(57)【要約】【課題】外部共振器型のレーザー光源を前提として、出力レーザー光の可干渉性を低下させることでスペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を提供する。【解決手段】レーザー光を射出する発光部を有する一対の発光素子１２，１３を備え、発光素子１２，１３は半導体レーザー素子であり、互いに一方の発光素子１２，１３が有する発光部が射出したレーザー光が他方の発光素子が有する発光部へ入射するように配置され、一対の発光素子１２，１３の間における光路上に配置され、空間的に選択波長域が異なる波長選択手段１７と、一対の発光素子１２，１３の少なくともいずれか一方を冷却する冷却手段３０と、互いにレーザー光が入射する発光部同士が、それぞれ異なる温度となるように冷却手段３０を制御する制御部５０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を射出する発光部を有する一対の発光素子を備え、
前記発光素子は半導体レーザー素子であり、互いに一方の発光素子が有する発光部が射出したレーザー光が他方の発光素子が有する発光部へ入射するように配置され、
前記一対の発光素子の間における光路上に配置され、空間的に選択波長域が異なる波長選択手段と、
前記一対の発光素子の少なくともいずれか一方を冷却する冷却手段と、
互いにレーザー光が入射する前記発光部同士がそれぞれ異なる温度となるように前記冷却手段を制御する制御部と、を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記一対の発光素子の各々は、互いに複数の前記発光部を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
レーザー光を射出する複数の発光部を有する一対の発光素子を備え、
前記発光素子は半導体レーザー素子であり、互いに一方の発光素子が有する発光部が射出したレーザー光が他方の発光素子が有する発光部へ入射するように配置され、
前記一対の発光素子の間における光路上に配置され、空間的に選択波長域が異なる波長選択手段と、
前記一対の発光素子の少なくともいずれか一方を冷却する冷却手段と、
各々の前記発光素子が有する前記複数の発光部が、少なくとも２つの温度で発光するように前記冷却手段を制御する制御部と、を有することを特徴とする光源装置。
【請求項４】
前記制御部は、互いにレーザー光が入射する前記発光部同士がそれぞれ異なる温度となるように前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記冷却手段は、前記発光素子と熱交換する冷媒と、
前記発光素子のレーザー光射出側と反対側に設けられ、前記冷媒が流動する冷媒流路と、
前記制御部に制御され前記冷媒を前記冷媒流路内で循環させる循環手段と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記冷媒流路は、前記冷媒の流れ方向において流路の断面積が変化することにより、前記冷媒の流速が変化していることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記波長選択手段は、表面が湾曲し前記レーザー光の入射角度が空間的に異なることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記波長選択手段は、前記発光部から射出されるレーザー光の全波長域のうち、所定の選択波長域のレーザー光を選択的に透過させる音響光学媒体と、音響波を生成する音響波生成手段と、を含む可変波長選択素子であり、
前記音響波生成手段を用いて前記音響光学媒体内の前記レーザー光の光路と交差する方向に音響波を伝播させることにより、前記選択波長域を空間的かつ時間的に変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記可変波長選択素子を構成する音響光学媒体が複数個に分割され、分割された各々の音響光学媒体に前記レーザー光がそれぞれ入射されるとともに、前記各々の音響光学媒体毎に前記音響波生成手段が設けられたことを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記一対の発光素子と前記波長選択手段との間の光路上に、前記複数の発光部から射出された複数のレーザー光を、当該レーザー光の波長域とは異なる波長域のレーザー光に変換する波長変換素子と、当該波長変換素子が変換する変換波長域を時間的に変化させる変換波長変化手段と、を含む可変波長変換素子が設けられ、
前記音響波生成手段が、時間的に連続して変化する音響周波数を有する音響波を生成し、
前記音響波生成手段が生成する音響波の音響周波数の変化と、前記変換波長変化手段が変化させる変換波長域の変化と、が同期していることを特徴とする請求項８または９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記一対の発光素子のうち少なくとも一方から射出されたレーザー光のスペクトルを検知する検知手段を有し、
前記制御部は、検知したスペクトルに基づいて、前記可変波長選択素子の選択波長域が前記スペクトルのスペクトル分布の全域を含むように前記音響波生成手段を制御することを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記一対の発光素子のうち少なくとも一方から射出されたレーザー光のスペクトルを検知する検知手段を有し、
前記制御部は、検知したスペクトルに基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一.項に記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出されたレーザー光を被投射面上で走査する走査手段と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置により照明された被写体を撮像する撮像部と、を備えたことを特徴とするモニター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、画像表示装置及びモニター装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターにおいては、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的であった。ところが、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現性範囲が狭い、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させる、等の課題がある。そこで、放電ランプに代わる高出力の光源として、単色光を照射するレーザー光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている。
【０００３】
高出力のレーザー光を得られるレーザー光源装置としては、外部共振器構造を持つレーザー光源装置が上げられる。このようなレーザー光源装置では、外部共振器の使用により特定の波長の光が強められ高出力のレーザー光が得られる。このような外部共振器構造においては、共振ミラーとしてボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）など狭帯域ミラーとして働く素子や、特許文献１に示すようなＶＢＧよりも安価なバンドパスフィルターを利用する構造が提案されている。
【０００４】
このようなレーザー光源は、発光に伴って発熱することが知られている。発熱により光源の温度が上昇すると、素子の劣化や発振波長のズレにつながるため、光源の温度を一定に保つ構成が提案されている。例えば、特許文献２には、発熱するレーザー光源を冷却するヒートシンクを設けることで、レーザー光源を冷却し複数の光源間で発熱による発振波長のズレを抑え、出力波長の安定化と効率向上を行うレーザーダイオードアレイの構成が提案されている。
【０００５】
ところで、これらのレーザー光源は、プロジェクターの光源として適応する場合、上述のように光源の高出力化が解決できる反面、スクリーン等の散乱体でレーザー光の干渉が生じることによって明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆるスペックルと呼ばれる現象が発生する場合がある。そこで、レーザー光源を用いて鮮明な画像を表示させるプロジェクターを実現するためには、スペックルノイズの対策が必要となる。
【０００６】
スペックルノイズは、レーザー光の可干渉性に起因して生じる現象である。よって、スペックルノイズを低減するには、レーザー光の可干渉性を低下させる対策が有効である。可干渉性はレーザー光の出力スペクトル幅に概ね反比例しており、出力スペクトル幅が広がると可干渉性が低下するため、スペクトル幅を広くすることによってスペックルノイズを低減することができる。
【０００７】
このようなレーザー光を射出するレーザー光源装置として、具体的には、複数の発光素子を２次元に配列したアレイ状光源において、各発光素子の出力波長をずらすことで全体のスペクトル幅を広げることでスペックルノイズの発生を抑制する装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−１９０１１１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８９０２号公報
【特許文献３】特表２００４−５０３９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３の構成において、光源の高出力化を図るために外部共振器型のレーザー光源を適応した場合には、次のような問題が生じる。
【００１０】
すなわち、外部共振器型のレーザー光源においてレーザー発振させるためには、共振ミラーの対応波長幅を狭くする必要がある。そのため、特許文献３の構成のように、アレイ状光源の各発光素子の出力波長をずらしてスペクトル幅を広げたとしても、発振するレーザー光は、共振ミラーの対応波長幅に応じて狭帯域となり、結果、スペックル低減に効果を示さない。
【００１１】
一方で、出力波長幅を広げるために共振ミラーの対応波長幅を広げた場合、レーザー共振が困難となり、共振ミラーとしての役割を果たさなくなる。したがって、可干渉性を低下させるために、単純に共振ミラーの選択波長幅を広くすることはできない。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、外部共振器型のレーザー光源を前提として、出力レーザー光の可干渉性を低下させることでスペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を提供することを目的とする。また、上記の光源装置を備え、画質に優れた画像表示装置およびモニター装置を提供することを目的とする。
【００１３】
上記特許文献３の構造において光共振器構造を構築したとしても、１個の発光素子から得られるレーザー光の強度には自ずと限界がある。そこで、更なる高出力化を進める手法として、近年、２個の発光素子を光学的に対峙させた外部共振器構造のレーザー光源装置が検討されている。
【００１４】
２個の発光素子を用いた外部共振器構造では、共振器の両端に発光素子が配置されており、２個の発光素子間でレーザー光を往復させることにより誘導放出を連続的に起こし、レーザー光を増幅させることが可能となる。また、発光素子と外部共振ミラーとを用いた場合と比べてレーザー光の増幅が大きくなる可能性があり、高出力化に好適なレーザー光源装置を実現することが期待されている。
【００１５】
すなわち、本発明では、このような２個の発光素子を用いた外部共振器構造において、出力レーザー光の可干渉性を低下させることでスペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１７】
本発明の第１の光源装置は、レーザー光を射出する発光部を有する一対の発光素子を備え、前記発光素子は半導体レーザー素子であり、互いに一方の発光素子が有する発光部が射出したレーザー光が他方の発光素子が有する発光部へ入射するように配置され、前記一対の発光素子の間における光路上に配置され、空間的に選択波長域が異なる波長選択手段と、前記一対の発光素子の少なくともいずれか一方を冷却する冷却手段と、互いにレーザー光が入射する前記発光部同士が、それぞれ異なる温度となるように前記冷却手段を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、まず、発光素子を両端とする外部共振器構造が構成され、発光素子間を光が往復する際に光が増幅されてレーザー発振が生じる。
【００１９】
ここで、半導体レーザー素子は、レーザー素子の温度に出力波長が依存し、高温になるほど出力波長が長波長化する特徴を持つ。そのため、冷却手段によって発光素子の温度を互いに異ならせると、温度の違いによって対となる発光素子から射出されるレーザー光の中心波長はそれぞれ異なる。また、光共振器構造の両端に配置される発光部から、互いに異なる中心波長のレーザー光が射出されるため、中心波長の異なる複数のレーザー光のレーザー発振が生じる。
【００２０】
また、レーザー発振を起こす複数のレーザー光は、発光素子から射出されるレーザー光の中心波長が異なるだけであるために、射出されるレーザー光の強度は互いに同等の強度とすることができる。
【００２１】
このように、互いに中心波長が異なり且つ同等の強度を有する複数のレーザー光が射出されると、射出されるレーザー光全体としては、中心波長のズレに応じてスペクトル幅が広がり、且つ、同等の強度を有することに起因してスペクトル分布が擬似的なトップハット形状を有する広帯域のレーザー光が射出されているとみなすことができる。
【００２２】
加えて、発光素子間の光路上には、空間的に選択波長域が異なる波長選択素子が設けられているため、波長選択素子では、レーザー光が透過する領域の選択波長に応じて、同等の強度で複数の波長のレーザー光が選択されることとなる。上述のように、発光素子間で発振するレーザー光は広帯域化しているため、波長選択素子では、広帯域のレーザー光から複数のレーザー光が選択され、レーザー発振を起こすこととなる。
【００２３】
これらの作用により、本発明の光源装置では、単一の温度範囲では発振することが困難な広範囲の波長で発振させた複数の波長のレーザー光を射出させることができ、スペックルノイズを確実に低減することができる。
【００２４】
また、本発明の第１の光源装置においては、前記一対の発光素子の各々は、互いに複数の前記発光部を有することが望ましい。
【００２５】
この構成によれば、複数の発光部から射出されるレーザー光が波長選択手段に入射するために、波長選択手段において異なる選択波長域を示す箇所にレーザー光を透過させやすくなり、より確実に複数の波長のレーザー光を選択することができる。そのため、より確実に複数の波長のレーザー光を射出させることができ、スペックルノイズを確実に低減することができる。
【００２６】
また、本発明の第２の光源装置は、レーザー光を射出する複数の発光部を有する一対の発光素子を備え、前記発光素子は半導体レーザー素子であり、互いに一方の発光素子が有する発光部が射出したレーザー光が他方の発光素子が有する発光部へ入射するように配置され、前記一対の発光素子の間における光路上に配置され、空間的に選択波長域が異なる波長選択手段と、前記一対の発光素子の少なくともいずれか一方を冷却する冷却手段と、各々の前記発光素子が有する前記複数の発光部が、少なくとも２つの温度で発光するように前記冷却手段を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、発光素子に含まれる複数の発光部同士が異なる温度であることから、発光素子全体として射出する複数のレーザー光は、それぞれ異なる中心波長のレーザー光となる。そのため、光共振器構造では、中心波長の異なる複数のレーザー光のレーザー発振が生じる。
【００２８】
更に、第１の光源装置と同様に、射出されるレーザー光の強度が互いに同等の強度であるために、射出されるレーザー光全体としては、擬似的なトップハット形状を有する広帯域のレーザー光が射出されているとみなすことができる。更に、空間的に選択波長域が異なる波長選択素子を透過させ、複数の波長のレーザー光を選択することで、広範囲の波長で発振させた複数の波長のレーザー光を射出させることができ、スペックルノイズを確実に低減することができる。
【００２９】
本発明においては、前記制御部は、互いにレーザー光が入射する前記発光部同士が、それぞれ異なる温度となるように前記冷却手段を制御することが望ましい。
【００３０】
この構成によれば、発光部同士の温度差に起因して複数の波長のレーザー光を射出させることができるために、スペックルノイズを更に確実に低減することができる。
【００３１】
本発明においては、前記冷却手段は、前記発光素子と熱交換する冷媒と、前記発光素子のレーザー光射出側と反対側に設けられ、前記冷媒が流動する冷媒流路と、前記制御部に制御され前記冷媒を前記冷媒流路内で循環させる循環手段と、を有することが望ましい。
【００３２】
この構成によれば、冷媒流路に冷媒を流動させることにより、発光素子で発生した熱を連続的に効率良く除熱することができ、容易に広帯域化されたレーザー光を射出させることができる。
【００３３】
本発明においては、前記冷媒流路は、前記冷媒の流れ方向において流路の断面積が変化することにより、前記冷媒の流速が変化していることが望ましい。
【００３４】
この構成によれば、断面積の違いにより冷媒の流れる速度が異なるため、冷却効率が異なる。すなわち、流路の断面積が小さく流路が細い領域では、冷媒の流速が速くなるため冷却効果が高くなり、流路の断面積が大きく流路が太い領域では、冷媒の流速が遅くなるため冷却効果が低くなる。その結果、断面積が大きい領域では相対的に長波長のレーザー光を射出することとなる。そのため、簡単な構成で発光素子に温度分布を形成することができ、複数の波長のレーザー光を射出することが可能なレーザー光源装置とすることができる。
【００３５】
本発明においては、前記波長選択手段は、表面が湾曲し前記レーザー光の入射角度が空間的に異なることが望ましい。
【００３６】
この構成によれば、入射するレーザー光の位置ごとに入射角度が異なることで、波長選択手段の内部を透過するレーザー光の光路長が異なる。この光路長の差に起因して、選択波長が異なることで、入射するレーザー光の位置ごとに選択波長を異ならせることができるため、複数の波長のレーザー光を射出させることができ、スペックルノイズを確実に低減することができる。
【００３７】
本発明においては、前記波長選択手段は、前記発光部から射出されるレーザー光の全波長域のうち、所定の選択波長域のレーザー光を選択的に透過させる音響光学媒体と、音響波を生成する音響波生成手段と、を含む可変波長選択素子であり、前記音響波生成手段を用いて前記音響光学媒体内の前記レーザー光の光路と交差する方向に音響波を伝播させることにより、前記選択波長域を空間的かつ時間的に変化させることが望ましい。
【００３８】
この構成によれば、光源と共振ミラーとの間の光路上に可変波長選択素子が設けられているため、複数の発光部から射出された複数の光の全波長域のうち、所定の選択波長域の光が可変波長選択素子の音響光学媒体を選択的に透過する。
【００３９】
このとき、可変波長選択素子を構成する音響光学媒体に対し、音響波生成手段を用いて複数の光の光路と交差する方向に音響波を伝播させる。すると、音響波は光に比べて伝播速度がはるかに遅いため、音響光学媒体における複数の光の入射位置で音響波（縦波）の到達時刻にずれが生じ、各々の選択波長域が空間的に変化する。このため、ある時刻で複数の光に着目したときに選択波長域がそれぞれ異なり、全体として選択される波長の種類が増える。
【００４０】
それと同時に、複数の光の各々の選択波長域が時間的にも変化するため、一つの発光部から射出されるレーザー光に着目したときに、選択波長域が人間の目の積算時間内で時間をおって変化する。発光部から射出されるレーザー光の波長は、発光部の温度によって変化するが、発光部から射出されるレーザー光の波長が変化したとしても、選択波長域が時間的にも変化するため、同じ発光部から射出されるレーザー光は、擬似的に波長域が広がる。
【００４１】
この空間的作用、時間的作用の双方により、可変波長選択素子では複数の波長のレーザー光を選択することとなり、スペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を実現できる。
【００４２】
本発明においては、前記可変波長選択素子を構成する音響光学媒体が複数個に分割され、分割された各々の音響光学媒体に前記レーザー光がそれぞれ入射されるともに、前記各々の音響光学媒体毎に前記音響波生成手段が設けられたことが望ましい。
【００４３】
この構成によれば、分割された音響光学媒体毎に音響波生成手段が設けられているため、可変波長選択素子の選択波長域を空間的に変化させる際の自由度が高くなり、波長幅がより広い所望のスペクトル分布が得やすくなる。
【００４４】
本発明においては、前記一対の発光素子と前記波長選択手段との間の光路上に、前記複数の発光部から射出された複数のレーザー光を、当該レーザー光の波長域とは異なる波長域のレーザー光に変換する波長変換素子と、当該波長変換素子が変換する変換波長域を時間的に変化させる変換波長変化手段と、を含む可変波長変換素子が設けられ、前記音響波生成手段が、時間的に連続して変化する音響周波数を有する音響波を生成し、前記音響波生成手段が生成する音響波の音響周波数の変化と、前記変換波長変化手段が変化させる変換波長域の変化と、が同期していることが望ましい。
【００４５】
この構成によれば、所望の波長域の光が直接得られる光源が入手し難かったとしても、波長変換素子によって光源から射出された光を当該光の波長域とは異なる波長域の光に変換し、所望の波長域の光を得ることができる。ここで、波長変換素子における変換波長域を同期して変えることができるため、変換波長域の変化と可変波長選択素子における選択波長域の変化とを合わせることができる。そのため、光の変換効率および利用効率を高めることができる。
【００４６】
本発明においては、前記一対の発光素子のうち少なくとも一方から射出されたレーザー光のスペクトルを検知する検知手段を有し、前記制御部は、検知したスペクトルに基づいて、前記可変波長選択素子の選択波長域が前記スペクトルのスペクトル分布の全域を含むように前記音響波生成手段を制御することが望ましい。
【００４７】
この構成によれば、広げられたスペクトルを有効に用いて複数の波長のレーザー光を射出することができるため、光の利用効率を上昇させることが可能となる。
【００４８】
本発明においては、前記一対の発光素子のうち少なくとも一方から射出されたレーザー光のスペクトルを検知する検知手段を有し、前記制御部は、検知したスペクトルに基づいて前記冷却手段を制御することが望ましい。
【００４９】
この構成によれば、冷却手段を制御することで、適切な温度条件を選択しながら射出されるレーザー光を広帯域化することができるため、効率的に複数の波長のレーザー光を射出し、スペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を実現できる。例えば、検知されたスペクトルのスペクトル分布が狭く、レーザー光を広帯域化する必要があれば、発光部の温度差を広げるように冷却手段を制御することで、射出されるレーザー光の中心波長のズレを大きくし、スペクトル幅を広げることができる。また、検知されたスペクトルのスペクトル分布が広く、波長選択素子で選択可能な波長幅を超える幅を有するものであれば、発光部の温度差を狭めるように冷却手段を制御することで、射出されるレーザー光の中心波長のズレを小さくし、スペクトル分布を選択波長幅に適切に対応させることができる。
【００５０】
本発明の画像表示装置は、上述した本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、を備えたことを特徴とする。
【００５１】
本発明の画像表示装置は、上述した本発明の光源装置を備えているので、光源装置から射出された光は可干渉性が低下しており、被投射面に照射される画像はスペックルノイズが抑えられたものとなる。したがって、輝度ムラがなく良質な画像を提供することができる。
【００５２】
本発明の画像表示装置は、上述した本発明の光源装置と、前記光源装置から射出されたレーザー光を被投射面上で走査する走査手段と、を備えたことを特徴とする。
【００５３】
本発明の画像表示装置は、上述した本発明の光源装置を備えているので、光源装置から射出された光は可干渉性が低下しており、被投射面に照射される画像はスペックルノイズが抑えられたものとなる。したがって、輝度ムラがなく良質な画像を提供することができる。
【００５４】
本発明のモニター装置は、上述した本発明の光源装置と、前記光源装置により照明された被写体を撮像する撮像部と、を備えたことを特徴とする。
【００５５】
本発明のモニター装置は、上述した本発明の光源装置を備えているので、光源装置はコヒーレンスが短い光を射出し、輝度ムラのない明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザー光源装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態のレーザー光源装置の概略斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の冷却装置の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態のレーザー光源装置の平面図である。
【図５】射出されるレーザー光の波長について示した説明図である。
【図６】冷却装置の変形例を示す説明図である。
【図７】波長変換素子の変形例を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態のレーザー光源装置を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第３実施形態のレーザー光源装置を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態のレーザー光源装置の平面図である。
【図１１】光源装置の可変波長選択素子と圧電素子の駆動信号の特性を示す図である。
【図１２】可変波長選択素子の駆動信号の他の特性例を示す図である。
【図１３】可変波長選択素子の駆動信号のさらに他の特性例を示す図である。
【図１４】本発明の画像表示装置の一例を示す図である。
【図１５】本発明の画像表示装置の他の例を示す図である。
【図１６】本発明のモニター装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
［第１実施形態］
以下、図１〜図７を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るレーザー光源装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００５８】
図１は、本実施形態のレーザー光源装置１を示す概略構成図である。図１に示すように、レーザー光源装置１は、基台１１と、第１半導体レーザー素子としての第１発光素子１２と、第２半導体レーザー素子としての第２発光素子１３と、ダイクロイックミラー１４と、反射ミラー１５と、波長変換素子（波長変換手段）１６Ａと、波長選択素子（波長選択手段）１７とを主に備えている。
【００５９】
また、基台１１には、第１発光素子１２および第２発光素子１３（第１，第２発光素子１２，１３ともいう）を冷却する冷却装置（冷却手段）３０が設けられており、冷却装置３０を制御する制御部５０に接続されている。冷却装置３０については、後に詳述する。
【００６０】
レーザー光源装置１は、冷却装置３０を用いて第１，第２発光素子１２，１３を異なる温度に冷却することで、第１，第２発光素子１２，１３から射出されるレーザー光の波長を異ならせ、この異なる波長のレーザー光に基づいた複数の波長のレーザー光を射出可能とする光源装置である。以下、詳細に説明する。
【００６１】
第１，第２発光素子１２，１３は、互いに同一の構成であり、例えば１０６５ｎｍの波長の赤外レーザー光であるレーザー光ＩＲ１，ＩＲ２を射出する面発光型レーザーダイオードである。第１，第２発光素子１２，１３は、基台１１上に設けられたレーザー基板１８上に設けられており、レーザー光の射出端面が基台１１と反対方向を向くように配置されている。そのため、第１，第２発光素子１２，１３から射出されたレーザー光ＩＲ１，ＩＲ２は、いずれもレーザー基板１８の上面の法線方向上方に射出される。
【００６２】
第１発光素子１２からのレーザー光ＩＲ１の射出方向には、ダイクロイックミラー１４が配置されている。同様に、第２発光素子１３からのレーザー光ＩＲ２の射出方向には、反射ミラー１５が配置されている。
【００６３】
ダイクロイックミラー１４は、第１，第２発光素子１２，１３から射出されるレーザー光と同じ波長のレーザー光を反射する一方、可視光を透過させて第１，第２発光素子１２，１３とは異なる方向へ射出させるミラーである。具体的な構成として、ダイクロイックミラー１４は、反射面に誘電体多層膜が形成されており、第１，第２発光素子１２，１３から射出される赤外領域の波長の光を反射させ、該赤外線の半分程度の波長を有する可視光領域の波長の光を透過させる特性を有している。
【００６４】
ダイクロイックミラー１４および反射ミラー１５は、互いの反射面が向き合うように、且つレーザー光の光路に対して所定の角度（例えば４５°）を成すように光路上に配置されている。そのため、第１発光素子１２から射出されたレーザー光ＩＲ１は、ダイクロイックミラー１４および反射ミラー１５を介して、第２発光素子１３に入射し、同じく第２発光素子１３から射出されたレーザー光ＩＲ２は、ダイクロイックミラー１４および反射ミラー１５を介して、第１発光素子１２に入射する構成となっている。
【００６５】
このような配置により、第１発光素子１２と第２発光素子１３との間を射出されたレーザー光が往復してレーザー発振が生じる。すなわち、第１，第２発光素子１２，１３は、自身を両端とする外部共振器構造を構成する。
【００６６】
また、ダイクロイックミラー１４と反射ミラー１５との間の光路上には、波長選択素子１７が配置されている。この波長選択素子１７は、所定の波長の光を透過させそれ以外の波長の光を反射させることで、所定の波長の光のみに波長に揃える役目を果たす。
【００６７】
本実施形態の波長選択素子１７は、光が透過する箇所によって透過可能な波長（選択波長）が異なる構成となっており、複数の波長を選択することが可能な構成となっている。このような波長選択素子としては、例えば、表面の誘電体多層膜が勾配蒸着されることにより形成されたものや、選択波長が異なる波長選択素子を切り貼りしてつなぎ合わせ、一体としたものを用いることができる。
【００６８】
更に、反射ミラー１５と波長選択素子１７との間の光路上には、支持部材２１上に設けられた波長変換素子１６Ａが配置されている。波長変換素子１６Ａとしては、分極反転周期構造を有する非線形光学結晶であるＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）が好適に用いられ、入射光である赤外レーザー光を略半分の波長の可視光に変換し、第２次高調波を発生させる第２次高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＳＨＧ）素子として機能する。
【００６９】
本実施形態の波長変換素子１６Ａは、波長選択素子１７が複数の波長を選択する構成であることに対応し、選択された波長の光が各々透過する複数の箇所において、空間的に変換波長が異なる構成となっている。すなわち、波長変換素子１６Ａでは、透過する箇所に応じて複数の波長の光を略半分の波長の可視光に変換する。
【００７０】
これらの構成を備えるため、両発光素子から射出された赤色レーザー光のうち、波長選択素子１７で選択された波長の光は、波長変換素子１６Ａの変換効率に応じて、略半分の波長の緑色レーザー光に変換される。上述のようにダイクロイックミラー１４は、可視光領域の波長の光を透過させる特性を有しているため、第２発光素子１３から第１発光素子１２に向かう途中で緑色に変換されたレーザー光は、ダイクロイックミラー１４を通過し、装置外部に向けて射出される。
【００７１】
なお、光路上に偏光選択フィルターを配置して、波長変換素子１６Ａにおける分極構造と波長変換素子１６Ａへの入射光の偏光方向とを対応させ、変換効率を向上させることとしても良い。
【００７２】
第１発光素子１２とダイクロイックミラー１４との間の光路上には、第１発光素子１２から射出されるレーザー光ＩＲ１のスペクトル分布を検知するスペクトル検知部（検知手段）４０が設けられている。スペクトル検知部４０は、分光ミラー４１、受光素子４２、スペクトル解析部４３を含んでいる。
【００７３】
第１発光素子１２から射出されるレーザー光ＩＲ１は、まず分光ミラー４１に入射し、所定の比率でモニター光ＩＲ３が分離される。分光ミラー４１における光分離の比率については、適宜設定可能であるが、レーザー発振に用いるレーザー光ＩＲ１の光量を最大化する観点でモニター光ＩＲ３の比率を最小化することが好ましい。例えば、受光素子４２がモニター光ＩＲ３の光量を精度よく検出することができる範囲内で、モニター光ＩＲ３の比率を最小にするとよい。
【００７４】
分光ミラー４１により分離されたモニター光ＩＲ３は、受光素子４２に入射する。受光素子４２は、入射したモニター光ＩＲ３の光量に応じて電荷を発生させるものであり、例えばＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサー等により構成される。
【００７５】
受光素子４２に発生した電荷は、スペクトル解析部４３に伝達され、検知したモニター光ＩＲ３の波長毎の強度、すなわちモニター光ＩＲ３のスペクトルを検知する。スペクトル解析部４３により検出されたスペクトルは、制御部５０に出力される。
【００７６】
制御部５０では、演算処理部５１にて、スペクトル検知部４０から出力されたスペクトルに基づいて、第１発光素子１２から射出されるレーザー光ＩＲ１のスペクトル分布を算出する。また、演算処理部５１では、得られたレーザー光ＩＲ１のスペクトル分布の実測値と、不図示の記録部（メモリー）等に記憶されたレーザー光のスペクトル分布の目標値、および第１発光素子１２の駆動温度に対するスペクトル分布の変化を記録したルックアップテーブル等に基づいて、レーザー光ＩＲ１のスペクトル分布を目標値とするための駆動条件を算出し、発光素子制御回路５２、冷却装置駆動回路５３に出力する。
【００７７】
発光素子制御回路５２では、算出された駆動条件に基づいて駆動信号を形成し、第１発光素子１２に供給する。一方、冷却装置３０は、内部を冷媒が流動し第１，第２発光素子１２，１３で発生する熱を除熱する冷媒流路３１Ａ，３１Ｂと、冷媒の流量を制御するポンプ３２と、を有している。冷却装置駆動回路５３では、演算処理部５１で算出された駆動条件に基づいて駆動信号を形成し、ポンプ３２に供給する。このように制御することで、第１発光素子１２から射出されるレーザー光ＩＲ１を所望の波長とすることができる。
本実施形態のレーザー光源装置１の概略は、以上のようになっている。
【００７８】
図２，３は、本実施形態の冷却装置３０の説明図であり、図２は冷却装置３０の配置を示すレーザー光源装置１の概略斜視図、図３は、（ａ）が図２の線分Ａ−Ａ、（ｂ）が線分Ｂ−Ｂにおける矢視断面図である。
【００７９】
図２に示すように、第１発光素子１２の射出端面には、平面視が円形状のエミッター２２が複数形成され、複数のエミッター２２は第１発光素子１２の長手方向に配列している。第２発光素子１３側のエミッター２３の構成も同一である。また、第１発光素子１２の複数のエミッター２２と第２発光素子１３の複数のエミッター２３とは、互いに１対１に対応している。エミッター２２，２３は、不図示のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層上に、活性層が積層された構成になっている。
【００８０】
本実施形態の冷却装置３０の冷媒流路３１Ａ，３１Ｂは、第１，第２発光素子１２，１３と平面視的に重なって、第１，第２発光素子１２，１３におけるエミッター２２，２３の配列方向と同方向に延在するように設けられている。また、冷却装置３０には、冷媒が蓄えた熱を放出する不図示の放熱部が設けられていても良い。
【００８１】
冷媒流路３１Ａ，３１Ｂは、基台１１に凹部を加工したのちに、レーザー基板１８で蓋をするように凹部を覆い、該凹部とレーザー基板１８とで囲まれた空間を冷媒流路として用いても良く、また筒状の冷媒流路を別途形成した後に、基台１１に埋め込んで配置しても構わない。
【００８２】
冷媒としては、水、アンモニア等の液体、空気や二酸化炭素などの気体など、通常知られた冷媒を用いることができる。絶縁性の冷媒を用いると不要な短絡を防止することができるためなお良い。
【００８３】
図３（ａ）に示すように、冷媒流路３１Ａの内部には、流路上部（レーザー基板１８側）に設けられた導熱板３０１と、流路下部に設けられた板状の板体３０２とが冷媒流路３１Ａの延在方向の一端から他端に向けて交互に配列している。導熱板３０１および板体３０２は、冷媒流路３１Ａの両端に面するように配置されており、冷媒流路３１Ａの内壁と導熱板３０１と板体３０２は全体として、冷媒が上下に蛇行して流動するような流路を形成している。図中では、矢印を用いて冷媒の流動方向を示している。導熱板３０１と板体３０２の形成材料は、共通していても良く、また異なることとしても良い。
【００８４】
導熱板３０１および板体３０２は、冷媒流路３１Ａの延在方向の一端側（図中左側）に配置しているものは厚く、他端側（図中右側）に向けて徐々に薄いものが配置されている。このような構成では、流動する冷媒の流量が一定であったとしても、冷媒が流動する流路の断面積が異なることから、冷媒流路３１Ａの場所により冷媒の流速が異なる。そのため、冷媒流路３１Ａの場所によって除熱能力が異なることとなる。
【００８５】
このような冷却装置３０を用いて複数のエミッターを冷却した場合、冷媒の流速が速い冷媒流路３１Ａの一端側（左側）では冷却効率が良く、他端側（右側）では冷却効率が悪い。したがって、複数の発光素子に発生する熱量が等しいとすると、冷却装置３０で冷却することにより発光時（使用時）の各発光素子の温度は異なることとなる。
【００８６】
半導体レーザーである第１，第２発光素子１２，１３はレーザー本体の温度に出力波長が依存し、高温になるほど出力波長が長波長化する特徴を持つ。そのため、冷媒流路３１Ａの一端側（図中左側）のエミッター２２ａが、最も短波長の中心波長λ１のレーザー光を射出し、以下、他のエミッター２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、他端側（図中右側）に向けて徐々に長い中心波長λ２，λ３，λ４，λ５のレーザー光を射出する（λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５）。
【００８７】
図３（ｂ）に示すように、第２発光素子１３と重なって設けられた冷媒流路３１Ｂは、冷媒流路３１Ａと同様の構成をしており、冷媒流路３１Ａと同じ一端側（図中左側）に配置された導熱板３０１および板体３０２は厚く、他端側（図中右側）に向けて徐々に薄いものが配置されている。したがって、一端側のエミッター２３ａが、最も短波長の中心波長λ６のレーザー光を射出し、以下、他のエミッター２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅは、他端側に向けて徐々に長い中心波長λ７，λ８，λ９，λ１０のレーザー光を射出する（λ６＜λ７ｂ＜λ８＜λ９＜λ１０）。
【００８８】
ここで、冷媒流路３１Ａ，３１Ｂの内部構造が上述のような構成となっているため、冷却効率が良いエミッター同士、冷却効率が悪いエミッター同士が共振器構造を形成することとなる。例えば、第１発光素子１２から射出されるレーザー光ＩＲ１のうち、最も短波長の中心波長λ１のレーザー光を射出するエミッター２２ａと、第２発光素子１３から射出されるレーザー光ＩＲ２のうち最も短い波長の中心波長λ６のレーザー光を射出するエミッター２３ａと、が共振器構造を形成する。
【００８９】
このように、本実施形態のレーザー光源装置１では、共振器構造を形成するエミッター同士が同様の冷却状態であるために、射出されるレーザー光の中心波長が同様にシフトし、レーザー発振を起こしやすい。
【００９０】
図４は、本実施形態の波長変換素子１６Ａを説明する説明図であり、レーザー光源装置１を平面的に見た図である。ここでは図を見やすくするために、ダイクロイックミラーおよび反射ミラーを省略して図示している。
【００９１】
第１発光素子１２と第２発光素子１３との間の光路上には、選択波長が異なる複数の光選択領域Ａ〜Ｅを有する波長選択素子１７と、光選択領域Ａ〜Ｅにおける選択波長のレーザー光を略半分の波長に光変換する領域Ｐ〜Ｔを有する波長変換素子１６Ａが配置されている。
【００９２】
波長変換素子１６Ａは、入射光をほぼ半分の波長に変換する非線形光学素子である。波長変換素子１６Ａによる波長変換効率は非線形の特性を有しており、例えば波長変換素子１６Ａに入射するレーザー光の強度が大きいほど、変換効率が向上する。また、波長変換素子１６Ａの変換効率は４０〜５０％程度である。つまり、射出されたレーザー光のすべてが所定波長のレーザー光に変換されるわけではない。
【００９３】
波長変換素子１６Ａとしては、板形状のものを用いている。波長変換素子１６Ａは、複数のエミッターに対応して５つの領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔに分かれている。エミッター２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅから射出された光が通過する領域を、それぞれ領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔとする。
【００９４】
領域Ｐ〜Ｔは、互いに異なる分極反転周期構造となっており、この分極反転周期構造内を光が透過することにより、領域毎に異なる波長のレーザー光の波長を変換するようになっている。領域Ｐ〜Ｔの分極反転周期構造を形成する各ドメインは、レーザー光の中心軸Ｕ方向の幅（以下、「ピッチ」という）が、それぞれΛ１，Λ２，Λ３，Λ４，Λ５となっている。ピッチΛ１〜Λ５は、波長選択素子１７の複数の光選択領域Ａ〜Ｅにおける選択波長に対応して設けられている。
【００９５】
このような分極反転周期構造は、例えば次のようにして形成する。まず、非線形強誘電体材料（例えばＬｉＴａＯ3）からなる基板に、レーザー光の中心軸Ｏ方向に沿って電極が有る領域と無い領域とが交互に並んだストライプ状の電極パターンを形成する。この時、各電極パターンの幅及び電極パターン同士の間隔は、領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔにおける各ドメインのピッチが、それぞれピッチΛ１，Λ２，Λ３，Λ４，Λ５となるように、それぞれ異なったものとする。次に、これら電極パターンにパルス状の電圧を印加することにより、図に示したような分極反転周期構造が得られる。このようにして分極反転周期構造を形成した後、通常電極パターンは除去されるが、そのまま残しておいても良い。
【００９６】
このような構成のレーザー光源装置１では、第１，第２発光素子１２，１３から射出された中心波長λ１〜λ５または中心波長λ６〜λ１０のレーザー光ＩＲ１，ＩＲ２から、波長選択素子１７の光選択領域Ａ〜Ｅの選択波長に対応する波長のレーザー光が選択され、選択された各レーザー光が波長変換素子１６Ａの領域Ｐ〜Ｔにおいて各々略半分の波長に光変換される。光変換された波長のレーザー光は、第１，第２発光素子１２，１３の間に構成される光共振器構造で増幅され、装置外部に射出されることとなる。
【００９７】
図５は、レーザー光源装置１から射出されるレーザー光の波長について示した説明図である。以下、図２で付した符号をそのまま用いて各構成を示し説明を行う。
【００９８】
まず、半導体レーザーである、エミッターから射出されるレーザー光のスペクトル幅は、レーザー媒質の材料および構造に応じて決まるものであるが、一般的なＧａＡｓ系材料のもので２ｎｍ以下である。よって、第１，第２発光素子１２，１３が、同じ中心波長のエミッターをアレイ状に配列した場合、図５（ａ）に示すように、アレイ光源である発光素子から射出されるレーザー光の出力波長幅も２ｎｍ以下となる。２台の第１，第２発光素子１２，１３に対して同じ冷媒温度で冷却した場合には、全てのエミッターが同様の挙動を示すため、やはり２ｎｍ以下の出力波長幅となる。  
【００９９】
ところが、前述のように、半導体レーザーはレーザー本体の温度に出力波長が依存し、高温になるほど出力波長が長波長化する特徴を持つ。そのため、本実施形態のレーザー光源装置１のように、対向する発光素子の冷却温度を互いに異ならせると、各々のエミッターで中心波長の異なるレーザー光を射出することとなる。すると、対向する発光素子毎に異なる共振波長でレーザー発振を起こす。
【０１００】
そのため、図５（ｂ）に示すように、発光素子から射出されるレーザー光の波長幅が広がることとなる。発光素子の材料や構造にも依存するが、発光素子の温度を１度上昇させることにより、０．１ｎｍ程度長波長側へ出力中心波長をシフトさせることができる。
【０１０１】
ここで、本実施形態のレーザー光源装置１では、第１，第２発光素子１２，１３が有する複数のエミッター２２，２３は同じ構成であるため、射出するレーザー光の強度が等しい。このように互いに同程度の強度のレーザー光の中心波長がシフトして出力波長幅が広がると、温度上昇による発光効率低下の影響も現れるが射出されるレーザー光は全ての波長域で光強度が略等しい、いわゆるトップハット形状のスペクトル分布を擬似的に作り出すこととなる。
【０１０２】
本実施形態のレーザー光源装置１では、このようなトップハット形状のスペクトル分布を有するレーザー光のうち、波長選択素子１７によって選択される一部の波長の光が増幅し射出される。そのため、実際に射出されるレーザー光は、図５（ｃ）に示すように、複数の波長のレーザー光の集合で、且つ各々のレーザー光の光強度が略等しいレーザー光となる。
【０１０３】
ここで、レーザー光源装置１のように、発光素子自身が複数の波長のレーザー光を射出する構成でないとしても、波長選択素子１７によって複数の波長を選択出来るならば、複数の波長のレーザー光を射出するレーザー光源装置とすることは可能である。しかしながら、元のレーザー光のスペクトル分布がトップハット形状でない場合には、各レーザー光の強度が異なることとなる。
【０１０４】
レーザー光の可干渉性を低下させることでスペックルノイズを低減させる方法では、複数のパターンのスペックルノイズを被投射面で発生させ、複数のスペックル同士を同時に重畳させることによりスペックルのパターンを見にくくする。したがって、複数の波長のレーザー光を射出していても、各レーザー光の強度が異なる場合、強い発光強度を示すレーザー光のスペックルノイズが強調されて残存することとなり、スペックル対策としては十分ではない。
【０１０５】
対して、本実施形態のレーザー光源装置１では、トップハット形状のスペクトル分布を有するレーザー光から複数の波長を選択することとなるために、同等の強度を有する複数のレーザー光を用いて良好にスペックルノイズを低減することが可能となる。
【０１０６】
したがって、以上のような構成のレーザー光源装置１は、異なる中心波長のレーザー光を射出する複数のエミッターを有する第１，第２発光素子１２，１３と、領域Ｐ〜Ｔにおけるドメインのピッチを変え、異なる波長への変換を可能とした波長変換素子１６Ａと、選択波長が異なる光選択領域Ａ〜Ｅを備えた波長選択素子１７と、の組み合わせにより、複数、且つ同程度の強度の波長でレーザー光を射出することができる。これにより、射出されるレーザー光は、複数のパターンのスペックルノイズを被投射面で発生させ、複数のスペックル同士を同時に重畳させることができるため、スペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を実現できる。
【０１０７】
なお、本実施形態においては、エミッター２２ａ〜２２ｅ，エミッター２３ａ〜２３ｅの冷却温度が異なることとしたが、これに限らない。
【０１０８】
例えば、一方の発光素子に含まれる複数のエミッターは同じ温度であっても、他方の発光素子に含まれるエミッターの温度が一方の発光素子のエミッターと異なるならば、光共振器構造の両端に配置されるエミッター同士が互いに異なる温度となるため、スペクトル分布を広げることができる。また、光共振器構造の両端に配置されるエミッター同士は同じ温度であっても、発光素子に含まれる複数のエミッター同士が異なる温度であるならば、発光素子全体として射出するレーザー光は複数の中心波長のレーザー光となるため、同じくスペクトル分布を広げることが可能である。
【０１０９】
また、本実施形態においては、発光素子がそれぞれ複数のエミッターを有していることとしたがこれに限らず、発光素子が１つ（１箇所）のエミッターを有するとしても良い。その場合には、１つのエミッター同士が対向して対を成しており、エミッター同士の温度が異なることとすればよい。
【０１１０】
そのような構成の場合、エミッターの面積が小さく射出するレーザー光のスポットサイズが小さいために、波長選択素子で複数の波長を選択することが困難となることが考えられるが、必要に応じてビーム整形光学系を用いることでスポットサイズを変更させた後に波長選択素子を透過させることができる。ビーム整形光学系は、例えば、回折光学素子と平行化レンズとを組み合わせて構成されるものを用いることができる。
【０１１１】
また、本実施形態においては、スペクトル検知部４０が、第１発光素子１２から射出されるレーザー光を検知することとしているが、もちろん第２発光素子１３から射出されるレーザー光を検知するように配置しても良く、両発光素子に対応してそれぞれ設けることとしても良い。
【０１１２】
また、本実施形態においては、冷媒によって除熱する構成の冷却装置３０を用い第１，第２発光素子１２，１３を冷却することとしたが、これに限らない。
【０１１３】
図６は、冷却装置の変形例を示す説明図であり、図３（ａ）に対応する図である。図では、各エミッター２２ａ〜２２ｅに平面的に重なって基台１１にペルチェ素子３３を配置している。各ペルチェ素子３３は、制御部５０に接続されており、個別に温度制御がされている。
【０１１４】
このような構成の冷却装置を用いると、エミッター毎に個別の温度制御が容易であるため、中心波長のシフト幅を効率的に制御して、スペクトル分布を良好に広げたレーザー光を射出することが可能であり、スペックルノイズを確実に低減し得るレーザー光源装置とすることができる。
【０１１５】
また、本実施形態においては、波長変換素子１６Ａの分極反転周期構造を形成する各ドメインは、領域Ｐ〜Ｔ毎に独立して幅が制御されていることとしたが、図７に示すように、隣接する領域にまたがって連続的に分極反転構造（ドメインＤＭ）の幅が変化する波長変換素子１６Ｂを用いることとしても良い。このような波長変換素子１６Ｂでは、変換波長が、レーザー光の光軸に直交する方向に連続的に変化するため、用いる発光素子のエミッター数を変更する場合であっても、個別に対応する波長変換素子を用意する必要がなく、設計自由度が高くなる。
【０１１６】
［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係るレーザー光源装置２の説明図であり、第１実施形態の図４に対応する図である。本実施形態のレーザー光源装置２は、第１実施形態のレーザー光源装置１と一部共通している。異なるのは、波長選択素子２７がレーザー光の光軸方向に湾曲していることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１１７】
図８に示すように、本実施形態のレーザー光源装置２は、レーザー光の光軸方向に湾曲する波長選択素子２７を有しており、光が透過する箇所によって選択波長が異なる構成となっている。
【０１１８】
波長選択素子２７は、膨張率の異なる二つの誘電体膜２７ａ，２７ｂを積層することによって形成されており、誘電体膜２７ａの熱膨張率よりも誘電体膜２７ｂの熱膨張率の方が大きくなっている。そのため、使用に際しレーザー光が照射されると、透過するレーザー光によって波長選択素子２７が加熱され、誘電体膜の熱膨張率の差によって波長選択素子２７に反りが生じる。
【０１１９】
すると、波長選択素子２７へのレーザー光の入射位置ごとに入射角度が異なるため、波長選択素子２７の内部を透過するレーザー光の光路長が、複数のレーザー光毎に異なる。この光路長の差に起因して、入射するレーザー光の位置ごとに選択波長を異ならせることができ、複数の波長のレーザー光を射出させることができる。
【０１２０】
以上のような構成のレーザー光源装置２でも、スペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を実現できる。
【０１２１】
また、本実施形態の波長選択素子２７は、熱膨張により反りを発生させたが、機械的に応力を加え、変形させて反らせることとしても良い。
【０１２２】
［第３実施形態］
図９から図１３は、本発明の第３実施形態に係るレーザー光源装置３の説明図である。本実施形態のレーザー光源装置３は、第１実施形態のレーザー光源装置１と一部共通する構成を有している。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２３】
図９は、本実施形態のレーザー光源装置３の構成を示す模式図であり、第１実施形態の図１に対応する図である。図９に示すように、本実施形態のレーザー光源装置３は、ダイクロイックミラー１４、反射ミラー１５の間の光路上に波長変換素子３６および可変波長選択素子３７が設けられている。波長変換素子３６は、時間的および空間的に変換波長が変化する構成となっている。同様に、可変波長選択素子３７は、時間的および空間的に変換波長が変化する構成となっている。
【０１２４】
制御部５０では、演算処理部５１にて、スペクトル検知部４０から出力されたスペクトルに基づいて、第１発光素子１２から射出されるレーザー光ＩＲ１のスペクトル分布を算出する。
【０１２５】
また、演算処理部５１では、得られたレーザー光ＩＲ１のスペクトル分布の実測値と、不図示の記録部（メモリー）等に記憶されたレーザー光のスペクトル分布の目標値、および第１発光素子１２の駆動温度に対するスペクトル分布の変化を記録したルックアップテーブル等に基づいて、レーザー光ＩＲ１のスペクトル分布を目標値とするための駆動条件を算出し、発光素子制御回路５２、冷却装置駆動回路５３に出力する。
【０１２６】
加えて、不図示の記録部（メモリー）等には、非線形光学結晶の歪みに対する波長変換素子３６の変換波長の変化や、音響光学媒体の歪みに対する可変波長選択素子３７の選択波長の変化を記録したルックアップテーブル等が記憶されている。演算処理部５１では、得られたレーザー光ＩＲ１のスペクトル分布の実測値に基づいて、可変波長選択素子３７の選択波長や波長変換素子３６の変換波長が波長幅全体を網羅するように駆動条件を算出し、可変波長選択素子駆動回路５５、波長変換素子駆動回路５４に出力する。
【０１２７】
可変波長選択素子駆動回路５５では、算出された駆動条件に基づいて駆動信号を形成し、図１０に示す信号源３７４に供給する。同様に、波長変換素子駆動回路５４では、演算処理部５１で算出された駆動条件に基づいて駆動信号を形成し、図１０に示す信号源３６４に供給する。
【０１２８】
このように制御することで、第１発光素子１２から射出されるレーザー光ＩＲ１を所望の波長とすることができる。加えて、可変波長選択素子３７と波長変換素子３６との駆動を同期させ、波長選択と波長変換を効率的に行うことができる。
以下、これらの構成について説明する。
【０１２９】
図１０は、本実施形態のレーザー光源装置３を平面的に見た図であり、図４に対応する図である。
【０１３０】
可変波長選択素子３７は、いわゆる音響光学チューナブルフィルター（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＡＯＴＦ）と呼ばれるものであり、音響光学媒体３７１と、音響波発生素子３７２（音響波生成手段）と、吸収材３７３と、を備えている。
【０１３１】
音響光学媒体３７１は、例えばＬｉＮｂＯ2、ＴｅＯ2、ＰｂＭｏＯ4等の内部に音響波が伝播される媒体となる圧電体結晶である。音響光学媒体３７１を伝播する音響波の速度は音響光学媒体３７１の材料に依存するため、所望の音響波伝播速度に応じて圧電体結晶の種類を選択することができる。
【０１３２】
音響光学媒体３７１には、音響光学媒体３７１に入射する複数の光の光路と直交する方向の一端（図１０における左端）に音響波発生素子３７２が設けられ、他端（図１０における右端）に吸収材３７３が設けられている。本実施形態においては、音響波発生素子３７２として圧電素子が用いられる。
【０１３３】
音響波発生素子３７２には信号源３７４が接続され、信号源３７４から、時間的に連続して変化する周波数（以下、音響周波数と称する）の音響波を発生させる駆動信号が供給される。また、吸収材３７３は、音響波を吸収し得るものであればいかなるものであっても良い。なお、本実施形態では音響波発生素子３７２として圧電素子を用いたが、この構成に代えて、音響光学媒体３７１の一端に一対の櫛歯電極を設け、櫛歯電極に電気信号を与えることで音響波を発生させるものを用いても良い。
【０１３４】
可変波長選択素子３７では、音響波発生素子３７２に駆動信号を供給すると、音響光学媒体３７１の内部に、音響波発生素子３７２側から吸収材３７３側に向けて進行する音響波が発生する。圧縮波である音響波は、縦波として音響光学媒体３７１の内部を伝播するため、縦波の疎密によって音響光学媒体３７１が擬似的な回折格子として機能し、０次回折光、±１次回折光が発生する。
【０１３５】
可変波長選択素子３７の選択波長は音響周波数に依存し、一般的には音響周波数が高くなる程、選択波長が小さくなる傾向を示すが、このような傾向を示すのは±１次回折光のみである。可変波長選択素子３７から射出される＋１次回折光、−１次回折光のいずれか一方の光軸は、可変波長選択素子３７への入射光の光軸に対して２〜３°傾く。
【０１３６】
したがって、＋１次回折光、−１次回折光のいずれか一方が第１，第２発光素子１２，１３に垂直に入射するように第１，第２発光素子１２，１３を可変波長選択素子３７に対して相対的に傾けて配置することにより、回折光のうち、＋１次回折光、−１次回折光のいずれか一方のみが共振する。
【０１３７】
更に、回折角度は、回折格子と入射光の波長との関係によって決まるが、音響波の疎密に応じて、すなわちレーザー光の入射位置によって回折格子のピッチが異なることから、同じ角度に回折する光の波長も入射位置によって異なる。そのため、入射位置によって選択波長が異なる。
【０１３８】
そのため、可変波長選択素子３７に入射するレーザー光は、入射位置によって複数の波長のレーザー光が選択され、第１，第２発光素子１２，１３に入射する。第１，第２発光素子１２，１３は、互いに外部共振ミラーとして機能しレーザー発振を生じさせる。
【０１３９】
また、波長変換素子３６には、非線形光学結晶３６１に入射する複数の光の光路と直交する方向の一端（図１０における左端）に圧電素子３６２（歪み付与手段）が設けられ、他端（図１０における右端）に吸収材３６３が設けられている。
【０１４０】
圧電素子３６２には信号源３６４が接続され、信号源３６４から時間的に連続して変化する電圧値を内包する駆動信号が供給される。圧電素子３６２に駆動信号を供給することにより、波長変換素子３６を構成する非線形光学結晶３６１内に大きさが時間的に連続して変化する歪みが付与される。また、吸収材３６３は、非線形光学結晶の歪みを吸収し得るものであればいかなるものであっても良い。
【０１４１】
圧電素子３６２に駆動信号を供給すると、波長変換素子３６を構成する非線形光学結晶３６１に歪みが生じ、圧電素子３６２側から吸収材３６３側に向けて歪みが伝播する。歪みは、圧電素子３６２の変形によって生じる圧縮波（縦波）として非線形光学結晶３６１の内部を伝播するため、縦波の疎密により光路に直交する方向に沿って大きさが異なる歪みを付与することができる。このとき、歪みによって非線形光学結晶３６１の格子間隔が光路と直交する方向での場所によって変化するが、波長変換素子３６の変換波長は、非線形光学結晶３６１に格子間隔に依存するため、波長変換素子３６の変換波長が場所によって変化することとなる。
【０１４２】
そのため、波長変換素子３６に入射するレーザー光は、入射位置によって異なる複数の変換波長に応じてレーザー光が変換され、第１，第２発光素子１２，１３間でレーザー発振を起こす。
【０１４３】
次いで、図１１は、図１０における可変波長選択素子３７および波長変換素子３６に供給する駆動信号の特性を示す図である。以下、図１０で付した符号をそのまま用いて説明を行う。
【０１４４】
まず、音響光学媒体３７１に入射する複数の光のうち、一つの光についてのみ着目する。図１１（ａ）に示すように、本実施形態では可変波長選択素子３７の駆動信号として、音響周波数がｆ１（例えば１００ＭＨｚ）からｆ２（例えば２００ＭＨｚ）に一定時間直線的に増加した後、ｆ２からｆ１に一定時間直線的に減少し、その後、数十ｍ秒の周期でその増減を繰り返す信号を用いる。
【０１４５】
このような駆動信号を供給することで、音響光学媒体３７１には音響周波数が時間的に連続して変化する音響波が供給される。可変波長選択素子３７の選択波長は、音響光学媒体３７１に供給される音響周波数に依存するため、選択波長が時間的に連続して変化する。１つの光について着目すると、その光の入射位置において時間を追って選択波長が変化することになる。
【０１４６】
一方、波長変換素子３６に対しては、信号源３６４から、時間的に連続して変化する電圧値を内包する駆動信号を供給する。ここでは、電圧値がＶ１からＶ２まで一定時間直線的に増加した後、Ｖ２からＶ１まで一定時間直線的に減少し、その後、一定周期でその増減を繰り返す駆動信号を用いる。また、この駆動信号の電圧値の増減周期は、可変波長選択素子３７に供給する駆動信号の音響周波数の増減周期と同期させる。
【０１４７】
このような駆動信号を供給することで、非線形光学結晶３６１には時間的に連続して変化する歪みが発生する。波長変換素子３６の変換波長は、非線形光学結晶３６１の歪みに依存するため、変換波長も時間的に連続して変化する。さらに、圧電素子３６２への駆動信号の電圧値の変動周期、すなわち歪みの大きさの変動周期と、可変波長選択素子３７が生成する音響波の音響周波数の変動周期とが同期しているため、波長変換素子３６の変換波長域が可変波長選択素子３７の選択波長域と同期して変化する。
【０１４８】
したがって、波長変換素子３６の変換波長の変化、および、可変波長選択素子３７の選択波長の変化に伴って、時刻ｔ＝１のときに波長λａ、時刻ｔ＝２のときに波長λｂ、時刻ｔ＝３のときに波長λｃ、時刻ｔ＝４のときに波長λｄ、時刻ｔ＝５のときに波長λｅというように、射出するレーザー光の波長が時間的に連続して変化する。
【０１４９】
これにより、人間の目で積算された光の波長幅は、図１１（ｂ）に示したように、全ての波長域で光強度が略等しい、いわゆるトップハット形状のスペクトル分布となる。
【０１５０】
更に、複数の光に着目すると、可変波長選択素子３７内を伝播する音響波は、可変波長選択素子３７を透過するレーザー光に比べて速度がはるかに遅いため、ある時刻において音響光学媒体３７１内では音響波の疎密を生じる。そのため、選択波長が空間的に連続して変化し、複数の光のそれぞれから異なる選択波長の光を選択することとなる。
【０１５１】
選択される各々の波長の光は、上述のように図１１（ｂ）に示したトップハット形状のスペクトル分布となることから、人間の目で積算される光の波長幅は、複数のトップハット形状のスペクトル分布を重畳させたものとなる。
【０１５２】
加えて、第１，第２発光素子１２，１３が有するエミッターからは、それぞれ異なる中心波長で同等の強度のレーザー光を射出する構成となっている。そのため、トップハット形状のスペクトル分布を示す各レーザー光も同等の発光強度を有することとなる。
【０１５３】
したがって、以上のような構成のレーザー光源装置３は、異なる中心波長のレーザー光を射出する複数のエミッター２２，２３を有する第１，第２発光素子１２，１３と、一つの光について波長幅が広がる時間的作用と、複数の光全体で波長幅が広がる空間的作用の双方により選択波長が異なる可変波長選択素子３７と、選択波長の変化に同期して、異なる波長への変換を可能とした波長変換素子３６と、の組み合わせにより、複数の波長のレーザー光を射出することができる。これにより、スペックルノイズを確実に低減し得る光源装置を実現できる。
【０１５４】
なお、本実施形態では、可変波長選択素子３７を１つ用いることとしたが、複数の可変波長選択素子を用い、これらの可変波長選択素子毎に異なる駆動信号を供給して選択波長を異ならせる事としても良い。このような構成の場合には、複数の可変波長選択素子の選択波長域に対して可変波長変換素子の変換波長域をより精密に合わせ込むため、可変波長変換素子に複数の圧電素子を設けても良いし、可変波長変換素子も複数に分割することとしても良い。
【０１５５】
また、本実施形態では、音響周波数が時間的に連続して変化する駆動信号の例として、音響周波数が直線的に増加、減少する駆動信号の例を挙げたが、このような駆動信号の他、図１２に示すように、音響周波数が曲線的に増加、減少する駆動信号を用いても良い。あるいは、図１３に示すように、音響周波数が振幅、周期ともにランダムに増加、減少する駆動信号を用いても良い。
【０１５６】
［画像表示装置］
図１４は、本発明に係る一実施形態としての画像表示装置の概略構成図である。
本実施形態のプロジェクター（画像表示装置）１００は、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ射出する赤色のレーザー光源装置１Ｒ，緑色のレーザー光源装置１Ｇ、青色のレーザー光源装置１Ｂを備えており、これら光源装置が上記第１実施形態のレーザー光源装置１である。
【０１５７】
プロジェクター１００は、レーザー光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから射出された各色光をそれぞれ変調する透過型の液晶ライトバルブ（画像形成装置）１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂから射出された光を合成して投射レンズ１０７に導くクロスダイクロイックプリズム１０６と、クロスダイクロイックプリズム１０６によって合成された像を拡大してスクリーン１１０に投射する投射レンズ１０７と、を備えている。
【０１５８】
さらに、プロジェクター１００は、レーザー光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから射出されたレーザー光の照度分布を均一化させるための均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂを備えており、照度分布が均一化された光によって液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを照明している。本実施形態では、均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ、１０２Ｂは、例えばホログラム１０２ａとフィールドレンズ１０２ｂによって構成されている。
【０１５９】
各液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が重畳され、カラー画像を表す光が合成される。そして、合成された光は投射光学系である投射レンズ１０７によりスクリーン１１０上に投写され、拡大された画像が表示される。
【０１６０】
本実施形態のプロジェクター１００においては、赤色のレーザー光源装置１Ｒ，緑色のレーザー光源装置１Ｇ，青色のレーザー光源装置１Ｂとして上記第１実施形態のレーザー光源装置１が用いられているので、スペックルを低減し良好な画像表示が可能なプロジェクターを実現することができる。
【０１６１】
なお、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型のライトバルブを用いても良いし、液晶以外の光変調装置を用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型液晶ライトバルブやデジタルミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が挙げられる。投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更すればよい。
【０１６２】
また、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いることとしたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。また、双方のエミッターに対し光路を変換するダイクロイックミラーが設置された構成のレーザー光源装置を例に挙げて説明したが、エミッターの配列はこれに限るものではない。例えば、一方のエミッターにのみダイクロイックミラーが設置されていても良い。
【０１６３】
［走査型画像表示装置］
図１５は、本発明に係る別実施形態の画像表示装置の概略構成図であり、走査型画像表示装置の構成図を示す。
本実施形態のプロジェクター（画像表示装置）２００は、上記第１実施形態のレーザー光源装置１と、レーザー光源装置１から射出された光をスクリーン２１０に向かって走査するＭＥＭＳミラー（画像形成装置）２０２と、レーザー光源装置１から射出された光をＭＥＭＳミラー２０２に集光させる集光レンズ２０３とを備えている。レーザー光源装置１から射出された光は、ＭＥＭＳミラー２０２の駆動によってスクリーン２１０上を水平方向、垂直方向に走査される。カラー画像を表示する場合は、例えばレーザーダイオードを構成する複数のエミッターを、赤、緑、青のピーク波長を持つエミッターの組み合わせによって構成すれば良い。
【０１６４】
本実施形態のプロジェクター２００においても、上記第１実施形態のレーザー光源装置１が光源として用いられているので、スペックルを低減し良好な画像表示が可能なプロジェクターを実現することができる。
【０１６５】
［モニター装置］
図１６は、本発明に係る一実施形態としてのモニター装置の概略構成図である。本実施形態のモニター装置３００は、装置本体３１０と、光伝送部３２０と、を備える。装置本体３１０は、上述の第１実施形態のレーザー光源装置１を備えている。
【０１６６】
光伝送部３２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド３２１，３２２を備えている。各ライトガイド３２１，３２２は、多数本の光ファイバーを束ねたものであり、レーザー光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド３２１の入射側にはレーザー光源装置１が設置され、その出射側には拡散板３２３が設置されている。レーザー光源装置１から射出されたレーザー光は、ライトガイド３２１を通じて光伝送部３２０の先端に設けられた拡散板３２３に送られ、拡散板３２３により拡散されて被写体を照射する。
【０１６７】
光伝送部３２０の先端には、結像レンズ３２４が設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ３２４で受けることができる。受けた反射光は、受け側のライトガイド３２２を通じて装置本体３１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ３１１に送られる。この結果、レーザー光源装置１から射出されたレーザー光で被写体を照射して得られた反射光に基づく画像をカメラ（撮像部）３１１で撮像することができる。
【０１６８】
本実施形態のモニター装置３００によれば、上記第１実施形態のレーザー光源装置１が用いられているので、鮮明な撮像が可能なモニター装置を実現することができる。
【０１６９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、第１発光素子１２と第２発光素子１３との間を往復する光の光路上において第１，第２発光素子１２，１３と波長変換素子１６Ａとの間にダイクロイックミラー１４と反射ミラー１５を配置し、光路を２回折り曲げる構成とした。この構成に代えて、いずれか一方の発光素子と波長変換素子との間にのみダイクロイックミラーを配置し、光路を１回折り曲げた構成に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【０１７０】
１，２，３…レーザー光源装置（光源装置）、１２…第１発光素子（発光素子）、１３…第２発光素子（発光素子）、１７…波長選択素子（波長選択手段）、２２，２３…エミッター（発光部）、３０…冷却装置（冷却手段）、３１Ａ，３１Ｂ…冷媒流路、３２…ポンプ（循環手段）、３３…ペルチェ素子（冷却手段）、３６…可変波長変換素子、３７…可変波長選択素子、４０…スペクトル検知部（検知手段）、５０…制御部、１００，２００…プロジェクター（画像表示装置）、１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調装置）、１０７…投射レンズ（投射装置）、２０２…ＭＥＭＳミラー（走査手段）、３００…モニター装置、３１１…カメラ（撮像部）、３６１…波長変換素子、３６２…圧電素子（変換波長変化手段）、３７１…音響光学媒体、３７２…音響波発生素子（音響生成手段）、ＩＲ１，ＩＲ２…レーザー光。
【図１】
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【図２】
2011165786.tif 000004
【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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