(57)【要約】コヒーレント光をスクリーン上に走査させ、映像を映し出すディスプレイ装置においてはコヒーレント光源の高速な変調と階調が必要となる。  コヒーレント光源にパルス電流を加え、プラズマ効果を発生させることで基本波を出力する半導体レーザの発振波長を高速に変化させる。波長変化により、光波長変換素子から発生する高調波の出力が変化するため、これを用いて階調を行う。【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性領域および分布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、
非線形光学結晶からなり、当該半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、
前記光波長変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、
前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、
前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制御手段と、
少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、
前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させるパルス電流制御手段と、
を備えることを特徴とするコヒーレント光源。
【請求項２】
前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項３】
前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加えることを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項４】
前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする請求項３記載のコヒーレント光源。
【請求項５】
高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光源。
【請求項６】
高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項７】
前記半導体レーザはさらに位相領域を備えて構成されており、
前記電流注入手段は当該位相領域にも電流を加えるものであり、
前記電流制御手段は、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域へ加える電流を一定比で変化させて、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定するものであり、
前記パルス電流注入手段は、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えることを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項８】
前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする請求項７記載のコヒーレント光源。
【請求項９】
前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のうち、複数の領域へパルス電流を加えることを特徴とする請求項７記載のコヒーレント光源。
【請求項１０】
前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする請求項９記載のコヒーレント光源。
【請求項１１】
高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域または前記位相領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載のコヒーレント光源。
【請求項１２】
高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１３】
前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下となる部分であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１４】
前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、ピーク波長より低波長側の部分であることを特徴とする請求項１３記載のコヒーレント光源。
【請求項１５】
前記電流制御手段は電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流を、前記半導体レーザの発振波長がモードホップした直後のところで固定することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１６】
前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は矩形パルスであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１７】
入力映像信号に応じて強度変調されたレーザ光を投影するディスプレイ装置であって、
赤色のレーザ光を出射するレーザ光源と、
青色のレーザ光を出射する請求項１乃至１６のいずれかに記載のコヒーレント光源と、
緑色のレーザ光を出射する請求項１乃至１６のいずれかに記載のコヒーレント光源と、
前記赤色、青色および緑色のレーザ光を１本のレーザ光に合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された１本のレーザ光を、所定の第１の方向に走査させる第１の走査手段と、
前記第１の方向に走査されたレーザ光を、前記第１の方向に垂直な第２の方向に走査させる第２の走査手段と、
を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記第１の走査手段および前記第２の走査手段は、回転多面鏡からなるポリゴンミラーおよびガルバノミラーから選択された組み合わせであることを特徴とする請求項１７記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載のディスプレイ装置と、
前記ディスプレイ装置からのレーザ光を投影するスクリーンと、
を備えたレーザディスプレイであって、
前記スクリーンの端部において、前記入力映像信号がなく、前記電流制御手段が前記電流注入手段を制御して前記活性領域へ電流を加えることを停止し、前記半導体レーザからの出力が停止させられた際、前記電流制御手段は前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とするレーザディスプレイ。
【請求項２０】
非線形光学結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特徴とするコヒーレント光源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、波長変換素子を用いたコヒーレント光源およびその制御方法、並びにそれらを用いたディスプレイ装置およびレーザディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  図１１に従来のこの種のディスプレイ装置の一例として、レーザディスプレイ１００の概略構成を示す。図において、ＲＧＢ３色のレーザ光源１０１ａないし１０１ｃからのコヒーレント光は光変調器１０６ａないし１０６ｃにより入力映像信号に応じて強度変調され、ダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂにて合波される。さらにポリゴンスキャナ（ポリゴンミラー）１０４にて水平方向に、ガルバノミラー１０５によって垂直方向に、それぞれ走査され、スクリーン１０８上に２次元の画像が表示される。【０００３】  この構成のディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、ＮＴＳＣ信号よりも表示可能な色範囲が広がり、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。【０００４】  図１２はこの従来のレーザディスプレイに接続可能な機器を示すものである。この従来例のレーザディスプレイはＲＧＢ端子により映像信号を入力するものとしており、ノートＰＣ等のパーソナルコンピュータ２０１、ビデオゲーム機２０２、各種ＤＶＤ等の光ディスクプレーヤ２０３、ＶＴＲとの一体型を含む光ディスクレコーダ２０４、カメラ一体型ＶＴＲ２０５、据え置き型ＶＴＲ２０６、ＢＳ／ＣＳチューナ２０７、ＴＶ２０８、各種光ディスクドライブとの一体型を含むハードディスクレコーダ２０９、インターネット放送用ＳＴＢ（Ｓｅｔ  Ｔｏｐ  Ｂｏｘ）２１０、ＣＡＴＶ用ＳＴＢ２１１、地上波デジタル放送用ＳＴＢ２１２、ＢＳ  ＨＤＴＶ放送用ＳＴＢ２１３等、ＲＧＢ信号の出力端子を有するものであれば、接続が可能である。【０００５】  この他、レーザディスプレイと接続する機器が出力する信号のフォーマットに合わせて、Ｄ４入力端子、ＤＶＩ−Ｄ入力端子、ＩＥＥＥ１３９４端子、コンポーネント端子、Ｓ端子、ビデオ端子等を設けてもよい。【０００６】  この種のディスプレイ装置の小型化・省電力化を図り、持ち運びを容易にするためには、レーザ光源１０１ａないし１０１ｃを直接変調し、光変調器１０６ａないし１０６ｃを取り除く必要がある。前記従来の構成において、ＲＧＢ光源の内、赤色（Ｒ）光源は半導体レーザを、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）光源はＳＨＧ光源を用いる必要がある。ＮＴＳＣ信号よりも表示可能な色範囲が広く、色純度が高く、鮮やかな画像の表示を可能とするには波長５３０ｎｍ近傍の緑色光および波長４５０ｎｍ近傍の青色光が必要であるが、高出力化が可能で信頼性の確保が可能な緑色用および青色用の半導体レーザが現時点で存在しないためＳＨＧ光源の利用が必要となる。ディスプレイ用の光源への利用を考えると、ＳＨＧ光源の出力を高速で変調させるとともに出力の階調を行う必要がある。なお、赤色については半導体レーザを高速変調し階調を実現することが可能である。【０００７】  例として８００本（水平方向）×６００本（垂直方向）の２次元走査を毎秒３０フレーム行う場合、１４．４ＭＨｚの周波数で出力変調させるとともに少なくとも２５６段階程度の出力階調を行う必要がある。ＳＨＧ光源の出力を変化させるには（特許０３３２９４４６に示されるように）分布ブラッグ反射領域や位相領域を備えた半導体レーザを用い、直流電源を用いて分布���ラッグ反射領域や位相領域へ加える電流を変化させ、各部の熱上昇により発生する屈折率変化により半導体レーザの発振波長をＳＨＧ素子の位相整合波長スペクトル内で変化させる方法がある。しかし、このような方法では屈折率変化が熱的に発生するため、変化に要する時間がｍｓｅｃオーダーと長く、ＭＨｚオーダーの変調は困難である。
【特許文献１】特開２００３−９８４７６号公報（第４頁  図１）
【発明の開示】
【０００８】  この発明は、上記のようなＳＨＧ光源の光出力の変調に関する問題点を解決するためになされたもので、ＳＨＧ光源の出力変調の高速化を図りながら階調を実現することを目的としている。
【０００９】  この目的のために本発明の一態様に係るコヒーレント光源は、活性領域および分布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、非線形光学結晶からなり、当該半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、前記光波長変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制御手段と、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させるパルス電流制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】  この態様によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、まず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域および分布ブラッグ反射領域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域にパルス電流を加える。これにより、当該パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を減少させるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることができる。
【００１１】  また、本発明の一態様に係るコヒーレント光源の制御方法は、非線形光学結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特徴とする。
【００１２】  この態様に係る制御方法を用いたコヒーレント光源によれば、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】［図１］レーザディスプレイの概略構成図
［図２］ＳＨＧ光源の出力調整装置を示す図
［図３］ＤＢＲ−ＬＤにおいてＩｏｐを変化させたときの発振波長特性を示す図
［図４］ＤＢＲ−ＬＤにおいてＩｄｂｒを変化させたときの発振波長特性を示す図
［図５］光波長変換素子の位相整合波長スペクトルを示す図
［図６］ＤＢＲ領域への印加パルス電流を示す図
［図７］ＤＢＲ領域へパルス電流を加えた際の高調波出力特性を示す図
［図８］ＤＢＲ領域にパルス電流を加え、高調波出力を制御する際の処理の流れを示すフローチャート
［図９］実施の形態２における３電極ＬＤを用いたＳＨＧ光源の出力調整装置の概略構成を示すブロック図
［図１０］３電極ＬＤにおいてＩｄｂｒとＩｐｈａｓｅの比率を一定にしてＩｄｂｒを変化させたときの発振波長特性を示す図
［図１１］レーザディスプレイの概略構成を示す図
［図１２］従来のレーザディスプレイに接続可能な機器を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  （実施の形態１）
図１に、レーザディスプレイの概略構成を示す。図において、ＲＧＢ３色のレーザ光源１ａないし１ｃからのコヒーレント光は入力映像信号に応じて強度変調され、ダイクロイックミラー（合波手段）２ａ、２ｂにて合波される。さらに回転多面鏡からなるポリゴンスキャナ（ポリゴンミラー、第１の走査手段）４にて水平方向に、ガルバノミラー（第２の走査手段）５によって垂直方向に、それぞれ走査され、スクリーン８上に２次元の画像が表示される。この水平方向の走査手段と垂直方向の走査手段としては、上記に限られず、ポリゴンスキャナ４とガルバノミラー５との任意の組み合わせが可能である。また、Ｇｒｅｅｎ用の光源１ｂおよびＢｌｕｅ用の光源１ｃにはＳＨＧ光源を使用した。Ｒｅｄ用の光源１ａには半導体レーザを用いており、出力の変調を高速かつ直接行うことが可能である。また、本明細書においては、レーザディスプレイからスクリーンを除いた構成を持つ装置をディスプレイ装置という。【００１５】  本実施の形態１におけるＳＨＧ光源は、利得を与えるための活性領域および発振波長を制御するための分布ブラッグ反射領域（ＤＢＲ領域）を備えた半導体レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ）と、非線形光学結晶からなる光波長変換素子とを具備している。ここではＳＨＧ光源の出力変調制御方法について説明する。なお、ＤＢＲ−ＬＤはＤＢＲ領域へ電流を加え、ＤＢＲ領域の温度を上昇させ、ＤＢＲ領域の屈折率を変化させることによって半導体レーザの発振波長を変えることが可能である。【００１６】  図２は、実施の形態１におけるＳＨＧ光源および当該ＳＨＧ光源の出力調整装置の概略構成を示す図である。本明細書においては、ＳＨＧ光源単独、並びにＳＨＧ光源および当該ＳＨＧ光源の出力調整装置を合わせた全体をコヒーレント光源という。この出力調整装置は、活性領域５２およびＤＢＲ領域５３を有する半導体レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ）５１と、光波長変換素子５６と、光波長変換素子５６から出射された高調波を平行光にするためのコリメートレンズ５７および基本波をカットするための波長選択フィルター５８と、平行光の一部を分岐するビームスプリッター５４と、高調波出力をモニターするためのフォトディテクター（光検出器）５９と、各部を制御する制御回路６０とから構成される。この図２において、活性領域５２とＤＢＲ領域５３は説明のために分割して示しているが、実際には一体となっている。また、ＤＢＲ−ＬＤ５１と光波長変換素子５６とは一体化されておりＳＨＧ光源５５となっている。【００１７】  上記制御回路６０には、制御を行うためのマイクロコンピュータ（電流制御手段およびパルス電流制御手段）６１と、半導体レーザの活性領域５２へ加える電流（以下、Ｉｏｐと記する）を制御するためのレーザ駆動回路（電流注入手段）６３と、ＤＢＲ領域５３へ加える電流（以下、Ｉｄｂｒと記する）を制御するためのＤＢＲ駆動回路（電流注入手段）６４とが組み込まれている。さらに活性領域５２へパルス電流を加える活性領域用パルス回路（パルス電流注入手段）６５とＤＢＲ領域へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路（パルス電流注入手段）６６が付加されている。【００１８】  本実施の形態１において、ＤＢＲ−ＬＤ５１は、例え���ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザであり、出力は定格１００ｍＷ、しきい値は３０ｍＡ、１００ｍＷ出力時の動作電流は１５０ｍＡであった。また、光波長変換素子５６としては素子長１０ｍｍの分極反転型光導波路デバイスを用い、マグネシウムをドーピングしたニオブ酸リチウム基板上に、光導波路と周期的な分極反転領域を設けたものを用いた。【００１９】  この光波長変換素子５６から青色光を出射させる場合には、例えば、８５０ｎｍ帯のレーザ光を出射するＤＢＲ−ＬＤ５１を用い、分極反転周期を３．２μｍとすればよい。これにより、波長４２５ｎｍ程度の青色光を得ることができる。また、波長変換素子５６から緑色光を出射させる場合には、例えば、１０６４ｎｍ帯のレーザ光を出射するＤＢＲ−ＬＤ５１を用い、分極反転周期を６．７μｍとすればよい。これにより、波長５３２ｎｍ程度の緑色光を得ることができる。【００２０】  以下に、本実施の形態１のＳＨＧ光源において所望の出力を得ると共に、その出力を高速に変調し、出力階調を実現する制御方法について説明する。【００２１】  図３に、Ｉｏｐの変化に対するＤＢＲ−ＬＤの発振波長の変化を示す。ここではＩｄｂｒ＝０ｍＡとしている。図３の実線はＩｏｐを増加させた場合の波長変化を示している。図３中の点線はＩｏｐを低下させた場合の波長変化を示している。図３から、Ｉｏｐの増加と共にＤＢＲ−ＬＤの発振波長がモードホップを繰り返しながら変化するのがわかる。このようにモードホップが生じるのは、ＤＢＲ領域の影響を受けているためである。【００２２】  また、図３に示すように、Ｉｏｐの変化に対するＤＢＲ−ＬＤの発振波長は、ヒステリシス特性を有している。本実施の形態１のＤＢＲ−ＬＤでは、モードホップした直後の点（Ｅ点）から±３０ｍＡの間モードホップしないことを確認できた。このことは、モードホップした点が最も安定な点であることを示している。ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を制御する際にはモードホップ点付近で波長変化させるのが安定である。このときの波長変化は、０．００４ｎｍ／ｍＡであった。このことは、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を、モードホップ無しで連続的に±０．１２ｎｍだけ変化させることができることを意味している。【００２３】  図４にはＩｏｐ＝１００ｍＡと一定にし、Ｉｄｂｒを変化させたときの特性を示す。図４より、Ｉｄｂｒを増加させると、ＤＢＲ−ＬＤ５１の発振波長がステップ状に増加することがわかる。本実施の形態においては、このステップの幅（横軸方向）はおよそ１０ｍＡであり、ステップの高さ（縦軸方向）はおよそ０．１ｎｍである。また、Ｉｄｂｒを増加させるときと減少させるときとで発振波長が異なり、図のようにヒステリシス特性を有している。このため、Ｉｄｂｒをモードホップする電流値の近傍（図のＢ点及びＣ点）に固定すると、環境温度変化等によるモードホップを起こしやすく、発振波長が不安定になる。したがって、発振波長を安定化させるためには、Ｉｄｂｒを半導体レーザの発振波長がモードホップした直後の電流値のところ（図のＡ点）に固定することが好ましい。図３、４より、ＩｏｐとＩｄｂｒを変化させることで限られた範囲内でＤＢＲ−ＬＤの発振波長を連続的に変化させられることがわかる。【０���２４】  図５に、光波長変換素子５６の位相整合波長スペクトルを示す。この図においては、ピーク出力を「１」として高調波出力を規格化してある。図５に示すように、光波長変換素子は基本波である半導体レーザの発振波長に対して、基本波から高調波への変換効率が異なる。例えば、光波長変換素子長が１０ｍｍの場合、高調波出力がピーク出力の半値となる位相整合波長許容幅（半値半幅）は０．０８ｎｍと非常に狭い。この図５からわかるように、高調波を出力させるためには半導体レーザの発振波長を光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内に合わせる必要がある。ここで、位相整合波長スペクトル内とは、ピーク波長を含み、当該ピーク波長の低波長側及び高波長側において高調波出力が極小になる波長の範囲のことである。つまり、図５のサイドローブ部は、位相整合波長スペクトル外ということになる。尚、ピーク波長とは、高調波出力が最大（ピーク出力）となる波長のことをいう。【００２５】  そして、ＤＢＲ−ＬＤを用いて半導体レーザの発振波長を光波長変換素子５６の位相整合波長スペクトル内に固定し、高調波出力を得る。位相整合波長スペクトル内で図３、４に示すようにＩｏｐやＩｄｂｒを変化させてＤＢＲ−ＬＤの発振波長を変化させれば高調波の出力を変化させることができ、出力の階調が可能となる。ただし、図３に示したように、Ｉｄｂｒを固定してＩｏｐを変化させる場合には、限られた範囲内（本実施の形態においては、±０．１２ｎｍ）でしかＤＢＲ−ＬＤの発振波長を連続的に変化させられない。したがって、広い範囲で階調を行うためには、この変化させられる波長の値が、おおよそ位相整合波長スペクトルの半値半幅（本実施の形態においては、０．０８ｎｍ）よりも大きいことが必要である。【００２６】  図５に示す位相整合波長スペクトルのうち、高調波出力がピーク出力の５％以上、かつ、９５％以下となる部分を傾斜部とする（スペクトルの太線部）。この傾斜部は、波長に対する出力がほぼリニアに変化するため階調しやすいという特性がある。そのため、ＳＨＧ光源の出力を設定するには傾斜部を用いるのがよい。【００２７】  また、この傾斜部は、ピーク波長より低波長側と高波長側とにそれぞれ１つずつある。これらのうち、ＳＨＧ光源の出力を設定するにはピーク波長より低波長側の部分を用いることが好ましい。これは、図４からわかるように、ピーク波長より低波長側の部分に波長を固定する方が、高波長側の部分に波長を固定する場合に比べてＩｄｂｒを小さくできる、つまり消費電力を低く抑えることができるからである。【００２８】  また、制御回路の誤差精度が±５％程度あるために、傾斜部以外の部分を使用する場合、たとえば高調波出力をピーク出力の９５％を超える点に固定した場合においては、ＩｏｐやＩｄｂｒを変化させても所望の値を得られない危険性があるからである。【００２９】  これまで説明したＩｏｐやＩｄｂｒによるＤＢＲ−ＬＤの発振波長の変化は熱的に発生する現象である。ＩｏｐやＩｄｂｒの変化により活性領域やＤＢＲ領域の熱が変化し、それに伴い活性領域やＤＢＲ領域の屈折率が変動するために発生する現象である。よって発振波長の変化はｍｓｅｃのオーダーで生じる現象であり、動画を映像として出力させるためのスピードとしては不十分である。動画を出力するには最低でもＭＨｚオーダー、つまりｎｓｅｃから数μｓｅｃオーダーの波長変化スピードが要求される。【００３０】  そこで、ＤＢＲ領域へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路６６を用いてパルス電流を加えた。活性領域やＤＢＲ領域へパルス電流を加えると、例えば、半導体内部でのキャリア密度が上昇し、プラズマ効果という現象が発生し、ＤＢＲ部の屈折率が瞬間的に低下する。このとき、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長は瞬時に低波長側へシフトするため、高調波の出力が減少する。また、パルス電流であるため熱的な変化はほとんど発生しない。このようなプラズマ効果を用いた波長制御により、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を高速に制御することで、高調波出力をｎｓｅｃオーダーで変調するとともに階調することが可能となる。【００３１】  具体的に説明すると、まずＤＢＲ−ＬＤの発振波長を制御し図５の位相整合波長スペクトル内のＡ点に固定した。次にＤＢＲ領域へ図６のようなパルス電流を加えプラズマ効果を発生させた。ここで、パルス電流の一例として矩形パルスをＤＢＲ領域へ加えたが、プラズマ効果に影響を与える大きな要因の一つはパルスの立ち上がり部の形状である。この立ち上がり部の傾きが急峻であるほど瞬間的にキャリア密度が上昇するので、プラズマ効果を有効に発生させることができる。したがって、例えば、三角形パルスや立ち上がり部が鈍った形状のパルス等に比較して、矩形パルスを用いることが好ましい。また、プラズマ効果にほとんど影響を与えないためパルス幅は任意で構わないが、パルス幅が広いとその分ＤＢＲ領域において熱が発生する。そのため、パルス幅は、できるだけ狭い方が好ましい。【００３２】  図７はＡ点に固定後、図６と同様のパルス電流（図の実線）を加えた際の高調波出力（図の一点鎖線）の変化を示す図である。この例では、時刻ｔ７において目標出力値Ａ７になるように、そこまでの任意の時刻において高調波出力が直線的に減少していくように制御するものとする。つまり、高調波の出力値Ａ１〜Ａ７は、それぞれ時刻ｔ１〜ｔ７における目標出力値であるとする。また、図８はＤＢＲ領域にパルス電流を加え、高調波出力を制御する際の処理の流れを示すフローチャートである。【００３３】  まず、マイクロコンピュータ６１は、時刻ｔ７において目標出力値Ａ７になるように、時刻ｔ１における目標出力値Ａ１を算出する（ステップＳ１０１）。続いて、マイクロコンピュータ６１は、その目標出力値Ａ１を達成するパルス電流の高さを算出し（ステップＳ１０２）、ＤＢＲ領域用パルス回路６６を制御することで、算出された高さを有するパルス電流をＤＢＲ部に加える（ステップＳ１０３）。これにより、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長が低波長側にシフトする（ステップＳ１０４）。高調波出力を変化させる要因がなければ、理想的には、パルス電流の高さは図８に点線で示したように直線的な値を取るはずである。しかしながら、実際は、ＤＢＲ領域の温度変化等があるため、求められた高さのパルス電流を加えても高調波出力は目標出力値に達しないことが多い。【００３４】  そこで、光波長変換素子５６から出射された高調波出力をフォトディテクター５９で測定する（ステップＳ１０５）。まだ、時刻ｔ７に至っていないので、制御は終了しておらず（ステップＳ１０６でＮｏ）、ステップＳ１０１に戻り、フォトディテクター５９で測定された値をもとにフィードバック制御を行う。例えば、時刻ｔ１でパルス電流を加えた結果、目標出力値Ａ１よりも高調波出力が大きかったとすると、ステップＳ１０２で算出される時刻ｔ２におけるパルス電流の高さは、点線で示した理想的な値よりも大きくする必要がある。【００３５】  以下、上記の処理を順次行っていき、前の時刻で測定された高調波出力が目標出力値よりも大きければ、より出力値を下げる必要があるのでパルス電流の高さを理想的な値よりも大きく算出し、逆に前の時刻で測定された高調波出力が目標出力値よりも小さければ、より出力値を上げる必要があるのでパルス電流の高さを小さく算出すればよい。このとき、パルス電流の高さを理想的な値に対して、大きくあるいは小さくする際には、例えば、目標出力値とフォトディテクター５９により測定された値との差に応じて、所定の係数を掛けるような構成であってもよい。【００３６】  以上図７を用いて説明したように、高調波出力がパルス電流の振幅（パルス高さ）に応じて出力が変化（今回の場合出力が減少）するとともに瞬時に変化する。また、位相整合波長スペクトルの傾斜部を用いることで連続的な階調が可能となる。【００３７】  以上のように、本実施の形態１においては、ＤＢＲ−ＬＤを用いて光波長変換素子で波長変換された高調波の出力を所望の値に高速で設定することが可能となった。これにより、レーザ光源の高速変調と階調が可能となり、ディスプレイ装置などの高速応答および出力制御が必要な装置への利用が可能となる。【００３８】  次に、ディスプレイ用の光源として利用する場合には映像信号の無い場合（黒を出力する場合）への対応が必要となる。この場合、活性領域へ加える電流であるＩｏｐをゼロにするのが最も効果的である。Ｉｏｐ＝０では半導体レーザからの基本波の出力がなくなるため高調波出力も必然的にゼロとなる。他の手段として、活性領域およびＤＢＲ領域へパルス電流を加え、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を大きく変動させ位相整合波長スペクトル内からスペクトル外へ波長を変動させれば高調波出力がゼロとなる。【００３９】  また、レーザ光をスキャンして映像を出力させる際、画面の端は常に映像出力が無い状態であるので、この領域を利用し、光源出力の安定化を図ることが可能である。マイクロコンピュータ６１は、スキャンが画面の端に差し掛かったところで活性領域へのＩｏｐの供給をストップし、その間にＤＢＲ電流の確認や再調整を行い、高調波出力の安定出力に備えるのである。【００４０】  さらに、ディスプレイ用の光源として利用する場合、高出力の信号が連続して出力される場合がある。このとき、ＤＢＲ−ＬＤの温度が徐々に上昇する場合がある。パルス電流を加え、プラズマ効果による制御だけでは熱の変化を抑えきれない場合が発生するのである。この場合、マイクロコンピュータ６１が、あらかじめＩｏｐやＩｄｂｒを少しずつ変化させて熱の上昇により発生する波長変化をキャンセルするように構成することができる。【００４１】  （実施の形態２���
本実施の形態２においては、利得を与えるための活性領域、発振波長を制御するための分布ブラッグ反射領域（ＤＢＲ領域）および波長を連続的に変化させるための位相領域を備えた半導体レーザ（３電極ＬＤ）と、非線形光学結晶からなる光波長変換素子とを具備したＳＨＧ光源の制御方法について説明する。なお、３電極ＬＤは、位相領域に電流を加え、位相領域の屈折率を変化させることにより、半導体レーザの実質的な共振器長を変えることでモードホップすることなく半導体レーザの発振波長を連続的に変化させることが可能である。【００４２】  図９は、実施の形態２におけるＳＨＧ光源の出力調整装置の概略構成を示す図である。この出力調整装置は、活性領域７５、ＤＢＲ領域７７および位相領域７６を有する半導体レーザ（３電極ＬＤ）７４と、光波長変換素子８０と、光波長変換素子８０から出射された高調波を平行光にするためのコリメートレンズ８１および基本波をカットするための波長選択フィルター８２と、高調波の一部を分岐するビームスプリッター７９と、高調波出力をモニターするためのフォトディテクター（光検出器）８３と各部を制御する制御回路８４とから構成される。この図９において、活性領域７５、ＤＢＲ領域７７および位相領域７６は説明のために分割して示しているが、実際には一体となっている。また、３電極ＬＤ７４と光波長変換素子８０とは一体化されＳＨＧ光源７８となっている。【００４３】  上記制御回路８４には、制御を行うためのマイクロコンピュータ（電流制御手段およびパルス電流制御手段）８５と、半導体レーザの活性領域７５へ加える電流（Ｉｏｐ）を制御するためのレーザ駆動回路８８と、ＤＢＲ領域７７へ加える電流（Ｉｄｂｒ）を制御するためのＤＢＲ駆動回路８６と、位相領域７６へ加える電流（以下、Ｉｐｈａｓｅと記する）を制御するための位相部駆動回路８７とが組み込まれている。このレーザ駆動回路８８、ＤＢＲ駆動回路８６および位相部駆動回路８７は、本実施の形態における電流注入手段としての機能を有する。【００４４】  さらに活性領域７５へパルス電流を加える活性領域用パルス回路９５とＤＢＲ領域７７へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路９７と位相領域７６へパルス電流を加える位相領域用パルス回路９６とが付加されている。この活性領域用パルス回路９５、ＤＢＲ領域用パルス回路９７および位相領域用パルス回路９６は、本実施の形態におけるパルス電流注入手段としての機能を有する。【００４５】  本実施の形態２において、３電極ＬＤ７４は図１０に示すように連続波長可変特性を有している。ここで、ＩｄｂｒとＩｐｈａｓｅとは、ある一定の比率で変化させなければ連続的にチューニングできないため、本実施の形態２においてはＩｄｂｒとＩｐｈａｓｅの比率をＩｐｈａｓｅ／Ｉｄｂｒ＝１．６で変化させた。なお、この比率は１．６に限られず任意でよい。また、光波長変換素子８０としては、実施の形態１と同様のものを用いた。【００４６】  本実施の形態２のように３電極ＬＤを用いた場合には、半導体レーザの発振波長を連続的に可変できるため、光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内に発振波長を固定することが非常に容易となる。また、実施の形態１と同様に光��長変換素子の位相整合波長スペクトルの傾斜部を用いることによって、高調波出力を容易に変化させ、所望の高調波出力を得ることが可能である。【００４７】  ここで言う傾斜部は、実施の形態１と同様に図５に示す位相整合波長スペクトルにおいて、高調波出力がピーク出力の５％以上、かつ、９５％以下となる部分であるのが好ましい。ＳＨＧ光源の出力を設定するには傾斜部を用いるのがよい。高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下の傾斜部は波長に対する出力がほぼリニアに変化するため階調しやすいという特性がある。また、制御回路の誤差精度が±５％程度あるために、傾斜部以外の部分を使用する場合、たとえば高調波出力をピーク出力の９５％を超える点に固定した場合においては、３電極ＬＤの発振波長を変化させても所望の値を得られない危険性があるからである。【００４８】  これまで説明したＩｏｐやＩｄｂｒ、Ｉｐｈａｓｅによる３電極ＬＤの発振波長の変化は熱的に発生する現象である。ＩｏｐやＩｄｂｒ、Ｉｐｈａｓｅの変化により活性領域やＤＢＲ領域や位相領域の熱が変化し、それに伴い活性領域やＤＢＲ領域や位相領域の屈折率が変動するために発生する現象である。よって発振波長の変化はｍｓｅｃのオーダーで生じる現象であり、動画を映像として出力させるためのスピードとしては不十分である。動画を出力するには最低でもＭＨｚオーダー、つまりｎｓｅｃから数μｓｅｃオーダーの波長変化スピードが要求される。【００４９】  そこで、活性領域へパルス電流を加える活性領域用パルス回路９５と、ＤＢＲ領域へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路９７と、位相領域へパルス電流を加える位相領域用パルス回路９６とを用いてパルス電流を加えた。活性領域やＤＢＲ領域、位相領域へパルス電流を加えると、例えば、半導体内部でのキャリア密度が上昇し、プラズマ効果という現象が発生し、各部の屈折率が瞬間的に低下する。このとき、３電極ＬＤの発振波長は瞬時に低波長側へシフトする。また、パルス電流であるため熱的な変化はほとんど発生しない。このようなプラズマ効果を用いた波長制御により、３電極ＬＤの発振波長を高速に制御することで、高調波出力をｎｓｅｃオーダーで変調することが可能となる。【００５０】  具体的には３電極ＬＤの発振波長を制御し、実施の形態１と同様に図５中のＡ点に固定した。次に位相領域とＤＢＲ領域へパルス電流を加えプラズマ効果を発生させた。このプラズマ効果により位相部とＤＢＲ部の屈折率が瞬間的に低下し、３電極ＬＤの発振波長が短くなったため高調波の出力が瞬時に低下した。３電極ＬＤを用いる場合はＤＢＲ領域だけへのパルス電流印加、または位相領域のみへのパルス電流印加でも波長変化は実現される。この結果、３電極ＬＤを用いた場合においても図７のような特性が得られ、連続的な階調が可能となった。【００５１】  以上のように、本実施の形態２においては、３電極ＬＤを用いて光波長変換素子で波長変換された高調波の出力を所望の値に高速で設定することが可能となった。これにより、レーザ光源の高速変調と階調が可能となり、ディスプレイ装置などの高速応答が必要な装置への利用が可能となる。【００５２】  次に、ディスプレイ用の光源として利用する場���には映像信号の無い場合（黒を出力する場合）への対応が必要となる。この場合、活性領域へ加える電流であるＩｏｐをゼロにするのが最も効果的である。Ｉｏｐ＝０では半導体レーザからの基本波の出力がなくなるため高調波出力も必然的にゼロとなる。他の手段として、活性領域およびＤＢＲ領域、位相領域へパルス電流を加え、３電極ＬＤの発振波長を大きく変動させ位相整合波長スペクトル内からスペクトル外へ波長を変動させれば高調波出力がゼロとなる。【００５３】  また、レーザ光をスキャンして映像を出力させる際、画面の端は常に映像出力が無い状態であるので、この領域を利用し、光源出力の安定化を図ることが可能である。マイクロコンピュータ８５は、スキャンが画面の端に差し掛かったところで活性領域へのＩｏｐの供給をストップし、その間にＩｄｂｒおよびＩｐｈａｓｅの確認や再調整を行い、高調波出力の安定出力に備えるのである。【００５４】  さらに、ディスプレイ用の光源として利用する場合、高出力の信号が連続して出力される場合がある。このとき、３電極ＬＤの温度が徐々に上昇する場合がある。パルス電流を加え、プラズマ効果による制御だけでは熱の変化を抑えきれない場合が発生するのである。この場合、マイクロコンピュータ８５が、あらかじめＩｐｈａｓｅやＩｄｂｒを少しずつ変化させて熱の上昇により発生する波長変化をキャンセルするように構成することができる。【００５５】  ［その他の実施の形態］
（Ａ）上記本発明の実施の形態においては、光波長変換素子５６，８０の材料として、マグネシウムをドーピングしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いるとして説明を行ったが、それに限られることなく、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＬｉＴａＯ３（ＬＴ）、ＫＴｉＯＰｏＯ４（ＫＴＰ）、ＲｂＴｉＯＡｓＯ４、ＲｂＴｉＯＰＯ４などを用いることもできる。さらに、光波長変換素子５６，８０の材料としては、非線形有機高分子などを用いてもよい。【００５６】  ［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態の概要を以下に記載する。【００５７】  （１）上記したように、本願発明に係るコヒーレント光源は、活性領域および分布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、非線形光学結晶からなり、当該半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、前記光波長変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制御手段と、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させるパルス電流制御手段と、を備えることを特徴とする。【００５８】  この構成によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、まず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域および分布ブラッグ反射領域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域にパルス電流を加える。これにより、当該パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を減少させるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることができる。【００５９】  （２）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）であって、前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする。【００６０】  活性領域へ加える電流を停止する（ゼロにする）と、半導体レーザから出射される基本波の出力がなくなり、ゼロとなる。それに伴って、高調波出力もゼロとなる。したがって、活性領域へ加える電流を停止することで、高調波出力を確実に停止することができる。【００６１】  （３）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）であって、前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加えることを特徴とする。【００６２】  活性領域および分布ブラッグ反射領域へパルス電流が加えられると、当該領域の屈折率が瞬間的に低下し、高調波の波長が低波長側にシフトする。これにより、高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。【００６３】  （４）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（３）であって、前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が���記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする。【００６４】  この構成によれば、パルス電流の高さが十分に大きいので、１度のパルスで高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。【００６５】  （５）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）または（２）であって、高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする。【００６６】  この構成によれば、例えば、活性領域へ電流を加えることを停止して、高調波出力を停止したような場合に、分布ブラッグ反射領域へ加える電流の確認や再調整を行うことで、高調波出力の停止が解除されたときに安定した高周波出力を行うことができる。【００６７】  （６）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）乃至（５）のいずれかであって、高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする。【００６８】  高調波の高出力状態が連続する場合には、半導体レーザの温度が上昇することが想定される。この場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長が変動するので、その変動分を打ち消すように活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整する。これにより、高調波の高出力状態が連続する場合であっても、安定した高周波出力を得ることができる。【００６９】  （７）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）であって、前記半導体レーザはさらに位相領域を備えて構成されており、前記電流注入手段は当該位相領域にも電流を加えるものであり、前記電流制御手段は、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域へ加える電流を一定比で変化させて、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定するものであり、前記パルス電流注入手段は、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えることを特徴とする。【００７０】  この構成によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、まず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域、分布ブラッグ反射領域および位相領域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する。このとき、分布ブラッグ反射領域および前記位相領域へ加える電流を一定比で変化させることで、半導体レーザの発振波長を連続的に変えることができる。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分布ブラッグ反射領域および位相領域のいずれか１つの領域にパルス電流を加える。これにより、当該パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を��少させるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることができる。【００７１】  （８）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）であって、前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする。【００７２】  活性領域へ加える電流を停止する（ゼロにする）と、半導体レーザから出射される基本波の出力がなくなり、ゼロとなる。それに伴って、高調波出力もゼロとなる。したがって、活性領域へ加える電流を停止することで、高調波出力を確実に停止することができる。【００７３】  （９）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）であって、前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のうち、複数の領域へパルス電流を加えることを特徴とする。【００７４】  活性領域、分布ブラッグ反射領域および位相領域へパルス電流が加えられると、当該領域の屈折率が瞬間的に低下し、高調波の波長が低波長側にシフトする。これにより、高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。【００７５】  （１０）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（９）であって、前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする。【００７６】  この構成によれば、パルス電流の高さが十分に大きいので、１度のパルスで高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。【００７７】  （１１）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）または（８）であって、高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域または前記位相領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする。【００７８】  この構成によれば、例えば、活性領域へ電流を加えることを停止して、高調波出力を停止したような場合に、分布ブラッグ反射領域および位相領域へ加える電流の確認や再調整を行うことで、高調波出力の停止が解除されたときに安定した高周波出力を行うことができる。【００７９】  （１２）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）乃至（１１）のいずれかであって、高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする。【００８０】  高調波の高出力状態が連続する場合には、半導体レーザの温度が上昇することが想定される。この場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長が変動するので、その変動分を打ち消すように活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整する。これにより、高調波の高出力状態が連続する場合であっても、安定した高周波出力を得ることができる。【００８１】  （１３）コヒーレント光源は、コヒーレント���源（１）乃至（１２）のいずれかであって、前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下となる部分であることを特徴とする。【００８２】  位相整合波長スペクトルにおいては、高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下となる部分は、ほぼ直線的に変化している。したがって、半導体レーザの発振波長をこの傾斜部に固定することで、階調変化を連続的にかつ容易に行うことができる。【００８３】  （１４）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１３）であって、前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、ピーク波長より低波長側の部分であることを特徴とする。【００８４】  ピーク波長より低波長側の部分に波長を固定すると、高波長側の部分に波長を固定する場合に比べて、分布ブラッグ反射領域に加える電流を小さくできるため、消費電力を低く抑えることができる。【００８５】  （１５）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）乃至（１４）のいずれかであって、前記電流制御手段は電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流を、前記半導体レーザの発振波長がモードホップした直後のところで固定することを特徴とする。【００８６】  分布ブラッグ反射領域へ加える電流を、半導体レーザの発振波長がモードホップする近傍に固定すると、温度変化等によってもモードホップが生じやすく、発振波長が不安定となる。したがって、モードホップした直後のところに固定することで、発振波長を安定化することができる。【００８７】  （１６）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）乃至（１５）のいずれかであって、前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は矩形パルスであることを特徴とする。【００８８】  矩形パルスでは、パルスの立ち上がり部の傾きが急峻であるために、当該矩形パルスが加えられた半導体中のキャリア密度を上昇させ、高調波出力を減少させることを、瞬間的に行うことができる。【００８９】  （１７）上記したように、本願発明に係るディスプレイ装置は、入力映像信号に応じて強度変調されたレーザ光を投影するディスプレイ装置であって、赤色のレーザ光を出射するレーザ光源と、青色のレーザ光を出射する（１）乃至（１６）のいずれかに記載のコヒーレント光源と、緑色のレーザ光を出射する（１）乃至（１６）のいずれかに記載のコヒーレント光源と、前記赤色、青色および緑色のレーザ光を１本のレーザ光に合波する合波手段と、前記合波手段により合波された１本のレーザ光を、所定の第１の方向に走査させる第１の走査手段と、前記第１の方向に走査されたレーザ光を、前記第１の方向に垂直な第２の方向に走査させる第２の走査手段と、を備えることを特徴とする。【００９０】  この構成によれば、青色および緑色のレーザ光の光源として、パルス電流を加えることで半導体レーザの発振波長を瞬間的に変化させるコヒーレント光源を用いているために、出力変調を高速に行うことが可能で、かつ連続的な階調が得られるディスプレイ装置を実現することができる。【００９１】  （１８）ディスプレイ装置は、ディスプレイ装置（１７）であって、前記第１の��査手段および前記第２の走査手段は、回転多面鏡からなるポリゴンミラーおよびガルバノミラーから選択された組み合わせであることを特徴とする。【００９２】  この構成によれば、第１の走査手段としてポリゴンミラーが選択された場合およびガルバノミラーが選択された場合の２通りがあり、第２の走査手段としても、同様に、ポリゴンミラーが選択された場合およびガルバノミラーが選択された場合の２通りがある。したがって、目的とする機能に応じて、相応しい組み合わせを選択することができる。【００９３】  （１９）上記したように、本願発明に係るレーザディスプレイは、（１７）または（１８）に記載のディスプレイ装置と、前記ディスプレイ装置からのレーザ光を投影するスクリーンと、を備えたレーザディスプレイであって、前記スクリーンの端部において、前記入力映像信号がなく、前記電流制御手段が前記電流注入手段を制御して前記活性領域へ電流を加えることを停止し、前記半導体レーザからの出力が停止させられた際、前記電流制御手段は前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする。【００９４】  通常、スクリーンの端部には入力映像信号がなく、映像出力がない領域が存在する。そこで、この領域を利用し、電流制御手段により半導体レーザからの出力が停止させられたときに、引き続き電流制御手段は分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行う。これは例えば、分布ブラッグ反射領域へ加える電流の確認や再調整などである。これにより、半導体レーザからの出力停止が解除されたときに、レーザ光を安定して出力することができる。【００９５】  （２０）上記したように、本願発明に係るコヒーレント光源の制御方法は、非線形光学結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特徴とする。【００９６】  この制御方法を用いたコヒーレント光源によれば、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることが可能となる。【００９７】  以上説明したコヒーレント光源の主な用途としては、前述したディスプレイ装置意外にも、描画装置、計測装置、光ディスク装置などが挙げられる。【００９８】  本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】  本発明にかかる波長変換素子を用いたコヒーレント光源は、高速でＳＨＧ光源の変調が可能となり、例えばディスプレイ用の光源として有用である。
【図１】
2005083854.tif 000002
【図２】
2005083854.tif 000003
【図３】
2005083854.tif 000004
【図４】
2005083854.tif 000005
【図５】
2005083854.tif 000006
【図６】
2005083854.tif 000007
【図７】
2005083854.tif 000008
【図８】
2005083854.tif 000009
【図９】
2005083854.tif 000010
【図１０】
2005083854.tif 000011
【図１１】
2005083854.tif 000012
【図１２】
2005083854.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月8日(2005.6.8)
【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】
活性領域および分布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、
非線形光学結晶からなり、当該半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、
前記光波長変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、
前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、
前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制御手段と、
少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、
前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させるパルス電流制御手段と、
を備えることを特徴とするコヒーレント光源。
【請求項２】
前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項３】
前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加えることを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項４】
前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする請求項３記載のコヒーレント光源。
【請求項５】
高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光源。
【請求項６】
高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項７】
前記半導体レーザはさらに位相領域を備えて構成されており、
前記電流注入手段は当該位相領域にも電流を加えるものであり、
前記電流制御手段は、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域へ加える電流を一定比で変化させて、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定するものであり、
前記パルス電流注入手段は、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えることを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項８】
前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする請求項７記載のコヒーレント光源。
【請求項９】
前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のうち、複数の領域へパルス電流を加えることを特徴とする請求項７記載のコヒーレント光源。
【請求項１０】
前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする請求項９記載のコヒーレント光源。
【請求項１１】
高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域または前記位相領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載のコヒーレント光源。
【請求項１２】
高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１３】
前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下となる部分であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１４】
前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、ピーク波長より低波長側の部分であることを特徴とする請求項１３記載のコヒーレント光源。
【請求項１５】
前記電流制御手段は電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流を、前記半導体レーザの発振波長がモードホップした直後のところで固定することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１６】
前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は矩形パルスであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のコヒーレント光源。
【請求項１７】
入力映像信号に応じて強度変調されたレーザ光を投影するディスプレイ装置であって、
赤色のレーザ光を出射するレーザ光源と、
青色のレーザ光を出射する請求項１乃至１６のいずれかに記載のコヒーレント光源と、
緑色のレーザ光を出射する請求項１乃至１６のいずれかに記載のコヒーレント光源と、
前記赤色、青色および緑色のレーザ光を１本のレーザ光に合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された１本のレーザ光を、所定の第１の方向に走査させる第１の走査手段と、
前記第１の方向に走査されたレーザ光を、前記第１の方向に垂直な第２の方向に走査させる第２の走査手段と、
を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記第１の走査手段および前記第２の走査手段は、回転多面鏡からなるポリゴンミラーおよびガルバノミラーから選択された組み合わせであることを特徴とする請求項１７記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載のディスプレイ装置と、
前記ディスプレイ装置からのレーザ光を投影するスクリーンと、
を備えたレーザディスプレイであって、
前記スクリーンの端部において、前記入力映像信号がなく、前記電流制御手段が前記電流注入手段を制御して前記活性領域へ電流を加えることを停止し、前記半導体レーザからの出力が停止させられた際、前記電流制御手段は前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とするレーザディスプレイ。
【請求項２０】
非線形光学結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特徴とするコヒーレント光源の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子を用いたコヒーレント光源およびその制御方法、並びにそれらを用いたディスプレイ装置およびレーザディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１に従来のこの種のディスプレイ装置の一例として、レーザディスプレイ１００の概略構成を示す。図において、ＲＧＢ３色のレーザ光源１０１ａないし１０１ｃからのコヒーレント光は光変調器１０６ａないし１０６ｃにより入力映像信号に応じて強度変調され、ダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂにて合波される。さらにポリゴンスキャナ（ポリゴンミラー）１０４にて水平方向に、ガルバノミラー１０５によって垂直方向に、それぞれ走査され、スクリーン１０８上に２次元の画像が表示される。
【０００３】
この構成のディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、ＮＴＳＣ信号よりも表示可能な色範囲が広がり、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。
【０００４】
図１２はこの従来のレーザディスプレイに接続可能な機器を示すものである。この従来例のレーザディスプレイはＲＧＢ端子により映像信号を入力するものとしており、ノートＰＣ等のパーソナルコンピュータ２０１、ビデオゲーム機２０２、各種ＤＶＤ等の光ディスクプレーヤ２０３、ＶＴＲとの一体型を含む光ディスクレコーダ２０４、カメラ一体型ＶＴＲ２０５、据え置き型ＶＴＲ２０６、ＢＳ／ＣＳチューナ２０７、ＴＶ２０８、各種光ディスクドライブとの一体型を含むハードディスクレコーダ２０９、インターネット放送用ＳＴＢ（Ｓｅｔ  Ｔｏｐ  Ｂｏｘ）２１０、ＣＡＴＶ用ＳＴＢ２１１、地上波デジタル放送用ＳＴＢ２１２、ＢＳ  ＨＤＴＶ放送用ＳＴＢ２１３等、ＲＧＢ信号の出力端子を有するものであれば、接続が可能である。
【０００５】
この他、レーザディスプレイと接続する機器が出力する信号のフォーマットに合わせて、Ｄ４入力端子、ＤＶＩ−Ｄ入力端子、ＩＥＥＥ１３９４端子、コンポーネント端子、Ｓ端子、ビデオ端子等を設けてもよい。
【０００６】
この種のディスプレイ装置の小型化・省電力化を図り、持ち運びを容易にするためには、レーザ光源１０１ａないし１０１ｃを直接変調し、光変調器１０６ａないし１０６ｃを取り除く必要がある。前記従来の構成において、ＲＧＢ光源の内、赤色（Ｒ）光源は半導体レーザを、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）光源はＳＨＧ光源を用いる必要がある。ＮＴＳＣ信号よりも表示可能な色範囲が広く、色純度が高く、鮮やかな画像の表示を可能とするには波長５３０ｎｍ近傍の緑色光および波長４５０ｎｍ近傍の青色光が必要であるが、高出力化が可能で信頼性の確保が可能な緑色用および青色用の半導体レーザが現時点で存在しないためＳＨＧ光源の利用が必要となる。ディスプレイ用の光源への利用を考えると、ＳＨＧ光源の出力を高速で変調させるとともに出力の階調を行う必要がある。なお、赤色については半導体レーザを高速変調し階調を実現することが可能である。
【０００７】
例として８００本（水平方向）×６００本（垂直方向）の２次元走査を毎秒３０フレーム行う場合、１４．４ＭＨｚの周波数で出力変調させるとともに少なくとも２５６段階程度の出力階調を行う必要がある。ＳＨＧ光源の出力を変化させるには（特許０３３２９４４６に示されるように）分布ブラッグ反射領域や位相領域を備えた半導体レーザを用い、直流電源を用いて分布ブラッグ反射領域や位相領域へ加える電流を変化させ、各部の熱上昇により発生する屈折率変化により半導体レーザの発振波長をＳＨＧ素子の位相整合波長スペクトル内で変化させる方法がある。
【特許文献１】特開２００３−９８４７６号公報（第４頁  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような方法では屈折率変化が熱的に発生するため、変化に要する時間がｍｓｅｃオーダーと長く、ＭＨｚオーダーの変調は困難である。
【０００９】
この発明は、上記のようなＳＨＧ光源の光出力の変調に関する問題点を解決するためになされたもので、ＳＨＧ光源の出力変調の高速化を図りながら階調を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のために本発明の一態様に係るコヒーレント光源は、活性領域および分布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、非線形光学結晶からなり、当該半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、前記光波長変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制御手段と、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させるパルス電流制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様に係るコヒーレント光源の制御方法は、非線形光学結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記の態様によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、まず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域および分布ブラッグ反射領域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域にパルス電流を加える。これにより、当該パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を減少させるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることができる。
【００１３】
上記の態様に係る制御方法を用いたコヒーレント光源によれば、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１に、レーザディスプレイの概略構成を示す。図において、ＲＧＢ３色のレーザ光源１ａないし１ｃからのコヒーレント光は入力映像信号に応じて強度変調され、ダイクロイックミラー（合波手段）２ａ、２ｂにて合波される。さらに回転多面鏡からなるポリゴンスキャナ（ポリゴンミラー、第１の走査手段）４にて水平方向に、ガルバノミラー（第２の走査手段）５によって垂直方向に、それぞれ走査され、スクリーン８上に２次元の画像が表示される。この水平方向の走査手段と垂直方向の走査手段としては、上記に限られず、ポリゴンスキャナ４とガルバノミラー５との任意の組み合わせが可能である。また、Ｇｒｅｅｎ用の光源１ｂおよびＢｌｕｅ用の光源１ｃにはＳＨＧ光源を使用した。Ｒｅｄ用の光源１ａには半導体レーザを用いており、出力の変調を高速かつ直接行うことが可能である。また、本明細書においては、レーザディスプレイからスクリーンを除いた構成を持つ装置をディスプレイ装置という。
【００１５】
本実施の形態１におけるＳＨＧ光源は、利得を与えるための活性領域および発振波長を制御するための分布ブラッグ反射領域（ＤＢＲ領域）を備えた半導体レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ）と、非線形光学結晶からなる光波長変換素子とを具備している。ここではＳＨＧ光源の出力変調制御方法について説明する。なお、ＤＢＲ−ＬＤはＤＢＲ領域へ電流を加え、ＤＢＲ領域の温度を上昇させ、ＤＢＲ領域の屈折率を変化させることによって半導体レーザの発振波長を変えることが可能である。
【００１６】
図２は、実施の形態１におけるＳＨＧ光源および当該ＳＨＧ光源の出力調整装置の概略構成を示す図である。本明細書においては、ＳＨＧ光源単独、並びにＳＨＧ光源および当該ＳＨＧ光源の出力調整装置を合わせた全体をコヒーレント光源という。この出力調整装置は、活性領域５２およびＤＢＲ領域５３を有する半導体レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ）５１と、光波長変換素子５６と、光波長変換素子５６から出射された高調波を平行光にするためのコリメートレンズ５７および基本波をカットするための波長選択フィルター５８と、平行光の一部を分岐するビームスプリッター５４と、高調波出力をモニターするためのフォトディテクター（光検出器）５９と、各部を制御する制御回路６０とから構成される。この図２において、活性領域５２とＤＢＲ領域５３は説明のために分割して示しているが、実際には一体となっている。また、ＤＢＲ−ＬＤ５１と光波長変換素子５６とは一体化されておりＳＨＧ光源５５となっている。
【００１７】
上記制御回路６０には、制御を行うためのマイクロコンピュータ（電流制御手段およびパルス電流制御手段）６１と、半導体レーザの活性領域５２へ加える電流（以下、Ｉｏｐと記する）を制御するためのレーザ駆動回路（電流注入手段）６３と、ＤＢＲ領域５３へ加える電流（以下、Ｉｄｂｒと記する）を制御するためのＤＢＲ駆動回路（電流注入手段）６４とが組み込まれている。さらに活性領域５２へパルス電流を加える活性領域用パルス回路（パルス電流注入手段）６５とＤＢＲ領域へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路（パルス電流注入手段）６６が付加されている。
【００１８】
本実施の形態１において、ＤＢＲ−ＬＤ５１は、例えばＡｌＧａＡｓ系半導体レーザであり、出力は定格１００ｍＷ、しきい値は３０ｍＡ、１００ｍＷ出力時の動作電流は１５０ｍＡであった。また、光波長変換素子５６としては素子長１０ｍｍの分極反転型光導波路デバイスを用い、マグネシウムをドーピングしたニオブ酸リチウム基板上に、光導波路と周期的な分極反転領域を設けたものを用いた。
【００１９】
この光波長変換素子５６から青色光を出射させる場合には、例えば、８５０ｎｍ帯のレーザ光を出射するＤＢＲ−ＬＤ５１を用い、分極反転周期を３．２μｍとすればよい。これにより、波長４２５ｎｍ程度の青色光を得ることができる。また、波長変換素子５６から緑色光を出射させる場合には、例えば、１０６４ｎｍ帯のレーザ光を出射するＤＢＲ−ＬＤ５１を用い、分極反転周期を６．７μｍとすればよい。これにより、波長５３２ｎｍ程度の緑色光を得ることができる。
【００２０】
以下に、本実施の形態１のＳＨＧ光源において所望の出力を得ると共に、その出力を高速に変調し、出力階調を実現する制御方法について説明する。
【００２１】
図３に、Ｉｏｐの変化に対するＤＢＲ−ＬＤの発振波長の変化を示す。ここではＩｄｂｒ＝０ｍＡとしている。図３の実線はＩｏｐを増加させた場合の波長変化を示している。図３中の点線はＩｏｐを低下させた場合の波長変化を示している。図３から、Ｉｏｐの増加と共にＤＢＲ−ＬＤの発振波長がモードホップを繰り返しながら変化するのがわかる。このようにモードホップが生じるのは、ＤＢＲ領域の影響を受けているためである。
【００２２】
また、図３に示すように、Ｉｏｐの変化に対するＤＢＲ−ＬＤの発振波長は、ヒステリシス特性を有している。本実施の形態１のＤＢＲ−ＬＤでは、モードホップした直後の点（Ｅ点）から±３０ｍＡの間モードホップしないことを確認できた。このことは、モードホップした点が最も安定な点であることを示している。ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を制御する際にはモードホップ点付近で波長変化させるのが安定である。このときの波長変化は、０．００４ｎｍ／ｍＡであった。このことは、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を、モードホップ無しで連続的に±０．１２ｎｍだけ変化させることができることを意味している。
【００２３】
図４にはＩｏｐ＝１００ｍＡと一定にし、Ｉｄｂｒを変化させたときの特性を示す。図４より、Ｉｄｂｒを増加させると、ＤＢＲ−ＬＤ５１の発振波長がステップ状に増加することがわかる。本実施の形態においては、このステップの幅（横軸方向）はおよそ１０ｍＡであり、ステップの高さ（縦軸方向）はおよそ０．１ｎｍである。また、Ｉｄｂｒを増加させるときと減少させるときとで発振波長が異なり、図のようにヒステリシス特性を有している。このため、Ｉｄｂｒをモードホップする電流値の近傍（図のＢ点及びＣ点）に固定すると、環境温度変化等によるモードホップを起こしやすく、発振波長が不安定になる。したがって、発振波長を安定化させるためには、Ｉｄｂｒを半導体レーザの発振波長がモードホップした直後の電流値のところ（図のＡ点）に固定することが好ましい。図３、４より、ＩｏｐとＩｄｂｒを変化させることで限られた範囲内でＤＢＲ−ＬＤの発振波長を連続的に変化させられることがわかる。
【００２４】
図５に、光波長変換素子５６の位相整合波長スペクトルを示す。この図においては、ピーク出力を「１」として高調波出力を規格化してある。図５に示すように、光波長変換素子は基本波である半導体レーザの発振波長に対して、基本波から高調波への変換効率が異なる。例えば、光波長変換素子長が１０ｍｍの場合、高調波出力がピーク出力の半値となる位相整合波長許容幅（半値半幅）は０．０８ｎｍと非常に狭い。この図５からわかるように、高調波を出力させるためには半導体レーザの発振波長を光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内に合わせる必要がある。ここで、位相整合波長スペクトル内とは、ピーク波長を含み、当該ピーク波長の低波長側及び高波長側において高調波出力が極小になる波長の範囲のことである。つまり、図５のサイドローブ部は、位相整合波長スペクトル外ということになる。尚、ピーク波長とは、高調波出力が最大（ピーク出力）となる波長のことをいう。
【００２５】
そして、ＤＢＲ−ＬＤを用いて半導体レーザの発振波長を光波長変換素子５６の位相整合波長スペクトル内に固定し、高調波出力を得る。位相整合波長スペクトル内で図３、４に示すようにＩｏｐやＩｄｂｒを変化させてＤＢＲ−ＬＤの発振波長を変化させれば高調波の出力を変化させることができ、出力の階調が可能となる。ただし、図３に示したように、Ｉｄｂｒを固定してＩｏｐを変化させる場合には、限られた範囲内（本実施の形態においては、±０．１２ｎｍ）でしかＤＢＲ−ＬＤの発振波長を連続的に変化させられない。したがって、広い範囲で階調を行うためには、この変化させられる波長の値が、おおよそ位相整合波長スペクトルの半値半幅（本実施の形態においては、０．０８ｎｍ）よりも大きいことが必要である。
【００２６】
図５に示す位相整合波長スペクトルのうち、高調波出力がピーク出力の５％以上、かつ、９５％以下となる部分を傾斜部とする（スペクトルの太線部）。この傾斜部は、波長に対する出力がほぼリニアに変化するため階調しやすいという特性がある。そのため、ＳＨＧ光源の出力を設定するには傾斜部を用いるのがよい。
【００２７】
また、この傾斜部は、ピーク波長より低波長側と高波長側とにそれぞれ１つずつある。これらのうち、ＳＨＧ光源の出力を設定するにはピーク波長より低波長側の部分を用いることが好ましい。これは、図４からわかるように、ピーク波長より低波長側の部分に波長を固定する方が、高波長側の部分に波長を固定する場合に比べてＩｄｂｒを小さくできる、つまり消費電力を低く抑えることができるからである。
【００２８】
また、制御回路の誤差精度が±５％程度あるために、傾斜部以外の部分を使用する場合、たとえば高調波出力をピーク出力の９５％を超える点に固定した場合においては、ＩｏｐやＩｄｂｒを変化させても所望の値を得られない危険性があるからである。
【００２９】
これまで説明したＩｏｐやＩｄｂｒによるＤＢＲ−ＬＤの発振波長の変化は熱的に発生する現象である。ＩｏｐやＩｄｂｒの変化により活性領域やＤＢＲ領域の熱が変化し、それに伴い活性領域やＤＢＲ領域の屈折率が変動するために発生する現象である。よって発振波長の変化はｍｓｅｃのオーダーで生じる現象であり、動画を映像として出力させるためのスピードとしては不十分である。動画を出力するには最低でもＭＨｚオーダー、つまりｎｓｅｃから数μｓｅｃオーダーの波長変化スピードが要求される。
【００３０】
そこで、ＤＢＲ領域へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路６６を用いてパルス電流を加えた。活性領域やＤＢＲ領域へパルス電流を加えると、例えば、半導体内部でのキャリア密度が上昇し、プラズマ効果という現象が発生し、ＤＢＲ部の屈折率が瞬間的に低下する。このとき、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長は瞬時に低波長側へシフトするため、高調波の出力が減少する。また、パルス電流であるため熱的な変化はほとんど発生しない。このようなプラズマ効果を用いた波長制御により、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を高速に制御することで、高調波出力をｎｓｅｃオーダーで変調するとともに階調することが可能となる。
【００３１】
具体的に説明すると、まずＤＢＲ−ＬＤの発振波長を制御し図５の位相整合波長スペクトル内のＡ点に固定した。次にＤＢＲ領域へ図６のようなパルス電流を加えプラズマ効果を発生させた。ここで、パルス電流の一例として矩形パルスをＤＢＲ領域へ加えたが、プラズマ効果に影響を与える大きな要因の一つはパルスの立ち上がり部の形状である。この立ち上がり部の傾きが急峻であるほど瞬間的にキャリア密度が上昇するので、プラズマ効果を有効に発生させることができる。したがって、例えば、三角形パルスや立ち上がり部が鈍った形状のパルス等に比較して、矩形パルスを用いることが好ましい。また、プラズマ効果にほとんど影響を与えないためパルス幅は任意で構わないが、パルス幅が広いとその分ＤＢＲ領域において熱が発生する。そのため、パルス幅は、できるだけ狭い方が好ましい。
【００３２】
図７はＡ点に固定後、図６と同様のパルス電流（図の実線）を加えた際の高調波出力（図の一点鎖線）の変化を示す図である。この例では、時刻ｔ７において目標出力値Ａ７になるように、そこまでの任意の時刻において高調波出力が直線的に減少していくように制御するものとする。つまり、高調波の出力値Ａ１〜Ａ７は、それぞれ時刻ｔ１〜ｔ７における目標出力値であるとする。また、図８はＤＢＲ領域にパルス電流を加え、高調波出力を制御する際の処理の流れを示すフローチャートである。
【００３３】
まず、マイクロコンピュータ６１は、時刻ｔ７において目標出力値Ａ７になるように、時刻ｔ１における目標出力値Ａ１を算出する（ステップＳ１０１）。続いて、マイクロコンピュータ６１は、その目標出力値Ａ１を達成するパルス電流の高さを算出し（ステップＳ１０２）、ＤＢＲ領域用パルス回路６６を制御することで、算出された高さを有するパルス電流をＤＢＲ部に加える（ステップＳ１０３）。これにより、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長が低波長側にシフトする（ステップＳ１０４）。高調波出力を変化させる要因がなければ、理想的には、パルス電流の高さは図８に点線で示したように直線的な値を取るはずである。しかしながら、実際は、ＤＢＲ領域の温度変化等があるため、求められた高さのパルス電流を加えても高調波出力は目標出力値に達しないことが多い。
【００３４】
そこで、光波長変換素子５６から出射された高調波出力をフォトディテクター５９で測定する（ステップＳ１０５）。まだ、時刻ｔ７に至っていないので、制御は終了しておらず（ステップＳ１０６でＮｏ）、ステップＳ１０１に戻り、フォトディテクター５９で測定された値をもとにフィードバック制御を行う。例えば、時刻ｔ１でパルス電流を加えた結果、目標出力値Ａ１よりも高調波出力が大きかったとすると、ステップＳ１０２で算出される時刻ｔ２におけるパルス電流の高さは、点線で示した理想的な値よりも大きくする必要がある。
【００３５】
以下、上記の処理を順次行っていき、前の時刻で測定された高調波出力が目標出力値よりも大きければ、より出力値を下げる必要があるのでパルス電流の高さを理想的な値よりも大きく算出し、逆に前の時刻で測定された高調波出力が目標出力値よりも小さければ、より出力値を上げる必要があるのでパルス電流の高さを小さく算出すればよい。このとき、パルス電流の高さを理想的な値に対して、大きくあるいは小さくする際には、例えば、目標出力値とフォトディテクター５９により測定された値との差に応じて、所定の係数を掛けるような構成であってもよい。
【００３６】
以上図７を用いて説明したように、高調波出力がパルス電流の振幅（パルス高さ）に応じて出力が変化（今回の場合出力が減少）するとともに瞬時に変化する。また、位相整合波長スペクトルの傾斜部を用いることで連続的な階調が可能となる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態１においては、ＤＢＲ−ＬＤを用いて光波長変換素子で波長変換された高調波の出力を所望の値に高速で設定することが可能となった。これにより、レーザ光源の高速変調と階調が可能となり、ディスプレイ装置などの高速応答および出力制御が必要な装置への利用が可能となる。
【００３８】
次に、ディスプレイ用の光源として利用する場合には映像信号の無い場合（黒を出力する場合）への対応が必要となる。この場合、活性領域へ加える電流であるＩｏｐをゼロにするのが最も効果的である。Ｉｏｐ＝０では半導体レーザからの基本波の出力がなくなるため高調波出力も必然的にゼロとなる。他の手段として、活性領域およびＤＢＲ領域へパルス電流を加え、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長を大きく変動させ位相整合波長スペクトル内からスペクトル外へ波長を変動させれば高調波出力がゼロとなる。
【００３９】
また、レーザ光をスキャンして映像を出力させる際、画面の端は常に映像出力が無い状態であるので、この領域を利用し、光源出力の安定化を図ることが可能である。マイクロコンピュータ６１は、スキャンが画面の端に差し掛かったところで活性領域へのＩｏｐの供給をストップし、その間にＤＢＲ電流の確認や再調整を行い、高調波出力の安定出力に備えるのである。
【００４０】
さらに、ディスプレイ用の光源として利用する場合、高出力の信号が連続して出力される場合がある。このとき、ＤＢＲ−ＬＤの温度が徐々に上昇する場合がある。パルス電流を加え、プラズマ効果による制御だけでは熱の変化を抑えきれない場合が発生するのである。この場合、マイクロコンピュータ６１が、あらかじめＩｏｐやＩｄｂｒを少しずつ変化させて熱の上昇により発生する波長変化をキャンセルするように構成することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
本実施の形態２においては、利得を与えるための活性領域、発振波長を制御するための分布ブラッグ反射領域（ＤＢＲ領域）および波長を連続的に変化させるための位相領域を備えた半導体レーザ（３電極ＬＤ）と、非線形光学結晶からなる光波長変換素子とを具備したＳＨＧ光源の制御方法について説明する。なお、３電極ＬＤは、位相領域に電流を加え、位相領域の屈折率を変化させることにより、半導体レーザの実質的な共振器長を変えることでモードホップすることなく半導体レーザの発振波長を連続的に変化させることが可能である。
【００４２】
図９は、実施の形態２におけるＳＨＧ光源の出力調整装置の概略構成を示す図である。この出力調整装置は、活性領域７５、ＤＢＲ領域７７および位相領域７６を有する半導体レーザ（３電極ＬＤ）７４と、光波長変換素子８０と、光波長変換素子８０から出射された高調波を平行光にするためのコリメートレンズ８１および基本波をカットするための波長選択フィルター８２と、高調波の一部を分岐するビームスプリッター７９と、高調波出力をモニターするためのフォトディテクター（光検出器）８３と各部を制御する制御回路８４とから構成される。この図９において、活性領域７５、ＤＢＲ領域７７および位相領域７６は説明のために分割して示しているが、実際には一体となっている。また、３電極ＬＤ７４と光波長変換素子８０とは一体化されＳＨＧ光源７８となっている。
【００４３】
上記制御回路８４には、制御を行うためのマイクロコンピュータ（電流制御手段およびパルス電流制御手段）８５と、半導体レーザの活性領域７５へ加える電流（Ｉｏｐ）を制御するためのレーザ駆動回路８８と、ＤＢＲ領域７７へ加える電流（Ｉｄｂｒ）を制御するためのＤＢＲ駆動回路８６と、位相領域７６へ加える電流（以下、Ｉｐｈａｓｅと記する）を制御するための位相部駆動回路８７とが組み込まれている。このレーザ駆動回路８８、ＤＢＲ駆動回路８６および位相部駆動回路８７は、本実施の形態における電流注入手段としての機能を有する。
【００４４】
さらに活性領域７５へパルス電流を加える活性領域用パルス回路９５とＤＢＲ領域７７へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路９７と位相領域７６へパルス電流を加える位相領域用パルス回路９６とが付加されている。この活性領域用パルス回路９５、ＤＢＲ領域用パルス回路９７および位相領域用パルス回路９６は、本実施の形態におけるパルス電流注入手段としての機能を有する。
【００４５】
本実施の形態２において、３電極ＬＤ７４は図１０に示すように連続波長可変特性を有している。ここで、ＩｄｂｒとＩｐｈａｓｅとは、ある一定の比率で変化させなければ連続的にチューニングできないため、本実施の形態２においてはＩｄｂｒとＩｐｈａｓｅの比率をＩｐｈａｓｅ／Ｉｄｂｒ＝１．６で変化させた。なお、この比率は１．６に限られず任意でよい。また、光波長変換素子８０としては、実施の形態１と同様のものを用いた。
【００４６】
本実施の形態２のように３電極ＬＤを用いた場合には、半導体レーザの発振波長を連続的に可変できるため、光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内に発振波長を固定することが非常に容易となる。また、実施の形態１と同様に光波長変換素子の位相整合波長スペクトルの傾斜部を用いることによって、高調波出力を容易に変化させ、所望の高調波出力を得ることが可能である。
【００４７】
ここで言う傾斜部は、実施の形態１と同様に図５に示す位相整合波長スペクトルにおいて、高調波出力がピーク出力の５％以上、かつ、９５％以下となる部分であるのが好ましい。ＳＨＧ光源の出力を設定するには傾斜部を用いるのがよい。高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下の傾斜部は波長に対する出力がほぼリニアに変化するため階調しやすいという特性がある。また、制御回路の誤差精度が±５％程度あるために、傾斜部以外の部分を使用する場合、たとえば高調波出力をピーク出力の９５％を超える点に固定した場合においては、３電極ＬＤの発振波長を変化させても所望の値を得られない危険性があるからである。
【００４８】
これまで説明したＩｏｐやＩｄｂｒ、Ｉｐｈａｓｅによる３電極ＬＤの発振波長の変化は熱的に発生する現象である。ＩｏｐやＩｄｂｒ、Ｉｐｈａｓｅの変化により活性領域やＤＢＲ領域や位相領域の熱が変化し、それに伴い活性領域やＤＢＲ領域や位相領域の屈折率が変動するために発生する現象である。よって発振波長の変化はｍｓｅｃのオーダーで生じる現象であり、動画を映像として出力させるためのスピードとしては不十分である。動画を出力するには最低でもＭＨｚオーダー、つまりｎｓｅｃから数μｓｅｃオーダーの波長変化スピードが要求される。
【００４９】
そこで、活性領域へパルス電流を加える活性領域用パルス回路９５と、ＤＢＲ領域へパルス電流を加えるＤＢＲ領域用パルス回路９７と、位相領域へパルス電流を加える位相領域用パルス回路９６とを用いてパルス電流を加えた。活性領域やＤＢＲ領域、位相領域へパルス電流を加えると、例えば、半導体内部でのキャリア密度が上昇し、プラズマ効果という現象が発生し、各部の屈折率が瞬間的に低下する。このとき、３電極ＬＤの発振波長は瞬時に低波長側へシフトする。また、パルス電流であるため熱的な変化はほとんど発生しない。このようなプラズマ効果を用いた波長制御により、３電極ＬＤの発振波長を高速に制御することで、高調波出力をｎｓｅｃオーダーで変調することが可能となる。
【００５０】
具体的には３電極ＬＤの発振波長を制御し、実施の形態１と同様に図５中のＡ点に固定した。次に位相領域とＤＢＲ領域へパルス電流を加えプラズマ効果を発生させた。このプラズマ効果により位相部とＤＢＲ部の屈折率が瞬間的に低下し、３電極ＬＤの発振波長が短くなったため高調波の出力が瞬時に低下した。３電極ＬＤを用いる場合はＤＢＲ領域だけへのパルス電流印加、または位相領域のみへのパルス電流印加でも波長変化は実現される。この結果、３電極ＬＤを用いた場合においても図７のような特性が得られ、連続的な階調が可能となった。
【００５１】
以上のように、本実施の形態２においては、３電極ＬＤを用いて光波長変換素子で波長変換された高調波の出力を所望の値に高速で設定することが可能となった。これにより、レーザ光源の高速変調と階調が可能となり、ディスプレイ装置などの高速応答が必要な装置への利用が可能となる。
【００５２】
次に、ディスプレイ用の光源として利用する場合には映像信号の無い場合（黒を出力する場合）への対応が必要となる。この場合、活性領域へ加える電流であるＩｏｐをゼロにするのが最も効果的である。Ｉｏｐ＝０では半導体レーザからの基本波の出力がなくなるため高調波出力も必然的にゼロとなる。他の手段として、活性領域およびＤＢＲ領域、位相領域へパルス電流を加え、３電極ＬＤの発振波長を大きく変動させ位相整合波長スペクトル内からスペクトル外へ波長を変動させれば高調波出力がゼロとなる。
【００５３】
また、レーザ光をスキャンして映像を出力させる際、画面の端は常に映像出力が無い状態であるので、この領域を利用し、光源出力の安定化を図ることが可能である。マイクロコンピュータ８５は、スキャンが画面の端に差し掛かったところで活性領域へのＩｏｐの供給をストップし、その間にＩｄｂｒおよびＩｐｈａｓｅの確認や再調整を行い、高調波出力の安定出力に備えるのである。
【００５４】
さらに、ディスプレイ用の光源として利用する場合、高出力の信号が連続して出力される場合がある。このとき、３電極ＬＤの温度が徐々に上昇する場合がある。パルス電流を加え、プラズマ効果による制御だけでは熱の変化を抑えきれない場合が発生するのである。この場合、マイクロコンピュータ８５が、あらかじめＩｐｈａｓｅやＩｄｂｒを少しずつ変化させて熱の上昇により発生する波長変化をキャンセルするように構成することができる。
【００５５】
（その他の実施の形態）
（Ａ）上記本発明の実施の形態においては、光波長変換素子５６，８０の材料として、マグネシウムをドーピングしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を用いるとして説明を行ったが、それに限られることなく、ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）、ＬｉＴａＯ3（ＬＴ）、ＫＴｉＯＰｏＯ4（ＫＴＰ）、ＲｂＴｉＯＡｓＯ4、ＲｂＴｉＯＰＯ4などを用いることもできる。さらに、光波長変換素子５６，８０の材料としては、非線形有機高分子などを用いてもよい。
【００５６】
（実施の形態の概要）
本発明の実施の形態の概要を以下に記載する。
【００５７】
（１）上記したように、本願発明に係るコヒーレント光源は、活性領域および分布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、非線形光学結晶からなり、当該半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、前記光波長変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制御手段と、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させるパルス電流制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００５８】
この構成によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、まず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域および分布ブラッグ反射領域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域にパルス電流を加える。これにより、当該パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を減少させるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることができる。
【００５９】
（２）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）であって、前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする。
【００６０】
活性領域へ加える電流を停止する（ゼロにする）と、半導体レーザから出射される基本波の出力がなくなり、ゼロとなる。それに伴って、高調波出力もゼロとなる。したがって、活性領域へ加える電流を停止することで、高調波出力を確実に停止することができる。
【００６１】
（３）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）であって、前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加えることを特徴とする。
【００６２】
活性領域および分布ブラッグ反射領域へパルス電流が加えられると、当該領域の屈折率が瞬間的に低下し、高調波の波長が低波長側にシフトする。これにより、高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。
【００６３】
（４）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（３）であって、前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする。
【００６４】
この構成によれば、パルス電流の高さが十分に大きいので、１度のパルスで高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。
【００６５】
（５）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）または（２）であって、高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする。
【００６６】
この構成によれば、例えば、活性領域へ電流を加えることを停止して、高調波出力を停止したような場合に、分布ブラッグ反射領域へ加える電流の確認や再調整を行うことで、高調波出力の停止が解除されたときに安定した高周波出力を行うことができる。
【００６７】
（６）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）乃至（５）のいずれかであって、高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする。
【００６８】
高調波の高出力状態が連続する場合には、半導体レーザの温度が上昇することが想定される。この場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長が変動するので、その変動分を打ち消すように活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整する。これにより、高調波の高出力状態が連続する場合であっても、安定した高周波出力を得ることができる。
【００６９】
（７）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）であって、前記半導体レーザはさらに位相領域を備えて構成されており、前記電流注入手段は当該位相領域にも電流を加えるものであり、前記電流制御手段は、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域へ加える電流を一定比で変化させて、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定するものであり、前記パルス電流注入手段は、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へパルス電流を加えることを特徴とする。
【００７０】
この構成によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、まず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域、分布ブラッグ反射領域および位相領域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する。このとき、分布ブラッグ反射領域および前記位相領域へ加える電流を一定比で変化させることで、半導体レーザの発振波長を連続的に変えることができる。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分布ブラッグ反射領域および位相領域のいずれか１つの領域にパルス電流を加える。これにより、当該パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を減少させるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることができる。
【００７１】
（８）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）であって、前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする。
【００７２】
活性領域へ加える電流を停止する（ゼロにする）と、半導体レーザから出射される基本波の出力がなくなり、ゼロとなる。それに伴って、高調波出力もゼロとなる。したがって、活性領域へ加える電流を停止することで、高調波出力を確実に停止することができる。
【００７３】
（９）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）であって、前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のうち、複数の領域へパルス電流を加えることを特徴とする。
【００７４】
活性領域、分布ブラッグ反射領域および位相領域へパルス電流が加えられると、当該領域の屈折率が瞬間的に低下し、高調波の波長が低波長側にシフトする。これにより、高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。
【００７５】
（１０）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（９）であって、前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴とする。
【００７６】
この構成によれば、パルス電流の高さが十分に大きいので、１度のパルスで高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させることができる。
【００７７】
（１１）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）または（８）であって、高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域または前記位相領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする。
【００７８】
この構成によれば、例えば、活性領域へ電流を加えることを停止して、高調波出力を停止したような場合に、分布ブラッグ反射領域および位相領域へ加える電流の確認や再調整を行うことで、高調波出力の停止が解除されたときに安定した高周波出力を行うことができる。
【００７９】
（１２）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（７）乃至（１１）のいずれかであって、高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする。
【００８０】
高調波の高出力状態が連続する場合には、半導体レーザの温度が上昇することが想定される。この場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長が変動するので、その変動分を打ち消すように活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか１つの領域へ加える電流を調整する。これにより、高調波の高出力状態が連続する場合であっても、安定した高周波出力を得ることができる。
【００８１】
（１３）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）乃至（１２）のいずれかであって、前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下となる部分であることを特徴とする。
【００８２】
位相整合波長スペクトルにおいては、高調波出力がピーク出力の５％以上かつ９５％以下となる部分は、ほぼ直線的に変化している。したがって、半導体レーザの発振波長をこの傾斜部に固定することで、階調変化を連続的にかつ容易に行うことができる。
【００８３】
（１４）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１３）であって、前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、ピーク波長より低波長側の部分であることを特徴とする。
【００８４】
ピーク波長より低波長側の部分に波長を固定すると、高波長側の部分に波長を固定する場合に比べて、分布ブラッグ反射領域に加える電流を小さくできるため、消費電力を低く抑えることができる。
【００８５】
（１５）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）乃至（１４）のいずれかであって、前記電流制御手段は電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流を、前記半導体レーザの発振波長がモードホップした直後のところで固定することを特徴とする。
【００８６】
分布ブラッグ反射領域へ加える電流を、半導体レーザの発振波長がモードホップする近傍に固定すると、温度変化等によってもモードホップが生じやすく、発振波長が不安定となる。したがって、モードホップした直後のところに固定することで、発振波長を安定化することができる。
【００８７】
（１６）コヒーレント光源は、コヒーレント光源（１）乃至（１５）のいずれかであって、前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は矩形パルスであることを特徴とする。
【００８８】
矩形パルスでは、パルスの立ち上がり部の傾きが急峻であるために、当該矩形パルスが加えられた半導体中のキャリア密度を上昇させ、高調波出力を減少させることを、瞬間的に行うことができる。
【００８９】
（１７）上記したように、本願発明に係るディスプレイ装置は、入力映像信号に応じて強度変調されたレーザ光を投影するディスプレイ装置であって、赤色のレーザ光を出射するレーザ光源と、青色のレーザ光を出射する（１）乃至（１６）のいずれかに記載のコヒーレント光源と、緑色のレーザ光を出射する（１）乃至（１６）のいずれかに記載のコヒーレント光源と、前記赤色、青色および緑色のレーザ光を１本のレーザ光に合波する合波手段と、前記合波手段により合波された１本のレーザ光を、所定の第１の方向に走査させる第１の走査手段と、前記第１の方向に走査されたレーザ光を、前記第１の方向に垂直な第２の方向に走査させる第２の走査手段と、を備えることを特徴とする。
【００９０】
この構成によれば、青色および緑色のレーザ光の光源として、パルス電流を加えることで半導体レーザの発振波長を瞬間的に変化させるコヒーレント光源を用いているために、出力変調を高速に行うことが可能で、かつ連続的な階調が得られるディスプレイ装置を実現することができる。
【００９１】
（１８）ディスプレイ装置は、ディスプレイ装置（１７）であって、前記第１の走査手段および前記第２の走査手段は、回転多面鏡からなるポリゴンミラーおよびガルバノミラーから選択された組み合わせであることを特徴とする。
【００９２】
この構成によれば、第１の走査手段としてポリゴンミラーが選択された場合およびガルバノミラーが選択された場合の２通りがあり、第２の走査手段としても、同様に、ポリゴンミラーが選択された場合およびガルバノミラーが選択された場合の２通りがある。したがって、目的とする機能に応じて、相応しい組み合わせを選択することができる。
【００９３】
（１９）上記したように、本願発明に係るレーザディスプレイは、（１７）または（１８）に記載のディスプレイ装置と、前記ディスプレイ装置からのレーザ光を投影するスクリーンと、を備えたレーザディスプレイであって、前記スクリーンの端部において、前記入力映像信号がなく、前記電流制御手段が前記電流注入手段を制御して前記活性領域へ電流を加えることを停止し、前記半導体レーザからの出力が停止させられた際、前記電流制御手段は前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とする。
【００９４】
通常、スクリーンの端部には入力映像信号がなく、映像出力がない領域が存在する。そこで、この領域を利用し、電流制御手段により半導体レーザからの出力が停止させられたときに、引き続き電流制御手段は分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行う。これは例えば、分布ブラッグ反射領域へ加える電流の確認や再調整などである。これにより、半導体レーザからの出力停止が解除されたときに、レーザ光を安定して出力することができる。
【００９５】
（２０）上記したように、本願発明に係るコヒーレント光源の制御方法は、非線形光学結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特徴とする。
【００９６】
この制御方法を用いたコヒーレント光源によれば、高調波出力を所望の値に高速にかつ連続的に変化させることが可能となる。
【００９７】
以上説明したコヒーレント光源の主な用途としては、前述したディスプレイ装置以外にも、描画装置、計測装置、光ディスク装置などが挙げられる。
【００９８】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明にかかる波長変換素子を用いたコヒーレント光源は、高速でＳＨＧ光源の変調が可能となり、例えばディスプレイ用の光源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】レーザディスプレイの概略構成図
【図２】ＳＨＧ光源の出力調整装置を示す図
【図３】ＤＢＲ−ＬＤにおいてＩｏｐを変化させたときの発振波長特性を示す図
【図４】ＤＢＲ−ＬＤにおいてＩｄｂｒを変化させたときの発振波長特性を示す図
【図５】光波長変換素子の位相整合波長スペクトルを示す図
【図６】ＤＢＲ領域への印加パルス電流を示す図
【図７】ＤＢＲ領域へパルス電流を加えた際の高調波出力特性を示す図
【図８】ＤＢＲ領域にパルス電流を加え、高調波出力を制御する際の処理の流れを示すフローチャート
【図９】実施の形態２における３電極ＬＤを用いたＳＨＧ光源の出力調整装置の概略構成を示すブロック図
【図１０】３電極ＬＤにおいてＩｄｂｒとＩｐｈａｓｅの比率を一定にしてＩｄｂｒを変化させたときの発振波長特性を示す図
【図１１】レーザディスプレイの概略構成を示す図
【図１２】従来のレーザディスプレイに接続可能な機器を示す図
【国際調査報告】
2005083854.tif 000014
2005083854.tif 000015
2005083854.tif 000016
2005083854.tif 000017
2005083854.tif 000018
2005083854.tif 000019