特許 6028633 レーザ光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6028633

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】レーザ光源装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 19/00 20060101AFI20161107BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20161107BHJP

   G02B 27/01 20060101ALI20161107BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20161107BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20161107BHJP

【ＦＩ】

   G02B19/00

   G03B21/14 A

   G02B27/01

   G02B27/02 Z

   B60K35/00 A

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-52861(P2013-52861)

(22)【出願日】2013年3月15日

(65)【公開番号】特開2014-178525(P2014-178525A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2015年10月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】308036402

【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 文彦

【審査官】 森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１８０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２４９０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４８２６５８５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００２−２８７０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５２４４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ３５／００

Ｇ０２Ｂ １９／００

Ｇ０２Ｂ ２１／００ − ２１／３６

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

Ｇ０３Ｂ ２１／１４ − ２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を射出する光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出されたレーザ光を平行光にするとともに、その平行光となったレーザ光を収束させるレンズユニットと、
前記レンズユニットで収束されたレーザ光における迷光成分を遮断する絞りと、
前記絞りを通過したレーザ光を、再度、前記絞りを通過するよう反射させるミラーと
を備えることを特徴とするレーザ光源装置。

【請求項2】

前記絞りは、前記ミラーに重ねて設置される
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。

【請求項3】

前記ミラーは、前記絞りから所定間隔を空けて設置される、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。

【請求項4】

前記レンズユニットは、前記光源ユニットから射出されたレーザ光を平行光にする第１のコリメータレンズと、前記第１のコリメータレンズで平行光にされたレーザ光を収束させる第２のコリメータレンズとを含み、
前記第２のコリメータレンズは、前記第１のコリメータレンズよりも開口数が小さいレンズである
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のレーザ光源装置。

【請求項5】

前記レンズユニットにおける絞り側から見た結像倍率は、前記レンズユニットにおける前記光源ユニットから見た結像倍率よりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のレーザ光源装置。

【請求項6】

前記絞りは複数個の開口部を有し、
前記ミラーで反射されたレーザ光は、前記レンズユニットから前記ミラーに向かうレーザ光が通過した開口部とは異なる開口部を通過する
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源装置。

【請求項7】

前記絞りにおけるレーザ光を通過させる開口部は、
前記レーザ光のエアリーディスクの直径に基づいた大きさで形成されたピンホールである
ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のレーザ光源装置。

【請求項8】

前記絞りにおけるレーザ光を通過させる開口部は楕円形に形成されたピンホールである
ことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載のレーザ光源装置。

【請求項9】

前記絞りにおけるレーザ光を通過させる開口部は、
前記レンズユニットから前記折り曲げミラーに向かうレーザ光の光軸方向、または前記折り曲げミラーから、前記折り曲げミラーにより反射されたレーザ光を概略平行光または収束光にするコリメータレンズに向かうレーザ光の光軸方向から見たときに、前記エアリーディスクの直径に基づいた大きさになるように、楕円形状に形成されたピンホールである
ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ光源装置。

【請求項10】

前記絞りにおけるレーザ光を通過させる開口部は、スリットである
ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のレーザ光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光を射出するレーザ光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、画像データに基づいて変調されたレーザ光で投射面を走査して、画像を表示する表示装置がある。

【0003】

従来の表示装置に用いられるレーザ光源装置では、例えばレーザーダイオード（以下、「ＬＤ」と称する）が光源ユニットとして用いられ、ＬＤチップから射出されたレーザ光がコリメータレンズで概略平行光にされる。概略平行光にされたレーザ光は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）などを含む光学系に入射され、小型スキャンミラーで投射面を二次元的に走査するよう反射される。

【0004】

このタイプの表示装置は、モバイル機器用のプロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイや自動車用のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）などに多く用いられ、いずれも光学系が小型であることが要求される。

【0005】

ここで光源ユニットに用いられるＬＤチップはその左右両端に劈開面が設けられており、ＬＤチップ内の活性層から誘導放出された光が両劈開面で反射し合うことで発振が起こる。そして、発振された光がハーフミラーとなっている一方の劈開面の発光部からレーザ光（正常光）として放出される。

【0006】

このとき、発振に携わらなかった光は本来の発光源である発光部以外のところから迷光成分として放出される。

【0007】

ＬＤチップの活性層の厚みは１μｍ以下であり、正常光は非常に狭い面積の発光部から射出されるので、ここから射出された正常光は点光源としてみなすことができ、コリメータレンズなどで有効に収束させることができる。

【0008】

しかし、ＬＤチップの劈開面は幅３００μｍ程度、高さ１００μｍ程度と活性層に比べて相当に広いため、発光部以外の劈開面から放出された迷光成分は面発光となり有効に収束させることができない。

【0009】

そのため迷光成分が様々な経路で反射屈折して投射面上に到達し、形成される画像情報のコントラストを低下させることになる。

【0010】

これに鑑み、発光部の位置および大きさに対応した開口部を有する絞りをＬＤチップの近傍に設置することにより、発光部以外から放出される迷光成分を有効に遮断することが考えられる。

【0011】

しかし、実際にはＬＤチップは大気暴露を防止するために缶パッケージ等に入っているものが多く、近傍に絞りを設置することができない。また、ＬＤチップから少し離れたところに径の大きな絞りを設置すると、迷光成分の遮断効率が低下してしまう。

【0012】

このような場合、共焦点光学系と呼ばれるレイアウトの光学系を利用することにより、迷光成分を有効に遮断することができる。

【0013】

共焦点光学系を利用したレーザ光源装置では、ＬＤチップの発光部と共役関係となる位置に絞りを設置することにより、ＬＤチップの発光部から放出されてコリメータレンズで絞り込まれた光が、当該絞りの開口部（ピンホール）に重なる位置で収束される。その後コリメータレンズで概略平行光に戻され、投射面の走査のためにスキャンミラーに導かれる。

【0014】

このとき、迷光成分は絞りに当たって遮断されるため、ＬＤチップの近傍に発光部以外を覆う絞りを配置するような場合と同様の高い効果で、迷光成分を遮断することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開平７−１０４１８７号公報

【特許文献2】特表平１−５０３４９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかし上述したように共焦点光学系を利用した場合、レーザ光を絞りの開口部に絞り込むコリメータレンズと、開口部を通過した後のレーザ光を平行光に戻すコリメータレンズとの２つのレンズを光軸方向に直線状に配置するため光学系が光軸方向に長くなり、小型化が強く要求されるモバイル機器等には適さないという問題があった。

【0017】

よって本発明は、光学系を小型化しつつ、レーザ光の迷光成分を効果的に遮断することが可能なレーザ光源装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成するための本発明のレーザ光源装置（１）は、レーザ光を射出する光源ユニット（１１）と、前記光源ユニットから射出されたレーザ光を平行光にするとともに、その平行光となったレーザ光を収束させるレンズユニット（２０、３０）と、前記レンズユニットで収束されたレーザ光における迷光成分を遮断する絞り（４０）と、前記絞りを通過したレーザ光を、再度、前記絞りを通過するよう反射させるミラー（５０）とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明のレーザ光源装置によれば、光学系を小型化しつつ、レーザ光の迷光成分を効果的に遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１実施形態におけるレーザ光源装置の構成を示す全体図である。

【図2】本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置の光源ユニットとして用いられるＬＤチップの構造を示す外観斜視図、および発光される光の像の拡大図である。

【図3】本発明の第１実施形態におけるレーザ光源装置のＬＤチップから発光された正常光および迷光成分の光路を示す説明図である。

【図4】本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置の絞り上の、発光ユニットから放出された光成分の入射位置を示した模式図である。

【図5】従来のレーザ光源装置のＬＤチップから発光された正常光および迷光成分の光路を示す説明図である。

【図6】従来の共焦点光学系を用いたレーザ光源装置の構成を示す全体図である。

【図7】従来の他の形態の共焦点光学系を用いたレーザ光源装置の構成を示す全体図である。

【図8】本発明の第１実施形態におけるレーザ光源装置の変形例の構成を示す全体図である。

【図9】本発明の第１実施形態におけるレーザ光源装置の変形例の絞りを示す正面図である。

【図10】本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置の構成を示す全体図である。

【図11】本発明の第１実施形態または第２実施形態によるレーザ光源装置の他の変形例の絞りを示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

〔第１実施形態によるレーザ光源装置〕
本発明の第１実施形態によるレーザ光源装置について、図１を参照して説明する。

【0022】

本実施形態によるレーザ光源装置１は、レーザ光を射出するＬＤチップ１１を備えたＬＤ１０を光源ユニットとして備え、ＬＤチップ１１から射出されるレーザ光の光軸方向に、第１のコリメータレンズ２０および第２のコリメータレンズ３０で構成されるレンズユニットと、絞り４０と、折り曲げミラー５０とが配置されている。

【0023】

ＬＤチップ１１は図２に示すように、発光する中心の層である活性層１２と、活性層１２の下側のＮ型半導体層１３と、活性層１２の上側のＰ型半導体層１４とを有している。

【0024】

またＬＤチップ１１の左右両端にはそれぞれ劈開面１５ａ、１５ｂが設けられている。活性層１２から誘導放出された光はＬＤチップ１１の両端の劈開面１５ａ、１５ｂで反射し合い、これにより光軸方向に共振器が形成される。そしてこの共振器長に合った定在波が生ずることで発振が起こり、ハーフミラーとなっている一方の劈開面１５ａの発光部１６からレーザ光（正常光１７）として射出される。

【0025】

このとき、発振に携わらなかった光は劈開面１５ａ、１５ｂや半導体層の界面で反射され、本来の発光源である劈開面１５ａの発光部１６以外のところからも迷光成分１８として放出される。

【0026】

ＬＤチップ１１の劈開面１５ａから射出された光成分は、第１のコリメータレンズ２０により概略平行光にされた後、第２のコリメータレンズ３０により収束される。なお、第１のコリメータレンズ２０によって完全な平行光にしなくともよく、完全な平行光でなくとも、光学系を小型化しつつ、レーザ光の迷光成分を効果的に遮断する効果は発揮できる。単に平行光と称する場合、概略平行にされた光も含むものとする。

【0027】

絞り４０は、ピンホールなどの小さな穴で形成された開口部４１を有し、折り曲げミラー５０の反射面側に重ねて設置されている。

【0028】

この絞り４０は、図３に示すように、第２のコリメータレンズ３０により正常光１７が収束される位置に開口部４１が重なり合うように設置される。また絞り４０には、劈開面１５ａの様々な位置から放出された光成分が、開口部４１を含む位置１５ａ’に入射する。図３において、迷光成分１８ａおよび１８ｂは、それぞれ迷光成分１８の一部を成す光成分である。

【0029】

図４は、絞り４０上の、劈開面１５ａの各位置から放出された光成分の入射位置１５ａ’を模式的に示したものである。図４に示すように、発光部１６から射出された正常光１７の入射位置１６’は、絞り４０の開口部４１に重なり合っている。

【0030】

このような位置に絞り４０が設置されることにより、ＬＤチップ１１の発光部１６と絞り４０の開口部４１とが共役の位置関係となり、共焦点光学系が形成される。

【0031】

共焦点光学系が形成されると、第２のコリメータレンズ３０で収束された収束光のうち、発光部１６からの射出による正常光１７の収束光のみが絞り４０を通過し、ＬＤチップ１１の発光部１６以外の劈開面１５ａから放出された迷光成分１８ａ、１８ｂは遮断される。

【0032】

折り曲げミラー５０は、ＬＤチップ１１からのレーザ光の光軸方向に対し反射面が所定角度傾けて設置されている。また絞り４０もこの折り曲げミラーに重ねて設置されている。このような配置により、開口部４１を通過したレーザ光は、折り曲げミラー５０で所定角度折り曲げられて反射する。なお、絞り４０と折り曲げミラー５０とが重ねて配置されているため、絞り４０を通過したレーザ光は、絞りを通過した直後に、折り曲げミラー５０によって、再度、前記絞りを通過するよう反射させられる。

【0033】

折り曲げミラー５０で反射された反射光の光軸方向には第３のコリメータレンズ６０が設置されており、反射光は広がりながら第３のコリメータレンズ６０に入射し概略平行光または収束光にされる。

【0034】

第３のコリメータレンズ６０により平行光または収束光にされたレーザ光はスキャンミラー７０に入射し、画像生成のための走査等に利用される。

【0035】

以上の本実施形態のように構成されたレーザ光源装置１は、共焦点光学系に用いる絞りを折り曲げミラーに重ねて設置することにより、光源ユニットにより照射されたレーザ光から効果的に迷光成分を遮断しつつ、光学系の小型化を実現することができる。

【0036】

ここで本実施形態によるレーザ光源装置１との比較のため、共焦点光学系を用いずに、光源ユニットにより照射されたレーザ光から迷光成分を遮断するレーザ光源装置の例について説明する。

【0037】

共焦点光学系を用いないレーザ光源装置１００は、例えば図５に示すように、ＬＤチップ１１と、ＬＤチップ１１から射出された正常光１７を概略平行にする第１のコリメータレンズ２０との間（ＬＤチップ１１から少し離れた位置）に絞り８０を設置することが考えられる。

【0038】

この場合、発光部１６から射出された正常光１７の最外縁より外に広がる迷光成分１８ａ、いわゆるサイドローブを遮断することは可能である。

【0039】

しかし、正常光１７の最外縁の内側を通って放出されるような迷光成分１８ｂはこの絞り８０の開口部８１を通り抜けるため遮断することができず、画像のコントラストを低下させる要因となってしまう。

【0040】

これに対し本実施形態においては、ＬＤチップ１１の発光部１６と絞り４０の開口部４１とが共役の位置関係となるように共焦点光学系が形成され、ＬＤチップ１１の発光部１６の位置から放出される光が、絞り４０の開口部（ピンホール）４１に重なる位置に収束する。

【0041】

そのため、正常光１７の最外縁の内側を通る迷光成分１８ｂも、図３に示すように絞り４０に当たって遮断される。つまり光学的には、ＬＤチップ１１の近傍に発光部以外を覆う絞りを配置する場合と同様の高い効果で、迷光成分を遮断することができる。

【0042】

また、本実施形態によるレーザ光源装置と、共焦点光学系を用いた従来のレーザ光源装置との光学系の大きさを比較した例を図１、図６、および図７を参照して説明する。

【0043】

図１は本実施形態によるレーザ光源装置１の構成を示し、図６および図７は従来の共焦点光学系を用いたレーザ光源装置１１０、１２０の構成を示す。

【0044】

図６の従来のレーザ光源装置１１０は、折り曲げミラー５０が第３のコリメータレンズ６０の後段に設置されたものである。レーザ光源装置１１０では、ＬＤチップ１１から射出されたレーザ光を第１のコリメータレンズ２０で概略平行光にし、第２のコリメータレンズ３０で絞り込んで絞り４０の開口部４１に通す。その後、第３のコリメータレンズ６０で概略平行光に戻し、折り曲げミラー５０で光軸を折り曲げるように反射してスキャンミラー７０に導く。そして、スキャンミラー７０を駆動させることにより投射面上を走査し、画像情報を生成する。

【0045】

また図７の従来の他の形態のレーザ光源装置１２０は、折り曲げミラー５０が第１のコリメータレンズ２０と第２のコリメータレンズ３０との間に設置されたものである。レーザ光源装置１２０は、ＬＤチップ１１から射出されたレーザ光を第１のコリメータレンズ２０で概略平行にした後、折り曲げミラー５０で光軸を折り曲げるように反射して第２のコリメータレンズ３０に入射させる。その後、第２のコリメータレンズ３０でレーザ光を絞り込んで絞り４０の開口部４１に通し、第３のコリメータレンズ６０、スキャンミラー７０に導く。そして、スキャンミラー７０を駆動させることにより投射面上を走査し、画像情報を生成する。

【0046】

これら従来のレーザ光源装置１１０、１２０はいずれも第２のコリメータレンズ３０と、絞り４０と、第３のコリメータレンズ６０とがレーザ光の光軸方向に直線状に配置されている。

【0047】

ここでは比較のため、レーザ光源装置１、１１０、１２０の中の、対応する第１のコリメータレンズ２０、第２のコリメータレンズ３０、第３のコリメータレンズ６０の径および焦点距離や、折り曲げミラー５０の物理条件は同一とし、各部品間のクリアランスや、光源ユニットと各部品との間の最小クリアランスも同一としている。

【0048】

このような条件の下、図１、図６、および図７に示すように、各レーザ光源装置１、１１０、１２０の光学系の主要部を破線の円で囲むと、図６の従来のレーザ光源装置１１０の光学系主要部の直径が３７．３ｍｍであり、図７の従来の他のレーザ光源装置１２０の光学系主要部の直径が３４．８ｍｍであるのに対し、図１の本実施形態によるレーザ光源装置１の光学系主要部の直径は２３．１ｍｍであり、本実施形態によるレーザ光源装置の光学系が従来に比べ十分に小型化されていることがわかる。

【0049】

本実施形態によるレーザ光源装置１において、絞り４０の開口部４１としてピンホールを形成する場合の、当該ピンホールのサイズおよび形状について説明する。

【0050】

絞り４０に形成するピンホールの直径（開口径）は、第２のコリメータレンズ３０により正常光１７が収束されたときのスポット、いわゆるエアリーディスクの直径とすれば迷光成分を最も効果的に遮断することができる。エアリーディスクの直径は、レーザ光のスポットの光強度を示すガウス分布に基づいて定義される。

【0051】

レーザ光源装置１において、ＬＤチップ１１から射出されたレーザ光のエアリーディスクの直径Ｄ１は、第２のコリメータレンズ３０でレーザ光を収束させるときのＮＡ（開口数）と、当該レーザ光の波長λにより、下記式（１）により算出される。

【0052】

Ｄ１＝１．２２×λ／ＮＡ （１）
上記式（１）により、例えば第１のコリメータレンズ２０で概略平行にされたレーザ光の光束径が５ｍｍ、第２のコリメータレンズの焦点距離が２０ｍｍ程度の場合、エアリーディスクの直径Ｄ１は５μｍ程度になる。しかし、このような相当に小さいサイズ（直径）のピンホールを正確に収束位置にセッティングすることは実用上困難である。

【0053】

一方、ＬＤチップ１１の発光部１６以外の劈開面１５ａから放出される迷光成分１８の像は、数百μｍ程度の大きさになる。これを考慮すると、絞り４０のピンホールの直径は５０μｍ程度としても実際には十分に迷光成分１８を遮断する効果がある。直径５０μｍ程度のピンホールであれば、製造する際の精度があまり高くない場合であっても、適切な位置へのセッティングが容易であり、実用的である。

【0054】

また、折り曲げミラー５０およびこれに重ねられた絞り４０は所定角度傾けて設置されているため、ピンホールを絞り４０上で楕円形状に形成し、レーザ光の入射方向または出射方向から見たときに円形となるようにしてもよい。

【0055】

この場合、図1の紙面奥行き方向を縦方向、折り曲げミラー５０面上で光軸を含む方向を横方向とすると、楕円形のピンホールの短径である縦径をＤ１とし、折り曲げミラー５０および絞り４０への主光線の入射角をθとし、ピンホールの長径である横径をＤｈとすると、横径Ｄｈは下記式（２）により算出される。

【0056】

Ｄｈ＝Ｄ１／ｓｉｎθ （２）
例えば、上述したように直径５０μｍ程度のピンホールで迷光成分を遮断しようとするときには、横径を５０μｍとし、縦径を（５０／ｓｉｎθ）μｍとすることで、レーザ光の入射方向または出射方向から見たときに５０μｍの円形となるようにすればよい。

【0057】

さらに、本実施形態による光源装置１において、第１のコリメータレンズ２０や第２のコリメータレンズ３０の焦点距離について説明する。

【0058】

ＬＤチップ１１から射出されたレーザ光を最初に入射する第１のコリメータレンズ２０は、ＬＤチップ１１からの拡散光を効率良く取り込むために比較的ＮＡの大きなレンズを用いることが好ましい。

【0059】

例えば、第１のコリメータレンズ２０の光束径を５ｍｍにするとき、焦点距離ｆ１＝１０ｍｍのレンズを第１のコリメータレンズ２０として用いれば、ＮＡ＝０．２５となる。

【0060】

これに対し、絞り４０にレーザ光を絞り込む第２のコリメータレンズ３０は、第１のコリメータレンズ２０に比べ、比較的ＮＡの小さなレンズを用いることが好ましい。つまり、第１のコリメータレンズ２０及び第２のコリメータレンズ３０で構成されるレンズユニット全体の光学特性で考えると、絞り４０側から見た結像倍率が、レーザダイオード１０から見た結像倍率よりも大きくなるよう構成することが好ましい。

【0061】

例えば、第１のコリメータレンズ２０の光束径を５ｍｍにするとき、焦点距離ｆ２＝２０ｍｍのレンズを第２のコリメータレンズ３０として用いれば、ＮＡ＝０．１２５となる。

【0062】

このように、第２のコリメータレンズ３０のＮＡが第１のコリメータレンズ２０のＮＡよりも小さくなるように構成する、つまり第１のコリメータレンズ２０の焦点距離ｆ１よりも第２のコリメータレンズ３０の焦点距離ｆ２が長くなるように構成することにより、絞り４０に絞り込まれる劈開面１５ａの像は〔第２のコリメータレンズ３０の焦点距離ｆ２〕／〔第１のコリメータレンズ２０の焦点距離ｆ１〕 との比率（ＮＡの逆比）で拡大される。

【0063】

このように、第１のコリメータレンズ２０の焦点距離と第２のコリメータレンズ３０の焦点距離とが異なる場合のエアリーディスクの直径Ｄ２は、下記式（３）により算出される。

【0064】

Ｄ２＝Ｄ１×ｆ１／ｆ２ （３）
上記の例のようにｆ１＝１０ｍｍとし、ｆ２＝２０ｍｍとすると、ＬＤチップ１１の劈開面１５ａの像は絞り４０に到達したときに２倍に拡大されたエアリーディスクとなる。そのため、ｆ１＝ｆ２のときよりも絞り４０のピンホールも大きくした方が迷光成分を有効に遮断することができ、結果的に組み立て公差を低く抑えることができる。

【0065】

また、図６、図７に示すような従来のレーザ光源装置１１０、１２０では、レーザ光をピンホールに絞り込む第２のコリメータレンズ３０と、ピンホールを通過した後のレーザ光を平行光に戻す第３のコリメータレンズ６０とを光軸方向に直線的に配置するため、第２のコリメータレンズ３０のＮＡを小さくして絞り４０のピンホールへの焦点距離が長くなると、絞り４０のピンホールから第３のコリメータレンズ６０の距離もこれに伴って長くなり、光軸方向にさらに長くなってしまう。

【0066】

しかし、本実施形態のレーザ光源装置１では、絞り４０が重ねられた折り曲げミラー５０でレーザ光を折り返すように構成したため、焦点距離の長いレンズを第２のコリメータレンズ３０に用いても、従来のレーザ光源装置１１０、１２０に比べて部品間の設置距離の延びを半分程度に抑えることができ、小型化を実現することができる。

【0067】

上述したように、焦点距離の長いレンズを第２のコリメータレンズ３０に用いることにより、次のような効果を得ることもできる。

【0068】

一般的に光束をレンズで絞り込むと、そのエアリーディスクのエネルギー密度は高くなるので、焦点面に折り曲げミラー５０を設置する場合、使用する光源のパワーによっては折り曲げミラー５０の反射膜を損傷する可能性もある。

【0069】

上記式（１）で示したように、エアリーディスクの直径Ｄ１は第２のコリメータレンズ３０のＮＡに反比例する。またエアリーディスクの面積は直径Ｄ１の２乗に比例し、エネルギー密度はＮＡの２乗に反比例する。

【0070】

そのため、焦点距離の長いレンズを第２のコリメータレンズ３０に用いることにより、エアリーディスクの面積を拡大させてエネルギー密度を低減させることができ、折り曲げミラー５０の反射膜の損傷を効果的に防止することができる。

【0071】

さらに、図８に示すように、折り曲げミラー５０の位置を絞り４０から所定間隔空けて、第２のコリメータレンズ３０の焦点位置から少し遠くなるようにずらしても、そのずらし量の２乗に比例してエアリーディスクの面積が拡大され、同様にエネルギー密度を効果的に低減させることができる。この場合も、上述したように、絞り４０のピンホールの直径はエアリーディスクの直径ぎりぎりまで小さくしなくても実用上充分に迷光成分を遮断することができる。

【0072】

またこのように折り曲げミラー５０を絞りから所定間隔空けて設置する場合に、図９に示すように絞り４０ａに複数個の開口部（入射用開口部４１ａ、および出射用開口部４１ｂ）を形成しておき、第２のコリメータレンズ３０で収束されたレーザ光は入射用開口部４１ａを通過して折り曲げミラー５０に到達し、折り曲げミラーで反射したレーザ光は、入射用開口部４１ａとは異なる出射用開口部４１ｂを通過して第３のコリメータレンズ６０に入射するようにしてもよい。

【0073】

なお、図８や図９の例では、入射用開口部４１ａの大きさは式（１）〜（３）に基づいて設定し、出射用開口部４１ｂの大きさは光路を妨げないように、大きめに設定すればよい。逆に折り曲げミラー５０を光源側に近づけた場合は、入射用開口部４１ａの大きさを大きめに、出射用開口部４１ｂの大きさは（１）〜（３）の式で設定する。

【0074】

また上述した実施形態においては、ＬＤチップ１１からのレーザ光が単波長である場合について説明したが、複数波長のレーザ光である場合には、式（１）や式（３）において主たる波長をλとするか、エアリーディスク径が最も大きくなる、最も長い波長をλと設定して、エアリーディスクの直径Ｄ１またはＤ２を算出すればよい。

【0075】

〔第２実施形態によるレーザ光源装置〕
本発明の第２実施形態によるレーザ光源装置について図１０を参照して説明する。

【0076】

本実施形態によるレーザ光源装置２は、ＬＤチップ１１から射出されるレーザ光の光軸方向に第４のコリメータレンズ９０および折り曲げミラー５０が配置されている。

【0077】

第４のコリメータレンズ９０は、ＬＤチップ１１から射出された光束を平行光にし、さらに折り曲げミラー５０上に絞り込ませる性質を有する。つまり、第４のコリメータレンズ９０は、第１実施形態におけるレンズユニットを構成する、第１のコリメータレンズ２０の性質と第２のコリメータレンズ３０の性質とが一体化されたレンズである。第４のコリメータレンズ９０は、例えば、両凸レンズで形成することができる。

【0078】

このようにレーザ光源装置２を構成することにより、第１実施形態によるレーザ光源装置１よりも部品数を減らすことができ、さらに光学系を小型化することができる。例えば、図１のレーザ光源装置１において対応する各部品と同一の物量条件の部品を用い、また部品間のクリアランスも同一とした場合、図１のレーザ光源装置１の光学系主要部の直径が２３．１ｍｍであるのに対し、図１０のレーザ光源装置２の光学系主要部の直径は２２．２ｍｍとすることができ、さらに小型化可能であることが分かる。

【0079】

また上述した第１実施形態または第２実施形態において、図１１に示すような、絞り片４０ｂ_１および４０ｂ_２により開口部をスリット４１ｃで形成した絞り４０ｂを用いて、スリット光を第３のコリメータレンズ６０に射出するようにしてもよい。このようにすると、スリット部を迷光が抜けるが、図４において発光部の面積に近い直線状の、細い部分だけの迷光なので、それでも充分な効果は得られる。また、スリット４１ｃによって絞り４０ｂを実現すれば、製造し易いという利点もある。

【0080】

上述した第１実施形態または第２実施形態のレーザ光源装置を搭載したレーザディスプレイ装置、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイ等では、映像信号からＬＤ駆動信号を生成する映像信号回路、ＬＤ駆動信号に基づいてＬＤチップ１１からの発光を駆動する駆動回路、スキャンミラー７０の動きを制御して映像情報を生成するスキャンミラー駆動回路、スキャンミラー駆動回路からの制御で駆動したスキャンミラー７０によりスキャンされたレーザ光を結像させる結像光学系などを備える。そして、当該レーザ光源装置により迷光成分が効果的に遮断されたレーザ光が用いられることにより、コントラストの高い映像情報を表示させることができる。

【0081】

また上述した第１実施形態または第２実施形態のレーザ光源装置で迷光成分が効果的に遮断されたレーザ光は、レーザディスプレイ装置以外にも、レーザプリンタやビームスキャンにより光学的に実現される三次元形状測定装置、共焦点顕微鏡、レーザ切断装置等にも利用することができる。

【0082】

また上述した第１実施形態および第２実施形態においてはレーザ光源装置の光源ユニットがＬＤである場合について説明したが、これには限定されず、ＬＤ以外の光源ユニット、例えばＬＥＤやキセノンランプ等を用いてもよい。

【0083】

なお、以上説明したように、光源ユニットから射出されたレーザ光を概略平行にし、当該概略平行にしたレーザ光を収束させるレンズユニットは、単一のレンズであってもよいし、複数のレンズを組み合わせたものでもよい。

【符号の説明】

【0084】

１、２…レーザ光源装置
１０…レーザダイオード（光源ユニット）
１１…ＬＤチップ
１２…活性層
１３…Ｎ型半導体層
１４…Ｐ型半導体層
１５ａ…劈開面
１６…発光部
１７…正常光
１８、１８ａ、１８ｂ…迷光成分
２０…第１のコリメータレンズ
３０…第２のコリメータレンズ
４０、８０…絞り
４１、８１…開口部
４１ａ…入射用開口部
４１ｂ…出射用開口部
４１ｃ…スリット
５０…折り曲げミラー
６０…第３のコリメータレンズ
７０…スキャンミラー
９０…第４のコリメータレンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】