JP2006339569A - Laser device and image display apparatus equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザの冷却効率の向上と光軸調整の容易化を実現したレーザ装置及びこれを備えた画像表示装置に関する。 The present invention relates to a laser device that improves the cooling efficiency of a semiconductor laser and facilitates optical axis adjustment, and an image display device equipped with the laser device.
レーザ光は、単色性、干渉性、指向性、集束性、高出力性、高輝度特性等の特徴を有しており、光通信等の通信分野、光ディスクの信号読取やディスプレイ等の画像エレクトロニクス分野等への応用をはじめとして、計測・制御装置、半導体露光等の加工装置などに用いられている。 Laser light has characteristics such as monochromaticity, coherence, directivity, convergence, high output, and high luminance characteristics. It is a communication field such as optical communication, and an image electronics field such as optical disk signal reading and display. It is used for measuring and control devices, processing devices such as semiconductor exposure, and the like.
半導体レーザは、固体レーザや気体レーザ等のレーザ媒質の励起源として広く利用されている。また、大画面投影装置におけるスクリーンへの画像形成光光源として、半導体レーザが注目されている(例えば下記特許文献1参照)。
Semiconductor lasers are widely used as excitation sources for laser media such as solid state lasers and gas lasers. Further, a semiconductor laser has attracted attention as an image forming light source for a screen in a large screen projection apparatus (see, for example,
さて、この種の半導体レーザは、駆動電流を供給されることで発光する。ところが、電流から光への変換効率は100%ではないため、光として出射されなかったエネルギーは熱に変換される。従って、この熱を逃がすための排熱操作(冷却操作)が必要となる。 This type of semiconductor laser emits light when supplied with a drive current. However, since the conversion efficiency from current to light is not 100%, the energy not emitted as light is converted into heat. Therefore, an exhaust heat operation (cooling operation) for releasing this heat is required.
すなわち、半導体レーザを用いた装置では、半導体レーザ素子の特性上、その温度が上昇すると発振波長が変化したり、発光効率が低下したり、素子寿命が短くなる等の不都合が生じるので、半導体レーザ素子を一定温度以下に温度調整することが不可欠となる。また、高出力レーザになると発熱量も増加するので、より高効率で高熱輸送量の冷却構造が必要となる。 That is, in an apparatus using a semiconductor laser, due to the characteristics of the semiconductor laser element, if the temperature rises, the oscillation wavelength changes, the light emission efficiency decreases, and the element life is shortened. It is essential to adjust the temperature of the element below a certain temperature. In addition, since the amount of heat generation increases with a high-power laser, a cooling structure with higher efficiency and higher heat transport amount is required.
図9は、下記特許文献2に記載の従来のレーザ装置1の構成を示している。複数のレーザダイオード素子を一方向へ配列させてなるアレイ状の半導体レーザ2は、ヒートシンク4に取り付けられている。半導体レーザ2とヒートシンク4との間には、必要に応じてヒートスプレッダ3が介装される。ヒートシンク4は、内部に冷却水路5を有する冷却ブロック6上面側に、半導体レーザ2へ駆動電流を供給する配線基板7及びカバー8と共に、取付ネジ9を用いて結合されている。これにより、半導体レーザ2の発熱による温度上昇を抑えて、素子特性の安定化とレーザ出力の向上を図るようにしている。
FIG. 9 shows a configuration of a
上述した従来のレーザ装置1において、半導体レーザ2は、ヒートスプレッダ3あるいはヒートシンク4に対して位置調整がなされた状態で接着等により取り付けられる。半導体レーザ2の位置調整は、即ち、各々のレーザダイオードから出射されるレーザ光の光軸を所望の高さあるいは角度範囲に設定する目的で行われる。従って、半導体レーザ2を装置へ組み込んだ後は、半導体レーザ2の光軸調整を行うことは、ほとんど不可能である。
In the
また、アレイ状の半導体レーザ2の全部または一部の素子を交換しようとした場合、素子個々のレーザ特性のバラツキがあるため、交換後の再調整が必要となる。従って、従来のレーザ装置1においては、ユーザーサイドでレーザ素子の交換作業を容易に行えないという問題がある。
Further, when all or some of the elements of the
一方、半導体レーザをその光軸調整が可能な機構部を介してヒートシンク上に固定する構成例もある。しかしながら、この構成例では、半導体レーザとヒートシンクとの間に複雑な構成の機構部が介在するため、両者間の熱抵抗が増大し、半導体レーザの冷却効率が悪くなるという問題が発生する。また、調整前後で半導体レーザとヒートシンク間の相対位置が変わることで、半導体レーザの冷却効率にバラツキが生じることがある。 On the other hand, there is a configuration example in which the semiconductor laser is fixed on the heat sink via a mechanism that can adjust the optical axis. However, in this configuration example, since a mechanical portion having a complicated configuration is interposed between the semiconductor laser and the heat sink, there arises a problem that the thermal resistance between the two increases and the cooling efficiency of the semiconductor laser is deteriorated. Also, the relative position between the semiconductor laser and the heat sink before and after adjustment may vary in the cooling efficiency of the semiconductor laser.
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、半導体レーザの冷却効率を一定に維持でき、素子組付後も光軸調整を行うことができるレーザ装置及びこれを備えた画像表示装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a laser device capable of maintaining the cooling efficiency of a semiconductor laser constant and capable of adjusting the optical axis even after element assembly, and an image display device including the same. Let it be an issue.
本発明に係るレーザ装置は、半導体レーザを有する発光部と、この発光部と熱的に結合された冷却部と、この冷却部と一体的に発光部の光軸調整を行うための光軸調整部とを備えている。 A laser apparatus according to the present invention includes a light emitting unit having a semiconductor laser, a cooling unit thermally coupled to the light emitting unit, and an optical axis adjustment for adjusting the optical axis of the light emitting unit integrally with the cooling unit. Department.
この構成により、発光部を装置に組み込んだ後でも、発光部の光軸調整を容易に行えるようになる。また、発光部を構成する半導体レーザ素子の交換作業も容易となる。更に、発光部と冷却部との間に余計な機構部が介在しないことから、発光部の冷却効率が損なわれることはなく、また調整前後での冷却効率の変動を防止できる。 With this configuration, the optical axis of the light emitting part can be easily adjusted even after the light emitting part is incorporated into the apparatus. In addition, it is easy to replace the semiconductor laser element constituting the light emitting unit. Furthermore, since no extra mechanism part is interposed between the light emitting part and the cooling part, the cooling efficiency of the light emitting part is not impaired, and fluctuations in the cooling efficiency before and after adjustment can be prevented.
本発明において、光軸調整部は、冷却部を支持する支持体と、冷却部と支持体との間に取り付けられ冷却部を支持体に対して回動自在な回動軸とを有する。従って、冷却部を支持体に対して角度調整することで、発光部の光軸調整が容易に行えるようになる。また、装置構成の複雑化を回避できる。 In the present invention, the optical axis adjustment unit includes a support that supports the cooling unit, and a rotation shaft that is attached between the cooling unit and the support and is capable of rotating the cooling unit with respect to the support. Therefore, the optical axis of the light emitting unit can be easily adjusted by adjusting the angle of the cooling unit with respect to the support. In addition, complication of the device configuration can be avoided.
回動軸の軸方向は、発光部の光軸調整方向に応じて決定される。例えば、回動軸の軸方向を発光部の光軸に対して直交する方向に配置すれば、光軸の煽り角度の調整が可能となる。また、光軸の高さ調整は、回動軸の軸径を最適値に変更することで対応可能となる。 The axial direction of the rotation axis is determined according to the optical axis adjustment direction of the light emitting unit. For example, if the axial direction of the rotation axis is arranged in a direction orthogonal to the optical axis of the light emitting unit, the tilt angle of the optical axis can be adjusted. Further, the height adjustment of the optical axis can be handled by changing the shaft diameter of the rotation shaft to an optimum value.
発光部を構成する半導体レーザは、単一のレーザ素子でもよいし、複数のレーザ素子のアレイ体でもよい。また、同一の冷却部上に複数のレーザ素子あるいは複数組のレーザ素子のアレイ体が配置されていてもよい。更に、発光部を構成する半導体レーザは、レーザ素子単独で構成されていてもよいし、当該レーザ素子を支持する金属製のベースや、当該レーザ素子を内包するパッケージ体であってもよい。更にまた、発光部には、半導体レーザのほか、当該半導体レーザの発振波長とは異なる光を発生させる固体レーザ媒質や、その第2次高調波を発生させる非線形光学素子等が含まれていてもよい。 The semiconductor laser constituting the light emitting unit may be a single laser element or an array of a plurality of laser elements. A plurality of laser elements or an array of a plurality of sets of laser elements may be arranged on the same cooling unit. Further, the semiconductor laser constituting the light emitting unit may be constituted by a laser element alone, or may be a metal base that supports the laser element or a package body that contains the laser element. In addition to the semiconductor laser, the light emitting unit may include a solid-state laser medium that generates light different from the oscillation wavelength of the semiconductor laser, a nonlinear optical element that generates the second harmonic, and the like. Good.
冷却部は、空冷式か水冷式かを問わない。放熱板や、冷却媒体が循環する冷却ジャケット等、あるいはこれらを組み合わせて構成することができる。発光部と冷却部との結合は、熱伝導性の接着剤やメタルボンディング等、熱的に結合できる手法であれば特に制限されない。更に、発光部と冷却部との間に、ペルチェ素子等の熱電素子を配置することで、発光部のより高精度な温度制御が可能となる。 The cooling unit may be air-cooled or water-cooled. A heat sink, a cooling jacket in which a cooling medium circulates, or a combination of these can be used. The coupling between the light emitting unit and the cooling unit is not particularly limited as long as it can be thermally coupled, such as a heat conductive adhesive or metal bonding. Furthermore, by disposing a thermoelectric element such as a Peltier element between the light emitting unit and the cooling unit, temperature control of the light emitting unit can be performed with higher accuracy.
本発明に係るレーザ装置は、半導体レーザを光源として用いる投影装置やプリンタ装置にも適用することができる。特に、光源からの出射光をスクリーン上に投影し画像を形成する画像表示装置に適用する場合、光源の高出力化に伴って発光部の冷却制御に高い信頼性が要求される。本発明によれば、このような要求に十分に対応することができる。 The laser apparatus according to the present invention can also be applied to a projection apparatus or a printer apparatus that uses a semiconductor laser as a light source. In particular, when applied to an image display device that forms an image by projecting light emitted from a light source onto a screen, high reliability is required for cooling control of the light emitting unit as the output of the light source increases. According to the present invention, such a request can be sufficiently met.
以上述べたように、本発明によれば、発光部を装置に組み込んだ後でも発光部の光軸調整を行うことができるので、発光部を構成する半導体レーザ素子の交換等のメンテナンス作業を容易に行うことができる。また、発光部の冷却効率を安定に維持できるので、半導体レーザの高出力化、長寿命化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, since the optical axis of the light emitting unit can be adjusted even after the light emitting unit is incorporated in the apparatus, maintenance work such as replacement of the semiconductor laser element constituting the light emitting unit is facilitated. Can be done. In addition, since the cooling efficiency of the light emitting unit can be stably maintained, the output of the semiconductor laser can be increased and the life can be extended.
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態によるレーザ装置10の概略構成を示す平面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a
半導体レーザ11は、内部に冷却水の流路が形成された冷却ジャケット12の上面に設置されている。冷却ジャケット12の内部流路には、冷却水冷却装置13にて冷却された冷却水が配管14,14を介して循環供給され、冷却ジャケット12上に設置された半導体レーザ11を最適温度に維持している。半導体レーザ11は電源部15に配線16を介して接続されている。半導体レーザ11から出射した光は、図では簡略して示すビーム整形光学系17を通り、所望のビーム形状に整形されて、出力光L1としてレーザ装置10の外部に出射される。
The
図2は、冷却ジャケット12上に設置されている半導体レーザ11及びビーム整形光学系17の詳細を示しており、Aは平面図、Bは側面図である。
FIG. 2 shows the details of the
半導体レーザ11は、レーザ素子(レーザダイオード素子)11Aと、このレーザ素子11Aを支持する金属(例えば銅)製のベース11Bとで構成されている。ベース11Bは、図中矢印D1で示すヤブ方向の光軸調整を行った後、伝熱性の接着剤等を介して冷却ジャケット12上の所定位置に設置されており、レーザ素子11Aに関して所定の冷却効率を確保している。
The
ここで、半導体レーザ11は、単一のレーザ素子のみで構成されていてもよいし、複数のレーザ素子のアレイ体でもよい。また、冷却ジャケット12上に当該半導体レーザを複数配置し、各々の出射光を合波して出力するようにしてもよい。
Here, the
なお図示せずともベース11Bの上面には、配線16を介して電源部15に接続され、レーザ素子11Aへ駆動電流を供給する回路が形成された配線基板が搭載されている。
Although not shown, on the upper surface of the
ビーム整形光学系17は、半導体レーザ11からの出射光を集光する集光レンズ17Aやプリズム17B等の光学部品で構成することができる。なお、本明細書においてプリズム17Bは必要に応じて省略される。
The beam shaping
このビーム整形光学系17は、半導体レーザ11とともに、冷却ジャケット12の上面の所定位置に直接設置されてもよいが、集光レンズ17Aについては図中矢印D2方向で示すフォーカス軸方向、プリズム17Bについては図中矢印D3方向で示すヤブ方向に、それぞれ移動調整可能な台座(図示略)を介して冷却ジャケット12上に設置されてもよい。
The beam shaping
以上、これら半導体レーザ11及びビーム整形光学系17により、本発明の「発光部」が構成される。また、冷却ジャケット12は、本発明の「冷却部」に対応しており、銅等の熱伝導性に優れた材料で構成されている。なお、この冷却ジャケット12と冷却水冷却装置13との間を連絡する配管14,14は、フレキシブル性(可撓性)のある配管材料で構成されている。
As described above, the
続いて図3はレーザ装置10の分解斜視図であり、図4はレーザ装置10の一作用を説明する全体斜視図である。
3 is an exploded perspective view of the
半導体レーザ11及び集光レンズ17Aが設置された冷却ジャケット12は、レーザ装置10の静止部をなすステージ(支持体)18の上に設置される。冷却ジャケット12とステージ18との間には、図4Aにおいて矢印D4で示す光軸Laの煽り方向の調整と、図4Bに示す光軸Laの高さHの調整を行うための軸部材19が設けられている。
The cooling
軸部材19は、例えば、断面が一様な円形の平行ピンで構成することができる。軸部材19は、中空であるか中実であるかを問わない。この軸部材19は、冷却ジャケット12とステージ18との間に、軸方向が光軸Laと直交する方向に配置されている。冷却ジャケット12は、ステージ18に対し、軸部材19を回動軸として、その軸心の回りに所定角度回動可能とされる。これにより、半導体レーザ11の出射光軸Laについての煽り方向D4の調整が可能となる。
The
冷却ジャケット12の底面と、ステージ18の上面とには、軸部材19を挟持する挟持溝12a,18aがそれぞれ形成されている。これら挟持溝12a,18aは、冷却ジャケット12とステージ18間における軸部材19の相対位置を規制すると同時に、冷却ジャケット12の底面とステージ18の上面との間に、冷却ジャケット12の所定角度範囲にわたる回動操作を可能とする大きさの隙間を形成する。冷却ジャケット12の回動範囲は特に制限されないが、本実施形態では例えば±3°程度としている。
Holding
また、冷却ジャケット12の底面とステージ18の上面との間に形成される隙間は、軸部材19の軸径によって調整することができる。従って、軸部材19として各々軸径の異なる複数本の軸部材をあらかじめ用意しておき、最適な軸径のものを選択することで、半導体レーザ11の出射光軸Laの高さHの調整が可能となる。軸径の異なる軸部材19の用意すべき本数は特に限定されないが、本実施形態では、例えば軸径の大きさが28mmから32mmの範囲内で30μmずつ軸径が異なる複数本の軸部材の中から最適なものを選択するようにしている。
Further, the gap formed between the bottom surface of the cooling
以上、これら軸部材19及び挟持溝12a,18aにより、本発明の「光軸調整部」が構成される。なお、挟持溝12a,18aは、断面略V字形状とされているが、軸径の異なる軸部材19を共通に支持できる形状のものであれば特に制限されず、例えば多角形状等であってもよい。
As described above, the
以上のように構成される本実施の形態のレーザ装置10においては、半導体レーザ11は、冷却ジャケット12上に直接的に設置されているので、半導体レーザ11と冷却ジャケット12との間の熱抵抗を低減でき、半導体レーザ11の冷却効率を向上させることができる。また、装置全体の熱負荷低減を実現することができる。従って、本実施の形態によれば、半導体レーザ11の冷却効率を向上させることができるので、レーザ素子11Aの高出力化、長寿命化を図ることが可能となる。
In the
また、本実施の形態によれば、ビーム整形光学系17を構成する必要な光学部品(集光レンズ17A,プリズム17B等)をも冷却ジャケット12上に設置するようにしているので、当該ビーム整形光学系17を支持するための部材を不要とし、装置の小型化を図ることが可能となる。しかも、半導体レーザ11に対する断熱設計を必要とすることなく、半導体レーザ11の発熱によるビーム整形光学系17の温度変化を抑止して、安定したビーム整形機能を確保することができる。
Further, according to the present embodiment, necessary optical components (such as the condensing
一方、半導体レーザ11とビーム整形光学系17と冷却ジャケット12とは、ひとつのユニット体として構成することができるので、当該ユニット単位で半導体レーザ11のヤブ調整(図2Aにおける矢印D1,D3)とフォーカス軸調整(同、矢印D2)を行うことができる。
On the other hand, the
そして、このユニット体をステージ18に設置する際は、後段の光学系にマッチングさせるための煽り角度D4(図4A参照)調整およびビーム高さH(図4B参照)調整が行われる。本実施の形態では、上述したように、冷却ジャケット12とステージ18との間に軸部材19を設け、ステージ18に対する冷却ジャケット12の角度調整と高さ調整を行うことで、半導体レーザ11の出射光軸Laの煽り角度D4とビーム高さHを調整するようにしている。
Then, when this unit body is installed on the
従って、半導体レーザ11を冷却ジャケット12上へ設置し、レーザ装置10を組み上げた後においても、出射光軸Laの煽り角度調整を行うことができる。また、煽り角度の調整は、冷却ジャケット12をステージ18に対して回動操作するだけなので、作業を容易に行うことができる。更に、半導体レーザ11のビーム高さHの調整も、軸部材19の軸径の変更のみで容易に行うことができる。
Therefore, even after the
このとき、配管14,14はフレキシブル性のある配管材料で構成されているので、軸部材19を用いた冷却ジャケット12の角度調整および高さ調整の際、配管14,14が原因で作業に障害をきたすことはない。また、配管14,14をフレキシブル性のある配管材料で構成することで、冷却ジャケット12の角度や高さの変化等に伴う応力を分散させ、調整後の経時変化を少なくすることができる。
At this time, since the
なお、冷却ジャケット12を調整後の位置に保持するために、例えば図5に示したような構成とすることができる。この例では、冷却ジャケット12の一端側(前方側)に、冷却ジャケット12を貫通するバネ力設定用ネジ部材21,21がコイルバネ22,22や板バネ等の弾性部材を介してステージ18に螺着されている。そして、冷却ジャケット12の他端側(後方側)には、冷却ジャケット12を貫通する調整用ネジ部材23がステージ18に螺合されている。バネ力設定用ネジ部材21,21及び調整用ネジ部材23の軸部は、それぞれ冷却ジャケット12に遊嵌しており、調整用ネジ部材23の正負方向の回動操作で、軸部材19を支点とする半導体レーザ11の煽り角度調整を可能としている。この構成により、振動等による調整角度の不用意な変動を防止できる。
In addition, in order to hold | maintain the cooling
以上のように本実施の形態によれば、半導体レーザ11の出射光軸Laの煽り角度調整およびビーム高さ調整を簡単な構成で容易に行うことができるので、作業の熟練度を有さないユーザーによっても、例えば半導体レーザ11の交換などレーザ装置10のメンテナンスが実施可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the tilt angle adjustment and the beam height adjustment of the emission optical axis La of the
(第2の実施の形態)
図6は本発明の第2の実施の形態によるレーザ装置20の構成を示している。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a configuration of a
本実施の形態のレーザ装置20においては、半導体レーザ11及び集光レンズ17Aが熱電素子24を介して冷却ジャケット12の上面に設置されている。この構成は、特に、半導体レーザ11をより高精度に温度調整する必要がある場合に適用して好適である。
In the
本実施の形態によれば、冷却ジャケット12で半導体レーザ11の温度を粗調整し、熱電素子24で半導体レーザ11の温度の微調整を行うことができる。熱電素子24としては、例えばペルチェ素子等が用いられる。
According to the present embodiment, the temperature of the
(第3の実施の形態)
図7は、本発明の第3の実施の形態を示している。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施の形態では、第1の実施の形態で説明したレーザ装置10(10A〜10C)を複数台使用して光源装置30を構成した例を示している。図示の例では、3台のレーザ装置10A,10B及び10Cから出力されるレーザ光をプリズム等の光学部品31を用いて合波し精度良く重ね合わせることで、高出力のレーザ光L2を得るようにしている。
In the present embodiment, an example in which the
本実施の形態によれば、各レーザ装置10A〜10Cの光軸調整(煽り角度、ビーム高さ)を容易に行うことができるので、出力光L2の調整作業が容易となる。また、メンテナンス作業や交換等を各レーザ装置単位で行うことができるので、作業が簡単になる。
According to the present embodiment, since the optical axis adjustment (turning angle, beam height) of each of the
(第4の実施の形態)
近年、リボン状の光回折格子がシリコン基板上に一列に形成された一次元反射型ディスプレイデバイスであるGLV(Grating Light Valve)を用いた画像表示装置が開発されている。
(Fourth embodiment)
In recent years, an image display apparatus using a GLV (Grating Light Valve), which is a one-dimensional reflective display device in which ribbon-like optical diffraction gratings are formed in a line on a silicon substrate, has been developed.
図8に示すように、この種の画像表示装置40は、単一波長のレーザ光を出力する光源41と、光源41からの出力光を平板状の光に変換する照明レンズ42と、GLVデバイスでなる光変調(回折)素子43と、光変調素子43による回折光だけを通すフィルタを内蔵した投射レンズ44と、投射レンズ44を通過した光をスクリーン46に投影する走査ミラー45と、投影画像を表示するスクリーン46とを有している。光変調素子43は例えば赤、緑、青(RGB)のレーザ光に対してそれぞれ別に設けられ、そのレーザ光を照射された時のマイクロリボンの位置関係に基づいて光の変調を行うことにより、色および映像の投影がなされる。
As shown in FIG. 8, this type of
上述した構成の画像表示装置40においては、光源41に複数の半導体レーザが用いられている。半導体レーザはそのデバイスの特性上、温度が上昇すると寿命の短期化が急激に進むことに加え、温度が上昇した時点で出力光の波長が変化し、本来の色や映像を投影できなくなる。すなわち、投影そのものに多大な影響が及ぼされる。
In the
また、RGB三色のレーザのみを用いて全ての色を表現している場合、これら三色のレーザの色表現には、通常よりもはるかに厳密な色再現性が要求される。すなわち、一部の半導体レーザにおいて、温度上昇に伴って僅かでも色調の変化がきたされると、GLVを用いた投影装置においては全ての色に影響し、滑らかな色階調表現やコントラスト、映像の立体感や質感等、細部にまで影響が及ぼされる。 In addition, when all colors are expressed using only RGB three-color lasers, the color representation of these three-color lasers requires much more accurate color reproducibility than usual. In other words, in some semiconductor lasers, even if a slight change in color tone occurs as the temperature rises, the projection device using GLV affects all colors, and smooth color gradation expression, contrast, and video The details, such as the three-dimensional appearance and texture, are affected.
更に、この種の映像表示装置においては、光源41において複数の半導体レーザが同時に光出力を行う必要があるため、効率的に冷却を行わないと、短期間のうちに装置全体の温度が上昇し、多数の半導体レーザの急速な消耗を引き起こす。
Furthermore, in this type of video display device, since a plurality of semiconductor lasers need to output light simultaneously in the
このため、光源41に用いられる半導体レーザに関しては、より厳密な温度管理が必要となる。
For this reason, the semiconductor laser used for the
そこで、本実施の形態では、光源41として、例えば図7に示した光源装置30が用いられている。この光源装置30は、第3の実施形態で説明したように、本発明に係るレーザ装置10A〜10Cを複数台使用して構成されている。各レーザ装置10A〜10Cにおいては、半導体レーザ11を冷却ジャケット12の上に直に設置することで、冷却効率の向上が図られている。
Therefore, in the present embodiment, as the
また、冷却ジャケット12上で事前にある程度光軸調整を行った後、レーザ装置個々に煽り角度調整とビーム高さ調整を行い得るようにすることで、出力光L2の調整作業が容易となる。なお、各レーザ装置に設置される半導体レーザ11を複数のレーザ素子のアレイ体で構成することで、更に高出力のレーザ光を得ることが可能となる。
Further, after adjusting the optical axis to some extent on the cooling
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible based on the technical idea of this invention.
例えば以上の実施の形態では、光軸調整部として、半導体レーザ11の出射光軸Laの煽り角度調整とビーム高さ調整を行い得るようにしたが、これに限らず、軸部材19の配置方向で光軸調整成分を変更することができる。例えば、軸部材19を光軸Laと平行な方向に配置することで、図4Bに示したようにz方向(光軸方向)の回りに光軸を調整することが可能となる。また、冷却ジャケット12とステージ18との間に、軸部材を異なる方向で複数配置することで更に他の方向についての光軸調整が可能となる。
For example, in the embodiment described above, the turning angle adjustment and the beam height adjustment of the emission optical axis La of the
また、軸部材19の回りに冷却ジャケット12を回動させて出射光軸の煽り方向を調整するようにしたが、これに加えて、冷却ジャケット12を軸部材19に沿ってステージ18上でスライド移動可能としてもよい。これにより、例えば図4Bにおいてx方向についての光軸調整が可能となる。更に、軸部材19をy軸方向に配置することで、y軸回り(ヤブ方向)の光軸調整が可能となる。
In addition, the cooling
更に、以上の実施の形態では、半導体レーザ11の煽り角度D4(図4A)の調整を、例えば図5に示した調整用ネジ部材23の回動操作で行うようにしたが、この調整用ネジ部材23をボールネジで構成し、電子的に回動量を制御するようにすれば、光軸調整の更なる高精度化を図ることができる。同様に、上記ボールネジでなる調整用ネジ部材を冷却ジャケット12の例えば四隅位置に設けることで、半導体レーザ11のビーム高さの調整を行うようにしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the adjustment of the turning angle D4 (FIG. 4A) of the
更に又、半導体レーザ11を冷却する冷却部として冷却ジャケット12を例に挙げて説明したが、これ以外にも、冷却部として例えば空冷式のヒートシンク等も本発明は適用可能である。また、以上の実施の形態では、発光部として半導体レーザ11及びビーム整形光学系17で構成したが、これに限らず、例えば半導体レーザの後段に、当該半導体レーザの発振波長とは異なる光の固体レーザ媒質やその第2次高調波を発生させる非線形光学素子を配置する構成にも本発明は適用可能である。この場合、例えば緑色レーザ光を発生させるレーザ装置など、発光部の冷却を効率良く行って発光動作の安定化を図ることができる。
Furthermore, although the cooling
そして、本発明に係るレーザ装置10は、画像表示装置40の光源41に用いられる場合に限らず、レーザプリンタ等の半導体レーザのレーザ光を光源とする装置全般について本発明は適用可能である。
The
10,10A〜10C,20…レーザ装置、11…半導体レーザ(発光部)、12…冷却ジャケット(冷却部)、12a…挟持溝、17…ビーム整形光学系、17A…集光レンズ、17B…プリズム、18…ステージ(支持体)、18a…挟持溝、19…軸部材(光軸調整部)、24…熱電素子、30…光源装置、40…画像表示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記発光部と熱的に結合された冷却部と、
前記冷却部と一体的に前記発光部の光軸調整を行うための光軸調整部とを備えた
ことを特徴とするレーザ装置。 A light emitting unit having a semiconductor laser;
A cooling unit thermally coupled to the light emitting unit;
A laser apparatus comprising: an optical axis adjusting unit for adjusting an optical axis of the light emitting unit integrally with the cooling unit.
前記冷却部を支持する支持体と、
前記冷却部と前記支持体との間に取り付けられ前記冷却部を前記支持体に対して回動自在な回動軸とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 The optical axis adjustment unit is
A support for supporting the cooling unit;
The laser apparatus according to claim 1, further comprising: a rotation shaft that is attached between the cooling unit and the support and is capable of rotating the cooling unit with respect to the support.
ことを特徴とする請求項2に記載のレーザ装置。 The laser apparatus according to claim 2, wherein a clamping groove that clamps the rotating shaft is provided in each of a bottom part of the cooling part and an upper part of the support body.
ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ装置。 The laser device according to claim 4, wherein the clamping groove has a substantially V-shaped cross section.
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 The laser device according to claim 1, wherein the light emitting unit is an array body of a plurality of semiconductor laser elements.
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 The laser device according to claim 1, wherein the cooling unit is a cooling jacket in which a cooling medium circulates.
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 The laser device according to claim 1, wherein a thermoelectric element is provided between the light emitting unit and the cooling unit.
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 The laser device according to claim 1, wherein the light emitting unit includes a shaping optical system that shapes laser light emitted from the semiconductor laser.
前記光源は、
半導体レーザを有する発光部と、
前記発光部と熱的に結合された冷却部と、
前記冷却部と一体的に前記発光部の光軸調整を行うための光軸調整部とを備えたレーザ装置を含んでなる
ことを特徴とする画像表示装置。 In an image display device that forms an image by projecting light emitted from a light source on a screen,
The light source is
A light emitting unit having a semiconductor laser;
A cooling unit thermally coupled to the light emitting unit;
An image display device comprising: a laser device including an optical axis adjusting unit for adjusting an optical axis of the light emitting unit integrally with the cooling unit.
ことを特徴とする請求項10に記載の画像表示装置。
The image display device according to claim 10, wherein the light source includes a plurality of the laser devices and outputs the light emitted from the laser devices in a superimposed manner.
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- 2005-06-06 JP JP2005165262A patent/JP2006339569A/en active Pending
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