JP2006186066A - レーザ光源及びレーザ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯性に優れたレーザ表示装置を実現可能な小型のレーザ光源を提供する。
【解決手段】Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザ光を出射するレーザ光源１００は、青色のレーザ光を出射する青色半導体レーザ８と、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体レーザ９と、ＤＢＲ−ＬＤ６及びそこから出射されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子５とにより構成され、緑色のレーザ光を出射するレーザとを備え、青色半導体レーザ８、赤色半導体レーザ９、及び前記レーザは、それぞれ同一パッケージ内に実装される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数波長のレーザ光を出射するレーザ光源に関する。

画像データにより強度変調したレーザ光をスクリーン等の描画面上を２次元走査して画像を表示するレーザ表示装置が知られている。このようなレーザ表示装置としては、レーザ光源として、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の光を出射する３つのガスレーザを備え、これら３つの光をダイクロックミラー等によって同一光路上に集めて出射させている。このようなレーザ表示装置は、ガスレーザを用いているため、大型になってしまう。

そこで、ガスレーザの代わりに小型の半導体レーザを用いてレーザ光源を構成した例が特許文献１に記載されている。このレーザ光源は、例えば、Ｒ光を出射する半導体レーザと、半導体レーザ及びその半導体レーザからのレーザ光の波長を変換する波長変換素子（第２高調波発生素子）とを組み合わせてＧ光，Ｂ光を出射する２つの固体レーザとを用いている。

特開平４−４５４７８号公報

従来からあるレーザ表示装置は、ユーザが携帯して利用するといったことを前提に作られておらず、携帯性に優れたレーザ表示装置実現のためには、レーザ光源の更なる小型化が必須となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、携帯性に優れたレーザ表示装置を実現可能な小型のレーザ光源を提供することを目的とする。

本発明のレーザ光源は、複数波長のレーザ光を出射するレーザ光源であって、第１の半導体レーザと、第２の半導体レーザと該第２の半導体レーザからのレーザ光の波長を変換する波長変換素子とにより構成され、前記第１の半導体レーザとは異なる波長のレーザ光を出射するレーザとを備え、前記第１の半導体レーザ及び前記レーザは、それぞれ同一パッケージ内に実装される。

この構成により、携帯性に優れたレーザ表示装置を実現可能な小型のレーザ光源を提供することができる。

本発明のレーザ光源は、前記第１の半導体レーザで発生する熱が前記波長変換素子に伝わるのを防止する熱伝防止手段を前記同一パッケージ内に備える。

この構成により、第１の半導体レーザで発生する熱によって波長変換素子の特性が変動してしまうのを防ぐことができる。

本発明のレーザ光源は、前記第１の半導体レーザと前記レーザは支持体を挟んで対向する位置に実装され、前記熱伝防止手段は前記支持体である。

本発明のレーザ光源は、前記熱伝防止手段が前記波長変換素子の周囲を覆う放熱部材及び断熱部材の少なくとも一方である。

本発明のレーザ光源は、前記第１の半導体レーザが前記放熱部材又は前記断熱部材の上に実装される。

本発明のレーザ光源は、前記波長変換素子の周囲の温度を検知する温度検知手段を前記同一パッケージ内に備え、前記温度検知手段で検知された温度に基づいて、前記第２の半導体レーザの発振波長を制御する波長制御手段を備える。

この構成により、第１の半導体レーザで発生する熱等によって波長変換素子周囲の温度が変動することにより、波長変換素子の特性が変動してしまった場合でも、その変動に対応することが可能となる。

本発明のレーザ光源は、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザからのレーザ光の光量を検知するレーザ光量検知手段と、前記検知された光量に基づいて、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザへの入力電流を制御する電流制御手段とを備える。

この構成により、パッケージ内の温度変動等による第１の半導体レーザ及びレーザから出射されるレーザ光の光量を一定にすることができる。

本発明のレーザ光源は、前記第１の半導体レーザが、赤色光を出射する赤色半導体レーザと、青色光を出射する青色半導体レーザとを含み、前記レーザが緑色光を出射する。

この構成により、カラー画像を表示可能なレーザ光源を提供することができる。

本発明のレーザ表示装置は、前記レーザ光源と、画像データに応じて変調したレーザ光を前記第１の半導体レーザ及び前記レーザから出射させるレーザ光出射制御手段と、前記第１の半導体レーザ及び前記レーザからのレーザ光を描画面上で２次元走査する２次元走査手段とを備える。

本発明によれば、携帯性に優れたレーザ表示装置を実現可能な小型のレーザ光源を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態を説明するためのレーザ光源の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すレーザ光源を矢印Ａ方向から見た図である。図３は、図１に示すレーザ光源を矢印Ｂ方向から見た図である。図４は、図１に示すレーザ光源を矢印Ｃ方向から見た図である。図１に示すレーザ光源１００は、例えば、画像データにより強度変調したレーザ光をスクリーン等の描画面上を２次元走査して画像を表示するレーザ表示装置に適用されるものである。図３及び図４では配線の図示を省略した。

図１〜４に示すように、円板状のステム１には支持体２が垂直に立設され、支持体２の上にはシリコンベンチ３が形成される。シリコンベンチ３の上には分布ブラッグ反射（以下、ＤＢＲという）領域を有する波長可変半導体レーザ６（以下ＤＢＲ−ＬＤ６という）がジャンクションダウン実装されている。ＤＢＲ−ＬＤ６は、活性層領域とＤＢＲ領域とから構成されており、ＤＢＲ領域に注入する注入電流の量を変えることにより、ＤＢＲ−ＬＤ６の発振波長を変えることができる。ＤＢＲ−ＬＤ６は特許請求の範囲の第２の半導体レーザに該当する。

シリコンベンチ３の上には、更に、ＤＢＲ−ＬＤ６から出射されたレーザ光の波長を変換して出射する波長変換素子５（ＳＨＧ素子）が実装される。ＤＢＲ−ＬＤ６の光出射端面と波長変換素子５の光入射端面とは接触している。

波長変換素子５は光導波路５ａを含み、ＤＢＲ−ＬＤ６の光出射端面より得られたレーザ光は、直接、光導波路５ａに入射され、ここで波長が変換されて外部に出射される。本実施形態では、波長変換素子５から緑色光（波長５００ｎｍ〜５６０ｎｍ）が出射されるように、ＤＢＲ−ＬＤ６の発振波長が決定される。図１及び図４では、波長変換素子５から出射される光の出射点位置を黒い半円で示してある。ＤＢＲ−ＬＤ６と波長変換素子５を組み合わせたレーザについては、特開２００３−２９８１８０号公報や特開２００１−２６４８３２号公報にその詳細が記載されているので、これを参照されたい。

シリコンベンチ３の上には、波長変換素子５の周囲（ＤＢＲ−ＬＤ６との接触面及び光出射端面を除く部分）を覆うようにヒートシンク４（特許請求の範囲の放熱手段に該当）が形成され、ヒートシンク４の上には絶縁層７を介して、青色光（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ）を出射する青色半導体レーザ８（特許請求の範囲の第１の半導体レーザに該当）と、赤色光（波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ）を出射する赤色半導体レーザ９（特許請求の範囲の第１の半導体レーザに該当）とがそれぞれジャンクションアップ実装される。図１及び図４では、青色半導体レーザ８，赤色半導体レーザ９から出射されるレーザ光の出射点位置をそれぞれ黒い半円で示してある。尚、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９はジャンクションダウンで実装してあっても良い。

ヒートシンク４は、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９で発生する熱が波長変換素子５に伝わるのを防止する熱伝防止手段の一例であり、その材料としてはＡＩＮ、ダイヤモンド、及び銅等を用いることができる。

波長変換素子５は、ガラス並の熱伝導性を持ち、しかも、熱によって波長変換特性が変動してしまう。一方、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９からはレーザ光出射時に熱が発生する。本実施形態では、波長変換素子５と、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９とが同一パッケージ内に実装されるため、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９で発生する熱が波長変換素子５に与える影響が問題となる。レーザ光源をレーザ表示装置に用いた場合には、レーザ光を繰り返し点滅させる必要があるため、発生する熱が特に大きい。

そこで、本実施形態のように、波長変換素子５の周囲を覆うようにヒートシンク４を設けることで、波長変換素子５と、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９とを同一パッケージ内に実装した場合でも、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９からの熱によって波長変換素子５の特性が変動してしまうといったことを防ぐことができる。

又、図１〜図４の例では、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９の光出射点位置が、波長変換素子５からなるべく遠くになるように、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９がそれぞれジャンクションアップ実装されている。これにより、波長変換素子５への熱伝防止効果をより高めることができる。

ヒートシンク４、波長変換素子５、ＤＢＲ-ＬＤ６、絶縁層７、青色半導体レーザ８、赤色半導体レーザ９は、同一パッケージ内に実装される。

ステム１には駆動部１２（特許請求の範囲の波長制御手段、電流制御手段に該当）に接続された配線１０が接続され、配線１０の一部はステム１を貫通している。そして、貫通した配線１０には更に配線１１が接続され、配線１１はＤＢＲ−ＬＤ６，青色半導体レーザ８，赤色半導体レーザ９に接続される。ＤＢＲ−ＬＤ６，青色半導体レーザ８，赤色半導体レーザ９は、配線１０，１１を介して駆動部１２から入力される駆動信号に応じて、レーザ光を出射する。

以上のように本実施形態のレーザ光源１００によれば、ＤＢＲ−ＬＤ６及び波長変換素子５との組み合わせで構成される緑色光を出射するレーザと、青色半導体レーザ８と、赤色半導体レーザ９とを同一パッケージ内に実装しているため、レーザ光源１００を小型化することができ、このレーザ光源１００を用いることで、携帯性に優れたレーザ表示装置を実現することが可能となる。

又、本実施形態のレーザ光源１００によれば、ＤＢＲ−ＬＤ６及び波長変換素子５との組み合わせで構成される緑色光を出射するレーザと、青色半導体レーザ８と、赤色半導体レーザ９とを同一パッケージ内に実装した場合でも、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９で発生した熱が波長変換素子５に与える影響を少なくすることができ、ＲＧＢの光を精度良く出射可能な小型のレーザ光源１００を実現することができる。

尚、本実施形態では、波長変換素子５への熱の影響を少なくすることが可能だが、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９で発生した熱が波長変換素子５に伝わるのを完全に防ぐことは難しい。このため、図１のような構成であっても、波長変換素子５の特性に多少の変動が起こる可能性がある。特性の変動が起こった場合、ＤＢＲ−ＬＤ６の発振波長を変えないままでは、波長変換素子５から出射されるレーザ光の波長を所望の値に維持することができなくなってしまう。

そこで、レーザ光源１００に、波長変換素子５の周囲の温度を検知する温度検知手段（例えばサーミスタ）を、例えばヒートシンク４と波長変換素子５との間に設けておき、温度検知手段で検知された温度を駆動部１２に入力し、駆動部１２が、検知された温度に基づいてＤＢＲ−ＬＤ６の発振波長を制御（具体的にはＤＢＲ領域への注入電流量を制御）することが好ましい。このようにすることで、波長変換素子５の特性が熱によって変動した場合でも、その変動を吸収することが可能となる。

又、レーザ光源１００をレーザ表示装置に適用する場合、ＤＢＲ−ＬＤ６、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９は、それぞれ画像データにしたがった一定の光量でレーザ光を出射することが求められる。ＤＢＲ−ＬＤ６、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９は、熱によって発振波長が変化してしまうため、これらを同一パッケージ内に備える本実施形態のレーザ光源１００では、出射するレーザ光の光量を一定に保つ制御を行うことがより好ましい。

この場合は、レーザ光源に、ＤＢＲ−ＬＤ６、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９の各々から出射されるレーザ光の光量を検知するレーザ光量検知手段（例えばフォトダイオード）を、例えばＤＢＲ−ＬＤ６、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９それぞれの光出射端面の反対面に対向させて配置しておき、レーザ光量検知手段で検知されたレーザ光量を駆動部１２に入力し、駆動部１２が、検知されたレーザ光量に基づいて、ＤＢＲ−ＬＤ６、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９からのレーザ光量を制御（具体的には各半導体レーザへの入力電流量を制御）する構成とすれば良い。

（第二実施形態）
図５は、本発明の第二実施形態を説明するためのレーザ光源の変形例を示す図である。図５は、レーザ光源を図１のＣ方向から見たときの図である。図５において図１〜図４と同様の構成には同一符号を付してある。又、図５では配線の図示を省略した。

図５に示すレーザ光源２００は、図１〜図４に示すレーザ光源１００において、波長変換素子５とヒートシンク４の間に、波長変換素子５の周囲を覆う断熱部材１３を形成した構成である。このような構成にすることにより、波長変換素子５への熱伝防止効果をより高めることができる。尚、図５において、ヒートシンク４と断熱部材１３を逆にしても同様の効果が得られる。又、図１〜４においてヒートシンク４の代わりに断熱部材１３を設けるだけでも熱伝防止効果を得ることができる。

（第三実施形態）
図６は、本発明の第三実施形態を説明するためのレーザ光源の変形例を示す図である。図６（ａ）は、レーザ光源を図１のＣ方向から見たときの図、図６（ｂ）は、レーザ光源を図１のＡ方向から見たときの図である。図６において図１〜図４と同様の構成には同一符号を付してある。又、図６では配線の図示を省略した。

図６に示すレーザ光源３００は、図１〜図４に示すレーザ光源１００において、ＤＢＲ−ＬＤ６及び波長変換素子５から構成されるレーザと、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９とを支持体２を挟んで対向する位置に実装し、ヒートシンク４及び絶縁層７を無くした構成である。ＤＢＲ−ＬＤ６及び波長変換素子５の実装方法は図１と同様である。青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９は、それぞれ、ステム２のシリコンベンチ３が形成されている面の反対面に、ジャンクションアップ実装されている。

図６に示す構成によれば、波長変換素子５と、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９の光出射点位置との間に、ステム２とシリコンベンチ３が介在することになり、ステム２とシリコンベンチ３が熱伝防止手段としての機能を果たすため、ヒートシンク４を設けずに、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。又、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９をジャンクションアップ実装することで、波長変換素子５と、青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９の光出射点位置が離れるため、熱伝防止効果をより高めることができる。

（第四実施形態）
図７は、本発明の第四実施形態を説明するためのレーザ光源の変形例を示す図である。図７（ａ）は、レーザ光源を図１のＣ方向から見たときの図、図７（ｂ）は、レーザ光源を図１のＡ方向から見たときの図である。図７において図１〜図４と同様の構成には同一符号を付してある。又、図７では配線の図示を省略した。

図７に示すレーザ光源４００は、図１〜図４に示すレーザ光源１００において、ヒートシンク４及び絶縁層７を削除し、波長変換素子５の上に直接青色半導体レーザ８及び赤色半導体レーザ９を実装した構成である。このような構成で、ＤＢＲ−ＬＤ６及び波長変換素子５の組み合わせで構成される緑色光を出射するレーザと、青色半導体レーザ８と、赤色半導体レーザ９とを同一パッケージ内に実装することでも、小型化を実現することができる。

（第五実施形態）
図８は、本発明の第五実施形態を説明するためのレーザ表示装置の概略構成を示す側面図である。図９は、レーザ表示装置を正面から見た図である。
図８に示すレーザ表示装置５００は、第一実施形態で説明したレーザ光源１００と、画像データに基づいて変調したレーザ光を出射させるための駆動信号を生成して駆動部１２に入力し、画像データに基づいて変調したレーザ光を、ＤＢＲ−ＬＤ６、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９から出射させるレーザ光出射制御を行う制御部１５（特許請求の範囲のレーザ光出射制御手段に該当）と、レーザ光源１００から出射されたレーザ光を平行光化するコリメートレンズ１４と、レーザ光源１００から出射されたレーザ光を水平方向及びこれに直交する垂直方向に偏向させて、レーザ光をスクリーン３０等の描画面上で２次元走査する２次元走査手段２０とを備える。

２次元走査手段２０は、ガルバノミラーを２枚組み合わせたものや、ガルバノミラーとポリゴンミラーを組み合わせたものや、２軸偏向ミラー（水平方向と垂直方向のいずれにも偏向可能な１枚のミラー）等を用いることができる。以下では２軸偏向ミラーを用いることとする。

レンズ１４は、図９に示すように、波長変換素子５、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９のそれぞれに対応して設けられる。各レンズ１４の中心は、波長変換素子５、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９のそれぞれの光出射点位置と一致するように位置決めされている。レンズ１４は、波長変換素子５、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９のそれぞれから出射されるレーザ光が、２軸偏向ミラー２０に同一の入射角で入射されるように、各レーザ光を平行光化する。

波長変換素子５、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９のそれぞれの光出射点位置は近い程好ましいが、光出射点位置が近くなると、レンズの大きさによっては、３つのレンズ１４が重なってしまう。そこで、このような場合には、レンズ１４を偏心させて配置すれば良い。

以下、レーザ表示装置５００の動作を説明する。
スクリーン３０に描画させる画像データが制御部１５に入力されると、この画像データに基づいて変調したレーザ光を出射させるための駆動信号が駆動部１２に入力され、画像データに基づいて変調したレーザ光が、ＤＢＲ−ＬＤ６、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９から出射される。

波長変換素子５、青色半導体レーザ８、及び赤色半導体レーザ９から出射されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、それぞれレンズ１４を通過し、２軸偏向ミラー２０に同一の入射角で入射し、２軸偏向ミラー２０で反射したＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、スクリーン３０に到達する。このとき、スクリーン３０には図１０に示すような配置でＲ，Ｇ，Ｂが表示され、この３つのＲ，Ｇ，Ｂが１画素を形成する。そして、このような１画素がスクリーン３０上で水平方向及び垂直方向に高速で２次元状に表示されることで、画像が表示される。

以上のように本実施形態のレーザ表示装置５００によれば、レーザ光源として第一実施形態で説明した小型のレーザ光源１００を用いているため、携帯性に優れたレーザ表示装置を提供することができる。

尚、本実施形態ではレーザ光源としてレーザ光源１００を用いたが、第二実施形態〜第四実施形態で説明したレーザ光源２００〜４００のいずれかを用いても良い。

又、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザ光を２次元走査するに当たり、垂直方向の走査線の端部と、水平方向の走査線の端部とに適当なブランキング期間を設けて所望の描画をスクリーン上に行うのが好ましい。この場合は、レーザ光の走査範囲の端部付近に受光素子を設置しておき、この受光素子からの信号を用いて、制御部１５が、レーザ光による走査開始位置を決定すれば良い。

本発明の実施形態を説明するためのレーザ光源の概略構成を示す斜視図 図１に示すレーザ光源を矢印Ａ方向から見た図 図１に示すレーザ光源を矢印Ｂ方向から見た図 図１に示すレーザ光源を矢印Ｃ方向から見た図 本発明の第二実施形態を説明するためのレーザ光源の変形例を示す図 本発明の第三実施形態を説明するためのレーザ光源の変形例 本発明の第四実施形態を説明するためのレーザ光源の変形例を示す図 本発明の第五実施形態を説明するためのレーザ表示装置の概略構成を示す側面図 本発明の第五実施形態を説明するためのレーザ表示装置を正面から見た図 本発明の第五実施形態を説明するためのレーザ表示装置によってスクリーン上に表示された１画素を示す図

符号の説明

１００ レーザ光源
１ ステム
２ 支持体
３ シリコンベンチ
４ ヒートシンク
５ 波長変換素子
６ ＤＢＲ−ＬＤ
７ 絶縁層
８ 青色半導体レーザ
９ 赤色半導体レーザ
１０，１１ 配線
１２ 駆動部

Claims (9)

1. 複数波長のレーザ光を出射するレーザ光源であって、
   第１の半導体レーザと、
   第２の半導体レーザと該第２の半導体レーザからのレーザ光の波長を変換する波長変換素子とにより構成され、前記第１の半導体レーザとは異なる波長のレーザ光を出射するレーザとを備え、
   前記第１の半導体レーザ及び前記レーザは、それぞれ同一パッケージ内に実装されるレーザ光源。
2. 請求項１記載のレーザ光源であって、
   前記第１の半導体レーザで発生する熱が前記波長変換素子に伝わるのを防止する熱伝防止手段を前記同一パッケージ内に備えるレーザ光源。
3. 請求項２記載のレーザ光源であって、
   前記第１の半導体レーザと前記レーザは支持体を挟んで対向する位置に実装され、
   前記熱伝防止手段は前記支持体であるレーザ光源。
4. 請求項２記載のレーザ光源であって、
   前記熱伝防止手段は、前記波長変換素子の周囲を覆う放熱部材及び断熱部材の少なくとも一方であるレーザ光源。
5. 請求項４記載のレーザ光源であって、
   前記第１の半導体レーザは、前記放熱部材又は前記断熱部材の上に実装されるレーザ光源。
6. 請求項１〜５のいずれか記載のレーザ光源であって、
   前記波長変換素子の周囲の温度を検知する温度検知手段を前記同一パッケージ内に備え、
   前記温度検知手段で検知された温度に基づいて、前記第２の半導体レーザの発振波長を制御する波長制御手段を備えるレーザ光源。
7. 請求項１〜６のいずれか記載のレーザ光源であって、
   前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザからのレーザ光の光量を検知するレーザ光量検知手段と、
   前記検知された光量に基づいて、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザへの入力電流を制御する電流制御手段とを備えるレーザ光源。
8. 請求項１〜７のいずれか記載のレーザ光源であって、
   前記第１の半導体レーザは、赤色光を出射する赤色半導体レーザと、青色光を出射する青色半導体レーザとを含み、
   前記レーザは、緑色光を出射するレーザ光源。
9. 請求項１〜８のいずれか記載のレーザ光源と、
   画像データに応じて変調したレーザ光を前記第１の半導体レーザ及び前記レーザから出射させるレーザ光出射制御手段と、
   前記第１の半導体レーザ及び前記レーザからのレーザ光を描画面上で２次元走査する２次元走査手段とを備えるレーザ表示装置。

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