JP2008130591A - レーザ光源装置、並びに照明装置、モニタ装置、及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱による破壊を防止することで長寿命化を実現することができるレーザ光源装置、並びに当該レーザ光源装置を備える照明装置、モニタ装置、及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源装置は、アノード電極１７及びカソード電極１８を介して供給される電流に応じたレーザ光Ｌを射出するレーザ素子１６、及びレーザ素子１６を支持するベース１２等が設けられた発光部１０を備える。この発光部１０には、レーザ素子１６と導通しているアノード電極１７と電気的に導通してレーザ素子１６をベース１２に固定するための導電性のサブマウント１３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源装置、並びに当該レーザ光源装置を備える照明装置、モニタ装置、及び画像表示装置に関する。

従来、プロジェクタに代表される画像表示装置は、光源として高圧水銀ランプ等の放電ランプを備えるのが一般的であった。しかしながら、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が困難である、色再現性範囲が狭い等の課題がある。そこで、近年においては、放電ランプに代えて単色光を射出するレーザ光源装置を備える画像表示装置が提案されている。

また、近年においては、単色光を射出するというレーザ光源装置の特徴を生かし、光の三原色（赤、緑、青）の波長のレーザ光をそれぞれ射出するレーザ光源装置を備え、各レーザ光源装置から射出されるレーザ光を走査して画像を表示する画像表示装置も提案されている。更に、レーザ光源装置は、以上の画像表示装置のみならず、対象物を照明する照明装置や、レーザ光を対象物に照射するとともに、レーザ光を照射して得られる反射光・散乱光等を受光して対象物をモニタするモニタ装置等の各種装置に用いられている。

以下の特許文献１には、ＡｌＮ，ＳｉＣ，ＧａＮ又はこれに準ずる熱伝逹係数（熱伝導率）を有する絶縁物質で形成された基板（サブマウント）を用いて半導体レーザを支持することにより、熱放出特性を向上させる技術が開示されている。
特開２００４−２７４０５７号公報

ところで、上記のサブマウントにＡｌＮ等の絶縁物質を用いても、半導体レーザの冷却効率が不足し、半導体レーザの寿命を縮めてしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱による破壊を防止することで長寿命化を実現することができるレーザ光源装置、並びに当該レーザ光源装置を備える照明装置、モニタ装置、及び画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ光源装置は、一対の電極を介して供給される電流に応じたレーザ光を射出する発光素子と、当該発光素子を支持する支持部とを備えるレーザ光源装置において、前記電極の何れか一方と電気的に導通して前記発光素子を前記支持部に固定する導電性のサブマウントを備えることを特徴としている。
この発明によると、発光素子を支持部に固定するために導電性のサブマウントを用いており、従来のＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の絶縁物質を用いた場合に比較して、熱伝導率が高いような材料を選択できることとなり、発光素子からの放熱効果を向上させることができるため、発光素子の熱による破壊を防止することができ、これにより発光素子の長寿命化を実現することができる。
また、本発明のレーザ光源装置は、前記サブマウント及び前記サブマウントと電気的に導通した電極が、電気的に接地されていることを特徴としている。
この発明によると、サブマウント及びサブマウントと電気的に導通した電極を電気的に接地しているため、外的要因による発光素子の電位の変動を防止することができる。これにより、発光素子から射出されるレーザ光のパワーを安定して一定にすることができる。
また、本発明のレーザ光源装置は、前記サブマウントとともに電気的に接地された電極を、アノード電極であることを特徴としている。
この発明によると、レーザ光の射出面にカソードが配置され、射出面と対向する裏面にアノードが配置される発光素子をサブマウント上に実装する場合に好適である。
また、本発明のレーザ光源装置は、前記発光素子に供給する電流をパルス幅変調して前記発光素子を駆動する電源装置を備えることを特徴としている。
この発明によると、電源装置によりパルス幅変調した電流を発光素子に供給しているため、発光素子に流れる電流を容易に調整することができるとともに、過大電流が発光素子に流れることによる発光素子の破壊を防止することができる。
また、本発明のレーザ光源装置は、前記発光素子が、前記サブマウント上に複数設けられていることを特徴としている。
この発明によると、サブマウント上に複数の発光素子が設けられているため、いくつかの発光素子からレーザ光が射出されなかったとしてもレーザ光を得ることができ、レーザ光源装置としての寿命を延ばすことができる。また、複数のレーザ光を設けることで、レーザ光の射出パワーを上げることができる。
また、本発明のレーザ光源装置は、前記固定部に支持された前記発光素子を、前記固定部を介して冷却する冷却部を備えることを特徴としている。
この発明によると、固定部を介して発光素子を冷却する冷却部を備えているため、発光素子の発熱による熱的破壊を防止することができ、発光素子の長寿命化を実現する上で好適である。
また、本発明のレーザ光源装置は、前記固定部と前記冷却部とを電気的に絶縁する絶縁部を備えることを特徴としている。
或いは、本発明のレーザ光源装置は、前記冷却部を含めて前記支持部を電気的に絶縁する絶縁部を備えることを特徴としている。
これらの発明によると、絶縁部によって固定部と冷却部とを電気的に絶縁し、或いは、絶縁部によって冷却部を含めて支持部を電気的に絶縁しているため、サブマウント及びサブマウントと電気的に導通した電極が接地されていなくとも外的要因による発光素子の電位の変動を防止することができる。これにより、発光素子から射出されるレーザ光のパワーを安定して一定にすることができる。
本発明のレーザ光源装置は、前記発光素子が、ガリウム砒素系半導体からなり、前記サブマウントが、銅とタングステンとの合金、及び、ダイヤモンドと銅との複合材料の何れか一方からなることが好適である。
銅とタングステンとの合金、及び、ダイヤモンドと銅との複合材料は、従来のＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の絶縁物質に比較して熱伝導率が高く、且つ、従来のＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ等に比較して、熱膨張係数がガリウム砒素系半導体に近い。これにより、発光素子の熱による破壊を防止しつつ応力による破壊を低減することができ、より発光素子の長寿命化を実現することができる。
本発明の照明装置は、上記の何れかに記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を拡散する拡散素子とを備えることを特徴としている。
この発明によると、長寿命化が図られたレーザ光源装置を備えているため、照明装置自体も長寿命化が図られたものとなる。
本発明のモニタ装置は、上記の何れかに記載のレーザ光源装置を備える装置本体と、前記装置本体からのレーザ光を外部に伝送するとともに、前記レーザ光の反射光を含む外部からの光を前記装置本体に伝送する光伝送部とを備えることを特徴としている。
この発明によると、長寿命化が図られたレーザ光源装置を備えているため、モニタ装置自体も長寿命化が図られたものとなる。
本発明の画像表示装置は、上記の何れかに記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴としている。
この発明によると、長寿命化が図られたレーザ光源装置を備えているため、画像表示装置自体も長寿命化が図られたものとなる。また、一定のパワーを有するレーザ光を射出するレーザ光源装置を備えているため、外的要因による輝度の変動がない安定した画像を表示することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるレーザ光源装置、並びに照明装置、モニタ装置、及び画像表示装置について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

〔レーザ光源装置〕
〈第１実施形態〉
図１は、本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置が備える発光部の構成を模式的に示す断面図である。図１に示す通り、本実施形態のレーザ光源装置が備える発光部１０は、冷却部１１、ベース１２（支持部）、サブマウント１３、金属層１４、ハンダ層１５、及びレーザ素子（発光素子）１６を備える。冷却部１１は、ベース１２等を介してレーザ素子１６を冷却することで、温度の変動によるレーザ素子１６の発振波長の変動を防止するために設けられている。具体的に、冷却部１１としては、例えば例えばレーザ素子１６を空冷により冷却するファン、水冷により冷却する水冷装置、又はヒートパイプを用いることができる。尚、冷却部１１は、例えばレーザ光源装置の筐体（図示省略）に固定される。

ベース１２は、レーザ素子１６を支持する部材であり、アルミニウム等の金属で形成されている。尚、ベース１２は、冷却部１１上に密着した状態で配置されている。このベース１２上にはサブマウント１３が設けられている。サブマウント１３は、導電性を有する部材であって、レーザ素子１６をベース１２に固定するためのものである。ここで、サブマウント１３として導電性を有する部材を用いるのは、レーザチップ１６の冷却効率を向上させるためである。

つまり、サブマウント１３の熱伝導率が低いと、レーザ素子１６で生ずる熱の放熱性が悪くレーザ素子１６が破壊されてしまう。このため、熱伝導率が高い導電性の部材をサブマウント１３として用いることによりレーザ素子１６の熱による破壊を防止している。例えば、サブマウント１３として、Ｃｕ（銅）とＷ（タングステン）との合金、又は、ダイヤモンドとＣｕ（銅）との複合材料を用いることができる。

ここで、ＣｕとＷとの合金の熱伝導率は２３０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度であり、ダイヤモンドとＣｕとの複合材料の熱伝導率は６００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度である。一方、従来からサブマウントとして用いられているＡｌＮ（窒化アルミニウム）の熱伝導率は２００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度である。従来は、サブマントとしては絶縁性を有するものが前提であったため、サブマウントの材料としてＡｌＮが用いられていた。しかしながら、ＣｕとＷとの合金もしくはダイヤモンドとＣｕとの複合材料といったような導電性を有する材料をサブマウントの材料として用いた場合には、ＡｌＮを用いたときよりも熱伝導率を高めることができ、レーザ素子１６を効率良く冷却出来るので、熱による破壊を防止でき、レーザの長寿命化に繋がる。

また、レーザ素子１６がＧａＡｓ（ガリウム砒素）系半導体からなる場合には、ＧａＡｓ系半導体からなるレーザ素子１６の熱膨張係数は、５．９×１０^−６［１／Ｋ］である。これに対し、ＣｕとＷとの合金の熱膨張係数は６．５×１０^−６［１／Ｋ］であり、ダイヤモンドとＣｕとの複合材料の熱膨張係数は、６×１０^−６［１／Ｋ］である。サブマウント１３としてＣｕとＷとの合金を用いた場合には、ＧａＡｓ系半導体からなるレーザ素子１６との熱膨張係数の差は０．６×１０^−６［１／Ｋ］になり、ダイヤモンドとＣｕとの複合材料を用いた場合には、ＧａＡｓ系半導体からなるレーザ素子１６との熱膨張係数の差は０．１×１０^−６［１／Ｋ］になる。このように、サブマウント１３として導電性を有する部材を用いることにより、レーザ素子１６との熱膨張係数の差を０．６×１０^−６［１／Ｋ］以下にすることができる。

これに対し、従来からサブマウントとして一般的に用いられているセラミックスであるＡｌＮの熱膨張係数は、４．５×１０^−６［１／Ｋ］である。かかる材料からなるサブマウントと、ＧａＡｓ系半導体からなるレーザ素子１６との熱膨張係数の差は１．４×１０^−６［１／Ｋ］と大きいことが分かる。以上から、サブマウント１３として導電性を有する部材を用いることによりレーザ素子１６の熱膨張係数との差を小さくしてレーザ素子１６の応力による破壊を低減することもでき、よりレーザ素子１６の長寿命化を実現することができる。

サブマウント１３上には、金属層１４及びハンダ層１５が順に形成されており、ハンダ層１５上にレーザ素子１６が搭載されている。尚、金属層１４は、例えばＡｕ（金）で形成されているのが望ましく、ハンダ層１５は、環境面から鉛フリーハンダを用いて形成されているのが望ましい。ハンダ層１５の上部であって、レーザ素子１６が搭載されていない部分にレーザ素子１６のアノードと導通しているアノード電極１７が形成されており、レーザ素子１６の上面の端部にレーザ素子１６のカソードと導通しているカソード電極１８が形成されている。尚、アノード電極１７は、ハンダ層１５及び金属層１４を介してサブマウント１３とも導通している。

レーザ素子１６は、例えば面発光レーザであり、アノード電極１７及びカソード電極１８を介して供給される電流に応じたレーザ光Ｌを、その上面１６ａから射出する。尚、ここではレーザ素子１６が面発光レーザであるものとして説明するが、端面発光型の半導体レーザであっても良い。ここで、アノード電極１７、及びアノード電極１７と導通しているサブマウント１３は接地されている。これは、レーザ素子１６のアノードの電位変動を防止するためである。

つまり、導電性を有する部材をサブマウント１３として用いると、レーザ素子１６のアノードは、サブマウント１３を介してベース１２、更には不図示の筐体に固定された冷却部１１とも電気的に導通した状態になり、外的要因によってその電位が容易に変動する。レーザ素子１６のアノードの電位が外的要因によって変動してしまうと、レーザ素子１６のアノードとカソードとの間の電位差も変動してしまい、これによってレーザ光Ｌの射出パワーが変動するという不具合が生ずる。かかる不具合を防止するために、アノード電極１７は接地されている。尚、アノード電極１７は、例えばＡｕ又はＡｌ（アルミニウム）の細線を用いたワイヤーボンディングによりレーザ光源装置が備える電源装置のグランド線に電気的に接続されることにより接地されており、カソード電極１８は、同様のワイヤーボンディングによりレーザ光源装置が備える電源装置の駆動線に電気的に接続されている。

次に、レーザ素子１６を駆動する電源装置について説明する。図２は、本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置が備える電源装置の回路構成を示す回路図である。図２に示す通り、電源装置２０は、電圧変換部２１と駆動部２２とを備えている。電圧変換部２１は、端子Ｔ２１，Ｔ２２間に供給される直流電圧（例えば、１２［Ｖ］）を、発光部１０を駆動する所定の電圧（例えば、３［Ｖ］）に変換する。尚、端子Ｔ２１，Ｔ２２間に印加される電圧をＶ_ｃｃとし、変換後の電圧（図中の出力端Ｐ１１，Ｐ１２間の電圧）をＶ_ＤＣとすると、端子Ｔ２１にはＶ_ｃｃ−Ｖ_ＤＣの電圧が供給され、端子Ｔ２２には−Ｖ_ＤＣの電圧が供給される。尚、出力端Ｐ１１は接地されている。

電圧変換部２１は、コンデンサ３１、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ３２，３３、ゲートドライバ３４、コイル３５、及び複数のコンデンサ３６を備えている。コンデンサ３１は、端子Ｔ２１，Ｔ２２間に設けられている。ＭＯＳＦＥＴ３２は、ドレイン電極が端子２１に接続されており、ソース電極がコイル３５の一端に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３３は、ドレイン電極がＭＯＳＦＥＴ３２のソース電極及びコイル３５の一端に接続されており、ソース電極が端子Ｔ２２に接続されている。複数のコンデンサ３６の一方の電極はコイル３５の他端に接続されており、他方の電極はＭＯＳＦＥＴ３３のソース電極及び端子Ｔ２２に接続されている。

ゲートドライバ３４は、端子Ｔ２３から入力される制御信号に基づいて、所定の単位時間内においてＭＯＳＦＥＴ３２，３３を開状態又は閉状態とする時間の割合（デューティ比）を可変する。つまり、電圧変換部２１は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）によるスイッチングレギュレータである。かかる電圧変換部２１において、デューティ比を高くする（ＭＯＳＦＥＴ３２，３３を開状態する時間の割合を増加させる）と、図中の出力端Ｐ１１，Ｐ１２間の電圧Ｖ_ＤＣが大きくなり、逆にデューティ比を低くする（ＭＯＳＦＥＴ３２，３３を閉状態する時間の割合を増加させる）と、図中の出力端Ｐ１１，Ｐ１２間の電圧Ｖ_ＤＣが低くなる。

駆動部２２は、抵抗４１、ダイオード４２、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ４３、直流電源４４、及びゲートドライバ４５を備えている。抵抗４１は、その一端が発光部１０のカソード電極１８に接続されており、他端がＭＯＳＦＥＴ４３のドレイン電極に接続されている。尚、前述したカソード電極１８が接続される電源装置２０の駆動線は、抵抗４１の一端が接続された配線である。ダイオード４２は、アノード電極が抵抗４１の他端及びＭＯＳＦＥＴ４３のドレイン電極に接続されおり、カソード電極が接地された発光部１０のアノード電極１７及び電圧変換部２１の出力端Ｐ１１に接続されている。このダイオード４２は、発光部１０のレーザ素子１６に過大な逆バイアスが印加されて破壊されるのを防止するためのものである。

ＭＯＳＦＥＴ４３は、ドレイン電極が抵抗４１の他端及びダイオード４２のアノード電極に接続され、ソース電極が直流電源４４の負極に接続されている。ここで、ＭＯＳＦＥＴ４３のソース電極及び直流電源４４の負極は、電圧変換部２１の出力端Ｐ１２に接続されている。直流電源４４は、ゲートドライバ４５を駆動するためのものであり、その正極がゲートドライバ４に接続されている。ゲートドライバ４５は、端子Ｔ２４から入力される制御信号に基づいて、発光部１０のレーザ素子１６をパルス駆動する。具体的には、端子Ｔ２４から入力される制御信号に基づいて、所定の単位時間内においてＭＯＳＦＥＴ４３を開状態又は閉状態とする時間の割合（デューティ比）を可変することによりパルス幅変調を行って、レーザ素子１６に供給する電流量を制御する。

尚、端子Ｔ２３，Ｔ２４に供給される制御信号は、電源装置２０が備える制御装置（図示省略）から供給される。つまり、不図示の制御装置が端子Ｔ２３に供給する制御信号によって電圧変換部２１の出力端Ｐ１１，Ｐ１２間に現れる電圧を制御し、端子Ｔ２４に供給する制御信号によって発光部１０のレーザ素子１６に供給する電流量を制御する。尚、かかる制御を行う場合に、発光部１０のレーザ素子１６から射出されるレーザ光Ｌのパワーをモニタし、このモニタ結果をフィードバックしてレーザ素子１６に供給する電流量を制御するのが望ましい。

上記構成において、端子Ｔ２１，Ｔ２２間に直流の電圧Ｖ_ｃｃが供給され、不図示の制御装置から端子Ｔ２３に制御信号が供給されると、ゲートドライバ３４は、ＭＯＳＦＥＴ３２，３３をスイッチングする。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３２，３３は間欠的に閉状態又は開状態になるが、コイル３５及び複数のコンデンサ３６からなる回路の平滑作用により、複数のコンデンサ３６に現れる電圧、即ち出力端Ｐ１１，Ｐ１２間に現れる電圧は直流電圧になる。これにより、出力端Ｐ１１，Ｐ１２間には直流の電圧Ｖ_ＤＣが現れる。

ここで、出力端Ｐ１１は接地されており、出力端Ｐ１２は、駆動部２２に設けられたＭＯＳＦＥＴ４３のソース電極に接続されているため、ＭＯＳＦＥＴ４３のソース電極の電位は−Ｖ_ＤＣとなる。尚、直流電源４４の負極も出力端Ｐ１２に接続されているため、直流電源４４の負極の電位も−Ｖ_ＤＣとなる。次に、不図示の制御装置から端子Ｔ２４に制御信号が供給されると、ゲートドライバ４５は、ＭＯＳＦＥＴ４３をスイッチングする。これにより、発光部１０のレーザ素子１６がパルス駆動され、デューティ比に応じた電流がレーザ素子１６に流れ、その電流に応じたパワーを有するレーザ光Ｌが射出される。

以上説明した通り、本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置では、レーザ素子１６をベース１２に固定するために、導電性のサブマウント１３を用いているため、熱伝導率が高いような材料を選択でき、放熱性が向上する。これによりレーザ素子１６の長寿命化を実現することができる。また、サブマウント１３としてレーザ素子１６との熱膨張係数の差が小さいものを用いれば、熱応力によるレーザ素子１６の破壊を低減することができ、更なるレーザ素子１６の長寿命化が期待できる。更に、サブマウント１３と導通しているアノード電極を電気的に接地しているため、外的要因によるレーザ素子１６のアノードの電位の変動を防止することができ、これによりレーザ素子１６から射出されるレーザ光Ｌのパワーを一定にすることができる。

〈第２実施形態〉
図３は、本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置が備える発光部の構成を模式的に示す断面図である。尚、図３においては、図１に示す本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置が備える発光部１０が備える部材と同一部材には同一符号を付してある。図３に示す第２実施形態によるレーザ光源装置が備える発光部５０は、冷却部１１とベース１２との間に絶縁層５１（絶縁部）を備え、アノード電極１７が接地されていない点において図１に示す発光部１０と異なる。

絶縁層５１は、導電性のサブマウント１３を介して導通しているベース１２及びレーザ素子１６を、冷却部１１から絶縁するために設けられている。この絶縁層５１を設けることで、レーザ素子１６を不図示の筐体に固定された冷却部１１から電気的に絶縁することができ、外的要因によるレーザ素子１６のアノード電位の変動を防止することができる。この結果として、レーザ素子１６から射出されるレーザ光Ｌのパワーを一定にすることができる。

ここで、絶縁層５１は、冷却部１１とベース１２との間に設けられているため、レーザ素子１６を冷却するという観点からは、熱伝導率の高い材料で形成されているのが望ましい。また、図３に示す例では、絶縁層５１が冷却部１１とベース１２との間に設けられている構成を図示しているが、図１に示す発光部１０と同様に冷却部１１とベース１２とを接触させるとともに冷却部１１と不図示の筐体との間に絶縁層５１を設けた構成とし、冷却部１１を含めてベース１２及びレーザ素子１６を電気的に絶縁しても良い。

次に、レーザ素子１６を駆動する電源装置について説明する。図４は、本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置が備える電源装置の回路構成を示す回路図である。尚、図４においては、図２に示す本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置が備える電源装置２０が備える構成と同一の構成には同一符号を付してある。図４に示す通り、本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置が備える電源部６０は、電圧変換部２１と駆動部６２とを備えている。電圧変換部２１は、図１に示した電源装置２０が備える電圧変換部２１と同様の構成である。但し、端子Ｔ２１には直流の電圧Ｖ_ｃｃが印加され、端子Ｔ２２には直流の電圧−Ｖ_ｃｃが印加される点が相違する。

駆動部６２は、抵抗７１、ダイオード７２、及びＮ型のＭＯＳＦＥＴ７３を備えている。抵抗７１は、その一端が発光部５０のカソード電極１８に接続されており、他端がＭＯＳＦＥＴ７３のドレイン電極に接続されている。ダイオード７２は、アノード電極が抵抗７１の他端及びＭＯＳＦＥＴ７３のドレイン電極に接続されおり、カソード電極が発光部５０のアノード電極１７及び電圧変換部２１の出力端Ｐ１１に接続されている。このダイオード７２は、発光部５０のレーザ素子１６に過大な逆バイアスが印加されて破壊されるのを防止するためのものである。ここで、第１実施形態とは異なり、発光部５０のアノード電極１７、ダイオード７２のカソード電極、及び電圧変換部２１の出力端Ｐ１１は接地されていない。

ＭＯＳＦＥＴ７３は、ドレイン電極が抵抗７１の他端及びダイオード７２のアノード電極に接続され、ソース電極が電圧変換部２１の出力端Ｐ１２に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ７３は、そのゲート電極が端子Ｔ２４に接続されており、端子Ｔ２４から入力される制御信号に応じて開状態又は閉状態となって、発光部５０のレーザ素子１６をパルス駆動する。ＭＯＳＦＥＴ７３の単位時間内における開状態又は閉状態となる時間の割合（デューティ比）が変化することにより、レーザ素子１６を流れる電流がパルス幅変調され、レーザ素子１６に供給される平均的な電流量が制御される。

尚、本実施形態においても、端子Ｔ２３，Ｔ２４に供給される制御信号は、電源装置６０が備える制御装置（図示省略）から供給される。また、本実施形態においても、発光部５０のレーザ素子１６から射出されるレーザ光Ｌのパワーをモニタし、このモニタ結果をフィードバックしてレーザ素子１６に供給する電流量を制御するのが望ましい。

上記構成において、端子Ｔ２１に直流の電圧Ｖ_ｃｃが供給されるとともに端子T２２に直流の電圧−Ｖ_ｃｃが供給され、不図示の制御装置から端子Ｔ２３に制御信号が供給されると、ゲートドライバ３４は、ＭＯＳＦＥＴ３２，３３をスイッチングする。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３２，３３は間欠的に閉状態又は開状態になるが、コイル３５及び複数のコンデンサ３６からなる回路の平滑作用により、複数のコンデンサ３６に現れる電圧、即ち出力端Ｐ１１，Ｐ１２間に現れる電圧は直流電圧になる。これにより、出力端Ｐ１１，Ｐ１２間には直流の電圧が現れる。

出力端Ｐ１１は発光部５０のアノード電極１７に接続され、出力端子Ｐ１２はＭＯＳＦＥＴ７３のソース電極に接続されているため、発光部５０のアノード電極１７とＭＯＳＦＥＴ７３のソース電極には、出力端Ｐ１１，Ｐ１２間に現れる電圧が印加される。次に、不図示の制御装置から端子Ｔ２４に制御信号が供給されるとＭＯＳＦＥＴ７３がスイッチングされ、これにより、発光部５０のレーザ素子１６がパルス駆動され、デューティ比に応じた電流がレーザ素子１６に流れ、その電流に応じたパワーを有するレーザ光Ｌが射出される。

以上説明した通り、本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置においても、レーザ素子１６をベース１２に固定するために、導電性のサブマウント１３を用いており、熱伝導率が高くなる事でレーザ素子１６からベース１２への放熱性が向上し、これによりレーザ素子１６の長寿命化を実現することができる。また、サブマウント１３としてレーザ素子１６との熱膨張係数の差が小さいものを用いれば、熱応力によるレーザ素子１６の破壊を低減することができる。更に、冷却部１１とベース１２との間、又は冷却部１１と筐体との間に絶縁層５１を設けてレーザ素子１６を電気的に絶縁しているため、外的要因によるレーザ素子１６のアノードの電位の変動を防止することができ、これによりレーザ素子１６から射出されるレーザ光Ｌのパワーを一定にすることができる。

以上、本発明の実施形態によるレーザ光源装置について説明したが、本発明のレーザ光源装置は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更することができる。例えば、前述した第１，第２実施形態では、レーザ素子１６のアノードをサブマウント１３と導通させる例について説明した。しかしながら、アノードとカソードが逆である構成のレーザ素子を用い、カソードをサブマウント１３と導通させても良い。かかるレーザ素子を用いる場合には、前述した第１実施形態においてはカソード電極が接地されることになる。

また、前述した第１，第２実施形態では、発光部１０，５０がサブマント１３上に１つのレーザ素子１６を備える場合を例に挙げて説明したが、発光部１０，５０は、サブマント１３上に複数のレーザ素子を備える構成であっても良い。かかる構成においては、例えば複数のレーザ素子を所定の間隔で配置したレーザアレイとしてもよく、更にはこのレーザアレイを複数配置したアレイ構造（即ち、二次元アレイ構造）としても良い。

〔照明装置〕
次に、本発明の一実施形態による照明装置について説明する。図５は、本発明の一実施形態による照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。図５に示す通り、本実施形態の照明装置１００は、レーザ光源装置１１０と拡散素子１２０とを備えている。レーザ光源装置１１０は、前述した第１，第２実施形態によるレーザ光源装置であり、図１に示す発光部１０又は図３に示す発光部５０、波長変換素子１０１、及び波長選択素子１０２を備えている。尚、図５においては、レーザ光源装置が備える電源装置２０，６０の図示は省略している。

波長変換素子１０１は、発光部１０，５０から射出されたレーザ光Ｌの波長を変換する。例えば、波長変換素子１０１は、第２高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）を行い、発光部１０，５０から射出されたレーザＬの波長をほぼ半分の波長に変換する非線形光学素子である。波長選択素子１０２は、波長変換素子１０１から射出されるレーザ光のうちの所定の波長の光を選択する素子である。尚、波長選択素子１０２が外部共振器としての機能も備えている。拡散素子１２０は、波長選択素子１２０を通過した光を拡散させる光学素子である。以上の構成の照明装置１００によれば、長寿命化が図られたレーザ光源装置１１０を備えているため、照明装置１００自体も長寿命化が図られたものとなる。

〔モニタ装置〕
次に、本発明の一実施形態によるモニタ装置について説明する。図６は、本発明の一実施形態によるモニタ装置の構成を模式的に示す図である。図６に示す通り、本実施形態のモニタ装置２００は、装置本体２１０と光伝送部２２０とを備えている。装置本体２１０は、上述した照明装置１００と同様に、本発明の第１，第２実施形態によるレーザ光源装置１１０を備える。

光伝送部２２０は、レーザ光源装置１１０から射出された光を外部に伝送するライトガイド２２１と、外部に伝送されたレーザ光の反射光を含む外部からの光を装置本体２１０に伝送するライトガイド２２２とを備える。ライトガイド２２１，２２２は、多数本の光ファイバを束ねたものであり、光を遠方に伝送することが可能である。ライトガイド２２１の一端は装置本体２１０内に位置しており、その端部近傍にはレーザ光源装置１１０が配設されている。また、ライトガイド２２１の他端側には拡散板２２３が配設されている。レーザ光源装置１１０から射出したレーザ光は、ライトガイド２２１によって伝送されて光伝送部２２０の先端に設けられた拡散板２２３に送られ、拡散板２２３により拡散されて被写体を照明する。

また、光伝送部２２０の先端には結像レンズ２２４も設けられており、被写体からの反射光を含む外部からの光を結像レンズ２２４で受けることができる。結像レンズ２２４が受けた光は、ライトガイド２２２によって伝送されて、装置本体２１０内に設けられたカメラ２１１に送られる。これにより、レーザ光源装置１１０から射出されたレーザ光により被写体を照明したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ２１１で撮像することができる。以上の構成のモニタ装置２００によれば、長寿命化が図られたレーザ光源装置１１０を備えているため、モニタ装置２００自体も長寿命化が図られたものとなる。

〔画像表示装置〕
次に、本発明の一実施形態による画像表示装置について説明する。図７は、本発明の一実施形態による画像表示装置（プロジェクタ）の構成を模式的に示す図である。尚、図７中においては、簡略化のため画像表示装置３００を構成する筐体は省略している。図７に示す通り、本実施形態の画像表示装置３００は、レーザ光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ、均一化光学系３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂ、液晶ライトバルブ（光変調装置）３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂ、クロスダイクロイックプリズム３３０、及び投射レンズ３４０（投射装置）を備える。

レーザ光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂは、図５に示す本発明の第１，第２実施形態によるレーザ光源装置１１０と同様の構成であり、赤色の波長領域のレーザ光、緑色の波長領域のレーザ光、青色の波長領域のレーザ光をそれぞれ射出する。但し、レーザ光源装置１１０Ｒは、波長変換素子１０１が省略されている。均一化光学系３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂは、レーザ光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂから射出されたレーザ光の照度分布をそれぞれ均一化する。この均一化光学系３１０Ｒ，３１０Ｇ、３１０Ｂは、例えば、ホログラム３１１及びフィールドレンズ３１２によって構成される。

液晶ライトバルブ３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂは、レーザ光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂから射出されて均一化光学系３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂを介したレーザ光をそれぞれ変調する。クロスダイクロイックプリズム３３０は、液晶ライトバルブ３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂから射出された光を合成して投射レンズ３４０に導く。具体的に、クロスダイクロイックプリズム３３０は、４つの直角プリズムを貼り合わせて形成されており、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。投射レンズ３４０は、液晶ライトバルブ３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン３５０に投射する。

上記構成において、レーザ光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂからレーザ光がそれぞれ射出されると、射出されたレーザ光は均一化光学系３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂに入射して照度分布がそれぞれ均一化される。均一化光学系３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂを介した光は、液晶ライトバルブ３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂに入射することにより変調される。各液晶ライトバルブ３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂによって変調された３つの色光はクロスダイクロイックプリズム３３０に入射し、クロスダイクロイックプリズム３３０に設けられた誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投射レンズ３４０によりスクリーン３５０上に投射され、拡大された画像が表示される。

以上説明した本実施形態の画像表示装置３００は、長寿命化が図られたレーザ光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂを備えているため、画像表示装置３００自体も長寿命化が図られたものとなる。また、一定のパワーを有するレーザ光を射出するレーザ光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂを備えているため、外的要因による輝度の変動がない安定した画像を表示することができる。尚、上記の画像表示装置３００は、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを備えていたが、液晶以外のライトバルブを用いても良いし、反射型のライトバルブを用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。投射装置の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。尚、本発明のレーザ光源装置は、レーザ光源装置からのレーザ光を走査手段によりスクリーン上で走査することによって、画像を表示するような画像表示装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置が備える発光部の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置が備える電源装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置が備える発光部の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置が備える電源装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態による照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるモニタ装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態による画像表示装置の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１０…発光部、１１…冷却部、１２…ベース、１３…サブマウント、１６…レーザ素子、１７…アノード電極、１８…カソード電極、２０…電源装置、５０…発光部、５１…絶縁層、６０…電源装置、１００…照明装置、１１０…レーザ光源装置、１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ…レーザ光源装置、１１０Ｇ…レーザ光源装置、１１０Ｂ…レーザ光源装置、１２０…拡散素子、２００…モニタ装置、２１０…装置本体、２２０…光伝送部、３００…画像表示装置、３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂ…液晶ライトバルブ、３４０…投射レンズ、Ｌ…レーザ光

Claims (12)

1. 一対の電極を介して供給される電流に応じたレーザ光を射出する発光素子と、当該発光素子を支持する支持部とを備えるレーザ光源装置において、
   前記電極の何れか一方と電気的に導通して前記発光素子を前記支持部に固定する導電性のサブマウントを備えることを特徴とするレーザ光源装置。
2. 前記サブマウント及び前記サブマウントと電気的に導通した電極は、電気的に接地されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源装置。
3. 前記サブマウントとともに電気的に接地された電極は、アノード電極であることを特徴とする請求項２記載のレーザ光源装置。
4. 前記発光素子に供給する電流をパルス幅変調して前記発光素子を駆動する電源装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のレーザ光源装置。
5. 前記発光素子は、前記サブマウント上に複数設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のレーザ光源装置。
6. 前記固定部に支持された前記発光素子を、前記固定部を介して冷却する冷却部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のレーザ光源装置。
7. 前記固定部と前記冷却部とを電気的に絶縁する絶縁部を備えることを特徴とする請求項６記載のレーザ光源装置。
8. 前記冷却部を含めて前記支持部を電気的に絶縁する絶縁部を備えることを特徴とする請求項６記載のレーザ光源装置。
9. 前記発光素子は、ガリウム砒素系半導体からなり、
   前記サブマウントは、銅とタングステンとの合金、及び、ダイヤモンドと銅との複合材料の何れか一方からなる
   ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載のレーザ光源装置。
10. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載のレーザ光源装置と、
    前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を拡散する拡散素子と
    を備えることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載のレーザ光源装置を備える装置本体と、
    前記装置本体からのレーザ光を外部に伝送するとともに、前記レーザ光の反射光を含む外部からの光を前記装置本体に伝送する光伝送部と
    を備えることを特徴とするモニタ装置。
12. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載のレーザ光源装置と、
    前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と
    を備えることを特徴とする画像表示装置。

Images