(57)【要約】【課題】駆動系の複雑化やエネルギー効率の低下を招くことなく、スペックルノイズを低減することが可能なレーザー光源装置を提供する。【解決手段】本発明のレーザー光源装置１は、基本波長の光を発する活性層１４と、活性層１４から入射した基本波長の光を反射させて折り返す第１反射部１２と、第１反射部１２とともにレーザー発振を生じさせる共振器を構成し、活性層１４から入射した基本波長の光を反射させて折り返す第２反射部１７と、活性層１４の面方向において互いに独立した複数の発光領域に、活性層１４に入射する光を分割して集光する集光部１６と、を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波長の光を発する活性層と、
前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第１反射部と、
前記第１反射部とともにレーザー発振を生じさせる共振器を構成し、前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第２反射部と、
前記活性層の面方向において互いに独立した複数の発光領域に、前記活性層に入射する光を分割して集光する集光部と、を含んでいることを特徴とするレーザー光源装置。
【請求項２】
前記集光部は、光を集光する複数のレンズ部を有するレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載のレーザー光源装置。
【請求項３】
前記レンズアレイは、光が入射する面内で光学的距離が部分的に異なるレンズ層により構成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザー光源装置。
【請求項４】
前記集光部は、入射する光に対して凹となる複数の反射面を含んでおり、前記第２反射部と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー光源装置。
【請求項５】
基本波長の光を発する活性層と、
前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第１反射部と、
前記第１反射部とともにレーザー発振を生じさせる共振器を構成し、前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第１反射部と、
前記活性層に対して光を生じさせるキャリアを供給する一対の電極と、を含み、
前記一対の電極において前記活性層にキャリアを供給する電極面が、前記活性層の面方向において互いに独立した複数の発光領域に前記キャリアが分かれて供給されるように、複数の電極領域に区画されていることを特徴とするレーザー光源装置。
【請求項６】
前記第１反射部と前記第２反射部との間の光路に、前記基本波長の光を変換波長の光に変換する波長変換素子が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザー光源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザー光源装置と、
前記レーザー光源装置から射出された光を変調する変調装置と、
前記変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を含んでいることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザー光源装置と、
前記レーザー光源装置から射出される光を変調する変調装置と、
前記変調装置により変調された光を走査させる走査光学系と、を含んでいることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光源装置、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクター等の画像表示装置の分野において、高出力な光が得られる照明光源としてレーザー光源が期待されている。レーザー光源は、高圧水銀ランプに比べて色再現性に優れること、瞬時点灯が容易であること、長寿命であること等の長所を有している。一方で、レーザー光源を用いるとレーザー光の可干渉性に起因してスペックルノイズを生じやすくなる。スペックルノイズを生じると表示された画像にギラツキ感を生じ、画像品質が低下してしまう。
【０００３】
スペックルノイズを低減する手法の１つとして、非特許文献１に提案されている手法が挙げられる。非特許文献１は、パルス駆動される面発光型レーザー素子に関するものである。この面発光レーザー素子は、活性層の面方向に複数の発光領域を含んでいる。発光領域ごとにレーザー発振を生じるようにパルス駆動の周期が調整されている。複数の発光領域が互いに独立した複数の発光部として機能し、面発光型レーザー素子から射出されるレーザー光の全体としての可干渉性が低下する。これにより、スペックルノイズが低減されると考えられるが、一方で面発光型レーザー素子をマイクロ秒程度の周期で駆動する必要があるため、駆動回路が複雑になるおそれがある。
【０００４】
高周波数でパルス駆動を行わなくともスペックルノイズを低減可能な手法の１つとして、特許文献１に提案されている手法が挙げられる。特許文献１は、面発光型垂直共振器レーザーに関するものである。特許文献１の面発光型垂直共振器レーザーには、共振器内に対象物を含んだ層が設けられている。この層は、対象物を含んでいることにより、反射率と電流注入と利得との少なくとも１以上が面内で不均一になっている。これにより、共振器内の複数の領域でレーザー発振が生じ、非特許文献１と同様の理由によりスペックルノイズが低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００１−５２１２９１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】‘Ｌｏｗ−ｓｐｅｃｋｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｂｒｏａｄ−ａｒｅａ  ＶＣＳＥＬ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｒｅｇｉｍｅ’，Ｇｕｙ  Ｖｅｒｓｃｈａｆｆｅｌｔ  ｅｔ  ａｌ．，ＳＩＤ  ０８  ＤＩＧＥＳＴ，ｐ２０９８−２１０１（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術によれば、駆動回路を複雑にすることなくスペックルノイズが低減可能になると考えられるが、エネルギー効率が低下するおそれがある。
【０００８】
特許文献１の技術において、対象物として反射率あるいは利得を変化させるものを採用すると、反射率あるいは利得が異なる部分を経由した光は、レーザー発振の条件を満たさなくなる。したがって、実質的に得られるレーザー光の強度が低下して光の利用効率が低くなり、エネルギー効率が低下してしまう。
【０００９】
また、特許文献１の技術において対象物として電流注入を変化させるものを採用すると、抵抗値が変化した部分で発熱を生じて発生した熱エネルギーの分だけエネルギー損失が大きくなり、エネルギー効率が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、駆動系の複雑化やエネルギー効率の低下を招くことなく、スペックルノイズを低減することが可能なレーザー光源装置を提供することを目的の１つとする。また、シンプルな構成でありながら低消費電力であり、しかも高品質な画像が得られる画像表示装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のレーザー光源装置は、基本波長の光を発する活性層と、前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第１反射部と、前記第１反射部とともにレーザー発振を生じさせる共振器を構成し、前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第２反射部と、前記活性層の面方向において互いに独立した複数の発光領域に、前記活性層に入射する光を分割して集光する集光部と、を含んでいることを特徴とする。
【００１２】
このようにすれば、活性層に入射する光が、集光部により活性層の面方向における複数の発光領域に集光され、複数の発光領域の各々で利得が高くなる。したがって、複数の発光領域で互いに独立してレーザー発振が生じ、互いに独立した複数のレーザー光が得られる。よって、複数のレーザー光の全体としての可干渉性が低くなり、スペックルノイズが格段に低減される。
【００１３】
前記の構成によれば、発光領域ごとにパルス駆動の周波数を調整しなくともスペックルノイズを低減することができるので、駆動系をシンプルな構成にすることができる。また、活性層への入射光を発光領域に集光することにより分割しているので、共振器内の反射率を領域ごとに異ならせることにより入射光を分割する場合に比べて、レーザー発振に寄与しない光を減らすことができる。したがって、光の利用効率がほとんど低下しなくなり、エネルギー効率の低下が回避される。このように本発明のレーザー光源装置は、駆動系の複雑化やエネルギー効率の低下を招くことなく、スペックルノイズを低減することが可能なものになっている。
【００１４】
また、前記集光部は、光を集光する複数のレンズ部を有するレンズアレイであってもよい。この場合には、前記レンズアレイは、光が入射する面内で光学的距離が部分的に異なるレンズ層により構成されていてもよい。
【００１５】
このようにすれば、レンズアレイに入射した光が複数のレンズ部ごとに集光され、活性層に入射する光が活性層の面方向における複数の発光領域に分かれて入射する。また、レンズアレイがレンズ層により構成されていれば、レンズアレイに入射する光を光学的距離の違いにより集光させることができる。レンズ層の部分的な光学的距離は、この部分におけるレンズ層の厚みに屈折率を掛けたものであるので、レンズ層の厚みや屈折率により調整可能である。したがって、レンズ層の厚み分布のみを調整することによりレンズアレイを構成する場合に比べて、レンズアレイの厚み分布、すなわちレンズ層の表面形状に対する制約が緩やかになる。
【００１６】
また、前記集光部は、入射する光に対して凹となる複数の反射面を含んでおり、前記第２反射部と一体に形成されている構成にすることもできる。
このようにすれば、第２反射部に入射した光が複数の反射面で反射するとともに集光され、活性層に入射する光が活性層の面方向における複数の発光領域に分かれて入射する。また、活性層に入射する光を反射により集光させるので、透過により集光させる場合に比べて光の損失が低減される。
【００１７】
本発明のレーザー光源装置は、基本波長の光を発する活性層と、前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第１反射部と、前記第１反射部とともにレーザー発振を生じさせる共振器を構成し、前記活性層から入射した前記基本波長の光を反射させて折り返す第２反射部と、前記活性層に対して光を生じさせるキャリアを供給する一対の電極と、を含み、前記一対の電極において前記活性層にキャリアを供給する電極面が、前記活性層の面方向において互いに独立した複数の発光領域に前記キャリアが分かれて供給されるように、複数の電極領域に区画されていることを特徴とする。
【００１８】
このようにすれば、キャリアが活性層における複数の発光領域に分かれて供給され、複数の発光領域において利得が高くなる。したがって、複数の発光領域で互いに独立してレーザー発振が生じ、互いに独立した複数のレーザー光が得られる。よって、複数のレーザー光の全体としての可干渉性が低くなり、スペックルノイズが格段に低減される。
【００１９】
前記の構成によれば、発光領域ごとにパルス駆動の周波数を調整しなくともスペックルノイズを低減することができるので、駆動系をシンプルな構成にすることができる。また、電極面が複数の電極領域に区画されていることによりキャリアが複数の発光領域に分かれて供給されるので、活性層の複数の領域から発光させるために活性層の面方向の抵抗値を不均一にする必要がない。したがって、抵抗値が変化する部分に発熱を生じる不都合を回避することができ、発熱によるエネルギーの損失を低減することができる。このように本発明のレーザー光源装置は、駆動系の複雑化やエネルギー効率の低下を招くことなく、スペックルノイズを低減することが可能になっている。
【００２０】
また、前記第１反射部と前記第２反射部との間の光路に、前記基本波長の光を変換波長の光に変換する波長変換素子が配置されていてもよい。
このようにすれば、活性層から直接得られない波長の光を取り出すことが可能になり、所望の波長の光が得られるレーザー光源装置になる。
【００２１】
本発明の画像表示装置は、前記の本発明のレーザー光源装置と、前記レーザー光源装置から射出された光を変調する変調装置と、前記変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を含んでいることを特徴とする。
本発明のレーザー光源装置によれば、駆動系の複雑化やエネルギー効率の低下を招くことなくスペックルノイズを低減することができるので、本発明の画像表示装置はシンプルな構成でありながら低消費電力であり、しかも高品質の画像が得られるものになっている。
【００２２】
本発明の画像表示装置は、前記の本発明のレーザー光源装置と、前記レーザー光源装置から射出される光を変調する変調装置と、前記変調装置により変調された光を走査させる走査光学系と、を含んでいることを特徴とする。
本発明のレーザー光源装置によれば、駆動系の複雑化やエネルギー効率の低下を招くことなくスペックルノイズを低減することができるので、本発明の画像表示装置はシンプルな構成でありながら低消費電力であり、しかも高品質の画像が得られるものになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の概略構成を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側断面図である。
【図２】レンズ層の平面構成を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、レンズ層１６のレンズ作用を模式的に示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、レーザー発振を生じる仕組みを示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれレンズ層の変形例１〜４を示す図である。
【図６】第２実施形態の構成を示す、（ａ）は側断面図、（ｂ）は説明図である。
【図７】第３実施形態の構成を示す、（ａ）は側断面図、（ｂ）は説明図である。
【図８】第４実施形態の構成を示す、（ａ）は側断面図、（ｂ）は説明図である。
【図９】第５実施形態の構成を示す模式図である。
【図１０】（ａ）は第６実施形態の模式構成図、（ｂ）は電極面の平面図である。
【図１１】画像表示装置の実施形態を示す模式構成図である。
【図１２】図１１と異なる画像表示装置の実施形態を示す模式構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な構造を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。また、以下の実施形態において、同様の構成要素には同じ符号を付しており、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００２５】
[第１実施形態]
図１（ａ）は、第１実施形態のレーザー光源装置１の概略構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。図１(ａ)、(ｂ)に示すように、レーザー光源装置１は、例えばＧａＡｓ等の半導体材料からなる半導体基板１１を基体として製造されている。半導体基板１１の一方の面に当接して第１電極１０が設けられている。半導体基板１１の他方の面に、第１反射部１２、第１スペーサ層１３、活性層１４、第２スペーサ層１５、レンズ層１６、第２反射部１７、及び第２電極１９がこの順に積層されている。第１反射部１２と第２電極１９との間に配置された各層の側面に、絶縁層１８が設けられている。レーザー光源装置１は、概略すると以下のように動作する。
【００２６】
第１電極１０と第２電極１９との間に駆動電圧が印加されると、活性層１４に電気エネルギーが供給され、活性層１４において自然放出による基本波長の光が生じる。活性層１４で生じた基本波長の光は、第１反射部１２と第２反射部１７とにより構成される共振器（内部共振器）内を往復する。共振器内において基本波長の光は、レンズ層１６により複数の光束に分割されて活性層に再度入射する。活性層１４において基本波長の光が再度入射した領域には、誘導放出による基本波長の光が生じてレーザー発振が生じる。レンズ層１６により分割された複数の光束に対応して複数のレーザー光が生じ、複数のレーザー光は第２電極１９側から射出される。以下、レーザー光源装置１の各構成要素について説明する。
【００２７】
第１電極１０、第２電極１９は、適宜選択される導電材料により形成される導電膜からなる。第２電極１９は、第２反射部１７の面方向の周縁部と、面方向に直交する側面とに連続して、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）等の絶縁材料からなる絶縁層１８上に形成されている。絶縁層１８には、第２反射部１７の一部を露出させる開口が設けられている。第２電極１９は、絶縁層１８の開口の内側にまで延設されており、絶縁層１８の開口内に露出した第２反射部１７と当接している。第２電極１９には、第２反射部１７の一部を露出させる開口が設けられており、この開口を通してレーザー光源装置１の外部にレーザー光が取り出される。
【００２８】
本実施形態の第１反射部１２、第２反射部１７は、いずれも多層膜反射層により構成されている。多層膜反射層は、例えば屈折率が互いに異なる２種類の膜が交互に積層された構造になっている。第１反射部１２、第２反射部１７は、いずれも波長選択性を有しており、基本波長の光を反射させるようになっている。第１反射部１２、第２反射部１７は、共振器内にレーザー発振を生じるように反射率が設定されている。第１反射部１２、第２反射部１７の反射率については、多層膜反射層を構成する２種類の膜のペア数により調整可能である。例えば、ペア数を増やすほど、多層膜反射層における反射率が高くなる。
【００２９】
第１スペーサ層１３、第２スペーサ層１５は、それぞれ単層の半導体膜や複数層の半導体膜が積層された積層体により構成される。半導体膜は、例えばＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ただし、０＜ｘ＜１）からなるものである。アルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の比率については、半導体基板１１の材質や活性層１４の材質等に応じて適宜設定することができる。ここでは、半導体基板１１に当接して設けられたＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる下層膜と、下層膜上に積層され下層膜及び活性層１４に当接して設けられたＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる上層膜とにより、第１スペーサ層１３が構成されている。また、活性層１４上に当接して設けられたＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる下層膜と、この下層膜上に積層され、下層膜及びレンズ層１６に当接して設けられたＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる上層膜とにより、第２スペーサ層１５が構成されている。
【００３０】
活性層１４は、注入される光エネルギーや電気エネルギー（キャリア）に応じて光を発するものである。活性層１４に正孔（キャリア）と電子（キャリア）とが供給されると、活性層１４内で正孔と電子とが結合して結合エネルギーを生じる。この結合エネルギーにより、活性層１４に含まれる原子が励起状態になる。活性層１４に供給されるエネルギーが大きくなるほど、原子が励起状態になる確率が高くなる。原子が励起状態から基底状態に戻るときに、励起状態のエネルギー準位と基底状態のエネルギー準位との差分に応じた波長の光が自然放出される。活性層１４に光エネルギーが供給される場合には、供給された光エネルギーにより活性層に含まれる原子が励起状態になり、電気エネルギーが供給される場合と同様に自然放出による光が生じる。活性層１４の材質を選択することにより、自然放出される光の波長を設定することができる。
【００３１】
また、励起状態の原子を含んだ活性層１４に、光（光子）が入射するとこの光子と進行方向や位相が揃った光（光子）が誘導放出される。換言すると、活性層１４において光が入射する領域は、誘導放出による光が発生する発光領域になる。活性層に入射する光子の数が増加するほど、また励起された原子の数が増加するほど、誘導放出される光子の数が増加する。本実施形態の活性層１４は、ＧａＡｓからなる膜とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる膜とが交互に積層された多重量子井戸層により構成されている。
【００３２】
図２は、レンズ層１６の平面構成を示す図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態のレンズ層１６は、屈折率がｎ１の高屈折率部１６１と、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の低屈折率部１６２とを含んでいる。図２に示すように低屈折率部１６２は、複数の開口が行列状に設けられた隔壁状のものである。ここでは、開口の平面形状は略円形になっており、複数の開口の各々の内側には、高屈折率部１６１が設けられている。高屈折率部１６１の平面形状の寸法については、光の集光の限界を考慮すると活性層１４から発せられる光の波長と同程度（例えば１μｍ）以上にするとよい。また、高屈折率部１６１の平面形状の寸法については、第２電極１９の開口から複数の光束を取り出す観点から、第２電極１９の開口内寸の半分以下にするとよい。
【００３３】
高屈折率部１６１全体と高屈折率部１６１周辺の低屈折率部１６２とを含んだ領域は、レンズ作用を有するレンズ部１６５になっている。本実施形態のレンズ層１６には複数の高屈折率部１６１が行列状に配置されているので、レンズ層１６は複数のレンズ部１６５が行列状に配置されたレンズアレイとして機能する。次に、レンズ層１６のレンズ作用について説明する。
【００３４】
図３（ａ）、（ｂ）は、レンズ層１６のレンズ作用を模式的に示す説明図である。図３（ａ）には活性層１４から第２反射部１７に向かう光の波面を示しており、図３（ｂ）には第２反射部１７から活性層１４に向かう光の波面を示している。
【００３５】
本実施形態では、高屈折率部１６１の厚みｄ１が低屈折率部１６２の厚みｄ２と略同一（ｄ１＝ｄ２）になっており、レンズ層１６の両面において、高屈折率部１６１と低屈折率部１６２とが略面一になっている。前記のように、ｎ２＜ｎ１かつｄ１＝ｄ２であるので、高屈折率部１６１の光学的距離（ｄ１ｎ１）と、低屈折率部１６２の光学的距離（ｄ２ｎ２）との間には、ｎ２ｄ２＜ｄ１ｎ１という関係式が成り立つ。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、活性層１４から発せられた光は、平面波Ｓ１としてレンズ層１６に入射する。前記のように高屈折率部１６１の光学的距離（ｄ１ｎ１）が、低屈折率部１６２の光学的距離（ｄ２ｎ２）よりも大きくなっている。したがって、レンズ層１６を通った波面Ｓ２において、高屈折率部１６１を通った部分は、低屈折率部１６２を通った部分に対して位相が遅れている。
【００３７】
図３（ｂ）に示すように、波面Ｓ２が第２反射部１７で反射すると、反射後の波面Ｓ３においても高屈折率部１６１を通った部分は、低屈折率部１６２を通った部分に対して位相が遅れている。波面Ｓ３がレンズ層１６に再度入射すると、レンズ層１６から射出された波面Ｓ４において高屈折率部１６１を通った部分は、低屈折率部１６２を通った部分に対する位相遅れが強調される。このようにして、第２反射部１７から活性層１４に向かって進行する光は、波面が活性層１４に向かって凹となる。すなわち、レンズ層１６のレンズ部１６５の各々は、第２反射部１７とともに凹面鏡として作用する。なお、凹面鏡は、凸レンズを平面鏡と組み合わせたものと等価であるので、レンズ層１６を凸レンズとして扱うことができる。
【００３８】
図４（ａ）〜（ｃ）は、第１反射部１２及び第２反射部１７を含んで構成される共振器によりレーザー発振を生じる仕組みを模式的に示す説明図である。
図４（ａ）に示すように、レンズ層１６及び第２反射部１７は凹面鏡Ｍ２と等価であり、活性層１４から発せられた光は、凹面鏡Ｍ２で反射する。凹面鏡Ｍ２で反射した光Ｌは、波面Ｓが活性層１４に向かって凹となり、活性層１４を通って第１反射部１２に入射する。第１反射部１２は、凹面鏡Ｍ２で反射した光のスポットサイズが最小となる位置に配置されている。
【００３９】
図４（ｂ）に示すように、仮に凹面鏡Ｍ１を凹面鏡Ｍ２に対向させて配置すると、凹面鏡Ｍ１、Ｍ２により凹面−凹面型ファブリ・ペロー共振器が構成される。第１反射部１２は、凹面鏡Ｍ２で反射した光のスポットサイズが最小となる位置に配置されているので、凹面−凹面型ファブリ・ペロー共振器と光学的に等価である。したがって、第１反射部１２と第２反射部１７とを含んで、平面−凹面型のファブリ・ペロー共振器が構成される。
【００４０】
図４（ｃ）に示すように、活性層１４から射出された光Ｌ０は、第２反射部１７に入射する。光Ｌ０のうちの光Ｌ１は、第２反射部１７を通って外部に射出される。光Ｌ０のうちの光Ｌ２は、第２反射部１７で反射して活性層１４に再度入射する。光Ｌ０の光子の数に対する光Ｌ２の光子の数の比率は、第２反射部１７の反射率により定まる。
【００４１】
活性層１４に光Ｌ２が入射すると、活性層１４から光Ｌ２の光子と位相や進行方向が略同一の光子が誘導放出される。活性層１４において励起された原子が多いほど、また光Ｌ２の光子の数が多いほど、活性層１４から誘導放出される光子の数が多くなる。理論上は、活性層１４から射出された光Ｌ３における光子の数は、光Ｌ２の光子と、活性層１４から誘導放出された光子との総数から、活性層１４での吸収や反射による光子の損失数を差し引いた数になる。
【００４２】
光Ｌ３は第１反射部１２で反射して、反射した光Ｌ４は活性層１４に再度入射する。光Ｌ４が活性層１４に入射すると、活性層１４に再度誘導放出が生じる。本実施形態では、活性層１４から射出された光が、第２反射部１７及び第１反射部１２を経て活性層１４に帰還したときに、利得が１以上（デシベルが０ｄＢ以上）になるようになっている。換言すると、活性層１４から射出された光の光子の数に対する、活性層１４に帰還した光とこの光により誘導放出された光とが活性層１４から再度射出される際の光子の総数の比率が１以上になっている。これにより、活性層１４から射出される光子において、位相や進行方向が揃った光子の占める割合が高くなり（１に近づき）、レーザー発振が生じる。レーザー発振が生じると、第２反射部１７から射出される光Ｌ１において光子の位相や進行方向が揃うことにより、レーザー光が得られる。
【００４３】
以上のような構成のレーザー光源装置１にあっては、活性層１４に入射する光が複数のレンズ部１６５により活性層１４の複数の領域に集光され、レンズ部１６５ごとに共振器が構成される。したがって、活性層１４において、複数のレンズ部１６５から光が入射する複数の発光領域で、互いに独立したシード（光子）により誘導放出を生じ、複数の発光領域で互いに位相が独立した複数のレーザー光が生じる。よって、複数のレーザー光の全体としての可干渉性が低下して、スペックルノイズが格段に低減される。
【００４４】
また、空間的に独立した複数のレーザー光を発生させているので、時間的に独立した複数のレーザー光を発生させる手法に比べて、駆動条件を時間変化させる必要がなくなり、駆動系を複雑にすることなくスペックルノイズを低減することができる。
【００４５】
また、活性層１４に入射する光を集光しているので、以下の理由により光のムダが格段に低減される。例えば、共振器を構成する共振ミラーの反射率が不均一になっている構成との比較を考える。この構成では、反射率が相対的に低い部分においてレーザー発振が生じなくなり、互いに独立した複数のレーザー光が発生するが、レーザー発振に寄与しない光が通常のレーザーよりも増加してしまう。
【００４６】
一方、第１実施形態では、活性層１４に入射する光が集光により空間的に分割されるので、レーザー発振に寄与しない光を通常と同程度にすることができる。したがって、光の利用効率が低下することが回避され、エネルギー効率を低下させることなくスペックルノイズを低減することができる。
【００４７】
また、高屈折率部１６１及び低屈折率部１６２からなるレンズ層１６をレンズアレイとして用いているので、レンズ層１６上を略面一にすることができる。したがって、レンズ層１６上に平坦な膜を形成することができ、第２反射部１７を構成する複数の膜の厚み等を高精度にすることができる。よって、共振器内の光路長を高精度に制御することや第２反射部１７の反射率を高精度に制御することができ、良好にレーザー発振を生じさせることができる。また、レンズアレイを積層構造の一部として作りこむことができ、活性層１４等を含んだ積層体と独立してレンズアレイを設ける場合に比べて、共振器内の光路長を高精度に制御することが容易になるとともに、装置を小型にすることができる。
【００４８】
なお、第１実施形態は、本発明の１つの態様を示す例であり、本発明の技術範囲は第１実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能である。例えば、第１電極１０を光反射材料で形成することにより、第１電極を第１反射部として機能させることもでき、この場合には多層膜反射層により構成された第１反射部１２を省くことが可能である。また、第２反射部１７を第２電極１９よりもレーザー光源装置１における光の射出側に配置してもよい。例えば、第２スペーサ層１５上に第２電極１９を形成し、第２電極１９に光の取り出し用の開口を設ける。この開口の内側に波長選択性を有する誘電体ミラー等を設けて、誘電体ミラーを第２反射部として機能させてもよい。
【００４９】
また、レンズ層を第１反射部１２と、活性層１４との間に配置してもよいし、レンズ層の構成を変更してもよい。以下、レンズ層の変形例について説明する。
【００５０】
図５（ａ）は変形例１のレンズ層１６Ａの平面配置を示す図、図５（ｂ）は変形例２のレンズ層１６Ｂの平面配置を示す図、図５（ｃ）は変形例３のレンズ層１６Ｃの断面構造を示す図、図５（ｄ）は変形例４のレンズ層１６Ｄの断面構造を示す図である。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、変形例１のレンズ層１６Ａは、平面形状が略長方形の複数の開口を有する隔壁状の低屈折率部１６２Ａと、複数の開口の各々の内側に設けられた高屈折率部１６１Ａとを含んでいる。高屈折率部１６１Ａ全体と、高屈折率部１６１Ａ周辺の低屈折率部１６２Ａとによりレンズ部１６５Ａが構成される。
【００５２】
このように、高屈折率部１６１Ａの平面形状については、適宜変更が可能である。高屈折率部の平面形状としては、第１実施形態のような円形や変形例１のような正方形の他に、例えば長円形、３角形や５以上の角を有する多角形、多角形の角を丸めた形状等が挙げられる。高屈折率部の形状を調整することにより、レンズ部によって集光される光束のビーム形状を調整することができ、各々のレンズ部から射出されるレーザー光のビーム形状を調整することができる。
【００５３】
図５（ｂ）に示すように、変形例２のレンズ層１６Ｂは、平面形状が略円形の複数の開口を有する隔壁状の低屈折率部１６２Ｂと、複数の開口の各々の内側に設けられた高屈折率部１６１Ｂ、１６３Ｂとを含んでいる。高屈折率部１６１Ｂの平面形状の寸法は、高屈折率部１６３Ｂの平面形状の寸法よりも大きくなっている。高屈折率部１６１Ｂ、１６３Ｂは、いずれも行列状に配置されている。高屈折率部１６１Ｂの行方向、列方向の並びは、高屈折率部１６３Ｂの行方向、列方向の並びに対して位相がずれている。高屈折率部１６１Ｂ、１６３Ｂは、いわゆる千鳥配置になっている。
【００５４】
高屈折率部１６１Ｂ全体と、高屈折率部１６１Ｂ周辺の低屈折率部１６２Ｂとによりレンズ部１６５Ｂが構成されている。高屈折率部１６３Ｂ全体と、高屈折率部１６３Ｂ周辺の低屈折率部１６２Ｂとによりレンズ部１６６Ｂが構成されている。高屈折率部１６１Ｂの平面形状が高屈折率部１６３Ｂと異なることにより、レンズ部１６５Ｂの平面形状がレンズ部１６６Ｂと異なっている。これにより、レーザー光源装置から射出されるレーザー光は、複数種類（ここでは２種類）のビーム形状のレーザー光により構成される。
【００５５】
このように、高屈折率部の配置や寸法、形状については適宜変更が可能である。なお、第１実施形態、変形例１、２では、低屈折率部を隔壁として、隔壁の開口内に高屈折率部が設けられている構成を説明したが、高屈折率部を隔壁として、隔壁の開口内に低屈折率部が設けられている構成にしてもよい。
【００５６】
図５（ｃ）に示すように変形例３のレンズ層１６Ｃは、高屈折率部１６１Ｃの側面、低屈折率部１６２Ｃの側面が、いずれもレンズ層１６Ｃの厚み方向に対して傾斜している。このようなレンズ層１６Ｃにおいて、レンズ層１６Ｃの部分的な光学的距離の面内分布は、高屈折率部１６１Ｃの周縁部が低屈折率部１６２Ｃの周縁部と重なる部分において連続的に変化する。したがって、レンズ層１６Ｃを通る光の波面が滑らかな形状になり、レンズ層１６Ｃを通る光を良好に集光することが可能になる。
【００５７】
このようなレンズ層１６Ｃは、例えば以下のようにして形成可能である。まず、第２スペーサ層１５上に島状の複数の高屈折率部１６１Ｃを形成する。例えばパターニングに用いるエッチング条件を調整することにより、高屈折率部１６１Ｃの側面をテーパー面にしておく。次いで、複数の高屈折率部１６１Ｃの間に低屈折率部１６２Ｃの形成材料を埋設することにより、レンズ層１６Ｃが得られる。なお、複数の開口を有する隔壁状の高屈折率部を形成しておき、開口の内側に低屈折率部の形成材料を埋設する方法によってもレンズ層を形成可能である。
【００５８】
図５（ｄ）に示すように、変形例４のレンズ層１６Ｄは、高屈折率部１６１Ｄの厚みが低屈折率部１６２Ｄの厚みよりも大きくなっている。ここでは、高屈折率部１６１Ｄが低屈折率部１６２Ｄと同一の材質により、一体に形成されている。レンズ層１６Ｄにおいて、高屈折率部１６１Ｄが凸部になっており、低屈折率部１６２Ｄが凹部になっている。凹部内は、レンズ層１６Ｄよりも屈折率が低い材質のものにより充填されるか、もしくは略真空に保持される。例えば、レンズ層１６Ｄが活性層１４等を含んだ積層体の最外層に配置され、かつレーザー光源装置が不活性雰囲気内あるいは真空雰囲気内に封止される場合には、凹部内の屈折率がレンズ層１６Ｄよりも小さくなる。
【００５９】
なお、高屈折率部の厚みを低屈折率部の厚みよりも大きくするとともに、高屈折率部の材質を低屈折率部の材質と異ならせてもよい。また、１種類の材質からなり凹凸を有するレンズ層において、凹部内にレンズ層の材質よりも屈折率が高い材質を埋設することにより、凹部内を高屈折率部とすることも可能である。
【００６０】
[第２実施形態]
次に、本発明に係る第２実施形態のレーザー光源装置を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、第２反射部が活性層を含んだ発光部と独立して設けられている点、第２反射部と発光部との間に波長変換素子が配置されている点、及び波長変換素子と発光部との間にレンズ層に代えてレンズアレイが設けられている点である。
【００６１】
図６（ａ）は、第２実施形態のレーザー光源装置２の概略構成を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）は、レーザー光源装置２における光の経路を模式的に示す説明図である。図６（ａ）に示すように、レーザー光源装置２は半導体基板１１を基体として形成された発光部２Ａを含んでいる。半導体基板１１の一方の面に当接して第１電極１０が設けられている。半導体基板１１の他方の面に、第１反射部１２、第１スペーサ層１３、活性層１４、第２スペーサ層１５、多層膜反射層２１、及び第２電極１９がこの順に積層されている。第１反射部１２と第２電極１９との間に配置された各層の側面に、絶縁層１８が設けられている。
【００６２】
多層膜反射層２１は、第１反射部１２とともに内部共振器を構成している。多層膜反射層２１は、第１実施形態の第２反射部１７と同様の構成になっているが、第２反射部１７よりも多層膜のペア数が少なくなっている。これにより多層膜反射層２１の反射率が第２反射部１７よりも低くなる。内部共振器内を往復する光は、レーザー発振が生じない程度（例えば、前記した利得が１未満）に位相や進行方向が揃えられ、多層膜反射層２１を通して射出される。本実施形態では、基本波長の光として、例えば中心波長が１０６４ｎｍ程度の赤外光ＩＲ２０が多層膜反射層２１から射出される。
【００６３】
図６（ｂ）に示すように、多層膜反射層２１から射出された赤外光ＩＲ２０は、レンズアレイ２２に入射する。レンズアレイ２２は、平凸型の複数のレンズ部２２１がアレイ状に配置されたものである。ここでは、レンズ部２２１において多層膜反射層２１側の面、すなわち多層膜反射層２１からレンズアレイ２２に赤外光ＩＲ２０が入射する面が、多層膜反射層２１に向かって凸になっている。レンズ部２２１において、多層膜反射層２１と反対側の面は、平面状になっている。この平面に当接して、バンドパスフィルタ等により構成される波長選択膜２３が設けられている。波長選択膜２３は、基本波長の光を通すとともに後述する変換波長の光を反射させる特性を有している。
【００６４】
レンズアレイ２２、波長選択膜２３を通った赤外光ＩＲ２０は、波長変換素子２４に入射する。波長変換素子２４は、入射光のうちの少なくとも一部を略半分の波長の光（２次高調波）に変換するものである。波長変換素子２４に入射した基本波長の光（例えば、中心波長が１０６４ｎｍの赤外光ＩＲ２０）は、その一部が変換波長の光（例えば、中心波長が５３２ｎｍの緑色光Ｇ２１）に変換される。波長変換素子２４は、例えばＰＰＬＮ等の非線形光学結晶により構成される。
【００６５】
波長変換素子２４により、波長が変換された緑色光Ｇ２１は、波長が変換されなかった赤外光ＩＲ２１とともに射出され、第２反射部２５に入射する。本実施形態の第２反射部２５は、体積ブラッグ回折光学素子（ＶＢＧ）等の波長選択性を有する反射部材により構成される。第２反射部２５は、基本波長の光を反射するとともに、変換波長の光を透過させる特性を有している。
【００６６】
第２反射部２５に入射した緑色光Ｇ２１は、第２反射部２５を通って外部に取り出される。第２反射部２５に入射した赤外光ＩＲ２１は、第２反射部２５で反射して折り返され、波長変換素子２４に再度入射する。波長変換素子２４に再度入射した赤外光ＩＲ２１は、その一部が緑色光Ｇ２２に変換される。緑色光Ｇ２２は、赤外光ＩＲ２１のうちの波長が変換されなかった赤外光ＩＲ２２とともに射出され、波長選択膜２３に入射する。
【００６７】
波長選択膜２３に入射した緑色光Ｇ２２は、波長選択膜２３で反射して、波長変換素子２４、第２反射部２５を通って外部に取り出される。波長選択膜２３に入射した赤外光ＩＲ２２は、波長選択膜２３を通って複数のレンズ部２２１に空間的に分かれて入射する。レンズ部２２１に入射した赤外光ＩＲ２２は、レンズ部２２１ごとに集光されつつ、多層膜反射層２１を通って活性層１４に入射する。これにより、第１実施形態と同様に、活性層１４から誘導放出により光が射出される。誘導放出による光と、赤外光ＩＲ２２は第１反射部１２上にて焦点を結ぶとともに第１反射部１２で反射する。
【００６８】
第１反射部１２で反射した光は、活性層１４に帰還して、再度誘導放出を生じさせる。このように、第２反射部２５は第１反射部１２とともに外部共振器を構成している。ここでは、活性層１４から射出された光がレンズ部２２１により略平行光となり、第２反射部２５に入射するようになっている。多層膜反射層２１の反射率や第２反射部２５の反射率は、外部共振器と内部共振器とによる誘導放出の利得が１以上となるように調整されており、レーザー発振を生じるようになっている。
【００６９】
以上のような構成のレーザー光源装置２にあっては、複数のレンズ部２２１の各々に対応して複数の共振器が構成され、互いに位相が独立した複数のレーザー光が生じる。これにより、レーザー光全体としての可干渉性が低下するので、駆動系を複雑にすることなくスペックルノイズを低減することができる。また、活性層１４に入射する光を集光しているので、光のムダが格段に低減され、エネルギー効率を低下させることなくせることなくスペックルノイズを低減することができる。また、波長変換素子２４により変換波長の光が得られるので、活性層から直接得られない波長の光を取り出すことが可能になり、所望の波長の光が得られる。
【００７０】
[第３実施形態]
次に、本発明に係る第３実施形態のレーザー光源装置を説明する。第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、集光部が複数の反射面を含んでおり、第２反射部と一体に形成されている点である。
【００７１】
図７（ａ）は、第３実施形態のレーザー光源装置３の概略構成を模式的に示す断面図であり、図７（ｂ）は、レーザー光源装置３における光の経路を模式的に示す説明図である。図７（ａ）に示すように、レーザー光源装置３は、第２実施形態と同様の発光部２Ａを含んでいる。第２反射部３１は、発光部２Ａと独立して設けられている。第２反射部３１は、発光部２Ａに向かって凹となる複数の反射面３１１を含んでいる。反射面３１１は、基本波長の光を反射させるとともに変換波長の光を透過させる特性を有している。発光部２Ａと第２反射部３１との間に、波長変換素子２４が配置されている。波長変換素子２４において、発光部２Ａから光が入射する端面には、波長選択膜２３が設けられている。
【００７２】
図７（ｂ）に示すように、多層膜反射層２１から射出された赤外光ＩＲ３０は、波長選択膜２３を通って波長変換素子２４に入射する。波長変換素子２４に入射した赤外光ＩＲ３０は、その一部が緑色光Ｇ３１に変換される。緑色光Ｇ３１は、波長が変換されなかった赤外光ＩＲ３１とともに波長変換素子２４から射出され、第２反射部３１に入射する。第２反射部３１に入射した緑色光Ｇ３１は、反射面３１１を通って外部に取り出される。第２反射部３１に入射した赤外光ＩＲ３１は、反射面３１１で反射するとともに集光される。
【００７３】
反射面３１１で反射した赤外光ＩＲ３１は、波長変換素子２４に再度入射する。波長変換素子２４に再度入射した赤外光ＩＲ３１は、その一部が緑色光Ｇ３２に変換される。緑色光Ｇ３２は、波長が変換されなかった赤外光ＩＲ３２とともに射出され、波長選択膜２３に入射する。波長選択膜２３に入射した緑色光Ｇ３２は、波長選択膜２３で反射して、波長変換素子２４、第２反射部３１を通って外部に取り出される。波長選択膜２３に入射した赤外光ＩＲ３２は、波長選択膜２３を通って集光されつつ、多層膜反射層２１を通って活性層１４に入射する。これにより、第１実施形態と同様に、活性層１４から誘導放出により光が射出される。誘導放出による光と、赤外光ＩＲ３２は第１反射部１２上にて焦点を結ぶとともに第１反射部１２で反射する。
【００７４】
第１反射部１２で反射した光は、活性層１４に帰還して、再度誘導放出を生じさせる。このように、第２反射部３１は、第１反射部１２とともに外部共振器を構成している。多層膜反射層２１の反射率や第２反射部３１の反射率は、外部共振器と内部共振器とによる誘導放出の利得が１以上となるように調整されており、レーザー発振を生じるようになっている。
【００７５】
以上のような構成のレーザー光源装置３にあっては、複数の反射面３１１の各々に対応して複数の共振器が構成され、互いに位相が独立した複数のレーザー光が生じる。これにより、駆動系を複雑にすることなくスペックルノイズを低減することができる。活性層１４に入射する光を集光しているので、光のムダが格段に低減され、エネルギー効率を低下させることなくせることなくスペックルノイズを低減することができる。波長変換素子２４により変換波長の光が得られるので、活性層から直接得られない波長の光を取り出すことが可能になり、所望の波長の光が得られる。
【００７６】
また、集光部が複数の反射面３１１により構成されているとともに第２反射部３１と一体に形成されているので、外部共振器内において光が通る界面の数を減らすことができる。これにより、界面での光の損失を減らすことができるので、光の利用効率を高めることができ、消費電力を低減することができる。
【００７７】
通常、第２反射部３１のような共振器を構成する反射部材は、高度な位置精度で配置される。第３実施形態のように集光部が第２反射部３１と一体になっていれば、位置合わせコストを増加させることなく、集光部を第１反射部１２に対して高度な位置精度で配置することができる。これにより、共振器の安定性を確保することができ、光の利用効率の低下を回避することができる。
【００７８】
[第４実施形態]
次に、本発明に係る第４実施形態のレーザー光源装置を説明する。第４実施形態が第１〜第３実施形態と異なる点は、励起用の光源から供給される光エネルギーにより活性層を励起して光を発生させる点、及び励起用の光源から射出される光を活性層の複数の領域に分けて集光する点である。
【００７９】
図８（ａ）は、第４実施形態のレーザー光源装置４の概略構成を模式的に示す断面図であり、図８（ｂ）は、レーザー光源装置４における光の経路を模式的に示す説明図である。図８（ａ）に示すように、レーザー光源装置４は第１発光部４Ａ、レンズアレイ２２、及び第２発光部４Ｂを含んでいる。レンズアレイ２２は、第２実施形態と同様のものである。第１発光部４Ａは第２実施形態と同様のものであるが、第１反射部１２に代えて第１多層膜反射層４１が設けられている点と、多層膜反射層２１に代えて第２多層膜反射層４２が設けられている点とが異なる。
【００８０】
活性層１４に電気エネルギーが供給されると、活性層１４において自然放出により光が生じる。第１多層膜反射層４１は、第２多層膜反射層４２とともに共振器を構成している。活性層１４から発せられた光が共振器内を往復することにより、レーザー発振を生じるようになっている。レーザー発振により生じた励起光Ｌ４０は、第２多層膜反射層４２を通って射出される。
【００８１】
第１発光部４Ａから射出された励起光Ｌ４０は、第２実施形態と同様のレンズアレイ２２に入射する。レンズアレイ２２に入射した励起光Ｌ４０は、レンズ部２２１ごとに集光されつつ第２発光部４Ｂに入射する。
【００８２】
第２発光部４Ｂは、基板４０を基体として形成されている。基板４０の一方の面には、第１反射部４３、第３スペーサ層４４、第２活性層４５、第４スペーサ層４６、第２反射部４７がこの順に設けられている。ここでは、レンズアレイ２２を通った励起光Ｌ４０が第２反射部４７に入射するようになっている。
【００８３】
第１反射部４３、第２反射部４７は、多層膜反射層等により構成される。第１反射部４３、第２反射部４７は、いずれも励起光Ｌ４０を透過させるとともに、後述する基本波長の光を反射させる特性を有している。第１反射部４３は、第２反射部４７とともに共振器を構成している。
【００８４】
第２反射部４７を通って第２発光部４Ｂに入射した励起光４０は、第２活性層４５の面方向における複数の領域に集光される。第２活性層４５に励起光Ｌ４０が入射すると、第２活性層４５に含まれる原子が励起される。第２活性層４５において原子が励起状態から基底状態に戻るときに、自然放出による光が生じる。ここでは、励起光Ｌ４０と中心波長が異なる出力光Ｌ４１が、基本波長の光として自然放出される。出力光Ｌ４１は、第１反射部４３と第２反射部とを含んで構成される共振器内を往復する。出力光Ｌ４１が、第２活性層４５に入射するたびに誘導放出による光が生じ、共振器内においてレーザー発振を生じる。レーザー発振により生じたレーザー光は、基板４０を通って外部に取り出される。
【００８５】
以上のような構成のレーザー光源装置４にあっては、複数のレンズ部２２１を通った励起光Ｌ４０が、第２活性層４５の面方向における複数の領域に分かれて集光される。第２活性層４５において励起光Ｌ４０が入射する複数の領域の各々は、自然放出により光を発する発光領域になる。複数の発光領域の各々から発せられた光は、互いに独立してレーザー発振を生じて、互いに位相が独立した複数のレーザー光が生じる。これにより、駆動系を複雑にすることなくスペックルノイズを低減することができる。第２活性層４５に入射する光を集光しているので、光のムダが格段に低減され、エネルギー効率を低下させることなくせることなくスペックルノイズを低減することができる。
【００８６】
なお、第４実施形態では、第１発光部４Ａと第２発光部４Ｂを互いに独立させているが、第１発光部４Ａと第２発光部４Ｂとを一体に形成してもよい。例えば、第２電極１９上に、適宜、平坦化層を形成し、この平坦化層上に第１実施形態で説明したレンズ層を形成する。このレンズ層上に第２発光部４Ｂを構成する各層を積層することにより、第１発光部４Ａと第２発光部４Ｂとを一体に形成することができる。レンズ層は、第１実施形態と同様に第１発光部４Ａの内部に設けることも可能である。第１発光部４Ａと第２発光部４Ｂとを一体に形成することにより、基板４０を省くこともできる。
【００８７】
[第５実施形態]
次に、本発明に係る第５実施形態のレーザー光源装置を説明する。第５実施形態が第４実施形態と異なる点は、励起用の光源の光軸が、基本波長の光を射出する発光部の光軸とずれている点、発光部と独立して第２反射部が設けられている点、発光部と第２反射部との間に波長変換素子が配置されている点である。
【００８８】
図９は、第５実施形態のレーザー光源装置５の概略構成を示す模式図である。図９に示すように、レーザー光源装置５は、励起用光源５０、レンズアレイ２２、発光部５Ａ、波長選択膜２３、波長変換素子２４、第２反射部２５を含んでいる。励起用光源５０は、面発光型レーザー素子や端面発光レーザー素子、ＬＥＤ等の各種光源により構成される。例起用光源５０から射出された光（ここでは、赤外光ＩＲ５０）は、レンズアレイ２２の複数のレンズ部２２１に分かれて入射する。レンズ部２２１に入射した赤外光ＩＲ５０は、レンズ部２２１ごとに集光されつつ、発光部５Ａに入射する。
【００８９】
発光部５Ａは、基板５１を基体にして形成されている。発光部５Ａは、基板５１を基体として形成されている。基板５１の一方の面には、第１反射部５２、第１スペーサ層５３、活性層５４、第２スペーサ層５５、多層膜反射層５６がこの順に設けられている。多層膜反射層５６は、赤外光ＩＲ５０を透過させるとともに後述する基本波長の光を反射させる特性を有している。レンズアレイ２２を通った赤外光ＩＲ５０は、多層膜反射層５６を通って活性層５４の面方向における複数の領域に集光される。
【００９０】
活性層５４に赤外光ＩＲ５０が入射すると、活性層５４に含まれる原子が励起される。活性層５４において原子が励起状態から基底状態に戻るときに、自然放出による光が生じる。ここでは、赤外光ＩＲ５０と中心波長が異なる赤外光ＩＲ５１が、基本波長の光として自然放出される。赤外光ＩＲ５１は、第１反射部５２と多層膜反射層５６とを含んで構成される共振器内を往復する。これにより、赤外光ＩＲ５１は、レーザー発振を生じない程度に位相や波長が揃えられ、多層膜反射層５６を通って射出される。
【００９１】
多層膜反射層５６から射出された赤外光ＩＲ５１は、波長選択膜２３を通って波長変換素子２４に入射する。波長変換素子２４に入射した赤外光ＩＲ５１は、その一部が緑色光Ｇ５１に変換される。緑色光Ｇ５１は、波長が変換されなかった赤外光ＩＲ５２とともに波長変換素子２４から射出され、第２反射部２５に入射する。第２反射部２５に入射した緑色光Ｇ５１は、第２反射部２５を通って取り出される。第２反射部２５に入射した赤外光ＩＲ５２は、第２反射部２５で反射して波長変換素子２４に再度入射する。
【００９２】
波長変換素子２４に再度入射した赤外光ＩＲ５２は、その一部が緑色光Ｇ５２に変換される。緑色光Ｇ５２は、波長が変換されなかった赤外光ＩＲ５３とともに射出され、波長選択膜２３に入射する。波長選択膜２３に入射した緑色光Ｇ５２は、波長選択膜２３で反射して、波長変換素子２４、第２反射部２５を通って外部に取り出される。波長選択膜２３に入射した赤外光ＩＲ５３は、波長選択膜２３、多層膜反射層５６を通って活性層５４に入射する。活性層５４に入射した赤外光ＩＲ５３は、活性層５４に誘導放出を生じさせる。赤外光ＩＲ５３と誘導放出による光は、第１反射部５２で反射して活性層５４に再度入射し、再度誘導放出を生じさせる。
【００９３】
このように、第２反射部２５は、第１反射部５２とともに外部共振器を構成している。多層膜反射層５６の反射率や第２反射部２５の反射率は、外部共振器と内部共振器とによる誘導放出の利得が１以上となるように調整されており、レーザー発振を生じるようになっている。
【００９４】
以上のような構成のレーザー光源装置５にあっては、複数のレンズ部２２１を通った赤外光ＩＲ５０が、活性層５４の面方向における複数の領域に分かれて集光される。活性層５４において赤外光ＩＲ５０が入射する複数の領域の各々は、自然放出により光を発する発光領域になる。複数の発光領域の各々から発せられた光は、互いに独立してレーザー発振を生じて、互いに位相が独立した複数のレーザー光が生じる。これにより、駆動系を複雑にすることなくスペックルノイズを低減することができる。活性層５４に入射する光を集光しているので、光のムダが格段に低減され、エネルギー効率を低下させることなくスペックルノイズを低減することができる。また、第２実施形態と同様に、所望の波長の光を取り出すことが可能になっている。
【００９５】
[第６実施形態]
次に、本発明に係る第６実施形態のレーザー光源装置を説明する。第６実施形態が第２実施形態と異なる点は、活性層に供給される電気エネルギーを活性層の面方向の複数の領域に分けて注入させる点、及びレンズアレイ２２が設けられていない点である。第１〜第６実施形態は、活性層を通るエネルギー（電気や光）の流束を複数の領域に分けるとともに集中させる（エネルギー密度を高める）点で共通している。
【００９６】
図１０（ａ）は、第６実施形態のレーザー光源装置６概略構成を示す模式図であり、図１０（ｂ）は電極面の平面構成を示す図である。図１０（ａ）に示すように、レーザー光源装置６は、発光部６Ａ、波長選択膜２３、波長変換素子２４、第２反射部２５を含んでいる。発光部６Ａが、発光部２Ａと異なる点は、半導体基板１１の一方の面に凹部が設けられており、凹部内に絶縁部６１が埋設されている点である。ここでは、半導体基板１１の一方の面において凹部の間の凸部上と、絶縁部６１上とが略面一になっている。凸部上と絶縁部６１上とに連続して第１電極１０が設けられている。第１電極１０において、凸部と当接する複数の領域の各々が電極領域１０ａになっている。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように電極領域１０ａの平面形状が略円形になっている。複数の電極領域１０ａは、行列状に配置されている。
【００９７】
以上のようなレーザー光源装置６において、第１電極１０と第２電極１９との間に電圧が印加されると、複数の電極領域１０ａの各々を通して、第１電極１０と第２電極１９との間にキャリア（電流Ｉｓ）が流れる。これにより、活性層に供給される電気エネルギー（キャリア）が活性層の面方向の複数の領域に分かれて注入され、複数の領域の各々が自然放出により基本波長の光を発する発光領域になる。
【００９８】
複数の発光領域の各々から発せられた基本波長の光は、第１反射部１２と多層膜反射層２１とを含んで構成される共振器内を往復する。これにより、共振器内で基本波長の光は、レーザー発振を生じない程度に位相等が揃えられ、多層膜反射層２１を通って射出される。ここでは、多層膜反射層２１から赤外光ＩＲ２０が射出される。赤外光ＩＲ２０は、波長選択膜２３を通って波長変換素子２４に入射し、その一部が緑色光に変換される。変換された緑色光は、第２反射部２５を通って外部に取り出される。波長変換素子２４で波長が変換されなかった赤外光が、活性層１４に帰還して誘導放出を生じさせることにより、レーザー発振を生じるようになっている。
【００９９】
以上のようなレーザー光源装置６にあっては、活性層１４の複数の発光領域の各々から発せられた光が互いに独立してレーザー発振を生じ、互いに位相が独立した複数のレーザー光が生じる。これにより、駆動系を複雑にすることなくスペックルノイズを低減することができる。活性層１４に供給される電気エネルギーを複数の発光領域に分けるとともに集中させて注入しているので、以下の理由により消費電力のムダが格段に低減される。
【０１００】
例えば、活性層において抵抗値を不均一にする手法との比較を考える。この手法では、抵抗値が相対的に高い部分において原子が励起状態になる確率が低下することにより、レーザー発振を生じにくくなり、複数の領域で互い独立した複数のレーザー光が発生すると考えられる。しかしながら、抵抗値が変化する部分において発熱を生じ、発生した熱エネルギーの分だけエネルギー損失が大きくなり、エネルギー効率が低下してしまう。
【０１０１】
一方、第６実施形態のレーザー光源装置６にあっては、活性層に供給される電気エネルギーが活性層の面方向の複数の領域に分かれて注入されるので、レーザー発振に寄与しない電気エネルギーを通常と同程度にすることができる。したがって、光のムダが格段に低減され、エネルギー効率を低下させることなくせることなくスペックルノイズを低減することができる。また、絶縁部６１に要求される加工精度は、レンズ層等のレンズアレイに要求される加工精度よりも低いので、第１〜第５実施形態よりも容易に装置を構成することができる。
【０１０２】
なお、第６実施形態では、半導体基板１１に凹部を設けて凹部内に絶縁部６１を埋設しているが、半導体基板１１上に例えば開口を有する隔壁状の絶縁部を設けて、開口内に第１電極１０の形成材料を埋設するようにしてもよい。
【０１０３】
［画像表示装置］
次に、本発明の画像表示装置の実施形態を説明する。図１１は、本実施形態である投射型のプロジェクター（画像形成装置）７を示す概略構成図である。図１１に示すように、プロジェクター７は、レーザー光源装置７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ、透過型の液晶ライトバルブ（変調装置）７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂと、ダイクロイックプリズム７４と、投射光学系７５とを備えている。レーザー光源装置７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を射出し、射出された各色光は、それぞれ液晶ライトバルブ７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂに変調される。変調された各色光は、ダイクロイックプリズム７４によって合成され、合成された光は投射光学系７５によって投射される。
【０１０４】
また、本実施形態のプロジェクター７は、照度均一化光学系７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂを含んでいる。照度均一化光学系７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂは、レーザー光源装置７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂから射出されたレーザー光の照度分布を均一化する。照度均一化光学系７２Ｒは、ホログラム７２１Ｒとフィールドレンズ７２２Ｒ等により構成されている。照度均一化光学系７２Ｇ、７２Ｂは、照度均一化光学系７２Ｒと同様の構成になっている。
【０１０５】
液晶ライトバルブ７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂの各々により変調された色光は、ダイクロイックプリズム７４に入射する。ダイクロイックプリズム７４は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面（直角プリズムの表面）に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。３つの色光は、これらの誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光になる。合成された光が投射光学系７５によりスクリーンや壁等の被投射面９に拡大投射されることにより、投射画像が表示される。
【０１０６】
本実施形態のプロジェクター７にあっては、レーザー光源装置７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂが本発明のレーザー光源装置により構成されている。したがって、シンプルな構成でありながら低消費電力であり、しかも高品質の画像が得られるものになっている。
【０１０７】
なお、変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型のライトバルブを用いてもよい。また、液晶以外の変調装置、例えばＤＭＤ（登録商標）等を用いてもよい。投射光学系の構成は、使用される変調装置の種類によって適宜変更すればよい。また、色光合成素子としてダイクロイックプリズムを用いているが、この他にも、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するものや、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するもの等を用いることができる。
［画像表示装置］
次に、前記の投射型のプロジェクターと異なる構成の本発明の画像表示装置の実施形態を説明する。図１２は、本実施形態である走査型のプロジェクター（画像形成装置）８を示す概略構成図である。図１２に示すように、プロジェクター８は、画像信号処理系（変調部）８０、レーザー光源装置８１、リレー光学系８２、走査光学系８３を含んでいる。
【０１０８】
画像信号処理系８０は、インターフェース８０１、画像信号処理回路８０２、変調回路８０３、タイミング生成回路８０４、及びミラー駆動回路８０５を含んでいる。インターフェース８０１は、信号源９５から画像信号や同期信号を含んだ電気信号を受け取り、この電気信号を画像信号と同期信号とに分離する。分離された画像信号は画像信号処理回路８０２に伝達され、分離された同期信号はタイミング生成回路８０４に伝達される。
【０１０９】
タイミング生成回路８０４は、画像の解像度やフレームレート、走査方式等に応じて、画像に含まれる複数の画素に対して画素ごとの表示タイミングを示すタイミング信号を生成する。タイミング信号により、信号源９５から供給される画像信号をプロジェクター８の走査方式に整合した形式に変換することが可能になっている。生成されたタイミング信号は、画像信号処理回路８０２やミラー駆動回路８０５に伝達される。ミラー駆動回路８０５は、タイミング信号に基づいて、走査光学系８３を構成する第１偏向ミラー８３１、第２偏向ミラー８３２の駆動量を走査光学系８３に出力する。
【０１１０】
画像信号処理回路８０２は、画像信号にガンマ処理等の各種画像処理を行うとともに、画像信号に含まれる画素データが走査される時間順次で変調回路８０３に伝達されるように、タイミング信号に基づいて画像信号を調整する。
【０１１１】
変調回路８０３は、レーザー光源装置８１から射出される光Ｌの強度が画素ごとの階調に対応して時間変化するように、画像信号に基づいてレーザー光源装置８１の出力を調整する。レーザー光源装置８１は、実際には、射出するレーザー光の波長が異なる複数のレーザー光源装置により構成されている。変調回路８０３は、複数のレーザー光源装置の各々に対して出力を調整する。出力が調整された複数のレーザー光が合成された光Ｌが、レーザー光源装置８１から射出される。
【０１１２】
リレー光学系８２は、コリメート光学系８２１及び集光光学系８２２を含んでいる。レーザー光源装置８１から射出された光Ｌは、コリメート光学系８２１により平行化された後に、集光光学系８２２により集光される。リレー光学系８２に関しては、画像形成装置の構成に応じて、適宜変更することができる。例えば、光源から射出される光の平行度が極めて高い場合には、リレー光学系を簡略化、あるいは省略することもできる。また、光源から射出される光の光軸に直交する面における光束の断面形状や寸法を調整する機能（ビーム成形機能）等をリレー光学系に持たせてもよい。
【０１１３】
走査光学系８３は、入射光の光軸を被投射面９において主走査方向に変化させる第１偏向ミラー８３１と、入射光の光軸を被投射面９において副走査方向に変化させる第２偏向ミラー８３２とを含んでいる。例えば、主走査方向は被投射面における水平方向であり、副走査方向は被投射面において水平方向と直交する垂直方向である。
【０１１４】
第１偏向ミラー８３１は、ミラー駆動部（図示略）に駆動される。ミラー駆動部は、ミラー駆動回路８０５から駆動量を受け取り、所定の回転軸まわりに第１偏向ミラー１３１を駆動量に応じた角速度、振幅で回転させる。これにより、第１偏向ミラー１３１において光が入射する面の法線方向が、入射する光Ｌの光軸に対して変化し、この面で反射した光の光軸がタイミング信号に応じて変化する。第２偏向ミラー１３２は、第１偏向ミラー１３１と同様にミラー駆動部により駆動される。
【０１１５】
以上のような構成により、画素に対応した階調に変調された光が、画素の位置に対応したタイミングで被投射面９上を走査することにより、被投射面９に画像が描画（表示）される。
【０１１６】
本実施形態のプロジェクター８にあっては、レーザー光源装置８１が本発明のレーザー光源装置により構成されている。したがって、シンプルな構成でありながら低消費電力であり、しかも高品質の画像が得られるものになっている。
【符号の説明】
【０１１７】
１、２、３、４、５、６、７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ、８１・・・レーザー光源装置、７、８・・・プロジェクター、１２、４３、５２・・・第１反射部、１４、４５、５４・・・活性層、１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ・・・レンズ層（レンズアレイ）、１７、２５、３１、４７・・・第２反射部、２２・・・レンズアレイ、２４・・・波長変換素子、７５・・・投射光学系、８３・・・走査光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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