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図面 (12)

課題

各RGBレーザ光軸調整を容易かつ高精度に行うことができるレーザ光源装置を提供する。

解決手段

本発明に係るレーザ光源装置1は、赤色レーザ光源2Rと、緑色レーザ光源2Gと、青色レーザ光源2Bとが共通の基板3にマウントされ、レーザ光源2R,2G,2Bの光軸マウント面3aに対して調整するための光軸調整機構を備えている。光軸調整機構は、レーザ光源がマウントされるマウント面に立設された一対の基準ピン18R,18G,18Bと、レーザ光源に設けられ、一対の基準ピンが嵌合するとともに一対の基準ピンが互いに対向する方向へ当該レーザ光源を平行移動させるガイド溝17R,17G,17Bとを有する。レーザベースには、マウント面に沿ってレーザ光源を平行移動させるのに用いられる偏芯ドライバ挿入孔19R,19G,19Bが形成されている。

概要

背景

単色RGBレーザ光源には、一般的に、(1)半導体レーザ、(2)波長変換素子とその基本波発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザから構成されるレーザ共振器、(3)波長変換素子とその基本波を発振する半導体レーザから構成されるレーザ共振器の3つの形態が使われている。

特に近年、モバイルディスプレイポケットディスプレイマイクロディスプレイなどと称される携帯レーザディスプレイ装置の開発が進められている。これらのレーザディスプレイ装置では、小型軽量・低消費電力かつ低コストのRGBレーザ光源が求められており、赤色レーザ光源には半導体レーザが、また、緑色レーザ光源には波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザを励起する半導体レーザから構成されるレーザ共振器が、そして、青色レーザ光源には半導体レーザがそれぞれ一般的に用いられている。

なお、緑色レーザ光源には波長変換素子とその基本波を発振する半導体レーザから構成されるレーザ共振器が既に開発されているが、コスト面からまだ広く使用されていない。緑色半導体レーザの開発も進められているが、発振温度や出力の面からまだ実用化に至っていない。

従来のRGBレーザ光源の構成について説明する。

図9は、下記特許文献1に記載されているレーザ光源100の構成を示しており、波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザとから構成されている。図9において、101は固体レーザ結晶としてNd:YAG結晶、101aは固体レーザ結晶101の端面に形成したミラー、102は波長変換素子であるKNbO3結晶、103は球面のレーザミラー、104は固体レーザ結晶101を励起する半導体レーザである。

上記構成のレーザ光源100は、半導体レーザ104で固体レーザ結晶101を励起することにより、波長946nmのレーザ光を発振し、そのレーザ光の波長を波長変換素子102で1/2に変換して波長473nmの出射光(青色)105を発生させる。106は、波長変換効率を最大にする位相制御のため、波長変換素子102の温度を調整するペルチェ素子温度制御素子)である。

レーザミラーの光反射波長の設定を変えることで、固体レーザ結晶で波長1064nmのレーザ光を発振し、波長変換素子で波長532nmの出射光(緑色)を発生することも可能である。例えば、図10は、下記特許文献2に記載されているレーザ光源110の構成を示している。図10において、111は波長809nmのレーザ光を発生させる半導体レーザ、112はレーザマウント、113はレーザミラーコーティング114が施された固体レーザ結晶としてのNd:YAG結晶、115は波長変換素子であるKTP結晶、116はレーザミラーコーティング117が施されたミラー、118は波長532nmの光を選択的に透過させるフィルタである。

ここで、固体レーザ結晶113の励起効率を最大にするため、半導体レーザ111の波長は固体レーザ結晶113の吸収ピーク合致させる必要がある。このため、上記構成のレーザ光源110において、レーザマウント112は、ペルチェ素子を内蔵した温度コントロールユニット(図示略)にマウントされ、半導体レーザ111の出射光を波長809nmに保つように温度制御されている。

一方、図11にレーザディスプレイシステムの構成の一例を示す(下記特許文献3参照)。このレーザディスプレイシステムは、赤色レーザ光122Rを出射する赤色レーザデバイス121Rと、緑色レーザ光122Gを出射する緑色レーザデバイス121Gと、青色レーザ光122Bを出射する青色レーザデバイス121Bとを含むRGBレーザ光源120を備えている。RGBレーザ光源120は、各色のレーザ光122R、122G、122Bをそれぞれ反射板123R、123G、123Bで反射した後結合することで、単一の光ビームを生成する。生成された単一の光ビームは、レーザ制御系124を介してスクリーン125に投射され、スクリーン125上に所定のカラー画像を表示する。

特開平5−11295号公報
特開平5−243660号公報
特開2004−139081号公報

概要

各RGBレーザ光軸調整を容易かつ高精度に行うことができるレーザ光源装置を提供する。本発明に係るレーザ光源装置1は、赤色レーザ光源2Rと、緑色レーザ光源2Gと、青色レーザ光源2Bとが共通の基板3にマウントされ、レーザ光源2R,2G,2Bの光軸マウント面3aに対して調整するための光軸調整機構を備えている。光軸調整機構は、レーザ光源がマウントされるマウント面に立設された一対の基準ピン18R,18G,18Bと、レーザ光源に設けられ、一対の基準ピンが嵌合するとともに一対の基準ピンが互いに対向する方向へ当該レーザ光源を平行移動させるガイド溝17R,17G,17Bとを有する。レーザベースには、マウント面に沿ってレーザ光源を平行移動させるのに用いられる偏芯ドライバ挿入孔19R,19G,19Bが形成されている。

目的

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、各RGBレーザの光軸調整を容易かつ高精度に行うことができるレーザ光源装置およびその光軸調整方法を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

赤色レーザ光を発生させる赤色レーザ光源と、緑色レーザ光を発生させる緑色レーザ光源と、青色レーザ光を発生させる青色レーザ光源と、前記各色のレーザ光源が共通にマウントされるマウント面を有する共通基板と、前記各色のレーザ光源のうち少なくとも2つのレーザ光源に対して設けられ、前記レーザ光源の光軸を前記マウント面に対して調整するための光軸調整機構とを備えたことを特徴とするレーザ光源装置

請求項2

前記光軸調整機構は、前記レーザ光源がマウントされる前記マウント面に立設された一対の基準ピンと、前記レーザ光源に設けられ、前記一対の基準ピンが嵌合するとともに前記一対の基準ピンが互いに対向する方向へ当該レーザ光源を平行移動させるガイド溝とを有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置。

請求項3

前記レーザ光源は、各色毎に専用のレーザベースを介して前記マウント面にマウントされており、前記ガイド溝は、前記レーザベースに形成されていることを特徴とする請求項2に記載のレーザ光源装置。

請求項4

前記レーザベースには、前記マウント面に沿って前記レーザ光源を平行移動させるのに用いられる偏芯ドライバ挿入孔が形成されてい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

前記光軸調整機構は、前記マウント面に対して前記レーザ光源の光軸高さを調整する一定厚さのスペーサを含むことを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置。

請求項6

赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ光源を備えたレーザ光源装置の光軸調整方法であって、前記各色のレーザ光源をそれぞれ共通の基板上にマウントする工程と、前記各色のレーザ光源のうち少なくとも2つのレーザ光源の光軸を前記基板のマウント面に対して平行または垂直方向に調整する工程とを有することを特徴とするレーザ光源装置の光軸調整方法。

請求項7

前記各色のレーザ光源は、それぞれ専用のレーザベースを介して前記基板上にマウントされており、前記レーザベースを前記マウント面に平行に相対移動させることで、前記マウント面に対して平行な方向に前記光軸を調整することを特徴とする請求項6に記載のレーザ光源装置の光軸調整方法。

請求項8

前記マウント面に対する前記レーザベースの相対移動を、偏芯ドライバを用いて行うことを特徴とする請求項7に記載のレーザ光源装置の光軸調整方法。

請求項9

前記レーザ光源と前記基板との間に所定厚のスペーサを介装することで、前記マウント面に対して垂直な方向に前記光軸を調整することを特徴とする請求項6に記載のレーザ光源装置の光軸調整方法。

技術分野

0001

本発明は、一体化されたRGB(赤緑青レーザ光源光軸調整機能を備えたレーザ光源装置およびその光軸調整方法に関する。

背景技術

0002

単色RGBレーザ光源には、一般的に、(1)半導体レーザ、(2)波長変換素子とその基本波発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザから構成されるレーザ共振器、(3)波長変換素子とその基本波を発振する半導体レーザから構成されるレーザ共振器の3つの形態が使われている。

0003

特に近年、モバイルディスプレイポケットディスプレイマイクロディスプレイなどと称される携帯レーザディスプレイ装置の開発が進められている。これらのレーザディスプレイ装置では、小型軽量・低消費電力かつ低コストのRGBレーザ光源が求められており、赤色レーザ光源には半導体レーザが、また、緑色レーザ光源には波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザを励起する半導体レーザから構成されるレーザ共振器が、そして、青色レーザ光源には半導体レーザがそれぞれ一般的に用いられている。

0004

なお、緑色レーザ光源には波長変換素子とその基本波を発振する半導体レーザから構成されるレーザ共振器が既に開発されているが、コスト面からまだ広く使用されていない。緑色半導体レーザの開発も進められているが、発振温度や出力の面からまだ実用化に至っていない。

0005

従来のRGBレーザ光源の構成について説明する。

0006

図9は、下記特許文献1に記載されているレーザ光源100の構成を示しており、波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザとから構成されている。図9において、101は固体レーザ結晶としてNd:YAG結晶、101aは固体レーザ結晶101の端面に形成したミラー、102は波長変換素子であるKNbO3結晶、103は球面のレーザミラー、104は固体レーザ結晶101を励起する半導体レーザである。

0007

上記構成のレーザ光源100は、半導体レーザ104で固体レーザ結晶101を励起することにより、波長946nmのレーザ光を発振し、そのレーザ光の波長を波長変換素子102で1/2に変換して波長473nmの出射光(青色)105を発生させる。106は、波長変換効率を最大にする位相制御のため、波長変換素子102の温度を調整するペルチェ素子温度制御素子)である。

0008

レーザミラーの光反射波長の設定を変えることで、固体レーザ結晶で波長1064nmのレーザ光を発振し、波長変換素子で波長532nmの出射光(緑色)を発生することも可能である。例えば、図10は、下記特許文献2に記載されているレーザ光源110の構成を示している。図10において、111は波長809nmのレーザ光を発生させる半導体レーザ、112はレーザマウント、113はレーザミラーコーティング114が施された固体レーザ結晶としてのNd:YAG結晶、115は波長変換素子であるKTP結晶、116はレーザミラーコーティング117が施されたミラー、118は波長532nmの光を選択的に透過させるフィルタである。

0009

ここで、固体レーザ結晶113の励起効率を最大にするため、半導体レーザ111の波長は固体レーザ結晶113の吸収ピーク合致させる必要がある。このため、上記構成のレーザ光源110において、レーザマウント112は、ペルチェ素子を内蔵した温度コントロールユニット(図示略)にマウントされ、半導体レーザ111の出射光を波長809nmに保つように温度制御されている。

0010

一方、図11レーザディスプレイシステムの構成の一例を示す(下記特許文献3参照)。このレーザディスプレイシステムは、赤色レーザ光122Rを出射する赤色レーザデバイス121Rと、緑色レーザ光122Gを出射する緑色レーザデバイス121Gと、青色レーザ光122Bを出射する青色レーザデバイス121Bとを含むRGBレーザ光源120を備えている。RGBレーザ光源120は、各色のレーザ光122R、122G、122Bをそれぞれ反射板123R、123G、123Bで反射した後結合することで、単一の光ビームを生成する。生成された単一の光ビームは、レーザ制御系124を介してスクリーン125に投射され、スクリーン125上に所定のカラー画像を表示する。

0011

特開平5−11295号公報
特開平5−243660号公報
特開2004−139081号公報

発明が解決しようとする課題

0012

このような従来のレーザ光源装置およびレーザディスプレイ装置においては、RGBレーザ光源は個別の独立した装置を組み合わせて使用しており、レーザ光源装置の構造の複雑化及び高コスト化が問題となっている。

0013

また、RGBレーザ光源を有するディスプレイ装置生化学解析装置においては、レーザ光軸位置を極めて高精度に調整されることが要求されている。しかし、従来のRGBレーザ光源装置は、各RGBレーザ光源の光軸調整をミラー・プリズム等の光学部品の調整や、取付位置に形成された基準面への突き当て等により行っていたので、各RGBレーザの光軸調整を微細な精度をもって行うことができず、しかも、作業性が悪いという問題を有している。

0014

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、各RGBレーザの光軸調整を容易かつ高精度に行うことができるレーザ光源装置およびその光軸調整方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0015

以上の課題を解決するに当たり、本発明のレーザ光源装置は、赤色レーザ光を発生させる赤色レーザ光源と、緑色レーザ光を発生させる緑色レーザ光源と、青色レーザ光を発生させる青色レーザ光源と、各色のレーザ光源が共通にマウントされるマウント面を有する共通基板と、各色のレーザ光源のうち少なくとも2つのレーザ光源に対して設けられ、レーザ光源の光軸をマウント面に対して調整するための光軸調整機構とを備えている。

0016

本発明に係るレーザ光源装置において、上記光軸調整機構は、レーザ光源がマウントされるマウント面に立設された一対の基準ピンと、レーザ光源に設けられ、一対の基準ピンが嵌合するとともに一対の基準ピンが互いに対向する方向へ当該レーザ光源を平行移動させるガイド溝とを有する。レーザ光源は、各色毎に専用のレーザベースを介してマウント面にマウントされており、上記ガイド溝は、このレーザベースに形成されている。レーザベースには、マウント面に沿ってレーザ光源を平行移動させるのに用いられる偏芯ドライバ挿入孔が形成されている。

0017

上述した構成の本発明に係るレーザ光源装置においては、共通基板上に各色のレーザ光源が一体となってマウントされているので、レーザ光源装置の小型軽量化を図ることができる。また、光軸調整機構によって各レーザ光源を共通基板上で光軸位置を調整できるので、レーザ光源をマウント面に対する相対移動で光軸調整を容易かつ高精度に行うことができる。

0018

また、本発明のレーザ光源装置の光軸調整方法は、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ光源をそれぞれ共通の基板上にマウントする工程と、各色のレーザ光源のうち少なくとも2つのレーザ光源の光軸を基板のマウント面に対して平行または垂直方向に調整する工程とを有する。

0019

特に、本発明に係る光軸調整方法は、各色のレーザ光源は、それぞれ専用のレーザベースを介して基板上にマウントされており、レーザベースをマウント面に平行に相対移動させることで、マウント面に対して平行な方向に光軸を調整する。この光軸調整作業は、偏芯ドライバを用いることで容易かつ高精度に行うことができる。また、レーザ光源と基板との間に所定厚のスペーサ介装することで、マウント面に対して垂直な方向に光軸を調整することができる。

発明の効果

0020

以上述べたように、本発明によれば、各RGBレーザの光軸調整を共通基板上で容易かつ高精度に行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0021

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

0022

図1図4は本発明の実施形態によるRGBレーザ光源装置1の構成を示しており、図1は平面図、図2は側面図、図3は全体斜視図、図4は要部の分解斜視図である。なお、図において、RGB各色のレーザ光軸と平行な方向をX軸、各色のレーザ光軸の配列方向をY軸、そして、これらX軸およびY軸に対して垂直な方向(高さ方向)をZ軸としている。

0023

本実施形態のRGBレーザ光源装置1は、赤色レーザ光源2Rと、緑色レーザ光源2Gと、青色レーザ光源2Bと、これら各色のレーザ光源2R,2G,2Bが共通にマウントされる放熱用基板(共通基板)3とを備えている。

0024

放熱用基板3は、ヒートシンクとして構成される金属製基板からなる。放熱用基板3の上面は、各色のレーザ光源2R,2G,2Bがマウントされる平坦なマウント面3aとされている。放熱用基板3の下面には第1の温度制御素子P1が取り付けられており、この第1の温度制御素子P1によって放熱用基板3の温度制御がなされる。

0025

第1の温度制御素子P1は、各色のレーザ光源2R,2G,2Bに搭載された半導体レーザ4R,4G,4Bで発生されるレーザ光がそれぞれ適正な範囲の発振波長を得ることができる温度に放熱用基板3を温度制御する。なお、第1の温度制御素子P1はペルチェ素子で構成されている。

0026

放熱用基板3は、断熱プレート25の上に配置されている。断熱プレート25には、第1の温度制御素子P1を収容するための開口25aが形成されている。断熱プレート25の前端部には前壁25bが立設されており、この前壁25bの内面側に放熱用基板3の前面を合致させることによって、断熱プレート25に対する放熱用基板3の相対位置が決定される。断熱プレート25は、ヒートシンクとして機能する金属製のベース基板26の上に設置される。放熱用基板3、断熱プレート25およびベース基板26は、それぞれの四隅位置において4本のボルト部材20によって一体結合されている。

0027

赤色レーザ光源2Rは、波長約635nmの赤色レーザ光を発生させる半導体レーザ4Rと、半導体レーザ4Rで発生した赤色レーザ光を平行光とするコリメータレンズ10Rと、ビーム出射位置を調整するプリズム11Rとを有している。

0028

青色レーザ光源2Bは、波長約445nmの青色レーザ光を発生させる半導体レーザ4Bと、半導体レーザ4Bで発生した青色レーザ光を平行光とするコリメータレンズ10Bと、ビーム出射位置を調整するプリズム11Bとを有している。

0029

緑色レーザ光源2Gは、例えばKTP結晶からなる波長変換素子5と、その基本波を発振する例えばNd:YVO4 からなる固体レーザ結晶6と、固体レーザ結晶6を励起する半導体レーザ4Gとからなるレーザ共振器を有している。励起用半導体レーザ4Gは、発振波長が29℃で808.6nm(25℃では807.4nm)であり、固体レーザ結晶6で励起された波長1064nmの光は共振器内で増幅され、波長変換素子5で周波数2倍化されて波長532nmの緑色レーザ光を生成する。生成した緑色レーザ光は、ビームエキスパンダ12によりビームサイズが拡大されるとともにコリメート光に変換される。そして、1/2波長板14により偏光角が調整される。なお、共振器から漏れた波長1064nmの光はIR(赤外線カットフィルタ13でカットされる。

0030

波長変換素子5および固体レーザ結晶6は接着剤を介して接合一体化されたコンビネーション結晶からなり、その両端面には所定のレーザミラーコーティングが施されている。即ち、励起用半導体レーザ14Gと対向するコンビネーション結晶の一端面は、波長808.6nm(807.4nm)の光は透過し波長1064nmの光は反射するレーザミラーコーティングが施されており、他端面は、波長532nmの光は透過し波長1064nmの光は反射するレーザミラーコーティングが施されている。

0031

そして、この波長変換素子5と固体レーザ結晶6とからなるコンビネーション結晶は、第2の温度制御素子P2の上にサーミスタがマウントされた15を介して配置されており、この第2の温度制御素子P2によって当該コンビネーション結晶の温度制御(本例では29℃または25℃)がなされる。第2の温度制御素子P2は、固体レーザ結晶6の吸収効率および波長変換素子5の変換効率を最大にチューニングすることが可能な温度に、これらを温度制御する。第2の温度制御素子はペルチェ素子で構成されている。

0032

一方、赤色半導体レーザ4R、青色半導体レーザ4Bおよび励起用半導体レーザ4Gはそれぞれ、第1の温度制御素子P1によって温度制御された放熱用基板3の上で共通の温度に制御されている。放熱用基板3の設定温度は、これらの半導体レーザの発振効率あるいは励起効率を考慮して設定される。本例では29℃または25℃とされている。なお、第1の温度制御素子P1による制御温度は、励起用半導体レーザ4Gに近接配置されたサーミスタによってモニタリングされている。

0033

さて、各色のレーザ光源2R,2G,2Bは、それぞれ専用の伝熱性のレーザベース8R,8G,8Bの上にマウントされており、これらレーザベース8R,8G,8Bを介して放熱用基板3の上面(マウント面)にマウントされている。

0034

赤色レーザベース8Rには、半導体レーザ4Rを支持するレーザマウント9Rが設けられているとともに、コリメータレンズ10R、プリズム11Rといった光学素子が所定の支持部材を介してマウントされている。赤色レーザ光(R)は、レーザベース8R上において、コリメータレンズ10Rとプリズム11Rの光軸調整によりビーム光軸傾斜角発散角が調整されている。

0035

青色レーザベース8Bには、半導体レーザ4Bを支持するレーザマウント9Bが設けられているとともに、コリメータレンズ10B、プリズム11Bといった光学素子が所定の支持部材を介してマウントされている。青色レーザ光(B)は、レーザベース8B上において、コリメータレンズ10Bとプリズム11Bの光軸調整によりビーム光軸の傾斜角、発散角が高精度に調整されている。

0036

緑色レーザベース8Gには、励起用半導体レーザ4G、波長変換素子5、固体レーザ結晶6が、エキスパンダレンズ12やIR(赤外線)カットフィルタ13、1/2波長板14といった光学素子とともに、所定の支持部材を介してマウントされている。緑色レーザ光(G)は、レーザベース8G上において、ビームエキスパンダ12の光軸調整によりビーム光軸の傾斜角、発散角が高精度に調整されている。

0037

なお、各RGBレーザ光のコリメーション調整光軸角度調整は、ビームプロファイラ光学レール上で移動させ、光源からの各距離でのビームサイズおよび光軸位置を測定しながら行われる。

0038

赤色レーザベース8R、緑色レーザベース8Gおよび青色レーザベース8Bは、スペーサ7R,7G,7Bを介して、放熱用基板3のマウント面3aの所定領域にそれぞれマウントされる。赤色レーザベース8Rおよび青色レーザベース8Bは、2本のネジ部材16によってマウント面3aにそれぞれ一体的に固定され、緑色レーザベース8Gは、4本のネジ部材16によってマウント面3aに一体的に固定されている。

0039

なお、スペーサ7R,7G,7Bは、後述するように、マウント面3aに対する各色のレーザ光軸の高さを規定する一定厚の金属板材で構成されている。

0040

本実施形態によれば、赤色半導体レーザ光源2R、緑色レーザ光源2Gおよび青色レーザ光源2Bをヒートシンクとなる共通の放熱用基板3にマウントすることで、RGB各色のレーザ光源一体化を図ることができ、レーザ光源装置1の小型軽量化を図ることができる。また、放熱用基板3を第1の温度制御素子P1にて適切な温度制御を実現することができる。これにより、各色のレーザ光源の半導体レーザ4R,4G,4Bの発振波長を適正な範囲に保つことができる。

0041

一方、緑色レーザ光の生成のための固体レーザ結晶6と波長変換素子5からなるレーザ共振器は、放熱用基板3の上側に配置した第2の温度制御素子P2で制御することで、固体レーザ結晶6の高い吸収効率と波長変換素子5の高い変換効率とを同時に得ることができる。特に、ペルチェ素子からなる第2の温度制御素子P2で固体レーザ結晶6および波長変換素子5を発熱状態加熱状態)にて温度制御することで、放熱用基板3に対しては冷却効果をもたせることができ、これにより、半導体レーザの発熱温度上昇する放熱用基板3を冷却する第1の温度制御素子P1の消費電力を低減させることができる。

0042

また、赤色レーザ光源に半導体レーザ、緑色レーザ光源に波長変換素子とその基本波を発振する固体レーザ結晶と固体レーザ結晶を励起する半導体レーザとから構成されるレーザ共振器、青色レーザ光源に半導体レーザを使用したRGBレーザ光源は、従来、個別のモジュールとして供給され、最適な温度制御を行うには少なくとも4つの温度制御素子を必要としていた。これに対して本実施形態のRGBレーザ光源装置1は、固体レーザ結晶励起用半導体レーザ4G、赤色半導体レーザ4Rおよび青色半導体レーザ4Bの温度を共通の温度に制御する第1の温度制御素子P1と、固体レーザ結晶6と波長変換素子5の温度を共通の温度に制御する第2の温度制御素子P2の2つの温度制御素子にて最適な温度制御が可能となり、赤色と青色の最適な色域、半導体レーザによる固体レーザ結晶の最大の励起効率、固体レーザ結晶の最大の吸収効率および波長変換素子の最大の変換効率を得ることができる。

0043

更に、各色のレーザ光源を一体化するとともに温度制御素子を最小限に抑えることで、RGBレーザ光源装置の部品コストの削減、温度制御電力の低減および小型軽量化を図ることができ、モバイルディスプレイ、ポケットディスプレイ、マイクロディスプレイ等と称される携帯用レーザディスプレイ装置のRGBレーザ光源に用いて極めて有効であり、同様なRGBレーザ光源を用いる生化学解析装置にも適用することが可能である。

0044

続いて、上述した構成のRGBレーザ光源装置1における光軸調整機構について説明する。

0045

レーザ光源装置1は、各色のレーザ光源2R,2G,2Bを放熱用基板3に対して相対移動させることで、レーザ光軸をマウント面3aに対して調整できる光軸調整機構を備えている。この光軸調整機構は、RGB各色のレーザ光軸を互いに平行かつ同一高さ位置で出射させるためのものであり、各レーザベース8R,8G,8B単位で高精度に光軸制御されたレーザ光源2R,2G,2Bを放熱用基板3上でYおよびZ軸方向に高精度にアライメントする機構を備えている。

0046

図5Aはレーザベース8R,8G,8Bの底部の構成を上面側から見た断面図である。図5Bは、放熱用基板3のマウント面3aの構成をスペーサ7R,7G,7Bとともに示す平面図である。

0047

放熱用基板3のマウント面3aには、一対の基準ピン18R,18G,18Bがレーザ光源2R,2G,2Bのマウント位置に対応してそれぞれ立設されている(図4)。これら各色の一対の基準ピン18R,18G,18Bは、Y軸方向に互いに対向して配置されている。

0048

一方、各色のレーザベース8R,8G,8Bの底部には、これらの基準ピン18R,18G,18Bに嵌合するガイド溝17R,17G,17Bがそれぞれ形成されており、これらガイド軸17R,17G,17Bと基準ピン18R,18G,18Bとの嵌合作用によって、レーザベース8R,8G,8Bがそれぞれマウント面3aに対してY軸方向に相対移動可能に構成されている。

0049

また、レーザベース8R,8G,8Bには、これらレーザベース8R,8G,8Bをマウント面3aに沿ってY軸方向に動かす際に用いられる偏芯ドライバの挿入孔19R,19G,19Bがそれぞれ形成されている。一方、マウント面3aには、これらレーザベース8R,8G,8Bの挿入孔19R,19G,19Bの形成位置に対応して、上記偏芯ドライバの回転軸心係合する係合孔21R,21G,21Bが、それぞれ形成されている(図4)。

0050

図6A,Bは、マウント面3aに対するレーザベース8(8R,8G,8B)の相対位置調整工程を示している。図示するように、偏芯ドライバ30はレーザベース8の挿入孔19(19R,19G,19B)に挿入され、偏芯ドライバ30先端の突起31が係合孔21に係合される。そして、突起31を回転中心として偏芯ドライバ30を回転させることで、偏芯ドライバ30外周と挿入孔19内壁とが当接し、ガイド溝17R,17G,17Bと基準ピン18R,18G,18Bとで構成される直線ガイド機構によって、偏芯ドライバ30の回転方向に応じてレーザベース8がa方向またはb方向に移動される。従って、偏芯ドライバ30の回転量を調整することでレーザベース8の直線移動量を調整することができる。

0051

なお、本実施形態では、各色のレーザベース8R,8G,8Bにおいて、放熱用基板3との結合用ネジ部材16が挿入されるネジ孔22は、当該レーザベースの移動調整許容するためにやや長孔状に形成されているが、一定の遊度をもたせれば真円でも構わない。

0052

また、レーザベース8R,8G,8Bとマウント面3aとの間に介装されるスペーサ7R,7G,7Bは、マウント面3aに対して各色の光軸高さを調整するために所定の板厚で形成されている。スペーサ7R,7G,7Bには、マウント面3aに形成された係合孔21と、ネジ部材16と螺合するネジ孔23R,23G,23Bを露出させるための開口および、基準ピン18R,18G,18Bを挿通させるための開口がそれぞれ形成されている。

0053

次に、RGB各色のレーザ光源2R,2G,2Bの光軸調整方法について説明する。

0054

まず、赤色レーザ光源2R、緑色レーザ光源2Gおよび青色レーザ光源2Bをそれぞれ放熱用基板3のマウント面3aの所定領域にそれぞれマウントする。このとき、所定の光軸高さを調整するために、スペーサ7R,7G,7Bが介装される。これらスペーサの厚さは勿論、各色ごとに異なっていてもよいし、複数枚重ねて用いてもよい。これにより、各レーザ光源の光軸がマウント面3aに対して垂直方向に調整され、RGB各色の光軸が図2においてLHで示す所定の光軸高さに合致される。

0055

各色のレーザ光源2R,2G,2Bは、マウント面3a上において、ネジ部材16によって仮止めされる。その後、各レーザ光源の光軸間隔の調整が行われる。この調整は、図6を参照して説明した偏芯ドライバ30を用いて、レーザベース8R,8G,8BをY軸方向に平行移動することで行われる。これにより、各レーザ光源の光軸がマウント面3aに対して平行方向に調整され、所定の光軸間隔に合致される。光軸調整後、ネジ部材16の締結により、各レーザ光源2R,2G,2Bがマウント面3a上に一体固定される。

0056

なお、この光軸間隔調整は、例えば緑色レーザ光の光軸を基準として、赤色および青色の光軸位置を調整するようにしてもよい。この場合、緑色レーザ光軸は、当初、放熱用基板3の一側面に設けた基準面S(図1図3参照)から適正範囲に入るように位置調整が行われる。

0057

以上のようにして、RGB各色のレーザ光源2R,2G,2Bがマウント面3a上で光軸の微細調整が行われる。本実施形態によれば、共通の放熱用基板3上においてRGB各色の光軸の平行移動を容易に行うことができるので、各色間における光軸調整を高精度に行うことが可能となる。また、この光軸調整に偏芯ドライバ30を用いることによって、光軸位置を高い分解能をもって調整することが可能となる。

0058

特に、ディスプレイ装置や生化学分析装置では、きわめて高い精度のレーザの光軸位置と光軸角度の調整が要求される。従来では、RGBレーザ光源は個別の独立した装置を組み合わせたものを使用し、各RGBレーザ間の光軸位置の調整をミラーやプリズム等の光学部品にて行っていたため作業性が悪く、また、作業の複雑化、高コスト化が問題となっていた。これに対して本実施形態によれば、RGBレーザ光線の光軸を高精度にアライメントした一体型のRGBレーザ光源装置1として供給することが実現できるので、ディスプレイ装置や生化学解析装置のRGBレーザ光源に用いて極めて有効である。

0059

図7は、上述のレーザ光源装置1を光源として有するレーザディスプレイ装置の概略構成を示している。ここでは、レーザディスプレイ装置40として、一次元反射型ディスプレイデバイスであるGLV(Grating Light Valve)を用いた画像表示システムを例に挙げて説明する。

0060

図7に示すように、レーザディスプレイ装置40は、RGBレーザ光源装置1と、レーザ光源装置41からの出射光を平板状の光に変換する照明レンズ42と、GLVデバイスでなる光変調回折素子43と、光変調素子43による回折光だけを通すフィルタを内蔵した投射レンズ44と、投射レンズ44を通過した光をスクリーン46に投影する走査ミラー45とを備えている。光変調素子43は、RGB各色のレーザ光に対してそれぞれ別に設けられ、そのレーザ光を照射された時のマイクロリボン位置関係に基づいて光の変調を行うことにより、色および映像の投影がなされる。

0061

上述した実施形態のように、光軸調整機構をもつ本発明に係るレーザ光源装置1の光軸位置精度と、基準面突き当てにより光軸の調整を行う従来構造(上記光軸調整機構をもたない)のレーザ光源装置の光軸位置精度とを比較した。その結果を図8に示す。また、本発明の実施例において共通基板上の各RGBレーザ光源を一体化する前と一体化した後における光軸角度精度をも図8に併せて示す。図8において「水平方向」は共通基板のマウント面に平行な方向(Y軸方向)を示し、「垂直方向」はマウント面に垂直な方向(Z軸方向)を示す。

0062

光軸位置精度に関して、本実施例によれば、各RGBレーザベース8R,8G,8Bに形成したガイド溝17R,17G,17Bにマウント面3aの基準ピン18R,18G,18Bを嵌合させ、レーザベース8R,8G,8Bを偏芯ドライバ30を用いてマウント面3aに対して相対移動させる光軸調整機構を備えているので、RGBレーザ光の光軸をY軸方向に平行移動可能であり、これにより、水平方向の光軸位置を±33μm以下の精度でアライメントすることができる。また、垂直方向の光軸位置調整は、厚さ50μmのスペーサ7R,7G,7Bを用いることで、50μm単位での光軸平行移動を可能とし、±25μm以下の精度でアライメントすることができる。

0063

一方、基準面突き当てによって光軸調整を行う従来構造の場合には、水平方向の光軸位置精度は±308μm、垂直方向の光軸位置精度は±121μmという測定結果になっており、光軸位置のアライメント精度において、本発明の実施例の優位性が明らかとなっている。

0064

なお、光軸角度精度に関しては、共通基板に一体化する前に比べて一体化した後の精度が低下するのは、マウント面の基準ピンの加工精度等が原因である。しかし、一体化後においても当該実施例によれば、±0.89mrad以下のアライメント精度を確保することができる。

0065

以上のように、本発明のRGBレーザ光源装置によれば、サイズ重量と製造コストの低減と、光軸角度精度および光軸位置精度の向上と、光学ヘッドへの組込作業性向上を従来に比べて大幅に改善することができる。特に、高精度なレーザ光軸調整が要求されるディスプレイ装置や生化学分析装置のRGBレーザ光源に用いて顕著な効果を得ることができる。

0066

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

0067

例えば以上の実施の形態では、RGB各色のレーザ光源2R,2G,2Bのすべてについて光軸調整機構を設けることで、各色単独での光軸位置調整を可能としたが、RGBのうち少なくとも2つのレーザ光源に上記光軸調整機構を設けることで、一方の光軸を基準とし、他方の2つの光軸の位置調整を行うことが可能である。

図面の簡単な説明

0068

本発明の実施形態によるレーザ光源装置の平面図である。
本発明の実施形態によるレーザ光源装置の側面図である。
本発明の実施形態によるレーザ光源装置の全体斜視図である。
本発明の実施形態によるレーザ光源装置の分解斜視図である。
本発明の実施形態によるレーザ光源装置の光軸調整機構の構成を示す図であり、Aはレーザプレートの底部の構造を上面側から見た断面図、Bはマウント面側の平面図である。
本発明の実施形態によるレーザ光源装置の光軸調整方法を説明する図である。
本発明の実施形態によるレーザ光源装置が適用されるレーザディスプレイ装置の一例を示す図である。
本発明の一実施例による実験結果を示す図である。
従来のレーザ光源装置の概略構成図である。
従来の他のレーザ光源装置の概略構成図である。
従来のレーザディスプレイ装置の概略構成図である。

符号の説明

0069

1…レーザ光源装置、2R,2G,2B…レーザ光源、3…放熱用基板(共通基板)、4R,4G,4B…半導体レーザ、5…波長変換素子、6…固体レーザ結晶、7R,7G,7B…スペーサ、8R,8G,8B…レーザベース、17R,17G,17B…ガイド溝、18R,18G,18B…基準ピン、19R,19G,19B…偏芯ドライバ挿入孔、21R,21G,21B…係合孔、25…断熱プレート、26…ベース基板、P1…第1の温度制御素子(ペルチェ素子)、P2…第2の温度制御素子(ペルチェ素子)

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