JP2011523198A

JP2011523198A - 緑色光源生成装置およびそれを用いたレーザプロジェクションディスプレイを備える携帯用電子機器

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Publication number: JP2011523198A
Application number: JP2010542153A
Authority: JP
Inventors: コ、ドキュン; ユ、ナンエイ; ジュン、チャンスー; リー、イェンラク; ユ、ボンアン; キム、ジョンスー
Original assignee: クヮンジュ・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US8275009B2; EP2238656A1; KR100950277B1; US20100290488A1; WO2009096653A1; KR20090082679A

Abstract

本発明は携帯電話に適用できる緑色光源生成装置に関し、特に、熱電冷却素子を内装しても体積が１ｃｃ未満で超小型であり、消費電力は低いが、十分な出力電力を有する緑色光源生成装置およびそれを用いたレーザプロジェクションディスプレイを備える携帯用電子機器に関する。本発明は、光ダイオードで構成されたＬＤポンプと；ＬＤポンプの駆動により、赤外線レーザを発生させる基本波発生部と；発生した赤外線レーザを利用して緑色光を生成する２次調和波生成部と；基本波発生部と２次調和波生成部との間に挿入され、レーザの偏光を維持させる偏光維持部；および緑色光源生成装置の内部温度を調節する温度調節部を含む緑色光源生成装置を提供する。

Description

本発明は、緑色光源生成装置およびそれを用いたレーザプロジェクションディスプレイを備える携帯用電子機器に関する。より詳しくは、熱電冷却素子（ＴＥＣ；ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｏｌｅｒ）を備え、光ダイオード（ＬＤ；ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）をポンプ光源として利用して緑色光（Ｇｒｅｅｎｌａｓｅｒ）を生成する緑色光源生成装置および前記装置を利用してプロジェクターの役割をするレーザプロジェクションディスプレイ（ＬＰＤ；ＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）を備える携帯用電子機器に関する。

一般的に、フルカラー（ｆｕｌｌｃｏｌｏｒ）映像を実現するためには赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）などの光の三原色が必要である。このような三原色を得る方法は非常に様々であるが、特に光を用いた方法が色の表現範囲が非常に広く、色感度が最も優れるために活用度が高い。よって、従来にはこの方法を用いたレーザプロジェクションディスプレイが多かった。

レーザプロジェクションディスプレイは、大きく、三原色を生成する各々のレーザ光源、前記各レーザ光源から生成されたレーザを空間変調させる空間変調器、様々な形態の光学系、およびこれらを駆動し制御する駆動部を含んでなる。しかし、赤色光と青色光は半導体レーザを利用して生成するのが通常である反面、緑色光は半導体レーザを利用して直接生成することができない。そのため、従来には、特定波長の光をポンピングして赤外線レーザを生成した後、これを２次高調波に変換出力して緑色光を生成した。

最近になって様々な形態の携帯用電子機器が普及され、より小型化したレーザプロジェクションディスプレイが求められている。しかし、小型化したレーザプロジェクションディスプレイを実現するためには低電力化問題の解決が必要である。また、従来の緑色光を生成するための光源は、主にポインター（ｐｏｉｎｔｅｒ）用として開発され、温度変化に非常に敏感に反応し、そのために動作特性が変化する様相を示した。そこで、温度変化に安定した緑色光を生成するために熱電冷却素子を具備させたが、体積が大きくなる問題点を考慮して熱電冷却素子を外装させる形態が一般的であった。しかし、熱電冷却素子の外装は温度安定化に不十分であり、また、これも体積が大きくなる問題点は改善することができなかった。

一方、従来の緑色光を生成するモジュールは緑色光の偏光維持が難しいためにほぼ無偏光状態を帯びる問題点もあった。

本発明は、上述した問題点を解決するために導き出されたものであり、熱電冷却素子を内装した構造であって、携帯用電子機器に挿入可能な大きさに製作した緑色光源生成装置およびそれを用いたレーザプロジェクションディスプレイを備える携帯用電子機器を提供することを目的とする。

また、本発明は、緑色光吸収体、二色鏡、および多層薄膜のうちのいずれか一つを偏光維持モジュールとして備える緑色光源生成装置およびそれを用いたレーザプロジェクションディスプレイを備える携帯用電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために導き出されたものであり、緑色光源を生成する装置であって、光ダイオードで構成されたＬＤポンプ；前記ＬＤポンプの駆動により、赤外線レーザを発生させる基本波発生部；前記発生した赤外線レーザを利用して緑色光を生成する２次調和波生成部；前記基本波発生部と前記２次調和波生成部との間に挿入され、レーザの偏光を維持させる偏光維持部；および前記緑色光源生成装置の内部温度を調節する温度調節部を含むことを特徴とする緑色光源生成装置を提供する。

また、本発明は、携帯用電子機器であって、前記緑色光源生成装置を搭載するか、前記緑色光源生成装置を備えるレーザプロジェクションディスプレイを搭載することを特徴とする携帯用電子機器を提供する。

本発明によれば次のような効果を得ることができる。第１に、緑色光源生成装置を携帯用電子機器に挿入可能に熱電冷却素子を適切な位置に配置させることによって約１ｃｃ以下の大きさに製作可能である。また、前記構造により、消耗電力が１ｗａｔｔに過ぎないのにもかかわらず、１００ｍＷ以上の尖頭出力が可能である。

第２に、緑色光吸収体、二色鏡、および多層薄膜のうちのいずれか一つを偏光維持モジュールとして備えることによって偏光状態が任意に変わらないように調節可能であり、映像実現時に必要なスペックル雑音（ｓｐｅｃｋｌｅｎｏｉｓｅ）除去用光学系にも適用可能である。

本発明の好ましい第１実施形態による緑色光源生成装置を概略的に示す概念図である。本発明の好ましい第１実施形態による緑色光源生成装置を実際に実現した図である。図２に示された緑色光源生成装置の実験結果データである。本発明の好ましい第１実施形態による緑色光源生成装置におけるメタルスペーサの構造を示す図である。本発明の好ましい第２実施形態による緑色光源生成装置を概略的に示す概念図である。本発明の好ましい第２実施形態による緑色光源生成装置に備えられるプリズム結合体の概念図である。本発明の好ましい第３実施形態による緑色光源生成装置を説明するための図である。本発明の好ましい第４実施形態による緑色光源生成装置を概略的に示す概念図である。本発明の好ましい第４実施形態による緑色光源生成装置の出力変化グラフである。

本発明に係る緑色光源生成装置は、光ダイオードで構成されたＬＤポンプ；前記ＬＤポンプの駆動により、赤外線レーザを発生させる基本波発生部；前記発生した赤外線レーザを利用して緑色光を生成する２次調和波生成部；前記基本波発生部と前記２次調和波生成部との間に挿入され、レーザの偏光を維持させる偏光維持部；および前記緑色光源生成装置の内部温度を調節する温度調節部を含む。

好ましくは、前記緑色光源生成装置は、前記ＬＤポンプと前記基本波発生部が所定間隔を維持するようにその間に挿入されるメタルスペーサをさらに含む。より好ましくは、前記メタルスペーサは空気間隙（ａｉｒｇａｐ）を含み、厚さが１００μｍ以内であることを特徴とする。

好ましくは、前記緑色光源生成装置は、前記２次調和波生成部が生成した緑色光の進行方向に対して水平角または垂直角を除いた所定角を有するように形成されるビームスプリッターと、前記２次調和波生成部が生成した緑色光を反射させる一つ以上の反射鏡と前記反射された緑色光が上部方向に屈折するように上向角を有するように形成される上向き鏡、および前記２次調和波生成部が生成した緑色光が外部に排出されるように一端面が三角プリズムと結合し、他端面が上向角を有するように形成される棒状プリズムを含むプリズム結合体のうちのいずれか一つをさらに含む。

好ましくは、前記緑色光源生成装置は、前記２次調和波生成部の端面に付着され、前記２次調和波生成部が生成する緑色光に含まれた基本波を除去するフィルタ；および前記ビームスプリッターの一側、前記上向き鏡の後方、および前記プリズム結合体の棒状プリズムの後方のうちのいずれか１ヶ所に位置し、受信した緑色光の出力を測定するモニタ光ダイオードをさらに含む。

好ましくは、前記緑色光源生成装置は、熱伝導性を有するサブマウントをさらに含み、前記サブマウントの上に前記温度調節部、前記ＬＤポンプ、前記基本波発生部、前記偏光維持部、および前記２次調和波生成部が順次配列された垂直型パッケージ構造に形成されるか、熱伝導性を有するサブマウントをさらに含み、前記サブマウントの一側には前記温度調節部が形成され、前記サブマウントの他側には前記ＬＤポンプ、前記基本波発生部、前記偏光維持部、および前記２次調和波生成部が順次配列された水平型パッケージ構造に形成される。

好ましくは、前記偏光維持部は、緑色光吸収体を挿入させるか、二色鏡または多層薄膜をコーティングして形成する。

好ましくは、前記ＬＤポンプはサブマウントタイプであり、前記光ダイオードの発熱温度を測定するサーミスタを前記サブマウントの一側または付近に形成する。

好ましくは、前記温度調節部は熱電冷却素子（ＴＥＣ）で実現される。より好ましくは、前記温度調節部は少なくとも２つ以上備えられる。さらに好ましくは、前記温度調節部が２つ備えられる場合、一つは前記基本波発生部に付着し、他の一つは前記２次調和波生成部に付着する。

本発明に係る携帯用電子機器は、前記緑色光源生成装置を搭載するか、前記緑色光源生成装置を備えるレーザプロジェクションディスプレイを搭載する。

好ましくは、前記携帯用電子機器は、携帯電話、プロジェクター、ゲーム機、およびレーザポインターのうちのいずれか一つであることを特徴とする。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、各図面の構成要素に参照符号を付加する際、同一構成要素については、他の図面上に示すときにもできるだけ同一符号を与えるようにしていることを留意しなければならない。また、本発明を説明するにおいて、関連する公知構成または機能に関する具体的な説明が本発明の要旨を濁す恐れがあると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。さらに、以下では本発明の好ましい実施形態を説明するが、本発明の技術的思想はこれに限定または制限されず、当業者によって変形されて様々に実施できることは言うまでもない。

図１は、本発明の好ましい第１実施形態による緑色光源生成装置を概略的に示す概念図である。図１に示すように、本発明の好ましい第１実施形態による緑色光源生成装置１００は、温度調節部１１０、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）ポンプ１１５、メタルスペーサ（ｍｅｔａｌｓｐａｃｅｒ）１２０、基本波発生部１２５、２次調和波生成部１３０、フィルタ１３５、モニタ光ダイオード（ｍｏｎｉｔｏｒｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）１４０、ビームスプリッター（ＢＳ；ＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ）１４５、および銅ブロック（ｃｏｐｐｅｒｂｌｏｃｋ；１５５）を含む。

緑色光源生成装置１００は、既存の装置とは異なり、内部温度を調節する温度調節部１１０を内装することを特徴とする。このような温度調節部１１０の例としては熱電冷却素子（ＴＥＣ；ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｏｌｅｒ）が挙げられる。しかし、本発明に係る緑色光源生成装置１００は、携帯電話のような携帯用電子機器に内装されるように小型に製作される。よって、温度調節部１１０は、このことを考慮し、マイクロ形態で形成されることが好ましい。マイクロ型温度調節部１１０は、例えば、２００６年１月２５日付け、韓国機械研究院が発行した機械と材料第１７冊４号（通巻６６号）に載せられたハン・スンウ外５人共著の「マイクロ熱電冷却素子の工程と物性測定および解釈」に提示されたことを参照して製造することができる。

温度調節部１１０は、本発明の実施形態において、ＬＤポンプ１１５の一側に付着される。勿論、温度調節部１１０の位置がこれに限定されるものではない。例えば、温度調節部１１０は銅ブロック１５５の一面に付着されることも可能である。この場合は、銅ブロック１５５の他面に他の構成部が整列される。

ＬＤポンプ１１５は、波長が８０８ｎｍであるレーザをポンピングする役割をする。このようなＬＤポンプ１１５は、光ダイオード１１６をサブマウント（ｓｕｂｍｏｕｎｔ；図示せず）の上に装着した形態に形成される。この時、サブマウントの長さは採択された光ダイオード１１６と等しく、厚さはＬＤポンプ１１５と基本波発生部１２５の厚さの差を解消できる大きさに設定することが重要である。また、熱伝導の良い銅材質を利用することがよい。ＬＤポンプ１１５としては、このことを考慮する時、例えば、ＬｕｍｉｃｓＧｍｂＨ社が生産するＬＵ０８０８Ｓ２５０を採用することができる。一方、ＬＤポンプ１１５は、光ダイオードの発熱温度を測定できるように、付近にサーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ；１１７）を備えることができる。

メタルスペーサ１２０は、本発明の実施形態において、ＬＤポンプ１１５と基本波発生部１２５との間に挿入され、これら（１１５，１２５）を支持する役割をする。一般的に、ＬＤポンプ１１５と基本波発生部１２５との間の間隔が狭くないと緑色光の高出力生成が可能ではないと知られている。しかし、本ＬｕｍｉｃｓＧｍｂＨ社が生産するＬＵ０８０８Ｓ２５０を利用して実験した結果によれば、これら（１１５，１２５）の間の間隔が約１００μｍである場合に緑色光が最高出力を生成した。よって、本発明においては、このことを考慮し、５０μｍ〜１００μｍ間隔を維持するために、メタルスペーサ１２０をこれら（１１５，１２５）の間に挿入させる。本発明において、メタルスペーサ１２０の大きさを５０μｍ〜１００μｍに設定したのは、８０８ｎｍＬＤビームの縦方向モードと横方向モードが類似する大きさを有することになって、この条件を満足する場合に緑色光が最高出力を生成したためである。

メタルスペーサ１２０を挿入させる方法としては色々なものが可能であるが、本発明においては、図４に示すように、メタルスペーサ１２０を凹凸形態のＵ構造に設計し、ＬＤポンプ１１５の一端面に付着させる方法を利用する。このような方法は、ＬＤポンプ１１５と基本波発生部１２５間の物理的な損傷を予防し、ＬＤポンプ１１５を凹んだ部分に装着させることによってＬＤポンプ１１５と利得媒質間に間隔が維持されるようにする。また、ＬＤポンプ１１５から出るポンプ光が空気中で直ちに利得媒質に伝達されるようにする。

本発明の実施形態において、メタルスペーサ１２０の形状がＵ構造に限定されるのではなく、空気間隙（ａｉｒｇａｐ）を含むのであれば他の形状であってもよい。メタルスペーサ１２０は、ＬＤポンプ１１５と利得媒質間に介在される構造体であるため、効率的な放熱のために熱伝導の高い銅などのメタル素材を利用することが好ましい。

基本波発生部１２５は、ＬＤポンプ１１５の作動により、波長が１０６４ｎｍである赤外線レーザを発生させる機能を果たす。このような基本波発生部１２５は、好ましくは、Ｎｄ：ＹＶＯ_４を利得媒質（ｇａｉｎｃｒｙｓｔａｌ）とする。

２次調和波生成部１３０は、基本波発生部１２５から発生された赤外線レーザを利用して波長が５３２ｎｍである緑色光を生成させる機能を果たす。このような２次調和波生成部１３０は、好ましくは、ＫＴＰを利得媒質とする。

しかし、既存には、基本波発生部１２５と２次調和波生成部１３０が接合された構造で基本波が共振する共振器構造を形成するのが一般的であった。共振器構造を形成するためには、ＬＤポンプ１１５から８０８ｎｍ光が入射される基本波発生部１２５の入射面に８０８ｎｍの無反射コーティングと１０６４ｎｍと５３２ｎｍにおいて高い反射率を同時に有するように多層薄膜から形成されたコーティングをする。次に、２次調和波生成部１３０の末端である緑色光が出る端面には、１０６４ｎｍにおける高反射と５３２ｎｍにおける高透過のための多層薄膜コーティングをする。したがって、このような共振器構造においては、逆になった反射された１０６４ｎｍが利得媒質に戻る問題によって引き起こされた偏光状態が任意に変わる問題点があった。本発明においては、このような問題を解決し、偏光を調節維持させるために、基本波発生部１２５と２次調和波生成部１３０との間に緑色光を吸収するか反射させ、緑色光が利得媒質に戻らないように防ぐことによって偏光を維持させる偏光維持部１５０を備える。

偏光維持部１５０は次の２つのタイプに形成することができ、第１タイプは、緑色光吸収体を挿入させ、本発明の実施形態において戻ってくる緑色光が利得媒質に吸収されないようにする緑色光吸収体層である。また、第２タイプは、二色鏡（ｄｉｃｈｒｏｎｉｃｍｉｒｒｏｒ）をコーティングして形成し、本発明の実施形態において、緑色光を反射させて利得媒質に入らないようにする二色鏡層である。一方、本発明においては、二色鏡層の代わりに、選択的透過特性を有する多層薄膜層をコーティング形成することも可能である。

フィルタ１３５はＫＴＰ媒質を通過して残った基本波を吸収除去し、生成された２次調和波だけを透過させる役割をする。

ビームスプリッター１４５はフィルタ１３５を通過した緑色光を２つに区分させる役割をする。これにより、大部分の緑色光はビームスプリッター１４５を透過した後にウィンドウ１６５を介して外部に排出され、一部の緑色光はビームスプリッター１４５によってモニタ光ダイオード１４０が備えられた側に反射される。ビームスプリッター１４５は、前記したようなことのために、緑色光の進行方向に対して斜めに形成される。好ましくは、ビームスプリッター１４５は緑色光の進行方向に対して４５°角を有するように形成される。一方、モニタ光ダイオード１４０は、緑色光が到達すれば、これを利用して排出される緑色光の出力を測定する。

銅ブロック１５５は、緑色光源生成装置１００を構成する構成部を支持する役割をする。銅ブロック１５５は十分に広い面積を有するように形成され、その上に、メタルスペーサ１２０、基本波発生部１２５、２次調和波生成部１３０、フィルタ１３５、モニタ光ダイオード１４０、ビームスプリッター１４５、および偏光維持部１５０が装着されるようにする。一方、銅ブロック１５５は前記構成部（１２０〜１５０）が装着される面にシリコンプレート（ＡＩＮｃｏｖｅｒｐｌａｔｅ；図示せず）を備え、既存より熱伝導性と熱膨張率をより向上させることもできる。

ケース１６０は、以上で説明した構成部（１１０〜１５５）を内装する部材である。このようなケース１６０は、鉄、ニッケル、コバルトなどの合金からなるコバール（ｋｏｖａｒ）素材から製造することができる。

以上で説明した本発明の第１実施形態による緑色光源生成装置１００はＴｏ−ｃａｎタイプであって、図２のように実際に実現することができる。図２は、温度調節部１１０を内装した状態で、緑色光源生成装置１００を垂直型パッケージ構造に形成させた例を示すものである。前記において、垂直型パッケージ構造は、温度調節部１１０を最下方に置き、熱伝導の良い銅で作ったサブマウントを温度調節部１１０に垂直に装着した後、サブマウント上に、ＬＤポンプ１１５、メタルスペーサ１２０、基本波発生部１２５、偏光維持部１５０、２次調和波生成部１３０などを順次配列させた構造をいう。

図２に示すように、垂直型パッケージ構造の緑色光源生成装置２００は、その統体積が１ｃｃ以下であり、大きさ（横の長さ×縦の長さ）は９ｍｍ×１２．７ｍｍであって、携帯電話のような携帯用電子機器に搭載可能な超小型体積を達成することができる。また、図３の（ａ）と（ｂ）に示すように、本発明の第１実施形態による緑色光源生成装置１００は、実験結果、４８℃で、パルス形態で駆動する時に平均出力２７ｍＷの出力を示した。また、ビームパターンはＴＥＭｏｏｍｏｄｅを示し、安定度は０．８％以下を形成した。このように、本発明の第１実施形態による緑色光源生成装置１００は、温度に応じた出力変化および安定度に非常に優れることが分かる。

一方、本発明の第１実施形態による緑色光源生成装置１００は、緑色光を発生させるための方法として、８０８ｎｍポンプレーザを利用するＤＰＭ方式を採用する。しかし、必ずこれに限定される必要はなく、緑色光源生成装置１００は、１０６２ｎｍＤＦＢレーザを利用するＱＰＭ（ＱｕａｓｉＰｈａｓｅＭａｔｃｈｉｎｇ）方式を採用することも可能である。

一方、本発明に係る緑色光源生成装置１００は、温度調節部１１０を内装した状態で、水平型パッケージ構造に形成することも可能である。水平型パッケージ構造とは、温度調節部１１０の上に銅で作ったサブマウントを水平に装着した後、ＬＤポンプ１１５、メタルスペーサ１２０、基本波発生部１２５、偏光維持部１５０、２次調和波生成部１３０などを順次配列させた構造である。水平型パッケージ構造の緑色光源生成装置は図５に示す通りである。以下、図５を参照して水平型パッケージ構造を有する本発明の好ましい第２実施形態による緑色光源生成装置（以下、「第２緑色光源生成装置」と略称する）を説明する。図５において、（ａ）は緑色光源生成装置の平面図を示し、（ｂ）は緑色光源生成装置の側面図を示す。

第２緑色光源生成装置５００は温度調節部１１０の上に銅ブロック１５５を位置させて効率的な放熱が可能であり、その上にシリコンプレート５２０をさらに積層させる。ＬＤポンプ１１５、メタルスペーサ１２０、基本波発生部１２５、偏光維持部１５０、２次調和波生成部１３０、フィルタ１３５などが、光学的によく整列されるためには、銅ブロック１５５の上に直ちに配列するよりは、加工が容易で安価なシリコンプレート５２０をさらに利用することによって遥かに効率的な配置が可能である。しかし、第２緑色光源生成装置５００は、ケース１６０の上部に形成されたウィンドウ１６５を介して緑色光を外部に排出させる。この役割をするのが一定角度（好ましくは、４５度）に上向きされた上向き鏡５１５であるが、これにより、フィルタ１３５を通過した緑色光を上向き鏡５１５の側にガイドする必要がある。本発明の第２実施形態において、このような役割をするのは第１反射鏡（ｐａｒｔｉａｌｍｉｒｒｏｒ）５１０ａと第２反射鏡５１０ｂである。第１反射鏡５１０ａと第２反射鏡５１０ｂは、緑色光を反対方向に進路変更させるためにＶ字形態を構成する。そうすると、図５の（ａ）に示すように、緑色光が進路変更した後、上向き鏡５１５を介して外部に排出される。

第１反射鏡５１０ａと第２反射鏡５１０ｂは、本発明の第２実施形態において、大部分の緑色光を反射させる役割をする。好ましくは、第１反射鏡５１０ａと第２反射鏡５１０ｂは９０％以上の緑色光を反射させる。一方、上向き鏡５１５の後方には、反射されずに透過した緑色光を受信できるようにモニタ光ダイオード１４０が装着される。勿論、このようなモニタ光ダイオード１４０は第２反射鏡５１０ｂの一側において前記役割を担当することも可能である。

一方、本発明の第２実施形態において、第１反射鏡５１０ａ、第２反射鏡５１０ｂ、および上向き鏡５１５の代わりに、緑色光を屈折させて上部方向に進行させるプリズム結合体を備えることも可能である。プリズム結合体６００は、図６に示すように、棒状プリズムの一端面に三角プリズムの一面の一部が付着され、棒状プリズムの他端面は緑色光を屈折させるように上部面または一側面を傾斜するように突出形成させる。

一方、第２緑色光源生成装置５００は、駆動時に発生する内部熱がケース１６０を介して外部に円滑に放出されることが好ましい。そのため、本発明の第２実施形態においては、熱伝導の良い銅ブロック１５５を利用してマウントし、ケース１６０はコバール素材で完成した。また、ケース１６０の内部面の間に温度調節部１１０が備えられ、携帯電話に装着する時、優れた熱伝導性のために、残りの光源である青色光源、赤色光源などと共に携帯電話の本体に付着される共通の放熱板を共有するようになる。

以上で説明した第２緑色光源生成装置５００は、実際に製品として実現する場合、その体積が０．６ｃｃ程度であり、大きさ（横の長さ×縦の長さ）を１０．５ｍｍ×６．７ｍｍにし、第１実施形態による緑色光源生成装置１００よりさらに縮小できる長所がある。

一方、本発明の実施形態による緑色光源生成装置は、温度調節部１１０だけをケースに外装させることも可能である。この場合、緑色光源生成装置７００は図７の（ａ）に示すように構成することができる。この緑色光源生成装置７００は、実験結果、図７の（ｂ）に示すように４０℃〜４５℃で平均出力１５ｍＷを示した。

一方、図１〜図７を参照して説明した本発明の実施形態による緑色光源生成装置はレーザプロジェクションディスプレイに搭載することができ、これにより、携帯電話のような携帯用電子機器をレーザプロジェクションディスプレイ用として使用可能である。

一方、本発明の第１実施形態による緑色光源生成装置１００は、内部温度を調節する温度調節部を２つ以上備えることも可能である。以下、図８を参照して温度調節部を複数備える緑色光源生成装置について説明する。図８は、本発明の好ましい第４実施形態による緑色光源生成装置を概略的に示す概念図である。

図８に示すように、本発明の第４実施形態による緑色光源生成装置８００は、２個の温度調節部（８１０，８１５）を備えることを特徴とする。一般的に、ＤＰＭ方式により発生する緑色光の出力を極大化するためには、基本波発生部１２５におけるポンプビーム吸収率と２次調和波生成部１３０における調和波変換効率の全てを極大化させなければならない。本発明の第４実施形態において、このような側面を考慮する時、２個の温度調節部（８１０，８１５）を次のように装着することができる。すなわち、第１温度調節部８１０は一側面に光ダイオード１１６を付着することができ、第２温度調節部８１５は一側面に基本波発生部１２５、偏光維持部１５０、２次調和波生成部１３０、フィルタ１３５、モニタ光ダイオード１４０、ビームスプリッター１４５などを付着することができる。このように緑色光源生成装置８００が温度調節部を備えると、緑色光出力効率をより極大化させることができる。以下、その理由について詳しく説明する。

既に言及したように、ＤＰＭ方式の緑色光出力を極大化するためには、基本波発生部１２５におけるポンプビーム吸収率と２次調和波生成部１３０における調和波変換効率の全てを極大化させなければならない。しかし、この２つの要素は全て温度の影響を大きく受ける。

基本波発生部１２５がレーザ利得媒質として多く使われるＮｄ：ＹＶＯ_４を利用する場合、８０９ｎｍの波長においてビーム吸収率の最大値を得ることができ、この時、半値全幅（ＦＷＨＭ；ＦｕｌｌＷｉｄｔｈＨａｌｆＭａｘｉｍｕｍ）の波長は約２ｎｍと狭い。しかし、この場合、光ダイオード１１６においてポンピングされたレーザは約０．３ｎｍ／℃の比率で温度に応じて波長が変化する。したがって、広い温度範囲で緑色光源を使おうとする場合には、前記光ダイオード１１６の内部温度を精密に制御できる別途の温度調節部を備えることが好ましい。

一方、ＤＰＭ方式のポンピングレーザにおいて、赤外線波長の基本波ビームは、２次調和波生成部１３０に備えられるレーザ共振器内で共振し、入力結合器（ｉｎｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒ）と出力結合器（ｏｕｔｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒ）との間で往復運動をする。これにより、出力結合器側に（以下、これを「順方向」と定義する）進行する調和波とその逆方向に進行する調和波が発生する。しかし、逆方向に進行する調和波は再反射して順方向に進行する調和波と会うため、二つの調和波の間には干渉現象が発生する。通常、温度変化に応じて共振器の光学的長さが変化するため、補強干渉と相殺干渉が繰り返し発生する。また、２次調和波生成部１３０はＫＴＰ（例えば、ｂｕｌｋＫＴＰ）を利得媒質として利用するのが普通であるため、この時、２次調和波生成部１３０と基本波発生部１２５との間の結晶軸は４５゜を形成する。そうすると、これにより、フィルタ１３５において複屈折現象が発生し、温度変化により、緑色光源の出力が振動して変わる。また、２次調和波生成部１３０の調和波変換効率を向上させるためには、前記２次調和波生成部１３０の内部温度がポンピングされたレーザの位相整合温度と所定レベル以上の差を示すことが好ましい。

以上から見るように、色々な要素が、２次調和波生成部１３０の温度変化により、複合的に調和波変換効率に影響を及ぼす。よって、この場合も同じように、前記２次調和波生成部１３０の内部温度を精密に制御できる別途の温度調節部を備えることが好ましい。

一方、本発明の第４実施形態において、第１温度調節部８１０と第２温度調節部８１５は並んで装着されることが普通であるが、必ずしもこれに限定する必要はない。また、銅ブロックについては言及しなかったが、二つの調節部（８１０，８１５）の他側面に銅ブロック（図示せず）が付着されることは勿論である。

図９は、周波数６０Ｈｚ、デューティ比（ｄｕｔｙｒａｔｉｏ）２５％、消耗電力１．３６Ｗなどの駆動条件とポンピングレーザの波長を８０９ｎｍにする設定条件下で、光ダイオード１１６の温度を４７℃に固定させた状態で、利得媒質の温度だけを変化させながら観察した緑色光源生成装置の出力変化グラフである。前記グラフから利得媒質の温度を精密に制御する必要があることが分かる。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内における様々な修正、変更、および置き換えが可能である。よって、本発明で開示された実施形態および添付図面は本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施形態および添付図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は以下の請求範囲によって解釈すべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれると解釈しなければならない。

本発明に係る緑色光源生成装置は、体積と消耗電力を各々１ｃｃ以下、１Ｗ以下にして超小型に製造した装置という観点で、携帯電話のような携帯用端末、レーザを利用したプロジェクター、現在世界的に開発争いを繰り広げているミニプロジェクターなどに適用することができる。それだけでなく、尖頭出力１００ｍＷ級で、ミニサイズでありながらも、映像実現時に１５インチ以上のスクリーンに対応可能である程度に強烈な光を発散するため、天然色に近い映像を実現しつつも、迅速な信号処理が必要なゲーム機、長時間の利用が要求されるレーザポインター、ミニ型映像を実現する装置などにも広範囲な適用が可能である。本発明に係る緑色光源生成装置は、このような点などを考慮する時、今後、レーザディスプレイ産業に大きい影響力を行使することであり、期待される市場性も非常に大きいものと予測される。

Claims

緑色光源を生成する装置であって、
光ダイオードで構成されたＬＤポンプ；
前記ＬＤポンプの駆動により、赤外線レーザを発生させる基本波発生部；
前記発生した赤外線レーザを利用して緑色光を生成する２次調和波生成部；
前記基本波発生部と前記２次調和波生成部との間に挿入され、レーザの偏光を維持させる偏光維持部；および
前記緑色光源生成装置の内部温度を調節する温度調節部
を含むことを特徴とする緑色光源生成装置。
前記ＬＤポンプと前記基本波発生部が所定間隔を維持するように間に挿入されるメタルスペーサをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の緑色光源生成装置。
前記偏光維持部は、緑色光吸収体を挿入させるか、二色鏡または多層薄膜をコーティングして形成することを特徴とする、請求項１に記載の緑色光源生成装置。
前記ＬＤポンプはサブマウントタイプであり、前記光ダイオードの発熱温度を測定するサーミスタを前記サブマウントの一側または付近に形成することを特徴とする、請求項１に記載の緑色光源生成装置。
前記メタルスペーサは空気間隙を含み、厚さが１００μｍ以内であることを特徴とする、請求項２に記載の緑色光源生成装置。
前記緑色光源生成装置は、
熱伝導性を有するサブマウントをさらに含み、前記サブマウント上に、前記温度調節部、前記ＬＤポンプ、前記基本波発生部、前記偏光維持部、および前記２次調和波生成部が順次配列された垂直型パッケージ構造に形成されるか、
熱伝導性を有するサブマウントをさらに含み、前記サブマウントの一側には、前記温度調節部が形成され、前記サブマウントの他側には、前記ＬＤポンプ、前記基本波発生部、前記偏光維持部、および前記２次調和波生成部が順次配列された水平型パッケージ構造に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の緑色光源生成装置。
前記２次調和波生成部が生成した緑色光の進行方向に対して水平角または垂直角を除いた所定角を有するように形成されるビームスプリッター、前記２次調和波生成部が生成した緑色光を反射させる一つ以上の反射鏡と前記反射された緑色光が上部方向に屈折するように上向角を有するように形成される上向き鏡、および前記２次調和波生成部が生成した緑色光が外部に排出されるように一端面が三角プリズムと結合し、他端面が上向角を有するように形成される棒状プリズムを含むプリズム結合体のうちのいずれか一つをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の緑色光源生成装置。
前記２次調和波生成部の端面に付着され、前記２次調和波生成部が生成する緑色光に含まれた基本波を除去するフィルタ；および
前記ビームスプリッターの一側、前記上向き鏡の後方、および前記プリズム結合体の棒状プリズムの後方のうちのいずれか１ヶ所に位置し、受信した緑色光の出力を測定する光ダイオード
をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の緑色光源生成装置。
前記温度調節部は熱電冷却素子（ＴＥＣ）であることを特徴とする、請求項１に記載の緑色光源生成装置。
前記温度調節部は少なくとも２つ以上備えられることを特徴とする、請求項１または９に記載の緑色光源生成装置。
前記温度調節部が２つ備えられる場合、一つは前記基本波発生部に付着され、他の一つは前記２次調和波生成部に付着されることを特徴とする、請求項１０に記載の緑色光源生成装置。
携帯用電子機器であって、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の緑色光源生成装置を搭載するか、または前記緑色光源生成装置を有するレーザプロジェクションディスプレイを搭載することを特徴とする携帯用電子機器。
前記携帯用電子機器は、携帯電話、プロジェクター、ゲーム機、およびレーザポインターのうちのいずれか一つであることを特徴とする、請求項１２に記載の携帯用電子機器。