JP4815642B1

JP4815642B1 - レーザ光源装置

Info

Publication number: JP4815642B1
Application number: JP2010199723A
Authority: JP
Inventors: 宏平須山; 洋彦大脇; 友裕松尾; 雄一畑瀬; 健二中山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: JP2012058372A

Abstract

【課題】レーザ光の光軸に対する波長変換素子の位置および角度を調整してレーザ光の出力を高めることができるようにする。
【解決手段】波長変換素子３５を保持する波長変換素子ホルダ５８を、基台３８に対して、波長変換素子の分極反転領域の深さ方向に移動可能に、且つ光軸方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設ける。特に基台に、光軸方向に対して直交する平面である第１の基準面９１，９２を設けると共に、波長変換素子ホルダに、第１の基準面に当接する軸部９３，９４を、光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して略直交する方向に設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザを用いたレーザ光源装置に関し、特に画像表示装置の光源に用いられるレーザ光源装置に関するものである。

近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、ならびに小型化が容易である点など、種々の利点を有している。

このような画像表示装置に用いられるレーザ光源装置においては、緑色レーザ光を直接出力する半導体レーザに高出力のものがないため、半導体レーザから励起用レーザ光を出力させ、この励起用レーザ光でレーザ媒体を励起させて赤外レーザ光を出力させ、この赤外レーザ光の波長を波長変換素子で変換して緑色レーザ光を出力するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−１６８３３号公報

前記のような構成の緑色レーザ光源装置においては、レーザ光の光軸に対する波長変換素子の位置および角度に応じてレーザ光の出力が変化するため、出力が最大となる位置および角度に波長変換素子を配置することが望ましい。しかしながら、波長変換素子の製作精度および組み付け精度を高めるには限界があり、製品により出力にばらつきが生じる。そこで、レーザ光の光軸に対する波長変換素子の位置および角度を調整することができる構成が望まれる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、レーザ光の光軸に対する波長変換素子の位置および角度を調整してレーザ光の出力を高めることができるように構成されたレーザ光源装置を提供することにある。

本発明のレーザ光源装置は、分極反転領域がその深さ方向に次第に狭くなる楔形状を成し該領域が周期的に形成されたレーザ光の波長を変換する波長変換素子と、この波長変換素子を保持する保持体と、この保持体を支持する基台と、を有し、前記保持体は、前記基台に対して、前記分極反転領域の深さ方向に移動可能に、且つ前記レーザ光の光軸方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられ、さらに、前記保持体は、光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられ、前記基台は、光軸方向に対して直交する平面をなす第１の基準面と、この第１の基準面に対して直交する平面をなす第２の基準面とを備え、前記保持体は、前記第１の基準面に当接する軸部と、前記第２の基準面に当接する脚部とを備えた構成とする。

本発明によれば、第１の基準面により保持体の光軸方向の位置が規定され、波長変換素子の光軸方向の位置を変化させない状態で、波長変換素子の分極反転領域の深さ方向の位置および光軸方向に対する傾斜角度を調整可能とし、軸部が、光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して略直交する正規の方向から傾くことを防止して、波長変換素子の分極反転領域の深さ方向の位置および光軸方向に対する傾斜角度を最適化することができ、これによりレーザ光の出力を高めることができる。

本発明による画像表示装置１の概略構成図緑色レーザ光源装置２におけるレーザ光の状況を示す模式図緑色レーザ光源装置２の斜視図緑色レーザ光源装置２の断面図波長変換素子３５の斜視図波長変換素子ホルダ５８の分解斜視図緑色レーザ光源装置２を一部分解して示す斜視図光軸方向に対する波長変換素子３５の傾斜角度θに応じた波長変換効率ηの変化状況を示す図調整治具１１１〜１１４を用いた波長変換素子ホルダ５８の位置角度調整作業の状況を示す斜視図調整治具１１１〜１１４を用いた波長変換素子ホルダ５８の位置角度調整作業の状況を示す上面図レーザ光の光軸に対する波長変換素子３５の位置角度調整の状況を示す斜視図本発明における波長変換素子ホルダ（保持体）の別例を示す断面図本発明における波長変換素子ホルダ（保持体）の別例を示す断面図本画像表示装置１をノート型の情報処理装置１５１に内蔵した例を示す斜視図

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、分極反転領域がその深さ方向に次第に狭くなる楔形状を成し該領域が周期的に形成されたレーザ光の波長を変換する波長変換素子と、この波長変換素子を保持する保持体と、この保持体を支持する基台と、を有し、前記保持体は、前記基台に対して、前記分極反転領域の深さ方向に移動可能に、且つ前記レーザ光の光軸方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられ、さらに、前記保持体は、光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられ、前記基台は、光軸方向に対して直交する平面をなす第１の基準面と、この第１の基準面に対して直交する平面をなす第２の基準面とを備え、前記保持体は、前記第１の基準面に当接する軸部と、前記第２の基準面に当接する脚部とを備えた構成とする。

これによると、第１の基準面により保持体の光軸方向の位置が規定され、波長変換素子の光軸方向の位置を変化させない状態で、波長変換素子の分極反転領域の深さ方向の位置および光軸方向に対する傾斜角度を調整可能とし、軸部が、光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して略直交する正規の方向から傾くことを防止して、波長変換素子の分極反転領域の深さ方向の位置および光軸方向に対する傾斜角度を最適化することができ、これによりレーザ光の出力を高めることができる。

なお、波長変換素子は、分極反転領域の深さ方向に幅が次第に狭くなる楔形状の分極反転領域を備え、波長変換素子を分極反転領域の深さ方向に移動させることで、レーザ光の光路上での分極反転領域の割合が変化し、これに応じて波長変換効率が変化し、この波長変換効率が最高となるように波長変換素子の位置が調整される。

また、波長変換素子を光軸に対して傾斜させることで、波長変換素子の入射面および出射面でのレーザ光の屈折によりレーザ光の進路をずらして、レーザ光の干渉による出力の低下を避けることができ、レーザ光の出力が最大となるように光軸方向に対する波長変換素子の傾斜角度が調整される。

なお、分極反転領域の深さ方向の軸周りの波長変換素子の傾斜角度も重要であるが、この方向での波長変換素子の傾斜角度が０に近似するように波長変換素子を精度よく組み付けることで、この方向での波長変換素子の傾斜角度の調整を不要とすることができ、レーザ光の干渉による出力の低下は、光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して略直交する軸周りの波長変換素子の傾斜角度の調整で回避する。

また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記脚部を前記第２の基準面に当接した状態に保持するばねを有する構成とする。

これによると、治具などにより波長変換素子ホルダを幅方向から押圧することで、軸部を正規の方向から傾かせることなく、波長変換素子ホルダを幅方向に移動させることができ、位置角度調整作業が容易になる。なお、ばねは、調整作業時の仮固定の用途で用い、調整作業後に保持体と支持部とを接着剤で固定するようにするとよい。

また、第３の発明は、前記第１または第２の発明において、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザから出力される励起用レーザ光により励起されて赤外レーザ光を出力するレーザ媒体と、を備え、前記波長変換素子は、前記レーザ媒体から出力される赤外レーザ光の波長を変換して緑色レーザ光を出力するものであり、前記半導体レーザと、前記レーザ媒体と、前記波長変換素子とが、前記基台に一体的に支持された構成とする。

これによると、高出力の緑色レーザ光を出力することができる。この場合、基台に半導体レーザを固定した後、レーザチップから出力されるレーザ光の光軸に対して、集光レンズ、レーザ媒体および波長変換素子の位置調整が行われる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による画像表示装置１の概略構成図である。この画像表示装置１は、所要の画像をスクリーンに投影表示するものであり、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置２と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置３と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置４と、映像信号に応じて各レーザ光源装置２〜４からのレーザ光の変調を行う液晶反射型の空間光変調器５と、各レーザ光源装置２〜４からのレーザ光を反射させて空間光変調器５に照射させるとともに空間光変調器５から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ６と、各レーザ光源装置２〜４から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ６に導くリレー光学系７と、偏光ビームスプリッタ６を透過した変調レーザ光をスクリーンに投射する投射光学系８と、を備えている。

この画像表示装置１は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置２〜４から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が視覚の残像効果によってカラー画像として認識される。

リレー光学系７は、各レーザ光源装置２〜４から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ１１〜１３と、コリメータレンズ１１〜１３を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第１および第２のダイクロイックミラー１４，１５と、ダイクロイックミラー１４，１５により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板１６と、拡散板１６を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ１７と、を備えている。

投射光学系８からスクリーンＳに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、青色レーザ光源装置４から青色レーザ光が後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸および赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置２および赤色レーザ光源装置３から緑色レーザ光および赤色レーザ光が出射され、この青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光が、２つのダイクロイックミラー１４，１５で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第１のダイクロイックミラー１４で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第２のダイクロイックミラー１５で同一の光路に導かれる。

第１および第２のダイクロイックミラー１４，１５は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第１のダイクロイックミラー１４は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第２のダイクロイックミラー１５は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光および緑色レーザ光を反射させる。

これらの各光学部材は、筐体２１に支持されている。この筐体２１は、各レーザ光源装置２〜４で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。

緑色レーザ光源装置２は、側方に向けて突出した状態で筐体２１に形成された取付部２２に取り付けられている。この取付部２２は、リレー光学系７の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部２３と側壁部２４とが交わる角部から側壁部２４に直交する向きに突出した状態で設けられている。赤色レーザ光源装置３は、ホルダ２５に保持された状態で側壁部２４の外面側に取り付けられている。青色レーザ光源装置４は、ホルダ２６に保持された状態で前壁部２３の外面側に取り付けられている。

赤色レーザ光源装置３および青色レーザ光源装置４は、いわゆるＣＡＮパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置３および青色レーザ光源装置４は、ホルダ２５，２６に開設された取付孔２７，２８に圧入するなどしてホルダ２５，２６に対して固定される。青色レーザ光源装置４および赤色レーザ光源装置３のレーザチップの発熱は、ホルダ２５，２６を介して筐体２１に伝達されて放熱され、各ホルダ２５，２６は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。

緑色レーザ光源装置２は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、半導体レーザ３１から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるＦＡＣ（Fast-Axis Collimator）レンズ３２およびロッドレンズ３３と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力するレーザ媒体３４と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力する波長変換素子３５と、レーザ媒体３４とともに共振器を構成する凹面ミラー３６と、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー３７と、各部を支持する基台３８と、各部を覆うカバー体３９と、を備えている。

この緑色レーザ光源装置２は、基台３８を筐体２１の取付部２２に取り付けて固定され、緑色レーザ光源装置２と筐体２１の側壁部２４との間に所要の幅（例えば０．５ｍｍ以下）の間隙が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置２の熱が赤色レーザ光源装置３に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置３の昇温を抑制して、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置３を安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置３の所要の光軸調整代（例えば０．３ｍｍ程度）を確保するため、緑色レーザ光源装置２と赤色レーザ光源装置３との間に所要の幅（例えば０．３ｍｍ以上）の間隙が設けられている。

図２は、緑色レーザ光源装置２におけるレーザ光の状況を示す模式図である。半導体レーザ３１のレーザチップ４１は、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を出力する。ＦＡＣレンズ３２は、レーザ光のファースト軸（光軸方向に対して直交し且つ図の紙面に沿う方向）の拡がりを低減する。ロッドレンズ３３は、レーザ光のスロー軸（図の紙面に対して直交する方向）の拡がりを低減する。

レーザ媒体３４は、いわゆる固体レーザ結晶であり、ロッドレンズ３３を通過した波長８０８ｎｍの励起用レーザ光により励起されて波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）を出力する。このレーザ媒体３４は、Ｙ（イットリウム）ＶＯ_４（バナデート）からなる無機光学活性物質（結晶）にＮｄ（ネオジウム）をドーピングしたものであり、より具体的には、母材であるＹＶＯ_４のＹに蛍光を発する元素であるＮｄ^＋３に置換してドーピングしたものである。

レーザ媒体３４におけるロッドレンズ３３に対向する側には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４２が形成されている。レーザ媒体３４における波長変換素子３５に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４３が形成されている。

波長変換素子３５は、いわゆるＳＨＧ（Second Harmonics Generation）素子であり、レーザ媒体３４から出力される波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）の波長を変換して波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を生成する。

波長変換素子３５におけるレーザ媒体３４に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する反射防止と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４４が形成されている。波長変換素子３５における凹面ミラー３６に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４５が形成されている。

凹面ミラー３６は、波長変換素子３５に対向する側に凹面を有し、この凹面には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４６が形成されている。これにより、レーザ媒体３４の膜４２と凹面ミラー３６の膜４６との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。

波長変換素子３５では、レーザ媒体３４から入射した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の一部が波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子３５を通過した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、凹面ミラー３６で反射されて波長変換素子３５に再度入射し、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換される。この波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は、波長変換素子３５の膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射される。

ここで、レーザ媒体３４から波長変換素子３５に入射して波長変換素子３５で波長変換されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ１と、凹面ミラー３６で一旦反射されて波長変換素子３５に入射して膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ２とが互いに重なり合う状態では、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光とが干渉を起こして出力が低下する。

そこでここでは、波長変換素子３５を光軸方向に対して傾斜させて、入射面３５ａおよび出射面３５ｂでの屈折作用により、レーザ光のビームＢ１，Ｂ２が互いに重なり合わないようにして、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光との干渉を防ぐようにしており、これにより出力低下を避けることができる。

なお、図１に示したガラスカバー３７には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光および波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過しない膜が形成されている。

図３は、緑色レーザ光源装置２の斜視図である。図４は、緑色レーザ光源装置２の断面図である。

図３に示すように、半導体レーザ３１、ＦＡＣレンズ３２、ロッドレンズ３３、レーザ媒体３４、波長変換素子３５、および凹面ミラー３６は、基台３８に一体的に支持されている。基台３８の底面５１は光軸方向に対して平行となる。なおここでは、基台３８の底面５１に対して直交する方向を高さ方向とし、この高さ方向および光軸方向に対して直交する方向を幅方向とする。また、基台３８の底面５１に近接する側を下、底面５１と相反する側を上として説明するが、これは実際の装置の上下方向と必ずしも一致するものではない。

半導体レーザ３１は、レーザ光を出力するレーザチップ４１をマウント部材５２に実装したものである。レーザチップ４１は、光軸方向に長い帯板状をなし、光出射面をＦＡＣレンズ３２側に向けた状態で、板状をなすマウント部材５２の一面の幅方向の略中心位置に固着されている。この半導体レーザ３１は、取付部材５３を介して基台３８に固定される。この取付部材５３は、銅あるいはアルミ等の熱伝導性の高い金属で形成されており、これによりレーザチップ４１の発熱が基台３８に伝達されて放熱することができる。

ＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３は、集光レンズホルダ５４に保持される。この集光レンズホルダ５４は、基台３８に一体的に形成された支持部５５に支持される。集光レンズホルダ５４は、光軸方向に移動可能に支持部５５に連結されており、これにより集光レンズホルダ５４、すなわちＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３の位置が、光軸方向に調整される。ＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３は位置調整作業の前に集光レンズホルダ５４に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、集光レンズホルダ５４と支持部５５とが接着剤で互いに固定される。

レーザ媒体３４は、基台３８に一体的に形成されたレーザ媒体支持部５６に支持される。レーザ媒体支持部５６は、図４に示すように、基台３８に隔壁状に立設され、レーザ媒体３４を保持するレーザ媒体保持部５７が側方に突出するように設けられている。レーザ媒体支持部５６には、ロッドレンズ３３から出射されたレーザ光をレーザ媒体３４に導く光路孔６３が形成されている。レーザ媒体３４とレーザ媒体保持部５７とは接着剤で互いに固定される。

再び図３に戻って、波長変換素子３５は、波長変換素子ホルダ５８に保持される。この波長変換素子ホルダ５８は、波長変換素子３５の幅方向の位置および光軸方向に対する傾斜角度を調整することができるように、基台３８に対して、幅方向に移動可能に、且つ光軸方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられている。この波長変換素子ホルダ５８については後に詳しく説明する。波長変換素子３５は位置調整作業の前に波長変換素子ホルダ５８に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、波長変換素子ホルダ５８と基台３８とが接着剤で互いに固定される。

凹面ミラー３６は、基台３８に一体的に形成された凹面ミラー支持部６１に支持される。

図４に示すように、基台３８には、凹面ミラー支持部６１の上端とレーザ媒体支持部５６の上端とを相互に連結するように架設部６４が設けられており、この架設部６４には、後に詳述する調整治具が挿入される開放部６５が形成されている。また、凹面ミラー３６の下側にも調整治具が挿入される開放部６６が形成されている（開放部６５，６６の構造については、図７も併せて参照されたい）。

なお、前記の各部材、例えば波長変換素子ホルダ５８と基台３８との固定に用いる接着剤は、例えばＵＶ硬化型接着剤が好適である。

図５は、波長変換素子３５の斜視図である。波長変換素子３５は、強誘電体結晶に分極反転領域７１と非分極反転領域７２とが交互に形成された、周期的な分極反転構造を備えたものであり、分極反転周期方向（分極反転領域７１の配列方向）に基本波長レーザ光を入射させる。これにより、擬似位相整合による入射光の第２次高調波発生で２倍の周波数、すなわち１／２の波長のレーザ光を得ることができる。

周期電極７３と対向電極７４を用いて、単分極した強誘電体結晶に分極方向と逆方向の電界を印加すると、周期電極７３に対応する部分の分極方向が反転し、分極反転領域７１が周期電極７３から対向電極７４に向けて楔形状に形成される。

なお、実際には、強誘電体結晶の基板に分極反転構造を形成した上でこれを所要の寸法に切断して１つの波長変換素子３５が得られ、入射面３５ａおよび出射面３５ｂは、精密な光学研磨により分極反転領域７１の深さ方向に対して平行な平面に形成される。また、最終的に側面３５ｃ，３５ｄの周期電極７３および対向電極７４は研磨により削除される。強誘電体結晶には、例えばＬＮ（ニオブ酸リチウム）にＭｇＯを添加したものが用いられる。

分極反転領域７１は、深さ方向に沿って幅が次第に狭くなる楔形状をなし、入射するレーザ光に対して、分極反転領域７１の深さ方向に波長変換素子３５を移動させることで、レーザ光の光路上に位置する分極反転領域７１と非分極反転領域７２との割合が変化し、これに応じて波長変換効率が変化する。そこで、波長変換効率が最大となる、すなわちレーザ光の出力が最大となるように、レーザ光の光軸に対する波長変換素子３５の位置が調整される。この波長変換素子３５の位置調整については後に詳しく説明する。

図６は、波長変換素子ホルダ５８の分解斜視図である。図７は、緑色レーザ光源装置２を一部分解して示す斜視図である。

図６に示すように、波長変換素子ホルダ５８は、ホルダ本体８１と、これとは別体に形成された１対の狭持部材８２とで構成される。ホルダ本体８１には、波長変換素子３５から出射されたレーザ光を凹面ミラー３６に導く光路孔８３が形成されている。この光路孔８３の出射側は漏斗状に広がっている（図４を併せて参照されたい）。

波長変換素子３５の入射面３５ａおよび出射面３５ｂは、精密な研磨により高い精度で平行度が確保されているが、波長変換素子３５の側面３５ｃ，３５ｄと頂面３５ｅおよび底面３５ｆに関しては、入射面３５ａおよび出射面３５ｂに対する直角度や、互いに相対するもの同士の平行度は確保されておらず、基板から切り出す際に発生する製造誤差がある。このため、精度が確保されている出射面３５ｂを、光路孔８３が開口する取付基準面８４に当接させて、波長変換素子３５の位置決めが行われる。

狭持部材８２は、波長変換素子３５における分極反転領域７１の深さ方向に相対する２つの側面３５ｃ，３５ｄに当接し、波長変換素子３５を左右から挟み込むように取り付けられる。ホルダ本体８１には、狭持部材８２が嵌合するガイド溝８５が形成されており、このガイド溝８５により狭持部材８２の高さ方向の位置が規定される。ホルダ本体８１と狭持部材８２とは接着剤で固定され、狭持部材８２には接着剤が装填される孔８６が形成されている。

狭持部材８２において、波長変換素子３５の側面３５ｃ，３５ｄに当接する当接面８７には導電性接着剤が塗布される。また、ホルダ本体８１および狭持部材８２は金属材料などの導電性材料からなる。これにより、波長変換素子３５の側面３５ｃ，３５ｄ同士が電気的に接続され、側面３５ｃ，３５ｄを同一の電位に維持して、チャージアップによる屈折率の変化を抑えることができる。

ホルダ本体８１には、波長変換素子３５を上下から挟み込む保持部８８が形成されている。この保持部８８には、接着剤を装填する溝８９が形成されている。これにより、波長変換素子３５の頂面３５ｅおよび底面３５ｆに接着剤が付着し、この接着剤を介して波長変換素子３５とホルダ本体８１とが互いに固定される。

図４に示したように、基台３８には、光軸方向に対して直交する平面をなす第１の基準面９１，９２が設けられている。この第１の基準面９１，９２は、基台３８に一体的に形成された上下のホルダ支持部５９，６０の凹面ミラー３６側に形成されている。上側のホルダ支持部５９は、レーザ媒体支持部５６と凹面ミラー支持部６１とを相互に連結する架設部６４に設けられている。

一方、波長変換素子ホルダ５８には、第１の基準面９１，９２に当接する１対の軸部９３，９４が設けられている。この１対の軸部９３，９４は、同一径の円柱状をなし、互いに同軸的に配置され、ホルダ本体８１に互いに相反する向きに突出した状態で設けられている（図６を併せて参照されたい）。第１の基準面９１，９２は、光軸方向に対して直交する同一の平面上に配置されており、軸部９３，９４が第１の基準面９１，９２で規制されることで、波長変換素子ホルダ５８の光軸方向の位置が規定される。

軸部９３，９４は、第１の基準面９１，９２に沿って幅方向に摺動させることができ、これにより波長変換素子ホルダ５８の光軸方向の位置を変化させない状態で、波長変換素子ホルダ５８を基台３８に対して幅方向に（分極反転領域の深さ方向）に移動させることができる。また、第１の基準面９１，９２に当接した状態で軸部９３，９４を回動させることができ、これにより波長変換素子ホルダ５８を光軸方向に対して略直交する軸周りに回動させることができる。

波長変換素子３５は、波長変換素子ホルダ５８において光路孔８３が開口する取付基準面８４で位置決めされ、この取付基準面８４は軸部９３，９４の円筒面を形成する母線と平行に配置されている。レーザ媒体３４は、光路孔６３が開口する取付基準面９５に入射面３４ａを当接させて位置決めされる。したがって、波長変換素子ホルダ５８において波長変換素子３５の取付基準面８４と軸部９３，９４の中心線との平行度を管理するとともに、基台３８においてレーザ媒体３４の取付基準面９５と第１の基準面９１，９２との平行度を管理することで、波長変換素子３５の入射面３５ａおよび出射面３５ｂと、レーザ媒体３４の入射面３４ａおよび出射面３４ｂとの平行度を確保することができる。

下側のホルダ支持部６０には、第１の基準面９１，９２に対して直交する平面をなす第２の基準面９６が形成されている。この第２の基準面９６は、光軸方向および波長変換素子３５の分極反転領域の深さ方向に対して平行に配置されている。

一方、波長変換素子ホルダ５８には、第２の基準面９６に当接する脚部９７が設けられている。この脚部９７は、板状部９８と、その下面に形成された２つのボス９９および段部１００で構成されている（図６参照）。板状部９８は、波長変換素子３５の取付基準面８４が形成された基部１０１からＬ字形の断面形状をなすように延出され、波長変換素子３５およびレーザ媒体３４の下側に配置される。これにより、波長変換素子３５およびレーザ媒体３４の下側のスペースを有効利用して、装置の小型化を図ることができる。下側の軸部９４は、段部１００から突出した状態で設けられている。

２つのボス９９は、分極反転領域の深さ方向に離間し、段部１００は、２つのボス９９に対して、分極反転領域の深さ方向の中間に位置するとともに光軸方向にずれた位置に配置され、２つのボス９９および段部１００の端面は、同一の高さに設定されている。これにより、波長変換素子ホルダ５８の軸部９３，９４が、高さ方向、すなわち光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して直交する正規の方向から傾くことを避けることができる。

波長変換素子ホルダ５８の脚部９７を第２の基準面９６に当接した状態に保持するばね１０２が設けられている。このばね１０２は、コ字形状の断面をなす板ばねで構成され、波長変換素子ホルダ５８の脚部９７と第２の基準面９６を備えたホルダ支持部６０とを挟み込む態様で取り付けられている。これにより、波長変換素子ホルダ５８を傾かせることなく幅方向に移動させることができ、位置角度調整作業が容易になる。ばね１０２の付勢力は、位置角度調整時の仮止めに用いられ、位置角度調整作業後に接着剤で波長変換素子ホルダ５８とホルダ支持部６０とが固定される。

図７に示すように、ばね１０２においてホルダ支持部６０の下面側に当接する部分には、ホルダ支持部６０の下面に形成された突起１０３に嵌り合う切り欠き１０４が形成されており、これによりばね１０２がホルダ支持部６０に対して光軸方向および幅方向に移動することが規制される。ばね１０２において波長変換素子ホルダ５８の脚部９７の上面側に当接する部分には、球面状の当接部１０５が形成されており、これによりホルダ支持部６０に固定されたばね１０２に対して、波長変換素子ホルダ５８の脚部９７を円滑に摺動させることができる。

図８は、光軸方向に対する波長変換素子３５の傾斜角度θに応じた波長変換効率ηの変化状況を示す図である。波長変換素子３５の波長変換効率ηは、光軸方向に対する波長変換素子３５の傾斜角度θに応じて変化し、光軸方向に対して傾斜していない状態（θ＝０）では波長変換効率ηが低く、光軸方向に対して傾斜させることで波長変換効率ηを高めることができる。

これは、傾斜角度θが０の場合、図２に示したように、レーザ光のビームＢ１，Ｂ２が互いに重なり合うことで、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光とが干渉を起こすことによるためであり、波長変換素子３５を光軸方向に対して傾斜させることで、入射面３５ａおよび出射面３５ｂでの屈折作用により、レーザ光のビームＢ１，Ｂ２がずれるため、干渉による出力低下を傾けることができる。

特にここでは、波長変換効率のピーク点（ここではθ＝±０．６度）を中心にした所要の範囲（例えば±０．４度）の高効率領域に入るように波長変換素子３５の傾斜角度θを調整し、この調整代に相当する角度範囲で波長変換素子ホルダ５８を基台３８に対して傾動させることができるように各部の寸法が設定される。

図９は、調整治具１１１〜１１４を用いた波長変換素子ホルダ５８の位置角度調整作業の状況を示す斜視図である。図１０は、調整治具１１１〜１１４を用いた波長変換素子ホルダ５８の位置角度調整作業の状況を示す上面図である。図１１は、レーザ光の光軸に対する波長変換素子３５の位置角度調整の状況を示す斜視図である。

図９および図１０に示すように、波長変換素子ホルダ５８の位置角度調整作業では、波長変換素子ホルダ５８の１対の軸部９３，９４に当接する第１の調整治具１１１，１１２と、波長変換素子ホルダ５８の脚部９７に当接する第２の調整治具１１３，１１４とが用いられる。

第１の調整治具１１１，１１２は、光軸方向に延在する腕部１１５，１１６を備えており、上側の第１の調整治具１１１は、凹面ミラー３６の上側の開放部６５から挿入され、下側の第１の調整治具１１２は、凹面ミラー３６の下側の開放部６６から挿入され（図４および図７参照）、凹面ミラー３６側から反光軸方向に軸部９３，９４を押圧して、軸部９３，９４を第１の基準面９１，９２に当接した状態に保持する。軸部９３，９４に対する当接部１１７，１１８は、Ｖ字形状の断面をなしており、軸部９３，９４を第１の基準面９１，９２に当接させた状態で軸部９３，９４の回動を許容し、かつ幅方向の移動に追随して軸部９３，９４が幅方向に移動するようになっている。

第２の調整治具１１３，１１４は、幅方向に延在する腕部１２１，１２２を備えており、幅方向の両側から波長変換素子ホルダ５８の脚部９７を押圧する。脚部９７に対する当接部は、半球状に形成され、脚部９７における軸部９３，９４からオフセットされた部分に当接する。

図９（Ａ）に示すように、第１の調整治具１１１，１１２および第２の調整治具１１３，１１４をともに幅方向に移動させると、図１０の矢印Ａで示すように、波長変換素子ホルダ５８が幅方向に移動する。これにより、図１１の矢印Ａで示すように、レーザ光の光軸に対して分極反転領域７１の深さ方向に波長変換素子３５を移動させることができる。

また、図９（Ｂ）に示すように、第１の調整治具１１１，１１２を静止させた状態で第２の調整治具１１３，１１４を幅方向に移動させると、図１０の矢印Ｂで示すように、波長変換素子ホルダ５８が軸部９３，９４を中心にして幅方向に傾動する。これにより、図１１の矢印Ｂで示すように、レーザ光の光軸に対して幅方向に波長変換素子３５を傾動させることができる。

次に、波長変換素子３５の位置角度調整の手順について説明する。まず、最初に、幅方向（分極反転領域７１の深さ方向）に関する波長変換素子３５の位置調整を行う。この位置調整は、パワーメータで出力を監視しながら行われ、図１０の矢印Ａで示すように、波長変換素子ホルダ５８を幅方向に移動させて出力が最大となるように調整する。

ついで、光軸方向に対する波長変換素子３５の傾斜角度θが０度となるように波長変換素子ホルダ５８の角度を調整する（図８参照）。この角度調整は、レーザ光のビームの形状を監視しながら行われ、図１０の矢印Ｂで示すように、波長変換素子ホルダ５８を幅方向に傾動させて、レーザ光のビームが１本となるように調整する。これにより、波長変換素子３５の傾斜角度θが０度となる。

最後に、波長変換素子３５の傾斜角度θが所定の高効率領域に入るように波長変換素子ホルダ５８の角度を調整する（図８参照）。この角度調整は、パワーメータで出力を監視しながら行われ、図１０の矢印Ｂで示すように、波長変換素子ホルダ５８を幅方向に傾動させて、出力が最大となる角度に調整する。これにより、波長変換素子３５の傾斜角度θが所定の高効率領域に入り、図２に示したように、レーザ光の２本のビームＢ１，Ｂ２の重なり合いによる干渉を防ぐことができる。

なお、前記の例では、図４に示したように、波長変換素子ホルダ５８に対して第２の基準面９６を下側に配置したが、これとは逆に、波長変換素子ホルダに対して第２の基準面を上側に配置するようにしてもよい。この場合、波長変換素子ホルダは、上下を逆にした形態となり、脚部が上側に配置される。

図１２および図１３は、本発明における波長変換素子ホルダ（保持体）の別例を示す断面図である。なお、前記の例と同様の機能を有するものには同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図４に示した例では、波長変換素子ホルダ５８の脚部９７と第２の基準面９６を備えた下側のホルダ支持部６０とをばね１０２で挟み込んで、脚部９７を第２の基準面９６に当接した状態に保持する構成としたが、図１２に示す例では、上側のホルダ支持部５９をばね１３１の付勢力の反力受けに利用し、波長変換素子ホルダ１３２を下向きに付勢して、脚部９７を第２の基準面９６に当接した状態に保持するようにしている。ばね１３１は、波長変換素子ホルダ１３２において脚部９７と相反する側（上側）に設けられたばね取付部１３３に取り付けられ、波長変換素子ホルダ１３２を基台３８に組み付けることで、ばね１３１が撓んで上側のホルダ支持部５９に圧接する。

なお、この例では、図４に示した例と同様に、波長変換素子ホルダ１３２に対して第２の基準面９６を下側に配置したが、これとは逆に、波長変換素子ホルダに対して第２の基準面を上側に配置するようにしてもよい。この場合、波長変換素子ホルダは、上下を逆にした形態となり、脚部が上側に配置され、ばねが下側に配置される。

また、図４に示した例では、波長変換素子ホルダ５８の脚部９７を第２の基準面９６に当接させて軸部９３，９４の傾きを規制するようにしたが、図１３に示す例では、波長変換素子ホルダ１４１の軸部９３，９４を支持するガイド体１４２を設けて、軸部９３，９４の傾きを規制するようにしている。

ガイド体１４２は、波長変換素子ホルダ１４１の軸部９３，９４を光軸方向に移動可能に保持する凹部１４３，１４４を備え、波長変換素子ホルダ１４１とガイド体１４２との間にはばね１４５が介装されており、波長変換素子ホルダ１４１とガイド体１４２とを互いに離反する向きに付勢する。これにより、波長変換素子ホルダ１４１の軸部９３，９４が第１の基準面９１，９２に当接した状態に保持される。ガイド体１４２は、背面側を基台３８の凹面ミラー支持部６１に突き当てられて、凹面ミラー支持部６１がばね付勢力の反力受けとして機能する。

また、基台３８には、図４に示した例と同様に、第１の基準面９１，９２に対して直交する平面をなす第２の基準面１４６が形成されているが、この第２の基準面１４６には、ガイド体１４２の下端に設けられた脚部１４５が当接しており、これによりガイド体１４２自体が傾くことを避けるようにしている。

この場合、軸部９３，９４を第１の基準面９１，９２に当接した状態に保持する第１の調整治具１１１，１１２は不要である（図１０参照）。また、波長変換素子ホルダ１４１を回動させるために第２の調整治具１１３，１１４を用いてもよいが、波長変換素子ホルダ１４１の角度を変化させる調整部材をガイド体１４２に設けて、波長変換素子ホルダ１４１の角度を調整するようにしてもよい。例えばガイド体１４２に幅方向にねじをねじ込んで、このねじの先端で波長変換素子ホルダ１４１を押圧するようにすると、ねじの回転操作で波長変換素子ホルダ１４１の角度を調整することができる。

図１４は、本画像表示装置１をノート型の情報処理装置１５１に内蔵した例を示す斜視図である。情報処理装置１５１の筐体１５２には、画像表示装置１が出没自在に格納される収容スペースが、キーボードの裏面側に形成されており、不使用時には画像表示装置１が筐体１５２内に収容され、使用時には画像表示装置１が筐体１５２から引き出されて、画像表示装置１を回動自在に支持するベース部１５３に対して画像表示装置１を所要の角度に回動させることで、画像表示装置１からのレーザ光をスクリーンに投射させることができる。

なお、前記の例では、緑色レーザ光源装置２のレーザチップ４１、レーザ媒体３４、および波長変換素子３５がそれぞれ、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）、および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。最終的に緑色レーザ光源装置２から出力されるレーザ光が緑色と認識できるものであればよく、例えばピーク波長が５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲となる波長領域のレーザ光を出力するようにするとよい。

また、前記の例では、図６に示したように、波長変換素子３５を位置決めする取付基準面８４を１つの平面として、これに波長変換素子３５の出射面３５ｂが全面に渡って当接する構成としたが、この取付基準面８４が設けられている位置に、同一の高さを有する３つの凸部を、光路孔８３を囲むように設けて、この凸部の頂面を、波長変換素子３５を位置決めする取付基準面としてもよい。この構成では、波長変換素子３５を３点で支持する状態となる。

図６に示した例のように、取付基準面８４を１つの平面とした場合、取付基準面８４の平面度の精度を上げるのに限界があるため、波長変換素子３５に僅かなガタツキが発生することが避けられず、この場合、波長変換素子３５の取付角度が１つに定まらない。この波長変換素子３５のガタツキによる角度変化は予測が難しく、波長変換素子３５の取付角度にバラツキが発生する。さらに、接着剤の硬化時の収縮にもバラツキがあり、これが波長変換素子３５の取付角度のバラツキを拡大させる。

これに対して、３つの凸部により波長変換素子３５を３点で支持する構成では、波長変換素子３５にガタツキが発生しなくなり、波長変換素子３５が安定して支持される。さらに、打痕や異物の噛み込み、部品変形といったバラツキ要因の影響を受けにくくなるため、波長変換素子３５の取付角度のバラツキが低減される。このため、波長変換素子３５の角度調整の範囲を狭く設定することができ、また歩留まりを向上させることができ、さらに波長変換素子３５の角度調整の作業を簡略化することが可能になる。

本発明にかかるレーザ光源装置は、レーザ光の光軸に対する波長変換素子の位置および角度を調整してレーザ光の出力を高めることができる効果を有し、画像表示装置の光源に用いられるレーザ光源装置などとして有用である。

１画像表示装置
２緑色レーザ光源装置
３赤色レーザ光源装置
４青色レーザ光源装置
３１半導体レーザ
３４レーザ媒体
３５波長変換素子
３８基台
５８波長変換素子ホルダ（保持体）
７１分極反転領域
７２非分極反転領域
９１，９２第１の基準面
９３，９４軸部
９６第２の基準面
９７脚部
１０２ばね
１１１，１１２第１の調整治具
１１３，１１４第２の調整治具

Claims

分極反転領域がその深さ方向に次第に狭くなる楔形状を成し該領域が周期的に形成されたレーザ光の波長を変換する波長変換素子と、
この波長変換素子を保持する保持体と、
この保持体を支持する基台と、を有し、
前記保持体は、前記基台に対して、前記分極反転領域の深さ方向に移動可能に、且つ前記レーザ光の光軸方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられ、
さらに、前記保持体は、光軸方向および分極反転領域の深さ方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられ、
前記基台は、光軸方向に対して直交する平面をなす第１の基準面と、この第１の基準面に対して直交する平面をなす第２の基準面とを備え、
前記保持体は、前記第１の基準面に当接する軸部と、前記第２の基準面に当接する脚部とを備えたことを特徴とするレーザ光源装置。
前記脚部を前記第２の基準面に当接した状態に保持するばね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。
励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザから出力される励起用レーザ光により励起されて赤外レーザ光を出力するレーザ媒体と、を備え、
前記波長変換素子は、前記レーザ媒体から出力される赤外レーザ光の波長を変換して緑色レーザ光を出力するものであり、
前記半導体レーザと、前記レーザ媒体と、前記波長変換素子とが、前記基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ光源装置。