JP5570537B2 - レーザ光源装置及びそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源装置及びそれを用いた画像表示装置に関する。

近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減できる点、並びに小型化が容易である点など、種々の利点を有している。

このような画像表示装置では、光の３原色である赤、緑、青のレーザ光が必要とされる。しかしながら、緑色レーザ光を直接出力する半導体レーザに高出力のものがない。このため、画像表示装置に用いられるレーザ光源装置において、半導体レーザから励起用レーザ光を出力させ、この励起用レーザ光で固体レーザ素子を励起させて赤外レーザ光を出力させ、この赤外レーザ光の波長を「波長変換素子」で変換して緑色レーザ光を出力するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

この緑色レーザ光源装置は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力する固体レーザ素子と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力する波長変換素子と、固体レーザ素子とともに共振器を構成する凹面ミラーと、を備えている。

特開２００８−１６８３３号公報

このような従来の緑色レーザ光源装置にあっては、レーザ光の光軸に対する凹面ミラーの取付位置に応じてレーザ光の出力が変化するため、出力が最大となる取付位置に凹面ミラーを配置することが望ましい。そこで、組み付け後に、出力を監視しながら凹面ミラーの取付位置を調整することができる構成が考えられる。

しかしながら、凹面ミラーは、構造上、鋭利な端部を有し、該端部を凹面ミラー支持部に当接して接点保持される。凹面ミラー支持部に対し凹面ミラーを移動して調整する工程で、端部に欠けが発生することがある。

また、凹面ミラーの反射によるレーザ出力の変化には特徴点がなく、凹面ミラーの位置ずれがあったとしてもどの方向にどの程度、調整すればよいか判定しずらいという課題がある。

以上は、調整工程の手間の増大を招き、コストアップにつながる原因となっている。

本発明の目的は、出力ミラーの破損を未然に防止し、出力ミラーの取付位置の調整を簡略化することができるレーザ光源装置及びそれを用いた画像表示装置を提供することである。

本発明のレーザ光源装置は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光を出力する固体レーザ素子と、前記固体レーザ素子とともに共振器を構成する出力ミラーと、を備え、前記出力ミラーは、ガラス基板からなる基部と、前記基部にドライエッチングにより形成された凸部と、前記凸部の外周の前記基部にドライエッチングが進行して形成された溝と、を有し、前記凸部の凸面に膜が形成された構成を採る。

本発明の画像表示装置は、上記レーザ光源装置を備える構成を採る。

本発明によれば、出力ミラーの破損を未然に防止することができ、出力ミラーの取付位置の調整を格段に簡略化することができる。その結果、調整工程の手間を大幅に低減することができ、コスト低減を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るレーザ光源装置を備える画像表示装置の概略図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置の出力ミラーの斜視図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置におけるレーザ光の状況を示す模式図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置の斜視図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置の出力ミラーの製造方法を模式的に示す工程図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置の出力ミラーのドライエッチング工程を説明する図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置の出力ミラーの取付位置を説明する図 従来の出力ミラーである凹面ミラーの支持部への取付を説明する図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置の出力ミラー位置とレーザ出力との関係を示す図 上記実施の形態１に係るレーザ光源装置の出力ミラー平行度とレーザ出力との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係るレーザ光源装置の出力ミラーの斜視図 上記実施の形態２に係るレーザ光源装置の出力ミラーの断面図 上記実施の形態２に係るレーザ光源装置の出力ミラーを用いた緑色レーザ光源装置の動作を説明する模式図 本発明の実施の形態３に係るレーザ光源装置を備える本画像表示装置をノート型の情報処理装置に内蔵した例を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ光源装置を備える画像表示装置の概略図である。

図１に示すように、画像表示装置１は、所要の画像をスクリーンに投影表示する。画像表示装置１は、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置２と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置３と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置４と、映像信号に応じて各レーザ光源装置２〜４からのレーザ光の変調を行う液晶反射型の空間光変調器５と、各レーザ光源装置２〜４からのレーザ光を反射させて空間光変調器５に照射させるとともに空間光変調器５から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ６と、各レーザ光源装置２〜４から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ６に導くリレー光学系７と、偏光ビームスプリッタ６を透過した変調レーザ光をスクリーンに投射する投射光学系８と、を備える。

画像表示装置１は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示する。画像表示装置１は、各レーザ光源装置２〜４から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が視覚の残像効果によってカラー画像として認識される。

リレー光学系７は、各レーザ光源装置２〜４から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ１１〜１３と、コリメータレンズ１１〜１３を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第１及び第２のダイクロイックミラー１４，１５と、ダイクロイックミラー１４，１５により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板１６と、拡散板１６を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ１７と、を備える。

投射光学系８からスクリーンＳに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、青色レーザ光源装置４から青色レーザ光が後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸及び赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置２及び赤色レーザ光源装置３から緑色レーザ光及び赤色レーザ光が出射され、この青色レーザ光、赤色レーザ光、及び緑色レーザ光が、２つのダイクロイックミラー１４，１５で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第１のダイクロイックミラー１４で同一の光路に導かれ、青色レーザ光及び緑色レーザ光と赤色レーザ光が第２のダイクロイックミラー１５で同一の光路に導かれる。

第１及び第２のダイクロイックミラー１４，１５は、表面に所定の波長のレーザ光を透過及び反射させるための膜が形成されている。第１のダイクロイックミラー１４は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第２のダイクロイックミラー１５は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光及び緑色レーザ光を反射させる。

これらの各光学部材は、筐体２１に支持されている。筐体２１は、各レーザ光源装置２〜４で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。

緑色レーザ光源装置２は、側方に向けて突出した状態で筐体２１に形成された取付部２２に取り付けられている。取付部２２は、リレー光学系７の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部２３と側壁部２４とが交わる角部から側壁部２４に直交する向きに突出した状態で設けられている。赤色レーザ光源装置３は、ホルダ２５に保持された状態で側壁部２４の外面側に取り付けられている。青色レーザ光源装置４は、ホルダ２６に保持された状態で前壁部２３の外面側に取り付けられている。

赤色レーザ光源装置３及び青色レーザ光源装置４は、いわゆるＣＡＮパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。赤色レーザ光源装置３及び青色レーザ光源装置４は、ホルダ２５，２６に開設された取付孔２７，２８に圧入するなどしてホルダ２５，２６に対して固定される。青色レーザ光源装置４及び赤色レーザ光源装置３のレーザチップの発熱は、ホルダ２５，２６を介して筐体２１に伝達されて放熱され、各ホルダ２５，２６は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。

緑色レーザ光源装置２は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、半導体レーザ３１から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるＦＡＣ（Fast-Axis Collimator）レンズ３２及びロッドレンズ３３と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力する固体レーザ素子３４と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力する波長変換素子（光学素子）３５と、固体レーザ素子３４とともに共振器を構成する出力ミラー１００と、励起用レーザ光及び基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー３７と、各部を支持する基台３８と、各部を覆うカバー体３９と、を備えている。カバー体３９は、突起３９ａを有し、突起３９ａを介して出力ミラー１００が載置される。

緑色レーザ光源装置２は、基台３８を筐体２１の取付部２２に取り付けて固定され、緑色レーザ光源装置２と筐体２１の側壁部２４との間に所要の幅（例えば０．５ｍｍ以下）の間隙が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置２の熱が赤色レーザ光源装置３に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置３の昇温を抑制して、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置３を安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置３の所要の光軸調整代（例えば０．３ｍｍ程度）を確保するため、緑色レーザ光源装置２と赤色レーザ光源装置３との間に所要の幅（例えば０．３ｍｍ以上）の間隙が設けられている。

図２は、出力ミラー１００の斜視図である。

図２に示すように、出力ミラー１００は、凸レンズミラーである。

出力ミラー１００は、ガラス基板からなる基部１１０と、基部１１０にドライエッチングにより形成された円形の凸部１２０と、凸部１２０の外周の基部１１０にドライエッチングが進行して形成された溝１３０と、凸部１２０の凸面１２０ａに形成された膜１４０と、からなる。

凸部１２０は、実際には肉眼では判別できない程度の凸形状である。

溝１３０は、エッチング条件及びレジストの曲率半径によって深さ及び幅が異なる。例えば、溝１３０は、深さで１μｍ以下、幅で数十μｍ以下程度である。

膜１４０は、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する。

出力ミラー１００は、波長変換素子３５（図１参照）に対向する側と反対側に凸部１２０が配置されるように設置される。これにより、固体レーザ素子３４の膜４２（図３参照）と出力ミラー１００の凸面１２０ａに形成された膜１４０との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。出力ミラー１００の製造方法の詳細については、図５及び図６により後述する。

図３は、緑色レーザ光源装置２におけるレーザ光の状況を示す模式図である。

図３に示すように、半導体レーザ３１のレーザチップ４１は、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を出力する。ＦＡＣレンズ３２は、レーザ光のファースト軸（光軸方向に対して直交し且つ図の紙面に沿う方向）の拡がりを低減する。ロッドレンズ３３は、レーザ光のスロー軸（図の紙面に対して直交する方向）の拡がりを低減する。

固体レーザ素子３４は、いわゆる固体レーザ結晶であり、ロッドレンズ３３を通過した波長８０８ｎｍの励起用レーザ光により励起されて波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）を出力する。この固体レーザ素子３４は、Ｙ（イットリウム）ＶＯ４（バナデート）からなる無機光学活性物質（結晶）にＮｄ（ネオジウム）をドーピングしたものであり、より具体的には、母材であるＹＶＯ４のＹに蛍光を発する元素であるＮｄ＋３に置換してドーピングしたものである。

固体レーザ素子３４におけるロッドレンズ３３に対向する側には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光及び波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４２が形成されている。固体レーザ素子３４における波長変換素子３５に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光及び波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４３が形成されている。

波長変換素子３５は、略直方体の形状を有し、いわゆるＳＨＧ（Second Harmonics Generation）素子である。波長変換素子３５は、固体レーザ素子３４から出力される波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）の波長を変換して波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を生成する。

波長変換素子３５における固体レーザ素子３４に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する反射防止と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４４が形成されている。波長変換素子３５における出力ミラー１００に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光及び波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４５が形成されている。

出力ミラー１００は、波長変換素子３５に対向する側と反対側に凸面１２０ａを有し、この凸面１２０ａには、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜１４０が形成されている。これにより、固体レーザ素子３４の膜４２と出力ミラー１００の膜１４０との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。

出力ミラー１００は、凸形状でないフラットな裏側面を有し、この裏側面には波長１０６４ｎｍと波長５３２ｎｍに対する反射防止機能を有する膜が形成されている。

波長変換素子３５では、固体レーザ素子３４から入射した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の一部が波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子３５を通過した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、出力ミラー１００で反射されて波長変換素子３５に再度入射し、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換される。この波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は、波長変換素子３５の膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射される。

ここで、固体レーザ素子３４から波長変換素子３５に入射して波長変換素子３５で波長変換されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ１と、出力ミラー１００で一旦反射されて波長変換素子３５に入射して膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ２とが互いに重なり合う状態では、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光とが干渉を起こして出力が低下する。

そこでここでは、波長変換素子３５を光軸方向に対して傾斜させて、入射面及び出射面での屈折作用により、レーザ光のビームＢ１、Ｂ２が互いに重なり合わないようにして、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光との干渉を防ぐようにしており、これにより出力低下を避けることができる。

なお、図１に示したガラスカバー３７には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光及び波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過しない膜が形成されている。

図４は、緑色レーザ光源装置２の斜視図である。

図４に示すように、半導体レーザ３１、ＦＡＣレンズ３２、ロッドレンズ３３、固体レーザ素子３４、波長変換素子３５（図示略）、及び出力ミラー１００は、基台３８に一体的に支持されている。基台３８の底面５１は光軸方向に対して平行となる。なおここでは、基台３８の底面５１に対して直交する方向を高さ方向とし、この高さ方向及び光軸方向に対して直交する方向を幅方向とする。また、基台３８の底面５１に近接する側を下、底面５１と相反する側を上として説明するが、これは実際の装置の上下方向と必ずしも一致するものではない。

半導体レーザ３１は、レーザ光を出力するレーザチップ４１をマウント部材５２に実装したものである。レーザチップ４１は、光軸方向に長い帯板状をなし、光出射面をＦＡＣレンズ３２側に向けた状態で、板状をなすマウント部材５２の一面の幅方向の略中心位置に固着されている。この半導体レーザ３１は、取付部材５３を介して基台３８に固定される。この取付部材５３は、銅あるいはアルミ等の熱伝導性の高い金属で形成されており、これによりレーザチップ４１の発熱が基台３８に伝達されて放熱することができる。

ＦＡＣレンズ３２及びロッドレンズ３３は、集光レンズホルダ５４に保持される。この集光レンズホルダ５４は、基台３８に一体的に形成された支持部５５に支持される。集光レンズホルダ５４は、光軸方向に移動可能に支持部５５に連結されており、これにより集光レンズホルダ５４、すなわちＦＡＣレンズ３２及びロッドレンズ３３の位置が、光軸方向に調整される。ＦＡＣレンズ３２及びロッドレンズ３３は位置調整作業の前に集光レンズホルダ５４に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、集光レンズホルダ５４と支持部５５とが接着剤で互いに固定される。

固体レーザ素子３４は、基台３８に一体的に形成された固体レーザ素子支持部５６に支持される。

波長変換素子３５（図示略）は、波長変換素子ホルダ５８に保持される。波長変換素子ホルダ５８は、波長変換素子３５の幅方向の位置及び光軸方向に対する傾斜角度を調整することができるように、基台３８に対して、幅方向に移動可能に、且つ光軸方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられている。波長変換素子３５は位置調整作業の前に波長変換素子ホルダ５８に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、波長変換素子ホルダ５８と基台３８とが接着剤で互いに固定される。

出力ミラー１００は、基台３８に一体的に形成された出力ミラー支持部６１に支持される。

なお、前記の各部材、例えば波長変換素子ホルダ５８と基台３８との固定に用いる接着剤は、例えばＵＶ硬化型接着剤が好適である。

図５は、出力ミラー１００の製造方法を模式的に示す工程図である。

ステップＳ１：基板洗浄工程（図５（ａ）参照）
出力ミラー１００の基板となるガラス基板１０１を洗浄する。基板洗浄は、例えば超音波洗浄、手拭洗浄である。

ステップＳ２：表面処理工程（図５（ｂ）参照）
洗浄後のガラス基板１０１表面に対して、酸素プラズマ処理、オゾン処理による表面処理を施す。表面処理は、レジスト塗布の密着性を向上させる前処理工程である。

ステップＳ３：レジスト膜厚制御工程（図５（ｃ）参照）
具体的には、レジスト膜厚制御は、ディスペンサーによるレジスト１０２の塗布である。本実施の形態では、レジスト１０２にＡＺエレクトロニックマテリアルズ（株）製ＡＺ−６１１２を使用し、ディスペンサーにより塗布する。

ステップＳ４：プリベーク工程（図５（ｄ）参照）
レジスト１０２塗布されたガラス基板１０１に対して、７０℃〜９０℃程度の温度でプリベークする。本実施の形態では、８０℃でプリベーク（pre-bake）する。プリベークは、被処理基板であるガラス基板１０１に塗布されたレジスト膜中に残留する溶媒を蒸発させ、レジスト膜と基板の密着性を強化する。プリベークは、レジスト材料が反応しない比較的低い温度で行う。

ステップＳ５：ポストベーク工程（図５（ｅ）参照）
プリベークされたレジスト１０２及びガラス基板１０１に対して、１００℃〜１５０℃程度の温度でプリベークする。本実施の形態では、１５０℃でポストベーク（post-bake）する。ポストベークは、レジスト膜パターンの硬化や基板との密着性をより強化する。ポストベークは、レジスト耐熱性温度で行う熱処理である。

ステップＳ６：レジスト形状確認工程（図５（ｆ）参照）
ポストベーク後のレジスト１０２の形状を確認する。本実施の形態では、この時点でのレジスト形状は、直径：１．５〜４ｍｍ、膜厚：４０〜７０μｍ、Ｒ：５〜１５ｍｍである。レジスト形状確認の結果、レジスト１０２が所定範囲であれば、ドライエッチング工程（図５（ｈ）参照）に進み、所定範囲外であれば、レジスト膜厚制御工程（図５（ｇ）参照）に進む。

ステップＳ７：レジスト膜厚制御工程（図５（ｇ）参照）
ドライエッチングによるレジスト形状が所定範囲に収まるようにレジスト膜厚を制御する。具体的には、酸素プラズマ処理などのドライエッチングにより、レジストのみをエッチングして膜厚を制御する。本実施の形態では、この時点でのレジスト形状は、直径：２ｍｍ、膜厚：１２μｍ、Ｒ：４０ｍｍである。

ステップＳ８：ドライエッチング工程（図５（ｈ）参照）
ＲＩＥやＩＣＰなどのドライエッチング装置を用いて、基板のエッチングを行う。このドライエッチングによってレジスト１０２及びガラス基板１０１が共に削れるが、レジスト１０２がガラス基板１０１に対してマスクとして働くことで、ガラス基板１０１に凸面形状が形成される。

ドライエッチング後、ガラス基板１０１には、凸部１２０とその周囲に溝１３０が形成される。凸部１２０と溝１３０とは、レジスト間隔に沿ってアレイ状に複数形成される。その後、ガラス基板１０１表面（凸部１２０の凸面１２０ａ）にレーザ用の膜１４０を形成し、切断して出力ミラー１００を完成させる。

図６は、上記出力ミラー１００のドライエッチング工程を説明する図である。

図６（ａ）は、ドライエッチング前のレジスト１０２及びガラス基板１０１を示している。図６（ｂ）に示すように、ドライエッチング途中では、主にレジスト１０２が削れていく。例えば、アルゴンによるドライエッチングの場合には、レジスト１０２とガラス基板１０１が削れていく。酸素によるドライエッチングの場合には、レジスト１０２のみが削れ、ガラス基板１０１は削れない。酸素によるドライエッチングは、大きな曲率の凸部を有する出力ミラーを形成する場合に有効である。

図６（ｂ）矢印に示すように、アルゴンによるドライエッチングの場合、レジスト１０２に当たったアルゴンのプラズマがレジスト１０２の表面に沿ってレジスト１０２の周辺部に集中し、溝１３０を形成する。また、形状効果によって、エッジ部にプラズマが集中することでレジスト１０２の端部のエッチングレートが高くなり溝１３０を形成する。

図６（ｃ）矢印に示すように、レジスト１０２が全て削れた段階で、ドライエッチング完了となる。上述したように、ガラス基板１０１表面（凸部１２０の凸面１２０ａ）に膜１４０を形成し、切断して出力ミラー１００を完成させる。

完成した出力ミラー１００は、ガラス基板１０１からなる基部１１０と、基部１１０にドライエッチングにより形成された円形の凸部１２０と、凸部１２０の外周の基部１１０にドライエッチングが進行して形成された溝１３０と、凸部１２０の凸面１２０ａに形成された膜１４０と、からなる。特に、図６（ｃ）に示すように、レジスト１０２が全て削れたドライエッチング完了段階で、凸部１２０の周囲に溝１３０が形成されることが特徴である。上記溝１３０は、エッチング条件又はレジストの曲率半径により深さ及び幅が異なり、例えば深さで１μｍ以下、幅で数十μｍ以下である。

また、出力ミラー１００の凸形状でないフラットな裏側面には波長１０６４ｎｍと波長５３２ｎｍに対する反射防止機能を有する膜が形成される。

図７は、出力ミラー１００の取付位置を説明する図である。図７（ａ）は、出力ミラー１００が出力ミラー支持部６１（図４参照）に適正に取り付けられた場合を示し、図７（ｂ）（ｃ）は、出力ミラー１００が出力ミラー支持部６１にずれて取り付けられた場合を示す。図中、破線は波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光を示している。

図７（ａ）に示すように、出力ミラー１００は、出力ミラー支持部６１（図４参照）に適正に取付・支持される。この場合、入射した基本波長レーザ光は、出力ミラー１００の光軸中心を通り、凸部１２０の凸面１２０ａに形成されたレーザ用の膜１４０で反射する。

しかし取付誤差などにより、図７（ｂ）（ｃ）に示すように、出力ミラー１００が出力ミラー支持部６１に対しずれて取り付けられる場合がある。出力ミラー１００が出力ミラー支持部６１にずれて取り付けられた場合、入射した基本波長レーザ光は、出力ミラー１００の光軸中心からずれた位置を通る。このため、入射した基本波長レーザ光の一部については、前記レーザ用の膜１４０によって適正方向に反射されない。図７（ｂ）（ｃ）に示すように、入射した基本波長レーザ光が出力ミラー１００の凸部１２０の端部を超える程、出力ミラー１００の取付が著しくずれている場合、凸部１２０の端部を超える入射光は、反射されない。このように、出力ミラー１００がずれて取り付けられた場合、半導体レーザ３１の出力効率は著しく劣化する。上記ずれの程度が所定範囲以上の場合には、検査工程で不良品として除外される。

本実施の形態では、出力ミラー１００は、凸部１２０の周囲に溝１３０を有することで、図７及び図９で後述するように、出力ミラー１００を、出力ミラー支持部６１（図４参照）の適正位置に容易に取り付けることができる。

ところで、従来の出力ミラーは、出力ミラー支持部への取付が、それほど容易ではなかった。

以下、従来の凹面ミラーの支持部への取付・位置決めが困難な理由、及び本実施の形態の出力ミラー１００の出力ミラー支持部６１（図４参照）への取付・位置決めが容易なことについて説明する。

図８は、従来の出力ミラーである凹面ミラーの支持部への取付を説明する図である。図８（ａ）は、凹面ミラーと支持部を拡大して示す断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の要部拡大図である。

図８（ａ）に示すように、従来例では、共振器を構成する凹面ミラー５１１は、ベースメッキされた凹面ミラー支持部５１０に位置決めして取り付けられる。凹面ミラー５１１は、両端部５１１ａが凹面ミラー支持部５１０に当接して接点保持される。また、凹面ミラー５１１は、凹面ミラー支持部５１０の軸心に取り付けなければならない。凹面ミラー５１１を、凹面ミラー支持部５１０の軸心に取り付けるためには、半導体レーザの組立て後、レーザ出力をモニタし、モニタ結果を基に、凹面ミラー支持部５１０に対し凹面ミラー５１１を移動させる。

（１）ところが、凹面ミラー５１１の反射によるレーザ出力の変化には特徴点がなく、凹面ミラー５１１の位置ずれがあったとしてもどの方向にどの程度、調整すればよいか判定しずらいという課題がある。すなわち、凹面ミラーの構造上、凹面ミラー５１１が少しずれていてもそれなりの反射はあり、反射効率の変化は緩慢であるので、調整の見極めが難しい。調整が不十分であると、半導体レーザの効率が低下してしまう。

（２）凹面ミラー５１１は、ベースメッキされた凹面ミラー支持部５１０に接点保持されている。図８（ｂ）に示すように、凹面ミラー５１１の構造上、接点保持される凹面ミラー５１１の両端部５１１ａは、鋭角である。このため、図８（ｂ）矢印に示すように、凹面ミラー支持部５１０に対し凹面ミラー５１１を移動して調整する工程で、端部５１１ａに欠けが発生することがある。また、凹面ミラー支持部５１０のメッキ表面が剥がれることがある。欠け等が発生した場合、平行度にずれが生じることになる。また、破損片などがカバー体内部に混入することが考えられる。

（３）上記（１）（２）は、調整工程の手間の増大を招き、コストアップにつながる。

図９は、出力ミラー位置とレーザ出力との関係を示す図である。縦軸に緑色光出力（Ｗ）、横軸に出力ミラー移動量ｙ（ｍｍ）をとる。

前記図３及び図７に示すように、出力ミラー１００は、凸部１２０の周囲に溝１３０が形成されている。

出力ミラー１００を、図７（ａ）の位置から図７（ｂ）又は図７（ｃ）の位置に移動させることで、図９に示す特性図を得る。図９破線で囲んだ部分は、基本波長レーザ光が、溝１３０に入射したときのレーザ出力を示す。特に、レーザ光が溝１３０の中心部に入射したときのレーザ出力は、鋭い楔型の変曲点となる。出力ミラー１００が、図７（ｂ）（ｃ）の状態にある場合である。

また、図９矢印は、ビーム径の大きさにより、溝１３０の中心よりも外側のレンズ周辺部がビーム内に入ってきたときの出力にばらつきが生じることを示している。ビーム径が小さい程、光出力は低下する。このように、溝１３０が励起赤外光ビームの領域内に入ることにより、レーザ出力は、特徴的に変化し、変曲点となって現れる。この変曲点を検出することで、出力ミラー１００の移動方向と移動量を知ることができる。すなわち、この変曲点を検出することにより、光軸の調整者は、光源装置２〜４の光軸がその調整範囲から大きく逸脱したことを認識でき、すぐさまその逆方向へと調整し直すことができる。このように、出力ミラー１００の移動方向と移動量が明確になるので、出力ミラー１００の取付位置調整は非常に容易となる。

図１０は、出力ミラー平行度とレーザ出力との関係を示す図である。縦軸に緑色光出力（ｍＷ）、横軸に出力ミラー平行度（ｄｅｇ）をとる。図中、破線は９０％以上の出力を得るために、平行度が０．０３（ｄｅｇ）以下でないと不可であることを例示している。

図１０に示すように、出力ミラー平行度が０．０３（ｄｅｇ）以下でないと９０％以上の出力を得ることができない。上述したように、出力ミラー１００が、図７（ｂ）（ｃ）の状態にある場合、レーザ光が溝１３０の中心部に入射したときのレーザ出力は、鋭い楔型の変曲点となる。

本実施の形態では、出力ミラー１００は、凸部１２０の周囲に溝１３０を有することで、レーザ光が溝１３０の中心部に入射したときのレーザ出力の変曲点から出力ミラー１００の取付位置を判定することができる。そして、出力ミラー１００の取付位置を調整することで、出力ミラー平行度を所定範囲に保つことができる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態の緑色レーザ光源装置２は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力する固体レーザ素子３４と、固体レーザ素子から出力される赤外レーザ光の波長を変換して緑色レーザ光を出力する波長変換素子３５と、固体レーザ素子３４とともに共振器を構成する出力ミラー１００と、を備える。出力ミラー１００は、ガラス基板からなる基部１１０と、基部１１０にドライエッチングにより形成された凸部１２０と、凸部１２０の外周の基部１１０にドライエッチングが進行して形成された溝１３０と、凸部１２０の凸面１２０ａに形成された膜１４０と、を有する。

また、出力ミラー１００の作製工程は、ガラス基板１０１にレジスト１０２を塗布するレジスト工程と、レジスト塗布されたガラス基板１０１に対して、レジスト１０２を介して凸部１２０を形成するドライエッチングを行うドライエッチング工程と、を有する。

さらに、出力ミラー１００の取付工程は、基台３８に出力ミラー１００を設置する工程と、設置された出力ミラー１００位置に対するレーザ出力を測定する工程と、レーザ光が溝１３０に入射したときのレーザ出力の測定結果に基づいて、出力ミラー１００の取付位置決めする取付工程と、を有する。

本実施の形態では、出力ミラー１００は、凸レンズミラーであることで、従来の凹面ミラーのような鋭利な端部による接点保持がなく、取り付けの際の出力ミラーの破損を未然に防止することができる。

また、本実施の形態では、出力ミラー１００は、凸部１２０の周囲に溝１３０を有することで、凹面ミラーの位置ずれを容易に判定することができ、出力ミラーの取付位置の調整を格段に簡略化することができる。その結果、調整工程の手間を大幅に低減することができ、コスト低減を図ることができる。

また、本実施の形態では、凸部１２０及び溝１３０を有する出力ミラー１００の作製も非常に容易である。すなわち、基本的には、ガラス基板１０１にレジスト１０２を塗布し、レジスト１０２を介してドライエッチングを行うことで、凸部１２０及び溝１３０を形成することができる。複雑なフォトリソグラフィー技術を使用することなく、表面張力を利用した塗布するだけの簡単な技法を用いてレジストに凸面形状を付与し、その効果を利用したレジスト１０２を介してドライエッチングを行うことで、凸部１２０を形成する技術は、本発明者らがはじめて見出したものである。しかも、溝１３０形成のために新たな工程は不要である。さらに、従来の凹面ミラーでは、研磨工程を必要とし、このため部品単価を下げるのは困難であった。本出力ミラー１００の製造方法は、上記作製容易の相乗効果で、製造コスト低減を図ることができる。

（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源装置の出力ミラーの斜視図である。図１２は、上記出力ミラーの断面図である。図２と同一構成部分には、同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１１及び図１２に示すように、出力ミラー２００は、多重曲率半径を有する凸レンズミラーである。

出力ミラー２００は、前記図３の緑色レーザ光源装置２の出力ミラー１００に代えて使用可能である。

出力ミラー２００は、ガラス基板からなる基部１１０と、基部１１０にドライエッチングにより形成された多重曲率半径を有する円形の凸部２２０と、凸部２２０の外周の基部１１０にドライエッチングが進行して形成された溝１３０と、凸部２２０の凸面２２１ａ及び凸面２２２ａに形成された膜１４０と、からなる。また、出力ミラー１００の凸形状でないフラットな裏側面には波長１０６４ｎｍと波長５３２ｎｍに対する反射防止機能を有する膜が形成される。

溝１３０は、エッチング条件及びレジストの曲率半径によって深さ及び幅が異なる。例えば、溝１３０は、深さで１μｍ以下、幅で数十μｍ以下程度である。

膜１４０は、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する。

凸部２２０は、前記出力ミラー１００の凸部１２０と同様に、実際には肉眼では判別できない程度の凸形状である。

図１２に示すように、凸部２２０は、光軸中心部分で曲率半径の大きい（曲率半径Ｒ１）領域を有する凸面２２１ａと、凸面２２１ａの外周にあって曲率半径の小さい（曲率半径Ｒ２ 但しＲ１＞Ｒ２）領域を有する凸面２２２ａと、からなる。凸部２２０は、曲率半径Ｒ１の凸面２２１ａと曲率半径Ｒ２の凸面２２２ａとの境界において曲率が不連続となっている。

以下、上述のように構成された出力ミラー２００の動作について説明する。

図１３は、出力ミラー２００を用いた緑色レーザ光源装置の動作を説明する模式図である。動作を説明する模式図であるため、説明の便宜上、図３の構成を簡略化して示している。

図１３に示すように、緑色レーザ光源装置２は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、レーザ媒質である固体レーザ素子３４と、波長変換素子３５と、出力ミラー２００と、を備える。

出力ミラー２００は、波長変換素子３５に対向する側と反対側に凸部２２０が配置されるように設置される。これにより、固体レーザ素子３４の膜３４ａと出力ミラー２００の凸面２２１ａに形成された膜１４０との間でレーザ共振器を形成し、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。

一般に、励起を増やすと基本波ビームが大きくなる。基本波ビームが大きくなると、発振モードが乱れ、いろいろな状態でレーザ発振する。発振状態を安定させるには、基本波ビームが大きくなることを抑制する必要がある。

本実施の形態の出力ミラー２００は、凸部２２０が、曲率半径Ｒ１の凸面２２１ａと曲率半径Ｒ２の凸面２２２ａを有し、その境界において曲率を不連続とする。この構成により、曲率半径Ｒ２の凸面２２２ａに入射した基本波ビームを、波長変換素子３５を外れる方向に反射させることで、基本波ビームの径の拡がりを抑制して、発振モードの乱れを抑制している。

より詳細に説明する。図１２に示すように、曲率半径Ｒ１の凸面２２１ａ部分に入射した基本波ビームは、固体レーザ素子３４（図１３参照）の膜３４ａと曲率半径Ｒ１の凸面２２１ａの凸面２２１ａに形成された膜１４０との間で、基本波長レーザ光が共振して増幅される。一方、曲率半径Ｒ２の凸面２２２ａ部分に入射した基本波ビームは、波長変換素子３５（図１３参照）を外れる方向に反射する。このため、基本波ビームの径の拡がりが抑制され、ビームをシングルモード化することが可能となる。ビームをシングルモード化することで、回折限界の近くまで集光させることが可能なビームとすることができる。すなわち、シングルモード化する際に横モードの拡がりを抑える効果がある。

次に、出力ミラー２００の製造方法について説明する。

本実施の形態の出力ミラー２００は、凸部２２０が、曲率半径Ｒ１の凸面２２１ａと曲率半径Ｒ２の凸面２２２ａを有する。本発明者らは、このような多重曲率半径を有する凸レンズは、ドライエッチングプロセスの途中で、エッチング条件を変えることで容易に実現できることを見出した。

例えば、ドライエッチングのプラズマパワー又は使用ガスを使い分けることにより形成可能である。具体的には、まずアルゴンによる強力なドライエッチングを施して曲率半径Ｒ２の凸面２２２ａを形成した後、それよりも弱いドライエッチング（すなわちプラズマパワー小さい、及び／又は非アルゴンによる使用ガス）を施すことにより曲率半径Ｒ１の凸面２２１ａを形成する。

他の製造工程は、前記図５の製造方法と同様である。

本実施の形態によれば、出力ミラー２００は、凸部２２０が、曲率半径Ｒ１の凸面２２１ａと曲率半径Ｒ２の凸面２２２ａを有するので、基本波ビームの径の拡がりを抑制することができ、ビームをシングルモード化して、回折限界の近くまで集光させることができる。

また、本実施の形態では、ドライエッチングプロセスの途中で、エッチング条件を変えることで、多重曲率半径を有する凸部２２０を容易に形成することができる。

（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３に係るレーザ光源装置を備える本画像表示装置をノート型の情報処理装置に内蔵した例を示す斜視図である。

図１４に示すように、情報処理装置１５１の筐体１５２には、画像表示装置１が出没自在に格納される収容スペースが、キーボードの裏面側に形成されている。画像表示装置１は、不使用時には筐体１５２内に収容され、使用時には筐体１５２から引き出される。画像表示装置１は、使用時には、画像表示装置１を回動自在に支持するベース部１５３に対して所要の角度に回動させることで、画像表示装置１からのレーザ光をスクリーンに投射することができる。

（実施の形態４）
図２に示す凸面の出力ミラー１００又は図１１に示す出力ミラー２００は、以上に述べた図１における緑色レーザ光源装置２の他に、同じく図１における各色レーザ光のコリメータレンズ１１〜１３にも適用することが可能である。この場合、各色レーザ光を出力する光源装置は、レーザ光源装置２〜４の代わりに、ＬＥＤ光源装置を用いてもよい。

なお、図１に示す画像表示装置１に搭載される光源装置がレーザ光源装置であってもＬＥＤ光源装置であっても、光源装置２〜４の光軸調整は必要となる。そして、その光軸調整の際には、図９に示すものと同様の出力プロファイルを示す。すなわち、光源からの出力光が図２に示す凸面ミラーの溝１３０の中心部に入射したときの光出力は、鋭い楔型の変曲点となる。但しこの光軸調整は、実施の形態１に示す緑色レーザ光源装置２へ適用される場合のように、コリメータレンズ１１〜１３としての出力ミラー１００又は２００を移動させるのではなく、光源装置２〜４の方を移動させることにより行われる。

このように、例えば図２に示す出力ミラー１００の溝１３０が光源装置２〜４の光ビームの領域内に入ることにより、光出力は、特徴的に変化し、変曲点となって現れる。この変曲点を検出することで、光源装置２〜４と、コリメータレンズ１１〜１３としての出力ミラー１００との相対的な移動方向と移動量を知ることができる。すなわち、この変曲点を検出することにより、調整者は光源装置２〜４の光軸がその調整範囲から大きく逸脱したことを認識でき、すぐさまその逆方向へと調整し直すことができるので、光源装置２〜４の光軸調整は非常に容易となる。このことについては、図９に示す出力ミラー２００をコリメータレンズ１１〜１３に適用した場合にも同様のことが言える。

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。

上記各実施の形態では、光学部品、レーザ光源装置、画像表示装置及びレーザ光源装置の製造方法という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、レーザ光出力装置、半導体装置の製造方法等であってもよい。

また、上記各実施の形態では、緑色レーザ光源装置２のレーザチップ４１、固体レーザ素子３４、及び波長変換素子３５がそれぞれ、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）、及び波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。最終的に緑色レーザ光源装置２から出力されるレーザ光が緑色と認識できるものであればよく、例えばピーク波長が５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲となる波長領域のレーザ光を出力するようにするとよい。

また、本画像表示装置をノート型の情報処理装置に適用した例について説明したが、本レーザ光源装置を備えるものであれば、どのような電子機器に適用してもよい。

さらに、上記レーザ光源装置の製造方法を構成する各工程、例えばレジスト塗布工程・ドライエッチングのガス種類・条件などは前述した実施の形態に限られない。

本発明は、出力ミラーを簡単に作成でき、出力ミラーの取付位置の調整を簡略化して低コスト化を図ることができる効果を有し、レーザ光源装置及びそれを用いた画像表示装置等に有用である。

１ 画像表示装置
２ 緑色レーザ光源装置（光源装置）
１００，２００ 出力ミラー（レンズ）
１０１ ガラス基板
１０２ レジスト
１１０ 基部
１２０，２２０ 凸部
１２０ａ，２２１ａ，２２２ａ 凸面
１３０ 溝
１４０ 膜

Claims (5)

1. 励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、
   励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光を出力する固体レーザ素子と、
   前記固体レーザ素子とともに共振器を構成する出力ミラーと、を備え、
   前記出力ミラーは、
   ガラス基板からなる基部と、
   前記基部にドライエッチングにより形成された凸部と、
   前記凸部の外周の前記基部にドライエッチングが進行して形成された溝と、
   を有し、
   前記凸部の凸面に膜が形成された、
   レーザ光源装置。
2. 前記凸部は、光軸中心部分で曲率半径Ｒ１の領域を有する第１凸面と、前記第１凸面の外周にあって曲率半径Ｒ２（但しＲ１＞Ｒ２）領域を有する第２凸面と、からなる、
   請求項１記載のレーザ光源装置。
3. 前記凸部は、前記第１凸面と前記第２凸面との境界において曲率が不連続である、
   請求項２記載のレーザ光源装置。
4. 前記固体レーザ素子から出力される基本レーザ光の波長を変換して緑色レーザ光を出力する波長変換素子をさらに備える、
   請求項１記載のレーザ光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ光源装置を備える画像表示装置。

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