特許 5693803 光源装置および投影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5693803

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月1日

(54)【発明の名称】光源装置および投影装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20150312BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

【請求項の数】5

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-553564(P2014-553564)

(86)(22)【出願日】2014年6月17日

(86)【国際出願番号】JP2014066051

【審査請求日】2014年11月5日

(31)【優先権主張番号】特願2013-155947(P2013-155947)

(32)【優先日】2013年7月26日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズンホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100119987

【弁理士】

【氏名又は名称】伊坪 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100161089

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 良一

(72)【発明者】

【氏名】井出 昌史

(72)【発明者】

【氏名】深谷 新平

(72)【発明者】

【氏名】依田 薫

【審査官】 山口 裕之

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−１４８４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２０２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３３４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９５１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Brian T.Schowengerdt，４４．１：Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ ｕｓｉｎｇ Ｓｃａｎｎｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｒｒａｙ，ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ，２０１０年 ５月，Ｖｏｌｕｍｅ ４１ Ｉｓｓｕｅ １，６５３−６５６

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤色のレーザ光を生成する複数の第１の光素子と、
前記複数の第１の光素子からの赤色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第１の光ファイバと、
緑色のレーザ光を生成する複数の第２の光素子と、
前記複数の第２の光素子からの緑色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第２の光ファイバと、
青色のレーザ光を生成する複数の第３の光素子と、
前記複数の第３の光素子からの青色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第３の光ファイバと、
前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバのうちの１本ずつを含む光ファイバ列が複数個積層されるように前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバの端部を固定してファイババンドルを形成するファイババンドルコンバイナと、を有し、
前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバは、前記光ファイバ列ごとに異なる奥行き位置に結像されるレーザ光を出射端面から出射し、
前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバには、前記光ファイバ列ごとに異なる長さのＧＩファイバが端部に融着されている、
ことを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記ファイババンドルコンバイナは、前記ファイババンドルの長手方向に対して垂直な断面上で前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバが六方最密格子を形成するように各ファイバを固定し、
複数個積層される前記光ファイバ列のそれぞれの配置方向が、前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバのそれぞれの配置方向に対して６０度傾いている、請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記ファイババンドルコンバイナは、前記ファイババンドルの長手方向に対して垂直な断面上で前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバが正方格子を形成するように各ファイバを固定し、
複数個積層される前記光ファイバ列のそれぞれの配置方向が、前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバのそれぞれの配置方向に対して垂直である、請求項１に記載の光源装置。

【請求項4】

前記光ファイバ列のそれぞれにおいて、第１の光ファイバ、第２の光ファイバおよび第３の光ファイバの出射光軸が同一平面内に同じ順序で平行に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項5】

赤色、緑色および青色のレーザ光を複数組出射する光源部と、
前記各組のレーザ光を偏向させることにより２次元状に走査して、各組のレーザ光による画像を異なる奥行き位置に投影する投影部と、を有する投影装置であって、
前記光源部は、
赤色のレーザ光を出射する複数の第１の光素子と、
前記複数の第１の光素子からの赤色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第１の光ファイバと、
緑色のレーザ光を出射する複数の第２の光素子と、
前記複数の第２の光素子からの緑色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第２の光ファイバと、
青色のレーザ光を出射する複数の第３の光素子と、
前記複数の第３の光素子からの青色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第３の光ファイバと、
前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバのうちの１本ずつを含む光ファイバ列が複数個積層されるように前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバの端部を固定してファイババンドルを形成するファイババンドルコンバイナと、を有し、
前記光ファイバ列のそれぞれは、前記各組のレーザ光を出射し、
前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバは、前記光ファイバ列ごとに異なる奥行き位置に結像されるレーザ光を出射端面から出射し、
前記複数の第１の光ファイバ、前記複数の第２の光ファイバおよび前記複数の第３の光ファイバには、前記光ファイバ列ごとに異なる長さのＧＩファイバが端部に融着されている、
ことを特徴とする投影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置および投影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

立体的に画像を表示する画像表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、平面的にマトリックス構成され、かつ表示側先端において表示画面の最小単位となる単画素ごとに長さが異なる複数の透明なファイバと、そのファイバの背面側に一様に設けられた光源とを有する画像表示装置が記載されている。この画像表示装置では、表示側先端におけるファイバの長さを段階的に変えることで、ファイバ先端面の相対的な高さの違いによって表示画像に奥行き感を与える。

【0003】

また、立体画像を表示する３次元表示装置として、体積ディスプレイ（Volumetric Display）が知られている（例えば、特許文献２を参照）。体積ディスプレイは、光源からのレーザ光をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーなどにより走査して、複数の層状に配置された仮想的なスクリーンのそれぞれに表示物体の断面の画像を投影することにより、複数の画像を組み合わせて立体画像を表示する。特に、互いに結像位置が異なる複数のレーザ光を網膜上に走査することにより、目に直接立体画像を投影する網膜走査型の体積ディスプレイが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。

【0004】

図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）は、網膜走査型の体積ディスプレイの原理を説明するための図である。複数のレーザ光源にそれぞれ接続された複数の光ファイバ１０１から、例えば図中に黒丸で示した通り水平方向（奥行き方向）の異なる位置で結像するように、複数のレーザ光を出射する。図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）では、光ファイバ１０１から投射レンズ１０２，１０３，１０４を介して観察者の目１０５に投影される４つのレーザ光を、実線や破線により示している。

【0005】

複数のレーザ光は、互いに重ね合わされて多焦点のビームとなり、スキャナ１０６によって観察者の目１０５に走査されることにより、複数の画像が層状に重ね合わされた立体画像を形成する。例えば、図１６（Ａ）に示す通り、点Ａが網膜上に来るように観察者が水晶体を調整すると、観察者には遠くの位置に焦点が合ったように見える。逆に、図１６（Ｂ）に示す通り、点Ｂが網膜上に来るように観察者が水晶体を調整すると、観察者には近くの位置に焦点が合ったように見える。このようにして、観察者は、体積ディスプレイの画像を見たときに奥行きを知覚することができる。

【0006】

体積ディスプレイのレーザ光源には、ファイバピグテイルモジュールを多数個並べたものが用いられている。しかしながら、それでは装置全体が大型になってしまうため、装置を小型化するためには、アレイ型光モジュールを光源に用いることが好ましい。

【0007】

非特許文献１には、体積ディスプレイのレーザ光源として、複数のＬＤ（レーザダイオード）素子にそれぞれ接続された光ファイバアレイが記載されている。非特許文献１の体積ディスプレイでは、一方がＬＤ素子に接続され他端が斜めに切断された光ファイバアレイにより、各ファイバの出射端面から網膜までの距離を変化させて、投影される画像の奥行き方向の位置を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭６１−１４８４８５号公報

【特許文献2】特開２００５−５００５７８号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Brian T. Schowengerdt, Mrinal Murari, and Eric J. Seibel, “Volumetric Display using Scanned Fiber Array”, SID Symposium Digest of Technical Papers 41, pp.653-656 (2010)

【発明の概要】

【0010】

非特許文献１では、カラー画像の表示に関する言及はあるものの、光源は赤色レーザの１色であり、マルチカラー化する場合の各ファイバの配置に関する記載はない。体積ディスプレイをマルチカラー化するには、融着型ファイバコンバイナを用いて赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）のレーザ光を合波することにより、すべての色を作り出すことが考えられる。しかしながら、融着型ファイバコンバイナを用いると、一方の導波路からもう一方の導波路に高効率で結合する結合長が波長によって異なるため、各波長に合わせて結合長を精度良く調整することが困難である。このため、隣接コア間でクロストークなどが発生し、光の利用効率が低くなる。

【0011】

そこで、本発明は、光の利用効率を高め、異なる奥行き位置でＲＧＢの各色レーザ光が結像するように配置された光ファイバアレイを有する光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、マルチカラー化された画像を異なる奥行き位置に投影可能な投影装置を提供することを目的とする。

【0012】

光源装置は、赤色のレーザ光を生成する複数の第１の光素子と、複数の第１の光素子からの赤色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第１の光ファイバと、緑色のレーザ光を生成する複数の第２の光素子と、複数の第２の光素子からの緑色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第２の光ファイバと、青色のレーザ光を生成する複数の第３の光素子と、複数の第３の光素子からの青色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第３の光ファイバと、複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバのうちの１本ずつを含む光ファイバ列が複数個積層されるように複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバの端部を固定してファイババンドルを形成するファイババンドルコンバイナと、を有することを特徴とする。

【0013】

上記の光源装置では、複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバは、光ファイバ列ごとに異なる奥行き位置に結像されるレーザ光を出射端面から出射することが好ましい。

【0014】

上記の光源装置では、複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバは、レーザ光の出射端面から投影面までの距離が光ファイバ列ごとに異なるように、ファイババンドルの長手方向に対して端部が斜めに研磨されていることが好ましい。

【0015】

上記の光源装置では、複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバは、光ファイバ列ごとに異なる長さのＧＩファイバが端部に融着されていることが好ましい。

【0016】

上記の光源装置では、ファイババンドルコンバイナは、ファイババンドルの長手方向に対して垂直な断面上で複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバが六方最密格子を形成するように各ファイバを固定し、複数個積層される光ファイバ列のそれぞれの配置方向が、複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバのそれぞれの配置方向に対して６０度傾いていることが好ましい。

【0017】

上記の光源装置では、ファイババンドルコンバイナは、ファイババンドルの長手方向に対して垂直な断面上で複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバが正方格子を形成するように各ファイバを固定し、複数個積層される光ファイバ列のそれぞれの配置方向が、複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバのそれぞれの配置方向に対して垂直であることが好ましい。

【0018】

上記の光源装置では、光ファイバ列のそれぞれにおいて、第１の光ファイバ、第２の光ファイバおよび第３の光ファイバの出射光軸が同一平面内に同じ順序で平行に配置されることが好ましい。

【0019】

また、投影装置は、赤色、緑色および青色のレーザ光を複数組出射する光源部と、各組のレーザ光を偏向させることにより２次元状に走査して、各組のレーザ光による画像を異なる奥行き位置に投影する投影部と、を有する投影装置であって、光源部は、赤色のレーザ光を出射する複数の第１の光素子と、複数の第１の光素子からの赤色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第１の光ファイバと、緑色のレーザ光を出射する複数の第２の光素子と、複数の第２の光素子からの緑色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第２の光ファイバと、青色のレーザ光を出射する複数の第３の光素子と、複数の第３の光素子からの青色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第３の光ファイバと、複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバのうちの１本ずつを含む光ファイバ列が複数個積層されるように複数の第１の光ファイバ、複数の第２の光ファイバおよび複数の第３の光ファイバの端部を固定してファイババンドルを形成するファイババンドルコンバイナと、を有し、光ファイバ列のそれぞれは、各組のレーザ光を出射することを特徴とする。

【0020】

上記の光源装置によれば、ファイババンドルコンバイナにより各ファイバを束ねて光の利用効率を高め、異なる奥行き位置でＲＧＢの各色レーザ光を結像させることができる。また、上記の投影装置によれば、マルチカラー化された画像を異なる奥行き位置に投影させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】眼鏡型の体積ディスプレイ１の斜視図である。

【図2】体積ディスプレイ１の投影ユニット３の概略構成図である。

【図3】（Ａ）および（Ｂ）は、体積ディスプレイ１による立体画像の投影について説明するための図である。

【図4】光源部１０の概略構成図である。

【図5】光モジュール１１の概略構成図である。

【図6】光モジュール１１の製造工程を示したフローチャートである。

【図7】ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの第１の配置例を示す図である。

【図8】第１の配置例におけるファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの出射端面の方向を示す図である。

【図9】斜めに研磨された各ファイバの出射端面での屈折について説明するための図である。

【図10】ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの第２の配置例を示す図である。

【図11】第２の配置例におけるファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの出射端面の方向を示す図である。

【図12】斜めに研磨されたファイババンドルと投射レンズ３１の位置関係を示す図である。

【図13】ファイババンドルコンバイナ１２の構造を模式的に示した斜視図である。

【図14】ファイババンドルコンバイナ１２の製造方法の例を示したフローチャートである。

【図15】ＧＩファイバ２９がそれぞれ先端に融着されたファイババンドルの模式図である。

【図16】（Ａ）および（Ｂ）は、網膜走査型の体積ディスプレイの原理を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照して、光源装置と投影装置について詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0023】

以下では、光源装置を光源部として用いた投影装置の例として、眼鏡型の体積ディスプレイを説明する。ただし、投影装置は、異なる奥行き位置にＲＧＢの各色レーザ光を結像させて立体画像を投影する体積ディスプレイであれば、眼鏡型のものに限らない。

【0024】

図１は、眼鏡型の体積ディスプレイ１の斜視図である。体積ディスプレイ１は、使用者の頭部に装着され、レーザ光を使用者の網膜に投影させて画像を視認させるＮＴＥ（near-to-eye）ディスプレイである。

【0025】

図１に示すように、体積ディスプレイ１は、眼鏡型フレーム２と、投影ユニット３，３’と、ハーフミラー４，４’とを有する。眼鏡型フレーム２は、一般的な眼鏡と同様に、頭部に装着可能な形状を有する。投影ユニット３，３’は、略Ｌ字状の形状を有し、左目用と右目用のレンズ部分にそれぞれ取り付けられている。ハーフミラー４，４’は、使用者が眼鏡型フレーム２を頭部に装着したときに、それぞれ使用者の左目および右目と対向するように、投影ユニット３，３’の先端部に取り付けられている。自然な立体表示をするには両眼視差を再生することも必要なため、投影ユニットは右目用と左目用を装荷し、各投影ユニットには両眼視差を考慮した異なる画像を表示することは言うまでもない。投影ユニット３，３’はどちらも同じ構成を有するため、以下では投影ユニット３について説明する。

【0026】

図２は、体積ディスプレイ１の投影ユニット３の概略構成図である。投影ユニット３は、内部に、光源部１０と、投影部３０と、制御部４０とを有する。光源部１０は、光源装置の一例であり、画像信号に応じた強度のレーザ光を出射する。投影部３０は、伝送されたレーザ光を走査して使用者の左目に投影する。制御部４０は、投影される画像の画像データに応じて、光源部１０による各色レーザ光の発光タイミングや発光強度などを制御する。

【0027】

投影部３０は、投射レンズ３１と、ＭＥＭＳミラー３２とを有する。投射レンズ３１は、光源部１０から出射された各色レーザ光がＭＥＭＳミラー３２に照射されるように整形する。ＭＥＭＳミラー３２は、駆動部（図示せず）により例えば水平方向および垂直方向に高速に揺動される。ＭＥＭＳミラー３２は、投射レンズ３１により集光された各色レーザ光Ｌｂを偏向させて使用者の左目６０に入射させ、その網膜上で２次元状に走査させる。このように、体積ディスプレイ１は、使用者の網膜を投影面として使用し、その上に画像を投影する。使用者は、網膜上で走査された光により、画像信号に応じた画像を視認する。

【0028】

図２に示すように、使用者の左目６０には、投影部３０から出射されるレーザ光Ｌｂがハーフミラー４で反射して入射するとともに、外光Ｌａもハーフミラー４を透過して入射する。すなわち、体積ディスプレイ１は、外光Ｌａによる外景に、レーザ光Ｌｂによる投影画像を重ねて表示する、いわゆるシースルー型の投影装置である。ただし、これは一例であって、投影装置は必ずしもシースルー型でなくてもよい。

【0029】

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、体積ディスプレイ１による立体画像の投影について説明するための図である。

【0030】

図３（Ａ）は、奥行き位置が異なるレイヤ５０を示す図である。体積ディスプレイ１の光源部１０は、異なる奥行き位置にＲＧＢの各色レーザ光を結像させて、複数の画像が層状に重ね合わされた立体画像を形成する。体積ディスプレイ１は、２次元の画像を重ね合わせることにより、使用者に投影画像の奥行きを知覚させる。奥行き位置が異なるこれらの各層は、仮想的なスクリーンと考えられる。これらの各層のことを、以下では「レイヤ」という。一般に、レイヤが６層くらいあれば、使用者は奥行きを知覚することができる。体積ディスプレイ１では、例えばレイヤ５０を１０層とし、そのレイヤ数に対応させて、光源部１０に１０組のＲＧＢレーザ光源を設ける。

【0031】

図３（Ｂ）は、出射点の前後位置により結像位置が前後することを示す図である。図３（Ｂ）に示すように、出射点５１を投射レンズ３１により近い位置Ａとすると、出射点５１からの光はより大きな角度で投射レンズ３１に入るため、より遠くの位置Ａ’に結像する。逆に、出射点５１を投射レンズ３１からより遠い位置Ｂとすると、出射点５１からの光はより小さな角度で投射レンズ３１に入るため、より近くの位置Ｂ’に結像する。したがって、出射点５１の位置を投射レンズ３１に対して前後させると、結像位置が前後する。このことから、体積ディスプレイ１では、１０層のレイヤ５０に対応する１０組のＲＧＢレーザ光について、出射点の位置を投射レンズ３１に対して前後させる。そして、体積ディスプレイ１は、出射点の位置が互いに異なる１０組のＲＧＢレーザ光を走査することにより、１０層のレイヤ５０のそれぞれに画像を表示させる。

【0032】

図４は、光源部１０の概略構成図である。光源部１０は、光モジュール１１Ｒと、光モジュール１１Ｇと、光モジュール１１Ｂと、ファイババンドルコンバイナ１２とを有する。

【0033】

光モジュール１１Ｒは、第１の光モジュールの一例であり、ファイバアレイ２５Ｒを介して赤色のレーザ光を出射する。光モジュール１１Ｇは、第２の光モジュールの一例であり、ファイバアレイ２５Ｇを介して緑色のレーザ光を出射する。光モジュール１１Ｂは、第３の光モジュールの一例であり、ファイバアレイ２５Ｂを介して青色のレーザ光を出射する。

【0034】

光源部１０は、ＲＧＢ各色の光源として、各色専用の光モジュールを使用する。光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは同様の構成を有するため、以下では、これらを区別せず単に「光モジュール１１」ともいう。

【0035】

ファイババンドルコンバイナ１２は、例えば石英ガラスで構成され、各モジュールからのファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを束ねて固定して、ファイババンドルを形成する。特に、ファイババンドルコンバイナ１２は、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂのうちの１本ずつを含む３本の光ファイバ列が複数個積層されるように各ファイバの端部を固定して、ファイババンドルを形成する。このように、光源部１０では、ＲＧＢの合波後にバンドルするのではなく、各光モジュール１１からのＲＧＢの光ファイバをファイババンドルコンバイナ１２で束ねる。

【0036】

ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの本数は、体積ディスプレイ１のレイヤ数に対応して、それぞれ１０本である。これにより、光源部１０では、ＲＧＢ３本の光ファイバ列を１０組積層させてアレイ化する。そして、それぞれの光ファイバ列は、１０層のレイヤ５０に対応した互いに異なる奥行き位置に結像されるレーザ光を出射する。

【0037】

各ファイバの出射端面から出射された各色レーザ光は、上記の通り、投射レンズ３１を介してＭＥＭＳミラー３２により走査されて、投影面（網膜）上に投影される。しかしながら、ファイババンドルコンバイナ１２でＲＧＢの各ファイバを単に束ねるだけでは、各ファイバのコア間の距離が離れているため、ＲＧＢの各投影点間で位置ずれが発生し、画像がにじんで見える。そこで、各ファイバの出射位置のずれによる投影画像のずれをあらかじめ計測し、各層のＲＧＢの発光タイミングとＭＥＭＳミラー３２の走査タイミングとを事前に調整しておくことで、組立誤差を含んだ投影画像のずれを補正しておく。また、制御部４０は、例えばタイムオブフライト（ＴＯＦ）方式やパタン投射法あるいは画像によるパタン認識などを利用し、例えば図示しない検知部が赤外線を照射してからその反射光を受光するまでの光の飛行時間を計測するか、近赤外ＣＭＯＳ／ＣＣＤカメラからなる画像センサで取得した画像の画像処理によるパタン認識によって眼球の動きを計測することにより、アイトラッキングを行う。このようにして、制御部４０は、投影画像を眼球の動きに応じて変化させることができる。

【0038】

図５は、光モジュール１１の概略構成図である。光モジュール１１は、体積ディスプレイ１の各レイヤ５０に対応させて同じ波長（色）の光源を多重化（空間多重）するために、対応する色のＬＤアレイを設けたアレイ型光モジュールである。光モジュール１１は、シリコン基板２０と、ＬＤアレイ２１と、ＰＤ（フォトダイオード）アレイ２２と、サブ基板２３と、第１のファイバアレイ２４と、第２のファイバアレイ２５と、ファイバコネクタ２６と、ドライバＩＣ２７とを有する。ＬＤアレイ２１、ＰＤアレイ２２、サブ基板２３、第１のファイバアレイ２４およびドライバＩＣ２７は、シリコン基板２０上に実装される。

【0039】

シリコン基板２０は、例えば、上面から底面に貫通するシリコン貫通電極（through-silicon via：ＴＳＶ）が設けられ、底面に集中配置された半田バンプを介して図示しない回路基板に電気的に接続される、ＴＳＶ型の基板である。あるいは、シリコン基板２０は、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）型の基板でもよい。

【0040】

ＬＤアレイ２１は、それぞれが赤色、緑色または青色の同じ色のレーザ光を出射する複数のダイレクトレーザである。光モジュール１１ＲのＬＤアレイ２１は複数の第１の光素子の一例であり、すべて赤色のレーザ光を出射する。光モジュール１１ＧのＬＤアレイ２１は複数の第２の光素子の一例であり、すべて緑色のレーザ光を出射する。光モジュール１１ＢのＬＤアレイ２１は複数の第３の光素子の一例であり、すべて青色のレーザ光を出射する。ＬＤアレイ２１は、ドライバＩＣ２７からの電流供給により駆動される。また、ＬＤアレイ２１は、ＭＥＭＳミラー３２に同期した強度出力となるように、個々に変調されている。

【0041】

ＬＤアレイ２１は、シリコン基板２０の上面に設けられたマイクロバンプを介して、シリコン基板２０上に表面活性化接合で実装される。表面活性化接合とは、物質表面を覆っている酸化膜、塵（コンタミ）などの不活性層をＡｒ（アルゴン）プラズマ処理などで取り除いて活性化し、表面エネルギーの高い原子同士を接触させ、高荷重を加えることで原子間の凝着力を利用して常温で接合させることをいう。

【0042】

あるいは、ＬＤアレイ２１を赤外領域のレーザとして、それぞれに光結合されるようにＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）アレイ（図示せず）を設けて、それぞれのＬＤ素子で生成された光を、対応する色のレーザ光に波長変換して出射してもよい。光結合とは、一方の光素子から出射された光を他方の光素子に直接入射できるように、相互に位置関係が定められていることをいう。

【0043】

ファイババンドルコンバイナ１２でＲＧＢ３本の光ファイバ列を１０組積層させて束ねることから、ＬＤアレイ２１は、対応する色のレーザ光を出射するＬＤ素子を最低１０個含む必要がある。ＬＤ素子には一定の割合で不良品が含まれるが、ＬＤアレイ２１をベアチップとする場合には、各素子をすべて実装した状態でないと動作確認ができない。このため、バーンイン（通電動作エージング）後に不良品を排除できるようにするために、ＬＤアレイ２１には１０個以上のＬＤ素子を含めて、ある程度の冗長性をもたせる。

【0044】

光通信用のレーザモジュールとは異なり、レーザディスプレイ用のレーザモジュールでは、波長帯域（ＲＧＢ）が広い。このため、ＲＧＢの各色レーザで、材料、組成および構造を変える必要があり、ウェハサイズも異なる。したがって、色ごとにＬＤ素子の不良率が異なるため、色ごとの歩留まりの違いを考慮して、光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの素子数を決める必要がある。例えば、体積ディスプレイ１のレイヤ数に対応する１０個の良品を安定的に得るためには、ＬＤアレイ２１の素子数を色ごとに変化させる必要がある。そこで、光源部１０では、例えば、光モジュール１１Ｒ（赤色レーザ）では１７個、光モジュール１１Ｇ（緑色レーザ）では１５個、光モジュール１１Ｂ（青色レーザ）では１６個というように、ＬＤアレイ２１の素子数を色ごとに変化させる。

【0045】

例えば、ＬＤアレイ２１の素子数が１５個であれば、バーンイン工程で最大５個の不良品が生じても、光モジュールとしては良品になる。このように、ＬＤアレイ２１に冗長性を持たせることにより、光モジュール１１の歩留まりが改善される。

【0046】

ＰＤアレイ２２は、ＬＤアレイ２１の各素子に対応して、レーザ光の出射方向に対する各ＬＤ素子の背面側に設けられる複数のフォトダイオードである。ＰＤアレイ２２の各素子は、対応するＬＤ素子の後方光を受光し、その光量をモニタする。ＰＤアレイ２２も、ＬＤアレイ２１と同様に、シリコン基板２０上に表面活性化接合で実装される。

【0047】

ＬＤ素子は、経年変化により電流・光出力特性が変動するため、出力を一定に保つためには、光量をモニタしフィードバック制御を行うことが好ましい。そこで、光モジュール１１では、各ＬＤ素子の光量が一定に保たれるように、各ＬＤ素子の光量をＰＤアレイ２２がモニタし、各ＬＤ素子に供給する駆動電流を検出された光量に応じてドライバＩＣ２７が制御する。

【0048】

サブ基板２３は、第１のファイバアレイ２４を保持するための溝が下面に形成された、例えば「コ」の字型の基板である。サブ基板２３は、シリコン基板２０に接合され、第１のファイバアレイ２４の端部を固定する。サブ基板２３には、シリコン基板またはガラス基板が用いられる。サブ基板２３も、ＬＤアレイ２１と同様に、シリコン基板２０上に表面活性化接合で実装される。サブ基板２３の端部には、結合部材としてＧＩ（Graded Index）レンズを一体的に設けてもよい。また、サブ基板２３には、「コ」の字型の基板に代えてＶ溝基板を用いてもよい。

【0049】

第１のファイバアレイ２４は、ＬＤアレイ２１から出射されたレーザ光をそれぞれ導波する、当該波長におけるフィウモードまたはシングルモードの光ファイバである。サブ基板２３がシリコン基板２０に接合された状態で、第１のファイバアレイ２４の端部は、ＬＤアレイ２１の各素子に光結合される。第１のファイバアレイ２４の本数は、ＬＤアレイ２１の素子数と同じである。例えば、光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂでは、ＬＤアレイ２１の素子数をそれぞれ１７個，１５個，１６個としているから、第１のファイバアレイ２４もそれぞれ１７本，１５本，１６本とする。また、ＬＤアレイ２１の各素子との調芯を容易にするため、第１のファイバアレイ２４には、例えば６μｍなど、口径が比較的大きいものを用いる。

【0050】

第２のファイバアレイ２５は、ファイバコネクタ２６を介して一端が第１のファイバアレイ２４に光結合され、ＬＤアレイ２１からのレーザ光を光モジュール１１の外部にそれぞれ出射する、当該波長におけるフィウモードまたはシングルモードの光ファイバである。光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの第２のファイバアレイ２５は、図４に示したファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂにそれぞれ相当する。光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの第２のファイバアレイ２５は、ファイバコネクタ２６とは反対側の端部がファイババンドルコンバイナ１２により固定され、その端部から、対応する色のレーザ光をそれぞれ出射する。

【0051】

第２のファイバアレイ２５の本数は、体積ディスプレイ１のレイヤ数に対応する１０本である。第２のファイバアレイ２５の本数は、体積ディスプレイ１のレイヤ数で決まるため、第１のファイバアレイ２４の本数とは異なり、光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂで同じである。

【0052】

第１のファイバアレイ２４の本数にはＬＤアレイ２１の素子数に合わせて冗長度をもたせているから、第２のファイバアレイ２５の本数は、第１のファイバアレイ２４の本数より少ない。したがって、第２のファイバアレイ２５は、ファイバコネクタ２６を介して第１のファイバアレイ２４に選択的に接続される。第２のファイバアレイ２５の接続先は、光モジュール１１の製造過程において、バーンインによりＬＤアレイ２１の不良品を排除するときに、良品のＬＤ素子のみに接続されるように選択される。

【0053】

また、第２のファイバアレイ２５には、例えば４μｍなど、第１のファイバアレイ２４より口径が小さいものを用いる。モードフィールド径を変換することにより、ＬＤアレイ２１側の第１のファイバアレイ２４は調芯し易いように大きな径（例えば６μｍ）のファイバとし、一対一の投射系を用いる場合は、眼球側の第２のファイバアレイ２５は、にじみのない画像が表示されるように網膜の視細胞に合わせたファイバ径（例えば４μｍ）とする。

【0054】

光モジュール１１Ｒの第１のファイバアレイ２４と第２のファイバアレイ２５は、複数の第１の光ファイバの一例である。光モジュール１１Ｇの第１のファイバアレイ２４と第２のファイバアレイ２５は、複数の第２の光ファイバの一例である。また、光モジュール１１Ｂの第１のファイバアレイ２４と第２のファイバアレイ２５は、複数の第３の光ファイバの一例である。

【0055】

ファイバコネクタ２６は、第１のファイバアレイ２４と第２のファイバアレイ２５を接続するコネクタである。ファイバコネクタ２６には、市販の一般的な構造のものを用いてよい。

【0056】

ドライバＩＣ２７は、シリコン基板２０の上面に半田で実装される。ドライバＩＣ２７は、ＬＤアレイ２１などを駆動する機構であり、少なくとも、ＬＤアレイ２１の駆動に必要な電流供給を制御する機構を含む。ドライバＩＣ２７は、デジタルインタフェースを実装していることが好ましく、また制御部としてＣＰＵやメモリなどのコア部分を含んでいればなおよい。

【0057】

図６は、光モジュール１１の製造工程を示したフローチャートである。まず、ドライバＩＣ２７をシリコン基板２０に半田接合する（ステップＳ１）。その後で、ＬＤアレイ２１およびＰＤアレイ２２を、パッシブアライメントによりシリコン基板２０に表面活性化接合する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、例えば、シリコン基板２０やＬＤアレイ２１、ＰＤアレイ２２に設けられたアライメントマークの位置を合わせることにより、シリコン基板２０に対するＬＤアレイ２１およびＰＤアレイ２２の位置を決定する。このように、先に半田接合し、その後で表面活性化接合することにより、ＬＤアレイ２１などの光素子に熱影響を及ぼさないように各素子を実装する。

【0058】

この状態でバーンインを行い、ＬＤアレイ２１に不良品が含まれるか否かを確認する（ステップＳ３）。次に、第１のファイバアレイ２４をサブ基板２３に固定し、両者をアクティブアライメントによりシリコン基板２０に表面活性化接合する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、シリコン基板２０とサブ基板２３の相対位置を変化させながらＬＤアレイ２１からレーザ光を出射させ、第１のファイバアレイ２４を通して出射される光の強度に基づいて、シリコン基板２０に対するサブ基板２３の位置を決定する。さらに、接着剤を用いて、サブ基板２３の接合を補強する（ステップＳ５）。

【0059】

そして、第１のファイバアレイ２４のうち、ステップＳ３で良品と確認されたＬＤ素子に接続されている光ファイバの中から、体積ディスプレイ１のレイヤ数に対応する１０本を選択する（ステップＳ６）。第１のファイバアレイ２４のうちステップＳ６で選択された１０本の光ファイバに、ファイバコネクタ２６を介して第２のファイバアレイ２５を接続する（ステップＳ７）。これで、光モジュール１１の製造工程は終了する。

【0060】

なお、ステップＳ４で第１のファイバアレイ２４とサブ基板２３をシリコン基板２０に実装した後に、ステップＳ３のバーンインを行ってもよい。

【0061】

このように、光モジュール１１では、ＬＤ素子と光ファイバをアレイ化することにより、ＬＤ素子と光ファイバを一度に調芯できるという利点がある。また、光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂで色別のＬＤアレイ２１をシリコン基板２０に実装することにより、ＲＧＢの各色で個別に、通常のＬＤ素子のようにＬＤ素子をバーンインすることができる。そして、ＬＤアレイ２１に冗長性をもたせ、シリコン基板２０への実装後にバーンインできるようにすることにより、光モジュール１１の歩留まりが改善される。

【0062】

また、光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂをレーザの色別に設けることにより、各色レーザの材料や、組成、構造などによる不良率に応じて、ＬＤアレイ２１の冗長性を変化させることができる。これにより、例えば、赤色レーザは材料が安価なので冗長性を高くしてもよいが、緑色レーザと青色レーザは材料が高価なので冗長性をなるべく抑えたいという要望にも、柔軟に対応することが可能になる。

【0063】

以下では、光源部１０から出射される１０組のＲＧＢレーザ光の結像位置を体積ディスプレイ１の１０層のレイヤに対応するように前後させる具体的な方法について説明する。

【0064】

複数のレイヤへの投影を実現するためには、次の２通りの方法がある。１つ目の方法は、各レイヤに対応するＲＧＢ３本の光ファイバ列の出射端面が投射レンズ３１から同一距離となるように、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの出射端面を、各色レーザ光の出射方向に対して斜めに研磨するというものである。すなわち、１つ目の方法では、レーザ光の出射端面から投影面までの距離が光ファイバ列ごとに異なるように、各ファイバの端部がファイババンドルの長手方向に対して斜めに研磨される。また、２つ目の方法は、ＲＧＢ３本ずつの各光ファイバ列からのレーザ光の拡散角を異ならせるように、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの投射レンズ３１側の先端にＧＩファイバを融着させるというものである。以下では、これらの２つの方法を順に説明する。

【0065】

まず、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの出射端面を、各色レーザ光の出射方向に対して斜めに研磨する１つ目の方法について説明する。この場合、ファイババンドルコンバイナ１２により束ねられる各ファイバの配置によって、研磨の方向が異なる。

【0066】

図７は、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの第１の配置例を示す図である。図７では、ファイババンドルコンバイナ１２で束ねられたファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの端部の断面を示している。第１の配置例は、各ファイバがその長手方向に垂直な断面上で正方格子を形成するように、ファイババンドルコンバイナ１２がファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを束ねてファイババンドルを形成した場合である。正方格子の場合、１つのレイヤに対応する各光ファイバ列２８の配置方向は、図７に矢印で示したファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの配置方向に対して垂直である。すなわち、正方格子の場合は、図７における垂直方向に同じ順序で並んだＲＧＢの光ファイバ列２８が、各ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの配列方向に、１０レイヤ分積層されている。

【0067】

図８は、第１の配置例におけるファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの出射端面の方向を示す図である。図８に矢印で示したように、各光ファイバ列２８に含まれるＲＧＢの光ファイバの出射光軸は、同一平面内に同じ順序で平行に配置されている。

【0068】

図３（Ｂ）を用いて説明したことから、１つのレイヤに結像するＲＧＢは、出射点から投射レンズ３１までの距離を同じにする必要がある。そこで、１つのレイヤに対応する光ファイバ列２８の出射端面が投射レンズ３１に対して同じ距離になるように、ファイババンドルを斜めに研磨する。すなわち、図７に１〜１０の番号で示した各光ファイバ列２８について、出射端面から投射レンズ３１までの距離が同じになるように、ファイババンドルを斜めに研磨する。図８に示した各ファイバの長手方向に垂直な断面に対するファイバの出射端面の角度αは、ファイバの屈折率により決まるが、後述するように、４２度程度であることが好ましい。このファイババンドルから出射される各色レーザ光を投射レンズ３１にて位置・角度変換し、ＭＥＭＳミラー３２で２次元方向に走査することにより、体積ディスプレイ１の各レイヤに画像が投影される。

【0069】

図９は、斜めに研磨された各ファイバの出射端面での屈折について説明するための図である。図９を用いて、各光ファイバの出射端面の好ましい角度について説明する。

【0070】

図９では、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂのうちの１本の光ファイバ２５１について、出射端面（界面）付近を拡大して示している。シングルモードファイバ（ＳＭＦ）のコア材料は例えば石英ガラスであり、界面では、石英ガラスから空気中にレーザ光が出射される。コア部分の等価屈折率をｎ_ｇ、入射角をθ_ｇ、空気の屈折率をｎ_ａ、出射角をθ_ａとおくと、スネルの法則より、
ｎ_ｇ・ｓｉｎθ_ｇ＝ｎ_ａ・ｓｉｎθ_ａ （１）
が成り立つ。ここで、ｎ_ａ＝１とすると、式（１）から、
ｓｉｎθ_ａ＝ｎ_ｇ・ｓｉｎθ_ｇ （２）
となる。また、ファイババンドルコンバイナ１２の先端角をθ_ｔとおくと、図９から、
θ_ｇ＝π／２−θ_ｔ （３）
となる。先端角θ_ｔは、光ファイバ２５１の長手方向に対する出射端面の角度であり、図８の角度αとはθ_ｔ＋α＝π／２の関係がある（すなわち、θ_ｇ＝αである）。式（３）を式（２）に代入し、ｓｉｎθ_ａ＜１を考慮すると、
ｃｏｓθ_ｔ＜１／ｎ_ｇ （４）
となる。

【0071】

例えばｎ_ｇ＝１．４３の場合は、式（４）よりｃｏｓθ_ｔ＜０．６９９であるため、
θ_ｔ＞４５．６３ｄｅｇ
が、界面で全反射が起こらない条件となる。同様に、ｎ_ｇ＝１．４６の場合は、
θ_ｔ＞４６．７７ｄｅｇ
が、ｎ_ｇ＝１．５の場合は、
θ_ｔ＞４８．１９ｄｅｇ
が、界面で全反射が起こらない条件となる。

【0072】

光ファイバ列ごとに異なる奥行き位置に結像されるレーザ光を出射するためには、ファイババンドルコンバイナ１２の先端角θ_ｔはなるべく小さい方が好ましい。しかしながら、ファイババンドルコンバイナ１２の先端角θ_ｔは、波長にもよるが、使用する光ファイバの所定波長における等価屈折率から、式（４）の条件を満たすように選ぶ必要がある。例えば、ＧｅＯ_２ドープの石英系ファイバを使用する場合には、そのコア部分の等価屈折率ｎ_ｇは、１．４６３〜１．４６７（１．５５μｍ）程度である。したがって、石英系ファイバを使用する場合には、ファイババンドルコンバイナ１２の先端角θ_ｔは、余裕を見て、４８度（ｄｅｇ）程度であることが好ましい。すなわち、図８の角度αでいうと、４２度程度が好ましい。

【0073】

なお、θ_ａが９０度になるときのθ_ｇは臨界角であり、θ_ｇが臨界角以上の大きさであると、空間を遠くに伝搬する透過光は理論的には無いため、界面で全反射となる。

【0074】

図１０は、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの第２の配置例を示す図である。図１０でも、ファイババンドルコンバイナ１２で束ねられたファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの端部の断面を示している。第２の配置例は、各ファイバがその長手方向に垂直な断面上で六方最密格子を形成するように、ファイババンドルコンバイナ１２がファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを束ねてファイババンドルを形成した場合である。上記の正方格子は最も単純な配置であるが、隣接する２×２の４本のファイバのコアを頂点とする正方形を考えると、その縦横方向のコアに対して対角線方向のコアは√２倍離れているため、その分余分に隙間ができる。第２の配置例のように六方最密格子とすれば、各ファイバが最密充填配置されるため、同じ本数のファイバをアレイ化して積層する際に、ファイババンドルの断面積を最小にすることができる。

【0075】

六方最密格子の場合、１つのレイヤに対応する各光ファイバ列２８の配置方向は、図１０に矢印で示したファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの配置方向に対して６０度傾いている。すなわち、六方最密格子の場合は、図１０において斜めの方向に同じ順序で並んだＲＧＢの光ファイバ列２８が、各ファイバの長手方向に垂直な断面上で各ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの配置方向に対して６０度傾いた方向に、１０レイヤ分積層されている。

【0076】

図１１は、第２の配置例におけるファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの出射端面の方向を示す図である。図１１に矢印で示したように、六方最密格子の場合も、各光ファイバ列２８に含まれるＲＧＢの光ファイバの出射光軸は、同一平面内に同じ順序で平行に配置されている。

【0077】

六方最密格子の場合も、正方格子の場合と同様に、１つのレイヤに対応する光ファイバ列２８の出射端面が投射レンズ３１に対して同じ距離になるように、ファイババンドルを斜めに研磨する。すなわち、図１０に１〜１０の番号で示した各光ファイバ列２８について、出射端面から投射レンズ３１までの距離が同じになるように、ファイババンドルを斜めに研磨する。図１１に示した各ファイバの長手方向に垂直な断面に対するファイバの出射端面の角度αは、ファイバの屈折率により決まるが、正方格子の場合と同様に、４２度程度であることが好ましい。このファイババンドルから出射される各色レーザ光を投射レンズ３１にて位置・角度変換し、ＭＥＭＳミラー３２で２次元方向に走査することにより、体積ディスプレイ１の各レイヤに画像が投影される。

【0078】

図１２は、斜めに研磨されたファイババンドルと投射レンズ３１の位置関係を示す図である。図１２では、光モジュール１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの第２のファイバアレイ２５のうち、５本だけを示している。図１２に示すように、ファイババンドルを斜めに研磨すると、各色レーザ光は斜めに出射される。しかしながら、出射端面の傾きが一定なので、各色レーザ光はすべて同じ方向に出射され、各ＲＧＢの投影点は投影面上で等間隔に並ぶ。したがって、図１２に示すように、各ファイバの長手方向に対して斜めの位置に投射レンズ３１を配置することにより、斜めの研磨を行わない場合と同様に、各色レーザ光を投射レンズ３１にて位置・角度変換することができる。

【0079】

ここで、各ファイバの出射端面を斜めに研磨する１つ目の方法におけるファイババンドルコンバイナ１２の構造と製造方法について、図１３と図１４を用いて説明する。なお、上記では、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂはそれぞれ１０本の光ファイバで構成されるものとして説明してきたが、図１３および図１４では、簡単のため、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂとして３×４本のシングルモードファイバアレイを設ける場合の例を説明する。

【0080】

図１３は、各ファイバの出射端面を斜めに研磨する場合のファイババンドルコンバイナ１２の構造を模式的に示した斜視図である。また、図１４は、図１３に示したファイババンドルコンバイナ１２の製造方法の例を示したフローチャートである。

【0081】

まず、例えばダイシングマシンなどを使用して、ファイババンドルコンバイナ１２の材料となる石英ガラス１２ａを所定の幅および深さにハーフダイシングすることにより、石英ガラス１２ａに矩形溝１２１を形成する（ステップＳ１１）。次に、３×４本のシングルモードファイバアレイ２５’を矩形溝１２１に挿入し（ステップＳ１２）、ＵＶ接着剤を矩形溝１２１に浸透させる（ステップＳ１３）。続いて、ステップＳ１３で得られた石英ガラス１２ａの先端に、予めＵＶ接着剤を薄く塗布した石英ガラスのカバー１２ｂを被せる（ステップＳ１４）。そして、治具にて石英ガラス１２ａを固定し、紫外線照射により、カバー１２ｂおよび矩形溝１２１内の各ファイバを固定する（ステップＳ１５）。

【0082】

次に、ステップＳ１５で得られた石英ガラス１２ａを所定の箇所にて所定の角度で切断し、その後、上記の先端角θ_ｔを有する面を出すように石英ガラス１２ａを研磨する（ステップＳ１６）。最後に、必要に応じて、研磨された石英ガラス１２ａの先端部分に対し、使用波長に合った反射防止（ＡＲ）コーティングを行う（ステップＳ１７）。これにより、図１３に示すような、各ファイバの出射端面が斜めに研磨されたファイババンドルを形成するファイババンドルコンバイナ１２が得られる。

【0083】

なお、図１４のステップＳ１１〜１４については、大判の石英基板の状態で、一度に複数本を同時加工してもよい。その場合、ステップＳ１６の工程にて、石英基板を切断することにより、単個のファイババンドルコンバイナ１２が得られる。

【0084】

次に、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの投射レンズ３１側の先端にＧＩファイバを融着させる２つ目の方法について説明する。

【0085】

図１５は、ＧＩファイバ２９がそれぞれ先端に融着されたファイババンドルの模式図である。図１５では、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂが、断面上で正方格子を形成するように配置されている。各ファイバの配置は、六方最密格子でもよい。

【0086】

図１５に示すように、各ファイバの先端には、１つのレイヤに対応する光ファイバ列２８ごとに異なる長さのＧＩファイバ２９が融着されている。同じレイヤに対応する、各光ファイバ列２８について、各ＧＩファイバ２９の長さは同じである。各ＧＩファイバ２９は、先端が斜めに研磨されておらず、各ファイバの長手方向に対して垂直な出射端面を有する。ＧＩファイバを融着させる場合、ファイババンドルは、各ＧＩファイバ２９の出射端面から投射レンズ３１までの距離がすべて同じになるように、各ファイバの出射端面が揃えられる。

【0087】

このようなファイババンドルを形成するには、まず、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂとなる各ファイバの先端にＧＩファイバを融着したものを複数作成する。そして、各光ファイバ列２８に対応する光ファイバごとに融着位置をずらして配置し、固定する。その状態で、各ＧＩファイバの先端を研磨して長さを調整する。これにより、光ファイバ列２８ごとにＧＩファイバ２９の長さが異なるファイババンドルが形成される。

【0088】

ＧＩファイバ２９はマルチモードファイバであり、ファイバアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの各ファイバよりコアが太い。このため、ＧＩファイバ２９の長さに応じて、出射端面から出射されるときの各色レーザ光の拡散角が変わる。１つの光ファイバ列２８の各ファイバは、同じ長さのＧＩファイバ２９が融着されているため、同じ拡散角を有する。そして、光ファイバ列２８ごとにＧＩファイバ２９の長さが異なることから、拡散角は光ファイバ列２８ごとに異なる。したがって、図１５の例では、１０層の異なる拡散角を有するファイババンドルが形成される。

【0089】

各光ファイバ列２８の拡散角が異なるため、ファイババンドルから出射される各色レーザ光を投射レンズ３１にて位置・角度変換し、ＭＥＭＳミラー３２で２次元方向に走査することにより、体積ディスプレイ１の各レイヤに画像を投影することができる。このため、ファイババンドルを斜めに研磨しなくても、体積ディスプレイ１のレイヤに合わせて結像位置を変えることができ、光ファイバ列２８ごとにファイバの長さを変えた（出射端面の位置を投射レンズ３１に対して前後させた）ときと同じ効果が得られる。

【0090】

なお、光ファイバ列２８ごとにＧＩファイバの長さを変える代わりに、すべて同じ長さで屈折率がそれぞれ異なるＧＩファイバを用いてもよい。

【0091】

上記した２つの方法により、体積ディスプレイ１では、光源部１０から出射される１０組のＲＧＢレーザ光の結像位置を１０層のレイヤに対応するように前後させる。これにより、ファイババンドルコンバイナにより束ねられたファイババンドルから各色レーザ光を出射することにより光の利用効率を高め、マルチカラー化された立体画像を投影する投影装置を実現することが可能になる。

【符号の説明】

【0092】

１ 体積ディスプレイ
１０ 光源部
１１，１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ 光モジュール
１２ ファイババンドルコンバイナ
２１ ＬＤアレイ
２４，２５，２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ ファイバアレイ
２８ 光ファイバ列
３０ 投影部
３１ 投射レンズ
３２ ＭＥＭＳミラー

【要約】

光の利用効率を高め、異なる奥行き位置でＲＧＢの各色レーザ光が結像するように配置された光ファイバアレイを有する光源装置を提供する。光源装置は、赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ生成する複数の光素子と、複数の光素子からの赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれ導波する複数の第１、第２および第３の光ファイバと、複数の第１〜第３の光ファイバのうちの１本ずつを含む光ファイバ列が複数個積層されるように複数の第１〜第３の光ファイバの端部を固定してファイババンドルを形成するファイババンドルコンバイナとを有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】