照明光源及激光投影装置的制作方法

专利名称：照明光源及激光投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种斑点噪声(speckle noise)较少的照明光源、及使用了该照明光源的 激光投影装置。
背景技术：
由以氮化镓为首的III-V族氮化物系列半导体材料(AlxGaylm-x-yN (其中，0《x《l、 0《y《l))构成的半导体激光器、及由AlGaAs系列半导体材料或AlGaInP系列半导体 材料构成的红色半导体激光器是用于实现光盘的超高密度记录的关键设备。同样，这些可 见光半导体激光器的高输出化不仅使光盘的高速写入成为可能，而且是激光显示器中的应 用等新技术领域的开拓所必需的技术。
在将可见光半导体激光器作为投影装置、显示装置等的照明用光源而利用时成为问题 的是斑点噪声(speckle noise)。斑点噪声是指，在将激光这样的相干性(coherence)较高的 光用作为照明光源时，从照明物反射的光，因照明物表面的凹凸，反射光的波面紊乱，而 观测到的随机的干涉图案的现象。在反射光中观测到晃眼的斑点图案，成为投影装置、显 示装置的图像劣化的原因。
作为减少这种斑点噪声的方法，提出了一些降低光源的相干性的方法。第一方法是降 低空间相干性的方法，是以让激光照射的屏幕振动等为代表的方法，通过在激光的光程或 光学系统中赋与空间变化从而减少斑点噪声的方法。
另一方面，还提出有直接降低半导体激光的相干性的方法。如日本专利公开公报特开 2002-323675号所示，是降低光源的相干性的方法。在该第二方法中，通过在半导体激光 器的驱动叠加高频，从而振荡波长的谱宽增大，相干性降低。
然而，使激光空间性地变化的上述第一方法需要在光学系统内部设置机械驱动系统， 存在光学系统大型化、复杂化的问题。而且，只是赋与空间性的变动，难以完全抑制斑点 噪声。
另一方面，将半导体激光器的频谱多模式化的上述第二方法，虽然对降低相干性有效， 但是如果不将谱宽扩大到lnm以上，则无法得到充分的降低相干性的效果。只是在半导 体激光器的驱动叠加高频，谱宽的扩大还不充分，存在斑点噪声的降低效果不充分的问题。

发明内容
本发明的目的在于通过扩大激光光源的振荡谱宽来实现斑点噪声较少的照明光源及 使用了该照明光源的激光投影装置。
本发明所涉及的照明光源包括激光光源，包含具有规定的增益区域的激光介质；反
射体，具有窄带域的反射特性，其中，上述反射体的反射波长被设定在上述激光介质的增 益区域内，从上述激光光源射出的激光的一部分，通过上述反射体的反射被返回到上述激 光光源，所述激光光源的振荡波长，基于上述激光光源的振荡特性的变化，通过让上述激 光介质的增益区域的峰值自上述反射波长移动，从上述反射波长起变化。
在上述的照明光源中，将从激光光源射出的激光的一部分通过反射体的反射返回会合激 光光源，从而将激光光源的振荡光固定为反射体的波长。而且，通过使激光光源的振荡特; 性变化，使激光光源的增益区域的峰值从被固定的反射波长变动。因此，由于可大幅度地 变动激光光源的振荡波长，所以激光光源的振荡谱宽扩展，相干性降低。因此，能够实王见 斑点噪声较少的照明光源。


图l(A)是表示本发明的实施例1所涉及的照明光源的结构的图，图l(B)是表示半导 体激光器的输出特性的图，图l(C)是表示半导体激光器的振荡波长特性的图。
图2(A)是表示本发明的实施例l所涉及的照明光源的结构的图，图2(B)是表示半导体 激光器的振荡频谱的特性的图，图2(C)是表示半导体激光器的振荡波长特性的图。
图3(A)是表示本发明的实施例l所涉及的照明光源的结构的图，图3(B)是表示半导体 激光器的振荡频谱的另一特性的图，图3(C)是表示半导体激光器的另一振荡波长特性的 图。
图4(A)是表示施加于半导体激光器的驱动电流的脉冲串的一个例子的图，图4(B)是表 示施加图4(A)的脉冲串的驱动电流时的半导体激光器的活性层的温度变化的图，图4(C)
是表示施加图4(A)的脉冲串的驱动电流时的半导体激光器的振荡波长特性的图，图4(D) (F)是表示施加图4(A)的脉冲串的驱动电流时的半导体激光器的振荡频谱的分布的图。
图5是表示作为本发明的实施例l所涉及的照明光源的反射体使用了体积光栅的结构 的图。
图6是表示作为本发明的实施例1所涉及的照明光源的反射体使用了窄带域滤波器的 结构的图。
图7是表示作为本发明的实施例1所涉及的照明光源的反射体使用了形成了光栅的光 纤的结构的图。
图8(A)是表示在本发明的实施例1所涉及的照明光源的振荡波长的特性评价中使用的 光源的结构的图，图8(B)及(C)是表示半导体激光器的振荡频谱的观察结果的图。
图9(A)是表示本发明的实施例1所涉及的照明光源的半导体激光器的增益峰值波长与 反射体的振荡波长之间的波长差的研究中使用的光源的结构的图，图9(B) (D)是表示半 导体激光器的振荡频谱的观察结果的图。
图IO(A)是表示可调整温度的半导体激光器的结构的图，图10(B)是表示可调整f显度 的半导体激光器的另一结构的图。
图ll(A)是表示DBR激光器的结构的剖视图，图ll(B)是表示DFB激光器的结构的 剖视图。
图12是表示本发明的实施例2所涉及的照明光源的结构的图。
图13(A)及(B)是用于说明本发明的实施例3所涉及的照明光源的半导体激光器的驱动 方法的图，图13(A)是表示在通过光反馈波长被锁定的半导体激光器的驱动电流上叠加高 频的电流波形的图，图13(B)是表示被施加了图13(A)的电流波形的驱动电流的半导体激 光器的振荡频谱的图。
图14(A)及(B)是用于说明本发明的实施例3所涉及的照明光源的半导体激光器的另一 驱动方法的图，图14(A)是表示在通过光反馈波长被锁定的半导体激光器的驱动电流上叠 加高频的电流波形的图，图14(B)是表示被施加了图14(A)的电流波形的驱动电流的半导 体激光器的振荡频谱的图。
图15(A)及(B)是用于说明本发明的实施例3所涉及的照明光源的半导体激光器的又一 驱动方法的图，图15(A)是表示在通过光反馈波长被锁定的半导体激光器的驱动电流上叠 加高频的电流波形的图，图15(B)是表示被施加了图15(A)的电流波形的驱动电流的半导 体激光器的振荡频谱的图。图16是表示本发明的实施例5所涉及的激光投影装置的结构的图。 图17是表示本发明的实施例6所涉及的激光投影装置的结构的图。 图18是表示使用了本发明的实施例1 3所涉及的照明光源的液晶背光的结构的图。
具体实施例方式
以下参照附图对本发明的实施例进行说明。在以下的附图的记载中，有时对于相同的 要素或类似的要素标注相同或类似的符号，省略其说明。 (实施例1)
图l(A)是表示本发明的实施例l所涉及的照明光源的结构的图。在图l(A)中，本实施 例所涉及的照明光源作为其基本结构具有作为光源的半导体激光器1和反射来自半导体漠女 光器的射出光4的一部分的反射体2。从半导体激光器1射出的射出光4用具有窄带域的 反射特性的反射体2被反射成特定波长，反射光5射入半导体激光器1的活性层内。半导 体激光器1的振荡波长通过返回到活性层内的反射光5的光反馈(opticalfeedback)被固定 为反射波长。通过驱动电源3脉冲驱动该半导体激光器1。在图l(B)中示出此时的输出。 如图1(B)所示，半导体激光器l的输出为脉冲串的输出。本实施例所涉及的照明光源，如 图1C所示，以在一个脉冲内半导体激光器l的波长大幅度地变动为特征。即，在一个脉 冲内，半导体激光器1的振荡波长由反射体2的反射波长变动为其以外的波长，从而频谱 变化增大，半导体激光器l的振荡频谱扩展。其结果，半导体激光器l的相干性降低，可 发出斑点噪声较少的光。
对于其原理，使用图2(A) (C)进行说明。
半导体激光器1的振荡由活性层内的损耗(loss)与增益(gain)的关系决定。在脉 冲发生的初期阶段，由于活性层温度较低，因此对于通过反射体2返回的反射光5，损耗 变少，振荡波长被固定为来自反射体2的特定反射波长AB。可是，在一个脉冲内，如果 半导体激光器l的活性层的温度上升，则如图2(B)所示，半导体激光器1的增益区域移到 (shift)长波长一侧。其结果，反射波长AB的增益降低，半导体激光器1的振荡波长从反 射波长AB移动到增益的峰值，由此半导体激光器1的振荡波长大幅度地变化。如图2(C) 所示，半导体激光器1的振荡波长在一个脉冲内从反射体2的反射波长AB移到其以外的 波长，从而半导体激光器l的振荡波长大幅度地变化，振荡频谱扩展，由此相干性降低。 据此，斑点噪声降低效果增大。
接着，对进一步增大照明光源中的半导体激光器的频谱变化，加强斑点噪声的抑制交夕 果的结构进行说明。
第一，使图2(A)的半导体激光器1的增益区域和反射体2的反射波长AB满足以下 所述的关系。如图2(B)所示，反射体2的反射波长的值相对于室温下的半导体激光器 1的增益波长的峰值(增益峰值)设定在短波长一侧为宜。在一般的脉冲振荡中，活性层 内也发生温度变化，振荡频谱在一个脉冲内从短波长移到长波长，其值在lrnn以下。7寸 此，通过将反射波长AB设定在增益峰值的短波长一侧，能够使频谱的波长变化的幅度大 于增益峰值的变动幅度。据此，可在lnm以上的波长区域产生波长变动，从而实现斑点 噪声的减少。偏离反射波长AB的情况下的振荡波长大幅度地变化，从而可扩大谱宽。
第二，反射体2的反射率在1% 10%左右为宜。在1%以下难以基于光反馈固定为反 射波长AB，如达到10%以上，在脉冲驱动时很难出现半导体激光器l的振荡波长偏离而 移到增益峰值的现象。
第三，将反射光5返回给半导体激光器1的活性层的反射体2的窄带域特性也重要。 作为反射体2的窄带域特性，较为理想的是，波长宽度在5nm以下，更为理想的是，在 lmn以下。如果反射波长宽度扩展，活性层内的波长选择性降低，难以进行基于光反馈的 振荡波长的固定。因此，需要将波长宽度设为5nm以下。通过进一步设为lnm以下，能 够提高半导体激光器1的振荡波长在反射波长的选择性。可在距离增益的峰值2nm以上 的短波长区域让半导体激光器1的波长振荡，使基于输出调制的波长变化涉及3nm以上 的较广波长范围。通过使半导体激光器1的振荡波长大幅度地偏离增益的峰值，从而基于 强度调制的波长变化增大。
第四，半导体激光器1的脉冲驱动的脉冲上叠加lMHz以上的高频为宜。通过叠加高 频频谱得以扩展，因相干性降低光反馈的效果变弱。据此，基于脉冲驱动的波长移位更简 单地发生。另外，该结构对GaN激光器特别有效。以GaN基板为衬底(base)的半导体激 光器，张弛振荡(relaxationoscillation)大，如果进行高频叠加，就会产生尖的噪声(spike noise)。这是因为如果以高频调制注入到半导体激光器的电流，由于张弛振荡，输出光波 形变为尖峰(spike)状，会产生高出调制度几倍的脉冲输出的现象。因此，基于高频叠加的 相干性的恶化进一步变大，减少斑点噪声效果被强化。此外，关于在半导体激光器的脉冲 驱动的脉冲上叠加高频的结构，在后述的实施例3中进行详细说明。
第五，脉冲驱动时的脉冲宽度也重要。脉冲宽度在l!is以上为宜。基于脉冲驱动的波 长移位利用基于半导体激光器的活性层的温度变化的增益区域的波长移位。半导体激光器
的温度变化的响应频率在1MHz以下，高于该频率的频率变化，其温度变化并不追随。因 此，需要频率在1MHz以下、脉冲宽度在lps以上的脉冲驱动。
第六，作为反射体2，除了具有一个图l所示的窄带域的反射波长的结构之外，采用 具有多个反射波长的结构，由于能够进一步扩大波长变化量，因此有效。在图3(A)中，夹 着比基于脉冲驱动而变化的增益峰值的移动幅度更宽的波长区域，对反射体2设定两个反 射波长AB1、 AB2。如脉冲驱动半导体激光器1，则一个脉冲内的初始状态下，如图3(B) 所示，以接近增益峰值的AB1振荡。如果在一个脉冲内，活性层温度上升，增益峰值移 动到长波长一侧，增益峰值就接近AB2，很快AB2的振荡增益超过AB1的振荡增益， 移到AB2的振荡。据此，与反射波长为一个的情况相比，半导体激光器1的波长变化进 一步增大，减少斑点噪声效果被强化。
此外，在上述结构例中，将施加于半导体激光器l的脉冲宽度设为单一的矩形形状， 但是通过改变脉冲形状可控制频谱形状。利用图4(A) (F)，对基于脉冲波形的频谱分布 的控制方法进行说明。扩展谱宽对抑制斑点噪声有效，但是更为理想的是，频谱在较广的 波长区域分布。图4(A) (F)是说明使用脉冲串控制频谱分布的方法的图。
在图4(A)中，作为脉冲串，最先振荡峰值较高的脉冲41，之后施加峰值较低的多个 脉冲42，最后施加峰值更低的脉冲43。图4(B)示出施加了脉冲串时的活性层的温度变化， 图4(C)示出此时的半导体激光器的波长变化。活性层的温度，由于相对于光输出是具有一 定迟延地追随光输出，因此在初期施加峰值较高的脉冲41时，在区域A，在活性层温度 上升之前能够得到较高的光输出。在区域A，通过基于反射体的光反馈波长，半导体激光 器的振荡波长被固定。之后，稍微迟于光输出，活性层的温度上升。半导体激光器的增益 峰值因该温度上升而偏移到长波长后，在某一时刻，在基于反射体的振荡波长以外，以增 益峰值的振荡也开始，半导体激光器的振荡波长成为多振荡的不稳定状态(区域B)。之 后，增益波长比基于反射体的振荡波长大幅度地移动到长波长一侧，由此半导体激光器的 振荡波长转移到以增益峰值的振荡波长，温度上升并且以长波长进行振荡(区域C)。
这样，通过脉冲串控制活性层的温度变化，能够使振荡波长频谱分布于较广的波长区 域，能够更大程度地实现频谱分布的不均衡性。在图4(D)中示出此时的频谱分布的整体。 另外，在图4(E)中示出不使用图4(A)的峰值较高的初期峰值41的情况下的频谱分布。此 时，短波长区域内的频谱减少。另一方面，在图4(F)中示出没有基于反射体的光反馈的情 况下的频谱分布。从图4(D) (F)可明确得知，通过使用峰值较高的脉冲串，频谱分布的
不均衡性增大，斑点噪声的抑制效果进一步被强化。通过使用多个脉冲串，能够控制活性 层的温度变化，可进一步扩展频谱分布。
另夕卜，较为理想的是，半导体激光器的条幅(stripewidth)是5tmi以上的宽条(wide stripe)结构。在横模式单条结构(lateral mode single stripe structure)下，振荡频谱在 窄带域的状态下变动，与之相对，若将横模式多模式化，频谱宽度可在宽的状态下变化， 因此平均后的频谱形状变得平滑。通过采用宽条结构，可实现高输出化，并且能够将振荡 的横模式多模式化。通过将横模式多模式化，能够激发多个横模式，从而能够扩大半导体 激光器的振荡频谱。在通过光反馈固定波长，并通过激光器的脉冲驱动使该波长发生频谱 变化时，基于横模式的多模式化，频谱宽度得以扩展，频谱的分散增大，由此能够大幅度 地减少斑点噪声。
另夕卜，即使是其他的激光器，例如AlGaAs系列半导体材料、AlGalnP系列半导体材 料，也能够通过同时施加光反馈和输出调制，实现较广频谱的振荡，生成斑点噪声较少的 输出。
进一歩，通过利用多条(nmltiple stnps)激光器可实现输出的增大及频谱的大幅增大。 通过将反射波长不同的反射体设置在多条(multiple strips)中，各条(respective stripe)以 不同的波长进行振荡，并且通过脉冲驱动产生振荡波长的变动，因此在整体上能够在较广 的波长范围内进行振荡。其结果，激光的相干性可大幅度地降低，能够大幅度地减少斑点 噪声。
此外，通过在半导体激光器的输出端附近设置窗(window)结构，能够实现输出的稳定 化、高输出化。导波路窗结构(waveguide window structure)有利于防止输出端面破坏， 实现高输出化，在利用本发明这样的光反馈的结构中更加有效。通过光反馈从外部使光返 回，端面部的光功率(optical power)密度变得更大，端面恶化的发生变得显著。特别是， 通过脉冲驱动产生输出较高的光时更容易发生端面恶化。因此，通过采用端面窗结构能够 实现高输出化，同时能够实现可靠性高的光源。
以下，对图1(A)的反射体2的结构进行说明。作为反射体2有多种结构。作为反射体 2，要求具有反射特定波长的窄带域特性。在图5所示的照明光源中，作为反射体51采用 使用了体积光栅的结构。作为反射体的体积光栅51为在介电体中形成了折射率光栅的结 构，能够通过布拉格(Bmgg)反射来反射特定波长。通过用透镜52校准来自半导体激光 器1的射出光4，用体积光栅51反射特定波长，由此能够固定半导体激光器1的波长。 据此，能够实现本发明的结构。体积光栅51容易形成小型结构，因此能够实现小型的照
明光源。另外，由于可通过干涉曝光形成光栅，因此还具有能够容易地实现反射多个反射 波长的结构的特征。
在图6所示的照明光源中，采用组合窄带域滤波器61与反射体64的结构。通过用反 射体64将透过窄带域滤波器61的光的一部分反射，特定波长返回到半导体激光器l。通 过该特定波长返回能够实现波长锁定的结构。通过该结构能够实现本发明的结构。
在图7所示的照明光源中，采用利用了光纤71内形成的光纤光栅72的结构。通过在 光纤71内形成了光栅72的光栅光纤，锁定半导体激光器1，并对其进行脉冲驱动来实王见。
下面，关于进行了本实施例所涉及的照明光源的振荡波长的特性评价的结果进行说 明。在P8(A)中示出在该评价中使用的照明光源的结构。在该评价中使用的照明光源，作 为其基本结构具有半导体激光器l、反射来自半导体激光器1的射出光4的一部分的反 射体2、以及配置于半导体激光器1与反射体2之间的透镜81。使用图8(A)的照明光源， 对半导体激光器1的振荡波长进行了实验，观测了半导体激光器1的振荡频谱。
在图8(A)的照明光源中，用透镜81校准从半导体激光器1射出的光4，用反射体2 反射一部分，使反射光5返回到半导体激光器1的活性层。反射体2由体积光栅构成，具 有基于布拉格反射的窄带域的反射特性。反射体2的反射波长被设定为808nm，基于反射 光5的返回，半导体激光器l的振荡波长被固定在反射波长808nm的附近。半导体激光 器1是条幅200!im的宽条激光器，其横模式为多模式。
在如上结构的照明光源中，在以200Hz左右调制半导体激光器1的同时增大输出， 通过频谱分析器(spectrum analyzer)观察振荡频谱。在图8(B)及(C)中示出其结果。图8(B) 表示半导体激光器1的峰值输出不足2W的情况，可知半导体激光器1的振荡波长被固定 为反射体2的反射波长808nm。之所以振荡频谱具有略微的扩展，是因为半导体激光器l 是宽条的多模式激光器。另一方面，图8(C)表示增大半导体激光器1的输出，峰值输出超 过3W的情况。此时，可知半导体激光器1的振荡波长扩展为反射体2的反射波长808rnn 以外的波长。具体地说，振荡频谱从反射波长808mn向长波长一侧扩展5mn左右。这是 因半导体激光器1的增益峰值的波长存在于反射波长808nm的长波长一侧所致。随着半 导体激光器l的输出增大，半导体激光器l的活性层的温度上升，增益峰值移动到长波长 一侧。
由此，确认了通过调制由反射体2锁定振荡波长的半导体激光器1的输出，可扩展半 导体激光器1的振荡频谱。
如上所述，作为半导体激光器l，使用宽条的多模式激光器为宜。另外，作为其条幅， 在10nm以上、200iim以下为宜。通过将条幅扩展到10iim以上，能够增大输出，可实 现横模式的多模式化。通过将横模式多模式化，以反射体2的反射波长的振荡波长的锁定 减弱。因此，容易解除振荡波长的锁定，可以通过输出调制容易地变动频谱。另一方面， 如果条幅达到200imi以上，此时相反地，横模式的多模式数过多，导致锁定过度地变弱。 因此，将振荡波长锁定为反射体2的反射波长本身变得困难。因此，半导体激光器l的条 幅在lOiim以上、200iim以下为宜。
另外，作为反射体2的反射率，如上所述，在1%以上、10%以下为宜。在本次的评 价中，如反射率在1%以下，则无法利用反射体2的反射波长锁定半导体激光器1的振荡 波长，只以增益峰值的波长振荡，无法得到振荡频谱扩展的效果。另一方面，如果在10% 以上，产生半导体激光器1的输出损失变大、输出的利用效率下降的问题。
如上所述，在通过调制扩大振荡波长被锁定的半导体激光器l的振荡频谱时，半导体 激光器1的增益峰值的波长和反射体2的振荡波长之间的波长差变得重要。通常，最佳的 波长差根据半导体激光器l的结构、反射体2的反射率大幅度变化，但是，波长差至少在 5nm以上、20nm以下为宜。这是因为波长差为5nm以下时，振荡频谱的移动不产生。 另一方面，在20mn以上时，不会被反射波长锁定，而是以增益峰值的波长开始振荡。因 此，在这种情况下，也不会产生振荡频谱的移动。
这样，需要通过调制将半导体激光器1的增益峰值的波长与反射体2的振荡波长之间 的波长差调整为产生频谱移动的最佳值。以下，说明对以该波长差的调整为目的的半导体 激光器1的温度调整进行研究得到的结果。
在图9(A)中示出在该研究中使用的照明光源的结构。在该研究中使用的照明光源，作 为其基本结构具有半导体激光器91;反射来自半导体激光器91的射出光的一部分的反 射体93;配置在半导体激光器91与反射体93之间的透镜92;支撑半导体激光器91的 支架95;以及被设置在支架95上并控制半导体激光器91的温度的温度控制器96。使用 图9(A)的照明光源，就相对于半导体激光器91的温度变化的振荡波长的变化进行了实验， 并观测了半导体激光器91的振荡频谱的变化。
在此，作为半导体激光器91利用条幅lOOpm的激光器，将振荡波长锁定于反射体 93的反射波长808nm的附近。而且，通过温度控制器96使半导体激光器91的温度变化， 观测了随着其温度变化产生的振荡频谱的变化。在图9(B) (D)中示出其观测结果。图9(B) 是将半导体激光器91的温度设定为25'C的情况，图9(C)是设定为3CTC的情况，图9(D)
是设定为4(TC的情况。在图9(B)的25'C的情况下，由于在反射体93的反射波长与半导 体激光器91的增益峰值的波长之间没有差，因此半导体激光器91以反射体93的反射波 长进行振荡。在图9(C)的3(TC的情况下，随着半导体激光器91的温度上升，增益峰值移 动到长波长一侧。因此，在半导体激光器91的增益峰值的波长与反射体93的反射波长之 间产生差，在增益峰值附近的振荡开始。在图9(D)的4CTC的情况下，半导体激光器91在 增益峰值的波长与反射波长两者的附近进行振荡。其结果，半导体激光器91的振荡频谱 大幅度地扩展，斑点噪声大幅度地降低。
根据以上的结果能够证实了，可通过调节半导体激光器91的温度，使半导体激光器 91的增益峰值的波长与反射体93的反射波长之差为最佳值，据此，在调制时实现频谱扩 大。因此，通过附加调整半导体激光器91的温度的功能，能够将基于调制的频谱扩展调 整为最大。
在图10(A)中示出可调整温度的半导体激光器91的结构例。图IO(A)所示的半导体激 光器91具有形成在基板101上的活性层103、以及夹着活性层103而配置的薄膜加热器 102。薄膜加热器102与图9(A)的温度控制器96连接，通过温度控制器96控制薄膜加热 器102。通过薄膜加热器102将半导体激光器91的温度最优化，从而得到图9(D)示出的 最佳的波长差。据此，可以控制半导体激光器91的增益峰值的波长与反射体93的反射波 长之间的波长差，容易地实现频谱扩大。
另外，在图10(B)中示出可调整温度的半导体激光器91的另一结构例。图10(B)所示 的半导体激光器91具有形成在基板101上的活性层103、夹着活性层103而配置的薄膜 加热器102、以及作为反射体而形成的衍射光栅104。在该结构中，通过将反射体作为衍 射光栅104形成在半导体激光器91的内部，可将光源小型化。如图IO(B)所示，活性层 103的一部分形成有衍射光栅104。通过衍射光栅104的布拉格反射，半导体激光器的振 荡波长被固定。半导体激光器91的条幅为lOOiim，通过将横模式多模式化来实现高输出 化，并且减弱因衍射光栅104所致的波长固定。据此，基于调制的频谱变动变得容易。通 过调制该半导体激光器91的输出，能够使频谱在衍射光栅104的反射波长与活性层103 的增益峰值波长之间变动，减少斑点噪声。在通过调制使频谱变动的情况下，为了将增益 峰值波长与衍射光栅104的反射波长之间的波长差最优化，薄膜加热器102的温度控制很 重要。通过控制温度可将频谱的变动调整到最佳状态。此外，为了降低功耗，结合输出调 制，还调制输入到薄膜加热器102的电流为宜。在频谱移动到半导体激光器91的增益峰 值时，结合半导体激光器91的调制控制薄膜加热器102的驱动电流，以使半导体激光器
91的温度变高，由此能够降低薄膜加热器102的功耗。在半导体激光器91上形成的薄膜 加热器102可实现高速响应，能够追随调制速度。另夕卜，还可以采用除薄膜加热器102之 外，利用等离子体效果调制半导体激光器的折射率的方法，或替代薄膜加热器102而形成 电极，在基板IOI自身中流过电流，从而控制半导体激光器91自身的温度。
此外，作为在半导体激光器内部形成反射体的结构，同样也能够采用在半导体激光器 内部形成具有窄带域的反射特性的周期结构的DFB激光器、DBR激光器等。通常，DFB 激光器及DBR激光器提高基于光栅的反射波长与活性层内的激励光的波长的结合系数， 以使振荡波长不偏离光栅的选择波长。然而，在本实施例中，需要将结合系数降低到通常 的一半以下。在本发明的结构中，半导体激光器的振荡波长需要通过脉冲驱动偏离锁定波 长。因此，需要通过脉冲驱动实现偏离光栅的固定波长的程度的结合。即，在半导体激光 器的最大输出的50%附近以光栅的布拉格波长振荡，而在最大输出附近的CW振荡中，以 光栅的布拉格波长以外的波长振荡的DFB激光器及DBR激光器为宜。如果使用上述DFB 激光器及DBR激光器，能够实现非常小型的照明光源结构。通过脉冲驱动半导体激光器， 以光栅的反射波长及其以外的波长进行振荡，由此能够实现在较广的波长区域内的激光振 荡，可实现斑点噪声较少的光源。并且，具有DFB或DBR结构的多条结构对高输出化更 有效。另外，将自激振荡所使用的过饱和吸收体设置在活性层附近的结构也有效。过饱和 吸收体与普通的介质相比基于激光振荡的折射率变化较大，因此半导体激光器的振荡波长 的变化增大，能够进一步扩大谱宽。
尤其，在使用DBR激光器的情况下，在活性层内形成光栅结构为宜。DBR激光器的 光栅，为了抑制温度变化引起的波长变动，将波导形成在被非活性处理过的那部分。与此 相对，在本实施例中，直接形成在活性层的内部或活性层的表面。活性层随着电流注入而 温度上升，从而折射率发生变化，据此，如果利用DBR部的反射波长的移动，由于脉冲 产生引起的温度变化反射波长发生变化，能够扩大谱宽。其结果，实现斑点噪声的抑制。
接着，使用图ll(A)及(B)，具体说明上述DFB激光器及DBR激光器的结构。图11(A) 是表示DBR激光器的结构的剖视图，图ll(B)是表示DFB激光器的结构的剖视图。如上 所述，DFB激光器及DBR激光器在激光器内部形成衍射光栅(光栅)，由此能够将该衍 射光栅作为反射体集成化。通过将衍射光栅集成化，将半导体激光器的振荡波长固定为衍 射光栅的反射波长，通过调制使频谱变动，以此降低斑点噪声。半导体激光器的条幅为 lOOpm,通过将横模式多模式化来实现高输出化，并且减弱基于衍射光栅的波长固定。由
此，基于调制的频谱变动变得容易。作为条幅为10 200imi为宜。通过将衍射光栅集成 化，能够实现非常小型的照明光源。
首先，使用图ll(A)说明DBR激光器的结构。在图ll(A)所示的DBR激光器中，基 于活性层115激光振荡，基于来自输出控制电极112的电流注入控制激光111的强度，并 从端面117输出。用设置于活性层115的端面116侧的衍射光栅114对特定波长进行布 拉格反射，通过该波长半导体激光器的振荡波长被固定。在衍射光栅114的上部形成有波 长调整电极113，通过电流注入改变衍射光栅114的温度，由此控制振荡波长。通过调制 注入到输出控制电极112的电流进行输出调制，并且通过活性层115的温度上升使增益波 长变动，使衍射光栅114的反射波长与增益波长之差变大，从而能够使振荡频谱在衍射光 栅114的反射波长与增益峰值波长之间变动。据此，能够使半导体激光器的振荡频谱变动， 减少斑点噪声。
通过输出调制使激光器的振荡频谱在衍射光栅114的反射波长与活性层115的增益峰 值波长之间变动，能够扩大振荡频谱。基于注入到波长调整电极113的电流可控制增益峰 值波长与反射波长的最佳值。因此，能够通过波长调整电极113调整频谱的变动范围。进 一步，结合输出调制，还调制注入到波长调整电极113的电流为宜。结合半导体激光器的 调制，控制波长调整电极113的驱动电流，以使在频谱移动到半导体激光器的增益峰值时 半导体激光器的温度上升，从而能够扩大频谱的变动量。因此，能够进一步减少斑点噪声。 另外，具有能够降低波长调整部的电力消耗，实现低功耗化的优点。
在通常的DBR激光器的情况下，抑制来自衍射光栅114侧的端面116的反射，以使 由衍射光栅114和端面117构成谐振器。具体而言，可采取在端面116上形成防反射膜、 或者让活性层115的条在端面116的附近弯曲，来减少端面反射等方法。对此，在本实施 例中，通过让半导体激光器的振荡，在由端面117和衍射光栅114构成的谐振器的波长锁 定的状态、和在端面116及117之间进行激光谐振的状态之间变化，能够使振荡频谱发生 变动。因此，在端面116上形成有反射膜。
接着，使用图ll(B)说明DFB激光器的结构。在图ll(B)示出的DFB激光器中，在 整个活性层115上形成有衍射光栅114。通过调制注入到输出控制电极112的电流，能够 使振荡频谱发生变动，减少斑点噪声。另外，通过设置图IO(A)及图IO(B)示出的调整激 光器的温度的机构，能够调整振荡频谱的变动的最佳状态。
此外，半导体激光器的调制频率在0.1kHz lMHz为宜。作为照明光源，如果频谱 在人类可识别的斑点噪声O.lkHz以下变化，由于可用肉眼观测到频谱变化，因此斑点噪
声减少效果减弱。为此，有必要将频率提高到0.1kHz以上以便使人类无法识别频谱变化。 另一方面，在半导体激光器的调制中，要使频谱基于半导体激光器的活性层内的温度变化 而移动，如果在激光器的接通/断开切换中活性层内的温度变化的差不大，则不产生频谱变 动。如果频率在lMHz以上，由于半导体的热量的扩散速度的影响，活性层内的温度变化 不能追随输出调制，因此不产生基于调制的频谱的移动。因此，调制速度在lMHz以下为 宜。
另外，驱动半导体激光器的脉冲的占空比(脉冲宽度/脉冲重复间隔)在50%以下为宜。 通过将占空比设为50%以下，可以将相对于平均功率的脉冲的峰值输出设定为两倍以上。 通过减小占空比，增大峰值输出，能够扩大一个脉冲内的活性层温度的变化，因此可使波 长移位量增大，斑点噪声的抑制效果进一步增大。此外，更为理想的是设定在30%以下， 可使斑点噪声进一步减少。
(实施例2)
下面，对本发明的实施例2进行说明。在上述的实施例l中，将从半导体激光器射出 的激光直接作为投影装置或显示装置的照明光源而利用。与此相对，在本实施例中，用来 自半导体激光器的激光激励固体激光器介质，从而将从固体激光器介质射出的激光作为照 明光源进行利用。
在图12中示出本实施例所涉及的照明光源的结构。图12所示的照明光源具有半导体 激光器l、反射体121、固体激光器122、非线性光学元件123、以及反射镜124及125。 半导体激光器1是波长为808nm的泵激(pumping)光源，从半导体激光器1射出的光激 励固体激光器122，引起激光器振荡。从固体激光器122射出的射出光4在由反射镜124 及125构成的谐振器结构内进行激光器振荡。由于设置于谐振器内的体积光栅构成的反射 体121将选择波长返回给固体激光器122，因此固体激光器122的波长被固定为反射体 121的反射波长。激光器结晶采用Nd:YV04，振荡的激光为1064nm。在谐振器内设置非 线性光学元件123。非线性光学元件123是具有周期性的极化反转(polarization reversal) 结构的掺杂Mg的LiNb03。在谐振器内产生的射出光4通过非线性光学元件123被转换 为第二高次谐波，生成波长532rnn的绿色光。在该结构中，由泵激半导体激光器1的驱 动电源3脉冲驱动半导体激光器1。
在该结构中，将反射体121的反射波长例如设定为1063nm左右。作为固体激光器 122，如果使Nd的掺杂量增加到3atQ/。左右，激光器振荡的增益波长区域则得以扩展，即
使在1063rnn也可得到较高的振荡强度。通过调制半导体激光器1的强度，固体激光器 122被进行输出调制。当将调制频率设为lkHz、将脉冲的占空比即on/off比设为25%进 行了调制时，固体激光器122的输出也同样地得到了调制。固体激光器122基于脉冲激励 而温度变化，由此波长从初期的振荡波长1063rnn变化到1064.5nm左右。这是振荡波长 基于固体激光器122的温度变化而从反射体121的反射波长变化为其以外的波长所引起的 波长变动。通过该动作，输出的绿色的SHG光，其频谱可扩大至波长531.5 532.3nm， 因此能够减少斑点噪声。此外，通过进行固体激光器122的掺杂量的最佳化，激光振荡的 增益波长区域进一步扩展，其结果，绿色的SHG光，其频谱可扩大至波长531.5 532.5醒。
另外，在图12中，将作为具有窄带域特性的反射体的体积光栅121设置于由反射镜 124及125构成的激光谐振器内部，但是，作为其他的结构，从激光谐振器的外部向谐振 器进行光反馈，也可以控制激光器的振荡波长。如果从外部返送波长，能够减少谐振器内 部的损失，因此有利于高效率化。在从谐振器的外部返送窄带域的反射波长的方法中，也 可以采用使用图6所示的窄带域滤波器、或图7所示的光纤光栅的结构。
另外，在固体激光器122自身中形成光栅结构的结构也是有效的。使用陶瓷激光器 (ceramic laser)，局部地分布Nd等的掺杂量，从而能够在激光介质内部形成周期性的 折射率分布。据此，实现固体激光器122的DFB结构。如果用脉冲光对其进行激励，固 体激光器的折射率变动较大，因此光栅的反射波长区域偏离增益波长区域，同样能够实现 基于波长变动的频谱扩大。
另外，作为具有窄带域特性的反射体，也可以采用使用具有多个反射波长的反射体的 结构。此外，通过在半导体激光器的输出调制中进一步叠加高频，使固体激光器的振荡不 稳定，增大频谱的扩展，从而还可得到进一步减少斑点噪声的效果。
另外，作为激光介质，替代固体激光器，还可以使用光纤激光器。
(实施例3)
下面，对本发明的实施例3进行说明。本实施例通过将高频叠加到施加于半导体激光 器的驱动电流，从而调制驱动电流，使半导体激光器的振荡频谱大幅度变动。
图13(A)及(B)是用于说明本实施例所涉及的照明光源的半导体激光器的驱动方法的 图。图13(A)是表示在通过光反馈波长被锁定的半导体激光器的驱动电流上叠加高频的电
流波形的图，图13(B)是表示被施加图13(A)的电流波形的驱动电流的半导体激光器的振 荡频谱的图。
此外，在图13(A)及(B)中，"on"表示在驱动电流叠加高频的期间，"off表示未在驱动 电流叠加高频的期间。
通过在半导体激光器的驱动电流叠加高频，半导体激光器的输出光的相干性降低。利 用光反馈的半导体激光器将来自外部的特定的波长的光返回给激光器的活性层内，可以固 定输出波长。与此相对，如果在半导体激光器的驱动电流叠加高频，光的相干性降低，因 此与从外部返回的返回光的相关性降低，光的锁定解除。通过设置在驱动电流叠加高频的 期间和不叠加的期间，可以在将半导体激光器的振荡波长固定为来自外部的返回光的波长 的频谱(图中的"off'期间)、与基于来自外部的返回光波长锁定被解除的状态(图中"0I1" 期间)之间，时间性地使频谱变化。据此，激光的振荡波长时间性地变化，能够大幅度地 减少人观测时的斑点噪声。用于降低半导体激光器的相干性的高频叠加的频率需要为 lOMHz以上的高频。另外，如果斑点噪声因频谱变化而降低，为了人能够识别，作为切 换高频的施加的频率需要在lkHz以上。
此外，在叠加高频的情况下，驱动电流的最小值小于半导体激光器的阈值电流Ith的 值为宜。通过从阈值电流Ith以下的值开始调制驱动电流，半导体激光器的相干性大幅度 地降低，半导体激光器的波长锁定更容易解除。
另外，半导体激光是横模式且为多模式振荡的宽条的激光为宜。单模式的半导体激光 容易出现波长锁定，即使叠加高频也很难解除波长锁定，因此需要叠加振幅非常强的高频， 但是宽条容易解除波长锁定，因此能够降低叠加高频的电能消耗。
此外，如果施加高频叠加，如图13(B)的"on"期间所示，单一的频谱自身也能够扩展。 由此，能够进一步降低相干性，进一步减少斑点噪声。
图14(A)及(B)是用于说明本实施例所涉及的照明光源的半导体激光器的另一驱动方 法的图。图14(A)是表示在通过光反馈波长被锁定的半导体激光器的驱动电流上叠加高频 的电流波形的图，图14(B)是表示被施加图14(A)的电流波形的驱动电流的半导体激光器 的振荡频谱的图。在图14(A)及(B)中，"大"表示在驱动电流叠加了高强度的高频的期间， "小"表示在驱动电流叠加了低强度的高频的期间。如图14(B)所示，通过时间性地调制高 频的振幅强度，可以与图13(A)及(B)的情况同样地，以两个频谱振荡半导体激光器的振荡 波长。
图15(A)及(B)是用于说明本实施例所涉及的照明光源的半导体激光器的又一驱动方 法的图。图15(A)是表示在通过光反馈波长被锁定的半导体激光器的驱动电流上叠加高频 的电流波形的图，图15(B)是表示被施加图15(A)的电流波形的驱动电流的半导体激光器 的振荡频谱的图。在图15(A)及(B)中，"A"表示驱动电流的最小值低于阈值电流Ith的期 间，"B"表示驱动电流的最小值超过阈值电流Ith的期间。在该驱动方法中，调制高频的偏 压(bias)，驱动振幅的最小值在半导体激光器的阈值电流Ith的上下变化。如果叠加了 高频的驱动电流的最小值在半导体激光器的阈值电流以下，半导体激光器的相干性大幅度 地降低。利用该现象，通过调制叠加高频的振幅或偏压以使驱动电流的最小值在阈值电流 的上下波动，可以使半导体激光器的振荡频谱在两个波长之间变化。此外，在该结构中， 由于即使在波长被锁定的状态也成为叠加高频的状态，因此如图15(B)的"B"期间所示，能 够增大振荡频谱的扩展。因此，能够进一步增强斑点噪声的减少效果。
另外，调制高频的频率也是有效的。在通过光反馈固定波长的情况下，基于反射体与 半导体激光器的距离，存在容易施加高频的频率。这取决于光由反射体反射后返回到半导 体激光器的时间。因此，通过时间性地变化高频的频率，也能够改变波长锁定的强度。艮P， 在波长锁定较强的频率下，被固定为从外部的反射体返回的波长，而在波长锁定减弱的频 率下，偏离从外部返回的波长，以半导体激光器的增益峰值进行振荡，从而能够使半导体 激光器以两个波长频谱振荡。
此外，在本实施例中，作为激光介质采用了半导体激光器，但在采用固体激光器、光 纤激光器作为激光介质的情况下也可以应用到本发明。在固定激光器、光纤激光器的情况 下，叠加高频的对象为激励激光介质的泵激用的半导体激光。另外，在光纤激光器的情况 下，作为反射特定波长的反射体，使用在光纤内形成了周期性的折射率分布的光纤光栅的 结构为宜。通过高频驱动泵激用半导体激光，调制高频的频率、振幅，能够使固体激光器 或光纤激光器的振荡频谱时间性地变化。据此，能够大幅度地降低激光的频谱噪声。
此外，作为反射体，虽然就在激光介质中设置反射来自外部的特定波长的反射体的结 构进行了说明，但是在激光介质的内部、例如半导体激光器的内部形成光栅结构的DFB 激光器、DBR激光器中，也可以采用相同的结构。
(实施例4)
下面，对本发明的实施例4进行说明。本实施例使用上述的实施例1 3所涉及的照 明光源实现激光显示器。
激光显示器是使用RGB激光的显示装置，作为激光输出，需要数lOOmW到数W以 上的大功率输出。在激光显示器的情况下，不要求光具有衍射极限(diffractKmlnmted)的 聚光特性。因此，半导体激光器的横模式不必一定是单一模式。在此，使用宽条结构的高 输出半导体激光器。在红色激光器中使用AlGaAs系列半导体材料或AlGalnP系列半导 体材料，振荡波长为630 640nm，在蓝色激光器中使用以GaN基板为衬底的半导体激 光器，振荡波长是440 450nm。想要实现彩色显示器，需要基于RGB照明的彩色显示， 但在此处，使用切换显示RGB的场序(field sequential)方式。频率是60Hz，蓝、红、 绿的发光时间分别以30%切换。作为空间调制元件使用DLP，对激光进行图像转换。以 频率120Hz、占空比30%驱动RGB光源，依次切换RGB，合成各个色彩的画面，显示 彩色图像。
半导体激光器分别通过光栅返送特定波长的反射光。以500mW的峰值输出脉冲驱动 半导体激光器，振荡波长从光栅的反射波长移位到其以外的波长，振荡波长变化了。通过 RGB的切换驱动，频谱扩大，能够大幅度地减少斑点噪声，实现了高画质的图像。在本实 施例中，无需特别的结构，可通过彩色显示所需的RGB的图像切换调制来扩大光源的频 谱，减少斑点噪声。
在此，对以应用于激光显示器为目的的W级的激光光源进行陈述。想要通过激光器的 照明实现IOO英寸级的大画面，作为光源特性，需要数W的输出。想要得到全色输出， 需要分别将红、蓝、绿的波长区域的激光器统一为数W级的激光器。然而，在单条结构的 半导体激光器中，难以得到W级的输出。为此，提出利用多条结构的半导体激光器实现数 W输出的结构。以条幅50pm、条间隔300nm、芯片(chip)宽度12mm，集成十根左 右的条。每个条的输出在数100mW左右，用一个芯片可实现4W的输出。通过体积光栅 将光反馈到各条来固定振荡波长。通过RGB切换该激光器阵列，进行输出调制，从而振 荡波长变化，谱宽扩大，由此斑点噪声大幅度地减少。此外，在条之间将光栅的反射波长 设定为不同的波长，由此能够进一步扩大光源的频谱。并且，通过脉冲调制，频谱时间性 地变化，并且能够扩大谱宽，因此斑点噪声进一步减少。
另外，通过容易实现高输出化的宽条结构，可实现高输出化、提高生产成品率、提高 可靠性的目的。
(实施例5)
下面，对本发明的实施例5进行说明。本实施例是有关作为上述实施例4所涉及的激 光显示器的一种的激光投影装置的实施例。激光投影装置由RGB光源和投影光学系统构 成，通过用投影光学系统将来自激光光源的光投影到屏幕等来投影全色的影像。其方式分 为，成像于外部的屏幕、墙壁等投影体来观看反射光的类型，和作为背面投影型，从屏幕 的背面照射光来观看反射光的类型。任一情况下，都能够通过在屏幕等上散射的光来识别 色彩。然而，在利用相干性较高的激光器的情况下，会出现在屏幕上散射的光发生干涉而 产生斑点噪声的问题。减少斑点噪声的有效方法是降低激光的相干性。而扩大激光器的振 荡频谱对降低激光的相干性有效。
图16是表示本实施例所涉及的激光投影装置的结构的图。本实施例所涉及的激光投 影装置是使用上述实施例1 3所涉及的照明光源，通过作为二维开关的液晶面板对激光 进行图像转换，将影像投影于屏幕的激光显示器。从照明光源161射出的光通过准直光学 系统(collimating optical system )162及积分光学系统(integrator optical system)163， 并通过扩散板164之后，由作为二维开关的液晶面板165进行图像转换，并通过投影透镜 167投影于屏幕166。扩散板164通过摇动机构进行位置变动，结合照明光源161的频谱 扩大，降低在屏幕166上产生的斑点噪声。
在本实施例所涉及的激光投影装置中，利用照明光源161的波长变动降低相干性，由 此减少在屏幕上产生的斑点噪声。照明光源161对于外部的温度变化也能够得到稳定的输 出，可以实现小型、高输出、且稳定的影像。另外，由于光束质量较高，因此可以简化光 学系统的设计，可实现小型化、简单化。
此外，通过使用多个上述实施例1 3所涉及的照明光源，能够进一步减少斑点噪声。 使用多个照明光源，将各个光源的反射体的波长设定为不同的波长，由此照明光源的振荡 频谱在整体上得到较大地扩展。据此，能够大幅度地减少斑点噪声。
此外，作为二维开关，除了液晶面板以外，还可以利用反射型液晶开关、DMD反射 镜等。
(实施例6)
下面，对本发明的实施例6进行说明。本实施例是有关作为上述实施例4所涉及的激 光显示器的一种的另一激光投影装置的实施例。
图17是表示本实施例所涉及的激光投影装置的结构的图。从照明光源171射出的激 光174通过在反射镜172及173的扫描，在屏幕175上被描绘成二维图像。此时，照明
光源171需要具备高速的开关功能。本实施例所涉及的照明光源171可实现高输出化，且 输出稳定化性优良，可通过简单的温度控制就能得到稳定的输出。另外，通过输出调制能 够同时扩大频谱，因此具有能够兼作用于形成图像的输出调制和用于扩大频谱的输出调制 的优点。由于通过用于形成图像的输出调制可减少斑点噪声，因此无需设置只用于减少斑 点噪声的结构。另外，作为光束扫描光学系统，还可以采用使用了 MEMS的小型扫描装 置。高质量光束，其聚光特性、准直特性优良，MEMS等小型反射镜也可以利用。据此， 能够实现扫描型的激光显示器。
另外，在上述实施例4 6中，作为光学装置对激光显示器进行了说明，除此之外， 还可以应用于液晶的背光。如将照明光源用作为液晶的背光用的光源，则能够抑制斑点噪 声，能够实现高质量的图像。此外，利用激光能够表现更广的色彩范围，因此能够得到色 彩再现性优良的显示器。图18示出使用上述的实施例1 3所涉及的照明光源的液晶背光 的结构。通过微透镜184从导光板186的端面入射来自照明光源181 183的激光185， 形成面状的背光光源。通过使用多个激光提高亮度，并且通过使用多个照明光源并将各个 光源的反射体的波长设定为不同的波长，频谱在整体上大幅度地扩展。据此，能够大幅度 地减少斑点噪声。
另外，除此之外，在激光照明、灯彩(illumination)等将激光光源作为照明光源而 利用时，作为斑点噪声低的光源很有前途。
本发明的照明光源在通过光反馈波长被锁定的激光介质中，利用在进行激光介质的输 出调制时产生的增益波长区域的变动，使激光介质的振荡波长大幅度变动。据此，使激光 介质的振荡频谱的变动幅度增大，实现斑点噪声较少的光源。通过使用该光源的照明光学 系统及投影光学系统，可实现斑点噪声较少的高画质的照明光学系统。
基于上述的各实施例对本发明总结如下。即，本发明所涉及的照明光源包括激光光 源，包含具有规定的增益区域的激光介质；反射体，具有窄带域的反射特性，其中，上述 反射体的反射波长被设定在上述激光介质的增益区域内，从上述激光光源射出的激光的一 部分，通过上述反射体的反射被返回到上述激光光源，上述激光光源的振荡波长，基于上 述激光光源的振荡特性的变化，通过让上述激光介质的增益区域的峰值自上述反射波长移 位，从上述反射波长起变化。
在上述的照明光源中，将从激光光源射出的激光的一部分通过反射体的反射返回给激 光光源，从而将激光光源的振荡光固定为反射体的波长。而且，通过使激光光源的振荡特 性变化，使激光光源的增益区域的峰值由被固定的反射波长变动。因此，由于可大幅度地
变动激光光源的振荡波长，所以激光光源的振荡谱宽扩展，相干性降低。因此，能够实现 斑点噪声较少的照明光源。
上述反射体的反射波长被设定在相对于上述激光介质的增益区域的峰值位于短波长 一侧为宜。
此时，通过将反射波长设定于短波长一侧，当激光光源的增益区域的峰值移动至长波 长一侧时，能够进一步增大激光光源的振荡波长的变动。 上述激光光源的振荡波长的变化量在lnm以上为宜。
此时，能够使激光光源的振荡波长的变化量大于激光光源的增益区域的峰值的变动幅度。
上述反射体的反射波长包含多个反射波长，上述激光光源的振荡波长在上述多个反射 波长之间变化。
此时，能够使激光光源的振荡波长在多个反射波长之间变化，因此能够使振荡波长的 变化量进一步增大。
上述激光光源的振荡特性，通过脉冲调制施加于上述激光光源的驱动电流而发生变 化，上述脉冲调制的脉冲的占空比在50%以下为宜。
此时，能够使驱动电流的峰值输出相对于平均输出大，因此能够增大激光光源的振荡 特性的变化。
上述脉冲调制的脉冲宽度在lps以上为宜。
此时，可使激光光源的振荡特性变化，以追随驱动电流的脉冲调制。 上述脉冲调制的脉沖为多个短脉冲的组合为宜。 此时，能够进一步增大激光光源的振荡特性的变化。 上述反射体包括形成有折射率光栅的介电体为宜。
此时，由于形成有折射率光栅的介电体可实现小型化，从而能够实现照明光源的小型化。
上述反射体包括形成有光栅的光纤为宜。 此时，能够由简单的结构实现反射体。
上述反射体包括窄带域滤波器、以及只反射透过上述窄带域滤波器的光的一部分的反 射部件为宜。
此时，能够由简单的结构实现反射体。 上述激光光源为半导体激光器为宜。
此时，可利用高亮度、高输出的激光光源。 上述反射体形成在上述半导体激光器的内部为宜。 此时，能够实现照明光源的小型化。
上述半导体激光器由ni-v族氮化物系列半导体材料构成为宜。 此时，可得到高亮度、高输出的激光光源。
上述半导体激光器由AlGaAs系列半导体材料构成为宜。 此时，可得到高亮度、高输出的激光光源。 上述半导体激光器由AlGalnP系列半导体材料构成为宜。 此时，可得到高亮度、高输出的激光光源。
上述激光光源为固体激光器为宜，上述固体激光器包括固体激光介质、包含上述固体 激光介质的谐振器、以及设置在上述谐振器内的非线性光学元件为宜。 此时，可得到大功率输出的激光。 上述激光光源为光纤激光器为宜。 此时，能够高效率地得到激光。
上述驱动电流中叠加有调制上述的驱动电流的频率、振幅以及偏压中的至少一个的高 频信号为宜。
此时，能够降低从激光光源射出的激光的相干性，因此能够更容易地进行被固定为反 射波长的激光光源的振荡波长的变动。
上述高频信号的频率在10MHz以上，调制上述高频信号的频率、振幅以及偏压中的 至少一个的调制信号的频率在lkHz以上为宜。
此时，能够降低从激光光源射出的激光的相干性，并且能够使观察者感知斑点噪声的 减少的效果。
上述驱动电流的最小值以上述激光光源的阈值电流值为中心上下变动为宜。 此时，即使在激光光源的振荡波长被固定为反射波长的状态下，也能够使振荡波长得 到扩展。
上述半导体激光器还包括加热上述半导体激光器的加热部，控制基于上述加热部产生 的热量的加热以便追随上述半导体激光器的振荡特性的变化的控制部。 此时，能够在最佳的状态下进行半导体激光器的振荡特性的变化。 上述反射体包含衍射光栅，上述反射波长，根据通过上述衍射光栅的布拉格反射而被 设定，上述半导体激光器还包括被供给上述驱动电流，且控制上述半导体激光器的输出的
输出控制电极、以及被供给波长控制用电流并通过基于上述波长控制用电流的注入的上述 衍射光栅的温度控制，控制上述半导体激光器的振荡波长的波长控制电极，其中，对上述 波长控制用电流进行脉冲调制以追随上述驱动电流的脉冲调制为宜。
此时，通过对波长控制用电流进行脉冲调制以追随驱动电流的脉冲调制，从而能够扩 大半导体激光器的振荡波长的变化量。
上述反射体的反射率是1 10%为宜。
此时，能够将激光光源的振荡波长固定为反射波长，并且可以容易地由被固定的反射 波长变化。
上述反射体的窄带域宽度在5nm以下为宜。
此时，能够容易地将激光光源的振荡波长固定为反射波长。
本发明所涉及的激光投影装置包括至少一个如上述的任一种照明光源，和将从上述照
明光源射出的激光进行投影的光学系统。
此时，基于上述激光投影装置，能够实现可投影有效地控制了斑点噪声的良好影像的
激光投影装置。
从上述激光光源射出的激光的横模式是多模式为宜。
此时，能够实现从激光光源射出的激光的高输出化。
从上述激光光源射出的激光的纵模式的波长间隔在lmn以上为宜。
此时，能够使激光光源的振荡波长的变化量大于激光光源的增益区域的峰值的变动幅度。
上述反射体的反射波长互不相同为宜。
此时，能够大幅地扩展作为照明光源整体的振荡频谱，因此能够减少斑点噪声。
还包括将从上述照明光源射出的激光射入的导光板为宜。
此时，能够对整个画面均匀地照射激光。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的照明光源利用基于光反馈和脉冲驱动的增益移动，使半导体激光器的 振荡波长大幅度变化，从而对减少半导体激光器的斑点噪声有效。在将半导体激光器用作 为照明光源的情况下，减少斑点噪声是必需的技术，本发明的小型且简单的结构作为照明 光源是非常有效的。
权利要求
1. 一种照明光源，其特征在于包括激光光源，包含具有规定的增益区域的激光介质；反射体，具有窄带域的反射特性，其中，所述反射体的反射波长，被设定在所述激光介质的增益区域内，从所述激光光源射出的激光的一部分，通过所述反射体的反射被返回到所述激光光源，所述激光光源的振荡波长，基于所述激光光源的振荡特性的变化，通过让所述激光介质的增益区域的峰值自所述反射波长移动，从所述反射波长起变化。
2.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于所述反射体的反射波长，被设定 在相对于所述激光介质的增益区域的峰值位于短波长一侧。
3.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于所述激光光源的振荡波长的变化量为lnm以上。
4. 根据权利要求l所述的照明光源，其特征在于所述反射体的反射波长包含多个反射波长， 所述激光光源的振荡波长在所述多个反射波长之间变化。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的照明光源，其特征在于所述激光光源的振荡特性，通过脉冲调制施加在所述激光光源的驱动电流而发生变化；所述脉冲调制的脉冲的占空比为50%以下。
6.根据权利要求5所述的照明光源，其特征在于所述脉冲调制的脉冲宽度为lps 以上。
7. 根据权利要求5所述的照明光源，其特征在于所述脉冲调制的脉冲为多个短fli 冲的组合。
8. 根据权利要求1 7中任一项所述的照明光源，其特征在于所述反射体包括形成 有折射率光栅的介电体。
9. 根据权利要求1 7中任一项所述的照明光源，其特征在于所述反射体包括形成 有光栅的光纤。
10. 根据权利要求1 7中任一项所述的照明光源，其特征在于所述反射体包括窄 带域滤波器和只反射透过所述窄带域滤波器的光的一部分的反射部件。
11. 根据权利要求5 7中任一项所述的照明光源，其特征在于所述激光光源为半 导体激光器。
12. 根据权利要求11所述的照明光源，其特征在于所述反射体形成在所述半导体 激光器的内部。
13. 根据权利要求ll或12所述的照明光源，其特征在于所述半导体激光器由ni-v族氮化物系列半导体材料构成。
14. 根据权利要求11或12所述的照明光源，其特征在于所述半导体激光器由AlGaAs系列半导体材料构成。
15. 根据权利要求11或12所述的照明光源，其特征在于所述半导体激光器由 AlGalnP系列半导体材料构成。
16. 根据权利要求5 7中任一项所述的照明光源，其特征在于所述激光光源为固 体激光器。
17. 根据权利要求16所述的照明光源，其特征在于所述固体激光器包括固体激光 介质、包含所述固体激光介质的谐振器、以及被设置在所述谐振器内的非线性光学元件。
18. 根据权利要求5 7中任一项所述的照明光源，其特征在于所述激光光源为光纤激光器。
19. 根据权利要求5 7中任一项所述的照明光源，其特征在于所述驱动电流中叠加有调制所述驱动电流的频率、振幅以及偏压中的至少之一的高频信号。
20. 根据权利要求19所述的照明光源，其特征在于所述高频信号的频率为10MHz以上，调制所述高频信号的频率、振幅以及偏压中的至少之一的调制信号的频率为lkHz以上。
21. 根据权利要求19所述的照明光源，其特征在于所述驱动电流的最小值以所述 激光光源的阈值电流值为中心上下变动。
22. 根据权利要求12 15中任一项所述的照明光源，其特征在于，所述半导体激光 器还包括加热所述半导体激光器的加热部，和控制基于所述加热部产生的热量的加热以便追随所述半导体激光器的振荡特性的变 化的控制部。
23. 根据权利要求12 15中任一项所述的照明光源，其特征在于 所述反射体包括衍射光栅，所述反射波长，根据通过所述衍射光栅的布拉格反射而被设定，所述半导体激光器还包括被供给所述驱动电流且控制所述半导体激光器的输出的输出控制电极；以及被供给波长控制用电流并通过基于所述波长控制用电流的注入的所述衍射光栅 的温度控制，控制所述半导体激光器的振荡波长的波长控制电极，其中， 对所述波长控制用电流进行脉冲调制以追随所述驱动电流的脉冲调制。
24. 根据权利要求1 10中任一项所述的照明光源，其特征在于所述反射体的反射率为1 10%。
25. 根据权利要求1 10中任一项所述的照明光源，其特征在于所述反射体的窄带域宽度为5nm以下。
26. —种激光投影装置，其特征在于包括 至少一个如权利要求1 25中任一项所述的照明光源；和 将从所述照明光源射出的激光进行投影的光学系统。
27. 根据权利要求26所述的激光投影装置，其特征在于从所述激光光源射出的襟〔 光的横模式是多模式。
28. 根据权利要求26所述的激光投影装置，其特征在于从所述激光光源射出的激 光的纵模式的波长间隔为lnm以上。
29. 根据权利要求26 28中的任一项所述的激光投影装置，其特征在于所述反射 体的反射波长互不相同。
30. 根据权利要求29所述的激光投影装置，其特征在于还包括将从所述照明光源 射出的激光射入的导光板。
全文摘要
本发明提供一种照明光源及激光投影装置。所述照明光源包括激光光源，包含具有规定的增益区域的激光介质；反射体，具有窄带域的反射特性。通过将从激光光源射出的激光的一部分通过反射体的反射返回，从而将激光光源的振荡波长固定为反射波长，通过激光光源的振荡特性的变化，使激光介质的增益区域的峰值由反射波长移动，从而使激光光源的振荡波长从反射波长起变化。由此，能够扩展激光光源的振荡频谱，实现斑点噪声的减少。
文档编号H01S5/14GK101395772SQ200780007140
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月22日 优先权日2006年3月3日
发明者山本和久, 水内公典 申请人:松下电器产业株式会社