固体レーザー装置およびこれを用いた画像表示装置
【課題】反射ミラーを設定した角度だけ傾けることにより横モードのマルチビームを実現し、固体レーザー結晶や波長変換素子中のレーザー光の透過領域を拡大して発熱を抑制して安定な固体レーザー装置およびこれを用いた画像表示装置を提供する。
【解決手段】ポンプ用のレーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１０と、レーザー光１９の入射により励起され基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー結晶１５およびこの固体レーザー結晶１５を挟む位置にそれぞれ配置されたミラー１６、１７を含み構成される光共振器１４と、光共振器１４の内部に配置され、基本波レーザー光２０の波長を変換するＳＨＧ素子１８とを備え、それぞれのミラー１６、１７のうちの１つがレーザー光１９の光軸に対して設定した傾斜角度を設けて配置されている構成からなる。
【解決手段】ポンプ用のレーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１０と、レーザー光１９の入射により励起され基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー結晶１５およびこの固体レーザー結晶１５を挟む位置にそれぞれ配置されたミラー１６、１７を含み構成される光共振器１４と、光共振器１４の内部に配置され、基本波レーザー光２０の波長を変換するＳＨＧ素子１８とを備え、それぞれのミラー１６、１７のうちの１つがレーザー光１９の光軸に対して設定した傾斜角度を設けて配置されている構成からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー結晶と波長変換素子とを用いた固体レーザー装置に関し、特に熱的安定性に優れ、高出力を安定して得られる固体レーザー装置およびこれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー励起固体レーザー装置は、半導体レーザー光源からのレーザー光により固体レーザー結晶を励起してレーザー発振を行わせるものであり、小型軽量、長寿命、電気光変換効率が高い、動作が安定等の特徴を有し、種々の産業分野において利用されている。このような固体レーザー装置は、半導体レーザー光源からのレーザー光を結合レンズ系により固体レーザー結晶に入射させ、ミラーに挟まれた固体レーザー結晶を励起して基本波レーザー光を発振させ、この基本波レーザー光を非線形光学媒質の波長変換素子に入射させることにより、入射光の第２次高調波成分を発生させ、出力側のミラーを通して外部に発射させる構成が一般的である。
【０００３】
このような固体レーザー装置を用いれば、高出力の緑色光（Ｇ光）を得ることができる。具体的構成例としては、例えば半導体レーザー光源を用い、Ｎｄ：ＹＶＯ４等からなる固体レーザー結晶を励起させ、反射ミラーと出力ミラーとの間で固体レーザー結晶のレーザー発振を起こさせる。このレーザー発振により波長１０６４ｎｍの基本波レーザー光が得られる。この基本波レーザー光を波長変換素子に入射することにより、波長５３２ｎｍの第２高調波が得られる。このような構成とすることで高出力のＧ光が得られるので、レーザーディスプレイや投射型液晶ディスプレイ等への応用が可能となることから開発が活発に行われている。
【０００４】
例えば、高出力、高効率であって、スペックルノイズ低減を可能とする固体レーザー装置とそれを用いた画像表示装置が示されている（例えば、特許文献１参照）。この固体レーザー装置は、レーザー光源として１次元横マルチモードレーザーを用いる構成であり、励起用光源、光共振器内の固体レーザー結晶および波長変換素子を備え、楕円状の横モードパターンで固体レーザー結晶を励起して線状ビームを得るとともに、この線状ビームを波長変換素子に入射させることにより線状光を出力する構成としている。これにより、楕円状の横モードパターンを利用して高出力および高効率の固体レーザー装置を実現できる。また、横マルチモードでの励起により干渉性が低下することでスペックルノイズを低減できる。さらに、光共振器中に波長変換素子が配置されているので光共振器内部に閉じ込められた発振光のパワー密度を大きくでき、高効率での波長変換が可能となることが示されている。
【０００５】
しかしながら、固体レーザー結晶や波長変換素子は高密度のレーザー光の照射を受けると損傷してしまい、長時間安定して高調波レーザー光を発振させることが困難であるという課題を有している。
【０００６】
これに対して、光共振器内における波長変換素子のレーザー光の入射側にレーザー光の光路シフト用の透過板を配置して、この透過板を振動させる構成が示されている（例えば、特許文献２参照）。光共振器内の波長変換素子にレーザー光を透過させて高調波を発生させて波長変換する際に、上記の透過板を振動させることによりレーザー光の光路をシフトさせることで、波長変換素子におけるレーザー光の通過領域が拡大する結果、温度上昇を緩和させることができるとしている。
【０００７】
さらに、反射ミラーと出力ミラーで構成される光共振器内に固体レーザー結晶と波長変換素子とを配置し、波長変換素子の位置をレーザー光の光軸と垂直方向に移動させる移動機構とを備えた構成において、この移動機構をレーザー光の照射に連動して移動させる構成とした固体レーザー装置も示されている（例えば、特許文献３参照）。このような構成により、波長変換素子の全面を有効に使用することができるようになり、波長変換素子の寿命を長くすることができ、結果として固体レーザー装置の寿命を延ばすことができるとしている。
【０００８】
このような高出力のＧ光を出力できる固体レーザー装置と半導体レーザー装置とを組み合わせて、液晶パネルの裏面からレーザー光を照射して投射型液晶表示装置や薄型テレビ等の液晶表示装置に用いることも検討されている。しかしながら、薄型テレビ等のバックライトユニットにレーザー光源を用いるためには、比較的広い面積にわたり均一な輝度分布を有する構成を実現しなければならない。また、スペックルノイズの抑制も重要である。
【特許文献１】特開２００６−１００７７２号公報
【特許文献２】特開平７−２２６８６号公報
【特許文献３】特開２００４−２２９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記第１の例においては、固体レーザー装置は１次元横マルチモードレーザーを用いて線状のレーザー光を出力して、投射型液晶表示装置に用いた例が示されている。しかし、この例においては、固体レーザー装置の固体レーザー結晶や波長変換素子の過熱による損傷についての対策は開示されていないし、また示唆もされていない。
【００１０】
また、第２の例においては、位相整合に必要なレーザー光の偏向方向と結晶方位とを保持した状態で透過板を振動させることによりレーザー光の通過領域を拡大させて過熱を防ぐようにしているが、この方式によれば固体レーザー装置を作動させている間は、常に透過板を振動させておくことが必要であり、装置構成が複雑になり低コスト化が困難である。
【００１１】
また、第３の例においては、波長変換素子を電気的に移動させるようにすることで、波長変換素子の損傷を防止するとともに全面を有効に利用可能としているが、この方式においても上記と同様に機械的な移動機構を設けなければならず装置構成が複雑となり、低コスト化が困難である。
【００１２】
さらに、液晶表示装置のバックライトユニットの光源として用いる場合には、薄型で、かつ大面積にわたり均一な輝度の照明光源を低コストで実現することが要求される。このようなバックライトユニットに固体レーザー装置を用いるためには、固体レーザー装置から出力されるレーザー光をマルチモードにするほうが好ましい。しかしながら、特にＧ光を発光するレーザー光源（Ｇ光源）では、マルチモード構成については未だ実現されていない。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、移動機構や振動機構を有さずに反射ミラーを設定した角度だけ傾けることにより横モードのマルチビームを実現し、固体レーザー結晶や波長変換素子中のレーザー光の透過領域を拡大して過熱を抑制して安定な固体レーザー装置を提供することを目的とする。さらに、マルチビームの固体レーザー装置を用いることにより、高輝度で、かつ大画面化が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の面状照明装置は、ポンプ用のレーザー光を出射する半導体レーザー光源と、レーザー光の入射により励起され基本波レーザー光を発振する固体レーザー結晶およびこの固体レーザー結晶を挟む位置にそれぞれ配置されたミラーを含み構成される光共振器と、光共振器の内部に配置され、基本波レーザー光の波長を変換する擬似位相整合型波長変換素子（以下、ＳＨＧ素子とよぶ）とを備え、それぞれのミラーのうちの１つがレーザー光の光軸に対して設定した傾斜角度を設けて配置されている構成からなる。
【００１５】
このような構成とすることにより、Ｇ光の横モードがマルチモードとなり、固体レーザー結晶や波長変換素子内のレーザー光の通過領域が拡がり、これに伴い発熱する領域が拡がるので局部的に高温になる領域を防止することができ、高出力で、かつ安定に高調波レーザー光を出射させることができる。
【００１６】
また、上記構成において、ＳＨＧ素子により変換された高調波レーザー光を出射する側に設けたミラーが凹面型ミラーであり、この凹面型ミラーをレーザー光の光軸に対して設定した傾斜角度としてもよい。この場合に、凹面型ミラーの曲率半径を５０ｍｍ以下としてもよい。さらに、凹面型ミラーの傾斜角度を０．１°〜０．５°の範囲に設定してもよい。このような構成とすることにより、半導体レーザー光源、固体レーザー結晶およびＳＨＧ素子等の構成についてはほとんど変更せずに、凹面型ミラーのみを傾斜させることにより横モードをマルチモード化することができる。
【００１７】
また、上記構成において、半導体レーザー光源はレーザー光の発振波長を固定する手段を有するものであってもよい。このような構成とすることにより、温度変化が生じても半導体レーザー光源の発振波長はほぼ一定に保持されるので、半導体レーザー光源に対する高精度の温度制御を行う必要がない。なお、発振波長を固定する手段としては、例えば透過型の回折格子であるＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。半導体レーザー光源から出射したレーザー光を、このＶＢＧに入射させるが、その一部が反射されて半導体レーザー光源にフィードバックされ、半導体レーザー光源の発振波長がＶＢＧにより選択された波長に固定されるものである。さらに、このように半導体レーザー光源に波長選択性を有する構造としては、後述するようなＤＦＢレーザーやＤＢＲレーザーがあり、このようなレーザー光源を用いてもよい。
【００１８】
さらに、本発明の画像表示装置は、画像変換デバイスとこの画像変換デバイスを照射するための照明光源とを備えた装置であって、照明光源は少なくとも赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）および青色光（Ｂ光）を発光するレーザー光源からなり、これらのレーザー光源のうちの少なくとも１つが上記記載の固体レーザー装置からなる構成からなる。この場合に、Ｇ光を発光するレーザー光源として上記固体レーザー装置を用い、Ｒ光とＢ光とを発光するレーザー光源として半導体レーザー光源を用いる構成としてもよい。さらに、Ｒ光とＢ光とを発光する半導体レーザー光源は、複数の活性層を有し複数のビームを出射する構成からなるものを用いてもよい。
【００１９】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光ともに高出力のレーザー光源を用いることができ、色再現範囲が広く、画質が良好で、かつ明るい画像表示装置を実現することができる。なお、画像表示装置としては、画像変換デバイスとして２次元空間変調素子、例えばＭＥＭＳ技術により形成したマイクロミラーを多数配置した構成の素子を用いた投射型構成の画像表示装置、液晶表示パネルを２次元空間変調素子として用いた投射型構成の画像表示装置あるいはバックライトユニットと液晶表示パネルとを用いた薄型テレビ構成の画像表示装置等がある。
【００２０】
特に、薄型テレビ等の画像表示装置に対しては、画像変換デバイスが液晶表示パネルからなり、照明光源はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射したレーザー光を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる構成としてもよい。このような構成とすることにより、液晶表示パネルを用いた画像表示装置の色再現範囲を拡大でき、画質を大幅に改善できる。また、全体として低消費電力化を実現することもできる。
【００２１】
また、上記バックライトユニットは、四隅のうちの少なくとも１つの角部が曲面形状に加工された第１の導光板とこの第１の導光板に密接して配置された第２の導光板からなる角部端面入射型導光板と、第１の導光板の上記角部に形成された曲面形状に沿って配置された光路変換部と、光路変換部にレーザー光を入射させる赤色光源、緑色光源および青色光源とを備えた構成からものであってもよい。
【００２２】
このような構成とすることにより、赤色光源、緑色光源および青色光源を第１の導光板の表面に配置することができるので、画像表示装置としての全体的な形状を小型化することができる。
【００２３】
また、上記バックライトユニットは、四隅のうちの少なくとも１つの角部が凹面形状からなる曲面部を有する第１の導光板とこの第１の導光板に密接して配置された第２の導光板とからなる角部端面入射型導光板と、第１の導光板の上記曲面部に対向する位置に配置され、この曲面部を介して第１の導光板にレーザー光を入射させる赤色光源、緑色光源および青色光源とを備えた構成からなるものであってもよい。
【００２４】
このような構成とすることにより、光路変換部を設けずに直接第１の導光板の曲面部から第１の導光板にレーザー光を入射させることができるので照明光源の構成を簡略化しながら、大画面化にも対応可能とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、固体レーザー結晶や波長変換素子の損傷を防止でき、長寿命で、かつ高出力の固体レーザー装置を実現できるという大きな効果を奏する。また、この固体レーザー装置は横モードがマルチモードとなっているので、液晶表示装置のバックライトユニットの光源とした場合に、構造が簡単で、かつ製造コストを安価にできる画像表示装置を実現できるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態にかかる固体レーザー装置１の構成図である。本実施の形態の固体レーザー装置１は、ポンプ用のレーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１０と、レーザー光１９の入射により励起され基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー結晶１５および固体レーザー結晶１５を挟む位置にそれぞれ配置されたミラー１６、１７を含み構成される光共振器１４と、光共振器１４の内部に配置され、基本波レーザー光２０の波長を変換するＳＨＧ素子１８とを備えている。そして、上記ミラー１６、１７のうちの１つがレーザー光１９の光軸２２に対して設定した傾斜角度θを設けて配置されている。本実施の形態では、ＳＨＧ素子１８により変換された高調波レーザー光２１を出射する側に設けたミラー１７が凹面型ミラーであり、この凹面型ミラーをレーザー光１９の光軸２２に対して設定した傾斜角度θとしている。以下では、このミラー１７を凹面型ミラー１７とよぶ。さらに、半導体レーザー光源１０はレーザー光１９の発振波長を固定する手段を有している。
【００２８】
なお、本実施の形態では、レーザー光１９として発信波長８０８ｎｍのポンプ光を入射し、１０６４ｎｍの基本はレーザー光２０を発生させ、これをＳＨＧ素子１８により５３２ｎｍの高調波レーザー光２１として出射する固体レーザー装置１の構成を例として説明する。したがって、高調波レーザー光２１がＧ光である。
【００２９】
本実施の形態の固体レーザー装置１では、レーザー光１９は半導体レーザー光源１０から出射してロッドレンズ１１、ＶＢＧ１２およびボールレンズ１３を介して光共振器１４に入射する。半導体レーザー光源１０から出射した波長８０８ｎｍ近傍のレーザー光１９はロッドレンズ１１により垂直方向の成分がコリメートされた後にＶＢＧ１２に入射する。ＶＢＧ１２に入射したレーザー光１９は、一部が反射されて半導体レーザー光源１０にフィードバックされる。これにより、半導体レーザー光源１０の発振波長はＶＢＧ１２により選択された波長（８０８ｎｍ）にロックされる。このように、ＶＢＧ１２を用いることで、温度変化が生じても半導体レーザー光源１０の発振波長をほぼ一定に保持でき、半導体レーザー光源１０の高精度の温度制御を不要にすることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、半導体レーザー光源１０の発振波長のロックにＶＢＧ１２を用いた場合について説明したが、誘電体多層膜により構成されるバンドパスフィルターを用いてもよい。あるいは、半導体レーザー光源１０自体が波長ロック機能を備えたＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）レーザーやＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザーであってもよい。
【００３１】
ＶＢＧ１２により波長がロックされたレーザー光１９は、ボールレンズ１３により固体レーザー結晶１５へ集光される。このレーザー光１９がポンプ光となり、固体レーザー結晶１５が励起され、波長１０６４ｎｍの基本波レーザー光２０が発生する。基本波レーザー光２０は、固体レーザー結晶１５を挟むように設けられたミラー１６と凹面型ミラー１７により形成される光共振器１４内で共振する。そして、光共振器１４内に配置されたＳＨＧ素子１８により、基本波レーザー光２０の一部が波長変換され、高調波レーザー光２１である波長５３２ｎｍのＧ光が外部に出力される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、固体レーザー結晶１５として、Ｎｄが３％ドーピングされたＹＶＯ４結晶を用いた。また、ＳＨＧ素子１８としては、ＭｇをドーピングしたＬｉＮｂＯ３基板に周期的に分極反転領域を形成した擬似位相整合型のものを用いた。ＭｇをドーピングしたＬｉＮｂＯ３基板は非線形定数が大きく、ＳＨＧ素子の厚みを小さくできる。また、上記したように、光共振器１４にはポンプ光であるレーザー光１９が入射し、発生した基本波レーザー光２０を光共振器１４内に閉じ込め、凹面型ミラー１７からは高調波レーザー光２１が出射するように、固体レーザー結晶１５の表面に形成したミラー１６、ＳＨＧ素子１８および凹面型ミラー１７には、それぞれの端面に誘電体多層膜が形成されている。
【００３３】
そして、本実施の形態の固体レーザー装置１では、凹面型ミラー１７がレーザー光１９の光軸２２に対して設定した傾斜角度θを設けて配置されている。すなわち、図１に示すように凹面型ミラー１７の凹面の底部に垂直な垂線２３とレーザー光１９の光軸２２とのなす角度をθとして、この傾斜角度θをあらかじめ設定した角度としている。このように設定した傾斜角度を設けて配置することで、基本波レーザー光２０等が固体レーザー結晶１５およびＳＨＧ素子１８内を透過する場合に、通過領域の幅が広がる。これにより、局部的に過熱される領域がなくなり、熱分布の急峻性が改善され、比較的緩やかな熱分布とすることができる。したがって、固体レーザー結晶１５やＳＨＧ素子１８の損傷の発生を抑制でき、長期的に安定して高出力を保持することができる。また、高調波レーザー光２１が横モードでマルチモードになるので、液晶表示装置のバックライトユニットの光源等に用いる場合に薄型で、かつ大面積化を容易に実現できる。
【００３４】
図２から図４は、本実施の形態の固体レーザー装置１と従来構成の固体レーザー装置とのＧ光出力の比較データを示す図である。図２（ａ）は傾斜角度θ＝０°の場合、すなわち従来構成の固体レーザー装置のＧ光出力のビーム形状を示す図で、図２（ｂ）はポンプ光であるレーザー光（以下では、ポンプ光とよぶ場合もある）１９の光量とＧ光出力との関係を示す図である。また、図３（ａ）は本実施の形態の固体レーザー装置１において、傾斜角度θ＝０．２°とした場合のビーム形状を示す図で、図３（ｂ）はポンプ光１９の光量とＧ光出力との関係を示す図である。さらに、図４（ａ）は本実施の形態の固体レーザー装置１において、傾斜角度θ＝０．３°とした場合のビーム形状を示す図で、図３（ｂ）はポンプ光１９の光量とＧ光出力との関係を示す図である。なお、図２から図４における測定においては、光共振器１４の共振器長Ｌを１０ｍｍとし、凹面型ミラー１７の曲率半径Ｒを２０ｍｍとした場合について説明する。
【００３５】
図２に示すように、傾斜角度θ＝０°（従来構成の固体レーザー装置）の場合には、ビーム形状は円形状で、シングルモードとなる。また、Ｇ光出力はポンプ光１９の光量が２．５Ｗ付近で飽和して、その最大値が０．６５Ｗとなった。さらに、ポンプ光１９の光量が飽和するまでの光量範囲において、ポンプ光１９の光量の増加にもかかわらずＧ光出力が減少する点Ｐが発生する現象も生じた。Ｇ光出力の飽和は、ポンプ光１９の光量が２．５Ｗ付近になると固体レーザー結晶１５の発熱が大きくなり、熱的飽和が発生するために発振の効率が低下して基本波レーザー光２０の光量が飽和することによる。また、点Ｐでの出力の低下は、光共振器１４の内部で高調波レーザー光２１であるＧ光が干渉するために発生するものである。
【００３６】
これに対して、本実施の形態の固体レーザー装置１では傾斜角度θを設けているので上記のような現象を抑制できる。
【００３７】
例えば、凹面型ミラー１７の傾斜角度θ＝０．１°とすると、光共振器１４内の電界分布に変化が生じて横モードがマルチ化する。
【００３８】
さらに、凹面型ミラー１７の傾斜角度θ＝０．２°にすると、図３に示すように３個のビームを有する横モードとなる。このとき、Ｇ光出力の出力飽和が起こるポンプ光１９の光量は２．８Ｗとなり、Ｇ光出力の最大値も０．７Ｗが得られた。さらに、光共振器１４の内部での高調波レーザー光２１であるＧ光の干渉による出力変動も抑制できた。これは、横モードがマルチ化することにより、固体レーザー結晶１５の内部での熱分布が図２に示すシングルモードの場合に比べて広がり、局部的に過熱を生じる領域をなくすことができ、この結果、全体として緩やかな熱分布が得られることによる。そして、横モードがマルチ化すると、光共振器１４の内部でのＧ光の干渉も生じ難くなるため、図２の点Ｐに示すようなＧ光出力の変動も発生し難くできる。なお、θ＝０．２°とした場合でも、ポンプ光１９の光量に対するＧ光出力の発生効率（スロープ効率）は図２に示すようなシングルモードの場合とほとんど変わらなかった。
【００３９】
さらに、傾斜角度θ＝０．５°とした場合には、図４に示すように５つのビームを有する横モードとなった。この場合、Ｇ光出力の出力飽和の生じるポンプ光１９の光量は３Ｗまで大きくできたが、Ｇ光出力の最大値は０．７Ｗであり、θ＝０．２°の場合と同じであった。また、スロープ効率はθ＝０．２°の場合に比べてやや低下した。これは、ＳＨＧ素子１８を透過する際の基本波レーザー光１８の断面積が拡がるためにＳＨＧ素子１８の変換効率がやや低下することによる。なお、この傾斜角度の場合にも、Ｇ光出力の変動も観測されなかった。
【００４０】
以上の結果からわかるように、Ｇ光出力の最大値はシングルモードを出力する従来構成の固体レーザー装置での０．６５Ｗに対して、本実施の形態の固体レーザー装置１では０．７Ｗに大きくすることができた。なお、傾斜角度を種々変化させてビーム形状とＧ光出力とを測定した結果、傾斜角度θ＝０．５°よりも大きくしても発振状態は維持されるが、発振効率が低下し、この結果Ｇ光出力が低下することが見出された。したがって、傾斜角度θの最適範囲としては、θ＝０．１°〜０．５°が望ましいことが見出された。さらに、θ＝０．２°〜０．４°の範囲とすることで、マルチビームのそれぞれのビーム形状が比較的そろい、かつＧ光出力の最大値も安定して得られることから、より好ましい範囲であることがわかった。
【００４１】
また、凹面型ミラー１７の曲率半径Ｒについても種々の形状について検討した結果、５０ｍｍより大きくするとマルチモード化し難くなることが見出された。したがって、曲率半径Ｒは５０ｍｍ以下とすることが望ましい。また、曲率半径Ｒの下限値については、光共振器１４の構成、すなわち共振器長Ｌ等の設計により最適な値を設定すればよい。
【００４２】
図５は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第1の例の画像表示装置３０を示す図で、（ａ）は構成の概要を示す斜視図、（ｂ）は画像変換デバイス３１側から見た平面図、（ｃ）は５Ａ−５Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。なお、図５においては、それぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているが、実際の構成においては図示しないベースプレート等に設置して全体を一体的に固定している。
【００４３】
図５に示すように、この第１の例の画像表示装置３０は基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源４０とを備えている。そして、画像変換デバイス３１は液晶表示パネルからなり、照明光源４０はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光４４、４５を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源４０をバックライトユニット４０とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明する。なお、図５に示す第１の例の画像表示装置３０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源４１を用いている。
【００４４】
最初に、照明光源であるバックライトユニット４０の構成について説明する。バックライトユニット４０は、Ｒ光源とＢ光源とを一体化して構成してなる半導体レーザー光源４１と、この半導体レーザー光源４１から出射したＲ光とＢ光とが合波された照明用レーザー光４４を一方の主面部４３ａから出射する導光板４３を備えている。Ｒ光とＢ光については、半導体レーザー光源４１内に設けられているビームエキスパンダー（図示せず）を用いて端面導光板４２の端面部の大きさとほぼ同じ程度に拡げられた後、端面導光板４２の端面部から端面導光板４２に照明用レーザー光４４が入射される。なお、本実施の形態の半導体レーザー光源４１は、Ｒ光とＢ光とをそれぞれ発光する半導体レーザー光源を一体化し、Ｒ光とＢ光とが合波されて照明用レーザー光４４として出射するように構成されている。
【００４５】
端面導光板４２には、一定のピッチで半透過ミラー４２ａが設けられており、一定の拡がりを有して入射した照明用レーザー光４４は半透過ミラー４２ａにより一部が反射して導光板４２の端面部４３ｃに入射し、残りは次の半透過ミラー４２ａに入射する。そして、この半透過ミラー４２ａでも同様に一部が反射して導光板４３の端面部４３ｃに入射する。以下、これを順次繰り返すことで、端面導光板４２から導光板４３の端面部４３ｃの全面にわたり照明用レーザー光４４を入射させることができる。導光板４３に入射した照明用レーザー光４４は、導光板４３の側面部や他方の主面部４３ｂで反射および散乱し、一方の主面部４３ａに向かう照明用レーザー光４４が最終的に一方の主面部４３ａから出射する。
【００４６】
これに対して、Ｇ光源である固体レーザー装置１は、導光板４３の端面部４３ｃに対向する他方の端面部４３ｄに配置されている。本実施の形態では、３つの固体レーザー装置１を他方の端面部４３ｄ側に配置しており、これらの固体レーザー装置１により導光板４３の他方の端面部４３ｄの全面にわたりＧ光、すなわち照明用レーザー光４５を入射させることができる。そして、導光板４３内に入射した照明用レーザー光４５は、Ｒ光とＢ光とを合波した照明用レーザー光４４と同様に導光板４３の側面部や他方の主面部４３ｂで反射および散乱し、一方の主面部４３ａに向かう照明用レーザー光４５が最終的に一方の主面部４３ａから出射する。これにより、導光板４３の一方の主面部４３ａの全面からＲ光、Ｂ光およびＧ光からなる照明用レーザー光４４、４５が均一な輝度を有して出射する。
【００４７】
つぎに、液晶表示パネル３１の構成について説明する。液晶表示パネル３１は、透過型または半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型構成からなり、表示領域には図５に示すように赤色画素部（Ｒサブピクセル）Ｒ、緑色画素部（Ｇサブピクセル）Ｇおよび青色画素部（Ｂサブピクセル）Ｂを１つの画素３５とする多数の画素が設けられており、ＴＦＴにより駆動される。そして、２枚のガラス基板３２、３４の間に液晶３３が設けられており、この液晶３３を駆動するためのＴＦＴはガラス基板３２、３４のいずれか一方に形成されているが、図示していない。また、ガラス基板３２、３４のそれぞれの面には偏光板３６、３７が設けられている。以上のように、本実施の形態の液晶表示パネル３１は、従来から用いられている構成と同じであるので、これ以上の説明を省略する。
【００４８】
以上の構成からなる画像表示装置３０は、Ｇ光源である固体レーザー装置１が横モードで、かつマルチモードであることから、導光板４３の他方の端面部４３ｄの長さ方向に容易に拡げることができる。この結果、画像表示装置３０の構成、特にバックライトユニット４０の構成を簡略化できる。
【００４９】
図６は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第２の例の画像表示装置５０を示す図で、（ａ）は照明光源５１側から見た平面図、（ｂ）は６Ａ−６Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。この第２の例の画像表示装置５０も基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源５１とを備えている。そして、画像変換デバイス３１は液晶表示パネルからなり、照明光源５１はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光６２を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源５１をバックライトユニット５１とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明するが、液晶表示パネル３１については第１の例の画像表示装置３０と同じであるので説明を省略する。なお、図６に示す第２の画像表示装置５０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、図３に示すような３つのビームを有する横モードのレーザー光を出射するものを用いている。そして、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源５２、５３を用いているが、このＲ光源とＢ光源である半導体レーザー光源５２、５３は複数の活性層を設けており、Ｇ光源の固体レーザー装置１と同様に３つのビームを出射する構成としている。
【００５０】
第２の例の画像表示装置５０に用いるバックライトユニット５１の構成について説明する。バックライトユニット５１は、液晶表示パネル３１の背面側に配置されており、その形状は液晶表示パネル３１の形状と概略同じである。半導体レーザー光源５２、５３および固体レーザー装置１からそれぞれ出射したＲ光、Ｂ光およびＧ光は、ダイクロイックミラー５４により合波されて照明用レーザー光６２となり反射ミラー５５に入射する。反射ミラー５５により反射した照明用レーザー光６２は、マイクロレンズアレイ５６により拡げられて変換部用導光板６１に入射する。変換部用導光板６１に入射した照明用レーザー光６２は、外周面で反射、拡散して光路変換部６０に入射し、方向が変換されて端面入射型導光板５７の第１の導光板５８に入射する。そして、照明用レーザー光６２は、この第１の導光板５８中で反射、拡散して第２の導光板５９に入射する。照明用レーザー光６２は、さらに第２の導光板５９で拡散して面全体として均一な輝度分布となった後、第２の導光板５９から出射して液晶表示パネル３１を照明する。これにより、液晶表示パネル３１が照明され、画像が表示される。
【００５１】
この場合に、半導体レーザー光源５２、５３および固体レーザー装置１から出射するＲ光、Ｂ光およびＧ光は、変換部用導光板６１の面に平行な方向にそれぞれ３つのビームを有している。したがって、照明用レーザー光６２を従来よりも簡単な光学系で拡げて変換部用導光板６１の全面にわたり入射させることが可能となり、容易に大画面の画像表示装置を実現できる。さらに、スペックルノイズも有効に低減することができる。
【００５２】
図７は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第３の例の画像表示装置７０を示す図で、（ａ）は照明光源７１側から見た平面図、（ｂ）は７Ａ−７Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。この第３の例の画像表示装置７０も基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源７１とを備えている。そして、画像変換デバイス３１はこの第３の例においても液晶表示パネルからなり、照明光源７１はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光７７を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源７１をバックライトユニット７１とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明するが、液晶表示パネル３１については第１の例の画像表示装置３０で説明したものと同じであるので説明を省略する。
【００５３】
図７に示す第３の画像表示装置７０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、図３に示すような３つのビームを有する横モードのレーザー光を出射するものを用いている。そして、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源を用いているが、このＲ光源とＢ光源である半導体レーザー光源は複数の活性層を設けており、Ｇ光源の固体レーザー装置１と同様に３つのビームを出射する構成としている。そして、この第３の画像表示装置７０においては、Ｒ光源とＢ光源である半導体レーザー光源およびＧ光源である固体レーザー装置１とは、１枚の実装基板（図示せず）上に密接して実装し、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光がともに比較的小さな領域から出射するように配置している。以下では、これを一体化光源７２よぶ。
【００５４】
一体化光源７２から出射するＲ光、Ｇ光およびＢ光は、角部端面入射型導光板７４の四隅にそれぞれ配置されている光路変換部７３に導光されて、その光路を変換された後、角部端面入射型導光板７４の第１の導光板７５に入射される。なお、角部端面入射型導光板７４の第１の導光板７５は、図７に示すように四隅が曲面形状に加工されており、光路変換部７３はこの曲面形状に沿った形状に設定されている。このようにすることにより角部端面入射型導光板７４の全体にレーザー光を拡散させて、第２の導光板７６から均一な輝度の照明用レーザー光７７を射出することができる。
【００５５】
以下、第３の例の画像表示装置７０に用いるバックライトユニット７１の構成について説明する。バックライトユニット７１は、この画像表示装置７０においては四隅の角部のすべてが曲面形状に加工された第１の導光板７５とこの第１の導光板７５に密接して配置された第２の導光板７６からなる角部端面入射型導光板７４と、第１の導光板７５の上記角部に形成された曲面形状に沿って配置された光路変換部７３と、光路変換部７３にレーザー光を入射させる一体化光源７２とを備えた構成からなる。そして、このバックライトユニット７１は、液晶表示パネル３１の背面側に配置されている。
【００５６】
一体化光源７２から出射したＲ光、Ｂ光およびＧ光は、光路変換部７３に入射し、方向が変換されて角部端面入射型導光板７４の第１の導光板７５に入射する。そして、Ｒ光、Ｂ光およびＧ光は第１の導光板７５中で反射、拡散して第２の導光板７６に入射し、第２の導光板７６でさらに拡散して面全体として均一な輝度分布となった後、照明用レーザー光７７として出射し、液晶表示パネル３１を照明する。これにより、液晶表示パネル３１が照明され、画像が表示される。
【００５７】
この場合に、一体化光源７２から出射するＲ光、Ｂ光およびＧ光は、光路変換部７３の曲面の長さ方向に拡がって入射するので、第１の導光板７５の広い面積にわたり導光させることができる。しかも、一体化光源７２と光路変換部７３とを第１の導光板７５の四隅にそれぞれ設けているので、これらからのレーザー光が混合することで均一な輝度分布を実現できる。この結果、均一な輝度分布を有する照明用レーザー光７７により液晶表示パネル３１を照明できるので、明るく、かつ色再現性に優れた画像表示装置７０を実現できる。さらに、スペックルノイズも有効に低減することができる。
【００５８】
なお、上記第３の画像表示装置７０の場合には、第１の導光板７５の四隅のそれぞれの角部に、光路変換部７３および一体化光源７２をそれぞれ配置したが、本発明はこれに限定されない。第１の導光板７５の角部の１つのみに光路変換部７３と一体化光源７２を配置する構成でもよいし、あるいは２つの角部に配置する構成、あるいは３つの角部に配置する構成であってもよい。さらに、一体化光源７２ではなく、Ｒ光、Ｂ光およびＧ光を発光する半導体レーザー光源と固体レーザー装置とを別々にしてもよい。この場合には、少なくとも３つの角部に光路変換部７３を配置し、それぞれの位置にＲ光およびＢ光を発光するそれぞれの半導体レーザー光源とＧ光を発光する固体レーザー装置を配置する構成とすればよい。
【００５９】
図８は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第４の例の画像表示装置８０を示す図で、（ａ）は照明光源８１側から見た平面図、（ｂ）は８Ａ−８Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。この第４の例の画像表示装置８０も基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源８１とを備えている。そして、画像変換デバイス３１はこの第４の例においても液晶表示パネルからなり、照明光源８１はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光８５を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源８１をバックライトユニット８１とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明するが、液晶表示パネル３１については第１の例の画像表示装置３０で説明したものと同じであるので説明を省略する。
【００６０】
図８に示す第４の画像表示装置８０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、図３に示すような３つのビームを有する横モードのレーザー光を出射するものを用いている。そして、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源を用いているが、このＲ光源とＢ光源である半導体レーザー光源は複数の活性層を設けており、Ｇ光源の固体レーザー装置１と同様に３つのビームを出射する構成としている。そして、この第４の画像表示装置８０においても、第３の画像表示装置７０の場合と同様に、Ｒ光源とＢ光源である半導体レーザー光源およびＧ光源である固体レーザー装置１とは、１枚の実装基板（図示せず）上に密接して実装し、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光がともに比較的小さな領域から出射するように配置した一体化光源７２を用いている。この一体化光源７２は、角部端面入射型導光板８２を構成する第１の導光板８３の四隅に形成された曲面部８３ａに対向する位置に配置されている。そして、一体化光源７２から出射するＲ光、Ｇ光およびＢ光は、この曲面部８３ａから第１の導光板８３に入射する。第１の導光板８３に入射したＲ光、Ｇ光およびＢ光は、第２の導光板８４でさらに拡散して照明用レーザー光８５として出射し、液晶表示パネル３１を照明する。
【００６１】
以下、第４の例の画像表示装置８０に用いるバックライトユニット８１の構成について説明する。バックライトユニット８１は、この第４の例の画像表示装置８０では四隅のうちのすべての角部が凹面形状からなる曲面部８３ａを有する第１の導光板８３とこの第１の導光板８３に密接して配置された第２の導光板８４とからなる角部端面入射型導光板８２と、第１の導光板８３の上記曲面部８３ａに対向する位置に配置され、この曲面部８３ａを介して第１の導光板８３にレーザー光を入射させる一体化光源７２とを備えた構成からなる。そして、バックライトユニット８１は、液晶表示パネル３１の背面側に配置されている。
【００６２】
一体化光源７２から出射したＲ光、Ｂ光およびＧ光は、第１の導光板８３の曲面部８３ａから第１の導光板８３に入射する。この場合に、Ｒ光源とＢ光源とは複数の活性層を設けて３つのビームを出射する半導体レーザー光源を用いており、またＧ光源の固体レーザー装置１も同様に３つのビームを出射する構成としているので、これらのレーザー光が曲面部８３ａから入射したときに第１の導光板８３中の全面に拡がり、かつ反射、拡散を生じる。そして、さらにこれらのレーザー光が第２の導光板８４に入射し、第２の導光板８４でさらに拡散して面全体として均一な輝度分布となった後、照明用レーザー光８５として出射し、液晶表示パネル３１を照明する。これにより、液晶表示パネル３１が照明され、画像が表示される。
【００６３】
この場合に、一体化光源７２から出射するＲ光、Ｂ光およびＧ光は、第１の導光板８３の曲面部８３ａから入射するので、曲面部８３ａによる屈折等により光路変化も生じる結果、第１の導光板８３の広い面積にわたり導光させることができる。しかも、一体化光源７２を第１の導光板８３の四隅に設けているので、これらからのレーザー光が混合することでさらに均一な輝度分布の照明用レーザー光８５を出射させることができる。この結果、均一な輝度分布を有する照明用レーザー光７７により液晶表示パネル３１を照明できるので、明るく、かつ色再現性に優れた画像表示装置８０を実現できる。さらに、スペックルノイズも有効に低減することができる。
【００６４】
なお、上記第４の画像表示装置８０の場合には、第１の導光板８３の四隅のそれぞれの角部に曲面部８３ａを設け、これに対向する位置に一体化光源７２をそれぞれ配置したが、本発明はこれに限定されない。第１の導光板８３の角部の１つのみに曲面部８３ａを設け、この曲面部８３ａに対向する一に一体化光源７２を配置する構成でもよい。あるいは、２つの角部に曲面部８３ａを設けて、これらに対向する位置に一体化光源７２をそれぞれ配置する構成としてもよい。あるいは、３つの角部に曲面部８３ａを設け、これらに対向する位置に一体化光源７２を配置する構成としてもよい。さらに、一体化光源７２ではなく、Ｒ光、Ｂ光およびＧ光を発光する半導体レーザー光源と固体レーザー装置とを別々にしてもよい。この場合には、少なくとも３つの角部に曲面部８３ａを設け、これらに対向する位置にＲ光およびＢ光を発光する半導体レーザー光源とＧ光を発光する固体レーザー装置をそれぞれ配置する構成とすればよい。
【００６５】
図９は、本実施の形態の固体レーザー装置１を用いた第５の例の画像表示装置９０の構成を示す概略図である。この第５の例の画像表示装置９０は投射型の画像表示装置の構成からなるので、以下の説明では投射型表示装置９０として説明する。この投射型表示装置９０は、画像変換デバイス１０２、１０３、１０４と画像変換デバイス１０２、１０３、１０４を照射するための照明光源とを備えており、照明光源はＲ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３からなり、Ｒ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３のうちのＧ光源９２は本実施の形態の固体レーザー装置１からなる。また、Ｒ光源９１とＢ光源９２とは半導体レーザー光源であり、Ｇ光源９２の固体レーザー装置１と同様に複数のビームを出射するように複数の活性層を設けた構成からなる。さらに、この投射型表示装置９０の場合には、画像変換デバイス１０２、１０３、１０４は２次元空間変調デバイスの１種である透過型液晶表示パネルからなり、照明光源を構成するＲ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３から出射するレーザー光に対応してそれぞれ配置されており、透過型液晶表示パネルを透過した映像光は合波プリズム１０５により合波された後に投射されるように構成されている。以下では、画像変換デバイス１０２、１０３、１０４については、透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４として説明する。
【００６６】
さらに具体的な構成について、図９をもとに詳細に説明する。Ｒ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３から出力されたレーザー光は、それぞれロッドインテグレータ９４、９５、９６を用いて光量分布が均一化される。そして、Ｒ光源９１から出射したレーザー光とＢ光源９３から出射したレーザー光は、レンズ９７、９９を通して反射ミラー１００、１０１に導かれ、反射ミラー１００、１０１により光路が変換され、透過型液晶表示パネル１０２、１０４へそれぞれ導かれる。一方、Ｇ光源９２から出射したレーザー光は、レンズ９８を通して透過型液晶表示パネル１０３へ直接導かれる。透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４を透過したそれぞれのレーザー光は合波プリズム１０５により合波され、出射レンズ１０６を透過して映像光として出力される。
【００６７】
なお、光源制御回路１０７は上記Ｒ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３の光出力の制御を行う。そして、表示装置制御回路１０８は、映像表示信号に基づき３枚の透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４をそれぞれ駆動する。すなわち、映像表示信号に基づき、Ｒ光源９１からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル１０２については赤色映像信号に対応する駆動、Ｇ光源９２からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル１０３については緑色映像信号に対応する駆動、Ｂ光源９３からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル１０４については青色映像信号に対応する駆動を、表示装置制御回路１０８により行う。
【００６８】
なお、表示装置制御回路１０８は、必要に応じて光源制御回路１０７の制御も行ってもよい。例えば、黒表示に対応してＲ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３のレーザー光の発振を止める等の制御をしてもよい。あるいは、必要に応じて、Ｒ光源９１、Ｇ光源９２あるいはＢ光源９３のレーザー光の出力を可変してもよい。このような制御を行うことで、表示画質の改善や消費電力の低減等も実現することができる。なお、透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４は、従来から透過型液晶表示装置に用いられている構成、例えばポリシリコンＴＦＴ駆動回路を設けたパネル構成等を用いることができるので説明を省略する。
【００６９】
この投射型表示装置９０は、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光で色純度がよいレーザー光源を用いているため、表示可能な色範囲が拡がり、色純度が高く、鮮やかな画像の表示を可能とすることができる。また、光源にランプを用いる場合に比べて低消費電力とすることもできる。さらに、マルチビームの固体レーザー装置１と半導体レーザー光源とを用いているので、光学系を簡略にすることができ、低コストの画像表示装置を実現できる。
【００７０】
なお、本実施の形態の画像表示装置においては、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を発光するレーザー光源を用いたが、さらに別の色を発光するレーザー光源を加えてもよい。また、本発明の固体レーザー装置は本実施の形態の画像表示装置の構成に限定されることはなく、表示装置の照明用として用いるものであれば特に制約なく適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の固体レーザー装置によれば、簡単な構成により固体レーザー結晶や波長変換素子の損傷を防止でき、長寿命で、かつ高出力とすることができ、大画面の薄型表示装置や投射型表示装置等の画像表示装置分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる固体レーザー装置の構成図
【図２】（ａ）傾斜角度θ＝０°の場合、すなわち従来構成の固体レーザー装置のＧ光出力のビーム形状を示す図（ｂ）ポンプ光であるレーザー光の光量とＧ光出力との関係を示す図
【図３】本実施の形態の固体レーザー装置において、（ａ）傾斜角度θ＝０．２°とした場合のビーム形状を示す図（ｂ）ポンプ光の光量とＧ光出力との関係を示す図
【図４】本実施の形態の固体レーザー装置において、（ａ）傾斜角度θ＝０．３°とした場合のビーム形状を示す図（ｂ）はポンプ光の光量とＧ光出力との関係を示す図
【図５】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第１の画像表示装置の（ａ）構成の概要を示す斜視図（ｂ）導光板の一方の主面部側から見た平面図（ｃ）５Ａ−５Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図６】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第２の画像表示装置の（ａ）導光板側から見た平面図（ｂ）６Ａ−６Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図７】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第３の例の画像表示装置を（ａ）照明光源側から見た平面図（ｂ）７Ａ−７Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図８】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第４の例の画像表示装置を（ａ）照明光源側から見た平面図（ｂ）８Ａ−８Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図９】本実施の形態の固体レーザー装置を用いた第５の画像表示装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００７３】
１ 固体レーザー装置
１０，４１，５２，５３ 半導体レーザー光源
１１ ロッドレンズ
１２ ＶＢＧ
１３ ボールレンズ
１４ 光共振器
１５ 固体レーザー結晶
１６ ミラー
１７ ミラー（凹面型ミラー）
１８ 擬似位相変換型波長変換素子（ＳＨＧ素子）
１９ レーザー光（ポンプ光）
２０ 基本波レーザー光
２１ 高調波レーザー光（Ｇ光）
２２ 光軸
２３ 垂線
３０，５０，７０，８０ 画像表示装置
３１ 画像変換デバイス（液晶表示パネル）
３２，３４ ガラス基板
３３ 液晶層
３５ 画素
３６，３７ 偏光板
４０，５１，７１，８１ 照明光源（バックライトユニット）
４２ 端面導光板
４２ａ 半透過ミラー
４３，５１ 導光板
４３ａ 一方の主面部
４３ｂ 他方の主面部
４３ｃ 端面部
４３ｄ 他方の端面部
４４，４５，６２，７７，８５ 照明用レーザー光
５４ ダイクロイックミラー
５５ 反射ミラー
５６ マイクロレンズアレイ
５７ 端面入射型導光板
５８，７５，８３ 第１の導光板
５９，７６，８４ 第２の導光板
６０，７３ 光路変換部
６１ 変換部用導光板
７２ 一体化光源
７４，８２ 角部端面入射型導光板
８３ａ 曲面部
９０ 画像表示装置（投射型表示装置）
９１ Ｒ光源
９２ Ｇ光源
９３ Ｂ光源
９４，９５，９６ ロッドインテグレータ
９７，９８，９９ レンズ
１００，１０１ 反射ミラー
１０２，１０３，１０４ 画像変換デバイス（透過型液晶表示パネル）
１０５ 合波プリズム
１０６ 出射レンズ
１０７ 光源制御回路
１０８ 表示装置制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー結晶と波長変換素子とを用いた固体レーザー装置に関し、特に熱的安定性に優れ、高出力を安定して得られる固体レーザー装置およびこれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー励起固体レーザー装置は、半導体レーザー光源からのレーザー光により固体レーザー結晶を励起してレーザー発振を行わせるものであり、小型軽量、長寿命、電気光変換効率が高い、動作が安定等の特徴を有し、種々の産業分野において利用されている。このような固体レーザー装置は、半導体レーザー光源からのレーザー光を結合レンズ系により固体レーザー結晶に入射させ、ミラーに挟まれた固体レーザー結晶を励起して基本波レーザー光を発振させ、この基本波レーザー光を非線形光学媒質の波長変換素子に入射させることにより、入射光の第２次高調波成分を発生させ、出力側のミラーを通して外部に発射させる構成が一般的である。
【０００３】
このような固体レーザー装置を用いれば、高出力の緑色光（Ｇ光）を得ることができる。具体的構成例としては、例えば半導体レーザー光源を用い、Ｎｄ：ＹＶＯ４等からなる固体レーザー結晶を励起させ、反射ミラーと出力ミラーとの間で固体レーザー結晶のレーザー発振を起こさせる。このレーザー発振により波長１０６４ｎｍの基本波レーザー光が得られる。この基本波レーザー光を波長変換素子に入射することにより、波長５３２ｎｍの第２高調波が得られる。このような構成とすることで高出力のＧ光が得られるので、レーザーディスプレイや投射型液晶ディスプレイ等への応用が可能となることから開発が活発に行われている。
【０００４】
例えば、高出力、高効率であって、スペックルノイズ低減を可能とする固体レーザー装置とそれを用いた画像表示装置が示されている（例えば、特許文献１参照）。この固体レーザー装置は、レーザー光源として１次元横マルチモードレーザーを用いる構成であり、励起用光源、光共振器内の固体レーザー結晶および波長変換素子を備え、楕円状の横モードパターンで固体レーザー結晶を励起して線状ビームを得るとともに、この線状ビームを波長変換素子に入射させることにより線状光を出力する構成としている。これにより、楕円状の横モードパターンを利用して高出力および高効率の固体レーザー装置を実現できる。また、横マルチモードでの励起により干渉性が低下することでスペックルノイズを低減できる。さらに、光共振器中に波長変換素子が配置されているので光共振器内部に閉じ込められた発振光のパワー密度を大きくでき、高効率での波長変換が可能となることが示されている。
【０００５】
しかしながら、固体レーザー結晶や波長変換素子は高密度のレーザー光の照射を受けると損傷してしまい、長時間安定して高調波レーザー光を発振させることが困難であるという課題を有している。
【０００６】
これに対して、光共振器内における波長変換素子のレーザー光の入射側にレーザー光の光路シフト用の透過板を配置して、この透過板を振動させる構成が示されている（例えば、特許文献２参照）。光共振器内の波長変換素子にレーザー光を透過させて高調波を発生させて波長変換する際に、上記の透過板を振動させることによりレーザー光の光路をシフトさせることで、波長変換素子におけるレーザー光の通過領域が拡大する結果、温度上昇を緩和させることができるとしている。
【０００７】
さらに、反射ミラーと出力ミラーで構成される光共振器内に固体レーザー結晶と波長変換素子とを配置し、波長変換素子の位置をレーザー光の光軸と垂直方向に移動させる移動機構とを備えた構成において、この移動機構をレーザー光の照射に連動して移動させる構成とした固体レーザー装置も示されている（例えば、特許文献３参照）。このような構成により、波長変換素子の全面を有効に使用することができるようになり、波長変換素子の寿命を長くすることができ、結果として固体レーザー装置の寿命を延ばすことができるとしている。
【０００８】
このような高出力のＧ光を出力できる固体レーザー装置と半導体レーザー装置とを組み合わせて、液晶パネルの裏面からレーザー光を照射して投射型液晶表示装置や薄型テレビ等の液晶表示装置に用いることも検討されている。しかしながら、薄型テレビ等のバックライトユニットにレーザー光源を用いるためには、比較的広い面積にわたり均一な輝度分布を有する構成を実現しなければならない。また、スペックルノイズの抑制も重要である。
【特許文献１】特開２００６−１００７７２号公報
【特許文献２】特開平７−２２６８６号公報
【特許文献３】特開２００４−２２９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記第１の例においては、固体レーザー装置は１次元横マルチモードレーザーを用いて線状のレーザー光を出力して、投射型液晶表示装置に用いた例が示されている。しかし、この例においては、固体レーザー装置の固体レーザー結晶や波長変換素子の過熱による損傷についての対策は開示されていないし、また示唆もされていない。
【００１０】
また、第２の例においては、位相整合に必要なレーザー光の偏向方向と結晶方位とを保持した状態で透過板を振動させることによりレーザー光の通過領域を拡大させて過熱を防ぐようにしているが、この方式によれば固体レーザー装置を作動させている間は、常に透過板を振動させておくことが必要であり、装置構成が複雑になり低コスト化が困難である。
【００１１】
また、第３の例においては、波長変換素子を電気的に移動させるようにすることで、波長変換素子の損傷を防止するとともに全面を有効に利用可能としているが、この方式においても上記と同様に機械的な移動機構を設けなければならず装置構成が複雑となり、低コスト化が困難である。
【００１２】
さらに、液晶表示装置のバックライトユニットの光源として用いる場合には、薄型で、かつ大面積にわたり均一な輝度の照明光源を低コストで実現することが要求される。このようなバックライトユニットに固体レーザー装置を用いるためには、固体レーザー装置から出力されるレーザー光をマルチモードにするほうが好ましい。しかしながら、特にＧ光を発光するレーザー光源（Ｇ光源）では、マルチモード構成については未だ実現されていない。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、移動機構や振動機構を有さずに反射ミラーを設定した角度だけ傾けることにより横モードのマルチビームを実現し、固体レーザー結晶や波長変換素子中のレーザー光の透過領域を拡大して過熱を抑制して安定な固体レーザー装置を提供することを目的とする。さらに、マルチビームの固体レーザー装置を用いることにより、高輝度で、かつ大画面化が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の面状照明装置は、ポンプ用のレーザー光を出射する半導体レーザー光源と、レーザー光の入射により励起され基本波レーザー光を発振する固体レーザー結晶およびこの固体レーザー結晶を挟む位置にそれぞれ配置されたミラーを含み構成される光共振器と、光共振器の内部に配置され、基本波レーザー光の波長を変換する擬似位相整合型波長変換素子（以下、ＳＨＧ素子とよぶ）とを備え、それぞれのミラーのうちの１つがレーザー光の光軸に対して設定した傾斜角度を設けて配置されている構成からなる。
【００１５】
このような構成とすることにより、Ｇ光の横モードがマルチモードとなり、固体レーザー結晶や波長変換素子内のレーザー光の通過領域が拡がり、これに伴い発熱する領域が拡がるので局部的に高温になる領域を防止することができ、高出力で、かつ安定に高調波レーザー光を出射させることができる。
【００１６】
また、上記構成において、ＳＨＧ素子により変換された高調波レーザー光を出射する側に設けたミラーが凹面型ミラーであり、この凹面型ミラーをレーザー光の光軸に対して設定した傾斜角度としてもよい。この場合に、凹面型ミラーの曲率半径を５０ｍｍ以下としてもよい。さらに、凹面型ミラーの傾斜角度を０．１°〜０．５°の範囲に設定してもよい。このような構成とすることにより、半導体レーザー光源、固体レーザー結晶およびＳＨＧ素子等の構成についてはほとんど変更せずに、凹面型ミラーのみを傾斜させることにより横モードをマルチモード化することができる。
【００１７】
また、上記構成において、半導体レーザー光源はレーザー光の発振波長を固定する手段を有するものであってもよい。このような構成とすることにより、温度変化が生じても半導体レーザー光源の発振波長はほぼ一定に保持されるので、半導体レーザー光源に対する高精度の温度制御を行う必要がない。なお、発振波長を固定する手段としては、例えば透過型の回折格子であるＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。半導体レーザー光源から出射したレーザー光を、このＶＢＧに入射させるが、その一部が反射されて半導体レーザー光源にフィードバックされ、半導体レーザー光源の発振波長がＶＢＧにより選択された波長に固定されるものである。さらに、このように半導体レーザー光源に波長選択性を有する構造としては、後述するようなＤＦＢレーザーやＤＢＲレーザーがあり、このようなレーザー光源を用いてもよい。
【００１８】
さらに、本発明の画像表示装置は、画像変換デバイスとこの画像変換デバイスを照射するための照明光源とを備えた装置であって、照明光源は少なくとも赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）および青色光（Ｂ光）を発光するレーザー光源からなり、これらのレーザー光源のうちの少なくとも１つが上記記載の固体レーザー装置からなる構成からなる。この場合に、Ｇ光を発光するレーザー光源として上記固体レーザー装置を用い、Ｒ光とＢ光とを発光するレーザー光源として半導体レーザー光源を用いる構成としてもよい。さらに、Ｒ光とＢ光とを発光する半導体レーザー光源は、複数の活性層を有し複数のビームを出射する構成からなるものを用いてもよい。
【００１９】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光ともに高出力のレーザー光源を用いることができ、色再現範囲が広く、画質が良好で、かつ明るい画像表示装置を実現することができる。なお、画像表示装置としては、画像変換デバイスとして２次元空間変調素子、例えばＭＥＭＳ技術により形成したマイクロミラーを多数配置した構成の素子を用いた投射型構成の画像表示装置、液晶表示パネルを２次元空間変調素子として用いた投射型構成の画像表示装置あるいはバックライトユニットと液晶表示パネルとを用いた薄型テレビ構成の画像表示装置等がある。
【００２０】
特に、薄型テレビ等の画像表示装置に対しては、画像変換デバイスが液晶表示パネルからなり、照明光源はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射したレーザー光を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる構成としてもよい。このような構成とすることにより、液晶表示パネルを用いた画像表示装置の色再現範囲を拡大でき、画質を大幅に改善できる。また、全体として低消費電力化を実現することもできる。
【００２１】
また、上記バックライトユニットは、四隅のうちの少なくとも１つの角部が曲面形状に加工された第１の導光板とこの第１の導光板に密接して配置された第２の導光板からなる角部端面入射型導光板と、第１の導光板の上記角部に形成された曲面形状に沿って配置された光路変換部と、光路変換部にレーザー光を入射させる赤色光源、緑色光源および青色光源とを備えた構成からものであってもよい。
【００２２】
このような構成とすることにより、赤色光源、緑色光源および青色光源を第１の導光板の表面に配置することができるので、画像表示装置としての全体的な形状を小型化することができる。
【００２３】
また、上記バックライトユニットは、四隅のうちの少なくとも１つの角部が凹面形状からなる曲面部を有する第１の導光板とこの第１の導光板に密接して配置された第２の導光板とからなる角部端面入射型導光板と、第１の導光板の上記曲面部に対向する位置に配置され、この曲面部を介して第１の導光板にレーザー光を入射させる赤色光源、緑色光源および青色光源とを備えた構成からなるものであってもよい。
【００２４】
このような構成とすることにより、光路変換部を設けずに直接第１の導光板の曲面部から第１の導光板にレーザー光を入射させることができるので照明光源の構成を簡略化しながら、大画面化にも対応可能とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、固体レーザー結晶や波長変換素子の損傷を防止でき、長寿命で、かつ高出力の固体レーザー装置を実現できるという大きな効果を奏する。また、この固体レーザー装置は横モードがマルチモードとなっているので、液晶表示装置のバックライトユニットの光源とした場合に、構造が簡単で、かつ製造コストを安価にできる画像表示装置を実現できるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態にかかる固体レーザー装置１の構成図である。本実施の形態の固体レーザー装置１は、ポンプ用のレーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１０と、レーザー光１９の入射により励起され基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー結晶１５および固体レーザー結晶１５を挟む位置にそれぞれ配置されたミラー１６、１７を含み構成される光共振器１４と、光共振器１４の内部に配置され、基本波レーザー光２０の波長を変換するＳＨＧ素子１８とを備えている。そして、上記ミラー１６、１７のうちの１つがレーザー光１９の光軸２２に対して設定した傾斜角度θを設けて配置されている。本実施の形態では、ＳＨＧ素子１８により変換された高調波レーザー光２１を出射する側に設けたミラー１７が凹面型ミラーであり、この凹面型ミラーをレーザー光１９の光軸２２に対して設定した傾斜角度θとしている。以下では、このミラー１７を凹面型ミラー１７とよぶ。さらに、半導体レーザー光源１０はレーザー光１９の発振波長を固定する手段を有している。
【００２８】
なお、本実施の形態では、レーザー光１９として発信波長８０８ｎｍのポンプ光を入射し、１０６４ｎｍの基本はレーザー光２０を発生させ、これをＳＨＧ素子１８により５３２ｎｍの高調波レーザー光２１として出射する固体レーザー装置１の構成を例として説明する。したがって、高調波レーザー光２１がＧ光である。
【００２９】
本実施の形態の固体レーザー装置１では、レーザー光１９は半導体レーザー光源１０から出射してロッドレンズ１１、ＶＢＧ１２およびボールレンズ１３を介して光共振器１４に入射する。半導体レーザー光源１０から出射した波長８０８ｎｍ近傍のレーザー光１９はロッドレンズ１１により垂直方向の成分がコリメートされた後にＶＢＧ１２に入射する。ＶＢＧ１２に入射したレーザー光１９は、一部が反射されて半導体レーザー光源１０にフィードバックされる。これにより、半導体レーザー光源１０の発振波長はＶＢＧ１２により選択された波長（８０８ｎｍ）にロックされる。このように、ＶＢＧ１２を用いることで、温度変化が生じても半導体レーザー光源１０の発振波長をほぼ一定に保持でき、半導体レーザー光源１０の高精度の温度制御を不要にすることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、半導体レーザー光源１０の発振波長のロックにＶＢＧ１２を用いた場合について説明したが、誘電体多層膜により構成されるバンドパスフィルターを用いてもよい。あるいは、半導体レーザー光源１０自体が波長ロック機能を備えたＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）レーザーやＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザーであってもよい。
【００３１】
ＶＢＧ１２により波長がロックされたレーザー光１９は、ボールレンズ１３により固体レーザー結晶１５へ集光される。このレーザー光１９がポンプ光となり、固体レーザー結晶１５が励起され、波長１０６４ｎｍの基本波レーザー光２０が発生する。基本波レーザー光２０は、固体レーザー結晶１５を挟むように設けられたミラー１６と凹面型ミラー１７により形成される光共振器１４内で共振する。そして、光共振器１４内に配置されたＳＨＧ素子１８により、基本波レーザー光２０の一部が波長変換され、高調波レーザー光２１である波長５３２ｎｍのＧ光が外部に出力される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、固体レーザー結晶１５として、Ｎｄが３％ドーピングされたＹＶＯ４結晶を用いた。また、ＳＨＧ素子１８としては、ＭｇをドーピングしたＬｉＮｂＯ３基板に周期的に分極反転領域を形成した擬似位相整合型のものを用いた。ＭｇをドーピングしたＬｉＮｂＯ３基板は非線形定数が大きく、ＳＨＧ素子の厚みを小さくできる。また、上記したように、光共振器１４にはポンプ光であるレーザー光１９が入射し、発生した基本波レーザー光２０を光共振器１４内に閉じ込め、凹面型ミラー１７からは高調波レーザー光２１が出射するように、固体レーザー結晶１５の表面に形成したミラー１６、ＳＨＧ素子１８および凹面型ミラー１７には、それぞれの端面に誘電体多層膜が形成されている。
【００３３】
そして、本実施の形態の固体レーザー装置１では、凹面型ミラー１７がレーザー光１９の光軸２２に対して設定した傾斜角度θを設けて配置されている。すなわち、図１に示すように凹面型ミラー１７の凹面の底部に垂直な垂線２３とレーザー光１９の光軸２２とのなす角度をθとして、この傾斜角度θをあらかじめ設定した角度としている。このように設定した傾斜角度を設けて配置することで、基本波レーザー光２０等が固体レーザー結晶１５およびＳＨＧ素子１８内を透過する場合に、通過領域の幅が広がる。これにより、局部的に過熱される領域がなくなり、熱分布の急峻性が改善され、比較的緩やかな熱分布とすることができる。したがって、固体レーザー結晶１５やＳＨＧ素子１８の損傷の発生を抑制でき、長期的に安定して高出力を保持することができる。また、高調波レーザー光２１が横モードでマルチモードになるので、液晶表示装置のバックライトユニットの光源等に用いる場合に薄型で、かつ大面積化を容易に実現できる。
【００３４】
図２から図４は、本実施の形態の固体レーザー装置１と従来構成の固体レーザー装置とのＧ光出力の比較データを示す図である。図２（ａ）は傾斜角度θ＝０°の場合、すなわち従来構成の固体レーザー装置のＧ光出力のビーム形状を示す図で、図２（ｂ）はポンプ光であるレーザー光（以下では、ポンプ光とよぶ場合もある）１９の光量とＧ光出力との関係を示す図である。また、図３（ａ）は本実施の形態の固体レーザー装置１において、傾斜角度θ＝０．２°とした場合のビーム形状を示す図で、図３（ｂ）はポンプ光１９の光量とＧ光出力との関係を示す図である。さらに、図４（ａ）は本実施の形態の固体レーザー装置１において、傾斜角度θ＝０．３°とした場合のビーム形状を示す図で、図３（ｂ）はポンプ光１９の光量とＧ光出力との関係を示す図である。なお、図２から図４における測定においては、光共振器１４の共振器長Ｌを１０ｍｍとし、凹面型ミラー１７の曲率半径Ｒを２０ｍｍとした場合について説明する。
【００３５】
図２に示すように、傾斜角度θ＝０°（従来構成の固体レーザー装置）の場合には、ビーム形状は円形状で、シングルモードとなる。また、Ｇ光出力はポンプ光１９の光量が２．５Ｗ付近で飽和して、その最大値が０．６５Ｗとなった。さらに、ポンプ光１９の光量が飽和するまでの光量範囲において、ポンプ光１９の光量の増加にもかかわらずＧ光出力が減少する点Ｐが発生する現象も生じた。Ｇ光出力の飽和は、ポンプ光１９の光量が２．５Ｗ付近になると固体レーザー結晶１５の発熱が大きくなり、熱的飽和が発生するために発振の効率が低下して基本波レーザー光２０の光量が飽和することによる。また、点Ｐでの出力の低下は、光共振器１４の内部で高調波レーザー光２１であるＧ光が干渉するために発生するものである。
【００３６】
これに対して、本実施の形態の固体レーザー装置１では傾斜角度θを設けているので上記のような現象を抑制できる。
【００３７】
例えば、凹面型ミラー１７の傾斜角度θ＝０．１°とすると、光共振器１４内の電界分布に変化が生じて横モードがマルチ化する。
【００３８】
さらに、凹面型ミラー１７の傾斜角度θ＝０．２°にすると、図３に示すように３個のビームを有する横モードとなる。このとき、Ｇ光出力の出力飽和が起こるポンプ光１９の光量は２．８Ｗとなり、Ｇ光出力の最大値も０．７Ｗが得られた。さらに、光共振器１４の内部での高調波レーザー光２１であるＧ光の干渉による出力変動も抑制できた。これは、横モードがマルチ化することにより、固体レーザー結晶１５の内部での熱分布が図２に示すシングルモードの場合に比べて広がり、局部的に過熱を生じる領域をなくすことができ、この結果、全体として緩やかな熱分布が得られることによる。そして、横モードがマルチ化すると、光共振器１４の内部でのＧ光の干渉も生じ難くなるため、図２の点Ｐに示すようなＧ光出力の変動も発生し難くできる。なお、θ＝０．２°とした場合でも、ポンプ光１９の光量に対するＧ光出力の発生効率（スロープ効率）は図２に示すようなシングルモードの場合とほとんど変わらなかった。
【００３９】
さらに、傾斜角度θ＝０．５°とした場合には、図４に示すように５つのビームを有する横モードとなった。この場合、Ｇ光出力の出力飽和の生じるポンプ光１９の光量は３Ｗまで大きくできたが、Ｇ光出力の最大値は０．７Ｗであり、θ＝０．２°の場合と同じであった。また、スロープ効率はθ＝０．２°の場合に比べてやや低下した。これは、ＳＨＧ素子１８を透過する際の基本波レーザー光１８の断面積が拡がるためにＳＨＧ素子１８の変換効率がやや低下することによる。なお、この傾斜角度の場合にも、Ｇ光出力の変動も観測されなかった。
【００４０】
以上の結果からわかるように、Ｇ光出力の最大値はシングルモードを出力する従来構成の固体レーザー装置での０．６５Ｗに対して、本実施の形態の固体レーザー装置１では０．７Ｗに大きくすることができた。なお、傾斜角度を種々変化させてビーム形状とＧ光出力とを測定した結果、傾斜角度θ＝０．５°よりも大きくしても発振状態は維持されるが、発振効率が低下し、この結果Ｇ光出力が低下することが見出された。したがって、傾斜角度θの最適範囲としては、θ＝０．１°〜０．５°が望ましいことが見出された。さらに、θ＝０．２°〜０．４°の範囲とすることで、マルチビームのそれぞれのビーム形状が比較的そろい、かつＧ光出力の最大値も安定して得られることから、より好ましい範囲であることがわかった。
【００４１】
また、凹面型ミラー１７の曲率半径Ｒについても種々の形状について検討した結果、５０ｍｍより大きくするとマルチモード化し難くなることが見出された。したがって、曲率半径Ｒは５０ｍｍ以下とすることが望ましい。また、曲率半径Ｒの下限値については、光共振器１４の構成、すなわち共振器長Ｌ等の設計により最適な値を設定すればよい。
【００４２】
図５は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第1の例の画像表示装置３０を示す図で、（ａ）は構成の概要を示す斜視図、（ｂ）は画像変換デバイス３１側から見た平面図、（ｃ）は５Ａ−５Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。なお、図５においては、それぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているが、実際の構成においては図示しないベースプレート等に設置して全体を一体的に固定している。
【００４３】
図５に示すように、この第１の例の画像表示装置３０は基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源４０とを備えている。そして、画像変換デバイス３１は液晶表示パネルからなり、照明光源４０はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光４４、４５を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源４０をバックライトユニット４０とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明する。なお、図５に示す第１の例の画像表示装置３０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源４１を用いている。
【００４４】
最初に、照明光源であるバックライトユニット４０の構成について説明する。バックライトユニット４０は、Ｒ光源とＢ光源とを一体化して構成してなる半導体レーザー光源４１と、この半導体レーザー光源４１から出射したＲ光とＢ光とが合波された照明用レーザー光４４を一方の主面部４３ａから出射する導光板４３を備えている。Ｒ光とＢ光については、半導体レーザー光源４１内に設けられているビームエキスパンダー（図示せず）を用いて端面導光板４２の端面部の大きさとほぼ同じ程度に拡げられた後、端面導光板４２の端面部から端面導光板４２に照明用レーザー光４４が入射される。なお、本実施の形態の半導体レーザー光源４１は、Ｒ光とＢ光とをそれぞれ発光する半導体レーザー光源を一体化し、Ｒ光とＢ光とが合波されて照明用レーザー光４４として出射するように構成されている。
【００４５】
端面導光板４２には、一定のピッチで半透過ミラー４２ａが設けられており、一定の拡がりを有して入射した照明用レーザー光４４は半透過ミラー４２ａにより一部が反射して導光板４２の端面部４３ｃに入射し、残りは次の半透過ミラー４２ａに入射する。そして、この半透過ミラー４２ａでも同様に一部が反射して導光板４３の端面部４３ｃに入射する。以下、これを順次繰り返すことで、端面導光板４２から導光板４３の端面部４３ｃの全面にわたり照明用レーザー光４４を入射させることができる。導光板４３に入射した照明用レーザー光４４は、導光板４３の側面部や他方の主面部４３ｂで反射および散乱し、一方の主面部４３ａに向かう照明用レーザー光４４が最終的に一方の主面部４３ａから出射する。
【００４６】
これに対して、Ｇ光源である固体レーザー装置１は、導光板４３の端面部４３ｃに対向する他方の端面部４３ｄに配置されている。本実施の形態では、３つの固体レーザー装置１を他方の端面部４３ｄ側に配置しており、これらの固体レーザー装置１により導光板４３の他方の端面部４３ｄの全面にわたりＧ光、すなわち照明用レーザー光４５を入射させることができる。そして、導光板４３内に入射した照明用レーザー光４５は、Ｒ光とＢ光とを合波した照明用レーザー光４４と同様に導光板４３の側面部や他方の主面部４３ｂで反射および散乱し、一方の主面部４３ａに向かう照明用レーザー光４５が最終的に一方の主面部４３ａから出射する。これにより、導光板４３の一方の主面部４３ａの全面からＲ光、Ｂ光およびＧ光からなる照明用レーザー光４４、４５が均一な輝度を有して出射する。
【００４７】
つぎに、液晶表示パネル３１の構成について説明する。液晶表示パネル３１は、透過型または半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型構成からなり、表示領域には図５に示すように赤色画素部（Ｒサブピクセル）Ｒ、緑色画素部（Ｇサブピクセル）Ｇおよび青色画素部（Ｂサブピクセル）Ｂを１つの画素３５とする多数の画素が設けられており、ＴＦＴにより駆動される。そして、２枚のガラス基板３２、３４の間に液晶３３が設けられており、この液晶３３を駆動するためのＴＦＴはガラス基板３２、３４のいずれか一方に形成されているが、図示していない。また、ガラス基板３２、３４のそれぞれの面には偏光板３６、３７が設けられている。以上のように、本実施の形態の液晶表示パネル３１は、従来から用いられている構成と同じであるので、これ以上の説明を省略する。
【００４８】
以上の構成からなる画像表示装置３０は、Ｇ光源である固体レーザー装置１が横モードで、かつマルチモードであることから、導光板４３の他方の端面部４３ｄの長さ方向に容易に拡げることができる。この結果、画像表示装置３０の構成、特にバックライトユニット４０の構成を簡略化できる。
【００４９】
図６は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第２の例の画像表示装置５０を示す図で、（ａ）は照明光源５１側から見た平面図、（ｂ）は６Ａ−６Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。この第２の例の画像表示装置５０も基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源５１とを備えている。そして、画像変換デバイス３１は液晶表示パネルからなり、照明光源５１はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光６２を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源５１をバックライトユニット５１とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明するが、液晶表示パネル３１については第１の例の画像表示装置３０と同じであるので説明を省略する。なお、図６に示す第２の画像表示装置５０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、図３に示すような３つのビームを有する横モードのレーザー光を出射するものを用いている。そして、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源５２、５３を用いているが、このＲ光源とＢ光源である半導体レーザー光源５２、５３は複数の活性層を設けており、Ｇ光源の固体レーザー装置１と同様に３つのビームを出射する構成としている。
【００５０】
第２の例の画像表示装置５０に用いるバックライトユニット５１の構成について説明する。バックライトユニット５１は、液晶表示パネル３１の背面側に配置されており、その形状は液晶表示パネル３１の形状と概略同じである。半導体レーザー光源５２、５３および固体レーザー装置１からそれぞれ出射したＲ光、Ｂ光およびＧ光は、ダイクロイックミラー５４により合波されて照明用レーザー光６２となり反射ミラー５５に入射する。反射ミラー５５により反射した照明用レーザー光６２は、マイクロレンズアレイ５６により拡げられて変換部用導光板６１に入射する。変換部用導光板６１に入射した照明用レーザー光６２は、外周面で反射、拡散して光路変換部６０に入射し、方向が変換されて端面入射型導光板５７の第１の導光板５８に入射する。そして、照明用レーザー光６２は、この第１の導光板５８中で反射、拡散して第２の導光板５９に入射する。照明用レーザー光６２は、さらに第２の導光板５９で拡散して面全体として均一な輝度分布となった後、第２の導光板５９から出射して液晶表示パネル３１を照明する。これにより、液晶表示パネル３１が照明され、画像が表示される。
【００５１】
この場合に、半導体レーザー光源５２、５３および固体レーザー装置１から出射するＲ光、Ｂ光およびＧ光は、変換部用導光板６１の面に平行な方向にそれぞれ３つのビームを有している。したがって、照明用レーザー光６２を従来よりも簡単な光学系で拡げて変換部用導光板６１の全面にわたり入射させることが可能となり、容易に大画面の画像表示装置を実現できる。さらに、スペックルノイズも有効に低減することができる。
【００５２】
図７は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第３の例の画像表示装置７０を示す図で、（ａ）は照明光源７１側から見た平面図、（ｂ）は７Ａ−７Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。この第３の例の画像表示装置７０も基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源７１とを備えている。そして、画像変換デバイス３１はこの第３の例においても液晶表示パネルからなり、照明光源７１はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光７７を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源７１をバックライトユニット７１とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明するが、液晶表示パネル３１については第１の例の画像表示装置３０で説明したものと同じであるので説明を省略する。
【００５３】
図７に示す第３の画像表示装置７０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、図３に示すような３つのビームを有する横モードのレーザー光を出射するものを用いている。そして、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源を用いているが、このＲ光源とＢ光源である半導体レーザー光源は複数の活性層を設けており、Ｇ光源の固体レーザー装置１と同様に３つのビームを出射する構成としている。そして、この第３の画像表示装置７０においては、Ｒ光源とＢ光源である半導体レーザー光源およびＧ光源である固体レーザー装置１とは、１枚の実装基板（図示せず）上に密接して実装し、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光がともに比較的小さな領域から出射するように配置している。以下では、これを一体化光源７２よぶ。
【００５４】
一体化光源７２から出射するＲ光、Ｇ光およびＢ光は、角部端面入射型導光板７４の四隅にそれぞれ配置されている光路変換部７３に導光されて、その光路を変換された後、角部端面入射型導光板７４の第１の導光板７５に入射される。なお、角部端面入射型導光板７４の第１の導光板７５は、図７に示すように四隅が曲面形状に加工されており、光路変換部７３はこの曲面形状に沿った形状に設定されている。このようにすることにより角部端面入射型導光板７４の全体にレーザー光を拡散させて、第２の導光板７６から均一な輝度の照明用レーザー光７７を射出することができる。
【００５５】
以下、第３の例の画像表示装置７０に用いるバックライトユニット７１の構成について説明する。バックライトユニット７１は、この画像表示装置７０においては四隅の角部のすべてが曲面形状に加工された第１の導光板７５とこの第１の導光板７５に密接して配置された第２の導光板７６からなる角部端面入射型導光板７４と、第１の導光板７５の上記角部に形成された曲面形状に沿って配置された光路変換部７３と、光路変換部７３にレーザー光を入射させる一体化光源７２とを備えた構成からなる。そして、このバックライトユニット７１は、液晶表示パネル３１の背面側に配置されている。
【００５６】
一体化光源７２から出射したＲ光、Ｂ光およびＧ光は、光路変換部７３に入射し、方向が変換されて角部端面入射型導光板７４の第１の導光板７５に入射する。そして、Ｒ光、Ｂ光およびＧ光は第１の導光板７５中で反射、拡散して第２の導光板７６に入射し、第２の導光板７６でさらに拡散して面全体として均一な輝度分布となった後、照明用レーザー光７７として出射し、液晶表示パネル３１を照明する。これにより、液晶表示パネル３１が照明され、画像が表示される。
【００５７】
この場合に、一体化光源７２から出射するＲ光、Ｂ光およびＧ光は、光路変換部７３の曲面の長さ方向に拡がって入射するので、第１の導光板７５の広い面積にわたり導光させることができる。しかも、一体化光源７２と光路変換部７３とを第１の導光板７５の四隅にそれぞれ設けているので、これらからのレーザー光が混合することで均一な輝度分布を実現できる。この結果、均一な輝度分布を有する照明用レーザー光７７により液晶表示パネル３１を照明できるので、明るく、かつ色再現性に優れた画像表示装置７０を実現できる。さらに、スペックルノイズも有効に低減することができる。
【００５８】
なお、上記第３の画像表示装置７０の場合には、第１の導光板７５の四隅のそれぞれの角部に、光路変換部７３および一体化光源７２をそれぞれ配置したが、本発明はこれに限定されない。第１の導光板７５の角部の１つのみに光路変換部７３と一体化光源７２を配置する構成でもよいし、あるいは２つの角部に配置する構成、あるいは３つの角部に配置する構成であってもよい。さらに、一体化光源７２ではなく、Ｒ光、Ｂ光およびＧ光を発光する半導体レーザー光源と固体レーザー装置とを別々にしてもよい。この場合には、少なくとも３つの角部に光路変換部７３を配置し、それぞれの位置にＲ光およびＢ光を発光するそれぞれの半導体レーザー光源とＧ光を発光する固体レーザー装置を配置する構成とすればよい。
【００５９】
図８は、本実施の形態にかかる固体レーザー装置１を用いた第４の例の画像表示装置８０を示す図で、（ａ）は照明光源８１側から見た平面図、（ｂ）は８Ａ−８Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。この第４の例の画像表示装置８０も基本的な構成として、画像変換デバイス３１とこの画像変換デバイス３１を照射するための照明光源８１とを備えている。そして、画像変換デバイス３１はこの第４の例においても液晶表示パネルからなり、照明光源８１はＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源から出射した照明用レーザー光８５を液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなる。以下、照明光源８１をバックライトユニット８１とし、画像変換デバイス３１を液晶表示パネル３１として説明するが、液晶表示パネル３１については第１の例の画像表示装置３０で説明したものと同じであるので説明を省略する。
【００６０】
図８に示す第４の画像表示装置８０では、Ｇ光源に本実施の形態の固体レーザー装置１を用いており、図３に示すような３つのビームを有する横モードのレーザー光を出射するものを用いている。そして、Ｒ光源とＢ光源とは半導体レーザー光源を用いているが、このＲ光源とＢ光源である半導体レーザー光源は複数の活性層を設けており、Ｇ光源の固体レーザー装置１と同様に３つのビームを出射する構成としている。そして、この第４の画像表示装置８０においても、第３の画像表示装置７０の場合と同様に、Ｒ光源とＢ光源である半導体レーザー光源およびＧ光源である固体レーザー装置１とは、１枚の実装基板（図示せず）上に密接して実装し、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光がともに比較的小さな領域から出射するように配置した一体化光源７２を用いている。この一体化光源７２は、角部端面入射型導光板８２を構成する第１の導光板８３の四隅に形成された曲面部８３ａに対向する位置に配置されている。そして、一体化光源７２から出射するＲ光、Ｇ光およびＢ光は、この曲面部８３ａから第１の導光板８３に入射する。第１の導光板８３に入射したＲ光、Ｇ光およびＢ光は、第２の導光板８４でさらに拡散して照明用レーザー光８５として出射し、液晶表示パネル３１を照明する。
【００６１】
以下、第４の例の画像表示装置８０に用いるバックライトユニット８１の構成について説明する。バックライトユニット８１は、この第４の例の画像表示装置８０では四隅のうちのすべての角部が凹面形状からなる曲面部８３ａを有する第１の導光板８３とこの第１の導光板８３に密接して配置された第２の導光板８４とからなる角部端面入射型導光板８２と、第１の導光板８３の上記曲面部８３ａに対向する位置に配置され、この曲面部８３ａを介して第１の導光板８３にレーザー光を入射させる一体化光源７２とを備えた構成からなる。そして、バックライトユニット８１は、液晶表示パネル３１の背面側に配置されている。
【００６２】
一体化光源７２から出射したＲ光、Ｂ光およびＧ光は、第１の導光板８３の曲面部８３ａから第１の導光板８３に入射する。この場合に、Ｒ光源とＢ光源とは複数の活性層を設けて３つのビームを出射する半導体レーザー光源を用いており、またＧ光源の固体レーザー装置１も同様に３つのビームを出射する構成としているので、これらのレーザー光が曲面部８３ａから入射したときに第１の導光板８３中の全面に拡がり、かつ反射、拡散を生じる。そして、さらにこれらのレーザー光が第２の導光板８４に入射し、第２の導光板８４でさらに拡散して面全体として均一な輝度分布となった後、照明用レーザー光８５として出射し、液晶表示パネル３１を照明する。これにより、液晶表示パネル３１が照明され、画像が表示される。
【００６３】
この場合に、一体化光源７２から出射するＲ光、Ｂ光およびＧ光は、第１の導光板８３の曲面部８３ａから入射するので、曲面部８３ａによる屈折等により光路変化も生じる結果、第１の導光板８３の広い面積にわたり導光させることができる。しかも、一体化光源７２を第１の導光板８３の四隅に設けているので、これらからのレーザー光が混合することでさらに均一な輝度分布の照明用レーザー光８５を出射させることができる。この結果、均一な輝度分布を有する照明用レーザー光７７により液晶表示パネル３１を照明できるので、明るく、かつ色再現性に優れた画像表示装置８０を実現できる。さらに、スペックルノイズも有効に低減することができる。
【００６４】
なお、上記第４の画像表示装置８０の場合には、第１の導光板８３の四隅のそれぞれの角部に曲面部８３ａを設け、これに対向する位置に一体化光源７２をそれぞれ配置したが、本発明はこれに限定されない。第１の導光板８３の角部の１つのみに曲面部８３ａを設け、この曲面部８３ａに対向する一に一体化光源７２を配置する構成でもよい。あるいは、２つの角部に曲面部８３ａを設けて、これらに対向する位置に一体化光源７２をそれぞれ配置する構成としてもよい。あるいは、３つの角部に曲面部８３ａを設け、これらに対向する位置に一体化光源７２を配置する構成としてもよい。さらに、一体化光源７２ではなく、Ｒ光、Ｂ光およびＧ光を発光する半導体レーザー光源と固体レーザー装置とを別々にしてもよい。この場合には、少なくとも３つの角部に曲面部８３ａを設け、これらに対向する位置にＲ光およびＢ光を発光する半導体レーザー光源とＧ光を発光する固体レーザー装置をそれぞれ配置する構成とすればよい。
【００６５】
図９は、本実施の形態の固体レーザー装置１を用いた第５の例の画像表示装置９０の構成を示す概略図である。この第５の例の画像表示装置９０は投射型の画像表示装置の構成からなるので、以下の説明では投射型表示装置９０として説明する。この投射型表示装置９０は、画像変換デバイス１０２、１０３、１０４と画像変換デバイス１０２、１０３、１０４を照射するための照明光源とを備えており、照明光源はＲ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３からなり、Ｒ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３のうちのＧ光源９２は本実施の形態の固体レーザー装置１からなる。また、Ｒ光源９１とＢ光源９２とは半導体レーザー光源であり、Ｇ光源９２の固体レーザー装置１と同様に複数のビームを出射するように複数の活性層を設けた構成からなる。さらに、この投射型表示装置９０の場合には、画像変換デバイス１０２、１０３、１０４は２次元空間変調デバイスの１種である透過型液晶表示パネルからなり、照明光源を構成するＲ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３から出射するレーザー光に対応してそれぞれ配置されており、透過型液晶表示パネルを透過した映像光は合波プリズム１０５により合波された後に投射されるように構成されている。以下では、画像変換デバイス１０２、１０３、１０４については、透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４として説明する。
【００６６】
さらに具体的な構成について、図９をもとに詳細に説明する。Ｒ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３から出力されたレーザー光は、それぞれロッドインテグレータ９４、９５、９６を用いて光量分布が均一化される。そして、Ｒ光源９１から出射したレーザー光とＢ光源９３から出射したレーザー光は、レンズ９７、９９を通して反射ミラー１００、１０１に導かれ、反射ミラー１００、１０１により光路が変換され、透過型液晶表示パネル１０２、１０４へそれぞれ導かれる。一方、Ｇ光源９２から出射したレーザー光は、レンズ９８を通して透過型液晶表示パネル１０３へ直接導かれる。透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４を透過したそれぞれのレーザー光は合波プリズム１０５により合波され、出射レンズ１０６を透過して映像光として出力される。
【００６７】
なお、光源制御回路１０７は上記Ｒ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３の光出力の制御を行う。そして、表示装置制御回路１０８は、映像表示信号に基づき３枚の透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４をそれぞれ駆動する。すなわち、映像表示信号に基づき、Ｒ光源９１からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル１０２については赤色映像信号に対応する駆動、Ｇ光源９２からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル１０３については緑色映像信号に対応する駆動、Ｂ光源９３からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル１０４については青色映像信号に対応する駆動を、表示装置制御回路１０８により行う。
【００６８】
なお、表示装置制御回路１０８は、必要に応じて光源制御回路１０７の制御も行ってもよい。例えば、黒表示に対応してＲ光源９１、Ｇ光源９２およびＢ光源９３のレーザー光の発振を止める等の制御をしてもよい。あるいは、必要に応じて、Ｒ光源９１、Ｇ光源９２あるいはＢ光源９３のレーザー光の出力を可変してもよい。このような制御を行うことで、表示画質の改善や消費電力の低減等も実現することができる。なお、透過型液晶表示パネル１０２、１０３、１０４は、従来から透過型液晶表示装置に用いられている構成、例えばポリシリコンＴＦＴ駆動回路を設けたパネル構成等を用いることができるので説明を省略する。
【００６９】
この投射型表示装置９０は、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光で色純度がよいレーザー光源を用いているため、表示可能な色範囲が拡がり、色純度が高く、鮮やかな画像の表示を可能とすることができる。また、光源にランプを用いる場合に比べて低消費電力とすることもできる。さらに、マルチビームの固体レーザー装置１と半導体レーザー光源とを用いているので、光学系を簡略にすることができ、低コストの画像表示装置を実現できる。
【００７０】
なお、本実施の形態の画像表示装置においては、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を発光するレーザー光源を用いたが、さらに別の色を発光するレーザー光源を加えてもよい。また、本発明の固体レーザー装置は本実施の形態の画像表示装置の構成に限定されることはなく、表示装置の照明用として用いるものであれば特に制約なく適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の固体レーザー装置によれば、簡単な構成により固体レーザー結晶や波長変換素子の損傷を防止でき、長寿命で、かつ高出力とすることができ、大画面の薄型表示装置や投射型表示装置等の画像表示装置分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる固体レーザー装置の構成図
【図２】（ａ）傾斜角度θ＝０°の場合、すなわち従来構成の固体レーザー装置のＧ光出力のビーム形状を示す図（ｂ）ポンプ光であるレーザー光の光量とＧ光出力との関係を示す図
【図３】本実施の形態の固体レーザー装置において、（ａ）傾斜角度θ＝０．２°とした場合のビーム形状を示す図（ｂ）ポンプ光の光量とＧ光出力との関係を示す図
【図４】本実施の形態の固体レーザー装置において、（ａ）傾斜角度θ＝０．３°とした場合のビーム形状を示す図（ｂ）はポンプ光の光量とＧ光出力との関係を示す図
【図５】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第１の画像表示装置の（ａ）構成の概要を示す斜視図（ｂ）導光板の一方の主面部側から見た平面図（ｃ）５Ａ−５Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図６】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第２の画像表示装置の（ａ）導光板側から見た平面図（ｂ）６Ａ−６Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図７】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第３の例の画像表示装置を（ａ）照明光源側から見た平面図（ｂ）７Ａ−７Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図８】本実施の形態にかかる固体レーザー装置を用いた第４の例の画像表示装置を（ａ）照明光源側から見た平面図（ｂ）８Ａ−８Ａ線に沿って切断した断面の概略図
【図９】本実施の形態の固体レーザー装置を用いた第５の画像表示装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００７３】
１ 固体レーザー装置
１０，４１，５２，５３ 半導体レーザー光源
１１ ロッドレンズ
１２ ＶＢＧ
１３ ボールレンズ
１４ 光共振器
１５ 固体レーザー結晶
１６ ミラー
１７ ミラー（凹面型ミラー）
１８ 擬似位相変換型波長変換素子（ＳＨＧ素子）
１９ レーザー光（ポンプ光）
２０ 基本波レーザー光
２１ 高調波レーザー光（Ｇ光）
２２ 光軸
２３ 垂線
３０，５０，７０，８０ 画像表示装置
３１ 画像変換デバイス（液晶表示パネル）
３２，３４ ガラス基板
３３ 液晶層
３５ 画素
３６，３７ 偏光板
４０，５１，７１，８１ 照明光源（バックライトユニット）
４２ 端面導光板
４２ａ 半透過ミラー
４３，５１ 導光板
４３ａ 一方の主面部
４３ｂ 他方の主面部
４３ｃ 端面部
４３ｄ 他方の端面部
４４，４５，６２，７７，８５ 照明用レーザー光
５４ ダイクロイックミラー
５５ 反射ミラー
５６ マイクロレンズアレイ
５７ 端面入射型導光板
５８，７５，８３ 第１の導光板
５９，７６，８４ 第２の導光板
６０，７３ 光路変換部
６１ 変換部用導光板
７２ 一体化光源
７４，８２ 角部端面入射型導光板
８３ａ 曲面部
９０ 画像表示装置（投射型表示装置）
９１ Ｒ光源
９２ Ｇ光源
９３ Ｂ光源
９４，９５，９６ ロッドインテグレータ
９７，９８，９９ レンズ
１００，１０１ 反射ミラー
１０２，１０３，１０４ 画像変換デバイス（透過型液晶表示パネル）
１０５ 合波プリズム
１０６ 出射レンズ
１０７ 光源制御回路
１０８ 表示装置制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ用のレーザー光を出射する半導体レーザー光源と、
前記レーザー光の入射により励起され基本波レーザー光を発振する固体レーザー結晶および前記固体レーザー結晶を挟む位置にそれぞれ配置されたミラーを含み構成される光共振器と、
前記光共振器の内部に配置され、前記基本波レーザー光の波長を変換する擬似位相整合型波長変換素子とを備え、
前記ミラーのうちの１つが前記レーザー光の光軸に対して設定した傾斜角度を設けて配置されていることを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項２】
前記擬似位相整合型波長変換素子により変換された高調波レーザー光を出射する側に設けた前記ミラーが凹面型ミラーであり、前記凹面型ミラーを前記レーザー光の前記光軸に対して設定した傾斜角度としたことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザー装置。
【請求項３】
前記凹面型ミラーの曲率半径が５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の固体レーザー装置。
【請求項４】
前記凹面型ミラーの前記傾斜角度を０．１°〜０．５°の範囲としたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体レーザー装置。
【請求項５】
前記半導体レーザー光源は、前記レーザー光の発振波長を固定する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項６】
画像変換デバイスと前記画像変換デバイスを照射するための照明光源とを備えた画像表示装置であって、
前記照明光源は少なくとも赤色光、緑色光および青色光を発光するレーザー光源からなり、前記レーザー光源のうちの少なくとも１つが請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体レーザー装置からなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
前記緑色光を発光するレーザー光源として前記固体レーザー装置を用い、前記赤色光と前記青色光とを発光するレーザー光源として半導体レーザー光源を用いたことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記赤色光と前記青色光とを発光する前記半導体レーザー光源は、複数の活性層を有し複数のビームを出射する構成からなることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像変換デバイスは液晶表示パネルからなり、前記照明光源は前記赤色光源、前記緑色光源および前記青色光源から出射したレーザー光を前記液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記バックライトユニットは、
四隅のうちの少なくとも１つの角部が曲面形状に加工された第１の導光板と前記第１の導光板に密接して配置された第２の導光板からなる角部端面入射型導光板と、
前記第１の導光板の前記角部に形成された曲面形状に沿って配置された光路変換部と、
前記光路変換部に前記レーザー光を入射させる前記赤色光源、前記緑色光源および前記青色光源とを備えた構成からなることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記バックライトユニットは、
四隅のうちの少なくとも１つの角部が凹面形状からなる曲面部を有する第１の導光板と前記第１の導光板に密接して配置された第２の導光板とからなる角部端面入射型導光板と、
前記第１の導光板の前記曲面部に対向する位置に配置され、前記曲面部を介して前記第１の導光板に前記レーザー光を入射させる前記赤色光源、前記緑色光源および前記青色光源とを備えた構成からなることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１】
ポンプ用のレーザー光を出射する半導体レーザー光源と、
前記レーザー光の入射により励起され基本波レーザー光を発振する固体レーザー結晶および前記固体レーザー結晶を挟む位置にそれぞれ配置されたミラーを含み構成される光共振器と、
前記光共振器の内部に配置され、前記基本波レーザー光の波長を変換する擬似位相整合型波長変換素子とを備え、
前記ミラーのうちの１つが前記レーザー光の光軸に対して設定した傾斜角度を設けて配置されていることを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項２】
前記擬似位相整合型波長変換素子により変換された高調波レーザー光を出射する側に設けた前記ミラーが凹面型ミラーであり、前記凹面型ミラーを前記レーザー光の前記光軸に対して設定した傾斜角度としたことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザー装置。
【請求項３】
前記凹面型ミラーの曲率半径が５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の固体レーザー装置。
【請求項４】
前記凹面型ミラーの前記傾斜角度を０．１°〜０．５°の範囲としたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体レーザー装置。
【請求項５】
前記半導体レーザー光源は、前記レーザー光の発振波長を固定する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項６】
画像変換デバイスと前記画像変換デバイスを照射するための照明光源とを備えた画像表示装置であって、
前記照明光源は少なくとも赤色光、緑色光および青色光を発光するレーザー光源からなり、前記レーザー光源のうちの少なくとも１つが請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体レーザー装置からなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
前記緑色光を発光するレーザー光源として前記固体レーザー装置を用い、前記赤色光と前記青色光とを発光するレーザー光源として半導体レーザー光源を用いたことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記赤色光と前記青色光とを発光する前記半導体レーザー光源は、複数の活性層を有し複数のビームを出射する構成からなることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像変換デバイスは液晶表示パネルからなり、前記照明光源は前記赤色光源、前記緑色光源および前記青色光源から出射したレーザー光を前記液晶表示パネルの全面にわたり照射するバックライトユニットからなることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記バックライトユニットは、
四隅のうちの少なくとも１つの角部が曲面形状に加工された第１の導光板と前記第１の導光板に密接して配置された第２の導光板からなる角部端面入射型導光板と、
前記第１の導光板の前記角部に形成された曲面形状に沿って配置された光路変換部と、
前記光路変換部に前記レーザー光を入射させる前記赤色光源、前記緑色光源および前記青色光源とを備えた構成からなることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記バックライトユニットは、
四隅のうちの少なくとも１つの角部が凹面形状からなる曲面部を有する第１の導光板と前記第１の導光板に密接して配置された第２の導光板とからなる角部端面入射型導光板と、
前記第１の導光板の前記曲面部に対向する位置に配置され、前記曲面部を介して前記第１の導光板に前記レーザー光を入射させる前記赤色光源、前記緑色光源および前記青色光源とを備えた構成からなることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２５９８５４（Ｐ２００９−２５９８５４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１１２７５（Ｐ２００７−１１１２７５）
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【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２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【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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