(57)【要約】【課題】光利用効率を低下させることがなく、装置の大型化やコストの高騰を抑制可能なレーザ光源装置、および光学装置を提供する。【解決手段】本発明の光学装置１は、レーザ光を射出する発光素子（レーザパッケージ３）と、発光素子から射出されるレーザ光の光路外に設けられ、レーザ光の拡散光を検出する光検出手段（光センサー６）と、光検出手段の検出結果に基づいて発光素子を制御する制御手段（光源制御部４）とを備えている。【選択図】図１
2009141107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出されるレーザ光の中心軸から外れた位置であって、かつ前記レーザ光の電界強度分布曲線の裾野にあたる成分を検出可能な位置に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
レーザ光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項３】
レーザ光を射出する発光素子と、
前記レーザ光の発振に関与する光学素子と、
前記レーザ光が前記光学素子に入射した際に生じる散乱光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項４】
前記光学素子が、前記レーザ光の発振時に外部共振器として機能する選択反射素子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】
前記光学素子が、所定の偏光状態のレーザ光を選択的に透過させる偏光選択素子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６】
前記光学素子が、所定の周波数を有するレーザ光を選択的に透過させる周波数選択素子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７】
前記散乱光を前記光検出手段に向けて集める集光手段を備えたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
レーザ光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出されるレーザ光が入射され、前記レーザ光を異なる波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、
前記レーザ光が前記波長変換素子を透過する際に生じる散乱光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子に供給する電力、前記波長変換素子の温度の少なくとも一方を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項９】
前記光検出手段が、前記波長変換素子によって変換される前の基本波長のレーザ光の散乱光を検出し、
前記制御手段が、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子に供給する電力を制御することを特徴とする請求項８に記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
前記光検出手段が、前記波長変換素子によって変換された後のレーザ光の散乱光を検出し、
前記制御手段が、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記波長変換素子の温度を制御することを特徴とする請求項８に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
レーザ光を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出されるレーザ光の光路外に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１３】
レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、
前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１４】
レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、
前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、
前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を前記光検出手段に導く導光手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１５】
レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、
前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項１６】
レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、
前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、
前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を前記光検出手段に導く導光手段と、
前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源装置、プロジェクタおよび光学装置に関するものである。
【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、瞬時点灯が不可、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。ところが、レーザ光源装置は開発途上であり、単にレーザ発振させただけでは十分な光量が得られないことが多い。そのため、例えば赤外レーザ光を発振させた後、第２高調波発生素子（Second Harmonic Ganarator,以下、ＳＨＧと略記する）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。
【０００３】
ところで、レーザダイオードにおいては、レーザーダイオードの温度変化によって出力が変化する。また、ＳＨＧ等の波長変換素子を用いた波長変換レーザにおいては、波長変換素子の位相整合温度から数℃程度の温度変化が生じただけでも、出力が大きく変動する、という問題がある。一方、プロジェクタ等の光学装置用途では、出力の安定化が特に強く求められている。そこで、ビームスプリッタやハーフミラーを用いてレーザダイオードから射出されたレーザ光の一部を分岐して光強度を測定し、この光強度の測定結果に基づいてレーザダイオードに対して設定された電力を常に安定して供給する制御、いわゆるＡＰＣ（Automatic Power Control）を用いることによって光出力の安定化を図る技術が提供されている（例えば特許文献１，２，３参照）。
【特許文献１】特開平１０−９３１６６号公報
【特許文献２】特開平８−１８１３７０号公報
【特許文献３】特開平１０−９８２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の装置では、ビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品を用いてレーザ光の一部を分岐しているため、これら光学部品における光の損失が大きく、光学装置の光利用効率が低下する、という問題があった。また、光路上にビームスプリッタやハーフミラーを設置する必要があるため、装置が大型化したり、高出力レーザに対する耐光性を有する光学部品を用いなければならない関係から、コストが高騰する、という問題もあった。
【０００５】
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、光利用効率を低下させることがなく、装置の大型化やコストの高騰を抑制可能なレーザ光源装置、プロジェクタおよび光学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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出されるレーザ光の中心軸から外れた位置であって、かつ前記レーザ光の電界強度分布曲線の裾野にあたる成分を検出可能な位置に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明のレーザ光源装置は、ビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品により分岐させた光を検出するのではなく、光検出手段が発光素子から射出されるレーザ光の中心軸から外れた位置であって、かつレーザ光の電界強度分布曲線の裾野にあたる成分を検出可能な位置に設けられ、レーザ光の拡散光を検出するため、上記分岐用の光学部品を用いる必要がなく、上記光学部品での光の損失が生じない。また、上記光学部品が不要となるため、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【０００８】
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
レーザ光の電界強度分布は一般にガウシアン強度分布を呈しており、強度がピーク強度値の１／ｅ２となるビーム径はガウシアンビーム半径と呼ばれる。すなわち、ガウシアンビーム半径の位置での光強度は、ピーク強度値を１としたとき、約０．１３５となる。本発明のレーザ光源装置において、光検出手段は、光強度がピーク強度値に対して０．１３５未満のレーザ光の拡散光の一部を検出するものであり、ビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品を用いないため、光学部品での光の損失が生じず、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００１０】
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を射出する発光素子と、前記レーザ光の発振に関与する光学素子と、前記レーザ光が前記光学素子に入射した際に生じる散乱光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のレーザ光源装置によれば、光検出手段が、レーザ光が前記光学素子に入射した際に生じる散乱光を検出するため、ビームスプリッタやハーフミラー等の分岐用の光学部品を用いる必要がなく、上記光学部品での光の損失が生じず、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００１２】
前記レーザ光の発振に関与する光学素子としては、レーザ光の発振時に外部共振器として機能する選択反射素子、所定の偏光状態のレーザ光を選択的に透過させる偏光選択素子、所定の波長を有するレーザ光を選択的に透過させる波長選択素子等を挙げることができる。
これら光学素子を備えた場合、特性に優れたレーザ光源装置を実現することができる。
【００１３】
本発明のレーザ光源装置において、散乱光を光検出手段に向けて集める集光手段を備える構成としても良い。
この構成によれば、レーザ光の散乱光を感度良く検出することができ、発光素子を適切に制御することができる。
【００１４】
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出されるレーザ光が入射され、前記レーザ光を異なる波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、前記レーザ光が前記波長変換素子を透過する際に生じる散乱光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子に供給する電力、前記波長変換素子の温度の少なくとも一方を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明のレーザ光源装置は、発光素子から射出されるレーザ光を異なる波長のレーザ光に変換する波長変換素子を備えているため、発光素子単体では十分な光量を得ることが難しい特定波長の光であっても十分な光量を実現することができる。そして、波長変換素子を透過する際に生じる散乱光を検出する光検出手段を備えているため、ビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品を用いる必要がなく、これら光学部品での光の損失が生じず、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００１６】
本発明のレーザ光源装置において、前記光検出手段が、前記波長変換素子によって変換される前の基本波長のレーザ光の散乱光を検出し、前記制御手段が、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子に供給する電力を制御する構成であっても良い。
この構成によれば、光検出手段によって基本波長のレーザ光の散乱光が独立して検出されるため、その検出結果に基づいて発光素子の供給電力を適切に制御することができる。
【００１７】
もしくは、前記光検出手段が、前記波長変換素子によって変換された後のレーザ光の散乱光を検出し、前記制御手段が、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記波長変換素子の温度を制御する構成であっても良い。
一般に波長変換素子は温度依存性が強く、位相整合条件を満たすためには精密な温度制御が必要である。この構成によれば、光検出手段によって波長変換後のレーザ光の散乱光が検出されるため、その検出結果に基づいて波長変換素子の温度を適切に制御することができる。その結果、波長変換素子の位相整合条件が満たされ、波長変換効率を上げることができる。
【００１８】
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出されるレーザ光の光路外に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明のレーザ光源装置は、ビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品により分岐させた光を検出するのではなく、光検出手段が発光素子から射出されるレーザ光の光路外に設けられ、レーザ光の拡散光を検出するため、上記分岐用の光学部品を用いる必要がなく、上記光学部品での光の損失が生じない。また、上記光学部品が不要となるため、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００２０】
本発明のプロジェクタは、上記本発明のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により形成された画像を投射する投射装置と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明のプロジェクタによれば、ビームスプリッタやハーフミラー等の分岐用の光学部品を用いる必要がなく、上記光学部品での光の損失が生じない。また、上記光学部品が不要となるため、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００２２】
本発明のプロジェクタは、レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
本発明のプロジェクタによれば、光検出手段が、光強度が弱く、後段の光学系で使用するのが困難なレーザ光成分の照射領域でレーザ光の拡散光を検出するため、上記光学部品での光の損失が生じることがなく、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００２４】
本発明のプロジェクタは、レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を前記光検出手段に導く導光手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明のプロジェクタによれば、光検出手段が、光強度が弱く、後段の光学系で使用するのが困難なレーザ光成分の照射領域でレーザ光の拡散光を検出するため、上記光学部品での光の損失が生じることがなく、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００２６】
本発明の光学装置は、レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の光学装置によれば、光検出手段が、光強度が弱く、後段の光学系で使用するのが困難なレーザ光成分の照射領域でレーザ光の拡散光を検出するため、上記光学部品での光の損失が生じることがなく、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００２８】
本発明の光学装置は、レーザ光を射出する発光素子を含むレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されるレーザ光が入射される光学系と、前記レーザ光の拡散光を検出する光検出手段と、前記発光素子から射出されるレーザ光の電界強度分布において、強度がピーク強度値の１／ｅ２（ｅ：自然対数の底）となるビーム径よりも外側で、かつ前記光学系で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に設けられ、前記レーザ光の拡散光を前記光検出手段に導く導光手段と、前記光検出手段の検出結果に基づいて前記発光素子を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明の光学装置によれば、光検出手段が、光強度が弱く、後段の光学系で使用するのが困難なレーザ光成分の照射領域に配置された導光手段を介してレーザ光の拡散光を検出するため、上記光学部品での光の損失が生じることがなく、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１、図２を参照して説明する。
本実施形態では、例えばプロジェクタ等の画像表示装置を含む光学装置の例について説明する。
図１は、本実施形態の光学装置の概略構成図である。図２は、本光学装置に用いるフォトダイオードの設置位置を説明するための図である。
なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、各構成要素毎に寸法の縮尺を変えて示している。
【００３１】
本実施形態の光学装置１は、図１に示すように、レーザ光源装置２を構成するレーザパッケージ３および光源制御部４（制御手段）と、レーザ光源装置２の後段の光学系を構成するレンズ５と、フォトダイオード等の光センサー６（光検出手段）とを備えている。本実施形態の光学装置１としては、例えば後に例示するプロジェクタを想定している。したがって、図１に示すレンズ５は、例えばレーザ光源装置２からのレーザ光を液晶ライトバルブ等の光変調素子に導くフィールドレンズと考えることができる。勿論、フィールドレンズ以外のレンズと考えても良いし、レンズ以外の任意の光学素子と考えても良い。レーザパッケージ３の内部には、レーザダイオード、外部共振ミラー（ともに図示略）等が配置されている。
【００３２】
光センサー６が、レーザパッケージ３から射出されるレーザ光の主光線Ｌ０の光路から外れた位置に設置されている。レーザ光の電界強度分布は、一般に図２に示すようなガウシアン分布を呈しており、強度がピーク強度値の１／ｅ２となるビーム径はガウシアンビーム半径Ｄ０と呼ばれる。すなわち、ガウシアンビーム半径Ｄ０の位置での光強度は、ピーク強度値を１としたとき、約０．１３５となる。光センサー６は、レーザ光の電界強度分布曲線の裾野にあたるガウシアンビーム半径Ｄ０の外側（図２の斜線部）に配置されている。また、本実施形態の場合、光センサー６の設置位置は、レンズ５で飲み込めない拡散光成分の照射領域に相当する。このような位置に設置された光センサー６は、図２の電界強度分布曲線の裾野にあたるレーザ光の拡散光の一部を検出する。以下、本明細書では、ガウシアンビーム半径Ｄ０の内側にあたる電界強度を有する部分を主光線、ガウシアンビーム半径Ｄ０の外側にあたる電界強度を有する部分を拡散光と呼ぶ。
【００３３】
また、光源制御部４は、光センサー６からの拡散光強度の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、レーザダイオードから射出される主光線のピーク強度値が所望の強度値となるように、レーザダイオードに供給する駆動電流を制御（ＡＰＣ制御）する機能を有する。
【００３４】
本実施形態の光学装置１においては、レーザ光の主光線の強度を複数点任意に変えたときの拡散光の光強度を光センサー６で検出し、主光線のピーク強度値と光センサーの検出値との相関関係を予め求めておく。この相関関係は、例えばＬＵＴ（Look Up Table）等の形態で光源制御部４に記憶しておけばよい。そして、光センサー６が例えば所定時間間隔で拡散光強度を検出した際にその検出結果が光源制御部４に送られると、光源制御部４ではＬＵＴを用いて拡散光強度を主光線のピーク強度値に変換し、現状のピーク強度値が所望の強度値となるように、レーザダイオードに供給する駆動電流を制御する。
【００３５】
本実施形態の光学装置１は、従来の装置のようにビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品により分岐させた光を検出するのではなく、光センサー６がレーザダイオードから射出されるレーザ光の主光線の光路外に設置され、レーザ光の拡散光を直接検出する。そのため、上記の分岐用の光学部品での光の損失が生じることがない。また、上記光学部品が不要となるため、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図３を参照して説明する。
図３は、本実施形態の光学装置の概略構成図である。
なお、本実施形態の光学装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、図３において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施形態の光学装置１１においては、図３に示すように、ミラー１２（導光手段）が、レーザパッケージ３から射出されるレーザ光の主光線Ｌ０の光路から外れた位置であって、レーザ光の電界強度分布曲線の裾野にあたるガウシアンビーム半径Ｄ０の外側に配置されている。また、ミラー１２の設置位置は、レンズ５で飲み込めないレーザ光成分の照射領域に相当する。また、拡散光がミラー１２によって反射された際の反射光の光路上に光センサー６が設置されている。
【００３８】
本実施形態の光学装置１１は、第１実施形態のように光センサー６がレーザ光の拡散光を直接検出するわけではなく、ミラー１２を用いて拡散光を一旦反射させ、その反射光を光センサー６で検出する構成である。したがって、ミラー１２での損失を考えると、第１実施形態と比べて光利用効率が若干低下する虞があるが、主光線の一部を分岐して検出を行っていた従来の装置に比べれば、光利用効率を十分に高いものとすることができる。
【００３９】
また、第１実施形態の場合、光センサー６を限られた場所に設置しなければならないが、光センサー６は信号配線等を伴うため、装置によってはその場所への光センサー６の設置が困難な場合もある。その点、本実施形態の場合、小型のミラー１２を単体で設置するのみで済むため、光センサー１２の配置の自由度が上がり、装置設計が容易になる。なお、本実施形態では、導光手段としてミラー１２の例を挙げたが、光センサーに光を導けるものでありさえすれば、レンズ、プリズム等、ミラー以外の光学素子を用いても良い。
【００４０】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図４を参照して説明する。
本実施形態では、レーザパッケージ内に光検出手段を備えたレーザ光源装置の構成例について説明する。
図４は、本実施形態のレーザ光源装置の概略構成図である。
【００４１】
本実施形態のレーザ光源装置２１は、図４に示すように、レーザパッケージ２２の内部に、レーザダイオード２３（発光素子）、偏光選択ミラー２４（偏光選択素子、レーザ発振に関与する光学素子）、波長選択フィルター２５（波長選択素子、レーザ発振に関与する光学素子）、外部共振ミラー２６（選択反射素子、レーザ発振に関与する光学素子）が収容されたものである。
【００４２】
偏光選択ミラー２４は、レーザダイオード２３から射出された光のうち、所定の偏光状態を持つレーザ光を選択的に透過させる機能を有している。周波数選択フィルター２５（ダイクロイック性（波長選択性）を有する光学素子）は、所定の周波数を持つレーザ光を選択的に透過させる機能を有している。外部共振ミラー２６は、所定の波長を持つレーザ光をレーザダイオード２３に向けて反射し、レーザ光発振時に外部共振器として機能する。これにより、レーザパッケージ２３から所定の波長、所定の周波数に絞られたレーザ光が射出される。
【００４３】
レーザパッケージ２２の内部に、第１光センサー２７（光検出手段）、第２光センサー２８（光検出手段）、第３光センサー２９（光検出手段）が収容されている。第１光センサー２７は、偏光選択ミラー２４にレーザ光が入射した際に生じる散乱光を検出するためのものである。第２光センサー２８は、波長選択フィルター２５にレーザ光が入射した際に生じる散乱光を検出するためのものである。第３光センサー２９は、外部共振ミラー２６にレーザ光が入射した際に生じる散乱光を検出するためのものである。これら光学素子での散乱光は、光学素子での表面反射や、光学素子の傷、素子表面に付着したコンタミネーション、素子内部の欠陥等による散乱で生じるものである。第１〜第３光センサー２７，２８，２９の受光面は、より多くの散乱光を捕捉することができるように、各光学素子の光入射面に向けて設置されることが望ましい。より具体的には、第１〜第３光センサー２７，２８，２９の受光面は、光軸と平行な方向（各光学素子の光入射面と垂直な方向）に向いていても良いが、各光学素子の光入射側に各光学素子の光入射面と９０°未満の角度をなすように配置されることが望ましい。
【００４４】
本実施形態の場合、第２光センサー２８の周囲には遮蔽板３０（集光手段）が設けられている。遮蔽板３０により、波長選択フィルター２５から特定の角度に広がった散乱光を第２光センサー２８に集めることができる。また、第３光センサー２９の光入射側には集光レンズ３１（集光手段）が設けられている。集光レンズ３１により、外部共振ミラー２６から特定の角度に広がった散乱光を第３光センサー２９に集めることができる。
【００４５】
本実施形態のレーザ光源装置２１においては、レーザ光の主光線の強度を複数点任意に変えたときの各光学素子からの散乱光の光強度を第１〜第３光センサー２７，２８，２９でそれぞれ検出し、主光線のピーク強度値と各光センサー２７，２８，２９の検出値との相関関係を予め求めておく。この相関関係は、例えばＬＵＴ（Look Up Table）等の形態で光源制御部３２に記憶しておけばよい。そして、各光センサー２７，２８，２９が拡散光強度を検出した際にその検出結果が光源制御部３２に送られると、光源制御部３２ではＬＵＴを用いて拡散光強度を主光線のピーク強度値に変換し、現状のピーク強度値が所望の強度値となるように、レーザダイオード２３に供給する駆動電流を制御（ＡＰＣ制御）する。このとき、３個の光センサー２７，２８，２９のうちのいずれか１個の検出値から主光線のピーク強度値を求めても良いし、３個の光センサー２７，２８，２９の検出値を総合的に判断して主光線のピーク強度値を求めても良い。
【００４６】
本実施形態のレーザ光源装置２１は、従来の装置のようにビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品により分岐させた光を検出するのではなく、第１〜第３光センサー２７，２８，２９が偏光選択ミラー２７、周波数選択フィルター２８、外部共振ミラー２９等の光学素子からの散乱光を直接検出するため、上記の分岐用の光学部品での光の損失が生じることがない。また、上記光学部品が不要となるため、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。特に本実施形態の場合、第１〜第３光センサー２７，２８，２９がレーザパッケージ２２の内部に収容されているので、小型のレーザ光源装置を実現することができる。
【００４７】
また、第２光センサー２８の周囲には遮蔽板３０が設けられ、第３光センサー２９の光入射側には集光レンズ３１が設けられているため、レーザ光の拡散光を感度良く検出することができ、レーザダイオード２３を適切に制御することができる。なお、本実施形態では、第２光センサー２８に遮蔽板３０、第３光センサー２９に集光レンズ３１を設けたが、どの光センサーにどの集光手段を設けるかは任意に決めることができる。
【００４８】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図５を参照して説明する。
本実施形態では、波長変換素子を備えたレーザ光源装置の構成例について説明する。
図５は、本実施形態のレーザ光源装置の概略構成図である。
【００４９】
本実施形態のレーザ光源装置４１は、図５に示すように、レーザダイオード４２（発光素子）と、偏光選択ミラー４３（偏光選択素子）と、外部共振器として機能する波長選択フィルター４４（選択反射素子）と、波長変換素子４５とを備えている。波長変換素子４５は、分極反転周期構造を有する第２高調波発生素子（ＳＨＧ：Second Harmonic Generator）であり、入射光を略半分の波長の光に変換する。
【００５０】
本実施形態では、レーザダイオード４２として赤外レーザダイオードを用いており、波長変換素子４５を透過することによって、レーザダイオード４２から射出された赤外レーザ光の一部が緑色レーザ光に変換される。波長変換素子４５の変換効率は１００％ではなく、赤外レーザ光がレーザダイオード４２と波長選択フィルター４４との間を往復する間にその一部が緑色レーザ光に変換されるため、光路上には赤外レーザ光と緑色レーザ光とが混在した状態となる。なお、ここでは赤外レーザ光を緑色レーザ光に変換するものとして説明するが、必ずしも緑色レーザ光に変換するものに限るものではない。
【００５１】
波長変換素子４５の側方に、レーザ光が波長変換素子４５に入射した際に生じる散乱光を検出するための第１光センサー４６（光検出手段）、第２光センサー４７（光検出手段）が設置されている。第１光センサー４６の光入射側には赤外域以外の波長の光をカットするフィルター４８が設けられている。これにより、第１光センサー４６は赤外レーザ光、すなわちレーザダイオード４２からの基本波（図５に破線の矢印で示す）を検出することができる。一方、第２光センサー４７の光入射側には緑色域以外の波長の光をカットするフィルター４９が設けられている。これにより、第２光センサー４７は緑色レーザ光、すなわち波長変換素子４５による第２高調波（図５に実線の矢印で示す）を検出することができる。
【００５２】
また、波長変換素子４５の温度を調整するための温度調整部５０が設けられている。温度調整部５０は、具体的にはヒーター、ヒートシンク、ペルチェ素子等で構成することができる。本実施形態では、制御部５１が光源制御部５２と波長変換素子制御部５３とを有している。光源制御部５２は、第１光センサー４６からの赤外レーザ光の検出結果に基づいてレーザダイオード４２を制御する。波長変換素子制御部５３は、第２光センサー４７からの緑色レーザ光の検出結果に基づいて波長変換素子４５の温度調整部５０を制御する。
【００５３】
本実施形態のレーザ光源装置４１においては、レーザ光の赤外主光線の強度を複数点任意に変えたときの波長変換素子４５からの赤外散乱光の光強度を第１光センサー４６で検出し、赤外主光線のピーク強度値と第１光センサー４６の検出値との相関関係を予め求めておく。また、波長変換素子４５の位相整合温度を複数点任意に変えたときの波長変換素子４５からの緑色散乱光の光強度を第２光センサー４７で検出し、緑色主光線のピーク強度値と第２光センサー４７の検出値との相関関係を予め求めておく。これら２つの相関関係は、例えばＬＵＴ（Look Up Table）等の形態で光源制御部５２、波長変換素子制御部５３にそれぞれ記憶しておけばよい。
【００５４】
そして、第１光センサー４６が赤外拡散光の強度を検出した際にその検出結果が光源制御部５２に送られると、光源制御部５２ではＬＵＴを用いて赤外拡散光の強度を赤外主光線のピーク強度値に変換し、現状のピーク強度値が所望の強度値となるように、レーザダイオード４２に供給する駆動電流を制御（ＡＰＣ制御）する。また、第２光センサー４７が緑色拡散光の強度を検出した際にその検出結果が波長変換素子制御部５３に送られると、波長変換素子制御部５３ではＬＵＴを用いて緑色拡散光の強度を緑色主光線のピーク強度値に変換し、現状のピーク強度値が所望の強度値となるように、温度調整部５０に供給する電力を調整して波長変換素子４５の温度を制御する。
【００５５】
本実施形態のレーザ光源装置４１は、従来の装置のようにビームスプリッタやハーフミラー等の光学部品により分岐させた光を検出するのではなく、第１光センサー４６、第２光センサー４７が波長変換素子４５からの散乱光を直接検出するため、上記分岐用光学部品での光の損失が生じることがない。また、上記分岐用光学部品が不要となるため、装置の大型化やコストの高騰を抑制することができる。
【００５６】
また、第１光センサー４６が赤外散乱光を検出し、この検出結果に基づいて光源制御部５２がレーザダイオード４２に供給する駆動電流を制御するとともに、第２光センサー４７が緑色散乱光を検出し、この検出結果に基づいて波長変換素子制御部５３が波長変換素子４５の温度を制御する構成であるため、レーザダイオード４２からの基本波の光強度を適切に制御できるのと同時に、波長変換素子４５での波長変換効率を上げることができる。その結果、緑色光（波長変換後の光）の強度を十分に確保することができる。
【００５７】
［第５の実施の形態］
以下、本発明の第５の実施の形態について図６を参照して説明する。
本実施形態では、上記第１〜第４実施形態の光源装置を備えるプロジェクタについて説明する。図６は本実施形態のプロジェクタの概略構成図である。
【００５８】
本実施形態のプロジェクタ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１１Ｒ，緑色レーザ光源装置１１Ｇ、青色レーザ光源装置１１Ｂを備えており、これら光源装置が上記第４実施形態の光源装置である。
プロジェクタ１００は、上記のレーザ光源装置４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ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）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写レンズ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（投射装置）１０７と、を備えている。
【００５９】
さらに、プロジェクタ１００は、レーザ光源装置４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ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。
【００６０】
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、合成された光は投写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。
【００６１】
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４１Ｒ，緑色レーザ光源装置４１Ｇ，青色レーザ光源装置４１Ｂとして上記第４実施形態の光源装置が用いられているので、小型、安価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。
【００６２】
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マイクロミラーデバイス（Digital Micromirror 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。
【００６３】
［第６の実施の形態］
以下、本発明の第６の実施の形態について図７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（光学装置）について説明する。図７は本実施形態の画像表示装置の概略構成図である。
【００６４】
本実施形態の画像表示装置２００は、図７に示すように、第４実施形態のレーザ光源装置４１と、レーザ光源装置４１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）２０２と、光源装置１０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４１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４２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。
【００６５】
［第７の実施の形態］
以下、第１〜第４実施形態の光源装置１０を応用したモニタ装置３００（光学装置）の構成例について図８を用いて説明する。
図８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８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〜第４実施形態の光源装置１０を備えている。
【００６６】
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１０が設置され、その出射側には拡散板３２３が設置されている。光源装置１０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。
【００６７】
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、光源装置１０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。
【００６８】
本実施形態のモニタ装置３００によれば、上記第１〜第４実施形態の光源装置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。
【００６９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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。例えば上記実施形態で例示した各構成要素の形状、寸法、個数、設置位置等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態の光学装置の概略構成図である。
【図２】本光学装置のフォトダイオードの設置位置を説明するための図である。
【図３】本発明の第２実施形態の光学装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態のレーザ光源装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態のレーザ光源装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態のプロジェクタの概略構成図である。
【図７】本発明の第６実施形態の画像表示装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第７実施形態のモニタ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１，１１…光学装置、２，２１，４１…レーザ光源装置、４…光源制御部（制御手段）、６…光センサー（光検出手段）、１２…ミラー（導光手段）、２３，４２…レーザダイオード（発光素子）、２４，４３…偏光選択ミラー（偏光選択素子）、２５…波長選択フィルター（波長選択素子）、２６…外部共振ミラー（選択反射素子）、２７，４６…第１光センサー（光検出手段）、２８，４７…第２光センサー（光検出手段）、２９…第３光センサー（光検出手段）、３０…遮蔽板（集光手段）、３１…集光レンズ（集光手段）、３２…光源制御部、４４…波長選択フィルター（選択反射素子）、４５…波長変換素子。
【図１】
2009141107.tif 000003
【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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【図８】
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