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JP2008135689A - レーザ光源装置及びそのレーザ光源装置を備えた画像表示装置 - Google Patents

レーザ光源装置及びそのレーザ光源装置を備えた画像表示装置 Download PDF

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JP2008135689A JP2007147742A JP2007147742A JP2008135689A JP 2008135689 A JP2008135689 A JP 2008135689A JP 2007147742 A JP2007147742 A JP 2007147742A JP 2007147742 A JP2007147742 A JP 2007147742A JP 2008135689 A JP2008135689 A JP 2008135689A
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Kunihiko Yano
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Abstract

【課題】温度変化などが生じても出力光のパワー低下を効率よく抑えて光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置、および利用効率が向上した画像表示装置を提供する。
【解決手段】第１の波長の光を射出する光源３１１と、光源から射出された光を反射して共振器を形成する多層膜ミラー３１４と、光源と多層膜ミラーとの間に形成された光路ＬＷ上に設けられた、第１の波長の光のうち一部の光の波長を第２の波長に変換する波長変換素子３１３、および第１波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパスフィルタ３１２と、多層膜ミラーを透過した光を光路ＬＷと第２光路に分離する反射ミラー３１５と、分離された光の出力を測定するレーザ出力測定部３１６とを備え、多層膜ミラーは第１波長の光を反射し、第２波長の光を透過する誘電体多層膜を有し、レーザ出力測定部の出力信号に基づいてバンドパスフィルタの傾斜角度θの調節が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を射出するレーザ光源装置、及びそのレーザ光源装置を備えた画像表示装置に関する。
近年、光通信、光応用測定、光表示などのオプトエレクトロニクス分野において、半導体レーザ光源の発振光を波長変換して用いるレーザ光源装置が広く使用されている。
こうしたレーザ光源装置として、片端面にミラー構造およびその対向面に無反射構造を形成してなる半導体レーザ光源と、その光発振面にミラー構造およびその対向面に無反射構造を形成してなる非線形光学部材を具備し、レーザ光源装置と非線形光学部材のミラー構造間で共振器構造を形成し、グリーン光やブルー光の発生が可能な第２次高調波発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、波長幅の狭いレーザビームを安定して供給するために、所定の波長のレーザ光を射出する半導体レーザ発振器と、レーザ発振器から射出されたレーザ光を共振させる外部共振器とを備え、外部共振器内にフォトポリマ体積ホログラムを備え、フォトポリマ体積ホログラムがレーザ発振器から射出されたレーザ光を回折して共振器内の光学系に入射させるとともに、所定の波長のレーザ光を選択的に透過して外部に射出する外部共振型レーザが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３３００４２９号公報 特開２００１−２８４７１８号公報
しかしながら、特許文献１に記載のような従来の第２次高調波発生装置は、レーザ光を狭帯域化していないため、温度変化により半導体レーザ光源の発振波長が変動する、あるいは波長変換素子（前記非線形光学部材と同じ）の変換波長の許容幅に対し、光源から発振されるレーザ光の発振波長幅が広く、波長変換されない波長域の光が多く、変換効率が低いという課題が残る。
一方、特許文献２に記載のような外部共振型レーザに用いられるフォトポリマ体積ホログラムは、例えば、樹脂中に屈折率の異なる干渉パターンが層状に多数形成され、発振波長のレーザ光を狭帯域化して反射する素子であり、外部共振型レーザを簡素に構成できるとはいえ、高価な素子である。これにより、製造コストが嵩むという課題を有する。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、温度変化などが生じても出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を提供することを目的とする。また、かかるレーザ光源装置の利用により、光の利用効率が向上した画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係るレーザ光源装置は、第１の波長の光を射出する光源と、前記光源から射出された光を反射して共振器を形成する多層膜ミラーと、前記光源より射出される光によって形成された第１光路上の前記光源と前記多層膜ミラーとの間に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長の光とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子、及び前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパスフィルタ多層膜が形成されたバンドパスフィルタと、前記多層膜ミラーを透過した光を前記第１光路と第２光路に分岐する反射ミラーと、前記第２光路に分岐された光の出力を測定するレーザ出力測定部と、を備えるレーザ光源装置であって、前記多層膜ミラーは、前記第１の波長の光を反射し、前記第２の波長の光を透過する特性を有する誘電体多層膜を有し、前記バンドパスフィルタは、前記レーザ出力測定部の出力信号に基づいて前記第１光路に対する傾斜角度が変位する角度調節が行われることを特徴とする。
かかる構成によれば、光源と多層膜ミラーとによって構成された共振構造中に波長変換素子を設け、多層膜ミラーによって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第２の波長の光を、バンドパスフィルタによって反射して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。また、バンドパスフィルタが、レーザ光の出力を測定するレーザ出力測定部の出力信号に基づいて第１光路に対する傾斜角度が変位する角度調節が行われることで、温度変動などで光源から射出される第１の波長の光の波長が変化した場合であっても、波長変換素子の変換波長に合わせることができる。さらに、多層膜ミラーは第１の波長の光を反射し、第２の波長の光を透過する特性を有することで、光源の発振光を共振構造の内部に閉じ込めながら、波長変換素子によって変換された第２の波長の光を効率良く取り出すことができる。
すなわち、本発明によれば、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる。
本発明に係るレーザ光源装置は、第１の波長の光を射出する光源と、前記光源から射出された光を反射して共振器を形成する多層膜ミラーと、前記光源より射出される光によって形成された第１光路上の前記光源と前記多層膜ミラーとの間に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長の光とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子、及び前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパスフィルタ多層膜が形成されたバンドパスフィルタと、前記多層膜ミラーを透過した光を前記第１光路と第２光路に分岐する反射ミラーと、前記第２光路に分岐されたレーザ光の出力を測定するレーザ出力測定部と、を備えるレーザ光源装置であって、前記多層膜ミラーは、前記波長変換素子の出射側の表面に形成された前記第１の波長の光を反射し、前記第２の波長の光を透過する特性を有する誘電体多層膜よりなり、前記バンドパスフィルタは、前記レーザ出力測定部の出力信号に基づいて前記第１光路に対する傾斜角度が変位する角度調節が行われることを特徴とする。
かかる構成によれば、光源と波長変換素子の出射側の表面に形成された誘電体多層膜とによって共振構造を構成し、誘電体多層膜によって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第２の波長の光を、バンドパスフィルタによって反射して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能となるとともに、誘電体多層膜が、波長変換素子の出射側の表面に形成されていることにより、構成部品点数を低減し、低コスト化および小型化したレーザ光源装置が得られる。また、誘電体多層膜が、第１の波長の光を反射し、第２の波長の光を透過する特性を有することで、光源の発振光を共振構造の内部に閉じ込めながら、波長変換素子によって変換された第２の波長の光を効率良く取り出すことができる。さらに、バンドパスフィルタが、レーザ光の出力を測定するレーザ出力測定部の出力信号に基づいて第１光路に対する傾斜角度が変位する角度調節が行われることで、温度変動などで光源から射出される第１の波長の光の波長が変化した場合であっても、波長変換素子の変換波長に合わせることができる。
すなわち、本発明によれば、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる。
また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記バンドパスフィルタは、前記光源と前記波長変換素子との間に配設された構成とすることが好ましい。
かかる構成によれば、光源と多層膜ミラーとによって構成された共振構造の内部に波長変換素子を設けているため、波長変換素子において第２の波長に変換されなかった光が、多層膜ミラーによって反射されて光源の方へ向かう過程で第２の波長に変換され、バンドパスフィルタにおいて反射されて射出される。よって、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率を高めることが可能である。
また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記バンドパスフィルタは、前記多層膜ミラーと波長変換素子との間に配設された構成とすることが好ましい。
かかる構成によれば、多層膜ミラーによって反射された一部の第２の波長の光が、光源の方へ向かう過程でバンドパスフィルタにおいて反射されて射出される。よって、光路の長さが長くなったり、光学要素を通過する回数が増えてしまったりすることによる光の損失を低減し、光利用効率を高めることが可能である。
また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記バンドパスフィルタ多層膜は、前記第２の波長を反射する特性をさらに有することが好ましい。
かかる構成によれば、バンドパスフィルタ多層膜が、第２の波長のレーザ光を反射する特性を有することで、多層膜ミラーで反射され、波長変換素子に帰還入射した第１の波長のレーザ光から波長変換素子によって生成された第２の波長のレーザ光が、バンドパスフィルタ多層膜において反射され、波長変換素子を通りレーザ光源装置から射出される。よって、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率を高めることが可能である。
また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記バンドパスフィルタ多層膜は、前記第２の波長を透過する特性をさらに有することが好ましい。
かかる構成によれば、バンドパスフィルタ多層膜が、第２の波長のレーザ光を透過する特性を有することで、波長変換素子よって生成された第２の波長のレーザ光が、バンドパスフィルタ多層膜において透過され、レーザ光源装置から射出される。よって、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率を高めることが可能である。
また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記バンドパスフィルタ多層膜は、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層され、前記第１の波長をλとおいて、光学膜厚が前記波長変換素子側から順に、０．２３６λＨ、０．３５５λＬ、０．２０７λＨ、０．２０３λＬ、（０．２５λＨ、０．２５λＬ）ｎ、０．５λＨ、（０．２５λＬ、０．２５λＨ）ｎ、０．２６６λＬ、０．２５５λＨ、０．２４８λＬ、０．３０１λＨ、０．６３１λＬであることが好ましい。但し、ｎは３から１０の範囲の値であり、括弧内の層を繰り返し積層する繰り返し数を示す。
かかる構成によれば、バンドパスフィルタ多層膜が前記のように高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層されて形成されることにより、第１の波長近傍でバンドパス特性を有し、光源から射出された第１の波長の光を狭帯域化することができる。これにより、波長変換素子における波長変換の変換効率を向上することができる。
また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えることが好ましい。
本発明では、このようにアレイ化された光源を用いたとしても、バンドパスフィルタ多層膜、波長変換素子、多層膜ミラーや反射ミラーの光入射出端面の面積を、アレイに対応した面積に拡張すれば良いだけである。このように、本発明では、光源がアレイ化されたとしても、装置の過度な大型化を招くことが無く、簡単な構成で対応することが可能である。よって、本発明では、光源がアレイ化されたとしても、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる効果をそのまま保持しつつ、アレイ化による光量の増加を、効果的に出力光のパワーアップに繋げることが可能である。
また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記波長変換素子は、擬似位相制御型の波長変換素子であることが好ましい。
擬似位相制御型の波長変換素子は、他のタイプの波長変換素子よりも変換効率が高いため、本発明の効果をより高めることが可能である。
本発明に係る画像表示装置は、上述したようなレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、を備えたことを特徴とする。
かかる画像表示装置は、上述したようなレーザ光源装置を用いているため、レーザ光の利用効率を向上させることが可能である。
以下、本発明における実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
レーザ光源装置３１は、光源３１１、バンドパスフィルタ３１２、波長変換素子３１３、多層膜ミラー３１４、反射ミラー３１５、レーザ出力測定部３１６、制御部３１７、回転機構３１８を備えている。これらのうち、バンドパスフィルタ３１２、波長変換素子３１３、多層膜ミラー３１４および反射ミラー３１５は、光源３１１より射出されるレーザ光の第１光路としての光路ＬＷ上に、光源３１１側からこの順に設けられている。
光源３１１は、第１の波長の光を射出する。
図２は光源３１１の構造を模式的に示す断面図である。図２に示した光源３１１は、いわゆる面発光半導体レーザであり、例えば半導体ウエハより少なくともなる基板４００と、基板４００上に形成され、反射ミラーとしての機能を有するミラー層３１１Ａと、ミラー層３１１Ａの表面に積層されるレーザ媒体３１１Ｂとを有する。
ミラー層３１１Ａは、基板４００上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成された、高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体の積層体によって構成されている。ミラー層３１１Ａを構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、光源３１１から射出される光の波長（第１の波長）に対して最適化され、反射光が干渉し強め合う条件に設定されている。
レーザ媒体３１１Ｂは、ミラー層３１１Ａの面上に形成されている。このレーザ媒体３１１Ｂは、図示しない電通手段が接続されており、電通手段から所定量の電流が流されると、第１の波長の光を射出する。また、レーザ媒体３１１Ｂは、ミラー層３１１Ａと、図１に示した多層膜ミラー３１４との間で、第１の波長の光が共振することにより、特定の波長（第１の波長）の光を増幅させる。すなわち、ミラー層３１１Ａや、後述する多層膜ミラー３１４により反射された光は、レーザ媒体３１１Ｂにより新たに射出される光と共振して増幅され、レーザ媒体３１１Ｂの光射出端面からミラー層３１１Ａや基板４００に略直交する方向に射出される。
バンドパスフィルタ３１２は、図１に示すように、光源３１１より射出される光の光路ＬＷ上に、光源３１１に対向して配設され、第１の波長近傍でバンドパス特性を有する。それは、光源３１１から射出される光の内、設定された特定波長の光のみを選択的に透過し、それ以外のレーザ光を反射する。すなわち、光源３１１より射出される光を狭帯域化する機能を有する。なお、バンドパスフィルタ３１２を選択的に透過する光の特定波長は、第１の波長における半値幅が略０．５ｎｍの光である。
また、バンドパスフィルタ３１２は、後述する回転機構３１８により、光源３１１のレーザ光射出面（光路ＬＷに略直行する面）に対する傾斜角度θ、すなわち、光路ＬＷに対する傾斜角度が変位可能に構成されている。
このバンドパスフィルタ３１２は、ガラス基板３１２Ａの一方の面（入射面）にバンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂと、他方の面（射出面）に光の反射を防止するための反射防止（ＡＲ：anti-reflective）膜３１２Ｃとを備え、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂが形成された面を光源３１１側にして配設されている。このバンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂによって、上述したバンドパスフィルタ３１２の機能がもたらされる。
なお、バンドパスフィルタ３１２は、ＡＲ膜３１２Ｃが形成された面を光源３１１側に向けて配設されてもよい。
バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂの膜構成は、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層され、発振波長をλとおいて、光学膜厚が前記波長変換素子側から順に、０．２３６λＨ、０．３５５λＬ、０．２０７λＨ、０．２０３λＬ、（０．２５λＨ、０．２５λＬ）ｎ、０．５λＨ、（０．２５λＬ、０．２５λＨ）ｎ、０．２６６λＬ、０．２５５λＨ、０．２４８λＬ、０．３０１λＨ、０．６３１λＬとしたものである。但し、ｎは３から１０の範囲の値であり、括弧内の層を繰り返し積層する繰り返し数を示す。
高屈折率層Ｈの材料としては、使用波長領域において透明で、環境にやさしいＴａ2０5、Ｎｂ2０5、Ｔｉ０2、Ｚｒ０2などの物質の内から１種類が選択され、低屈折率層Ｌの材料としては、同様に、環境にやさしいＳｉＯ2、ＭｇＦ2などの物質の内から１種類が選択される。
図３は、このように形成されたバンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂの分光透過率特性の一例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）を示す。
なお、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂは、後述する波長変換素子３１３（波長変換部３１３Ａ）において変換された変換波長（第２の波長）の光を反射する特性を有する。バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂは第２の波長の光に対して８０％以上の反射率を有することが望ましい。
波長変換素子３１３は、入射した光の波長を略半分の波長（第２の波長）の光に変換する。波長変換素子３１３は、図１に示すように、光源３１１より射出される光の光路ＬＷ上の、バンドパスフィルタ３１２と多層膜ミラー３１４の間に設けられている。
図４は波長変換素子３１３の構造を模式的に示す断面図である。波長変換素子３１３は、例えば四角柱形状をなし、波長変換部３１３Ａと、波長変換部３１３Ａの光源３１１側の面（入射端面）に反射防止膜３１３Ｂと、波長変換部３１３Ａの多層膜ミラー３１４側の面（射出端面）に反射防止膜３１３Ｃとを備えている。
波長変換部３１３Ａは、入射した光の第２次高調波を生成する第２次高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）素子である。波長変換部３１３Ａは、周期的な分極反転構造を備えており、擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）による波長変換によって、入射した光の波長を略半分の波長（第２の波長）の光に変換する。例えば、光源３１１から射出される光の波長（第１の波長）が１０６４ｎｍ（近赤外）である場合、波長変換部３１３Ａは、これを半分の波長（第２の波長）５３２ｎｍに変換して、緑色の光を生成する。但し、波長変換部３１３Ａの波長変換効率は、一般的に数％程度である。つまり、光源３１１から射出された光のすべてが、第２の波長の光に変換されるわけではない。
周期的な分極反転構造は、例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ3）やタンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ3）などの無機非線形光学材料の結晶基板内部に形成されている。具体的には、周期的な分極反転構造は、このような結晶基板内部に、光源３１１から射出された光に対して略直交する方向に、相互に分極方向が反転した２つの領域３１３Ａａ，３１３Ａｂを、所定の間隔で交互に多数形成した構成となっている。これら２つの領域３１３Ａａ，３１３Ａｂのピッチは、入射光の波長と結晶基板の屈折率分散とを考慮して、適宜決定される。
なお、一般に半導体レーザから発振されるレーザ光は、利得帯域の中で複数の縦モードが発振し、温度の変動などの影響によりそれらの波長が変化する。すなわち、波長変換素子３１３において変換される光の波長の許容幅は０．３ｎｍ程度であり、使用環境温度の変化に対して、０．１ｎｍ／℃程度変動する。
ＡＲ膜３１３Ｂ，３１３Ｃは、例えば単層または多層より少なくともなる誘電体膜であり、第１の波長の光および第２の波長の光の双方を例えば９８％以上の透過率で透過させる。なお、ＡＲ膜３１３Ｂ，３１３Ｃは、光が波長変換素子３１３に入射したり、射出されたりする際の光の損失を低減する特性を有するが、波長変換素子３１３の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することも可能である。つまり、波長変換素子３１３を、波長変換部３１３Ａのみで構成することも可能である。
多層膜ミラー３１４は、図１に示すように、光路ＬＷ上の波長変換素子３１３の射出側に設けられ、第１の波長の光を選択的に反射して光源３１１の方に向かわせ、それ以外の波長（第２の波長を含む）の光を透過する機能を有する。
多層膜ミラー３１４は、透明部材としてのガラス基板３１４Ａの一方の面（入射面）に誘電体多層膜３１４Ｂが形成され、他方の面（射出面）に光の反射を防止するための反射防止膜３１４Ｃが形成され、誘電体多層膜３１４Ｂを波長変換素子３１３側に向けて配設されている。
誘電体多層膜３１４Ｂは、例えばＣＶＤによって形成することが可能であり、多層膜を構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、求められる特性に応じて最適化される。この誘電体多層膜３１４Ｂによって、上述した多層膜ミラー３１４の機能がもたらされる。この誘電体多層膜３１４Ｂの第２の波長の光に対する透過率、および第１の波長の光に対する反射率は、高ければ高いほど良く、８０％以上必要である。
また、透明部材としてのガラス基板３１４Ａは、ガラス基板３１４Ａを透過する第２の波長の光に対する透過率は高いことが望ましく、本実施形態では８０％以上の透過率を有し、第１の波長の光に対する透過率は低いことが望ましく、本実施形態では２０％以下の透過率を有する素材よりなる。これにより、多層膜ミラー３１４を透過する第１の波長の光の損失を低減することが可能となる。
なお、ＡＲ膜３１４Ｃは、多層膜ミラー３１４の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することも可能である。つまり、多層膜ミラー３１４を、ガラス基板３１４Ａと誘電体多層膜３１４Ｂのみで構成することも可能である。
反射ミラー３１５は、図１に示すように、光路ＬＷ上の多層膜ミラー３１４の射出側に設けられ、多層膜ミラー３１４から射出された第２の波長の光の一部、例えばレーザ出力の０．５％程度を反射し、レーザ出力測定部３１６に向かう第２光路に分離する機能を有する。
この反射ミラー３１５は、ガラス基板３１５Ａの一方の面に誘電体多層膜より少なくともなる反射膜３１５Ｂが設けられ、反射膜３１５Ｂを多層膜ミラー３１４側にして、光路ＬＷ上に、光路ＬＷに対して例えば４５°傾斜して配設されている。反射膜３１５Ｂを構成する多層膜の各層の厚さ、各層の材料、層の数は、求められる特性に応じて最適化される。なお、反射ミラー３１５は、ガラス基板３１５Ａの他方の面にＡＲ膜を設けてもよい。
レーザ出力測定部３１６は、いずれも図示しない受光センサーと測定回路を有し、反射ミラー３１５から入射する反射光を受光して電気信号に変換し、信号処理によってレーザ光出力の測定値を求める。受光センサーとしては、半導体フォトダイオードなどを用いることができる。
レーザ出力測定部３１６で得られたレーザ出力測定値の出力信号は、制御部３１７に送出される。
制御部３１７は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどを備えたマイクロコンピュータで構成され、レーザ出力測定部３１６から入力したレーザ出力測定値の出力信号に基づいて回転機構３１８の制御を行う。
回転機構３１８は、図１に示すように、制御部３１７から入力する制御信号に基づいて、バンドパスフィルタ３１２の光路ＬＷ上における傾斜角度θが変位する角度調節が行われる。
傾斜角度θは、光源３１１のレーザ光射出面（光路ＬＷに略直行する面）に対する傾斜角度である。すなわち、光路ＬＷに対する傾斜角度である。この傾斜角度θが調節されることによりバンドパスフィルタ３１２を透過する光（第１の波長）のピーク波長が調整される。傾斜角度θの角度調節は、各種回転モータや、アクチュエータまたはピエゾ素子のてこの原理を利用した回転運動を用い、バンドパスフィルタ３１２の略中心点ＲＣを回転中心として、図中に矢印αで示すように回動して行われる。
次に、レーザ光源装置３１から出力光が得られるまでの過程について、図１、図２、図４を参照して説明する。
光源３１１は、レーザ媒体３１１Ｂに電流が流されると、第１の波長の光を射出する。光源３１１から射出された第１の波長の光は、バンドパスフィルタ３１２に入射する。
バンドパスフィルタ３１２では、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂにおいて、第１の波長の光のうち波長幅が略０．５ｎｍ程度の光が透過されるとともに、それ以外の波長幅の光が反射される。すなわち、入射する第１の波長の光の狭帯域化が行われる。
ここで、バンドパスフィルタ３１２が、光源３１１のレーザ光射出面に対して傾斜し、かつバンドパスフィルタ多層膜４１２Ｂが形成された面を光源３１１側にして配設されている場合、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂで反射されたレーザ光は光源３１１には入射しない。これにより、バンドパスフィルタ３１２と光源３１１との間で不要な共振構造が生ずるのを防ぐことが可能となる。
バンドパスフィルタ３１２のバンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過した第１の波長の光は、波長変換素子３１３に向けて射出され、波長変換素子３１３に入射する。 波長変換素子３１３では、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長が、半分の波長（第２の波長）に変換され、多層膜ミラー３１４に向けて射出する。
多層膜ミラー３１４では、波長変換素子３１３から射出された光のうち第２の波長に変換された光は、誘電体多層膜３１４Ｂを透過して、反射ミラー３１５に向かって射出される。一方、波長変換素子３１３から射出された光のうち、第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）は、誘電体多層膜３１４Ｂによって反射され、光源３１１の方に向かう。
そして、多層膜ミラー３１４の誘電体多層膜３１４Ｂを透過して、反射ミラー３１５に向かって射出された第２の波長に変換された光は、反射ミラー３１５の反射膜３１５Ｂにおいて、多層膜ミラー３１４に入射した第２の波長の光のうちレーザ出力の０．５％程度の光Ｌ４が、レーザ出力測定部３１６に向かって反射される。他の第２の波長の光は、反射ミラー３１５を透過して、レーザ光ＬＳとして反射ミラー３１５（レーザ光源装置３１）から射出される。なお、誘電体多層膜３１４Ｂによって反射されたレーザ光Ｌ４は、バンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θを調節するために利用される。この傾斜角度θの調節については後述する。
一方、多層膜ミラー３１４の誘電体多層膜３１４Ｂによって反射され、光源３１１の方に向かう第１の波長の光は、光源３１１の方へ向かう過程で再び波長変換素子３１３を通過する。通過の過程で、そのうちの一部の光が第２の波長に変換される。
そして、波長変換素子３１３を透過した光は、バンドパスフィルタ３１２に入射する。
バンドパスフィルタ３１２では、多層膜ミラー３１４の誘電体多層膜３１４Ｂによって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子３１３によって第２の波長に変換された光は、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂによって反射されて、多層膜ミラー３１４の方に向かう。一方、多層膜ミラー３１４の誘電体多層膜３１４Ｂによって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子３１３によって第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）は、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過して、光源３１１に戻る。
バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂによって反射されて多層膜ミラー３１４の方に向かう第２の波長の光は、波長変換素子３１３内を進行し、波長変換素子３１３から射出され、多層膜ミラー３１４を透過し、反射ミラー３１５において反射された一部の光以外は、反射ミラー３１５を透過して、レーザ光ＬＳとしてレーザ光源装置３１から射出される。
さらに、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過して、光源３１１に戻る光は、ミラー層３１１Ａによって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、第１の波長の光は、光源３１１と多層膜ミラー３１４との間を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置３１は、光源３１１のミラー層３１１Ａと多層膜ミラー３１４との間に形成された共振構造を備えている。
なお、図１において、Ｌ１は、光源３１１から射出され、波長変換素子３１３によって第２の波長の光に変換され、多層膜ミラー３１４を透過して反射ミラー３１５からレーザ光ＬＳとして射出されるレーザ光を示している。Ｌ２は、光源３１１から射出されバンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂによって反射され光源３１１に戻る光、およびバンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過して波長変換素子３１３によって第２の波長に変換されること無く射出され、多層膜ミラー３１４によって反射され、光源に向かう過程においても波長変換素子３１３によって第２の波長に変換されず、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過して光源３１１に戻る光を示している。
また、Ｌ３は多層膜ミラー３１４によって反射され、光源３１１に向かう過程において波長変換素子３１３によって第２の波長に変換されて、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂによって反射され、多層膜ミラー３１４を透過して反射ミラー３１５からレーザ光ＬＳとして射出されるレーザ光を示している。
さらに、図１では、Ｌ１〜Ｌ３を異なる位置に示しているが、これらは説明の便宜上、異なる位置に示されているだけであり、本来は同じ位置に存在する。
次にバンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θの調節について説明する。
一般に半導体レーザ（光源３１１）から発振される光は、利得帯域の中で複数の縦モードが発振し、温度の変動などの影響によりそれらの波長が変化する。また、波長変換素子３１３においても波長変換される光の波長は、温度の変動に対して、０．１ｎｍ／℃程度変化する。
バンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θの変位による角度調節は、こうした温度の変動に対応し、安定したレーザ光を得る目的で行われる。
バンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θの調節は、反射ミラー３１５の反射膜３１５Ｂにおいて反射され、第２光路に進行し、レーザ出力測定部３１６に入射した第２の波長の光Ｌ４に基づいて行われる。
レーザ出力測定部３１６では、入射した光Ｌ４を受光センサーが受光して電気信号に変換し、その電気信号に基づいて測定回路においてレーザ光出力の測定値が求められる。
そして、レーザ出力測定部３１６で得られたレーザ出力測定値の出力信号は、制御部３１７に送出される。
制御部３１７では、ＲＯＭに格納されたレーザ出力と傾斜角度θによる波長のシフト特性に基づいた制御プログラムが実行され、レーザ出力測定部３１６で得られたレーザ出力測定値の出力信号に対応した傾斜角度θに変位させる制御信号が回転機構３１８に出力される。
回転機構３１８では、制御部３１７から入力した制御信号に基づいて、アクチュエータが作動し、略中心点ＲＣを回転中心としてバンドパスフィルタ３１２が所定量回転して、所定の傾斜角度θに変位する角度調節が行われる。
なお、レーザ出力測定部３１６の測定時間の間隔、および回転機構３１８の作動頻度は、使用環境などを考慮して、適宜決定される。
図５は、傾斜角度θの変位による透過波長のシフト特性を表すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）を示す。なお、図５は、光源３１１から射出される光の設定波長が１０６４ｎｍの場合を示す。
図５中に示す曲線ａは、バンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θが０°における透過率曲線であり、同様に曲線ｂは傾斜角度θが１°、曲線ｃは２°、曲線ｄは３°、曲線ｅは４°、曲線ｆは５°における透過率曲線である。
図５において、バンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θが０°から５°に向かって大きくなるに従って、バンドパスフィルタ３１２を透過する光のピーク波長が小さく（周波数を大きく）なる方向にシフト（移行）する。
なお、バンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θの調節は、光源３１１のレーザ光射出面に対して右傾斜あるいは左傾斜のどちらの方向であってもよい。
本実施形態に係るレーザ光源装置３１は、以下の効果を奏する。
（１）バンドパスフィルタ３１２が、レーザ出力測定部３１６の出力信号に基づいて光路ＬＷに対する傾斜角度θが変位する角度調節が行われることにより、温度変動などで光源３１１から射出される光の波長が変化した場合であっても、波長変換素子３１３の変換波長に合わせることができる。すなわち、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる。
（２）光源３１１と多層膜ミラー３１４とによって構成された共振構造の内部に波長変換素子３１３を設けているため、波長変換素子３１３において第２の波長に変換されなかった光が、多層膜ミラー３１４によって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で第２の波長に変換され、バンドパスフィルタ３１２において反射されて射出される。よって、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率を高めることができる。
（３）多層膜ミラー３１４は第１の波長の光を反射し、第２の波長の光を透過する特性を有することで、光源３１１の発振光を共振構造の内部に閉じ込めながら、波長変換素子３１３によって変換された第２の波長の光を効率良く取り出すことができる。
（４）バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂが前述のように高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層されて形成されることにより、第１の波長近傍でバンドパス特性を有し、光源３１１から射出された第１の波長の光を狭帯域化することができる。よって、波長変換素子３１３における波長変換の変換効率を向上することができる。
（５）波長変換素子３１３が、擬似位相整合型の波長変換素子であり、他のタイプの波長変換素子よりも変換効率が高いため、（１）の効果をより高めることが可能である。
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係わるレーザ光源装置４１の概略構成を示す模式図である。 第２実施形態のレーザ光源装置４１は、バンドパスフィルタ４１２の配設位置が第１実施形態のレーザ光源装置３１と異なっており、それ以外は、前記第１実施形態と同様である。したがって、図６において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置４１から出力光が得られるまでの過程、およびバンドパスフィルタ４１２の傾斜角度θの調節についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。
図６において、レーザ光源装置４１は、光源３１１、バンドパスフィルタ４１２、波長変換素子３１３、多層膜ミラー３１４、反射ミラー３１５、レーザ出力測定部３１６、制御部３１７、回転機構３１８を備えている。これらのうち、波長変換素子３１３、バンドパスフィルタ４１２、多層膜ミラー３１４および反射ミラー３１５は、光源３１１より射出される光の光路ＬＷ上に、光源３１１側からこの順に設けられている。
次に、レーザ光源装置４１から出力光が得られるまでの過程について、図６を参照して説明する。
光源３１１は、第１の波長の光を射出する。光源３１１から射出された第１の波長の光は、波長変換素子３１３に向けて射出される。光源３１１から射出された第１の波長の光は、波長変換素子３１３に入射する。
波長変換素子３１３では、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長が、半分の波長（第２の波長）に変換され、バンドパスフィルタ４１２に向けて射出する。
波長変換素子３１３から射出された光は、バンドパスフィルタ４１２に入射する。
バンドパスフィルタ４１２は第１の波長近傍でバンドパス特性を有する。バンドパスフィルタ４１２では、バンドパスフィルタ多層膜４１２Ｂにおいて、第１の波長の近傍では、第１の波長の光のうち波長幅が略０．５ｎｍ程度の光が透過されるとともに、それ以外の波長の光が反射される。すなわち、入射する第１の波長の光の狭帯域化が行われる。
なお、バンドパスフィルタ多層膜４１２Ｂは、第２の波長の光を透過する特性を有する。バンドパスフィルタ多層膜４１２Ｂは、第２の波長の光に対して８０％以上の透過率を有することが望ましい。そして、バンドパスフィルタ４１２を透過した第２の波長の光は、多層膜ミラー３１４に向かって射出される。バンドパスフィルタ４１２から射出された光は、多層膜ミラー３１４に入射する。
多層膜ミラー３１４では、波長変換素子３１３から射出された光のうち第２の波長に変換された光は、誘電体多層膜３１４Ｂを透過して、反射ミラー３１５に向かって射出される。
そして、多層膜ミラー３１４から反射ミラー３１５に向かって射出された第２の波長の光は、反射ミラー３１５の反射膜３１５Ｂにおいて、入射した第２の波長の光のうちレーザ出力の０．５％程度の光Ｌ４が、レーザ出力測定部３１６に向かって反射され、他の第２の波長の光は、反射ミラー３１５を透過して、レーザ光ＬＳとして反射ミラー３１５（レーザ光源装置４１）から射出される。
一方、波長変換素子３１３から射出された光のうち第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）は、誘電体多層膜３１４Ｂによって反射され、バンドパスフィルタ４１２と波長変換素子３１３とを透過し、光源３１１に戻る。波長変換素子３１３を透過する際に、第１の波長の光の一部は第２の波長に変換される。波長変換素子３１３を透過した第１の波長の光は、光源３１１で新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置４１は、光源３１１の内部に設けられたミラー層３１１Ａと多層膜ミラー３１４との間に形成された共振構造を備えている。
波長変換素子３１３を透過する際に第２の波長に変換された光は、ミラー層３１１Ａによって反射され、波長変換素子３１３とバンドパスフィルタ４１２とを透過し、多層膜ミラー３１４に入射する。この多層膜ミラー３１４に入射した第２の波長の光は、多層膜ミラー３１４を透過し、反射ミラー３１５において反射された一部の光以外は、反射ミラー３１５を透過して、レーザ光ＬＳとしてレーザ光源装置３１から射出される。
なお、図６において、Ｌ１は光源３１１から射出され、波長変換素子３１３によって第２の波長の光に変換され、多層膜ミラー３１４を透過して、反射ミラー３１５からレーザ光ＬＳとして射出されるレーザ光を示している。Ｌ２は光源３１１から射出され、波長変換素子３１３によって第２の波長に変換されること無く射出され、光源３１１に戻る光を示している。Ｌ３は多層膜ミラー３１４によって反射され、光源３１１に向かう過程において波長変換素子３１３によって第２の波長に変換されて、ミラー層３１１Ａによって反射され、多層膜ミラー３１４を透過して反射ミラー３１５からレーザ光ＬＳとして射出されるレーザ光を示している。さらに、図６では、Ｌ１〜Ｌ３を異なる位置に示しているが、これらは説明の便宜上、異なる位置に示されているだけであり、本来は同じ位置に存在する。
ここで、波長変換素子３１３の入射側表面の反射防止膜３１３Ｂを、第１の波長のレーザ光は透過し、第２の波長のレーザ光は反射する特性を有する多層膜に置き換えることができる。その場合は、波長変換素子３１３を透過する際に第２の波長に変換された光は、波長変換素子３１３の多層膜において反射され、波長変換素子３１３を透過し、多層膜ミラー３１４に向かって射出される。
第２実施形態のレーザ光源装置４１によれば、第１実施形態の上記効果（１）及び（３）〜（５）と同様の効果を奏することができる。
［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
第３実施形態のレーザ光源装置５１は、第１実施形態のレーザ光源装置３１における多層膜ミラー３１４に代えて、波長変換素子４１３の出射側の表面に誘電体多層膜４１３Ｃを備えた以外は、前記第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置５１から出力光が得られるまでの過程、およびバンドパスフィルタ３１２の傾斜角度θの調節についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。
図７において、レーザ光源装置５１は、光源３１１から射出される光の第１光路としての光路ＬＷ上に、光源３１１側から順に、バンドパスフィルタ３１２、波長変換素子４１３、反射ミラー３１５が設けられている。また、レーザ出力測定部３１６、制御部３１７、回転機構３１８を備えている。
波長変換素子４１３は、例えば四角柱形状を成し、波長変換部４１３Ａと、波長変換部４１３Ａの光源３１１側の面（入射端面）に反射防止膜４１３Ｂと、波長変換部４１３Ａの反射ミラー３１５側の面（射出端面）に誘電体多層膜４１３Ｃとを備えている。
次に、レーザ光源装置５１から出力光が得られるまでの過程について、図７を参照して説明する。
光源３１１から射出された第１の波長の光は、バンドパスフィルタ３１２に入射して、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂにおいて、第１の波長の光のうち波長幅が略０．５ｎｍ程度の光が透過されるとともに、それ以外の波長幅の光が反射される。すなわち、入射する第１の波長の光の狭帯域化が行われる。
バンドパスフィルタ３１２のバンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過した第１の波長の光は、波長変換素子４１３に向けて射出され、波長変換素子４１３に入射する。
波長変換素子４１３では、波長変換部４１３Ａにおいて入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長が、半分の波長（第２の波長）に変換される。そして、第２の波長に変換された光は、誘電体多層膜４１３Ｃを透過して、反射ミラー３１５に向かって射出される。一方、第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）は、誘電体多層膜４１３Ｃによって反射され、光源３１１の方に向かう。
そして、反射ミラー３１５に向かって射出された第２の波長に変換された光は、反射ミラー３１５の反射膜３１５Ｂにおいて、反射ミラー３１５に入射した第２の波長の光のうちレーザ出力の０．５％程度のレーザ光Ｌ４が、レーザ出力測定部３１６に向かって反射される。他の第２の波長の光は、反射ミラー３１５を透過して、レーザ光ＬＳとして反射ミラー３１５（レーザ光源装置５１）から射出される。
一方、波長変換素子４１３の誘電体多層膜４１３Ｃによって反射され、光源３１１の方に向かう第１の波長の光は、再び波長変換部４１３Ａを通過する過程で、そのうちの一部の光が第２の波長に変換される。
そして、波長変換素子４１３を透過した光は、バンドパスフィルタ３１２に入射する。
バンドパスフィルタ３１２では、第２の波長に変換された光は、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂによって反射されて、再び波長変換素子４１３の方に向かう。一方、第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）は、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過して、光源３１１に戻る。
バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂによって反射されて波長変換素子４１３の方に向かう第２の波長の光は、波長変換素子４１３内を進行し、波長変換素子４１３から反射ミラー３１５に入射する。そして、反射ミラー３１５において反射され第２光路に分離された一部の光以外は、反射ミラー３１５を透過して、レーザ光ＬＳとしてレーザ光源装置５１から射出される。
さらに、バンドパスフィルタ多層膜３１２Ｂを透過して、光源３１１に戻る光は、ミラー層３１１Ａ（図２参照）によって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、第１の波長の光は、光源３１１と波長変換素子４１３の誘電体多層膜４１３Ｃとの間を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置５１は、光源３１１のミラー層３１１Ａと波長変換素子４１３の誘電体多層膜４１３Ｃとの間に形成された共振構造を備えている。
第３実施形態のレーザ光源装置５１によれば、第１実施形態の上記効果（１）及び（３）〜（５）に加え、以下の効果を奏することができる。
第１の波長の光を選択的に反射して光源３１１の方に向かわせ、第２の波長を含むそれ以外の波長の光を透過する機能を有する誘電体多層膜４１３Ｃが、波長変換素子４１３の出射側の表面に形成されていることにより、構成部品点数を低減し、低コスト化および小型化したレーザ光源装置５１が得られる。
［実施形態の変形例］
本発明は前述の第１実施形態〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。以下に変形例として挙げられているような形態であっても、前述の実施形態と同様な効果を得ることができる。
光源３１１としては、面発光型半導体レーザ以外に、いわゆる端面発光型半導体レーザまたは半導体励起固体レーザを用いることができる。なお、端面発光型半導体レーザを用いる場合には、光源３１１と波長変換素子３１３，４１３との間に、光源３１１から射出された光を平行化するためのレンズを設けることが好ましい。
また、光源３１１は、アレイ化された複数の発光部を備えたものとすることができる。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、いずれも発光部がアレイ化された光源を示す模式図である。図８（Ａ）の光源３２１では、複数の発光部３２２が一列に並んでいる。また、図８（Ｂ）の光源３２３では、複数の発光部３２２が２列に並んでいる。なお、発光部の数や、列の数は、図８（Ａ）や（Ｂ）に示したものには限らない。上述したレーザ光源装置３１，４１，５１では、このように発光部がアレイ化された光源を用いたとしても、バンドパスフィルタ３１２、波長変換素子３１３，４１３、多層膜ミラー３１４、反射ミラー３１５の光入射面および射出面の面積を、アレイに対応した面積に拡張すれば良いだけである。
このように、上述したレーザ光源装置３１，４１，５１では、光源がアレイ化されたとしても、装置の過度な大型化を招くことが無く、簡単な構成で対応することが可能である。よって、上述したレーザ光源装置３１，４１，５１では、光源がアレイ化されたとしても、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる効果をそのまま保持しつつ、アレイ化による光量の増加を、効果的に出力光のパワーアップに繋げることが可能である。
波長変換素子３１３，４１３を構成する非線形光学材料としては、先にＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）や、ＬＴ（ＬｉＴａＯ3）を例示したが、これ以外にもＫＮｂＯ3、ＢＮＮ（Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＫＴＡ（ＫＴｉＯＡｓＯ4）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ7）などの無機非線形光学材料を利用してもよい。また、メタニトロアニリン、２−メチル−４−ニトロアニリン、カルコン、ジシアノビニルアニソール、３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール、Ｎ−メトキシメチル−４−ニトロアニリンなどの低分子有機材料や、ポールドポリマなどの有機非線形光学材料を用いてもよい。
波長変換素子３１３，４１３として、上述したＳＨＧ素子に変えて、第３次高調波発生素子を用いても良い。
［レーザ光源装置の応用例］
以上に述べたようなレーザ光源装置３１，４１，５１を画像表示装置等に応用することにより、これらの装置における光の利用効率を向上させることが可能である。以下画像表示装置への応用例について説明する。
第１実施形態に係るレーザ光源装置３１を応用した画像表示装置の一例として、プロジェクタ３の構成について説明する。図９は、プロジェクタ３の光学系の概略を示す模式図である。
図９において、プロジェクタ３は、レーザ光源装置３１、光変調装置としての液晶パネル３２、入射側偏光板３３１及び射出側３３２、クロスダイクロイックプリズム３４、投射レンズ３５などを備えている。なお、液晶パネル３２と、その光入射側に設けられた入射側偏光板３３１及び光射出側に設けられた射出側偏光板３３２によって液晶ライトバルブ３３が構成される。
レーザ光源装置３１は、赤色レーザ光を射出する赤色光用光源装置３１Ｒと、青色レーザ光を射出する青色光用光源装置３１Ｂと、緑色レーザ光を射出する緑色光用光源装置３１Ｇを備えている。これらのレーザ光源装置３１（３１Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、それぞれクロスダイクロイックプリズム３４の側面三方にそれぞれ対向するように配置されている。図９では、クロスダイクロイックプリズム３４を挟んで、赤色光用光源装置３１Ｒと青色光用光源装置３１Ｂとが互いに対向し、投射レンズ３５と緑色光用光源装置３１Ｇが互いに対向しているが、これらの位置は、適宜入れ替えることが可能である。
液晶パネル３２は、例えば、ポリシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）をスイッチング素子として用いたものである。各レーザ光源装置３１から射出された色光は、入射側偏光板３３１を介して液晶パネル３２に入射する。液晶パネル３２に入射した光は、画像情報に応じて変調されて、液晶パネル３２から射出される。液晶パネル３２によって変調された光のうち、特定の直線偏光だけが、射出側偏光板３３２を透過して、クロスダイクロイックプリズム３４に向かう。
なお、レーザ光源装置３１から射出される光は、偏光方向が良く揃った光であるため、原理上は、入射側偏光板３３１を省略することも可能である。しかしながら、実際は、レーザ光源装置３１から射出された光をそのまま照明光として利用する場合は少なく、レーザ光源装置３１から射出された光を照明光に適した光に加工するための光学要素（例えば、回折格子、レンズ、ロッドインテグレータ等）が、レーザ光源装置３１と液晶パネル３２との間に設けられることが多い。そして、このような光学要素を通過することにより、偏光に多少の乱れが生じる可能性もある。偏光が乱れた光を液晶パネル３２にそのまま入射させると、投射画像のコントラストが低下したり、投射画像に色むらが生じたりする可能性もある。そこで、液晶パネル３２の入射側に入射側偏光板３３１を設けて、液晶パネル３２に入射する偏光の方向を揃えるようにすれば、投射画像のコントラストの低下や、色むらの発生を低減することができ、より質の高い画像を得ることが可能となる。
クロスダイクロイックプリズム３４は、各液晶パネル３２によって変調された各色光を合成して、カラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム３４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなしている。そして、これら４つの直角プリズムの界面には、２種類の誘電体多層膜がＸ字状に設けられている。これら誘電体多層膜は、互いに対向する各液晶パネル３２から射出された各色光を反射し、投射レンズ３５に対向する液晶パネル３２から射出された色光を透過する。このようにして、各液晶パネル３２にて変調された各色光が合成されて、カラー画像が形成される。
投射レンズ３５は、複数のレンズが組み合わされた組レンズとして構成される。この投射レンズ３５は、カラー画像を拡大投射する。
以上のように構成されたプロジェクタ３は、レーザ光源装置３１を用いているため、光の利用効率が向上したプロジェクタを得ることができる。
なお、この応用例では、第１実施形態に係るレーザ光源装置３１（３１Ｒ，Ｇ，Ｂ）を用いているが、これらのうち一部もしくは全部を、他の実施形態に係るレーザ光源装置４１，５１に置き換えても良い。
さらに、レーザ光源装置３１（３１Ｒ，Ｇ，Ｂ）のうち、一部を、基本波レーザの波長をそのまま利用するレーザ光源装置に置き換えても良い。
この応用例では、光変調素子を３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、第１実施形態〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。
また、この応用例では、透過型のプロジェクタについて説明したが、第１実施形態〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、光変調素子が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調素子が光を反射するタイプであることを意味している。
また、光変調素子は液晶パネル３２に限られず、例えばマイクロミラーを用いたデバイスであっても良い。
さらに、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行うフロントタイプと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行うリアタイプとがあるが、第１実施形態〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１は、いずれのタイプにも適用可能である。
さらにまた、この応用例では、レーザ光源装置３１を応用した画像表示装置の一例として、画像を拡大投射する投射レンズ３５を備えたプロジェクタを紹介しているが、第１実施形態〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１は、投射レンズ３５を用いない画像表示装置等にも応用可能である。
第１実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図。 光源の構造を模式的に示す断面図。 バンドパスフィルタ多層膜の分光透過率特性の一例を示すグラフ。 波長変換素子の構造を模式的に示す断面図。 バンドパスフィルタの傾斜角度の変位による透過波長のシフト特性を表すグラフ。 第２実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図。 第３実施形態に係わるレーザ光源装置の概略構成を示す模式図。 発光部がアレイ化された光源を示す模式図。 プロジェクタの光学系の概略を示す模式図。
符号の説明
３…画像表示装置としてのプロジェクタ、３１，４１，５１…レーザ光源装置、３１Ｂ…青色光用光源装置、３１Ｇ…緑色光用光源装置、３１Ｒ…赤色光用光源装置、３２…液晶パネル、３３…液晶ライトバルブ、３４…クロスダイクロイックプリズム、３５…投射レンズ、３１１，３２１，３２３…光源、３２２…発光部、３１１Ａ…ミラー層、３１１Ｂ…レーザ媒体、３１２…バンドパスフィルタ、３１２Ｂ…バンドパスフィルタ多層膜、３１３，４１３…波長変換素子、３１３Ａ，４１３Ａ…波長変換部、３１４…多層膜ミラー、３１４Ｂ，４１３Ｃ…誘電体多層膜、３１５…反射ミラー、３１５Ｂ…反射膜、３１６…レーザ出力測定部、３１７…制御部、３１８…回転機構、４００…基板。

Claims (10)

  1. 第１の波長の光を射出する光源と、
    前記光源から射出された光を反射して共振器を形成する多層膜ミラーと、
    前記光源より射出される光によって形成された第１光路上の前記光源と前記多層膜ミラーとの間に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長の光とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子、及び前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパスフィルタ多層膜が形成されたバンドパスフィルタと、
    前記多層膜ミラーを透過した光を前記第１光路と第２光路に分岐する反射ミラーと、
    前記第２光路に分岐された光の出力を測定するレーザ出力測定部と、を備えるレーザ光源装置であって、
    前記多層膜ミラーは、前記第１の波長の光を反射し、前記第２の波長の光を透過する特性を有する誘電体多層膜を有し、
    前記バンドパスフィルタは、前記レーザ出力測定部の出力信号に基づいて前記第１光路に対する傾斜角度が変位する角度調節が行われることを特徴とするレーザ光源装置。
  2. 第１の波長の光を射出する光源と、
    前記光源から射出された光を反射して共振器を形成する多層膜ミラーと、
    前記光源より射出される光によって形成された第１光路上の前記光源と前記多層膜ミラーとの間に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長の光とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子、及び前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパスフィルタ多層膜が形成されたバンドパスフィルタと、
    前記多層膜ミラーを透過した光を前記第１光路と第２光路に分岐する反射ミラーと、
    前記第２光路に分岐された光の出力を測定するレーザ出力測定部と、を備えるレーザ光源装置であって、
    前記多層膜ミラーは、前記波長変換素子の出射側の表面に形成された前記第１の波長の光を反射し、前記第２の波長の光を透過する特性を有する誘電体多層膜よりなり、
    前記バンドパスフィルタは、前記レーザ出力測定部の出力信号に基づいて前記第１光路に対する傾斜角度が変位する角度調節が行われることを特徴とするレーザ光源装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載のレーザ光源装置において、
    前記バンドパスフィルタは、前記光源と前記波長変換素子との間に配設されていることを特徴とするレーザ光源装置。
  4. 請求項１に記載のレーザ光源装置において、
    前記バンドパスフィルタは、前記多層膜ミラーと波長変換素子との間に配設されていることを特徴とするレーザ光源装置。
  5. 請求項３に記載のレーザ光源装置において、
    前記バンドパスフィルタ多層膜は、前記第２の波長を反射する特性をさらに有することを特徴とするレーザ光源装置。
  6. 請求項４の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
    前記バンドパスフィルタ多層膜は、前記第２の波長を透過する特性をさらに有することを特徴とするレーザ光源装置。
  7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
    前記バンドパスフィルタ多層膜は、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層され、前記第１の波長をλとおいて、光学膜厚が前記波長変換素子側から順に、０．２３６λＨ、０．３５５λＬ、０．２０７λＨ、０．２０３λＬ、（０．２５λＨ、０．２５λＬ）ｎ、０．５λＨ、（０．２５λＬ、０．２５λＨ）ｎ、０．２６６λＬ、０．２５５λＨ、０．２４８λＬ、０．３０１λＨ、０．６３１λＬであることを特徴とするレーザ光源装置。
    但し、ｎは３から１０の範囲の値であり、括弧内の層を繰り返し積層する繰り返し数を示す。
  8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
    前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えることを特徴とするレーザ光源装置。
  9. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
    前記波長変換素子は、擬似位相整合型の波長変換素子であることを特徴とするレーザ光源装置。
  10. 請求項１乃至９の何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情報に応じて変調する光変調素子と、を備える画像表示装置。
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