(57)【要約】【課題】出力光のパワー低下が効率よく抑えられ、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃うことで安定した出力が得られ、かつ拡散光学部材の小型化を可能にした、レーザ光源装置、及び画像表示装置並びにモニタ装置を提供する。【解決手段】レーザ光源装置３１は、光源３１１、波長変換素子３１２、外部共振器３１３、光路変換素子３１４を備えている。波長変換素子３１２は共振構造中に設けられており、第２のレーザ光ＬＳ２は、光路変換素子３１４によって第二光路Ｏ２に取り出され、第１のレーザ光ＬＳ１の進行方向とほぼ同じ方向へ向けられ、第１のレーザ光ＬＳ１と共に出力光として利用される。波長変換素子３１２内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をＷ１とし、外部共振器３１３側の端面における、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２との光軸間距離をＷ２としたとき、Ｗ２＜Ｗ１を満たしている。【選択図】図１
2008191649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の波長の光を射出する光源と、前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、前記光源と前記外部共振器との間に形成された第一光路上に設けられ、入射した前記第一の波長の光のうち一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換する波長変換素子と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、を備え、前記外部共振器から射出される前記第二の波長の第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長の第二のレーザ光と、を出力光として利用するレーザ光源装置であって、
前記波長変換素子の、該波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をＷ１とし、前記波長変換素子の前記外部共振器側の端面における、前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との光軸間距離をＷ２としたとき、
Ｗ２＜Ｗ１であることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記外部共振器の、該外部共振器を透過する前記第一のレーザ光に直交する線と平行な方向の幅をＷ３としたとき、
Ｗ２＜Ｗ３であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光とは、ほぼ平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記光路変換素子の、該光路変換素子から射出される前記第二のレーザ光の光線方向の幅をＷ４とし、
前記光路変換素子の、前記波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をＷ５としたとき、
Ｗ４＜Ｗ５であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
第一の波長の光を射出する光源と、
前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、
前記光源と前記外部共振器との間に形成される第一光路上に設けられ、入射される前記第一の波長の光のうち、一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換して高調波を得る波長変換素子と、
前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、
前記波長変換素子における所定の位置から前記第一のレーザ光が出力されるように調整する光路調整手段と、を備え、
前記外部共振器から射出される前記第二の波長を有する第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長を有する第二のレーザ光と、を出力光として利用することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項６】
前記光路変換素子は、前記光源からの前記第一の波長の光における光路を変換する基本波変換部と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を選択的に反射することで前記第二光路に分離する分離部と、該分離部で分離された前記第二の波長の光の光路を変換して前記第二のレーザ光とする高調波光路変換部と、を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記光路変換素子が前記光路調整手段を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記光路調整手段は前記光路変換素子を支持する支持部材から構成されることを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
前記波長変換素子における一面が保持されており、前記第一のレーザ光の光路は前記波長変換素子の中央部に対し、保持面と反対面側に位置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
前記波長変換素子は、擬似位相制御型の波長変換素子であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置から射出されたレーザ光の進行方向に配設された拡散光学部材と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
前記拡散光学部材は、計算機ホログラムからなることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の照明装置からなる光源と、該光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ光源装置あるいは請求項１２又は１３に記載の照明装置のいずれか一方と、該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するモニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源装置、照明装置、画像表示装置、及びモニタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信、光応用測定、光表示などのオプトエレクトロニクス分野において、レーザ光源装置が広く使用されている。こうしたレーザ光源装置としては、基本波レーザの波長をそのまま利用するものと、基本波レーザの波長を変換して利用するものとがある。後者のレーザ光源装置において、基本波レーザの波長の変換を行う素子として、波長変換素子が知られている。この波長変換素子は、第二次高調波光発生（SHG: Second Harmonic Generation)素子とも呼ばれる。
【０００３】
一般に、ＳＨＧの変換効率は３０〜４０％程度であるため、ＳＨＧ素子によって変換された光のパワーは、基本波レーザ光源の出力光のパワーに比べてかなり小さくなってしまう。そこで、出力光のパワー低下を抑える構成として、特許文献１のようなレーザ光源装置が提案されている。このレーザ光源装置では、内部共振タイプのレーザ光源から射出され、ＳＨＧ素子を通過した光を、波長が変換された第一のＳＨＧ光と、残余基本波光とに分離する。そして、残余基本波光を、再度ＳＨＧ素子に通すことによって、波長が変換された第二のＳＨＧ光を取り出す。第二のＳＨＧ光は、第一のＳＨＧ光と偏光方向が９０°異なる偏光に変換された状態で、第一のＳＨＧ光と合成される。特許文献１のレーザ光源装置では、このようにして、第一のＳＨＧ光と第二のＳＨＧ光の合成光を出力光として利用することにより、出力光のパワー低下を抑えている。
【特許文献１】特開昭５９−１２８５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のレーザ光源装置では、残余基本波光を、再度ＳＨＧ素子に通すことによって波長が変換された第二のＳＨＧ光を利用することはできるものの、再度ＳＨＧ素子を通過しても波長が変換されなかった残余基本波光を利用することができない。よって、光の利用効率が劇的に向上することは無い。また、このような残余基本波光を、そのまま基本波レーザ光源へ戻すと、基本波レーザ光源のパワーが低下したり、不安定になってしまったりする恐れがあるため、残余基本波光を光源へ戻さないようにする構成が必須となる。よって、光学系が大型化してしまう可能性がある。また、光路の長さが大きくなったり、光学要素を通過する回数が増えてしまったりするため、光の損失が発生してしまう可能性もある。
【０００５】
また、特許文献１に記載のレーザ光源装置では、第一のＳＨＧ光と第二のＳＨＧ光とを合成するために、偏光方向を互いに９０°異なる状態にしているため、出力光が２種類の偏光の合成光となってしまう。よって、特許文献１に記載のレーザ光源装置を、１種類の偏光しか利用できない偏光制御型のデバイス（例えば液晶デバイス）と組み合わせて使用することを考えた場合、第一のＳＨＧ光と第二のＳＨＧ光の偏光方向を揃えるための構成を設けなければ、一方のＳＨＧ光しか利用することができなくなってしまう。
【０００６】
つまり、特許文献１に記載のレーザ光源装置では、出力光のパワー低下をある程度抑え
つつ、安定した出力を得ることは可能であるが、光の利用効率はそれ程上がらない。特に、偏光制御型のデバイスと組み合わせて使用する場合は、光の利用効率が不十分となるおそれもある。
さらに、上記レーザ光源装置と液晶デバイスとを組み合わせる場合には、レーザ光源装置の光を拡散させるための拡散光学部材が必要となる。また、大型の拡散光学部材を介して液晶デバイスに射出された光は、その結像性が低下することから、前記拡散光学部材を小型にすることが望まれている。
【０００７】
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、出力光のパワー低下が効率よく抑えられ、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃うことで安定した出力が得られ、かつ拡散光学部材の小型化を可能にした、レーザ光源装置、照明装置、画像表示装置、及びモニタ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】
【０００８】
本発明のレーザ光源装置は、第一の波長の光を射出する光源と、前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、前記光源と前記外部共振器との間に形成された第一光路上に設けられ、入射した前記第一の波長の光のうち一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換する波長変換素子と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、を備え、前記外部共振器から射出される前記第二の波長の第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長の第二のレーザ光と、を出力光として利用するレーザ光源装置であって、前記波長変換素子の、該波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をＷ１とし、前記波長変換素子の前記外部共振器側の端面における、前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との光軸間距離をＷ２としたとき、Ｗ２＜Ｗ１であることを特徴とする。
【０００９】
本発明のレーザ光源装置によれば、光源と外部共振器とによって構成された共振構造（第一光路）中に波長変換素子を設け、外部共振器によって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第二のレーザ光を、光路変換素子によって第二光路に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。また、光源と外部共振器とによって構成された共振構造の内部に波長変換素子を設けているため、外部共振器によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で第二の波長に変換されなかった光を光源に戻さないようにする構成を不要にでき、光学系が大型化することで光路の長さが延びる、あるいは光学要素を通過する回数が増えてしまうといった不具合に起因する光の損失を低減することができる。さらに、第二のレーザ光を、第一のレーザ光の進行方向とほぼ同じ方向へ向けるだけで良いため、偏光方向がほぼ揃った出力光を得ることができ、例えば偏光制御型のデバイスと組み合わせて使用する場合であっても、光の利用効率を向上させることができる。
また、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たしているので、前記第二のレーザ光と前記第一のレーザ光との間隔が狭まり、例えばこれら２つのレーザ光の先に拡散光学部材を設ける場合、この拡散光学部材を小型化できる。よって、小型の拡散光学部材を介して射出される光は、結像性の高いものとなり、光の利用効率が高く、鮮明な照度を得ることができる。さらに、本発明によれば、上記関係（Ｗ２＜Ｗ１）を満たしているので、前記光源、前記外部共振器、前記波長変換素子、及び前記光路変換素子の下部側が、例えば接着剤、メカクランプ等の固定部材によって保持される場合においても、第一及び第二のレーザ光が前記固定部材によって遮られるといったことがなくなり、歩留まりの低下を防止することができる。また、レーザ光線が拡散部材の略同一の場所に入射でき略同一な領域への照明を確保できることから、ロスを低減した高効率照明を実現できる。
したがって、レーザ光源装置に組み合わせて用いられる拡散光学部材の小型化を図ることができ、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置となる。
【００１０】
また、上記レーザ光源装置においては、前記外部共振器の、該外部共振器を透過する前記第一のレーザ光に直交する線と平行な方向の幅をＷ３としたとき、Ｗ２＜Ｗ３であるのが好ましい。
この構成によれば、上記関係（Ｗ２＜Ｗ１）に加え、さらにＷ２＜Ｗ３の関係を満たしているので、例えば外部共振器の下部側を保持している接着剤や保持部材の影響による、光路中に配置された光学部材の透過率低下を回避することができ、光の利用効率をより向上させることができる。また、外部共振器は、光源に対し、外部共振器の反射面を光線方向の長さと、反射角度のアライメントする必要があり位置あわせを容易にしつつ、所望の角度で固定することが容易となり、かつ第２のレーザ光を遮ることを防止できる。
【００１１】
また、上記レーザ光源装置においては、前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光とは、ほぼ平行であるのが好ましい。
レーザ光源装置は、レンズ、フィルダ、ミラー、回折格子、プリズム、光変調素子など、他の光学デバイスと組み合わせて科用される可能性が高いが、このような光学デバイスの多くは、入射光の角度に依存して特性が変化したり、出力結果が変化する場合がある。また、入射光線角度のばらつきによる、照明領域のばらつきでのマージン確保のための照明ロスが発生する。
そこで、本発明を採用すれば、第一のレーザ光と第二のレーザ光とがほぼ平行であるので、レーザ光源装置の後に配置される光学デバイスの設計や配置が容易となる。したがって、特にレーザ光源装置を、画像表示装置やモニタ装置等に応用した場合に、光学設計の自由度が非常に高まるという効果がある。さらに拡散光学部材の先に得られる照明領域がレーザ光線の入射角度に依存した領域に形成されることから、略同一の領域を照明することが可能となり、所望の範囲を照明する高効率照明が可能となる。
【００１２】
また、上記レーザ光源装置においては、前記光路変換素子の、該光路変換素子から射出される前記第二のレーザ光の光線方向の幅をＷ４とし、前記光路変換素子の、前記波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をＷ５としたとき、Ｗ４＜Ｗ５であるのが好ましい。
この構成によれば、光路変換素子における第二のレーザ光の光線方向の大きさが抑えられ、波長変換素子をできるだけ大きくでき、波長変換素子における波長変換光路長を大きく確保できる。よって、波長変換素子における第二の波長への変換効率を向上させ、光の利用効率をより高めることができる。
【００１３】
また、本発明のレーザ光源装置は、第一の波長の光を射出する光源と、前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、前記光源と前記外部共振器との間に形成される第一光路上に設けられ、入射される前記第一の波長の光のうち、一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換して高調波を得る波長変換素子と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、前記波長変換素子における所定の位置から前記第一のレーザ光が出力されるように調整する光路調整手段と、を備え、前記外部共振器から射出される前記第二の波長を有する第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長を有する第二のレーザ光と、を出力光として利用することを特徴とする。
【００１４】
本発明のレーザ光源装置によれば、光源と外部共振器とによって構成された共振構造（第一光路）中に波長変換素子を設け、外部共振器によって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第二のレーザ光を、光路変換素子によって第二光路に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。また、光源と外部共振器とによって構成された共振構造の内部に波長変換素子を設けているため、外部共振器によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で第二の波長に変換されなかった光を光源に戻さないようにする構成を不要にでき、光学系が大型化することで光路の長さが延びる、あるいは光学要素を通過する回数が増えてしまうといった不具合に起因する光の損失を低減することができる。さらに、第二のレーザ光を、第一のレーザ光の進行方向とほぼ同じ方向へ向けるだけで良いため、偏光方向がほぼ揃った出力光を得ることができ、例えば偏光制御型のデバイスと組み合わせて使用する場合であっても、光の利用効率を向上させることができる。
また、光路調整手段により、前記第二のレーザ光と前記第一のレーザ光との間隔を狭めることが可能となり、例えばこれら２つのレーザ光の先に拡散光学部材を設ける場合、この拡散光学部材を小型化できる。よって、小型の拡散光学部材を介して射出される光は、結像性の高いものとなり、光の利用効率が高く、鮮明な照度を得ることができる。
また、光路調整手段により、第一のレーザ光をなす第一の波長の光を前記波長変換素子における所定の位置（例えば波長変換素子における分極反転のピッチが安定した部分）に通すことが可能となるので、信頼性を向上させることができる。
したがって、レーザ光源装置に組み合わせて用いる拡散光学部材の小型化を図ることができ、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置となる。
【００１５】
また、上記レーザ光源装置においては、前記光路変換素子は、前記光源からの前記第一の波長の光における光路を変換する基本波変換部と、前記第二の波長の光を選択的に反射すること前記第二光路に分離する分離部と、該分離部で分離された前記第二の波長の光の光路を変換して前記第二のレーザ光とする高調波光路変換部と、を有するのが好ましい。
このような光路変換素子を用いることで、上述したような第一のレーザ光と第二のレーザ光を良好に得ることができる。
【００１６】
また、上記レーザ光源装置においては、前記光路変換素子が前記光路調整手段を含むことが好ましい。
この構成によれば、光路変換素子の一部から光路調整手段が構成されるので、レーザ光源装置の構成を簡略化することができる。
【００１７】
また、上記レーザ光源装置においては、前記光路調整手段は前記光路変換素子を支持する支持部材から構成されるのが好ましい。
この構成によれば、光路変換素子を所定の位置に保持することが可能となり、上述したように第二のレーザ光を確実に外部に取り出すことができる。
【００１８】
また、上記レーザ光源装置においては、前記波長変換素子における一面が保持されており、前記第一のレーザ光の光路は前記波長変換素子の中央部に対し、保持面と反対面側に位置するのが好ましい。
この構成によれば、第一のレーザ光を波長変換素子内に通過させつつ、第二のレーザ光を波長変換素子の外部に通過させるとともに、第一のレーザ光と第二のレーザ光とを近づけることができる。
【００１９】
また、上記レーザ光源装置においては、前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えるのが好ましい。
本発明では、このようにアレイ化された光源を用いたとしても、光路変換素子、波長選択素子、及び外部共振器の光入射出端面の面積をアレイに対応した面積に拡張すれば良い。したがって、上記構成によれば、光源がアレイ化されたとしても、装置の過度な大型化を招くことが無く、簡単な構成で対応することが可能である。よって、光源がアレイ化されたとしても、出力光のパワー低下を効率よく抑えることができ、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる効果をそのまま保持しつつ、アレイ化による光量の増加を、効果的に出力光のパワーアップに繋げることが可能である。
【００２０】
また、上記レーザ光源装置においては、前記波長変換素子は、擬似位相制御型の波長変換素子であるのが好ましい。
この構成によれば、他のタイプの波長変換素子に比べて変換効率の高い擬似位相制御型の波長変換素子を備えているので、本発明の効果がより高まる。
【００２１】
本発明の照明装置は、上記のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置から射出されたレーザ光の進行方向に配設された拡散光学部材と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の照明装置によれば、上述したようなレーザ光源装置を備えているので、前記拡散光学部材の小型化が図られ、小型かつ光の結像性の高い高性能なものとなる。
【００２３】
また、上記レーザ光源装置においては、前記拡散光学部材は、計算機ホログラムからなるのが好ましい。
この構成によれば、計算機ホログラムが小型なものとなり、光の利用効率をより向上させることができる。
【００２４】
本発明の画像表示装置は、上記の照明装置からなる光源と、該光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明の画像表示装置によれば、上述したようなレーザ光源装置を有した照明装置を光源として備えているので、光の利用効率が高いものとなる。
【００２６】
本発明のモニタ装置は、上記のレーザ光源装置あるいは上記の照明装置のいずれか一方と、該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する。
【００２７】
本発明のモニタ装置によれば、上述したようなレーザ光源装置を備えているので、光の利用効率が高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明について図面を参照して説明する。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。
【００２９】
（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。レーザ光源装置３１は、光源３１１、波長変換素子（高調波発生素子）３１２、外部共振器３１３、光路変換素子３１４を備えている。光源３１１は、第一の波長の光を射出する。第一実施形態に係るレーザ光源装置３１は、光源３１１、波長変換素子３１２、外部共振器３１３、光路変換素子３１４が例えば金属フレームなどから構成されたベース部Ｂに保持されたものとなっている。前記レーザ光源装置３１の各構成部材（光源３１１、波長変換素子３１２、外部共振器３１３、光路変換素子３１４）は、前記ベース部（固定部材）Ｂに接着剤Ｃによって固定されている。なお、前記各構成部材を構成する方法としては前記ベース部Ｂと接着剤との組み合わせに限定されることはなく、例えばメカクランプなどを採用してもよい。
【００３０】
図２は光源３１１の構造を模式的に示す断面図である。図２に示した光源３１１は、いわゆる面発光半導体レーザであり、例えば半導体ウエハからなる基板４００と、基板４００上に形成され、反射ミラーとしての機能を有するミラー層３１１Ａと、ミラー層３１１Ａの表面に積層されるレーザ媒体３１１Ｂとを有する。
【００３１】
ミラー層３１１Ａは、基板４００上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成された、高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体の積層体によって構成されている。ミラー層３１１Ａを構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、光源３１１から射出される光の波長（第一の波長）に対して最適化され、反射光が干渉し強め合う条件に設定されている。
【００３２】
レーザ媒体３１１Ｂは、ミラー層３１１Ａの面上に形成されている。このレーザ媒体３１１Ｂは、図示しない電通手段が接続されており、電通手段から所定量の電流が流されると、所定波長の光を射出する。また、レーザ媒体３１１Ｂは、ミラー層３１１Ａと、図１に示した外部共振器３１３との間で、第一の波長の光が共振することにより、特定の波長（第一の波長）の光を増幅させる。すなわち、ミラー層３１１Ａや、後述する外部共振器３１３により反射された光は、レーザ媒体３１１Ｂにより新たに射出される光と共振して増幅され、レーザ媒体３１１Ｂの光射出端面からミラー層３１１Ａや基板４００に略直交する方向に射出される。
【００３３】
波長変換素子３１２は、入射した光の波長をほぼ半分の波長（第二の波長）の光に変換する。波長変換素子３１２は、図１に示すように、光源３１１と外部共振器３１３との間に形成された第一光路Ｏ１上に設けられている。
【００３４】
図３は波長変換素子３１２の構造を模式的に示す断面図である。波長変換素子３１２は、例えば四角柱形状をなし、波長変換部３１２Ａと、波長変換部３１２Ａの光源３１１側の面（入射端面）に形成された反射防止（ＡＲ：anti-reflective）膜３１２Ｂと、波長変換部３１２Ａの外部共振器３１３側の面（射出端面）に形成されたＡＲ膜３１２Ｃとを備えている。
【００３５】
波長変換部３１２Ａは、入射した光の第二高調波を生成する第二次高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）素子である。波長変換部３１２Ａは、周期的な分極反転構造を備えており、擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）による波長変換によって、入射した光の波長をほぼ半分の波長（第二の波長）の光に変換する。このようにすれば、他のタイプの波長変換素子に比べて変換効率の高い擬似位相制御型が用いられるので、後述する本発明の効果をより高めている。
【００３６】
例えば、光源３１１から射出される光の波長（第一の波長）が１０６４ｎｍ（近赤外）である場合、波長変換部３１２Ａは、これを半分の波長（第二の波長）５３２ｎｍに変換して、緑色の光を生成する。ただし、背景技術でも述べたように、波長変換部３１２Ａの波長変換効率は、一般的に３０〜 ４０％程度である。つまり、光源３１１から射出された光のすべてが、第二の波長の光に変換されるわけではない。
【００３７】
周期的な分極反転構造は、例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ3）やタンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ3）などの無機非線形光学材料の結晶基板内部に形成されている。具体的には、周期的な分極反転構造は、このような結晶基板内部に、光源３１１から射出された光に対して略直交する方向に、相互に分極方向が反転した２つの領域３１２Ａａ，３１２Ａｂを、所定の間隔で交互に多数形成した構成となっている。これら２つの領域３１２Ａａ，３１２Ａｂのピッチは、入射光の波長と結晶基板の屈折率分散とを考慮して、適宜決定される。
【００３８】
なお、一般に半導体レーザから発振されるレーザ光は、利得帯域の中で複数の縦モードが発振し、温度の変動などの影響によりそれらの波長が変化する。すなわち、波長変換素子３１２において変換される光の波長の許容幅は０．３ｎｍ程度であり、使用環境温度の変化に対して、０．１ｎｍ／℃程度変動する。
【００３９】
ＡＲ膜３１２Ｂ，３１２Ｃは、例えば単層または多層からなる誘電体膜であり、第一の波長の光および第二の波長の光の双方を例えば９８％以上の透過率で透過させる。なお、これらのＡＲ膜３１２Ｂ，３１２Ｃは、波長変換素子３１２の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することも可能である。つまり、波長変換素子３１２を、波長変換部３１２Ａのみで構成することも可能である。
【００４０】
外部共振器３１３は、第一の波長の光を選択的に反射して光源３１１の方に向かわせ、それ以外の波長（第二の波長を含む）の光を透過する機能を有する。外部共振器３１３は、第一の波長の光を選択的に反射することで、増幅する光の波長を狭帯域化する機能も担っている。外部共振器３１３は、図１に示すように、第一光路Ｏ１上に、第一光路Ｏ１に対して略直交するように設けられている。また、その入射端面は、波長変換素子３１２の射出端面に対向している。
【００４１】
図４は外部共振器の構造を模式的に示す断面図である。外部共振器３１３は、波長変換素子３１２と同様、四角柱形状をなしている。そして、ブラッグ格子構造が内部に形成された体積型位相格子としてのブラッグ格子部３１３Ａと、その波長変換素子３１２側の端面（入射端面）に形成された反射防止（ＡＲ）膜３１３Ｂとを備えている。
ブラッグ格子部３１３Ａは、光路Ｏ１に沿って設けられた多数の層によって構成されている。
【００４２】
ブラッグ格子部３１３Ａは、ＳｉＯ２を主体とした例えばアルカリボロアルミノシリケートガラスなどのガラス層に所定波長の紫外線を照射し、ガラス層中に屈折率の異なる干渉パターンを層状に形成したものである。このブラッグ格子部３１３Ａによって、上述した外部共振器３１３の機能がもたらされる。
【００４３】
ＡＲ膜３１３Ｂは、単層または多層からなる誘電体膜であり、第一の波長の光および第二の波長の光の双方を例えば９８％以上の透過率で透過させる。ＡＲ膜３１３Ｂは、ブラッグ格子部３１３Ａの入射端面だけでなく、射出端面にも形成することが可能である。
なお、ＡＲ膜３１３Ｂは、外部共振器３１３の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することも可能である。つまり、外部共振器３１３を、ブラッグ格子部３１３Ａのみで構成することも可能である。
【００４４】
図５は光路変換素子３１４の斜視図である。光路変換素子３１４は、図１及び図５に示すように、透光性部材としての第一、及び第二のプリズム３１５，３１６と、これらの間に設けられた選択反射膜３１７とを備えている。
【００４５】
第一のプリズム３１５は、例えばＢＫ７などの光学ガラスからなり、第一のプリズム３１５の面３１５Ａは、図１に示すように、光源３１１と対向するように配置されている。また、この面３１５Ａは、第一光路Ｏ１に対して略直交するように配置されている。さらに、面３１５Ｂと後述する第二のプリズム３１６の面３１６Ｂとは平行である。また、面３１５Ｃは、第一光路Ｏ１の光に対して全反射条件を満足する角度に配置された平滑面である。すなわち、第一のプリズム３１５の面３１５Ｃ及び面３１５Ｂは、光源３１１からの第一の波長の光における光路を変換し、第二のプリズム３１６に向かわせる基本波変換部として機能する。
【００４６】
第二のプリズム３１６は、第一のプリズム３１５と同様に、ＢＫ７などの光学ガラスからなり、三角柱の形を成している。このプリズム３１６の側面は、三角形の頂角を挟む二辺を含む面３１６Ａ，Ｂと、斜辺を含む面３１６Ｃから構成されている。
【００４７】
面３１６Ｂには、選択反射膜３１７が形成されている。この選択反射膜３１７は、例えば誘電体多層膜によって構成される。このような誘電体多層膜は、例えばＣＶＤによって形成することが可能であり、多層膜を構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、求められる特性に応じて最適化される。選択反射膜３１７は、光源３１１と、波長変換素子３１２との間に設けられ、第二の波長の光を選択的に反射し、第一の波長の光を透過させる特性を有する。すなわち、前記選択反射膜３１７は、ダイクロイックミラーとしての機能を備え、これにより面３１６Ｂは第二の波長の光を選択的に反射することで上記第一光路Ｏ１とは異なる第二光路Ｏ２に分離する分離部として機能する。選択反射膜３１７の、第一波長の光に対する透過率、及び第二波長の光に対する反射率は、高ければ高いほど良いが、８０％以上あれば十分である。
【００４８】
プリズム３１５の面３１５Ｂは、選択反射膜３１７が形成されたプリズム３１６の面３１６Ｂと、例えば、紫外線光で硬化する光学用接着剤などにより貼り合わされている。面３１６Ａは、波長変換素子３１２の一部と対向するように配置されている。また、この面３１６Ａは、第一光路Ｏ１に対して略直交するように配置されている。面３１６Ｃは、入射光ＩＬ（図１参照）に対して全反射条件を満足する角度に配置された平滑面である。面３１６Ｃが、入射光ＩＬに対して全反射条件を満足する角度に配置された平滑面とすることで、反射面の反射効率をほぼ１００％にすることができ、光の利用効率がより向上したものとなっている。すなわち、上記第二のプリズム３１６の面３１６Ｃは、第二の波長の光を全反射させることができるので、選択反射膜３１７で分離された第二の波長の光の光路を変換する高調波光路変換部として機能する。なお、高調波光路変換部としては、面３１６Ｃに反射膜を設け、この反射膜によって第二のレーザ光ＬＳ２を第一のレーザ光ＬＳ１の進行方向とほぼ同じ方向へ向けるようにしても良い。このような構成とした場合は、反射効率が多少低下する可能性はあるものの、面３１６Ａを、全反射条件を満足する角度に配置しなくても良いため、光路設計の自由度が増す。
【００４９】
プリズム３１５と３１６とは貼り合わせによって一体化されている。なお、プリズム３１５と３１６とは貼り合わせ以外の方法によって一体化されていても良い。
【００５０】
なお、選択反射膜３１７は、プリズム３１６の面３１６Ｂではなく、プリズム３１５の面３１５Ｂに形成されてもよい。要するに、選択反射膜３１７は、プリズム３１５の面３１５Ｂと、プリズム３１６の面３１６Ｂの間に設けられていれば良い。また、プリズム３１５の面３１５Ａ、プリズム３１６の面３１６Ａに反射防止（ＡＲ）膜を形成してもよい。これらの面にＡＲ膜を形成することにより、これらの面を介して、光路変換素子３１４に光が入射したり、光路変換素子３１４から光が射出されたりする際の光の損失を低減することが可能となる。
【００５１】
次に、レーザ光源装置３１から出力光が得られるまでの過程について説明する。
光源３１１は、レーザ媒体３１１Ｂに電流が流されると、第一の波長の光を射出する。光源３１１から射出された第一の波長の光は、プリズム３１５の面３１５Ａから光路変換素子３１４に入射して、プリズム３１５の面３１５Ｃで全反射された後、プリズム３１５の面３１５Ｂを透過し、選択反射膜３１７、プリズム３１６の面３１６Ｂをこの順に通過して、プリズム３１６の面３１６Ａから波長変換素子３１２に向けて射出される。
【００５２】
光路変換素子３１４から射出された第一の波長の光は、波長変換素子３１２に入射する。波長変換素子３１２では、入射した第一の波長の光のうち一部の光が、半分の波長（第二の波長）に変換される。波長変換素子３１２から射出された光のうち、第二の波長に変換された光は、外部共振器３１３を透過して、第一のレーザ光ＬＳ１として外部共振器３１３から射出される。
【００５３】
一方、波長変換素子３１２から射出された光のうち、第二の波長に変換されなかった光（第一波長の光）は、外部共振器３１３によって反射され、光源３１１の方に向かう。外部共振器３１３によって反射された第一の波長の光は、光源３１１の方へ向かう過程で再び波長変換素子３１２を通過する。そして、そのうち一部の光が、第二の波長に変換される。
【００５４】
そして波長変換素子３１２から光源３１１の方へ射出された光は、プリズム３１６の面３１６Ａから光路変換素子３１４に入射して選択反射膜３１７に入射する。このようにして選択反射膜３１７に入射した光のうち、第一の波長の光は、選択反射膜３１７を透過する。
【００５５】
そして、選択反射膜３１７を透過した第一の波長の光は、プリズム３１５の面３１５Ｂを通過して、プリズム３１５の面３１５Ｃで全反射された後、プリズム３１５の面３１５Ａから光源３１１に向けて射出される。
さらに、この光は光源３１１に戻り、ミラー層３１１Ａによって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、第一の波長の光は、光源３１１と外部共振器３１３との間に形成された第一光路Ｏ１を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置３１は、光源３１１のミラー層３１１Ａと外部共振器３１３との間に形成された共振構造を備えている。
【００５６】
一方、外部共振器３１３によって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子３１２によって第二の波長に変換された光は、選択反射膜３１７によって反射される。
そして、プリズム３１６の反射面としての面３１６Ｃによって反射されて、第一のレーザ光ＬＳ１の進行方向とほぼ平行な方向へ向けられ、第二のレーザ光ＬＳ２として、プリズム３１６の面３１６Ａから射出される。
【００５７】
すなわち、光路変換素子３１４は、外部共振器３１３によって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で第二の波長に変換された光を、第一光路Ｏ１とは異なる第二光路Ｏ２へ取り出す機能を備えている。そして、光路変換素子３１４は、このような機能を達成できる限度において、上記第一のプリズム３１５、第二のプリズム３１６以外の形状からなるプリズムを用いて構成することも可能である。
【００５８】
なお、図１において、ＬＳ１は、光源３１１から射出され、波長変換素子３１２によって第二の波長の光に変換され、第一のレーザ光として外部共振器３１３から射出される光を示している。光路Ｏ１は、光源３１１から射出された後、波長変換素子３１２によって第二の波長に変換されること無く、外部共振器３１３によって反射され光源３１１に向かう過程においても波長変換素子３１２にて第二の波長に変換されず、選択反射膜３１７を透過して光源３１１に戻る光を示しており、このような光によって光路Ｏ１が形成されると考えることができる。さらに、ＬＳ２は、光源３１１から射出され、波長変換素子３１２によって第二の波長に変換されること無く射出され、外部共振器３１３によって反射され光源に向かう過程において、波長変換素子３１２によって第二の波長に変換されて、選択反射膜３１７へ入射する光を示している。図１では、ＬＳ１、Ｏ１、ＬＳ２を異なる位置に示しているが、これらは説明の便宜上、異なる位置に示されているだけであり、本来は同じ位置に存在する。
【００５９】
次に、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２との間の距離と、波長変換素子３１２の幅および外部共振器３１３との関係について、図１を参照しながら説明する。図１において、Ｗ１は、波長変換素子３１２の、この波長変換素子３１２内を透過する光の光軸（第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２）に直交する線（図示せず）と平行な方向の幅を示している。Ｗ２は、前記波長変換素子３１２の外部共振器３１３側の端面における、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２との光軸間距離を示している。
【００６０】
ここで、本実施形態に係るレーザ光源装置は、波長変換素子３１２における所定の位置から第一のレーザ光ＬＳ１が出力されるように光源３１１の光路を調整する光路調整手段を備えている。本実施形態では、光路変換素子３１４を構成する第一のプリズム３１５が光路調整手段を含んでいる。すなわち、光路調整手段が光路変換素子３１４の一部から構成されたものとなっている。第一のプリズム３１５は、図１に示したように基本波変換部として機能する面３１５Ｂ，３１５Ｃを所定の高さに位置させる土台部３１５Ｄ（光路調整手段）を含んでいる。このような構成により、本実施形態に係るレーザ光源装置３１は、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たすようになっている。具体的には、Ｗ１が０．５ｍｍ、Ｗ２が０．３ｍｍとなっている。
【００６１】
また、上述したように第一のプリズム３１５（光路変換素子３１４）及び波長変換素子３１２はベース部Ｂ上に保持されており、第一のレーザ光ＬＳ１が波長変換素子３１２の中央部に対し、保持面（図１中接着剤Ｃが設けられている面）と反対面側に位置する。この構成により、第一のレーザ光ＬＳ１の光路を波長変換素子３１２内に通過させつつ、第二のレーザ光ＬＳ２の光路を波長変換素子３１２の外部に通過させるとともに、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２とを近づけることができる。
【００６２】
また、図１においては、Ｗ３は、外部共振器３１３の、この外部共振器３１３を透過する前記第一のレーザ光ＬＳ１に直交する線と平行な方向の幅を示している。本実施形態に係るレーザ光源装置３１は、上記関係（Ｗ２＜Ｗ１）に加えて、Ｗ２＜Ｗ３の関係も満たすように構成されている。また、本実施形態では、図１に示したようにＷ１＜Ｗ３となっている。具体的には、Ｗ３が１．２ｍｍとなっている。
【００６３】
また、図１においては、Ｗ４は、光路変換素子３１４の、この光路変換素子３１４から射出される第二のレーザ光ＬＳ２の光線方向の幅を示している。Ｗ５は、光路変換素子３１４の、この光路変換素子３１４内を透過する光（レーザ光ＬＳ１）の光軸に直交する線と平行な幅を示している。本実施形態に係るレーザ光源装置３１は、Ｗ４＜Ｗ５の関係を満たすように構成されている。具体的には、Ｗ４は７ｍｍとなっている。また、Ｗ５は、例えば１０ｍｍ程度となっている。
【００６４】
一般にレーザ光源装置では、光源からの光が焦点を結ぶ位置に外部共振器を配置することで光の利用効率の向上を図っており、外部共振器と光源との間に設けられる波長変換素子の大きさにも制約が生じることとなる。光が波長変換素子を透過する距離が延びる、すなわち波長変換素子における光路長を延ばすことで波長の変換効率を向上させることができる。したがって、レーザ光源装置においては波長変換素子の前記レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２方向の光路長をより長く取るのが望ましい。
【００６５】
一方、本実施形態に係るレーザ光源装置３１によれば、前記光路変換素子３１４が上述した関係（Ｗ４＜Ｗ５）を満たすことで、波長変換素子３１２の光路長方向における光路変換素子３１４の大きさが抑えられたものとなっているので、波長変換素子３１２を出来るだけ大きくでき、これに伴って波長変換素子３１２における波長変換光路長を長く確保することができる。よって、波長変換素子３１２における第二の波長への変換効率を向上させ、光の利用効率を高めている。
その他、レーザ光源装置３１の具体的な寸法としては、前記波長変換素子３１２の光路長方向の幅が５ｍｍとなっている。また、光路変換素子３１４から射出された光の外部共振器３１３までの光路長（外部共振器３１３の反射防止３１３Ｂの表面と前記光路変換素子３１４の面３１６Ａとの距離）が８．５ｍｍに設定されている。
【００６６】
本実施形態に係るレーザ光源装置３１は、以下の効果を奏する。
（１）光源３１１と外部共振器３１３とによって構成された共振構造（第一光路Ｏ１）中に波長変換素子３１２を設け、外部共振器３１３によって反射されて光源３１１へ向かう過程で波長が変換された第二のレーザ光を、光路変換素子３１４によって第二光路Ｏ２に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。また、光源３１１と外部共振器３１３とによって構成された共振構造の内部に波長変換素子３１２を設けているため、外部共振器３１３によって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で第二の波長に変換されなかった光を光源３１１に戻さないようにする構成が不要となる。よって、光学系の大型化を招く恐れが少なく、光路の長さが長くなったり、光学要素を通過する回数が増えてしまったりすることによる光の損失を低減することもできる。さらに、第二のレーザ光ＬＳ２を、第一のレーザ光ＬＳ１の進行方向とほぼ同じ方向へ向けるだけで良いため、偏光方向がほぼ揃った出力光を得ることができる。よって、偏光制御型のデバイス（例えば液晶装置）と組み合わせて使用する場合であっても、光の利用効率を向上させることが可能である。
【００６７】
（２）上述したように、光路変換素子３１４が波長変換素子３１２における所定の位置から第一のレーザ光が出力されるように光源３１１の光路を調整する光路調整手段を含むので、上述したＷ２＜Ｗ１の関係を満たす構成を得ることができる。よって、前記第二のレーザ光ＬＳ２と前記第一のレーザ光ＬＳ１との間隔を狭めることができる。また、例えばこれら２つのレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２の先に拡散光学部材５０を設ける場合、この拡散光学部材５０を小型化することができる。よって、このような小型な拡散光学部材５０を介して射出される光は、結像性の高いものとなり、後述するような光の利用効率が高く、鮮明な照度が得られる照明装置を提供できる。また、上述したような光路調整手段（土台部３１５Ｄ）を有するので、第一のレーザ光ＬＳ１をなす第一の波長の光を波長変換素子３１２における分極反転のピッチが安定した部分に通すことが可能となり、レーザ光源装置３１としての信頼性を向上させることができる。さらに、本発明によれば、前記光源３１１、前記外部共振器３１３、前記波長変換素子３１２、及び前記光路変換素子３１４の下部側を接着剤Ｃによってベース部Ｂに保持した場合でも、この接着剤Ｃが光路を遮るといった不具合を生じることがなく、この不具合に起因する歩留まりの低下を防止することができる。
したがって、レーザ光源装置に組み合わせて用いられる拡散光学部材５０の小型化を図ることができ、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置３１となる。
【００６８】
（３）上記関係（Ｗ２＜Ｗ１）に加え、さらにＷ２＜Ｗ３の関係を満たしているので、外部共振器３１３の下部側を保持している接着剤や保持部材の影響による、光路中に配置された光学部材の透過率低下を回避することができ、光の利用効率をより向上させることができる。また、外部共振器３１３は、光源に対し、外部共振器３１３の反射面を光線方向の長さと、反射角度のアライメントする必要があり位置あわせを容易にしつつ、所望の角度で固定することが容易となり、かつ第２のレーザ光ＬＳ２を遮ることを防止できる。
【００６９】
（４）プリズム３１５，３１６の面３１５Ａ，３１６Ａを介して、光路変換素子３１４に光を入射させたり、光路変換素子３１４から光を射出させたりすることができるため、光路変換素子３１４に入射する光や、光路変換素子３１４から射出させる光の方向を制御し易い。
【００７０】
（５）一般にレーザ光源装置３１は、拡散光学部材、レンズ、フィルタ、ミラー、回折格子、プリズム、光変調素子など、他の光学デバイスと組み合わせて利用される可能性が高いが、このような光学デバイスの多くは、入射光の角度に依存して特性が変化したり、出力結果が変化してしまったりする。また、入射光線角度のばらつきによる、照明領域のばらつきでのマージン確保のための照明ロスが発生する。しかし、本実施形態に係るレーザ光源装置３１では、外部共振器３１３から射出される第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光とＬＳ２とがほぼ平行であるため、レーザ光源装置３１の後に配置される光学デバイスの設計や配置が容易となる。従って、本実施形態に係るレーザ光源装置３１を、画像表示装置やモニタ装置等に応用した場合は、光学設計の自由度が非常に高まるという効果がある。更に拡散光学部材の先に得られる照明領域がレーザ光線の入射角度に依存した領域に形成されることから、略同一の領域を照明することが可能となり、所望の範囲を照明する高効率照明が可能となる。
【００７１】
（第二実施形態）
図６は、第二実施形態に係わるレーザ光源装置４１の概略構成を示す模式図である。第二実施形態のレーザ光源装置４１は、光路変換素子４１４の構成だけが第一実施形態のレーザ光源装置３１と異なっており、それ以外は、前記第一実施形態と同様である。したがって、図６において、第一実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置４１から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。
【００７２】
図６に示すレーザ光源装置４１において、光路変換素子４１４は、透光性部材としての板状部材（図示せず）と、選択反射膜３１７と、反射ミラー４１６とを備えている。板状部材の第１の面に選択反射膜３１７が形成され、板状部材の第２の面に反射ミラー４１６が設けられている。
【００７３】
反射ミラー４１６は、選択反射膜３１７と同様、誘電体多層膜によって構成することが可能である。このとき、反射ミラー４１６を構成する誘電体多層膜は、選択反射膜３１７と異なる誘電体多層膜でも良いが、同じ誘電体多層膜でも良い。また、反射ミラー４１６はアルミニウム、クロム、銀などの金属膜によって構成しても良い。一般的に、誘電体多層膜の方が、金属膜に比べて耐熱性に優れている。また、誘電体多層膜は、これを構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数の最適化により、特定波長の光に対する反射率を高めることが可能であり、レーザ光のように波長帯域が狭く、指向性の高い光を効率よく反射するにも適している。一方、金属膜は、コスト面において誘電体多層膜よりも有利である。
【００７４】
なお、選択反射膜３１７および反射ミラー４１６が形成された面とは反対側の面に反射防止（ＡＲ）膜を形成するのが好ましい。これらの面にＡＲ膜を形成することにより、これらの面を介して、光路変換素子４１４に光が入射したり、光路変換素子４１４から光が射出されたりする際の光の損失を低減することが可能となる。
【００７５】
次に、レーザ光源装置４１から出力光が得られるまでの過程について、図６を参照して説明する。光源３１１は、第一の波長の光を射出する。光源３１１から射出された第一の波長の光は、光路変換素子４１４に入射して、選択反射膜３１７を通過して、波長変換素子３１２に向けて射出される。すなわち、本実施形態に係るレーザ光源装置４１は、光源３１１の光射出面が波長変換素子３１２の反射防止膜３１２Ｂにほぼ対向するように配置されている。光路変換素子４１４から射出された第一の波長の光は、波長変換素子３１２に入射する。波長変換素子３１２では、入射した第一の波長の光のうち一部の光の波長が、半分の波長（第二の波長）に変換される。波長変換素子３１２から射出された光のうち、第二の波長に変換された光は、外部共振器３１３を透過して、第一のレーザ光ＬＳ１として外部共振器３１３から射出される。
【００７６】
一方、波長変換素子３１２から射出された光のうち、第二の波長に変換されなかった光（第一波長の光）は、外部共振器３１３によって反射され、光源３１１の方に向かう。外部共振器３１３によって反射された第一の波長の光は、光源３１１の方へ向かう過程で再び波長変換素子３１２を通過する。そして、そのうち一部の光の波長が、第二の波長に変換される。そして波長変換素子３１２から光源３１１の方へ射出された光は、選択反射膜３１７に入射する。
【００７７】
このようにして選択反射膜３１７に入射した光のうち、第一の波長の光は、選択反射膜３１７を透過する。そして、選択反射膜３１７を透過した第一の波長の光は、光路変換素子４１４から光源３１１に向けて射出される。さらに、この光は光源３１１に戻り、その内部に設けられたミラー層によって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、第一の波長の光は、光源３１１と外部共振器３１３との間に形成された第一光路Ｏ１を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置４１は、光源３１１の内部に設けられたミラー層と外部共振器３１３との間に形成された共振構造を備えている。
【００７８】
一方、外部共振器３１３によって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子３１２によって第二の波長に変換された光は、選択反射膜３１７によって反射される。
そして、反射ミラー４１６によって反射されて、第一のレーザ光ＬＳ１の進行方向とほぼ平行な方向へ向けられ、第二のレーザ光ＬＳ２として射出される。
【００７９】
本実施形態に係るレーザ光源装置４１においても、第一実施形態の上記効果（１）、（２）、（４）〜（６）に加え、以下の効果を奏することができる。
透光性部材としてプリズムを用いた場合よりも、軽量な光路変換素子４１４を得ることができる。また、板状部材はプリズムに比べて加工が容易である。よって、レーザ光源装置の軽量化及び低コスト化に寄与することができる。
【００８０】
（実施形態の変形例）
本発明は前述の第一実施形態及び第二実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。以下に変形例として挙げられているような形態であっても、前述の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８１】
光源３１１としては、面発光型半導体レーザ以外に、いわゆる端面発光型半導体レーザまたは半導体励起固体レーザを用いることができる。なお、端面発光型半導体レーザを用いる場合には、光源３１１と光路変換素子３１４，４１４との間に、光源３１１から射出された光を平行化するためのレンズを設けることが好ましい。
【００８２】
また、光源３１１は、アレイ化された複数の発光部を備えたものとすることができる。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、いずれも発光部がアレイ化された光源を示す模式図である。図７（ａ）の光源３２１では、複数の発光部３２２が一列に並んでいる。また、図７（ｂ）の光源３２３では、複数の発光部３２２が２列に並んでいる。なお、発光部の数や、列の数は、図７（ａ）や（ｂ）に示したものには限らない。上述したレーザ光源装置３１，４１では、このように発光部がアレイ化された光源を用いたとしても、選択反射膜、反射面、波長選択素子や外部共振器の光入射出端面の面積を、アレイに対応した面積に拡張すれば良いだけである。
【００８３】
このように、上述したレーザ光源装置３１，４１では、光源がアレイ化されたとしても、装置の過度な大型化を招くことが無く、簡単な構成で対応することが可能である。よって、上述したレーザ光源装置３１，４１では、光源がアレイ化されたとしても、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力光の偏光方向が揃っており、かつ、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる効果をそのまま保持しつつ、アレイ化による光量の増加を、効果的に出力光のパワーアップに繋げることが可能である。
【００８４】
波長変換素子３１２を構成する非線形光学材料としては、先にＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）や、ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）を例示したが、これ以外にもＫＮｂＯ３、ＢＮＮ（Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ１５）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＫＴＡ（ＫＴｉＯＡｓＯ４）、ＢＢＯ（β―ＢａＢ２Ｏ４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ７）などの無機非線形光学材料を利用してもよい。また、メタニトロアニリン、２−メチル−４−ニトロアニリン、カルコン、ジシアノビニルアニソール、３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール、Ｎ−メトキシメチル−４−ニトロアニリンなどの低分子有機材料や、ポールドポリマなどの有機非線形光学材料を用いてもよい。
【００８５】
波長変換素子３１２として、上述したＳＨＧ素子に変えて、第三次高調波発生素子を用いても良い。
【００８６】
外部共振器３１３としては、先に説明した体積型位相格子以外に、結晶型の体積ホログラム、フォトポリマ体積ホログラム、ブレーズド型回折格子（溝の断面形状が鋸歯状である回折格子）などを用いても良い。
【００８７】
また、上記実施形態では外部共振器３１３が波長選択を行うとともに、可視光を透過する構成となっていたが、図８に示すようにバンドパスフィルタＢＰとワイドバンドミラーＭとの組み合わせることで上記共振器を構成するようにしてもよい。バンドパスフィルタＢＰとは、ある波長、または波長帯の光を透過させ、その短波長側、および長波長側の光を反射させるフィルタである。また、図８に示されるように、光の入射角度を変化させることにより透過波長が調整され、波長選択が行われる。この場合、バンドパスフィルタＢＰによって波長選択を行う、ワイドバンドミラーＭが可視光を透過するミラーとして機能する。このとき、図１に示した外部共振器の幅Ｗ３は、前記ワイドバンドミラーＭの幅に対応する。
【００８８】
（照明装置）
次に、本発明に係る照明装置の一実施形態として、例えば上記レーザ光源装置４１を応用した照明装置５００の構成例について説明する。図９は、照明装置５００の概略を示す模式図である。なお、図９中においては図示を簡略化し、光路変換素子４１４の図示を省略している。
図９に示すように、照明装置５００は、前記レーザ光源装置４１と、該レーザ光源装置４１から発したレーザ光を拡散するとともに、レーザ光の照度分布を均一化する拡散光学部材５０とを備えている。この拡散光学部材５０としては、ホログラム素子から構成されている。具体的には、ホログラム原板に計算機で計算して人工的に作成した干渉縞が形成された計算機ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）を用いることがきできる。計算機ホログラムは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
【００８９】
一般に、計算機ホログラムから構成される拡散光学部材５０には、例えば製造誤差等の要因によりムラが生じ、鮮明な光が得られなくなることがある。このような現象は、特に拡散光学部材が大型化した際に顕著となる。また、小型な拡散光学部材は光の結像性が高く、被照射物に鮮明かつ均一な照度分布を有した光照射を行うことが可能である。すなわち、拡散光学部材を小型化することが望まれている。
【００９０】
本実施形態に係る照明装置５００によれば、上述したようなレーザ光源装置４１を備えているので、前記拡散光学部材１４の小型化が図られており、光の結像性が高いものとなる。よって、被照射物に鮮明かつ均一な照度分布を有した光照射を行うことのできる高性能なものとなる。
【００９１】
（画像表示装置）
次に、第一の実施形態に係るレーザ光源装置３１を応用した画像表示装置の一例として、プロジェクタ３の構成について説明する。図１０は、プロジェクタ３の光学系の概略を示す模式図である。
【００９２】
図１０において、プロジェクタ３は、光源として上記照明装置５００、光変調装置としての液晶パネル（光変調素子）３２、偏光板３３１及び３３２、クロスダイクロイックプリズム３４、投射レンズ３５などを備えている。なお、液晶パネル３２と、その光入射側に設けられた偏光板３３１及び光射出側に設けられた偏光板３３２によって液晶ライトバルブ３３が構成される。
【００９３】
照明装置５００は、赤色レーザ光を射出する赤色光用光源装置５００Ｒと、青色レーザ光を射出する青色光用光源装置５００Ｂと、緑色レーザ光を射出する緑色光用光源装置５００Ｇとから構成されたものとなっている。これらの光源装置５００（５００Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、それぞれクロスダイクロイックプリズム３４の側面三方にそれぞれ対向するように配置されている。図１０では、クロスダイクロイックプリズム３４を挟んで、赤色光用光源装置５００Ｒと青色光用光源装置５００Ｂとが互いに対向し、投射レンズ３５と緑色光用光源装置５００Ｇが互いに対向しているが、これらの位置は、適宜入れ替えることが可能である。
【００９４】
液晶パネル３２は、例えば、ポリシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）をスイッチング素子として用いたものである。各照明装置５００から射出された色光は、入射側偏光板３３１を介して液晶パネル３２に入射する。液晶パネル３２に入射した光は、画像情報に応じて変調されて、液晶パネル３２から射出される。液晶パネル３２によって変調された光のうち、特定の直線偏光だけが、射出側偏光板３３２を透過して、クロスダイクロイックプリズム３４に向かう。
【００９５】
クロスダイクロイックプリズム３４は、各液晶パネル３２によって変調された各色光を合成して、カラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム３４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなしている。そして、これら４つの直角プリズムの界面には、２種類の誘電体多層膜がＸ字状に設けられている。これら誘電体多層膜は、互いに対向する各液晶パネル３２から射出された各色光を反射し、投射レンズ３５に対向する液晶パネル３２から射出された色光を透過する。このようにして、各液晶パネル３２にて変調された各色光が合成されて、カラー画像が形成される。
【００９６】
投射レンズ３５は、複数のレンズが組み合わされた組レンズとして構成される。この投射レンズ３５は、カラー画像Ｌを拡大投射する。
【００９７】
本実施形態に係るプロジェクタ３によれば、上述したようなレーザ光源装置を備えた照明装置が光源として用いられているので、光の利用効率が高いものとなる。
【００９８】
なお、本実施形態では、上記照明装置５００（５００Ｒ，Ｇ，Ｂ）を用いているが、これらのうち一部もしくは全部を、他の実施形態に係るレーザ光源装置３１あるいは上述した変形例に係るレーザ光源装置に置き換えても良い。
【００９９】
この実施形態では、光変調素子を３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。また、この実施形態では、透過型のプロジェクタについて説明したが、上記照明装置５００あるいは照明装置を構成するレーザ光源装置３１，４１は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、光変調素子が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調素子が光を反射するタイプであることを意味している。
【０１００】
また、光変調素子は液晶パネル３２に限られず、例えばマイクロミラーを用いたデバイスであっても良い。さらに、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行うフロントタイプと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行うリアタイプとがあるが、上記照明装置５００あるいは照明装置を構成するレーザ光源装置３１，４１は、いずれのタイプにも適用可能である。
【０１０１】
さらにまた、この実施形態では、照明装置５００を備えた画像表示装置の一例として、画像を拡大投射する投射レンズ３５を備えたプロジェクタを紹介しているが、投射レンズ３５を用いない画像表示装置にも応用可能である。また、第一、第二実施形態およびその変形例に係るレーザ光源装置３１，４１を備えた画像表示装置にも応用可能である。また、本発明のレーザ光源装置は、レーザ光源装置からのレーザ光を走査手段によりスクリーン上で走査することによって、画像を表示するような画像表示装置にも適用することができる。
【０１０２】
（モニタ装置）
最後に、次に、第一の実施形態に係るレーザ光源装置３１を備えたモニタ装置４０の構成例について説明する。図１１は、モニタ装置の概略を示す模式図である。モニタ装置４０は、装置本体４１０と、光伝送部４２０とを備える。装置本体４１０は、前述した第一実施形態のレーザ光源装置３１を備える。
【０１０３】
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３１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３１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。
【０１０４】
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３１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。
【０１０５】
以上のように構成されたモニタ装置４０によれば、光の利用効率の高いレーザ光源装置３１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。なお、本実施形態に係るモニタ装置４０では、第一実施形態に係るレーザ光源装置３１を用いているが、これを、他の実施形態に係るレーザ光源装置４１あるいは変形例に係るレーザ光源装置に置き換えても良い。また、レーザ光源装置３１，４１、あるいはこれらの変形例に係るレーザ光源装置を備えた照明装置に置き換えても良い。
【０１０６】
（第三実施形態）
図１２は、第三実施形態に係わるレーザ光源装置５１の概略構成を示す模式図である。第三実施形態のレーザ光源装置５１は、光路変換素子５１４を支持する支持部材５１８を光路調整手段として備えている。それ以外は、上記第一、第二実施形態と同様である。したがって、図１２において、上記実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置５１から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。
【０１０７】
図１２に示すレーザ光源装置５１において、透光性部材としての第一、及び第二のプリズム５１５，５１６と、これらの間に設けられる選択反射膜５１７とを備えている。第一、第二のプリズム５１５，５１６はそれぞれ同様の二等辺三角柱から構成されており、低角が４５°に設定される。
【０１０８】
これら第一、第二のプリズム５１５，５１６及び選択反射膜５１７は貼り合せによって一体に形成されている。第一のプリズム５１５における面５１５Ａには、支持部材５１８が設けられている。この支持部材５１８は、波長変換素子３１２における所定の高さ（位置）から第一のレーザ光ＬＳ１が出力されるように光路変換素子５１４を調整する。具体的には、支持部材５１８は、光路変換素子３１４の位置を波長変換素子３１２に対して上方に位置させる。すなわち、支持部材５１は、光源３１１からの光を反射させる第一のプリズム５１５の面５１５Ｃ（反射面）を持ち上げることで第一のレーザ光ＬＳ１を所定の高さＨから出力させることが可能となる。ここで、面５１５Ｃにおける光源３１１の光を反射する位置をＰ１とする。
【０１０９】
また、外部共振器３１３により反射されて光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子３１２により第二の波長に変換された光は、選択反射膜５１７により反射される。さらに、第二の波長の光は、第二のプリズム５１６の面５１６Ｃで反射されることで第二のレーザ光ＬＳ２として射出される。ここで、面５１６Ｃにおける第二の波長の光を反射する位置をＰ２とする。
【０１１０】
第一、第二のプリズム５１５，５１６における接合面Ｐ０から上記Ｐ１，Ｐ２までの距離が略等しく設定される。すなわち、Ｗ２（第一のレーザ光ＬＳ１及び第二のレーザ光ＬＳ２の光軸間距離）は（Ｐ２、Ｐ０間距離）／√２で表すことができる。よって、上記支持部材５１８の形状を適宜変更することによりＷ２を所望の値に設定でき、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たす構造を得ることができる。
【０１１１】
また、本実施形態においては、図１３に示されるように上記支持部材５１８は、第二のプリズム５１６における反射面（面５１６Ｂ，５１６Ｃ）を延長した交点Ｘが略波長変換素子３１２の上面高さと一致するように光路変換素子５１４を支持している。これにより、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２とを近づけた状態で外部に射出することを可能としている。
【０１１２】
（第四実施形態）
図１４は、第四実施形態に係わるレーザ光源装置６１の概略構成を示す模式図である。第四実施形態のレーザ光源装置６１は、光路変換素子６１４を支持する支持部材６１８を光路調整手段として備えている。また、本実施形態においては光路変換素子６１４が四角柱プリズム６１５により構成されている。それ以外は、上記第三実施形態と同様である。したがって、図１４において、上記第三実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置６１から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化することができる。
【０１１３】
四角柱プリズム６１５は、光源３１１からの光を反射させるとともに、外部共振器３１３により反射されて波長変換素子３１２を通過する際に第二の波長に変換された光を透過させる光路分離面６１５Ａを有している。光路分離面６１５Ａから内部に取り込まれた第二の波長の光は、光路分離面６１５Ａに対向配置される反射面６１５Ｂで反射された後、上記光路分離面６１５Ａから第二のレーザ光ＬＳ２として外部に射出される。
【０１１４】
上記支持部材６１８は、上記光路分離面６１５Ａと波長変換素子３１２における上面とのなす角が略４５°に設定している。そして、光路分離面６１５Ａにおける端面ＰＡは、波長変換素子３１２上面より光源３１１から遠方に配置されている。したがって、上記支持部材６１８を備えることで、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たした装置構造を得ることができ、上記実施形態と同様、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２とを互いに近づけた状態で外部に取り出せるレーザ光源装置６１を提供できる。また、光路変換素子６１４として四角柱プリズムが用いられるので、複数のプリズムを組み合わせる場合（第一、第二実施形態）に比べて界面を少なくすることができ、光のロスを低減できる。
【０１１５】
（第五実施形態）
図１５は、第五実施形態に係わるレーザ光源装置７１の概略構成を示す模式図である。第五実施形態のレーザ光源装置７１は、光路変換素子７１４を支持する支持部材７１８を光路調整手段として備えている。また、本実施形態においては光路変換素子７１４が第一、第二のミラー７１５，７１６により構成されている。それ以外は、上記第四実施形態と同様である。したがって、図１５において、上記第四実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置７１から出力光が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化することができる。
【０１１６】
第一のミラー７１５は、光源３１１の光を反射させるとともに、外部共振器３１３により反射されて波長変換素子３１２を通過する際に第二の波長に変換された光を透過させる光路分離面７１５Ａを有している。この光路分離面７１５Ａは上記選択反射膜３１７により構成される。また、第二のミラー７１６は、光路分離面７１５Ａを透過した第二の波長の光を反射させるものである。そして、第二のミラー７１６により反射された第二の波長の光は、第一のミラー７１５を透過し、第二のレーザ光ＬＳ２として外部に射出される。
【０１１７】
ここで、上記支持部材７１８は、第一のミラー７１５と第二のミラー７１６とが所定の角度を有するとともに、波長変換素子３１２における所定の位置から第一のレーザ光ＬＳ１が出力されるように光源３１１の光路を調整することができる。よって、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たす装置構造を得ることが可能となり、上記実施形態と同様、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２とを互いに近づけた状態で外部に取り出すことができるレーザ光源装置７１を得ることができる。また、本実施形態では、光源３１１からの光を折り返す手段としてミラーを用いるので、装置構成が単純化されてレーザ光源装置７１におけるコストの低減を図ることができる。
【０１１８】
（変形例）
以下、レーザ光源装置についての変形例を説明する。図１６は上記第二実施形態に係るレーザ光源装置４１の変形例に係る構成を示す図である。図１６に示されるように、本変形例では、光源３１１の光を反射ミラー４１７で反射させた後、選択反射膜３１７に入射させている。すなわち、上記第二実施形態に係る構成に対し、反射ミラー４１７を備えた点において異なっている。このように反射ミラー４１７を備えたことで光源３１１を配置する位置の自由度を高めることができる。また、上記第二実施形態、及び本実施形態に係るレーザ光源装置４１においては、反射ミラー４１６における反射面と選択反射膜３１７における反射面とを延長した交点Ｘが略波長変換素子３１２の上面高さと一致させることができる。これにより、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２とを近づけた構成すなわち、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たす装置構造を良好に得ることができる。
【０１１９】
図１７は第三実施形態に係るレーザ光源装置５１の変形例に係る構成を示す図である。図１７に示されるように、本変形例では、光源３１１、波長変換素子３１２、及び外部共振器３１３を保持するベース部Ｂが傾斜構造とされる。なお、図１７においては光路変換素子８１４を支持する支持部材の図示を省略している。このようにベース部材Ｂが傾斜構造を有することで、所定の仰角にて第一、第二のレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２を射出するレーザ光源装置を得ることができる。また、ベース部材Ｂが傾斜構造となっているため、第一のプリズム８１５の入射面８１５Ａでの反射光線は光源３１１に戻されることがない。よって、ノイズ成分となる不要光線による共振を抑制でき、効率的な発光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】第一実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】光源の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】波長変換素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】外部共振器の構造を模式的に示す断面図である。
【図５】光路変換素子の斜視図である。
【図６】第二実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】アレイ化された複数の発光部を備えた光源の概略構成を示す図である。
【図８】外部共振器の変形例に係る概略構成を示す図である。
【図９】照明装置の概略を示す模式図である。
【図１０】プロジェクタの光学系の概略を示す模式図である。
【図１１】モニタ装置の概略を示す模式図である。
【図１２】第三実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【図１３】プリズムにおける反射面と波長変換素子との位置関係の説明図である。
【図１４】第四実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【図１５】第五実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【図１６】変形例に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【図１７】変形例に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１２１】
３…プロジェクタ（画像表示装置）、１４，５０…拡散光学部材、３１，４１，５１，６１，７１…レーザ光源装置、３２…液晶パネル（光変調素子）、４０…モニタ装置、３１１…光源、３１２…波長変換素子、３１３…外部共振器、３１４，４１４，５１４，６１４，７１４…光路変換素子、３２２…発光部、５００…照明装置、Ｏ１…第一光路、Ｏ２…第二光路、ＬＳ１…第一のレーザ光、ＬＳ２…第二のレーザ光
【図１】
2008191649.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008191649.tif 000005
【図４】
2008191649.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008191649.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008191649.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008191649.tif 000015
【図１４】
2008191649.tif 000016
【図１５】
2008191649.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月3日(2008.3.3)
【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】
第一の波長の光を射出する光源と、前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、前記光源と前記外部共振器との間に形成された第一光路上に設けられ、入射した前記第一の波長の光のうち一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換する波長変換素子と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、を備え、前記外部共振器から射出される前記第二の波長の第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長の第二のレーザ光と、を出力光として利用するレーザ光源装置であって、
前記波長変換素子の、該波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をＷ１とし、前記波長変換素子の前記外部共振器側の端面における、前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との光軸間距離をＷ２としたとき、
Ｗ２＜Ｗ１であることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記外部共振器の、該外部共振器を透過する前記第一のレーザ光に直交する線と平行な方向の幅をＷ３としたとき、
Ｗ２＜Ｗ３であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置
【請求項３】
前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光とは、ほぼ平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記光路変換素子の、該光路変換素子から射出される前記第二のレーザ光の光線方向の幅をＷ４とし、
前記光路変換素子の、前記波長変換素子内を透過する光の光軸に直交する線と平行な方向の幅をＷ５としたとき、
Ｗ４＜Ｗ５であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
第一の波長の光を射出する光源と、
前記第一の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせる外部共振器と、
前記光源と前記外部共振器との間に形成される第一光路上に設けられ、入射される前記第一の波長の光のうち、一部の光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に変換して高調波を得る波長変換素子と、
前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を、前記第一光路とは異なる第二光路に分離する光路変換素子と、
前記波長変換素子における所定の位置から前記第一のレーザ光が出力されるように調整する光路調整手段と、を備え、
前記外部共振器から射出される前記第二の波長を有する第一のレーザ光と、前記光路変換素子から射出される前記第二の波長を有する第二のレーザ光と、を出力光として利用することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項６】
前記光路変換素子は、前記光源からの前記第一の波長の光における光路を変換する基本波変換部と、前記外部共振器によって反射されて前記光源に向かう過程で前記第二の波長に変換された光を選択的に反射することで前記第二光路に分離する分離部と、該分離部で分離された前記第二の波長の光の光路を変換して前記第二のレーザ光とする高調波光路変換部と、を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記光路変換素子が前記光路調整手段を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記光路調整手段は前記光路変換素子を支持する支持部材から構成されることを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
前記波長変換素子における一面が保持されており、前記第一のレーザ光の光路は前記波長変換素子の中央部に対し、保持面と反対面側に位置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
前記波長変換素子は、擬似位相整合型の波長変換素子であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置から射出されたレーザ光の進行方向に配設された拡散光学部材と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
前記拡散光学部材は、計算機ホログラムからなることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の照明装置からなる光源と、該光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ光源装置あるいは請求項１２又は１３に記載の照明装置のいずれか一方と、該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するモニタ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、上記レーザ光源装置においては、前記波長変換素子は、擬似位相整合型の波長変換素子であるのが好ましい。
この構成によれば、他のタイプの波長変換素子に比べて変換効率の高い擬似位相整合型の波長変換素子を備えているので、本発明の効果がより高まる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
波長変換部３１２Ａは、入射した光の第二高調波を生成する第二次高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）素子である。波長変換部３１２Ａは、周期的な分極反転構造を備えており、擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）による波長変換によって、入射した光の波長をほぼ半分の波長（第二の波長）の光に変換する。このようにすれば、他のタイプの波長変換素子に比べて変換効率の高い擬似位相整合型が用いられるので、後述する本発明の効果をより高めている。