JP2008191649A - レーザ光源装置、照明装置、画像表示装置、及びモニタ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光源装置31は、光源311、波長変換素子312、外部共振器313、光路変換素子314を備えている。波長変換素子312は共振構造中に設けられており、第2のレーザ光LS2は、光路変換素子314によって第二光路O2に取り出され、第1のレーザ光LS1の進行方向とほぼ同じ方向へ向けられ、第1のレーザ光LS1と共に出力光として利用される。波長変換素子312内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をW1とし、外部共振器313側の端面における、第一のレーザ光LS1と第二のレーザ光LS2との光軸間距離をW2としたとき、W2<W1を満たしている。
【選択図】図1
Description
つつ、安定した出力を得ることは可能であるが、光の利用効率はそれ程上がらない。特に、偏光制御型のデバイスと組み合わせて使用する場合は、光の利用効率が不十分となるおそれもある。
さらに、上記レーザ光源装置と液晶デバイスとを組み合わせる場合には、レーザ光源装置の光を拡散させるための拡散光学部材が必要となる。また、大型の拡散光学部材を介して液晶デバイスに射出された光は、その結像性が低下することから、前記拡散光学部材を小型にすることが望まれている。
また、W2<W1の関係を満たしているので、前記第二のレーザ光と前記第一のレーザ光との間隔が狭まり、例えばこれら2つのレーザ光の先に拡散光学部材を設ける場合、この拡散光学部材を小型化できる。よって、小型の拡散光学部材を介して射出される光は、結像性の高いものとなり、光の利用効率が高く、鮮明な照度を得ることができる。さらに、本発明によれば、上記関係(W2<W1)を満たしているので、前記光源、前記外部共振器、前記波長変換素子、及び前記光路変換素子の下部側が、例えば接着剤、メカクランプ等の固定部材によって保持される場合においても、第一及び第二のレーザ光が前記固定部材によって遮られるといったことがなくなり、歩留まりの低下を防止することができる。また、レーザ光線が拡散部材の略同一の場所に入射でき略同一な領域への照明を確保できることから、ロスを低減した高効率照明を実現できる。
したがって、レーザ光源装置に組み合わせて用いられる拡散光学部材の小型化を図ることができ、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置となる。
この構成によれば、上記関係(W2<W1)に加え、さらにW2<W3の関係を満たしているので、例えば外部共振器の下部側を保持している接着剤や保持部材の影響による、光路中に配置された光学部材の透過率低下を回避することができ、光の利用効率をより向上させることができる。また、外部共振器は、光源に対し、外部共振器の反射面を光線方向の長さと、反射角度のアライメントする必要があり位置あわせを容易にしつつ、所望の角度で固定することが容易となり、かつ第2のレーザ光を遮ることを防止できる。
レーザ光源装置は、レンズ、フィルダ、ミラー、回折格子、プリズム、光変調素子など、他の光学デバイスと組み合わせて科用される可能性が高いが、このような光学デバイスの多くは、入射光の角度に依存して特性が変化したり、出力結果が変化する場合がある。また、入射光線角度のばらつきによる、照明領域のばらつきでのマージン確保のための照明ロスが発生する。
そこで、本発明を採用すれば、第一のレーザ光と第二のレーザ光とがほぼ平行であるので、レーザ光源装置の後に配置される光学デバイスの設計や配置が容易となる。したがって、特にレーザ光源装置を、画像表示装置やモニタ装置等に応用した場合に、光学設計の自由度が非常に高まるという効果がある。さらに拡散光学部材の先に得られる照明領域がレーザ光線の入射角度に依存した領域に形成されることから、略同一の領域を照明することが可能となり、所望の範囲を照明する高効率照明が可能となる。
この構成によれば、光路変換素子における第二のレーザ光の光線方向の大きさが抑えられ、波長変換素子をできるだけ大きくでき、波長変換素子における波長変換光路長を大きく確保できる。よって、波長変換素子における第二の波長への変換効率を向上させ、光の利用効率をより高めることができる。
また、光路調整手段により、前記第二のレーザ光と前記第一のレーザ光との間隔を狭めることが可能となり、例えばこれら2つのレーザ光の先に拡散光学部材を設ける場合、この拡散光学部材を小型化できる。よって、小型の拡散光学部材を介して射出される光は、結像性の高いものとなり、光の利用効率が高く、鮮明な照度を得ることができる。
また、光路調整手段により、第一のレーザ光をなす第一の波長の光を前記波長変換素子における所定の位置(例えば波長変換素子における分極反転のピッチが安定した部分)に通すことが可能となるので、信頼性を向上させることができる。
したがって、レーザ光源装置に組み合わせて用いる拡散光学部材の小型化を図ることができ、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置となる。
このような光路変換素子を用いることで、上述したような第一のレーザ光と第二のレーザ光を良好に得ることができる。
この構成によれば、光路変換素子の一部から光路調整手段が構成されるので、レーザ光源装置の構成を簡略化することができる。
この構成によれば、光路変換素子を所定の位置に保持することが可能となり、上述したように第二のレーザ光を確実に外部に取り出すことができる。
この構成によれば、第一のレーザ光を波長変換素子内に通過させつつ、第二のレーザ光を波長変換素子の外部に通過させるとともに、第一のレーザ光と第二のレーザ光とを近づけることができる。
本発明では、このようにアレイ化された光源を用いたとしても、光路変換素子、波長選択素子、及び外部共振器の光入射出端面の面積をアレイに対応した面積に拡張すれば良い。したがって、上記構成によれば、光源がアレイ化されたとしても、装置の過度な大型化を招くことが無く、簡単な構成で対応することが可能である。よって、光源がアレイ化されたとしても、出力光のパワー低下を効率よく抑えることができ、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる効果をそのまま保持しつつ、アレイ化による光量の増加を、効果的に出力光のパワーアップに繋げることが可能である。
この構成によれば、他のタイプの波長変換素子に比べて変換効率の高い擬似位相制御型の波長変換素子を備えているので、本発明の効果がより高まる。
この構成によれば、計算機ホログラムが小型なものとなり、光の利用効率をより向上させることができる。
図1は、第一実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。レーザ光源装置31は、光源311、波長変換素子(高調波発生素子)312、外部共振器313、光路変換素子314を備えている。光源311は、第一の波長の光を射出する。第一実施形態に係るレーザ光源装置31は、光源311、波長変換素子312、外部共振器313、光路変換素子314が例えば金属フレームなどから構成されたベース部Bに保持されたものとなっている。前記レーザ光源装置31の各構成部材(光源311、波長変換素子312、外部共振器313、光路変換素子314)は、前記ベース部(固定部材)Bに接着剤Cによって固定されている。なお、前記各構成部材を構成する方法としては前記ベース部Bと接着剤との組み合わせに限定されることはなく、例えばメカクランプなどを採用してもよい。
ブラッグ格子部313Aは、光路O1に沿って設けられた多数の層によって構成されている。
なお、AR膜313Bは、外部共振器313の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することも可能である。つまり、外部共振器313を、ブラッグ格子部313Aのみで構成することも可能である。
光源311は、レーザ媒体311Bに電流が流されると、第一の波長の光を射出する。光源311から射出された第一の波長の光は、プリズム315の面315Aから光路変換素子314に入射して、プリズム315の面315Cで全反射された後、プリズム315の面315Bを透過し、選択反射膜317、プリズム316の面316Bをこの順に通過して、プリズム316の面316Aから波長変換素子312に向けて射出される。
さらに、この光は光源311に戻り、ミラー層311Aによって反射され、再び光源311から射出される。このように、第一の波長の光は、光源311と外部共振器313との間に形成された第一光路O1を往復することにより、レーザ媒体311Bにて新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置31は、光源311のミラー層311Aと外部共振器313との間に形成された共振構造を備えている。
そして、プリズム316の反射面としての面316Cによって反射されて、第一のレーザ光LS1の進行方向とほぼ平行な方向へ向けられ、第二のレーザ光LS2として、プリズム316の面316Aから射出される。
その他、レーザ光源装置31の具体的な寸法としては、前記波長変換素子312の光路長方向の幅が5mmとなっている。また、光路変換素子314から射出された光の外部共振器313までの光路長(外部共振器313の反射防止313Bの表面と前記光路変換素子314の面316Aとの距離)が8.5mmに設定されている。
(1)光源311と外部共振器313とによって構成された共振構造(第一光路O1)中に波長変換素子312を設け、外部共振器313によって反射されて光源311へ向かう過程で波長が変換された第二のレーザ光を、光路変換素子314によって第二光路O2に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。また、光源311と外部共振器313とによって構成された共振構造の内部に波長変換素子312を設けているため、外部共振器313によって反射されて光源311の方へ向かう過程で第二の波長に変換されなかった光を光源311に戻さないようにする構成が不要となる。よって、光学系の大型化を招く恐れが少なく、光路の長さが長くなったり、光学要素を通過する回数が増えてしまったりすることによる光の損失を低減することもできる。さらに、第二のレーザ光LS2を、第一のレーザ光LS1の進行方向とほぼ同じ方向へ向けるだけで良いため、偏光方向がほぼ揃った出力光を得ることができる。よって、偏光制御型のデバイス(例えば液晶装置)と組み合わせて使用する場合であっても、光の利用効率を向上させることが可能である。
したがって、レーザ光源装置に組み合わせて用いられる拡散光学部材50の小型化を図ることができ、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置31となる。
図6は、第二実施形態に係わるレーザ光源装置41の概略構成を示す模式図である。第二実施形態のレーザ光源装置41は、光路変換素子414の構成だけが第一実施形態のレーザ光源装置31と異なっており、それ以外は、前記第一実施形態と同様である。したがって、図6において、第一実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置41から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。
そして、反射ミラー416によって反射されて、第一のレーザ光LS1の進行方向とほぼ平行な方向へ向けられ、第二のレーザ光LS2として射出される。
透光性部材としてプリズムを用いた場合よりも、軽量な光路変換素子414を得ることができる。また、板状部材はプリズムに比べて加工が容易である。よって、レーザ光源装置の軽量化及び低コスト化に寄与することができる。
本発明は前述の第一実施形態及び第二実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。以下に変形例として挙げられているような形態であっても、前述の実施形態と同様な効果を得ることができる。
次に、本発明に係る照明装置の一実施形態として、例えば上記レーザ光源装置41を応用した照明装置500の構成例について説明する。図9は、照明装置500の概略を示す模式図である。なお、図9中においては図示を簡略化し、光路変換素子414の図示を省略している。
図9に示すように、照明装置500は、前記レーザ光源装置41と、該レーザ光源装置41から発したレーザ光を拡散するとともに、レーザ光の照度分布を均一化する拡散光学部材50とを備えている。この拡散光学部材50としては、ホログラム素子から構成されている。具体的には、ホログラム原板に計算機で計算して人工的に作成した干渉縞が形成された計算機ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)を用いることがきできる。計算機ホログラムは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
次に、第一の実施形態に係るレーザ光源装置31を応用した画像表示装置の一例として、プロジェクタ3の構成について説明する。図10は、プロジェクタ3の光学系の概略を示す模式図である。
最後に、次に、第一の実施形態に係るレーザ光源装置31を備えたモニタ装置40の構成例について説明する。図11は、モニタ装置の概略を示す模式図である。モニタ装置40は、装置本体410と、光伝送部420とを備える。装置本体410は、前述した第一実施形態のレーザ光源装置31を備える。
図12は、第三実施形態に係わるレーザ光源装置51の概略構成を示す模式図である。第三実施形態のレーザ光源装置51は、光路変換素子514を支持する支持部材518を光路調整手段として備えている。それ以外は、上記第一、第二実施形態と同様である。したがって、図12において、上記実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置51から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。
図14は、第四実施形態に係わるレーザ光源装置61の概略構成を示す模式図である。第四実施形態のレーザ光源装置61は、光路変換素子614を支持する支持部材618を光路調整手段として備えている。また、本実施形態においては光路変換素子614が四角柱プリズム615により構成されている。それ以外は、上記第三実施形態と同様である。したがって、図14において、上記第三実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置61から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化することができる。
図15は、第五実施形態に係わるレーザ光源装置71の概略構成を示す模式図である。第五実施形態のレーザ光源装置71は、光路変換素子714を支持する支持部材718を光路調整手段として備えている。また、本実施形態においては光路変換素子714が第一、第二のミラー715,716により構成されている。それ以外は、上記第四実施形態と同様である。したがって、図15において、上記第四実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置71から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化することができる。
以下、レーザ光源装置についての変形例を説明する。図16は上記第二実施形態に係るレーザ光源装置41の変形例に係る構成を示す図である。図16に示されるように、本変形例では、光源311の光を反射ミラー417で反射させた後、選択反射膜317に入射させている。すなわち、上記第二実施形態に係る構成に対し、反射ミラー417を備えた点において異なっている。このように反射ミラー417を備えたことで光源311を配置する位置の自由度を高めることができる。また、上記第二実施形態、及び本実施形態に係るレーザ光源装置41においては、反射ミラー416における反射面と選択反射膜317における反射面とを延長した交点Xが略波長変換素子312の上面高さと一致させることができる。これにより、第一のレーザ光LS1と第二のレーザ光LS2とを近づけた構成すなわち、W2<W1の関係を満たす装置構造を良好に得ることができる。
Claims (15)
- 第一の波長の光を射出する光源と、前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、前記光源と前記外部共振器との間に形成された第一光路上に設けられ、入射した前記第一の波長の光のうち一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換する波長変換素子と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、を備え、前記外部共振器から射出される前記第二の波長の第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長の第二のレーザ光と、を出力光として利用するレーザ光源装置であって、
前記波長変換素子の、該波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をW1とし、前記波長変換素子の前記外部共振器側の端面における、前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との光軸間距離をW2としたとき、
W2<W1であることを特徴とするレーザ光源装置。 - 前記外部共振器の、該外部共振器を透過する前記第一のレーザ光に直交する線と平行な方向の幅をW3としたとき、
W2<W3であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置。 - 前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光とは、ほぼ平行であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ光源装置。
- 前記光路変換素子の、該光路変換素子から射出される前記第二のレーザ光の光線方向の幅をW4とし、
前記光路変換素子の、前記波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をW5としたとき、
W4<W5であることを特徴とする請求項3に記載のレーザ光源装置。 - 第一の波長の光を射出する光源と、
前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、
前記光源と前記外部共振器との間に形成される第一光路上に設けられ、入射される前記第一の波長の光のうち、一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換して高調波を得る波長変換素子と、
前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、
前記波長変換素子における所定の位置から前記第一のレーザ光が出力されるように調整する光路調整手段と、を備え、
前記外部共振器から射出される前記第二の波長を有する第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長を有する第二のレーザ光と、を出力光として利用することを特徴とするレーザ光源装置。 - 前記光路変換素子は、前記光源からの前記第一の波長の光における光路を変換する基本波変換部と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を選択的に反射することで前記第二光路に分離する分離部と、該分離部で分離された前記第二の波長の光の光路を変換して前記第二のレーザ光とする高調波光路変換部と、を有することを特徴とする請求項5に記載のレーザ光源装置。
- 前記光路変換素子が前記光路調整手段を含むことを特徴とする請求項5又は6に記載のレーザ光源装置。
- 前記光路調整手段は前記光路変換素子を支持する支持部材から構成されることを特徴とする請求項5又は6に記載のレーザ光源装置。
- 前記波長変換素子における一面が保持されており、前記第一のレーザ光の光路は前記波長変換素子の中央部に対し、保持面と反対面側に位置することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
- 前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
- 前記波長変換素子は、擬似位相制御型の波長変換素子であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置から射出されたレーザ光の進行方向に配設された拡散光学部材と、を備えることを特徴とする照明装置。
- 前記拡散光学部材は、計算機ホログラムからなることを特徴とする請求項12に記載の照明装置。
- 請求項12又は13に記載の照明装置からなる光源と、該光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のレーザ光源装置あるいは請求項12又は13に記載の照明装置のいずれか一方と、該レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段と、を備えることを特徴とするモニタ装置。
Priority Applications (3)
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