JP4930036B2 - External resonant laser light source device, monitor device using the same, and image display device - Google Patents
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Description
本発明は、外部共振型レーザ光源装置に関する。 The present invention relates to an external resonance type laser light source device.
近年、プロジェクタ等の画像表示装置の光源として、高効率なレーザ光源が用いられることがある。レーザ光は、放電ランプ等の光源に比べて、コヒーレンスが比較的高いために干渉し易い。それゆえ、レーザ光で画像を投写する画像表示装置においては、被投写面において、干渉縞がスペックルノイズとして現われて画像が劣化してしまう。そこで、かかるスペックルノイズを軽減する光源装置が提案されている(下記特許文献1参照)。
In recent years, a highly efficient laser light source is sometimes used as a light source of an image display device such as a projector. Laser light is likely to interfere because of its relatively high coherence compared to a light source such as a discharge lamp. Therefore, in an image display apparatus that projects an image with laser light, interference fringes appear as speckle noise on the projection surface, and the image deteriorates. Therefore, a light source device that reduces such speckle noise has been proposed (see
上記特許文献1に記載の光源装置は、所定の波長の光を選択的に透過する平面板状のバンドパスフィルタを回転させることで、バンドパスフィルタの光軸に対する傾きを連続して変化させる。このようにすることで、バンドパスフィルタを透過する光の波長が連続的に変化して、光源装置全体としてコヒーレンスを低減することができる。しかしながら、このような光源装置を外部共振型のレーザ光源装置として用いた場合には、バンドパスフィルタを回転させるための駆動部が必要となり、光源装置としての実装サイズが大きくなるという問題や、安定的な動作が見込めないという問題等が発生し得る。
The light source device described in
なお、上述した問題点は、画像表示装置に用いる光源装置に限らず、照明装置など、光源装置を必要とする様々な装置において起こり得る。 The above-described problems may occur in various devices that require a light source device, such as a lighting device, as well as a light source device used in an image display device.
本発明は、外部共振型レーザ光源装置において低コヒーレンスの光を安定的に射出することが可能な技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique capable of stably emitting low-coherence light in an external resonance type laser light source device.
上記目的を達成するために、本発明の外部共振型光源装置は、共振用の第1のミラーと、外部共振の対象となる基本波光を共振させて得られるレーザ光の一部を透過すると共に、残りの光を前記第1のミラーに向けて反射する共振用の第2のミラーと、前記第1のミラーと前記第2のミラーとの間に配置されたレーザ媒質と、前記第1のミラーと前記第2のミラーとの間に配置され、互いに異なる複数の光路をそれぞれ通る複数の前記基本波光を入射して、各基本波光に含まれる所定の波長の光を選択的に透過する波長選択素子と、前記波長選択素子と前記第2のミラーとの間に配置され、前記複数の光路に沿った方向にそれぞれ自発分極と反転分極とが交互に積層されたドメイン構造を有し、前記基本波光を入射して波長を変換する波長変換素子と、前記波長変換素子の表面のうち、前記複数の光路の各々に対応する位置に接して配置された複数の電極と、前記複数の電極にそれぞれ電圧を印加することにより、前記波長変換素子における前記複数の光路にそれぞれ対応する部分において、前記自発分極と前記反転分極との分極反転周期を調整する電圧制御部と、を備え、前記波長選択素子は、前記基本波光の入射位置によって、選択する光の波長が異なり、前記電圧制御部は、前記波長変換素子における前記各光路に対応する部分に入射される光の中心波長に応じて、前記各光路に対応する位置に接して配置された各電極に対して、互いに異なる電圧を印加することを要旨とする。 In order to achieve the above object, an external resonance light source device of the present invention transmits a part of laser light obtained by resonating a first mirror for resonance and fundamental light to be subjected to external resonance. A second mirror for resonance that reflects the remaining light toward the first mirror, a laser medium disposed between the first mirror and the second mirror, and the first mirror A wavelength that is disposed between a mirror and the second mirror, and enters a plurality of fundamental light beams respectively passing through a plurality of different optical paths, and selectively transmits light of a predetermined wavelength included in each fundamental wave light A domain structure in which spontaneous polarization and inversion polarization are alternately stacked in a direction along the plurality of optical paths, the selective element, and disposed between the wavelength selection element and the second mirror; Wavelength change to convert wavelength by incident fundamental light The wavelength conversion element by applying a voltage to each of the element, a plurality of electrodes disposed in contact with positions corresponding to each of the plurality of optical paths, of the surface of the wavelength conversion element, and the plurality of electrodes A voltage control unit that adjusts a polarization reversal period between the spontaneous polarization and the reversal polarization in a portion corresponding to each of the plurality of optical paths, and the wavelength selection element is selected according to an incident position of the fundamental light The wavelength control light is different, and the voltage control unit is arranged in contact with the position corresponding to each optical path according to the center wavelength of the light incident on the part corresponding to each optical path in the wavelength conversion element The gist is to apply different voltages to each electrode .
本発明の外部共振型レーザ光源装置では、波長選択素子において、異なる複数の光路を通る複数の基本波光が入射すると、入射位置が異なるので、選択的に透過する光の波長が互いに異なることとなり、低コヒーレンスの光を射出することができる。また、この波長選択素子は入射位置によって選択する光の波長が異なるので、異なる波長の光を選択的に透過させるために波長選択素子自体を回転等駆動させなくてよく、したがって、低コヒーレンスの光を安定的に射出することができる。 In the external resonance type laser light source device of the present invention, when a plurality of fundamental light beams passing through a plurality of different optical paths are incident on the wavelength selection element, the incident positions are different, and therefore the wavelengths of selectively transmitted light are different from each other. Low coherence light can be emitted. Further, since the wavelength of the light to be selected differs depending on the incident position, the wavelength selection element itself does not have to be rotated or rotated in order to selectively transmit light of different wavelengths. Can be stably injected.
上記外部共振型光源装置において、前記波長選択素子は、前記基本波光の入射角が同一であれば、同一の波長の光を選択的に透過する構成を有しており、前記複数の基本波光の入射位置のうち、少なくとも2つの入射位置において、前記基本波光の入射角が互いに異なるようにしてもよい。 In the external resonance light source device, the wavelength selection element has a configuration that selectively transmits light of the same wavelength as long as the incident angle of the fundamental wave light is the same. Of the incident positions, at least two incident positions may have different incident angles of the fundamental light.
このようにすることで、波長選択素子において、基本波光の少なくとも2つの入射位置における入射角が互いに異なることとなるので、これら2つの基本波光の中から選択的に透過される光の波長を互いに異なるものとすることができる。 In this way, in the wavelength selection element, the incident angles at at least two incident positions of the fundamental wave light are different from each other. Therefore, the wavelengths of light selectively transmitted from these two fundamental wave lights are mutually different. Can be different.
上記外部共振型レーザ光源装置において、前記波長選択素子は、前記基本波光の入射面が曲がっているようにしてもよい。 In the external resonance type laser light source device, the wavelength selection element may be configured such that an incident surface of the fundamental light is bent.
このようにすることで、波長選択素子において、少なくとも2つの入射位置における入射角が互いに異なるようにすることができる。 By doing in this way, in the wavelength selection element, the incident angles at at least two incident positions can be made different from each other.
上記外部共振型レーザ光源装置は、さらに、前記基本波光を入射して、波長を変換する波長変換素子を備え、前記波長変換素子は、前記基本波光の入射位置ごとに、その入射位置に対応する前記波長選択素子の入射位置において選択的に透過される光の波長に応じて、波長変換を行うようにしてもよい。 The external resonance type laser light source device further includes a wavelength conversion element that receives the fundamental wave light and converts the wavelength, and the wavelength conversion element corresponds to the incident position for each incident position of the fundamental wave light. Wavelength conversion may be performed in accordance with the wavelength of light that is selectively transmitted at the incident position of the wavelength selection element.
このようにすることで、波長選択素子によって、選択して透過される複数の光の波長を、互いに異なるものとした場合に、これら複数の透過光について、それぞれ波長変換素子において適切に波長変換させることができる。それゆえ、例えば、赤外線である基本波光を1/2の波長の光(緑色光等)に変換しつつ、波長変換後の光のコヒーレンスを低減することが可能となる。 In this way, when the wavelengths of the plurality of light selectively transmitted by the wavelength selection element are different from each other, the wavelength conversion element appropriately converts the wavelength of each of the plurality of transmitted lights. be able to. Therefore, for example, it is possible to reduce the coherence of the light after wavelength conversion while converting the fundamental wave light, which is infrared light, into light having a half wavelength (green light or the like).
なお、本発明は、上述した外部共振型レーザ光源装置としての構成の他、上記外部共振型レーザ光源装置を備えるモニタ装置や画像表示装置としても構成することができる。 The present invention can be configured as a monitor device or an image display device including the external resonance laser light source device in addition to the configuration as the external resonance laser light source device described above.
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
B.第2の実施例:
C.第3の実施例:
D.第4の実施例:
E.第5の実施例:
F.第6の実施例:
G.第7の実施例:
H.第8の実施例:
I.第9の実施例:
J.第10の実施例:
K.第11の実施例:
L.第12の実施例:
M.変形例:
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:
E. Fifth embodiment:
F. Sixth embodiment:
G. Seventh embodiment:
H. Eighth embodiment:
I. Ninth embodiment:
J. et al. Tenth embodiment:
K. Eleventh embodiment:
L. Twelfth embodiment:
M.M. Variations:
A.第1の実施例:
図1は、本発明の一実施例としてのレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100は、外部共振型のレーザ光源装置であって、半導体レーザアレイ20と、バンドパスフィルタ30と、出力ミラー50と、を備えている。半導体レーザアレイ20は、レーザ素子21〜24がX軸方向に一列に並ぶ一次元のアレイ構造を有する。各レーザ素子21〜24は、面発光型のレーザ素子であり、それぞれ、共振用ミラー25と、内部共振用ミラー26と、クラッド層及び活性層等からなるレーザ媒質27と、を備えている。各レーザ素子21〜24は、共振用ミラー25と内部共振用ミラー26との間で共振(以下、「内部共振」と呼ぶ)して得られるレーザ光(以下、「基本レーザ光」と呼ぶ。ただし、完全な共振ではなく非常に弱い共振により得られた自然放出に近い光も含む)をY軸方向に射出する。なお、共振用ミラー25は、全反射ミラーである。また、内部共振用ミラー26は、内部共振した光の一部を透過して基本レーザ光の出力窓の役割を果たす。基本レーザ光は、中心波長が635nmであって所定の帯域幅を有する赤色光である。なお、半導体レーザアレイ20が備えるレーザ素子の数は4つに限らず、任意の数であってもよい。出力ミラー50は、各レーザ素子21〜24の有する共振用ミラー25と対をなして外部共振器を構成する。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a laser light source device as one embodiment of the present invention. The laser
ここで、外部共振型レーザ光源装置100における「外部共振型」とは、半導体レーザアレイ20から射出される光を、半導体レーザアレイ20の外部に設けた共振器によって共振させて増幅する方式であることを示す。すなわち、レーザ光源装置100は、各面発光レーザ素子21〜24から射出される基本レーザ光を、出力ミラー50と共振用ミラー25とで構成される外部共振器を用いて更に共振して増幅させ、より高い出力のレーザ光として射出する。具体的には、各レーザ素子21〜24から射出した基本レーザ光W11〜W14のうち、所定の波長の光W21〜W41が、バンドパスフィルタ30において選択的に透過する。光W21〜W24は、出力ミラー50においてその大部分が反射され、反射光R21〜R24となって、バンドパスフィルタ30を介して再び各レーザ素子21〜24に入射する。レーザ素子21〜24に戻ってきたレーザ光は、共振用ミラー25で反射して、光R11〜R14として基本レーザ光W11〜W14と共に半導体レーザアレイ20から射出する。
Here, the “external resonance type” in the external resonance laser
バンドパスフィルタ30は、ガラス基板に誘電体薄膜(TiO2層やSiO2層など)を複数重ねた多層膜フィルタである。例えばエタロン板のように、一般に多層膜フィルタは平面板状であるが、このバンドパスフィルタ30は、平面板がY軸方向に湾曲した形状を有している。かかる形状のバンドパスフィルタ30は、例えば、予め湾曲させておいたガラス基板に、誘電体薄膜を蒸着することで生成することができる。バンドパスフィルタ30では、入射する光W11〜W14(中心波長が635nmの所定の帯域幅を有する赤色光)に含まれる光のうち、所定の波長の光を選択的に透過する。
The
図2(A)は、図1に示すバンドパスフィルタ30の透過特性を模式的に示す説明図である。バンドパスフィルタ30は、一般的なバンドパスフィルタと同様に、入射する光の入射角度に応じて透過光の中心波長が異なる特性を有している。具体的には、入射角が0°の場合(入射面に垂直に入射した場合)、透過光の中心波長は635nmであり、波長が635nmの光を100%透過する。そして、図2(A)の例では、入射角がθ1,θ2,θ3,θ4と大きくなるに従って、透過光の中心波長は634.8nm,634nm,633.5nm,630nmと短くなっている。
FIG. 2A is an explanatory diagram schematically showing the transmission characteristics of the
図2(B)は、図1に示す出力ミラー50の反射特性を模式的に示す説明図である。出力ミラー50は、波長が630nm〜640nmの光は98%以上の反射率で反射する。特に、波長が635nmの光は99%反射する。
FIG. 2B is an explanatory diagram schematically showing the reflection characteristics of the
なお、上述した基本レーザ光W11〜W14は、請求項における基本波光に相当する。また、各レーザ素子21〜24内部の共振用ミラー25は、請求項における第1のミラーに、出力ミラー50は、請求項における第2のミラーに、それぞれ相当する。
The basic laser beams W11 to W14 described above correspond to the fundamental wave light in the claims. The resonance mirror 25 in each
図3は、図1に示すレーザ光源装置100を、バンドパスフィルタ30における4つの光軸を含むラインL1で切断した断面図である。なお、反射光R11〜R14は、図示の便宜上省略している。レーザ素子21から射出した基本レーザ光W11は、バンドパスフィルタ30に角度θ1で入射する。また、レーザ素子22から射出した基本レーザ光W12は角度θ2で、レーザ素子23から射出した基本レーザ光W13は角度θ3で、レーザ素子24から射出した基本レーザ光W14は角度θ4で、それぞれ、バンドパスフィルタ30に入射する。なお、角度θ1〜θ4は、図2(A)に示すθ1〜θ4と同じである。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the laser
基本レーザ光W11は角度θ1でバンドパスフィルタ30に入射するので、バンドパスフィルタ30において選択的に透過される光W21は、図2(A)に示すように、ほとんどが波長634.8nmの光となる。そして、かかる光W21は、図2(B)に示すように、出力ミラー50において、98%以上反射されて(光R21)、レーザ光の増幅に供される。一方、出力ミラー50において、光W21はその1%〜2%が透過してレーザ光源装置100から射出される。このようにして、外部共振して増幅された光の一部がレーザ光W41として、レーザ光源装置100から射出される。従って、レーザ光W41の波長(中心波長)は、634.8nmである。
Since the basic laser light W11 is incident on the
同様にして、基本レーザ光W12については、角度θ2でバンドパスフィルタ30に入射するので、光W22は、ほとんどが波長634nm(図2(A)参照)の光となる。そして、中心波長634nmのレーザ光W42がレーザ光源装置100から射出される。基本レーザ光W13については、角度θ3でバンドパスフィルタ30に入射するので、光W23は、ほとんどが波長633.5nm(図2(A)参照)の光となる。そして、中心波長633.5nmのレーザ光W43がレーザ光源装置100から射出される。基本レーザ光W14については、角度θ4でバンドパスフィルタ30に入射するので、光W24は、ほとんどが波長630nm(図2(A)参照)の光となる。そして、中心波長630nmのレーザ光W44がレーザ光源装置100から射出される。
Similarly, since the basic laser light W12 is incident on the
このようにして、レーザ光源装置100では、各レーザ素子21〜24から射出された基本レーザ光W11〜W14が共振して増幅され、レーザ光W41〜W44としてレーザ光源装置100から射出される。このとき、各レーザ光W41〜W44の中心波長は、634.8nm,634nm,633.5nm,630nmと、それぞれ異なることとなる。従って、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができ、かかるレーザ光W41〜W44を照射した場合において、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
Thus, in the laser
B.第2の実施例:
図4は、第2の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100aは、バンドパスフィルタ30aの形状が異なる点において、図1に示すレーザ光源装置100と異なり、他の構成については、第1の実施例と同じである。第1の実施例におけるバンドパスフィルタ30(図1)は、平面板がY軸方向に湾曲した形状を有していたのに対して、バンドパスフィルタ30aは、平面板がねじれた形状を有している。
B. Second embodiment:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the laser light source device in the second embodiment. The laser
図5は、図4に示すレーザ光源装置100aを、バンドパスフィルタ30aにおける4つの光軸を含むラインL2で切断した断面図である。なお、反射光R11〜R14,R21〜24は、図示の便宜上省略している。バンドパスフィルタ30aはねじれているために、基本レーザ光W11〜W14は、バンドパスフィルタ30aに対して垂直に入射しない。具体的には、基本レーザ光W11は、入射角θ11でバンドパスフィルタ30aに入射する。また、基本レーザ光W12は入射角θ12で、基本レーザ光W13は入射角θ13で、基本レーザ光W14は入射角θ14で、それぞれバンドパスフィルタ30aに入射する。ここで、バンドパスフィルタ30aのねじれがX軸方向について非対称であれば、θ11〜θ14は、それぞれ異なる角度となり得る。この場合、入射角がそれぞれ異なるので、バンドパスフィルタ30aを透過する光W21〜W24の波長は、互いに異なる波長λ11〜λ14となる。従って、出力ミラー50を透過してレーザ光源装置100aから射出されるレーザ光W41〜W44は、互いに異なる中心波長(λ11〜λ14)の光となる。それゆえ、第1の実施例と同様に、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができ、レーザ光W41〜W44を照射した場合において、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the laser
また、バンドパスフィルタ30aは、バンドパスフィルタ30(図1)のように、平面板の一端がY軸方向に持ち上がって湾曲した形状ではなく、平面板の2つの隅がY軸方向に持ち上がってねじれた形状である。従って、バンドパスフィルタ30a全体としてのY軸方向の厚みは、バンドパスフィルタ30全体としてのY軸方向の厚みに比べて薄くなり、レーザ光源装置全体としてのサイズを、第1の実施例に比べてより小さくすることができる。
Further, unlike the bandpass filter 30 (FIG. 1), the
C.第3の実施例:
図6は、第3の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100bは、バンドパスフィルタ30bの形状が異なる点において、図1に示すレーザ光源装置100と異なり、他の構成については、第1の実施例と同じである。第1の実施例におけるバンドパスフィルタ30(図1)は、平面板がY軸方向に湾曲した形状を有していたのに対して、バンドパスフィルタ30bは、Y軸方向に折れ曲がった形状を有している。なお、かかるバンドパスフィルタ30bは、例えば、予め折り曲げておいた平面板状のガラス基板に誘電膜を蒸着することで生成することができる。
C. Third embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the laser light source device in the third embodiment. This laser
図7は、図6に示すレーザ光源装置100bを、バンドパスフィルタ30bにおける4つの光軸を含むラインL3で切断した断面図である。なお、反射光R11〜R14,R21〜24は、図示の便宜上省略している。バンドパスフィルタ30bは、折り曲がっているために、基本レーザ光W11〜W14の入射角は、それぞれ異なることとなる(θ21〜θ24)。入射角がそれぞれ異なるので、バンドパスフィルタ30aを透過する光W21〜W24の波長(中心波長)は、互いに異なる波長λ21〜λ24となる。従って、出力ミラー50を透過してレーザ光源装置100bから射出されるレーザ光W41〜W44は、互いに異なる中心波長(λ21〜λ24)の光となる。それゆえ、上述した各実施例と同様に、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができ、レーザ光W41〜W44を照射した場合において、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the laser
D.第4の実施例:
図8は、第4の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100cは、バンドパスフィルタ30cの形状が異なる点において、図1に示すレーザ光源装置100と異なり、他の構成については、第1の実施例と同じである。第1の実施例におけるバンドパスフィルタ30(図1)は、平面板がY軸方向に湾曲した形状を有していたのに対して、バンドパスフィルタ30cは、階段状の形状を有している。具体的には、バンドパスフィルタ30cは、ガラス基板39bと、ガラス基板39b上に形成された誘電体薄膜層39aと、を備え、誘電体薄膜層39aの厚みの異なる4つの領域S1,T1,U1,V1を有している。各領域S1〜V1における誘電体薄膜層39aの厚みは、領域S1,T1,U1,V1の順番に大きくなっている。このようなバンドパスフィルタ30cは、例えば、予め誘電体薄膜の厚みが異なるように生成しておいた4つのフィルタを、X軸方向に貼り合わせて生成することができる。若しくは、同一のガラス基板上において、各領域S1〜V1毎に、誘電体薄膜の厚みが異なるように蒸着を行って生成することができる。
D. Fourth embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the laser light source device in the fourth embodiment. This laser
レーザ光源装置100cでは、基本レーザ光W11は領域S1に入射し、また、基本レーザ光W12は領域T1に、基本レーザ光W13は領域U1に、基本レーザ光W14は領域V1に、それぞれ入射する。一般にバンドパスフィルタでは、誘電体薄膜の厚みが大きいほど選択的に透過する光の波長は長くなり、膜の厚みが小さいほど選択的に透過する光の波長は短くなる。従って、レーザ光源装置100cでは、各領域S1〜V1を透過した光W21〜W24の中心波長λ31〜λ34は、波長λ31,λ32,λ33,λ34の順番に長くなる。従って、出力ミラー50を透過してレーザ光源装置100cから射出されるレーザ光W41〜W44も、互いに異なる中心波長(λ31〜λ34)の光となる。それゆえ、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができ、レーザ光W41〜W44を照射した場合において、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
In the laser
E.第5の実施例:
図9は、第5の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100dは、バンドパスフィルタ30dの形状が異なる点において、図8に示すレーザ光源装置100cと異なり、他の構成については、第4の実施例と同じである。第4の実施例におけるバンドパスフィルタ30c(図8)は、誘電体薄膜層39aの厚みが異なる4つの領域によって階段状の形状を有していた。これに対してバンドパスフィルタ30dは、誘電体薄膜層39aの厚みが異なる4つの領域(S2,T2,U2,V2)を有している点は同じであるが、各領域S2〜V2において誘電体薄膜層39aの厚みがX方向に連続的に変化している点において、バンドパスフィルタ30cと異なる。具体的には、領域S2,T2,U2,V2の順番に誘電体薄膜層39aの厚みが大きくなると共に、各領域S2〜V2内においても、+X方向に徐々に誘電体薄膜層39aの厚みが大きくなっている。このようなバンドパスフィルタ30dは、例えば、ガラス基板39bに対して斜め方向から誘電体薄膜を蒸着させるようにして生成することができる。
E. Fifth embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the laser light source device in the fifth embodiment. This laser
レーザ光源装置100dでは、基本レーザ光W11は領域S2に入射し、また、基本レーザ光W12は領域T2に、基本レーザ光W13は領域U2に、基本レーザ光W14は領域V2に、それぞれ入射する。誘電体薄膜層39aの厚みは、領域S2,T2,U2,V2の順番に大きくなっているので、各領域S2〜V2を透過した光W21〜W24の中心波長λ41〜λ44は、波長λ41,λ42,λ43,λ44の順番に長くなっている。このように、レーザ光源装置100dにおいても第3の実施例と同様に、レーザ光源装置100dを透過した光W41〜W44の中心波長は、互いに異なる波長となる。従って、出力ミラー50を透過してレーザ光源装置100dから射出されるレーザ光W41〜W44も、互いに異なる中心波長(λ41〜λ44)の光となる。それゆえ、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができ、レーザ光W41〜W44を照射した場合において、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
In the laser
F.第6の実施例:
図10は、第6の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100eは、波長変換素子40と、ペルチェ素子61と、温度センサ62a〜62dと、温度制御部63と、を備えている点において、図1に示すレーザ光源装置100と異なる。波長変換素子40は、第2高調波発生(SHG:Second Harmonic Generation)の現象、すなわち、2個の光子が2倍の振動数をもつ1つの光子に変換される(1/2の波長の光に変換される)2次の非線形光学現象を引き起こす素子であり、強誘電体材料に分極反転構造が形成されたものである。例えば、波長変換素子40として、PPLN(Periodically Poled LiNb3)を用いることができる。なお、この分極反転構造における自発分極と反転分極との分極反転周期(ドメインピッチ)は、初期状態では波長変換素子40内において均一であるものとする。波長変換素子40は、バンドパスフィルタ30eと、出力ミラー50aと、の間に配置されている。そして、波長変換素子40は、バンドパスフィルタ30eにおいて選択的に透過された光W21〜W24を入射して、それぞれ1/2の波長に変換して、光W31〜W34を射出する。
F. Sixth embodiment:
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the laser light source apparatus in the sixth embodiment. This laser
ペルチェ素子61は、波長変換素子40の1つの側面に接着されている。温度センサ62aは、波長変換素子40上の光W31の光軸付近に設置されている。同様にして、温度センサ62bは波長変換素子40上の光W32の光軸付近に、温度センサ62cは波長変換素子40上の光W33の光軸付近に、温度センサ62dは波長変換素子40上の光W34の光軸付近に、それぞれ設置されている。
The
温度制御部63は、ペルチェ素子61に給電すると共に、ペルチェ素子61に流れる電流を制御する。ペルチェ素子61は、接着されている波長変換素子40を冷却するので、温度制御部63は、ペルチェ素子61に流れる電流を制御することで、波長変換素子40の温度を制御することができる。また、温度制御部63は、温度センサ62a〜62dと接続されており、これらの温度センサ62a〜62dから通知される温度測定値に基づき、波長変換素子40が一定の温度分布を維持するようにペルチェ素子61を制御することができる。なお、ペルチェ素子61に代えて、または、ぺルチェ素子61と共に、ヒータを用いて波長変換素子40が所定の温度分布となるように制御することもできる。
The
ここで、レーザ光源装置100eにおいて、半導体レーザアレイ20aが備える各レーザ素子21a〜24aの出力特性は、レーザ光源装置100(図1)におけるレーザ素子21〜24の出力特性と異なる。また、レーザ光源装置100eにおいて、バンドパスフィルタ30eの透過特性は、バンドパスフィルタ30(図1)の透過特性と異なる。また、レーザ光源装置100eにおいて、出力ミラー50aの反射特性は、出力ミラー50(図1)の反射特性と異なる。
Here, in the laser
具体的には、レーザ素子21a〜24aは、レーザ素子21〜24(図1)と異なり、中心波長が1065nmの所定の帯域幅を有する赤外光を射出する。したがって、レーザ光源装置100eでは、レーザ素子21a〜24aから射出した赤外光を波長変換素子40において1/2の波長の光(532.5nm程度の緑色光)に変換して射出する。なお、レーザ素子21a〜24aの詳細構成については、図1に示すレーザ素子21〜24の詳細構成と同様である。
Specifically, unlike the
図11(A)は、図10に示すバンドパスフィルタ30eの透過特性を模式的に示す説明図である。バンドパスフィルタ30eは、バンドパスフィルタ30(図1)と同様に、入射角に応じて透過光の中心波長が異なる特性を有している。例えば、入射角0°の場合には、透過光の中心波長は1065nmであり、波長が1065nmの光を100%透過する。そして、図11(A)の例では、入射角がθ31,θ32,θ33,θ34と、大きくなるに従って、透過光の中心波長は1064nm,1063nm,1062nm,1061nmと短くなっている。
FIG. 11A is an explanatory diagram schematically showing the transmission characteristics of the
図11(B)は、図10に示す出力ミラー50aの反射特性を模式的に示す説明図である。出力ミラー50aは、波長が1061nm〜1069nmの光を100%反射する。なお、波長が532.5nmよりも短い光については、5%以下の反射率であり、95%程度は透過する。
FIG. 11B is an explanatory diagram schematically showing the reflection characteristics of the
図12は、図10に示すレーザ光源装置100eを、バンドパスフィルタ30eにおける4つの光軸を含むラインL4で切断した断面図である。なお、反射光R11〜R14,R21〜24は、図示の便宜上省略している。レーザ素子21aから射出した基本レーザ光W11は、バンドパスフィルタ30eに角度θ31で入射する。また、レーザ素子22aから射出した基本レーザ光W12は角度θ32で、レーザ素子23aから射出した基本レーザ光W13は角度θ33で、レーザ素子24aから射出した基本レーザ光W14は角度θ34で、それぞれ、バンドパスフィルタ30eに入射する。なお、角度θ31〜θ34は、図11に示すθ31〜θ34と同じである。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the laser
基本レーザ光W11は角度θ31でバンドパスフィルタ30eに入射するので、バンドパスフィルタ30eにおいて選択的に透過される光W21は、図11(A)に示すように、ほとんどが波長1064nmの光となる。そして、光W21(図12)は、一部が波長変換素子40において1/2の波長の光、すなわち波長が532nmの光に変換される。なお、波長変換素子40における変換効率は100%ではないので、波長変換後の光(波長=532nm)と共に、変換前の元の光(波長=1064nm)も波長変換素子40を透過して、光W31として出力ミラー50aに入射する。
Since the basic laser light W11 is incident on the
同様にして、基本レーザ光W12については、角度θ32でバンドパスフィルタ30eに入射するので、バンドパスフィルタ30eにおいて選択的に透過される光W22は、ほとんどが波長1063nmの光となる(図11(A)参照)。そして、光W22は、一部が波長変換素子40において波長が531.5nmの光に変換される。また、基本レーザ光W13(図12)については、角度θ33でバンドパスフィルタ30eに入射するので、バンドパスフィルタ30eにおいて選択的に透過される光W23は、ほとんどが波長1062nmの光となる(図11(A)参照)。そして、光W23は、一部が波長変換素子40において波長が531nmの光に変換される。また、基本レーザ光W14(図12)については、角度θ34でバンドパスフィルタ30eに入射するので、バンドパスフィルタ30eにおいて選択的に透過される光W24は、ほとんどが波長1061nmの光となる。そして、光W24は、一部が波長変換素子40において波長が530.5nmの光に変換される(図11(A)参照)。
Similarly, since the basic laser light W12 is incident on the
ここで、波長変換素子40は、波長変換の対象となる光の波長に温度依存性が認められる。すなわち、或る温度においては、その温度で定まる所定の波長の光について、高効率で波長変換を行う。これは、波長変換素子40(SHG)の特性として、熱膨張によって屈折率が変化すると共に、自発分極と反転分極との分極反転周期(ドメインピッチ)が変化することで、高効率で波長変換を行う対象となる光の波長が異なることとなるからである。上述したように、波長変換素子40に入射する光W21〜W24は、互いに少しずつ中心波長が異なっている。したがって、それぞれの光W21〜W24について適切に波長変換を行うために、温度制御部63は、波長変換素子40における温度分布を以下のごとくなるように、ペルチェ素子61を制御する。
Here, in the
すなわち、図12に示すように、光W21が入射(光W31が射出)する領域において、最も温度が高くなるようにする。そして、+X方向に向かうに従って、温度が低くなるような温度勾配を付けて、光W24が入射(光W34が射出)する領域において、最も温度が低くなるようにする。このようにすることで、各光W21〜W24が入射する位置において、各光W21〜W24が高効率で波長変換されるようにすることができる。なお、波長変換素子40における具体的な温度分布については、予め実験等により求めておき、温度制御部63に設定しておく。
That is, as shown in FIG. 12, the temperature is made highest in the region where the light W21 is incident (the light W31 is emitted). Then, a temperature gradient is provided so that the temperature decreases as it goes in the + X direction, so that the temperature becomes the lowest in the region where the light W24 is incident (the light W34 is emitted). By doing in this way, each light W21-W24 can be wavelength-converted with high efficiency in the position where each light W21-W24 injects. A specific temperature distribution in the
波長変換素子40(図12)から射出した光W31のうち、波長が532nmの光は、出力ミラー50aにおいてほとんど(95%以上)が透過して(図11(B)参照)、レーザ光W41としてレーザ光源装置100eの外部に射出することとなる。一方、光W31に含まれる波長が1064nmの光は、出力ミラー50aにおいて100%反射されてレーザ光の増幅に供されることとなる。同様にして、光W32のうち、波長が531.5nmの光は、出力ミラー50aにおいてほとんどが透過して、レーザ光W42としてレーザ光源装置100eの外部に射出することとなる。一方、光W32に含まれる波長が1063nmの光は、出力ミラー50aにおいて100%反射されてレーザ光の増幅に供されることとなる。また、光W33のうち、波長が531nmの光は、出力ミラー50aにおいてほとんどが透過して、レーザ光W43としてレーザ光源装置100eの外部に射出することとなる。一方、光W33に含まれる波長が1062nmの光は、出力ミラー50aにおいて100%反射されてレーザ光の増幅に供されることとなる。また、光W34のうち、波長が530.5nmの光は、出力ミラー50aにおいてほとんどが透過して、レーザ光W44としてレーザ光源装置100eの外部に射出することとなる。一方、光W34に含まれる波長が1061nmの光は、出力ミラー50aにおいて100%反射されてレーザ光の増幅に供されることとなる。
Of the light W31 emitted from the wavelength conversion element 40 (FIG. 12), most of the light having a wavelength of 532 nm is transmitted through the
以上のように、レーザ光源装置100eでは、各レーザ素子21a〜24aから射出された赤外光である基本レーザ光が共振して増幅されると共に、波長変換素子40において波長変換されて緑色のレーザ光W41〜W44として射出される。このとき、各レーザ光W41〜W44の波長は、532nm,531.5nm,531nm,530.5nmと、それぞれ異なることとなる。従って、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができ、かかるレーザ光W41〜W44を照射した場合において、スペックルノイズの発生を抑制することができる。また、レーザ光源装置100eでは、波長変換素子40をペルチェ素子61で冷却することで、波長変換素子40の温度分布を一定に維持するように制御しているので、入射する各光W21〜W24の波長に応じて高効率で波長変換を行うことができる。
As described above, in the laser
G.第7の実施例:
図13は、第7の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100fは、ペルチェ素子61と温度センサ62a〜62dと温度制御部63とを備えていない点、及び、波長変換素子40aの内部構造が異なる点において、図10に示すレーザ光源装置100eと異なり、他の構成については、第6の実施例と同じである。
G. Seventh embodiment:
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the laser light source device in the seventh embodiment. The laser
上述した第6の実施例における波長変換素子40の分極反転周期(ドメインピッチ)は、初期状態において均一であった。これに対して、波長変換素子40aのドメインピッチは、初期状態において不均一となっている。具体的には、波長変換素子40aは、ドメインピッチが異なる4つの領域S3,T3,U3,V3を有しており、各領域S3,T3,U3,V3のドメインピッチは、この順番で短くなっている。各領域S3〜V3におけるドメインピッチは、各領域S3〜V3に入射される光W21〜W24の波長に応じて定められている。すなわち、領域S3におけるドメインピッチは、波長1064nmの光を対象として高効率で波長変換を行うように設定されている。同様にして、領域T3におけるドメインピッチは波長1063nmの光を、領域U3におけるドメインピッチは波長1062nmの光を、領域V3におけるドメインピッチは波長1061nmの光を、それぞれ対象として高効率で波長変換を行うように設定されている。なお、各領域S3〜V3における具体的なドメインピッチは、実験により定められている。
The polarization inversion period (domain pitch) of the
このように、レーザ光源装置100fでは、波長変換素子40aにおけるドメインピッチが、入射する光W21〜W24の波長に応じた長さとなるように形成されているので、互いに異なる波長の光W21〜W24が入射しても、それぞれの光を高効率で波長変換することができる。また、ドメインピッチを不均一とするために、ペルチェ素子等を用いることがないので、レーザ光源装置100fのサイズをレーザ光源装置100eに比べて小さくすることができる。
In this way, in the laser
H.第8の実施例:
図14は、第8の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100gは、図10に示すペルチェ素子61と温度センサ62a〜62dと温度制御部63とに代えて、電圧制御部71と電極72とを備えている点において、レーザ光源装置100eと異なり、他の構成については第6の実施例におけるレーザ光源装置100eと同じである。上述した第6の実施例では、ぺルチェ素子61を用いて波長変換素子40を冷却することで、波長変換素子40の屈折率を変化させると共にドメインピッチを光W21〜W24の入射位置に応じて変化させていた。これに対して、本実施例では、波長変換素子40に電圧を印加することで、波長変換素子40の屈折率及びドメインピッチを変化させる。
H. Eighth embodiment:
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a laser light source apparatus according to the eighth embodiment. The laser
波長変換素子40は、Y軸方向に自発分極と反転分極とが交互に積層されたドメイン構造を有している。電極72は、波長変換素子40の1つの側面において、反転分極部分に接着されている。なお、電極72が接着された面の反対側の面にも対となる電極(図示省略)が接着されている。そして、これらの対となった電極によって波長変換素子40を挟みこんで反転分極部分に印加することで、波長変換素子40において熱膨張を生じさせる。この熱膨張によって波長変換素子40の屈折率が変化すると共にドメインピッチが変化することとなる。
The
各電極72は、電圧制御部71に接続されており、電圧制御部71は、各電極72における印加電圧を制御する。このとき、電圧制御部71は、印加する電圧を時間変化させる。そうすると、例えば、或る時刻においては、その時刻に波長変換素子40に印加される電圧で定められる屈折率及びドメインピッチによって、光W21(中心波長=1064nm)が波長変換され、その他の光W22〜W24はほとんど波長変換されないこととなる。同様にして、他の時刻においては、光W22〜W24のうち、いずれかの光について波長変換が実行され、その他の光については、ほとんど波長変換されないこととなる。したがって、波長変換素子40において、中心波長の異なる4つの光W21〜W24(波長:1064nm〜1061nm)を入射することとなっても、それぞれの光について、波長変換を行うことが可能となる。それゆえ、中心波長の異なる4つのレーザ光W41〜W44を出力ミラー50aから射出することができ、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減してスペックルノイズの発生を抑制することができる。
Each electrode 72 is connected to a
I.第9の実施例:
図15は、第9の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す説明図である。このレーザ光源装置100hは、電極72a〜72dの形状が異なる点及び電極72a〜72dへの電圧の印加方法が異なる点において、第8の実施例におけるレーザ光源装置100g(図14)と異なり、他の構成については、第8の実施例と同じである。
I. Ninth embodiment:
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a laser light source device according to the ninth embodiment. This laser
具体的には、レーザ光源装置100hでは、電極72aは、光W21が入射する領域S4の反転分極部分において、隣接する電極72bと間隔を空けて設置されている。同様にして、電極72bは光W22が入射する領域T4の反転分極部分において、電極72cは光W23が入射する領域U4の反転分極部分において、電極72dは光W24が入射する領域V4の反転分極部分において、それぞれ隣接する電極と間隔を空けて設置されている。そして、このような構成の下、電圧制御部71は、各電極72a〜72dに対して、それぞれ異なる電圧を印加する。
Specifically, in the laser
具体的には、電圧制御部71は、電極72aには、波長1064nmの光を高効率で波長変換させるような屈折率及びドメインピッチを実現する電圧を印加する。同様にして、電極72bには波長1063nmの光を、電極72cには波長1062nmの光を、電極72dには波長1061nmの光を、それぞれ、高効率で波長変換させるような屈折率及びドメインピッチを実現する電圧を印加する。なお、これらの電圧については、予め実験により測定しておき、電圧制御部71に設定しておく。以上のような構成とすることで、波長変換素子40において、中心波長の異なる4つの光W21〜W24(波長:1064nm〜1061nm)を入射することとなっても、それぞれの光について、波長変換を行うことが可能となる。それゆえ、中心波長の異なる4つのレーザ光W41〜W44を出力ミラー50aから射出することができ、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減してスペックルノイズの発生を抑制することができる。
Specifically, the
J.第10の実施例:
図16は、第10の実施例におけるレーザ光源装置の概略構成を示す断面図である。このレーザ光源装置100iは、波長変換素子40が半導体レーザアレイ20aとバンドパスフィルタ30fとの間に配置されている点において、上述した第6の実施例におけるレーザ光源装置100e(図10)と異なり、他の構成については、第6の実施例と同じである。ここで、バンドパスフィルタ30fの透過特性は、第6の実施例におけるバンドパスフィルタ30e(図10)の透過特性と異なる。また、反射光R11〜R14は、図示の便宜上省略している。
J. et al. Tenth embodiment:
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the laser light source apparatus in the tenth embodiment. This laser
図17は、バンドパスフィルタ30fの透過特性を模式的に示す説明図である。バンドパスフィルタ30fは、透過率が最小値から局域的に100%まで上昇する波長域(以下、「局域透過波長域」と呼ぶ。)が存在する透過特性を有している。そして、この局域透過波長域の中心波長は、入射角に応じて異なる特性を有している。例えば、入射角0°の場合には、局域透過波長域の中心波長は1065nmであるのに対して、角度θ41(>0°)の場合には、局域透過波長域の中心波長は1064nmである。そして、図17の例では、入射角が大きくなるに従って、局域透過波長域の中心波長は短くなり、角度θ44(>θ41)の場合には、局域透過波長域の中心波長は1061nmとなっている。なお、図示の便宜上、入射角が0°以外の場合については、局域透過波長域のみを破線で示しているが、局域透過波長域以外のグラフの形状は、入射角0°の場合と同様である。また、図示は省略しているが、入射角度がθ42(θ44<θ42<θ41)の場合に局域透過波長域の中心波長は1063nmであり、θ43(θ44<θ43<θ42)の場合に局域透過波長域の中心波長は1062nmであるものとする。そして、バンドパスフィルタ30fは、1061nmよりも十分に短い波長では、入射角に関わらず透過率はほぼ100%となっている。図17の例では、1061nmの1/2の波長の532.5nmでは、透過率はほぼ100%となっている。
FIG. 17 is an explanatory diagram schematically showing the transmission characteristics of the
レーザ素子21a(図16)から射出された光W11(中心波長=1064nm)は、波長変換素子40において、その一部を波長変換される。従って、光W21には、波長変換後の光(波長=532nm)と共に、変換前の元の光(波長=1064nm)が含まれる。この光W21は、バンドパスフィルタ30fに入射角θ41で入射する。それゆえ、図17に示すように、光W21に含まれる波長が1064nmの光と波長が532nmの光とは、いずれもバンドパスフィルタ30fを透過して、光W21として出力ミラー50aに向かう。出力ミラー50aの反射特性は、図11(B)に示すように、波長が1064nmの光については100%の反射率であり、波長が532nmの光については5%未満の反射率となっている。それゆえ、バンドパスフィルタ30fから射出された光W21のうち、波長が1064nmの光は、出力ミラー50aで反射されて反射光R21としてバンドパスフィルタ30fに向かい、レーザ光の増幅に供される。一方、バンドパスフィルタ30fから射出された光21のうち、波長が532nmの光は、出力ミラー50aを透過して、レーザ光W41として、レーザ光源装置100iの外部へと射出する。
A part of the light W 11 (center wavelength = 1064 nm) emitted from the
同様にして、レーザ素子22a〜24aから射出された光W12〜W14についても、波長変換素子40において一部が波長変換され、光W22〜W24としてバンドパスフィルタ30fに入射する。光W22〜W24のバンドパスフィルタ30fへの入射角θ42〜θ44においては、それぞれの光W22〜W24に含まれる波長変換前の光と、波長変換後の光(1/2波長の光)とは、いずれもほとんどが透過して光W22〜W24として出力ミラー50aに入射する。そして、波長変換前の光はほとんどが出力ミラー50aにおいて反射されて(光R22〜R24)、レーザ光の増幅に利用される。一方、波長変換後の光は、出力ミラー50aを透過して、レーザ光W42〜W44としてレーザ光源装置100iの外部へと射出する。
Similarly, part of the light W12 to W14 emitted from the
以上のように、波長変換素子40が半導体レーザアレイ20aとバンドパスフィルタ30fとの間に配置されている構成であっても、波長変換素子40において波長変換された光(可視光)は、出力ミラー50aを透過してレーザ光W41〜W44としてレーザ光源装置100iの外部に射出する。一方、波長変換前の光(赤外光)は、レーザ光の増幅に利用することができる。また、レーザ光源装置100iから射出されるレーザ光W41〜W44は、互いに波長が異なるので、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができる。それゆえ、レーザ光W41〜W44を照射した場合において、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
As described above, even if the
なお、第7〜第9の実施例におけるレーザ光源装置100f,100g,100hの構成において、波長変換素子40の配置位置を、半導体レーザアレイ20aとバンドパスフィルタ30fとの間に変更した構成においても、本実施例と同様にして、レーザ光W41〜W44のコヒーレンスを低減することができ、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
In the configurations of the laser
K.第11の実施例:
図18は、本発明のレーザ光源装置を適用したモニタ装置の概略構成図である。このモニタ装置400は、装置本体410と、光伝送部420と、を備えている。装置本体410は、上述した第1の実施例におけるレーザ光源装置100(図1)を備えている。また、装置本体410は、集光レンズ150と、カメラ411と、を備えている。
K. Eleventh embodiment:
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a monitor device to which the laser light source device of the present invention is applied. The monitor device 400 includes a device
光伝送部420は、光を送る側のライトガイド421と、光を受ける側のライトガイド422と、を備えている。各ライドガイド421,422は、多数本の光ファイバを束ねたものであり、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド421の入射側にはレーザ光源装置100が配置され、他方の射出側には拡散板423が配置されている。光を受ける側のライトガイド422の入射側には結像レンズ424が配置されている。
The
レーザ光源装置100から射出されたレーザ光は、集光レンズ150で集められ、ライトガイド421を伝って拡散板423により拡散されて被写体を照射する。そして、被写体からの反射光は、結像レンズ424に入射して、ライトガイド422を伝ってカメラ411に送られる。このようにして、レーザ光源装置100により射出したレーザ光によって被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像を、カメラ411で撮像することができる。なお、モニタ装置400において、レーザ光源装置100に代えて、上述したレーザ光源装置100a〜100iのいずれかを備えるようにしてもよい。
The laser light emitted from the laser
L.第12の実施例:
図19は、本発明のレーザ光源装置を適用したプロジェクタの概略構成図である。このプロジェクタ500は、赤色光を射出する前述のレーザ光源装置100(図1)と、緑色光を射出する前述のレーザ光源装置100f(図13)と、青色光を射出するレーザ光源装置100jと、を備えている。レーザ光源装置100jは、レーザ光源装置100fと構成がほぼ同じである。具体的には、レーザ光源装置100jは、半導体レーザアレイ20bと、バンドパスフィルタ30gと、波長変換素子40aと、出力ミラー50bと、を備えている。半導体レーザアレイ20bは、中心波長が900nm程度の近赤外線を射出するレーザ素子(図示省略)を備えている。バンドパスフィルタ30gは、中心波長が900nm程度の近赤外線を透過する。波長変換素子40aは、近赤外線を高効率で波長変換を行って中心波長が450nm程度の青色光を射出する。出力ミラー50bは、波長変換後の青色光を透過し、波長変換前の光(中心波長が900nm程度の赤外線)をほぼ反射させる反射特性を有する。そして、レーザ光源装置100jから射出されるレーザ光は、レーザ光源装置100fと同様に、互いに波長が異なり、低コヒーレンスとなっている。
L. Twelfth embodiment:
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a projector to which the laser light source device of the present invention is applied. The projector 500 includes the laser light source device 100 (FIG. 1) that emits red light, the laser
また、プロジェクタ500は、各色光を射出するレーザ光源装置100,100f,100jから射出された各色のレーザ光LBr,LBg,LBbをパソコン(図示省略)等から送られてきた画像信号に応じてそれぞれ変調する液晶ライトバルブ504R,504G,504Bを備えている。また、プロジェクタ500は、液晶ライトバルブ504R,504G,504Bから射出された光を合成するクロスダイクロイックプリズム506と、投写レンズ507と、を備えている。
The projector 500 also outputs the laser beams LBr, LBg, and LBb of the respective colors emitted from the laser
さらに、プロジェクタ500は、各レーザ光源装置100,100f,100jから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源装置100,100f,100jよりも光路下流側に、均一化光学系502R,502G,502Bが配置されている。プロジェクタ500は、これらの均一化光学系502R,502G,502Bによって照度分布が均一化された光で液晶ライトバルブ504R,504G,504Bを照射している。なお、均一化光学系502R,502G,502Bは、例えば、ホログラムとフィールドレンズとの組み合わせによって構成することができる。
Further, the projector 500 makes the illuminance distribution of the laser light emitted from each laser
各液晶ライトバルブ504R,504G,504B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506に入射する。このプリズムは、4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、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。そして、合成された光は投写レンズ507によってスクリーン510上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the liquid crystal
上述したように、各レーザ光源装置100,100f,100jから射出されたレーザ光はコヒーレンスが低くなっている。従って、合成光が投写されるスクリーン510において、スペックルノイズを低減することができる。
As described above, the laser light emitted from each of the laser
M.変形例:
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
M.M. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
M1.変形例1:
上述した各実施例では、レーザ光源装置100〜100jが備えるレーザ素子21〜24,21a〜24aは、一次元のアレイ構造を有するものとしたが、二次元のアレイ構造を有するものであってもよい。また、これらレーザ素子21〜24,21a〜24aは、面発光型のレーザ素子であるものとしたが、面発光型のレーザ素子に代えて、光の共振する方向が基板面に対して平行となる端面発光型のレーザ素子であってもよい。また、光源は、内部共振を行う半導体レーザ素子から成るものでなくとも、内部共振を行わない固体レーザやガスレーザ等を射出するレーザ装置から成るものであってもよい。例えば、光源がYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザ装置で構成される場合、励起用光源(例えば半導体レーザ)からの光をYAG結晶のレーザロッドに照射して得られた光(請求項における基本波光に相当)を、外部共振器で共振して増幅させて射出することとなる。かかる構成においても、複数のYAGレーザ装置から射出されるレーザ光の波長を互いに異なるものとして複数のレーザ光のコヒーレンスを低減することができ、スペックルノイズの発生を抑制することが可能となる。
M1. Modification 1:
In each of the embodiments described above, the
M2.変形例2:
上述した各実施例では、複数のレーザ素子から成るレーザアレイによって、複数の光路を通る光を射出する構成であったが、レーザアレイを用いない構成としてもよい。例えば、1つのレーザ素子から射出したレーザ光をスプリッタ等により、複数の光路に分けて射出する構成としてもよい。かかる構成では、複数のレーザ光同士は、波長も位相もほぼ同じとなってコヒーレンスが高くなる。しかしながら、上述したように、各レーザ光源装置100〜100jでは、これらの複数のレーザ光を、それぞれ異なる中心波長のレーザ光として射出するので、コヒーレンスを低減してスペックルノイズの発生を抑制することができる。
M2. Modification 2:
In each of the above-described embodiments, the configuration is such that the light passing through the plurality of optical paths is emitted by the laser array including a plurality of laser elements, but the configuration may be such that the laser array is not used. For example, the laser light emitted from one laser element may be divided into a plurality of optical paths and emitted by a splitter or the like. In such a configuration, the plurality of laser beams have substantially the same wavelength and phase, and have high coherence. However, as described above, each of the laser
M3.変形例3:
上述した各実施例では、レーザ光源装置100〜100jは、いずれも外部共振型のレーザ光源装置であるものとしたが、外部共振を行わないレーザ光源装置であってもよい。例えば、第1の実施例におけるレーザ光源装置100(図1)において、各レーザ素子21〜24の出力が、外部共振せずとも十分に大きい場合には、出力ミラー50を備えない構成として、外部共振せずにレーザ光を外部に射出するようにしてもよい。この場合、バンドパスフィルタ30を透過した光W21〜W24がレーザ光源装置100から射出されることとなる。上述したように、光W21〜W24の中心波長は互いに異なることとなるので、以上のような構成においてもレーザ光源装置から射出するレーザ光のコヒーレンスを低減して、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
M3. Modification 3:
In each of the above-described embodiments, each of the laser
M4.変形例4:
上述した第12の実施例では、プロジェクタ500における光変調手段としては、液晶ライトバルブを用いるものであったが、液晶ライトバルブに限らず、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス:Texas Instruments社の商標)など、他の任意の変調手段を用いる構成であってもよい。また、上述した第1〜第10の実施例におけるレーザ光源装置100〜100fは、モニタ装置(第11の実施例)及びプロジェクタ(第12の実施例)以外にも、照明装置など、光源を必要とする任意の装置に用いることができる。
M4. Modification 4:
In the twelfth embodiment described above, a liquid crystal light valve is used as the light modulation means in the projector 500, but is not limited to the liquid crystal light valve, but a DMD (digital micromirror device: trademark of Texas Instruments) or the like. A configuration using other arbitrary modulation means may be used. Further, the laser
M5.変形例5:
上述した第1実施例では、バンドパスフィルタ30〜30fに入射する光W11〜W14は、全て入射角度が異なるものとしたが、これらの光W11〜W14のうち、少なくとも2つの光について入射角が異なるようにしてもよい。このようにしても、光W11〜W14の入射角が全て同一である場合に比べて、コヒーレンスを低減することが可能となる。なお、第1の実施例に限らず、第2〜第3の実施例、及び、第6〜第12の実施例においても、少なくとも2つの光について入射角を異なるようにしてもよい。また、第4〜第5の実施例では、誘電体薄膜層39aの厚みを領域S1〜V1のうちの、少なくとも2つの領域において異なるようにしてもよい。
M5. Modification 5:
In the first embodiment described above, the light W11 to W14 incident on the band-
20,20a,20b...半導体レーザアレイ
21〜24,21a〜24a...レーザ素子
25...共振用ミラー
26...内部共振用ミラー
30,30a〜30g...バンドパスフィルタ
39a...誘電体薄膜層
39b...ガラス基板
40,40a...波長変換素子
50,50a,50b...出力ミラー
61...ペルチェ素子
62a〜62d...温度センサ
63...温度制御部
71...電圧制御部
72,72a〜72d...電極
100,100a〜100j...レーザ光源装置
150...集光レンズ
400...モニタ装置
410...装置本体
411...カメラ
420...光伝送部
421,422...ライトガイド
423...拡散板
424...結像レンズ
500...プロジェクタ
502R...均一化光学系
504R...液晶ライトバルブ
506...クロスダイクロイックプリズム
507...投写レンズ
510...スクリーン
20, 20a, 20b ... semiconductor laser array 21-24, 21a-24a ... laser element 25 ... resonance mirror 26 ...
Claims (5)
共振用の第1のミラーと、
外部共振の対象となる基本波光を共振させて得られるレーザ光の一部を透過すると共に、残りの光を前記第1のミラーに向けて反射する共振用の第2のミラーと、
前記第1のミラーと前記第2のミラーとの間に配置されたレーザ媒質と、
前記第1のミラーと前記第2のミラーとの間に配置され、互いに異なる複数の光路をそれぞれ通る複数の前記基本波光を入射して、各基本波光に含まれる所定の波長の光を選択的に透過する波長選択素子と、
前記波長選択素子と前記第2のミラーとの間に配置され、前記複数の光路に沿った方向にそれぞれ自発分極と反転分極とが交互に積層されたドメイン構造を有し、前記基本波光を入射して波長を変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子の表面のうち、前記複数の光路の各々に対応する位置に接して配置された複数の電極と、
前記複数の電極にそれぞれ電圧を印加することにより、前記波長変換素子における前記複数の光路にそれぞれ対応する部分において、前記自発分極と前記反転分極との分極反転周期を調整する電圧制御部と、
を備え、
前記波長選択素子は、前記基本波光の入射位置によって、選択する光の波長が異なり、
前記電圧制御部は、前記波長変換素子における前記各光路に対応する部分に入射される光の中心波長に応じて、前記各光路に対応する位置に接して配置された各電極に対して、互いに異なる電圧を印加する、外部共振型レーザ光源装置。 An external resonant laser light source device,
A first mirror for resonance;
A second mirror for resonance that transmits part of the laser light obtained by resonating the fundamental wave light to be subjected to external resonance, and reflects the remaining light toward the first mirror;
A laser medium disposed between the first mirror and the second mirror;
A plurality of the fundamental light beams that are disposed between the first mirror and the second mirror and respectively pass through a plurality of optical paths different from each other are incident, and light having a predetermined wavelength included in each fundamental light beam is selectively selected. A wavelength selective element that transmits through
It is disposed between the wavelength selection element and the second mirror, and has a domain structure in which spontaneous polarization and inversion polarization are alternately stacked in a direction along the plurality of optical paths, and the fundamental light is incident And a wavelength conversion element for converting the wavelength,
A plurality of electrodes arranged in contact with positions corresponding to each of the plurality of optical paths, of the surface of the wavelength conversion element;
A voltage control unit that adjusts a polarization inversion period between the spontaneous polarization and the inversion polarization in a portion corresponding to each of the plurality of optical paths in the wavelength conversion element by applying a voltage to each of the plurality of electrodes;
With
The wavelength selection element has different wavelengths of light to be selected depending on the incident position of the fundamental light,
The voltage control unit is configured so that each electrode disposed in contact with a position corresponding to each optical path is in accordance with a center wavelength of light incident on a portion corresponding to each optical path in the wavelength conversion element. An external resonant laser light source device that applies different voltages .
前記波長選択素子は、前記基本波光の入射角が同一であれば、同一の波長の光を選択的に透過する構成を有しており、前記複数の基本波光の入射位置のうち、少なくとも2つの入射位置において、前記基本波光の入射角が互いに異なる、
外部共振型レーザ光源装置。 The external resonance type laser light source device according to claim 1,
The wavelength selection element is configured to selectively transmit light having the same wavelength as long as the incident angles of the fundamental light are the same, and at least two of the incident positions of the plurality of fundamental light At the incident position, the incident angles of the fundamental light are different from each other.
External resonant laser light source device.
前記波長選択素子は、前記基本波光の入射面が曲がっている、
外部共振型レーザ光源装置。 In the external resonance type laser light source device according to claim 2,
In the wavelength selection element, the incident surface of the fundamental light is bent.
External resonant laser light source device.
前記外部共振型レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像部と、
を備えるモニタ装置。 An external resonant laser light source device according to any one of claims 1 to 3,
An imaging unit for imaging a subject irradiated by the external resonance type laser light source device;
A monitor device comprising:
前記外部共振型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部と、
前記光変調部により形成された画像を投写する投写光学系と、
を備える画像表示装置。 An external resonant laser light source device according to any one of claims 1 to 3,
A light modulation unit that modulates laser light emitted from the external resonance laser light source device according to an image signal;
A projection optical system for projecting an image formed by the light modulator;
An image display device comprising:
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