レーザ光源装置
【課題】レーザ光源装置において、凹面ミラーの簡易な位置決めにより、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制可能とする。
【解決手段】励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、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３４と、赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子３５と、波長変換素子に対向する凹面３６ａを有し、レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラー３６と、凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部６１とを備え、この凹面ミラー支持部は、波長変換素子からのレーザ光を通過させる開口部６１ｂと、波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、開口部の一端側の周囲に形成されて凹面ミラーの凹面側が当接する外面６１ａとを有する構成とする。
【解決手段】励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、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３４と、赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子３５と、波長変換素子に対向する凹面３６ａを有し、レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラー３６と、凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部６１とを備え、この凹面ミラー支持部は、波長変換素子からのレーザ光を通過させる開口部６１ｂと、波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、開口部の一端側の周囲に形成されて凹面ミラーの凹面側が当接する外面６１ａとを有する構成とする。
【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。
【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（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の従来技術では、光共振部において、基本波に対して高反射であり、かつ第２次高調波に対して高透過である誘電体反射膜を有する凹面ミラーが設けられている。この凹面ミラーの設置に際しては、レーザ光の光路に対する位置や角度に応じてレーザ光の出力が変化するため、レーザ光の出力が最大となるように凹面の中心（正反射点）とレーザ光の光路とを一致させるように位置決めすることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、凹面ミラーの製作誤差により、単に凹面ミラーの位置決めをするだけでは凹面の中心とレーザ光の光路とは必ずしも一致せず、レーザ光源装置における他の光学素子を含めたレーザ光の光軸調整マージン（各光学素子の位置や傾きを変更することにより、レーザ光の光軸を変位させることが可能な範囲）が不足して光軸の調整が困難となるという問題があった。特に、小型の凹面ミラー（例えば、外径が0.5mm）を用いる場合には、そのような問題は顕著となる。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、凹面ミラーの簡易な位置決めにより、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制可能とするレーザ光源装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記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、前記赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子と、前記波長変換素子に対向する凹面を有し、当該波長変換素子を介して前記レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラーと、前記凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部とを備え、前記凹面ミラー支持部は、前記波長変換素子から前記凹面ミラーに向けてレーザ光を通過させる開口部と、前記波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、前記開口部の一端側の周囲に形成されて前記凹面ミラーの凹面側が当接する当接面とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このように本発明によれば、凹面ミラーの簡易な位置決めにより、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することが可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による画像表示装置１の概略構成図
【図２】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
【図３】緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す一部切欠き斜視図
【図４】緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す断面図
【図５】緑色レーザ光源装置２における凹面ミラー支持部６１に対する凹面ミラー３６の取付構造を示す（Ａ）部分斜視図および（Ｂ）右側面図
【図６】波長変換素子３５の斜視図
【図７】波長変換素子ホルダ５８の分解斜視図
【図８】緑色レーザ光源装置２を一部分解して示す斜視図
【図９】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
【図１０】凹面ミラー３６の形状の一例を示す模式的な断面図（（Ａ）標準形状、（Ｂ）実際形状）
【図１１】本発明による凹面ミラー３６の取付構造を示す説明図
【図１２】図１１の取付構造の比較例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、前記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、前記赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子と、前記波長変換素子に対向する凹面を有し、当該波長変換素子を介して前記レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラーと、前記凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部とを備え、前記凹面ミラー支持部は、前記波長変換素子から前記凹面ミラーに向けてレーザ光を通過させる開口部と、前記波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、前記開口部の一端側の周囲に形成されて前記凹面ミラーの凹面側が当接する当接面とを有する構成とする。
【００１２】
これによると、凹面ミラーの中心を基準として各光学素子の光軸調整を実施する場合に、凹面ミラーの中心を通るレーザ光の光路と凹面ミラーの中心（すなわち、レーザ光の出力が最大となる正反射点）とを略一致させることができるため、凹面ミラーの簡易な位置決めにより、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することが可能となる。
【００１３】
また、第２の発明は、前記凹面ミラーを前記当接面に向けて押圧する弾性押圧部材を更に備えた構成とする。
【００１４】
これによると、凹面ミラーの中心を基準として凹面ミラーを簡易に位置決めすることができる。
【００１５】
また、第３の発明は、凹面ミラー支持部が設けられた基台を更に備え、前記波長変換素子および前記レーザ媒体は、前記基台に共に支持された構成とする。
【００１６】
これによると、凹面ミラーの中心を基準として各光学素子の光軸調整を容易に実施することができ、各光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することが可能となる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、これら青色レーザ光、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。これら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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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）ＶＯ４（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ＹＶＯ４のＹに蛍光を発する元素であるＮｄ３＋に置換してドーピングしたものである。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、その一部が波長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。また、波長変換素子３５への再度入射後に変換されずに通過した波長1064nmを有するレーザ光は、レーザ媒体３４の膜４２で反射されて再び波長変換素子３５に入射し、その一部が波長532nmの半波長レーザ光に変換されて波長変換素子３５から出射される。
【００３５】
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。
【００３６】
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（図６参照）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。
【００３７】
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。
【００３８】
図３は、緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す一部切欠き斜視図であり、図４は、緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す断面図であり、図５は、凹面ミラー支持部６１に対する凹面ミラー３６の取付構造を示す（Ａ）部分斜視図および（Ｂ）右側面図である。なお、図５ではガラスカバー３７等の一部の構成を省略して示している。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。より詳細には、凹面ミラー３６は、図５（Ａ）に示すように、凹面ミラー支持部６１の外面（当接面）６１ａに対してその凹面３６ａ側の周縁部を当接させた状態（図１１参照）で板ばね（弾性押圧部材）６７によって保持される。
【００４５】
また、図５（Ｂ）に示すように、板ばね６２の下部には、凹面ミラー支持部６１に設けられた位置決めピン６８が嵌め込まれる位置決め用の開口６９が形成されている。開口６９が位置する板ばね６２下部の幅方向両側は、凹面ミラー支持部６１に設けられた鉤形の一対の突部７０によって固定されている。板ばね６７の上部には、弾性変形可能な略Ｌ字状の一対の支持アーム８０が幅方向に離間して形成されており、両支持アーム８０は、それぞれ相対する側に形成された円弧状の当接縁部８０ａにより、凹面ミラー３６の高さ方向の中間に位置する周面の一部を挟持すると共に、それぞれの先端部に形成された押圧片部８０ｂによって凹面ミラー３６を凹面ミラー支持部６１側に押圧する。凹面ミラー３６は、板ばね６７に保持された状態で後述する位置決めが可能な程度に移動可能である。このような構成により、後述するように、凹面ミラーを初期位置で保持する一方、その後の移動（位置決め）が容易となる。
【００４６】
なお、図３に示したように、凹面ミラー支持部６１には、波長変換素子３５から凹面ミラー３６に向けてレーザ光を通過させる開口部６１ｂが形成されており、凹面ミラー３６の凹面３６ａは、開口部６１ｂを介して波長変換素子３５と対向する。また、凹面ミラー３６が当接する外面６１ａは、波長変換素子からのレーザ光の光軸と実質的に直交すると共に、開口部６１ｂの外側（ガラスカバー３７側）の周囲に形成される。ここで、開口部６１ｂは、孔状や切り欠き状など種々の形状を採用することが可能である。
【００４７】
また、詳細は後述するが、板ばね６７によって保持される凹面ミラー３６の初期位置（すなわち、緑色レーザ光源装置２における各光学素子の光軸調整時の標準位置）は、波長変換素子３５からのレーザ光の光路（標準の光路）が凹面ミラー３６の中心（すなわち、図１０（Ａ）、（Ｂ）中の平面３６ｂの中心点Ｃ１）を通るように設定される。最終的に、凹面ミラー３６は、外面６１ａにおける位置調整により適正な位置（レーザ出力を最大とする位置）が決定された後に、その適正な位置において図示しない接着剤によって凹面ミラー支持部６１に固定される。
【００４８】
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８も併せて参照されたい）。
【００４９】
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。
【００５０】
図６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（高調波のレーザ光）を得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図７は、波長変換素子ホルダ５８の分解斜視図であり、図８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。
【００５５】
図７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）。
【００５６】
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。
【００５７】
両狭持部材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にそれぞれ当接し、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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側にそれぞれ形成されている。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。
【００６１】
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７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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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９２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。
【００６５】
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７参照）。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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、緑色レーザ光源装置２には、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。
【００６８】
図８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。
【００６９】
図９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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
図１０は、凹面ミラー３６の形状の一例を示す模式的な断面図であり、それぞれ（Ａ）標準形状（製作誤差なし）、及び（Ｂ）実際形状（製作誤差あり）を示す。ここでは、説明の便宜上、凹面ミラー３６の形状については正確に図示しておらず、実用上の最適な形状とは異なる（後述する図１１および図１２についても同様）。
【００７３】
図１０（Ａ）に示すように、標準形状（理想形状）の凹面ミラー３６では、円筒状の光学材料（ここでは、屈折率1.5の光学ガラス）の一方側（波長変換素子３５に対向する側）の面が凹面３６ａとして加工される。ここでは、凹面３６ａを楕円面として示しているが、これに限らず必要に応じて球面や双曲面等を用いることができる。凹面３６ａの中心点Ｃ０における法線Ｎは、他方側の平面３６ｂの中心点Ｃ１においてこの平面３６ｂと直交する凹面ミラー３６の中心軸Ｘと一致する。この凹面３６ａの中心点Ｃ０は、その接平面Ｐ０が平面３６ｂと平行となる正反射点であり、波長変換素子３５からのレーザ光の光路を法線Ｎに一致させた場合に緑色レーザ光源装置２のレーザ出力が最大となる。
【００７４】
一方、凹面ミラー３６の実際形状は、図１０（Ｂ）に示すように製作誤差（ここでは、凹面３６ａの加工誤差による平面３６ｂとの位置ずれ）を有する。この場合、凹面ミラー３６の凹面３６ａ側から平面３６ｂと直交する方向にレーザ光を入射させたときの凹面３６ａの正反射点Ｃ２を通る平面３６ｂ上の法線Ｎは、凹面ミラー３６の中心軸Ｘとは一致しない。したがって、このような状態でレーザ光の光路（すなわち、光軸調整時の標準の光路）を中心軸Ｘに一致させるように凹面ミラー３６の初期位置を定めた場合、緑色レーザ光源装置２のレーザの出力を良好に維持するためには、レーザ光の光路を法線Ｎと一致させるように凹面ミラー３６を移動させることが必要となる。
【００７５】
図１１は、本発明による凹面ミラー３６の取付構造を示す説明図であり、図１２は、図１１の取付構造の比較例を示す説明図である。ここでは、説明の便宜上、上述の板ばね６２等の図示は省略している。なお、理想的には、波長変換素子３５からのレーザ光の光路は、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通るように設計されているが、実際にはそうではない。波長変換素子３５からのレーザ光の光路は、それより前に配置されている半導体レーザ３１、ＦＡＣレンズ３２、ロッドレンズ３３およびレーザ媒体３４（以上、図１〜図４参照）の取付誤差により、開口部６１ｂの中心から外れる。図１１は、そのような凹面ミラーより前に配置されている各光学部材の取付誤差が無く、波長変換素子３５からのレーザ光の光路が、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通る場合を示している。
【００７６】
図１１に示す本実施の形態においては、凹面ミラー３６の平面３６ｂが凹面ミラー支持部６１の外面（当接面）６１ａに対して角度θで傾斜しており、凹面３６ａの中心点Ｃ０が正反射点となる。したがって、凹面３６ａの中心点Ｃ０が光軸Ｌａと一致しさえすれば、レーザ光の出力が最大となる。理想的な状態として、図１１に示すように、波長変換素子３５からのレーザ光の光路が、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通り、凹面ミラー３６の凹面３６ａの中心点Ｃ０も開口部６１ｂの中心に来るよう取り付けることができるのであれば、凹面ミラー３６を調整する必要はない。しかしながら、先にも述べたように、波長変換素子３５からのレーザ光の光路は開口部６１ｂの中心から外れるし、凹面ミラー３６も、その中心点Ｃ０が開口部６１ｂの中心に来るよう、最初から正確に取り付けられるわけではない。よって実際には、凹面ミラー３６を任意の方向（図３中の高さ方向および幅方向）に摺動させることにより、凹面３６ａの中心点Ｃ０を光軸Ｌａと一致させ、レーザ光の出力が最大となる適正な位置を決定する。
【００７７】
このとき、平面３６ｂは凹面ミラー支持部６１の外面（平面）６１ａに対して角度θで傾斜した状態にあるものの、凹面３６ａの中心点Ｃ０は外径φ（ここでは、φ＝0.5mm）の凹面ミラー３６の中心付近に位置する。これにより、レーザ光の入射光路Ｌａは、凹面３６ａの略中心点Ｃ０から入射（光路Ｌａ）し、平面３６ｂにて僅かに屈折してガラスカバー３７（図１参照）側に向けて出射（光路Ｌｂ）する。
【００７８】
ここで、光路Ｌｂの出射点Ｃ３を通る平面３６ｂ上の法線Ｙに対し、凹面３６ａに入射するレーザ光の光路Ｌａは所定の角度θ（ここで、θの最大角度は0.2度（加工精度から予想される最大値）とする。）で傾斜した状態にある。この状態において、出射するレーザ光の光路Ｌｂの法線Ｙに対する傾斜の角度ψは0.3度となり、レーザ光の光路Ｌｂのレーザ光の光路Ｌａに対する傾斜の角度ψ−θは最大で0.1度となるに過ぎない。このようなレーザ光の光路Ｌｂの僅かな傾斜であれば、画像表示装置１のリレー光学系７（図１参照）に配置されている他の光学素子の光軸調整により解消可能であるため、その後のレーザ光の光路に影響を及ぼすことはない。
【００７９】
このように、緑色レーザ光源装置２の凹面ミラー３６は、その初期位置において、レーザ光の光路Ｌａの入射位置と凹面３６ａの中心点Ｃ０とが略一致し、また、出射後の光路Ｌｂについても入射側の光路Ｌａとのずれは僅かとなる。つまり、緑色レーザ光源装置２の凹面ミラー３６の調整マージンがそれほど大きくなくても、必要な緑色レーザ光の出力を得ることができ、緑色レーザ光源装置２における光軸調整が容易となると共に、光軸調整に関する設計の自由度が高まりよりコンパクトな構成が可能となる。特に、図１１に示す理想的なレーザ光軸の状態においては、凹面ミラー３６は、その初期位置に配置されるよう、調整されればよい。
【００８０】
なお、先ほども述べたように、ここでは、凹面ミラー３６に入射するレーザ光が凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通るように示してあるが、入射するレーザ光の光路は必ずしもこれに限定されない。しかし、たとえそうであっても、凹面ミラー３６の調整マージンは、それより前に配置される各光学部材の取付誤差によるレーザ光Ｌａの光軸ずれを見積もったものだけで済み、凹面ミラー３６自体の製作誤差までも見積もる必要は無い。
【００８１】
一方、図１２に示す比較例では、凹面ミラー３６は、凹面ミラー支持部６１の内面６１ｃに対して平面３６ｂ側の周縁部を当接させた状態で保持される。（図１２も図１１と同様に、波長変換素子３５より前に配置されている各光学部材の取付誤差が無く、波長変換素子３５からのレーザ光の光路が、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通る場合を示している。）この場合、初期位置における凹面ミラー３６では、波長変換素子３５からのレーザ光の標準の光路は、平面３６ｂの中心点Ｃ１を通る（凹面ミラー３６の中心軸Ｘと一致する）ように設定される。ところが、この取り付け状態は図１０（Ｂ）と基本的に同じであり、中心点Ｃ１を通る中心軸Ｘと凹面３６ａとの交点Ｃ４は、凹面３６ａの中心にありながら、その製作誤差により、レーザ光の光路Ｌａに対する正反射点とはならない。したがって、緑色レーザ光源装置２における各光学素子の光軸調整に際し、レーザ光の光路Ｌａが凹面３６ａの正反射点Ｃ２を通るように凹面ミラー３６を移動させる必要がある。つまり、凹面ミラー３６の調整マージンは、波長変換素子３５より前に配置される各光学部材の取付誤差によるレーザ光Ｌａの光軸ずれを見積もったもののみならず、凹面ミラー３６自体の製作誤差までも見積もる必要がある。
【００８２】
移動後（位置決め後）の凹面ミラー３６では、図１２に示すように、波長変換素子３５からのレーザ光は、凹面３６ａの中心点Ｃ２から入射（光路Ｌａ）し、そのまま直進して平面３６ｂの出射点Ｃ５から出射（光路Ｌｂ）する。しかしながら、緑色レーザ光源装置２における他の光学素子を含めて光軸調整マージンには一定の限界がある（ここでは、光軸調整マージンは0.5mm）。したがって、比較例の取付構造では、レーザ光の光路Ｌａと凹面ミラー３６の中心軸ＸのずれＷ（Ｗは最大0.14mm）により光軸調整マージンが不足して光軸調整が困難となる場合がある。
【００８３】
本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。本発明に係るレーザ光源装置は、比較的小型の凹面ミラーへの適用に好適であるため、携帯型の情報処理装置等（例えば、ノート型のＰＣのドライブベイ）に内蔵されるコンパクトな画像表示装置（プロジェクタ）に用いられるレーザ光源装置として最適である。なお、上記実施形態に示した本発明に係るレーザ光源装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係るレーザ光源装置は、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することを可能とし、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】
【００８５】
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
３６ 凹面ミラー
３６ａ 凹面
３８ 基台
６１ 凹面ミラー支持部
６１ａ 外面（当接面）
６１ｂ 開口部
６７ 板ばね（弾性押圧部材）
【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。
【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（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の従来技術では、光共振部において、基本波に対して高反射であり、かつ第２次高調波に対して高透過である誘電体反射膜を有する凹面ミラーが設けられている。この凹面ミラーの設置に際しては、レーザ光の光路に対する位置や角度に応じてレーザ光の出力が変化するため、レーザ光の出力が最大となるように凹面の中心（正反射点）とレーザ光の光路とを一致させるように位置決めすることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、凹面ミラーの製作誤差により、単に凹面ミラーの位置決めをするだけでは凹面の中心とレーザ光の光路とは必ずしも一致せず、レーザ光源装置における他の光学素子を含めたレーザ光の光軸調整マージン（各光学素子の位置や傾きを変更することにより、レーザ光の光軸を変位させることが可能な範囲）が不足して光軸の調整が困難となるという問題があった。特に、小型の凹面ミラー（例えば、外径が0.5mm）を用いる場合には、そのような問題は顕著となる。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、凹面ミラーの簡易な位置決めにより、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制可能とするレーザ光源装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記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、前記赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子と、前記波長変換素子に対向する凹面を有し、当該波長変換素子を介して前記レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラーと、前記凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部とを備え、前記凹面ミラー支持部は、前記波長変換素子から前記凹面ミラーに向けてレーザ光を通過させる開口部と、前記波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、前記開口部の一端側の周囲に形成されて前記凹面ミラーの凹面側が当接する当接面とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このように本発明によれば、凹面ミラーの簡易な位置決めにより、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することが可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による画像表示装置１の概略構成図
【図２】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
【図３】緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す一部切欠き斜視図
【図４】緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す断面図
【図５】緑色レーザ光源装置２における凹面ミラー支持部６１に対する凹面ミラー３６の取付構造を示す（Ａ）部分斜視図および（Ｂ）右側面図
【図６】波長変換素子３５の斜視図
【図７】波長変換素子ホルダ５８の分解斜視図
【図８】緑色レーザ光源装置２を一部分解して示す斜視図
【図９】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
【図１０】凹面ミラー３６の形状の一例を示す模式的な断面図（（Ａ）標準形状、（Ｂ）実際形状）
【図１１】本発明による凹面ミラー３６の取付構造を示す説明図
【図１２】図１１の取付構造の比較例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、前記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、前記赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子と、前記波長変換素子に対向する凹面を有し、当該波長変換素子を介して前記レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラーと、前記凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部とを備え、前記凹面ミラー支持部は、前記波長変換素子から前記凹面ミラーに向けてレーザ光を通過させる開口部と、前記波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、前記開口部の一端側の周囲に形成されて前記凹面ミラーの凹面側が当接する当接面とを有する構成とする。
【００１２】
これによると、凹面ミラーの中心を基準として各光学素子の光軸調整を実施する場合に、凹面ミラーの中心を通るレーザ光の光路と凹面ミラーの中心（すなわち、レーザ光の出力が最大となる正反射点）とを略一致させることができるため、凹面ミラーの簡易な位置決めにより、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することが可能となる。
【００１３】
また、第２の発明は、前記凹面ミラーを前記当接面に向けて押圧する弾性押圧部材を更に備えた構成とする。
【００１４】
これによると、凹面ミラーの中心を基準として凹面ミラーを簡易に位置決めすることができる。
【００１５】
また、第３の発明は、凹面ミラー支持部が設けられた基台を更に備え、前記波長変換素子および前記レーザ媒体は、前記基台に共に支持された構成とする。
【００１６】
これによると、凹面ミラーの中心を基準として各光学素子の光軸調整を容易に実施することができ、各光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することが可能となる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、これら青色レーザ光、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。これら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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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）ＶＯ４（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ＹＶＯ４のＹに蛍光を発する元素であるＮｄ３＋に置換してドーピングしたものである。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、その一部が波長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。また、波長変換素子３５への再度入射後に変換されずに通過した波長1064nmを有するレーザ光は、レーザ媒体３４の膜４２で反射されて再び波長変換素子３５に入射し、その一部が波長532nmの半波長レーザ光に変換されて波長変換素子３５から出射される。
【００３５】
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。
【００３６】
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（図６参照）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。
【００３７】
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。
【００３８】
図３は、緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す一部切欠き斜視図であり、図４は、緑色レーザ光源装置２の内部構造を示す断面図であり、図５は、凹面ミラー支持部６１に対する凹面ミラー３６の取付構造を示す（Ａ）部分斜視図および（Ｂ）右側面図である。なお、図５ではガラスカバー３７等の一部の構成を省略して示している。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。より詳細には、凹面ミラー３６は、図５（Ａ）に示すように、凹面ミラー支持部６１の外面（当接面）６１ａに対してその凹面３６ａ側の周縁部を当接させた状態（図１１参照）で板ばね（弾性押圧部材）６７によって保持される。
【００４５】
また、図５（Ｂ）に示すように、板ばね６２の下部には、凹面ミラー支持部６１に設けられた位置決めピン６８が嵌め込まれる位置決め用の開口６９が形成されている。開口６９が位置する板ばね６２下部の幅方向両側は、凹面ミラー支持部６１に設けられた鉤形の一対の突部７０によって固定されている。板ばね６７の上部には、弾性変形可能な略Ｌ字状の一対の支持アーム８０が幅方向に離間して形成されており、両支持アーム８０は、それぞれ相対する側に形成された円弧状の当接縁部８０ａにより、凹面ミラー３６の高さ方向の中間に位置する周面の一部を挟持すると共に、それぞれの先端部に形成された押圧片部８０ｂによって凹面ミラー３６を凹面ミラー支持部６１側に押圧する。凹面ミラー３６は、板ばね６７に保持された状態で後述する位置決めが可能な程度に移動可能である。このような構成により、後述するように、凹面ミラーを初期位置で保持する一方、その後の移動（位置決め）が容易となる。
【００４６】
なお、図３に示したように、凹面ミラー支持部６１には、波長変換素子３５から凹面ミラー３６に向けてレーザ光を通過させる開口部６１ｂが形成されており、凹面ミラー３６の凹面３６ａは、開口部６１ｂを介して波長変換素子３５と対向する。また、凹面ミラー３６が当接する外面６１ａは、波長変換素子からのレーザ光の光軸と実質的に直交すると共に、開口部６１ｂの外側（ガラスカバー３７側）の周囲に形成される。ここで、開口部６１ｂは、孔状や切り欠き状など種々の形状を採用することが可能である。
【００４７】
また、詳細は後述するが、板ばね６７によって保持される凹面ミラー３６の初期位置（すなわち、緑色レーザ光源装置２における各光学素子の光軸調整時の標準位置）は、波長変換素子３５からのレーザ光の光路（標準の光路）が凹面ミラー３６の中心（すなわち、図１０（Ａ）、（Ｂ）中の平面３６ｂの中心点Ｃ１）を通るように設定される。最終的に、凹面ミラー３６は、外面６１ａにおける位置調整により適正な位置（レーザ出力を最大とする位置）が決定された後に、その適正な位置において図示しない接着剤によって凹面ミラー支持部６１に固定される。
【００４８】
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８も併せて参照されたい）。
【００４９】
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。
【００５０】
図６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（高調波のレーザ光）を得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図７は、波長変換素子ホルダ５８の分解斜視図であり、図８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。
【００５５】
図７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）。
【００５６】
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。
【００５７】
両狭持部材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にそれぞれ当接し、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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側にそれぞれ形成されている。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。
【００６１】
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７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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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９２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。
【００６５】
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７参照）。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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、緑色レーザ光源装置２には、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。
【００６８】
図８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。
【００６９】
図９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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
図１０は、凹面ミラー３６の形状の一例を示す模式的な断面図であり、それぞれ（Ａ）標準形状（製作誤差なし）、及び（Ｂ）実際形状（製作誤差あり）を示す。ここでは、説明の便宜上、凹面ミラー３６の形状については正確に図示しておらず、実用上の最適な形状とは異なる（後述する図１１および図１２についても同様）。
【００７３】
図１０（Ａ）に示すように、標準形状（理想形状）の凹面ミラー３６では、円筒状の光学材料（ここでは、屈折率1.5の光学ガラス）の一方側（波長変換素子３５に対向する側）の面が凹面３６ａとして加工される。ここでは、凹面３６ａを楕円面として示しているが、これに限らず必要に応じて球面や双曲面等を用いることができる。凹面３６ａの中心点Ｃ０における法線Ｎは、他方側の平面３６ｂの中心点Ｃ１においてこの平面３６ｂと直交する凹面ミラー３６の中心軸Ｘと一致する。この凹面３６ａの中心点Ｃ０は、その接平面Ｐ０が平面３６ｂと平行となる正反射点であり、波長変換素子３５からのレーザ光の光路を法線Ｎに一致させた場合に緑色レーザ光源装置２のレーザ出力が最大となる。
【００７４】
一方、凹面ミラー３６の実際形状は、図１０（Ｂ）に示すように製作誤差（ここでは、凹面３６ａの加工誤差による平面３６ｂとの位置ずれ）を有する。この場合、凹面ミラー３６の凹面３６ａ側から平面３６ｂと直交する方向にレーザ光を入射させたときの凹面３６ａの正反射点Ｃ２を通る平面３６ｂ上の法線Ｎは、凹面ミラー３６の中心軸Ｘとは一致しない。したがって、このような状態でレーザ光の光路（すなわち、光軸調整時の標準の光路）を中心軸Ｘに一致させるように凹面ミラー３６の初期位置を定めた場合、緑色レーザ光源装置２のレーザの出力を良好に維持するためには、レーザ光の光路を法線Ｎと一致させるように凹面ミラー３６を移動させることが必要となる。
【００７５】
図１１は、本発明による凹面ミラー３６の取付構造を示す説明図であり、図１２は、図１１の取付構造の比較例を示す説明図である。ここでは、説明の便宜上、上述の板ばね６２等の図示は省略している。なお、理想的には、波長変換素子３５からのレーザ光の光路は、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通るように設計されているが、実際にはそうではない。波長変換素子３５からのレーザ光の光路は、それより前に配置されている半導体レーザ３１、ＦＡＣレンズ３２、ロッドレンズ３３およびレーザ媒体３４（以上、図１〜図４参照）の取付誤差により、開口部６１ｂの中心から外れる。図１１は、そのような凹面ミラーより前に配置されている各光学部材の取付誤差が無く、波長変換素子３５からのレーザ光の光路が、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通る場合を示している。
【００７６】
図１１に示す本実施の形態においては、凹面ミラー３６の平面３６ｂが凹面ミラー支持部６１の外面（当接面）６１ａに対して角度θで傾斜しており、凹面３６ａの中心点Ｃ０が正反射点となる。したがって、凹面３６ａの中心点Ｃ０が光軸Ｌａと一致しさえすれば、レーザ光の出力が最大となる。理想的な状態として、図１１に示すように、波長変換素子３５からのレーザ光の光路が、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通り、凹面ミラー３６の凹面３６ａの中心点Ｃ０も開口部６１ｂの中心に来るよう取り付けることができるのであれば、凹面ミラー３６を調整する必要はない。しかしながら、先にも述べたように、波長変換素子３５からのレーザ光の光路は開口部６１ｂの中心から外れるし、凹面ミラー３６も、その中心点Ｃ０が開口部６１ｂの中心に来るよう、最初から正確に取り付けられるわけではない。よって実際には、凹面ミラー３６を任意の方向（図３中の高さ方向および幅方向）に摺動させることにより、凹面３６ａの中心点Ｃ０を光軸Ｌａと一致させ、レーザ光の出力が最大となる適正な位置を決定する。
【００７７】
このとき、平面３６ｂは凹面ミラー支持部６１の外面（平面）６１ａに対して角度θで傾斜した状態にあるものの、凹面３６ａの中心点Ｃ０は外径φ（ここでは、φ＝0.5mm）の凹面ミラー３６の中心付近に位置する。これにより、レーザ光の入射光路Ｌａは、凹面３６ａの略中心点Ｃ０から入射（光路Ｌａ）し、平面３６ｂにて僅かに屈折してガラスカバー３７（図１参照）側に向けて出射（光路Ｌｂ）する。
【００７８】
ここで、光路Ｌｂの出射点Ｃ３を通る平面３６ｂ上の法線Ｙに対し、凹面３６ａに入射するレーザ光の光路Ｌａは所定の角度θ（ここで、θの最大角度は0.2度（加工精度から予想される最大値）とする。）で傾斜した状態にある。この状態において、出射するレーザ光の光路Ｌｂの法線Ｙに対する傾斜の角度ψは0.3度となり、レーザ光の光路Ｌｂのレーザ光の光路Ｌａに対する傾斜の角度ψ−θは最大で0.1度となるに過ぎない。このようなレーザ光の光路Ｌｂの僅かな傾斜であれば、画像表示装置１のリレー光学系７（図１参照）に配置されている他の光学素子の光軸調整により解消可能であるため、その後のレーザ光の光路に影響を及ぼすことはない。
【００７９】
このように、緑色レーザ光源装置２の凹面ミラー３６は、その初期位置において、レーザ光の光路Ｌａの入射位置と凹面３６ａの中心点Ｃ０とが略一致し、また、出射後の光路Ｌｂについても入射側の光路Ｌａとのずれは僅かとなる。つまり、緑色レーザ光源装置２の凹面ミラー３６の調整マージンがそれほど大きくなくても、必要な緑色レーザ光の出力を得ることができ、緑色レーザ光源装置２における光軸調整が容易となると共に、光軸調整に関する設計の自由度が高まりよりコンパクトな構成が可能となる。特に、図１１に示す理想的なレーザ光軸の状態においては、凹面ミラー３６は、その初期位置に配置されるよう、調整されればよい。
【００８０】
なお、先ほども述べたように、ここでは、凹面ミラー３６に入射するレーザ光が凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通るように示してあるが、入射するレーザ光の光路は必ずしもこれに限定されない。しかし、たとえそうであっても、凹面ミラー３６の調整マージンは、それより前に配置される各光学部材の取付誤差によるレーザ光Ｌａの光軸ずれを見積もったものだけで済み、凹面ミラー３６自体の製作誤差までも見積もる必要は無い。
【００８１】
一方、図１２に示す比較例では、凹面ミラー３６は、凹面ミラー支持部６１の内面６１ｃに対して平面３６ｂ側の周縁部を当接させた状態で保持される。（図１２も図１１と同様に、波長変換素子３５より前に配置されている各光学部材の取付誤差が無く、波長変換素子３５からのレーザ光の光路が、凹面ミラー支持部６１の開口部６１ｂの中心を通る場合を示している。）この場合、初期位置における凹面ミラー３６では、波長変換素子３５からのレーザ光の標準の光路は、平面３６ｂの中心点Ｃ１を通る（凹面ミラー３６の中心軸Ｘと一致する）ように設定される。ところが、この取り付け状態は図１０（Ｂ）と基本的に同じであり、中心点Ｃ１を通る中心軸Ｘと凹面３６ａとの交点Ｃ４は、凹面３６ａの中心にありながら、その製作誤差により、レーザ光の光路Ｌａに対する正反射点とはならない。したがって、緑色レーザ光源装置２における各光学素子の光軸調整に際し、レーザ光の光路Ｌａが凹面３６ａの正反射点Ｃ２を通るように凹面ミラー３６を移動させる必要がある。つまり、凹面ミラー３６の調整マージンは、波長変換素子３５より前に配置される各光学部材の取付誤差によるレーザ光Ｌａの光軸ずれを見積もったもののみならず、凹面ミラー３６自体の製作誤差までも見積もる必要がある。
【００８２】
移動後（位置決め後）の凹面ミラー３６では、図１２に示すように、波長変換素子３５からのレーザ光は、凹面３６ａの中心点Ｃ２から入射（光路Ｌａ）し、そのまま直進して平面３６ｂの出射点Ｃ５から出射（光路Ｌｂ）する。しかしながら、緑色レーザ光源装置２における他の光学素子を含めて光軸調整マージンには一定の限界がある（ここでは、光軸調整マージンは0.5mm）。したがって、比較例の取付構造では、レーザ光の光路Ｌａと凹面ミラー３６の中心軸ＸのずれＷ（Ｗは最大0.14mm）により光軸調整マージンが不足して光軸調整が困難となる場合がある。
【００８３】
本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。本発明に係るレーザ光源装置は、比較的小型の凹面ミラーへの適用に好適であるため、携帯型の情報処理装置等（例えば、ノート型のＰＣのドライブベイ）に内蔵されるコンパクトな画像表示装置（プロジェクタ）に用いられるレーザ光源装置として最適である。なお、上記実施形態に示した本発明に係るレーザ光源装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係るレーザ光源装置は、レーザの出力を良好に維持しつつ、他の光学素子に必要とされる光軸調整マージンを抑制することを可能とし、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】
【００８５】
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
３６ 凹面ミラー
３６ａ 凹面
３８ 基台
６１ 凹面ミラー支持部
６１ａ 外面（当接面）
６１ｂ 開口部
６７ 板ばね（弾性押圧部材）
【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、
前記赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子と、
前記波長変換素子に対向する凹面を有し、当該波長変換素子を介して前記レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラーと、
前記凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部と
を備え、
前記凹面ミラー支持部は、前記波長変換素子から前記凹面ミラーに向けてレーザ光を通過させる開口部と、前記波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、前記開口部の一端側の周囲に形成されて前記凹面ミラーの凹面側が当接する当接面とを有することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記凹面ミラーを前記当接面に向けて押圧する弾性押圧部材を更に備えた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】
凹面ミラー支持部が設けられた基台を更に備え、
前記波長変換素子および前記レーザ媒体は、前記基台に共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。
【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、
前記赤外レーザ光の波長を変換して高調波のレーザ光を出力する波長変換素子と、
前記波長変換素子に対向する凹面を有し、当該波長変換素子を介して前記レーザ媒体とともに共振器を構成する凹面ミラーと、
前記凹面ミラーを支持する凹面ミラー支持部と
を備え、
前記凹面ミラー支持部は、前記波長変換素子から前記凹面ミラーに向けてレーザ光を通過させる開口部と、前記波長変換素子からのレーザ光の光軸と直交すると共に、前記開口部の一端側の周囲に形成されて前記凹面ミラーの凹面側が当接する当接面とを有することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記凹面ミラーを前記当接面に向けて押圧する弾性押圧部材を更に備えた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】
凹面ミラー支持部が設けられた基台を更に備え、
前記波長変換素子および前記レーザ媒体は、前記基台に共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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８９２８（Ｐ２０１３−８９２８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２１１０（Ｐ２０１１−１４２１１０）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【特許番号】特許第４８７０２３７号（Ｐ４８７０２３７）
【特許公報発行日】平成２４年２月８日（２０１２．２．８）
【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２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【特許番号】特許第４８７０２３７号（Ｐ４８７０２３７）
【特許公報発行日】平成２４年２月８日（２０１２．２．８）
【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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