(57)【要約】【課題】光波長変換素子における変換効率を高めて、レーザ光を高出力で発生可能とする。【解決手段】レーザ光源装置１２は、半導体レーザアレイ２０、シリンドリカルレンズ２５、光波長変換素子３０および反射ミラー４０を備える。シリンドリカルレンズ２５は、片面が正のパワーを持つ凸面２５ａで、反対面が負のパワーを持つ凹面２５ｂであるメニスカス形状となっている。凸面２５ａによる正のパワーにより、半導体レーザアレイ２０からのレーザ光ＬＢ１を集光し光密度を高め、凹面２５ｂによる負のパワーにより、焦点距離を長くする。【選択図】図２
2008109083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波としてのレーザ光を発するレーザ光源と、
前記基本波を第２高調波に変換する光波長変換素子と
を備えるレーザ光源装置において、
前記レーザ光源と前記光波長変換素子との間に、
前記レーザ光源側から順に正のパワーを持つ第１の面と負のパワーを持つ第２の面とを備える光学レンズ系
を配置したことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光源装置であって、
前記レーザ光源は、レーザ光を発する発光部を複数配列したレーザアレイである
レーザ光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ光源装置であって、
前記レーザアレイは、
光の共振する方向が基板面に対して垂直な面発光型のものである
レーザ光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ光源装置であって、
前記光学レンズ系は、
片面が前記第１の面としての凸面で、反対面が前記第２の面としての凹面で形成されるメニスカス形状の光学要素
を備えるレーザ光源装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ光源装置であって、
前記メニスカス形状の光学要素は、シリンドリカルレンズである
レーザ光源装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のレーザ光源装置であって、
前記光学要素の焦点位置は、前記光波長変換素子内もしくは前記光波長変換素子よりも遠くにある
レーザ光源装置。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ光源装置であって、
前記光学レンズ系は、
前記第１の面としての凸面を備える凸レンズと、
前記第２の面としての凹面を備える凹レンズと
を備えるレーザ光源装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のレーザ光源装置を備える照明装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段と
を備えるモニタ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれかに記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置からの光を利用して、表示面に画像信号に応じた画像を表示させる画像形成装置と
を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を発するレーザ光源を備えるレーザ光源装置と、そのレーザ光源装置を備える照明装置、モニタ装置およびプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長変換の技術として、入射光の半波長の光を発生させる第２高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）の技術がよく知られている。このＳＨＧの技術を半導体レーザの技術と組み合わせることにより、遠赤外域で発振する入手容易な半導体レーザを用いて可視領域内の波長のレーザ光を得ることができる。
【０００３】
上記組み合わせた技術の一例として、下記の特許文献１がある。これによれば、半導体レーザから発したレーザ光をレンズによりＳＨＧ素子に入射させ、レーザ光を第２光調波へと変換させる。特許文献１等では、ＳＨＧ素子の構成を工夫して、変換効率を高めることがなされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９７４２８号公報
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術では、ＳＨＧ素子の特性を改善することはできるが、それでも、下記の（イ）、（ロ）の理由により、ＳＨＧ素子において十分な変換効率の向上を望めないという問題があった。
【０００６】
（イ）半導体レーザとＳＨＧ素子との間に設けられたレンズは、いわゆるフィールドレンズで、集光のためのものであり、この種のレンズでは、ＳＨＧ素子との間の距離がある程度以上離れると（焦点距離よりも遠くになると）、ＳＨＧ素子への入射光の光線密度が低くなる。光波長変換素子の変換エネルギーは、後述するように、入射光の光線密度によるところが大きいことから、入射光の光線密度が低くなると、高効率の波長変換を行なうことができなかった。
【０００７】
（ロ）前記フィールドレンズでは、光線の放射角度は光軸に対して大きな傾きを持つことから、レーザ光がＳＨＧ素子の外側に拡散してＳＨＧ素子内を有効に光路として確保することが困難であった。このために、高効率の波長変換を行なうことができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は、ＳＨＧ素子における変換効率を高めて、レーザ光を高出力で発生可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題の少なくとも一部を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【００１０】
本発明のレーザ光源装置は、
基本波としてのレーザ光を発するレーザ光源と、
前記基本波を第２高調波に変換する光波長変換素子と
を備えるレーザ光源装置において、
前記レーザ光源と前記光波長変換素子との間に、
前記レーザ光源側から順に正のパワーを持つ第１の面と負のパワーを持つ第２の面とを備える光学レンズ系
を配置したことを特徴としている。
【００１１】
前記構成のレーザ光源装置によれば、光学レンズ系の第１の面による正のパワーにより、レーザ光源からのレーザ光を集光し、レーザ光の光線密度を向上させる。
【００１２】
光波長変換素子では、レーザ光のような強い光が通過するときに、非線形光学効果を引き起こす。非線形光学効果の現象は、下記の（１）式で表わされる。
【００１３】
Ｐ＝ε0χ(1) Ｅ＋ε0χ(2) ＥＥ＋ε0χ(3) ＥＥＥ＋…    （１）
【００１４】
ここで、Ｐは物質中に生じる分極、Ｅは入射光の電場の強度、ε0は真空中の誘電率、χ(1)，χ(2)，χ(3) ，…は２階、３階、４階、…のテンソルで表わされる非線形感受率である。（１）式によれば、分極Ｐは、入射光の電場の強度Ｅが大きな要素となって定まる。このため、波長変換の効率を上げるには、光波長変換素子に入射するレーザ光の光線密度を高くすることが重要である。上記のように、光学レンズ系の第１の面で光線密度の向上が図られることから、波長変換の効率が高まる。
【００１５】
さらに、第１の面で光線密度の向上が図られたレーザ光は、高い光線密度を維持した状態で、次段の第２の面による負のパワーにより、焦点距離が伸ばされる。焦点距離が長くなると、光線の進行角度は光軸方向に近くなり、この結果、光波長変換素子内を有効に光路として確保することが容易となることから、波長変換の効率がより高まる。
【００１６】
したがって、本発明のレーザ光源装置によれば、上記２つの作用により光波長変換素子における変換効率を高めることができ、この結果、レーザ光を高出力で発生することができる。
【００１７】
前記レーザ光源は、レーザ光を発する発光部を複数配列したレーザアレイとしてもよい。また、前記レーザアレイは、光の共振する方向が基板面に対して垂直な面発光型のものとしてもよい。
【００１８】
前記光学レンズ系は、片面が前記第１の面としての凸面で、反対面が前記第２の面としての凹面で形成されるメニスカス形状の光学要素としてもよい。この構成によれば、メニスカス形状の光学要素により、正のパワーと負のパワーを併せ持つ光学レンズ系を容易に構成することができる。
【００１９】
前記メニスカス形状の光学要素は、シリンドリカルレンズとしてもよい。レーザ光源が発光部を複数配列したレーザアレイであっても、シリンドリカルレンズとすることで、メニスカス形状の光学要素を容易に作製することできる。
【００２０】
前記光学要素の焦点位置は、前記光波長変換素子内もしくは前記光波長変換素子よりも遠くにある構成とすることが好適である。この構成によれば、光波長変換素子内を有効に光路として確保することがより容易となる。
【００２１】
前記光学レンズ系は、前記第１の面としての凸面を備える凸レンズと、前記第２の面としての凹面を備える凹レンズとを備える構成としてもよい。この構成によれば、複数の光学要素の組み合わせにより、正のパワーと負のパワーを併せ持つ光学レンズ系を容易に構成することができる。
【００２２】
本発明の照明装置は、前記レーザ光源装置を備えることを特徴としている。この照明装置は、高出力を得ることができる。
【００２３】
本発明のモニタ装置は、
前記レーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段と
を備えることを特徴としている。
【００２４】
このモニタ装置は、高出力のレーザ光源装置により被写体を照射することができることから、撮像手段により得られる撮像画像の明るさを高めることができる。
【００２５】
本発明のプロジェクタは、
前記レーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置からの光を利用して、表示面に画像信号に応じた画像を表示させる画像形成装置と
を備えることを特徴としている。
【００２６】
このプロジェクタは、高出力のレーザ光源装置を用いることができることから、高輝度の画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２８】
１．第１実施例
Ａ．装置全体の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての照明装置１０の概略構成図である。図示するように、照明装置１０は、本発明の「レーザ光源装置」に相当するレーザ光源装置１２と、レーザ光源装置１２から発したレーザ光を拡散する拡散素子１４とを備える。
【００２９】
レーザ光源装置１２は、半導体レーザアレイ２０を内蔵するレーザセル２０Ｃと、メニスカス形状のシリンドリカルレンズ２５と、光波長変換素子３０を内蔵するジャケット３０Ｃと、外部光共振器として機能する反射ミラー４０とを備える。ジャケット３０Ｃには、サーミスタと共に温度制御用のペルチェ素子が備えられており、光波長変換素子３０の温度を高精度に制御可能な構成となっている。なお、ペルチェ素子に換えて他の発熱手段とすることもできる。
【００３０】
Ｂ．要部の構成：
図２は、レーザ光源装置１２の要部を示す説明図である。レーザ光源装置１２は、前述したように、半導体レーザアレイ２０、シリンドリカルレンズ２５、光波長変換素子３０および反射ミラー４０を備える。半導体レーザアレイ２０は、光の共振する方向が基板面に対して垂直であり、レーザ光が基板面２０ａに対して垂直に出射するＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）と呼ばれるもので、複数の発光層（活性層）２０ｂが１列に並ぶ１次元のアレイ構造を有する。発光層２０ｂの数は、図示の例では４つとなっているが、４つに限る必要はなく複数のうちの他の数としてもよい。
【００３１】
なお、図示においては、このアレイ構造の配列方向、すなわち発光層２０ｂの並び方向をｘ軸方向、発光層２０ｂからのレーザ光ＬＢ１の出射方向をｙ軸方向、その双方に垂直な方向をｚ軸方向とする座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）が定められており、この座標軸は、必要に応じて説明に用いる。レーザ光源装置１２においては、半導体レーザアレイ２０、シリンドリカルレンズ２５、光波長変換素子３０および反射ミラー４０が、この順にｙ軸方向に設けられている。
【００３２】
シリンドリカルレンズ２５は、前述したようにメニスカス形状のものである。一般的なシリンドリカルレンズは、円柱を軸方向に２つに割った形をしているが、この実施例では、割った部分を凹面とすることでメニスカス形状となっている。すなわち、本実施例のシリンドリカルレンズ２５は、片面が正のパワーを持つ凸面２５ａで、反対面が負のパワーを持つ凹面２５ｂであるメニスカス形状となっている。このメニスカス形状のシリンドリカルレンズ２５は、凸面２５ａが半導体レーザアレイ２０側に、凹面２５ｂが光波長変換素子３０側になるように配置されている。
【００３３】
本実施例では、凸面２５ａは凹面２５ｂよりも曲率が大きい（曲率半径が凹面２５ｂよりも小さい）のものとなっており、シリンドリカルレンズ２５は全体として凸型の性質を備えている。この場合は、焦点位置を近くし集光スポットを小さく設定することにより、エネルギー密度の高い領域を形成することが可能となる。なお、これに換えて、凹面２５ｂと凸面２５ａを同じ曲率のものとしてもよい。この場合、焦点位置を変えずに光線ビーム径を細くすることが可能となる。さらには、凹面２５ｂは凸面２５ａよりも曲率が大きい（曲率半径が凸面２５ａよりも小さい）のものとし、シリンドリカルレンズ２５を全体として凹型の性質を備えるものに換えることもできる。この場合焦点距離を長く設定できることから波長変換素子の長さを長くすることが可能となる。
【００３４】
図３は、メニスカス形状のシリンドリカルレンズ２５の作用を示す説明図である。この図は、図２において、−ｘ方向に向かって見た図である。図示するように、半導体レーザアレイ２０から発しシリンドリカルレンズ２５に入射したレーザ光ＬＢ１は、凸面２５ａで集光され、凸面２５ａで集光されたことにより光線径が小さく（光線エネルギ密度が高く）なりながら、凸面２５ａでの集光レンズパワーでの焦点位置に比べ、焦点距離が凹面２５ｂで伸ばされて、ＬＢ１′として出射する。なお、凸面２５ａでの集光は、図中ｚ軸方向の光線幅を縮小するものであり、ｘ軸方向においては光線幅に変化はない。凹面２５ｂは、ｘ軸方向にまっすぐ伸び、ｚ軸方向において曲がっているためである。ここで用いたシリンドリカルレンズはｚ軸方向に凸面２５ａのパワーが凹面２５ｂのパワーより大きな構成であり、平行光線を集光する作用が発生する。
【００３５】
図２における吹き出しの円Ｃに、凹面２５ｂにおけるレーザ光ＬＢ１′の出射断面を示した。この出射断面からも、シリンドリカルレンズ２５においては、ｚ軸方向において集光がなされ、ｚ軸方向においては変わりがないことがわかる。
【００３６】
光波長変換素子３０は、第２高調波発生（ＳＨＧ）の現象、すなわち、２個の光子が２倍の振動数をもつ１個の光子に変換される２次の非線形光学現象を引き起こす素子であり、強誘電体材料に分極反転構造が形成されたものである。分極反転構造は、強誘電体光学結晶の持つ自発分極の方向が反転された分極反転領域Ｐ１と、その反転がなされていない分極非反転領域Ｐ０とが交互に形成された構造である。この分極反転領域Ｐ１と分極非反転領域Ｐ０とが交互に並ぶ方向は、前述したｙ軸方向、すなわち半導体レーザアレイ２０のレーザ光ＬＢ１の出射方向と一致している。
【００３７】
上記分極反転構造は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを用いた素子において電界印加法により形成されている。なお、分極反転構造の形成方法は、この方法に限る必要もなく、イオン交換による分極反転法、電子ビームによるマイクロドメイン反転法等の他の方法によるものであってもよい。材料についても、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムに限る必要はなく、それぞれの方法における適正な材料を用いる構成とすればよい。
【００３８】
反射ミラー４０は、光波長変換素子３０側のレーザ光線ＬＢ１′の入射角度に対応した反射面の形状を持つ面４０ａに特殊コーティングが施されたものである。この特殊コーティングは、半導体レーザアレイ２０から発した励起光に対しては高反射、光波長変換素子３０から発した第２高調波に対しては高透過となるようなものである。一方、半導体レーザアレイ２０の出射側の基板面２０ａには、前記励起光に対しては高透過、前記第２高調波に対しては高反射となる特殊コーティングが施されている。かかる構成により、半導体レーザアレイ２０の基板面２０ａと反射ミラー４０の面４０ａとの間で光共振器が構成される。半導体レーザアレイ２０から出射したレーザ光は、この光共振器内に閉じこめられる形になって、光波長変換素子３０を何回も透過する。光波長変換素子３０は、前述したようにペルチェ素子により高精度に温度制御されていることから、ノイズの少ない第２高調波を得ることができ、その第２高調波は、反射ミラー４０を透過し、波長の変換されたレーザ光ＬＢ２としてレーザ光源装置１２を出射する。
【００３９】
図３に戻って、メニスカス形状のシリンドリカルレンズ２５は、前述したように、凹面２５ｂにより焦点距離を伸ばす作用を奏しているが、この実施例では、図示するように、シリンドリカルレンズ２５の焦点Ｆが光波長変換素子３０内に位置するよう光学的な設計がなされている。なお、焦点Ｆは、ｙ軸方向において光波長変換素子３０内であればいずれの位置に代えることもできるし、さらには、光波長変換素子３０よりも遠く、すなわち光波長変換素子３０よりも反射ミラー４０側であればいずれの位置（例えば、図中Ｆ′の位置）に代えることもできる。
【００４０】
Ｃ．作用・効果：
以上のように構成された照明装置１０に備えられるレーザ光源装置１２によれば、シリンドリカルレンズ２５の凸面２５ａによる正のパワーにより、半導体レーザアレイ２０からのレーザ光ＬＢ１を集光し、レーザ光ＬＢ１の光線密度を向上させる。光線密度の向上が図られると、前述した（１）式に従って分極Ｐが大きくなって、波長変換の効率が高まる。さらに、光線密度の向上が図られたレーザ光は、高い光線密度を維持した状態で、シリンドリカルレンズ２５の凹面２５ｂによる負のパワーにより、焦点距離が伸ばされる。焦点距離が長くなると、光線の進行角度は光軸方向に近くなり、この結果、光波長変換素子３０内を有効に光路として確保することが容易となることから、波長変換の効率がより高まる。更に非線形光学素子では光線密度が高まることで２次高調波への変換効率が向上することから、波長変換効率を向上させることができる。また、負のパワーに比べ正のパワーを大きくした構成では、光線を集光し前方で集光させる作用があり、前述の非線形光学素子内での光線密度を高め２次高調波の変換を高効率に得ることができる。
【００４１】
したがって、本実施例のレーザ光源装置１２によれば、上記２つの作用により光波長変換素子３０における変換効率を高めることができ、この結果、レーザ光を高出力で発生することができる。これにより、照明装置１０は高出力を得ることができる。
【００４２】
また、半導体レーザアレイ２０の複数の発光部のそれぞれに対して一つずつメニスカス形状の部分を持たすように光学レンズ系を設計した場合、光学レンズ系が複雑な構成となるが、本実施例のようにシリンドリカルレンズ２５をメニスカス形状とすることで、正のパワーと負のパワーを併せ持つ光学レンズ系を容易に作製することができる。
【００４３】
さらに、この実施例では、図３を用いて前述したように、シリンドリカルレンズ２５の焦点Ｆが光波長変換素子３０内に位置するように定められていることから、光波長変換素子３０内を有効に光路として確保することがより容易となる。
【００４４】
前述したように焦点距離が長くなると、レーザ光ＬＢ１′の進行角度は光軸方向（ｙ軸方向）に近くなるが、こうすることで、レーザ光ＬＢ１′は、光波長変換素子３０に形成された分極反転構造を一様に通過することが可能となる。以下、その理由について詳述する。
【００４５】
図４は、進行方向が相違する２つの光線Ｂａ，Ｂｂが分極反転構造を通過する状態を示す説明図である。分極反転構造は、前述したように分極反転領域Ｐ１と分極非反転領域Ｐ０とが交互に並んだ構造である。進行方向がその並びの方向（＝ｙ方向）と一致する第１の光線Ｂａの場合、その光路上においては、分極反転領域Ｐ１と分極反転領域Ｐ１との間の距離（以下、「ピッチ」と呼ぶ）ｔａは、一定の大きさで、かつ小さい。これに対して、進行角度がｙ方向から大きく傾いた光線Ｂｂの場合、その光路上においては、ピッチｔ２は位置により大きく変化し、しかもピッチｔ１に比べて大きい。このことから、レーザ光ＬＢ１′の進行角度が光軸方向（ｙ軸方向）に近いほど、すなわち、平行光線に近いほど、レーザ光ＬＢ１′は、分極反転構造を一定のピッチで、しかも小さいピッチで通過することになる。このために、光波長変換素子３０における変換効率は、より一層高いものとなる。
【００４６】
Ｄ．変形例：
上記第１実施例の変形例について次に説明する。
図５は、第１変形例としての照明装置に備えられるレーザ光源装置１１２の要部を示す説明図である。レーザ光源装置１１２は、第１実施例と同様にして照明装置として用いることができる。図示するように、レーザ光源装置１１２は、半導体レーザアレイ２０と、メニスカスレンズアレイ１２５と、光波長変換素子３０と、反射ミラー４０とを備える。半導体レーザアレイ２０、光波長変換素子３０および反射ミラー４０は、第１実施例と同一のものであり、本実施例では同一の符号を付けた。
【００４７】
メニスカスレンズアレイ１２５は、メニスカスレンズ１２６を、半導体レーザアレイ１２０の発光層２０ｂの数だけ配列したものである。その配列方向は、半導体レーザアレイ１２０における発光層２０ｂの配列方向（＝ｘ方向）と一致しており、半導体レーザアレイ１２０の複数の発光層２０ｂのそれぞれから出射したレーザ光ＬＢ１が、複数のメニスカスレンズ１２６のそれぞれに入射する構成となっている。
【００４８】
メニスカスレンズ１２６は、片面が正のパワーを持つ凸面１２６ａで、反対面が負のパワーを持つ凹面１２６ｂとなっている。凸面１２６ａが半導体レーザアレイ２０側に、凹面１２６ｂが光波長変換素子３０側になるように配置されている。なお、第１実施例のメニスカス形状のシリンドリカルレンズ２５は、ｘ−ｚ平面においてｚ軸方向だけが湾曲している構成であったが、これに対して、この第１変形例のメニスカスレンズ１２６は、ｘ−ｚ平面においてｘ軸方向、ｚ軸方向ともに湾曲している構成である。このため、吹き出しの円Ｄに示すように、各メニスカスレンズ１２６からのレーザ光ＬＢ１′の出射断面は、円形となっている。この出射断面の径は、入射されたレーザ光ＬＢ１よりも小さくなっている。
【００４９】
すなわち、メニスカスレンズ１２６は、半導体レーザアレイ２０から送られてきたレーザ光ＬＢ１を、凸面１２６ａで集光し、凹面１２６ｂで焦点距離を伸ばすように作用する。この焦点は、第１実施例と同様に、ｙ軸方向において光波長変換素子３０内もしくは、光波長変換素子３０よりも遠く、すなわち光波長変換素子３０よりも反射ミラー４０側に位置するように光学的な設計がなされている。なお、メニスカスレンズの凸面および凹面の曲率を同一とした実施態様においては、焦点距離を変えずにビーム径のみが細くなりエネルギ密度を向上させることが可能となる。
【００５０】
以上のように構成された第１変形例のレーザ光源装置１１２によれば、メニスカスレンズ１２６の凸面１２６ａによる正のパワーにより、半導体レーザアレイ２０からのレーザ光ＬＢ１を集光し、凹面１２６ｂによる負のパワーにより、焦点距離を長くする。したがって、第１実施例のレーザ光源装置１２と同様に、光波長変換素子３０における変換効率を高めることができ、この結果、レーザ光を高出力で発生することができるという効果を奏する。
【００５１】
図６は、第１実施例の第２変形例としての照明装置に備えられるレーザ光源装置３１２の要部を示す説明図である。レーザ光源装置２１２は、第１実施例と同様にして照明装置として用いることができる。図示するように、レーザ光源装置２１２は、半導体レーザアレイ２２０と、メニスカス形状のシリンドリカルレンズ２２５と、光波長変換素子２３０と、反射ミラー４０とを備える。反射ミラー４０は、第１実施例と同一のものである。
【００５２】
半導体レーザアレイ２２０は、第１実施例の半導体レーザアレイ２０と比較して、発光層２２０ｂが３列に並んだ２次元のアレイ構造である点が相違するだけであり、ＶＣＳＥＬである点、レーザ光ＬＢ１の出射方向等については同一である。半導体レーザアレイ２２０は、ｘ軸方向に３つの発光層２２０ｂが等間隔で並び、この並びによって構成される列がｚ軸方向に３本並んだ構成となっている。なお、図示においては、第２列目の発光層２２０ｂからのレーザ光の記載を省略しているが、これは図示が複雑になって不明瞭となることを避けるためのもので、実際には９つの発光層２２０ｂの全てからレーザ光は出射する。
【００５３】
シリンドリカルレンズ２２５と光波長変換素子２３０は、第１実施例のシリンドリカルレンズ２５と光波長変換素子１３０と比較して、ｚ軸方向のサイズが大きい点で相違するだけで、同様の構成のものである。
【００５４】
以上のように構成された第２変形例のレーザ光源装置２１２では、２次元の半導体レーザアレイ２２０でありながら、シリンドリカルレンズ２２５の凸面２２５ａによる正のパワーにより、半導体レーザアレイ２２０からのレーザ光ＬＢ１を集光し、凹面２２５ｂによる負のパワーにより、エネルギ密度の高い領域を長くすることができる。この場合、エネルギ密度の高い長い領域に波長変換素子を配置することが可能となり、第１実施例と同様に、光波長変換素子２３０における波長変換出力を高めることができ、この結果、レーザ光を高出力で発生することができる。
【００５５】
なお、上記半導体レーザアレイ２２０は、２次元のアレイ構造を３列以外の２列、４列といった他の複数列に換える構成としてもよい。１列に配列する発光層２２０ｂの数も、３に換えて他の数としてもよい。
【００５６】
この第２変形例では、シリンドリカルレンズ２２５は、ｘ−ｚ平面においてｚ軸方向だけが湾曲している構成であったが、これに対して、この第２変形例の更なる変形例として、図７に示すように、シリンドリカルレンズ２２５′は、ｘ−ｚ平面においてｘ軸方向、ｚ軸方向ともに湾曲している構成としてもいい。第２変形例のシリンドリカルレンズ２２５では、図６中の最前列（ｚ軸方向において図中最前方となる列）の３つの発光層２２０ｂからの出射光はｚ軸方向において若干内側（図中後方）にずれ、最後列（ｚ軸方向において図中最後方となる列）の３つの発光層２２０ｂからの出射光はｚ軸方向において若干内側（図中前方）にずれる。これに対して、この更なる変形例のシリンドリカルレンズ２２５′では、３×３の９つの発光層２２０ｂの内の真ん中の発光層２２０ｂを除く周囲の８つの発光層２２０ｂについて、出射光はｚ軸方向、ｘ軸方向の双方に若干内側にずれる。かかる構成のこの更なる変形例でも、第１実施例、第２変形例と同様に、光波長変換素子２３０における変換効率を高めることができ、この結果、レーザ光を高出力で発生することができる。
【００５７】
図８は、第１実施例の第３変形例としての照明装置に備えられるレーザ光源装置３１２の要部を示す説明図である。レーザ光源装置３１２は、第１実施例と同様にして照明装置として用いることができる。レーザ光源装置３１２は、第１実施例のレーザ光源装置１２と比較して、シリンドリカルレンズ２５に換えて、凸レンズ３２０と凹レンズ３３０を設けた点が相違するだけであり、その他の点は同一である。第１実施例と同一のパーツには、同一の符号を付けた。
【００５８】
前記第１実施例およびその第１、第２変形例では、正のパワーを持つ第１の面と負のパワーを持つ第２の面とを備える光学レンズ系を一つの光学要素により構成していたが、この第３変形例では、複数の光学要素の組み合わせにより前記光学レンズ系を構成している。すなわち、この第３変形例では、正のパワーを持つ凸レンズ３２０と負のパワーを持つ凹レンズ３３０とにより、前記光学レンズ系を構成する。
【００５９】
凹レンズ３３０の焦点は、第１実施例と同様に、ｙ軸方向において光波長変換素子３０内もしくは、光波長変換素子３０よりも遠く、すなわち光波長変換素子３０よりも反射ミラー４０側に位置するように光学的な設計がなされている。
【００６０】
上記構成のレーザ光源装置３１２によれば、凸レンズ３２０による正のパワーにより、半導体レーザアレイ２２０からのレーザ光ＬＢ１を集光し、凹レンズ３３０による負のパワーにより、焦点距離を長くすることができる。したがって、第１実施例と同様に、光波長変換素子３０における変換効率を高めることができ、この結果、レーザ光を高出力で発生することができる。
【００６１】
なお、前記第３変形例では、凸レンズ３２０は、片面が平面である平凸レンズであったが、これに換えて、凹面を２つ組み合わせた両凸レンズとすることもできる。
【００６２】
２．第２実施例：
本発明の第２実施例について次に説明する。
図９は、本発明の第２実施例としてのモニタ装置４００の概略構成図である。モニタ装置４００は、装置本体４１０と、光伝送部４２０とを備える。装置本体４１０は、前述した第１実施例のレーザ光源装置１２を備える。レーザ光源装置１２は、第１実施例で説明したように、半導体レーザアレイ２０、シリンドリカルレンズ２５、光波長変換素子３０および反射ミラー４０を備える。
【００６３】
光伝送部４２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド４２１，４２２を備える。各ライトガイド４２１，４２２は、多数本の光ファイバを束ねたもので、レーザ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４２１の入射側にはレーザ光源装置１２が配設され、その出射側には拡散板４２３が配設されている。レーザ光源装置１２から出射したレーザ光は、ライトガイド４２１を伝って光伝送部４２０の先端に設けられた拡散板４２３に送られ、拡散板４２３により拡散されて被写体を照射する。
【００６４】
光伝送部４２０の先端には、結像レンズ４２４も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ４２４で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド４２２を伝って、装置本体４１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ４１１に送られる。この結果、レーザ光源装置１２により出射したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ４１１で撮像することができる。
【００６５】
以上のように構成されたモニタ装置４００によれば、高出力のレーザ光源装置１２により被写体を照射することができることから、カメラ４１１により得られる撮像画像の明るさを高めることができる。
【００６６】
なお、この第２実施例の変形例として、装置本体４１０に備えられるレーザ光源装置１２を、第１実施例の第１ないし第３変形例に換える構成とすることもできる。
【００６７】
３．第３実施例：
本発明の第３実施例について次に説明する。
図１０は、本発明の第３実施例としてのプロジェクタ５００の概略構成図である。図中においては、簡略化のためプロジェクタ５００を構成する筐体は省略している。プロジェクタ５００は、赤色光を射出する赤色レーザ光源装置５０１Ｒと、緑色光を射出する緑色レーザ光源装置５０１Ｇと、青色光を射出する青色レーザ光源装置５０１Ｂとを備える。
【００６８】
赤色レーザ光源装置５０１Ｒは、赤色のレーザ光ＬＢｂを発する一般的な半導体レーザアレイである。緑色レーザ光源装置５０１Ｇは、前述した第１実施例のレーザ光源装置１２と同一の構成で、半導体レーザアレイ２０、シリンドリカルレンズ２５、光波長変換素子３０および反射ミラー４０を備える。この光波長変換素子３０では、緑色の波長のレーザ光ＬＢｇを出射するように波長変換がなされている。青色レーザ光源装置５０１Ｂは、前述した第１実施例のレーザ光源装置１２と同一の構成で、半導体レーザアレイ２０、シリンドリカルレンズ２５、光波長変換素子３０および反射ミラー４０を備える。この光波長変換素子３０では、青色の波長のレーザ光ＬＢｂを出射するように波長変換がなされている。
【００６９】
また、プロジェクタ５００は、各色のレーザ光源装置５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから射出された各色のレーザ光ＬＢｒ，ＬＢｇ，ＬＢｂをパソコン等から送られてきた画像信号に応じてそれぞれ変調する液晶ライトバルブ（光変調手段）５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂと、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂから射出された光を合成して投写レンズ５０７に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）５０６と、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン５１０に投写する投写レンズ（投写手段）５０７とを備えている。
【００７０】
さらに、プロジェクタ５００は、各レーザ光源装置５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源装置５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂよりも光路下流側に、均一化光学系５０２Ｒ，５０２Ｇ，５０２Ｂを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂを照明している。例えば、均一化光学系５０２Ｒ，５０２Ｇ、５０２Ｂは、ホログラムやフィールドレンズによって構成される。
【００７１】
各液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂ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５０６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つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ５０７によりスクリーン５１０上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００７２】
すなわち、本実施例のプロジェクタ５００では、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂとクロスダイクロイックプリズム５０６と投写レンズ５０７とにより画像形成装置が構成され、この画像形成装置により、各色のレーザ光源装置５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂからの光を利用して、表示面であるスクリーン５１０に画像信号に応じた画像を表示させることができる。
【００７３】
以上のように構成されたプロジェクタ５００によれば、高出力のレーザ光源装置５０１Ｇ，５０１Ｂを用いることができることから、高輝度の画像を表示することができる。
【００７４】
なお、この第３実施例の変形例として、緑色レーザ光源装置５０１Ｇおよび／または青色レーザ光源装置５０１Ｂを、第１実施例の第１ないし第３変形例に換える構成とすることもできる。
【００７５】
４．他の実施形態：
本発明は上記した実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００７６】
（１）前記第１実施例では、レーザ光源としての発光層を複数配列した半導体レーザアレイ２０を用いていたが、これに換えて、発光層が１つだけの単体のレーザ光源を用いた構成としてもよい。
【００７７】
（２）前記実施例および変形例では、レーザアレイとしてＶＣＳＥＬ型のものを用いていたが、これに換えて、光の共振する方向が基板面に対して平行になる端面発光型のレーザアレイを用いる構成としてもよい。さらには、レーザ光源は、半導体レーザに換えて、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、自由電子レーザ等、他の種類のレーザとすることもできる。なお、高出力の半導体レーザでは、活性層のレーザ光線密度がレーザ素子の劣化を加速させる要因になるが、発光領域を広く確保した上で、前記光学レンズ系を用いることで、高効率の波長変換と長寿化を実現することが可能となる。
【００７８】
（３）前記実施例および変形例では、レーザ光源装置は、半導体レーザアレイの外側に反射ミラーを用いた、いわゆる外部発振器型のものであったが、これに換えて、内部発振型のレーザ光源を用いた構成としてもよい。
【００７９】
図１１は、上記（３）に記載の実施形態としてのレーザ光源装置６１２を示す説明図である。レーザ光源装置６１２は、第１実施例と同様にして照明装置として用いることができる。図示するように、レーザ光源装置６１２は、半導体レーザ装置６２０と、メニスカス形状のシリンドリカルレンズ６２５と、光波長変換素子６３０とを備える。シリンドリカルレンズ６２５および光波長変換素子６３０は、第１実施例のシリンドリカルレンズ２５および光波長変換素子３０と大きさが異なるだけで、同一の構成である。すなわち、シリンドリカルレンズ６２５は、片面が正のパワーを持つ凸面６２５ａで、反対面が負のパワーを持つ凹面６２５ｂであるメニスカス形状となっている。
【００８０】
半導体レーザ装置６２０は、いわゆる内部共振器型のレーザ光源で、この実施形態では単一のレーザ光ＬＢ１１を出射する。レーザ光ＬＢ１１は、シリンドリカルレンズ６２５を介して光波長変換素子６３０に入射し、光波長変換素子６３０により波長変換がなされて、レーザ光源装置６１２の外部に出射される。
【００８１】
以上のように構成されたレーザ光源装置６１２によれば、シリンドリカルレンズ６２５の凸面６２５ａによる正のパワーにより、内部共振器型のレーザ光源である半導体レーザ装置６２０からのレーザ光ＬＢ１１を集光し、凹面６２５ｂによる負のパワーにより、焦点距離を長くする。したがって、第１実施例と同様に、光波長変換素子６３０における変換効率を高めることができ、この結果、レーザ光を高出力で発生することができるという効果を奏する。なお、このレーザ光源装置６１２は、照明装置以外にも、モニタ装置、プロジェクタ等に用いることができる。
【００８２】
（４）前記実施例および変形例では、光学レンズ系の備える、負のパワーを持つ第２の面により焦点距離を長くするように構成していたが、ここで言う「焦点距離を長く」とは、第２の面により出射される光が完全な平行光になる場合も含むものである。この構成は、本願発明の備える「光学レンズ系」の光学的な設計により実現することができる。例えば第１実施例においては、シリンドリカルレンズ２５の凸面２５ａおよび凹面２５ｂの光学的な設計により実現できる。特に凸面２５aで集光し、凹面２５ｂで焦点距離を長くする機能を持つので、焦点距離を設計により所望の長さに設定できる。すなわちエネルギ密度の高い光線領域を確保できることとなる。また、設計により凸面２５aで集光し、エネルギ密度を高くした状態で、凹面２５ｂ焦点を持たない並行光線または、徐々に広がり焦点を持たない方法をとっても、本発明課題のエネルギ密度の高い状態でＳＨＧ内での高効率変換も可能となる。
【００８３】
（５）前記実施例および変形例では、本願発明の備える光学レンズ系の焦点位置が、光波長変換素子内もしくは前記光波長変換素子よりも遠くにある構成としたが、必ずしもこの構成とする必要はなく、本願発明は、焦点位置が、光波長変換素子よりも近くにある構成とすることを妨げるものではない。
【００８４】
（６）前記実施例および変形例では、本願発明の備える光学レンズ系を種々の構成により実現してきたが、前記光学レンズ系はこれら実施例および変形例の構成に限る必要はなく、レーザ光源側から順に正のパワーを持つ第１の面と負のパワーを持つ第２の面とを備えるものであればいずれの光学要素、あるいはいずれの複数の光学要素の組み合わせによって構成してもよい。
【００８５】
（７）前記実施例では、光波長変換素子３０は、分極反転領域Ｐ１が深さ方向に貫通しているＳＨＧ素子であったが、これに換えて、基板上に光導波路を設けた光導波路型のＳＨＧ素子であってもよい。
【００８６】
（８）前記第３実施例のプロジェクタ５００は、いわゆる3板式の液晶プロジェクタであったが、これに換えて、色毎に時分割でレーザ光源装置を点灯することにより１つのライトバルブのみでカラー表示を可能とした単板式の液晶プロジェクタとしてもよい。
【００８７】
（９）前記第３実施例のプロジェクタ５００は、液晶ライトバルブを備えた液晶プロジェクタであったが、これに換えて、レーザ光源装置からのレーザ光をスクリーン上で走査させることにより表示面に画像信号に応じた画像を表示させる画像形成装置を備えるスキャン型のプロジェクタとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施例としての照明装置１０の概略構成図である。
【図２】レーザ光源装置１２の要部を示す説明図である。
【図３】メニスカス形状のシリンドリカルレンズ２５の作用を示す説明図である。
【図４】進行方向が相違する２つの光線Ｂａ，Ｂｂが分極反転構造を通過する状態を示す説明図である。
【図５】第１実施例の第１変形例としてのレーザ光源装置１１２の要部を示す説明図である。
【図６】第１実施例の第２変形例としてのレーザ光源装置２１２の要部を示す説明図である。
【図７】第２変形例の更なる変形例としてのレーザ光源装置２１２′の要部を示す説明図である。
【図８】第１実施例の第３変形例としてのレーザ光源装置３１２の要部を示す説明図である。
【図９】本発明の第２実施例としてのモニタ装置４００の概略構成図である。
【図１０】本発明の第３実施例としてのプロジェクタ５００の概略構成図である。
【図１１】他の実施形態としてのレーザ光源装置６１２を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０…照明装置
１２…レーザ光源装置
１４…拡散素子
２０…半導体レーザアレイ
２０Ｃ…レーザセル
２０ａ…基板面
２０ｂ…発光層
２５…シリンドリカルレンズ
２５ａ…凸面
２５ｂ…凹面
３０…光波長変換素子
３０Ｃ…ジャケット
４０…反射ミラー
１１２…レーザ光源装置
１２０…半導体レーザアレイ
１２５…メニスカスレンズアレイ
１２６…メニスカスレンズ
１２６ａ…凸面
１２６ｂ…凹面
１３０…光波長変換素子
２１２…レーザ光源装置
２２０…半導体レーザアレイ
２２５…シリンドリカルレンズ
２２５ａ…凸面
２２５ｂ…凹面
２３０…光波長変換素子
３１２…レーザ光源装置
３２０…凸レンズ
３３０…凹レンズ
４００…モニタ装置
４１０…装置本体
４１１…カメラ
４２０…光伝送部
４２１…ライトガイド
４２２…ライトガイド
４２３…拡散板
４２４…結像レンズ
５００…プロジェクタ
５０１Ｒ…赤色レーザ光源装置
５０１Ｇ…緑色レーザ光源装置
５０１Ｂ…青色レーザ光源装置
５０２Ｒ，５０２Ｇ，５０２Ｂ…均一化光学系
５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂ…液晶ライトバルブ
５０６…クロスダイクロイックプリズム
５０７…投写レンズ
５１０…スクリーン
６１２…レーザ光源装置
６２０…半導体レーザ装置
６２５…シリンドリカルレンズ
６２５ａ…凸面
６２５ｂ…凹面
６３０…光波長変換素子
ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ１１…レーザ光
【図１】
2008109083.tif 000003
【図２】
2008109083.tif 000004
【図３】
2008109083.tif 000005
【図４】
2008109083.tif 000006
【図５】
2008109083.tif 000007
【図６】
2008109083.tif 000008
【図７】
2008109083.tif 000009
【図８】
2008109083.tif 000010
【図９】
2008109083.tif 000011
【図１０】
2008109083.tif 000012
【図１１】
2008109083.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月26日(2007.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
上記組み合わせた技術の一例として、下記の特許文献１がある。これによれば、半導体レーザから発したレーザ光をレンズによりＳＨＧ素子に入射させ、レーザ光を第２高光調波へと変換させる。特許文献１等では、ＳＨＧ素子の構成を工夫して、変換効率を高めることがなされている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図４は、進行方向が相違する２つの光線Ｂａ，Ｂｂが分極反転構造を通過する状態を示す説明図である。分極反転構造は、前述したように分極反転領域Ｐ１と分極非反転領域Ｐ０とが交互に並んだ構造である。進行方向がその並びの方向（＝ｙ方向）と一致する光線Ｂａの場合、その光路上においては、分極反転領域Ｐ１と分極反転領域Ｐ１との間の距離（以下、「ピッチ」と呼ぶ）ｔａは、一定の大きさで、かつ小さい。これに対して、進行方向がｙ方向から大きく傾いた光線Ｂｂの場合、その光路上においては、ピッチｔｂは位置により大きく変化し、しかもピッチｔａに比べて大きい。このことから、レーザ光ＬＢ１′の進行方向が光軸方向（ｙ軸方向）に近いほど、すなわち、平行光線に近いほど、レーザ光ＬＢ１′は、分極反転構造を一定のピッチで、しかも小さいピッチで通過することになる。このために、光波長変換素子３０における変換効率は、より一層高いものとなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
メニスカスレンズアレイ１２５は、メニスカスレンズ１２６を、半導体レーザアレイ２０の発光層２０ｂの数だけ配列したものである。その配列方向は、半導体レーザアレイ１２０における発光層２０ｂの配列方向（＝ｘ方向）と一致しており、半導体レーザアレイ１２０の複数の発光層２０ｂのそれぞれから出射したレーザ光ＬＢ１が、複数のメニスカスレンズ１２６のそれぞれに入射する構成となっている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図６は、第１実施例の第２変形例としての照明装置に備えられるレーザ光源装置２１２の要部を示す説明図である。レーザ光源装置２１２は、第１実施例と同様にして照明装置として用いることができる。図示するように、レーザ光源装置２１２は、半導体レーザアレイ２２０と、メニスカス形状のシリンドリカルレンズ２２５と、光波長変換素子２３０と、反射ミラー４０とを備える。反射ミラー４０は、第１実施例と同一のものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
（３）前記実施例および変形例では、レーザ光源装置は、半導体レーザアレイの外側に反射ミラーを用いた、いわゆる外部共振器型のものであったが、これに換えて、内部共振型のレーザ光源を用いた構成としてもよい。