JP2007298849A - レーザ光源装置およびその光軸調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各ＲＧＢレーザの光軸調整を容易かつ高精度に行うことができるレーザ光源装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るレーザ光源装置１は、赤色レーザ光源２Ｒと、緑色レーザ光源２Ｇと、青色レーザ光源２Ｂとが共通の基板３にマウントされ、レーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光軸をマウント面３ａに対して調整するための光軸調整機構を備えている。光軸調整機構は、レーザ光源がマウントされるマウント面に立設された一対の基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂと、レーザ光源に設けられ、一対の基準ピンが嵌合するとともに一対の基準ピンが互いに対向する方向へ当該レーザ光源を平行移動させるガイド溝１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂとを有する。レーザベースには、マウント面に沿ってレーザ光源を平行移動させるのに用いられる偏芯ドライバの挿入孔１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂが形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、一体化されたＲＧＢ（赤緑青）レーザ光源の光軸調整機能を備えたレーザ光源装置およびその光軸調整方法に関する。

単色ＲＧＢレーザ光源には、一般的に、（１）半導体レーザ、（２）波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザから構成されるレーザ共振器、（３）波長変換素子とその基本波を発振する半導体レーザから構成されるレーザ共振器の３つの形態が使われている。

特に近年、モバイルディスプレイ、ポケットディスプレイ、マイクロディスプレイなどと称される携帯型レーザディスプレイ装置の開発が進められている。これらのレーザディスプレイ装置では、小型軽量・低消費電力かつ低コストのＲＧＢレーザ光源が求められており、赤色レーザ光源には半導体レーザが、また、緑色レーザ光源には波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザを励起する半導体レーザから構成されるレーザ共振器が、そして、青色レーザ光源には半導体レーザがそれぞれ一般的に用いられている。

なお、緑色レーザ光源には波長変換素子とその基本波を発振する半導体レーザから構成されるレーザ共振器が既に開発されているが、コスト面からまだ広く使用されていない。緑色半導体レーザの開発も進められているが、発振温度や出力の面からまだ実用化に至っていない。

従来のＲＧＢレーザ光源の構成について説明する。

図９は、下記特許文献１に記載されているレーザ光源１００の構成を示しており、波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザとから構成されている。図９において、１０１は固体レーザ結晶としてＮｄ：ＹＡＧ結晶、１０１ａは固体レーザ結晶１０１の端面に形成したミラー、１０２は波長変換素子であるＫＮｂＯ３結晶、１０３は球面のレーザミラー、１０４は固体レーザ結晶１０１を励起する半導体レーザである。

上記構成のレーザ光源１００は、半導体レーザ１０４で固体レーザ結晶１０１を励起することにより、波長９４６ｎｍのレーザ光を発振し、そのレーザ光の波長を波長変換素子１０２で１／２に変換して波長４７３ｎｍの出射光（青色）１０５を発生させる。１０６は、波長変換効率を最大にする位相制御のため、波長変換素子１０２の温度を調整するペルチェ素子（温度制御素子）である。

レーザミラーの光反射波長の設定を変えることで、固体レーザ結晶で波長１０６４ｎｍのレーザ光を発振し、波長変換素子で波長５３２ｎｍの出射光（緑色）を発生することも可能である。例えば、図１０は、下記特許文献２に記載されているレーザ光源１１０の構成を示している。図１０において、１１１は波長８０９ｎｍのレーザ光を発生させる半導体レーザ、１１２はレーザマウント、１１３はレーザミラーコーティング１１４が施された固体レーザ結晶としてのＮｄ：ＹＡＧ結晶、１１５は波長変換素子であるＫＴＰ結晶、１１６はレーザミラーコーティング１１７が施されたミラー、１１８は波長５３２ｎｍの光を選択的に透過させるフィルタである。

ここで、固体レーザ結晶１１３の励起効率を最大にするため、半導体レーザ１１１の波長は固体レーザ結晶１１３の吸収ピークに合致させる必要がある。このため、上記構成のレーザ光源１１０において、レーザマウント１１２は、ペルチェ素子を内蔵した温度コントロールユニット（図示略）にマウントされ、半導体レーザ１１１の出射光を波長８０９ｎｍに保つように温度制御されている。

一方、図１１にレーザディスプレイシステムの構成の一例を示す（下記特許文献３参照）。このレーザディスプレイシステムは、赤色レーザ光１２２Ｒを出射する赤色レーザデバイス１２１Ｒと、緑色レーザ光１２２Ｇを出射する緑色レーザデバイス１２１Ｇと、青色レーザ光１２２Ｂを出射する青色レーザデバイス１２１Ｂとを含むＲＧＢレーザ光源１２０を備えている。ＲＧＢレーザ光源１２０は、各色のレーザ光１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂをそれぞれ反射板１２３Ｒ、１２３Ｇ、１２３Ｂで反射した後結合することで、単一の光ビームを生成する。生成された単一の光ビームは、レーザ制御系１２４を介してスクリーン１２５に投射され、スクリーン１２５上に所定のカラー画像を表示する。

特開平５−１１２９５号公報 特開平５−２４３６６０号公報 特開２００４−１３９０８１号公報

このような従来のレーザ光源装置およびレーザディスプレイ装置においては、ＲＧＢレーザ光源は個別の独立した装置を組み合わせて使用しており、レーザ光源装置の構造の複雑化及び高コスト化が問題となっている。

また、ＲＧＢレーザ光源を有するディスプレイ装置や生化学解析装置においては、レーザの光軸位置を極めて高精度に調整されることが要求されている。しかし、従来のＲＧＢレーザ光源装置は、各ＲＧＢレーザ光源の光軸調整をミラー・プリズム等の光学部品の調整や、取付位置に形成された基準面への突き当て等により行っていたので、各ＲＧＢレーザの光軸調整を微細な精度をもって行うことができず、しかも、作業性が悪いという問題を有している。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、各ＲＧＢレーザの光軸調整を容易かつ高精度に行うことができるレーザ光源装置およびその光軸調整方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明のレーザ光源装置は、赤色レーザ光を発生させる赤色レーザ光源と、緑色レーザ光を発生させる緑色レーザ光源と、青色レーザ光を発生させる青色レーザ光源と、各色のレーザ光源が共通にマウントされるマウント面を有する共通基板と、各色のレーザ光源のうち少なくとも２つのレーザ光源に対して設けられ、レーザ光源の光軸をマウント面に対して調整するための光軸調整機構とを備えている。

本発明に係るレーザ光源装置において、上記光軸調整機構は、レーザ光源がマウントされるマウント面に立設された一対の基準ピンと、レーザ光源に設けられ、一対の基準ピンが嵌合するとともに一対の基準ピンが互いに対向する方向へ当該レーザ光源を平行移動させるガイド溝とを有する。レーザ光源は、各色毎に専用のレーザベースを介してマウント面にマウントされており、上記ガイド溝は、このレーザベースに形成されている。レーザベースには、マウント面に沿ってレーザ光源を平行移動させるのに用いられる偏芯ドライバの挿入孔が形成されている。

上述した構成の本発明に係るレーザ光源装置においては、共通基板上に各色のレーザ光源が一体となってマウントされているので、レーザ光源装置の小型軽量化を図ることができる。また、光軸調整機構によって各レーザ光源を共通基板上で光軸位置を調整できるので、レーザ光源をマウント面に対する相対移動で光軸調整を容易かつ高精度に行うことができる。

また、本発明のレーザ光源装置の光軸調整方法は、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ光源をそれぞれ共通の基板上にマウントする工程と、各色のレーザ光源のうち少なくとも２つのレーザ光源の光軸を基板のマウント面に対して平行または垂直方向に調整する工程とを有する。

特に、本発明に係る光軸調整方法は、各色のレーザ光源は、それぞれ専用のレーザベースを介して基板上にマウントされており、レーザベースをマウント面に平行に相対移動させることで、マウント面に対して平行な方向に光軸を調整する。この光軸調整作業は、偏芯ドライバを用いることで容易かつ高精度に行うことができる。また、レーザ光源と基板との間に所定厚のスペーサを介装することで、マウント面に対して垂直な方向に光軸を調整することができる。

以上述べたように、本発明によれば、各ＲＧＢレーザの光軸調整を共通基板上で容易かつ高精度に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１〜図４は本発明の実施形態によるＲＧＢレーザ光源装置１の構成を示しており、図１は平面図、図２は側面図、図３は全体斜視図、図４は要部の分解斜視図である。なお、図において、ＲＧＢ各色のレーザ光軸と平行な方向をＸ軸、各色のレーザ光軸の配列方向をＹ軸、そして、これらＸ軸およびＹ軸に対して垂直な方向（高さ方向）をＺ軸としている。

本実施形態のＲＧＢレーザ光源装置１は、赤色レーザ光源２Ｒと、緑色レーザ光源２Ｇと、青色レーザ光源２Ｂと、これら各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが共通にマウントされる放熱用基板（共通基板）３とを備えている。

放熱用基板３は、ヒートシンクとして構成される金属製基板からなる。放熱用基板３の上面は、各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂがマウントされる平坦なマウント面３ａとされている。放熱用基板３の下面には第１の温度制御素子Ｐ１が取り付けられており、この第１の温度制御素子Ｐ１によって放熱用基板３の温度制御がなされる。

第１の温度制御素子Ｐ１は、各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに搭載された半導体レーザ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂで発生されるレーザ光がそれぞれ適正な範囲の発振波長を得ることができる温度に放熱用基板３を温度制御する。なお、第１の温度制御素子Ｐ１はペルチェ素子で構成されている。

放熱用基板３は、断熱プレート２５の上に配置されている。断熱プレート２５には、第１の温度制御素子Ｐ１を収容するための開口２５ａが形成されている。断熱プレート２５の前端部には前壁２５ｂが立設されており、この前壁２５ｂの内面側に放熱用基板３の前面を合致させることによって、断熱プレート２５に対する放熱用基板３の相対位置が決定される。断熱プレート２５は、ヒートシンクとして機能する金属製のベース基板２６の上に設置される。放熱用基板３、断熱プレート２５およびベース基板２６は、それぞれの四隅位置において４本のボルト部材２０によって一体結合されている。

赤色レーザ光源２Ｒは、波長約６３５ｎｍの赤色レーザ光を発生させる半導体レーザ４Ｒと、半導体レーザ４Ｒで発生した赤色レーザ光を平行光とするコリメータレンズ１０Ｒと、ビーム出射位置を調整するプリズム１１Ｒとを有している。

青色レーザ光源２Ｂは、波長約４４５ｎｍの青色レーザ光を発生させる半導体レーザ４Ｂと、半導体レーザ４Ｂで発生した青色レーザ光を平行光とするコリメータレンズ１０Ｂと、ビーム出射位置を調整するプリズム１１Ｂとを有している。

緑色レーザ光源２Ｇは、例えばＫＴＰ結晶からなる波長変換素子５と、その基本波を発振する例えばＮｄ：ＹＶＯ₄ からなる固体レーザ結晶６と、固体レーザ結晶６を励起する半導体レーザ４Ｇとからなるレーザ共振器を有している。励起用半導体レーザ４Ｇは、発振波長が２９℃で８０８．６ｎｍ（２５℃では８０７．４ｎｍ）であり、固体レーザ結晶６で励起された波長１０６４ｎｍの光は共振器内で増幅され、波長変換素子５で周波数２倍化されて波長５３２ｎｍの緑色レーザ光を生成する。生成した緑色レーザ光は、ビームエキスパンダ１２によりビームサイズが拡大されるとともにコリメート光に変換される。そして、１／２波長板１４により偏光角が調整される。なお、共振器から漏れた波長１０６４ｎｍの光はＩＲ（赤外線）カットフィルタ１３でカットされる。

波長変換素子５および固体レーザ結晶６は接着剤を介して接合一体化されたコンビネーション結晶からなり、その両端面には所定のレーザミラーコーティングが施されている。即ち、励起用半導体レーザ１４Ｇと対向するコンビネーション結晶の一端面は、波長８０８．６ｎｍ（８０７．４ｎｍ）の光は透過し波長１０６４ｎｍの光は反射するレーザミラーコーティングが施されており、他端面は、波長５３２ｎｍの光は透過し波長１０６４ｎｍの光は反射するレーザミラーコーティングが施されている。

そして、この波長変換素子５と固体レーザ結晶６とからなるコンビネーション結晶は、第２の温度制御素子Ｐ２の上にサーミスタがマウントされた１５を介して配置されており、この第２の温度制御素子Ｐ２によって当該コンビネーション結晶の温度制御（本例では２９℃または２５℃）がなされる。第２の温度制御素子Ｐ２は、固体レーザ結晶６の吸収効率および波長変換素子５の変換効率を最大にチューニングすることが可能な温度に、これらを温度制御する。第２の温度制御素子はペルチェ素子で構成されている。

一方、赤色半導体レーザ４Ｒ、青色半導体レーザ４Ｂおよび励起用半導体レーザ４Ｇはそれぞれ、第１の温度制御素子Ｐ１によって温度制御された放熱用基板３の上で共通の温度に制御されている。放熱用基板３の設定温度は、これらの半導体レーザの発振効率あるいは励起効率を考慮して設定される。本例では２９℃または２５℃とされている。なお、第１の温度制御素子Ｐ１による制御温度は、励起用半導体レーザ４Ｇに近接配置されたサーミスタによってモニタリングされている。

さて、各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、それぞれ専用の伝熱性のレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの上にマウントされており、これらレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを介して放熱用基板３の上面（マウント面）にマウントされている。

赤色レーザベース８Ｒには、半導体レーザ４Ｒを支持するレーザマウント９Ｒが設けられているとともに、コリメータレンズ１０Ｒ、プリズム１１Ｒといった光学素子が所定の支持部材を介してマウントされている。赤色レーザ光（Ｒ）は、レーザベース８Ｒ上において、コリメータレンズ１０Ｒとプリズム１１Ｒの光軸調整によりビーム光軸の傾斜角、発散角が調整されている。

青色レーザベース８Ｂには、半導体レーザ４Ｂを支持するレーザマウント９Ｂが設けられているとともに、コリメータレンズ１０Ｂ、プリズム１１Ｂといった光学素子が所定の支持部材を介してマウントされている。青色レーザ光（Ｂ）は、レーザベース８Ｂ上において、コリメータレンズ１０Ｂとプリズム１１Ｂの光軸調整によりビーム光軸の傾斜角、発散角が高精度に調整されている。

緑色レーザベース８Ｇには、励起用半導体レーザ４Ｇ、波長変換素子５、固体レーザ結晶６が、エキスパンダレンズ１２やＩＲ（赤外線）カットフィルタ１３、１／２波長板１４といった光学素子とともに、所定の支持部材を介してマウントされている。緑色レーザ光（Ｇ）は、レーザベース８Ｇ上において、ビームエキスパンダ１２の光軸調整によりビーム光軸の傾斜角、発散角が高精度に調整されている。

なお、各ＲＧＢレーザ光のコリメーション調整と光軸角度調整は、ビームプロファイラを光学レール上で移動させ、光源からの各距離でのビームサイズおよび光軸位置を測定しながら行われる。

赤色レーザベース８Ｒ、緑色レーザベース８Ｇおよび青色レーザベース８Ｂは、スペーサ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを介して、放熱用基板３のマウント面３ａの所定領域にそれぞれマウントされる。赤色レーザベース８Ｒおよび青色レーザベース８Ｂは、２本のネジ部材１６によってマウント面３ａにそれぞれ一体的に固定され、緑色レーザベース８Ｇは、４本のネジ部材１６によってマウント面３ａに一体的に固定されている。

なお、スペーサ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、後述するように、マウント面３ａに対する各色のレーザ光軸の高さを規定する一定厚の金属板材で構成されている。

本実施形態によれば、赤色半導体レーザ光源２Ｒ、緑色レーザ光源２Ｇおよび青色レーザ光源２Ｂをヒートシンクとなる共通の放熱用基板３にマウントすることで、ＲＧＢ各色のレーザ光源一体化を図ることができ、レーザ光源装置１の小型軽量化を図ることができる。また、放熱用基板３を第１の温度制御素子Ｐ１にて適切な温度制御を実現することができる。これにより、各色のレーザ光源の半導体レーザ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの発振波長を適正な範囲に保つことができる。

一方、緑色レーザ光の生成のための固体レーザ結晶６と波長変換素子５からなるレーザ共振器は、放熱用基板３の上側に配置した第２の温度制御素子Ｐ２で制御することで、固体レーザ結晶６の高い吸収効率と波長変換素子５の高い変換効率とを同時に得ることができる。特に、ペルチェ素子からなる第２の温度制御素子Ｐ２で固体レーザ結晶６および波長変換素子５を発熱状態（加熱状態）にて温度制御することで、放熱用基板３に対しては冷却効果をもたせることができ、これにより、半導体レーザの発熱で温度上昇する放熱用基板３を冷却する第１の温度制御素子Ｐ１の消費電力を低減させることができる。

また、赤色レーザ光源に半導体レーザ、緑色レーザ光源に波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザとから構成されるレーザ共振器、青色レーザ光源に半導体レーザを使用したＲＧＢレーザ光源は、従来、個別のモジュールとして供給され、最適な温度制御を行うには少なくとも４つの温度制御素子を必要としていた。これに対して本実施形態のＲＧＢレーザ光源装置１は、固体レーザ結晶励起用半導体レーザ４Ｇ、赤色半導体レーザ４Ｒおよび青色半導体レーザ４Ｂの温度を共通の温度に制御する第１の温度制御素子Ｐ１と、固体レーザ結晶６と波長変換素子５の温度を共通の温度に制御する第２の温度制御素子Ｐ２の２つの温度制御素子にて最適な温度制御が可能となり、赤色と青色の最適な色域、半導体レーザによる固体レーザ結晶の最大の励起効率、固体レーザ結晶の最大の吸収効率および波長変換素子の最大の変換効率を得ることができる。

更に、各色のレーザ光源を一体化するとともに温度制御素子を最小限に抑えることで、ＲＧＢレーザ光源装置の部品コストの削減、温度制御電力の低減および小型軽量化を図ることができ、モバイルディスプレイ、ポケットディスプレイ、マイクロディスプレイ等と称される携帯用レーザディスプレイ装置のＲＧＢレーザ光源に用いて極めて有効であり、同様なＲＧＢレーザ光源を用いる生化学解析装置にも適用することが可能である。

続いて、上述した構成のＲＧＢレーザ光源装置１における光軸調整機構について説明する。

レーザ光源装置１は、各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを放熱用基板３に対して相対移動させることで、レーザ光軸をマウント面３ａに対して調整できる光軸調整機構を備えている。この光軸調整機構は、ＲＧＢ各色のレーザ光軸を互いに平行かつ同一高さ位置で出射させるためのものであり、各レーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ単位で高精度に光軸制御されたレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを放熱用基板３上でＹおよびＺ軸方向に高精度にアライメントする機構を備えている。

図５Ａはレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの底部の構成を上面側から見た断面図である。図５Ｂは、放熱用基板３のマウント面３ａの構成をスペーサ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂとともに示す平面図である。

放熱用基板３のマウント面３ａには、一対の基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂがレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのマウント位置に対応してそれぞれ立設されている（図４）。これら各色の一対の基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂは、Ｙ軸方向に互いに対向して配置されている。

一方、各色のレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの底部には、これらの基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂに嵌合するガイド溝１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂがそれぞれ形成されており、これらガイド軸１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂと基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂとの嵌合作用によって、レーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂがそれぞれマウント面３ａに対してＹ軸方向に相対移動可能に構成されている。

また、レーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂには、これらレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂをマウント面３ａに沿ってＹ軸方向に動かす際に用いられる偏芯ドライバの挿入孔１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂがそれぞれ形成されている。一方、マウント面３ａには、これらレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの挿入孔１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの形成位置に対応して、上記偏芯ドライバの回転軸心と係合する係合孔２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが、それぞれ形成されている（図４）。

図６Ａ，Ｂは、マウント面３ａに対するレーザベース８（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）の相対位置調整工程を示している。図示するように、偏芯ドライバ３０はレーザベース８の挿入孔１９（１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ）に挿入され、偏芯ドライバ３０先端の突起３１が係合孔２１に係合される。そして、突起３１を回転中心として偏芯ドライバ３０を回転させることで、偏芯ドライバ３０外周と挿入孔１９内壁とが当接し、ガイド溝１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂと基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂとで構成される直線ガイド機構によって、偏芯ドライバ３０の回転方向に応じてレーザベース８がａ方向またはｂ方向に移動される。従って、偏芯ドライバ３０の回転量を調整することでレーザベース８の直線移動量を調整することができる。

なお、本実施形態では、各色のレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂにおいて、放熱用基板３との結合用ネジ部材１６が挿入されるネジ孔２２は、当該レーザベースの移動調整を許容するためにやや長孔状に形成されているが、一定の遊度をもたせれば真円でも構わない。

また、レーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂとマウント面３ａとの間に介装されるスペーサ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、マウント面３ａに対して各色の光軸高さを調整するために所定の板厚で形成されている。スペーサ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂには、マウント面３ａに形成された係合孔２１と、ネジ部材１６と螺合するネジ孔２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを露出させるための開口および、基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂを挿通させるための開口がそれぞれ形成されている。

次に、ＲＧＢ各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光軸調整方法について説明する。

まず、赤色レーザ光源２Ｒ、緑色レーザ光源２Ｇおよび青色レーザ光源２Ｂをそれぞれ放熱用基板３のマウント面３ａの所定領域にそれぞれマウントする。このとき、所定の光軸高さを調整するために、スペーサ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂが介装される。これらスペーサの厚さは勿論、各色ごとに異なっていてもよいし、複数枚重ねて用いてもよい。これにより、各レーザ光源の光軸がマウント面３ａに対して垂直方向に調整され、ＲＧＢ各色の光軸が図２においてＬＨで示す所定の光軸高さに合致される。

各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、マウント面３ａ上において、ネジ部材１６によって仮止めされる。その後、各レーザ光源の光軸間隔の調整が行われる。この調整は、図６を参照して説明した偏芯ドライバ３０を用いて、レーザベース８Ｒ，８Ｇ，８ＢをＹ軸方向に平行移動することで行われる。これにより、各レーザ光源の光軸がマウント面３ａに対して平行方向に調整され、所定の光軸間隔に合致される。光軸調整後、ネジ部材１６の締結により、各レーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂがマウント面３ａ上に一体固定される。

なお、この光軸間隔調整は、例えば緑色レーザ光の光軸を基準として、赤色および青色の光軸位置を調整するようにしてもよい。この場合、緑色レーザ光軸は、当初、放熱用基板３の一側面に設けた基準面Ｓ（図１〜図３参照）から適正範囲に入るように位置調整が行われる。

以上のようにして、ＲＧＢ各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂがマウント面３ａ上で光軸の微細調整が行われる。本実施形態によれば、共通の放熱用基板３上においてＲＧＢ各色の光軸の平行移動を容易に行うことができるので、各色間における光軸調整を高精度に行うことが可能となる。また、この光軸調整に偏芯ドライバ３０を用いることによって、光軸位置を高い分解能をもって調整することが可能となる。

特に、ディスプレイ装置や生化学分析装置では、きわめて高い精度のレーザの光軸位置と光軸角度の調整が要求される。従来では、ＲＧＢレーザ光源は個別の独立した装置を組み合わせたものを使用し、各ＲＧＢレーザ間の光軸位置の調整をミラーやプリズム等の光学部品にて行っていたため作業性が悪く、また、作業の複雑化、高コスト化が問題となっていた。これに対して本実施形態によれば、ＲＧＢレーザ光線の光軸を高精度にアライメントした一体型のＲＧＢレーザ光源装置１として供給することが実現できるので、ディスプレイ装置や生化学解析装置のＲＧＢレーザ光源に用いて極めて有効である。

図７は、上述のレーザ光源装置１を光源として有するレーザディスプレイ装置の概略構成を示している。ここでは、レーザディスプレイ装置４０として、一次元反射型ディスプレイデバイスであるＧＬＶ（Grating Light Valve）を用いた画像表示システムを例に挙げて説明する。

図７に示すように、レーザディスプレイ装置４０は、ＲＧＢレーザ光源装置１と、レーザ光源装置４１からの出射光を平板状の光に変換する照明レンズ４２と、ＧＬＶデバイスでなる光変調（回折）素子４３と、光変調素子４３による回折光だけを通すフィルタを内蔵した投射レンズ４４と、投射レンズ４４を通過した光をスクリーン４６に投影する走査ミラー４５とを備えている。光変調素子４３は、ＲＧＢ各色のレーザ光に対してそれぞれ別に設けられ、そのレーザ光を照射された時のマイクロリボンの位置関係に基づいて光の変調を行うことにより、色および映像の投影がなされる。

上述した実施形態のように、光軸調整機構をもつ本発明に係るレーザ光源装置１の光軸位置精度と、基準面突き当てにより光軸の調整を行う従来構造（上記光軸調整機構をもたない）のレーザ光源装置の光軸位置精度とを比較した。その結果を図８に示す。また、本発明の実施例において共通基板上の各ＲＧＢレーザ光源を一体化する前と一体化した後における光軸角度精度をも図８に併せて示す。図８において「水平方向」は共通基板のマウント面に平行な方向（Ｙ軸方向）を示し、「垂直方向」はマウント面に垂直な方向（Ｚ軸方向）を示す。

光軸位置精度に関して、本実施例によれば、各ＲＧＢレーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに形成したガイド溝１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂにマウント面３ａの基準ピン１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂを嵌合させ、レーザベース８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを偏芯ドライバ３０を用いてマウント面３ａに対して相対移動させる光軸調整機構を備えているので、ＲＧＢレーザ光の光軸をＹ軸方向に平行移動可能であり、これにより、水平方向の光軸位置を±３３μｍ以下の精度でアライメントすることができる。また、垂直方向の光軸位置調整は、厚さ５０μｍのスペーサ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを用いることで、５０μｍ単位での光軸平行移動を可能とし、±２５μｍ以下の精度でアライメントすることができる。

一方、基準面突き当てによって光軸調整を行う従来構造の場合には、水平方向の光軸位置精度は±３０８μｍ、垂直方向の光軸位置精度は±１２１μｍという測定結果になっており、光軸位置のアライメント精度において、本発明の実施例の優位性が明らかとなっている。

なお、光軸角度精度に関しては、共通基板に一体化する前に比べて一体化した後の精度が低下するのは、マウント面の基準ピンの加工精度等が原因である。しかし、一体化後においても当該実施例によれば、±０．８９ｍｒａｄ以下のアライメント精度を確保することができる。

以上のように、本発明のＲＧＢレーザ光源装置によれば、サイズ重量と製造コストの低減と、光軸角度精度および光軸位置精度の向上と、光学ヘッドへの組込作業性向上を従来に比べて大幅に改善することができる。特に、高精度なレーザ光軸調整が要求されるディスプレイ装置や生化学分析装置のＲＧＢレーザ光源に用いて顕著な効果を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、ＲＧＢ各色のレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのすべてについて光軸調整機構を設けることで、各色単独での光軸位置調整を可能としたが、ＲＧＢのうち少なくとも２つのレーザ光源に上記光軸調整機構を設けることで、一方の光軸を基準とし、他方の２つの光軸の位置調整を行うことが可能である。

本発明の実施形態によるレーザ光源装置の平面図である。 本発明の実施形態によるレーザ光源装置の側面図である。 本発明の実施形態によるレーザ光源装置の全体斜視図である。 本発明の実施形態によるレーザ光源装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態によるレーザ光源装置の光軸調整機構の構成を示す図であり、Ａはレーザプレートの底部の構造を上面側から見た断面図、Ｂはマウント面側の平面図である。 本発明の実施形態によるレーザ光源装置の光軸調整方法を説明する図である。 本発明の実施形態によるレーザ光源装置が適用されるレーザディスプレイ装置の一例を示す図である。 本発明の一実施例による実験結果を示す図である。 従来のレーザ光源装置の概略構成図である。 従来の他のレーザ光源装置の概略構成図である。 従来のレーザディスプレイ装置の概略構成図である。

符号の説明

１…レーザ光源装置、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ…レーザ光源、３…放熱用基板（共通基板）、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…半導体レーザ、５…波長変換素子、６…固体レーザ結晶、７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ…スペーサ、８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…レーザベース、１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ…ガイド溝、１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ…基準ピン、１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ…偏芯ドライバ挿入孔、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…係合孔、２５…断熱プレート、２６…ベース基板、Ｐ１…第１の温度制御素子（ペルチェ素子）、Ｐ２…第２の温度制御素子（ペルチェ素子）

Claims (9)

1. 赤色レーザ光を発生させる赤色レーザ光源と、
   緑色レーザ光を発生させる緑色レーザ光源と、
   青色レーザ光を発生させる青色レーザ光源と、
   前記各色のレーザ光源が共通にマウントされるマウント面を有する共通基板と、
   前記各色のレーザ光源のうち少なくとも２つのレーザ光源に対して設けられ、前記レーザ光源の光軸を前記マウント面に対して調整するための光軸調整機構とを備えた
   ことを特徴とするレーザ光源装置。
2. 前記光軸調整機構は、
   前記レーザ光源がマウントされる前記マウント面に立設された一対の基準ピンと、
   前記レーザ光源に設けられ、前記一対の基準ピンが嵌合するとともに前記一対の基準ピンが互いに対向する方向へ当該レーザ光源を平行移動させるガイド溝とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
3. 前記レーザ光源は、各色毎に専用のレーザベースを介して前記マウント面にマウントされており、
   前記ガイド溝は、前記レーザベースに形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ光源装置。
4. 前記レーザベースには、前記マウント面に沿って前記レーザ光源を平行移動させるのに用いられる偏芯ドライバの挿入孔が形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源装置。
5. 前記光軸調整機構は、前記マウント面に対して前記レーザ光源の光軸高さを調整する一定厚さのスペーサを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
6. 赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ光源を備えたレーザ光源装置の光軸調整方法であって、
   前記各色のレーザ光源をそれぞれ共通の基板上にマウントする工程と、
   前記各色のレーザ光源のうち少なくとも２つのレーザ光源の光軸を前記基板のマウント面に対して平行または垂直方向に調整する工程とを有する
   ことを特徴とするレーザ光源装置の光軸調整方法。
7. 前記各色のレーザ光源は、それぞれ専用のレーザベースを介して前記基板上にマウントされており、
   前記レーザベースを前記マウント面に平行に相対移動させることで、前記マウント面に対して平行な方向に前記光軸を調整する
   ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置の光軸調整方法。
8. 前記マウント面に対する前記レーザベースの相対移動を、偏芯ドライバを用いて行う
   ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ光源装置の光軸調整方法。
9. 前記レーザ光源と前記基板との間に所定厚のスペーサを介装することで、前記マウント面に対して垂直な方向に前記光軸を調整する
   ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置の光軸調整方法。
   

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