(57)【要約】【課題】大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力する。【解決手段】励起用の半導体レーザ１１１と、該半導体レーザ１１１によって励起され、レーザ基本波を発振する固体レーザ結晶１１３と、固体レーザ結晶１１３からのレーザ基本波の光路上に配置され、周期的な分極反転構造を有し、レーザ基本波の入射角に応じた変換効率でレーザ基本波の第２高調波を生成する非線形光学結晶１１４と、非線形光学結晶１１４を駆動してレーザ基本波の入射角を変更する駆動機構１１５とを備える。これにより、変調された第２高調波を非線形光学結晶１１４から出力することが可能となる。【選択図】図１
2008147569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光の波長を変換する非線形光学素子とを備えるレーザ装置の駆動方法であって、
レーザ光の変調情報に応じて、前記非線形光学素子に対する前記レーザ光源からのレーザ光の入射条件を変更する工程を含む駆動方法。
【請求項２】
前記入射条件は、前記レーザ光の入射角、入射位置及び偏光方向の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
【請求項３】
前記入射条件は、前記レーザ光の入射角を含み、
前記入射条件を変更する工程では、前記非線形光学素子を回動することを特徴とする請求項２に記載の駆動方法。
【請求項４】
前記入射条件は、前記レーザ光の入射位置を含み、
前記入射条件を変更する工程では、前記非線形光学素子を移動することを特徴とする請求項２に記載の駆動方法。
【請求項５】
前記入射条件は、前記レーザ光の偏光方向を含み、
前記入射条件を変更する工程では、前記非線形光学素子を回動することを特徴とする請求項２に記載の駆動方法。
【請求項６】
レーザ光源と；
前記レーザ光源からのレーザ光の光路上に配置され、入射条件に応じた変換効率で前記レーザ光の波長を変換する非線形光学素子と；
前記非線形光学素子を駆動して、前記非線形光学素子に対する前記レーザ光の入射条件を変更する駆動機構と；を備えるレーザ装置。
【請求項７】
前記入射条件は、前記レーザ光の入射角、入射位置及び偏光方向の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記非線形光学素子は、周期的な分極反転構造を有することを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記非線形光学素子は、前記周期的な分極反転構造における分極反転比率が、前記レーザ光の入射条件によって異なることを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記非線形光学素子は、前記周期的な分極反転構造における分極反転周期が一定であることを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記非線形光学素子は、前記周期的な分極反転構造における分極反転周期が、前記レーザ光の入射条件によって異なることを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記非線形光学素子は、前記周期的な分極反転構造における分極反転比率が一定であることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記レーザ光の入射条件は、前記レーザ光の入射位置を含み、
前記駆動機構は、前記非線形光学素子に対する前記レーザ光の入射位置が変化するように前記非線形光学素子を移動する移動機構を有することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記レーザ光の入射条件は、前記レーザ光の入射角を含み、
前記駆動機構は、前記非線形光学素子に対する前記レーザ光の入射角が変化するように前記非線形光学素子を回動する回動機構を有することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記レーザ光の入射条件は、前記レーザ光の偏光方向を含み、
前記駆動機構は、前記非線形光学素子に対する前記レーザ光の偏光方向が変化するように前記非線形光学素子を回動する回動機構を有することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１６】
前記非線形光学素子の入射面及び射出面の少なくとも一方は、前記非線形光学素子の回動方向が含まれる断面の形状が、回動の支点をその中心とする円の一部をなす円弧状を有することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のレーザ装置。
【請求項１７】
前記非線形光学素子からのレーザ光の光路上に配置され、波長変換されずに前記非線形光学結晶を透過したレーザ光をモニタするモニタ装置を、更に備えることを特徴とする請求項６〜１６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１８】
前記レーザ光源は、連続したレーザ光を射出することを特徴とする請求項６〜１７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１９】
光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
少なくとも１つの請求項６〜１８のいずれか一項に記載のレーザ装置を有する光源ユニットと；
前記レーザ装置の駆動機構を制御する駆動制御装置と；
前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向器と；
前記偏光器で偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置。
【請求項２０】
少なくとも１つの像担持体と；
前記少なくとも１つの像担持体を画像情報が含まれる光束によって走査する少なくとも１つの請求項１９に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
【請求項２１】
前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項２０に記載の画像形成装置。
【請求項２２】
レーザ光を用いて情報を表示する表示装置であって、
少なくとも１つの請求項６〜１８のいずれか一項に記載のレーザ装置を有する光源ユニットと；
前記レーザ装置の駆動機構を制御する駆動制御装置と；を備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動方法、レーザ装置、光走査装置、画像形成装置及び表示装置に係り、さらに詳しくは、レーザ装置の駆動方法、波長変換されたレーザ光を出力するレーザ装置、該レーザ装置を有する光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置及び前記レーザ装置を備える表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光を利用した装置として、レーザプリンタやレーザ計測器などが実用化されている。また、将来の実用化を目指し、レーザディスプレイ等も開発、検討が進められている。これらのレーザ光を利用した装置では、レーザ光源の短波長化の要求や、三原色（赤色、青色、緑色）光源などの要求があり、半導体レーザ素子の開発や波長変換レーザの開発が進められている。
【０００３】
赤色の光を出力するレーザ光源としては、半導体レーザが用いられている。
【０００４】
また、緑色及び青色の可視光を得るためのレーザ光源としては、赤外光を発光するレーザと、該レーザからの赤外光を波長変換して第２高調波（ＳＨ波：Second Harmonic波）を出力するＳＨＧ（Second Harmonic Generation）素子とを備えるレーザ発生装置が用いられている。特に、高出力（１０Ｗ程度）のレーザ光源を必要とする用途に対しては、固体レーザを用いたレーザ発生装置が適しており、様々な研究機関が研究・開発に取り組んでいる。
【０００５】
ＳＨＧ素子としては、いわゆるバルク型に比べて、高効率の波長変換が可能となる疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi-Phase Matching）の技術を生かした素子が多く開発されている。
【０００６】
このＳＨＧ素子では、疑似位相整合を行わせることにより、ＳＨＧ素子内部での第２高調波同士の打ち消し合いが抑えられて変換効率が高まる結果、ＳＨＧ素子からは高強度の緑色レーザ光及び青色レーザ光が出力されることとなる。この疑似位相整合の構成を伴ったＳＨＧ素子の代表的なものとして、光導波路型の周期分極反転リチウムナイオベート（ＰＰＬＮ：Periodically-poled LiNbO3）素子が挙げられる。
【０００７】
しかしながら、固体レーザを用いたレーザ発生装置では、固体レーザを励起するための半導体レーザを変調することでの高速変調は困難であり、光変調を必要とする装置へ利用する際には、光学系を介して外部の光変調器と組み合わせる必要があった。
【０００８】
例えば、特許文献１には、レーザ光を射出するレーザ光源と、レーザ光源から射出されたレーザ光の強度を変調する光変調手段と、レーザ光源と光変調手段とを一体化するように載置する基板と、レーザ光源の温度を制御する温度制御手段とを有するレーザ装置が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、レーザ光源から発するレーザビームを、光学素子の一つとして設けている外部変調器によって記録媒体に記録する画像に応じて変調した後、主走査偏向手段によって主走査方向に偏向して記録媒体を走査露光する走査光学系が開示されている。この走査光学系は、外部変調器としてバルク型の音響光学変調素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）を用いている。ＡＯＭは、レーザ光を透過させる音響光学媒質を有し、レーザ光の透過中に音響光学媒質に対して超音波を加えることで、超音波光学効果にて回折を生じさせるものである。これにより、レーザ光の強度を、加える超音波の強度などで変調させることが可能となる。
【００１０】
また、特許文献３には、所定波長のレーザ光を発する半導体レーザと、該半導体レーザが発する光が入力され、この入力光の波長を所定の波長に変換して出力する波長変換素子とを備えるレーザ装置が開示されている。
【００１１】
また、特許文献４には、非線形光学結晶からなる基板の主面に一方向への光導波路が形成されるとともに、光導波路において基板の厚み方向への分極構造が光導波路方向に周期的にかつ交互に逆極性に形成されてなり、かつ光導波路へ入射された赤外光の一部を第２高調波に変換する第１、第２の波長変換部がそれぞれ形成され、さらに第１、第２の波長変換部の間に光導波路を挟んで対向配置された一対の電極を有する第１の位相調整部が形成されている光強度変調素子と、第１の波長変換部の光導波路に赤外光を射出するレーザ光源とを備えた強度変調光発生器が開示されている。
【００１２】
また、特許文献５には、レーザダイオード、レーザダイオードに変調電圧を課電し得る電源、及びモードホップしない注入電流領域内でレーザダイオードから発振されたレーザ光の変動波長範囲内における一部の波長光のみと位相整合し得る位相整合許容波長幅を有する波長変換手段からなる第二高調波の発生装置が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】特開平８−３２１６０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４８４４号公報
【特許文献３】特開２００５−４９４１６号公報
【特許文献４】特開２００６−３０５４２号公報
【特許文献５】特開平１１−４０８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１に開示されているレーザ装置は、レーザ光源と光変調手段とをそれぞれ個別に用意し、それらを同一基板上に配置（アセンブリ）しているため、小型化が困難であった。また、光変調手段として導波路型の素子を利用しているため、出力に関して限界があった。
【００１５】
また、特許文献２に開示されている走査光学系では、光強度を変調するのに用いられているＡＯＭが、光の回折を利用する方法であることから、（１）十分な強度変調を行う、（２）回折光を元の光と区別して取り出す、ためには、光学長を長く取る必要があった。また、レーザ光源と変調器とをそれぞれ個別に用意し、それらを配置（アセンブリ）する必要もあった。さらに、ＡＯＭ自体の小型化も困難であった。
【００１６】
また、特許文献３に開示されているレーザ装置では、波長変換素子として光導波路型の素子を利用しているため、高出力に関して限界があった。
【００１７】
また、特許文献４に開示されている強度変調光発生器は、光強度変調素子として光導波路型の素子を利用しているため、高出力に関して限界があった。
【００１８】
また、特許文献５に開示されている発生装置では、高出力（１０Ｗ程度）での高速変調が困難であった。
【００１９】
このように、小型で部品点数が少なく、高出力で変調可能な固体レーザを用いたレーザ発生装置は実現されておらず、開発、実用化が期待されている。 
【００２０】
本発明はかかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができるレーザ装置の駆動方法を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の第２の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができるレーザ装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の第３の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、被走査面上を高速で走査することができる光走査装置を提供することにある。
【００２３】
また、本発明の第４の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高速で画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の第５の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高速で情報の表示ができる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、第１の観点からすると、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光の波長を変換する非線形光学素子とを備えるレーザ装置の駆動方法であって、レーザ光の変調情報に応じて、前記非線形光学素子に対する前記レーザ光源からのレーザ光の入射条件を変更する工程を含む駆動方法である。
【００２６】
これによれば、レーザ光の変調情報に応じて、非線形光学素子に対するレーザ光の入射条件が変更されるため、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することが可能となる。
【００２７】
本発明は、第２の観点からすると、レーザ光源と；前記レーザ光源からのレーザ光の光路上に配置され、入射条件に応じた変換効率で前記レーザ光の波長を変換する非線形光学素子と；前記非線形光学素子を駆動して、前記非線形光学素子に対する前記レーザ光の入射条件を変更する駆動機構と；を備えるレーザ装置である。
【００２８】
これによれば、レーザ光源からのレーザ光の光路上に配置され、入射条件に応じた変換効率でレーザ光の波長を変換する非線形光学素子と、該非線形光学素子を駆動して、非線形光学素子に対するレーザ光の入射条件を変更する駆動機構とを備えているため、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することが可能となる。
【００２９】
本発明は、第３の観点からすると、光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を有する光源ユニットと；前記レーザ装置の駆動機構を制御する駆動制御装置と；前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向器と；前記偏光器で偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置である。
【００３０】
これによれば、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、被走査面上を高速で走査することが可能となる。
【００３１】
本発明は、第４の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体を画像情報が含まれる光束によって走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。
【００３２】
これによれば、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高速で画像を形成することが可能となる。
【００３３】
本発明は、第５の観点からすると、レーザ光を用いて情報を表示する表示装置であって、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を有する光源ユニットと；前記レーザ装置の駆動機構を制御する駆動制御装置と；を備えることを特徴とする表示装置である。
【００３４】
これによれば、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高速で情報を表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
《レーザ装置》
『第１の実施形態』
以下、本発明のレーザ装置の第１の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１には、本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成が示されている。
【００３６】
このレーザ装置１００は、いわゆる端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、励起用の半導体レーザ１１１、集光光学系１１２、固体レーザ結晶１１３、非線形光学結晶１１４、駆動機構１１５、及びフィルタ１１６を備えている。なお、本明細書では、固体レーザ結晶１１３でのレーザ発振方向をＺ軸の＋方向とし、Ｚ軸に垂直な面内における互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸として説明する。
【００３７】
半導体レーザ１１１は、一例として、出力１０Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を発光することが可能である。ここでは、励起用レーザ光は、＋Ｚ方向に射出されるものとする。
【００３８】
集光光学系１１２は、半導体レーザ１１１の＋Ｚ側に配置され、半導体レーザ１１１からの励起用レーザ光を集光する。集光光学系１１２としては、両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズもしくは分布屈折率レンズなどを用いることができる。
【００３９】
固体レーザ結晶１１３は、集光光学系１１２の＋Ｚ側に配置されている。この固体レーザ結晶１１３は、励起用レーザ光によって励起される添加物（発光中心）としてネオジウム（Ｎｄ）が添加されているＹＶＯ４結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶）である。ここでは、一例として、固体レーザ結晶１１３におけるＮｄ濃度は２ｗｔ％である。また、固体レーザ結晶１１３の形状は、Ｚ軸方向の長さ（厚さ）が０．５ｍｍ、Ｘ軸方向の長さが２ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが２ｍｍ、のチップ状である。
【００４０】
固体レーザ結晶１１３の−Ｚ側の端面（以下では、便宜上「Ａ面」ともいう）には、励起用レーザ光に対しては透過率が高く、波長が１０６４ｎｍの光（以下では、便宜上「レーザ基本波」ともいう）に対しては反射率が高く（例えば、９９．５％）なるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００４１】
固体レーザ結晶１１３の＋Ｚ側の端面（以下では、便宜上「Ｂ面」ともいう）には、励起用レーザ光に対しては反射率が高く、レーザ基本波に対しては反射率がＡ面よりも若干低く（例えば、９５％）なるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００４２】
すなわち、固体レーザ結晶１１３の２つの端面間でレーザ共振器が構成される、いわゆるマイクロチップ型レーザ構成としている。
【００４３】
非線形光学結晶１１４は、固体レーザ結晶１１３の＋Ｚ側に配置され、レーザ基本波の波長変換を行う。この非線形光学結晶１１４は、３辺の長さが、それぞれ１２ｍｍ（厚さ）、５ｍｍ（幅）、１ｍｍ（高さ）の板状結晶であり、厚さ方向に周期的な分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶（いわゆる「ＰＰＭｇＬＮ」）である。なお、「ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶」は、ＭｇＯが添加されたＬｉＮｂＯ３結晶を意味する。
【００４４】
この非線形光学結晶１１４は、一例として図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、基準姿勢として、厚さ方向がＺ軸方向、幅方向がＹ軸方向、高さ方向がＸ軸方向とそれぞれ一致するように配置されている。なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）における符号１１４ａ及び１１４ｂは、自発分極の方向が互いに反対の領域（ドメイン）を示している。
【００４５】
ここでは、一例として、厚さ方向に関する周期的な分極反転構造における分極反転周期は６．９５μｍ（以下では、便宜上「基本周期Λ１」ともいう）である。
【００４６】
また、本明細書では、自発分極の方向を反転させた領域（ここでは、領域１１４ａ）の厚さと自発分極の方向を反転させなかった領域（ここでは、領域１１４ｂ）の厚さの比率を「分極反転比率」といい、デューティ比であらわすものとする。ここでは、非線形光学結晶１１４における分極反転比率は、ほぼデューティ比０．５である。すなわち、「領域１１４ａの厚さ」：「領域１１４ｂの厚さ」は、ほぼ１：１である。
【００４７】
非線形光学結晶１１４の−Ｚ側の端面には、レーザ基本波に対して反射率が低く（例えば、約０．５％）なるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００４８】
非線形光学結晶１１４の＋Ｚ側の端面には、レーザ基本波の第２高調波（ここでは、波長が５３２ｎｍの光）に対して反射率が低くなるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００４９】
また、図２（Ａ）に示されるように、非線形光学結晶１１４の両端面は、ＹＺ断面の形状が曲面となっている。この曲面の形状は、図３に示されるように、ＹＺ平面内で非線形光学結晶１１４の中心Ｐｃをその中心とする円を描いたときの円弧の一部である。そこで、ＹＺ平面内において、非線形光学結晶１１４に対するレーザ基本波の入射角が変化しても、レーザ基本波の入射効率はほとんど変化しない。なお、「非線形光学結晶１１４に対するレーザ基本波の入射角」とは非線形光学結晶１１４の厚さ方向に対するレーザ基本波の傾斜角をいう。
【００５０】
ここでは、非線形光学結晶１１４は、前記基準姿勢のときに第２高調波への変換効率が最大となるように設計されている。
【００５１】
駆動機構１１５は、一例として図４及び図５に示されるように、非線形光学結晶１１４が保持されるステージ１１５ａと、外部からの駆動信号に応じてステージ１１５ａの−Ｙ側の面の＋Ｚ側端部にＹ軸方向の力を加えるアクチュエータ１１５ｂと、外部からの駆動信号に応じてステージ１１５ａの＋Ｙ側の面の−Ｚ側端部にＹ軸方向の力を加えるアクチュエータ１１５ｃとを有している。
【００５２】
各アクチュエータは、それぞれ外部からの駆動信号に応じてＹ軸方向の長さが変化する圧電素子Ｐａを有している。従って、各アクチュエータによって互いに反対方向の力がステージ１１５ａに加わると、ステージ１１５ａはＹＺ面内で回動することとなる。なお、ステージ１１５ａが回動すると、非線形光学結晶１１４は、Ｐｃを通りＸ軸方向に延びる軸回りに回動するように保持されている。
【００５３】
従って、外部からの駆動信号に応じて、非線形光学結晶１１４がＸＹ面内で回動することとなり、一例として図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、非線形光学結晶１１４に対するレーザ基本波ＬＢの入射角が変化する。
【００５４】
フィルタ１１６は、非線形光学結晶１１４の＋Ｚ側に配置され、非線形光学結晶１１４で生成された第２高調波（ここでは、波長５３２ｎｍの光）以外はカットする。フィルタ１１６を透過した光がレーザ装置１００の出力となる。
【００５５】
次に、上記のように構成されるレーザ装置１００の動作について簡単に説明する。
【００５６】
半導体レーザ１１１からの励起用レーザ光は、集光光学系１１２を介して固体レーザ結晶１１３に照射される。固体レーザ結晶１１３では、励起用レーザ光によりＮｄイオンが励起され、固体レーザ結晶１１３の両端面による共振器によって、レーザ基本波がレーザ発振する。
【００５７】
レーザ基本波は、非線形光学結晶１１４により波長変換され、波長変換によって生成された第２高調波はフィルター１１６を透過する。なお、波長変換されなかったレーザ基本波も非線形光学結晶１１４から出力されるが、フィルター１１６によりカットされる。
【００５８】
ここでは、半導体レーザ１１１からの励起用レーザ光は連続しており、固体レーザ結晶１１３からレーザ基本波が連続して出力される。
【００５９】
ところで、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）からも分かるように、非線形光学結晶１１４が回動すると、レーザ基本波に対する分極反転周期も変化する。以下では、非線形光学結晶１１４の基本姿勢からの回転角をθ（°）とし、レーザ基本波に対する分極反転周期の基本周期Λ１からの変化量をΛｓ（μｍ）とする。図７には、非線形光学結晶１１４における回転角θと分極反転周期の変化量Λｓとの関係が示されている。このように、駆動機構１１５により、非線形光学結晶１１４が基準姿勢から回動すると、レーザ基本波に対する分極反転周期は、基本周期Λ１よりも長くなる。
【００６０】
また、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶では、分極反転周期は、第２高調波への変換効率に影響する。図８には、分極反転周期の変化量Λｓと第２高調波への変換効率ηｓとの関係が示されている。なお、図８では、変換効率ηｓは最大値を１としている。
【００６１】
そして、図７と図８とから、図９に示されるように、非線形光学結晶１１４における、回転角θと変換効率ηｓとの関係が得られる。
【００６２】
すなわち、回転角θに応じて、非線形光学結晶１１４から出力される第２高調波の光強度が変化する。
【００６３】
このように、非線形光学結晶１１４では、波長変換と光変調とを行うことが可能となる。なお、光変調としては、光強度変調、パルス幅変調、及びパルス周期変調の少なくともいずれかを任意に行うことができる。
【００６４】
以上説明したように、本第１の実施形態に係るレーザ装置１００によると、励起用の半導体レーザ１１１と、該半導体レーザ１１１によって励起され、レーザ基本波を発振する固体レーザ結晶１１３と、固体レーザ結晶１１３からのレーザ基本波の光路上に配置され、周期的な分極反転構造を有し、レーザ基本波の入射角に応じた変換効率でレーザ基本波の第２高調波を生成する非線形光学結晶１１４と、非線形光学結晶１１４を駆動してレーザ基本波の入射角を変更する駆動機構１１５とを備えている。これにより、変調された第２高調波を非線形光学結晶１１４から出力することが可能である。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができる。
【００６５】
また、非線形光学結晶１１４の両端面の形状は、ＹＺ平面内で非線形光学結晶１１４の中心Ｐｃをその中心とする円を描いたときの円弧の一部である。これにより、非線形光学結晶１１４の出力を安定化することができる。
【００６６】
なお、ＹＺ平面内において、非線形光学結晶１１４に対するレーザ基本波の入射角が変化したときに、その変化に応じて、レーザ基本波の入射効率を変化させる必要がある場合には、非線形光学結晶１１４におけるレーザ基本波の入射面を平面としても良い。
【００６７】
『第２の実施形態』
次に、本発明のレーザ装置の第２の実施形態を図１０〜図１４に基づいて説明する。図１０には、本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置２００の概略構成が示されている。なお、第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００６８】
このレーザ装置２００は、いわゆる端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、励起用のファイバ結合型レーザダイオード２１１、集光光学系１１２、固体レーザ結晶１１３、非線形光学結晶２１４、駆動機構２１５、ミラー２１６及び受光器２１７を備えている。
【００６９】
ファイバ結合型レーザダイオード２１１は、一例として、出力１００Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を射出することが可能である。ここでは、励起用レーザ光は＋Ｚ方向に射出されるものとする。
【００７０】
非線形光学結晶２１４は、３辺の長さが、それぞれ１０ｍｍ（厚さ）、５ｍｍ（幅）、１ｍｍ（高さ）の板状結晶である。この非線形光学結晶２１４は、固体レーザ結晶１１３の＋Ｚ側であって、厚さ方向がＺ軸方向、幅方向がＹ軸方向、高さ方向がＸ軸方向とそれぞれ一致するように配置されている。
【００７１】
非線形光学結晶２１４は、レーザ基本波に対して周期的な分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶である。ここでは、一例として図１１に示されるように、自発分極の方向が互いに反対である２つの領域（２１４ａ、２１４ｂ）が、ＹＺ断面において、−Ｙ側に向かって、Ｚ軸方向の長さが徐々に長くなるように、いわゆる扇状に配置されている。すなわち、非線形光学結晶２１４では、周期的な分極反転構造における分極反転周期は、レーザ基本波の入射位置によって異なる。
【００７２】
なお、非線形光学結晶２１４における分極反転比率は、レーザ基本波の入射位置によらずにほぼ一定（ほぼデューティ比０．５）である。
【００７３】
ここでは、非線形光学結晶２１４の中心を通るＺ軸に平行な直線上では、分極反転周期が６．９５μｍ（基本周期Λ１）となるように設定されている。従って、非線形光学結晶２１４の中心よりも＋Ｙ側では、分極反転周期は６．９５μｍよりも小さくなり、非線形光学結晶２１４の中心よりも−Ｙ側では、分極反転周期は６．９５μｍよりも大きくなる。なお、非線形光学結晶２１４の中心のＹ座標をＰｓとする（図１１参照）。
【００７４】
非線形光学結晶２１４の−Ｚ側の端面には、レーザ基本波に対して反射率が低く（例えば、約０．５％）なるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００７５】
非線形光学結晶２１４の＋Ｚ側の端面には、レーザ基本波の第２高調波（ここでは、波長が５３２ｎｍの光）に対して反射率が低くなるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００７６】
駆動機構２１５は、一例として図１２及び図１３に示されるように、非線形光学結晶２１４が保持されるステージ２１５ａと、外部からの駆動信号に応じてステージ１１５ａの＋Ｙ側の面の＋Ｚ側端部にＹ軸方向の力を加えるアクチュエータ２１５ｂと、外部からの駆動信号に応じてステージ１１５ａの＋Ｙ側の面の−Ｚ側端部にＹ軸方向の力を加えるアクチュエータ２１５ｃとを有している。
【００７７】
各アクチュエータは、それぞれ外部からの駆動信号に応じてＹ軸方向の長さが変化する圧電素子Ｐａを有している。従って、各アクチュエータによって互いに同じ方向の同じ大きさ力がステージ２１５ａに加わると、ステージ２１５ａはＹ軸方向に移動することとなる。
【００７８】
従って、外部からの駆動信号に応じて、非線形光学結晶２１４がＹ軸方向に移動することとなり、一例として図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示されるように、非線形光学結晶２１４に対するレーザ基本波ＬＢの入射位置が変化する。ここでは、Ｙ軸方向に関するレーザ基本波の入射位置のＰｓからのずれ量（Ｄｐとする）は、レーザ基本波の入射位置がＰｓよりも＋Ｙ側にあるときをプラス、レーザ基本波の入射位置がＰｓよりも−Ｙ側にあるときをマイナスとする。
【００７９】
ミラー２１６は、非線形光学結晶２１４の＋Ｚ側に配置され、非線形光学結晶２１４の出力に含まれるレーザ基本波を＋Ｙ方向に反射し、非線形光学結晶２１４の出力に含まれる第２高調波をそのまま透過させる。このミラー２１６を透過した光がレーザ装置２００の出力となる。
【００８０】
受光器２１７は、ミラー２１６の＋Ｙ側に配置され、ミラー２１６で反射されたレーザ基本波を受光し、受光光量に応じた電気信号を出力する。
【００８１】
次に、上記のように構成されるレーザ装置２００の動作について簡単に説明する。
【００８２】
ファイバ結合型レーザダイオード２１１からの励起用レーザ光は、集光光学系１１２を介して固体レーザ結晶１１３に照射される。固体レーザ結晶１１３では、励起用レーザ光によりＮｄイオンが励起され、固体レーザ結晶１１３の両端面による共振器によって、レーザ基本波がレーザ発振する。
【００８３】
レーザ基本波は、非線形光学結晶２１４により波長変換され、波長変換によって生成された第２高調波はミラー２１６を透過する。なお、波長変換されなかったレーザ基本波も非線形光学結晶２１４から出力されるが、ミラー２１６で反射される。すなわち、ミラー２１６により第２高調波のみが取り出される。
【００８４】
ここでは、ファイバ結合型レーザダイオード２１１からの励起用レーザ光は連続しており、固体レーザ結晶１１３からレーザ基本波が連続して出力される。
【００８５】
ところで、駆動機構２１５により、非線形光学結晶２１４がＹ軸方向に移動すると、ずれ量Ｄｐに応じてレーザ基本波に対する分極反転周期が変化する。
【００８６】
第１の実施形態で説明したように、分極反転周期が変化すると第２高調波への変換効率は変化する。従って、ずれ量Ｄｐに応じて非線形光学結晶２１４での第２高調波への変換効率が変化する。
【００８７】
すなわち、ずれ量Ｄｐに応じて、非線形光学結晶２１４から出力される第２高調波の光強度が変化する。
【００８８】
このように、非線形光学結晶２１４において、波長変換と光変調とを行うことが可能となる。なお、光変調としては、光強度変調、パルス幅変調、及びパルス周期変調の少なくともいずれかを任意に行うことができる。
【００８９】
以上説明したように、本第２の実施形態に係るレーザ装置２００によると、励起用のファイバ結合型レーザダイオード２１１と、該ファイバ結合型レーザダイオード２１１によって励起され、レーザ基本波を発振する固体レーザ結晶１１３と、固体レーザ結晶１１３からのレーザ基本波の光路上に配置され、周期的な分極反転構造を有し、レーザ基本波の入射位置に応じた変換効率でレーザ基本波の第２高調波を生成する非線形光学結晶２１４と、非線形光学結晶２１４を駆動してレーザ基本波の入射位置を変更する駆動機構２１５とを備えている。これにより、変調された第２高調波を非線形光学結晶２１４から出力することが可能である。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができる。
【００９０】
また、非線形光学結晶２１４の出力に含まれるレーザ基本波を受光する受光器２１７を備えているため、受光器２１７の出力信号をモニターし、その結果をフィードバックさせることにより、第２高調波の出力の安定性を向上させることが可能となる。
【００９１】
『第３の実施形態』
次に、本発明のレーザ装置の第３の実施形態を図１５〜図２０に基づいて説明する。図１５には、本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置３００の概略構成が示されている。なお、第１及び第２の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００９２】
このレーザ装置３００は、いわゆる端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、励起用のファイバ結合型レーザダイオード２１１、集光光学系１１２、固体レーザ結晶１１３、非線形光学結晶３１４、駆動機構３１５、ミラー２１６及び受光器２１７を備えている。
【００９３】
非線形光学結晶３１４は、３辺の長さが、それぞれ１０ｍｍ（厚さ）、５ｍｍ（幅）、１ｍｍ（高さ）の板状結晶である。この非線形光学結晶３１４は、固体レーザ結晶１１３の＋Ｚ側であって、厚さ方向がＺ軸方向、幅方向がＹ軸方向、高さ方向がＸ軸方向とそれぞれ一致するように配置されている。
【００９４】
非線形光学結晶３１４は、レーザ基本波に対して周期的な分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶である。ここでは、一例として図１６に示されるように、自発分極の方向が互いに反対である２つの領域（３１４ａ、３１４ｂ）が、ＸＺ断面において互いに反対形状のくさび状に配置されている。すなわち、非線形光学結晶３１４では、周期的な分極反転構造における分極反転周期は、レーザ基本波に対して一定であるが、周期的な分極反転構造における分極反転比率は、レーザ基本波の入射位置によって異なる。
【００９５】
なお、分極反転周期は、６．９５μｍ（基本周期Λ１）となるように設定されている。
【００９６】
また、非線形光学結晶３１４の中心を通るＺ軸に平行な直線上では、分極反転比率がデューティ比０．５となるように設定されている。従って、非線形光学結晶３１４の中心よりも＋Ｘ側では、デューティ比が０．５よりも大きくなり、非線形光学結晶３１４の中心よりも−Ｘ側では、デューティ比が０．５よりも小さくなる。なお、非線形光学結晶３１４の中心のＹ座標をＰｔとする（図１６参照）。
【００９７】
非線形光学結晶３１４の−Ｚ側の端面には、レーザ基本波に対して反射率が低く（例えば、約０．５％）なるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００９８】
非線形光学結晶３１４の＋Ｚ側の端面には、レーザ基本波の第２高調波（ここでは、波長が５３２ｎｍの光）に対して反射率が低くなるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【００９９】
駆動機構３１５は、一例として図１７（Ａ）〜図１８に示されるように、非線形光学結晶３１４が保持されるステージ３１５ａと、それぞれステージ３１５ａの−Ｘ側の四隅に配置され、外部からの駆動信号に応じてステージ３１５ａにＸ軸方向の力を加える４つのアクチュエータ（３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄ、３１５ｅ）を有している。
【０１００】
各アクチュエータは、それぞれ外部からの駆動信号に応じてＸ軸方向の長さが変化する圧電素子Ｐａを有している。従って、各アクチュエータによって互いに同じ方向の同じ大きさ力がステージ３１５ａに加わると、ステージ３１５ａはＸ軸方向に移動することとなる。
【０１０１】
従って、外部からの駆動信号に応じて、非線形光学結晶３１４がＸ軸方向に移動することとなり、一例として図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示されるように、非線形光学結晶３１４に対するレーザ基本波ＬＢの入射位置が変化する。ここでは、Ｘ軸方向に関するレーザ基本波ＬＢの入射位置のＰｔからのずれ量（Ｄｔとする）は、レーザ基本波の入射位置がＰｔよりも＋Ｘ側にあるときをプラス、レーザ基本波の入射位置がＰｔよりも−Ｘ側にあるときをマイナスとする。
【０１０２】
次に、上記のように構成されるレーザ装置３００の動作について簡単に説明する。
【０１０３】
ファイバ結合型レーザダイオード２１１からの励起用レーザ光は、集光光学系１１２を介して固体レーザ結晶１１３に照射される。固体レーザ結晶１１３では、励起用レーザ光によりＮｄイオンが励起され、固体レーザ結晶１１３の両端面による共振器によって、レーザ基本波がレーザ発振する。
【０１０４】
レーザ基本波は、非線形光学結晶３１４により波長変換され、波長変換によって生成された第２高調波はミラー２１６を透過する。なお、波長変換されなかったレーザ基本波も非線形光学結晶２１４から出力されるが、ミラー２１６で反射される。すなわち、ミラー２１６により第２高調波のみが取り出される。
【０１０５】
ここでは、ファイバ結合型レーザダイオード２１１からの励起用レーザ光は連続しており、固体レーザ結晶１１３からレーザ基本波が連続して出力される。
【０１０６】
ところで、駆動機構３１５により、非線形光学結晶３１４がＸ軸方向に移動すると、ずれ量Ｄｔに応じてレーザ基本波に対する分極反転構造のデューティ比（Ｒｄとする）が変化する。
【０１０７】
そして、図２０に示されるように、分極反転構造のデューティ比Ｒｄが変化すると、非線形光学結晶３１４での第２高調波への変換効率ηｓも変化する。
【０１０８】
すなわち、ずれ量Ｄｔに応じて、非線形光学結晶３１４から出力される第２高調波の光強度が変化する。
【０１０９】
このように、非線形光学結晶３１４において、波長変換と光変調とを行うことが可能となる。なお、光変調としては、光強度変調、パルス幅変調、及びパルス周期変調の少なくともいずれかを任意に行うことができる。
【０１１０】
以上説明したように、本第３の実施形態に係るレーザ装置３００によると、励起用のファイバ結合型レーザダイオード２１１と、該ファイバ結合型レーザダイオード２１１によって励起され、レーザ基本波を発振する固体レーザ結晶１１３と、固体レーザ結晶１１３からのレーザ基本波の光路上に配置され、周期的な分極反転構造を有し、レーザ基本波の入射位置に応じた変換効率でレーザ基本波の第２高調波を生成する非線形光学結晶３１４と、非線形光学結晶３１４を駆動してレーザ基本波の入射位置を変更する駆動機構３１５とを備えている。これにより、変調された第２高調波を非線形光学結晶３１４から出力することが可能である。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができる。
【０１１１】
また、非線形光学結晶３１４の出力に含まれるレーザ基本波を受光する受光器２１７を備えているため、受光器２１７の出力信号をモニターし、その結果をフィードバックさせることにより、第２高調波の出力の安定性を向上させることが可能となる。
【０１１２】
なお、上記第１〜第３の実施形態では、圧電素子を利用した駆動機構を用いる場合について説明したが、要求される変調速度がそれほど高速でない場合には、電磁力を利用した駆動機構、超音波を利用した駆動機構を用いても良い。
【０１１３】
『第４の実施形態』
次に、本発明のレーザ装置の第４の実施形態を図２１〜図２３に基づいて説明する。図２１には、本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置４００の概略構成が示されている。なお、第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【０１１４】
このレーザ装置４００は、いわゆる端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、励起用の半導体レーザ１１１、集光光学系１１２、固体レーザ結晶１１３、非線形光学結晶１１４、駆動機構４１５、及びフィルタ１１６を備えている。なお、非線形光学結晶１１４の両端面は、第１の実施形態とは異なり、いずれも平面である。
【０１１５】
駆動機構４１５は、一例として図２２に示されるように、非線形光学結晶１１４が収容される鏡筒４１５ａと、外部からの駆動信号に応じて回転駆動するモータ４１５ｂと、鏡筒４１５ａとモータ４１５ｂとに巻回され、モータ４１５ｂの回転駆動に応じて鏡筒４１５ａをＸＹ面内で回動させる金属ベルト４１５ｃと、鏡筒４１５ａの移動を抑制する複数の固定コロ４１５ｄなどを有している。
【０１１６】
ところで、一例として図２３に示されるように、駆動機構４１５により非線形光学結晶１１４がＸＹ面内で回動すると、非線形光学結晶１１４に対するレーザ基本波の偏光方向が変化するため、回転角αに応じて非線形光学結晶１１４での第２高調波への変換効率ηｓが変化する。
【０１１７】
すなわち、非線形光学結晶１１４の回転角αに応じて、非線形光学結晶１１４から出力される第２高調波の光強度が変化する。
【０１１８】
このように、非線形光学結晶１１４では、波長変換と光変調とを行うことが可能となる。なお、光変調としては、光強度変調、パルス幅変調、及びパルス周期変調の少なくともいずれかを任意に行うことができる。
【０１１９】
以上説明したように、本第４の実施形態に係るレーザ装置４００によると、励起用の半導体レーザ１１１と、該半導体レーザ１１１によって励起され、レーザ基本波を発振する固体レーザ結晶１１３と、固体レーザ結晶１１３からのレーザ基本波の光路上に配置され、周期的な分極反転構造を有し、レーザ基本波の偏光方向に応じた変換効率でレーザ基本波の第２高調波を生成する非線形光学結晶１１４と、非線形光学結晶１１４を駆動してレーザ基本波の入射角を変更する駆動機構４１５とを備えている。これにより、変調された第２高調波を非線形光学結晶１１４から出力することが可能である。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができる。
【０１２０】
『第５の実施形態』
次に、本発明のレーザ装置の第５の実施形態を図２４及び図２５に基づいて説明する。図２４には、本発明の第５の実施形態に係るレーザ装置５００の概略構成が示されている。なお、第１〜第４の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【０１２１】
このレーザ装置５００は、いわゆる側面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、２つの励起用の半導体レーザアレイ（５１１ａ、５１１ｂ）、２つの集光光学系（５１２ａ、５１２ｂ）、固体レーザ結晶５１３、非線形光学結晶５１４、駆動機構５１５、ミラー２１６及び受光器２１７を備えている。
【０１２２】
半導体レーザアレイ５１１ａは、出力５０Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を発光することが可能である。ここでは、半導体レーザアレイ５１１ｂは、＋Ｙ方向に励起用レーザ光を射出するものとする。
【０１２３】
半導体レーザアレイ５１１ｂは、出力５０Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を発光することが可能である。ここでは、半導体レーザアレイ５１１ｂは、−Ｙ方向に励起用レーザ光を射出するものとする。
【０１２４】
集光光学系５１２ａは、半導体レーザアレイ５１１ａの＋Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ５１１ａからの励起用レーザ光を集光する。
【０１２５】
集光光学系５１２ｂは、半導体レーザアレイ５１１ｂの−Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ５１１ｂからの励起用レーザ光を集光する。
【０１２６】
固体レーザ結晶５１３は、集光光学系５１２ａの＋Ｙ側であり、かつ集光光学系５１２ｂの−Ｙ側に配置されている。
【０１２７】
この固体レーザ結晶５１３は、一例として、チップ状のイットリウムバナデイト（ＹＶＯ４）の一軸性単結晶であり、例えば図２５に示されるように、励起用レーザ光によって励起される添加物（発光中心）としてネオジウム（Ｎｄ）が添加されているコア部５１３ａと、レーザ発振にほとんど寄与しないクラッド部５１３ｂとから構成されている。
【０１２８】
コア部５１３ａの中心部分がＮｄのドープ量が多い構成となっている。ここでは、Ｎｄのドープ量の最大値は０．５ａｔ．％としている。
【０１２９】
また、固体レーザ結晶５１３の形状は、Ｚ軸方向の長さ（厚さ）が０．５ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが５ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが５ｍｍ、のチップ状である。
【０１３０】
固体レーザ結晶５１３の−Ｚ側の端面（Ａ面）には、励起用レーザ光に対しては透過率が高く、レーザ基本波に対しては反射率が高く（例えば、９９．５％）なるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【０１３１】
固体レーザ結晶５１３の＋Ｚ側の端面（Ｂ面）には、励起用レーザ光に対しては反射率が高く、レーザ基本波に対しては反射率がＡ面よりも若干低く（例えば、９５％）なるように、誘電体によるコーティングが施されている。
【０１３２】
すなわち、固体レーザ結晶５１３の２つの端面間でレーザ共振器が構成される、いわゆるマイクロチップ型レーザ構成としている。
【０１３３】
非線形光学結晶５１４としては、前記非線形光学結晶１１４、非線形光学結晶２１４、及び非線形光学結晶３１４のいずれかが用いられる。
【０１３４】
従って、非線形光学結晶５１４として前記非線形光学結晶１１４が用いられるときは、前記駆動機構１１５あるいは駆動機構４１５が駆動機構５１５として用いられる。また、非線形光学結晶５１４として前記非線形光学結晶２１４が用いられるときは、前記駆動機構２１５が駆動機構５１５として用いられる。さらに、非線形光学結晶５１４として前記非線形光学結晶３１４が用いられるときは、前記駆動機構３１５が駆動機構５１５として用いられる。
【０１３５】
次に、上記のように構成されるレーザ装置５００の動作について簡単に説明する。
【０１３６】
半導体レーザアレイ５１１ａからの励起用レーザ光は、集光光学系５１２ａを介して固体レーザ結晶５１３に側面より入射する。また、半導体レーザアレイ５１１ｂからの励起用レーザ光は、集光光学系５１２ｂを介して固体レーザ結晶５１３に側面より入射する。
【０１３７】
固体レーザ結晶５１３におけるコア部５１３ａ中のＮｄは、各励起用レーザ光により励起され、固体レーザ結晶５１３の両端面によって形成される共振器により、レーザ基本波のレーザ発振に至る。そして、固体レーザ結晶５１３のＢ面を透過したレーザ基本波が出力される。
【０１３８】
レーザ基本波は、非線形光学結晶５１４により波長変換され、波長変換によって生成された第２高調波はミラー２１６を透過する。なお、波長変換されなかったレーザ基本波も非線形光学結晶５１４から出力されるが、ミラー２１６で反射される。すなわち、ミラー２１６により第２高調波のみが取り出される。
【０１３９】
この場合に、駆動機構５１５により非線形光学結晶５１４が回動あるいは移動すると、非線形光学結晶５１４に対するレーザ基本波の入射角、入射位置あるいは偏光方向が変化するため、非線形光学結晶５１４での第２高調波への変換効率が変化し、非線形光学結晶５１４から出力される第２高調波の光強度が変化する。
【０１４０】
このように、非線形光学結晶５１４では、波長変換と光変調とを行うことが可能となる。なお、光変調としては、光強度変調、パルス幅変調、及びパルス周期変調の少なくともいずれかを任意に行うことができる。
【０１４１】
以上説明したように、本第５の実施形態に係るレーザ装置５００によると、２つの励起用の半導体レーザアレイ（５１１ａ、５１１ｂ）と、各半導体レーザアレイによって励起され、レーザ基本波を発振する固体レーザ結晶５１３と、固体レーザ結晶５１３からのレーザ基本波の光路上に配置され、周期的な分極反転構造を有し、レーザ基本波の入射角、入射位置あるいは偏光方向に応じた変換効率でレーザ基本波の第２高調波を生成する非線形光学結晶５１４と、非線形光学結晶５１４を駆動してレーザ基本波の入射角、入射位置あるいは偏光方向を変更する駆動機構５１５とを備えている。これにより、変調された第２高調波を非線形光学結晶５１４から出力することが可能である。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができる。
【０１４２】
また、非線形光学結晶５１４の出力に含まれるレーザ基本波を受光する受光器２１７を備えているため、受光器２１７の出力信号をモニターし、その結果をフィードバックさせることにより、第２高調波の出力の安定性を向上させることが可能となる。
【０１４３】
なお、上記各実施形態において、集光光学系として、単レンズあるいは複数枚のレンズを使用しても良い。特に、マイクロレンズを使用することにより、更なる小型化が可能となる。
【０１４４】
また、上記各実施形態では、固体レーザ結晶としてＮｄ：ＧｄＶＯ４結晶を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、固体レーザ結晶として、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶、Ｎｄ：ＡＳＬ（Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ−Ｌａｎｔｈａｎｕｍ−Ａｌｕｍｉｎａｔｅ）結晶、Ｎｄ：ＬＳＢ（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ−Ｓｃａｎｄｉｕｍ−Ｂｏｒａｔｅ）結晶等が用いられる場合であっても、同様にして、非線形光学結晶で、波長変換と光変調とを行うことができる。
【０１４５】
また、上記各実施形態では、非線形光学結晶としてＰＰＭｇＬＮを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、非線形光学結晶として、ＰＰＬＮ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）、ＰＰＭｇＳＬＮ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３）、ＰＰＫＴＰ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ＫＴｉＰＯ４）等が用いられる場合であっても、同様にして、非線形光学結晶で、波長変換と光変調とを行うことができる。
【０１４６】
また、紫外光を出力する場合には、ＰＰＬＴ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ＬｉＴａＯ３）、ＰＰＭｇＬＴ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３）、ＰＰＭｇＳＬＴ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３）等が用いられるが、この場合であっても、同様にして、非線形光学結晶で、波長変換と光変調とを行うことができる。
【０１４７】
また、上記各実施形態では、レーザ装置が第２高調波を出力する場合について説明したが、これに限らず、高次の高調波、例えば第３高調波を出力するレーザ装置であっても、同様にして、非線形光学結晶で、波長変換と光変調とを行うことができる。
【０１４８】
また、上記各実施形態では、レーザ装置がレーザ基本波よりも波長が短い光を出力する場合について説明したが、これに限らず、例えば光パラメトリック発生器（ＯＰＧ）のように、レーザ基本波よりも波長が長い光を出力する場合であっても、同様にして、非線形光学結晶で、波長変換と光変調とを行うことができる。
【０１４９】
また、固体レーザ結晶及び非線形光学結晶の大きさは、上記各実施形態で示した大きさに限定されるものではない。
【０１５０】
また、上記各実施形態では、レーザ装置から出力される光の波長が５３２ｎｍ（緑色レーザ光）の場合について説明したが、これに限らず、例えば、波長が４５６ｎｍの光（青色レーザ光）、あるいは波長が６７０ｎｍの光（赤色レーザ光）が出力されるレーザ装置であっても良い。
【０１５１】
また、上記各実施形態では、非線形光学結晶が周期的な分極反転構造を有する場合について説明したが、周期的な分極反転構造を有さない非線形光学結晶に対しても、該非線形光学結晶を回動あるいは移動させることにより、程度に違いはあるが光変調作用を行わせることが可能である。従って、要求される光変調の内容（程度）に応じて、非線形光学結晶を選択することができる。
【０１５２】
また、上記各実施形態では、いずれも、第２高調波を１０Ｗで出力することが可能である。
【０１５３】
《レーザプリンタ》
図２６には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。
【０１５４】
このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングブレード１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。
【０１５５】
帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングブレード１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に関して、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。
【０１５６】
感光体ドラム１０３０の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム１０３０は、図２６における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
【０１５７】
帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。
【０１５８】
光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれている。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。
【０１５９】
トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。
【０１６０】
現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。
【０１６１】
給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。
【０１６２】
転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。
【０１６３】
この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。
【０１６４】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【０１６５】
クリーニングブレード１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。
【０１６６】
《光走査装置》
次に、前記光走査装置１０１０の構成及び作用について図２７を用いて説明する。
【０１６７】
この光走査装置１０１０は、前記レーザ装置１００、２００、３００、４００及び５００のうちのいずれかのレーザ装置を含む光源ユニット１０１１、カップリングレンズ１０１２、開口板１０１３、シリンドリカルレンズ１０１４、ポリゴンミラー１０１５、ｆθレンズ１０１６、トロイダルレンズ１０１７及び上記各部を統括的に制御する主制御装置１０１８を備えている。
【０１６８】
前記主制御装置１０１８は、上位装置からの画像情報に基づいて、光源ユニット１０１１のレーザ装置における駆動機構のアクチュエータを駆動する駆動信号を生成し、光源ユニット１０１１に出力する。これにより、上位装置からの画像情報に応じて変調された光が光源ユニット１０１１から射出される。
【０１６９】
前記カップリングレンズ１０１２は、光源ユニット１０１１から射出された光束を略平行光に整形する。
【０１７０】
前記開口板１０１３は、開口部を有し、カップリングレンズ１０１２を介した光束のビーム径を規定する。
【０１７１】
前記シリンドリカルレンズ１０１４は、開口板１０１３の開口部を通過した光束を副走査方向に関してポリゴンミラー１０１５の偏向面近傍に集光する。
【０１７２】
前記ポリゴンミラー１０１５は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図２７に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。従って、光源ユニット１０１１から射出され、シリンドリカルレンズ１０１４によってポリゴンミラー１０１５の偏向面近傍に集光された光束は、ポリゴンミラー１０１５の回転により一定の角速度で偏向される。
【０１７３】
前記ｆθレンズ１０１６は、ポリゴンミラー１０１５からの光束の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１０１５により一定の角速度で偏向される光束の像面を、主走査方向に対して等速移動させる。
【０１７４】
前記トロイダルレンズ１０１７は、ｆθレンズ１０１６を介した光束を感光体ドラム１０３０の表面上に結像する。
【０１７５】
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源ユニット１０１１は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力することができるレーザ装置を含んでいるため、変調器を個別に設ける必要がない。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、感光体ドラム１０３０の表面上を高速で走査することが可能となる。
【０１７６】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、大型化及び高コスト化を招くことなく、感光体ドラム１０３０の表面上を高速で走査することができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、画像を高速で形成することが可能となる。
【０１７７】
なお、上記実施形態に係る光走査装置１０１０において、前記光源ユニット１０１１は、前記レーザ装置１００、２００、３００、４００及び５００のうちのいずれかのレーザ装置を複数含んでいても良い。この場合には、同時に複数の走査を行うことができ、その結果、レーザプリンタ１０００では更に高速に画像を形成することができる。
【０１７８】
また、上記実施形態において、前記ポリゴンミラー１０１５に代えて、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いても良い。この場合には、ＭＥＭＳミラーの偏向角度を制御することにより、光束の偏向方向を制御することとなる。
【０１７９】
また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、前記光走査装置１０１０を備える画像形成装置であれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、画像を高速で形成することが可能となる。
【０１８０】
また、前記光走査装置１０１０を備え、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。
【０１８１】
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
【０１８２】
また、一例として図２８に示されるように、画像形成装置として、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。このタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置１０１０と、転写ベルト８０と、定着手段３０などを備えている。
【０１８３】
この場合には、光走査装置１０１０は、ブラック用のレーザ装置、シアン用のレーザ装置、マゼンダ用のレーザ装置、イエロー用のレーザ装置を備えている。そして、各レーザ装置は、いずれも前記レーザ装置１００、２００、３００、４００及び５００のうちのいずれかのレーザ装置である。
【０１８４】
そして、ブラック用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンダ用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、色毎に光走査装置１０１０を備えていても良い。
【０１８５】
各感光体ドラムは、図２８中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置１０１０により光束が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。
【０１８６】
《表示装置》
図２９には、本発明の一実施形態に係る表示装置としてのレーザ・ディスプレイ装置２０００の概略構成が示されている。
【０１８７】
このレーザ・ディスプレイ装置２０００は、前記レーザ装置１００、２００、３００、４００及び５００のうちのいずれかのレーザ装置を含む光源ユニット２００１と、光源ユニット２００１からのレーザ光をスクリーン２０１０に向けて照射するためのミラーを含む光学系２００３と、前記光源ユニット２００１及び前記光学系２００３を制御する制御装置２００５とを備えている。
【０１８８】
制御装置２００５は、表示情報に基づいて、光源ユニット２００１のレーザ装置における駆動機構のアクチュエータを駆動する駆動信号を生成し、光源ユニット２００１に出力する。これにより、表示情報に応じて変調されたレーザ光が光源ユニット２００１から射出される。
【０１８９】
このように、本実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置２０００は、レーザ光の光源として、前記レーザ装置１００、２００、３００、４００及び５００のうちのいずれかのレーザ装置を含んでいるため、大型化及び高コスト化を招くことなく、スクリーン２０１０上に絵や文字を高速で表示することが可能となる。
【０１９０】
なお、空間を貫くレーザ光によって映像表現を行うレーザ・ディスプレイ装置であっても、前記光源ユニット２００１を備えるレーザ・ディスプレイ装置であれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、高速で表現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
以上説明したように、本発明の駆動方法によれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力するのに適している。また、本発明のレーザ装置によれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、高出力で変調可能なレーザ光を出力するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、被走査面上を高速で走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、画像を高速で形成するのに適している。また、本発明の表示装置によれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、情報を高速で表示するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ図１における非線形光学結晶の分極反転構造を説明するための図である。
【図３】図１における非線形光学結晶の端面形状を説明するための図である。
【図４】図１における駆動機構の構成を説明するための図である。
【図５】図４の駆動機構の動作を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ非線形光学結晶の回転角θを説明するための図である。
【図７】非線形光学結晶の回転角θと分極反転周期Λｓとの関係を説明するための図である。
【図８】非線形光学結晶における分極反転周期Λｓと第２高調波への変換効率ηｓとの関係を説明するための図である。
【図９】非線形光学結晶の回転角θと第２高調波への変換効率ηｓとの関係を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。
【図１１】図１０における非線形光学結晶の分極反転構造を説明するための図である。
【図１２】図１０における駆動機構の構成を説明するための図である。
【図１３】図１２の駆動機構の動作を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ非線形光学結晶に対するレーザ基本波の入射位置を説明するための図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。
【図１６】図１５における非線形光学結晶の分極反転構造を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ図１５における駆動機構の構成を説明するための図である。
【図１８】図１７の駆動機構の動作を説明するための図である。
【図１９】図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ非線形光学結晶に対するレーザ基本波の入射位置を説明するための図である。
【図２０】非線形光学結晶における分極反転比率（デューティ比Ｒｄ）と第２高調波への変換効率ηｓとの関係を説明するための図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。
【図２２】図２１における駆動機構の構成を説明するための図である。
【図２３】非線形光学結晶の回転角αと第２高調波への変換効率ηｓとの関係を説明するための図である。
【図２４】本発明の第５の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。
【図２５】図２４における固体レーザ結晶を説明するための図である。
【図２６】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２７】図２６における光走査装置の概略構成を説明するための図である。
【図２８】タンデムカラー機の概略構成を説明するための図である。
【図２９】本発明の一実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１００…半導体レーザ励起固体レーザ装置（レーザ装置）、１１１…半導体レーザ（レーザ光源の一部）、１１３…固体レーザ結晶（レーザ光源の一部）、１１４…非線形光学結晶（非線形光学素子）、１１４ａ…自発分極領域（分極反転構造の一部）、１１４ｂ…自発分極領域（分極反転構造の一部）、１１５…駆動機構、２００…半導体レーザ励起固体レーザ装置（レーザ装置）、２１１…ファイバレーザ（レーザ光源の一部）、２１４…非線形光学結晶（非線形光学素子）、２１４ａ…自発分極領域（分極反転構造の一部）、２１４ｂ…自発分極領域（分極反転構造の一部）、２１５…駆動機構、２１６…ミラー（モニタ装置の一部）、２１７…受光器（モニタ装置の一部）、３００…半導体レーザ励起固体レーザ装置（レーザ装置）、３１４…非線形光学結晶（非線形光学素子）、３１４ａ…自発分極領域（分極反転構造の一部）、３１４ｂ…自発分極領域（分極反転構造の一部）、３１５…駆動機構、４００…半導体レーザ励起固体レーザ装置（レーザ装置）、４１５…駆動機構、５００…半導体レーザ励起固体レーザ装置（レーザ装置）、５１１ａ…半導体レーザ（レーザ光源の一部）、５１１ｂ…半導体レーザ（レーザ光源の一部）、５１３…固体レーザ結晶（レーザ光源の一部）、５１４…非線形光学結晶（非線形光学素子）、５１５…駆動機構、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１１…光源ユニット、１０１５…ポリゴンミラー（偏向器）、１０１６…ｆθレンズ（走査光学系の一部）、１０１７…トロイダルレンズ（走査光学系の一部）、１０１８…主制御装置（駆動制御装置）、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…レーザ・ディスプレイ装置（表示装置）、２００１…光源ユニット、２００５…制御装置（駆動制御装置）。
【図１】
2008147569.tif 000003
【図２】
2008147569.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】
2008147569.tif 000010
【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２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図２５】
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