CN102414943A - 波长转换装置及利用该波长转换装置的图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波长转换装置，包括：产生激励光的激励用光源(11)；通过激励光产生基波光的激光介质(12)；配置在激光介质(12)的两侧、使基波光谐振的两个谐振镜(13)；配置在两个谐振镜(13)之间、将基波光波长转换为谐波光的波长转换元件(14)；以及生成脉冲调制信号、对激励用光源(11)进行脉冲驱动的驱动部(15)，激光介质(12)采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，由驱动部(15)生成的脉冲调制信号具有包含脉冲的上升沿的初始区间(P1)和初始区间之后的剩余区间(P2)，初始区间(P1)的平均信号强度大于剩余区间(P2)的平均信号强度。

Description

波长转换装置及利用该波长转换装置的图像显示装置

技术领域

本发明涉及能够高效地将基波光转换成谐波光的波长转换装置及利用该波长转换装置的图像显示装置。

背景技术

近年来，正在研究开发使用激光器作为光源的投影仪、液晶电视等图像显示装置。接近理想点光源的激光光源能够高效地将光聚光到小面积上。因此，能够减小投影仪的光学系统，能够实现小型的投影仪。另外，若将直线偏振的激光利用于液晶电视的背光，则能够实现光利用效率高且低功耗的液晶电视。这是因为，由于液晶面板需要射入直线偏振的光，因此，当使用随机偏振光的灯或LED作为光源时，现有的液晶电视具有将光从随机偏振光转换到直线偏振光的偏振滤光器。若使用直线偏振的激光作为光源，则能够从液晶电视中去掉偏振滤光器，从而能够抑制光学损失。

在使用激光光源作为这种图像显示装置的光源的情况下，需要作为光的三原色的红色、绿色及蓝色的激光光源。然而，虽然红色及蓝色的高输出激光光源可通过半导体激光器来实现，但绿色的高输出激光光源因为难以形成可构成半导体激光器的实用上最合适的材料而难以实现。于是，例如通过波长转换元件将来自固体激光器的基波光波长转换为谐波从而输出绿色的高输出激光的波长转换装置受到关注，其面向批量生产的开发正在推进。所谓的固体激光器，是指利用激光介质得到激光的结构，例如有通过半导体激光器进行激励的半导体激光器激励的固体激光器等。

图15是表示现有的波长转换装置100的概略结构的俯视图。图15所示的现有的波长转换装置100包括激励用激光光源110、聚光透镜110c、激光介质120、凹面镜200、两个谐振镜130(130a、130b)以及波长转换元件140。从激励用激光光源110射出的激励光110a通过聚光透镜110c聚光并射入激光介质120。激光介质120吸收激励光110a，并通过两个谐振镜130(130a、130b)生成基波光120a。波长转换元件140配置在两个谐振镜130(130a、130b)之间，将基波光120a波长转换为谐波光160。此外，各个结构要素被固定配置在波长转换装置100的基座100a上。如图15所示，使基波光120a谐振的两个谐振镜130(130a、130b)的其中之一的谐振镜130a利用由凹面镜200的曲面形成的端面300。现有的波长转换装置100存在部件件数多、成本高的问题。因此，提出了以下结构：不在凹面镜200的端面300上而在波长转换元件140的端面上制作谐振镜130a，从而去掉凹面镜200。

但是，如果在波长转换元件140的端面上制作谐振镜130a，则存在与现有的波长转换装置100相比，从对激励用激光光源输入的电力向谐波光160转换的效率(以下称为从电到光的转换效率)降低的问题。

为了实现从电到光的转换效率较高的低功耗的绿色激光光源，需要在波长转换元件中高效地将基波光向谐波光转换。

因此，例如有以下方法：对输出基波光的激光介质的输入端部加热，使激光介质发生折射率变化，通过该折射率变化使在波长转换元件中传播的基波光会聚。由此，示出了以下内容：在波长转换元件中，与传播的基波光的光轴相垂直的面上的单位截面面积的光输出增大从而非线性效应增大，并且获得向谐波光的高转换效率(例如，参照专利文献1)。

另外，在图像显示装置中，当利用如此获得的高效率的绿色激光光源时，让该绿色激光光源动作使绿色激光的输出稳定在恒定的值对于维持显示图像的高质量的显示而言是重要的。因此，提出了通过驱动控制装置对使用波长转换元件的多个绿色激光光源进行电控制的、并通过场序方式(field sequential method)实现高亮度且高画质的图像显示装置(例如，参照专利文献2)。

但是，在所述的技术中，如此获得的谐波光的上升沿(rising edge)并不陡峭。因此，若将该谐波光原封不动地地用于图像显示装置，则存在难以获得高亮度的图像显示装置的问题。另外，由于上升沿不陡峭，因此存在灰度控制(gradation control)困难、难以获得高画质的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开平2-146784号

专利文献2：日本专利公开公报特开2008-250037号

发明内容

本发明是为了解决上述现有的问题，其目的在于提供一种高效率的波长转换装置，即使将该波长转换装置原封不动地用于图像显示装置，该图像显示装置也能够显示高亮度且高画质的图像、并且适于小型化及低成本化。

本发明所提供的波长转换装置包括：产生激励光的激励用光源；通过所述激励光产生基波光的激光介质；配置在所述激光介质的两侧，使所述基波光谐振的两个谐振镜；配置在所述两个谐振镜之间，将所述基波光波长转换为谐波光的波长转换元件；以及生成脉冲调制信号以脉冲驱动所述激励用光源的驱动部，所述激光介质采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，由所述驱动部生成的所述脉冲调制信号具有包含脉冲的上升沿的初始区间和所述初始区间之后的剩余区间，所述初始区间的平均信号强度大于所述剩余区间的平均信号强度。

本发明所提供的图像显示装置包括：对射入光进行空间调制的空间调制元件；以及具有射出从所述空间调制元件的一方的主面侧照明所述空间调制元件的光的激光光源的照明部，所述照明部具有射出红色激光的红色激光光源、射出绿色激光的绿色激光光源及射出蓝色激光的蓝色激光光源，所述绿色激光光源为具备上述的波长转换装置的固体激光光源。

本发明所提供的另一种图像显示装置包括：对射入光进行空间调制的空间调制元件；具有射出红色激光的红色激光光源、射出绿色激光的绿色激光光源及射出蓝色激光的蓝色激光光源，从所述空间调制元件的一方的主面侧照明所述空间调制元件的照明部；以及基于输入的图像信号向所述空间调制元件提供驱动信号以场序方式驱动所述空间调制元件，并且，与提供给所述空间调制元件的驱动信号同步地使所述红色激光光源、绿色激光光源及蓝色激光光源依次发光的控制部，所述绿色激光光源为具备波长转换装置的固体激光光源，所述波长转换装置具有：产生激励光的激励用光源；采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，通过所述激励光产生基波光的激光介质；配置在所述激光介质的两侧，使所述基波光谐振的两个谐振镜；配置在所述两个谐振镜之间，将所述基波光波长转换为谐波光的波长转换元件；以及脉冲驱动所述激励用光源的驱动部，所述控制部使所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前于对所述空间调制元件提供的驱动信号的上升沿。

附图说明

图1(a)是表示本发明第一实施方式所涉及的波长转换装置的概略结构的俯视图，(b)是表示驱动本发明第一实施方式所涉及的波长转换装置的激励用激光光源的脉冲调制信号的一个例子的图，(c)是说明本发明第一实施方式所涉及的波长转换装置的两个谐振镜的平行度的图。

图2是示意性地表示基波光在位于两个谐振镜之间的激光介质中传播的情形的图，(a)示出采用具有热光学效应且热光学常数为正值的材料的激光介质的情况，(b)作为比较例示出采用不具有热光学效应的材料的激光介质的情况。

图3的(a)是表示在两个谐振镜之间配置有具有热光学效应的激光介质和波长转换元件的激光谐振器的结构的图，(b)及(c)是示意性地表示通过图1(b)所示的脉冲调制信号激励用激光光源被调制时的、沿着(a)的Y轴的方向的激光介质内的温度分布的图。

图4的(a)是激光介质及保持部的侧剖视图，(b)是激光介质及保持部的正视图，(c)是表示激光介质及激励光的直径的图，(d)是表示在激光介质及保持部的间隙中插入了树脂的例子的侧剖视图。

图5是表示本发明第二实施方式所涉及的波长转换装置的概略结构的俯视图。

图6是表示在同一时间轴上看到由驱动部以矩形的电流波形驱动激励用激光光源时的激励光的输出和谐波光的输出时的光输出波形的图，(a)示出谐波光的光输出波形，(b)示出激励光的光输出波形。

图7(a)至(d)是表示以脉冲调制信号的上升部分的信号强度大于平均信号强度的电流波形驱动激励用激光光源时的激励光输出波形和谐波光输出波形的图，(a)和(b)(应为(c))示出谐波光输出波形，(c)(应为(b))和(d)示出激励光输出波形，(e)示出用于输出(d)所示的激励光的脉冲调制信号，(f)示出脉冲调制信号的其他例。

图8(a)是表示本发明第四实施方式所涉及的波长转换装置的图，(b)是表示驱动部生成的脉冲调制信号的图，(c)和(d)是表示聚光透镜的曲率及激励光的光束直径的图。

图9是表示本发明第五实施方式所涉及的图像显示装置的概略结构的俯视图。

图10是表示本发明第五实施方式所涉及的图像显示装置以场序方式被调制时的激光和图像驱动信号的时序的图，(a)示出激光发光的时序，(b)示出空间调制元件的各图像的驱动信号的时序。

图11是表示本发明第五实施方式所涉及的图像显示装置的光输出波形的图，(a)示出G光源的谐波光输出的时间波形，(b)示出(a)的谐波光输出所用的激励光输出的时间波形，(c)示出将(a)的谐波光输出的大小均等划分后的例子。

图12是表示以本发明第一实施方式所示的脉冲调制信号的上升部分的信号强度大于平均信号强度的电流波形来驱动激励用激光光源时的激励光输出波形和谐波光输出波形的图，(a)示出谐波光输出波形，(b)示出激励光输出波形。

图13是表示空间调制元件和固体激光光源的驱动信号以及谐波光输出的时间上的关系的图，(a)示出谐波光输出的时间波形，(b)示出激励光输出的时间波形，(c)示出空间调制元件的驱动信号的时间波形。

图14是表示本发明第六实施方式所涉及的图像显示装置以场序方式被调制时的激光和图像驱动信号的时序的图，(a)示出含有激励光的激光的发光时序，(b)示出空间调制元件的各图像的驱动信号的时序。

图15是表示现有的波长转换装置的概略结构的俯视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，对相同结构要素或具有相同作用、动作的结构要素标注相同的标记，有时也省略说明。另外，为了便于理解，将各结构要素作为主体示意性地进行表示。

(第一实施方式)

图1(a)是表示本发明第一实施方式所涉及的波长转换装置10的概略结构的俯视图，图1(b)是表示驱动本发明第一实施方式所涉及的波长转换装置10的激励用激光光源11的脉冲调制信号的一个例子的图，图1(c)是说明本发明第一实施方式所涉及的波长转换装置10的两个谐振镜的平行度的图。

如图1(a)所示，本第一实施方式的波长转换装置10包括作为激励用光源的激励用激光光源11、激光介质12、两个谐振镜13(13a、13b)、波长转换元件14以及驱动部15。这里，激励用激光光源11产生激励光11a，激光介质12通过该激励光11a产生基波光12a。激励用激光光源11是产生例如808nm的激光的半导体激光器，激光介质12是吸收808nm的光的、掺杂有1％的Nd的YVO4晶体。另外，两个谐振镜13(13a、13b)的表面上的涂层针对例如1064nm的光具有99％以上的反射率。并且，谐振镜13a的涂层针对532nm的光，例如透射率达到95％以上，谐振镜13b的涂层针对808nm的光，例如透射率达到95％以上。两个谐振镜13(13a、13b)沿激励光11a的射入方向配置在激光介质12的两侧，使基波光12a谐振。波长转换元件14配置在两个谐振镜13(13a、13b)之间，将基波光12a波长转换为谐波光16。并且，驱动部15根据例如图1(b)的脉冲调制信号来驱动激励用激光光源11。此外，各个结构要素固定配置在波长转换装置10的基座10a上。

激光介质12采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料。由激励用激光光源11产生的激励光11a射入激光介质12。在激光介质12中，通过激励光11a而在垂直于激励光11a的光轴13c的方向上产生温度分布。换言之，与远离激励光11a的光轴13c的位置相比，在激励光11a的光轴13c附近的激光介质12的温度增高，从而形成在垂直于光轴13c的方向上具有温度差的温度分布。由于激光介质12具有热光学效应，因此通过上述温度差，在垂直于激励光11a的光轴13c的方向上产生折射率差，从而使激光介质12变得具有透镜效应(以下，称为“热透镜效应(thermal lens effect)”)。另外，由于激光介质12的热光学常数为正值，因此由热光学效应引起的热透镜效应在光学上具有与凸透镜相同的作用。由于基波光12a通过由该热透镜效应产生的凸透镜作用而会聚，因此基波光12a通过两个谐振镜13a、13b而稳定地谐振。

并且，驱动部15在对激励用激光光源11进行脉冲调制驱动时，如图1(b)所示，以脉冲调制信号的上升部分的信号强度I1大于脉冲调制信号的平均信号强度Iave的信号强度进行驱动。这里，图1(b)所示的脉冲调制信号使用脉冲周期为Tp、ON时间为Ton、占空比Rp＝Ton/Tp的变形后的矩形信号。换言之，驱动部15生成图1(b)所示的脉冲调制信号，脉冲驱动激励用激光光源11。图1(b)所示的脉冲调制信号具有包含脉冲的上升沿的初始区间P1以及初始区间P1之后的剩余区间P2。初始区间P1及剩余区间P2具有矩形波形状，初始区间P1的信号强度I1比剩余区间P2的信号强度I2高。

此外，由于初始区间P1及剩余区间P2具有矩形波形状，因此初始区间P1的平均信号强度等于信号强度I1，剩余区间P2的平均信号强度等于信号强度I2。因此，初始区间P1的平均信号强度大于剩余区间P2的平均信号强度。另外，图1(b)所示的脉冲调制信号在上升沿时刻的信号强度达到最大。另外，如图1(b)所示，初始区间P1的脉冲宽度(时间)为T1，剩余区间P2的脉冲宽度(时间)为T2。也就是说，Ton＝T1+T2。

根据该结构，波长转换装置10如后所述，能够解决调制时的上升时间的问题(即在脉冲驱动时，谐波光的上升沿不陡峭的问题)，在用于图像显示装置时，能够降低空白时间(blank time)。由此，能够显示高亮度且高画质的图像，能够实现适于小型化及低成本化的高效率的波长转换装置10。

接着，说明本第一实施方式的波长转换装置10的基本动作。图2是示意性地表示基波光12a在处于两个谐振镜13(13a、13b)之间的激光介质中传播的情形的图，图2(a)示出采用具有热光学效应且热光学常数为正值的材料的激光介质12的情况，图2(b)作为比较例示出采用不具有热光学效应的材料的激光介质121的情况。

如图2(a)所示，激励光11a以比平行光略微发散的方式从一方的谐振镜13b射入激光介质12后，基波光12a一边扩散一边在激光介质12内传播。然而，该基波光12a在激光介质12中传播的同时，其一部分被激光介质12吸收而产生热透镜效应。其结果是，激光介质12整体如同内置有图2(a)中以虚线所示的凸透镜12d那样而起作用，使得作为发散光传播的基波光12a从激光介质12的中途起作为会聚光传播，并到达另一个谐振镜13a。然后，其一部分被谐振镜13a反射的基波光12a在同一路径上反向前进而到达谐振镜13b。由此，如图2(a)所示，通过激光介质12和在激光介质12两侧的两个谐振镜13a、13b，构成稳定的激光谐振器。

另一方面，在采用不具有热光学效应的材料的激光介质121的情况下，即使激励光11a从一方的谐振镜13b射入激光介质121，基波光12a也是一边原封不动地地扩散一边在激光介质121内传播。因此，由于基波光12a作为发散光在两个谐振镜13a、13b之间传播，所以激光介质121和在激光介质121两侧的两个谐振镜13a、13b不构成激光谐振器，导致基波光12a发散。

图3(a)是表示在两个谐振镜13a、13b之间配置有具有热光学效应的激光介质12和将基波光12a转换为谐波光16的波长转换元件14的激光谐振器的结构的图。基波光12a在平坦的两个谐振镜13a、13b之间，借助由激光介质12的热透镜效应形成的凸透镜12d并不发散而是反复反射，激光介质12和在激光介质12两侧的两个谐振镜13a、13b稳定地构成激光谐振器。

图3(b)及图3(c)是示意性地表示通过图1(b)所示的脉冲调制信号激励用激光光源11被调制时的、沿着图3(a)的Y轴的方向上的激光介质12内的温度分布的图。图3(b)示出脉冲调制信号的前端部分的光已通过时的激光介质12的温度分布。在图3(b)中，温度分布TP1是图1(b)所示的脉冲调制信号的初始区间P1已通过时的激光介质12的温度分布。温度分布TP10是通常的矩形波形的脉冲调制信号的前端部分已通过时的激光介质12的温度分布，作为比较例而示出。在图3(c)中，温度分布TP2是脉冲调制信号的前端部分以外(即图1(b)所示的脉冲调制信号的剩余区间P2)的光已通过时的激光介质12的温度分布。

在两个谐振镜13a、13b之间构成的激光谐振器中传播的基波光12a作为具有高斯型光量分布的光束传播，该高斯型光量分布是在光轴13c附近光量达到最大的光量分布。因此，如图3(b)、图3(c)所示，形成在光轴13c附近温度达到最大的温度分布。这里，为了使激光介质12通过热透镜效应而产生在光学上与凸透镜同样地会聚基波光12a的效果而形成稳定的激光谐振器，若设折射率为n，激光介质12的温度为T，则需要热光学常数(dn/dT)＞0。

热光学常数为3.0×10^-6/K且为正值的、例如作为本第一实施方式的波长转换装置10的激光介质12而使用的Nd:YVO4晶体由于热透镜效应在光学上产生凸透镜的效果。为了获得更大的效果，较为理想的是，例如使用热光学常数为4.7×10^-6/K且为正值的Nd:GdVO4晶体等作为激光介质12。因为Nd:GdVO4晶体随着温度的折射率变化更大，所以凸透镜的效果更大。

此外，激光介质可以不是单晶体，而是例如YAG等陶瓷。

根据该结构，将Nd的浓度提高到10％左右，能够增大陶瓷的针对射入的激励光的吸收率，能够实现小型的波长转换装置。另外，通过使Nd浓度从2％变到10％来提高吸收率，热透镜效应变得显著，从而实现调制时的上升时间更短的波长转换装置。

另外，通过使用陶瓷构成激光介质、或使添加物的浓度为3％以上或者增加残存在晶体中的Fe等杂质等，也能够增加发热量，使热透镜效应显著。因此，实现调制时的上升时间较短的波长转换装置10。换言之，能够实现脉冲驱动时的谐波光的上升沿陡峭的波长转换装置10。

按照作为谐波光16的光源而要求的规格，脉冲调制和提高激光介质12的吸收率可以被单独利用，也可以组合起来利用。

接着，参照图1(b)及图1(c)，说明脉冲调制信号的初始区间P1的信号强度I1。脉冲调制信号上升时所需要的激励光11a的强度随着两个谐振镜13a、13b的平行度而变化。原因在于，当两个谐振镜13a、13b的平行度较高时，由于基波光12a适宜地谐振，因此即使由激光介质12的热光学效应引起的热透镜效应较小，谐波光16的强度也陡峭地上升，但在平行度较低时，由于基波光12a不能适宜地谐振，因此谐波光16的强度不能陡峭地上升。这里，如图1(c)所示，平行度通过谐振镜13a和谐振镜13b之间的相对的倾角θ来表示。即，在θ＝0时，平行度达到最高。

为了使谐波光16的强度在谐振镜13a、13b的平行度较低时也陡峭地上升，与平行度较高的情况相比，需要更高的激励光11a的强度。根据发明者们进行的实验，使激励光11a的强度为恒定，当设θ＝0时所得到的谐波光16的强度为100％时，θ＝0.015(度)时得到的谐波光16的强度为90％，θ＝0.02(度)时得到的谐波光16的强度为80％，θ＝0.035(度)时得到的谐波光16的强度为50％。

因此，在该实施方式中，当设两个谐振镜13a、13b的平行度为θ(弧分)、脉冲调制信号的初始区间P1的能量为E(焦耳)时，驱动部15生成满足下式的脉冲调制信号。

3.33θ+1＜E＜3.78θ+3           (1)

这里，初始区间P1的能量E用初始区间P1的平均信号强度I1(瓦特)和初始区间P1的脉冲宽度T1(秒)，通过下式来表示。

E＝I1×T1                       (2)

因此，在该实施方式中，根据两个谐振镜13a、13b的平行度，能够得到所需要的激励光11a的强度，因此能够使谐波光16的强度陡峭地上升。

上述式(1)表示，若脉冲调制信号在初始区间P1的脉冲宽度T1较短，则需要相应高的信号强度I1，反之，若能够延长初始区间P1的脉冲宽度T1，则能够抑制信号强度I1。因此，在将本实施方式运用于光源的图像显示装置中，需要考虑电路可供应的电流的最大值来决定信号强度I1，并基于该信号强度I1和上述的式(1)来确定初始区间P1的脉冲宽度T1。

接着，具体说明本第一实施方式的波长转换装置10的结构要素。如图1(a)所示，激光介质12使用具有较大的热光学常数的例如Nd:YVO4晶体。为了激励该激光介质12，作为激励用激光光源11使用波长被锁定在808nm的例如AlGaAs类的半导体激光器。这里，与激励用激光光源11的背面侧(rear-side)端面11b相对置地配置有衍射光栅等波长选择部11d(在图1(a)中用虚线表示)，通过衍射光栅等波长选择部11d波长选择来自激励用激光光源11的背面侧端面11b的激光(未图示)的一部分并使其射入背面侧端面11b而返回。由此，利用波长选择后并返回的激光的波长，波长锁定为808nm。另外，作为波长锁定的方法，可以在激励用激光光源11的芯片内形成波长选择元件。取而代之，也可以用分布反馈式(Distribution Feed Back)激光器构成激励用激光光源11。进一步取而代之，也可以用分布布拉格反射式(Distributed Bragg Reflector)激光器构成激励用激光光源11。

根据该结构，能够降低由激励光11a的温度变化引起的波长变化，能够得到稳定的谐波光16的输出。另外，如后所述，由于空白时间不会受温度的影响而增大，而能够被降低并保持，所以能够实现输出更稳定的波长转换装置10。

从这种激励用激光光源11射出的激励光11a通过聚光透镜11c聚光后射入激光介质12的端面12e。激光介质12受该激励光11a的激励，生成波长为1064nm的基波光12a。基波光12a在激光介质12中一边放大一边传播，由于激光介质12的热透镜效应，如图1(a)所示在稍稍会聚的状态下射入波长转换元件14。波长转换元件14利用非线性光学效应将基波光12a的一部分转换为作为第二谐波的532nm的绿色的谐波光16，并作为输出光从一个端面14a输出。这里，激光介质12使用厚度为2mm且掺杂了1％的Nd的Nd:YVO4晶体。另外，波长转换元件14使用厚度为0.5mm的PPMgLN。

如图1(a)所示，两个谐振镜13a、13b中，其中一个谐振镜13b可以形成在激光介质12的端面12e上，另一个谐振镜13a可以形成在波长转换元件14的端面14a上。

根据该结构，因为可以不新配置谐振镜，所以能够实现紧凑的波长转换装置10。

激光介质12及波长转换元件14的两端面例如用电介质多层膜(dielectric multilayerfilm)131、132、133、134涂层。这里，电介质多层膜131被形成为针对波长1064nm及532nm为高反射率，针对波长808nm无反射。电介质多层膜132、133被形成为针对波长1064nm无反射。电介质多层膜134被形成为针对波长1064nm为高反射率，针对波长532nm无反射。

根据该结构，激励光11a损失少且高效地射入具备两个谐振镜13a、13b的激光谐振器，并且损失少且高效地输出作为输出光的谐波光16。另外，基波光12a在具备两个谐振镜13a、13b的激光谐振器中稳定地振荡。

在这种结构中，当以波长为808nm、输出峰值为3W的激励光11a激励波长转换装置10时，能够高效率地得到波长为532nm、输出峰值为0.9W的绿色激光。通过驱动部15调制此时的激励用激光光源11时的调制频率1/Tp为120Hz，占空比Rp为33.3％。

图4(a)是激光介质及保持部的侧剖视图，图4(b)是激光介质及保持部的正视图，图4(c)是表示激光介质及激励光的直径的图，图4(d)是表示在激光介质及保持部的间隙中插入了树脂的例子的侧剖视图。参照图1(a)及图4(a)至图4(d)，说明激光介质等的结构。

较为理想的是，由热光学效应而产生的折射率变化的分布相对于激励光11a的光轴为轴对称，其中该热光学效应是通过对激光介质12射入激励光11a而产生。其原因在于，若折射率变化的分布为轴对称，则与折射率变化的分布不是轴对称的情况相比，能够进一步防止由热光学效应引起的热透镜效应相对于激励光11a的光轴而畸变，从而能够进一步防止由两个谐振镜13a、13b谐振的基波光12a的光束畸变。通过抑制基波光12a的光束的畸变，能够以高效率得到谐波光16。

因此，在该实施方式中，如图4(a)及图4(b)所示，将激光介质12制作成轴与激励光11a的射入方向平行的圆柱状，进而，将保持激光介质12的保持部12f制作成具有圆柱状的中空部。并且，保持部12f将激光介质12收容保持在圆柱状的中空部，由此能够使在激光介质12中产生的热相对于激励光11a的光轴轴对称地散出。因此，能够使产生温度差的温度分布形成轴对称，从而能够使通过热光学效应产生的折射率变化的分布为轴对称。

另外，在该实施方式中，如图4(c)所示，当设激光介质12的直径为D、激励光11a的光束直径为d时，满足2d≤D≤5d。如果激光介质12的直径D小于激励光11a的光束直径d，则在激光介质12的入射面产生激励光11a的周边暗角(vignetting)，从而导致效率降低。与之相对，若激光介质12的直径D为激励光11a的光束直径d的2倍以上，则能够避免在激光介质12的入射面产生激励光11a的周边暗角。此外，若激光介质12的直径D为激励光11a的光束直径d的5倍以下，则能够减小由激励光11a的吸收引起的激光介质12的发热部位与保持部12f之间的热阻，所以能够抑制激光介质12整体的温度上升。因此，能够抑制由激光介质12整体的温度上升引起的从激励光11a到基波光12a的转换效率降低。

即，为了利用在激光介质12中产生的热光学效应来稳定地进行基波光12a的激光振荡，需要在激光介质12的基波光12a所通过的区域内形成温度差，并针对基波光12a产生热透镜效应。因此，较为理想的是，在基波光12a通过的区域内，基波光12a的光束中心和光束的外侧之间的温度差较大。另一方面，由于若激光介质12的温度升高，从激励光11a到基波光12a的转换效率降低，因此激光介质12整体的温度较低为好。因此，较为理想的是，从激光介质12向保持部12f的散热性能较高。

因此，在该实施方式中，用金属形成保持部12f。例如能够使用铜、铁、铝、锌等。由于金属的导热率高，因此能够高效地降低激光介质12整体的温度，从而能够降低激光介质12整体的温度上升。

此外，如图4(d)所示，在激光介质12和保持部12f之间的间隙中，为了提高激光介质12和保持部12f之间的紧贴性而将导热润滑油等树脂12g插入间隙中较为理想。这样，能够提高激光介质12与保持部12f之间的导热性，从而能够抑制激光介质12整体的温度上升。此外，代替导热润滑油，也可以利用镀铟等能够提高紧贴性的金属。

并且，为了在激光介质12内的基波光12a所通过的区域产生温度差，较为理想的是，激光介质12的导热率较低。例如与导热率为14W/m·K的Nd:YAG相比，使用导热率为5.32W/m·K的、比Nd:YAG低的Nd:YVO4作为激光介质12较为理想。

并且，为了提高转换效率，可以采用激光介质12和波长转换元件14沿着光轴13c邻接配置的结构、或者彼此接合的结构。

(第二实施方式)

图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的波长转换装置20的概略结构的俯视图。图5所示的波长转换装置20与图1(a)所示的波长转换装置10同样，包括激励用激光光源11、激光介质12、两个谐振镜13(13a、13b)、波长转换元件14以及驱动部15。

激光介质12采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，激励光11a射入激光介质12。由此，基波光12a在两个谐振镜13a、13b中谐振，产生在与该光轴13c垂直的方向上具有温度差的温度分布，通过该温度分布来稳定基波光12a的谐振。并且，当驱动部15对激励用激光光源11进行脉冲调制驱动时，以如图1(b)所示的脉冲调制信号的上升部分的信号强度I1大于脉冲调制信号的平均信号强度Iave的信号强度进行驱动。这里，图1(b)所示的脉冲调制信号使用脉冲周期为Tp、ON时间为Ton、占空比Rp＝Ton/Tp的变形后的矩形信号。换言之，图1(b)所示的脉冲调制信号具有初始区间P1和剩余区间P2。在图1(b)所示的脉冲调制信号中，由于初始区间P1及剩余区间P2呈矩形波形状，因此初始区间P1的平均信号强度等于信号强度I1，剩余区间P2的平均信号强度等于信号强度I2。因此，初始区间P 1的平均信号强度大于剩余区间P2的平均信号强度。

然而，图5所示的波长转换装置20与图1(a)所示的波长转换装置10不同，采用激光介质12和波长转换元件14沿着光轴13c接合的结构。即，激光介质12的层叠有电介质多层膜132的端面和波长转换元件14的层叠有电介质多层膜133的端面通过例如透光性的粘合剂而被接合。此外，也可以是激光介质12和波长转换元件14并不接合，只是沿着光轴13c邻接配置的结构。

根据该结构，能够降低在光轴13c方向上配置激光介质12和波长转换元件14的长度，从而能够实现更加紧凑的波长转换装置20。另外，因为无需调整两个谐振镜13a、13b，所以能够实现低成本的波长转换装置20。

另外，图5所示的波长转换装置20与图1(a)所示的波长转换装置10不同，还包括接收基波光18的光检测器17。从谐振镜13a稍微漏出的基波光18被分色镜17a反射，并由光检测器17进行检测。由此，因为能够监视基波光12a的输出变化，所以通过接线17b将光检测器17的检测信号电反馈至驱动部15。并且，驱动部15的结构为根据基波光18的输出波形来改变激励用激光光源11的调制的强度。

根据该结构，驱动部15能够反馈基波光18的输出而驱动激励用激光光源11，以消除由激光介质12或谐振镜13的个体差异引起的特性的差异。并且，由于不会将例如作为波长为1064nm的红外激光即肉眼看不见的基波光18输出到波长转换装置20的外部，因此能够实现更安全的波长转换装置20。

图6是表示在同一时间轴看到由驱动部15以矩形的电流波形驱动激励用激光光源11时的激励光11a的输出和谐波光16的输出时的光输出波形的图，图6(a)示出谐波光16的光输出波形，图6(b)示出激励光11a的光输出波形。

若通过图6(b)所示的脉冲状的矩形波形的激励光11a来激励图5所示的激光介质12，则与用CW(连续波)的激励光11a进行调制的情况不同，在垂直于光轴13c的面内的温度分布随时间变化，而不是恒定的。因此，温度上升至在激光介质12内产生热透镜效应为止要花费少许时间，使基波光12a振荡也花费少许时间。因此，由于在基波光12a振荡之前不会产生作为波长转换装置20的输出光的谐波光16，所以产生状态S1所示的空白时间TB。但是，之后，激光介质12内的温度上升并产生热透镜效应，所以如状态S2所示那样产生谐波光16。为了不产生这种空白时间TB，以如图1(b)所示的脉冲调制信号的上升部分的信号强度I1大于脉冲调制信号的平均信号强度Iave的信号强度来驱动激励用激光光源11即可。即，以如图1(b)所示的脉冲调制信号的电流来调制激励用激光光源11。这样，因为上升部分的信号强度I1高于平均信号强度Iave，所以激光介质12的内部温度快速上升，其结果，能够减少输出谐波光16之前的空白时间TB。

根据以图1(b)所示的脉冲调制信号对图5所示的波长转换装置20的激励用激光光源11进行电流驱动的结构，波长转换装置20能够解决在脉冲调制时谐波光的上升沿(risingedge)不陡峭这一问题，当在图像显示装置中使用时，能够降低空白时间TB。由此，能够显示高亮度且高画质的图像，能够实现适于小型化及低成本化的高效率的波长转换装置20。

(第三实施方式)

图7(a)至图7(d)是本发明的第三实施方式所涉及的波长转换装置20(图5)的、以脉冲调制信号的上升部分的信号强度I1大于平均信号强度Iave的电流波形驱动激励用激光光源11时的激励光输出波形和谐波光输出波形的图，图7(a)、图7(b)(应为(c))示出谐波光输出波形，图7(c)(应为b)、图7(d)示出激励光输出波形。图7(e)是表示用于输出图7(d)所示的激励光的脉冲调制信号的图。图7(f)是表示脉冲调制信号的另一个例子的图。

在使激励光输出波形为矩形波时，在如图7(a)所示的虚线那样，谐波光输出波形中存在空白时间的情况下，若如图7(b)所示的激励光11a那样激励激光介质12，则如图7(a)中的实线所示，以往的空白时间被消除。另外，在使激励光输出波形为矩形波时，在如图7(c)所示的虚线那样，谐波光输出波形的上升沿不陡峭的情况下，若如图7(d)所示的激励光11a那样激励激光介质12，则如图7(c)中的实线所示，谐波光输出波形的上升沿变得陡峭。

若驱动部15(图5)生成图1(b)所示的脉冲调制信号来驱动激励用激光光源11(图5)，则输出图7(b)所示的激励光11a。另外，若驱动部15生成图7(e)所示的脉冲调制信号来驱动激励用激光光源11，则输出图7(d)所示的激励光11a。图7(e)所示的脉冲调制信号与图1(b)所示的脉冲调制信号同样地具有初始区间P1及剩余区间P2。但是，图7(e)所示的脉冲调制信号与图1(b)所示的脉冲调制信号不同，初始区间P1的波形为三角波。即，在上升沿时刻的信号强度Ip最大，之后，线性地降低到信号强度I2。另外，在图7(e)所示的脉冲调制信号中，初始区间P1的平均信号强度I1表示为下式。

I1＝(Ip+I2)/2

因此，初始区间P1的平均信号强度I1与图1(b)所示的脉冲调制信号同样，大于剩余区间P2的平均信号强度I2。另外，就图7(e)所示的脉冲调制信号而言，也能够适用上述的式(1)及式(2)。

并且，也可以驱动激励用激光光源11以便在图7(b)及图7(d)所示的激励光11a上重叠CW(连续波)光。即，在驱动部15对激励用激光光源11进行脉冲调制驱动时，如图7(f)所示，驱动部15也可以生成在脉冲调制信号上重叠有DC(直流)信号的信号来驱动激励用激光光源11。此时，只要将DC信号的信号强度Idc预先设定为不超过基波光12a振荡的阈值的信号强度即可。

根据该结构，基于所重叠的DC信号，在激光介质12内的垂直于光轴13c的面内形成温度分布，从而能够进一步降低空白时间。由此，能够显示高亮度且高画质的图像，能够实现适于小型化及低成本化的高效率的波长转换装置20。此外，驱动部15也可以生成在图7(e)所示的脉冲调制信号上重叠了DC信号的信号。

(第四实施方式)

图8(a)是表示本发明第四实施方式所涉及的波长转换装置25的图，图8(b)是表示驱动部15生成的脉冲调制信号的图，图8(c)、图8(d)是表示聚光透镜11c的曲率及激励光11a的光束直径的图。本发明第四实施方式所涉及的波长转换装置25是利用液体透镜作为聚光透镜11c的结构，驱动部15和聚光透镜11c通过接线11e连接。其他的结构与图5所示的波长转换装置20相同。液体透镜是根据施加至液体部的电压，凹凸的形状发生变化的透镜。若使具有聚光透镜11c的作用的液体透镜的凹凸发生变化，则能够使射入激光介质12的激励光11a的光束直径高速变化。由此，例如在驱动部15通过图8(b)所示的脉冲调制信号对激励用激光光源11进行脉冲调制驱动时，在脉冲调制信号的上升部分射入时增大液体透镜的曲率，以使射入激光介质12的激励光11a的光束直径变得小于激励光11a的平均光束直径，在脉冲调制信号的下降部分射入时减小液体透镜的曲率，以使射入激光介质12的激励光11a的光束直径变得大于激励光11a的平均光束直径。

即，如图8(c)所示，驱动部15在初始区间P1将液体透镜11c的曲率设定为第一曲率值x1。由此，激励光11a形成直径为d1的光束。另外，如图8(d)所示，驱动部15在剩余区间P2将液体透镜11c的曲率设定为小于第一曲率值x1的第二曲率值x2。由此，激励光11a形成直径为d2的光束。因为x1＞x2，所以d1＜d2。也就是说，与在剩余区间P2相比，激励光11a在初始区间P1形成更为会聚的光束。因此，在初始区间P1，能够使激励光11a的射入位置处的激光介质12的温度上升更为陡峭。

根据该结构，由于在脉冲调制信号的上升部分能够迅速地形成所期望的温度分布，所以能够进一步降低空白时间。由此，能够显示高亮度且高画质的图像，能够实现适于小型化及低成本化的高效率的波长转换装置25。

(第五实施方式)

图9是表示本发明第五实施方式所涉及的图像显示装置30的概略结构的俯视图。如图9所示，本第五实施方式的图像显示装置30包括空间调制元件31和从空间调制元件31的一方的主面32照明该空间调制元件31的照明装置33。该照明装置33的光源包括多个激光光源34，激光光源34具有至少利用分别射出红色激光、绿色激光及蓝色激光的激光光源34R、34G及34B的结构。并且，激光光源34中的至少射出绿色激光的激光光源采用利用了具备第一实施方式至第四实施方式所说明的波长转换装置10、20、25中的任意波长转换装置的固体激光光源34S的结构。

根据该结构，如后所述，可实现能够显示高亮度且高画质的图像的图像显示装置30。

接着，说明本第五实施方式的图像显示装置30的光学动作。如图9所示，图像显示装置30的照明装置33具有多个激光光源34。照明装置33至少具有射出红色激光(以下称为“R光”)34r的红色激光光源(以下称为“R光源”)34R、射出绿色激光(以下称为“G光”)34g的绿色激光光源(以下称为“G光源”)34G、以及射出蓝色激光(以下称为“B光”)34b的蓝色激光光源(以下称为“B光源”)34B。这里，G光源34G是具备第一实施方式至第四实施方式所说明的波长转换装置10、20、25中的任意波长转换装置的固体激光光源34S，如图9所示，包括驱动部15。控制部40基于例如从外部输入的图像信号对空间调制元件31提供驱动信号，通过场序方式(后述)驱动空间调制元件31。另外，控制部40与提供给空间调制元件31的驱动信号同步地使R光源34R、固体激光光源34S(G光源34G)及B光源34B依次发光。

从多个激光光源34R、34G及34B分别射出的R光34r、G光34g及B光34b通过准直器33a被转换成平行光，并通过两个分色镜33b、33c作为一束光束33d从照明装置33输出。

光束33d通过扩散板35而混合且转换成被扩大的激光36，并通过场透镜37射入偏振分束器38。然后，被偏振分束器38的反射面38a反射而照射到空间调制元件31的一方的主面32上。激光36通过空间调制元件31受到图像信号的调制之后再次穿过偏振分束器38，并通过投射透镜39投射到屏幕(未图示)等上。

根据这种结构，可实现能够显示高亮度且高画质的图像的图像显示装置30。

这里，空间调制元件31可以采用反射型液晶显示面板的结构。根据该结构，能够实现光利用效率高且低功耗的图像显示装置30。此外，使用DMD(美国德州仪器公司的商标)或透射型的液晶面板作为空间调制元件31来构成图像显示装置30时，也同样能够实现光利用效率高且低功耗的动作。

图10是表示本发明第五实施方式所涉及的图像显示装置30通过场序方式被调制时的激光和图像驱动信号的时序的图，图10(a)示出激光的发光时序，图10(b)示出空间调制元件31的各图像的驱动信号的时序。

如图10(a)、图10(b)所示，按照通常的场序方式的调制，通过控制部40，R光34r、G光34g及B光34b的上升沿分别与空间调制元件31的R图像、G图像及B图像的驱动信号的上升沿同步地被驱动。但是，在这种情况下，若1个脉冲内的光输出发生变动，则有时难以正确地控制图像的色调的灰度。

图11是表示本发明第五实施方式所涉及的图像显示装置30的光输出波形的图，图11(a)示出G光源34G的谐波光输出的时间波形，图11(b)示出图11(a)所示的谐波光输出所需的激励光输出的时间波形，图11(c)示出将图11(a)所示的谐波光输出的大小均等划分的例子。

如图11(b)所示，即使激励光输出的上升沿陡峭，基波光产生的激光介质的温度上升、产生热透镜效应使基波光的输出增大到指定的大小也要花费时间。由此，如图11(a)所示，谐波光的输出的上升沿有时并不陡峭而是倾斜。因为G光34g到上升为止花费少许时间，所以在这种情况下，通常的图像显示装置的色调的灰度控制有时变得困难。

其原因在于，如图11(c)所示，即使将谐波光输出的大小均等划分，分割的部分的各自的功率也不同。即，即使将谐波光的最大输出P三等分而作为P/3、2P/3，谐波光的强度也并未被三等分。因此，例如即使为了显示最大灰度值的1/3灰度而通过空间调制元件31单纯地调制到1/3，也不会实现1/3灰度。因此，为了进行色调的灰度控制，必须充分考虑谐波光的输出的上升沿时的倾斜。

图12是表示以本发明第一实施方式所示的脉冲调制信号的上升部分的信号强度大于平均信号强度的电流波形对激励用激光光源进行驱动时的激励光输出波形和谐波光输出波形的图，图12(a)示出谐波光输出波形，图12(b)示出激励光输出波形。

如图12(b)所示，若以脉冲调制信号的上升部分的信号强度大于平均信号强度的电流波形(即如图1(b)所示，初始区间P1的平均信号强度I1高于剩余区间P2的平均信号强度I2的电流波形)来驱动激励用激光光源11，则在激光介质12中，温度上升提早发生，热透镜效应快速显著地呈现。这样，如图12(a)所示，谐波光的输出波形陡峭地上升。此外，在图12(a)、图12(b)中，为了进行比较，以虚线示出基于通常的矩形波形的驱动方式和由此形成的谐波光的上升沿。

另外，如以下所说明，控制部40也可以采用以下结构，即同步地驱动空间调制元件31的驱动信号和固体激光光源34S的驱动信号，控制驱动部15以通常的矩形波形驱动固体激光光源34S的激励用激光光源11，使固体激光光源34S的激励用激光光源11的上升沿提前于空间调制元件31的驱动信号的上升沿。

图13是表示空间调制元件31的驱动信号和固体激光光源34S的驱动信号以及谐波光输出的时间关系的图，图13(a)示出谐波光输出的时间波形，图13(b)示出激励光输出的时间波形，图13(c)示出空间调制元件31的驱动信号的时间波形。

如图13(a)至图13(c)所示，空间调制元件31的驱动信号和固体激光光源34S的驱动信号的时间波形的周期同步，固体激光光源34S的上升沿提前于空间调制元件31的驱动信号的上升沿。即，控制部40在对固体激光光源34S的驱动部15输出驱动开始的控制信号之后，对空间调制元件31输出驱动信号。因此，空间调制元件31的驱动信号上升时，在通过激励光11a的输出而被加热的激光介质12中，充分产生热透镜效应，所以谐波光输出也上升。其结果，固体激光光源34S作为G光源34G而输出G光34g，并且在空间调制元件31中，与其驱动信号相对应地被调制，所以灰度控制变得容易。

根据该结构，可实现能够显示明亮的画面和灰度控制佳的高画质的图像的图像显示装置30。

另外，控制部40也可以采用以180Hz以上1000Hz以下的频率来驱动空间调制元件31的结构。通常，对于人的眼晴来说，180Hz以上就感觉不到画面的闪烁，360Hz以上就注意不到色彩断裂(color breaking)。此外，若进行比1000Hz快的调制，则信号处理变得复杂，并不需要这么快的调制。

根据该结构，能够实现无画面闪烁且注意不到色彩断裂的高画质的图像显示装置30。

(第六实施方式)

图14是表示本发明第六实施方式所涉及的图像显示装置30通过场序方式被调制时的激光和图像驱动信号的时序(timing)的图，图14(a)示出包含激励光的激光的发光的时序，图14(b)示出空间调制元件的各图像的驱动信号的时序。通过使激励光输出的上升沿的时机稍微提前于空间调制元件31的驱动信号的上升沿的时机，从而通过使G光34g的光输出的光脉冲和场序方式下的空间调制元件31的驱动信号的上升时间大致同时，能够使灰度控制变得容易。

如图14(b)所示，在空间调制元件31的各色图像所对应的驱动信号之间，设置不驱动空间调制元件31的黑色期间(black period)T0。因此，控制部40与空间调制元件31的R图像所对应的驱动信号的下降沿同时，对驱动部15输出驱动开始的控制信号。通过该控制部40，能够使激励光输出的上升沿时机比空间调制元件31的G图像所对应的驱动信号的上升沿时机提前黑色期间T0。其结果，在空间调制元件31的G图像所对应的驱动信号的上升沿时刻，G光34g的光输出达到充分高的强度(level)。

此外，在图14(a)及图14(b)中，与空间调制元件31的R图像所对应的驱动信号的下降沿同时，使激励光输出上升，但不限于此。控制部40也可以比空间调制元件31的R图像所对应的驱动信号的下降沿提前指定时间对驱动部15输出驱动开始的控制信号。即使在此情况下，由于驱动开始之初G光的输出较小，因此不会对R图像带来不良影响。上述指定时间可以被设定为不会对R图像带来不良影响的范围的上限值。通过该控制部40，能够尽可能地使激励光输出的上升沿时机提前于空间调制元件31的G图像所对应的驱动信号的上升沿时机。其结果，在空间调制元件31的G图像所对应的驱动信号的上升沿时刻，能够使G光34g的光输出达到更高的等级。

另外，在图14(a)中，使激励光的输出波形为矩形波形状，但不限于此。也可以使激励光的输出波形为例如如图7(a)(应为b)、图7(d)所示，包含上升沿的初始区间的强度大于剩余区间的强度的波形。在该情况下，能够更进一步可靠地使G光34g的光输出的上升沿变得陡峭。

另外，如图9所示，图像显示装置30还可以包括在投射透镜39的外侧的端部检测激光36的光检测器39a。并且，控制部40也可以采用以下的结构：即进行控制使空间调制元件31的驱动信号的上升沿时机与固体激光光源34S的激励用激光光源11的上升沿时机之间的关系，根据光检测器39a的检测结果而随时间变化。

根据该结构，依据以下所述的理由，能够实现更低功耗且灰度控制较容易的图像显示装置30。使用图像显示装置30的用户根据使用图像显示装置30的环境，有时会改变图像显示装置30的亮度。在亮的地方，为了提高图像的识读性而提高图像显示装置30的亮度，反之在暗的地方，有时降低图像显示装置30的亮度来实现低功耗。另外，近年来，也出现了称为场景控制的根据图像显示装置30显示的图像的亮度来改变光源的输出的控制技术。若利用场景控制，则在暗的图像时能够减小光源的耗电，所以能够实现低功耗的图像显示装置30。

在这些情况下，在降低图像显示装置30的亮度时，使R光源34R、G光源34G及B光源34B的输出降低。此时，由于降低G光源34G的输出，所以固体激光光源34S的激励用激光光源11的输出减小。若激励用激光光源11的输出减小，则固体激光光源34S的激光介质12的热透镜效应减小，谐波光的输出的上升沿迟缓。图像显示装置30的控制部40判断由光检测器39a所检测到的谐波的光输出的上升沿是否迟于空间调制元件31的驱动信号的上升沿，若判断为迟于，则控制驱动部15，使激励用激光光源11的输出的上升沿时间提前谐波的上升沿所迟缓的时间。这样，G光34g的光输出的光脉冲和场序方式下的空间调制元件31的驱动信号的上升时间大致同时，能够实现低功耗且灰度控制容易的图像显示装置30。

上面举例对本发明的实施方式进行了说明，当然，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种各样的变形。

此外，激励用激光光源11并不限定于发出波长为808nm的光的激光光源。也可以是发出激光介质12及激光介质12所包含的掺杂物高效地吸收光的波长的光的激光光源。

并且，激励用光源并不限定于激励用激光光源11，也可以是发出激光介质12及激光介质12所包含的掺杂物高效地吸收光的波长的光的发光二极管、灯等光源。

此外，对激光介质12的掺杂物并不限定于Nd，也可以为Yb、Pr等。

此外，波长转换元件14所产生的光的波长也并不限定于532nm。只要使激光介质12、激光介质12的掺杂物及波长转换元件14恰当，能够得到所期望的波长即可。

另外，根据需要，也可以在激光谐振器内设置用于选择波长的元件、用于选择偏振的元件、用于产生脉冲的元件。

上述的具体实施方式主要包括具有以下结构的发明。即，本发明所提供的波长转换装置包括：产生激励光的激励用光源；通过所述激励光产生基波光的激光介质；配置在所述激光介质的两侧，使所述基波光谐振的两个谐振镜；配置在所述两个谐振镜之间，将所述基波光波长转换为谐波光的波长转换元件；以及生成脉冲调制信号对所述激励用光源进行脉冲驱动的驱动部，所述激光介质采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，由所述驱动部生成的所述脉冲调制信号具有包含脉冲的上升沿的初始区间和所述初始区间之后的剩余区间，所述初始区间的平均信号强度大于所述剩余区间的平均信号强度。

根据该结构，激励用光源产生激励光。激光介质通过激励光产生基波光。两个谐振镜配置在激光介质的两侧，使基波光谐振。波长转换元件配置在两个谐振镜之间，将基波光波长转换为谐波光。驱动部生成脉冲调制信号对激励用光源进行脉冲驱动。激光介质采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料。驱动部所生成的脉冲调制信号具有包含脉冲的上升沿的初始区间和初始区间之后的剩余区间，初始区间的平均信号强度大于剩余区间的平均信号强度。

因此，脉冲调制信号的初始区间的射入激光介质的激励光的功率大于剩余区间的激励光的功率。因此，脉冲调制信号的初始区间的激光介质的发热量与剩余区间的发热量相比增大。由于驱动部对激励用光源进行脉冲驱动，因此激光介质的温度在脉冲调制信号输入之前为最低，随着脉冲调制信号输入而逐渐上升并达到恒定。在本结构中，由于脉冲调制信号的初始区间的激光介质的发热量大于剩余区间的发热量，因此在脉冲调制信号的初始区间，能够使激光介质的温度陡峭地上升。由于能够使激光介质的温度陡峭地上升，因此能够在脉冲调制信号的初始区间，使激光介质的在垂直于基波光光轴的方向上的光轴附近与远离光轴的位置之间的温度差，与脉冲调制信号的初始区间的平均信号强度与剩余区间的平均信号强度相同的情况相比更大。由于激光介质具有热光学效应，若在垂直于基波光光轴的方向上产生温度差，则在垂直于基波光光轴的方向上产生折射率差，从而使激光介质具有热透镜效应。在本结构中，由于激光介质采用热光学常数为正值的材料，所以如果在激光介质的垂直于基波光光轴的方向上形成具有温度差的温度分布，则激光介质的热透镜效应针对基波光具有凸透镜的效果。本结构能够在脉冲调制信号的初始区间，使针对基波光的激光介质的凸透镜效应与脉冲调制信号的初始区间的平均信号强度与剩余区间的平均信号强度相同的情况相比更大。

因此，从脉冲调制信号的上升沿时刻起，能够得到针对基波光的较大的凸透镜效应。其结果是，由于从上升沿时刻起，基波光在激光介质内适宜地会聚，因此两个谐振镜能够使基波光从上升沿时刻起稳定地谐振。因此，波长转换元件能够从脉冲调制信号的上升沿时刻起将基波光波长转换为谐波光。根据上述的理由，波长转换装置能够解决调制时的上升时间的问题、即在脉冲驱动时谐波光的上升沿不陡峭的问题，在用于图像显示装置时，能够降低在脉冲驱动的上升沿的空白时间。由此，能够显示高亮度且高画质的图像，能够实现适于小型化及低成本化的高效率的波长转换装置。

在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：当设所述两个谐振镜的平行度为θ(弧分)、所述脉冲调制信号的所述初始区间的能量为E(焦耳)时，所述驱动部生成满足3.33θ+1＜E＜3.78θ+3的脉冲调制信号。

一般而言，脉冲调制信号上升时所需要的激励光的强度随两个谐振镜的平行度而变化。其原因在于，在两个谐振镜的平行度较高的情况下，由于基波光将适宜地谐振，因此即使由激光介质的热光学效应引起的热透镜效应较小，谐波光的强度也将陡峭地上升，而在平行度较低的情况下，由于基波光不能适宜地谐振，因此谐波光的强度不会陡峭地上升。但是，根据该结构，当设两个谐振镜的平行度为θ(弧分)、脉冲调制信号的初始区间的能量为E(焦耳)时，驱动部生成满足3.33θ+1＜E＜3.78θ+3的脉冲调制信号。因此，由于能够根据两个谐振镜的平行度得到需要的激励光的强度，所以能够使谐波光的强度陡峭地上升。

在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：所述激光介质形成轴与所述激励光的射入方向平行的圆柱状。

根据该结构，由于激光介质形成轴与激励光的射入方向平行的圆柱状，所以能够使因激励光的射入而在激光介质中产生的热相对于激励光的光轴轴对称地散出。因此，能够轴对称地形成温度分布，并能够使因热光学效应而产生的折射率变化的分布为轴对称。若折射率变化的分布为轴对称，则与折射率的分布不轴对称的情况相比，能够进一步防止由热光学效应引起的热透镜效应相对于激励光的光轴而畸变，并能够进一步防止通过两个谐振镜而谐振的基波光的光束形状畸变。通过抑制基波光的光束形状的畸变，能够以高效率得到谐波光。

上述的波长转换装置也可以采用以下结构：还包括具有圆柱状的中空部，将所述激光介质收容保持在所述中空部的保持部。

根据该结构，由于包括具有圆柱状的中空部而将激光介质收容保持在中空部的保持部，因此能够将激光介质中产生的热向保持部相对于激励光的光轴轴对称地可靠地散出。

在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：所述激光介质的直径为射入所述激光介质的所述激励光的直径的2倍以上且5倍以下。

在激光介质的直径小于射入的激励光的直径的情况下，在激光介质的入射面将产生激励光的周边暗角，从而导致效率降低。但是，根据该结构，由于激光介质的直径为激励光的直径的2倍以上，因此能够消除在激光介质的入射面的激励光的周边暗角。此外，由于激光介质的直径为激励光的直径的5倍以下，因此能够减小由于吸收激励光而发热的激光介质与保持部的热阻。因此，能够抑制激光介质整体的温度上升。其结果是，能够抑制由激光介质整体的温度上升引起的从激励光到基波光的转换效率降低。

另外，在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：所述驱动部还生成重叠在所述脉冲调制信号上且信号强度不超过所述激光介质产生的所述基波光的阈值的直流信号。

根据该结构，驱动部还生成重叠在脉冲调制信号上且信号强度不超过激光介质产生的基波光的阈值的直流信号。因此，基于由所重叠的直流信号产生的激励光，能够使激光介质稳定地发热。其结果是，能够在激光介质内的垂直于激励光的光轴的面内稳定地形成具有温度差的温度分布，进一步降低空白时间，从而能够进一步提前谐波光的上升沿。由此，能够显示高亮度且高画质的图像，能够实现适于小型化及低成本化的高效率的波长转换装置。

另外，在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：还包括配置在所述激励用光源与所述激光介质之间，曲率可变更的可变透镜，所述驱动部驱动所述可变透镜，在所述脉冲调制信号的所述初始区间将所述可变透镜的曲率设定为第一曲率值，在所述脉冲调制信号的所述剩余区间将所述可变透镜的曲率设定为小于所述第一曲率值的第二曲率值。

根据该结构，驱动部驱动配置在激励用光源和激光介质之间的曲率可变更的可变透镜。驱动部在脉冲调制信号的初始区间将可变透镜的曲率设定为第一曲率值，在脉冲调制信号的剩余区间将可变透镜的曲率设定为小于第一曲率值的第二曲率值。因此，由于第一曲率值大于第二曲率值，因此射入激光介质的激励光的直径在脉冲调制信号的初始区间比在脉冲调制信号的剩余区间小。因此，与剩余区间相比，在初始区间激励光将进一步会聚，所以在脉冲调制信号的初始区间能够快速地在激光介质中形成具有所期望的温度差的温度分布，所以能够进一步降低空白时间从而进一步提前谐波光的上升沿。由此，能够显示高亮度且高画质的图像，能够实现适于小型化及低成本化的高效率的波长转换装置。

另外，在上述的波长转换装置中，也可以是，在两个谐振镜中，其中一个谐振镜形成在激光介质的端面上，另一个谐振镜形成在波长转换元件的端面上。

根据该结构，因为可以不新配置谐振镜，所以能够实现紧凑的波长转换装置。

另外，在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：所述激光介质和所述波长转换元件沿着所述基波光的光轴邻接配置或者彼此接合。

根据该结构，能够降低在基波光的光轴方向上配置激光介质和波长转换元件的长度，能够进一步实现紧凑的波长转换装置。另外，因为无需调整两个谐振镜，所以能够实现低成本的波长转换装置。

另外，在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：在所述激励用激光光源的外部或者内部还设有波长选择部。

根据该结构，能够降低由激励光的温度变化引起的波长变化，能够得到稳定的谐波光的输出。另外，空白时间不会受温度的影响而增大，而是能够被降低并保持，所以能够实现输出更加稳定的波长转换装置。

另外，在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：还包括接收从所述波长转换元件发出的所述基波光的基波光检测器，所述驱动部根据由所述基波光检测器所接收到的所述基波光的输出波形来改变所述激励用光源的调制的强度。

根据该结构，驱动部根据从波长转换元件发出的基波光的输出波形来改变激励用光源的调制的强度，因此，通过生成脉冲调制信号以消除由激励用光源的个体差异引起的特性的差别，能够使谐波光的输出稳定。

另外，在上述的波长转换装置中，也可以采用以下结构：由所述驱动部生成的所述脉冲调制信号在上升沿时刻的信号强度最大。

根据该结构，由于由驱动部生成的脉冲调制信号在上升沿时刻的信号强度最大，因此能够更加可靠地提前谐波光的上升沿。

本发明所提供的图像显示装置包括：对射入光进行空间调制的空间调制元件；以及具有射出从所述空间调制元件的一方的主面侧照明所述空间调制元件的光的激光光源的照明部，所述照明部具有射出红色激光的红色激光光源、射出绿色激光的绿色激光光源及射出蓝色激光的蓝色激光光源，所述绿色激光光源为具备上述的波长转换装置的固体激光光源。

根据该结构，由于利用能够降低脉冲驱动时的谐波光的上升沿的空白时间的波长转换装置，因此可实现能够显示高亮度且高画质的图像的图像显示装置。

另外，在上述的图像显示装置中，也可以采用以下结构：还包括控制部，基于所输入的图像信号向所述空间调制元件提供驱动信号，以场序方式驱动所述空间调制元件，并且，与提供给所述空间调制元件的驱动信号同步地使所述红色激光光源、绿色激光光源及蓝色激光光源依次发光，所述控制部使所述固体激光光源的所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前于对所述空间调制元件提供的驱动信号的上升沿。

根据该结构，由于使固体激光光源的激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前于对空间调制元件提供的驱动信号的上升沿，因此能够进一步降低脉冲驱动时的谐波光的上升沿的空白时间。因此，可实现能够显示更加明亮的画面和灰度控制更佳的高画质的图像的图像显示装置。

本发明所提供的图像显示装置包括：对射入光进行空间调制的空间调制元件；具有射出红色激光的红色激光光源、射出绿色激光的绿色激光光源及射出蓝色激光的蓝色激光光源，并从所述空间调制元件的一方的主面侧照明所述空间调制元件的照明部；以及基于输入的图像信号向所述空间调制元件提供驱动信号而以场序方式驱动所述空间调制元件，并且，与提供给所述空间调制元件的驱动信号同步地使所述红色激光光源、绿色激光光源及蓝色激光光源依次发光的控制部，所述绿色激光光源为具备波长转换装置的固体激光光源，所述波长转换装置具有：产生激励光的激励用光源；采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，通过所述激励光产生基波光的激光介质；配置在所述激光介质的两侧，使所述基波光谐振的两个谐振镜；配置在所述两个谐振镜之间，将所述基波光波长转换为谐波光的波长转换元件；以及对所述激励用光源进行脉冲驱动的驱动部，所述控制部使所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前于对所述空间调制元件提供的驱动信号的上升沿。

根据该结构，由于使激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前于对所述空间调制元件提供的驱动信号的上升沿，因此能够降低脉冲驱动时的谐波光的上升沿的空白时间。因此，可实现能够显示明亮的画面和灰度控制佳的高画质的图像的图像显示装置。

另外，在上述的图像显示装置中，也可以采用以下结构：所述控制部使所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿与对以场序方式被驱动的所述空间调制元件提供的前一个驱动信号的下降沿同时。

根据该结构，由于控制部使激励用光源的脉冲驱动的上升沿与对以场序方式被驱动的空间调制元件提供的前一个驱动信号的下降沿同时，因此空间调制元件不会对其他颜色激光的调制带来不良影响，能够使谐波光的上升沿提前。

另外，在上述的图像显示装置中，也可以采用以下结构：控制部以180Hz以上且1000Hz以下的频率驱动空间调制元件。

根据该结构，能够实现无画面闪烁且注意不到色彩断裂的高画质的图像显示装置。

另外，上述的图像显示装置也可以采用以下结构：还包括检测通过所述空间调制元件而被空间调制的所述谐波光的谐波光检测器，所述控制部判断由所述谐波光检测器检测到的所述谐波光的上升沿是否迟于所述空间调制元件的驱动信号的上升沿，若判断为迟于，则使所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前。

根据该结构，若判断出由谐波光检测器检测到的谐波光的上升沿迟于空间调制元件的驱动信号的上升，则使激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前，因此能够可靠地消除脉冲驱动时的谐波光的上升沿的空白时间。

另外，在上述的图像显示装置中，也可以采用以下结构：空间调制元件是反射型液晶显示面板。

根据该结构，能够实现光利用效率高且低功耗的图像显示装置。

产业上的可利用性

本发明的波长转换装置能够解决调制时的上升时间的问题，即在脉冲驱动时谐波光的上升沿不陡峭的问题，在用于图像显示装置时，能够降低空白时间，所以能够实现输出稳定的谐波光且紧凑的装置，因而有用。另外，若利用该波长转换装置，可实现能够显示高亮度且高画质的图像的图像显示装置，因而有用。

Claims (19)

1.一种波长转换装置，其特征在于包括：

激励用光源，产生激励光；

激光介质，通过所述激励光产生基波光；

两个谐振镜，配置在所述激光介质的两侧，使所述基波光谐振；

波长转换元件，配置在所述两个谐振镜之间，将所述基波光波长转换为谐波光；以及

驱动部，生成脉冲调制信号，脉冲驱动所述激励用光源，其中，

所述激光介质采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，

由所述驱动部生成的所述脉冲调制信号具有包含脉冲的上升沿的初始区间和所述初始区间之后的剩余区间，所述初始区间的平均信号强度大于所述剩余区间的平均信号强度。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：

当设所述两个谐振镜的平行度为θ、所述脉冲调制信号的所述初始区间的能量为E时，所述驱动部生成满足

3.33θ+1＜E＜3.78θ+3的脉冲调制信号，其中，θ的单位为弧分、E的单位为焦耳。

3.根据权利要求1或2所述的波长转换装置，其特征在于：所述激光介质呈轴与所述激励光的射入方向平行的圆柱状。

4.根据权利要求3所述的波长转换装置，其特征在于还包括：具有圆柱状的中空部、将所述激光介质收容保持在所述中空部的保持部。

5.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于：所述激光介质的直径为射入所述激光介质的所述激励光的直径的2倍以上且5倍以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的波长转换装置，其特征在于：所述驱动部，还生成重叠在所述脉冲调制信号上且信号强度不超过所述激光介质所产生的所述基波光的阈值的直流信号。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的波长转换装置，其特征在于还包括：配置在所述激励用光源与所述激光介质之间、曲率可变更的可变透镜，其中，

所述驱动部，驱动所述可变透镜，在所述脉冲调制信号的所述初始区间将所述可变透镜的曲率设定为第一曲率值，在所述脉冲调制信号的所述剩余区间将所述可变透镜的曲率设定为小于所述第一曲率值的第二曲率值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的波长转换装置，其特征在于：在两个谐振镜中，其中一个谐振镜形成在激光介质的端面上，另一个谐振镜形成在波长转换元件的端面上。

9.根据权利要求8所述的波长转换装置，其特征在于：所述激光介质和所述波长转换元件，沿着所述基波光的光轴邻接配置或者彼此接合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的波长转换装置，其特征在于：在所述激励用激光光源的外部或内部还具备波长选择部。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的波长转换装置，其特征在于还包括：接收从所述波长转换元件发出的所述基波光的基波光检测器，其中，

所述驱动部，根据由所述基波光检测器接收到的所述基波光的输出波形来改变所述激励用光源的调制的强度。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的波长转换装置，其特征在于：由所述驱动部生成的所述脉冲调制信号在上升沿时刻的信号强度最大。

13.一种图像显示装置，其特征在于包括：

空间调制元件，对射入光进行空间调制；以及

照明部，具有射出从所述空间调制元件的一方的主面侧照明所述空间调制元件的光的激光光源，其中，

所述照明部，具有射出红色激光的红色激光光源、射出绿色激光的绿色激光光源及射出蓝色激光的蓝色激光光源，

所述绿色激光光源为具备如权利要求1至12中任一项所述的波长转换装置的固体激光光源。

14.根据权利要求13所述的图像显示装置，其特征在于还包括：

控制部，基于输入的图像信号向所述空间调制元件提供驱动信号，以场序方式驱动所述空间调制元件，并且，与提供给所述空间调制元件的驱动信号同步使所述红色激光光源、绿色激光光源及蓝色激光光源依次发光，其中，

所述控制部，使所述固体激光光源的所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前于对所述空间调制元件提供的驱动信号的上升沿。

15.一种图像显示装置，其特征在于包括：

空间调制元件，对射入光进行空间调制；

照明部，具有射出红色激光的红色激光光源、射出绿色激光的绿色激光光源及射出蓝色激光的蓝色激光光源，从所述空间调制元件的一方的主面侧照明所述空间调制元件；以及

控制部，基于输入的图像信号对所述空间调制元件提供驱动信号，以场序方式驱动所述空间调制元件，并且，与提供给所述空间调制元件的驱动信号同步使所述红色激光光源、绿色激光光源及蓝色激光光源依次发光，其中，

所述绿色激光光源为具备波长转换装置的固体激光光源，

所述波长转换装置具有：

产生激励光的激励用光源；

采用具有热光学效应、热光学常数为正值的材料，通过所述激励光产生基波光的激光介质；

配置在所述激光介质的两侧，使所述基波光谐振的两个谐振镜；

配置在所述两个谐振镜之间，将所述基波光波长转换为谐波光的波长转换元件；

以及

脉冲驱动所述激励用光源的驱动部，其中，

所述控制部，使所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前于对所述空间调制元件提供的驱动信号的上升沿。

16.根据权利要求14或15所述的图像显示装置，其特征在于：所述控制部，使所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿与对以场序方式被驱动的所述空间调制元件提供的前一个驱动信号的下降沿同时。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的图像显示装置，其特征在于：所述控制部以180Hz以上且1000Hz以下的频率来驱动所述空间调制元件。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的图像显示装置，其特征在于还包括：检测通过所述空间调制元件而被空间调制的所述谐波光的谐波光检测器，其中，

所述控制部，判断由所述谐波光检测器检测到的所述谐波光的上升沿是否迟于所述空间调制元件的驱动信号的上升沿，若判断为迟于，则使所述激励用光源的脉冲驱动的上升沿提前。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的图像显示装置，其特征在于：所述空间调制元件为反射型液晶显示面板。

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