レーザ光源装置
【課題】波長変換素子の変換効率の低下を防ぐとともに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができるレーザ光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】固体レーザ素子３４と波長変換素子３５と凸部８０とはそれらを直接接合させて直接接合ＳＨＧ素子１１０として構成され、直接接合ＳＨＧ素子１１０に基本波長の赤外レーザ光の光軸に対して所定量の傾きを持たせ、赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させる傾斜面１００を設けたことを特徴とする。
【解決手段】固体レーザ素子３４と波長変換素子３５と凸部８０とはそれらを直接接合させて直接接合ＳＨＧ素子１１０として構成され、直接接合ＳＨＧ素子１１０に基本波長の赤外レーザ光の光軸に対して所定量の傾きを持たせ、赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させる傾斜面１００を設けたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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いる水銀ランプに比較して、色再現性が良い点、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。
【０００３】
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固体レーザ素子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）。
【０００４】
そして近年、レーザ光源装置の部品点数を低減させレーザ光源装置の小型化やコストダウンを図るために、レーザ光源装置に使用されている固体レーザ素子と波長変換素子とを直接接合させる構造にすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、直接接合された固体レーザ素子と波長変換素子では光軸上のそれぞれの端面は光軸に対して赤外レーザ光の共振路を構成するために垂直に形成されており、すなわち固体レーザ素子と波長変換素子の端面は平行になっているので、固体レーザ素子から出力される赤外レーザ光の共振路上において赤外レーザ光が波長変換素子で変換されて作られた緑色レーザ光と干渉を起こし、波長変換素子の変換効率が低下するという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐとともに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができるレーザ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のレーザ光源装置は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と固体レーザから出力されたレーザ光の波長を１／２に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、直接接合素子の接合面は、赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、傾斜面は、波長変換素子の出力面から反射された赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた変換光の光軸と基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、直接接合された固体レーザ素子と波長変換素子に簡単な構成の断面を設けることで、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐことができる。さらに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができ、構成部品の減少によりレーザ光源装置の組み立てや調整が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像表示装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置の斜視図
【図３】本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の光路を示す概略図
【図４】本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の状況を示す摸式図
【図５】本発明の第２の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図
【図６】本発明の第３の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と固体レーザから出力されたレーザ光の波長を１／２に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、直接接合素子の接合面は、赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、傾斜面は、波長変換素子の出力面から反射された赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた変換光の光軸と基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とするレーザ光源装置であって、固体レーザ素子と波長変換素子が直接接合された一体的な素子に簡単な構成の断面を設けることで、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐことができる。さらに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができ、構成部品の減少によりレーザ光源装置の組み立てや調整が容易になる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、傾きの所定量は、１度以上５度以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置であって、この角度に設定すると、傾斜面で反射する半波長レーザ光の出力方向を元々の光軸方向からずれるのを少なくし緑色レーザ光源装置の出力特性の低下を防ぐとともに、基本波長レーザ光と傾斜面で反射された半波長レーザ光との干渉を少なくすることができ、波長変換素子での変換効率の低下を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、波長変換素子の出力面は凸形状であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置であって、基本波長レーザ光の光軸方向のレーザ光が傾斜面での屈折などで光軸方向からずれても、凸部の曲率形状により元々の光軸へ復元され、基本波長レーザの励起は安定に維持させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、半導体レーザと、固体レーザ素子と直接接合素子とが、１つの基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光源装置であって、この構成を採ることで光軸調整が容易にでき、高出力のレーザ光を出力することができるともに、スラブ形状を取り入れることでレーザ光源装置の光学系を簡素化することや光学系の構成部品を減らすことができ、レーザ光源装置の小型化やコストダウンができる。
【００１５】
以下、本発明のレーザ光源装置について図面を用いて説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であり、技術的に良好な条件の限定が記載されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載が無い限り、これらの条件に限られるものでは無い。
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態における画像表示装置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な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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＦＡＣ（Ｆａｓｔ−ＡｘｉｓＣｏｌｌｉｍａｔｏｒ）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）を出力する固体レーザ素子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）を出力するいわゆるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子である波長変換素子３５と凸部８０が一体的に直接接合された直接接合ＳＨＧ素子１１０（この詳細ついては後述する）、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。
【００２６】
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。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置の斜視図である。
【００２８】
図２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、そして直接接合ＳＨＧ素子１１０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。
【００２９】
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、光出力面を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。
【００３０】
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。
【００３１】
固体レーザ素子３４と波長変換素子３５と凸部８０（図１参照）からなる直接接合ＳＨＧ素子１１０は、直接接合ＳＨＧ素子ホルダ５８に保持される。この直接接合ＳＨＧ素子ホルダ５８は、直接接合ＳＨＧ素子１１０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。直接接合ＳＨＧ素子１１０は位置調整作業の前に直接接合ＳＨＧホルダ５８に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、直接接合ＳＨＧ素子ホルダ５８と基台３８とが接着剤で互いに固定される。これにより、半導体レーザ３１から出力されたレーザ光の光軸とＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３や直接接合ＳＨＧ素子１１０との光軸調整が容易にでき、高出力の緑色レーザ光を出力することができる。
【００３２】
次に、図３と図４を用いて緑色レーザ光源装置２のレーザ光の挙動について詳細に説明する。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の光路を示す概略図で、図４は、本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の状況を示す摸式図である。
【００３４】
図３に示すように、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（図３の一点鎖線）を出力する。ＦＡＣレンズ３２は波長８０８ｎｍの励起用レーザ光の縦方向の拡がりを低減し、ロッドレンズ３３は波長８０８ｎｍの励起用レーザ光の横方向の拡がりを低減する。
【００３５】
固体レーザ素子３４は、いわゆるセラミック製造法を用いて作られた多結晶であり、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（図３の破線）を出力する。この固体レーザ素子３４は、光の直線透過性の高いイツトリウムアルミニウムガーネットを使用したものである。このイツトリウムアルミニウムガーネットは基本結晶構造が立方構造を有しているので複屈折が無く結晶界面での光散乱が無いという特徴を持つので前述したように光の直線透過性の高い多結晶焼結物として用いられる。また、固体レーザ素子３４のセラミック素子は安価な素子として知られている。
【００３６】
固体レーザ素子３４のロッドレンズ３３に対向する面には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止の機能と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射の機能とを備える膜４２が形成されている。
【００３７】
波長変換素子３５は、強誘電体結晶に分極反転領域と非分極反転領域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。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。
【００３８】
波長変換素子３５は、固体レーザ素子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）を変換して基本波長の１／２である波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光で図３の点線）を出力する。
【００３９】
上述した固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の２つの素子はこれらの相対する傾斜面１００で直接接合されている。いわゆる、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５と凸部８０（凸部に関しては後述する）とは接着剤などを使用しないオプティカルコンタクト（光学接着）で直接接合され、一体的に構成される直接接合ＳＨＧ素子１１０となる。
【００４０】
傾斜面１００は、レーザ光の光軸に垂直な面に対して１度から５度程度傾いた角度を有する平面であり、本実施形態ではこの傾斜角度はおおよそ２度に設定している。この角度に設定すると、傾斜面１００で反射する半波長レーザ光の出力方向を元々の光軸方向からずれるのを少なくし緑色レーザ光源装置２の出力特性の低下を防ぐとともに、基本波長レーザ光と半波長レーザ光との干渉を少なくすることができ、波長変換素子３５での変換効率の低下を防止することができる。
【００４１】
なお、図３および図４において傾斜面１００は右上がりで図示されているが、左上がりでも良い。要するに、傾斜面１００の面が傾斜していることが重要である。
【００４２】
ここで、固体レーザ素子３４の媒質は波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光を通させ、波長変換素子３５の媒質は波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光を通させる。そして、固体レーザ素子３４の媒質と波長変換素子３５の媒質の屈折率の差は大きいほど傾斜面１００の高反射機能という働きが大きくなる。
【００４３】
また、直接接合ＳＨＧ素子１１０のレーザ光出力側の面には凸面形状を有している凸部８０が形成されている。この凸部８０の表面には膜４６が形成されており、膜４６は波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射の機能と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止（透過）の機能とを備える。
【００４４】
凸部８０上に形成された膜４６の曲率作用により波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が光軸から多少ずれても元々の光軸への復元ができるので、固体レーザ素子３４の膜４２と凸部８０の内面との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。
【００４５】
もし凸部８０が凸面でなく平面であると、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が光軸から何らかの原因でずれてしまうと光軸からさらに離れる方向へ行き元々の光軸への復元が困難になってしまう。
【００４６】
凸部８０の曲率Ｒは、共振器の共振モード安定条件を満たすことや共振器内で必要なビーム径を形成することから求められ、媒質の種類や共振器内の波長やビーム径および共振器間隔などより計算される。本実施形態では凸部８０の媒質は屈折率２であるニオブ酸リチウムを使用しているのでこの曲率Ｒはおおよそ４０ｍｍになる。
【００４７】
次に、図４を用いて緑色レーザ光源装置２のレーザ光の光路上での傾斜面１００と凸部８０の機能について説明する。
【００４８】
本実施形態では、波長変換素子３５の屈折率が固体レーザ素子３４の屈折率に比べ大きく、凸部８０の材質が波長変換素子３５のそれと同じものを使用している。もし、波長変換素子３５の屈折率と凸部８０の屈折率が異なる構成を採った場合にはその間に波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止（透過）の機能とを備える膜を形成すれば良い。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、半導体レーザ３１のレーザチップ４１から出力された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、ＦＡＣレンズ３２とロッドレンズ３３を経由し膜４２を通過してセラミックレーザである固体レーザ素子３４部に入射される（ＳＴＥＰ１）。
【００５０】
励起用レーザ光が固体レーザ素子３４に入力されると、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を出力する（ＳＴＥＰ２）。
【００５１】
次に、この固体レーザ素子３４から出力された波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が傾斜面１００を経て波長変換素子３５に入力されると、その基本波長レーザ光の一部が波長変換素子３５によって波長５３２ｎｍのレーザ光（緑色）に波長変換され、凸部８０および膜４６を経て緑色レーザ光源装置２より出力される（ＳＴＥＰ３）。
【００５２】
そして、波長変換素子３５によって変換されなかった波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は膜４６にて反射し、再度波長変換素子３５へ戻っていく。このとき、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の光軸方向のレーザ光が傾斜面１００での屈折などで光軸方向からずれても、凸部８０の曲率形状により元々の光軸へ復元され、基本波長レーザの励起は安定に維持される（ＳＴＥＰ４）。
【００５３】
膜４６で反射し波長変換素子３５へ戻った波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は再度波長変換素子３５によって波長５３２ｎｍのレーザ光（緑色）に波長変換される。そして、波長変換された波長５３２ｎｍのレーザ光は直接接合ＳＨＧ素子１１０内に形成された傾斜面１００で固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の屈折率の相違により反射される。この時、傾斜面１００で反射された波長５３２ｎｍのレーザ光は傾斜面１００の傾斜により元々の光軸方向からずれた方向に進む（図４（ｂ）参照）。
【００５４】
また、波長変換素子３５によって変換されなかった波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の数パーセントほどは傾斜面１００で反射され波長変換素子３５側に戻り、残りは傾斜面１００で屈折して光軸をずらして（図４（ｂ）の光線表示は極端に記載している）固体レーザ素子３４側へと進む（ＳＴＥＰ５）。
【００５５】
このように、傾斜面１００はその両側にある固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の屈折率に関して固体レーザ素子３４の屈折率より波長変換素子３５の屈折率を大きくさせて波長５３２ｎｍのレーザ光を反射させる反射膜の機能を持つ。
【００５６】
固体レーザ素子３４側へ進んだ波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、固体レーザ素子３４の端部にある前述した膜４２で反射し、再度固体レーザ素子３４、波長変換素子３５の方向に戻っていく（ＳＴＥＰ６）。
【００５７】
ここで、固体レーザ素子３４から波長変換素子３５に入力して波長変換素子３５で波長変換されて波長変換素子３５から出力されるレーザ光のビームＢ１と、膜４６で一旦反射されて波長変換素子３５に入力して傾斜面１００で反射されて波長変換素子３５から出力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。
【００５８】
そこで図４（ｂ）に示すように、傾斜面１００は前述したように光軸方向に対して傾斜しているので、傾斜面１００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。一方、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光はその光軸方向からずれても、凸部８０の曲率形状により元々の光軸へ復元される。
【００５９】
すなわち、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００６０】
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。
【００６１】
このように、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５とを一体化した直接接合ＳＨＧ素子１１０はその固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との境界面を傾斜させてオプティカルコンタクトで直接接合させた構造と直接接合ＳＨＧ素子１１０の出力側の端部に凸部形状を有することで、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００６２】
また、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との２つの構成部材を一体化したので、緑色レーザ光源装置２を小型化やコストダウンを図ることができるとともに、緑色レーザ光源装置２の組み立てを容易にし、その調整時間を減らすことができる。さらに、構成部材の一体化で組み立て精度が向上し、それらの位置精度もずれの少ないものにすることができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、第１の実施形態と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６４】
本実施形態と第１の実施形態との異なる点は、オプティカルコンタクトで直接接合させた傾斜面１００の構成方法である。以下、この異なる点について詳細に説明する。
【００６５】
図５は、本発明の第２の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図である。
【００６６】
図５では、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５はそれらの屈折率が同値になるように前述したそれぞれの材質の構成比率を変えて作られている。そのため、傾斜面１００では波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は屈折が起こらず直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。
【００６７】
しかしこの条件では、凸部８０から戻ってきた波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が波長変換素子３５で波長変換された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光も傾斜面１００を通過してしまう。そこで、本実施形態では傾斜面１００すなわち波長変換素子３５の斜面あるいは固体レーザ素子の斜面には波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光を反射防止の機能を持ち、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光を高反射する機能を持つ膜１２０が形成されている。すなわち、膜１２０は固体レーザ素子３４と波長変換素子３５とに傾斜面１００でサンドウィッチ状に挟まれ、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５は直接接合させる。
【００６８】
なお、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の間に膜１２０を形成する場合、オプティカルコンタクト（光学接着）は必須では無いため、単にくっつけるだけで光学的に接合していない状態（つまり、微妙に空隙が存在するような状態で接着剤等で固定してしまっているような擬似的な直接接合状態）であっても良い。
【００６９】
この膜１２０で反射された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は傾斜面１００にある膜１２０の傾斜により元々の光軸方向からずれた方向に進んで緑色レーザ光源装置２から出力される。
【００７０】
この反射された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が元々の光軸方向からずれた方向に進むことで、第１の実施形態で説明した波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００７１】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、第１の実施形態と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７２】
本実施形態と第１の実施形態との異なる点は、オプティカルコンタクトで直接接合させた傾斜面１００の構成方法である。すなわち、本実施形態においては直接接合させる箇所が２箇所あることである。以下、この異なる点について詳細に説明する。
【００７３】
図６は、本発明の第３の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図である。
【００７４】
図６では、波長変換素子３５は２分割され、２つの構成要素３５ａ、３５ｂになり、その２つの構成要素３５ａ、３５ｂはその間に傾斜面１００を作ってオプティカルコンタクトで直接接合させる。
【００７５】
ただし、構成要素３５ａの方で波長変換機能の働きを行ない、構成要素３５ｂは波長変換素子３５の端部にあり、波長変換機能の働きをしない部分である。
【００７６】
この場合も第２の実施形態（図５）で説明したことと同様に、傾斜面１００には膜１２０が形成されており、この膜１２０で反射された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が元々の光軸方向からずれた方向に進むことで、第１の実施形態で説明した波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００７７】
一方、傾斜面１００では波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は同じ部材内であるので屈折が起こらずほとんど直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。この基本波長レーザ光の一部は傾斜面で反射するが、第１の実施形態で説明したように凸部８０の反射機能により再度レーザ光の励起に利用される。
【００７８】
また、波長変換素子３５の構成要素３５ｂと固体レーザ素子３４とはそれらの相対するそれぞれの面はレーザ光の光軸に垂直な面であり、そのままオプティカルコンタクトで直接接合させる。これにより、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は屈折が起こらず直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。
【００７９】
以上のように、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５とを一体化した直接接合ＳＨＧ素子１１０はその固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との境界面あるいはそれらの一部を傾斜させてオプティカルコンタクトで直接接合させた構造と直接接合ＳＨＧ素子１１０の出力側の端部に凸部形状を有することで、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００８０】
また、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との２つの構成部材を一体化したので、緑色レーザ光源装置２を小型化やコストダウンを図ることができるとともに、緑色レーザ光源装置２の組み立てを容易にし、その調整時間を減らすことができる。さらに、構成部材の一体化で組み立て精度が向上し、それらの位置精度もずれの少ないものにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明にかかるレーザ光源装置は、固体レーザ素子と波長変換素子を一体化し、その一部に傾斜面を設けることで、波長の異なる２つのレーザ光の干渉を防止し、波長変換素子の変換効率が低下するのを防ぐ効果を有し、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。
【符号の説明】
【００８２】
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 固体レーザ素子
３５ 波長変換素子
４２、４６、１２０ 膜
８０ 凸部
１００ 傾斜面
１１０ 直接接合ＳＨＧ素子
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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いる水銀ランプに比較して、色再現性が良い点、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。
【０００３】
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固体レーザ素子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）。
【０００４】
そして近年、レーザ光源装置の部品点数を低減させレーザ光源装置の小型化やコストダウンを図るために、レーザ光源装置に使用されている固体レーザ素子と波長変換素子とを直接接合させる構造にすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、直接接合された固体レーザ素子と波長変換素子では光軸上のそれぞれの端面は光軸に対して赤外レーザ光の共振路を構成するために垂直に形成されており、すなわち固体レーザ素子と波長変換素子の端面は平行になっているので、固体レーザ素子から出力される赤外レーザ光の共振路上において赤外レーザ光が波長変換素子で変換されて作られた緑色レーザ光と干渉を起こし、波長変換素子の変換効率が低下するという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐとともに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができるレーザ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のレーザ光源装置は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と固体レーザから出力されたレーザ光の波長を１／２に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、直接接合素子の接合面は、赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、傾斜面は、波長変換素子の出力面から反射された赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた変換光の光軸と基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、直接接合された固体レーザ素子と波長変換素子に簡単な構成の断面を設けることで、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐことができる。さらに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができ、構成部品の減少によりレーザ光源装置の組み立てや調整が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像表示装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置の斜視図
【図３】本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の光路を示す概略図
【図４】本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の状況を示す摸式図
【図５】本発明の第２の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図
【図６】本発明の第３の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と固体レーザから出力されたレーザ光の波長を１／２に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、直接接合素子の接合面は、赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、傾斜面は、波長変換素子の出力面から反射された赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた変換光の光軸と基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とするレーザ光源装置であって、固体レーザ素子と波長変換素子が直接接合された一体的な素子に簡単な構成の断面を設けることで、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐことができる。さらに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができ、構成部品の減少によりレーザ光源装置の組み立てや調整が容易になる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、傾きの所定量は、１度以上５度以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置であって、この角度に設定すると、傾斜面で反射する半波長レーザ光の出力方向を元々の光軸方向からずれるのを少なくし緑色レーザ光源装置の出力特性の低下を防ぐとともに、基本波長レーザ光と傾斜面で反射された半波長レーザ光との干渉を少なくすることができ、波長変換素子での変換効率の低下を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、波長変換素子の出力面は凸形状であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置であって、基本波長レーザ光の光軸方向のレーザ光が傾斜面での屈折などで光軸方向からずれても、凸部の曲率形状により元々の光軸へ復元され、基本波長レーザの励起は安定に維持させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、半導体レーザと、固体レーザ素子と直接接合素子とが、１つの基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光源装置であって、この構成を採ることで光軸調整が容易にでき、高出力のレーザ光を出力することができるともに、スラブ形状を取り入れることでレーザ光源装置の光学系を簡素化することや光学系の構成部品を減らすことができ、レーザ光源装置の小型化やコストダウンができる。
【００１５】
以下、本発明のレーザ光源装置について図面を用いて説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であり、技術的に良好な条件の限定が記載されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載が無い限り、これらの条件に限られるものでは無い。
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態における画像表示装置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な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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＦＡＣ（Ｆａｓｔ−ＡｘｉｓＣｏｌｌｉｍａｔｏｒ）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）を出力する固体レーザ素子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）を出力するいわゆるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子である波長変換素子３５と凸部８０が一体的に直接接合された直接接合ＳＨＧ素子１１０（この詳細ついては後述する）、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。
【００２６】
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。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置の斜視図である。
【００２８】
図２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、そして直接接合ＳＨＧ素子１１０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。
【００２９】
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、光出力面を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。
【００３０】
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。
【００３１】
固体レーザ素子３４と波長変換素子３５と凸部８０（図１参照）からなる直接接合ＳＨＧ素子１１０は、直接接合ＳＨＧ素子ホルダ５８に保持される。この直接接合ＳＨＧ素子ホルダ５８は、直接接合ＳＨＧ素子１１０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。直接接合ＳＨＧ素子１１０は位置調整作業の前に直接接合ＳＨＧホルダ５８に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、直接接合ＳＨＧ素子ホルダ５８と基台３８とが接着剤で互いに固定される。これにより、半導体レーザ３１から出力されたレーザ光の光軸とＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３や直接接合ＳＨＧ素子１１０との光軸調整が容易にでき、高出力の緑色レーザ光を出力することができる。
【００３２】
次に、図３と図４を用いて緑色レーザ光源装置２のレーザ光の挙動について詳細に説明する。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の光路を示す概略図で、図４は、本発明の第１の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の状況を示す摸式図である。
【００３４】
図３に示すように、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（図３の一点鎖線）を出力する。ＦＡＣレンズ３２は波長８０８ｎｍの励起用レーザ光の縦方向の拡がりを低減し、ロッドレンズ３３は波長８０８ｎｍの励起用レーザ光の横方向の拡がりを低減する。
【００３５】
固体レーザ素子３４は、いわゆるセラミック製造法を用いて作られた多結晶であり、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（図３の破線）を出力する。この固体レーザ素子３４は、光の直線透過性の高いイツトリウムアルミニウムガーネットを使用したものである。このイツトリウムアルミニウムガーネットは基本結晶構造が立方構造を有しているので複屈折が無く結晶界面での光散乱が無いという特徴を持つので前述したように光の直線透過性の高い多結晶焼結物として用いられる。また、固体レーザ素子３４のセラミック素子は安価な素子として知られている。
【００３６】
固体レーザ素子３４のロッドレンズ３３に対向する面には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止の機能と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射の機能とを備える膜４２が形成されている。
【００３７】
波長変換素子３５は、強誘電体結晶に分極反転領域と非分極反転領域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。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。
【００３８】
波長変換素子３５は、固体レーザ素子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）を変換して基本波長の１／２である波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光で図３の点線）を出力する。
【００３９】
上述した固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の２つの素子はこれらの相対する傾斜面１００で直接接合されている。いわゆる、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５と凸部８０（凸部に関しては後述する）とは接着剤などを使用しないオプティカルコンタクト（光学接着）で直接接合され、一体的に構成される直接接合ＳＨＧ素子１１０となる。
【００４０】
傾斜面１００は、レーザ光の光軸に垂直な面に対して１度から５度程度傾いた角度を有する平面であり、本実施形態ではこの傾斜角度はおおよそ２度に設定している。この角度に設定すると、傾斜面１００で反射する半波長レーザ光の出力方向を元々の光軸方向からずれるのを少なくし緑色レーザ光源装置２の出力特性の低下を防ぐとともに、基本波長レーザ光と半波長レーザ光との干渉を少なくすることができ、波長変換素子３５での変換効率の低下を防止することができる。
【００４１】
なお、図３および図４において傾斜面１００は右上がりで図示されているが、左上がりでも良い。要するに、傾斜面１００の面が傾斜していることが重要である。
【００４２】
ここで、固体レーザ素子３４の媒質は波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光を通させ、波長変換素子３５の媒質は波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光を通させる。そして、固体レーザ素子３４の媒質と波長変換素子３５の媒質の屈折率の差は大きいほど傾斜面１００の高反射機能という働きが大きくなる。
【００４３】
また、直接接合ＳＨＧ素子１１０のレーザ光出力側の面には凸面形状を有している凸部８０が形成されている。この凸部８０の表面には膜４６が形成されており、膜４６は波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射の機能と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止（透過）の機能とを備える。
【００４４】
凸部８０上に形成された膜４６の曲率作用により波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が光軸から多少ずれても元々の光軸への復元ができるので、固体レーザ素子３４の膜４２と凸部８０の内面との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。
【００４５】
もし凸部８０が凸面でなく平面であると、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が光軸から何らかの原因でずれてしまうと光軸からさらに離れる方向へ行き元々の光軸への復元が困難になってしまう。
【００４６】
凸部８０の曲率Ｒは、共振器の共振モード安定条件を満たすことや共振器内で必要なビーム径を形成することから求められ、媒質の種類や共振器内の波長やビーム径および共振器間隔などより計算される。本実施形態では凸部８０の媒質は屈折率２であるニオブ酸リチウムを使用しているのでこの曲率Ｒはおおよそ４０ｍｍになる。
【００４７】
次に、図４を用いて緑色レーザ光源装置２のレーザ光の光路上での傾斜面１００と凸部８０の機能について説明する。
【００４８】
本実施形態では、波長変換素子３５の屈折率が固体レーザ素子３４の屈折率に比べ大きく、凸部８０の材質が波長変換素子３５のそれと同じものを使用している。もし、波長変換素子３５の屈折率と凸部８０の屈折率が異なる構成を採った場合にはその間に波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止（透過）の機能とを備える膜を形成すれば良い。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、半導体レーザ３１のレーザチップ４１から出力された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、ＦＡＣレンズ３２とロッドレンズ３３を経由し膜４２を通過してセラミックレーザである固体レーザ素子３４部に入射される（ＳＴＥＰ１）。
【００５０】
励起用レーザ光が固体レーザ素子３４に入力されると、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を出力する（ＳＴＥＰ２）。
【００５１】
次に、この固体レーザ素子３４から出力された波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が傾斜面１００を経て波長変換素子３５に入力されると、その基本波長レーザ光の一部が波長変換素子３５によって波長５３２ｎｍのレーザ光（緑色）に波長変換され、凸部８０および膜４６を経て緑色レーザ光源装置２より出力される（ＳＴＥＰ３）。
【００５２】
そして、波長変換素子３５によって変換されなかった波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は膜４６にて反射し、再度波長変換素子３５へ戻っていく。このとき、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の光軸方向のレーザ光が傾斜面１００での屈折などで光軸方向からずれても、凸部８０の曲率形状により元々の光軸へ復元され、基本波長レーザの励起は安定に維持される（ＳＴＥＰ４）。
【００５３】
膜４６で反射し波長変換素子３５へ戻った波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は再度波長変換素子３５によって波長５３２ｎｍのレーザ光（緑色）に波長変換される。そして、波長変換された波長５３２ｎｍのレーザ光は直接接合ＳＨＧ素子１１０内に形成された傾斜面１００で固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の屈折率の相違により反射される。この時、傾斜面１００で反射された波長５３２ｎｍのレーザ光は傾斜面１００の傾斜により元々の光軸方向からずれた方向に進む（図４（ｂ）参照）。
【００５４】
また、波長変換素子３５によって変換されなかった波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の数パーセントほどは傾斜面１００で反射され波長変換素子３５側に戻り、残りは傾斜面１００で屈折して光軸をずらして（図４（ｂ）の光線表示は極端に記載している）固体レーザ素子３４側へと進む（ＳＴＥＰ５）。
【００５５】
このように、傾斜面１００はその両側にある固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の屈折率に関して固体レーザ素子３４の屈折率より波長変換素子３５の屈折率を大きくさせて波長５３２ｎｍのレーザ光を反射させる反射膜の機能を持つ。
【００５６】
固体レーザ素子３４側へ進んだ波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、固体レーザ素子３４の端部にある前述した膜４２で反射し、再度固体レーザ素子３４、波長変換素子３５の方向に戻っていく（ＳＴＥＰ６）。
【００５７】
ここで、固体レーザ素子３４から波長変換素子３５に入力して波長変換素子３５で波長変換されて波長変換素子３５から出力されるレーザ光のビームＢ１と、膜４６で一旦反射されて波長変換素子３５に入力して傾斜面１００で反射されて波長変換素子３５から出力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。
【００５８】
そこで図４（ｂ）に示すように、傾斜面１００は前述したように光軸方向に対して傾斜しているので、傾斜面１００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。一方、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光はその光軸方向からずれても、凸部８０の曲率形状により元々の光軸へ復元される。
【００５９】
すなわち、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００６０】
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。
【００６１】
このように、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５とを一体化した直接接合ＳＨＧ素子１１０はその固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との境界面を傾斜させてオプティカルコンタクトで直接接合させた構造と直接接合ＳＨＧ素子１１０の出力側の端部に凸部形状を有することで、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００６２】
また、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との２つの構成部材を一体化したので、緑色レーザ光源装置２を小型化やコストダウンを図ることができるとともに、緑色レーザ光源装置２の組み立てを容易にし、その調整時間を減らすことができる。さらに、構成部材の一体化で組み立て精度が向上し、それらの位置精度もずれの少ないものにすることができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、第１の実施形態と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６４】
本実施形態と第１の実施形態との異なる点は、オプティカルコンタクトで直接接合させた傾斜面１００の構成方法である。以下、この異なる点について詳細に説明する。
【００６５】
図５は、本発明の第２の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図である。
【００６６】
図５では、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５はそれらの屈折率が同値になるように前述したそれぞれの材質の構成比率を変えて作られている。そのため、傾斜面１００では波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は屈折が起こらず直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。
【００６７】
しかしこの条件では、凸部８０から戻ってきた波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が波長変換素子３５で波長変換された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光も傾斜面１００を通過してしまう。そこで、本実施形態では傾斜面１００すなわち波長変換素子３５の斜面あるいは固体レーザ素子の斜面には波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光を反射防止の機能を持ち、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光を高反射する機能を持つ膜１２０が形成されている。すなわち、膜１２０は固体レーザ素子３４と波長変換素子３５とに傾斜面１００でサンドウィッチ状に挟まれ、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５は直接接合させる。
【００６８】
なお、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５の間に膜１２０を形成する場合、オプティカルコンタクト（光学接着）は必須では無いため、単にくっつけるだけで光学的に接合していない状態（つまり、微妙に空隙が存在するような状態で接着剤等で固定してしまっているような擬似的な直接接合状態）であっても良い。
【００６９】
この膜１２０で反射された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は傾斜面１００にある膜１２０の傾斜により元々の光軸方向からずれた方向に進んで緑色レーザ光源装置２から出力される。
【００７０】
この反射された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が元々の光軸方向からずれた方向に進むことで、第１の実施形態で説明した波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００７１】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、第１の実施形態と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７２】
本実施形態と第１の実施形態との異なる点は、オプティカルコンタクトで直接接合させた傾斜面１００の構成方法である。すなわち、本実施形態においては直接接合させる箇所が２箇所あることである。以下、この異なる点について詳細に説明する。
【００７３】
図６は、本発明の第３の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図である。
【００７４】
図６では、波長変換素子３５は２分割され、２つの構成要素３５ａ、３５ｂになり、その２つの構成要素３５ａ、３５ｂはその間に傾斜面１００を作ってオプティカルコンタクトで直接接合させる。
【００７５】
ただし、構成要素３５ａの方で波長変換機能の働きを行ない、構成要素３５ｂは波長変換素子３５の端部にあり、波長変換機能の働きをしない部分である。
【００７６】
この場合も第２の実施形態（図５）で説明したことと同様に、傾斜面１００には膜１２０が形成されており、この膜１２０で反射された波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が元々の光軸方向からずれた方向に進むことで、第１の実施形態で説明した波長５３２ｎｍの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００７７】
一方、傾斜面１００では波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は同じ部材内であるので屈折が起こらずほとんど直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。この基本波長レーザ光の一部は傾斜面で反射するが、第１の実施形態で説明したように凸部８０の反射機能により再度レーザ光の励起に利用される。
【００７８】
また、波長変換素子３５の構成要素３５ｂと固体レーザ素子３４とはそれらの相対するそれぞれの面はレーザ光の光軸に垂直な面であり、そのままオプティカルコンタクトで直接接合させる。これにより、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は屈折が起こらず直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。
【００７９】
以上のように、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５とを一体化した直接接合ＳＨＧ素子１１０はその固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との境界面あるいはそれらの一部を傾斜させてオプティカルコンタクトで直接接合させた構造と直接接合ＳＨＧ素子１１０の出力側の端部に凸部形状を有することで、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光と波長５３２ｎｍの半波長レーザ光の干渉を防ぐことができ、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光から波長５３２ｎｍの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。
【００８０】
また、固体レーザ素子３４と波長変換素子３５との２つの構成部材を一体化したので、緑色レーザ光源装置２を小型化やコストダウンを図ることができるとともに、緑色レーザ光源装置２の組み立てを容易にし、その調整時間を減らすことができる。さらに、構成部材の一体化で組み立て精度が向上し、それらの位置精度もずれの少ないものにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明にかかるレーザ光源装置は、固体レーザ素子と波長変換素子を一体化し、その一部に傾斜面を設けることで、波長の異なる２つのレーザ光の干渉を防止し、波長変換素子の変換効率が低下するのを防ぐ効果を有し、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。
【符号の説明】
【００８２】
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 固体レーザ素子
３５ 波長変換素子
４２、４６、１２０ 膜
８０ 凸部
１００ 傾斜面
１１０ 直接接合ＳＨＧ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と前記固体レーザから出力されたレーザ光の波長を１／２に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、
前記直接接合素子の接合面は、前記赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、前記傾斜面は、前記波長変換素子の出力面から反射された前記赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた前記変換光の光軸と前記基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記傾きの所定量は、１度以上５度以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記波長変換素子の出力面は凸形状であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記半導体レーザと前記固体レーザ素子と前記直接接合素子とが、１つの基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項１】
励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と前記固体レーザから出力されたレーザ光の波長を１／２に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、
前記直接接合素子の接合面は、前記赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、前記傾斜面は、前記波長変換素子の出力面から反射された前記赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた前記変換光の光軸と前記基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記傾きの所定量は、１度以上５度以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記波長変換素子の出力面は凸形状であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記半導体レーザと前記固体レーザ素子と前記直接接合素子とが、１つの基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４８５５８（Ｐ２０１２−２４８５５８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６５７２（Ｐ２０１１−１１６５７２）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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