(57)【要約】  固体レーザー装置は、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て基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、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とを備え、擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下である。
2008093545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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て基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、
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、
前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、
前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項２】
前記分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である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】
前記分極反転領域は、
第１の周期を有する第１の分極反転領域と、
前記第１の周期より短い第２の周期を有する第２の分極反転領域とを含み、
前記第２の分極反転領域の長さは、前記第１の分極反転領域の長さより短い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４】
前記第１及び第２の分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の固体レーザー装置。
【請求項５】
前記第１の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、
前記第２の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の固体レーザー装置。
【請求項６】
前記擬似位相整合型波長変換素子の近傍に配置され、前記擬似位相整合型波長変換素子を加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項７】
前記加熱装置は、電熱ヒーターであることを特徴とする請求項６に記載の固体レーザー装置。
【請求項８】
前記加熱装置は、紫外光源であることを特徴とする請求項６に記載の固体レーザー装置。
【請求項９】
前記擬似位相整合型波長変換素子の温度が制御基準温度よりも低い場合に、前記半導体レーザー光源に定格最大電流を供給して前記半導体レーザー光源の立ち上げ動作を制御する制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１０】
前記ミラーは、前記固体レーザー媒質及び前記擬似位相整合型波長変換素子の光入射面に対して４５度の傾きを有して配置され、
前記レーザー光は、前記ミラーを介して前記固体レーザー媒質に入射するとともに、前記基本波レーザー光は、前記ミラーを介して前記擬似位相整合型波長変換素子に入射し、
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は、前記ミラーを介して出射することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１１】
前記固体レーザー媒質と前記擬似位相整合型波長変換素子とは、それぞれ異なるヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項１０に記載の固体レーザー装置。
【請求項１２】
前記レーザー光の発振波長を固定する発振波長固定部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１３】
前記半導体レーザー光源は、複数の活性領域から励起光を出射する半導体素子を含み、
前記半導体素子の前記複数の活性領域をそれぞれ独立に駆動して前記励起光を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の活性領域の中から選択的に活性領域を駆動することにより、前記励起光により励起される前記固体レーザー媒質の基本波レーザー光を発生する発生部の位置を時間的に変化させて前記擬似位相整合型波長変換素子からマルチビームの高調波レーザー光を出射させることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１４】
前記半導体素子は、独立して駆動可能な複数の活性領域を有する半導体レーザーアレイ素子であることを特徴とする請求項１３に記載の固体レーザー装置。
【請求項１５】
前記半導体素子は、それぞれの活性領域から励起光を出射する、並列に配置された複数の半導体レーザー素子であることを特徴とする請求項１３に記載の固体レーザー装置。
【請求項１６】
前記分極反転領域は、周期の位相が異なる部分を有する請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１７】
前記ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１８】
前記制御部は、所定の動作時間内に設定された各設定時間に動作させる動作活性領域を前記複数の活性領域の中から選択して駆動することにより、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１９】
前記制御部は、前記動作活性領域として、前記複数の活性領域の中から１つの活性領域を選択し、選択した活性領域から出射される励起光を増大させて前記固体レーザー媒質を励起することにより、前記固体レーザー媒質中に前記基本波レーザー光を発生する２以上の前記発生部を生じさせ、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることを特徴とする請求項１８に記載の固体レーザー装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第１の設定時間及び第２の設定時間としたとき、前記第１の設定時間において選択された活性領域が、前記第２の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の固体レーザー装置。
【請求項２１】
前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第１の設定時間及び第２の設定時間としたとき、前記第１の設定時間において選択された活性領域及び当該活性領域に隣接する活性領域が、前記第２の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の固体レーザー装置。
【請求項２２】
前記設定時間が切り替わる周波数は、６０Ｈｚ以上、前記固体レーザー媒質の緩和振動周波数以下であることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項２３】
前記ミラーの外部に配置される回折格子をさらに備えることを特徴とする請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項２４】
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、
前記照明光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、
前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源のうちの少なくとも１つは、請求項１〜２３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表示装置。
【請求項２５】
前記画像変換デバイスは、２次元空間変調デバイスを含み、
前記照明光源は、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射したレーザー光を合波して前記２次元空間変調デバイスを照射することを特徴とする請求項２４に記載の表示装置。
【請求項２６】
前記画像変換デバイスは、３枚の透過型液晶表示パネルを含み、
前記透過型液晶表示パネルは、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射するレーザー光に対応してそれぞれ配置され、
前記透過型液晶表示パネルを透過した映像光は、合波プリズムにより合波された後に投射されることを特徴とする請求項２４に記載の表示装置。
【請求項２７】
液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、
前記バックライト照明装置は、複数のレーザー光源を含み、
前記複数のレーザー光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、
前記緑色光源は、請求項１〜２３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表示装置。
【請求項２８】
前記固体レーザー装置は、前記液晶表示パネルの背面側に複数個配置されることを特徴とする請求項２７に記載の表示装置。
【請求項２９】
前記固体レーザー装置のうち、隣接する固体レーザー装置の高調波レーザー光の波長は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲で互いに異なることを特徴とする請求項２８記載の表示装置。
【請求項３０】
前記擬似位相整合型波長変換素子近傍に配置され、装置内の発熱部からの熱を前記擬似位相整合型波長変換素子に伝達する伝熱部をさらに備えることを特徴とする請求項２４〜２９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項３１】
前記発熱部は、前記赤色光源及び前記青色光源の少なくとも一方であることを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
【請求項３２】
半導体レーザー光源からのレーザー光の入射により励起されて基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む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であって、
前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、
前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする波長変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー装置、表示装置及び波長変換素子に関し、具体的には、温度変動による波長変換効率の低下を抑制して安定な出力を得る固体レーザー装置、該固体レーザー装置を用いた表示装置、及び該固体レーザー装置に用いられる波長変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置やレーザープリンタ等においては、青色レーザー光等を含めて半導体レーザー光源が多く用いられている。そして、半導体レーザー光源の高出力化に伴い、投射型表示装置への応用や液晶表示装置のバックライト用途への応用も検討され始めている。これらの応用に対しては、３原色である赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）及び青色光（Ｂ光）を、高出力で且つ安定して発光できる光源が要求される。【０００３】
このため、半導体レーザー光源自体を高出力化するための開発が行われている。加えて、固体レーザー媒質が励起されて発振した基本波を高調波に変換して用いる固体レーザー装置の開発も積極的に行われている。これは、半導体レーザーにより励起される固体レーザー装置は、励起光源のスペクトル幅が狭いため、高効率にすることができるだけでなく、小型化も可能であり、且つ波長変換素子を用いれば、大出力のＧ光やＢ光を発光させることもできるという特徴を有していることによる。【０００４】
例えば、第１の従来例として、赤色よりも波長の短いレーザー光を安定した出力で取り出すことが可能なレーザー発光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このレーザー発光モジュールは、固体レーザー媒質と、この固体レーザー媒質が発光した光の波長を変換する波長変換素子と、上記固体レーザー媒質と波長変換素子とを挟装して光を往復させる一対の共振反射部とからなる共振器と、固体レーザー媒質を励起するための光を発光する半導体レーザー光源と、共振器が射出した光を取り出す窓部が形成されたウィンドウキャップとを有する構成からなる。さらに、半導体レーザー光源とベース部材とに接触して配置されたヒートシンクと、共振器を保持するベース部材とを設けることにより、温度環境の変化による光の波長変化を抑制している。【０００５】
また、第２の従来例として、単一又は異なる複数の波長のレーザー光を発振することが可能な、小型で高効率且つ高出力の固体レーザー装置も示されている（例えば、特許文献２参照）。この固体レーザー装置の一例として、レーザー光を出射する半導体レーザー光源と、この半導体レーザー光源からのレーザー光により励起されて発振レーザー光を発振する固体レーザー媒質と、半導体レーザー光源と固体レーザー媒質との間に配設され、発振レーザー光の光路を変化させ、レーザー光の出射方向と異なる方向に発振レーザー光を取り出すための光路変化部材と、発振レーザー光の波長変換を行う波長変換素子とを有する構成が示されている。このような固体レーザー装置の構成とすることにより、レーザー光が通過しない部位において固体レーザー結晶の冷却を行うことができ、高効率及び高出力とすることが可能となり、発振レーザー光の波長領域の拡大を行うことができるとしている。【０００６】
さらに、第３の従来例として、以下のような構成の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）。この固体レーザー装置は、励起光源から発せられた励起光が集光光学系を介して集光される固体レーザー結晶の励起光の入射側端面に、光学的に透明な透明基板を接触させ、且つ固体レーザー結晶のレーザー光の出射側の端面に非線形光学結晶を接触させることにより、レーザー結晶と非線形光学結晶とからレーザー共振器を構成し、このレーザー共振器を共振させてレーザー光を出射させる。このような構成により、レーザー結晶の励起光入射部での発熱をレーザー結晶の励起方向の両端面に接触された透明基板と非線形光学結晶とから効率よく放熱させることが可能となり、出力を安定化することができる。また、この固体レーザー装置においては、非線形光学結晶の光軸方向の長さを有効結晶長の５分の１以下にすることにより、非線形光学結晶の角度許容幅を５倍大きくでき、且つ、レーザー共振器内部の損失を１／２５以下の大きさにすることができ、外部からの影響を１／１００以下に抑えることができることも示されている。【０００７】
さらに、第４の従来例として、非直線特性を有する活性レーザー物質の薄い層と、この活性レーザー物質の薄い層をこの薄い層の平面に垂直にポンプすることができる波長のビームを放出するポンプレーザーと、反射係数が上記活性レーザー物質のレーザー波長において最大となる２つのミラーとを備えた固体レーザー装置も示されている。そして、非直線性を有する活性レーザー物質の薄い層を１ｍｍ以下とすることにより、固体レーザー装置を一括して大量に製造できるとしている（例えば、特許文献４参照）。【０００８】
また、第５の従来例として、光源にレーザーを用いる表示装置が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この装置では、光源にレーザーを用いることでランプを用いた場合と比べ、省電力化、小型化、電池駆動可能などのメリットが発生する。また、レーザーを用いることで色再現範囲の拡大が可能となるという特徴もある。【０００９】
図３４に上記の従来の表示装置４０１の構成を示す。電池４０９は、本装置の駆動回路や光源に電力の供給を行う。赤色光源４０２、青色光源４０３、緑色光源４０４から出力されたレーザー光は、ダイクロイックミラー４０５ａ〜４０５ｃを用いてガルバノミラー４０６へ導かれる。ガルバノミラー４０６は、高速に角度変化し、入射したレーザー光を液晶パネル４０７の面内へ均一な光量で照射させる。透過型液晶パネル４０７を透過したレーザー光は、出射レンズ４０８を透過して映像として出力される。【００１０】
赤色光源４０２（発振波長６４０ｎｍ近傍）、及び青色光源４０３（発振波長４４０ｎｍ近傍）としては、半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーは電力を光に変換する効率がランプに比べて数倍大きいため、装置の消費電力の大幅な低減が実現できるという優位性がある。緑色光源４０４としては、波長変換を用いるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザーが用いられている。緑色の発光を行う信頼性の高い半導体レーザーが現状存在しないため、ＳＨＧレーザーが用いられた。【００１１】
上述の表示装置は、半導体レーザーやＳＨＧレーザーのような発振波長スペクトルの限定された光源を用いているため、光学部品の設計もランプを用いた場合に比べて容易であり、光学系が小型化できるため、装置を小型にできる。【００１２】
また、第６の従来例として、励起光源に複数のレーザーダイオード（以下、ＬＤとする）を使用し、これらの励起光を光ファイバなどの光学系により集光したのちに固体レーザーロッドに注入して固体レーザーロッドの複数の励起領域を励起している例がある（例えば、特許文献６参照）。このようにすることにより、複数の励起領域の間での大きな熱的な影響による光学的な特性の変化が生じることを避けて、励起光による励起効率の向上を図り、１つの固体レーザーロッドから複数倍の収差の小さい出力光が得られている。【００１３】
また、第７の従来例として、上記と同様に、複数の半導体レーザーが励起光を出射する光源として使用され、これらを光ファイバなどの光学系でグループ化して固体レーザー媒質まで導く光学構成と、これらの複数の半導体レーザーを同時に又は所定時間ごとに時分割して動作させる駆動制御回路が示されている（例えば、特許文献７参照）。このようにすることにより、固体レーザー光が所定時間ごとに所望の光出力で利用することができる。【００１４】
また、第８の従来例として、ＬＤ励起固体レーザー装置において、励起光源にリニアアレーＬＤ又はスタック化された２次元リニアアレーＬＤを使用して光学系を工夫することにより、励起光を微小なスポットに集光可能とし、固体レーザーの発振効率改善と、Ｑスイッチパルス発振時のパルス幅短縮化及び装置の小型化とを実現しようとしている（例えば、特許文献８参照）。また、この固体レーザー装置においては、ＬＤドライバーを並列動作させることにより、固体レーザー装置の繰り返し周波数がｎ倍に向上することも示され、実質的に高出力動作につながる構成が示されている。【００１５】
しかしながら、上記第１の従来例においては、半導体レーザー光源から８０８ｎｍのレーザー光を出射させ、このレーザー光を用いて固体レーザー媒質を励起し、固体レーザー媒質から１０６４ｎｍの波長の光を発光させ、非線形光学素子により第２高調波に変換して光共振器から５３２ｎｍのＧ光を取り出して、レーザーポインタに用いている。この従来例においては、半導体レーザー光源及び光共振器が熱伝導性の良好な金属からなるヒートシンク及びベース部材にそれぞれ接着されており、放熱性を改善し、使用環境温度の変動を抑制して出力レーザー光を安定にしている。しかしながら、この第１の従来例は、レーザーポインタに用いられ、出力が１ｍＷ以下であることから、このような構成で高出力の固体レーザー装置を実現することは困難である。【００１６】
また、第２の従来例においては、プロジェクター等への応用を目的として１０Ｗ程度の高出力を得ることが可能であるとされているが、分極反転構造を有する波長変換素子の大きさとしては、断面が２ｍｍ×２ｍｍで、長さが１０ｍｍであるため、小型化が困難である。また、この第２の従来例においては、波長変換素子の厚みを最適化することについてはまったく記載も示唆もない。【００１７】
さらに、第３の従来例においては、固体レーザー結晶のレーザー光入射側の端面に光学的に透明な基板を接触させて放熱をさせる構成としているが、光学的に透明で、且つ放熱性の良好な基板としては、例えばサファイアやダイヤモンドのように高価な材料しかなく、低コスト化が困難であるだけでなく、放熱性をさらに改善することも困難である。【００１８】
さらに、第４の従来例においては、レーザー作用及び高調波を発生するフィルム層の厚みが１ｍｍより薄いか、又は約１００μｍとすることが記載されている。しかしながら、この従来例では、赤外光を可視光に変換するためのミニアチュア光源を実現することが目的であり、このような構成により、投射型表示装置に要求される高出力を実現することは困難である。【００１９】
また、第５の従来例においては、レーザーの温度制御に配慮されておらず、温度変化による半導体レーザーの波長変化及び出力変化が発生する。半導体レーザーの波長変化や出力変化が発生すると、投射される映像の明るさが変化するだけでなく、色バランスが崩れるという課題が発生してしまう。【００２０】
また、緑色光源としては、現状では信頼性のある半導体レーザーが存在しないため、波長変換方式（ＳＨＧ方式）を用いた光源が用いられる。波長変換方式を用いる場合は、半導体レーザーよりもさらに温度に対するケアが必要である。大きな温度変化により、波長変換に用いられる結晶の位相性合波長が大きく変化し、緑色光の出力が不可能になる場合もあるからである。【００２１】
上記の課題を解決するために、温度制御の手段としてペルチエ素子を用いた制御が考えられるが、ペルチエ素子を用いた場合には、ペルチエ素子から発生する大量の熱や、コスト高及び消費電力の増加という課題が生じてしまう。【００２２】
加えて、第５の従来例では、ＳＨＧレーザーの構成部品である波長変換素子の温度制御に対する配慮が不十分であり、位相整合する温度以下の温度からＳＨＧレーザーを立ち上げ駆動する際に、所望の緑色光出力を得るまでに長時間を要する。結果として、緑色光出力がなかなか上昇しないため、色バランスの取れた映像を出力するまでに長時間を要する。【００２３】
また、第６の従来例においては、基本波光の出力がＷ級になった場合には、固体レーザーロッドの複数の励起領域がお互いに大きく熱的な影響を受け合い、安定な高出力動作ができなくなるという課題が生じる。【００２４】
また、第７の従来例においては、駆動制御回路により、励起光源である半導体レーザーをどのように同時に又は時分割して駆動して制御すれば、安定な高出力動作が可能か明示されていない。【００２５】
同様に、第８の従来例においても、ＬＤドライバーにより、励起光源であるリニアアレーＬＤをどのように並列動作させれば安定な高出力動作が可能か明示されていない。【００２６】
すなわち、Ｗ級の高出力の固体レーザー装置がレーザー表示装置などの表示装置の光源として使用される場合に、安定な高出力動作ができる固体レーザー装置の構成が実現されていないという課題がある。また、このような高出力の固体レーザー装置が表示装置に使用される場合に、スペックルノイズが効果的に低減された固体レーザー装置の構成が示されていないという課題も有していた。
【特許文献１】特開２００４−２８１９３２号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４００７号公報
【特許文献３】特開２０００−１２４５３３号公報
【特許文献４】特開平３−１８５７７２号公報
【特許文献５】特開平６−２０８０８９号公報
【特許文献６】特開平５−１４５１４８号公報
【特許文献７】特開平４−２４７６７４号公報
【特許文献８】特開平９−１９９７７４号公報
【発明の開示】
【００２７】
本発明の目的は、固体レーザー媒質及びミラーを含む光共振器の内部に配置された波長変換素子に大きな基本レーザー波を入力することを可能とし、変換効率の改善と温度許容幅の拡大とにより、温度安定性がよく且つ高出力の固体レーザー装置を提供することである。
【００２８】
本発明の一局面に従う固体レーザー装置は、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て基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、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、前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下である。
【００２９】
上記の構成によれば、固体レーザー媒質及びミラーを含む光共振器の内部に配置された波長変換素子に大きな基本レーザー波を入力することができるとともに、変換効率の改善と温度許容幅の拡大とにより、温度安定性がよく且つ高出力の固体レーザー装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第1の実施の形態に係る固体レーザー装置の構成を説明するための概略図である。
【図２】第1の実施の形態においてＳＨＧ素子の素子長と高調波レーザー光である緑色光の出力とをポンプ光であるレーザー光の出力をパラメータとして求めた結果を示す図である。
【図３】第1の実施の形態においてＳＨＧ素子の素子長をパラメータとして温度変化によるＧ光の出力の変動を求めた結果を示す図である。
【図４】第1の実施の形態においてＳＨＧ素子を光共振器中に配置した場合における、ポンプ光であるレーザー光の出力に対する基本波レーザー光の出力を、素子長をパラメータとして求めた結果を示す図である。
【図５】第1の実施の形態において飽和ポンプ出力と素子長との関係を求めた結果を示す図である。
【図６】図５に示す結果を基にしてＳＨＧ素子の素子長と緑色光の出力との関係を求めた結果を示す図である。
【図７】ＳＨＧ素子の素子長が２ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係及びＧ光の波長特性を示す図である。
【図８】ＳＨＧ素子の素子長が０．５ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係及びＧ光の波長特性を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る固体レーザー装置の構成を示す概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る投射型表示装置の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る投射型表示装置の構成を示す概略図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る投射型表示装置の構成を示す概略図である。
【図１３】図１２に示す緑色光源として用いたＳＨＧレーザーの構成を示す概略図である。
【図１４】ポンプ用半導体レーザーの温度に対する波長変化を説明する図である。
【図１５】ポンプ用半導体レーザーの発振スペクトルを示す図である。
【図１６】波長変換素子の変換効率の温度特性を示す図である。
【図１７】図１２に示す投射型表示装置の立ち上げ時の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係る投射型表示装置に用いられる波長変換素子の波長に対する透過率を示す図である。
【図１９】本発明の第７の実施の形態に係る投射型表示装置のうち光源の周辺部を示す図である。
【図２０】本発明の第８の実施の形態に係る投射型表示装置に用いられる波長変換素子の構造を説明する図である。
【図２１】図２０に示す波長変換素子の変換効率の温度特性を示す図である。
【図２２】本発明の第９の実施の形態に係る固体レーザー光源を上から見た平面図である。
【図２３】図２２の２３Ａ−２３Ａ線の面から見た固体レーザー光源の側面図である。
【図２４】図２２に示す波長変換素子の拡大図である。
【図２５】図２２に示す投射型表示装置に使用可能な複数の半導体レーザー素子からなる半導体素子の構成を示す概略図である。
【図２６】図２２に示す固体レーザー光源の動作を示すタイムチャートである。
【図２７】図２２に示す固体レーザー光源が２つのビームからなるマルチビームを出射する状態を示す図である。
【図２８】本発明の第１０の実施の形態に係る固体レーザー光源を示す概略構成図である。
【図２９】本発明の第１１の実施の形態に係る固体レーザー光源を示す概略構成図である。
【図３０】本発明の第１２の実施の形態に係る固体レーザー光源を示す概略構成図である。
【図３１】本発明の第１３の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図３２】本発明の第１４の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図３３】本発明の第１５の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図３４】従来の表示装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。また、図面は、理解しやすくするために拡大して示しており、寸法等については正確な表示ではない。【００３２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第1の実施の形態に係る固体レーザー装置１０の構成を説明するための概略図である。この固体レーザー装置１０は、レーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１１と、レーザー光１９の入射により励起されて基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー媒質１６、及び凹面ミラー１７から構成される光共振器１５と、光共振器１５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（擬似位相整合型波長変換素子）１８とを備えている。【００３３】
ＳＨＧ素子１８には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、分極反転領域の光軸方向の長さすなわちＳＨＧ素子１８の光軸方向の長さ（素子長）Ｌは、後述する理由により、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。【００３４】
図１からわかるように、本実施の形態の固体レーザー装置１０は、従来の構成と基本的に同じであるが、ＳＨＧ素子１８の素子長Ｌを上記の所定範囲に設定することで、温度許容幅を拡げるとともに、装置全体の小型化を実現しながら、高調波レーザー光の出力を大きくすることを可能としたものである。【００３５】
なお、本実施の形態では、レーザー光１９として発振波長８０８ｎｍのポンプ光（励起光）を入射して１０６４ｎｍの基本波レーザー光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に変換して出射する固体レーザー装置１０の構成を例として説明する。以下、図１を用いて、より詳細に説明する。【００３６】
本実施の形態の固体レーザー装置１０は、発振波長８０８ｎｍ近傍のレーザー光を発振する半導体レーザー光源１１、ロッドレンズ１２、ＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）１３、ボールレンズ１４、固体レーザー媒質１６、ＳＨＧ素子１８及び凹面形状のミラー（以下、凹面ミラーと称す）１７を備えている。【００３７】
半導体レーザー光源１１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１２により垂直方向の成分がコリメートされた後に、ＶＢＧ１３に入射する。ＶＢＧ１３に入射したレーザー光１９の一部は、反射されて半導体レーザー光源１１にフィードバックされる。この結果、半導体レーザー光源１１の発振波長は、レーザー光の発振波長を固定する発振波長固定部となるＶＢＧ１３により選択された波長（８０８ｎｍ）にロックされる。このように、ＶＢＧ１３を用いることにより、温度変化が生じても半導体レーザー光源１１の発振波長をほぼ一定に保持でき、半導体レーザー光源１１の高精度な温度制御を不要にすることができる。【００３８】
なお、本実施の形態では、半導体レーザー光源１１の発振波長のロックにＶＢＧ１３を用いたが、誘電体多層膜から構成されるバンドパスフィルターを用いてもよい。又は、半導体レーザー光源１１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。【００３９】
ＶＢＧ１３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１４により固体レーザー媒質１６へ集光される。このレーザー光１９がポンプ光となり、固体レーザー媒質１６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、固体レーザー媒質１６と凹面ミラー１７とにより形成される光共振器１５内で共振する。そして、光共振器１５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、波長５３２ｎｍの高調波レーザー光２１として外部に出力される。【００４０】
また、光共振器１５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が光共振器１５内に閉じ込められ、凹面ミラー１７から高調波レーザー光２１が出射するように、固体レーザー媒質１６、ＳＨＧ素子１８及び凹面ミラー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。【００４１】
ここで、本実施の形態では、固体レーザー媒質１６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しやすい。また、ＳＨＧ素子の材料としては、その他にＫＴＰ、ＬＢＯ、ＬｉＴａＯ３などが挙げられる。【００４２】
ここで、ＫＴＰは、利用可能な温度範囲が広いという特徴をもつが、数百ｍＷ以上のＧ光出力により、グレートラックという現象が発生して結晶が着色し、透過ロスが増大してしまう欠点がある。ＬＢＯは、高出力でも特に問題は発生しないが、結晶の温度を１４８℃付近に制御する必要があるため、消費電力の増大を招き、また、波長変換効率も低い。ＬｉＴａＯ３は高出力特性にすぐれるが、波長変換効率がＬｉＮｂＯ３よりも低いため、光源の電気−光変換効率は、ＬｉＮｂＯ３を用いた場合よりも低くなってしまう。上述の理由からＭｇドープのＬｉＮｂＯ３が最適である。【００４３】
次に、本実施の形態の固体レーザー装置１０について、ＳＨＧ素子１８の素子長による種々の特性を評価した結果を説明する。【００４４】
図２は、ＳＨＧ素子１８の素子長と、高調波レーザー光２１であるＧ光（５３２ｎｍ）の出力とを、ポンプ光であるレーザー光１９の出力をパラメータとして求めた結果を示す図である。図２からわかるように、ＳＨＧ素子１８の素子長を長くするほど、Ｇ光の出力が大きくなるが、素子長が１ｍｍを越えると、Ｇ光の出力はほぼ飽和する。また、素子長が長くなると、ＳＨＧ素子１８がＧ光を吸収するために、部分的な温度の乱れが生じて実効的な分極反転周期に乱れが生じやすい。【００４５】
上記の図２に示す結果から、ＳＨＧ素子１８の光軸方向の素子長は、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、分極反転周期の乱れを生じ難くできるので、温度特性を向上して使用温度範囲を拡大することができる。【００４６】
図３は、ＳＨＧ素子１８の素子長をパラメータとして温度変化によるＧ光の出力の変動を求めた結果を示す図である。図３に示すように、ＳＨＧ素子１８の素子長が短いほど、温度許容幅を大きくすることができる。例えば、素子長が２ｍｍの場合には、温度許容幅は１２℃であるが、０．８ｍｍの場合には１８℃であり、さらに０．４ｍｍでは３６℃である。すなわち、この温度許容幅は、基本的にはＳＨＧ素子１８の素子長に反比例する。したがって、素子長を短くするほど、温度許容幅を大きくできる。【００４７】
ここで、温度許容幅としては、装置の使用環境等を考慮すると、２０℃以上を確実に実現することが好ましいので、温度許容幅の観点からの最適な素子長は、０．６ｍｍ以下とすることが望ましい。なお、素子長が２ｍｍの場合、本来の温度許容幅は、７℃〜８℃であるが、図３においては、熱分布による分極反転周期の乱れにより、実質的な許容幅は、約１２℃となっている。【００４８】
図４は、ＳＨＧ素子１８を光共振器１５中に配置した場合における、ポンプ光であるレーザー光１９の出力に対する基本波レーザー光２０の出力を、素子長をパラメータとして求めた結果を示す図である。光共振器１５中にＳＨＧ素子１８を配置する場合、光共振器１５にとってＳＨＧ素子１８はロスを増加させる存在である。したがって、図４からわかるように、ＳＨＧ素子１８の素子長が長いほど、ポンプ光出力に対する基本波レーザー光２０の出力を表す直線の傾きが小さくなる。すなわち、同じポンプ光を固体レーザー媒質１６へ入力した場合であっても、素子長が長い場合ほど、基本波レーザー光出力は小さくなる。【００４９】
さらに、ＳＨＧ素子１８の素子長が長くなるほど、外部に放出される光が減少して熱に変わるために、光共振器１５内部での発熱が増大する。これにより、固体レーザー媒質１６の熱飽和が生じる。すなわち、素子長が２ｍｍの場合には、図４中にＰ１で示すポンプ光出力において、基本波レーザー光２０の出力は飽和する。また、素子長が０．５ｍｍの場合には、Ｐ２で示す点において、基本波レーザー光２０の出力が飽和する。これに対して、ＳＨＧ素子１８を設けない場合には、Ｐ３で示す点において、基本波レーザー光２０の出力が飽和する。このように、ＳＨＧ素子１８の素子長を長くするほど、基本波レーザー光２０の出力の最大値は小さくなる。【００５０】
図５は、基本波レーザー光２０の出力が飽和するときのポンプ光であるレーザー光１９の出力（以下、飽和ポンプ出力と称す）と素子長との関係を求めた結果を示す図である。図５からわかるように、ＳＨＧ素子１８の素子長が長くなるほど、飽和ポンプ出力は小さくなる。【００５１】
図６は、図５に示す結果を基にしてＳＨＧ素子１８の素子長とＧ光の出力との関係を求めた結果を示す図である。Ｇ光の出力を大きくするためには、従来のように単純にＳＨＧ素子１８の素子長を大きくするのではなく、最適な素子長の範囲を設定することが好ましいことが見出された。この範囲は、図６からわかるように０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲である。しかしながら、先述したように温度許容幅の観点からの最適な素子長は０．６ｍｍ以下とすることが望ましい。したがって、これらの結果から、素子長は、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲に設定することがより望ましく、０．４ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲に設定することがさらに望ましいことが見出された。【００５２】
上記のように、ＳＨＧ素子１８の素子長を上記の範囲とすることにより、ＳＨＧ素子１８の分極反転周期の乱れを生じ難くできるとともに、しかも温度許容幅を拡げることができる。この結果、無駄な熱の発生を抑制することが可能となり、高精度の熱制御が不要となるので、低コストで且つ高出力のＧ光を出力する固体レーザー装置１０を得ることができる。【００５３】
また、ＳＨＧ素子１８の素子長が長い場合、素子内の分極反転領域の均一性を保たないと、変換効率の低下を招きやすい。しかしながら、本実施の形態のように、ＳＨＧ素子の長さを０．３〜０．６ｍｍの範囲に設定することにより、均一性の高い分極反転領域の形成を容易に行うことができるようになった。このような素子長のＳＨＧ素子１８を用いることにより、変換効率が高く、出力光ビームの品質がよく、且つ分極反転周期の乱れの影響が小さくなるとともに、ＳＨＧ素子１８の製造時の歩留まりを大きく向上させることができる。【００５４】
図７は、ＳＨＧ素子１８の素子長が２ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係、及びＧ光の波長特性を示す図であり、図８は、ＳＨＧ素子１８の素子長が０．５ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係、及びＧ光の波長特性を示す図である。【００５５】
図７及び図８に示すように、ＳＨＧ素子１８の素子長を短くすると、波長変換特性はＣ１からＣ２へと変化し、波長変換特性の許容幅は拡大する。ここで、固体レーザー（固体レーザー媒質１６から発振される基本波レーザー光２０）の縦モードスペクトルＭＳが波長許容幅内に存在すれば、縦モードの波長の１／２の波長に変換される。したがって、ＳＨＧ素子１８の素子長を短くすれば、波長変換特性の許容幅が拡大するので、許容幅内に存在する固体レーザーの縦モードスペクトルの数が増え、結果として発生するＧ光の波長特性がＧ１からＧ２へと変化し、Ｇ光の出力の波長幅が増大する。この波長幅の増大は、スペックルノイズの低下を意味するため、ＳＨＧ素子の長さを０．３〜０．６ｍｍの範囲に設定することにより、スペックルノイズの低減も実現され、良好な画像を得ることができる。【００５６】
なお、本実施の形態の固体レーザー装置１０の場合には、凹面ミラー１７を用いて光共振器を構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＳＨＧ素子１８の高調波レーザー光２１が出射する面に基本波レーザー光２０用の反射コートを形成してミラーとし、ＳＨＧ素子１８を固体レーザー媒質１６と近接させるマイクロチップ構成としてもよい。【００５７】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る固体レーザー装置３０の構成を示す概略図である。この固体レーザー装置３０は、レーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１１と、レーザー光１９の入射により励起されて基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー媒質３２、及び凹面形状のミラー（以下、凹面ミラーと称す）３１から構成される光共振器３６と、光共振器３６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３３とを備えている。【００５８】
図９から判るように、この例の場合の固体レーザー装置３０の全体構成は、図１に示した固体レーザー装置１０と同じである。本実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、ＳＨＧ素子３３には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、分極反転領域の光軸方向の長さすなわちＳＨＧ素子３３の光軸方向の長さ（素子長）Ｌは、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。【００５９】
しかしながら、光共振器３６の構成が図１に示す光共振器１５と異なることが、本実施の形態の特徴である。すなわち、凹面ミラー３１は、固体レーザー媒質３２及びＳＨＧ素子３３の光入射面に対してそれぞれ４５度の傾きを有して配置されている。このような配置により、ポンプ光となるレーザー光１９は、凹面ミラー３１を介して固体レーザー媒質３２に入射するとともに、基本波レーザー光２０は、凹面ミラー３１を介してＳＨＧ素子３３に入射し、ＳＨＧ素子３３により変換された高調波レーザー光２１は、凹面ミラー３１を介して出射する。【００６０】
また、固体レーザー媒質３２とＳＨＧ素子３３とは、高放熱性接着剤によりそれぞれ異なるヒートシンク３４、３５に接着されており、固体レーザー媒質３２及びＳＨＧ素子３３で発生した熱を効率よく放熱させることができる。なお、ヒートシンク３４、３５としては、例えば、銅等の高熱伝導性を有する金属を用いることもできるので、ハンダ等により接着してもよい。【００６１】
次に、本実施の形態において、波長５３２ｎｍの高調波レーザー光２１を出射する構成の例について説明する。この固体レーザー装置３０の場合、光共振器は、固体レーザー媒質３２、凹面ミラー３１及びＳＨＧ素子３３を含んで構成されており、ポンプ光であるレーザー光１９が凹面ミラー３１を介して入射し、発生した基本波レーザー光２０を光共振器３６内に閉じ込め、凹面ミラー３１からは高調波レーザー光２１が出射するように、固体レーザー媒質３２、ＳＨＧ素子３３及び凹面ミラー３１には、それぞれの端面に反射防止膜又は高反射膜となる誘電体多層膜が形成されている。【００６２】
具体的には、凹面ミラー３１のレーザー光１９の入射面には、波長５３２ｎｍの光を透過する反射防止膜（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ）及び波長８０８ｎｍの光を透過する反射防止膜が形成され、凹面ミラー３１の基本波レーザー光２０の反射面には、波長５３２ｎｍの光を透過する反射防止膜、波長８０８ｎｍの光を透過する反射防止膜及び波長１０６４ｎｍの光を反射する高反射膜（Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ）が形成されている。【００６３】
また、固体レーザー媒質３２の基本波レーザー光２０の入射面には、波長８０８ｎｍの光を透過する反射防止膜及び波長１０６４ｎｍの光を透過する反射防止膜が形成され、固体レーザー媒質３２のヒートシンク３４側の面には、波長１０６４ｎｍの光を反射する高反射膜が形成されている。なお、この高反射膜は、ヒートシンク３４に形成してもよい。【００６４】
また、ＳＨＧ素子３３の基本波レーザー光２０の入射面には、波長５３２ｎｍの光を透過する反射防止膜及び波長１０６４ｎｍの光を透過する反射防止膜が形成され、ＳＨＧ素子３３のヒートシンク３５側の面には、波長５３２ｎｍの光を反射する高反射膜及び波長１０６４ｎｍの光を反射する高反射膜が形成されている。なお、この高反射膜は、ヒートシンク３５に形成してもよい。【００６５】
上記の反射防止膜及び高反射膜により、ポンプ光となるレーザー光１９は、凹面ミラー３１を透過して固体レーザー媒質３２に入射するとともに、固体レーザー媒質３２から出射される基本波レーザー光２０は、凹面ミラー３１により反射されてＳＨＧ素子３３に入射し、ＳＨＧ素子３３により変換された高調波レーザー光２１は、凹面ミラー３１を透過して外部へ出射する。【００６６】
このような構成とすることで、ＳＨＧ素子３３の素子長が０．３ｍｍ〜０．６ｍｍと小さく、且つ熱抵抗が小さい状態でヒートシンク３５に接着固定されるので、ＳＨＧ素子３３からの発熱をさらに効率よく放散させることができる。また、固体レーザー媒質３２についても、充分な大きさのヒートシンク３４に熱抵抗が小さい状態で接着固定できるので、同様に固体レーザー媒質３２からの発熱を効率よく放散できる。【００６７】
上記のように、本実施の形態でも、ＳＨＧ素子３３の素子長を０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲に設定することにより、先述したように最適なポンプ光出力で大きな出力のＧ光を得ることができ、且つレーザー光が熱に変換されて無駄に消費されることが少なくなるので、発熱自体も抑制することができる。この結果、高精度の熱制御を行わなくても、大出力で、安定したＧ光を出射する固体レーザー装置３０を得ることができる。【００６８】
（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る投射型表示装置４０を示す概略図である。この投射型表示装置４０は、映像信号を画像に変換する画像変換デバイス５２、５３、５４と、画像変換デバイス５２、５３、５４を照射するための照明光源４１、４２、４３とを備えている。照明光源４１、４２、４３は、赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３からなり、赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３のうちの緑色光源４２は、第１の実施の形態に記載の固体レーザー装置１０からなる構成を有している。【００６９】
さらに、この投射型表示装置４０の場合には、画像変換デバイス５２、５３、５４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赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３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いる。透過型液晶表示パネルからなる画像変換デバイス５２、５３、５４を透過した映像光は、合波プリズム５５により合波された後に、出射レンズ５６から出射される。以下では、画像変換デバイス５２、５３、５４については、透過型液晶表示パネル５２、５３、５４として説明する。【００７０】
さらに具体的な構成について、図１０をもとに詳細に説明する。赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３から出力されたレーザー光の光量分布は、それぞれロッドインテグレータ４４、４５、４６を用いて均一化される。そして、赤色光源４１から出射したレーザー光と、青色光源４３から出射したレーザー光とは、レンズ４７、４９を通して反射ミラー５０、５１に導かれ、反射ミラー５０、５１により光路が変換され、透過型液晶表示パネル５２、５４へそれぞれ導かれる。一方、緑色光源４２から出射したレーザー光は、レンズ４８を通して透過型液晶表示パネル５３へ直接導かれる。透過型液晶表示パネル５２、５３、５４を透過したそれぞれのレーザー光は、合波プリズム５５により合波され、出射レンズ５６を透過して映像光として出力される。【００７１】
この投射型表示装置４０においては、赤色光源４１（発振波長は約６４０ｎｍ）及び青色光源４３（発振波長は約４４０ｎｍ）として、半導体レーザーを用い、緑色光源４２（発振波長は約５３２ｎｍ）としては、第１の実施の形態の固体レーザー装置１０を用いている。【００７２】
光源制御回路５７は、上記赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３の光出力の制御を行う。そして、表示装置制御回路５８は、映像信号に基づき３枚の透過型液晶表示パネル５２、５３、５４をそれぞれ駆動する。すなわち、表示装置制御回路５８は、映像信号に基づき、赤色光源４１からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル５２については赤色映像信号に対応する駆動、緑色光源４２からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル５３については緑色映像信号に対応する駆動、青色光源４３からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル５４については青色映像信号に対応する駆動を行う。【００７３】
なお、表示装置制御回路５８は、必要に応じて光源制御回路５７の制御も行ってもよい。例えば、黒表示に対応して赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３のレーザー光の発振を止める等の制御をしてもよい。また、必要に応じて、赤色光源４１、緑色光源４２又は青色光源４３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。【００７４】
また、透過型液晶表示パネル５２、５３、５４は、従来の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。【００７５】
この投射型表示装置４０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、鮮やかな画像を表示することができる。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。【００７６】
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る投射型表示装置６０を示す概略図である。この投射型表示装置６０は、画像変換デバイス７２を１枚のみとした構成からなることが特徴である。この投射型表示装置６０の場合にも、赤色光源６１、緑色光源６２及び青色光源６３からなる照明光源が設けられており、赤色光源６１及び青色光源６３については半導体レーザー光源を用い、緑色光源６２については、第１の実施の形態の固体レーザー装置１０を用いている。【００７７】
それぞれの光源から出射したレーザー光は、レンズ６４、６５、６６を通してダイクロイックミラー６７、６８、６９に入射し、最終的にこれら３色のレーザー光が合波された後、均一光学系７０を透過し、偏光ビームスプリッタ７１へ入射する。その後、合波されたレーザー光は、画像変換デバイス７２へ入射される。この投射型表示装置６０の場合、画像変換デバイス７２は、２次元空間変調デバイスの１種である反射型液晶表示パネルを用いている。反射型液晶表示パネルからなる画像変換デバイス７２へ入射したレーザー光は、映像信号に応じて反射され、出射レンズ７３を透過して映像光として出力される。【００７８】
なお、光源制御回路７４及び表示装置制御回路７５の機能及び動作については、上記の投射型表示装置４０の光源制御回路５７及び表示装置制御回路５８と同様であるので、説明を省略する。また、反射型液晶表示パネルからなる画像変換デバイス７２は、従来から用いられている反射型構成の液晶表示パネル等を用いることができるので、これについても説明を省略する。また、本発明は、２次元空間変調デバイスとして、ＤＭＤ等のミラーデバイスを用いた場合においても適用可能であることは、上記説明から容易に理解できるであろう。【００７９】
この投射型表示装置６０においても、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光で色純度の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、色純度が高く且つ鮮やかな画像を表示することができる。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。【００８０】
なお、上記投射型表示装置４０、６０においては、第１の実施の形態の固体レーザー装置１０を用いる場合について説明したが、第２の実施の形態の固体レーザー装置３０等を用いてもよい。この場合には、環境温度の変化によっても、画質等の変動がさらに生じ難い投射型表示装置を得ることができる。【００８１】
また、上記の各実施の形態では、固体レーザー装置としてＧ光を出力する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｂ光を出力する構成やＧ光とＢ光との間の波長の光やＧ光とＲ光との間の波長の光等、半導体レーザー光源、固体レーザー媒質及びＳＨＧ素子との組み合わせで可能な波長の高調波光（高調波レーザー光）を出力する固体レーザー装置についても、同様な効果を得ることができる。そして、これらの固体レーザー装置を投射型表示装置に用いることもできる。【００８２】
（第５の実施の形態）
以下の第５乃至第８の実施の形態では、発振波長を固定する手段を有したポンプ用半導体レーザーから出射されるポンプ光が固体レーザーに入射され、ポンプ光により励起され発振した基本波（基本波レーザー光）を、共振器内の擬似位相整合型波長変換素子を用いて波長変換するＳＨＧレーザーを具備する投射型表示装置において、半導体レーザー、ＳＨＧレーザー、ファン、レーザー温度検出部が投射型表示装置内に含まれ、ファンにより半導体レーザー及びＳＨＧレーザーの温度が適当な設定温度に制御されている投射型表示装置の構成について説明する。【００８３】
本発明の第５の実施の形態の投射型表示装置の概要について図１２を用いて説明する。図１２は、投射型表示装置８０を上面から見た図である。赤色光源８２、緑色光源８３、及び青色光源８４から出力されたレーザー光は、ロッドインテグレータ８５を用いて光量分布を均一化された後、レンズ１００及び反射ミラー１０１を透過して透過型液晶パネル８６へ導かれる。透過型液晶パネル８６を透過したレーザー光は、合波プリズム８７により合波され、出射レンズ８８を透過して映像として出力される。なお、本装置は、電池９９を用いても駆動可能である。また、本実施の形態において、映像出力用に透過型液晶パネルを用いたが、反射型液晶デバイス、ミラーを用いたデバイスなどを用いてもよい。【００８４】
本実施の形態では、赤色光源８２（発振波長６４０ｎｍ近傍）及び青色光源８４（発振波長４４０ｎｍ近傍）として、半導体レーザーを用いた。半導体レーザーは、電力を光に変換する効率がランプに比べて数倍大きいため、装置の消費電力の大幅な低減が実現できるという優位性がある。緑色光源８３としては、波長変換を用いるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザーを用いた。緑色の発光を行う信頼性の高い半導体レーザーが現状存在しないため、ＳＨＧレーザーを用いている。同じ緑色出力を得る場合の消費電力については、ＳＨＧレーザーの方が他の手段として考えられる発光ダイオード（ＬＥＤ）よりも有利である。【００８５】
図１３に緑色光源８３として用いたＳＨＧレーザーの構成を示す。ＳＨＧレーザーは、固体レーザー１２３を励起するためのポンプ用半導体レーザー１２０と、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長をロックするためのグレーティング１２１と、集光用のレンズ１２２と、固体レーザー１２３と、擬似位相整合型の波長変換素子１２４と、波長変換素子温度モニター１３２と、出力ミラー１２５と、加熱装置１２６と、筐体１２７とから構成される。【００８６】
ポンプ用半導体レーザー１２０から出力されたレーザー光は、固体レーザー１２３に吸収され、固体レーザー１２３からは波長１０６４ｎｍのレーザー光（基本波）が出力される。固体レーザー１２３及び出力ミラー１２５の片面には、１０６４ｎｍのレーザー光を反射するＨＲコートが成膜されている。固体レーザー１２３から出力された基本波は、出力ミラー１２５と固体レーザー１２３とから構成された共振器内で共振する。共振器内の基本波は、波長変換素子１２４に入力され、波長変換素子１２４から第２高調波である波長５３２ｎｍの緑色のレーザー光が出力される。本実施の形態で用いた内部共振器型のＳＨＧレーザーは、小型且つ高出力であり、小型の装置への搭載に適している。【００８７】
上記のように、本実施の形態の投射型表示装置は、半導体レーザーやＳＨＧレーザーのような発振波長スペクトルが限定された光源を用いているため、ランプを用いた場合に比べて、光学部品の設計も容易であり、光学系を小型化できるため、装置を小型にできる。【００８８】
また、光源８２〜８４の放熱は、ファン８９〜９１を用いて行った。光源の温度制御手段としてペルチエ素子を用いることも考えられるが、ペルチエ素子を用いた場合の消費電力は、周辺温度によっては数１０Ｗにもなってしまう。一方、ファン８９〜９１を用いた場合には、１個当たり１Ｗ以下での駆動が可能であるので、消費電力面からは非常に有利である。このように、ファン８９〜９１を用いることにより、本投射型表示装置の電池駆動も実現された。【００８９】
上述のように、光源８２〜８４の放熱にファン８９〜９１を用いる有効性は、大きいが、光源の温度管理も必要である。なぜなら、光源８２、８４に用いた半導体レーザーの発振波長や出力が温度変化により変化してしまうからである。また、緑色光源８３に用いたＳＨＧレーザーについても、温度変化により、波長変換素子１２４の位相整合波長の変化や、ポンプ用の半導体レーザー１２０の発振波長及び出力の変化が発生してしまう。よって、光源温度をある一定温度付近に保ちつつ、出力の安定化を行うのが望ましい。【００９０】
光源８２〜８４の出力の安定化対策については、出力安定化機構を用いて安定に保つようにした。光源８２〜８４の前方に配置されたビームスプリッタ９５によって分岐された一部の光をＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）９４に入射させ、制御回路９２がＰＤ９４により受光された光出力をモニターして光源８２〜８４への供給電流を制御することにより、出力安定化機構が実現されている。光出力は、制御回路９２により、設定された目標出力に制御される。目標出力は、温度変化による半導体レーザーの発振波長の変化や色バランスを考慮して設定される。【００９１】
また、温度変化による光源の発振波長の変化をモニターするため、光源の駆動温度（半導体レーザーの温度）を用いており、レーザー部温度センサー９６〜９８を各光源８２〜８４の近傍に設置した。本実施の形態では、半導体レーザーの温度が４０℃のときの状態を基準として、色バランスや目標出力が決定されるようにしている。制御回路９２により、制御基準温度の４０℃を保つように、ファン８９〜９１の回転数が制御される。【００９２】
制御基準温度である４０℃は、部品からの発熱やファンの能力を鑑みて決定した。ここで、ファン８９〜９１による放熱を用いるため、制御基準温度は、平均的な気温である２５℃よりも大きな値である必要がある。また、制御基準温度を高く設定しすぎると、光源の出力が低下しやすく、光源の駆動電流が大きくなるため、消費電力が大きくなるという問題がある。【００９３】
次に、本投射型表示装置の立ち上げ時の制御について説明する。上述のように、制御基準温度を４０℃として光源の制御を行っているため、低温から装置を立ち上げる際は、なるべく早く光源温度を４０℃に上げることが望ましい。まず、光源８２、８４に用いた半導体レーザーの温度制御について説明する。本実施の形態では、室温モニター装置９３を設置し、室温モニター装置９３の検出値を用いて、光源８２、８４すなわち半導体レーザーの温度を制御している。【００９４】
室温モニター装置９３には、サーミスタを用いた。サーミスタは、安価な温度検出手段として有効である。室温モニター装置９３により、室温が検出され、制御回路９２は、室温が制御基準温度の４０℃以下であると判明した場合、光源８２、８４の温度を４０℃にするように、ファン８９、９１の回転を停止するような信号を出力する。同時に、光源８２、８４である半導体レーザーには、定格電流の最大値となる電流が制御回路９２から供給され、半導体レーザーの温度が早く４０℃になるように加熱する。そのときの光源８２、８４の温度がレーザー部温度センサー９６、９８から制御回路９２にフィードバックされ、４０℃近傍になると、ファンを回転させて一定温度に保たれるような制御が行われる。本実施の形態では、室温２５℃に対して光源８２、８４の温度が４０℃になるようにしているが、これは、ファン８９、９１の能力や光源の発熱量を鑑みて適宜調整すればよい。【００９５】
次に、本実施の形態の緑色光源８３に用いたＳＨＧレーザーの立ち上げ方法について説明する。まず、ＳＨＧレーザーの温度特性について、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４は、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長の温度特性を示す図である。図１４からわかるように、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長が１℃当たり０．２５ｎｍ変化することがわかる。固体レーザー１２３は、８０８±１ｎｍの光を効率よく吸収し、基本波である１０６４ｎｍを出力するという特性を持つため、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長は、８０８ｎｍ近傍に固定されることが望ましい。【００９６】
そこで、本実施の形態では、ポンプ用半導体レーザー１２０の波長ロックにグレーティング１２１を用いている。グレーティング１２１を用いた場合、ポンプ用半導体レーザー１２０から出射したレーザー光のうち、８０８ｎｍの光の一部が、ポンプ用半導体レーザー１２０にフィードバックされ、８０８ｎｍに波長がロックされる。結果として、４０±１０℃の範囲で、図１５のように、ほぼシングルモードでの波長ロックが可能となる。このため、ポンプ用半導体レーザー１２０の温度を３０〜５０℃に制御する必要がある。【００９７】
次に、波長変換素子１２４の温度特性について、図１６を用いて説明する。本実施の形態では、擬似位相整合型の波長変換素子１２４として、Ｍｇがドーピングされたニオブ酸リチウム（以下では、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３と表す）を用いた。Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３には、周期状の分極反転が形成されており、基本波（１０６４ｎｍ）から第２高調波（５３２ｎｍ）への波長変換効率を高めている。その他の波長変換素子としては、ＫＴＰなどが挙げられるが、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３のほうが基本波から高調波への変換効率が大きいため、波長変換素子１２４の小型化が可能となるだけでなく、素子の長さを短くできる分、位相整合波長の許容幅の拡大が実現できる。【００９８】
図１６は、波長変換素子１２４の長さが０．５ｍｍのときの変換効率の温度特性を示す図である。図１６において、横軸は波長変換素子１２４の温度、縦軸は基本波から第２高調波への変換効率を示している。図１６からわかるように、波長変換素子１２４の変換効率は、温度によって変化する。本実施の形態で用いた波長変換素子１２４は、４０℃で変換効率が最大となるように設計されている。【００９９】
上述のように、ＳＨＧレーザーを用いる場合、ポンプ用半導体レーザー１２０及び波長変換素子１２４の温度特性に配慮する必要がある。一般的には、ペルチエ素子などのデバイスを用いて、ポンプ用半導体レーザー１２０と波長変換素子１２４とを、ある一定温度にして使用することが多いが、ペルチエ素子などを用いた場合に、消費電力の増大や、ペルチエ素子による発熱が問題となる。このため、本実施の形態では、ファン９０を用いて、ポンプ用半導体レーザー１２０及び波長変換素子１２４の温度を制御している。【０１００】
しかしながら、ファン９０を用いることにより、ＳＨＧレーザーにも温度変化対策の工夫が必要となる。特に、装置の立ち上げ時の制御は重要である。投射型表示装置の立ち上げを早くするためには、まず、ポンプ用半導体レーザー１２０の温度を３０〜５０℃の範囲にする必要がある。よって、使用環境温度が３０℃よりも低い場合、装置の立ち上げ時には、ポンプ用半導体レーザー１２０へ最大定格電流付近の一定電流を制御回路９２から供給してポンプ用半導体レーザー１２０を加熱し、緑色光源８３の温度が４０℃付近に達した後で出力安定化制御に伴う駆動電流を流す手順とした。なお、装置起動時のポンプ用半導体レーザー１２０の温度上昇を早めるため、起動時にファン９０を停止する点は、赤色や青色半導体レーザーの場合と同様である。【０１０１】
次に、波長変換素子１２４の温度も４０℃近傍にする必要がある。ポンプ用半導体レーザー１２０の温度は、電流を供給することですぐに上昇するため、低温時の立ち上げ時間を遅くする要因にはあまりならないが、波長変換素子１２４自体は、基本的に発熱体ではないため、温度上昇に時間を要する。【０１０２】
本実施の形態では、第１に、上述のポンプ用半導体レーザー１２０へ最大定格電流を投入し、立ち上げ時の発熱を大きくし、銅等の高熱伝導性を有する金属等からなるＳＨＧレーザーの筐体１２７を通じて、波長変換素子１２４の温度上昇をアシストしている。第２に、使用環境温度が低い場合は、加熱装置１２６を用いて、波長変換素子１２４の温度上昇を早くしている。加熱装置１２６としては、電熱ヒーターを用いた。波長変換素子１２４の温度は、波長変換素子温度モニター１３２を用いて確認され、制御回路９２によって電熱ヒーターへの投入電流が制御される。電熱ヒーターを用いることにより、１分以内に波長変換素子１２４の温度が４０℃に上昇することが可能となり、装置立ち上げ１分以内に正常な映像出力が可能となった。このようにして、本実施の形態では、低温時に投射型表示装置を立ち上げる場合において、装置起動時から１分以内で適切な色バランスの映像を見ることが可能となる。【０１０３】
なお、本実施の形態では、ポンプ用半導体レーザー１２０として、ファブリペロー型の半導体レーザーを用い、これに透過型のグレーティング１２１を付加したが、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型やＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型の半導体レーザーを用いることも有効である。ＤＦＢ型やＤＢＲ型の半導体レーザーを用いると、グレーティング無しで波長が安定に保たれる。また、ファブリペロー型に比べて高コストであるというデメリットがあるが、量産化が進み、低価格化が実現されれば、有効な光源である。【０１０４】
また、本実施の形態では、前面投射型の表示装置について説明しているが、背面投射型の表示装置（リアプロジェクション）についても、適用可能であることは自明であり、レーザーを用いた照明装置にも適用可能である。【０１０５】
次に、上述の投射型表示装置の立ち上げ時の制御方法について詳細に説明する。図１７は、図１２に示す投射型表示装置の立ち上げ時の制御方法を説明するためのフローチャートである。図１７のフローチャートは、本実施の形態を踏まえて作成してある。【０１０６】
本投射型表示装置では、まず、制御回路９２は、ステップＳ１において、室温モニター装置９３により装置を使用する環境の温度をモニターし、ステップＳ２において、使用環境の温度が５０℃以下であるか否かを判断する。使用環境の温度が５０℃を超えている場合、光源にかかる負荷が大きいため、ステップＳ１４において、制御回路９２は、使用できないことを伝える表示を行い、装置の起動を停止する。【０１０７】
一方、使用環境の温度が５０℃以下である場合、制御回路９２は、ステップＳ３において、レーザー部温度センサー９６〜９８を用いて光源８２〜８４の温度をモニターし、ステップＳ４において、光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上であるか否かを判断する。光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上である場合には、制御回路９２は、ステップＳ５において、ファン８９〜９１の回転を行った後、ステップＳ６において、光源８２〜８４を点灯させ、ステップＳ７において、光源８２〜８４の駆動をＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）動作へ移行する。本実施の形態では、制御基準温度を４０℃にした。【０１０８】
一方、光源８２〜８４の温度が制御基準温度未満である場合、ステップＳ１５において、制御回路９２は、光源８２〜８４に最大定格電流を供給し、制御基準温度への到達を加速する。また、緑色光源８３の温度が制御基準温度未満である場合、制御回路９２は、同時に加熱装置１２６を用いて波長変換素子１２４への加熱も実施する。【０１０９】
次に、制御回路９２は、ステップＳ１６において、レーザー部温度センサー９６〜９８を用いて光源８２〜８４（半導体レーザー）の温度をチェックするとともに、波長変換素子温度モニター１３２を用いて波長変換素子１２４の温度をチェックし、ステップＳ１７において、光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度以上であるか否かを判断する。光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度未満である場合、制御回路９２は、光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度付近になるまで、ステップＳ１５以降の処理を繰り返す。【０１１０】
一方、光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度以上になると、制御回路９２は、ステップＳ１８において、ファン８９〜９１の回転を行い、ステップＳ１９において、光源８２〜８４の駆動をＡＰＣ動作へ移行する。なお、波長変換素子１２４への加熱は、この段階で終了してもよいし、制御基準温度を保持するように制御してもよい。【０１１１】
制御基準温度付近に制御された後は、制御回路９２は、ステップＳ８において、レーザー部温度センサー９６〜９８を用いて光源８２〜８４の温度をモニターし、ステップＳ９において、光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上であるか否かを判断する。光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上である場合には、制御回路９２は、ステップＳ１０において、ファン８９〜９１を回転させ、一方、光源８２〜８４の温度が制御基準温度未満である場合、ステップＳ１３において、ファン８９〜９１を減速又は停止させる。このようにして、制御回路９２は、ファン８９〜９１の回転を制御しながら、光源８２〜８４の温度を管理し、ステップＳ１１において、ＡＰＣ駆動を行う。【０１１２】
次に、ステップＳ１２において、制御回路９２は、所定の光源ＯＦＦ信号が入力されたか否かを判断し、上記の動作は、光源８２〜８４をＯＦＦにする信号が供給されるまで継続される。【０１１３】
上記の立ち上げ動作により、本実施の形態では、装置の速やかな立ち上げが行われるとともに、ペルチエ素子を用いることなく、光源８２〜８４の温度制御が実現される。この結果、低温時に投射型表示装置を立ち上げる場合において、装置起動時から１分以内で適切な色バランスの映像を見ることが可能となる。【０１１４】
（第６の実施の形態）
本実施の形態では、図１３における加熱装置１２６として紫外光源を用いたＳＨＧレーザーを搭載した投射型表示装置について説明する。本実施の形態の基本的な構成は、第５の実施の形態とほぼ同様であるので、詳細な説明を省略し、図１３を代用して本実施の形態の特徴部分について説明する。【０１１５】
図１８は、波長変換素子１２４の材料であるＭｇ：ＬｉＮｂＯ３の波長に対する透過率を示す図である。図１８から、波長変換素子１２４は、４００ｎｍ以下の光に対して吸収を持ち、波長が短くなるにつれて透過率が低下することがわかる。この特性を鑑み、本実施の形態では、波長変換素子１２４の加熱装置１２６として、紫外光を出射するＬＥＤを用いた。具体的には、波長３５０ｎｍのＬＥＤを複数個使用し、図１３の加熱装置１２６の部分に複数のＬＥＤを埋め込んだ。ＬＥＤから出射された紫外光は、波長変換素子１２４に吸収され、熱へと変換される。【０１１６】
この結果、本実施の形態においても、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合、ＬＥＤによる紫外光の照射により、波長変換素子１２４の温度上昇をアシストすることが可能となる。なお、本実施の形態では、波長３５０ｎｍのＬＥＤを用いたが、さらに波長の短いＬＥＤや半導体レーザーが入手可能となれば、効果はより大きくなる。【０１１７】
（第７の実施の形態）
本実施の形態について図１９を用いて説明する。図１９は、本実施の形態の投射型表示装置のうち光源１０２〜１０４の周辺部分を拡大した図である。なお、図１９に示す部分以外は、図１２に示す投射型表示装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。【０１１８】
図１９に示す光源１０２としては、赤色半導体レーザーが用いられ、赤色半導体レーザーは、Ｃｕで作られたＬＤホルダ１２９に固定され、光源１０２からの熱がＬＤホルダ１２９を用いて放熱されている。光源１０３には、図１３で示したＳＨＧレーザーが用いられている。光源１０４には、青色半導体レーザーが用いられ、赤色半導体レーザーと同様にＣｕで作られたＬＤホルダ１２９に固定され、光源１０４からの熱がＬＤホルダ１２９を用いて放熱されている。【０１１９】
本実施の形態では、低温時からの投射型表示装置の立ち上げの際の波長変換素子１２４の温度上昇をアシストする手段として、光源１０２、１０４すなわち赤色及び青色半導体レーザーからの発熱を用いた。使用環境温度が低いときに装置を立ち上げる際、制御基準温度である４０℃近傍になるまでの間、ファン１０９〜１１１の駆動は停止され、赤色及び青色半導体レーザーは、発熱しながら温度上昇する。このとき発生する熱を波長変換素子１２４の温度上昇に利用する。【０１２０】
ここで、波長変換素子１２４は、Ｃｕで作られた素子ホルダ１３１で固定されている。素子ホルダ１３１と波長変換素子１２４に形成された分極反転領域とは、接触されていることが好ましい。素子ホルダ１３１の材質は、熱伝導率の大きな材料が好ましく、Ｃｕなどが適している。【０１２１】
また、ＬＤホルダ１２９と素子ホルダ１３１とは、伝熱部材１３０で連結されている。伝熱部材１３０の材質も、熱伝導率の大きな材料が好ましく、Ｃｕが適している。伝熱部材１３０として、ヒートパイプを用いることもより効果が大きい。低温時にファン１０９〜１１１を停止して赤色及び青色半導体レーザーに電流を投入すると、１分以内にＬＤホルダ１２９の温度が４０℃近傍に到達する。ＬＤホルダ１２９から伝熱部材１３０を伝達して素子ホルダ１３１に到達した熱は、波長変換素子１２４を暖める。波長変換素子１２４の大きさは数ミリ角程度であるため、温度上昇は容易に実現される。通常、光学系の小型化を図るために、各光源１０２〜１０４は近接して設置されることが多いので、波長変換素子１２４の加熱に赤色及び青色半導体レーザーの発熱を利用することは、装置の大型化を防ぐことができるため、有効である。【０１２２】
なお、本実施の形態では、波長変換素子１２４の温度上昇のアシストに赤色及び青色半導体レーザーの発熱を利用したが、装置内に含まれる発熱部品であれば、利用可能である。この発熱部品としては、制御回路に用いられる回路部品などが挙げられる。【０１２３】
（第８の実施の形態）
本実施の形態では、波長変換素子に低温時からの立ち上げにむけた対策を施す場合について説明する。本実施の形態の投射型表示装置に用いられる波長変換素子について図２０及び図２１を用いて説明する。なお、図２０に示す波長変換素子以外の部分は、図１２に示す投射型表示装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。【０１２４】
図２０に示すように、本実施の形態で用いた波長変換素子１２４ａは、Ａ部からなる分極反転領域とＢ部からなる分極反転領域との２つの部分から構成される。Ａ部とＢ部とでは分極反転周期が異なり、Ａ部の分極反転周期は、Ｂ部よりも長くなっている。また、Ａ部の長さＬＡは、Ｂ部の長さＬＢよりも短くなっている。【０１２５】
波長変換素子に形成されている分極反転周期が単一である場合、図１６に示すように、温度に対する波長変換の効率はガウス分布のようになるが、本実施の形態のように、分極反転周期の長いＡ部が分極反転周期の短いＢ部に付加されることにより、低温時でも良好な波長変換が可能となる。図２１に破線で示すように、Ａ部は、波長変換素子１２４ａの温度が低い場合に、Ｂ部よりも波長変換効率が大きいという特性を持つ。また、Ａ部の長さはＢ部よりも短いので、波長変換効率がＢ部よりも小さいが、Ａ部は、温度に対する許容度がＢ部よりも大きいという特性を持つので、低温時からＧ光を出力することが可能である。このようなＡ部とＢ部との特性を合わせたものが波長変換素子の実際の波長変換特性であり、図２１に実線でその特性を示す。【０１２６】
ここで、Ｂ部の長さは、１．０ｍｍ以下が望ましい。Ｂ部の長さが１．０ｍｍの場合、波長変換効率の温度に対する許容度の幅は１５℃程度の範囲である。ここでいう許容度とは、波長変換効率が半値になるポイントで決定している。言い換えれば、温度が７．５度変化した場合に波長変換効率が半分になるということである。【０１２７】
波長変換素子の長さを長くすると、温度に対する許容度の幅が、素子の長さに反比例するため、結果として減少してしまう。具体的には、波長変換素子の長さを１．０ｍｍから２．０ｍｍに変更すると、温度に対する許容度の幅は、１５℃から７．５℃になり、高精度な温度制御が必要になってくる。また、波長変換素子の長さが長くなると、共振器中の透過ロスが増加することになり、波長変換素子の長さを長くしても、基本波からＧ光への変換効率の向上はさほど期待できない。一方、Ｂ部の長さが０．３ｍｍ未満になると、設定温度での波長変換効率が小さくなりすぎてしまうので好ましくない。よって、Ｂ部の長さは０．３〜１．０ｍｍが良い。【０１２８】
また、Ａ部の長さであるが、こちらは波長変換効率の大きさよりも温度に対する許容度幅を大きくすることが重要であるため、０．１〜０．２ｍｍ程度が望ましい。たとえば、波長変換素子の長さが０．２ｍｍである場合、温度に対する許容幅は７５℃となるので、Ａ部の変換効率が最大となる温度を２０℃に設計して作製した場合、気温がマイナスになった場合でも、Ｇ光の発光を得ることが可能となる。上述の点を考慮すると、波長変換素子１２４ａの全体（Ａ部＋Ｂ部）の長さ（ＬＡ＋ＬＢ）は、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましい。【０１２９】
また、第１の実施の形態における擬似位相整合型波長変換素子の素子長の検討結果を考慮すると、Ｂ部の長さは、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましく、この場合、Ａ部の長さは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすると、波長変換素子１２４ａの全体（Ａ部＋Ｂ部）の長さ（ＬＡ＋ＬＢ）は、０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。【０１３０】
上記の構成により、本実施の形態では、Ａ部（第１の分極反転領域）の温度に対する許容度がＢ部（第２の分極反転領域）よりも大きくなるとともに、Ａ部の低温時の波長変換効率がＢ部より大きくなるので、温度許容幅を向上することができるとともに、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合でも、装置の立ち上げ時間を短縮することができる。【０１３１】
（第９の実施の形態）
以下の第９乃至第１２の実施の形態では、アレイ型半導体レーザー素子により固体レーザー媒質を励起して基本波レーザー光を発生させ、基本波レーザー光を波長変換素子により高調波レーザー光に変換して可視光高出力レーザーを出力できる固体レーザー装置及びそれを用いた表示装置の構成について説明する。【０１３２】
図２２〜図２４に、本発明の第９の実施の形態の固体レーザー装置である固体レーザー光源２００の概略構成図を示す。図２２は、本実施の形態の固体レーザー光源２００の概略構成を上から見た平面図であり、図２３は、図２２の２３Ａ−２３Ａ線の面から見た固体レーザー光源２００の側面図であり、図２４は、図２２に示す波長変換素子２３３の拡大図である。【０１３３】
図２２に示すように、固体レーザー装置である固体レーザー光源２００は、複数の活性領域２２１（例えば、８個の活性領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２１ｅ、２２１ｆ、２２１ｇ、２２１ｈ）から励起光２２２を出射する半導体素子（半導体レーザ光源）２２３と、半導体素子２２３の複数の活性領域２２１をそれぞれ独立に駆動して励起光２２２を制御する制御部２２４とを備えている。複数の活性領域２２１は、制御部２２４内に配置された制御回路２４４ａ及び複数の電源２２５（例えば、８個の電源２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄ、２２５ｅ、２２５ｆ、２２５ｇ、２２５ｈ）によりそれぞれ独立して駆動される。【０１３４】
そして、固体レーザー光源２００は、固体レーザー素子２３０と、波長変換素子２３３とをさらに備える。固体レーザー素子２３０は、複数の励起光２２２により少なくとも一部が励起される固体レーザー媒質２２６と、固体レーザー媒質２２６の半導体素子２２３に対向した端面２２７及び出力ミラー２２８とで構成されるレーザー共振器２２９とからなる。波長変換素子２３３は、レーザー共振器２２９内に配置されて固体レーザー素子２３０で発振した複数の基本波光２３１を複数の高調波光２３２に変換する。【０１３５】
固体レーザー光源２００は、出力ミラー２２８から複数の高調波光２３２を複数の出力光２３４（例えば、８個の出力光２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｇ、２３４ｈのいずれか）として出力する。このとき、複数の励起光２２２により励起された固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する複数の発生部２３５（例えば、８個の２３５ａ、２３５ｂ、２３５ｃ、２３５ｄ、２３５ｅ、２３５ｆ、２３５ｇ、２３５ｈのいずれか）の位置が時間的に変化し、マルチビームの高調波光２３２が出射される。この高調波光２３２は、出力ミラー２２８より固体レーザー光源２００の出力光２３４として取り出される。【０１３６】
なお、励起光２２２は、半導体素子２２３から拡がって出射されるので、シリンドリカルレンズなどの光学系（図示せず）を用いて平行光に変換したのちに固体レーザー媒質２２６に入射されて固体レーザー媒質２２６を励起する。【０１３７】
このような構成により、半導体素子２２３の複数の活性領域２２１が全て電源２２５により駆動されたときには、図２３に示すように、複数の出力光２３４（例えば、８個の出力光２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｇ、２３４ｈ）が、８本のビームからなるマルチビームとして出力ミラー２２８から出力される。【０１３８】
例えば、１つのビームから０．５Ｗの波長５３２ｎｍの緑色レーザー光が出力されるようにしたときに、表示装置の光源として１Ｗの緑色レーザー光が必要な場合は、出力光２３４の８本のビームのうち、任意の２つのビームを利用することにより、必要な１Ｗの緑色レーザー光が得られる。この２つのビームは、図２２で示す半導体素子２２３の複数の活性領域２２１のうちの２つを複数の電源２２５のうちの２つにより駆動することで得られる。このときに他の６つの活性領域２２１は、他の６つの電源２２５により駆動されないので動作していない。また、この活性領域２２１が動作するときに出射される励起光２２２により励起される固体レーザー素子２３０の対応する領域、及びこれに対応する波長変換素子２３３の領域も動作しない。【０１３９】
したがって、このような動作を一定時間行った後に、連続した次の一定時間の間は、先の一定時間の間に動作した２つの活性領域２２１とは異なる活性領域２２１のうちの任意の２つの活性領域２２１を動作させる。そして、この活性領域２２１からの励起光２２２により、図２３の異なる場所から出力光２３４が得られる。【０１４０】
このような構成により、励起光２２２により励起された固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する発生部２３５の位置が時間的に変化し、固体レーザー光源２００は、マルチビームの高調波光２３２を出射する。このようにすると、連続して同じ場所を動作させることなく、一定時間動作した場所は次の一定時間には動作させないので、長寿命で高信頼性の固体レーザー光源２００が実現される。【０１４１】
そして、固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する領域及び波長変換素子２３３の高調波光２３２を発生する領域が時間的に変化することにより、同じ出力の出力光２３４がマルチビームで出射され、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。また、このような固体レーザー光源２００を使用して画像などを表示すると、高調波光２３２がマルチビームで一定時間ごとに異なる位置から出射するので、スペックルノイズが低減された画像を表示することができる。【０１４２】
また、固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する領域が時間的に変化することにより、レーザー共振器２２９内部の熱分布が変化し、発振モードの空間分布が変化する。これによって、固体レーザー光源２００の発振波長スペクトルが拡大し、レーザー光のコヒーレントが低下するので、干渉性を抑えてスペックルノイズを低減できる。なお、熱分布の変化を利用しているため、変調周波数としては、６０Ｈｚ以上の変調速度が必要である。これ以下の変調周波数の場合、熱的変動が小さくなり、スペクトル拡大が減少するためである。【０１４３】
さらに、固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する領域を時間的に変化させることにより、以下のようにして高調波光２３２の出力安定化が図れる。レーザー共振器２２９内部で高調波光２３２を発生させる場合、レーザー共振器２２９内部で発生する高調波光２３２は、共振器ミラー（端面２２７及び出力ミラー２２８）の何れかのミラーに反射され、再び非線形結晶内部を通過する。この際に、高調波光２３２が非線形光学効果により基本波光２３１に再び変換され、レーザー共振器２２９内部で共振している基本波光２３１と干渉して、出力変動を発生するという問題があり、一般的に「Ｇｒｅｅｎ  Ｐｒｏｂｌｅｍ」と呼ばれている。【０１４４】
このような発生した高調波光２３２の逆変換による出力の不安定性の発生にも、本実施の形態の構成は有効である。本実施の形態では、レーザー共振器２２９内部でのレーザーの発生場所を部分的に変化させる。このときの変化の周波数を、６０Ｈｚ以上、固体レーザー媒質２２６の緩和振動周波数以下（例えば、Ｎｄ系の固体レーザーであれば数ｋＨｚ以下）の範囲で変化させれば、レーザー共振器２２９の発振状態を常に不安定な状態に維持できる。この状態であれば、逆変換で発生した基本波光２３１と基の基本波光２３１との干渉性が大きく劣化するため、干渉効果による出力の不安定性を改善できる。【０１４５】
また、同一場所で出力を変動させると、ＯＮ／ＯＦＦ状態を維持する必要があり、平均出力が低下するが、これに対して、本実施の形態の構成のように、発生場所を時間的に変化させることにより、レーザー共振器２２９としては、常に発光状態にあり且つ発光場所のみが時間的に変化する構成をとれば、高出力特性を保ったまま、出力を安定化させる。このような構成としては、何れかの場所が必ず励起されており、且つ同一の場所が固体レーザー媒質２２６の緩和振動周波数を超えて、例えば１ｍｓ以上連続して励起されないように、固体レーザー媒質２２６の発光場所を常に変えることにより、安定した高調波出力が得られる。【０１４６】
また、図２４に示すように、波長変換素子２３３として、周期状の分極反転構造３０３を有する非線形光学素子を用いることにより、スペックルノイズの低減が図れる。なお、波長変換素子２３３に、周期状の分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３などを用いることにより、高い非線形定数を利用できるため、高効率化が図れる。【０１４７】
さらに、図２４に示すように、周期状の分極反転構造３０３の位相を部分的に異なるように配置する。例えば、一方の分極反転構造３０３の位相に対して他方の分極反転構造３０３の位相を１８０度ずらして複数の分極反転構造３０３を交互に配置することが好ましい。これによって、波長変換素子２３３を通過する基本波光３０２のビームは変化せず、発生する高調波光３０１のビームの位相が場所によって異なり、出射ビームがマルチビームになる。このように、基本波ビームの発生場所を時間的に変化させる構成に加えて、発生する短波長光のビームをマルチモード化することにより、ビームの変化を大きくしてスペックルノイズをより低減できる。【０１４８】
周期状の分極反転構造３０３としては、光の伝搬方向（図中の左右方向）に対して周期状の分極反転領域が形成されており、この分極反転領域が、光に対して垂直な方向に複数の部分に分かれており、複数の部分の分極反転周期はほぼ等しく、且つ分極反転周期の位相が各部分で異なっている。【０１４９】
上記の位相の揃った分極反転構造３０３の幅Ｗは、レーザー共振器２２９内で共振する基本波光３０２のビーム径より小さく、且つ分極反転周期の１０倍以上であることが望ましい。基本波光３０２が位相の異なる分極反転部分を横切ることで、位相の異なる高調波光３０１が発生してマルチビームになる。構造が周期の１０倍以下になると隣接するビーム間の干渉で効率が低下する。【０１５０】
また、分極反転構造３０３の位相差としては、隣り合う部分の位相差がΛ／２（Λは、高調波光３０１の波長）になれば、反転位相の高調波光３０１となって２つのビームとなる。なお、Λ／４でも、ビーム干渉によりマルチビームが発生する。このように、高調波光３０１をマルチビーム化することにより、ビーム断面積を大きくすることができる。これによって、高調波光３０１のパワー密度を低減でき、高出力耐性を向上できる。また、前述のように、発生した高調波光３０１がレーザー共振器２２９内部で干渉して出力を不安定にする現象があるが、これに対しても、高調波光３０１をマルチモード化することにより、干渉度が低下し、出力が安定になった。【０１５１】
周期状の分極反転構造３０３の位相差を設ける場所としては、いくつかの構成がある。一つの構成は、１つの励起光により発生する基本波ビーム内で位相の異なる部分を波長変換素子２３３に設ける方式である。例えば、基本波光３０２のビーム間隔が２５０μｍの場合、分極反転構造３０３の位相を２５０μｍ毎にΛ／２ずらす構成を設ける。この場合、位相段差の部分が基本波光３０２のほぼ中央に来るように、固体レーザー媒質２２６と波長変換素子２３３との位置を調整すれば、発生するビームが２つに分かれたマルチモードのビームが発生する。【０１５２】
他の構成として、基本波光３０２毎に位相の異なる周期分極反転構造を波長変換素子２３３に設ける構成である。この場合、固体レーザー媒質２２６の励起として半導体素子２２３の複数の活性領域２２１を同時に駆動して使用する。このとき、固体レーザー媒質２２６の複数の発生部２３５が励起され、それぞれから発生した高調波光３０１の位相が異なることにより、干渉パターンが複雑に変化するので、スペックルノイズの低減効果が増大する。【０１５３】
また、上記構成を組み合わせることも可能である。それぞれの基本波光３０２内で位相差のある分極反転構造を構成し、且つ互いの分極反転構造の位相が異なる場合である。この場合も、マルチビーム内の位相差の時間変化が大きくなり、スペックルノイズ低減効果が大きくできる。【０１５４】
また、レーザー共振器２２９内部で波長変換を行う場合、発生した短波長光が互いに干渉して出力が不安定になる。これに対して、本実施の形態では、マルチビームの発生箇所を時間的に変化させることにより、レーザー共振器２２９内部の発振モードを変化させることができるので、干渉性を抑えて不安定性を改善することが可能になった。【０１５５】
なお、本実施の形態では、図２２に示すように、独立して駆動可能な複数の活性領域２２１を有する半導体レーザーアレイ素子２３６から半導体素子２２３を構成したが、この例に特に限定されない。例えば、半導体素子２２３として、図２５に示すように、それぞれの活性領域２２１（例えば、８個の活性領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２１ｅ、２２１ｆ、２２１ｇ、２２１ｈ）から励起光２２２を出射する並列に配置された複数の半導体レーザー素子２３７（例えば、８個の半導体レーザー素子２３７ａ、２３７ｂ、２３７ｃ、２３７ｄ、２３７ｅ、２３７ｆ、２３７ｇ、２３７ｈ）を用いてもよい。このような構成とすることにより、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。また、レーザー共振器２２９内部に過飽和吸収体を挿入してもよく、この場合、高ピークパワーの出力を発生することができる。【０１５６】
次に、複数の活性領域２２１を時間的に切り換えて、基本波光２３１が発生する発生部２３５の位置が時間的に変化してマルチビームの高調波光２３２を出射する構成について、具体例を挙げて説明する。【０１５７】
図２６は、本実施の形態の固体レーザー光源２００の動作を示すタイムチャートである。図２６において、活性領域２２１のＮｏ．は、図２２の半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１である活性領域２２１ａ〜２２１ｈの英字ａ〜ｈに対応している。また、図２６では、固体レーザー光源２００が所定の動作時間Ｔｏｐの間にどの活性領域２２１をどの時間に動作させているかを示している。この所定の動作時間Ｔｏｐは、設定時間Ｔの単位で第１の設定時間Ｔ１〜第Ｎの設定時間ＴＮに分かれており、設定時間が切り替わる周波数ｆは、設定時間Ｔの逆数となっている。【０１５８】
図２７は、第１の設定時間Ｔ１においてマルチビームを出射している図２２と同じ構成の固体レーザー光源２００を示す概略構成図である。図２７に示すように、第１の設定時間Ｔ１において、半導体レーザーアレイ素子２３６の活性領域２２１ｃ、２２１ｅがそれぞれ電源２２５ｃ、２２５ｅにより駆動され、励起光２２２ｃ、２２２ｅが固体レーザー媒質２２６に入射する。そして、固体レーザー媒質２２６の発生部２３５ｃ、２３５ｅが励起光２２２ｃ、２２２ｅにより励起され、基本波光２３１ｃ、２３１ｅが発振する。基本波光２３１ｃ、２３１ｅは、波長変換素子２３３により高調波光２３２ｃ、２３２ｅに変換され、出力光２３４ｃ、２３４ｅとして、２つのビームからなるマルチビームが出力される。【０１５９】
このように、図２７では、２つの活性領域２２１ｃ、２２１ｅを選択して２つのビームを出力し、２つの出力光２３４ｃ、２３４ｅを固体レーザー光源２００のマルチビームの出力としている。すなわち、制御部２２４は、所定の動作時間Ｔｏｐ内の第１の設定時間Ｔ１に動作させる動作活性領域２４１を、半導体レーザーアレイ素子２３６（半導体素子２２３）の複数の活性領域２２１中から選択して動作させることにより、マルチビームの高調波光２３２ｃ、２３２ｅを出力光２３４ｃ、２３４ｅとして出射している。【０１６０】
再び図２６を参照して、制御部２２４は、上記のように、所定の動作時間Ｔｏｐ内の第1の設定時間Ｔ１において、活性領域２２１ｃ、２２１ｅ（図２７に示す動作活性領域２４１）を選択して動作させた後、第２の設定時間Ｔ２において、活性領域２２１ａ、２２１ｈ（図２７に示す動作活性領域２４２）を選択して動作させ、第３の設定時間Ｔ３において、活性領域２２１ｄ、２２１ｆ（図２７に示す動作活性領域２４３）を選択して動作させ、以降、図示のように活性領域を順次選択して動作させている。なお、動作活性領域２４１〜２４３は、設定時間Ｔの間は電源２２５により駆動され、ＯＮ状態で動作している。【０１６１】
このように、本実施の形態では、２つの活性領域２２１を選択して出力光２３４の２つのビームを出力し、固体レーザー光源２００のマルチビームの出力としている。すなわち、図２６に示すように、制御部２２４は、所定の動作時間Ｔｏｐ内のそれぞれの設定時間Ｔに動作させる動作活性領域を半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１の中から選択して動作させることにより、マルチビームの高調波光２３２を出力光２３４として出射している。【０１６２】
上記のように、半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１のそれぞれを所定の動作時間Ｔｏｐ内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域２２１に集中してその活性領域２２１を磨耗及び劣化させることなく、半導体レーザーアレイ素子２３６を使用することができる。したがって、半導体レーザーアレイ素子２３６を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。同様に、固体レーザー媒質２２６及び波長変換素子２３３においても、特定の領域の温度が上がる状態及び励起光２２２が入射し続ける状態を避けて安定に出力光を出射することができるので、固体レーザー光源２００を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。【０１６３】
また、図２６に示すように、所定の動作時間Ｔｏｐのそれぞれの設定時間の任意の連続する設定時間を第１の設定時間Ｔ１〜第３の設定時間Ｔ３としたとき、制御部２２４は、第１の設定時間Ｔ１において選択された活性領域２２１ｃ、２２１ｅが第２の設定時間Ｔ２において動作活性領域（活性領域２２１ａ、２２１ｈ）として選択されないように制御していることがわかる。同様に、制御部２２４は、第２の設定時間Ｔ２において選択された活性領域２２１ａ、２２１ｈが第３の設定時間Ｔ３において動作活性領域（活性領域２２１ｄ、２２１ｆ）として選択されないようにしており、以降の各設定時間においても同様である。【０１６４】
さらに、図２６に示すように、制御部２２４は、第１の設定時間Ｔ１において選択された活性領域２２１ｃ、２２１ｅ及び活性領域２２１ｃ、２２１ｅに隣接する活性領域２２１ｂ、２２１ｄ、２２１ｆが第２の設定時間Ｔ２において動作活性領域（活性領域２２１ａ、２２１ｈ）として選択されないように制御している。また、制御部２２４は、第２の設定時間Ｔ２において選択された活性領域２２１ａ、２２１ｈ及び活性領域２２１ａ、２２１ｈに隣接する活性領域２２１ｂ、２２１ｇが第３の設定時間Ｔ３において動作活性領域（活性領域２２１ｄ、２２１ｆ）として選択されないように制御している。さらに、第４の設定時間Ｔ４において動作活性領域として選択される活性領域２２１ｂ、２２１ｈは、その前の設定時間Ｔである第３の設定時間Ｔ３において選択された活性領域２２１ｄ、２２１ｆ及び活性領域２２１ｄ、２２１ｆに隣接する活性領域２２１ｃ、２２１ｅ、２２１ｇでもない。同様に、第Ｎの設定時間ＴＮにおいて選択される活性領域２２１ｃ、２２１ｇは、その前の第Ｎ−１の設定時間ＴＮ−１において選択された活性領域２２１ａ、２２１ｅ及び活性領域２２１ａ、２２１ｅに隣接する活性領域２２１ｂ、２２１ｄ、２２１ｆでもない。【０１６５】
上記のように、半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１のそれぞれを前後の設定時間において連続して且つ隣接して使用しないことにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域２２１に集中してその活性領域２２１を磨耗及び劣化させることなく、半導体レーザーアレイ素子２３６を使用することができる。したがって、半導体レーザーアレイ素子２３６を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。同様に、固体レーザー媒質２２６及び波長変換素子２３３においても、特定の領域の温度が上がる状態及び励起光２２２が入射し続ける状態を避けて安定に出力光を出射することができるので、固体レーザー光源２００を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。【０１６６】
また、制御部２２４は、所定の動作時間Ｔｏｐ内の設定時間Ｔが切り替わる周波数ｆが６０Ｈｚ以上且つ固体レーザー媒質２６の緩和振動周波数以下であるように制御している。このような構成とすることにより、人間の眼がちらつきを感じず、固体レーザー光源２００が応答する周波数の範囲内で、各構成要素の使用する領域を時間的に順番に切り換えて使用することができるので、所定の動作時間Ｔｏｐ内では、固体レーザー光源２００全体を満遍なく均等に使用することができる。しかも、マルチビームで動作させるので、表示装置用のレーザー光源として使用したときでも、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。【０１６７】
（第１０の実施の形態）
図２８は、本発明の第１０の実施の形態に係る固体レーザー光源２４０を示す概略構成図である。固体レーザー光源２４０は、図２２で示す固体レーザー光源２００と異なり、出力ミラー２２８に代えて凹面ミラー２３８を使用している。【０１６８】
このような構成にすることにより、活性領域２２１から出射された励起光２２２は、光学系により平行光になっていないので、図２８に示すような拡がったビーム２３９であった場合でも、凹面ミラー２３８と固体レーザー媒質２２６の端面２２７とからレーザー共振器を形成して基本波光２３１を発振することができる。そして、波長変換素子２３３は、基本波光２３１を高調波光２３２に変換し、凹面ミラー２３８から出力光２３４が出射される。なお、本実施の形態における半導体レーザーアレイ素子２３６の駆動方法は、上記の第９の実施の形態又は後述する第１１の実施の形態における駆動方法等を用いることができる。【０１６９】
このように、本実施の形態では、複数の活性領域２２１からの少なくとも１つの励起光２２２により固体レーザー媒質２２６が励起され、励起された固体レーザー媒質２２６から発生した基本波光２３１がそれぞれ安定にレーザー発振を行うことができるので、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。【０１７０】
（第１１の実施の形態）
図２９は、本発明の第１１の実施の形態に係る固体レーザー光源２５０を示す概略構成図である。本実施の形態では、第１０の実施の形態と異なり、半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１のうち１つの活性領域に大きい電流を注入することにより、大出力の励起光２２２を出射させて固体レーザー媒質２２６を励起し、固体レーザー媒質２２６中に基本波光２３１の２つの発生部２５２、２５３を生じさせている。この結果、波長変換素子２３３は、２つの基本波光２３１を２つの高調波光２３２に変換し、凹面ミラー２３８からマルチビームの出力光２５４が出射される。【０１７１】
すなわち、制御部２２４は、動作活性領域２５１を１つ選択し、第９の実施の形態で示した所定の動作時間Ｔｏｐ内のそれぞれの設定時間Ｔに動作活性領域２５１から出射される励起光２２２を増大させて固体レーザー媒質２２６を励起する。このことにより、固体レーザー媒質２２６中に基本波光２３１を発生する２以上の発生部２５２、２５３を生じさせ、図２９に示すマルチビームの高調波光２３２を出力光２５４として出射している。【０１７２】
このような構成にして、設定時間Ｔごとに順番に励起光２２２を出射する動作活性領域２５１として、前の設定時間Ｔで選択したものと異なる活性領域２２１が選択されることにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域２２１に集中してその活性領域２２１を磨耗及び劣化させることなく、半導体レーザーアレイ素子２３６を使用することができる。したがって、半導体レーザーアレイ素子２３６を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。【０１７３】
また、励起光２２２で励起された固体レーザー媒質２２６において、固体レーザー媒質２２６の端面２２７と凹面ミラー２３８とで構成されるレーザー共振器により定在波が立つ領域が、基本波光２３１の発生部２５２、２５３として選択される。この発生部２５２、２５３及び波長変換素子２３３の波長変換領域２５５、２５６も、設定時間Ｔごとに別の場所が選択されて動作するので、特定の領域が集中して動作されることがなく、レーザー光や発熱の影響を過剰に受けて磨耗や劣化が生じることがない。【０１７４】
このように構成された固体レーザー光源２５０は、マルチビームの出力光２５４を出射するので、例えば、この２つのビームを集光して表示装置の光源などに使用すると、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。【０１７５】
（第１２の実施の形態）
図３０は、本発明の第１２の実施の形態に係る固体レーザー光源２６０を示す概略構成図である。図３０に示すように、本実施の形態では、図２９の固体レーザー光源２５０の構成に加えて、凹面ミラー２３８の外部に回折格子２５７をさらに配置している。この場合、出力光２６１は、２つの出力光２６１ａ、２６１ｂからなるマルチビームとなり、回折格子２５７によりマルチビームの出射角度が拡大される。このような構成とすることにより、出射するマルチビームの角度をさらに広げることができ、一層スペックルノイズを低減することができる。【０１７６】
（第１３の実施の形態）
本発明の第１３の実施の形態として、図３１に、上記で説明した第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源を適用した画像表示装置の構成の一例について概略構成図を示す。図３１に示すように、本実施の形態の画像表示装置３１０は、複数のレーザー光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃと、このレーザー光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを走査する走査部３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃとを備えている。【０１７７】
レーザー光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃは、少なくとも赤色（Ｒ光）、緑色（Ｇ光）及び青色（Ｂ光）をそれぞれ出射する光源を用いた。赤色レーザー光源（Ｒ光源）３０１ａには波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザー装置を、青色レーザー光源（Ｂ光源）３０１ｃには波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザー装置を用いている。また、緑色レーザー光源（Ｇ光源）３０１ｂには波長５３２ｎｍの上記の第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源うちのいずれかを用いている。【０１７８】
次に、本実施の形態の画像表示装置３１０の光学的な構成について説明する。画像表示装置３１０の各光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃから出射されたレーザービームは、集光レンズ３０９ａ、３０９ｂ、３０９ｃにより集光された後、走査部を構成する反射型２次元ビーム走査装置３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃにより走査され、ミラー３００ａ、凹レンズ３０９及びミラー３００ｃを経由して拡散板３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ上を走査される。【０１７９】
拡散板３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃを通過したレーザービームは、フィールドレンズ３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃにより絞られて空間光変調素子３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃに導かれる。画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれのデータに分割されており、その信号を空間光変調素子３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃに入力し、空間光変調素子３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃにより変調された光がダイクロイックプリズム３０６により合波され、カラー画像が形成される。このように合波された画像は、投射レンズ３０７によりスクリーン３０８に投影される。【０１８０】
但し、Ｇ光源３０１ｂから空間光変調素子３０５ｂに入射する光路中には、空間光変調素子３０５ｂにおけるＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするために、凹レンズ３０９が挿入されている。また、Ｇ光源３０１ｂは、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源に集光レンズ（図示せず）などの光学部品を付加して、出力光のマルチビームが集光されることにより、反射型２次元ビーム走査装置３０２ｂで走査しやすいようにしている。【０１８１】
このように、本実施の形態の画像表示装置３１０においては、Ｇ光源３０１ｂとして、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー装置を用いているので、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができ、長寿命で高信頼性の画像表示装置３１０を実現することができる。【０１８２】
なお、反射型２次元ビーム走査装置３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃとして、レンチキュラーレンズ、又はマイクロレンズアレイを時間的に振動させる方式が好ましい。マルチビームの場合、ビームの強度分布が画面上に現れると、画面内に強度分布が生じ、映像に影響を及ぼす。また、一方向にビームを振ると、黒い筋が現れて画質を落とす。これらを防止する方法として、第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー装置からのマルチビームと、レンチキュラーレンズ又はマイクロレンズアレイとを組み合わせる構成がある。【０１８３】
このとき、反射型２次元ビーム走査装置３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃのビームを走査する周波数は、半導体素子２２３（図２２参照）の発光位置を時間的に変化させる周波数と異なることが望ましい。ビーム走査の周波数と、半導体素子２２３の発光位置を変化させる周波数とが同期すると、ビームの変化が観測されて映像にノイズが重畳され、画面が乱れるが、周波数が互いに異なることにより、複雑なビームの動きが実現でき、スペックルノイズをより低減できるためである。【０１８４】
また、マルチビームの光源の場合、ビームとビームとの重なり部分に干渉による暗部が存在するが、レンチキュラーレンズ又はマイクロレンズアレイを用いると、ビームが多数分割されるため、暗部が視認されなくなり、画質が向上する。なお、マイクロレンズアレイのレンズの大きさは、マイクロレンズアレイ上でのマルチビームの大きさより小さくすることが好ましく、この場合、投射光の均一性を向上できるとともに、マルチビームによるビームの強度分布を均一化できる。【０１８５】
（第１４の実施の形態）
本発明の第１４の実施の形態として、図３２に、上記で説明した第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源を含むバックライト照明装置を用いた液晶表示装置３２０の模式的な構成図を示す。図３２に示すように、液晶表示装置３２０は、液晶表示パネル３２１と、液晶表示パネル３２１を背面側から照明するバックライト照明装置３１１とを備えて構成されている。【０１８６】
バックライト照明装置３１１は、レーザー光源３１２と、レーザー光源３１２からのＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザー光をまとめて導光部３１４を介して導光板３１５に導く光ファイバ３１３と、導入したＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザー光で均一に満たされ、主面（図示せず）からレーザー光を出射する導光板３１５とから構成されている。液晶表示パネル３２１は、バックライト照明装置３１１から出射されるＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザー光を利用して画像表示を行う偏光板３２２及び液晶板３２３から構成される。【０１８７】
レーザー光源３１２は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射するＲ光源３１２ａ、Ｇ光源３１２ｂ及びＢ光源３１２ｃから構成される。Ｒ光源３１２ａ、Ｇ光源３１２ｂ及びＢ光源３１２ｃはそれぞれ赤色、緑色及び青色のレーザー光を出射する。このレーザー光源３１２のうち、Ｇ光源３１２ｂが第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源を用いて構成される。【０１８８】
ここで、Ｒ光源３１２ａには波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザー装置を、Ｂ光源３１２ｃには波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザー装置を用いている。また、Ｇ光源３１２ｂには波長５３２ｎｍの上記の第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源うちのいずれかを用いている。なお、Ｇ光源３１２ｂは、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源に集光レンズ（図示せず）などの光学部品を付加して、出力光のマルチビームが光ファイバ３１３に集光されて導光板３１５に導かれるようにしている。【０１８９】
光ファイバ３１３は、マルチモードのファイバであることが望ましい。この場合、Ｇ光源３１２ｂとなる固体レーザー光源の発振モードを時間的に変化させたときに、導光部３１４に入射する光のビームパターンが変化し、スペックルノイズを低減することが可能になる。なお、マルチモードのグリーンレーザーは、出射ビームが時間的に変化し、ファイバとの結合損失を低減するため、コア径を５００μｍ以上にする必要がある。【０１９０】
このように、本実施の形態の液晶表示装置３２０においては、Ｇ光源３１２ｂとして、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源を用いているので、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができ、長寿命で高信頼性の画像表示装置を実現することができる。【０１９１】
（第１５の実施の形態）
本発明の第１５の実施の形態として、図３３に、上記で説明した第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源を含むバックライト照明装置を用いた液晶表示装置３３０の模式的な構成図を示す。【０１９２】
バックライト照明装置３１１の赤色レーザー光源及び青色レーザー光源としては、図３２で示したものと同様のＲ光源３３１及びＢ光源３３２が配置され、赤色レーザー光及び青色レーザー光が、光ファイバ３１３により導光部３１４を介して導光板３１５に入射される。【０１９３】
ここで、Ｇ光源としては、液晶表示パネル３２１の背面側に固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６が複数個配置されている。固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６は、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源から構成され、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６の出力光３３８のマルチビームが、液晶表示パネル３２１の背面側に配置された導光板３１５の導光部３３７に直接照射されることにより、導光板３１５に緑色レーザー光が入射する。【０１９４】
また、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６は、固体レーザー媒質が異なるものから構成されていてもよい。例えば、固体レーザー媒質として、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡＧなどの異なる媒質を並べて構成してもよい。また、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６のうち、隣接する固体レーザー光源の出力光である高調波光の波長が、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲で互いに異なるようにしてもよい。【０１９５】
上記のような構成にすることにより、緑色レーザー光に起因するスペックルノイズをさらに低減することができる。また、このような高調波光の波長の異なる固体レーザー光源を交互に並べて、全体として色むらが出ないようにしてもよい。【０１９６】
上記の構成により、本実施の形態では、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示する、長寿命で高信頼性の画像表示装置を実現することができる。また、色むらの少ない鮮明な緑色からなる画像を表示することもできる。【０１９７】
また、本実施の形態では、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６は、発生するビームを時間的に変化させることが可能なため、導光板３１５を導波する場合に、ビームが時間的に変化し、スペックルノイズを大幅に低減することができる。さらに、導光板３１５内部でビームが拡散されることにより、スペックルノイズの低減効果がより強くなる。また、マルチビームによるビームの強度分布のむらに関しても、導光板３１５内で拡散されることにより、均一化されるという効果も得られた。【０１９８】
また、通常のスペックルノイズの低減の方法は、レーザービームの進路を時間的に変化させる方法が用いられるため、ビームを走査、又は拡散板を走査するといった機械的な駆動部を必要とする。これに対して、本実施の形態では、固体レーザー媒質を励起する半導体素子の発光点を時間的に変化させることにより、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６から発生するマルチビームのビーム形状を時間的に変化させることができ、スペックルノイズの大幅な低減を可能にしている。この結果、本実施の形態では、機械的な駆動部を必要としないため、信頼性に優れた画像表示装置を実現することができる。なお、上記の各実施の形態の構成は、任意に組み合わせることができ、この場合も、同様の効果を得ることができる。【０１９９】
上記の各実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係る固体レーザー装置は、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て基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、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、前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下である。【０２００】
この固体レーザー装置においては、温度許容幅が広く、精密な温度制御をしなくても、大出力で且つ波長安定性の良好なレーザー光を出力することができ、表示装置に用いる場合には装置の小型化及び低コスト化を実現できる。【０２０１】
前記分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましい。【０２０２】
この場合、高出力化が可能で、且つ温度許容幅を広くすることができるので、低コストで大出力の固体レーザー装置を実現することができる。また、擬似位相整合型波長変換素子の素子長が短いため、波長変換特性の許容幅が拡大し、レーザー光の波長幅を増大することができ、スペックルノイズの低減も実現される。【０２０３】
前記分極反転領域は、第１の周期を有する第１の分極反転領域と、前記第１の周期より短い第２の周期を有する第２の分極反転領域とを含み、前記第２の分極反転領域の長さは、前記第１の分極反転領域の長さより短いことが好ましい。ここで、前記第１及び第２の分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、１．２ｍｍ以下であることが好ましく、前記第１の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、前記第２の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。【０２０４】
この場合、第１の分極反転領域の温度に対する許容度が第２の分極反転領域よりも大きくなるとともに、第１の分極反転領域の低温時の波長変換効率が第２の分極反転領域より大きくなるので、温度許容幅を向上することができるとともに、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合でも、装置の立ち上げ時間を短縮することができる。【０２０５】
前記固体レーザー装置は、前記擬似位相整合型波長変換素子の近傍に配置され、前記擬似位相整合型波長変換素子を加熱する加熱装置をさらに備えることが好ましい。【０２０６】
この場合、擬似位相整合型波長変換素子を加熱することができるので、制御基準温度よりも低い環境温度から装置を立ち上げ駆動する際の立ち上げ時間の短縮が実現されるとともに、制御基準温度に早期に達するため、立ち上げ時から装置を安定的に駆動することができる。【０２０７】
前記加熱装置は、電熱ヒーターであることが好ましい。この場合、電熱ヒーターを用いることにより、装置の低コスト化を図りながら、擬似位相整合型波長変換素子の温度を短時間で制御基準温度以上にすることができる。【０２０８】
前記加熱装置は、紫外光源であってもよい。この場合、紫外光源から出射された紫外光が擬似位相整合型波長変換素子に吸収されて熱に変換されるので、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合に、擬似位相整合型波長変換素子の温度上昇をアシストすることができる。【０２０９】
前記固体レーザー装置は、前記擬似位相整合型波長変換素子の温度が制御基準温度よりも低い場合に、前記半導体レーザー光源に定格最大電流を供給して前記半導体レーザー光源の立ち上げ動作を制御する制御回路をさらに備えることが好ましい。【０２１０】
この場合、半導体レーザー光源の温度を早期に上昇させることができるので、制御基準温度よりも低い環境温度から装置を立ち上げ駆動する際の立ち上げ時間の短縮が実現されるとともに、制御基準温度に早期に達するため、立ち上げ時から装置を安定的に駆動することができる。【０２１１】
前記ミラーは、前記固体レーザー媒質及び前記擬似位相整合型波長変換素子の光入射面に対して４５度の傾きを有して配置され、前記レーザー光は、前記ミラーを介して前記固体レーザー媒質に入射するとともに、前記基本波レーザー光は、前記ミラーを介して前記擬似位相整合型波長変換素子に入射し、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は、前記ミラーを介して出射することが好ましい。【０２１２】
この場合、固体レーザー媒質と擬似位相整合型波長変換素子とを充分大きなヒートシンクにより冷却することが可能となるだけでなく、擬似位相整合型波長変換素子で発熱が生じやすい領域を効果的に放熱することができる。これらにより、ペルチエ素子等を用いた精密な温度制御を行うことなく、発熱によるレーザー出力の変動を抑制することができる。【０２１３】
前記固体レーザー媒質と前記擬似位相整合型波長変換素子とは、それぞれ異なるヒートシンクに固定されていることが好ましい。【０２１４】
この場合、固体レーザー媒質と擬似位相整合型波長変換素子とを個別に充分大きなヒートシンクにより冷却することができる。【０２１５】
前記固体レーザー装置は、前記レーザー光の発振波長を固定する発振波長固定部をさらに備えることが好ましい。【０２１６】
この場合、温度変化が生じても、半導体レーザー光源の発振波長が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、発振波長固定部としては、例えば、透過型の回折格子であるＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。この例では、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。【０２１７】
前記半導体レーザー光源は、複数の活性領域から励起光を出射する半導体素子を含み、前記固体レーザー装置は、前記半導体素子の前記複数の活性領域をそれぞれ独立に駆動して前記励起光を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記複数の活性領域の中から選択的に活性領域を駆動することにより、前記励起光により励起される前記固体レーザー媒質の基本波レーザー光を発生する発生部の位置を時間的に変化させて前記擬似位相整合型波長変換素子からマルチビームの高調波レーザー光を出射させることが好ましい。【０２１８】
この場合、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られるので、長寿命で高信頼性の固体レーザー光源が実現できる。また、このような固体レーザー装置を使用して画像などを表示すると高調波レーザー光がマルチビームで出射するのでスペックルノイズが低減された画像を表示することができる。【０２１９】
前記半導体素子は、独立して駆動可能な複数の活性領域を有する半導体レーザーアレイ素子であることが好ましい。この場合、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。【０２２０】
前記半導体素子は、それぞれの活性領域から励起光を出射する、並列に配置された複数の半導体レーザー素子であってもよい。この場合も、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。【０２２１】
前記分極反転領域は、周期の位相が異なる部分を有することが好ましい。この場合、ビーム干渉によりマルチビームが発生し、ビーム断面積を大きくすることができるので、高調波のパワー密度を低減でき、高出力耐性を向上できるとともに、高調波レーザー光をマルチモード化することにより干渉度が低下し、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。【０２２２】
前記ミラーは、凹面ミラーであることが好ましい。この場合、複数の活性領域からの励起光により励起された固体レーザー媒質から発生する基本波レーザー光が、それぞれ安定的にレーザー発振を行うことができる。【０２２３】
前記制御部は、所定の動作時間内に設定された各設定時間に動作させる動作活性領域を前記複数の活性領域の中から選択して駆動することにより、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることが好ましい。【０２２４】
この場合、半導体素子の複数の活性領域の各々を所定の動作時間内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域に集中してその活性領域を磨耗及び劣化させることなく、半導体素子を使用することができるので、半導体素子を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。【０２２５】
前記制御部は、前記動作活性領域として、前記複数の活性領域の中から１つの活性領域を選択し、選択した活性領域から出射される励起光を増大させて前記固体レーザー媒質を励起することにより、前記固体レーザー媒質中に前記基本波レーザー光を発生する２以上の前記発生部を生じさせ、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることが好ましい。【０２２６】
この場合、半導体素子の複数の活性領域のうちの１つの活性領域を所定の動作時間内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域に集中してその活性領域を磨耗及び劣化させることなく、半導体素子を使用することができるので、半導体素子を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。【０２２７】
前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第１の設定時間及び第２の設定時間としたとき、前記第１の設定時間において選択された活性領域が、前記第２の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動することが好ましい。【０２２８】
この場合、第１の設定時間において選択された活性領域が、第２の設定時間において動作活性領域として選択されないように、半導体素子の複数の活性領域の各々を所定の動作時間内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域に集中してその活性領域を磨耗及び劣化させることなく、半導体素子を使用することができるので、半導体素子を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。【０２２９】
前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第１の設定時間及び第２の設定時間としたとき、前記第１の設定時間において選択された活性領域及び当該活性領域に隣接する活性領域が、前記第２の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動するようにしてもよい。【０２３０】
この場合、第１の設定時間において選択された活性領域及び当該活性領域に隣接する活性領域が、第２の設定時間において動作活性領域として選択されないように、半導体素子の複数の活性領域の各々を所定の動作時間内に順番に使用することにより、隣接する活性領域からの熱の移動などによる影響をさらに少なくすることができる。【０２３１】
前記設定時間が切り替わる周波数は、６０Ｈｚ以上、前記固体レーザー媒質の緩和振動周波数以下であることが好ましい。【０２３２】
この場合、画像表示装置用のレーザー光源として使用したときでも、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。【０２３３】
前記固体レーザー装置は、前記ミラーの外部に配置される回折格子をさらに備えることが好ましい。この場合、出射するマルチビームの角度をさらに広げることができるので、一層スペックルノイズを低減することができる。【０２３４】
本発明に係る表示装置は、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、前記照明光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源のうちの少なくとも１つは、上記いずれかに記載の固体レーザー装置からなる。【０２３５】
この表示装置においては、小型で大出力の照明光源を用いているので、表示装置全体を小型化することができるとともに、レーザー光源を用いているので、従来に比べて色再現性をさらに改善することができる。【０２３６】
前記画像変換デバイスは、２次元空間変調デバイスを含み、前記照明光源は、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射したレーザー光を合波して前記２次元空間変調デバイスを照射することが好ましい。この場合、２次元空間変調デバイスの数を必要最小限に削減して表示装置の低コスト化を図ることができる。【０２３７】
前記画像変換デバイスは、３枚の透過型液晶表示パネルを含み、前記透過型液晶表示パネルは、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射するレーザー光に対応してそれぞれ配置され、前記透過型液晶表示パネルを透過した映像光は、合波プリズムにより合波された後に投射されるようにしてもよい。この場合、光源毎に設けられた透過型液晶表示パネルを用いて高精細な画像を表示することができる。【０２３８】
本発明に係る他の表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、前記バックライト照明装置は、複数のレーザー光源を含み、前記複数のレーザー光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、前記緑色光源は、上記いずれかに記載の固体レーザー装置からなる。【０２３９】
この表示装置においては、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示する、長寿命で高信頼性の画像表示装置を実現することができる。【０２４０】
前記固体レーザー装置は、前記液晶表示パネルの背面側に複数個配置されることが好ましい。この場合、さらにスペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。【０２４１】
前記固体レーザー装置のうち、隣接する固体レーザー装置の高調波レーザー光の波長は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲で互いに異なることが好ましい。この場合、色むらの少ない鮮明な緑色からなる画像を表示することができる。【０２４２】
前記表示装置は、前記擬似位相整合型波長変換素子近傍に配置され、装置内の発熱部からの熱を前記擬似位相整合型波長変換素子に伝達する伝熱部をさらに備えることが好ましい。【０２４３】
この場合、発熱部からの熱を擬似位相整合型波長変換素子に伝達して擬似位相整合型波長変換素子を加熱することができるので、制御基準温度よりも低い環境温度から装置を立ち上げ駆動する際の立ち上げ時間の短縮が実現されるとともに、制御基準温度に早期に達するため、立ち上げ時から装置を安定的に駆動することができる。【０２４４】
前記発熱部は、前記赤色光源及び前記青色光源の少なくとも一方であることが好ましい。この場合、赤色光源及び青色光源を伝熱部として共用することができるので、装置の低コスト化及び小型化を達成することができる。【０２４５】
本発明に係る波長変換素子は、半導体レーザー光源からのレーザー光の入射により励起されて基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む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であって、前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下である。【０２４６】
この波長変換素子において、固体レーザー媒質から大きな基本レーザー波を入力することができるとともに、変換効率の改善と温度許容幅の拡大とにより、温度安定性がよく且つ高出力の固体レーザー装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４７】
本発明の固体レーザー装置によれば、温度許容幅が広くなるので、精密な温度制御をしなくても、大出力で且つ波長安定性の良好なレーザー光を出力することができ、投射型表示装置等の表示装置分野に有用である。【０２４８】
また、本発明は、スペックルノイズが低減されたＷ級の緑色の高出力レーザー光を出射する長寿命且つ高信頼性の固体レーザー装置、及び、この固体レーザー装置を用いた高品質な表示装置を提供することができ、大型表示装置や高輝度表示装置などの表示用デバイス、又は照明用機器に有用である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
2008093545.tif 000033
【図３２】
2008093545.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月17日(2009.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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て基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、
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、
前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、
前記分極反転領域は、
第１の周期を有する第１の分極反転領域と、
前記第１の周期より短い第２の周期を有する第２の分極反転領域とを少なくとも含み、
前記第２の分極反転領域の長さは、前記第１の分極反転領域の長さより長く、
前記第１及び第２の分極反転領域は、擬似位相整合を行う温度範囲に重なりを有し、温度に対して途切れずに波長変換を行うことを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、１．２ｍｍ以下である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】
前記第１の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、
前記第２の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ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】
前記半導体レーザー光源は、複数の活性領域から励起光を出射する半導体素子を含み、
前記半導体素子の前記複数の活性領域をそれぞれ独立に駆動して前記励起光を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の活性領域の中から選択的に活性領域を駆動することにより、前記励起光により励起される前記固体レーザー媒質の基本波レーザー光を発生する発生部の位置を時間的に変化させて前記擬似位相整合型波長変換素子からマルチビームの高調波レーザー光を出射させ、
前記分極反転領域は、周期の位相が異なる部分を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項５】
前記制御部は、所定の動作時間内に設定された各設定時間に動作させる動作活性領域を前記複数の活性領域の中から選択して駆動することにより、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させ、
前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第１の設定時間及び第２の設定時間としたとき、前記第１の設定時間において選択された活性領域及び当該活性領域に隣接する活性領域が、前記第２の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動することを特徴とする請求項４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、
前記照明光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、
前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源のうちの少なくとも１つは、請求項１〜５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表示装置。
【請求項７】
前記画像変換デバイスは、２次元空間変調デバイスを含み、
前記照明光源は、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射したレーザー光を合波して前記２次元空間変調デバイスを照射することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記画像変換デバイスは、３枚の透過型液晶表示パネルを含み、
前記透過型液晶表示パネルは、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射するレーザー光に対応してそれぞれ配置され、
前記透過型液晶表示パネルを透過した映像光は、合波プリズムにより合波された後に投射されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項９】
液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、
前記バックライト照明装置は、複数のレーザー光源を含み、
前記複数のレーザー光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、
前記緑色光源は、請求項１〜５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表示装置。
【請求項１０】
前記固体レーザー装置は、前記液晶表示パネルの背面側に複数個配置されることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記固体レーザー装置のうち、隣接する固体レーザー装置の高調波レーザー光の波長は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲で互いに異なることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
半導体レーザー光源からのレーザー光の入射により励起されて基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む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であって、
前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、
前記分極反転領域は、
第１の周期を有する第１の分極反転領域と、
前記第１の周期より短い第２の周期を有する第２の分極反転領域とを含み、
前記第２の分極反転領域の長さは、前記第１の分極反転領域の長さより長く、
前記第１及び第２の分極反転領域は、擬似位相整合を行う温度範囲に重なりを有し、温度に対して途切れずに波長変換を行うことを特徴とする波長変換素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー装置、表示装置及び波長変換素子に関し、具体的には、温度変動による波長変換効率の低下を抑制して安定な出力を得る固体レーザー装置、該固体レーザー装置を用いた表示装置、及び該固体レーザー装置に用いられる波長変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置やレーザープリンタ等においては、青色レーザー光等を含めて半導体レーザー光源が多く用いられている。そして、半導体レーザー光源の高出力化に伴い、投射型表示装置への応用や液晶表示装置のバックライト用途への応用も検討され始めている。これらの応用に対しては、３原色である赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）及び青色光（Ｂ光）を、高出力で且つ安定して発光できる光源が要求される。
【０００３】
このため、半導体レーザー光源自体を高出力化するための開発が行われている。加えて、固体レーザー媒質が励起されて発振した基本波を高調波に変換して用いる固体レーザー装置の開発も積極的に行われている。これは、半導体レーザーにより励起される固体レーザー装置は、励起光源のスペクトル幅が狭いため、高効率にすることができるだけでなく、小型化も可能であり、且つ波長変換素子を用いれば、大出力のＧ光やＢ光を発光させることもできるという特徴を有していることによる。
【０００４】
例えば、第１の従来例として、赤色よりも波長の短いレーザー光を安定した出力で取り出すことが可能なレーザー発光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このレーザー発光モジュールは、固体レーザー媒質と、この固体レーザー媒質が発光した光の波長を変換する波長変換素子と、上記固体レーザー媒質と波長変換素子とを挟装して光を往復させる一対の共振反射部とからなる共振器と、固体レーザー媒質を励起するための光を発光する半導体レーザー光源と、共振器が射出した光を取り出す窓部が形成されたウィンドウキャップとを有する構成からなる。さらに、半導体レーザー光源とベース部材とに接触して配置されたヒートシンクと、共振器を保持するベース部材とを設けることにより、温度環境の変化による光の波長変化を抑制している。
【０００５】
また、第２の従来例として、単一又は異なる複数の波長のレーザー光を発振することが可能な、小型で高効率且つ高出力の固体レーザー装置も示されている（例えば、特許文献２参照）。この固体レーザー装置の一例として、レーザー光を出射する半導体レーザー光源と、この半導体レーザー光源からのレーザー光により励起されて発振レーザー光を発振する固体レーザー媒質と、半導体レーザー光源と固体レーザー媒質との間に配設され、発振レーザー光の光路を変化させ、レーザー光の出射方向と異なる方向に発振レーザー光を取り出すための光路変化部材と、発振レーザー光の波長変換を行う波長変換素子とを有する構成が示されている。このような固体レーザー装置の構成とすることにより、レーザー光が通過しない部位において固体レーザー結晶の冷却を行うことができ、高効率及び高出力とすることが可能となり、発振レーザー光の波長領域の拡大を行うことができるとしている。
【０００６】
さらに、第３の従来例として、以下のような構成の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）。この固体レーザー装置は、励起光源から発せられた励起光が集光光学系を介して集光される固体レーザー結晶の励起光の入射側端面に、光学的に透明な透明基板を接触させ、且つ固体レーザー結晶のレーザー光の出射側の端面に非線形光学結晶を接触させることにより、レーザー結晶と非線形光学結晶とからレーザー共振器を構成し、このレーザー共振器を共振させてレーザー光を出射させる。このような構成により、レーザー結晶の励起光入射部での発熱をレーザー結晶の励起方向の両端面に接触された透明基板と非線形光学結晶とから効率よく放熱させることが可能となり、出力を安定化することができる。また、この固体レーザー装置においては、非線形光学結晶の光軸方向の長さを有効結晶長の５分の１以下にすることにより、非線形光学結晶の角度許容幅を５倍大きくでき、且つ、レーザー共振器内部の損失を１／２５以下の大きさにすることができ、外部からの影響を１／１００以下に抑えることができることも示されている。
【０００７】
さらに、第４の従来例として、非直線特性を有する活性レーザー物質の薄い層と、この活性レーザー物質の薄い層をこの薄い層の平面に垂直にポンプすることができる波長のビームを放出するポンプレーザーと、反射係数が上記活性レーザー物質のレーザー波長において最大となる２つのミラーとを備えた固体レーザー装置も示されている。そして、非直線性を有する活性レーザー物質の薄い層を１ｍｍ以下とすることにより、固体レーザー装置を一括して大量に製造できるとしている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
また、第５の従来例として、光源にレーザーを用いる表示装置が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この装置では、光源にレーザーを用いることでランプを用いた場合と比べ、省電力化、小型化、電池駆動可能などのメリットが発生する。また、レーザーを用いることで色再現範囲の拡大が可能となるという特徴もある。
【０００９】
図３４に上記の従来の表示装置４０１の構成を示す。電池４０９は、本装置の駆動回路や光源に電力の供給を行う。赤色光源４０２、青色光源４０３、緑色光源４０４から出力されたレーザー光は、ダイクロイックミラー４０５ａ〜４０５ｃを用いてガルバノミラー４０６へ導かれる。ガルバノミラー４０６は、高速に角度変化し、入射したレーザー光を液晶パネル４０７の面内へ均一な光量で照射させる。透過型液晶パネル４０７を透過したレーザー光は、出射レンズ４０８を透過して映像として出力される。
【００１０】
赤色光源４０２（発振波長６４０ｎｍ近傍）、及び青色光源４０３（発振波長４４０ｎｍ近傍）としては、半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーは電力を光に変換する効率がランプに比べて数倍大きいため、装置の消費電力の大幅な低減が実現できるという優位性がある。緑色光源４０４としては、波長変換を用いるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザーが用いられている。緑色の発光を行う信頼性の高い半導体レーザーが現状存在しないため、ＳＨＧレーザーが用いられた。
【００１１】
上述の表示装置は、半導体レーザーやＳＨＧレーザーのような発振波長スペクトルの限定された光源を用いているため、光学部品の設計もランプを用いた場合に比べて容易であり、光学系が小型化できるため、装置を小型にできる。
【００１２】
また、第６の従来例として、励起光源に複数のレーザーダイオード（以下、ＬＤとする）を使用し、これらの励起光を光ファイバなどの光学系により集光したのちに固体レーザーロッドに注入して固体レーザーロッドの複数の励起領域を励起している例がある（例えば、特許文献６参照）。このようにすることにより、複数の励起領域の間での大きな熱的な影響による光学的な特性の変化が生じることを避けて、励起光による励起効率の向上を図り、１つの固体レーザーロッドから複数倍の収差の小さい出力光が得られている。
【００１３】
また、第７の従来例として、上記と同様に、複数の半導体レーザーが励起光を出射する光源として使用され、これらを光ファイバなどの光学系でグループ化して固体レーザー媒質まで導く光学構成と、これらの複数の半導体レーザーを同時に又は所定時間ごとに時分割して動作させる駆動制御回路が示されている（例えば、特許文献７参照）。このようにすることにより、固体レーザー光が所定時間ごとに所望の光出力で利用することができる。
【００１４】
また、第８の従来例として、ＬＤ励起固体レーザー装置において、励起光源にリニアアレーＬＤ又はスタック化された２次元リニアアレーＬＤを使用して光学系を工夫することにより、励起光を微小なスポットに集光可能とし、固体レーザーの発振効率改善と、Ｑスイッチパルス発振時のパルス幅短縮化及び装置の小型化とを実現しようとしている（例えば、特許文献８参照）。また、この固体レーザー装置においては、ＬＤドライバーを並列動作させることにより、固体レーザー装置の繰り返し周波数がｎ倍に向上することも示され、実質的に高出力動作につながる構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−２８１９３２号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４００７号公報
【特許文献３】特開２０００−１２４５３３号公報
【特許文献４】特開平３−１８５７７２号公報
【特許文献５】特開平６−２０８０８９号公報
【特許文献６】特開平５−１４５１４８号公報
【特許文献７】特開平４−２４７６７４号公報
【特許文献８】特開平９−１９９７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記第１の従来例においては、半導体レーザー光源から８０８ｎｍのレーザー光を出射させ、このレーザー光を用いて固体レーザー媒質を励起し、固体レーザー媒質から１０６４ｎｍの波長の光を発光させ、非線形光学素子により第２高調波に変換して光共振器から５３２ｎｍのＧ光を取り出して、レーザーポインタに用いている。この従来例においては、半導体レーザー光源及び光共振器が熱伝導性の良好な金属からなるヒートシンク及びベース部材にそれぞれ接着されており、放熱性を改善し、使用環境温度の変動を抑制して出力レーザー光を安定にしている。しかしながら、この第１の従来例は、レーザーポインタに用いられ、出力が１ｍＷ以下であることから、このような構成で高出力の固体レーザー装置を実現することは困難である。
【００１７】
また、第２の従来例においては、プロジェクター等への応用を目的として１０Ｗ程度の高出力を得ることが可能であるとされているが、分極反転構造を有する波長変換素子の大きさとしては、断面が２ｍｍ×２ｍｍで、長さが１０ｍｍであるため、小型化が困難である。また、この第２の従来例においては、波長変換素子の厚みを最適化することについてはまったく記載も示唆もない。
【００１８】
さらに、第３の従来例においては、固体レーザー結晶のレーザー光入射側の端面に光学的に透明な基板を接触させて放熱をさせる構成としているが、光学的に透明で、且つ放熱性の良好な基板としては、例えばサファイアやダイヤモンドのように高価な材料しかなく、低コスト化が困難であるだけでなく、放熱性をさらに改善することも困難である。
【００１９】
さらに、第４の従来例においては、レーザー作用及び高調波を発生するフィルム層の厚みが１ｍｍより薄いか、又は約１００μｍとすることが記載されている。しかしながら、この従来例では、赤外光を可視光に変換するためのミニアチュア光源を実現することが目的であり、このような構成により、投射型表示装置に要求される高出力を実現することは困難である。
【００２０】
また、第５の従来例においては、レーザーの温度制御に配慮されておらず、温度変化による半導体レーザーの波長変化及び出力変化が発生する。半導体レーザーの波長変化や出力変化が発生すると、投射される映像の明るさが変化するだけでなく、色バランスが崩れるという課題が発生してしまう。
【００２１】
また、緑色光源としては、現状では信頼性のある半導体レーザーが存在しないため、波長変換方式（ＳＨＧ方式）を用いた光源が用いられる。波長変換方式を用いる場合は、半導体レーザーよりもさらに温度に対するケアが必要である。大きな温度変化により、波長変換に用いられる結晶の位相整合波長が大きく変化し、緑色光の出力が不可能になる場合もあるからである。
【００２２】
上記の課題を解決するために、温度制御の手段としてペルチエ素子を用いた制御が考えられるが、ペルチエ素子を用いた場合には、ペルチエ素子から発生する大量の熱や、コスト高及び消費電力の増加という課題が生じてしまう。
【００２３】
加えて、第５の従来例では、ＳＨＧレーザーの構成部品である波長変換素子の温度制御に対する配慮が不十分であり、位相整合する温度以下の温度からＳＨＧレーザーを立ち上げ駆動する際に、所望の緑色光出力を得るまでに長時間を要する。結果として、緑色光出力がなかなか上昇しないため、色バランスの取れた映像を出力するまでに長時間を要する。
【００２４】
また、第６の従来例においては、基本波光の出力がＷ級になった場合には、固体レーザーロッドの複数の励起領域がお互いに大きく熱的な影響を受け合い、安定な高出力動作ができなくなるという課題が生じる。
【００２５】
また、第７の従来例においては、駆動制御回路により、励起光源である半導体レーザーをどのように同時に又は時分割して駆動して制御すれば、安定な高出力動作が可能か明示されていない。
【００２６】
同様に、第８の従来例においても、ＬＤドライバーにより、励起光源であるリニアアレーＬＤをどのように並列動作させれば安定な高出力動作が可能か明示されていない。
【００２７】
すなわち、Ｗ級の高出力の固体レーザー装置がレーザー表示装置などの表示装置の光源として使用される場合に、安定な高出力動作ができる固体レーザー装置の構成が実現されていないという課題がある。また、このような高出力の固体レーザー装置が表示装置に使用される場合に、スペックルノイズが効果的に低減された固体レーザー装置の構成が示されていないという課題も有していた。
【００２８】
本発明の目的は、固体レーザー媒質及びミラーを含む光共振器の内部に配置された波長変換素子に大きな基本レーザー波を入力することを可能とし、変換効率の改善と温度許容幅の拡大とにより、温度安定性がよく且つ高出力の固体レーザー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の一局面に従う固体レーザー装置は、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て基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、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、前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００３０】
上記の構成によれば、固体レーザー媒質及びミラーを含む光共振器の内部に配置された波長変換素子に大きな基本レーザー波を入力することができるとともに、変換効率の改善と温度許容幅の拡大とにより、温度安定性がよく且つ高出力の固体レーザー装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第1の実施の形態に係る固体レーザー装置の構成を説明するための概略図である。
【図２】第1の実施の形態においてＳＨＧ素子の素子長と高調波レーザー光である緑色光の出力とをポンプ光であるレーザー光の出力をパラメータとして求めた結果を示す図である。
【図３】第1の実施の形態においてＳＨＧ素子の素子長をパラメータとして温度変化によるＧ光の出力の変動を求めた結果を示す図である。
【図４】第1の実施の形態においてＳＨＧ素子を光共振器中に配置した場合における、ポンプ光であるレーザー光の出力に対する基本波レーザー光の出力を、素子長をパラメータとして求めた結果を示す図である。
【図５】第1の実施の形態において飽和ポンプ出力と素子長との関係を求めた結果を示す図である。
【図６】図５に示す結果を基にしてＳＨＧ素子の素子長と緑色光の出力との関係を求めた結果を示す図である。
【図７】ＳＨＧ素子の素子長が２ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係及びＧ光の波長特性を示す図である。
【図８】ＳＨＧ素子の素子長が０．５ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係及びＧ光の波長特性を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る固体レーザー装置の構成を示す概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る投射型表示装置の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る投射型表示装置の構成を示す概略図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る投射型表示装置の構成を示す概略図である。
【図１３】図１２に示す緑色光源として用いたＳＨＧレーザーの構成を示す概略図である。
【図１４】ポンプ用半導体レーザーの温度に対する波長変化を説明する図である。
【図１５】ポンプ用半導体レーザーの発振スペクトルを示す図である。
【図１６】波長変換素子の変換効率の温度特性を示す図である。
【図１７】図１２に示す投射型表示装置の立ち上げ時の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係る投射型表示装置に用いられる波長変換素子の波長に対する透過率を示す図である。
【図１９】本発明の第７の実施の形態に係る投射型表示装置のうち光源の周辺部を示す図である。
【図２０】本発明の第８の実施の形態に係る投射型表示装置に用いられる波長変換素子の構造を説明する図である。
【図２１】図２０に示す波長変換素子の変換効率の温度特性を示す図である。
【図２２】本発明の第９の実施の形態に係る固体レーザー光源を上から見た平面図である。
【図２３】図２２の２３Ａ−２３Ａ線の面から見た固体レーザー光源の側面図である。
【図２４】図２２に示す波長変換素子の拡大図である。
【図２５】図２２に示す投射型表示装置に使用可能な複数の半導体レーザー素子からなる半導体素子の構成を示す概略図である。
【図２６】図２２に示す固体レーザー光源の動作を示すタイムチャートである。
【図２７】図２２に示す固体レーザー光源が２つのビームからなるマルチビームを出射する状態を示す図である。
【図２８】本発明の第１０の実施の形態に係る固体レーザー光源を示す概略構成図である。
【図２９】本発明の第１１の実施の形態に係る固体レーザー光源を示す概略構成図である。
【図３０】本発明の第１２の実施の形態に係る固体レーザー光源を示す概略構成図である。
【図３１】本発明の第１３の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図３２】本発明の第１４の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図３３】本発明の第１５の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図３４】従来の表示装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。また、図面は、理解しやすくするために拡大して示しており、寸法等については正確な表示ではない。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第1の実施の形態に係る固体レーザー装置１０の構成を説明するための概略図である。この固体レーザー装置１０は、レーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１１と、レーザー光１９の入射により励起されて基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー媒質１６、及び凹面ミラー１７から構成される光共振器１５と、光共振器１５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（擬似位相整合型波長変換素子）１８とを備えている。
【００３４】
ＳＨＧ素子１８には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、分極反転領域の光軸方向の長さすなわちＳＨＧ素子１８の光軸方向の長さ（素子長）Ｌは、後述する理由により、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３５】
図１からわかるように、本実施の形態の固体レーザー装置１０は、従来の構成と基本的に同じであるが、ＳＨＧ素子１８の素子長Ｌを上記の所定範囲に設定することで、温度許容幅を拡げるとともに、装置全体の小型化を実現しながら、高調波レーザー光の出力を大きくすることを可能としたものである。
【００３６】
なお、本実施の形態では、レーザー光１９として発振波長８０８ｎｍのポンプ光（励起光）を入射して１０６４ｎｍの基本波レーザー光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に変換して出射する固体レーザー装置１０の構成を例として説明する。以下、図１を用いて、より詳細に説明する。
【００３７】
本実施の形態の固体レーザー装置１０は、発振波長８０８ｎｍ近傍のレーザー光を発振する半導体レーザー光源１１、ロッドレンズ１２、ＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）１３、ボールレンズ１４、固体レーザー媒質１６、ＳＨＧ素子１８及び凹面形状のミラー（以下、凹面ミラーと称す）１７を備えている。
【００３８】
半導体レーザー光源１１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１２により垂直方向の成分がコリメートされた後に、ＶＢＧ１３に入射する。ＶＢＧ１３に入射したレーザー光１９の一部は、反射されて半導体レーザー光源１１にフィードバックされる。この結果、半導体レーザー光源１１の発振波長は、レーザー光の発振波長を固定する発振波長固定部となるＶＢＧ１３により選択された波長（８０８ｎｍ）にロックされる。このように、ＶＢＧ１３を用いることにより、温度変化が生じても半導体レーザー光源１１の発振波長をほぼ一定に保持でき、半導体レーザー光源１１の高精度な温度制御を不要にすることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、半導体レーザー光源１１の発振波長のロックにＶＢＧ１３を用いたが、誘電体多層膜から構成されるバンドパスフィルターを用いてもよい。又は、半導体レーザー光源１１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。
【００４０】
ＶＢＧ１３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１４により固体レーザー媒質１６へ集光される。このレーザー光１９がポンプ光となり、固体レーザー媒質１６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、固体レーザー媒質１６と凹面ミラー１７とにより形成される光共振器１５内で共振する。そして、光共振器１５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、波長５３２ｎｍの高調波レーザー光２１として外部に出力される。
【００４１】
また、光共振器１５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が光共振器１５内に閉じ込められ、凹面ミラー１７から高調波レーザー光２１が出射するように、固体レーザー媒質１６、ＳＨＧ素子１８及び凹面ミラー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。
【００４２】
ここで、本実施の形態では、固体レーザー媒質１６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しやすい。また、ＳＨＧ素子の材料としては、その他にＫＴＰ、ＬＢＯ、ＬｉＴａＯ３などが挙げられる。
【００４３】
ここで、ＫＴＰは、利用可能な温度範囲が広いという特徴をもつが、数百ｍＷ以上のＧ光出力により、グレートラックという現象が発生して結晶が着色し、透過ロスが増大してしまう欠点がある。ＬＢＯは、高出力でも特に問題は発生しないが、結晶の温度を１４８℃付近に制御する必要があるため、消費電力の増大を招き、また、波長変換効率も低い。ＬｉＴａＯ３は高出力特性にすぐれるが、波長変換効率がＬｉＮｂＯ３よりも低いため、光源の電気−光変換効率は、ＬｉＮｂＯ３を用いた場合よりも低くなってしまう。上述の理由からＭｇドープのＬｉＮｂＯ３が最適である。
【００４４】
次に、本実施の形態の固体レーザー装置１０について、ＳＨＧ素子１８の素子長による種々の特性を評価した結果を説明する。
【００４５】
図２は、ＳＨＧ素子１８の素子長と、高調波レーザー光２１であるＧ光（５３２ｎｍ）の出力とを、ポンプ光であるレーザー光１９の出力をパラメータとして求めた結果を示す図である。図２からわかるように、ＳＨＧ素子１８の素子長を長くするほど、Ｇ光の出力が大きくなるが、素子長が１ｍｍを越えると、Ｇ光の出力はほぼ飽和する。また、素子長が長くなると、ＳＨＧ素子１８がＧ光を吸収するために、部分的な温度の乱れが生じて実効的な分極反転周期に乱れが生じやすい。
【００４６】
上記の図２に示す結果から、ＳＨＧ素子１８の光軸方向の素子長は、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、分極反転周期の乱れを生じ難くできるので、温度特性を向上して使用温度範囲を拡大することができる。
【００４７】
図３は、ＳＨＧ素子１８の素子長をパラメータとして温度変化によるＧ光の出力の変動を求めた結果を示す図である。図３に示すように、ＳＨＧ素子１８の素子長が短いほど、温度許容幅を大きくすることができる。例えば、素子長が２ｍｍの場合には、温度許容幅は１２℃であるが、０．８ｍｍの場合には１８℃であり、さらに０．４ｍｍでは３６℃である。すなわち、この温度許容幅は、基本的にはＳＨＧ素子１８の素子長に反比例する。したがって、素子長を短くするほど、温度許容幅を大きくできる。
【００４８】
ここで、温度許容幅としては、装置の使用環境等を考慮すると、２０℃以上を確実に実現することが好ましいので、温度許容幅の観点からの最適な素子長は、０．６ｍｍ以下とすることが望ましい。なお、素子長が２ｍｍの場合、本来の温度許容幅は、７℃〜８℃であるが、図３においては、熱分布による分極反転周期の乱れにより、実質的な許容幅は、約１２℃となっている。
【００４９】
図４は、ＳＨＧ素子１８を光共振器１５中に配置した場合における、ポンプ光であるレーザー光１９の出力に対する基本波レーザー光２０の出力を、素子長をパラメータとして求めた結果を示す図である。光共振器１５中にＳＨＧ素子１８を配置する場合、光共振器１５にとってＳＨＧ素子１８はロスを増加させる存在である。したがって、図４からわかるように、ＳＨＧ素子１８の素子長が長いほど、ポンプ光出力に対する基本波レーザー光２０の出力を表す直線の傾きが小さくなる。すなわち、同じポンプ光を固体レーザー媒質１６へ入力した場合であっても、素子長が長い場合ほど、基本波レーザー光出力は小さくなる。
【００５０】
さらに、ＳＨＧ素子１８の素子長が長くなるほど、外部に放出される光が減少して熱に変わるために、光共振器１５内部での発熱が増大する。これにより、固体レーザー媒質１６の熱飽和が生じる。すなわち、素子長が２ｍｍの場合には、図４中にＰ１で示すポンプ光出力において、基本波レーザー光２０の出力は飽和する。また、素子長が０．５ｍｍの場合には、Ｐ２で示す点において、基本波レーザー光２０の出力が飽和する。これに対して、ＳＨＧ素子１８を設けない場合には、Ｐ３で示す点において、基本波レーザー光２０の出力が飽和する。このように、ＳＨＧ素子１８の素子長を長くするほど、基本波レーザー光２０の出力の最大値は小さくなる。
【００５１】
図５は、基本波レーザー光２０の出力が飽和するときのポンプ光であるレーザー光１９の出力（以下、飽和ポンプ出力と称す）と素子長との関係を求めた結果を示す図である。図５からわかるように、ＳＨＧ素子１８の素子長が長くなるほど、飽和ポンプ出力は小さくなる。
【００５２】
図６は、図５に示す結果を基にしてＳＨＧ素子１８の素子長とＧ光の出力との関係を求めた結果を示す図である。Ｇ光の出力を大きくするためには、従来のように単純にＳＨＧ素子１８の素子長を大きくするのではなく、最適な素子長の範囲を設定することが好ましいことが見出された。この範囲は、図６からわかるように０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲である。しかしながら、先述したように温度許容幅の観点からの最適な素子長は０．６ｍｍ以下とすることが望ましい。したがって、これらの結果から、素子長は、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲に設定することがより望ましく、０．４ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲に設定することがさらに望ましいことが見出された。
【００５３】
上記のように、ＳＨＧ素子１８の素子長を上記の範囲とすることにより、ＳＨＧ素子１８の分極反転周期の乱れを生じ難くできるとともに、しかも温度許容幅を拡げることができる。この結果、無駄な熱の発生を抑制することが可能となり、高精度の熱制御が不要となるので、低コストで且つ高出力のＧ光を出力する固体レーザー装置１０を得ることができる。
【００５４】
また、ＳＨＧ素子１８の素子長が長い場合、素子内の分極反転領域の均一性を保たないと、変換効率の低下を招きやすい。しかしながら、本実施の形態のように、ＳＨＧ素子の長さを０．３〜０．６ｍｍの範囲に設定することにより、均一性の高い分極反転領域の形成を容易に行うことができるようになった。このような素子長のＳＨＧ素子１８を用いることにより、変換効率が高く、出力光ビームの品質がよく、且つ分極反転周期の乱れの影響が小さくなるとともに、ＳＨＧ素子１８の製造時の歩留まりを大きく向上させることができる。
【００５５】
図７は、ＳＨＧ素子１８の素子長が２ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係、及びＧ光の波長特性を示す図であり、図８は、ＳＨＧ素子１８の素子長が０．５ｍｍのときの波長変換特性と固体レーザーの縦モードスペクトルとの関係、及びＧ光の波長特性を示す図である。
【００５６】
図７及び図８に示すように、ＳＨＧ素子１８の素子長を短くすると、波長変換特性はＣ１からＣ２へと変化し、波長変換特性の許容幅は拡大する。ここで、固体レーザー（固体レーザー媒質１６から発振される基本波レーザー光２０）の縦モードスペクトルＭＳが波長許容幅内に存在すれば、縦モードの波長の１／２の波長に変換される。したがって、ＳＨＧ素子１８の素子長を短くすれば、波長変換特性の許容幅が拡大するので、許容幅内に存在する固体レーザーの縦モードスペクトルの数が増え、結果として発生するＧ光の波長特性がＧ１からＧ２へと変化し、Ｇ光の出力の波長幅が増大する。この波長幅の増大は、スペックルノイズの低下を意味するため、ＳＨＧ素子の長さを０．３〜０．６ｍｍの範囲に設定することにより、スペックルノイズの低減も実現され、良好な画像を得ることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態の固体レーザー装置１０の場合には、凹面ミラー１７を用いて光共振器を構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＳＨＧ素子１８の高調波レーザー光２１が出射する面に基本波レーザー光２０用の反射コートを形成してミラーとし、ＳＨＧ素子１８を固体レーザー媒質１６と近接させるマイクロチップ構成としてもよい。
【００５８】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る固体レーザー装置３０の構成を示す概略図である。この固体レーザー装置３０は、レーザー光１９を出射する半導体レーザー光源１１と、レーザー光１９の入射により励起されて基本波レーザー光２０を発振する固体レーザー媒質３２、及び凹面形状のミラー（以下、凹面ミラーと称す）３１から構成される光共振器３６と、光共振器３６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３３とを備えている。
【００５９】
図９から判るように、この例の場合の固体レーザー装置３０の全体構成は、図１に示した固体レーザー装置１０と同じである。本実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、ＳＨＧ素子３３には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、分極反転領域の光軸方向の長さすなわちＳＨＧ素子３３の光軸方向の長さ（素子長）Ｌは、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００６０】
しかしながら、光共振器３６の構成が図１に示す光共振器１５と異なることが、本実施の形態の特徴である。すなわち、凹面ミラー３１は、固体レーザー媒質３２及びＳＨＧ素子３３の光入射面に対してそれぞれ４５度の傾きを有して配置されている。このような配置により、ポンプ光となるレーザー光１９は、凹面ミラー３１を介して固体レーザー媒質３２に入射するとともに、基本波レーザー光２０は、凹面ミラー３１を介してＳＨＧ素子３３に入射し、ＳＨＧ素子３３により変換された高調波レーザー光２１は、凹面ミラー３１を介して出射する。
【００６１】
また、固体レーザー媒質３２とＳＨＧ素子３３とは、高放熱性接着剤によりそれぞれ異なるヒートシンク３４、３５に接着されており、固体レーザー媒質３２及びＳＨＧ素子３３で発生した熱を効率よく放熱させることができる。なお、ヒートシンク３４、３５としては、例えば、銅等の高熱伝導性を有する金属を用いることもできるので、ハンダ等により接着してもよい。
【００６２】
次に、本実施の形態において、波長５３２ｎｍの高調波レーザー光２１を出射する構成の例について説明する。この固体レーザー装置３０の場合、光共振器は、固体レーザー媒質３２、凹面ミラー３１及びＳＨＧ素子３３を含んで構成されており、ポンプ光であるレーザー光１９が凹面ミラー３１を介して入射し、発生した基本波レーザー光２０を光共振器３６内に閉じ込め、凹面ミラー３１からは高調波レーザー光２１が出射するように、固体レーザー媒質３２、ＳＨＧ素子３３及び凹面ミラー３１には、それぞれの端面に反射防止膜又は高反射膜となる誘電体多層膜が形成されている。
【００６３】
具体的には、凹面ミラー３１のレーザー光１９の入射面には、波長５３２ｎｍの光を透過する反射防止膜（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ）及び波長８０８ｎｍの光を透過する反射防止膜が形成され、凹面ミラー３１の基本波レーザー光２０の反射面には、波長５３２ｎｍの光を透過する反射防止膜、波長８０８ｎｍの光を透過する反射防止膜及び波長１０６４ｎｍの光を反射する高反射膜（Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ）が形成されている。
【００６４】
また、固体レーザー媒質３２の基本波レーザー光２０の入射面には、波長８０８ｎｍの光を透過する反射防止膜及び波長１０６４ｎｍの光を透過する反射防止膜が形成され、固体レーザー媒質３２のヒートシンク３４側の面には、波長１０６４ｎｍの光を反射する高反射膜が形成されている。なお、この高反射膜は、ヒートシンク３４に形成してもよい。
【００６５】
また、ＳＨＧ素子３３の基本波レーザー光２０の入射面には、波長５３２ｎｍの光を透過する反射防止膜及び波長１０６４ｎｍの光を透過する反射防止膜が形成され、ＳＨＧ素子３３のヒートシンク３５側の面には、波長５３２ｎｍの光を反射する高反射膜及び波長１０６４ｎｍの光を反射する高反射膜が形成されている。なお、この高反射膜は、ヒートシンク３５に形成してもよい。
【００６６】
上記の反射防止膜及び高反射膜により、ポンプ光となるレーザー光１９は、凹面ミラー３１を透過して固体レーザー媒質３２に入射するとともに、固体レーザー媒質３２から出射される基本波レーザー光２０は、凹面ミラー３１により反射されてＳＨＧ素子３３に入射し、ＳＨＧ素子３３により変換された高調波レーザー光２１は、凹面ミラー３１を透過して外部へ出射する。
【００６７】
このような構成とすることで、ＳＨＧ素子３３の素子長が０．３ｍｍ〜０．６ｍｍと小さく、且つ熱抵抗が小さい状態でヒートシンク３５に接着固定されるので、ＳＨＧ素子３３からの発熱をさらに効率よく放散させることができる。また、固体レーザー媒質３２についても、充分な大きさのヒートシンク３４に熱抵抗が小さい状態で接着固定できるので、同様に固体レーザー媒質３２からの発熱を効率よく放散できる。
【００６８】
上記のように、本実施の形態でも、ＳＨＧ素子３３の素子長を０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲に設定することにより、先述したように最適なポンプ光出力で大きな出力のＧ光を得ることができ、且つレーザー光が熱に変換されて無駄に消費されることが少なくなるので、発熱自体も抑制することができる。この結果、高精度の熱制御を行わなくても、大出力で、安定したＧ光を出射する固体レーザー装置３０を得ることができる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る投射型表示装置４０を示す概略図である。この投射型表示装置４０は、映像信号を画像に変換する画像変換デバイス５２、５３、５４と、画像変換デバイス５２、５３、５４を照射するための照明光源４１、４２、４３とを備えている。照明光源４１、４２、４３は、赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３からなり、赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３のうちの緑色光源４２は、第１の実施の形態に記載の固体レーザー装置１０からなる構成を有している。
【００７０】
さらに、この投射型表示装置４０の場合には、画像変換デバイス５２、５３、５４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赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３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いる。透過型液晶表示パネルからなる画像変換デバイス５２、５３、５４を透過した映像光は、合波プリズム５５により合波された後に、出射レンズ５６から出射される。以下では、画像変換デバイス５２、５３、５４については、透過型液晶表示パネル５２、５３、５４として説明する。
【００７１】
さらに具体的な構成について、図１０をもとに詳細に説明する。赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３から出力されたレーザー光の光量分布は、それぞれロッドインテグレータ４４、４５、４６を用いて均一化される。そして、赤色光源４１から出射したレーザー光と、青色光源４３から出射したレーザー光とは、レンズ４７、４９を通して反射ミラー５０、５１に導かれ、反射ミラー５０、５１により光路が変換され、透過型液晶表示パネル５２、５４へそれぞれ導かれる。一方、緑色光源４２から出射したレーザー光は、レンズ４８を通して透過型液晶表示パネル５３へ直接導かれる。透過型液晶表示パネル５２、５３、５４を透過したそれぞれのレーザー光は、合波プリズム５５により合波され、出射レンズ５６を透過して映像光として出力される。
【００７２】
この投射型表示装置４０においては、赤色光源４１（発振波長は約６４０ｎｍ）及び青色光源４３（発振波長は約４４０ｎｍ）として、半導体レーザーを用い、緑色光源４２（発振波長は約５３２ｎｍ）としては、第１の実施の形態の固体レーザー装置１０を用いている。
【００７３】
光源制御回路５７は、上記赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３の光出力の制御を行う。そして、表示装置制御回路５８は、映像信号に基づき３枚の透過型液晶表示パネル５２、５３、５４をそれぞれ駆動する。すなわち、表示装置制御回路５８は、映像信号に基づき、赤色光源４１からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル５２については赤色映像信号に対応する駆動、緑色光源４２からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル５３については緑色映像信号に対応する駆動、青色光源４３からのレーザー光を受光する透過型液晶表示パネル５４については青色映像信号に対応する駆動を行う。
【００７４】
なお、表示装置制御回路５８は、必要に応じて光源制御回路５７の制御も行ってもよい。例えば、黒表示に対応して赤色光源４１、緑色光源４２及び青色光源４３のレーザー光の発振を止める等の制御をしてもよい。また、必要に応じて、赤色光源４１、緑色光源４２又は青色光源４３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。
【００７５】
また、透過型液晶表示パネル５２、５３、５４は、従来の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。
【００７６】
この投射型表示装置４０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、鮮やかな画像を表示することができる。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。
【００７７】
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る投射型表示装置６０を示す概略図である。この投射型表示装置６０は、画像変換デバイス７２を１枚のみとした構成からなることが特徴である。この投射型表示装置６０の場合にも、赤色光源６１、緑色光源６２及び青色光源６３からなる照明光源が設けられており、赤色光源６１及び青色光源６３については半導体レーザー光源を用い、緑色光源６２については、第１の実施の形態の固体レーザー装置１０を用いている。
【００７８】
それぞれの光源から出射したレーザー光は、レンズ６４、６５、６６を通してダイクロイックミラー６７、６８、６９に入射し、最終的にこれら３色のレーザー光が合波された後、均一光学系７０を透過し、偏光ビームスプリッタ７１へ入射する。その後、合波されたレーザー光は、画像変換デバイス７２へ入射される。この投射型表示装置６０の場合、画像変換デバイス７２は、２次元空間変調デバイスの１種である反射型液晶表示パネルを用いている。反射型液晶表示パネルからなる画像変換デバイス７２へ入射したレーザー光は、映像信号に応じて反射され、出射レンズ７３を透過して映像光として出力される。
【００７９】
なお、光源制御回路７４及び表示装置制御回路７５の機能及び動作については、上記の投射型表示装置４０の光源制御回路５７及び表示装置制御回路５８と同様であるので、説明を省略する。また、反射型液晶表示パネルからなる画像変換デバイス７２は、従来から用いられている反射型構成の液晶表示パネル等を用いることができるので、これについても説明を省略する。また、本発明は、２次元空間変調デバイスとして、ＤＭＤ等のミラーデバイスを用いた場合においても適用可能であることは、上記説明から容易に理解できるであろう。
【００８０】
この投射型表示装置６０においても、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光で色純度の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、色純度が高く且つ鮮やかな画像を表示することができる。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。
【００８１】
なお、上記投射型表示装置４０、６０においては、第１の実施の形態の固体レーザー装置１０を用いる場合について説明したが、第２の実施の形態の固体レーザー装置３０等を用いてもよい。この場合には、環境温度の変化によっても、画質等の変動がさらに生じ難い投射型表示装置を得ることができる。
【００８２】
また、上記の各実施の形態では、固体レーザー装置としてＧ光を出力する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｂ光を出力する構成やＧ光とＢ光との間の波長の光やＧ光とＲ光との間の波長の光等、半導体レーザー光源、固体レーザー媒質及びＳＨＧ素子との組み合わせで可能な波長の高調波光（高調波レーザー光）を出力する固体レーザー装置についても、同様な効果を得ることができる。そして、これらの固体レーザー装置を投射型表示装置に用いることもできる。
【００８３】
（第５の実施の形態）
以下の第５乃至第８の実施の形態では、発振波長を固定する手段を有したポンプ用半導体レーザーから出射されるポンプ光が固体レーザーに入射され、ポンプ光により励起され発振した基本波（基本波レーザー光）を、共振器内の擬似位相整合型波長変換素子を用いて波長変換するＳＨＧレーザーを具備する投射型表示装置において、半導体レーザー、ＳＨＧレーザー、ファン、レーザー温度検出部が投射型表示装置内に含まれ、ファンにより半導体レーザー及びＳＨＧレーザーの温度が適当な設定温度に制御されている投射型表示装置の構成について説明する。
【００８４】
本発明の第５の実施の形態の投射型表示装置の概要について図１２を用いて説明する。図１２は、投射型表示装置８０を上面から見た図である。赤色光源８２、緑色光源８３、及び青色光源８４から出力されたレーザー光は、ロッドインテグレータ８５を用いて光量分布を均一化された後、レンズ１００及び反射ミラー１０１を透過して透過型液晶パネル８６へ導かれる。透過型液晶パネル８６を透過したレーザー光は、合波プリズム８７により合波され、出射レンズ８８を透過して映像として出力される。なお、本装置は、電池９９を用いても駆動可能である。また、本実施の形態において、映像出力用に透過型液晶パネルを用いたが、反射型液晶デバイス、ミラーを用いたデバイスなどを用いてもよい。
【００８５】
本実施の形態では、赤色光源８２（発振波長６４０ｎｍ近傍）及び青色光源８４（発振波長４４０ｎｍ近傍）として、半導体レーザーを用いた。半導体レーザーは、電力を光に変換する効率がランプに比べて数倍大きいため、装置の消費電力の大幅な低減が実現できるという優位性がある。緑色光源８３としては、波長変換を用いるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザーを用いた。緑色の発光を行う信頼性の高い半導体レーザーが現状存在しないため、ＳＨＧレーザーを用いている。同じ緑色出力を得る場合の消費電力については、ＳＨＧレーザーの方が他の手段として考えられる発光ダイオード（ＬＥＤ）よりも有利である。
【００８６】
図１３に緑色光源８３として用いたＳＨＧレーザーの構成を示す。ＳＨＧレーザーは、固体レーザー１２３を励起するためのポンプ用半導体レーザー１２０と、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長をロックするためのグレーティング１２１と、集光用のレンズ１２２と、固体レーザー１２３と、擬似位相整合型の波長変換素子１２４と、波長変換素子温度モニター１３２と、出力ミラー１２５と、加熱装置１２６と、筐体１２７とから構成される。
【００８７】
ポンプ用半導体レーザー１２０から出力されたレーザー光は、固体レーザー１２３に吸収され、固体レーザー１２３からは波長１０６４ｎｍのレーザー光（基本波）が出力される。固体レーザー１２３及び出力ミラー１２５の片面には、１０６４ｎｍのレーザー光を反射するＨＲコートが成膜されている。固体レーザー１２３から出力された基本波は、出力ミラー１２５と固体レーザー１２３とから構成された共振器内で共振する。共振器内の基本波は、波長変換素子１２４に入力され、波長変換素子１２４から第２高調波である波長５３２ｎｍの緑色のレーザー光が出力される。本実施の形態で用いた内部共振器型のＳＨＧレーザーは、小型且つ高出力であり、小型の装置への搭載に適している。
【００８８】
上記のように、本実施の形態の投射型表示装置は、半導体レーザーやＳＨＧレーザーのような発振波長スペクトルが限定された光源を用いているため、ランプを用いた場合に比べて、光学部品の設計も容易であり、光学系を小型化できるため、装置を小型にできる。
【００８９】
また、光源８２〜８４の放熱は、ファン８９〜９１を用いて行った。光源の温度制御手段としてペルチエ素子を用いることも考えられるが、ペルチエ素子を用いた場合の消費電力は、周辺温度によっては数１０Ｗにもなってしまう。一方、ファン８９〜９１を用いた場合には、１個当たり１Ｗ以下での駆動が可能であるので、消費電力面からは非常に有利である。このように、ファン８９〜９１を用いることにより、本投射型表示装置の電池駆動も実現された。
【００９０】
上述のように、光源８２〜８４の放熱にファン８９〜９１を用いる有効性は、大きいが、光源の温度管理も必要である。なぜなら、光源８２、８４に用いた半導体レーザーの発振波長や出力が温度変化により変化してしまうからである。また、緑色光源８３に用いたＳＨＧレーザーについても、温度変化により、波長変換素子１２４の位相整合波長の変化や、ポンプ用の半導体レーザー１２０の発振波長及び出力の変化が発生してしまう。よって、光源温度をある一定温度付近に保ちつつ、出力の安定化を行うのが望ましい。
【００９１】
光源８２〜８４の出力の安定化対策については、出力安定化機構を用いて安定に保つようにした。光源８２〜８４の前方に配置されたビームスプリッタ９５によって分岐された一部の光をＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）９４に入射させ、制御回路９２がＰＤ９４により受光された光出力をモニターして光源８２〜８４への供給電流を制御することにより、出力安定化機構が実現されている。光出力は、制御回路９２により、設定された目標出力に制御される。目標出力は、温度変化による半導体レーザーの発振波長の変化や色バランスを考慮して設定される。
【００９２】
また、温度変化による光源の発振波長の変化をモニターするため、光源の駆動温度（半導体レーザーの温度）を用いており、レーザー部温度センサー９６〜９８を各光源８２〜８４の近傍に設置した。本実施の形態では、半導体レーザーの温度が４０℃のときの状態を基準として、色バランスや目標出力が決定されるようにしている。制御回路９２により、制御基準温度の４０℃を保つように、ファン８９〜９１の回転数が制御される。
【００９３】
制御基準温度である４０℃は、部品からの発熱やファンの能力を鑑みて決定した。ここで、ファン８９〜９１による放熱を用いるため、制御基準温度は、平均的な気温である２５℃よりも大きな値である必要がある。また、制御基準温度を高く設定しすぎると、光源の出力が低下しやすく、光源の駆動電流が大きくなるため、消費電力が大きくなるという問題がある。
【００９４】
次に、本投射型表示装置の立ち上げ時の制御について説明する。上述のように、制御基準温度を４０℃として光源の制御を行っているため、低温から装置を立ち上げる際は、なるべく早く光源温度を４０℃に上げることが望ましい。まず、光源８２、８４に用いた半導体レーザーの温度制御について説明する。本実施の形態では、室温モニター装置９３を設置し、室温モニター装置９３の検出値を用いて、光源８２、８４すなわち半導体レーザーの温度を制御している。
【００９５】
室温モニター装置９３には、サーミスタを用いた。サーミスタは、安価な温度検出手段として有効である。室温モニター装置９３により、室温が検出され、制御回路９２は、室温が制御基準温度の４０℃以下であると判明した場合、光源８２、８４の温度を４０℃にするように、ファン８９、９１の回転を停止するような信号を出力する。同時に、光源８２、８４である半導体レーザーには、定格電流の最大値となる電流が制御回路９２から供給され、半導体レーザーの温度が早く４０℃になるように加熱する。そのときの光源８２、８４の温度がレーザー部温度センサー９６、９８から制御回路９２にフィードバックされ、４０℃近傍になると、ファンを回転させて一定温度に保たれるような制御が行われる。本実施の形態では、室温２５℃に対して光源８２、８４の温度が４０℃になるようにしているが、これは、ファン８９、９１の能力や光源の発熱量を鑑みて適宜調整すればよい。
【００９６】
次に、本実施の形態の緑色光源８３に用いたＳＨＧレーザーの立ち上げ方法について説明する。まず、ＳＨＧレーザーの温度特性について、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４は、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長の温度特性を示す図である。図１４からわかるように、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長が１℃当たり０．２５ｎｍ変化することがわかる。固体レーザー１２３は、８０８±１ｎｍの光を効率よく吸収し、基本波である１０６４ｎｍを出力するという特性を持つため、ポンプ用半導体レーザー１２０の発振波長は、８０８ｎｍ近傍に固定されることが望ましい。
【００９７】
そこで、本実施の形態では、ポンプ用半導体レーザー１２０の波長ロックにグレーティング１２１を用いている。グレーティング１２１を用いた場合、ポンプ用半導体レーザー１２０から出射したレーザー光のうち、８０８ｎｍの光の一部が、ポンプ用半導体レーザー１２０にフィードバックされ、８０８ｎｍに波長がロックされる。結果として、４０±１０℃の範囲で、図１５のように、ほぼシングルモードでの波長ロックが可能となる。このため、ポンプ用半導体レーザー１２０の温度を３０〜５０℃に制御する必要がある。
【００９８】
次に、波長変換素子１２４の温度特性について、図１６を用いて説明する。本実施の形態では、擬似位相整合型の波長変換素子１２４として、Ｍｇがドーピングされたニオブ酸リチウム（以下では、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３と表す）を用いた。Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３には、周期状の分極反転が形成されており、基本波（１０６４ｎｍ）から第２高調波（５３２ｎｍ）への波長変換効率を高めている。その他の波長変換素子としては、ＫＴＰなどが挙げられるが、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３のほうが基本波から高調波への変換効率が大きいため、波長変換素子１２４の小型化が可能となるだけでなく、素子の長さを短くできる分、位相整合波長の許容幅の拡大が実現できる。
【００９９】
図１６は、波長変換素子１２４の長さが０．５ｍｍのときの変換効率の温度特性を示す図である。図１６において、横軸は波長変換素子１２４の温度、縦軸は基本波から第２高調波への変換効率を示している。図１６からわかるように、波長変換素子１２４の変換効率は、温度によって変化する。本実施の形態で用いた波長変換素子１２４は、４０℃で変換効率が最大となるように設計されている。
【０１００】
上述のように、ＳＨＧレーザーを用いる場合、ポンプ用半導体レーザー１２０及び波長変換素子１２４の温度特性に配慮する必要がある。一般的には、ペルチエ素子などのデバイスを用いて、ポンプ用半導体レーザー１２０と波長変換素子１２４とを、ある一定温度にして使用することが多いが、ペルチエ素子などを用いた場合に、消費電力の増大や、ペルチエ素子による発熱が問題となる。このため、本実施の形態では、ファン９０を用いて、ポンプ用半導体レーザー１２０及び波長変換素子１２４の温度を制御している。
【０１０１】
しかしながら、ファン９０を用いることにより、ＳＨＧレーザーにも温度変化対策の工夫が必要となる。特に、装置の立ち上げ時の制御は重要である。投射型表示装置の立ち上げを早くするためには、まず、ポンプ用半導体レーザー１２０の温度を３０〜５０℃の範囲にする必要がある。よって、使用環境温度が３０℃よりも低い場合、装置の立ち上げ時には、ポンプ用半導体レーザー１２０へ最大定格電流付近の一定電流を制御回路９２から供給してポンプ用半導体レーザー１２０を加熱し、緑色光源８３の温度が４０℃付近に達した後で出力安定化制御に伴う駆動電流を流す手順とした。なお、装置起動時のポンプ用半導体レーザー１２０の温度上昇を早めるため、起動時にファン９０を停止する点は、赤色や青色半導体レーザーの場合と同様である。
【０１０２】
次に、波長変換素子１２４の温度も４０℃近傍にする必要がある。ポンプ用半導体レーザー１２０の温度は、電流を供給することですぐに上昇するため、低温時の立ち上げ時間を遅くする要因にはあまりならないが、波長変換素子１２４自体は、基本的に発熱体ではないため、温度上昇に時間を要する。
【０１０３】
本実施の形態では、第１に、上述のポンプ用半導体レーザー１２０へ最大定格電流を投入し、立ち上げ時の発熱を大きくし、銅等の高熱伝導性を有する金属等からなるＳＨＧレーザーの筐体１２７を通じて、波長変換素子１２４の温度上昇をアシストしている。第２に、使用環境温度が低い場合は、加熱装置１２６を用いて、波長変換素子１２４の温度上昇を早くしている。加熱装置１２６としては、電熱ヒーターを用いた。波長変換素子１２４の温度は、波長変換素子温度モニター１３２を用いて確認され、制御回路９２によって電熱ヒーターへの投入電流が制御される。電熱ヒーターを用いることにより、１分以内に波長変換素子１２４の温度が４０℃に上昇することが可能となり、装置立ち上げ１分以内に正常な映像出力が可能となった。このようにして、本実施の形態では、低温時に投射型表示装置を立ち上げる場合において、装置起動時から１分以内で適切な色バランスの映像を見ることが可能となる。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、ポンプ用半導体レーザー１２０として、ファブリペロー型の半導体レーザーを用い、これに透過型のグレーティング１２１を付加したが、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型やＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型の半導体レーザーを用いることも有効である。ＤＦＢ型やＤＢＲ型の半導体レーザーを用いると、グレーティング無しで波長が安定に保たれる。また、ファブリペロー型に比べて高コストであるというデメリットがあるが、量産化が進み、低価格化が実現されれば、有効な光源である。
【０１０５】
また、本実施の形態では、前面投射型の表示装置について説明しているが、背面投射型の表示装置（リアプロジェクション）についても、適用可能であることは自明であり、レーザーを用いた照明装置にも適用可能である。
【０１０６】
次に、上述の投射型表示装置の立ち上げ時の制御方法について詳細に説明する。図１７は、図１２に示す投射型表示装置の立ち上げ時の制御方法を説明するためのフローチャートである。図１７のフローチャートは、本実施の形態を踏まえて作成してある。
【０１０７】
本投射型表示装置では、まず、制御回路９２は、ステップＳ１において、室温モニター装置９３により装置を使用する環境の温度をモニターし、ステップＳ２において、使用環境の温度が５０℃以下であるか否かを判断する。使用環境の温度が５０℃を超えている場合、光源にかかる負荷が大きいため、ステップＳ１４において、制御回路９２は、使用できないことを伝える表示を行い、装置の起動を停止する。
【０１０８】
一方、使用環境の温度が５０℃以下である場合、制御回路９２は、ステップＳ３において、レーザー部温度センサー９６〜９８を用いて光源８２〜８４の温度をモニターし、ステップＳ４において、光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上であるか否かを判断する。光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上である場合には、制御回路９２は、ステップＳ５において、ファン８９〜９１の回転を行った後、ステップＳ６において、光源８２〜８４を点灯させ、ステップＳ７において、光源８２〜８４の駆動をＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）動作へ移行する。本実施の形態では、制御基準温度を４０℃にした。
【０１０９】
一方、光源８２〜８４の温度が制御基準温度未満である場合、ステップＳ１５において、制御回路９２は、光源８２〜８４に最大定格電流を供給し、制御基準温度への到達を加速する。また、緑色光源８３の温度が制御基準温度未満である場合、制御回路９２は、同時に加熱装置１２６を用いて波長変換素子１２４への加熱も実施する。
【０１１０】
次に、制御回路９２は、ステップＳ１６において、レーザー部温度センサー９６〜９８を用いて光源８２〜８４（半導体レーザー）の温度をチェックするとともに、波長変換素子温度モニター１３２を用いて波長変換素子１２４の温度をチェックし、ステップＳ１７において、光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度以上であるか否かを判断する。光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度未満である場合、制御回路９２は、光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度付近になるまで、ステップＳ１５以降の処理を繰り返す。
【０１１１】
一方、光源８２〜８４（半導体レーザー）及び波長変換素子１２４の温度が制御基準温度以上になると、制御回路９２は、ステップＳ１８において、ファン８９〜９１の回転を行い、ステップＳ１９において、光源８２〜８４の駆動をＡＰＣ動作へ移行する。なお、波長変換素子１２４への加熱は、この段階で終了してもよいし、制御基準温度を保持するように制御してもよい。
【０１１２】
制御基準温度付近に制御された後は、制御回路９２は、ステップＳ８において、レーザー部温度センサー９６〜９８を用いて光源８２〜８４の温度をモニターし、ステップＳ９において、光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上であるか否かを判断する。光源８２〜８４の温度が制御基準温度以上である場合には、制御回路９２は、ステップＳ１０において、ファン８９〜９１を回転させ、一方、光源８２〜８４の温度が制御基準温度未満である場合、ステップＳ１３において、ファン８９〜９１を減速又は停止させる。このようにして、制御回路９２は、ファン８９〜９１の回転を制御しながら、光源８２〜８４の温度を管理し、ステップＳ１１において、ＡＰＣ駆動を行う。
【０１１３】
次に、ステップＳ１２において、制御回路９２は、所定の光源ＯＦＦ信号が入力されたか否かを判断し、上記の動作は、光源８２〜８４をＯＦＦにする信号が供給されるまで継続される。
【０１１４】
上記の立ち上げ動作により、本実施の形態では、装置の速やかな立ち上げが行われるとともに、ペルチエ素子を用いることなく、光源８２〜８４の温度制御が実現される。この結果、低温時に投射型表示装置を立ち上げる場合において、装置起動時から１分以内で適切な色バランスの映像を見ることが可能となる。
【０１１５】
（第６の実施の形態）
本実施の形態では、図１３における加熱装置１２６として紫外光源を用いたＳＨＧレーザーを搭載した投射型表示装置について説明する。本実施の形態の基本的な構成は、第５の実施の形態とほぼ同様であるので、詳細な説明を省略し、図１３を代用して本実施の形態の特徴部分について説明する。
【０１１６】
図１８は、波長変換素子１２４の材料であるＭｇ：ＬｉＮｂＯ３の波長に対する透過率を示す図である。図１８から、波長変換素子１２４は、４００ｎｍ以下の光に対して吸収を持ち、波長が短くなるにつれて透過率が低下することがわかる。この特性を鑑み、本実施の形態では、波長変換素子１２４の加熱装置１２６として、紫外光を出射するＬＥＤを用いた。具体的には、波長３５０ｎｍのＬＥＤを複数個使用し、図１３の加熱装置１２６の部分に複数のＬＥＤを埋め込んだ。ＬＥＤから出射された紫外光は、波長変換素子１２４に吸収され、熱へと変換される。
【０１１７】
この結果、本実施の形態においても、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合、ＬＥＤによる紫外光の照射により、波長変換素子１２４の温度上昇をアシストすることが可能となる。なお、本実施の形態では、波長３５０ｎｍのＬＥＤを用いたが、さらに波長の短いＬＥＤや半導体レーザーが入手可能となれば、効果はより大きくなる。
【０１１８】
（第７の実施の形態）
本実施の形態について図１９を用いて説明する。図１９は、本実施の形態の投射型表示装置のうち光源１０２〜１０４の周辺部分を拡大した図である。なお、図１９に示す部分以外は、図１２に示す投射型表示装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１１９】
図１９に示す光源１０２としては、赤色半導体レーザーが用いられ、赤色半導体レーザーは、Ｃｕで作られたＬＤホルダ１２９に固定され、光源１０２からの熱がＬＤホルダ１２９を用いて放熱されている。光源１０３には、図１３で示したＳＨＧレーザーが用いられている。光源１０４には、青色半導体レーザーが用いられ、赤色半導体レーザーと同様にＣｕで作られたＬＤホルダ１２９に固定され、光源１０４からの熱がＬＤホルダ１２９を用いて放熱されている。
【０１２０】
本実施の形態では、低温時からの投射型表示装置の立ち上げの際の波長変換素子１２４の温度上昇をアシストする手段として、光源１０２、１０４すなわち赤色及び青色半導体レーザーからの発熱を用いた。使用環境温度が低いときに装置を立ち上げる際、制御基準温度である４０℃近傍になるまでの間、ファン１０９〜１１１の駆動は停止され、赤色及び青色半導体レーザーは、発熱しながら温度上昇する。このとき発生する熱を波長変換素子１２４の温度上昇に利用する。
【０１２１】
ここで、波長変換素子１２４は、Ｃｕで作られた素子ホルダ１３１で固定されている。素子ホルダ１３１と波長変換素子１２４に形成された分極反転領域とは、接触されていることが好ましい。素子ホルダ１３１の材質は、熱伝導率の大きな材料が好ましく、Ｃｕなどが適している。
【０１２２】
また、ＬＤホルダ１２９と素子ホルダ１３１とは、伝熱部材１３０で連結されている。伝熱部材１３０の材質も、熱伝導率の大きな材料が好ましく、Ｃｕが適している。伝熱部材１３０として、ヒートパイプを用いることもより効果が大きい。低温時にファン１０９〜１１１を停止して赤色及び青色半導体レーザーに電流を投入すると、１分以内にＬＤホルダ１２９の温度が４０℃近傍に到達する。ＬＤホルダ１２９から伝熱部材１３０を伝達して素子ホルダ１３１に到達した熱は、波長変換素子１２４を暖める。波長変換素子１２４の大きさは数ミリ角程度であるため、温度上昇は容易に実現される。通常、光学系の小型化を図るために、各光源１０２〜１０４は近接して設置されることが多いので、波長変換素子１２４の加熱に赤色及び青色半導体レーザーの発熱を利用することは、装置の大型化を防ぐことができるため、有効である。
【０１２３】
なお、本実施の形態では、波長変換素子１２４の温度上昇のアシストに赤色及び青色半導体レーザーの発熱を利用したが、装置内に含まれる発熱部品であれば、利用可能である。この発熱部品としては、制御回路に用いられる回路部品などが挙げられる。
【０１２４】
（第８の実施の形態）
本実施の形態では、波長変換素子に低温時からの立ち上げにむけた対策を施す場合について説明する。本実施の形態の投射型表示装置に用いられる波長変換素子について図２０及び図２１を用いて説明する。なお、図２０に示す波長変換素子以外の部分は、図１２に示す投射型表示装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１２５】
図２０に示すように、本実施の形態で用いた波長変換素子１２４ａは、Ａ部からなる分極反転領域とＢ部からなる分極反転領域との２つの部分から構成される。Ａ部とＢ部とでは分極反転周期が異なり、Ａ部の分極反転周期は、Ｂ部よりも長くなっている。また、Ａ部の長さＬＡは、Ｂ部の長さＬＢよりも短くなっている。
【０１２６】
波長変換素子に形成されている分極反転周期が単一である場合、図１６に示すように、温度に対する波長変換の効率はガウス分布のようになるが、本実施の形態のように、分極反転周期の長いＡ部が分極反転周期の短いＢ部に付加されることにより、低温時でも良好な波長変換が可能となる。図２１に破線で示すように、Ａ部は、波長変換素子１２４ａの温度が低い場合に、Ｂ部よりも波長変換効率が大きいという特性を持つ。また、Ａ部の長さはＢ部よりも短いので、波長変換効率がＢ部よりも小さいが、Ａ部は、温度に対する許容度がＢ部よりも大きいという特性を持つので、低温時からＧ光を出力することが可能である。このようなＡ部とＢ部との特性を合わせたものが波長変換素子の実際の波長変換特性であり、図２１に実線でその特性を示す。
【０１２７】
ここで、Ｂ部の長さは、１．０ｍｍ以下が望ましい。Ｂ部の長さが１．０ｍｍの場合、波長変換効率の温度に対する許容度の幅は１５℃程度の範囲である。ここでいう許容度とは、波長変換効率が半値になるポイントで決定している。言い換えれば、温度が７．５度変化した場合に波長変換効率が半分になるということである。
【０１２８】
波長変換素子の長さを長くすると、温度に対する許容度の幅が、素子の長さに反比例するため、結果として減少してしまう。具体的には、波長変換素子の長さを１．０ｍｍから２．０ｍｍに変更すると、温度に対する許容度の幅は、１５℃から７．５℃になり、高精度な温度制御が必要になってくる。また、波長変換素子の長さが長くなると、共振器中の透過ロスが増加することになり、波長変換素子の長さを長くしても、基本波からＧ光への変換効率の向上はさほど期待できない。一方、Ｂ部の長さが０．３ｍｍ未満になると、設定温度での波長変換効率が小さくなりすぎてしまうので好ましくない。よって、Ｂ部の長さは０．３〜１．０ｍｍが良い。
【０１２９】
また、Ａ部の長さであるが、こちらは波長変換効率の大きさよりも温度に対する許容度幅を大きくすることが重要であるため、０．１〜０．２ｍｍ程度が望ましい。たとえば、波長変換素子の長さが０．２ｍｍである場合、温度に対する許容幅は７５℃となるので、Ａ部の変換効率が最大となる温度を２０℃に設計して作製した場合、気温がマイナスになった場合でも、Ｇ光の発光を得ることが可能となる。上述の点を考慮すると、波長変換素子１２４ａの全体（Ａ部＋Ｂ部）の長さ（ＬＡ＋ＬＢ）は、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１３０】
また、第１の実施の形態における擬似位相整合型波長変換素子の素子長の検討結果を考慮すると、Ｂ部の長さは、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましく、この場合、Ａ部の長さは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすると、波長変換素子１２４ａの全体（Ａ部＋Ｂ部）の長さ（ＬＡ＋ＬＢ）は、０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１３１】
上記の構成により、本実施の形態では、Ａ部（第１の分極反転領域）の温度に対する許容度がＢ部（第２の分極反転領域）よりも大きくなるとともに、Ａ部の低温時の波長変換効率がＢ部より大きくなるので、温度許容幅を向上することができるとともに、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合でも、装置の立ち上げ時間を短縮することができる。
【０１３２】
（第９の実施の形態）
以下の第９乃至第１２の実施の形態では、アレイ型半導体レーザー素子により固体レーザー媒質を励起して基本波レーザー光を発生させ、基本波レーザー光を波長変換素子により高調波レーザー光に変換して可視光高出力レーザーを出力できる固体レーザー装置及びそれを用いた表示装置の構成について説明する。
【０１３３】
図２２〜図２４に、本発明の第９の実施の形態の固体レーザー装置である固体レーザー光源２００の概略構成図を示す。図２２は、本実施の形態の固体レーザー光源２００の概略構成を上から見た平面図であり、図２３は、図２２の２３Ａ−２３Ａ線の面から見た固体レーザー光源２００の側面図であり、図２４は、図２２に示す波長変換素子２３３の拡大図である。
【０１３４】
図２２に示すように、固体レーザー装置である固体レーザー光源２００は、複数の活性領域２２１（例えば、８個の活性領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２１ｅ、２２１ｆ、２２１ｇ、２２１ｈ）から励起光２２２を出射する半導体素子（半導体レーザ光源）２２３と、半導体素子２２３の複数の活性領域２２１をそれぞれ独立に駆動して励起光２２２を制御する制御部２２４とを備えている。複数の活性領域２２１は、制御部２２４内に配置された制御回路２２４ａ及び複数の電源２２５（例えば、８個の電源２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄ、２２５ｅ、２２５ｆ、２２５ｇ、２２５ｈ）によりそれぞれ独立して駆動される。
【０１３５】
そして、固体レーザー光源２００は、固体レーザー素子２３０と、波長変換素子２３３とをさらに備える。固体レーザー素子２３０は、複数の励起光２２２により少なくとも一部が励起される固体レーザー媒質２２６と、固体レーザー媒質２２６の半導体素子２２３に対向した端面２２７及び出力ミラー２２８とで構成されるレーザー共振器２２９とからなる。波長変換素子２３３は、レーザー共振器２２９内に配置されて固体レーザー素子２３０で発振した複数の基本波光２３１を複数の高調波光２３２に変換する。
【０１３６】
固体レーザー光源２００は、出力ミラー２２８から複数の高調波光２３２を複数の出力光２３４（例えば、８個の出力光２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｇ、２３４ｈのいずれか）として出力する。このとき、複数の励起光２２２により励起された固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する複数の発生部２３５（例えば、８個の２３５ａ、２３５ｂ、２３５ｃ、２３５ｄ、２３５ｅ、２３５ｆ、２３５ｇ、２３５ｈのいずれか）の位置が時間的に変化し、マルチビームの高調波光２３２が出射される。この高調波光２３２は、出力ミラー２２８より固体レーザー光源２００の出力光２３４として取り出される。
【０１３７】
なお、励起光２２２は、半導体素子２２３から拡がって出射されるので、シリンドリカルレンズなどの光学系（図示せず）を用いて平行光に変換したのちに固体レーザー媒質２２６に入射されて固体レーザー媒質２２６を励起する。
【０１３８】
このような構成により、半導体素子２２３の複数の活性領域２２１が全て電源２２５により駆動されたときには、図２３に示すように、複数の出力光２３４（例えば、８個の出力光２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｇ、２３４ｈ）が、８本のビームからなるマルチビームとして出力ミラー２２８から出力される。
【０１３９】
例えば、１つのビームから０．５Ｗの波長５３２ｎｍの緑色レーザー光が出力されるようにしたときに、表示装置の光源として１Ｗの緑色レーザー光が必要な場合は、出力光２３４の８本のビームのうち、任意の２つのビームを利用することにより、必要な１Ｗの緑色レーザー光が得られる。この２つのビームは、図２２で示す半導体素子２２３の複数の活性領域２２１のうちの２つを複数の電源２２５のうちの２つにより駆動することで得られる。このときに他の６つの活性領域２２１は、他の６つの電源２２５により駆動されないので動作していない。また、この活性領域２２１が動作するときに出射される励起光２２２により励起される固体レーザー素子２３０の対応する領域、及びこれに対応する波長変換素子２３３の領域も動作しない。
【０１４０】
したがって、このような動作を一定時間行った後に、連続した次の一定時間の間は、先の一定時間の間に動作した２つの活性領域２２１とは異なる活性領域２２１のうちの任意の２つの活性領域２２１を動作させる。そして、この活性領域２２１からの励起光２２２により、図２３の異なる場所から出力光２３４が得られる。
【０１４１】
このような構成により、励起光２２２により励起された固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する発生部２３５の位置が時間的に変化し、固体レーザー光源２００は、マルチビームの高調波光２３２を出射する。このようにすると、連続して同じ場所を動作させることなく、一定時間動作した場所は次の一定時間には動作させないので、長寿命で高信頼性の固体レーザー光源２００が実現される。
【０１４２】
そして、固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する領域及び波長変換素子２３３の高調波光２３２を発生する領域が時間的に変化することにより、同じ出力の出力光２３４がマルチビームで出射され、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。また、このような固体レーザー光源２００を使用して画像などを表示すると、高調波光２３２がマルチビームで一定時間ごとに異なる位置から出射するので、スペックルノイズが低減された画像を表示することができる。
【０１４３】
また、固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する領域が時間的に変化することにより、レーザー共振器２２９内部の熱分布が変化し、発振モードの空間分布が変化する。これによって、固体レーザー光源２００の発振波長スペクトルが拡大し、レーザー光のコヒーレントが低下するので、干渉性を抑えてスペックルノイズを低減できる。なお、熱分布の変化を利用しているため、変調周波数としては、６０Ｈｚ以上の変調速度が必要である。これ以下の変調周波数の場合、熱的変動が小さくなり、スペクトル拡大が減少するためである。
【０１４４】
さらに、固体レーザー媒質２２６の基本波光２３１を発生する領域を時間的に変化させることにより、以下のようにして高調波光２３２の出力安定化が図れる。レーザー共振器２２９内部で高調波光２３２を発生させる場合、レーザー共振器２２９内部で発生する高調波光２３２は、共振器ミラー（端面２２７及び出力ミラー２２８）の何れかのミラーに反射され、再び非線形結晶内部を通過する。この際に、高調波光２３２が非線形光学効果により基本波光２３１に再び変換され、レーザー共振器２２９内部で共振している基本波光２３１と干渉して、出力変動を発生するという問題があり、一般的に「Ｇｒｅｅｎ  Ｐｒｏｂｌｅｍ」と呼ばれている。
【０１４５】
このような発生した高調波光２３２の逆変換による出力の不安定性の発生にも、本実施の形態の構成は有効である。本実施の形態では、レーザー共振器２２９内部でのレーザーの発生場所を部分的に変化させる。このときの変化の周波数を、６０Ｈｚ以上、固体レーザー媒質２２６の緩和振動周波数以下（例えば、Ｎｄ系の固体レーザーであれば数ｋＨｚ以下）の範囲で変化させれば、レーザー共振器２２９の発振状態を常に不安定な状態に維持できる。この状態であれば、逆変換で発生した基本波光２３１と基の基本波光２３１との干渉性が大きく劣化するため、干渉効果による出力の不安定性を改善できる。
【０１４６】
また、同一場所で出力を変動させると、ＯＮ／ＯＦＦ状態を維持する必要があり、平均出力が低下するが、これに対して、本実施の形態の構成のように、発生場所を時間的に変化させることにより、レーザー共振器２２９としては、常に発光状態にあり且つ発光場所のみが時間的に変化する構成をとれば、高出力特性を保ったまま、出力を安定化させる。このような構成としては、何れかの場所が必ず励起されており、且つ同一の場所が固体レーザー媒質２２６の緩和振動周波数を超えて、例えば１ｍｓ以上連続して励起されないように、固体レーザー媒質２２６の発光場所を常に変えることにより、安定した高調波出力が得られる。
【０１４７】
また、図２４に示すように、波長変換素子２３３として、周期状の分極反転構造３０３を有する非線形光学素子を用いることにより、スペックルノイズの低減が図れる。なお、波長変換素子２３３に、周期状の分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３などを用いることにより、高い非線形定数を利用できるため、高効率化が図れる。
【０１４８】
さらに、図２４に示すように、周期状の分極反転構造３０３の位相を部分的に異なるように配置する。例えば、一方の分極反転構造３０３の位相に対して他方の分極反転構造３０３の位相を１８０度ずらして複数の分極反転構造３０３を交互に配置することが好ましい。これによって、波長変換素子２３３を通過する基本波光３０２のビームは変化せず、発生する高調波光３０１のビームの位相が場所によって異なり、出射ビームがマルチビームになる。このように、基本波ビームの発生場所を時間的に変化させる構成に加えて、発生する短波長光のビームをマルチモード化することにより、ビームの変化を大きくしてスペックルノイズをより低減できる。
【０１４９】
周期状の分極反転構造３０３としては、光の伝搬方向（図中の左右方向）に対して周期状の分極反転領域が形成されており、この分極反転領域が、光に対して垂直な方向に複数の部分に分かれており、複数の部分の分極反転周期はほぼ等しく、且つ分極反転周期の位相が各部分で異なっている。
【０１５０】
上記の位相の揃った分極反転構造３０３の幅Ｗは、レーザー共振器２２９内で共振する基本波光３０２のビーム径より小さく、且つ分極反転周期の１０倍以上であることが望ましい。基本波光３０２が位相の異なる分極反転部分を横切ることで、位相の異なる高調波光３０１が発生してマルチビームになる。構造が周期の１０倍以下になると隣接するビーム間の干渉で効率が低下する。
【０１５１】
また、分極反転構造３０３の位相差としては、隣り合う部分の位相差がΛ／２（Λは、高調波光３０１の波長）になれば、反転位相の高調波光３０１となって２つのビームとなる。なお、Λ／４でも、ビーム干渉によりマルチビームが発生する。このように、高調波光３０１をマルチビーム化することにより、ビーム断面積を大きくすることができる。これによって、高調波光３０１のパワー密度を低減でき、高出力耐性を向上できる。また、前述のように、発生した高調波光３０１がレーザー共振器２２９内部で干渉して出力を不安定にする現象があるが、これに対しても、高調波光３０１をマルチモード化することにより、干渉度が低下し、出力が安定になった。
【０１５２】
周期状の分極反転構造３０３の位相差を設ける場所としては、いくつかの構成がある。一つの構成は、１つの励起光により発生する基本波ビーム内で位相の異なる部分を波長変換素子２３３に設ける方式である。例えば、基本波光３０２のビーム間隔が２５０μｍの場合、分極反転構造３０３の位相を２５０μｍ毎にΛ／２ずらす構成を設ける。この場合、位相段差の部分が基本波光３０２のほぼ中央に来るように、固体レーザー媒質２２６と波長変換素子２３３との位置を調整すれば、発生するビームが２つに分かれたマルチモードのビームが発生する。
【０１５３】
他の構成として、基本波光３０２毎に位相の異なる周期分極反転構造を波長変換素子２３３に設ける構成である。この場合、固体レーザー媒質２２６の励起として半導体素子２２３の複数の活性領域２２１を同時に駆動して使用する。このとき、固体レーザー媒質２２６の複数の発生部２３５が励起され、それぞれから発生した高調波光３０１の位相が異なることにより、干渉パターンが複雑に変化するので、スペックルノイズの低減効果が増大する。
【０１５４】
また、上記構成を組み合わせることも可能である。それぞれの基本波光３０２内で位相差のある分極反転構造を構成し、且つ互いの分極反転構造の位相が異なる場合である。この場合も、マルチビーム内の位相差の時間変化が大きくなり、スペックルノイズ低減効果が大きくできる。
【０１５５】
また、レーザー共振器２２９内部で波長変換を行う場合、発生した短波長光が互いに干渉して出力が不安定になる。これに対して、本実施の形態では、マルチビームの発生箇所を時間的に変化させることにより、レーザー共振器２２９内部の発振モードを変化させることができるので、干渉性を抑えて不安定性を改善することが可能になった。
【０１５６】
なお、本実施の形態では、図２２に示すように、独立して駆動可能な複数の活性領域２２１を有する半導体レーザーアレイ素子２３６から半導体素子２２３を構成したが、この例に特に限定されない。例えば、半導体素子２２３として、図２５に示すように、それぞれの活性領域２２１（例えば、８個の活性領域２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２１ｅ、２２１ｆ、２２１ｇ、２２１ｈ）から励起光２２２を出射する並列に配置された複数の半導体レーザー素子２３７（例えば、８個の半導体レーザー素子２３７ａ、２３７ｂ、２３７ｃ、２３７ｄ、２３７ｅ、２３７ｆ、２３７ｇ、２３７ｈ）を用いてもよい。このような構成とすることにより、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。また、レーザー共振器２２９内部に過飽和吸収体を挿入してもよく、この場合、高ピークパワーの出力を発生することができる。
【０１５７】
次に、複数の活性領域２２１を時間的に切り換えて、基本波光２３１が発生する発生部２３５の位置が時間的に変化してマルチビームの高調波光２３２を出射する構成について、具体例を挙げて説明する。
【０１５８】
図２６は、本実施の形態の固体レーザー光源２００の動作を示すタイムチャートである。図２６において、活性領域２２１のＮｏ．は、図２２の半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１である活性領域２２１ａ〜２２１ｈの英字ａ〜ｈに対応している。また、図２６では、固体レーザー光源２００が所定の動作時間Ｔｏｐの間にどの活性領域２２１をどの時間に動作させているかを示している。この所定の動作時間Ｔｏｐは、設定時間Ｔの単位で第１の設定時間Ｔ１〜第Ｎの設定時間ＴＮに分かれており、設定時間が切り替わる周波数ｆは、設定時間Ｔの逆数となっている。
【０１５９】
図２７は、第１の設定時間Ｔ１においてマルチビームを出射している図２２と同じ構成の固体レーザー光源２００を示す概略構成図である。図２７に示すように、第１の設定時間Ｔ１において、半導体レーザーアレイ素子２３６の活性領域２２１ｃ、２２１ｅがそれぞれ電源２２５ｃ、２２５ｅにより駆動され、励起光２２２ｃ、２２２ｅが固体レーザー媒質２２６に入射する。そして、固体レーザー媒質２２６の発生部２３５ｃ、２３５ｅが励起光２２２ｃ、２２２ｅにより励起され、基本波光２３１ｃ、２３１ｅが発振する。基本波光２３１ｃ、２３１ｅは、波長変換素子２３３により高調波光２３２ｃ、２３２ｅに変換され、出力光２３４ｃ、２３４ｅとして、２つのビームからなるマルチビームが出力される。
【０１６０】
このように、図２７では、２つの活性領域２２１ｃ、２２１ｅを選択して２つのビームを出力し、２つの出力光２３４ｃ、２３４ｅを固体レーザー光源２００のマルチビームの出力としている。すなわち、制御部２２４は、所定の動作時間Ｔｏｐ内の第１の設定時間Ｔ１に動作させる動作活性領域２４１を、半導体レーザーアレイ素子２３６（半導体素子２２３）の複数の活性領域２２１中から選択して動作させることにより、マルチビームの高調波光２３２ｃ、２３２ｅを出力光２３４ｃ、２３４ｅとして出射している。
【０１６１】
再び図２６を参照して、制御部２２４は、上記のように、所定の動作時間Ｔｏｐ内の第1の設定時間Ｔ１において、活性領域２２１ｃ、２２１ｅ（図２７に示す動作活性領域２４１）を選択して動作させた後、第２の設定時間Ｔ２において、活性領域２２１ａ、２２１ｈ（図２７に示す動作活性領域２４２）を選択して動作させ、第３の設定時間Ｔ３において、活性領域２２１ｄ、２２１ｆ（図２７に示す動作活性領域２４３）を選択して動作させ、以降、図示のように活性領域を順次選択して動作させている。なお、動作活性領域２４１〜２４３は、設定時間Ｔの間は電源２２５により駆動され、ＯＮ状態で動作している。
【０１６２】
このように、本実施の形態では、２つの活性領域２２１を選択して出力光２３４の２つのビームを出力し、固体レーザー光源２００のマルチビームの出力としている。すなわち、図２６に示すように、制御部２２４は、所定の動作時間Ｔｏｐ内のそれぞれの設定時間Ｔに動作させる動作活性領域を半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１の中から選択して動作させることにより、マルチビームの高調波光２３２を出力光２３４として出射している。
【０１６３】
上記のように、半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１のそれぞれを所定の動作時間Ｔｏｐ内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域２２１に集中してその活性領域２２１を磨耗及び劣化させることなく、半導体レーザーアレイ素子２３６を使用することができる。したがって、半導体レーザーアレイ素子２３６を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。同様に、固体レーザー媒質２２６及び波長変換素子２３３においても、特定の領域の温度が上がる状態及び励起光２２２が入射し続ける状態を避けて安定に出力光を出射することができるので、固体レーザー光源２００を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。
【０１６４】
また、図２６に示すように、所定の動作時間Ｔｏｐのそれぞれの設定時間の任意の連続する設定時間を第１の設定時間Ｔ１〜第３の設定時間Ｔ３としたとき、制御部２２４は、第１の設定時間Ｔ１において選択された活性領域２２１ｃ、２２１ｅが第２の設定時間Ｔ２において動作活性領域（活性領域２２１ａ、２２１ｈ）として選択されないように制御していることがわかる。同様に、制御部２２４は、第２の設定時間Ｔ２において選択された活性領域２２１ａ、２２１ｈが第３の設定時間Ｔ３において動作活性領域（活性領域２２１ｄ、２２１ｆ）として選択されないようにしており、以降の各設定時間においても同様である。
【０１６５】
さらに、図２６に示すように、制御部２２４は、第１の設定時間Ｔ１において選択された活性領域２２１ｃ、２２１ｅ及び活性領域２２１ｃ、２２１ｅに隣接する活性領域２２１ｂ、２２１ｄ、２２１ｆが第２の設定時間Ｔ２において動作活性領域（活性領域２２１ａ、２２１ｈ）として選択されないように制御している。また、制御部２２４は、第２の設定時間Ｔ２において選択された活性領域２２１ａ、２２１ｈ及び活性領域２２１ａ、２２１ｈに隣接する活性領域２２１ｂ、２２１ｇが第３の設定時間Ｔ３において動作活性領域（活性領域２２１ｄ、２２１ｆ）として選択されないように制御している。さらに、第４の設定時間Ｔ４において動作活性領域として選択される活性領域２２１ｂ、２２１ｈは、その前の設定時間Ｔである第３の設定時間Ｔ３において選択された活性領域２２１ｄ、２２１ｆ及び活性領域２２１ｄ、２２１ｆに隣接する活性領域２２１ｃ、２２１ｅ、２２１ｇでもない。同様に、第Ｎの設定時間ＴＮにおいて選択される活性領域２２１ｃ、２２１ｇは、その前の第Ｎ−１の設定時間ＴＮ−１において選択された活性領域２２１ａ、２２１ｅ及び活性領域２２１ａ、２２１ｅに隣接する活性領域２２１ｂ、２２１ｄ、２２１ｆでもない。
【０１６６】
上記のように、半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１のそれぞれを前後の設定時間において連続して且つ隣接して使用しないことにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域２２１に集中してその活性領域２２１を磨耗及び劣化させることなく、半導体レーザーアレイ素子２３６を使用することができる。したがって、半導体レーザーアレイ素子２３６を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。同様に、固体レーザー媒質２２６及び波長変換素子２３３においても、特定の領域の温度が上がる状態及び励起光２２２が入射し続ける状態を避けて安定に出力光を出射することができるので、固体レーザー光源２００を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。
【０１６７】
また、制御部２２４は、所定の動作時間Ｔｏｐ内の設定時間Ｔが切り替わる周波数ｆが６０Ｈｚ以上且つ固体レーザー媒質２２６の緩和振動周波数以下であるように制御している。このような構成とすることにより、人間の眼がちらつきを感じず、固体レーザー光源２００が応答する周波数の範囲内で、各構成要素の使用する領域を時間的に順番に切り換えて使用することができるので、所定の動作時間Ｔｏｐ内では、固体レーザー光源２００全体を満遍なく均等に使用することができる。しかも、マルチビームで動作させるので、表示装置用のレーザー光源として使用したときでも、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。
【０１６８】
（第１０の実施の形態）
図２８は、本発明の第１０の実施の形態に係る固体レーザー光源２４０を示す概略構成図である。固体レーザー光源２４０は、図２２で示す固体レーザー光源２００と異なり、出力ミラー２２８に代えて凹面ミラー２３８を使用している。
【０１６９】
このような構成にすることにより、活性領域２２１から出射された励起光２２２は、光学系により平行光になっていないので、図２８に示すような拡がったビーム２３９であった場合でも、凹面ミラー２３８と固体レーザー媒質２２６の端面２２７とからレーザー共振器を形成して基本波光２３１を発振することができる。そして、波長変換素子２３３は、基本波光２３１を高調波光２３２に変換し、凹面ミラー２３８から出力光２３４が出射される。なお、本実施の形態における半導体レーザーアレイ素子２３６の駆動方法は、上記の第９の実施の形態又は後述する第１１の実施の形態における駆動方法等を用いることができる。
【０１７０】
このように、本実施の形態では、複数の活性領域２２１からの少なくとも１つの励起光２２２により固体レーザー媒質２２６が励起され、励起された固体レーザー媒質２２６から発生した基本波光２３１がそれぞれ安定にレーザー発振を行うことができるので、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。
【０１７１】
（第１１の実施の形態）
図２９は、本発明の第１１の実施の形態に係る固体レーザー光源２５０を示す概略構成図である。本実施の形態では、第１０の実施の形態と異なり、半導体レーザーアレイ素子２３６の複数の活性領域２２１のうち１つの活性領域に大きい電流を注入することにより、大出力の励起光２２２を出射させて固体レーザー媒質２２６を励起し、固体レーザー媒質２２６中に基本波光２３１の２つの発生部２５２、２５３を生じさせている。この結果、波長変換素子２３３は、２つの基本波光２３１を２つの高調波光２３２に変換し、凹面ミラー２３８からマルチビームの出力光２５４が出射される。
【０１７２】
すなわち、制御部２２４は、動作活性領域２５１を１つ選択し、第９の実施の形態で示した所定の動作時間Ｔｏｐ内のそれぞれの設定時間Ｔに動作活性領域２５１から出射される励起光２２２を増大させて固体レーザー媒質２２６を励起する。このことにより、固体レーザー媒質２２６中に基本波光２３１を発生する２以上の発生部２５２、２５３を生じさせ、図２９に示すマルチビームの高調波光２３２を出力光２５４として出射している。
【０１７３】
このような構成にして、設定時間Ｔごとに順番に励起光２２２を出射する動作活性領域２５１として、前の設定時間Ｔで選択したものと異なる活性領域２２１が選択されることにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域２２１に集中してその活性領域２２１を磨耗及び劣化させることなく、半導体レーザーアレイ素子２３６を使用することができる。したがって、半導体レーザーアレイ素子２３６を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。
【０１７４】
また、励起光２２２で励起された固体レーザー媒質２２６において、固体レーザー媒質２２６の端面２２７と凹面ミラー２３８とで構成されるレーザー共振器により定在波が立つ領域が、基本波光２３１の発生部２５２、２５３として選択される。この発生部２５２、２５３及び波長変換素子２３３の波長変換領域２５５、２５６も、設定時間Ｔごとに別の場所が選択されて動作するので、特定の領域が集中して動作されることがなく、レーザー光や発熱の影響を過剰に受けて磨耗や劣化が生じることがない。
【０１７５】
このように構成された固体レーザー光源２５０は、マルチビームの出力光２５４を出射するので、例えば、この２つのビームを集光して表示装置の光源などに使用すると、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。
【０１７６】
（第１２の実施の形態）
図３０は、本発明の第１２の実施の形態に係る固体レーザー光源２６０を示す概略構成図である。図３０に示すように、本実施の形態では、図２９の固体レーザー光源２５０の構成に加えて、凹面ミラー２３８の外部に回折格子２５７をさらに配置している。この場合、出力光２６１は、２つの出力光２６１ａ、２６１ｂからなるマルチビームとなり、回折格子２５７によりマルチビームの出射角度が拡大される。このような構成とすることにより、出射するマルチビームの角度をさらに広げることができ、一層スペックルノイズを低減することができる。
【０１７７】
（第１３の実施の形態）
本発明の第１３の実施の形態として、図３１に、上記で説明した第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源を適用した画像表示装置の構成の一例について概略構成図を示す。図３１に示すように、本実施の形態の画像表示装置３１０は、複数のレーザー光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃと、このレーザー光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを走査する走査部３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃとを備えている。
【０１７８】
レーザー光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃは、少なくとも赤色（Ｒ光）、緑色（Ｇ光）及び青色（Ｂ光）をそれぞれ出射する光源を用いた。赤色レーザー光源（Ｒ光源）３０１ａには波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザー装置を、青色レーザー光源（Ｂ光源）３０１ｃには波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザー装置を用いている。また、緑色レーザー光源（Ｇ光源）３０１ｂには波長５３２ｎｍの上記の第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源のうちのいずれかを用いている。
【０１７９】
次に、本実施の形態の画像表示装置３１０の光学的な構成について説明する。画像表示装置３１０の各光源３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃから出射されたレーザービームは、集光レンズ３０９ａ、３０９ｂ、３０９ｃにより集光された後、走査部を構成する反射型２次元ビーム走査装置３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃにより走査され、ミラー３００ａ、凹レンズ３０９及びミラー３００ｃを経由して拡散板３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ上を走査される。
【０１８０】
拡散板３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃを通過したレーザービームは、フィールドレンズ３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃにより絞られて空間光変調素子３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃに導かれる。画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれのデータに分割されており、その信号を空間光変調素子３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃに入力し、空間光変調素子３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃにより変調された光がダイクロイックプリズム３０６により合波され、カラー画像が形成される。このように合波された画像は、投射レンズ３０７によりスクリーン３０８に投影される。
【０１８１】
但し、Ｇ光源３０１ｂから空間光変調素子３０５ｂに入射する光路中には、空間光変調素子３０５ｂにおけるＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするために、凹レンズ３０９が挿入されている。また、Ｇ光源３０１ｂは、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源に集光レンズ（図示せず）などの光学部品を付加して、出力光のマルチビームが集光されることにより、反射型２次元ビーム走査装置３０２ｂで走査しやすいようにしている。
【０１８２】
このように、本実施の形態の画像表示装置３１０においては、Ｇ光源３０１ｂとして、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー装置を用いているので、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができ、長寿命で高信頼性の画像表示装置３１０を実現することができる。
【０１８３】
なお、反射型２次元ビーム走査装置３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃとして、レンチキュラーレンズ、又はマイクロレンズアレイを時間的に振動させる方式が好ましい。マルチビームの場合、ビームの強度分布が画面上に現れると、画面内に強度分布が生じ、映像に影響を及ぼす。また、一方向にビームを振ると、黒い筋が現れて画質を落とす。これらを防止する方法として、第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー装置からのマルチビームと、レンチキュラーレンズ又はマイクロレンズアレイとを組み合わせる構成がある。
【０１８４】
このとき、反射型２次元ビーム走査装置３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃのビームを走査する周波数は、半導体素子２２３（図２２参照）の発光位置を時間的に変化させる周波数と異なることが望ましい。ビーム走査の周波数と、半導体素子２２３の発光位置を変化させる周波数とが同期すると、ビームの変化が観測されて映像にノイズが重畳され、画面が乱れるが、周波数が互いに異なることにより、複雑なビームの動きが実現でき、スペックルノイズをより低減できるためである。
【０１８５】
また、マルチビームの光源の場合、ビームとビームとの重なり部分に干渉による暗部が存在するが、レンチキュラーレンズ又はマイクロレンズアレイを用いると、ビームが多数分割されるため、暗部が視認されなくなり、画質が向上する。なお、マイクロレンズアレイのレンズの大きさは、マイクロレンズアレイ上でのマルチビームの大きさより小さくすることが好ましく、この場合、投射光の均一性を向上できるとともに、マルチビームによるビームの強度分布を均一化できる。
【０１８６】
（第１４の実施の形態）
本発明の第１４の実施の形態として、図３２に、上記で説明した第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源を含むバックライト照明装置を用いた液晶表示装置３２０の模式的な構成図を示す。図３２に示すように、液晶表示装置３２０は、液晶表示パネル３２１と、液晶表示パネル３２１を背面側から照明するバックライト照明装置３１１とを備えて構成されている。
【０１８７】
バックライト照明装置３１１は、レーザー光源３１２と、レーザー光源３１２からのＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザー光をまとめて導光部３１４を介して導光板３１５に導く光ファイバ３１３と、導入したＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザー光で均一に満たされ、主面（図示せず）からレーザー光を出射する導光板３１５とから構成されている。液晶表示パネル３２１は、バックライト照明装置３１１から出射されるＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザー光を利用して画像表示を行う偏光板３２２及び液晶板３２３から構成される。
【０１８８】
レーザー光源３１２は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射するＲ光源３１２ａ、Ｇ光源３１２ｂ及びＢ光源３１２ｃから構成される。Ｒ光源３１２ａ、Ｇ光源３１２ｂ及びＢ光源３１２ｃはそれぞれ赤色、緑色及び青色のレーザー光を出射する。このレーザー光源３１２のうち、Ｇ光源３１２ｂが第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源を用いて構成される。
【０１８９】
ここで、Ｒ光源３１２ａには波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザー装置を、Ｂ光源３１２ｃには波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザー装置を用いている。また、Ｇ光源３１２ｂには波長５３２ｎｍの上記の第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源のうちのいずれかを用いている。なお、Ｇ光源３１２ｂは、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源に集光レンズ（図示せず）などの光学部品を付加して、出力光のマルチビームが光ファイバ３１３に集光されて導光板３１５に導かれるようにしている。
【０１９０】
光ファイバ３１３は、マルチモードのファイバであることが望ましい。この場合、Ｇ光源３１２ｂとなる固体レーザー光源の発振モードを時間的に変化させたときに、導光部３１４に入射する光のビームパターンが変化し、スペックルノイズを低減することが可能になる。なお、マルチモードのグリーンレーザーは、出射ビームが時間的に変化し、ファイバとの結合損失を低減するため、コア径を５００μｍ以上にする必要がある。
【０１９１】
このように、本実施の形態の液晶表示装置３２０においては、Ｇ光源３１２ｂとして、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源を用いているので、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができ、長寿命で高信頼性の画像表示装置を実現することができる。
【０１９２】
（第１５の実施の形態）
本発明の第１５の実施の形態として、図３３に、上記で説明した第９乃至第１２の実施の形態の固体レーザー光源を含むバックライト照明装置を用いた液晶表示装置３３０の模式的な構成図を示す。
【０１９３】
バックライト照明装置３１１の赤色レーザー光源及び青色レーザー光源としては、図３２で示したものと同様のＲ光源３３１及びＢ光源３３２が配置され、赤色レーザー光及び青色レーザー光が、光ファイバ３１３により導光部３１４を介して導光板３１５に入射される。
【０１９４】
ここで、Ｇ光源としては、液晶表示パネル３２１の背面側に固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６が複数個配置されている。固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６は、第９乃至第１２の実施の形態で示した固体レーザー光源から構成され、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６の出力光３３８のマルチビームが、液晶表示パネル３２１の背面側に配置された導光板３１５の導光部３３７に直接照射されることにより、導光板３１５に緑色レーザー光が入射する。
【０１９５】
また、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６は、固体レーザー媒質が異なるものから構成されていてもよい。例えば、固体レーザー媒質として、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡＧなどの異なる媒質を並べて構成してもよい。また、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６のうち、隣接する固体レーザー光源の出力光である高調波光の波長が、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲で互いに異なるようにしてもよい。
【０１９６】
上記のような構成にすることにより、緑色レーザー光に起因するスペックルノイズをさらに低減することができる。また、このような高調波光の波長の異なる固体レーザー光源を交互に並べて、全体として色むらが出ないようにしてもよい。
【０１９７】
上記の構成により、本実施の形態では、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示する、長寿命で高信頼性の画像表示装置を実現することができる。また、色むらの少ない鮮明な緑色からなる画像を表示することもできる。
【０１９８】
また、本実施の形態では、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６は、発生するビームを時間的に変化させることが可能なため、導光板３１５を導波する場合に、ビームが時間的に変化し、スペックルノイズを大幅に低減することができる。さらに、導光板３１５内部でビームが拡散されることにより、スペックルノイズの低減効果がより強くなる。また、マルチビームによるビームの強度分布のむらに関しても、導光板３１５内で拡散されることにより、均一化されるという効果も得られた。
【０１９９】
また、通常のスペックルノイズの低減の方法は、レーザービームの進路を時間的に変化させる方法が用いられるため、ビームを走査、又は拡散板を走査するといった機械的な駆動部を必要とする。これに対して、本実施の形態では、固体レーザー媒質を励起する半導体素子の発光点を時間的に変化させることにより、固体レーザー光源３３３、３３４、３３５、３３６から発生するマルチビームのビーム形状を時間的に変化させることができ、スペックルノイズの大幅な低減を可能にしている。この結果、本実施の形態では、機械的な駆動部を必要としないため、信頼性に優れた画像表示装置を実現することができる。なお、上記の各実施の形態の構成は、任意に組み合わせることができ、この場合も、同様の効果を得ることができる。
【０２００】
上記の各実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係る固体レーザー装置は、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て基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む光共振器と、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、前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下である。
【０２０１】
この固体レーザー装置においては、温度許容幅が広く、精密な温度制御をしなくても、大出力で且つ波長安定性の良好なレーザー光を出力することができ、表示装置に用いる場合には装置の小型化及び低コスト化を実現できる。
【０２０２】
前記分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましい。
【０２０３】
この場合、高出力化が可能で、且つ温度許容幅を広くすることができるので、低コストで大出力の固体レーザー装置を実現することができる。また、擬似位相整合型波長変換素子の素子長が短いため、波長変換特性の許容幅が拡大し、レーザー光の波長幅を増大することができ、スペックルノイズの低減も実現される。
【０２０４】
前記分極反転領域は、第１の周期を有する第１の分極反転領域と、前記第１の周期より短い第２の周期を有する第２の分極反転領域とを含み、前記第２の分極反転領域の長さは、前記第１の分極反転領域の長さより長いことが好ましい。ここで、前記第１及び第２の分極反転領域が形成されている前記擬似位相整合型波長変換素子の光軸方向の長さは、１．２ｍｍ以下であることが好ましく、前記第１の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、前記第２の分極反転領域の光軸方向の長さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【０２０５】
この場合、第１の分極反転領域の温度に対する許容度が第２の分極反転領域よりも大きくなるとともに、第１の分極反転領域の低温時の波長変換効率が第２の分極反転領域より大きくなるので、温度許容幅を向上することができるとともに、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合でも、装置の立ち上げ時間を短縮することができる。
【０２０６】
前記固体レーザー装置は、前記擬似位相整合型波長変換素子の近傍に配置され、前記擬似位相整合型波長変換素子を加熱する加熱装置をさらに備えることが好ましい。
【０２０７】
この場合、擬似位相整合型波長変換素子を加熱することができるので、制御基準温度よりも低い環境温度から装置を立ち上げ駆動する際の立ち上げ時間の短縮が実現されるとともに、制御基準温度に早期に達するため、立ち上げ時から装置を安定的に駆動することができる。
【０２０８】
前記加熱装置は、電熱ヒーターであることが好ましい。この場合、電熱ヒーターを用いることにより、装置の低コスト化を図りながら、擬似位相整合型波長変換素子の温度を短時間で制御基準温度以上にすることができる。
【０２０９】
前記加熱装置は、紫外光源であってもよい。この場合、紫外光源から出射された紫外光が擬似位相整合型波長変換素子に吸収されて熱に変換されるので、装置立ち上げ時の使用環境温度が低い場合に、擬似位相整合型波長変換素子の温度上昇をアシストすることができる。
【０２１０】
前記固体レーザー装置は、前記擬似位相整合型波長変換素子の温度が制御基準温度よりも低い場合に、前記半導体レーザー光源に定格最大電流を供給して前記半導体レーザー光源の立ち上げ動作を制御する制御回路をさらに備えることが好ましい。
【０２１１】
この場合、半導体レーザー光源の温度を早期に上昇させることができるので、制御基準温度よりも低い環境温度から装置を立ち上げ駆動する際の立ち上げ時間の短縮が実現されるとともに、制御基準温度に早期に達するため、立ち上げ時から装置を安定的に駆動することができる。
【０２１２】
前記ミラーは、前記固体レーザー媒質及び前記擬似位相整合型波長変換素子の光入射面に対して４５度の傾きを有して配置され、前記レーザー光は、前記ミラーを介して前記固体レーザー媒質に入射するとともに、前記基本波レーザー光は、前記ミラーを介して前記擬似位相整合型波長変換素子に入射し、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は、前記ミラーを介して出射することが好ましい。
【０２１３】
この場合、固体レーザー媒質と擬似位相整合型波長変換素子とを充分大きなヒートシンクにより冷却することが可能となるだけでなく、擬似位相整合型波長変換素子で発熱が生じやすい領域を効果的に放熱することができる。これらにより、ペルチエ素子等を用いた精密な温度制御を行うことなく、発熱によるレーザー出力の変動を抑制することができる。
【０２１４】
前記固体レーザー媒質と前記擬似位相整合型波長変換素子とは、それぞれ異なるヒートシンクに固定されていることが好ましい。
【０２１５】
この場合、固体レーザー媒質と擬似位相整合型波長変換素子とを個別に充分大きなヒートシンクにより冷却することができる。
【０２１６】
前記固体レーザー装置は、前記レーザー光の発振波長を固定する発振波長固定部をさらに備えることが好ましい。
【０２１７】
この場合、温度変化が生じても、半導体レーザー光源の発振波長が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、発振波長固定部としては、例えば、透過型の回折格子であるＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。この例では、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。
【０２１８】
前記半導体レーザー光源は、複数の活性領域から励起光を出射する半導体素子を含み、前記固体レーザー装置は、前記半導体素子の前記複数の活性領域をそれぞれ独立に駆動して前記励起光を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記複数の活性領域の中から選択的に活性領域を駆動することにより、前記励起光により励起される前記固体レーザー媒質の基本波レーザー光を発生する発生部の位置を時間的に変化させて前記擬似位相整合型波長変換素子からマルチビームの高調波レーザー光を出射させることが好ましい。
【０２１９】
この場合、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られるので、長寿命で高信頼性の固体レーザー光源が実現できる。また、このような固体レーザー装置を使用して画像などを表示すると高調波レーザー光がマルチビームで出射するのでスペックルノイズが低減された画像を表示することができる。
【０２２０】
前記半導体素子は、独立して駆動可能な複数の活性領域を有する半導体レーザーアレイ素子であることが好ましい。この場合、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。
【０２２１】
前記半導体素子は、それぞれの活性領域から励起光を出射する、並列に配置された複数の半導体レーザー素子であってもよい。この場合も、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。
【０２２２】
前記分極反転領域は、周期の位相が異なる部分を有することが好ましい。この場合、ビーム干渉によりマルチビームが発生し、ビーム断面積を大きくすることができるので、高調波のパワー密度を低減でき、高出力耐性を向上できるとともに、高調波レーザー光をマルチモード化することにより干渉度が低下し、緑色のＷ級の高出力レーザー光が安定に得られる。
【０２２３】
前記ミラーは、凹面ミラーであることが好ましい。この場合、複数の活性領域からの励起光により励起された固体レーザー媒質から発生する基本波レーザー光が、それぞれ安定的にレーザー発振を行うことができる。
【０２２４】
前記制御部は、所定の動作時間内に設定された各設定時間に動作させる動作活性領域を前記複数の活性領域の中から選択して駆動することにより、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることが好ましい。
【０２２５】
この場合、半導体素子の複数の活性領域の各々を所定の動作時間内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域に集中してその活性領域を磨耗及び劣化させることなく、半導体素子を使用することができるので、半導体素子を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。
【０２２６】
前記制御部は、前記動作活性領域として、前記複数の活性領域の中から１つの活性領域を選択し、選択した活性領域から出射される励起光を増大させて前記固体レーザー媒質を励起することにより、前記固体レーザー媒質中に前記基本波レーザー光を発生する２以上の前記発生部を生じさせ、前記マルチビームの高調波レーザー光を出射させることが好ましい。
【０２２７】
この場合、半導体素子の複数の活性領域のうちの１つの活性領域を所定の動作時間内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域に集中してその活性領域を磨耗及び劣化させることなく、半導体素子を使用することができるので、半導体素子を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。
【０２２８】
前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第１の設定時間及び第２の設定時間としたとき、前記第１の設定時間において選択された活性領域が、前記第２の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動することが好ましい。
【０２２９】
この場合、第１の設定時間において選択された活性領域が、第２の設定時間において動作活性領域として選択されないように、半導体素子の複数の活性領域の各々を所定の動作時間内に順番に使用することにより、レーザー光、電流及び発熱などが特定の活性領域に集中してその活性領域を磨耗及び劣化させることなく、半導体素子を使用することができるので、半導体素子を高信頼性且つ長寿命で使用することができる。
【０２３０】
前記制御部は、前記設定時間のうち任意の連続する設定時間を第１の設定時間及び第２の設定時間としたとき、前記第１の設定時間において選択された活性領域及び当該活性領域に隣接する活性領域が、前記第２の設定時間において前記動作活性領域として選択されないように、前記活性領域を駆動するようにしてもよい。
【０２３１】
この場合、第１の設定時間において選択された活性領域及び当該活性領域に隣接する活性領域が、第２の設定時間において動作活性領域として選択されないように、半導体素子の複数の活性領域の各々を所定の動作時間内に順番に使用することにより、隣接する活性領域からの熱の移動などによる影響をさらに少なくすることができる。
【０２３２】
前記設定時間が切り替わる周波数は、６０Ｈｚ以上、前記固体レーザー媒質の緩和振動周波数以下であることが好ましい。
【０２３３】
この場合、画像表示装置用のレーザー光源として使用したときでも、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。
【０２３４】
前記固体レーザー装置は、前記ミラーの外部に配置される回折格子をさらに備えることが好ましい。この場合、出射するマルチビームの角度をさらに広げることができるので、一層スペックルノイズを低減することができる。
【０２３５】
本発明に係る表示装置は、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、前記照明光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源のうちの少なくとも１つは、上記いずれかに記載の固体レーザー装置からなる。
【０２３６】
この表示装置においては、小型で大出力の照明光源を用いているので、表示装置全体を小型化することができるとともに、レーザー光源を用いているので、従来に比べて色再現性をさらに改善することができる。
【０２３７】
前記画像変換デバイスは、２次元空間変調デバイスを含み、前記照明光源は、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射したレーザー光を合波して前記２次元空間変調デバイスを照射することが好ましい。この場合、２次元空間変調デバイスの数を必要最小限に削減して表示装置の低コスト化を図ることができる。
【０２３８】
前記画像変換デバイスは、３枚の透過型液晶表示パネルを含み、前記透過型液晶表示パネルは、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から出射するレーザー光に対応してそれぞれ配置され、前記透過型液晶表示パネルを透過した映像光は、合波プリズムにより合波された後に投射されるようにしてもよい。この場合、光源毎に設けられた透過型液晶表示パネルを用いて高精細な画像を表示することができる。
【０２３９】
本発明に係る他の表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、前記バックライト照明装置は、複数のレーザー光源を含み、前記複数のレーザー光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含み、前記緑色光源は、上記いずれかに記載の固体レーザー装置からなる。
【０２４０】
この表示装置においては、スペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示する、長寿命で高信頼性の画像表示装置を実現することができる。
【０２４１】
前記固体レーザー装置は、前記液晶表示パネルの背面側に複数個配置されることが好ましい。この場合、さらにスペックルノイズが低減された高品質且つ安定した画像を表示することができる。
【０２４２】
前記固体レーザー装置のうち、隣接する固体レーザー装置の高調波レーザー光の波長は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲で互いに異なることが好ましい。この場合、色むらの少ない鮮明な緑色からなる画像を表示することができる。
【０２４３】
前記表示装置は、前記擬似位相整合型波長変換素子近傍に配置され、装置内の発熱部からの熱を前記擬似位相整合型波長変換素子に伝達する伝熱部をさらに備えることが好ましい。
【０２４４】
この場合、発熱部からの熱を擬似位相整合型波長変換素子に伝達して擬似位相整合型波長変換素子を加熱することができるので、制御基準温度よりも低い環境温度から装置を立ち上げ駆動する際の立ち上げ時間の短縮が実現されるとともに、制御基準温度に早期に達するため、立ち上げ時から装置を安定的に駆動することができる。
【０２４５】
前記発熱部は、前記赤色光源及び前記青色光源の少なくとも一方であることが好ましい。この場合、赤色光源及び青色光源を伝熱部として共用することができるので、装置の低コスト化及び小型化を達成することができる。
【０２４６】
本発明に係る波長変換素子は、半導体レーザー光源からのレーザー光の入射により励起されて基本波レーザー光を発振する固体レーザー媒質、及びミラーを含む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であって、前記擬似位相整合型波長変換素子には、一定周期を有する分極反転領域が形成され、前記分極反転領域の光軸方向の長さは、１．０ｍｍ以下である。
【０２４７】
この波長変換素子において、固体レーザー媒質から大きな基本レーザー波を入力することができるとともに、変換効率の改善と温度許容幅の拡大とにより、温度安定性がよく且つ高出力の固体レーザー装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４８】
本発明の固体レーザー装置によれば、温度許容幅が広くなるので、精密な温度制御をしなくても、大出力で且つ波長安定性の良好なレーザー光を出力することができ、投射型表示装置等の表示装置分野に有用である。
【０２４９】
また、本発明は、スペックルノイズが低減されたＷ級の緑色の高出力レーザー光を出射する長寿命且つ高信頼性の固体レーザー装置、及び、この固体レーザー装置を用いた高品質な表示装置を提供することができ、大型表示装置や高輝度表示装置などの表示用デバイス、又は照明用機器に有用である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008093545.tif 000037
【図２】
2008093545.tif 000038
【図３】
2008093545.tif 000039
【図４】
2008093545.tif 000040
【図５】
2008093545.tif 000041
【図６】
2008093545.tif 000042
【図７】
2008093545.tif 000043
【図８】
2008093545.tif 000044
【図９】
2008093545.tif 000045
【図１０】
2008093545.tif 000046
【図１１】
2008093545.tif 000047
【図１２】
2008093545.tif 000048
【図１３】
2008093545.tif 000049
【図１４】
2008093545.tif 000050
【図１５】
2008093545.tif 000051
【図１６】
2008093545.tif 000052
【図１７】
2008093545.tif 000053
【図１８】
2008093545.tif 000054
【図１９】
2008093545.tif 000055
【図２０】
2008093545.tif 000056
【図２１】
2008093545.tif 000057
【図２２】
2008093545.tif 000058
【図２３】
2008093545.tif 000059
【図２４】
2008093545.tif 000060
【図２５】
2008093545.tif 000061
【図２６】
2008093545.tif 000062
【図２７】
2008093545.tif 000063
【図２８】
2008093545.tif 000064
【図２９】
2008093545.tif 000065
【図３０】
2008093545.tif 000066
【図３１】
2008093545.tif 000067
【図３２】
2008093545.tif 000068
【図３３】
2008093545.tif 000069
【図３４】
2008093545.tif 000070
【国際調査報告】
2008093545.tif 000071
2008093545.tif 000072
2008093545.tif 000073
2008093545.tif 000074
2008093545.tif 000075
2008093545.tif 000076