レーザ光源モジュールおよびそれを備えた走査型画像表示装置
【課題】
赤、緑、青の３色のレーザ光源からのビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するレーザ光源モジュールにおいて、温度上昇による熱変形に起因して発生する、３色のビームスポットの相対位置ずれを低減する。
【解決手段】
レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光にするレンズからなるビーム光源を複数有し、前記複数のビーム光源から射出されるビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するビーム結合部を有するレーザ光源モジュールであって、前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上において、前記レーザチップの発光点が、前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際の、合成ビーム光軸上でのビーム光のずれ方向が同じになるように前記レーザを設置する。
赤、緑、青の３色のレーザ光源からのビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するレーザ光源モジュールにおいて、温度上昇による熱変形に起因して発生する、３色のビームスポットの相対位置ずれを低減する。
【解決手段】
レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光にするレンズからなるビーム光源を複数有し、前記複数のビーム光源から射出されるビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するビーム結合部を有するレーザ光源モジュールであって、前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上において、前記レーザチップの発光点が、前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際の、合成ビーム光軸上でのビーム光のずれ方向が同じになるように前記レーザを設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光源からのビーム光を１つの光軸上に整列して射出するレーザ光源モジュール、および、レーザ光源モジュールからの光ビームを走査ミラーにより２次元的に走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、手軽に持ち歩きでき、大きな画面で表示できる小型プロジェクタの開発が盛んである。ノートＰＣなどに接続できる小型のプロジェクタや、記録画像を投射できるプロジェクタを内蔵したビデオカメラなどが市販されており、携帯電話やスマートフォンに内蔵したものも今後登場すると思われる。
【０００３】
プロジェクタの方式としては、光源にランプやＬＥＤなどを用い、液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）で表示した画像を投射するタイプが先行しているが、光源にレーザを用いて、１本のビーム光を可動ミラーにより走査して表示するレーザプロジェクタ（走査型画像表示装置）も開発が進められている。光源にレーザ光を用いるため、焦点合わせの必要がなく、外出先で手ごろな壁に投射するという用途に適していると考えられる。
【０００４】
赤、青、緑の３色のレーザ光源を用い、３色のレーザビームを１本の軸に沿って進む合成ビームに結合するビーム結合部と、合成ビームの偏向方向を走査するビームスキャナを有し、カラー画像を表示できる走査型画像表示装置の構成について、特許文献１に記載がある。
【０００５】
ビーム結合部の構成としては、３つの光源は並列していて、同一方向にビームが射出され、それぞれ対応したビーム結合ミラーに反射して、合成ビームに結合される。また、１つの光源を、初めから合成ビームの光軸に沿って射出し、ビーム結合ミラーを２つとした構成も記載があり、ミラーの数が減るためモジュールをより小型にできると考えられる。
【０００６】
なお、従来は直接緑色光を放射するレーザがなかったため、特許文献１においても、赤外光をＳＨＧ（second harmonic generation）で波長変換して緑色光を得ているが、近年では直接緑色光を放射するレーザも入手できるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３３７１５号公報
【特許文献２】特開平６−３１４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような走査型画像表示装置においては、３色のビーム光の光軸を精度よく一致させることが重要である。軸がずれてしまうと、スクリーン上での各色のスポットに相対位置ずれが発生し、画像がぼやけてしまう。モジュールの組立時には、３色の光軸が合うように調整して組み立てる必要がある。また、走査型画像表示装置の使用時には、レーザの発熱などにより温度が上がり熱変形が発生するため、熱変形時の光学部品の位置ずれによる光軸のずれも考慮する必要がある。
【０００９】
光源に用いるレーザとしては、CANパッケージと呼ばれる円筒形の金属パッケージの製品が主流である。円筒形のベースの先に、半円筒形のヒートシンクを接続し、ヒートシンクの平らな面に、サブマウントを介してレーザチップを接合し、キャップで覆った構造となっている。
【００１０】
こうしたレーザ光源では、特許文献２に記載されているように、温度上昇による変形により、発光点位置が変位する課題がある。ベースとヒートシンクの熱膨張係数の違い、あるいは、レーザチップおよびサブマウントとヒートシンクの熱膨張係数の違いが原因で、均一な熱変形とならないためである。レーザ光源からのビーム光の光軸方向は、レーザの発光点とレンズを結ぶ方向となるため、発光点の位置が変位すると、ビーム光の光軸がずれてしまう。特許文献２には、ヒートシンクのベースに接合する部分を円筒形にして、上記発光点の位置ずれを防ぐ構成が開示されているが、現在入手しやすいレーザ製品においては、こうした構成がとられておらず、発光点位置ずれの課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、温度上昇によりレーザの発光点の位置ずれが発生しても、スクリーン上でのスポット相対位置ずれを小さくできる、小型のレーザ光源モジュール、およびそれを備えた走査型画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ光源モジュールは、次のように構成される。
【００１３】
上記目的は、レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、このレーザからの放射光をビーム光に変換するレンズとを備えた複数のレーザ光源と、この複数のレーザ光源からの前記ビーム光を１つの合成ビーム光の軸上に整列させるためのビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際の、前記合成ビーム光の軸上でのビーム光のずれ方向が同じになるように前記レーザを設置したことにより達成される。
【００１４】
また好ましくは、前記ビーム結合部は、前記ビーム光を波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つないし複数のミラーを有し、前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際のビーム光のずれ方向が反転するようなミラーでの反射が奇数回であるビーム光源と、偶数回ないし反射がないビーム光源とで、ビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になると良い。
【００１５】
また好ましくは、前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になると良い。
【００１６】
また上記目的は、レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光にするレンズとを備えた第１のビーム光源、第２のビーム光源、および第３のビーム光源を有し、各ビーム光源から射出されるビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていると達成される。
【００１７】
また好ましくは、前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーおよび前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆であると良い。
【００１８】
また好ましくは、前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーを透過した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆であると良い。
【００１９】
また好ましくは、第１のビーム光源は青色で、第２のビーム光源は赤色で、第３のビーム光源は緑色であると良い。
【００２０】
また好ましくは、こうしたレーザ光源モジュールを、前記合成ビーム光軸上に整列されたビーム光の反射方向を２軸方向に走査できるスキャンミラーとともに用い、前記レーザ光源の発光と、前記スキャンミラーの走査を同期して制御してスクリーン上に画像を表示する走査型画像表示装置を構成する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザの発熱などによりレーザ光源モジュールの温度が上昇した際にも、複数のレーザ光源に対して、レーザの熱変形に起因するレーザ光軸のずれ方向を、合成ビーム光軸上において一致させることができるので、スクリーン上のレーザスポットの相対位置ずれを小さくしたレーザ光源モジュールを備えた走査型画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係わる走査型画像表示装置の全体構成図である。
【図２】本発明に係わるレーザ光源モジュールの実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に用いられるレーザの概観を示す斜視図である。
【図４】本発明に係わるレーザ光源モジュールの第１の実施例を示す平面図である。
【図５】本発明に係わるレーザ光源モジュールの第２の実施例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明に係る走査型画像表示装置の構成図である。
図１において、光モジュール部１０１は、緑（Ｇ）／赤（Ｒ）／青（Ｂ）の３色のレーザ光源と、各レーザ光源から発せられたビーム光を結合させるビーム結合部を有するレーザ光源モジュール１００（詳細は後述する）と、結合したビーム光をスクリーン１０９へ投射する投射部と、投射するビーム光をスクリーン１０９上で２次元的に走査する走査部とを有する。投射部には偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)４０、１／４波長板４１、画角拡大素子４２など、走査部には走査ミラー５０などを含む。
【００２５】
表示する画像信号は、電源等を含む制御回路２を経由してビデオ信号処理回路３に入力する。ビデオ信号処理回路３では画像信号に対し各種の処理を施すとともに、Ｒ／Ｇ／Ｂの３色信号に分離しレーザ光源駆動回路１０４に送る。レーザ光源駆動回路１０４では、Ｒ／Ｇ／Ｂの各信号の輝度値に応じて、レーザ光源モジュール１００内の対応するレーザに対して発光用の駆動電流を供給する。その結果レーザは、表示タイミングに合わせてＲ／Ｇ／Ｂ信号の輝度値に応じた強度のビーム光を出射する。
【００２６】
またビデオ信号処理回路１０３は、画像信号から同期信号を抽出して走査ミラー駆動回路１０５に送る。走査ミラー駆動回路５は、水平・垂直同期信号に合わせて光モジュール部１０１内の走査ミラー５０に対しミラー面を２次元的に反復回転させる駆動信号を供給する。これにより走査ミラー５０は、ミラー面を所定の角度だけ周期的に反復回転してビーム光を反射させ、スクリーン１０９上に水平方向および垂直方向に光ビームを走査して画像を表示する。
【００２７】
フロントモニター信号検出回路１０６は、フロントモニター６０からの信号を入力して、レーザから出射されるＲ／Ｇ／Ｂそれぞれの出力レベルを検出する。検出された出力レベルは、ビデオ信号処理回路１０３に入力され、所定の出力になるようレーザの出力が制御される。
走査ミラー５０には、例えばＭＥＭＳ（Micro electromechanical Systems）技術を用いて作成された２軸駆動ミラーを用いることができる。駆動方式としては、圧電、静電、電磁駆動のものなどがある。また、１軸駆動のスキャンミラーを２つ用意し、互いに直交する方向にビーム光を走査できるように配置してもよい。
【００２８】
ところで、この種の走査型画像表示装置に使用されるレーザ光源は、上述したように熱変形によってレーザの発光点が位置ずれし、ビーム光の光軸方向がずれてしまう課題がある。ビーム光の光軸がずれると、スクリーン上でのスポット位置がずれる。３つのレーザ光源でスポット位置ずれが異なると、スポット位置が一致しなくなり、画像がぼやけてしまう。
【００２９】
そこで本発明の発明者らは、複数のレーザ光源のスポット位置ずれを同じ方向とすることで、相対的な位置ずれ量を小さくできるように、前記レーザ光源モジュール１００を構成することを考えた結果、以下のごとき実施例を得た。
【００３０】
以下、本発明に係わるレーザ光源モジュール１００について説明する。
図２は本発明の第１の実施例に係るレーザ光源モジュールを説明する斜視図である。
図２において、レーザ光源モジュール１００は、第１レーザ１ａおよび第１レンズ２ａからなる第１レーザ光源３ａと、第２レーザ１ｂおよび第２レンズ２ｂからなる第２レーザ光源３ｂと、第３レーザ１ｃおよび第３レンズ２ｃからなる第３レーザ光源３ｃと、第１ミラー４および第２ミラー５からなるビーム結合部６を有する。
【００３１】
第１レーザ１ａ、第２レーザ１ｂ、第３レーザ１ｃはそれぞれ赤色、緑色、青色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のレーザ光を放射する。第１レンズ２ａ、第２レンズ２ｂ、第３レンズ２ｃはいわゆるコリメータであり、それぞれレーザ光源から放射されたレーザ光を略平行なビーム光にする。各光源からのビーム光は、ビーム結合部６において１本の合成ビーム光軸７上に整列されて、レーザ光源モジュール１００の外部に放射される。
【００３２】
第１レーザ光源３ａからの青色のビーム光は、第１ミラー４に反射して、第２レーザ光源３ｂからの赤色のビーム光は、第２ミラー５に反射した後、第１ミラー４を透過して、第３レーザ光源３ｃからの緑色のビーム光は、第２ミラー５、第１ミラー４の順に透過して、それぞれ合成ビーム光軸７上に整列される。上記の光路を形成するため、第１ミラー４は青色の波長のビームを反射し、赤色および緑色の波長のビームを透過するように、また第２ミラー５は赤色の波長のビームを反射し、緑色の波長のビームを透過するように設計されたダイクロイックミラーである。
【００３３】
図３（ａ）および図３（ｂ）は第１レーザ１ａ、第２レーザ１ｂおよび第３レーザ１ｃに用いることのできるレーザの構造を示す斜視図である。
図３（a）において、レーザはステムベース１０とステムカバー１１、およびステムカバー１１の先端に設置される透明な窓部１２により保護された構造となっている。ステムベース１０の背後にはレーザに給電するためのリード１３が引き出されている。
【００３４】
図３（b）は、レーザの内部構造を説明するため、ステムカバー１１および窓部１２を除去した状態を示している。
図３（ｂ）において、円柱形のステムベース１０に、円筒を切り取った形状のヒートシンク１４が接合されており、その平坦面にサブマウント１５を介してレーザチップ１６が接合されている。レーザチップ１６の先端にある発光点がレーザのほぼ中心線上に位置するように構成されている。リード１３は、ステムベース１０を貫通してステムカバー１１の内部に突き出している。リード１３とレーザチップ１６とはワイヤ１７を介して接続されている。リード１３とステムベース１０との間は絶縁性の封止材１８で封止されている。
【００３５】
これらの材質としては、例えばレーザチップ１６はガリウムヒ素、サブマウント１５は窒化アルミ、ヒートシンク１４は銅、ステムベース１０およびステムカバー１１は鉄、窓部１２はガラス、封止材１８は低融点ガラスなどが用いられる。
【００３６】
なお、図２においては、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂのビームが射出される方向をX方向、第３レーザ光源３ｃのビームが射出される方向をY方向とし、XY平面を光路面１９と呼ぶこととする。
【００３７】
図４は、光路面１９における、各レーザ、レンズ、およびミラーの配置を示す平面図である。
なお、各レーザは、ステムベース１０、ヒートシンク１４、サブマウント１５、レーザチップ１６のみを記載している。
【００３８】
図４において、本発明の特徴としては、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂでは、レーザ光の射出方向に向かって左側にヒートシンク１４、右側にレーザチップ１６が配置されているのに対し、第３レーザ光源３ｃではレーザ光の射出方向に向かって左側にレーザチップ１６、右側にヒートシンク１４が配置されており、ヒートシンク１４とレーザチップ１６の配置が逆になっている。
【００３９】
このような構成により、レーザの発熱などでレーザ光源モジュール１００の温度が上昇した場合でも、レーザの熱変形に起因するレーザ光の光軸ずれの方向を、第１レーザ光源３ａ、第２レーザ光源３ｂおよび第３レーザ光源３ｃについて、合成ビーム光軸７上で同じ方向にできる。これにより、ビーム光がスクリーンに投射された際の、各色のスポットの相対位置ずれを小さくすることができる。
【００４０】
レーザは上記のように熱膨張係数の異なる部材が接合されて構成されており、温度上昇により熱変形を生じる。レーザチップ１６およびサブマウント１５に対して、ヒートシンク１４の熱膨張係数が大きいため反りが発生し、レーザチップ１６の発光点は、ヒートシンク１４から遠ざかる方向に変位する。ビーム光はレーザチップ１６の発光点とレンズ（２ａ〜２ｃ）の中心とを結ぶ直線の方向に進むため、レーザチップ１６の発光点に上記の変位が生じると、ビーム光の進行方向は初期よりもヒートシンク１４の側にずれる。
【００４１】
本実施例においては、X軸のプラス方向に進む第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂのビーム光は、進行方向に見て左側、すなわちY軸のプラス方向にずれる。一方、Y軸のプラス方向に進む第３レーザ光源３ｃのビーム光は、進行方向に見て右側、すなわちX軸のプラス方向にずれる。このずれ方向は、第１ミラー４または第２ミラー５で反射すると反転し、透過したときはそのままとなる。よって、第１レーザ光源３ａのビーム光のずれ方向は、第１ミラーでの反射後は、進行方向に見て右側、すなわちX軸のプラス側になる。第２レーザ光源３ｂのビーム光のずれ方向は、第２ミラーでの反射後は、進行方向に見て右側、すなわちX方向のプラス側となり、第１ミラーの透過後はずれ方向は変わらない。第３レーザ光源３ｃのビーム光のずれ方向は、第２ミラー、第１ミラーの透過後も変わらない。
【００４２】
このように、合成ビーム光軸７上での、第１レーザ光源３ａ、第２レーザ光源３ｂおよび第３レーザ光源３ｃからのビーム光のずれ方向は、全て進行方向に見て右側、すなわちX軸のプラス側となり、ずれの方向を同じにすることができる。
【００４３】
ビーム光のずれ量は、各光源の、レーザの構造の違い、およびレーザチップ１６の発光点とレンズの中心との距離の違いなどにより同じになるとは限らないが、ずれ方向が逆になる場合に比べて、全て同じ方向とすることができれば、相対的なスポット位置ずれは大幅に小さくすることができる。
【００４４】
ビーム光のずれ方向を一致させることが目的であるので、全てのレーザについて、設置する向きを反対にしてもよい。すなわち、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂではヒートシンク１４が右側でレーザチップ１６が左側に、第３レーザ光源３ｃはヒートシンク１４が左側で、レーザチップ１６が右側になるようにレーザを配置してもよい。
【００４５】
上記のように、ミラーで反射することでビーム光の傾き方向が反転することから、ミラーで１回反射する第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂは進行方向に見て右側に、ミラーでの反射がない第３レーザ光源３ｃは進行方向に見て左側にビーム光の光軸がずれるようにレーザを設置することで、合成ビーム光軸７上でのビーム光のずれ方向を一致させることができた。
【００４６】
第１の実施例の構成に限らず、同様の様々な構成において、合成ビーム光軸７に達するまでのミラーでの反射が奇数回であるビーム光源と、偶数回または反射がないビーム光源とで、ビーム光の進行方向に見たずれ方向を逆方向にする、すなわち、ヒートシンク１４とレーザチップ１６の配置を逆にすることで、相対スポット位置ずれを小さくする効果を得ることができる。
【実施例２】
【００４７】
その例として、合成ビーム光軸７に至るまでの光路が第１の実施例と異なる第２の実施例を示す。
図５は第２の実施例のレーザ光源モジュール１００の、光路面１９上の構成を示す平面図である。
【００４８】
図５において、第１レーザ光源３ａからの青色のビーム光は、第１ミラー４を透過して、第２レーザ光源３ｂからの赤色のビーム光は、第２ミラー５に反射した後、第１ミラー４に反射して、第３レーザ光源３ｃからの緑色のビーム光は、第２ミラー５を透過した後、第１ミラー４に反射して、それぞれ合成ビーム光軸７上に整列される。上記の光路を形成するため、第１ミラー４は青色の波長のビームを透過し、赤色および緑色の波長のビームを反射するように設計されている。また、第２ミラー５は赤色の波長のビームを反射し、緑色の波長のビームを透過するように設計されている。
【００４９】
本実施例においては、第１レーザ光源３ａのビーム光はミラーでの反射がなく、第２レーザ光源３ｂは反射が２回、第３レーザ光源３ｃは反射が１回である。そこで、ミラーでの反射が奇数回の第３レーザ光源３ｃは進行方向に見て左側に、ミラーでの反射が偶数回または反射なしである第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂは進行方向に見て右側にビーム光がずれるようにレーザを配置した。すなわち、第３レーザ光源３ｃはヒートシンク１４が左側でレーザチップ１６が右側に、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂではヒートシンク１４が右側でレーザチップ１６が左側になるようにレーザを配置した。これによりX軸のプラス方向に進む合成ビーム光軸７上においては、全てのビーム光が進行方向に見て右側、すなわちY軸のマイナス側にずれるようになり、ずれ方向を一致させることができた。
【００５０】
本発明はビーム光のずれ方向を一致させることが目的であるので、全てのレーザの設置する向きを反対にしてもよい。すなわち、第３レーザ光源３ｃはヒートシンクが右側で、レーザチップが左側に、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂではヒートシンクが左側でレーザチップが右側になるようにレーザを配置してもよい。
【００５１】
なお、レーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９外の方向に配列するようにレーザが配置されることも考えられる。その場合は、レーザチップ１６の発光点がヒートシンク１４から離れる方向に変位したときのビーム光の光軸のずれは、光路面１９外の方向になり、第１ミラー４あるいは第２ミラー５での反射によりずれ方向が反転することはない。レーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９外の方向に配列するように配置されたレーザ光源が含まれる場合においても、少なくともその他の、レーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９内の方向に配列されたレーザ光源について、合成ビーム光軸７上でのビーム光のずれ方向が一致するように上記のレーザの配置を適用することで、相対スポットずれを小さくすることができる。
【００５２】
しかしながら、各色のレーザ光のスポット形状を一致させるためには、全てのレーザがレーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９内の方向に配列するように設置されることが望ましい。なぜなら、レーザチップ１６から発せられたビーム光の、十分離れた位置での広がり形状（ファーフィールドパターン）は、レーザチップ１６の厚み方向を長軸とする楕円形状になることが知られており、光路面１９外方向に配列するレーザが含まれると、楕円形状のスポットの長軸方向が一致せず、画像のぼやけが発生しやすいためである。
【００５３】
また、上記の実施例においては、第１レーザ光源３ａを青色、第２レーザ光源３ｂを赤色、第３レーザ光源３ｃを緑色のビーム光源としたが、青、赤、緑の配置はこれに限ったものではなく、別の配置となった場合においても、本発明の構成を適用することで、相対スポットずれを低減できる。
【００５４】
また、フルカラー表示をするために３つの光源を用いるのが一般的だが、アプリケーションによっては、光源を２つとしたり、また補助的な光源を追加して４つ以上とする場合も考えられる。そうした場合においても本発明の構成を適用することで相対スポットずれを低減できる。
【００５５】
以上のごとく本発明によれば、赤、緑、青の３色のレーザ光源からのビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するレーザ光源モジュールにおいて、温度上昇による熱変形に起因して発生する３色のビームスポットの相対位置ずれを低減することができるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ…第１レーザ、１ｂ…第２レーザ、１ｃ…第３レーザ、２ａ…第１レンズ、２ｂ…第２レンズ、２ｃ…第３レンズ、３ａ…第１光源、３ｂ…第２光源、３ｃ…第３光源、４…第１ミラー、５…第２ミラー、６…ビーム結合部、７…合成ビーム光軸、１０…ステムベース、１１…ステムカバー、１２…リード、１３…窓部、１４…ヒートシンク、１５…マウント、１６…レーザチップ、１７…リード、１８…封止材、１９…光路面、４０…偏光ビームスプリッタ、４１…１／４波長板、４２…画角拡大素子、５０…走査ミラー、６０…フロントモニタ―、１００…レーザ光源モジュール、１０１…光モジュール部、１０２…制御回路、１０３…ビデオ信号処理回路、１０４…レーザ光源駆動回路、１０５…走査ミラー駆動回路、１０６…フロントモニタ―信号検出回路、１０９…スクリーン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光源からのビーム光を１つの光軸上に整列して射出するレーザ光源モジュール、および、レーザ光源モジュールからの光ビームを走査ミラーにより２次元的に走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、手軽に持ち歩きでき、大きな画面で表示できる小型プロジェクタの開発が盛んである。ノートＰＣなどに接続できる小型のプロジェクタや、記録画像を投射できるプロジェクタを内蔵したビデオカメラなどが市販されており、携帯電話やスマートフォンに内蔵したものも今後登場すると思われる。
【０００３】
プロジェクタの方式としては、光源にランプやＬＥＤなどを用い、液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）で表示した画像を投射するタイプが先行しているが、光源にレーザを用いて、１本のビーム光を可動ミラーにより走査して表示するレーザプロジェクタ（走査型画像表示装置）も開発が進められている。光源にレーザ光を用いるため、焦点合わせの必要がなく、外出先で手ごろな壁に投射するという用途に適していると考えられる。
【０００４】
赤、青、緑の３色のレーザ光源を用い、３色のレーザビームを１本の軸に沿って進む合成ビームに結合するビーム結合部と、合成ビームの偏向方向を走査するビームスキャナを有し、カラー画像を表示できる走査型画像表示装置の構成について、特許文献１に記載がある。
【０００５】
ビーム結合部の構成としては、３つの光源は並列していて、同一方向にビームが射出され、それぞれ対応したビーム結合ミラーに反射して、合成ビームに結合される。また、１つの光源を、初めから合成ビームの光軸に沿って射出し、ビーム結合ミラーを２つとした構成も記載があり、ミラーの数が減るためモジュールをより小型にできると考えられる。
【０００６】
なお、従来は直接緑色光を放射するレーザがなかったため、特許文献１においても、赤外光をＳＨＧ（second harmonic generation）で波長変換して緑色光を得ているが、近年では直接緑色光を放射するレーザも入手できるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３３７１５号公報
【特許文献２】特開平６−３１４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような走査型画像表示装置においては、３色のビーム光の光軸を精度よく一致させることが重要である。軸がずれてしまうと、スクリーン上での各色のスポットに相対位置ずれが発生し、画像がぼやけてしまう。モジュールの組立時には、３色の光軸が合うように調整して組み立てる必要がある。また、走査型画像表示装置の使用時には、レーザの発熱などにより温度が上がり熱変形が発生するため、熱変形時の光学部品の位置ずれによる光軸のずれも考慮する必要がある。
【０００９】
光源に用いるレーザとしては、CANパッケージと呼ばれる円筒形の金属パッケージの製品が主流である。円筒形のベースの先に、半円筒形のヒートシンクを接続し、ヒートシンクの平らな面に、サブマウントを介してレーザチップを接合し、キャップで覆った構造となっている。
【００１０】
こうしたレーザ光源では、特許文献２に記載されているように、温度上昇による変形により、発光点位置が変位する課題がある。ベースとヒートシンクの熱膨張係数の違い、あるいは、レーザチップおよびサブマウントとヒートシンクの熱膨張係数の違いが原因で、均一な熱変形とならないためである。レーザ光源からのビーム光の光軸方向は、レーザの発光点とレンズを結ぶ方向となるため、発光点の位置が変位すると、ビーム光の光軸がずれてしまう。特許文献２には、ヒートシンクのベースに接合する部分を円筒形にして、上記発光点の位置ずれを防ぐ構成が開示されているが、現在入手しやすいレーザ製品においては、こうした構成がとられておらず、発光点位置ずれの課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、温度上昇によりレーザの発光点の位置ずれが発生しても、スクリーン上でのスポット相対位置ずれを小さくできる、小型のレーザ光源モジュール、およびそれを備えた走査型画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ光源モジュールは、次のように構成される。
【００１３】
上記目的は、レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、このレーザからの放射光をビーム光に変換するレンズとを備えた複数のレーザ光源と、この複数のレーザ光源からの前記ビーム光を１つの合成ビーム光の軸上に整列させるためのビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際の、前記合成ビーム光の軸上でのビーム光のずれ方向が同じになるように前記レーザを設置したことにより達成される。
【００１４】
また好ましくは、前記ビーム結合部は、前記ビーム光を波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つないし複数のミラーを有し、前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際のビーム光のずれ方向が反転するようなミラーでの反射が奇数回であるビーム光源と、偶数回ないし反射がないビーム光源とで、ビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になると良い。
【００１５】
また好ましくは、前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になると良い。
【００１６】
また上記目的は、レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光にするレンズとを備えた第１のビーム光源、第２のビーム光源、および第３のビーム光源を有し、各ビーム光源から射出されるビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていると達成される。
【００１７】
また好ましくは、前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーおよび前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆であると良い。
【００１８】
また好ましくは、前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーを透過した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆であると良い。
【００１９】
また好ましくは、第１のビーム光源は青色で、第２のビーム光源は赤色で、第３のビーム光源は緑色であると良い。
【００２０】
また好ましくは、こうしたレーザ光源モジュールを、前記合成ビーム光軸上に整列されたビーム光の反射方向を２軸方向に走査できるスキャンミラーとともに用い、前記レーザ光源の発光と、前記スキャンミラーの走査を同期して制御してスクリーン上に画像を表示する走査型画像表示装置を構成する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザの発熱などによりレーザ光源モジュールの温度が上昇した際にも、複数のレーザ光源に対して、レーザの熱変形に起因するレーザ光軸のずれ方向を、合成ビーム光軸上において一致させることができるので、スクリーン上のレーザスポットの相対位置ずれを小さくしたレーザ光源モジュールを備えた走査型画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係わる走査型画像表示装置の全体構成図である。
【図２】本発明に係わるレーザ光源モジュールの実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に用いられるレーザの概観を示す斜視図である。
【図４】本発明に係わるレーザ光源モジュールの第１の実施例を示す平面図である。
【図５】本発明に係わるレーザ光源モジュールの第２の実施例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明に係る走査型画像表示装置の構成図である。
図１において、光モジュール部１０１は、緑（Ｇ）／赤（Ｒ）／青（Ｂ）の３色のレーザ光源と、各レーザ光源から発せられたビーム光を結合させるビーム結合部を有するレーザ光源モジュール１００（詳細は後述する）と、結合したビーム光をスクリーン１０９へ投射する投射部と、投射するビーム光をスクリーン１０９上で２次元的に走査する走査部とを有する。投射部には偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)４０、１／４波長板４１、画角拡大素子４２など、走査部には走査ミラー５０などを含む。
【００２５】
表示する画像信号は、電源等を含む制御回路２を経由してビデオ信号処理回路３に入力する。ビデオ信号処理回路３では画像信号に対し各種の処理を施すとともに、Ｒ／Ｇ／Ｂの３色信号に分離しレーザ光源駆動回路１０４に送る。レーザ光源駆動回路１０４では、Ｒ／Ｇ／Ｂの各信号の輝度値に応じて、レーザ光源モジュール１００内の対応するレーザに対して発光用の駆動電流を供給する。その結果レーザは、表示タイミングに合わせてＲ／Ｇ／Ｂ信号の輝度値に応じた強度のビーム光を出射する。
【００２６】
またビデオ信号処理回路１０３は、画像信号から同期信号を抽出して走査ミラー駆動回路１０５に送る。走査ミラー駆動回路５は、水平・垂直同期信号に合わせて光モジュール部１０１内の走査ミラー５０に対しミラー面を２次元的に反復回転させる駆動信号を供給する。これにより走査ミラー５０は、ミラー面を所定の角度だけ周期的に反復回転してビーム光を反射させ、スクリーン１０９上に水平方向および垂直方向に光ビームを走査して画像を表示する。
【００２７】
フロントモニター信号検出回路１０６は、フロントモニター６０からの信号を入力して、レーザから出射されるＲ／Ｇ／Ｂそれぞれの出力レベルを検出する。検出された出力レベルは、ビデオ信号処理回路１０３に入力され、所定の出力になるようレーザの出力が制御される。
走査ミラー５０には、例えばＭＥＭＳ（Micro electromechanical Systems）技術を用いて作成された２軸駆動ミラーを用いることができる。駆動方式としては、圧電、静電、電磁駆動のものなどがある。また、１軸駆動のスキャンミラーを２つ用意し、互いに直交する方向にビーム光を走査できるように配置してもよい。
【００２８】
ところで、この種の走査型画像表示装置に使用されるレーザ光源は、上述したように熱変形によってレーザの発光点が位置ずれし、ビーム光の光軸方向がずれてしまう課題がある。ビーム光の光軸がずれると、スクリーン上でのスポット位置がずれる。３つのレーザ光源でスポット位置ずれが異なると、スポット位置が一致しなくなり、画像がぼやけてしまう。
【００２９】
そこで本発明の発明者らは、複数のレーザ光源のスポット位置ずれを同じ方向とすることで、相対的な位置ずれ量を小さくできるように、前記レーザ光源モジュール１００を構成することを考えた結果、以下のごとき実施例を得た。
【００３０】
以下、本発明に係わるレーザ光源モジュール１００について説明する。
図２は本発明の第１の実施例に係るレーザ光源モジュールを説明する斜視図である。
図２において、レーザ光源モジュール１００は、第１レーザ１ａおよび第１レンズ２ａからなる第１レーザ光源３ａと、第２レーザ１ｂおよび第２レンズ２ｂからなる第２レーザ光源３ｂと、第３レーザ１ｃおよび第３レンズ２ｃからなる第３レーザ光源３ｃと、第１ミラー４および第２ミラー５からなるビーム結合部６を有する。
【００３１】
第１レーザ１ａ、第２レーザ１ｂ、第３レーザ１ｃはそれぞれ赤色、緑色、青色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のレーザ光を放射する。第１レンズ２ａ、第２レンズ２ｂ、第３レンズ２ｃはいわゆるコリメータであり、それぞれレーザ光源から放射されたレーザ光を略平行なビーム光にする。各光源からのビーム光は、ビーム結合部６において１本の合成ビーム光軸７上に整列されて、レーザ光源モジュール１００の外部に放射される。
【００３２】
第１レーザ光源３ａからの青色のビーム光は、第１ミラー４に反射して、第２レーザ光源３ｂからの赤色のビーム光は、第２ミラー５に反射した後、第１ミラー４を透過して、第３レーザ光源３ｃからの緑色のビーム光は、第２ミラー５、第１ミラー４の順に透過して、それぞれ合成ビーム光軸７上に整列される。上記の光路を形成するため、第１ミラー４は青色の波長のビームを反射し、赤色および緑色の波長のビームを透過するように、また第２ミラー５は赤色の波長のビームを反射し、緑色の波長のビームを透過するように設計されたダイクロイックミラーである。
【００３３】
図３（ａ）および図３（ｂ）は第１レーザ１ａ、第２レーザ１ｂおよび第３レーザ１ｃに用いることのできるレーザの構造を示す斜視図である。
図３（a）において、レーザはステムベース１０とステムカバー１１、およびステムカバー１１の先端に設置される透明な窓部１２により保護された構造となっている。ステムベース１０の背後にはレーザに給電するためのリード１３が引き出されている。
【００３４】
図３（b）は、レーザの内部構造を説明するため、ステムカバー１１および窓部１２を除去した状態を示している。
図３（ｂ）において、円柱形のステムベース１０に、円筒を切り取った形状のヒートシンク１４が接合されており、その平坦面にサブマウント１５を介してレーザチップ１６が接合されている。レーザチップ１６の先端にある発光点がレーザのほぼ中心線上に位置するように構成されている。リード１３は、ステムベース１０を貫通してステムカバー１１の内部に突き出している。リード１３とレーザチップ１６とはワイヤ１７を介して接続されている。リード１３とステムベース１０との間は絶縁性の封止材１８で封止されている。
【００３５】
これらの材質としては、例えばレーザチップ１６はガリウムヒ素、サブマウント１５は窒化アルミ、ヒートシンク１４は銅、ステムベース１０およびステムカバー１１は鉄、窓部１２はガラス、封止材１８は低融点ガラスなどが用いられる。
【００３６】
なお、図２においては、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂのビームが射出される方向をX方向、第３レーザ光源３ｃのビームが射出される方向をY方向とし、XY平面を光路面１９と呼ぶこととする。
【００３７】
図４は、光路面１９における、各レーザ、レンズ、およびミラーの配置を示す平面図である。
なお、各レーザは、ステムベース１０、ヒートシンク１４、サブマウント１５、レーザチップ１６のみを記載している。
【００３８】
図４において、本発明の特徴としては、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂでは、レーザ光の射出方向に向かって左側にヒートシンク１４、右側にレーザチップ１６が配置されているのに対し、第３レーザ光源３ｃではレーザ光の射出方向に向かって左側にレーザチップ１６、右側にヒートシンク１４が配置されており、ヒートシンク１４とレーザチップ１６の配置が逆になっている。
【００３９】
このような構成により、レーザの発熱などでレーザ光源モジュール１００の温度が上昇した場合でも、レーザの熱変形に起因するレーザ光の光軸ずれの方向を、第１レーザ光源３ａ、第２レーザ光源３ｂおよび第３レーザ光源３ｃについて、合成ビーム光軸７上で同じ方向にできる。これにより、ビーム光がスクリーンに投射された際の、各色のスポットの相対位置ずれを小さくすることができる。
【００４０】
レーザは上記のように熱膨張係数の異なる部材が接合されて構成されており、温度上昇により熱変形を生じる。レーザチップ１６およびサブマウント１５に対して、ヒートシンク１４の熱膨張係数が大きいため反りが発生し、レーザチップ１６の発光点は、ヒートシンク１４から遠ざかる方向に変位する。ビーム光はレーザチップ１６の発光点とレンズ（２ａ〜２ｃ）の中心とを結ぶ直線の方向に進むため、レーザチップ１６の発光点に上記の変位が生じると、ビーム光の進行方向は初期よりもヒートシンク１４の側にずれる。
【００４１】
本実施例においては、X軸のプラス方向に進む第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂのビーム光は、進行方向に見て左側、すなわちY軸のプラス方向にずれる。一方、Y軸のプラス方向に進む第３レーザ光源３ｃのビーム光は、進行方向に見て右側、すなわちX軸のプラス方向にずれる。このずれ方向は、第１ミラー４または第２ミラー５で反射すると反転し、透過したときはそのままとなる。よって、第１レーザ光源３ａのビーム光のずれ方向は、第１ミラーでの反射後は、進行方向に見て右側、すなわちX軸のプラス側になる。第２レーザ光源３ｂのビーム光のずれ方向は、第２ミラーでの反射後は、進行方向に見て右側、すなわちX方向のプラス側となり、第１ミラーの透過後はずれ方向は変わらない。第３レーザ光源３ｃのビーム光のずれ方向は、第２ミラー、第１ミラーの透過後も変わらない。
【００４２】
このように、合成ビーム光軸７上での、第１レーザ光源３ａ、第２レーザ光源３ｂおよび第３レーザ光源３ｃからのビーム光のずれ方向は、全て進行方向に見て右側、すなわちX軸のプラス側となり、ずれの方向を同じにすることができる。
【００４３】
ビーム光のずれ量は、各光源の、レーザの構造の違い、およびレーザチップ１６の発光点とレンズの中心との距離の違いなどにより同じになるとは限らないが、ずれ方向が逆になる場合に比べて、全て同じ方向とすることができれば、相対的なスポット位置ずれは大幅に小さくすることができる。
【００４４】
ビーム光のずれ方向を一致させることが目的であるので、全てのレーザについて、設置する向きを反対にしてもよい。すなわち、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂではヒートシンク１４が右側でレーザチップ１６が左側に、第３レーザ光源３ｃはヒートシンク１４が左側で、レーザチップ１６が右側になるようにレーザを配置してもよい。
【００４５】
上記のように、ミラーで反射することでビーム光の傾き方向が反転することから、ミラーで１回反射する第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂは進行方向に見て右側に、ミラーでの反射がない第３レーザ光源３ｃは進行方向に見て左側にビーム光の光軸がずれるようにレーザを設置することで、合成ビーム光軸７上でのビーム光のずれ方向を一致させることができた。
【００４６】
第１の実施例の構成に限らず、同様の様々な構成において、合成ビーム光軸７に達するまでのミラーでの反射が奇数回であるビーム光源と、偶数回または反射がないビーム光源とで、ビーム光の進行方向に見たずれ方向を逆方向にする、すなわち、ヒートシンク１４とレーザチップ１６の配置を逆にすることで、相対スポット位置ずれを小さくする効果を得ることができる。
【実施例２】
【００４７】
その例として、合成ビーム光軸７に至るまでの光路が第１の実施例と異なる第２の実施例を示す。
図５は第２の実施例のレーザ光源モジュール１００の、光路面１９上の構成を示す平面図である。
【００４８】
図５において、第１レーザ光源３ａからの青色のビーム光は、第１ミラー４を透過して、第２レーザ光源３ｂからの赤色のビーム光は、第２ミラー５に反射した後、第１ミラー４に反射して、第３レーザ光源３ｃからの緑色のビーム光は、第２ミラー５を透過した後、第１ミラー４に反射して、それぞれ合成ビーム光軸７上に整列される。上記の光路を形成するため、第１ミラー４は青色の波長のビームを透過し、赤色および緑色の波長のビームを反射するように設計されている。また、第２ミラー５は赤色の波長のビームを反射し、緑色の波長のビームを透過するように設計されている。
【００４９】
本実施例においては、第１レーザ光源３ａのビーム光はミラーでの反射がなく、第２レーザ光源３ｂは反射が２回、第３レーザ光源３ｃは反射が１回である。そこで、ミラーでの反射が奇数回の第３レーザ光源３ｃは進行方向に見て左側に、ミラーでの反射が偶数回または反射なしである第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂは進行方向に見て右側にビーム光がずれるようにレーザを配置した。すなわち、第３レーザ光源３ｃはヒートシンク１４が左側でレーザチップ１６が右側に、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂではヒートシンク１４が右側でレーザチップ１６が左側になるようにレーザを配置した。これによりX軸のプラス方向に進む合成ビーム光軸７上においては、全てのビーム光が進行方向に見て右側、すなわちY軸のマイナス側にずれるようになり、ずれ方向を一致させることができた。
【００５０】
本発明はビーム光のずれ方向を一致させることが目的であるので、全てのレーザの設置する向きを反対にしてもよい。すなわち、第３レーザ光源３ｃはヒートシンクが右側で、レーザチップが左側に、第１レーザ光源３ａおよび第２レーザ光源３ｂではヒートシンクが左側でレーザチップが右側になるようにレーザを配置してもよい。
【００５１】
なお、レーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９外の方向に配列するようにレーザが配置されることも考えられる。その場合は、レーザチップ１６の発光点がヒートシンク１４から離れる方向に変位したときのビーム光の光軸のずれは、光路面１９外の方向になり、第１ミラー４あるいは第２ミラー５での反射によりずれ方向が反転することはない。レーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９外の方向に配列するように配置されたレーザ光源が含まれる場合においても、少なくともその他の、レーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９内の方向に配列されたレーザ光源について、合成ビーム光軸７上でのビーム光のずれ方向が一致するように上記のレーザの配置を適用することで、相対スポットずれを小さくすることができる。
【００５２】
しかしながら、各色のレーザ光のスポット形状を一致させるためには、全てのレーザがレーザチップ１６とヒートシンク１４が光路面１９内の方向に配列するように設置されることが望ましい。なぜなら、レーザチップ１６から発せられたビーム光の、十分離れた位置での広がり形状（ファーフィールドパターン）は、レーザチップ１６の厚み方向を長軸とする楕円形状になることが知られており、光路面１９外方向に配列するレーザが含まれると、楕円形状のスポットの長軸方向が一致せず、画像のぼやけが発生しやすいためである。
【００５３】
また、上記の実施例においては、第１レーザ光源３ａを青色、第２レーザ光源３ｂを赤色、第３レーザ光源３ｃを緑色のビーム光源としたが、青、赤、緑の配置はこれに限ったものではなく、別の配置となった場合においても、本発明の構成を適用することで、相対スポットずれを低減できる。
【００５４】
また、フルカラー表示をするために３つの光源を用いるのが一般的だが、アプリケーションによっては、光源を２つとしたり、また補助的な光源を追加して４つ以上とする場合も考えられる。そうした場合においても本発明の構成を適用することで相対スポットずれを低減できる。
【００５５】
以上のごとく本発明によれば、赤、緑、青の３色のレーザ光源からのビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するレーザ光源モジュールにおいて、温度上昇による熱変形に起因して発生する３色のビームスポットの相対位置ずれを低減することができるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ…第１レーザ、１ｂ…第２レーザ、１ｃ…第３レーザ、２ａ…第１レンズ、２ｂ…第２レンズ、２ｃ…第３レンズ、３ａ…第１光源、３ｂ…第２光源、３ｃ…第３光源、４…第１ミラー、５…第２ミラー、６…ビーム結合部、７…合成ビーム光軸、１０…ステムベース、１１…ステムカバー、１２…リード、１３…窓部、１４…ヒートシンク、１５…マウント、１６…レーザチップ、１７…リード、１８…封止材、１９…光路面、４０…偏光ビームスプリッタ、４１…１／４波長板、４２…画角拡大素子、５０…走査ミラー、６０…フロントモニタ―、１００…レーザ光源モジュール、１０１…光モジュール部、１０２…制御回路、１０３…ビデオ信号処理回路、１０４…レーザ光源駆動回路、１０５…走査ミラー駆動回路、１０６…フロントモニタ―信号検出回路、１０９…スクリーン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光に変換するレンズとを備えた複数のレーザ光源と、この複数のレーザ光源からの前記ビーム光を１つの合成ビーム光軸上に整列させるためのビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、
前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、
前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際の、前記合成ビーム光軸上でのビーム光のずれ方向が同じになるように前記レーザを設置したことを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は、前記ビーム光を波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つないし複数のミラーを有し、
前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、
前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際のビーム光のずれ方向が反転するようなミラーでの反射が奇数回であるビーム光源と、偶数回ないし反射がないビーム光源とで、ビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項３】
請求項１記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、
前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、
前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、
前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項４】
レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光にするレンズとを備えた第１のビーム光源、第２のビーム光源、および第３のビーム光源を有し、各ビーム光源から射出されるビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、
前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、
前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、
前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項５】
請求項４記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、
前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーおよび前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項６】
請求項４記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、
前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーを透過した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項７】
請求項５又は６のいずれかに記載のレーザ光源モジュールにおいて、
第１のビーム光源は青色で、第２のビーム光源は赤色で、第３のビーム光源は緑色であることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のレーザ光源モジュールと、前記合成ビーム光軸上に整列されたビーム光の反射方向を２軸方向に走査できるスキャンミラーを有し、前記レーザ光源の発光と前記スキャンミラーの走査を同期して制御してスクリーン上に画像を表示することを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項１】
レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光に変換するレンズとを備えた複数のレーザ光源と、この複数のレーザ光源からの前記ビーム光を１つの合成ビーム光軸上に整列させるためのビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、
前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、
前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際の、前記合成ビーム光軸上でのビーム光のずれ方向が同じになるように前記レーザを設置したことを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は、前記ビーム光を波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つないし複数のミラーを有し、
前記複数のレーザ光源のうち少なくとも２つ以上にあっては、
前記レーザチップの発光点が前記ヒートシンクから離れる方向に動いた際のビーム光のずれ方向が反転するようなミラーでの反射が奇数回であるビーム光源と、偶数回ないし反射がないビーム光源とで、ビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項３】
請求項１記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、
前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、
前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、
前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項４】
レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザと、前記レーザからの放射光をビーム光にするレンズとを備えた第１のビーム光源、第２のビーム光源、および第３のビーム光源を有し、各ビーム光源から射出されるビーム光を、１つの合成ビーム光軸上に整列するビーム結合部を有するレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は、ビームを波長や偏波方向に応じて反射したり透過したりできる１つまたは複数のミラーを有し、
前記合成ビーム光軸を含む主要なビーム光路が形成される面を光路面とし、
前記光路面内の方向に前記レーザチップと前記ヒートシンクが並ぶ向きに設置されている前記ビーム光源の内の少なくとも２つ以上にあっては、
前記ビーム結合部を通過する間にビームがミラーに奇数回反射するビーム光源と、偶数回反射あるいは反射がないビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項５】
請求項４記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、
前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーおよび前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項６】
請求項４記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記ビーム結合部は第１のミラーおよび第２のミラーを有し、
前記第１のビーム光源のビーム光は前記第１のミラーを透過して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第２のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーに反射した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第３のビーム光源のビーム光は前記第２のミラーを透過した後、前記第１のミラーに反射して前記合成ビーム光軸上に整列され、
前記第１のビーム光源および前記第２のビーム光源と、前記第３のビーム光源とで、前記光路面内でビーム射出方向に見たときの前記レーザチップと前記ヒートシンクの配置が逆になっていることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項７】
請求項５又は６のいずれかに記載のレーザ光源モジュールにおいて、
第１のビーム光源は青色で、第２のビーム光源は赤色で、第３のビーム光源は緑色であることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のレーザ光源モジュールと、前記合成ビーム光軸上に整列されたビーム光の反射方向を２軸方向に走査できるスキャンミラーを有し、前記レーザ光源の発光と前記スキャンミラーの走査を同期して制御してスクリーン上に画像を表示することを特徴とする走査型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６４９１０（Ｐ２０１３−６４９１０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４１９８（Ｐ２０１１−２０４１９８）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００１５３５３５）株式会社日立メディアエレクトロニクス (452)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００１５３５３５）株式会社日立メディアエレクトロニクス (452)
【Ｆターム（参考）】
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