(57)【要約】【課題】小型化及び低コスト化を図ることが可能であるとともに、レーザ光の強度を安定化することが可能なレーザ光源装置、プロジェクタ及びモニタ装置を提供すること。【解決手段】レーザ光源１２と、該レーザ光源１２から射出されたレーザ光の光路を曲げる光路変化部１３と、入射した基本波長のレーザ光を所定の変換波長のレーザ光に変換する波長変換素子１４と、波長変換素子１４において所定の変換波長に変換されなかったレーザ光を波長変換素子１４に向かって反射させる共振素子１５とを備え、光路変化部１３が、基本波長のレーザ光を反射させ、所定の変換波長のレーザ光を透過させる波長分離膜２１と、該波長分離膜２１において反射されたレーザ光が入射し、入射したレーザ光のうち所定の振動方向の偏光光の透過率が所定の振動方向と異なる他の振動方向の偏光光の透過率に比べて高い偏光分離膜２２とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波長のレーザ光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源から射出されたレーザ光の光路を曲げる光路変化部と、
該光路変化部から射出されたレーザ光の光路上に配置され、入射した基本波長のレーザ光を所定の変換波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、
該波長変換素子から射出された光が入射し、前記波長変換素子において前記所定の変換波長に変換されなかったレーザ光を前記波長変換素子に向かって反射させる共振素子とを備え、
前記光路変化部が、前記基本波長のレーザ光を反射させ、前記所定の変換波長のレーザ光を透過させる波長分離膜と、該波長分離膜において反射されたレーザ光が入射し、入射したレーザ光のうち所定の振動方向の偏光光の透過率が前記所定の振動方向と異なる他の振動方向の偏光光の透過率に比べて高い偏光分離膜とを有することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記光路変化部は基材を有し、該基材の前記レーザ光源側の一方の面に前記偏光分離膜が形成され、前記一方の面と反対の他方の面に前記波長分離膜が形成されてい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】
前記共振素子が、前記所定の変換波長に変換されたレーザ光を透過させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記偏光分離膜及び前記波長分離膜は、前記レーザ光源から射出され前記偏光分離膜を透過したレーザ光が、前記波長分離膜に入射し、前記波長分離膜において反射されたレーザ光が再び前記偏光分離膜に入射するように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記偏光分離膜において反射されたレーザ光の光路上に配置され前記他の振動方向の偏光光を遮光する遮光部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記レーザ光源が複数の発光部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
該レーザ光源装置からの光を利用して、表示面に所望の大きさの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する画像表示装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか１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により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、画像表示装置及びモニタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プロジェクタ等の光学装置用の照明光源として高圧水銀ランプが多用されてきたが、色再現性に制約がある、瞬時点灯が難しい、寿命が短い等の課題がある。そこで、この分野において、レーザ光源装置の開発が進められている。特に外部共振器構造を持つレーザ光源装置は、外部共振ミラーの使用により特定の波長の光が強められ、高出力が得られるものである。また、例えば赤外レーザ光などの基本波長の光を発振させた後、第２高調波発生素子（Second Harmonic Generator,以下、ＳＨＧと略記する）等の波長変換素子を用いて、赤外レーザ光を１／２の波長の可視光に変換する技術が用いられる（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載のレーザ装置は、励起用半導体レーザと、半導体レーザにより励起される固体レーザ媒質である発光部と、波長変換素子と、出力ミラーとを備えている。発光部から射出されたレーザ光は、波長変換素子により波長が変換され、出力ミラーで反射される。すなわち、レーザ光が、発光部の励起側ミラーと出力ミラーとの間で何度も往復を繰り返すことにより発振する。
また、波長が変換されたレーザ光の強度を安定化するために、発振スペクトルを単一モードにする必要がある。この場合、発光部から射出されたレーザ光の偏光を制御するブリュースター板等の偏光制御素子を共振器内に配置することにより実現が可能である。
【０００４】
また、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２に記載の高変換効率波長変換装置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。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。
この構成の場合も、レーザ光の発振スペクトルを単一モードにするには、ブリュースター板等の偏光制御素子を共振器内に配置することにより実現が可能である。
【特許文献１】特開平７−９９３６０号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
ところで、所定の波長に変換されたレーザ光の強度を安定化するために、発振スペクトルを単一モードにする必要がある。この場合、発光部から射出されたレーザ光の偏光を制御するブリュースター板等の偏光制御素子を用いる。そこで、上記特許文献１及び特許文献２に記載のレーザ光源装置の場合、光源と波長変換素子との間の光路上にブリュースター板を配置することにより、レーザ光を単一モードにすることが可能となる。しかしながら、ブリュースター板を用いる構成では、部品点数が増えるためコストが高くなる、装置が大型化する等の問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型化及び低コスト化を図ることが可能であるとともに、レーザ光の強度を安定化することが可能なレーザ光源装置、プロジェクタ及びモニタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のレーザ光源装置は、基本波長のレーザ光を射出するレーザ光源と、該レーザ光源から射出されたレーザ光の光路を曲げる光路変化部と、該光路変化部から射出されたレーザ光の光路上に配置され、入射した基本波長のレーザ光を所定の変換波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、該波長変換素子から射出された光が入射し、前記波長変換素子において前記所定の変換波長に変換されなかったレーザ光を前記波長変換素子に向かって反射させる共振素子とを備え、前記光路変化部が、前記基本波長のレーザ光を反射させ、前記所定の変換波長のレーザ光を透過させる波長分離膜と、該波長分離膜において反射されたレーザ光が入射し、入射したレーザ光のうち所定の振動方向の偏光光の透過率が前記所定の振動方向と異なる他の振動方向の偏光光の透過率に比べて高い偏光分離膜とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るレーザ光源装置では、レーザ光源から射出された基本波長のレーザ光は、光路変化部の波長分離膜において反射される。波長分離膜において反射されたレーザ光は、偏光分離膜に入射し所定の振動方向の偏光光、例えば、Ｐ偏光光が波長変換素子に向かって透過される。そして、波長変換素子を通過し、所定の変換波長に変換されなかったレーザ光は共振素子において波長変換素子に向かって反射される。
本発明では、波長変換素子が、光路変化部において光路が曲げられたレーザ光の光路上に配置されている。この構成では、レーザ光源、波長変換素子、共振素子を１つの基台上に配置することができるため、小型化を図ることができ、かつ、装置全体の組み立てが容易となる。
【０００９】
また、例えば、Ｐ偏光光を透過、Ｓ偏光光を反射させる偏光分離膜を形成するのは容易であるが、Ｐ偏光光を反射させ、Ｓ偏光光を透過させる偏光分離膜を形成するのは困難であるというように、偏光分離膜は偏光依存性を有している。このため、レーザ光源から射出されたレーザ光の光路を曲げて波長変換素子に入射させる構造では、レーザ光源からＳ偏光のレーザ光を射出させ、例えば、ブリュースターウインドウ等の光学部材を用いてＰ偏光のレーザ光に揃えて、Ｐ偏光のレーザ光を波長変換素子に入射させる。
本発明では、波長分離膜において反射されたレーザ光を偏光分離膜に入射させているため、所定の振動方向の偏光光の透過率が他の振動方向の偏光光の透過率に比べて高い偏光分離膜により、所定の振動方向の偏光光を共振させ、他の振動方向の偏光光を減衰させることが可能となる。
したがって、光学部材を用いなくても、偏光分離膜により波長変換素子にＰ偏光のレーザ光を入射させることができるため、レーザ光の強度を安定化することが可能である。また、光路変化部を用いてレーザ光源から射出されたレーザ光の光路を曲げる構成では、構成要件として光路変化部は必須であり、この光路変化部に波長分離膜及び偏光分離膜を形成することにより、装置全体の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。さらに、光学部材と空気との界面を少なくすることができるため、レーザ光の損失を抑えることができるので、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明のレーザ光源装置は、前記光路変化部は基材を有し、該基材の前記レーザ光源側の一方の面に前記偏光分離膜が形成され、前記一方の面と反対の他方の面に前記波長分離膜が形成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係るレーザ光源装置では、基材のレーザ光源側の一方の面に偏光分離膜を形成し、他方の面に波長分離膜を形成することによって、波長分離膜で反射されたレーザ光を確実に偏光分離膜に入射させることが可能となる。
さらに、偏光分離膜と波長分離膜とが基材の別々の面に形成されているため、機能が異なる２つの偏光分離膜と波長分離膜とを干渉させることなく、基材に形成することが可能となる。
【００１２】
また、本発明のレーザ光源装置は、前記共振素子が、前記所定の変換波長に変換されたレーザ光を透過させることが好ましい。
【００１３】
本発明に係るレーザ光源装置では、共振素子が、所定の変換波長に変換されたレーザ光を透過させるため、所定の変換波長に変換されたレーザ光を波長分離膜から取り出せる分に加えて、レーザ光源と共振素子との共振構造内から外部へ効率良く取り出すことが可能となる。したがって、レーザ光源から射出された光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、本発明のレーザ光源装置は、前記偏光分離膜及び前記波長分離膜は、前記レーザ光源から射出され前記偏光分離膜を透過したレーザ光が、前記波長分離膜に入射し、前記波長分離膜において反射されたレーザ光が再び前記偏光分離膜に入射するように設けられていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るレーザ光源装置では、レーザ光源から射出されたレーザ光は、偏光分離膜を透過し、波長分離膜に入射する。そして、波長分離膜において反射したレーザ光は再び偏光分離膜に入射する。したがって、レーザ光源から射出されたレーザ光は、レーザ光源から共振素子に向かう光路で、偏光分離膜を２回通過し、共振素子からレーザ光源に向かう光路で、偏光分離膜を２回通過し、往復で４回通過するため、所定の振動方向の偏光光で発振させ易くなる。したがって、波長変換素子における変換効率を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明のレーザ光源装置は、前記偏光分離膜において反射されたレーザ光の光路上に配置され前記他の振動方向の偏光光を遮光する遮光部を備えることが好ましい。
【００１７】
本発明に係るレーザ光源装置では、遮光部材により、偏光分離膜において反射された他の振動方向の偏光光を遮光する。これにより、他の振動方向の偏光光が装置内に迷光となってノイズ等の悪影響をもたらすのを抑えることができるとともに、他の振動方向の偏光光が波長変換素子に入射するのを防止することが可能となる。したがって、より確実に所定の振動方向の偏光光のみを波長変換素子に入射させることができるため、波長変換素子における光の変換効率を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明のレーザ光源装置は、前記レーザ光源が複数の発光部を有することが好ましい。
【００１９】
本発明に係るレーザ光源装置では、複数の発光部から射出されたレーザ光のうち所定の振動方向の偏光光を波長変換素子に入射させることが可能となる。したがって、高出力なレーザ光を射出させることが可能なレーザ光源装置を提供することができる。
【００２０】
本発明の画像表示装置は、上記のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置からの光を利用して、表示面に所望の大きさの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する。
【００２１】
本発明に係る画像表示装置では、レーザ光源装置より射出されたレーザ光は画像形成装置に入射される。そして、画像形成装置により形成された画像が表示面に表示される。このとき、レーザ光源装置から光利用効率が向上されたレーザ光が射出されるため、明るく鮮明な画像を表示することが可能となる。
【００２２】
本発明のモニタ装置は、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により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。
【００２３】
本発明に係るモニタ装置では、レーザ光源装置より射出されたレーザ光は被写体を照射し、撮像手段により被写体を撮像する。このとき、上述したように、レーザ光源から光利用効率が向上されたレーザ光が射出されるため、明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係るレーザ光源装置、画像表示装置及びモニタ装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２５】
［第１実施形態］
図１は、レーザ光源装置の全体を示す側面図であり、図２は、レーザ光源装置の上面図であり、図３は、光路変化部の拡大図である。
レーザ光源装置１は、図１に示すように、基台１１と、基台１１上に配置されたレーザ光源１２と、折り返しミラー（光路変化部）１３と、波長変換素子１４と、外部共振ミラー（共振素子）１５と、光路変換プリズム１６とを備えており、レーザ光源１２と外部共振ミラー１５とで共振器を形成している。すなわち、レーザ光源１２から射出されたレーザ光は、レーザ光源１２と外部共振ミラー１５との間を往復し、レーザ発振する。
ここで、レーザ光源１２から射出されるレーザ光の射出方向をＺ軸とし、後述するエミッタ（発光部）１８の配列方向をＸ軸とし、射出方向及び配列方向に直交する軸をＹ軸とする。
【００２６】
レーザ光源１２は、図１に示すように、基台１１上に射出端面１２ａが図１における上方を向くように配置されている。すなわち、レーザ光源１２から射出されたレーザ光はＺ軸方向に向けて射出される。
レーザ光源１２は、図２に示すように、射出端面１２ａから、例えば、１０６６ｎｍの波長の赤外レーザ光（基本波長の光）を射出する面発光型レーザダイオードであり、一方向に配列され平面視が略円形のエミッタ（発光部）１８が複数形成されている。
また、エミッタ１８は、図２の拡大図（破線の円で囲んだ部分）に示すように、ＧａＡｓ基板１８ａ上にＤＢＲ層１８ｂ、活性層（ＩｎＧａＡｓ）１８ｃが順に積層された構成になっている。
【００２７】
波長変換素子１４は、図１に示すように、基台１１上に配置された温度調節基板２０上に載置されており、折り返しミラー１３と外部共振ミラー１５との間の光路上に配置されている。
温度調節基板２０は、波長変換素子１４の温度を調整するためのものである。特に、波長変換素子１４は、温度の変化に伴い内部の屈折率が変化するため、温度調節基板２０により、波長変換素子１４を適温に調整することで、レーザ光源１２から射出されたレーザ光を所定の波長の高調波レーザ光に変換することが可能となる。
【００２８】
また、波長変換素子１４は、複数のエミッタ１８から射出され折り返しミラー１３において反射されたレーザ光が入射端面１４ａからすべて入射するように配置されている。
また、波長変換素子１４は、非線形光学素子であるＰＰＬＮ（Periodically  Poled  Lithium  Niobate）が用いられ、入射光の少なくとも一部の光をほぼ半分の波長に変換し、２次高調波を発生させるＳＨＧとして機能する。すなわち、図１に示すように、レーザ光源１２から射出された一部のレーザ光は、波長変換素子１４を通過することによって、ほぼ半分の波長（５３３ｎｍ）の緑色のレーザ光（所定の変換波長の光）に変換される。
また、波長変換素子１４は、分極方向に略平行な方向の偏光成分を変換する性能を有する。すなわち、波長変換素子１４の分極方向は厚み方向（Ｚ軸方向）であるため、波長変換素子１４は、Ｐ偏光光に対してのみ波長変換を行う。このため、Ｐ偏光光を波長変換素子１４に入射させる必要が生じ、レーザ光源装置１をＰ偏光のレーザ光で発振させる必要が生じる。
【００２９】
折り返しミラー１３は、図１に示すように、レーザ光源１２から射出されたレーザ光の光路を折り曲げる機能と、レーザ光を分離する機能を有するものであり、基材１９を有し、表面（一方の面）１９ｂに偏光分離膜２２が形成され、裏面（他方の面）１９ａに波長分離膜２１が形成されている。また、折り返しミラー１３は、レーザ光源１２から射出されたレーザ光が波長分離膜２１に４５°の角度で入射するように、光源１２から射出されたレーザ光の光路に対して傾斜して配置されている。これにより、レーザ光源１２から射出されたレーザ光は、波長分離膜２１において９０°曲げられて偏光分離膜２２に向かって射出される。
【００３０】
波長分離膜２１は、基本波長のレーザ光を反射させ、所定の変換波長のレーザ光を透過させるものである。具体的には、波長分離膜２１は、レーザ光源１２から射出された赤外レーザ光を偏光分離膜２２に向かって反射させ、波長変換素子１４から射出された赤外レーザ光をレーザ光源１２に向かって反射させる。さらに、波長分離膜２１は波長変換素子１４から射出された緑色のレーザ光を透過させる。
【００３１】
偏光分離膜２２は、Ｐ偏光光（所定の振動方向の偏光光）を透過させ、Ｐ偏光光と直交する方向に振動するＳ偏光光（他の振動方向の偏光光）を反射させるものである。偏光分離膜２２は、Ｐ偏光光を略１００％透過し、Ｓ偏光光を略９５％透過する偏光分離性を有する膜である。但し、この透過率は一例に過ぎず、Ｓ偏光光よりＰ偏光光の透過率を高くすることにより、レーザ光源１２と外部共振ミラー１５との間でＰ偏光光に比べてＳ偏光光のレーザ光の損失が大きくなり、Ｓ偏光光を増幅させずに減衰させることが可能となる。すなわち、レーザ光源１２から射出されたレーザ光のうち、図３に示すように、偏光分離膜２２において、Ｐ偏光のレーザ光が透過され、Ｓ偏光のレーザ光のうち略５％が反射される。このとき、Ｓ偏光のレーザ光は波長変換素子１４に入射されない方向に反射される。また、偏光分離膜２２を透過したレーザ光は、波長分離膜２１において反射され、再び偏光分離膜２２に入射する。偏光分離膜２２に入射したレーザ光のうち、Ｐ偏光のレーザ光が透過され、Ｓ偏光のレーザ光のうち略５％は反射され基材１９内を進行し、波長変換素子１４に入射されない方向に射出される。すなわち、Ｓ偏光のレーザ光はレーザ光源１２と外部共振ミラー１５との間では増幅せずに減衰する。
一方、再び偏光分離膜２２に入射し、透過されたＰ偏光のレーザ光は、図１に示すように、波長変換素子１４を通過し、外部共振ミラー１５に向かい、レーザ光源１２のＤＢＲ層１８ｂと外部共振ミラー１５との間を往復する。
【００３２】
偏光分離膜２２は、具体的には、高屈折率層としてＴａ２Ｏ５（ｎ＝２．１２）を用い、低屈折率層としてＳｉＯ２（ｎ＝１．４５）を用い、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されている。ここで、高屈折率層をＨとし、低屈折率層をＬと表記すると、偏光分離膜２２は、Ｈ：４５．７ｎｍ、Ｌ：４８ｎｍ、Ｈ：５０．２ｎｍ、Ｌ：６２．３、Ｈ：４７．８ｎｍ、Ｌ：１２３．６ｎｍの膜厚の層が順に積層されている。そして、偏光分離膜２２の特性は、１０６６ｎｍの波長のレーザ光において、Ｐ偏光光の透過率が９９．９％となり、Ｓ偏光光の透過率が９４．５％となり、レーザ光が偏光分離膜２２を２回透過することにより、Ｐ偏光光の透過率は、９９．８％となり、Ｓ偏光光の透過率が、８９．３％となる。このように、Ｐ偏光光の透過率とＳ偏光光の透過率とに差が付くと、レーザ発振に必要なループゲインがＳ偏光光では不足して発振が行われず、Ｐ偏光光の単一モードとなる。
【００３３】
外部共振ミラー１５は、図１に示すように、基台１１上に配置された支持部材２５上に載置されており、波長変換素子１４から射出されたレーザ光の光路上に配置されている。この外部共振ミラー１５は、波長変換素子１４から射出されたレーザ光のうち波長が１０６６ｎｍ近辺のレーザ光のみを反射させる狭帯域ミラーである。このように、反射させるレーザ光の波長帯域を制限することにより、レーザ光源１２から射出されるレーザ光のシングルモード発振が可能となる。また、外部共振ミラー１５は、反射帯域以外の波長のレーザ光は透過、すなわち、波長変換素子１４において緑色に変換されたレーザ光を透過させる。具体的には、外部共振ミラー１５として、誘電体多層膜で波長フィルタリングミラーを形成しても良いが、本実施形態では、ＶＨＧ（Volume Holographic Gratin）を使用する。
【００３４】
光路変換プリズム１６は、図１に示すように、折り返しミラー１３の波長分離膜２１を透過したレーザ光の光路上に配置されており、図示しない保持部材により、基台１１に固定されている。この光路変換プリズム１６は、外部共振ミラー１５を透過した緑色のレーザ光と略同一方向の光路に、折り返しミラー１３を透過した緑色のレーザ光の光路を変換するものである。
具体的には、光路変換プリズム１６は、直角三角プリズムであり、折り返しミラー１３を透過したレーザ光を第１面１６ａで反射させ、さらに、第１面１６ａと９０°の角度をなす第２面１６ｂで反射させる。このように、折り返しミラー１３を透過したレーザ光の光路を１８０°変換する。したがって、外部共振ミラー１５を透過したレーザ光Ｌ１と、光路変換プリズム１６を透過したレーザ光Ｌ２とを略平行にすることが可能となる。
【００３５】
次に、以上の構成からなる本実施形態のレーザ光源装置１から射出されるレーザ光について説明する。
レーザ光源１２の複数のエミッタ１８から射出されたレーザ光のうちＰ偏光のレーザ光は、折り返しミラー１３の偏光分離膜２２を透過し、波長分離膜２１において反射され、再び偏光分離膜２２に入射する。偏光分離膜２２に入射したレーザ光のうちＰ偏光のレーザ光が透過され波長変換素子１４に入射する。そして、波長変換素子１４に入射したレーザ光のうち、緑色のレーザ光に変換されたレーザ光は、外部共振ミラー１５から射出され、波長変換素子１４において緑色のレーザ光に変換されなかったレーザ光は、外部共振ミラー１５において反射され、再び波長変換素子１４を通過する。再び、波長変換素子１４を通過することにより、緑色のレーザ光に変換されたレーザ光は、折り返しミラー１３の波長分離膜２１を通過し、光路変換プリズム１６により光路が変換され、外部共振ミラー１５を透過したレーザ光と略同一方向に射出される。
一方、偏光分離膜２２において、Ｐ偏光に比べて透過率の低いＳ偏光のレーザ光は共振されずに減衰する。
【００３６】
本実施形態に係るレーザ光源装置１では、波長変換素子１４が、折り返しミラー１３において光路が曲げられたレーザ光の光路上に配置された構成であるため、レーザ光源１２、波長変換素子１４、外部共振ミラー１５、光路変換プリズム１６を１つの平坦な基台１１上に配置することができる。したがって、小型化を図ることができるとともに、装置全体の組み立てが容易となる。
また、２つの屈折率の異なる物質の界面に斜入射するレーザ光のうちＰ偏光光は透過し易く、Ｓ偏光光は反射し易いという性質がある。そこで、本実施形態では、折り返しミラー１３の表面１９ｂに偏光分離膜２２が形成され、裏面１９ａに波長分離膜２１が形成されている。これにより、波長分離膜２１において反射されたレーザ光のうち、Ｓ偏光のレーザ光に比べてＰ偏光のレーザ光を波長変換素子１４に向かって透過させることができる。したがって、折り返しミラー１３における偏光分離特性を調整することや、レーザ光源装置１においてＰ偏光光を増幅させることが可能となる。一方、Ｓ偏光光を透過させ、Ｐ偏光光を反射させる偏光分離膜を形成するのは困難であるため、裏面１９ａに偏光分離膜２２を形成することは実質的には困難である。
【００３７】
また、レーザ光源１２から射出されたレーザ光が外部共振ミラー１５に向かう往路では、レーザ光は偏光分離膜２２を２回通過し、外部共振ミラー１５からレーザ光源１２に向かう復路でも、レーザ光は偏光分離膜２２を２回通過するため、往復で偏光分離膜２２を４回通過する。これにより、Ｓ偏光のレーザ光の減衰が５％程度でも、往復で１９％程度の減衰になり、Ｓ偏光のレーザ光で発振することはできない。したがって、Ｐ偏光のレーザ光で発振させることができるため、波長変換素子１４で変換されたレーザ光の強度を安定化することができる。
また、折り返しミラー１３を用いた折り曲げ構造において、構成要件として必須である折り返しミラー１３に波長分離膜２１及び偏光分離膜２２を形成することにより、ブリュースター板等の偏光制御素子を用いなくても波長変換素子１４にＰ偏光のレーザ光を入射させることができる。
つまり、本実施形態のレーザ光源装置１は、小型化及び低コスト化を図ることが可能であるとともに、レーザ光の強度を安定化することが可能である。
【００３８】
また、波長分離膜２１と偏光分離膜２２とが基材１９の別々の面に形成されているため、機能が異なる２つの膜が干渉するのを抑えることが可能となる。
さらに、外部共振ミラー１５は、赤外レーザ光を反射させるだけではなく、緑色のレーザ光を透過させるため、緑色のレーザ光をレーザ光源１２と外部共振ミラー１５との共振構造内から外部へ効率良く取り出すことが可能となる。
また、レーザ光源１２が複数のエミッタ１８を有しているため、高出力なレーザ光を射出させることが可能となる。また、折り返しミラー１３により、複数のエミッタ１８から射出されたレーザ光の偏光方向を波長変換素子１４の分極方向に一致させるようにレーザ光の偏光方向を変更することが可能となる。したがって、波長変換素子１４における変換効率を向上させることが可能となる。
なお、外部共振ミラー１５は、緑色のレーザ光（所定の変換波長のレーザ光）を透過させたが、外部共振ミラー１５は、波長選択性を有さずに、入射したレーザ光をすべて反射させても良い。また、膜同士の干渉を多少許容するのであれば、波長分離膜２１及び偏光分離膜２２が、表面１９ｂ、裏面１９ａのうち一方の面に積層されていても良い。
また、光路変換プリズム１６は必ずしも備えていなくても良い。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第１実施形態に係るレーザ光源装置３０と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るレーザ光源装置３０では、第１遮光部材３１及び第２遮光部材３２を備える点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。また、図４は、本実施形態に係るレーザ光源装置の側面図である。
【００４０】
第１遮光部材（遮光部）３１は、図４に示すように、基台１１と波長変換素子１４との間に配置されている。また、第２遮光部材（遮光部）３２は、波長変換素子１４の上面１４ｂに配置されている。
この構成により、レーザ光源１２から射出されたレーザ光は折り返しミラー１３の偏光分離膜２２に入射し、Ｐ偏光のレーザ光は透過され、Ｓ偏光のレーザ光は反射される。反射されたＳ偏光のレーザ光は第１遮光部材３１により吸収される。
一方、偏光分離膜２２を透過したレーザ光は、波長分離膜２１において反射され、再び偏光分離膜２２に入射する。偏光分離膜２２に入射したレーザ光のうちＰ偏光のレーザ光は透過され波長変換素子１４に入射し、Ｓ偏光のレーザ光は反射される。反射されたＳ偏光のレーザ光は、波長分離膜２１で再び反射されて折り返しミラー１３の外部に射出され、第２遮光部材３２により遮光される。
【００４１】
ここで、偏光分離膜２２において反射されたＳ偏光のレーザ光Ｌａは、折り返しミラー１３から射出されるＰ偏光のレーザ光Ｌｂに対して折り返しミラーの厚みｔｇに応じた距離ｔｄだけシフトした光路を進行する。このように、Ｓ偏光のレーザ光が波長変換素子１４に入射しないように折り返しミラー１３の厚みｔｇが調整されている。
具体的には、基材１９の屈折率が約１．５の場合、レーザ光Ｌａとレーザ光Ｌｂとの距離ｔｄは、約０．６７（係数）×ｔｇとなる。したがって、波長変換素子１４の厚みをｔｐとすると、波長変換素子１４の中央部にレーザ光を通過させるには、ｔｐ／２＜０．６７ｔｇを満たすように、波長変換素子の厚みｔｐと、折り返しミラーの厚みｔｇを決めれば良い。なお、係数は、基材１９の屈折率が１．５のとき０．６７、屈折率が１．７のとき０．５９、屈折率が１．９のとき０．５３となり、屈折率が高くなるほど、係数は小さくなる。
【００４２】
本実施形態に係るレーザ光源装置３０では、第１遮光部材３１及び第２遮光部材３２により、Ｓ偏光のレーザ光が迷光となってノイズ等の悪影響をもたらすのを抑えることができるとともに、Ｓ偏光のレーザ光が波長変換素子１４に入射するのを防止することが可能となる。したがって、より確実にＰ偏光のレーザ光を波長変換素子１４に入射させることができるため、波長変換素子１４におけるレーザ光の変換効率を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態では、第１実施形態で用いた温度調節基板２０を省いた構成を示したが、波長変換素子１４と第１遮光部材３１との間に温度調節基板２０を設けた構成であっても良い。
また、第１遮光部材３１のレーザ光Ｌａが入射する面のみが遮光部になっていても良い。また、第１遮光部材３１に代えて温度調節基板２０を用いて、温度調節基板２０のレーザ光Ｌａが入射する面に遮光部が設けられていても良い。
さらに、偏光分離膜２２において反射したレーザ光Ｌａ及び波長分離膜２１において反射したレーザ光が波長変換素子１４に入射する場合、波長変換素子を透過するレーザ光Ｌｂの領域近傍以外は遮光されていても良い。
【００４３】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。
本実施形態では、上記第１，第２実施形態のレーザ光源装置を備えるプロジェクタについて説明する。図５は本実施形態のプロジェクタの概略構成図である。
【００４４】
本実施形態のプロジェクタ（画像表示装置）１００は、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ射出する赤色レーザ光源装置１Ｒ，緑色レーザ光源装置１Ｇ、青色レーザ光源装置１Ｂを備えており、これら光源装置が上記第１，第２実施形態のレーザ光源装置１，３０である。
プロジェクタ１００は、レーザ光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから射出された各色光をそれぞれ変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置、画像形成装置）１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂから射出された光を合成して投射レンズ１０７に導くクロスダイクロイックプリズム（色合成手段）１０６と、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン１１０に投射する投射レンズ（投射手段）１０７と、を備えている。
【００４５】
さらに、プロジェクタ１００は、レーザ光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ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の均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂを備えており、照度分布が均一化された光によって液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを照明している。本実施形態では、均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ、１０２Ｂは、例えばホログラム１０２ａとフィールドレンズ１０２ｂによって構成されている。
【００４６】
各液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投射光学系である投射レンズ１０７によりスクリーン１１０上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００４７】
本実施形態のプロジェクタ１００においては、赤色レーザ光源装置１Ｒ，緑色レーザ光源装置１Ｇ，青色レーザ光源装置１Ｂとして上記第１，第２実施形態のレーザ光源装置１，３０が用いられているので、明るい画像表示が可能なプロジェクタを実現することができる。
【００４８】
なお、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型のライトバルブを用いても良いし、液晶以外の光変調装置を用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型液晶ライトバルブやデジタルミラーデバイス（Digital Ｍirror Device）が挙げられる。投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更すればよい。
【００４９】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について図６を参照して説明する。
本実施形態では、走査型の画像表示装置について説明する。図６は本実施形態の画像表示装置の概略構成図である。
【００５０】
本実施形態の画像表示装置２００は、図６に示すように、上記第１実施形態のレーザ光源装置１と、レーザ光源装置１から射出された光をスクリーン２１０に向かって走査するＭＥＭＳミラー（走査手段、画像形成装置）２０２と、レーザ光源装置１から射出された光をＭＥＭＳミラー２０２に集光させる集光レンズ２０３とを備えている。レーザ光源装置１から射出された光は、ＭＥＭＳミラー２０２の駆動によってスクリーン２１０上を水平方向、垂直方向に走査される。カラー画像を表示する場合は、例えばレーザダイオードを構成する複数のエミッタを、赤、緑、青のピーク波長を持つエミッタの組み合わせによって構成すれば良い。
なお、第２実施形態のレーザ光源装置３０を用いても良い。
【００５１】
［第５実施形態］
以下、上記実施形態のレーザ光源装置１を応用したモニタ装置３００の構成例について図７を用いて説明する。
図７は、本実施形態のモニタ装置の概略構成図である。
本実施形態のモニタ装置３００は、図７に示すように、装置本体３１０と、光伝送部３２０と、を備える。装置本体３１０は、上述の第１実施形態のレーザ光源装置１を備えている。
【００５２】
光伝送部３２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド３２１，３２２を備えている。各ライトガイド３２１，３２２は、多数本の光ファイバを束ねたものであり、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３２１の入射側には光源装置１が設置され、その出射側には拡散板３２３が設置されている。レーザ光源装置１から射出されたレーザ光は、ライトガイド３２１を通じて光伝送部３２０の先端に設けられた拡散板３２３に送られ、拡散板３２３により拡散されて被写体を照射する。
【００５３】
光伝送部３２０の先端には、結像レンズ３２４が設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ３２４で受けることができる。受けた反射光は、受け側のライトガイド３２２を通じて装置本体３１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ３１１に送られる。この結果、レーザ光源装置１から射出されたレーザ光で被写体を照射して得られた反射光に基づく画像をカメラ３１１で撮像することができる。
【００５４】
本実施形態のモニタ装置３００によれば、上記第１実施形態のレーザ光源装置１が用いられているので、小型、安価で鮮明な撮像が可能なモニタ装置を実現することができる。
なお、第２実施形態のレーザ光源装置３０を用いても良い。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ光源装置の全体を示す側面図である。
【図２】図１のレーザ光源装置を示す上面図である。
【図３】図１のレーザ光源装置の光路変化部を示す側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザ光源装置の全体を示す側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタを示す概略構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る走査型の画像表示装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係るモニタ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，３０…レーザ光源装置、１２…レーザ光源、１３…折り返しミラー（光路変化部）、１４…波長変換素子、１５…外部共振ミラー（共振素子）、１９…基材、１９ａ…裏面（他方の面）、１９ｂ…表面（一方の面）、２１…波長分離膜、２２…偏光分離膜、３１…第１遮光部材（遮光部材）、３２…第２遮光部材（遮光部材）、１００…プロジェクタ（画像表示装置）、２００…画像表示装置、３００…モニタ装置
【図１】
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【図２】
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【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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