(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023073883
(43)【公開日】2023-05-26
(54)【発明の名称】光源装置、投射型表示装置
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20230519BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20230519BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20230519BHJP
F21V 7/28 20180101ALI20230519BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20230519BHJP
【FI】
G03B21/14 A
G03B21/00 D
F21S2/00 311
F21V7/28 240
F21Y115:30
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021186625
(22)【出願日】2021-11-16
(71)【出願人】
【識別番号】516257981
【氏名又は名称】株式会社ライトショー・テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】110003133
【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山影 明広
(72)【発明者】
【氏名】梅 雨非
【テーマコード(参考)】
2K203
【Fターム(参考)】
2K203FA05
2K203FA25
2K203FA44
2K203FA54
2K203FA62
2K203GA12
2K203GA34
2K203HA02
2K203HA14
2K203MA05
(57)【要約】
【課題】複数色のレーザダイオードを配列したレーザモジュールを複数用いた光源装置において、色むらの抑制が期待されていた。
【解決手段】第1レーザモジュール、第2レーザモジュール、第1ダイクロイックミラー、第2ダイクロイックミラーと、第3ダイクロイックミラーを備え、第1レーザモジュールと第2レーザモジュールの光軸が互いに直交し、第1レーザモジュールの光軸と、第2レーザモジュールの光軸とが交差する位置に第1ダイクロイックミラーが配置され、第1レーザモジュールの光軸と、第2レーザモジュールの光軸を第3ダイクロイックミラーの先に延長した延長線とが交差する位置に第2ダイクロイックミラーが配置され、第1レーザモジュールの光軸を第1ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、第2レーザモジュールの光軸とが交差する位置に第3ダイクロイックミラーが配置される光源装置である。
【選択図】
図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1領域と第2領域に複数の半導体レーザが配置された第1レーザモジュールと、
第3領域と第4領域に複数の半導体レーザが配置された第2レーザモジュールと、
第1波長および第2波長の光を透過させ、第3波長の光を反射する特性を備えた第1ダイクロイックミラーと、
前記第1波長および前記第2波長の光を反射し、前記第3波長の光を透過させる特性を備えた第2ダイクロイックミラーと、
前記第1波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第2波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第3波長の光を透過させる特性を備えた第3ダイクロイックミラーと、を備え、
前記第1レーザモジュールと前記第2レーザモジュールは、光軸が互いに直交するように配置され、
前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第1ダイクロイックミラーが配置され、
前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第3ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、が交差する位置に前記第2ダイクロイックミラーが配置され、
前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第1ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第3ダイクロイックミラーが配置され、
前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を反射し、
前記第2ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光のうち前記第3ダイクロイックミラーを透過した光を反射し、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光のうち前記第3ダイクロイックミラーに反射された光を反射し、
前記第3ダイクロイックミラーは、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第1ダイクロイックミラーを透過した前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射し、
前記第1レーザモジュールの前記第1領域には前記第1波長の半導体レーザが、
前記第1レーザモジュールの前記第2領域には前記第3波長の半導体レーザが、
前記第2レーザモジュールの前記第3領域には前記第3波長の半導体レーザが、
前記第2レーザモジュールの前記第4領域には前記第2波長の半導体レーザが、それぞれ設けられている、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項2】
第1領域と第2領域に複数の半導体レーザが配置された第1レーザモジュールと、
第3領域と第4領域に複数の半導体レーザが配置された第2レーザモジュールと、
第1波長および第2波長の光を反射し、第3波長の光を透過させる特性を備えた第1ダイクロイックミラーおよび第2ダイクロイックミラーと、
前記第1波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第2波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第3波長の光を透過させる特性を備えた第3ダイクロイックミラーと、を備え、
前記第1レーザモジュールと前記第2レーザモジュールは、光軸が互いに直交するように配置され、
前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第1ダイクロイックミラーが配置され、
前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第3ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、が交差する位置に前記第2ダイクロイックミラーが配置され、
前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第1ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第3ダイクロイックミラーが配置され、
前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第1波長の半導体レーザの出力光を反射し、
前記第2ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第2波長の半導体レーザの出力光のうち前記第3ダイクロイックミラーを透過した光を反射し、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第1波長の半導体レーザの出力光のうち前記第1ダイクロイックミラーと前記第3ダイクロイックミラーにより順次反射された光を反射し、
前記第3ダイクロイックミラーは、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第2波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第1ダイクロイックミラーを透過した前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第1ダイクロイックミラーに反射された前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第1波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項3】
前記第1レーザモジュールの前記第1領域と前記第2領域には前記第3波長の半導体レーザが、
前記第2レーザモジュールの前記第3領域には前記第1波長の半導体レーザが、
前記第2レーザモジュールの前記第4領域には前記第2波長の半導体レーザが、それぞれ設けられている、
ことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
【請求項4】
前記第1ダイクロイックミラーと前記第2ダイクロイックミラーが一体化されている、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の光源装置。
【請求項5】
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、および前記第4領域の各々は、等しい面積を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光源装置。
【請求項6】
前記第1波長と前記第2波長の一方が青色で他方が緑色であり、前記第3波長は赤色である、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光源装置。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光源装置を複数台と、前記複数台の光源装置の中の少なくとも1台の光源装置の出力光を反射させるミラーと、を備える、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項8】
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光源装置と、光変調デバイスと、投射レンズと、を備えることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置、および光源装置を備えた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、投射型表示装置用の光源として、赤色光、緑色光、青色光の各色の半導体レーザ(LD、レーザダイオード)を備えた光源装置が知られている。
【0003】
特許文献1には、
図12に示すように、赤色LDであるLD(R)、緑色LDであるLD(G)、青色LDであるLD(B)をアレイ状に配列したレーザモジュールLM1、レーザモジュールLM2を備えた光源装置が提案されている。レーザモジュールLM1とレーザモジュールLM2の各々は、2列のLD(R)と1列のLD(G)と1列のLD(B)を備えている。レーザモジュールLM1とレーザモジュールLM2は、出力光の光軸が互いに直交するように配置されており、互いの光軸が交差する位置にはビームコンバイナCB1とビームコンバイナCB2が設けられている。
【0004】
ビームコンバイナCB1は、LD(R)が出力する赤色光を反射するが、LD(G)が出力する緑色光およびLD(B)が出力する青色光を透過させる光学特性を備えている。ビームコンバイナCB2は、LD(R)が出力する赤色光は透過させるが、LD(G)が出力する緑色光およびLD(B)が出力する青色光を反射させる光学特性を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に記載された光源装置によれば、レーザモジュールLM1とレーザモジュールLM2から出力されるレーザ光が、ビームコンバイナCB1とビームコンバイナCB2により合成されて出力される。ビームコンバイナCB1により、レーザモジュールLM1の1列のLD(R)出力光には、レーザモジュールLM2のLD(G)の出力光が重畳され、レーザモジュールLM1の他の1列のLD(R)出力光には、レーザモジュールLM2のLD(B)の出力光が重畳される。また、ビームコンバイナCB2により、レーザモジュールLM2の1列のLD(R)出力光には、レーザモジュールLM1のLD(G)の出力光が重畳され、レーザモジュールLM2の他の1列のLD(R)出力光には、レーザモジュールLM1のLD(B)の出力光が重畳される。
【0007】
その結果、光源装置から出力される出力光のプロファイルを各色成分別に示すと、
図13(a)に示すように、赤色光のビームはL1の範囲内に均等に分布しているが、青色光のビームはL1よりも狭いL2の範囲内のみに分布し、緑色光はL1の範囲の両側だけに分布している。このように、各色の出力光は上下左右が対称にはなっているものの、サイズや強度分布が色ごとに異なったものになってしまっている。
【0008】
一般に、投射型表示装置では、光源装置の出力光をライトトンネルを経由させて光変調素子を照明する。その際に、赤色光と緑色光の照明光角度をNA1、青色光の照明光角度をNA2とすると、特許文献1に記載された光源装置では、
図13(b)に示すように、NA1>NA2となり、色ごとにFナンバーが異なった大きさになってしまう。また、緑色光の照明光角度は赤色光と同じNA1だとしても、中心付近が抜けてしまっている。このため、特許文献1に記載された光源装置を用いて投射型表示装置を構成すると、表示画面内で色むらが発生しやすかった。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第1の態様は、第1領域と第2領域に複数の半導体レーザが配置された第1レーザモジュールと、第3領域と第4領域に複数の半導体レーザが配置された第2レーザモジュールと、第1波長および第2波長の光を透過させ、第3波長の光を反射する特性を備えた第1ダイクロイックミラーと、前記第1波長および前記第2波長の光を反射し、前記第3波長の光を透過させる特性を備えた第2ダイクロイックミラーと、前記第1波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第2波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第3波長の光を透過させる特性を備えた第3ダイクロイックミラーと、を備え、前記第1レーザモジュールと前記第2レーザモジュールは、光軸が互いに直交するように配置され、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第1ダイクロイックミラーが配置され、前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第3ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、が交差する位置に前記第2ダイクロイックミラーが配置され、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第1ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第3ダイクロイックミラーが配置され、前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を反射し、前記第2ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光のうち前記第3ダイクロイックミラーを透過した光を反射し、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光のうち前記第3ダイクロイックミラーに反射された光を反射し、前記第3ダイクロイックミラーは、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第1ダイクロイックミラーを透過した前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第1波長または前記第2波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第1レーザモジュールの前記第1領域には前記第1波長の半導体レーザが、前記第1レーザモジュールの前記第2領域には前記第3波長の半導体レーザが、前記第2レーザモジュールの前記第3領域には前記第3波長の半導体レーザが、前記第2レーザモジュールの前記第4領域には前記第2波長の半導体レーザが、それぞれ設けられている、ことを特徴とする光源装置である。
【0010】
また、本発明の第2の態様は、第1領域と第2領域に複数の半導体レーザが配置された第1レーザモジュールと、第3領域と第4領域に複数の半導体レーザが配置された第2レーザモジュールと、第1波長および第2波長の光を反射し、第3波長の光を透過させる特性を備えた第1ダイクロイックミラーおよび第2ダイクロイックミラーと、前記第1波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第2波長の光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第3波長の光を透過させる特性を備えた第3ダイクロイックミラーと、を備え、前記第1レーザモジュールと前記第2レーザモジュールは、光軸が互いに直交するように配置され、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第1ダイクロイックミラーが配置され、前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された半導体レーザの光軸と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第3ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、が交差する位置に前記第2ダイクロイックミラーが配置され、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された半導体レーザの光軸を前記第1ダイクロイックミラーの先に延長した延長線と、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された半導体レーザの光軸と、が交差する位置に前記第3ダイクロイックミラーが配置され、前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第1波長の半導体レーザの出力光を反射し、前記第2ダイクロイックミラーは、前記第1レーザモジュールの前記第2領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第2波長の半導体レーザの出力光のうち前記第3ダイクロイックミラーを透過した光を反射し、前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第1波長の半導体レーザの出力光のうち前記第1ダイクロイックミラーと前記第3ダイクロイックミラーにより順次反射された光を反射し、前記第3ダイクロイックミラーは、前記第2レーザモジュールの前記第4領域に配置された前記第2波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射し、前記第1ダイクロイックミラーを透過した前記第1レーザモジュールの前記第1領域に配置された前記第3波長の半導体レーザの出力光を透過させ、前記第1ダイクロイックミラーに反射された前記第2レーザモジュールの前記第3領域に配置された前記第1波長の半導体レーザの出力光の一部を透過させ残りの一部を反射する、ことを特徴とする光源装置である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複数色のレーザダイオードを配列したレーザモジュールを複数用いて、色むらが極めて抑制された光源装置を実現することができる。また、本発明に係る光源装置を用いれば、高輝度で色むらの少ない投射型表示装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】参考形態に係る光源装置100の光学系の主要構成を示す図。
【
図2】(a)レーザモジュール101a1およびレーザモジュール101a2の外観を示す斜視図。(b)各色の半導体レーザからの出力光の波長を例示する図。
【
図3】(a)ダイクロイックミラー201の光学特性を示す図。(b)ダイクロイックミラー202の光学特性を示す図。(c)ダイクロイックミラー203の光学特性を示す図。
【
図4】実施形態1に係る光源装置200の光学系の主要構成を示す図。
【
図5】(a)レーザモジュール101bの外観を示す斜視図。(b)レーザモジュール101cの外観を示す斜視図。
【
図6】実施形態2に係る光源装置300の光学系の主要構成を示す図。
【
図7】(a)レーザモジュール101dの外観を示す斜視図。(b)レーザモジュール101eの外観を示す斜視図。
【
図8】(a)実施形態3に係る光源装置の光学系の主要構成を示す図。(b)ミラー800の配置を示す図。
【
図9】(a)実施形態4に係る光源装置の光学系の主要構成を示す図。(b)ミラー900の構成と配置を示す図。
【
図10】(a)実施形態5に係る光源装置の光学系の主要構成を示す図。(b)ミラー800Aとミラー800Bの配置を示す図。
【
図11】実施形態6に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【
図13】(a)従来の光源装置の出力光を示す図。(b)従来の光源装置における出力光のNAを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図面を参照して、本発明の実施形態である光源装置および投射型表示装置と、参考形態について説明する。以下に示す実施形態は例示であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更して実施をすることができる。
【0014】
尚、以下の実施形態及び参考形態の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。
【0015】
また、以下の説明において、例えばXプラス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと同じ方向を指し、Xマイナス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと180度反対の方向を指すものとする。また、単にX方向と記す場合には、図示のX軸矢印が指す向きとの異同は関係なく、X軸と平行な方向であることを指すものとする。X以外の方向についても、同様とする。
【0016】
また、参照する図面において、Rと記されている場合は赤色を、Gと記されている場合は緑色を、Bと記されている場合は青色を意味するものとする。これらは、半導体レーザの発光色や光線の色(波長)を示すために、図中に記載されている。
【0017】
[参考形態]
本発明の実施形態についての理解を容易にするため、まず最初に参考形態について説明する。
図1は、参考形態に係る光源装置100の光学系の主要構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
【0018】
光源装置100は、レーザモジュール101a1(第1レーザモジュール)、レーザモジュール101a2(第2レーザモジュール)、ダイクロイックミラー201(第1ダイクロイックミラー)、ダイクロイックミラー202(第2ダイクロイックミラー)、ダイクロイックミラー203(第3ダイクロイックミラー)を備えている。
【0019】
レーザモジュール101a1とレーザモジュール101a2の各々は、2次元的に配列された複数の半導体レーザ102を備え、個々の半導体レーザ102に対してはコリメートレンズ103が設けられている。一般に、半導体レーザが発する光ビームには、所定の角度の拡がりがあるが、コリメートレンズ103を設けることで、光ビームの拡がりを抑制し、レーザモジュールから略平行の光ビームを取出すことが可能になる。なお、コリメートレンズ103は、半導体レーザ102を実装するパッケージと一体型でも良く、また、別体としても良い。別体とする場合には、複数の半導体レーザ102の直後にレンズアレイを独立に配置してレーザモジュールを構成すればよい。
【0020】
尚、レーザモジュール101a1に半導体レーザが配置された発光領域のうちYプラス方向の半分を第1領域とし、残りの半分を第2領域とする。第1領域と第2領域は、面積を等しくするのが好ましい。また、レーザモジュール101a2に半導体レーザが配置された発光領域のうちXマイナス方向の半分を第3領域とし、残りの半分を第4領域とする。第3領域と第4領域は、面積を等しくするのが好ましい。
【0021】
図2(a)は、レーザモジュール101a1およびレーザモジュール101a2の外観を示す斜視図である。各レーザモジュールには、半導体レーザ102とコリメートレンズ103の組が4×5のマトリクス状に2次元配列されているが、配列は必ずしも4×5のマトリクスに限られるわけではなく、行や列の数は適宜変更することが可能である。尚、端子104は、半導体レーザ102に給電するための給電端子である。
図2(a)の例では、各レーザモジュールは、縦2列の赤色半導体レーザRと、縦1列の青色半導体レーザBと、縦1列の緑色半導体レーザGとを備えている。
【0022】
レーザモジュールにおいて異なる発光色の半導体レーザが並ぶ方向をDIRとすると、光源装置100(
図1)において、レーザモジュール101a1はDIRがY方向に沿うように設置され、レーザモジュール101a2はDIRがX方向に沿うように設置されている。これにより、レーザモジュール101a1の出力光はXプラス方向に、レーザモジュール101a2の出力光はYマイナス方向に進む。すなわち、レーザモジュール101a1とレーザモジュール101a2は、互いの光軸が直交するように配置されている。
【0023】
図2(b)に、本実施形態で用いられる各色の半導体レーザの出力光の波長を例示する。青色半導体レーザB(第1波長の半導体レーザ)の出力光は440(nm)~465(nm)の波長域に、緑色半導体レーザG(第2波長の半導体レーザ)の出力光は520(nm)~560(nm)の波長域に、赤色半導体レーザR(第3波長の半導体レーザ)の出力光は620(nm)~650(nm)の波長域に、それぞれ含まれている。尚、製造上のばらつき等により、レーザモジュールに実装された個々の半導体レーザの出力波長については、上記の波長域内で10nm程度のばらつきが発生することがある。第1波長、第2波長、第3波長を、前記以外の波長域内に設定することも可能である。
【0024】
次に、ダイクロイックミラー201~ダイクロイックミラー203について説明する。これら3つのダイクロイックミラーは、その光学面が、XZ平面をZ軸周りに時計回りに45度回転させた面と平行になるように配置されている。各ダイクロイックミラーは、透明基板上に形成された誘電体多層膜を備えており、以下に説明する光学特性を備えている。
【0025】
ダイクロイックミラー201は、
図3(a)に示す光学特性を備えている。すなわち、波長580nm付近を境に、短波長側の可視光は透過し、長波長側の可視光を反射する特性を備えている。したがって、ダイクロイックミラー201は、青色半導体レーザBまたは緑色半導体レーザGの出力光が入射した場合にはこれを透過させ、赤色半導体レーザRの出力光が入射した場合にはこれを反射する。
【0026】
ダイクロイックミラー202は、
図3(b)に示す光学特性を備えている。すなわち、波長580nm付近を境に、短波長側の可視光は反射し、長波長側の可視光を透過させる特性を備えている。したがって、ダイクロイックミラー202は、青色半導体レーザBまたは緑色半導体レーザGの出力光が入射した場合にはこれを反射し、赤色半導体レーザRの出力光が入射した場合にはこれを透過させる。
【0027】
ダイクロイックミラー203は、
図3(c)に示す光学特性を備えている。すなわち、波長580nm付近を境に、短波長側の可視光については一部を透過させるとともに残りの一部を反射するハーフミラーとして作用し、580nm付近よりも長波長側の可視光については透過させる特性を備えている。したがって、ダイクロイックミラー203は、青色半導体レーザBまたは緑色半導体レーザGの出力光が入射した場合にはその一部を透過させるとともに残りの一部を反射させ、赤色半導体レーザRの出力光が入射した場合にはこれを透過させる。尚、ここでいう「一部」「残りの一部」は、原理的には入射光の50%とするのが望ましいが、製造上の誤差や環境変化による特性変動、吸収等を考慮すれば、入射光の40%以上で60%以下の範囲内の数値としてもよい。
【0028】
図1に戻り、光源装置100の動作を説明する。レーザモジュール101a1とレーザモジュール101a2が同時に駆動されると、各半導体レーザから一斉にレーザ光が出力され、図中右側に模式的に示すように、光源装置100から5×4本のビーム(光束)が出力される。説明の便宜のため、YZ面に沿った光束断面においてZ方向に並ぶ出力ビームの列を、上から順にOT1,OT2,OT3,OT4と呼ぶものとする。以下に説明するように、本実施形態によれば、光源装置100から出力される5×4本の出力ビームは、いずれもレーザ光Rとレーザ光Gとレーザ光Bが重畳されたビームとなっている。
【0029】
まず、レーザモジュール101a1の緑色半導体レーザGから出力されたレーザ光Gは、ダイクロイックミラー201に入射してこれを透過し、ダイクロイックミラー203に入射する。ダイクロイックミラー203に入射したレーザ光Gは、半分(0.5×G)がこれを透過し、半分(0.5×G)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×G)は、OT1列の出力ビームに含まれることになる。一方、ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×G)は、ダイクロイックミラー202により反射され、OT3列の出力ビームに含まれることになる。
【0030】
また、レーザモジュール101a1の青色半導体レーザBから出力されたレーザ光Bは、ダイクロイックミラー201に入射してこれを透過し、ダイクロイックミラー203に入射する。ダイクロイックミラー203に入射したレーザ光Gは、半分(0.5×B)がこれを透過し、半分(0.5×B)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×B)は、OT2列の出力ビームに含まれることになる。一方、ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×B)は、ダイクロイックミラー202により反射され、OT4列の出力ビームに含まれることになる。
【0031】
また、レーザモジュール101a1の赤色半導体レーザRから出力されたレーザ光Rは、ダイクロイックミラー202に入射してこれを透過する。レーザモジュール101a1から出力されたレーザ光Rは、OT3列およびOT4列の出力ビームに含まれることになる。
【0032】
一方、レーザモジュール101a2の赤色半導体レーザRから出力されたレーザ光Rは、ダイクロイックミラー201に入射してこれに反射され、ダイクロイックミラー203に入射してこれを透過する。レーザモジュール101a2から出力されたレーザ光Rは、OT1列およびOT2列の出力ビームに含まれることになる。
【0033】
また、レーザモジュール101a2の青色半導体レーザBから出力されたレーザ光Bは、ダイクロイックミラー203に入射し、半分(0.5×B)がこれを透過し、半分(0.5×B)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×B)は、ダイクロイックミラー202により反射され、OT3列の出力ビームに含まれることになる。ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×B)は、OT1列の出力ビームに含まれることになる。
【0034】
また、レーザモジュール101a2の緑色半導体レーザGから出力されたレーザ光Gは、ダイクロイックミラー203に入射し、半分(0.5×G)がこれを透過し、半分(0.5×G)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×B)は、ダイクロイックミラー202により反射され、OT4列の出力ビームに含まれることになる。ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×B)は、OT2列の出力ビームに含まれることになる。
ここまで参考形態について説明したが、以下は実施形態についての説明である。
【0035】
[実施形態1]
図4は、実施形態1に係る光源装置200の光学系の主要構成を示す図である。参考形態と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。
【0036】
光源装置200は、レーザモジュール101b(第1レーザモジュール)、レーザモジュール101c(第2レーザモジュール)、ダイクロイックミラー201(第1ダイクロイックミラー)、ダイクロイックミラー202(第2ダイクロイックミラー)、ダイクロイックミラー203(第3ダイクロイックミラー)を備えている。本実施形態で用いるダイクロイックミラー201、ダイクロイックミラー202、ダイクロイックミラー203は、参考形態と同様の物である。
【0037】
尚、レーザモジュール101bに半導体レーザが配置された発光領域のうちYプラス方向の半分を第1領域とし、残りの半分を第2領域とする。第1領域と第2領域は、面積を等しくするのが好ましい。また、レーザモジュール101cに半導体レーザが配置された発光領域のうちXマイナス方向の半分を第3領域とし、残りの半分を第4領域とする。第3領域と第4領域は、面積を等しくするのが好ましい。
【0038】
本実施形態で用いるレーザモジュール101b、レーザモジュール101cは、参考形態で用いたレーザモジュールとは各色の半導体レーザの配置方法が異なる。
図5(a)はレーザモジュール101bの外観を示す斜視図であり、
図5(b)はレーザモジュール101cの外観を示す斜視図である。各レーザモジュールには、半導体レーザ102とコリメートレンズ103の組が4×5のマトリクス状に2次元配列されているが、配列は必ずしも4×5のマトリクスに限られるわけではなく、行や列の数は適宜変更することが可能である。尚、端子104は、半導体レーザ102に給電するための給電端子である。
【0039】
図5(a)に示すように、レーザモジュール101bは、縦2列の赤色半導体レーザRと、縦2列の青色半導体レーザBとを備えている。また、
図5(b)に示すように、レーザモジュール101cは、縦2列の赤色半導体レーザRと、縦2列の緑色半導体レーザGとを備えている。
レーザモジュールにおいて異なる発光色の半導体レーザが並ぶ方向をDIRとすると、光源装置200(
図4)において、レーザモジュール101bはDIRがY方向に沿うように設置され、レーザモジュール101cはDIRがX方向に沿うように設置されている。これにより、レーザモジュール101bの出力光はXプラス方向に、レーザモジュール101cの出力光はYマイナス方向に進む。すなわち、レーザモジュール101bとレーザモジュール101cは、互いの光軸が直交するように配置されている。
【0040】
各色の半導体レーザからの出力光の波長については、
図2(c)を参照して説明した参考形態と同様なので、ここでは省略する。
また、ダイクロイックミラー201~ダイクロイックミラー203の光学特性については、
図3(a)~
図3(c)を参照して説明した参考形態と同様なので、ここでは省略する。
【0041】
図4に戻り、光源装置200の動作を説明する。レーザモジュール101bとレーザモジュール101cが同時に駆動されると、各半導体レーザから一斉にレーザ光が出力され、図中右側に模式的に示すように、光源装置200から5×4本のビーム(光束)が出力される。説明の便宜のため、YZ面に沿った光束断面においてZ方向に並ぶ出力ビームの列を、上から順にOT1,OT2,OT3,OT4と呼ぶものとする。以下に説明するように、本実施形態によれば、5×4本の出力ビームは、いずれもレーザ光Rとレーザ光Gとレーザ光Bが重畳されたビームとなっている。
【0042】
まず、レーザモジュール101bの青色半導体レーザBから出力されたレーザ光Bは、ダイクロイックミラー201に入射してこれを透過し、ダイクロイックミラー203に入射する。ダイクロイックミラー203に入射したレーザ光Gは、半分(0.5×B)がこれを透過し、半分(0.5×B)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×B)は、OT1列およびOT2列の出力ビームに含まれることになる。一方、ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×B)は、ダイクロイックミラー202により反射され、OT3列およびOT4列の出力ビームに含まれることになる。
【0043】
また、レーザモジュール101bの赤色半導体レーザRから出力されたレーザ光Rは、ダイクロイックミラー202に入射してこれを透過する。レーザモジュール101bから出力されたレーザ光Rは、OT3列およびOT4列の出力ビームに含まれることになる。
【0044】
一方、レーザモジュール101cの赤色半導体レーザRから出力されたレーザ光Rは、ダイクロイックミラー201に入射してこれに反射され、ダイクロイックミラー203に入射してこれを透過する。レーザモジュール101cから出力されたレーザ光Rは、OT1列およびOT2列の出力ビームに含まれることになる。
【0045】
また、レーザモジュール101cの緑色半導体レーザGから出力されたレーザ光Gは、ダイクロイックミラー203に入射し、半分(0.5×G)がこれを透過し、半分(0.5×G)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×B)は、ダイクロイックミラー202により反射され、OT3列およびOT4列の出力ビームに含まれることになる。ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×B)は、OT1列およびOT2列の出力ビームに含まれることになる。
【0046】
以上の説明から明らかなように、本実施形態の光源装置200から出力される5×4本の出力ビームのいずれもが、赤色レーザ光(1×R)と緑色レーザ光(0.5×G)と青色レーザ光(0.5×B)が重畳されたビームとなっている。すなわち、本実施形態によれば、出力光束に含まれる各色成分の強度比はどの部分でも均一になるので、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはない。
【0047】
尚、以上の説明では、赤色半導体レーザR、緑色半導体レーザG、青色半導体レーザBを同時に駆動して、レーザ光R、レーザ光G、レーザ光Bを重畳させる例を説明したが、半導体レーザの駆動方法はこれと異なるものでもよい。例えば、投射型表示装置に組み込む際には、画像の表示レートに合わせて各色の半導体レーザを時分割で駆動して光変調素子を照明し、照明光の色の切り替えと同期させて光変調素子を各色用の変調信号で駆動することにより、カラー表示が可能になる。その際、時分割で出力される各色のレーザビームの光束においてビーム強度の分布が面内で均一になるので、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはない。
【0048】
尚、本実施形態においては、上記説明の青色半導体レーザBの位置に緑色半導体レーザGを配置し、緑色半導体レーザGの位置に青色半導体レーザBを配置するように変更しても差し支えない。
【0049】
[実施形態2]
図6は、実施形態2に係る光源装置300の光学系の主要構成を示す図である。参考形態や実施形態1と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。
光源装置300は、レーザモジュール101d(第1レーザモジュール)、レーザモジュール101e(第2レーザモジュール)、ダイクロイックミラー202(第2ダイクロイックミラー)、ダイクロイックミラー203(第3ダイクロイックミラー)を備えている。本実施形態で用いるダイクロイックミラー202は、参考形態で用いたダイクロイックミラー202と同様の光学特性を有するが、光学面の面積が2倍に拡大されている。尚、ダイクロイックミラー202をY方向に2分割しても光学的には等価であり、その場合はY方向プラス側の半分を第1ダイクロイックミラーと呼び、Y方向マイナス側の半分を第2ダイクロイックミラーと呼んでもよい。2分割するか一体化するかは、製造や実装の便宜を考慮して選択することができる。また、本実施形態で用いるダイクロイックミラー203は、参考形態と同様の物である。
【0050】
本実施形態で用いるレーザモジュール101d、レーザモジュール101eは、参考形態で用いたレーザモジュールとは各色の半導体レーザの配置方法が異なる。
図7(a)はレーザモジュール101dの外観を示す斜視図であり、
図7(b)はレーザモジュール101eの外観を示す斜視図である。各レーザモジュールには、半導体レーザ102とコリメートレンズ103の組が4×5のマトリクス状に2次元配列されているが、配列は必ずしも4×5のマトリクスに限られるわけではなく、行や列の数は適宜変更することが可能である。尚、端子104は、半導体レーザ102に給電するための給電端子である。
【0051】
図7(a)に示すように、レーザモジュール101dは、縦4列の赤色半導体レーザRを備えている。すなわち、全ての半導体レーザの発光色は赤色である。また、
図7(b)に示すように、レーザモジュール101eは、縦2列の青色半導体レーザBと、縦2列の緑色半導体レーザGとを備えている。
図7(a)および
図7(b)に示すように、半導体レーザが並ぶ方向をDIRとすると、光源装置300(
図6)において、レーザモジュール101dはDIRがY方向に沿うように設置され、レーザモジュール101eはDIRがX方向に沿うように設置されている。これにより、レーザモジュール101dの出力光はXプラス方向に、レーザモジュール101eの出力光はYマイナス方向に進む。すなわち、レーザモジュール101dとレーザモジュール101eは、互いの光軸が直交するように配置されている。
【0052】
各色の半導体レーザからの出力光の波長については、
図2(c)を参照して説明した参考形態と同様なので、ここでは省略する。
また、ダイクロイックミラー202、ダイクロイックミラー203の光学特性については、
図3(b)、
図3(c)を参照して説明した参考形態のダイクロイックミラー202、ダイクロイックミラー203と同様なので、ここでは省略する。
【0053】
図6に戻り、光源装置300の動作を説明する。レーザモジュール101dとレーザモジュール101eが同時に駆動されると、各半導体レーザから一斉にレーザ光が出力され、図中右側に模式的に示すように、光源装置300から5×4本のビーム(光束)が出力される。説明の便宜のため、YZ面に沿った光束断面においてZ方向に並ぶ出力ビームの列を、上から順にOT1,OT2,OT3,OT4と呼ぶものとする。以下に説明するように、本実施形態によれば、5×4本の出力ビームは、いずれもレーザ光Rとレーザ光Gとレーザ光Bが重畳されたビームとなっている。
【0054】
まず、レーザモジュール101dの赤色半導体レーザRから出力されたレーザ光Rは、ダイクロイックミラー202に入射してこれを透過する。レーザモジュール101dの第1領域から出射した2列のレーザ光は、ダイクロイックミラー202を透過した後、ダイクロイックミラー203に入射してこれを透過する。すなわち、OT1列およびOT2列の出力ビームに含まれることになる。レーザモジュール101dの第2領域から出射した2列のレーザ光は、ダイクロイックミラー202を透過すると、そのまま光源装置300から出力され、OT3列およびOT4列の出力ビームに含まれることになる。
【0055】
一方、レーザモジュール101eの青色半導体レーザBから出力されたレーザ光Bは、ダイクロイックミラー202に入射してこれに反射され、ダイクロイックミラー203に入射する。ダイクロイックミラー203に入射したレーザ光Bは、半分(0.5×B)がこれを透過し、半分(0.5×B)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×B)は、OT1列およびOT2列の出力ビームに含まれることになる。ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×B)は、さらにダイクロイックミラー202により反射され、OT3列およびOT4列の出力ビームに含まれることになる。
【0056】
また、レーザモジュール101eの緑色半導体レーザGから出力されたレーザ光Gは、ダイクロイックミラー203に入射する。ダイクロイックミラー203に入射したレーザ光Gは、半分(0.5×G)がこれを透過し、半分(0.5×G)が反射される。ダイクロイックミラー203を透過した半分(0.5×G)は、さらにダイクロイックミラー202により反射され、OT3列およびOT4列の出力ビームに含まれることになる。ダイクロイックミラー203に反射された半分(0.5×G)は、OT1列およびOT2列の出力ビームに含まれることになる。
【0057】
以上の説明から明らかなように、本実施形態の光源装置300から出力される5×4本の出力ビームのいずれもが、赤色レーザ光(1×R)と緑色レーザ光(0.5×G)と青色レーザ光(0.5×B)が重畳されたビームとなっている。すなわち、本実施形態によれば、出力光束に含まれる各色成分の強度比はどの部分でも均一になるので、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはない。
【0058】
尚、以上の説明では、赤色半導体レーザR、緑色半導体レーザG、青色半導体レーザBを同時に駆動して、レーザ光R、レーザ光G、レーザ光Bを重畳させる例を説明したが、半導体レーザの駆動方法はこれと異なるものでもよい。例えば、投射型表示装置に組み込む際には、画像の表示レートに合わせて各色の半導体レーザを時分割で駆動して光変調素子を照明し、照明光の色の切り替えと同期させて光変調素子を各色用の変調信号で駆動することにより、カラー表示が可能になる。その際、時分割で出力される各色のレーザビームの光束においてビーム強度の分布が面内で均一になるので、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはない。
【0059】
尚、本実施形態においては、上記説明の青色半導体レーザBの位置に緑色半導体レーザGを配置し、緑色半導体レーザGの位置に青色半導体レーザBを配置するように変更しても差し支えない。
【0060】
[実施形態3]
図8(a)は、実施形態3に係る光源装置の光学系の主要構成を示す図である。参考形態や実施形態2と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。
本実施形態は、実施形態2に係る光源装置を2台用いて、出力光束の断面サイズが2倍になるよう構成した光源装置である。本実施形態の光源装置は、実施形態2に係る光源装置300と同様な構成の光源装置300Aおよび光源装置300Bと、ミラー800とを備えている。
【0061】
光源装置300Aは、出力光の光軸がXプラス方向に沿うように配置されている。光源装置300Bは、出力光の光軸がYプラス方向に沿うように配置されている。また、光源装置300Aと光源装置300Bとは、Z方向における位置が互いに隣接するように配置されている。
ミラー800は、
図8(b)に示すように、光源装置300Aの出力光とは干渉しないが、光源装置300Bの出力光をXプラス方向に向けて全反射させるように配置されている。
【0062】
出力光の断面サイズを2倍にする方法として、例えば光源装置300Aと光源装置300BをZ方向から見て重なるように配置することも考えられるが、レーザモジュールの額縁部分や端子104などが邪魔をするため、半導体レーザの配列ピッチが乱れないように2つの光源装置を隣接して設置することは容易ではない。
【0063】
しかし、本実施形態によれば、Z方向から見て互いに重ならないように光源装置300Aと光源装置300Bを配置しているので、容易に出力光束の断面サイズを2倍にすることができる。もちろん、倍化された光束の出力ビームのいずれもが、赤色レーザ光(1×R)と緑色レーザ光(0.5×G)と青色レーザ光(0.5×B)が重畳されたビームとなっているので、出力光束に含まれる各色成分の強度比はどの部分でも均一になる。すなわち、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはなく、大きなサイズの出力光束を得ることができる。
【0064】
尚、以上の説明では、赤色半導体レーザR、緑色半導体レーザG、青色半導体レーザBを同時に駆動して、レーザ光R、レーザ光G、レーザ光Bを重畳させる例を説明したが、半導体レーザの駆動方法はこれと異なるものでもよい。例えば、投射型表示装置に組み込む際には、画像の表示レートに合わせて各色の半導体レーザを時分割で駆動して光変調素子を照明し、照明光の色の切り替えと同期させて光変調素子を各色用の変調信号で駆動することにより、カラー表示が可能になる。その際、時分割で出力される各色のレーザビームの光束においてビーム強度の分布が面内で均一になるので、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはない。
【0065】
また、上記説明では、実施形態2の光源装置を2台用いて光源装置を構成したが、代わりに実施形態1の光源装置を2台用いてもよい。さらには、同じ実施形態の光源装置を2台用いるのではなく、異なる実施形態の光源装置を組合わせて用いてもよい。
【0066】
[実施形態4]
図9(a)は、実施形態4に係る光源装置の光学系の主要構成を示す図である。参考形態や実施形態2と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。
本実施形態は、実施形態2に係る光源装置を2台用いて、出力光束に含まれるビームの密度が2倍になるよう構成した光源装置であり、実施形態2に係る光源装置300と同様な構成の光源装置300Aおよび光源装置300Bと、ミラー900とを備えている。
【0067】
光源装置300Aは、出力光の光軸がXプラス方向に沿うように配置されている。光源装置300Bは、出力光の光軸がYプラス方向に沿うように配置されている。また、光源装置300Aと光源装置300Bは、Z方向における位置が、レーザモジュールにおける半導体レーザの配列ピッチの半分に相当する距離だけずれるように配置されている。
【0068】
図9(b)に示すように、ミラー900には、ストライプ状の反射部とストライプ状の透過部が交互に設けられており、光源装置300Aの出力ビームは透過部をそのまま透過し、光源装置300Bの出力ビームは反射部によりXプラス方向に全反射させるように構成されている。
【0069】
出力光のビームの密度を2倍にする方法として、レーザモジュールにおける半導体レーザの配列ピッチを半分にして倍密で実装する方法が考えられるが、コリメートレンズの実装や半導体レーザの冷却の点で容易ではない。
【0070】
しかし、本実施形態によれば、Z方向から見て互いに重ならないように光源装置300Aと光源装置300Bを配置し、なおかつZ方向から見て互いに半導体レーザの配列ピッチの半分だけずれるように光源装置300Aと光源装置300Bを配置しているので、容易に出力ビームの密度を2倍にすることができる。もちろん、倍密度で取り出される出力ビームのいずれもが、赤色レーザ光(1×R)と緑色レーザ光(0.5×G)と青色レーザ光(0.5×B)が重畳されたビームとなっているので、出力光束に含まれる各色成分の強度比はどの部分でも均一になる。すなわち、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはなく、高いビーム密度の出力光束を得ることができる。
【0071】
尚、以上の説明では、赤色半導体レーザR、緑色半導体レーザG、青色半導体レーザBを同時に駆動して、レーザ光R、レーザ光G、レーザ光Bを重畳させる例を説明したが、半導体レーザの駆動方法はこれと異なるものでもよい。例えば、投射型表示装置に組み込む際には、画像の表示レートに合わせて各色の半導体レーザを時分割で駆動して光変調素子を照明し、照明光の色の切り替えと同期させて光変調素子を各色用の変調信号で駆動することにより、カラー表示が可能になる。その際、時分割で出力される各色のレーザビームの光束においてビーム強度の分布が面内で均一になるので、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはない。
【0072】
また、上記説明では、実施形態2の光源装置を2台用いて光源装置を構成したが、代わりに実施形態1の光源装置を2台用いてもよい。さらには、同じ実施形態の光源装置を2台用いるのではなく、異なる実施形態の光源装置を組合わせて用いてもよい。
【0073】
[実施形態5]
図10(a)は、実施形態5に係る光源装置の光学系の主要構成を示す図である。実施形態2や参考形態と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。
本実施形態は、実施形態2に係る光源装置を2台用いて、出力光束の断面サイズが2倍になるよう構成した光源装置である。すなわち、実施形態2に係る光源装置300と同様な構成の光源装置300Aおよび光源装置300Bと、ミラー800Aおよびミラー800Bを備えている。
【0074】
光源装置300Aは、出力光の光軸がYマイナス方向に沿うように配置されている。光源装置300Bは、出力光の光軸がYプラス方向に沿うように配置されている。また、光源装置300Aと光源装置300Bとは、Z方向における位置が互いに隣接するように配置されている。
【0075】
図10(b)に示すように、ミラー800Aは、光源装置300Aの出力光とは干渉しないが、光源装置300Bの出力光をXプラス方向に向けて全反射させるように配置され、ミラー800Bは、光源装置300Bの出力光とは干渉しないが、光源装置300Aの出力光をXプラス方向に向けて全反射させるように配置されている。
【0076】
出力光束の断面サイズを2倍にする方法として、例えば光源装置300Aと光源装置300BをZ方向から見て重ねて配置することも考えられるが、レーザモジュールの額縁部分や端子104などが邪魔をするため、半導体レーザの配列ピッチが乱れないように2つの光源装置を隣接して設置することは容易ではない。
【0077】
しかし、本実施形態によれば、Z方向から見て互いに重ならないように光源装置300Aと光源装置300Bを配置しているので、容易に出力光の光束を2倍にすることができる。もちろん、倍化された光束の出力ビームのいずれもが、赤色レーザ光(1×R)と緑色レーザ光(0.5×G)と青色レーザ光(0.5×B)が重畳されたビームとなっているので、出力光束に含まれる各色成分の強度比はどの部分でも均一になる。すなわち、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはなく、大きなサイズの出力光束を得ることができる。
【0078】
尚、以上の説明では、赤色半導体レーザR、緑色半導体レーザG、青色半導体レーザBを同時に駆動して、レーザ光R、レーザ光G、レーザ光Bを重畳させる例を説明したが、半導体レーザの駆動方法はこれと異なるものでもよい。例えば、投射型表示装置に組み込む際には、画像の表示レートに合わせて各色の半導体レーザを時分割で駆動して光変調素子を照明し、照明光の色の切り替えと同期させて光変調素子を各色用の変調信号で駆動することにより、カラー表示が可能になる。その際、時分割で出力される各色のレーザビームの光束においてビーム強度の分布が面内で均一になるので、
図13(b)を参照して説明したような色ごとのFナンバーの違いや色むらが発生することはない。
【0079】
また、上記説明では、実施形態2の光源装置を2台用いて光源装置を構成したが、代わりに実施形態1の光源装置を2台用いてもよい。さらには、同じ実施形態の光源装置を2台用いるのではなく、異なる実施形態の光源装置を組合わせて用いてもよい。
【0080】
[実施形態6]
図11は、実施形態6に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。投射型表示装置1000は、光源装置300、集光レンズ109、拡散板130、照明レンズ150、ミラー170、光変調デバイス160(光変調素子)、投射レンズ180、および投映スクリーン190を備えている。
【0081】
光源装置300は、前述した実施形態2に係る光源装置であるが、赤色半導体レーザR、緑色半導体レーザG、青色半導体レーザBは、時分割で駆動される。すなわち、画像の表示レートに合わせて、照明光ILとして、青色光(B色光)、緑色光(G色光)、赤色光(R色光)を時分割で出力する。
【0082】
集光レンズ109は、光源装置300が出力した照明光ILをライトトンネル140の入射口に集光するが、投射光学系のFナンバーに適合させるべく所定のNAに設定されている。
【0083】
ライトトンネル140の手前には、モータにより回転可能な拡散板130が設けられている。光源装置100では、蛍光体を用いる方式ではなく、複数色の半導体レーザが出力するレーザ光を出力しているが、出力光をそのまま投射型表示装置の照明光として用いると、投射された画像にシンチレーション(不規則な瞬き)が発生する可能性がある。そこで、本実施形態では、回転可能な拡散板130を設けることで、これを抑制している。また、拡散板130の拡散機能を制御しておくことにより、集光レンズ109の集光機能と合わせて適切にNAの調整を行うことができる。
【0084】
照明レンズ150は、ライトトンネル140から出力された光を、光変調デバイス160を照明するのに適した光束に整形するレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。
【0085】
ミラー170は、照明光を全反射させて、光変調デバイス160に所定の角度で入射させるためのミラーである。ミラー170の代わりに、TIRプリズム(内部全反射プリズム)を用いてもよい。
【0086】
光変調デバイス160には、例えばマイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたDMDが用いられる。各表示画素に対応するマイクロミラーは、映像信号の輝度レベルに応じて、パルス幅変調により反射方向が変更されるように駆動される。尚、反射型液晶デバイスのような、別種の反射型光変調デバイスを用いることも可能である。
【0087】
光変調デバイス160は、光源装置300からの照明光ILの色の切り替えに同期して、マイクロミラーデバイスを映像信号の各色成分の輝度レベルに応じて駆動して、映像光を投射レンズ180に向けて所定角度で反射する。映像光は、投射レンズ180を経てカラー映像として投映スクリーン190に投射される。投射レンズ180は、単数もしくは複数のレンズで構成され、自動焦点調節機能やズーム機能を備えることもできる。
【0088】
投映スクリーン190は、リヤプロジェクション型の表示装置を構成する場合に用いられる。また、フロントプロジェクション型の場合にも設置されることが多いが、ユーザが任意の壁面などに投射する場合には、必ずしも設置する必要はない。
【0089】
本実施形態によれば、色バランスの画面内均一性が優れた小型な光源装置を用いてプロジェクタを構成することにより、小型で、光利用率が高く、色バランスに優れた投射型表示装置を提供することができる。
【0090】
[他の実施形態]
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、実施形態6では、実施形態2の光源装置300を用いて投射型表示装置を構成したが、投射型表示装置の構成はこれに限られるわけではなく、実施形態1、実施形態3~実施形態5の光源装置を用いてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【0091】
100・・・光源装置/101a1、101a2、101b、101c、101d、101e・・・レーザモジュール/102・・・半導体レーザ/103・・・コリメートレンズ/104・・・端子/109・・・集光レンズ/130・・・拡散板/140・・・ライトトンネル/150・・・照明レンズ/160・・・光変調デバイス/170・・・ミラー/180・・・投射レンズ/190・・・投映スクリーン/200・・・光源装置/201、202、203・・・ダイクロイックミラー/300A、300B・・・光源装置