JP2009258142A

JP2009258142A - ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2009258142A
Application number: JP2006213165A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Yokoyama; 敏史横山; Kiminori Mizuuchi; 公典水内
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】ディスプレイ用の光源にレーザーを用いることが提案されているが、緑色光源に用いられる内部共振器型のＳＨＧレーザーにおける出力変動を抑える手段としては高精度な温度制御やエタロンなどの光学デバイスを用いるのが一般的であり、光源装置としての大きさの増大と高コスト化というデメリットが生じていた。
【解決手段】ディスプレイ装置内に具備された画像変換デバイスに与えられる映像信号のフレームレートの整数倍のタイミングで内部共振器型ＳＨＧレーザーの出力低下時間を挿入することで内部共振器型ＳＨＧレーザーの出力安定化が実現される。
【選択図】図４

Description

本発明は、波長変換を用いるＳＨＧレーザーを用いたディスプレイ装置に関するものである。

光源としてレーザーを用いたディスプレイ装置が提案されている。レーザーを用いたディスプレイ装置の一例を図１０に示す。図１０はディスプレイ装置５１を上面から見たものである。赤色光源５２、緑色光源５３、青色光源５４から出力されたレーザー光はロッドインテグレーター５５を用いて光量分布が均一化された後、透過型液晶パネル５６へ導かれる。透過型液晶パネル５６を透過したレーザー光は合波プリズム５７により合波され、出射レンズ５８を透過して映像として出力される。赤色光源５２（発振波長６４０ｎｍ近傍）、青色光源５４（発振波長４４０ｎｍ近傍）としては半導体レーザーが用いられている。緑色光源５３として波長変換を用いるＳＨＧ（ＳｅｃｏｎｄＨａｒｍｏｎｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザーが用いられている。各光源はディスプレイ装置の輝度を高めるため連続点灯して用いられている。ＳＨＧレーザー５４は内部共振器型のＳＨＧレーザーである。具体的には、ポンプ用半導体レーザー（波長８０８ｎｍ）から出力されたレーザー光が固体レーザーに吸収され、固体レーザーからは波長１０６４ｎｍのレーザー光（基本波）が出力される。固体レーザー１６から出力された基本波は波長変換素子に入力され、波長変換素子より第２高調波である波長が１／２の５３２ｎｍのレーザー光が出力される。

光源として半導体レーザーやＳＨＧレーザーのような発振波長スペクトルの限定された光源を用いているため、光学部品の設計もランプを用いた場合に比べて容易であり、光学系が小型化できるため、装置を小型にできるだけでなく、ランプを用いるディスプレイ装置に比べ低消費電力化が実現できる。
特開平６−２０８０８９号公報

しかしながら、前記従来の装置においては内部共振器型のＳＨＧレーザーを連続点灯させた場合に出力変動が発生し、ディスプレイ装置から出力される映像の色バランスが乱れるという問題が発生していた。ＳＨＧレーザーから出力される高調波の出力変動を抑えるために高精度な温度制御素子や温度制御装置を用いたり、共振器へエタロンなどのデバイスを挿入したりする手段が一般的に用いられるが、光源装置としての消費電力や大きさの増大と高コスト化というデメリットが生じていた。また、共振器内にエタロンなどのデバイスを挿入すると基本波の減衰が発生し、結果として高調波の出力が低下するという問題が発生してしまう。内部共振器型ＳＨＧレーザーを民生用品に使用することを考慮すると、前記のデメリットは大きい。本発明は前記デメリットを鑑みてなされたものであり、高精度な温度制御を不要とし、部品点数の増加を最小限にした構成で内部共振器型ＳＨＧレーザーを実現し、民生用品（とくにディスプレイ装置用の光源）として提供するものである。

上記の課題を解決するため、本発明のディスプレイ装置は、光フィードバックにより発振波長が安定化された半導体レーザーと、固体レーザーおよびミラーを含む共振器と波長変換素子と、を備え前記固体レーザーは、前記半導体レーザーにより励起され、波長λの基本波でレーザー発振しており、前記固体レーザーとミラーからなる共振器の内部に設置された前記波長変換素子は、前記波長λの基本波を波長λ／２の第２高調波に変換する内部共振器型のＳＨＧレーザーと画像変換デバイスを具備したディスプレイ装置であり、前記内部共振器型のＳＨＧレーザーから出力されたレーザー光は前記画像変換デバイスにより2次元画像に変換されており、前記画像変換デバイスに与えられる映像信号のフレームレートの整数倍のタイミングで前記ＳＨＧレーザーの出力低下時間を挿入していることを特徴とする。

また、前記ＳＨＧレーザーの出力低下時間が１ｍｓ以上であることが望ましい。

また、前記フレームレートの整数倍の周波数が２Ｈｚ以上であることが望ましい。

また、前記半導体レーザー出力Ｐ１は、特定の時間Ｔ１以下の間隔ごとに一定時間Ｔ２の間低出力パワーＰ２に変調され、Ｔ１＜０．５ｓ、Ｔ２＞１ｍｓであることが望ましい。

また、前記半導体レーザーの変調は、出力Ｐ２と低出力時の出力Ｐ１の２つのパワーレベルに交互に変調され、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満足し、前記Ｐ１とＰ２の繰り返し周波数が１ｋＨｚ以下であることが望ましい。

また、Ｐ２−Ｐ１＞０．２Ｗであることが望ましい。

また、前記出力低下時の半導体レーザー出力Ｐ１が固体レーザーの発振閾値ポンプパワーＰｔｈ以下であることが好ましい。

また、前記ＳＨＧレーザーから出力される高調波の平均出力が所望の値となるように前記半導体レーザーが出力Ｐ３と出力Ｐ４の２値に交互に変調され、Ｐ４＞Ｐ３かつＰ４−Ｐ３＞０．２Ｗ、出力Ｐ３の出力時間Ｔ３＞１ｍｓであることが好ましい。

また、前記ＳＨＧレーザー内の固体レーザーがＮｄ：ＹＶＯ_４であり、Ｎｄドープ量が２％以上であることが好ましい。

また、前記ＳＨＧレーザーから出力されるレーザー光が緑色光であり、さらに、赤色光源および青色光源と前記画像変換デバイスが３枚具備されたディスプレイ装置であり、前記赤色光源および青色光源と前記ＳＨＧレーザーに対し、前記画像変換デバイスに与えられる映像信号のフレーム内の黒色挿入時間に出力低下時間を挿入していることが望ましい。

また、前記ＳＨＧレーザーの横モードがマルチモードであることが好ましい。

また、前記横モードが２次のマルチモード以下であることが好ましい。

以上の発明により、高精度な温度制御や温度制御装置の使用や、共振器内への光学部品の挿入無しに高調波の出力変動を抑制することが可能となる。さらに、出力安定化に光学部品を用いないため低コスト化や光源の小型化、低消費電力化の実現が可能となる。また、出力低下時間の挿入により光源の消費電力の低減が実現されるとともに発熱量も低減できるため、装置を電池駆動する際の駆動時間を延長できるとともに、放熱が有利になる。加えて画像表示デバイスの非表示時間に光源の出力を低下させることで映像のコントラストが向上する。

以下の実施の形態では、おもに内部共振器型のＳＨＧレーザーを具備するディスプレイ装置における内部共振器型ＳＨＧレーザーの構成と駆動方法に関して説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明のディスプレイ装置１を上面から見たものである。赤色光源２、緑色光源３、青色光源４から出力されたレーザー光はロッドインテグレーター５を用いて光量分布が均一化された後、透過型液晶パネル６へ導かれる。透過型液晶パネル６を透過したレーザー光は合波プリズム７により合波され、出射レンズ８を透過して映像として出力される。赤色光源２（発振波長６４０ｎｍ近傍）、青色光源４（発振波長４４０ｎｍ近傍）には半導体レーザーを用いた。緑色光源３として波長変換を用いて緑色光を出力させる内部共振器型のＳＨＧ（ＳｅｃｏｎｄＨａｒｍｏｎｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザーを用いた。制御回路９は各光源の制御や透過型液晶パネルの制御を行う。ランプのような消費電力の大きな光源を用いないため、電池２１による駆動も可能となっている。

本実施の形態で用いた内部共振器型ＳＨＧレーザーの構成について図２を用いて説明する。内部共振器型ＳＨＧレーザー１０は発振波長８０８ｎｍ近傍のポンプ用半導体レーザー１１、ロッドレンズ１２、ＶＢＧ１３、ボールレンズ１４、固体レーザー１５、波長変換素子１６、凹面ミラー１７を備えている。ポンプ用半導体レーザー１１から出射した波長８０８ｎｍ近傍のポンプ光１８はロッドレンズ１２により垂直方向の成分がコリメートされＶＢＧ１３に入射する。ＶＢＧとはＶｏｌｕｍｅＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇの略であり、透過型の回折格子である。ＶＢＧに入射したポンプ光は、一部が反射されポンプ用半導体レーザーにフィードバックされ、ポンプ用半導体レーザーの発振波長はＶＢＧにより選択された波長（８０８ｎｍ）にロックされる。

本実施の形態ではＶＢＧからの戻り光量を２０％とした。ＶＢＧからの戻り光量は１０〜３０％程度が適当である。１０％以下であると波長ロックが弱まる。また３０％以上になると透過光量の減少が大きくなるだけでなく、ポンプ用半導体レーザー内の光量増加による不安定動作を引き起こす可能性が大きくなる。ＶＢＧを用いることで温度変化が発生してもポンプ用半導体レーザー１１の発振波長がほとんど変化することがない構成となっているのでポンプ用半導体レーザーへの高精度な温度制御装置が不要になっている。固体レーザーは８０８ｎｍ近傍での吸収効率が高いため、半導体レーザーの波長が変化しないことは非常に重要である。これは装置の低コスト化、低消費電力化、小型化に大きな効果がある。

本実施の形態ではポンプ用半導体レーザーの発振波長のロックにＶＢＧを用いているが、誘電体多層膜を用いて作製されるバンドパスフィルターを用いても同様の効果が得られる。半導体レーザー自身が波長ロック機能を備えたＤＦＢレーザーやＤＢＲレーザーであっても良い。ＶＢＧにより波長ロックされたポンプ光１８はボールレンズ１４により固体レーザー１５へ集光される。固体レーザーにはＮｄが３％ドーピングされたＹＶＯ_４を用いていた。ポンプ光により固体レーザーが励起され、波長１０６４ｎｍの基本波１９が発生する。基本波１９は固体レーザー１５と凹面ミラー１７により形成される共振器内で共振する。共振器内に設置された波長変換素子１６により、基本波の一部が波長変換され、波長５３２ｎｍの高調波２０として外部に出力される。

本実施の形態では波長変換素子１６にＭｇ：ＬｉＮｂＯ_３に周期上の分極反転を形成したものを用いた。本実施の形態では凹面ミラーを用いて共振器を構成しているが、波長変換素子の出射側の面に基本波用の反射コートを形成し、波長変換素子を固体レーザーと近接させる構造（マイクロチップ型）にしてもよい。内部共振器型のＳＨＧレーザーは小型で高出力の緑色光源を実現するには有効な構成である。発振波長が８０８ｎｍ付近のポンプ用半導体レーザーは高出力のものが入手しやすいのが第一の理由であり、固体レーザーから出力される基本波の波長が安定しており、固体レーザーに対して高精度な波長ロックや温度調節が不要である点が第二の理由である。また、共振器内の基本波パワーが大きいため波長変換素子の長さが短くて済むため他の手段（例えば導波路型のＳＨＧレーザー）に対して温度変化に対する高調波の出力変動を小さくできる。波長５３２ｎｍ近傍の緑色光を得るには発振波長１０６４ｎｍ付近の半導体レーザー光を直接５３２ｎｍ近傍の緑色光に変換する手段も考えられるが、発振波長が１０６４ｎｍ近傍の高出力な半導体レーザーは作製が困難であるのに加え半導体レーザーおよび波長変換素子の温度制御が必要になる場合が多い。また、ファイバーレーザーを用いて高出力の１０６４ｎｍ帯のレーザー光を得ることも可能であるが、光源の小型化が困難であるのに加え、高出力化のため波長変換素子の長尺化を伴うため波長変換素子の高精度な温度制御が必要である。

図３（ａ）、（ｂ）にポンプ用半導体レーザーを連続点灯で駆動した際の、固体レーザーから出力される基本波の縦モードスペクトルの一例を示す。光源に高精度な温度制御を実施しない場合や、エタロンなどの光学部品等を用いて基本波の波長を制御しない場合、縦モードスペクトルが図３（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態に変動することがある。これは、連続点灯により固体レーザー内の熱分布や発振モードの状態が時間とともに変動するためであると考えられる。縦モードスペクトルが変動すると波長変換素子での位相整合状態が変化することから波長変換される基本波の割合が変動する。結果として出力される緑色光の出力が揺らぐことになる。内部共振器型ＳＨＧレーザーをディスプレイ用の光源として用いる場合、出力の揺らぎは致命的となるが、民生用のディスプレイ用に用いる場合には小型で低コストなうえに制御が容易なものが要求される。また、周囲の温度が変化した状態でも安定した動作を行うものが要求される。

高精度の温度調節や、部品点数の増加を抑えながら高調波の出力変動を低減するため、本実施の形態ではポンプ用半導体レーザーにある一定の出力を低下させる時間（出力低下時間とする）を挿入して内部共振器型ＳＨＧレーザーを駆動している。図４〜図６を用いて出力低下時間の挿入方法とその効果について説明する。図４はポンプ用半導体レーザーの駆動方法を示している。本実施の形態では周期Ｔ１＝８．３３ｍｓ（駆動周波数１２０Ｈｚ）、出力低下時間Ｔ２＝１ｍｓで駆動した。ポンプ光のパワーＰ２と出力低下時間のポンプ光パワーＰ１（Ｐ２＞Ｐ１）の繰り返し動作である。図５（ａ）、（ｂ）はポンプ用半導体レーザーを連続点灯させた場合（図５（ａ））と、ポンプ用半導体レーザーに出力低下時間を挿入した場合（図５（ｂ））との出力変動を比較する図である。ポンプ用半導体レーザーを連続点灯させた場合（図５（ａ））には出力変動が４２％程度あったが、ポンプ用半導体レーザーをパルス駆動すると（図５（ｂ））出力変動は３．５％以下に低減され、出力変動が１０分の１以下に抑制されているのがわかる。上記効果は出力低下時間の挿入により基本波の縦モードスペクトルが常にマルチモード化されることにより実現されている。縦モードスペクトルが常にマルチモード化した状態で安定動作されると、出力される高調波の出力が人間の目には変動しているようには感じられない。よってディスプレイ装置用の光源としては問題なく使用できる。Ｐ２−Ｐ１＞０．２Ｗ以上であれば基本波の縦モードスペクトルのマルチモード化が実現される。また、Ｐ１＜Ｐｔｈであればより確実にマルチモード化が起こると同時にＰｔｈ以下であれば緑色光が発生しないため後述のディスプレイ装置のコントラスト向上に効果がある。ここで、Ｐｔｈは固体レーザーが発振する最小レベルのポンプ光パワーとする。また、Ｔ１＜０．５ｓ、Ｔ２＞１ｍｓという条件下で上記マルチモード化が発生しやすい。出力低下時間の挿入により出力変動が大幅に低減されたことで、内部共振器型ＳＨＧレーザーをディスプレイ用の光源として使用することが可能となった。

上述のように内部共振器型のＳＨＧレーザーの出力を安定化させるためには、ポンプ用半導体レーザーに１ｍｓ以上の出力低下時間を挿入する必要がある。駆動周波数で表現すると１ｋＨｚ以下にする必要がある。上述のように、１ｋＨｚ以下というあまり高くない周波数での駆動が可能であるため、電子回路でのロスや反射、ノイズなどの対策がほとんど必要ない。

また、本実施の形態では固体レーザーにＮｄが３％ドーピングされたＹＶＯ_４を用いているが、Ｎｄのドープ量は２％〜３％が好ましい。ドープ量が多いと出力低下時間から高出力時間への変更時に緑色光出力の立ち上がり時間が短くなるため、映像出力に与える影響を小さくできる。Ｎｄのドープ量が２％未満の場合、前述の立ち上がり時間が長いだけでなくポンプ光の吸収効率が低下するため高出力を得るためにより多くのポンプ光を必要とするので消費電力が増加するというデメリットがある。また３％以上になると固体レーザー結晶の作製が困難になるというデメリットがある。

次に、上述の内部共振器型ＳＨＧレーザーをディスプレイ用光源として使用する際の駆動方法について説明する。上述のように、本実施の形態における内部共振器型のＳＨＧレーザー（緑色光源）は、ある一定の出力低下時間を挿入して出力の安定化を実現しているが、ディスプレイ用の光源として用いる際には出力低下時間の挿入のタイミングが重要となる。本実施の形態においては透過型の液晶パネルを用いる場合について説明する。図６（ａ）のように液晶パネルの駆動には液晶の状態をリセットするために映像信号の各フレーム間に一時的に液晶パネルの透過率をゼロにする無透過（ディスプレイ上で黒）の状態を挿入しつつ映像信号に合わせて透過率を変化させるのが一般的である。ここで、内部共振器型ＳＨＧレーザーのポンプ用半導体レーザー駆動電流の出力低下時間を、図６（ｂ）のように液晶パネルの無透過時間に合わせて挿入すれば表示画像上でちらつきが無いようにすることができるとともに液晶パネルを透過する緑色光の光量が確実に低減されるためコントラストの向上が実現される。出力低下時間は液晶パネルの無透過時間よりも短くする必要がある。コントラストの向上とともに光源駆動電力の低減も実現される。光源駆動電力の低減は消費電力の低減とともに発熱の低減も実現されることを意味する。光源の発熱は装置の小型化には大きな要素である。通常、放熱のため装置の大型化を図ったり放熱能力の高い装置を備えたりするのが一般的であるが、本実施の形態のように出力低下時間の挿入により発熱量が抑制されるため、小型のファンだけでの放熱が実現される。本実施の形態では１フレームおきに出力低下時間を挿入したが、１フレームの整数倍おきに出力低下時間を挿入してもよい。例えば図６（ｃ）のように２フレームに１回出力低下時間を挿入しても内部共振器型ＳＨＧレーザーの出力安定性が維持されるので、実用上問題なく、２Ｈｚを下回らない範囲であれば出力安定性が維持される。この場合、ディスプレイ装置の輝度が向上することになる。また、本実施の形態では透過型の液晶パネルの場合について説明したが、反射型の液晶パネルや、ＤＭＤなどの画像変換デバイスを用いる場合においても各デバイスの駆動方法によって最適化して用いればよいのは自明である。

また、緑色光の出力低下時間の挿入と同様にして、赤色光源や青色光源でも液晶パネルの無透過時間に合わせて出力低下時間を設ければ液晶パネルを透過する光量が低下するため、出射レンズを透過する光量が低下するため黒色がより鮮明となるため、映像のコントラストが向上するという効果がある。光源の発熱量もより抑制でき、消費電力の手一元により電池での駆動時間を延ばすことが可能となる。

以上の発明により、高精度な温度制御や基本波の波長安定化用のデバイスを共振器内に挿入することなしに高調波の出力変動を抑制することが可能となる。さらに、出力安定化に温度制御デバイスや光学部品を用いないため低コスト化や光源の小型化、低消費電力化、発熱の抑制の実現が可能となる。とくに本実施の形態のようなＲＧＢのそれぞれの色に対し１枚ずつ画像変換デバイスを用いる３板式のディスプレイ装置においては輝度の低下を抑えて内部共振器型ＳＨＧレーザーの出力安定化が実現できる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、内部共振器型ＳＨＧレーザーの横モードの制御について説明する。本実施の形態に用いられる装置は下記に示す緑色光の横モードの状態以外は実施の形態１と同じである。実施の形態１において、出力される緑色光の横モードは図７（ａ）に示すように円形のシングルモード（０次）のビームであった。本実施の形態では円形のシングルモードのビームに変えてマルチモードのビームを用いている。具体的には図７（ｂ）や図７（ｃ）のようにビームが３つ（１次のモード）や５つ（２次のモード）の形状で出力させた。このようにマルチモード化させると高調波である緑色光の出力変動はさらに低減できる。通常図７（ａ）のようにシングルモード（０次）のビームで用いられるが、高出力化に伴いシングルモードを維持するのが困難となる。具体的には図７（ａ）から図７（ｄ）のように横モードが変形する場合がある。このとき緑色光の出力は１０％以上変動する場合がある。図７（ｄ）の状態は図７（ａ）と図７（ｂ）の組み合わせの状態に近い。図７（ｂ）の１次の横モード状態は図７（ａ）の０次のシングルモード形状より高出力時に発生しやすいため、低出力時には図７（ａ）のように０次のシングルモードであった横モードが高出力時には０次＋１次の横モードである図７（ｄ）の状態になるのである。本実施の形態では内部共振器型ＳＨＧレーザーの凹面ミラーの角度を調整し、あらかじめ図７（ｂ）の状態（１次のモード）で緑色光が出力されるようにしてあるため、高出力化を行った場合にも横モードの変化が発生しないため出力変動が小さくなっている。図７（ｂ）の１次の横モードでは出力変動が３％以下に抑えられた。図７（ｂ）、（ｃ）では水平方向にマルチモード化させているが、図７（ｅ）のように垂直方向にマルチモード化させてもよい。ただし、図７（ｃ）の２次のモードよりもさらにマルチモード化を進めると出力の低下を招くので適当でない。

以上の発明により、高精度な温度制御や基本波の波長安定化用のデバイスを共振器内に挿入することなしに高調波の出力変動を抑制することが可能となる。さらに、出力安定化に温度制御デバイスや光学部品を用いないため低コスト化や光源の小型化、低消費電力化、発熱の抑制の実現が可能となる。

（実施の形態３）
本実施の形態では画像変換デバイスが１枚のディスプレイ装置の場合について説明する。実施の形態１、２では画像変換デバイスが３枚の装置について説明した。本実施の形態のディスプレイ装置は画像変換デバイスが１枚での駆動を行っている。図８に本実施の形態で用いたディスプレイ装置の概略を示す。ディスプレイ装置３１内には赤色光源３２、緑色光源３３、青色光源３４が備えられている。赤色、青色光源は半導体レーザーを用いている。緑色光源は内部共振器型のＳＨＧレーザーであり、実施の形態１で用いたものと同様の構成である。各色光源から出力されたレーザー光はダイクロイックミラー４０で反射された後均一化光学系３５を透過し、偏光ビームスプリッター３７へ入射する。その後、画像変換デバイスへ入射される。本実施の形態では画像変換デバイスに反射型液晶パネル３６を用いている。反射型液晶パネル３６へ入射したレーザー光は映像信号に応じて反射され、出射レンズ３８を透過し映像として出力される。各光源の出力は制御回路３９により制御されている。また、電池４０が具備されており、電池駆動が可能になっている。実施の形態１で示した画像変換デバイスを３枚用いる方法よりも、本実施の形態で示す画像変換デバイスが１枚の単板式のほうがディスプレイ装置の小型化に適している。

図９に本実施の形態での内部共振器型ＳＨＧレーザーの駆動方法を示す。図９はＳＨＧレーザー内のポンプ用半導体レーザーの駆動方法を示している。本実施の形態では画像変換デバイスを１枚しか用いていないため、映像出力は１フレームを赤、緑、青色の３色用に分割し各色光源を順次点灯している。よって１フレーム内で緑色光は１／３しか点灯しない。ポンプ用半導体レーザーも１フレームの１／３しか点灯しないことになる。ゆえに内部共振器型ＳＨＧレーザーの駆動に出力低下時間Ｔ２が常に挿入されており、実施の形態１で説明した３板式のディスプレイ装置で用いるよりもＳＨＧレーザーから出力される緑色光の出力はもともと安定である。出力低下時間Ｔ２でのポンプ用半導体レーザーの出力Ｐ１は固体レーザーが発振する最小レベルのポンプ光パワーＰｔｈよりも確実に小さくなければならない。Ｐｔｈを超えると緑色光が出力され、他色光源が点灯している際に緑色光が出力されるとノイズとなってしまうためである。よってＰ１＝０とした。本実施の形態では緑色光出力のさらなる安定化を目的として、図９のようにポンプ用半導体レーザーから出力されるポンプ光出力をＰ３およびＰ４の２段階にして駆動した。Ｐ３およびＰ４はＳＨＧレーザーから出力される緑色光の平均出力が所望の値となるように設定した。実施の形態１で述べたように、高調波である緑色光出力の安定化を図るためには固体レーザーから出力される基本波の縦モードをマルチモード化することが重要である。本実施の形態のようにポンプ用半導体レーザーの点灯時間内でさらにポンプ光強度を変化させると基本波縦モードのマルチモード化がより確実になる。実施の形態１と同様にＰ４−Ｐ３＞０．２Ｗ以上であればマルチモード化に寄与する。また、出力低下時間Ｔ３＞１ｍｓであれば縦モードがマルチモード化しやすい。本実施の形態のようにポンプ用半導体レーザーの出力を３値にして駆動することで緑色光出力の変動を３％以下にすることが実現された。

なお、本実施の形態ではポンプ用半導体レーザーの出力を３値にしたが、０．２Ｗ以上のポンプ光パワーの変化と１ｍｓ以上の出力低下時間を与える条件であれば３値よりも多いポンプ光パワーを設定してポンプ用半導体レーザーを駆動してもよいのは自明である。実施の形態１のような３板式のディスプレイ装置内の内部共振器型ＳＨＧレーザーにおいても３値以上のポンプ光パワーを設定してもよい。

また、本実施の形態では反射型の液晶パネルの場合について説明したが、透過型の液晶パネルや、ＤＭＤなどの画像変換デバイスを用いる場合においても各デバイスの駆動方法によって最適化して用いればよいのは自明である。

以上の発明により、高精度な温度制御や基本波の波長安定化用のデバイスを共振器内に挿入することなしに高調波の出力変動を抑制することが可能となる。さらに、出力安定化に温度制御デバイスや光学部品を用いないため低コスト化や光源の小型化、低消費電力化が可能となる。

本発明にかかるディスプレイ装置はプロジェクターとして有用である。

ディスプレイ装置の概略図内部共振器型ＳＨＧ光源の概略図（ａ）ポンプ用半導体レーザーを連続点灯させた場合の基本波の縦モードスペクトルを示す図（ｂ）図２（ａ）の縦モードスペクトルが外乱により変動した状態を示す図ポンプ用半導体レーザーの駆動方法を示す図（ａ）ポンプ用半導体レーザーを連続点灯したときの高調波出力の変動を示す図（ｂ）ポンプ用半導体レーザーをパルス駆動したときの高調波出力の変動を示す図（ａ）液晶パネルの駆動を説明する図（ｂ）出力低下時間の挿入方法を説明する図（ｃ）出力低下時間の挿入方法を説明する図（ａ）０次の横モードを示す図（ｂ）１次の横モードを示す図（ｃ）２次の横モードを示す図（ｄ）出力変動時の横モードを示す図（ｅ）１次の横モード（垂直方向）を示す図ディスプレイ装置の概略図単板式ディスプレイ装置でのポンプ用半導体レーザーの駆動方法を示す図従来のレーザーを用いたディスプレイ装置を示す図

符号の説明

１ディスプレイ装置
２赤色光源
３緑色光源
４青色光源
５ロッドインテグレーター
６透過型液晶パネル
７合波プリズム
８出射レンズ
９制御回路
１０内部共振器型ＳＨＧ光源
１１ポンプ用半導体レーザー
１２ロッドレンズ
１３ＶＢＧ
１４ボールレンズ
１５固体レーザー
１６波長変換素子
１７凹面ミラー
１８ポンプ光
１９基本波
２０高調波
２１電池
３１ディスプレイ装置
３２赤色光源
３３緑色光源
３４青色光源
３５均一化光学系
３６反射型液晶パネル
３７偏光ビームスプリッター
３８出射レンズ
３９制御回路
４０ダイクロイックミラー
４１電池
５１ディスプレイ装置
５２赤色光源
５３緑色光源
５４青色光源
５５ロッドインテグレーター
５６透過型液晶パネル
５７合波プリズム
５８出射レンズ

Claims

光フィードバックにより発振波長が安定化された半導体レーザーと、
固体レーザーおよびミラーを含む共振器と
波長変換素子と、を備え
前記固体レーザーは、前記半導体レーザーにより励起され、波長λの基本波でレーザー発振しており、
前記固体レーザーとミラーからなる共振器の内部に設置された前記波長変換素子は、前記波長λの基本波を波長λ／２の第２高調波に変換する内部共振器型のＳＨＧレーザーと画像変換デバイスを具備したディスプレイ装置であり、前記内部共振器型のＳＨＧレーザーから出力されたレーザー光は前記画像変換デバイスにより２次元画像に変換されており、前記画像変換デバイスに与えられる映像信号のフレームレートの整数倍のタイミングで前記ＳＨＧレーザーの出力低下時間を挿入している、ディスプレイ装置。
前記ＳＨＧレーザーの出力低下時間が１ｍｓ以上である請求項１に記載のディスプレイ装置。
前記フレームレートの整数倍の周波数が２Ｈｚ以上である請求項１に記載のディスプレイ装置。
前記半導体レーザー出力Ｐ１は、特定の時間Ｔ１以下の間隔ごとに一定時間Ｔ２の間低出力パワーＰ２に変調され、Ｔ１＜０．５ｓ、Ｔ２＞１ｍｓである請求項１に記載のディスプレイ装置。
前記半導体レーザーの変調は、出力Ｐ２と低出力時の出力Ｐ１の２つのパワーレベルに交互に変調され、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満足し、前記Ｐ１とＰ２の繰り返し周波数が１ｋＨｚ以下である請求項１に記載のディスプレイ装置。
Ｐ２−Ｐ１＞０．２Ｗである請求項５に記載のディスプレイ装置。
前記出力低下時の半導体レーザー出力Ｐ１が固体レーザーの発振閾値ポンプパワーＰｔｈ以下である請求項５に記載のディスプレイ装置。
前記ＳＨＧレーザーから出力される高調波の平均出力が所望の値となるように前記半導体レーザーが出力Ｐ３と出力Ｐ４の２値に交互に変調され、Ｐ４＞Ｐ３かつＰ４−Ｐ３＞０．２Ｗ、出力Ｐ３の出力時間Ｔ３＞１ｍｓである請求項５に記載のディスプレイ装置。
前記ＳＨＧレーザー内の固体レーザーがＮｄ：ＹＶＯ_４であり、Ｎｄドープ量が２％以上である請求項１に記載のディスプレイ装置。
前記ＳＨＧレーザーから出力されるレーザー光が緑色光であり、
さらに、赤色光源および青色光源と前記画像変換デバイスが３枚具備されたディスプレイ装置であり、前記赤色光源および青色光源と前記ＳＨＧレーザーに対し、前記画像変換デバイスに与えられる映像信号のフレーム内の黒色挿入時間に出力低下時間を挿入している請求項１に記載のディスプレイ装置。
前記ＳＨＧレーザーの横モードがマルチモードである請求項１に記載のディスプレイ装置。
前記横モードが２次のマルチモード以下である請求項１１に記載のディスプレイ装置。