

120…半导体激光器阵列

125…弯月形透镜阵列

126…弯月形透镜

126a…凸面

126b…凹面

130…光波长转换元件

212…激光光源装置

220…半导体激光器阵列

225…柱面透镜

225a…凸面

225b…凹面

230…光波长转换元件

312…激光光源装置

320…凸透镜

330…凹透镜

400…监视装置

410…装置主体

411…相机

420…光传输部

421…光波导

422…光波导

423…漫射板

424…成像透镜

500…投影机

501R…红色激光光源装置

501G…绿色激光光源装置

501B…蓝色激光光源装置

502R、502G、502B…均匀光学系统

504R、504G、504B…液晶光阀

506…十字分色棱镜

507…投影透镜

510…屏幕

612…激光光源装置

620…半导体激光器装置

625…柱面透镜

625a…凸面

625b…凹面

630…光波长转换元件

LB1、LB2、LB11…激光

具体实施方式

下面，根据实施例来说明本发明的实施方式。

1.第1实施例

A.装置整体的结构：

图1是作为本发明的第1实施例的照明装置10的概略结构图。如图所示，照明装置10具备：激光光源装置12，相当于本发明的“激光光源装置”；和漫射元件14，对从激光光源装置12所发出的激光进行漫射。

激光光源装置12具备：激光盒20C，内置半导体激光器阵列20；弯月形状的柱面透镜25；护套30C，内置光波长转换元件30；以及反射镜40，作为外部光谐振器来发挥作用。在护套30C内，和热敏电阻一起设置温度控制用的帕尔帖元件，其构成为能够以高准确度控制光波长转换元件30的温度。还有，也可以取代帕尔帖元件，使之为其他的发热组件。

B.主要部分的结构：

图2是表示激光光源装置12主要部分的说明图。激光光源装置12如上所述，具备半导体激光器阵列20、柱面透镜25、光波长转换元件30及反射镜40。半导体激光器阵列20是一种被称为VCSEL(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，垂直腔表面发射激光器)的激光器阵列，其中，光谐振的方向相对基板面垂直，并且激光相对基板面20a垂直出射；具有多个发光层(有源层)20b排列成1列的1维阵列结构。发光层20b的数目虽然在图示的例子中为4个，但是不需要限定为4个，也可以设为多个之中的其他数目。

还有，在图示中，确定了坐标轴(x轴、y轴、z轴)，该坐标轴将该阵列结构的排列方向，也就是发光层20b的排列方向设为x轴方向，将来自发光层20b的激光LB1的出射方向设为y轴方向，将与该双方垂直的方向设为z轴方向；并且该坐标轴将根据需要用于说明中。在激光光源装置12中，半导体激光器阵列20、柱面透镜25、光波长转换元件30及反射镜40按该顺序沿y轴方向来设置。

柱面透镜25如上所述，是弯月形状的透镜。普通的柱面透镜呈将圆柱按轴方向分成两部分的形状，但是在本实施例中，通过使被分开的部分为凹面而成为弯月形状。也就是说，本实施例的柱面透镜25为弯月形状，单面是具有正折射力的凸面25a，相反面是具有负折射力的凹面25b。该弯月形状的柱面透镜25配置为，凸面25a为半导体激光器阵列20侧，凹面25b为光波长转换元件30侧。

在本实施例中，凸面25a与凹面25b相比，曲率大(曲率半径比凹面25b小)，柱面透镜25整体上具备凸型性质。这种情况下，通过拉近焦点位置，将聚光光点设定得较小，就能够形成能量密度高的区域。还有，也可以取而代之，使凹面25b和凸面25a为相同曲率的面。此时，能够不改变焦点位置而使光线束直径变细。再者，也可以使凹面25b与凸面25a相比曲率较大(曲率半径比凸面25a小)，将柱面透镜25替换成整体上具备凹型性质的透镜。此时，因为可以将焦点距离设定得较长，所以能够增长波长转换元件的长度。

图3是表示弯月形状的柱面透镜25作用的说明图。该附图是在图2中朝向-x方向看到的附图。如图所示，从半导体激光器阵列20发出并入射到柱面透镜25的激光LB1由凸面25a进行聚光，因由凸面25a聚光而使光线直径变小(光线能量密度增高)，且与凸面25a的聚光透镜折射力的焦点位置相比，焦点距离通过凹面25b被拉长，作为LB1′予以出射。还有，凸面25a处的聚光用来缩小附图中z轴方向的光线宽度，在x轴方向上光线宽度没有变化。其原因为，凹面25b按x轴方向伸直，并在z轴方向上弯曲。这里所使用的柱面透镜的结构为，按z轴方向，凸面25a的折射力比凹面25b的折射力大，发生对平行光线进行聚光的作用。

在图2中圈出的圆C内，表示出凹面25b的激光LB1′的出射截面。从该出射截面也判明，在柱面透镜25中，在z轴方向上进行聚光，并且在z轴方向上没有变化。

光波长转换元件30用来引起二次谐波发生(SHG)的现象，也就是2个光子被转换成具有2倍振动数的1个光子的2次非线性光学现象，在强介电体材料中形成极化反相结构。极化反相结构交替形成极化反相区域P1和极化非反相区域P0，该极化反相区域P1使强介电体光学晶体具有的自然极化方向产生了反相，该极化非反相区域P0未进行该反相。该极化反相区域P1和极化非反相区域P0交替排列的方向和上述的y轴方向，也就是半导体激光器阵列20的激光LB1的出射方向一致。

上述极化反相结构在使用铌酸锂或钽酸锂的元件中采用电场施加法来形成。还有，极化反相结构的形成方法也不必限于该方法，还可以是利用离子交换的极化反相法、利用电子束的微畴反相法等由其他方法而来的方法。对于材料来说，也不必限于铌酸锂、钽酸锂，可以使用各种方法中适当的材料。

反射镜40在面40a上施加了特殊涂层，该面40a具有与光波长转换元件30侧的激光光线LB1′的入射角度相应的反射面形状。该特殊涂层针对从半导体激光器阵列20发出的激发光为高反射，针对从光波长转换元件30发出的二次谐波却为高透射。另一方面，在半导体激光器阵列20出射侧的基板面20a，施加了针对上述激发光为高透射并且针对上述二次谐波为高反射的特殊涂层。采用此结构，在半导体激光器阵列20的基板面20a和反射镜40的面40a之间构成光谐振器。从半导体激光器阵列20出射的激光成为被封闭在该光谐振器内的状态，并且数次透射光波长转换元件30。光波长转换元件30如上所述，因为采用帕尔帖元件以高准确度进行温度控制，所以能够得到噪声少的二次谐波，并且该二次谐波透射反射镜40，作为转换波长后的激光LB2，从激光光源装置12出射。

回到图3，弯月形状的柱面透镜25虽然如上所述，实现了利用凹面25b拉长焦点距离的作用，但是在本实施例中如图所示，以下述方式进行了光学设计，该方式为：使得柱面透镜25的焦点F位于光波长转换元件30内。还有，焦点F只要在y轴方向上在光波长转换元件30内，就可以改换成任意位置，并且只要比光波长转换元件30远，也就是与光波长转换元件30相比位于反射镜40侧，也可以改换成任意位置(例如，附图中F′的位置)。

C.作用·效果：

根据如上所构成的照明装置10所具备的激光光源装置12，利用由柱面透镜25的凸面25a而产生的正折射力，对来自半导体激光器阵列20的激光LB1进行聚光，使激光LB1的光线密度得到提高。若提高了光线密度，则根据上述的(1)式使极化P增大，波长转换的效率得到提高。再者，提高光线密度后的激光在维持高光线密度的状态下，通过由柱面透镜25的凹面25b而产生的负折射力，焦点距离被拉长。因为若焦点距离变长，则光线的行进角度接近光轴方向，其结果为，易于在光波长转换元件30内有效作为光路来确保，所以波长转换的效率得到进一步提高。再者，对于非线性光学元件来说，因光线密度有所提高，而使向二次谐波的转换效率提高，因此可以使波长转换效率得到提高。另外，在与负折射力相比增大了正折射力的结构中，有对光线进行聚光并使之在前方进行聚光的作用，可以使上述非线性光学元件内的光线密度得到提高，高效获得二次谐波的转换。

从而，根据本实施例的激光光源装置12，可以凭借上述2个作用来提高光波长转换元件30内的转换效率，其结果为，能够以高输出发生激光。因此，照明装置10可以获得高输出。

另外，在使之对半导体激光器阵列20的多个发光部的各自分别各具有1个弯月形状部分地设计出光学透镜系统时，光学透镜系统成为复杂的结构，但是像本实施例那样，通过使柱面透镜25为弯月形状，就可以容易制造同时具有正折射力和负折射力的光学透镜系统。

再者，在本实施例中，如使用图3在上面所述，因为柱面透镜25的焦点F已被确定为位于光波长转换元件30内，所以更加易于在光波长转换元件30内有效作为光路来确保。

若如上所述焦点距离变长，则激光LB1′的行进角度接近光轴方向(y轴方向)，而这样一来，激光LB1′就能够在形成于光波长转换元件30中的极化反相结构内一致地通过。下面，对于其原因进行详细说明。

图4是表示行进方向不同的2条光线Ba、Bb在极化反相结构内通过的状态的说明图。极化反相结构如上所述，交替排列极化反相区域P1和极化非反相区域P0。在行进方向和其排列的方向(＝y方向)一致的第1光线Ba的情况下，在其光路上极化反相区域P1和极化反相区域P1之间的距离(下面，称为“间距”)ta是一定的大小，且较小。相对于此，在行进角度从y方向倾斜得较大的光线Bb的情况下，在其光路上间距tb根据位置的不同产生较大变化，而且比间距ta大。因此，激光LB1′的行进角度与光轴方向(y轴方向)越接近，也就是说越接近平行光线，激光LB1′越是在极化反相结构内以一定的间距而且较小的间距通过。因此，光波长转换元件30的转换效率变得更高。

D.变形例：

对于上述第1实施例的变形例，在下面进行说明。

图5是表示作为第1变形例的照明装置所具备的激光光源装置112的主要部分的说明图。激光光源装置112和第1实施例相同，可以作为照明装置来使用。如图所示，激光光源装置112具备半导体激光器阵列20、弯月形透镜阵列125、光波长转换元件30和反射镜40。半导体激光器阵列20、光波长转换元件30及反射镜40和第1实施例相同，并且在本实施例中附上相同的符号。

弯月形透镜阵列125将弯月形透镜126，按半导体激光器阵列20的发光层20b的数目排列。其排列方向和半导体激光器阵列20的发光层20b的排列方向(＝x方向)一致，其构成为，从半导体激光器阵列20的多个发光层20b各自所出射的激光LB1入射于多个弯月形透镜126的各自。

弯月形透镜126其单面为具有正折射力的凸面126a，相反面为具有负折射力的凹面126b。凸面126a配置在半导体激光器阵列20侧，凹面126b处于光波长转换元件30侧。还有，第1实施例的弯月形状的柱面透镜25是，在x-z平面上只是z轴方向弯曲的结构，相对于此，该第1变形例的弯月形透镜126是，在x-z平面上x轴方向、z轴方向全都弯曲的结构。因此，如圈出的圆D所示，来自各弯月形透镜126的激光LB1′的出射截面为圆形。该出射截面的直径比所入射的激光LB1小。

也就是说，弯月形透镜126的作用为，由凸面126a对从半导体激光器阵列20传送来的激光LB1进行聚光，由凹面126b拉长焦点距离。该焦点和第1实施例相同，按下述方式进行了光学设计，该方式为：使之在y轴方向上位于光波长转换元件30内，或者比光波长转换元件30远，也就是比光波长转换元件30靠近反射镜40侧。还有，在使弯月形透镜的凸面及凹面的曲率为相同的实施方式中，可以不改变焦点距离，只使光束直径变细，就使能量密度得到提高。

根据如上所构成的第1变形例的激光光源装置112，通过由弯月形透镜126的凸面126a而产生的正折射力，对来自半导体激光器阵列20的激光LB1进行聚光，通过由凹面126b而产生的负折射力，拉长焦点距离。从而，和第1实施例的激光光源装置12相同，可以提高光波长转换元件30的转换效率，其结果为，产生能够以高输出发生激光这样的效果。

图6是表示作为第1实施例的第2变形例的照明装置所具备的激光光源装置212主要部分的说明图。激光光源装置212和第1实施方式相同，可以作为照明装置来使用。如图所示，激光光源装置212具备半导体激光器阵列220、弯月形状的柱面透镜225、光波长转换元件230和反射镜40。反射镜40和第1实施方式相同。

半导体激光器阵列220和第1实施例的半导体激光器阵列20相比较，不同之处仅仅是发光层220b排列成3列的2维阵列结构，对于是VCSEL的方面以及激光LB1的出射方向等则相同。半导体激光器阵列220的结构为，按x轴方向、3个发光层220b以等间隔来排列，并且通过该排列构成的列按z轴方向排列3列。还有，在图示中，省略了对来自第2列发光层220b的激光的描述，但这是为了避免使图示变得复杂而不清楚，实际上激光从9个发光层220b的全部出射。

柱面透镜225和光波长转换元件230同第1实施例的柱面透镜25和光波长转换元件130相比较，不同之处仅仅是z轴方向的尺寸较大，其结构相同。

在如上所构成的第2变形例的激光光源装置212中，是2维的半导体激光器阵列220，且可以利用由柱面透镜225的凸面225a而产生的正折射力，对来自半导体激光器阵列220的激光LB1进行聚光，利用由凹面225b而产生的负折射力，加长能量密度较高的区域。这种情况下，能够在能量密度较高且较长的区域配置波长转换元件，并且和第1实施例相同，可以提高光波长转换元件230的波长转换输出，其结果为，能够以高输出发生激光。

还有，上述半导体激光器阵列220也可以将2维的阵列结构替换成除3列之外的2列、4列之类的其他多列。排列成1列的发光层220b的数目也可以取代3，而为其他的数目。

在该第2变形例中，柱面透镜225是在x-z平面上只是z轴方向弯曲的结构，相对于此，作为该第2变形例的又一变形例，如图7所示，柱面透镜225′也可以在x-z平面上x轴方向、z轴方向全都弯曲。采用第2变形例的柱面透镜225，来自图6中最前列(在z轴方向上成为附图中最前方的列)的3个发光层220b的出射光在z轴方向上稍微向内侧(附图中的后方)偏移，来自最后列(在z轴方向上成为附图中最后方的列)的3个发光层220b的出射光在z轴方向上稍微向内侧(附图中的前方)偏移。相对于此，采用该又一变形例的柱面透镜225′，对于3×3的9个发光层220b之中的除了正中的发光层220b之外的周围的8个发光层220b来说，出射光按z轴方向、x轴方向的双方稍微向内侧偏移。即便是此结构的该又一变形例，也和第1实施例、第2变形例相同，可以提高光波长转换元件230的转换效率，其结果为，能够以高输出发生激光。

图8是表示作为第1实施例的第3变形例的照明装置所具备的激光光源装置312的主要部分的说明图。激光光源装置312和第1实施方式相同，可以作为照明装置来使用。激光光源装置312和第1实施例的激光光源装置12相比较，不同之处仅仅是取代柱面透镜25而设置凸透镜320和凹透镜330，其他则相同。对和第1实施方式相同的部分，附上相同的符号。

在上述第1实施例及其第1、第2变形例中，利用一个光学器件来构成具备第1面和第2面的光学透镜系统，该第1面具有正的折射力，该第2面具有负的折射力，而在该第3变形例中，采用多个光学器件的组合来构成上述光学透镜系统。也就是说，在该第3变形例中，利用具有正折射力的凸透镜320和具有负折射力的凹透镜330，来构成上述光学透镜系统。

凹透镜330的焦点和第1实施例相同，按下述方式进行了光学设计，该方式为：使之在y轴方向上位于光波长转换元件30内，或者比光波长转换元件30远，也就是比光波长转换元件30靠近反射镜40侧。

根据上述结构的激光光源装置312，可以利用由凸透镜320而产生的正折射力，对来自半导体激光器阵列20的激光LB1进行聚光，利用由凹透镜330而产生的负折射力，拉长焦点距离。从而，和第1实施例相同，可以提高光波长转换元件30的转换效率，其结果为，能够以高输出发生激光。

还有，在上述第3变形例中，虽然凸透镜320是单面为平面的平凸透镜，但是也可以取而代之，使之为组合了2个凸面的双凸透镜。

2.第2实施例：

对于本发明的第2实施例，在下面进行说明。

图9是作为本发明的第2实施例的监视装置400的概略结构图。监视装置400具备装置主体410和光传输部420。装置主体410具备上述第1实施例的激光光源装置12。激光光源装置12如同第1实施例中所说明的那样，具备半导体激光器阵列20、柱面透镜25、光波长转换元件30及反射镜40。

光传输部420具备传输光的一侧和接收光的一侧的2根光波导421、422。各光波导421、422捆扎了多根光纤而成，可以将激光向远方传输。在传输光的一侧的光波导421的入射侧配设激光光源装置12，在其出射侧配设漫射板423。从激光光源装置12所出射的激光在光波导421中传播，向设置于光传输部420前端的漫射板423传输，由漫射板423进行漫射，对被拍摄体进行照射。

在光传输部420的前端，还设置成像透镜424，可以由成像透镜424接收来自被拍摄体的反射光。该接收到的反射光在接收侧的光波导422中传播，向设置于装置主体410内的作为拍摄机构的相机411传输。其结果为，可以通过相机411拍摄由下述反射光而来的图像，该反射光是通过由激光照射被拍摄体而得到的，该激光是由激光光源装置12所出射的。

根据如上所构成的监视装置400，因为可以由高输出的激光光源装置12照射被拍摄体，所以能够提高由相机411得到的拍摄图像的明亮度。

还有，作为该第2实施例的变形例，还可以为将装置主体410所具备的激光光源装置12替换成第1实施例的第1至第3变形例的构成。

3.第3实施例：

对于本发明的第3实施例，在下面进行说明。

图10是作为本发明的第3实施例的投影机500的概略结构图。在附图中，为了简单，省略了构成投影机500的壳体。投影机500具备：红色激光光源装置501R，射出红色光；绿色激光光源装置501G，射出绿色光；和蓝色激光光源装置501B，射出蓝色光。

红色激光光源装置501R是发出红色激光LBr的普通半导体激光器阵列。绿色激光光源装置501G的结构和上述第1实施例的激光光源装置12相同，具备半导体激光器阵列20、柱面透镜25、光波长转换元件30及反射镜40。通过该光波长转换元件30，进行波长转换以出射绿色波长的激光LBg。蓝色激光光源装置501B的结构和上述第1实施例的激光光源装置12相同，具备半导体激光器阵列20、柱面透镜25、光波长转换元件30及反射镜40。通过该光波长转换元件30，进行波长转换以出射蓝色波长的激光LBb。

另外，投影机500具备：液晶光阀(光调制机构)504R、504G、504B，将从各色的激光光源装置501R、501G、501B所射出的各色激光LBr、LBg、LBb，按照从个人计算机等传送来的图像信号分别进行调制；十字分色棱镜(色光合成机构)506，合成从液晶光阀504R、504G、504B所射出的光，将其向投影透镜507进行引导；以及投影透镜(投影机构)507，放大由液晶光阀504R、504G、504B所形成的像，将其向屏幕510进行投影。

再者，投影机500为了使从各激光光源装置501R、501G、501B所射出的激光照度分布均匀化，在比各激光光源装置501R、501G、501B靠光路后级侧，设置均匀光学系统502R、502G、502B，利用由它们使照度分布均匀化后的光，对液晶光阀504R、504G、504B进行照明。例如，均匀光学系统502R、502G、502B由全息图、场透镜构成。

由各液晶光阀504R、504G、504B调制后的3种色光入射于十字分色棱镜506。该棱镜粘贴4个直角棱镜来形成，并且在其内面，反射红色光的多层电介质膜和反射蓝色光的多层电介质膜配置成十字状。利用这些多层电介质膜来合成3种色光，形成表示彩色图像的光。然后，合成后的光通过作为投影光学系统的投影透镜507投影于屏幕510上，显示放大后的图像。

也就是说，在本实施例的投影机500中，由液晶光阀504R、504G、504B、十字分色棱镜506和投影透镜507来构成图像形成装置，可以通过该图像形成装置，利用来自各色激光光源装置501R、501G、501B的光，使作为显示面的屏幕510显示与图像信号相应的图像。

根据如上所构成的投影机500，因为可以使用高输出的激光光源装置501G、501B，所以能够显示高亮度的图像。

还有，作为该第3实施例的变形例，还可以为将绿色激光光源装置501G及/或蓝色激光光源装置501B，替换成第1实施例的第1至第3变形例的构成。

4.其他的实施方式：

本发明并不限于上述实施例和变形例，在不脱离其宗旨的范围内可以按各种方式来实施。

(1)在上述第1实施例中，虽然使用了排列多个发光层之半导体激光器阵列20作为激光光源，但是也可以取而代之，使用发光层只有1个的单体的激光光源。

(2)在上述实施例及变形例中，虽然作为激光器阵列使用了VCSEL型，但是也可以取而代之，使用光谐振的方向相对基板面平行的端面发光型激光器阵列。再者，激光光源也可以取代半导体激光器，设为固体激光器、液体激光器、气体激光器、自由电子激光器等其他种类的激光器。还有，在高输出的半导体激光器中，虽然有源层的激光光线密度成为使激光元件劣化加快的主要原因，但是在确保发光区域使之较宽的前提下，通过使用上述光学透镜系统，就能够实现高效率的波长转换和长寿命化。

(3)在上述实施例及变形例中，虽然激光光源装置是在半导体激光器阵列的外侧使用反射镜的所谓的外部激发器型，但是也可以取而代之，使用内部激发型的激光光源。

图11是表示作为上述(3)所述的实施方式的激光光源装置612的说明图。激光光源装置612和第1实施例相同，可以作为照明装置来使用。如图所示，激光光源装置612具备半导体激光器装置620、弯月形状的柱面透镜625及光波长转换元件630。柱面透镜625及光波长转换元件630与第1实施例的柱面透镜25及光波长转换元件30相比，只是大小不同，其他结构则相同。也就是说，柱面透镜625为弯月形状，单面是具有正折射力的凸面625a，相反面是具有负折射力的凹面625b。

半导体激光器装置620是所谓的内部谐振器型的激光光源，在本实施方式中出射单一的激光LB11。激光LB11通过柱面透镜625入射于光波长转换元件630，由光波长转换元件630进行波长转换，向激光光源装置612的外部出射。

根据如上所构成的激光光源装置612，利用由柱面透镜625的凸面625a而产生的正折射力，对来自作为内部谐振器型激光光源之半导体激光器装置620的激光LB11进行聚光，利用由凹面625b而产生的负折射力，加长焦点距离。从而，和第1实施例相同，可以提高光波长转换元件630的转换效率，其结果为，产生能够以高输出发生激光这样的效果。还有，该激光光源装置612除照明装置之外，还可以使用于监视装置、投影机等中。

(4)在上述实施例及变形例中，虽然其构成为，利用光学透镜系统具备的、具有负折射力的第2面来加长焦点距离，但是这里所说的“加长焦点距离”，还包括利用第2面出射的光成为完全的平行光的情形。该结构可以通过本申请发明具备的“光学透镜系统”的光学设计，来实现。例如，在第1实施例中，可以通过柱面透镜25的凸面25a及凹面25b的光学设计，来实现。特别是，由于具有由凸面25a进行聚光并由凹面25b加长焦点距离的功能，因而可以将焦点距离通过设计设定为预期的长度。也就是说，可以确保能量密度高的光线区域。另外，即便采用下述平行光线或者下述方法，也能够在本发明问题的能量密度高的状态下实现SHG内的高效转换，该平行光线在通过设计由凸面25a进行聚光、增高了能量密度的状态下，不具有凹面25b焦点，该方法，使光线逐渐扩展并不具有焦点。

(5)在上述实施例及变形例中，虽然其构成为，本申请发明具备的光学透镜系统的焦点位置在光波长转换元件内，或者比上述光波长转换元件远，但是并不一定必须为该结构，本申请发明也适用于焦点位置比光波长转换元件近的结构。

(6)在上述实施例及变形例中，虽然采用各种结构实现了本申请发明具备的光学透镜系统，但是上述光学透镜系统不必限定为这些实施例及变形例的结构，只要是从激光光源侧按顺序具备第1面和第2面的结构，也可以采用任意的光学器件，或者任意多个光学器件的组合来构成，该第1面具有正的折射力，该第2面具有负的折射力。

(7)在上述实施例中，虽然光波长转换元件30是极化反相区域P1按深度方向贯通的SHG元件，但是也可以取而代之，是在基板上设置光波导路的光波导路型SHG元件。

(8)上述第3实施例的投影机500虽然是所谓的3片式液晶投影机，但是也可以取而代之，是单片式的液晶投影机，该单片式液晶投影机通过按每色分时点亮激光光源装置，只用1个光阀就能够进行彩色显示。

(9)上述第3实施例的投影机500虽然是具备液晶光阀的液晶投影机，但是也可以取而代之，使之为具备下述图像形成装置的扫描式投影机，该图像形成装置通过使来自激光光源装置的激光在屏幕上进行扫描，使显示面显示与图像信号相应的图像。

Claims (10)

1.一种激光光源装置，其具备：

激光光源，其发出作为基波的激光；和

光波长转换元件，其将上述基波转换成二次谐波；

其特征为，

在上述激光光源和上述光波长转换元件之间，配置有光学透镜系统，该光学透镜系统从上述激光光源侧按顺序具备第1面和第2面，该第1面具有正的折射力，该第2面具有负的折射力。

2.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征为：

上述激光光源是一种激光器阵列，其排列有多个发出激光的发光部。

3.根据权利要求2所述的激光光源装置，其特征为：

上述激光器阵列为面发光型，其中，光谐振的方向相对基板面垂直。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光光源装置，其特征为：

上述光学透镜系统，具备弯月形状的光学器件，其中，单面由作为上述第1面的凸面来形成，相反面由作为上述第2面的凹面来形成。

5.根据权利要求4所述的激光光源装置，其特征为：

上述弯月形状的光学器件是柱面透镜。

6.根据权利要求4或5所述的激光光源装置，其特征为：

上述光学器件的焦点位置处于上述光波长转换元件内，或者与上述光波长转换元件相比处于远处。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的激光光源装置，其特征为：

上述光学透镜系统，具备：

凸透镜，其具备作为上述第1面的凸面；和

凹透镜，其具备作为上述第2面的凹面。

8.一种照明装置，其特征为：

具备权利要求1至7中任一项所述的激光光源装置。

9.一种监视装置，其特征为，

具备：

权利要求1至7中任一项所述的激光光源装置；和

拍摄机构，其拍摄由上述激光光源装置所照射的被拍摄体。

10.一种投影机，其特征为，

具备：

权利要求1至7中任一项所述的激光光源装置；和

图像形成装置，其利用来自上述激光光源装置的光，使显示面显示与图像信号相应的图像。

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