(57)【要約】【課題】  コヒーレンスの低減が図られたレーザ光源装置と、このレーザ光源装置を有する光学装置を提供する。【解決手段】  レーザ光源装置を、レーザと、このレーザに熱的に連結された温調機構とによって構成される、複数のレーザユニットにおいて、複数の各レーザによってレーザ光発生部が形成され、複数のレーザユニットを構成する複数の各温調機構によって、前述のレーザ光発生部の動作温度分布が規定される構成とする。【選択図】        図１
2007088266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザと、該レーザに熱的に連結された温調機構とを有する、複数のレーザユニットが設けられ、
前記複数のレーザユニットを構成する複数の各レーザによって、レーザ光発生部が形成され、
前記複数のレーザユニットを構成する複数の各温調機構によって、前記レーザ光発生部の動作温度分布が規定される
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記複数のレーザユニットを構成する各前記レーザが、少なくとも一部、同一の動作温度で互いに同一の発光中心波長となる
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】
前記動作温度分布の、前記複数のレーザユニットを構成する各前記レーザ間における温度差が、１５℃以上３０℃以下の値で規定される
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４】
前記レーザが、半導体レーザにより構成される
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５】
前記レーザが、パルスレーザにより構成される
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６】
前記動作温度分布が、前記複数のレーザユニットの並置配列方向について対称である
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７】
前記動作温度分布が、前記複数のレーザユニットの並置配列方向について、中央部が最も高温である
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８】
前記温調機構が、多数の冷却部材により構成され、
前記多数の冷却部材の配置構成により、前記動作温度分布における、温度差及び分布幅の選定がなされる
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９】
前記温調機構が、前記レーザ光発生部に比して幅広に形成される
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１０】
レーザ光源装置を有する光学装置であって、
前記レーザ光源装置内に、
レーザと、該レーザに熱的に連結された温調機構とを有する、複数のレーザユニットが設けられ、
前記複数のレーザユニットを構成する複数の各レーザによって、レーザ光発生部が形成され、
前記複数のレーザユニットを構成する複数の各温調機構によって、前記レーザ光発生部の動作温度分布が規定される
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
前記複数のレーザユニットからの複数の出力光に対する集束手段が設けられた
ことを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を出力するレーザ光源装置と、このレーザ光源装置を有する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは、現在色々な種類のものが、さまざまな方面に使われている。例えば半導体レーザについては、光通信、高密度光記録あるいはプリンターなどの光学装置において、広く用いられている。
近年、レーザにおける高出力化の進歩はめざましいものがあり、前述した従来の用途や製品だけではなく、表示装置や露光装置、加工装置など、新たな光学装置への応用も検討されている。
【０００３】
これらのような光学装置を構成する際に、レーザにおいてしばしば問題となるのがスペックルである。
スペックルは、コヒーレント（可干渉）な光であるレーザ光に特有の問題である。レーザ光は時間的・空間的コヒーレンスに優れていることから、時間的及び／または空間的に光の干渉が生じてしまうため、被照射面においても光強度の強弱ムラが生じてしまう。
【０００４】
この強弱ムラは、特に新しいアプリケーションとして、例えばレーザをディスプレイに用いた場合にはちらつき（ノイズ）となって映像を見る妨げとなり、また、例えばレーザを露光装置や加工装置に用いた場合には、露光や加工による処理における処理パターンのズレとなって現れる。
したがって、レーザ光の長所である指向性や波長選択性を極端に損なうことなく、コヒーレンス（可干渉性）を低減した光の生成を図ることが求められている。
【０００５】
これに対し、レーザ光をパルス照射させることによって時間的なコヒーレンスの低減を図る構成（例えば特許文献１参照）や、レーザ光の光路上に非線形光学結晶を配置することによって空間的なコヒーレンスの低減を図る構成（例えば特許文献２参照）などが提案されている。また、光路に拡散板を配置し、これを動かすことによって空間的コヒーレンスの低減を図る手法なども提案されている。
しかしながらこれらの手法は、それぞれレーザ光のコヒーレンス低減に改善がみられるものの、依然として相当量のスペックルが視認され、十分な改善とは言い難い。また、これらのレーザ光源装置によって光学装置を構成した場合には、更なる問題を生じてしまう。
【０００６】
特許文献１に記載の手法による場合には、装置の用途に応じてパルス化つまり変調をかけることが困難となるおそれがある。光学装置として、例えばディスプレイへの応用を図る場合には、所望のレーザ光を発生させるには数十Ａ程度の電流が必要であることから、スペックル低減のためにGHｚオーダーの高速変調をかけることは難しく、変調を可能とするためには回路の負荷や部品の消耗を大とする構成によらざるを得ない。
【０００７】
また、特許文献２に記載の手法による場合には、部品点数の増加や装置構成の大型化が避けられないことに加え、光路長の増大や光路の複雑化に伴う光強度のロスが大きくなってしまう。光学装置として、例えばディスプレイへの応用を図る場合には、光強度のロスによって、輝度の低下や、輝度の不均一化による色斑の発生などが生じてしまうことから、表示品質の低下がきたされてしまう。
【０００８】
また、光路に拡散板を置いて動かす手法による場合には、大掛かりな駆動系が必要となって消費電力が増大するほか、拡散板の光学的特性と機械的強度とのトレードオフによって、充分な駆動時間に対応するための寿命を確保することも困難となる。
【特許文献１】特開2001-102681号公報
【特許文献２】特開平08-334803号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、コヒーレンスの低減が図られたレーザ光源装置と、このレーザ光源装置を有する光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るレーザ光源装置は、レーザと、このレーザに熱的に連結された温調機構とを有する、複数のレーザユニットが設けられ、この複数のレーザユニットを構成する複数の各レーザによって、レーザ光発生部が形成され、前記複数のレーザユニットを構成する複数の各温調機構によって、前記レーザ光発生部の動作温度分布が規定されることを特徴とする。
この構成においては、レーザ光発生部を構成する複数の各レーザの動作温度が規定されることにより、レーザ光発生部における動作温度分布が制御される。
【００１１】
本発明に係る光学装置は、レーザ光源装置を有する光学装置であって、このレーザ光源装置内に、レーザと、このレーザに熱的に連結された温調機構とを有する、複数のレーザユニットが設けられ、この複数のレーザユニットを構成する複数の各レーザによって、レーザ光発生部が形成され、前記複数のレーザユニットを構成する複数の各温調機構によって、前記レーザ光発生部の動作温度分布が規定されることを特徴とする。
この構成においては、光源装置のレーザ光発生部の動作温度分布が制御されることにより、光学装置内で出力される複数のレーザ光の、少なくとも一部の発振波長が互いに異ならされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るレーザ光源装置によれば、レーザと、このレーザに熱的に連結された温調機構とによって構成される、複数のレーザユニットにおいて、複数の各レーザによってレーザ光発生部が形成され、複数のレーザユニットを構成する複数の各温調機構によって、前述のレーザ光発生部の動作温度分布が規定される。
したがって、複数のレーザユニットによる構成によって、光源装置からの出力光について、空間的コヒーレンスの低減が図られるのみならず、複数のレーザユニットから出力される光の発振波長が少なくとも一部互いに異ならされることから、レーザ光の発光波長幅の拡大によって出力光の時間的コヒーレンスの低減も図られる。
【００１３】
本発明に係る光学装置によれば、これを構成するレーザ光源装置内で、レーザと、このレーザに熱的に連結された温調機構とによって構成される、複数のレーザユニットにおいて、複数の各レーザによってレーザ光発生部が形成され、複数のレーザユニットを構成する複数の各温調機構によって、前述のレーザ光発生部の動作温度分布が規定される。
したがって、光源装置からの出力光についてコヒーレンスの低減が図られることにより、光学装置内におけるこの出力光における光学特性の低下、例えばスペックルの発生が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るレーザ光源装置は、レーザ光発生部を複数のレーザ（エミッタ）によって構成することにより、空間的コヒーレンスを低減するとともに、各レーザに適度な温度差を与えてレーザ光発生部に温度分布を形成することにより、発振波長幅を広げて時間的コヒーレンスを低減し、スペクトル幅の最適化に基づいて、光学装置における特性劣化、例えばディスプレイにおけるスペックルの発生などの、抑制を図るものである。
特にスペックルの低減については、レーザ光が本来有する単色性（発光スペクトルの急峻さ）の緩和と、スペクトル幅に適度なブロードさ（広さ）の付与とによって可干渉性の低下が図られた場合に、特に効果的になされるものであり、本発明構成によれば、レーザ光が本来有する長所を極端に損なわれることも回避される。
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
本発明に係るレーザ光源装置の、第１の実施の形態を説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本実施形態に係るレーザ光源装置の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【００１７】
本実施形態に係るレーザ光源装置１は、図１Ａに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ２が、複数個、アレイ状に並置配列され、レーザ光発生部２ａとして薄板状のサブマウント３上に載置固定されている。そして、レーザ発生部２ａは、このサブマウント３を介して、レーザ光発生部の動作温度を制御する温調機構（温度調節機構）４に熱的に連結されている。
【００１８】
本実施形態において、この温調機構４は、例えばヒートシンクを構成する第１の冷却部材５がサブマウント３直下に隣接して設けられ、この第１の冷却部材５の下に、例えばヒートスプレッダを構成する第２の冷却部材６と、ペルチェ素子を構成する第３の冷却部材７と、ヒートスプレッダを構成する第４の冷却部材８と、放熱フィンを構成する第５の冷却部材９とが、この順に、互いに熱的に連結して設けられる。
【００１９】
サブマウント３の材料としては、前述のレーザ２を構成する半導体基板との熱膨張係数のマッチングが充分にとれ、かつ熱伝導率や表面平滑性などの点で優れた材料（例えばＳｉＣなど）を用いることができる。
ヒートシンクを構成する第１の冷却部材５の材料としては、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）など、熱伝導率の高いものをはじめ種々の材料を用いることができる。
ペルチェ素子を構成する第３の冷却部材７の材料としては、ビスマス・テルル合金やビスマス・アンチモン・テルル合金など、Ｐ型及びＮ型の熱電半導体に好適、かつ電気伝導性及び機械的強度を確保することが可能な種々の材料を用いることができる。
ヒートスプレッダを構成する第２及び第４の冷却部材６及び８と、放熱フィンを構成する第５の冷却部材９の材料としては、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）など、熱伝導率の高いものをはじめ種々の材料を用いることができる。
【００２０】
一方、アレイ状のレーザ光発生部２ａは、図１Ｂに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ（発光素子；エミッタ）２が３３個、アレイ状に並置配列されることにより形成され、各レーザ２においては、活性層を中心とする発光部の端面２ｂから、レーザ光が出力される。
これら複数の各レーザ２は、少なくとも一部が、同一の動作温度で互いに同一の発光中心波長となる構造を有している。
前述した温調機構４は、これら複数のレーザ２に対して共通に形成されるが、温調機構４を構成する各冷却部材５〜９の配置構成の選定によって、複数のレーザ２に対する冷却の程度を、各レーザ２ごとに異ならせることができる。
【００２１】
したがって、本実施形態に係るレーザ光源装置１においては、これら複数のレーザ２と、各レーザ２にそれぞれ対応して熱的に連結される温調機構４内の各一部とによって、複数のレーザユニットが構成され、この各レーザユニットにおける動作温度の温度差に基づいて、レーザ発光部２ａにおける動作温度分布が、所定の温度分布幅をもって規定される。
【００２２】
レーザの発光波長は、例えば赤色域レーザについては図２に示すように、動作温度に対する依存性があり、従来は表示装置における輝度や加工装置における精度などの観点から、発光波長λの均一化（発光スペクトルの急峻化）が好ましいとされ、このために、各レーザ２における動作温度の変化による動作温度分布の形成も抑制がなされてきた。
しかし、スペクトルが急峻、つまりスペクトルの半値幅が小さいと、コヒーレンスが高くなってしまい、可干渉性が高くスペックルが顕著になる。レーザ光は、他の発光素子（ＬＥＤ；Light Emitting Diode  など）に比してスペクトル半値幅は非常に小さい。図２の直線の傾きはレーザの構造や材料によって異なるものの、例えば、６４０ｎｍの赤の半導体アレイレーザの半値幅は、通常、０．５〜０．８ｎｍ程度と考えられている。
【００２３】
したがって、動作温度分布の形成を抑制レーザ光発生部２ａに対する冷却が、レーザ光発生部２ａの複数のレーザユニットのレーザ２に温調機構４の所定の一部をそれぞれ対応させることなく、全体に対して一様になされる構成では、発光波長λがほぼ一定となって幅広い分布を得ることができないため、コヒーレンスが増大してしまう。
これに対して本発明構成による場合には、複数のレーザ２にそれぞれ対応して熱的に連結される温調機構４内の各一部によって、各レーザユニットにおける動作温度の温度差が規定されることから、例えばアレイの中央部が最も高温となるようなレーザ光発生部２ａの動作温度分布によって、複数のレーザ２のそれぞれの発振波長が制御され、レーザ光を束ねて総和を取ったときのスペクトル半値幅を大きくすることができ、可干渉性の低減とともにスペックルの抑制を図ることが可能となる。
【００２４】
具体的には、図３に各レーザ２の発光波長の測定結果を示すように、３３個のレーザ２によるレーザ光発生部２ａにおいて、中央部が最長となる、対称でなだらかな発光波長分布を得ることが可能となる。図３において、折れ線は実測値、半円状の曲線はそのカーブフィッティングであり、多少のばらつきはあるものの、本実施形態では、放物線状曲線の分布形成がみられる。
この図３の結果から、両端のエミッタの方が、より幅広に形成された温調機構４によって集中的に冷却されるために、中央のエミッタの温度がより高くなることによって、放物線状に高低差約２ｎｍの波長分布が形成されることが確認できた。
なお、本実施形態に係る装置構成において、更に例えば各レーザ２をパルス駆動させることなどによって、レーザ光発生部２ａの温度を全体的に低下させることができるが、一般に、温度の低下量が大きくなるほど温度の分布幅は小さくなる傾向にあるため、目的とする発光波長帯や分布幅を考慮して構成を選定することが好ましい。
【００２５】
また、本実施形態に係るレーザ光源装置によって表示装置や露光装置などの光学装置が構成される場合、複数のレーザ２の端面２ｂから出力されるレーザ光は、目的に応じ、レンズなどをはじめとする集束手段等によって光路規定（集光等）をなされるが、前述したような発光波長分布を有することにより、複数のレーザユニットからのレーザ光の集束等によって形成される出力光は、集束前の各レーザ光に比べて空間的コヒーレンスが低減されたものとなる。
【００２６】
すなわち、本実施形態に係るレーザ光源装置によれば、選択的な動作温度分布の形成によって集束光のスペクトル幅がブロード化され、半値幅の拡大によって、コヒーレンス及び可干渉性の低減が図られるとともに、本発明に係る光学装置によれば、例えば表示装置や露光装置の内部で出力されるレーザ光の光学特性の改善が図られ、例えばスペックルの抑制が可能とされる。したがって、ちらつきやノイズの少ないレーザ光の供給が可能となる。
【００２７】
更に、本実施形態に係る装置構成による場合は、レーザからの発振光そのものの波長を制御する構成であることにより、例えば非線形光学結晶のような、波長変換のための部材を別途設ける必要もないため、部品点数及びコストの低減も図られるほか、レーザ２の製造過程において生じた個体やロットごとの誤差に対応して温調機構４を構成することにより、歩留まりの向上も可能となる。
【００２８】
また、特に本実施形態においては、レーザ光発生部２ａにおける各レーザ２の並置配列方向の幅に比して、温調機構４を構成する各冷却部材の幅を大とすることにより、３３個すべてのエミッタを発光させる場合にも、動作温度分布の形成がより確実に、各レーザ２間における大きな温度差をもって可能とされる。
【００２９】
なお、図示しないが、パルス駆動によって各レーザ２における発熱の抑制を図るのみの構成による場合には、温度は全体的に下がるものの、３３個のレーザ２の発光波長はほぼ均一（フラット）になり、発光波長の分布幅は拡大しないことが確認できた。
また、本実施形態におけるような温調機構４を設けることなく、ヒートシンクに熱電対を埋め込んでレーザ光発生部２ａ全体の平均温度を検出するのみの構成についても検討したが、レーザ光発生部２ａの温度を一様に低減するのみでは、やはり発光波長の分布幅の拡大を図ることが困難であることが確認できた。
すなわち、本発明構成によれば、各レーザ２とこれに対応する温調機構４の所定の一部とを有する各レーザユニットについて、他のレーザユニットの少なくとも一部とは異なる動作温度を得ることができ、更に必要に応じて、各レーザユニットまたはレーザ２における温度分布を細かく検出・制御する構成も可能となるものである。
【００３０】
ここで、レーザ光発生部２ａにおける動作温度分布と、集束光における半値幅との関係について検討した結果を説明する。
本発明に係る光源装置においては、レーザ光発生部２ａを構成する複数のレーザユニットの各レーザ２において、少なくとも一部の動作温度が互いに異なる構成とされることによって、レーザ光発生部２ａにおける動作温度分布が形成され、この動作温度分布における動作温度の高低（温度差）によって、少なくとも一部のレーザ２の発光波長が長波長側（および短波長側）へシフトされ、レーザ光発生部２ａにおける発光波長の分布が規定されるものである。
レーザにおける、動作温度による発光波長の変化率は、一般に０．２〜０．３ｎｍ／℃程度である。一方、レーザ光の半値幅が５ｎｍ以上になるとスペックルが充分に抑制され、例えばレーザアシストディスプレイ型の表示装置を構成した場合にも、ディスプレイからの情報伝達が視覚的に阻害されることがなくなるとされている。
【００３１】
すなわち、複数のレーザユニットを構成する各レーザ２の動作温度の制御によってレーザ光発生部２ａに適度な動作温度分布が形成される構成によって、この光源装置１の各レーザ２からの出力光に基づく集束光に５ｎｍ以上の半値幅を形成するには、約１８℃〜２５℃、より確実には約１５℃〜３０℃の温度差を有する動作温度分布が必要となる。
一方、レーザ光発生部２ａにおける動作温度分布の温度差が約３０℃よりも大きくなる場合には、レーザの諸特性が充分に維持されず、極端に損なわれるおそれも生じる。
したがって、本発明構成における動作温度分布は、１５℃以上３０℃以下の値で規定される温度差を有して形成されることが好ましい。
【００３２】
＜第２の実施の形態＞
本発明に係るレーザ光源装置の、第２の実施の形態を説明する。この第２実施形態で説明を省略する部分は、前述の第１実施形態と同様であることとする。
【００３３】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、本実施形態に係るレーザ光源装置の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【００３４】
本実施形態に係るレーザ光源装置１１は、図４Ａに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ１２が、複数個、アレイ状に並置配列され、レーザ光発生部１２ａとして薄板状のサブマウント１３上に載置固定されている。そして、レーザ発光部２ａは、このサブマウント１３を介して、レーザ光発生部１２ａの動作温度を制御する温調機構１４に熱的に連結されている。
【００３５】
本実施形態において、この温調機構１４は、例えばヒートシンクを構成する第１の冷却部材１５がサブマウント１３直下に隣接して設けられ、この第１の冷却部材１５の下に、例えばヒートスプレッダを構成する第２の冷却部材１６と、ペルチェ素子を構成する第３の冷却部材１７と、ヒートスプレッダを構成する第４の冷却部材１８と、放熱フィンを構成する第５の冷却部材１９とが、この順に、互いに熱的に連結して設けられる。
【００３６】
本実施形態においては、更に第２の冷却部材１６の両脇に、例えばペルチェ素子を構成する第６の冷却部材２０が、熱的に連結して設けられる。
ペルチェ素子を構成する第６の冷却部材２０の材料としては、ビスマス・テルル合金やビスマス・アンチモン・テルル合金など、Ｐ型及びＮ型の熱電半導体に好適、かつ電気伝導性及び機械的強度を確保することが可能な種々の材料を用いることができる。
【００３７】
一方、アレイ状のレーザ光発生部１２ａは、図４Ｂに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ（発光素子；エミッタ）１２が３３個、アレイ状に並置配列されることにより形成され、各レーザ１２において、活性層を中心とする発光部の端面１２ｂから、レーザ光が出力される。
これら複数の各レーザ１２は、少なくとも一部が、同一の動作温度で互いに同一の発光中心波長となる構造を有している。
前述した温調機構１４は、これら複数のレーザ１２に対して共通に形成されるが、温調機構１４を構成する各冷却部材１５〜１９の配置構成の選定によって、複数のレーザ１２に対する冷却の程度を、各レーザ１２ごとに異ならせることができる。
【００３８】
本実施形態に係るレーザ光源装置１１においても、これら複数のレーザ１２と、各レーザ１２にそれぞれ対応して熱的に連結される温調機構１４内の各一部とによって、複数のレーザユニットが構成され、この各レーザユニットにおける動作温度の温度差に基づいて、レーザ発光部１２ａにおける動作温度分布が、所定の温度分布幅をもって規定される。
【００３９】
また、本実施形態に係るレーザ光源装置によって表示装置や露光装置などの光学装置が構成される場合、複数のレーザ１２の端面１２ｂから出力されるレーザ光は、目的に応じ、レンズなどをはじめとする集束手段等によって光路規定（集光等）をなされるが、前述したような発光波長分布を有することにより、複数のレーザユニットからのレーザ光の集束等によって形成される出力光は、集束前の各レーザ光に比べて空間的コヒーレンスが低減されたものとなる。
【００４０】
すなわち、本実施形態に係るレーザ光源装置によれば、選択的な動作温度分布の形成によって集束光のスペクトル幅がブロード化され、半値幅の拡大によって、コヒーレンス及び可干渉性の低減が図られるとともに、本発明に係る光学装置によれば、例えば表示装置や露光装置の内部で出力されるレーザ光の光学特性の改善が図られ、例えばスペックルの抑制が可能とされる。したがって、ちらつきやノイズの少ないレーザ光の供給が可能となる。
更に、本実施形態に係る装置構成による場合は、レーザからの発振光そのものの波長を制御する構成であることにより、例えば非線形光学結晶のような、波長変換のための部材を別途設ける必要もないため、部品点数及びコストの低減も図られるほか、レーザ１２の製造過程において生じた個体やロットごとの誤差に対応して温調機構１４を構成することにより、歩留まりの向上も可能となる。
【００４１】
また、本実施形態においても、レーザ光発生部１２ａにおける各レーザ１２の並置配列方向の幅に比して、温調機構１４を構成する各冷却部材の幅を大とすることにより、３３個すべてのエミッタを発光させる場合にも、動作温度分布の形成がより確実に、各レーザ１２間における大きな温度差をもって可能とされる。
【００４２】
また、特に本実施形態に係るレーザ光源装置１１においては、温調機構１４の両脇部に第６の冷却部材２０が設けられることから、レーザ光発生部１２ａを構成する複数のレーザユニットの各レーザ１２のうち、アレイの両端部の温度がより低められることによって、アレイの中央部と両端部の温度差がより大とされる。
したがって、本実施形態に係るレーザ光源装置１１によれば、レーザ光発生部１２ａからの複数の出力光に基づく集束光についてコヒーレンスの低減がより確実に図られた光学装置を構成することが可能となる。
【００４３】
＜第３の実施の形態＞
本発明に係るレーザ光源装置の、第３の実施の形態を説明する。この第３実施形態で説明を省略する部分は、前述の第１実施形態と同様であることとする。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、本実施形態に係るレーザ光源装置の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【００４５】
本実施形態に係るレーザ光源装置２１は、図５Ａに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ２２が、複数個、アレイ状に並置配列され、レーザ光発生部２２ａとして薄板状のサブマウント２３上に載置固定されている。そして、レーザ発生部２２ａは、このサブマウント２３を介して、レーザ光発生部２２ａの動作温度を制御する温調機構２４に熱的に連結されている。
本実施形態において、この温調機構２４は、例えばヒートシンクを構成する第１の冷却部材２５がサブマウント２３直下に隣接して設けられ、この第１の冷却部材２５の下に、例えばヒートスプレッダを構成する第２の冷却部材２６と、ペルチェ素子を構成する第３の冷却部材２７と、ヒートスプレッダを構成する第４の冷却部材２８と、放熱フィンを構成する第５の冷却部材２９とが、この順に、互いに熱的に連結して設けられる。
本実施形態においては、更に第３の冷却部材２７中に空洞３０が設けられ、雰囲気中への熱拡散による放熱が図られている。
【００４６】
アレイ状のレーザ光発生部２２ａは、図５Ｂに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ（発光素子；エミッタ）２２が３３個、アレイ状に並置配列されることにより形成され、各レーザ２２において、活性層を中心とする発光部の端面２２ｂから、レーザ光が出力される。
これら複数の各レーザ２２は、少なくとも一部が、同一の動作温度で互いに同一の発光中心波長となる構造を有している。
前述した温調機構２４は、これら複数のレーザ２２に対して共通に形成されるが、温調機構２４を構成する各冷却部材２５〜２９の配置構成の選定によって、複数のレーザ２２に対する冷却の程度を、各レーザ２２ごとに異ならせることができる。
【００４７】
本実施形態に係るレーザ光源装置２１においても、これら複数のレーザ２２と、各レーザ２２にそれぞれ対応して熱的に連結される温調機構２４内の各一部とによって、複数のレーザユニットが構成され、この各レーザユニットにおける動作温度の温度差に基づいて、レーザ発光部２２ａにおける動作温度分布が、所定の温度分布幅をもって規定される。
【００４８】
また、本実施形態に係るレーザ光源装置によって表示装置や露光装置などの光学装置が構成される場合、複数のレーザ２２の端面２２ｂから出力されるレーザ光は、目的に応じ、レンズなどをはじめとする集束手段等によって光路規定（集光等）をなされるが、前述したような発光波長分布を有することにより、複数のレーザユニットからのレーザ光の集束等によって形成される出力光は、集束前の各レーザ光に比べて空間的コヒーレンスが低減されたものとなる。
【００４９】
すなわち、本実施形態に係るレーザ光源装置によれば、選択的な動作温度分布の形成によって集束光のスペクトル幅がブロード化され、半値幅の拡大によって、コヒーレンス及び可干渉性の低減が図られるとともに、本発明に係る光学装置によれば、例えば表示装置や露光装置の内部で出力されるレーザ光の光学特性の改善が図られ、例えばスペックルの抑制が可能とされる。したがって、ちらつきやノイズの少ないレーザ光の供給が可能となる。
【００５０】
更に、本実施形態に係る装置構成による場合は、レーザからの発振光そのものの波長を制御する構成であることにより、例えば非線形光学結晶のような、波長変換のための部材を別途設ける必要もないため、部品点数及びコストの低減も図られるほか、レーザ２２の製造過程において生じた個体やロットごとの誤差に対応して温調機構２４を構成することにより、歩留まりの向上も可能となる。
【００５１】
また、本実施形態においても、レーザ光発生部２２ａにおける各レーザ２２の並置配列方向の幅に比して、温調機構２４を構成する各冷却部材の幅を大とすることにより、３３個すべてのエミッタを発光させる場合にも、動作温度分布の形成がより確実に、各レーザ２２間における大きな温度差をもって可能とされる。
【００５２】
また、特に本実施形態に係るレーザ光源装置２１においては、温調機構２４の内部、例えば第３の冷却部材２７内に空洞３０が設けられることから、複数に分割して設けられた冷却部材２７間の空洞３０において、雰囲気中への熱拡散によって放熱が促進されるとともに、この空洞３０の配置形状による各レーザ２２間の設定温度差の規定が可能となり、この設定温度差によって、より詳細にレーザ光発生部２２ａにおける温度分布を制御することが可能とされる。
したがって、本実施形態に係るレーザ光源装置２１によれば、レーザ光発生部１２ａからの複数の出力光に基づく集束光について、コヒーレンスや発光中心波長などについての微調整が可能となる。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
本発明に係るレーザ光源装置の、第４の実施の形態を説明する。この第４実施形態で説明を省略する部分は、前述の第１実施形態と同様であることとする。
【００５４】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、本実施形態に係るレーザ光源装置の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【００５５】
本実施形態に係るレーザ光源装置３１は、図６Ａに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ３２が、複数個、アレイ状に並置配列され、レーザ光発生部３２ａとして薄板状のサブマウント３３上に載置固定されている。そして、レーザ光発生部３２ａは、このサブマウント３３を介して、レーザ光発生部３２ａの動作温度を制御する温調機構３４に熱的に連結されている。
本実施形態において、この温調機構３４は、例えばヒートシンクを構成する第１の冷却部材３５がサブマウント３３直下に隣接して設けられ、この第１の冷却部材３５の下に、例えばヒートスプレッダを構成する第２の冷却部材３６が設けられる。
【００５６】
更に、本実施形態においては、第２の冷却部材３６の両脇部にのみ、ペルチェ素子を構成する第３の冷却部材３７が連結され、この第３の冷却部材３７に対し、更に外側から放熱フィンを構成する第４の冷却部材３９が連結される。
【００５７】
アレイ状のレーザ光発生部３２ａは、図６Ｂに示すように、例えば半導体レーザによるレーザ（発光素子；エミッタ）３２が３３個、アレイ状に並置配列されることにより形成され、各レーザ３２において、活性層を中心とする発光部の端面３２ｂから、レーザ光が出力される。
これら複数の各レーザ３２は、少なくとも一部が、同一の動作温度で互いに同一の発光中心波長となる構造を有している。
前述した温調機構３４は、これら複数のレーザ３２に対して共通に形成されるが、温調機構３４を構成する各冷却部材３５〜３７及び３９の配置構成の選定によって、複数のレーザ３２に対する冷却の程度を、各レーザ３２ごとに異ならせることができる。
【００５８】
したがって、本実施形態に係るレーザ光源装置３１においても、これら複数のレーザ３２と、各レーザ３２にそれぞれ対応して熱的に連結される温調機構３４内の各一部とによって、複数のレーザユニットが構成され、この各レーザユニットにおける動作温度の温度差に基づいて、レーザ発光部３２ａにおける動作温度分布が、所定の温度分布幅をもって規定される。
【００５９】
また、本実施形態に係るレーザ光源装置によって表示装置や露光装置などの光学装置が構成される場合、複数のレーザ３２の端面３２ｂから出力されるレーザ光は、目的に応じ、レンズなどをはじめとする集束手段等によって光路規定（集光等）をなされるが、前述したような発光波長分布を有することにより、複数のレーザユニットからのレーザ光の集束等によって形成される出力光は、集束前の各レーザ光に比べて空間的コヒーレンスが低減されたものとなる。
【００６０】
すなわち、本実施形態に係るレーザ光源装置によれば、選択的な動作温度分布の形成によって集束光のスペクトル幅がブロード化され、半値幅の拡大によって、コヒーレンス及び可干渉性の低減が図られるとともに、本発明に係る光学装置によれば、例えば表示装置や露光装置の内部で出力されるレーザ光の光学特性の改善が図られ、例えばスペックルの抑制が可能とされる。したがって、ちらつきやノイズの少ないレーザ光の供給が可能となる。
【００６１】
更に、本実施形態に係る装置構成による場合は、レーザからの発振光そのものの波長を制御する構成であることにより、例えば非線形光学結晶のような、波長変換のための部材を別途設ける必要もないため、部品点数及びコストの低減も図られるほか、レーザ３２の製造過程において生じた個体やロットごとの誤差に対応して温調機構３４を構成することにより、歩留まりの向上も可能となる。
【００６２】
また、本実施形態においても、レーザ光発生部３２ａにおける各レーザ２の並置配列方向の幅に比して、温調機構３４を構成する各冷却部材の幅を大とすることにより、３３個すべてのエミッタを発光させる場合にも、動作温度分布の形成がより確実に、各レーザ２間における大きな温度差をもって可能とされる。
【００６３】
また、特に本実施形態に係るレーザ光源装置３１においては、レーザ光発生部３２ａのアレイ並置配列方向に沿って、第１の冷却部材３５から両脇部にのみ他の冷却部材が設けられ、レーザ光発生部３２ａにおいて、中央から両端部へ向ってより大きな温度勾配を発生させることが可能となる。
したがって、本実施形態に係るレーザ光源装置３１によれば、レーザ光発生部３２ａからの複数の出力光に基づく集束光について、よりコヒーレンスの低減を、より大きく図ることが可能となる。
【００６４】
以上、本発明に係るレーザ光源装置及び光学装置の実施の形態を説明したが、以上の実施の形態の説明で挙げた使用材料などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。
【００６５】
例えば、本発明に係るレーザ光源装置を構成するレーザは半導体レーザに限られず、また、半導体レーザによる場合も含めてパルスレーザ構成とすることも可能である。
【００６６】
また、例えば、前述の第３の実施形態における空洞内に、熱拡散に好適な流体を導入する構成やとすることも可能であるし、複数のレーザによるレーザ光発生部の形状も、アレイ状に限られないなど、本発明は、種々の変更及び変形をなされうる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係るレーザ光源装置の一例の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【図２】レーザユニットにおける、温度と発光波長との関係の一例を示す模式図である。
【図３】レーザ光源装置の一例における、動作温度分布による発光波長分布の一例を示す模式図である。
【図４】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係るレーザ光源装置の他の例の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【図５】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係るレーザ光源装置の他の例の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【図６】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係るレーザ光源装置の他の例の構成を示す概略斜視図、及びこのレーザ光源装置を構成するレーザユニット群の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，１１，２１，３１・・・レーザ光源装置、２，１２，２２，３２・・・レーザ、２ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａ・・・レーザ光発生部、２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ・・・発光端面、３，１３，２３，３３・・・サブマウント、４，１４，２４，３４・・・温調機構、５，１５，２５，３５・・・第１の冷却部材、６，１６，２６，３６・・・第２の冷却部材、７，１７，２７，３７・・・第３の冷却部材、８，１８，２８・・・第４の冷却部材、９，１９，２９・・・第５の冷却部材、２０・・・第６の冷却部材、３０・・・空洞、３９・・・第４の冷却部材
【図１】
2007088266.tif 000003
【図２】
2007088266.tif 000004
【図３】
2007088266.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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