CN102566079B

CN102566079B - 激光光源装置

Info

Publication number: CN102566079B
Application number: CN201110416438.4A
Authority: CN
Inventors: 三浦雄一
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN102566079A; JP2012128214A; US20120155079A1; TW201226988A; US8851705B2; JP5609615B2; KR20120067928A

Abstract

本发明提供一种激光光源装置，其例如作为投影仪装置用的光源来使用，能够不使亮度降低而减少斑点噪声。该激光光源装置具备：激光光源；棱镜，以供来自激光光源的激光通过的一侧光学平面与激光的光路正交的状态而设置；以及振动驱动机构，使棱镜以如下方式振动：沿着不与激光的光路正交的另一侧光学平面所在的平面，在棱镜中的激光的光路长度发生变化的方向上进行平行移动。此外，将复合棱镜以任一侧光学平面与激光的光路正交的状态而设置，该复合棱镜是具有构成各顶角的两个光学平面的多个棱镜要素以一侧光学平面位于同一平面上且另一侧光学平面的水平位置互相不同的状态，沿高度方向紧贴配置而成。

Description

激光光源装置

技术领域

本发明涉及例如作为投影仪装置的光源使用的激光光源装置。

背景技术

目前，例如，投影仪装置被广泛用于使用了液晶面板或DMD(注册商标)元件的影像投影装置，然而近年来，作为用于投影仪装置的光源，正在对利用激光的技术进行开发。

然而，将激光光源装置作为投影仪装置的光源使用时，在屏幕上，观测到产生被称为“斑点噪声”的闪烁发光的亮点。该现象是由于将作为相干光的激光投射于屏幕等而观测影像光时，相位相同的光产生干涉而在视网膜上产生光量的强弱，从而发生该现象。

作为减少斑点噪声的方法，到目前为止，已有人提出各种方案，例如，专利文献1的日本特开2008-134271号公报记载有如下方法：将作为光源的激光分离成S偏振光及P偏振光，并通过改变光的传播距离来形成相位差，再次将上述光合成，由此来减少斑点噪声。此外，专利文献2的日本特开2008-216923号公报记载有如下方法：通过使组合了高度不同的圆锥棱镜的变形圆锥棱镜旋转而在时间上改变光路差，从而减少斑点噪声。此外，专利文献3的日本专利第4379482号公报也记载有通过在时间上改变光路来减少斑点噪声的方法。

专利文献1日本特开2008-134271号公报

专利文献2日本特开2008-216923号公报

专利文献3日本特许第4379482号公报

发明内容

然而，为了减少斑点噪声而利用改变光路的方法时，相当于虚拟地使光源的大小变大，存在光的利用率降低(Etendue(ΩS)变大)的问题。

本发明鉴于以上情况而提出，其目的是在提供一种激光光源装置，例如，在作为投影仪装置的光源使用的激光光源装置中，能够不降低亮度而减少斑点噪声。

本发明的激光光源装置，其特征为，具备：放射激光的激光光源；棱镜，以供来自该激光光源的激光通过的一侧光学平面与激光的光路正交的状态而设置；以及振动驱动机构，使该棱镜以如下方式振动：沿着该棱镜的不与所述激光的光路正交的另一侧光学平面所在的平面，在该棱镜中的激光的光路长度发生变化的方向上进行平行移动。

本发明的激光光源装置，其特征为，具备：放射激光的激光光源；棱镜，由复合棱镜构成，该复合棱镜是具有构成各顶角的两个光学平面的多个棱镜要素以各棱镜要素的一侧光学平面位于同一平面上且另一侧光学平面的水平位置互相不同的状态，沿棱镜要素的高度方向紧贴配置而成，并且，所述棱镜以所述一侧光学平面和另一侧光学平面的任一方与从激光光源放射的激光的光路正交的状态而设置；以及振动驱动机构，使该棱镜以如下方式振动：沿着不与所述激光的光路正交的另一侧光学平面所在的平面，在该棱镜中的激光的光路长度发生变化的方向上进行平行移动。

在本发明的激光光源装置中，优选，所述振动驱动机构使所述棱镜以如下方式振动：在所述棱镜的一侧光学平面或另一侧光学平面上，激光描绘出圆状的轨迹。

另外，在本发明的激光光源装置中，可具备多个激光光源，来自各激光光源的激光向共用的棱镜入射。

根据本发明的激光光源装置，通过振动驱动机构，使以供来自激光光源的激光通过的一侧光学平面与激光的光路正交的状态而设置的棱镜以如下方式振动，即，沿着该棱镜的不与激光的光路正交的另一侧光学平面所在的平面，在棱镜中的激光的光路长度发生变化的方向上进行平行移动，由此，能够对来自激光光源的激光在时间上形成相位差，或在时间上且在空间上形成相位差，从而减少发生激光干涉的情况，因此，能够减少发生斑点噪声的情况。

并且，棱镜的振动在不变更激光的出射点的位置的条件下进行，因此能够防止亮度降低。

附图说明

图1是表示具备本发明的第1实施方式的激光光源装置的投影仪装置的一例的构成概略的说明图。

图2是表示构成本发明的激光光源装置的激光光源的一例的构成概略的说明图。

图3表示构成本发明的激光光源装置的棱镜的一例的构成概略，(A)是立体图，(B)是仰视图。

图4表示构成本发明的激光光源装置的棱镜的另一例的构成概略，(A)是立体图，(B)是仰视图。

图5是表示构成本发明的第2实施方式的激光光源装置的棱镜的一例的构成概略的立体图。

图6是从图5的A方向观察时的仰视图。

图7是用于说明图5所示的棱镜的振动方法的、从激光出射面侧观察时的棱镜的俯视图。

图8是表示图5所示的棱镜的振动条件的一例的图。

具体实施方式

以下，针对本发明的实施方式进行详细说明。

<第1实施方式>

图1是表示具备本发明的第1实施方式的激光光源装置的投影仪装置的一例的构成概略的说明图，图2是表示构成本发明的激光光源装置的激光光源的一例的构成概略的说明图。

该投影仪装置具备：激光光源装置10；使从该激光光源装置10所投射的激光L作为均匀亮度的光出射的杆状的积分透镜30；使从该积分透镜30出射的激光成为平行光的准直透镜31；反射来自准直透镜31的激光并入射至DMD(注册商标)等显示器件33的反射镜32；以及在显示器件33中将调制形成的影像光放大投射于屏幕S上的投射透镜34。

本实施方式的激光光源装置10具备：分别投射红色光、绿色光、及蓝色光的多个激光光源11A、11B、11C；供从各激光光源11A、11B、11C互相平行地投射的激光L入射的共用的棱镜；以及使从该棱镜出射的与各激光光源11A、11B、11C所对应的激光聚光并使其入射至积分透镜30的聚光透镜13。

作为各激光光源11A、11B、11C，例如采用如图2所示将多个激光元件12配置成在二维上呈阵列状(沿纵横方向并列)的装置。具体而言，例如，作为投射红色光的激光光源11A，可以使用半导体激光阵列，作为投射绿色光的激光光源11B及投射蓝色光的激光光源11C，可以使用对红外线进行波长变换的波长可变(SHG)激光阵列。

作为本实施方式的棱镜，例如如图3(A)、(B)所示，使用直角三棱柱棱镜15。

该直角三棱柱棱镜15中，例如构成顶角α的两个光学平面中的一侧光学平面(包括构成底面15A、15B的直角三角形的长边的平面)形成供来自激光光源11A、11B、11C的激光L入射的激光入射面16，并且另一侧光学平面(包括构成底面15A、15B的直角三角形的斜边的平面)形成供在棱镜15中传播的激光出射的激光出射面17。并且，例如激光入射面16以与来自激光光源11A、11B、11C的激光L的光路正交的状态来设置。

并且，上述激光光源装置10具备振动驱动机构(未图示)，该振动驱动机构使直角三棱柱棱镜15以如下方式振动：沿着作为不与激光的光路正交的光学平面的激光出射面17所在的平面，在该直角三棱柱棱镜15中的激光的光路长度发生变化的方向上进行平行移动。

本实施方式的振动驱动机构采用使直角三棱柱棱镜15以如下方式振动的构成：在激光出射面17所在的平面(x-y平面)上，沿构成底面15A、15B的直角三角形的斜边延伸的方向(图3(B)的左右方向，x方向)进行直线往复运动，例如能够通过具有利用凸轮将马达的旋转运动变换成直线往复运动的机构的装置而构成。

通过振动驱动机构而振动的直角三棱柱棱镜15的频率例如优选为10Hz以上(1秒钟期间的往复运动的次数为10次以上)。由此，如后面所述的实验例的结果所示，可以可靠地得到减少斑点噪声的效果。

此外，直角三棱柱棱镜15的振幅(x方向最大移动距离)s优选为在各色的激光中能够可靠地形成时间上的相位差(直角三棱柱棱镜15中的光路长路之差d)的大小。

然后，上述的激光光源装置10中，使从各激光光源11A、11B、11C所放射的多条互相平行的激光L分别垂直入射至直角三棱柱棱镜15的激光入射面16，由此在同一光路上行进的激光中，使在直角三棱柱棱镜15中传播的光路长度不同的激光在时间上进行合成而从激光出射面17出射，其中，所述直角三棱柱棱镜15通过振动驱动机构而以沿着激光出射面17所在的平面(x-y平面)在x方向上进行直线往复运动的方式振动。

因此，根据上述的激光光源装置10，以使直角三棱柱棱镜15的光学平面中的一方、例如构成激光入射面16的光学平面与来自激光光源11A、11B、11C的激光的光路正交的状态来设置直角三棱柱棱镜15，并通过振动驱动机构使直角三棱柱棱镜15以如下方式振动，即沿着构成激光出射面17的另一方光学平面所在的平面而在直角三棱柱棱镜15中的激光的光路长度发生变化的方向上进行平行移动，由此能够使来自激光光源11A、11B、11C的激光L在时间上形成相位差而减少激光干涉的发生，因此能够减少在屏幕S上产生斑点噪声。

而且，因为直角三棱柱棱镜15的振动是在未变更激光的出射点位置(光路)的条件下进行，因此能够防止亮度降低。

以上，针对使用直角三棱柱棱镜15作为棱镜的构成进行说明，然而，如图4(A)、(B)所示，也可以使用梯形柱棱镜20。

该梯形柱棱镜20例如为将具有与上述图3所示的棱镜相同的形状、即具有构成顶角α的两个光学平面的直角三棱柱棱镜的一部分用与包含构成该直角三棱柱棱镜的底面的直角三角形的短边的平面平行的切断面切断后的形态的棱镜。

该梯形柱棱镜20中，与图3所示的棱镜相同，例如，构成顶角α的两个光学平面中的一侧光学平面(含有包含底面15A、15B的直角三角形的长边的平面)形成供来自激光光源11A、11B、11C的激光L入射的激光入射面16，并且另一侧光学平面(含有包含底面15A、15B的直角三角形的斜边的平面)形成供在棱镜20中传播的激光出射的激光出射面17。并且，例如，激光入射面16以与来自激光光源11A、11B、11C的激光L的光路正交的状态设置，通过振动驱动机构，以如下方式振动，即沿着激光出射面17所在的平面(x-y平面)在梯形柱棱镜20中的激光的光路长度发生变化的方向(x方向)上进行平行移动。

具备此种梯形柱棱镜20的激光光源装置中，也可以得到与使用直角三棱柱棱镜15作为棱镜的上述实施方式相同的效果。

<第2实施方式>

图5是表示构成本发明的第2实施方式的激光光源装置的棱镜的一例的构成概略的立体图，图6是从图5的A方向观察时的仰视图。

构成本第2实施方式的激光光源装置的棱镜，是由如下的复合棱镜25构成的：具有构成各顶角α的两个光学平面的例如三个棱镜要素26、27、28以各棱镜要素的一侧光学平面26B、27B、28B位于同一平面上且另一侧光学平面26A、27A、28A的水平位置互相不同的状态，在棱镜要素的高度方向(图6中的垂直于纸面的方向)上紧贴配置而成。

复合棱镜25中的各棱镜要素26(27、28)，例如由具有构成顶角α的两个光学平面的直角三棱柱棱镜的一部分被与包括构成该直角三棱柱棱镜的底面的直角三角形的短边的平面平行的切断面切断后的形态的棱镜(梯形柱棱镜)来构成，平行四边形柱棱镜部分261、271、281的与一侧光学平面垂直的方向(图6中为上下方向)的尺寸H₁、H₂、H₃互相不同。

该复合棱镜25中，例如各棱镜要素26、27、28中的另一侧光学平面形成供来自激光光源11A、11B、11C的激光L入射的激光入射面26A、27A、28A，并且另一侧光学平面(含有构成底面的直角三角形的斜边的平面)形成供在棱镜要素26、27、28中传播的激光出射的激光出射面26B、27B、28B。并且，例如，构成激光入射面26A、27A、28A的光学平面以与来自激光光源11A、11B、11C的激光L的光路正交的状态设置，通过振动驱动机构，以如下方式振动，即沿着激光出射面26B、27B、28B所在的平面(x-y平面)而在x方向及y方向的一方或双方上进行平行移动。例如，复合棱镜25以在x方向上进行平行移动的方式被振动时，在同一光路上行进的激光的、各棱镜要素26、27、28中的光路长度会改变，另一方面，复合棱镜25以在y方向上进行平行移动的方式被振动时，在同一光路上行进的激光通过不同的棱镜要素，从而改变光路长度。

以上说明中，棱镜要素26与棱镜要素27之间的上述尺寸之差(ΔH₁＝H₁-H₂)、及棱镜要素27与棱镜要素28之间的上述尺寸之差(ΔH₂＝H₂-H₃)优选为使复合棱镜25在x-y平面上例如沿x方向进行直线往复运动的情况下的、移动x方向最大移动距离s时所产生的光路长度之差d以上的大小。

具备此种复合棱镜25的激光光源装置，也具有与第1实施方式相同的效果，即，能够使来自激光光源11A、11B、11C的激光L在时间上且在空间上形成相位差从而减少激光干涉的发生，因此可减少在屏幕上发生斑点噪声的情况，而且，因为复合棱镜25的振动是在未改变激光的出射点的位置的条件下实施，因此能够防止亮度降低。

使用此种复合棱镜25时，不限于振动驱动机构使复合棱镜25以沿着不正交于激光的光路的光学平面所在的平面进行直线往复运动的方式振动，而是优选如图7所示，使复合棱镜25以在其激光出射面26B、27B、28B上或激光入射面26A、27A、28A上激光的出射点描绘出圆状的轨迹(图7中由双点划线示出)R的方式，沿着激光出射面26B、27B、28B所在的平面(x-y平面)振动。根据此种构成的振动驱动机构，可得到能够容易地进行复合棱镜25的振动控制的附加效果。此外，图7中，由虚线所示的区域表示激光能通过的区域。

由振动驱动机构所振动的复合棱镜25的振动频率例如优选10Hz以上(1秒钟期间的旋转数为10次以上)。由此，能够可靠地得到减少斑点噪声的效果。

图8是表示复合棱镜25的振动条件的一例的图，该条件是：以在激光出射面26B、27B、28B上激光的出射点描绘出半径为5mm的圆状轨迹的方式，使复合棱镜25以20Hz的振动频率进行圆周运动地振动。

以上，针对本发明的实施方式进行了说明，然而，本发明并未受限于上述实施方式，而可进行各种变更。

例如，棱镜并未受限于上述例示的形状。

此外，也可以为以如下方式设置棱镜的构成：与棱镜中的激光的光路正交的光学平面形成激光出射面，不正交于该光路的其他光学平面形成激光入射面。

此外，只要棱镜为在未变更激光的出射点的位置(光路)的条件下以改变棱镜中的光路长度的方式振动的构成，则使棱镜振动的方向(移动方向)并不特别限定为上述实施方式所例示的方向。

以下，针对为了确认本发明的效果而进行的实验例进行说明。

根据图1所示的构成，制作包括具有以下所示规格的本发明的激光光源装置(10)的投影仪装置。

<激光光源装置的规格>

激光光源(11A)：激光的波长为640nm的半导体激光阵列、

激光光源(11B)：激光的波长为530nm的SHG激光阵列、

激光光源(11C)：激光的波长为460nm的SHG激光阵列、

各激光光源的阵列大小：4mm×10mm、

棱镜(15)：内角为30°、60°、90°的直角三棱柱棱镜，长边：20mm，短边：11.5mm，高度(图1中垂直于纸面的方向的尺寸)6mm，材质：硼硅酸玻璃(折射率：1.5)、

棱镜(15)的振动条件：沿着棱镜的斜面(激光出射面)所在的平面的直线往复运动，振幅(图3(B)中的“s”)：10mm(激光通过棱镜中的最大距离(图3(B)中的“d”)：5mm，光路长度的变化量：0～2.5mm)。

针对上述的投影仪装置，按照下述表1变更棱镜的振动频率，对投影于屏幕上的影像品质进行主观评价。结果如下述表1所示。评价中，将“不明显但能够确认”的情况记为“○”，将“稍为明显且能够容易地确认”的情况记为“△”，将“非常明显且能够容易地确认”的情况记为“×”。

【表1】

振动频率[Hz]	主观评价结果
		0	×
10	△
		20	○
30	○

由以上的结果可以确认，通过使棱镜以沿着形成棱镜的激光出射面的斜面所在的平面的直线往复运动的方式振动，可以得到降低斑点噪声的效果，还可以确认，通过以振动频率为20Hz以上的条件使棱镜振动，可以得到进一步提高的降低斑点噪声的效果。

此外，测定屏幕上的光强度后可确认，光强度相对于不使棱镜振动时的光强度的降低程度在任何条件下均为95％左右，亮度得以维持。

Claims

1.一种激光光源装置，其特征为，具备：

放射激光的激光光源；

棱镜，由复合棱镜构成，该复合棱镜是具有构成各大小相同的顶角的两个光学平面的多个棱镜要素以各棱镜要素的一侧光学平面位于同一平面上且另一侧光学平面的水平位置互相不同的状态沿棱镜要素的高度方向紧贴配置而成，并且，所述棱镜以所述一侧光学平面和另一侧光学平面的任一方与从激光光源放射的激光的光路正交的状态而设置；以及

振动驱动机构，使该棱镜以如下方式振动：沿着不与所述激光的光路正交的另一侧光学平面所在的平面，在该棱镜中的激光的光路长度发生变化的方向上进行平行移动；

在所述棱镜中，所述多个棱镜要素中的相邻棱镜要素的与所述激光的光路正交的光学平面的水平位置差的大小被设定为：通过所述振动驱动机构而进行的所述棱镜的平行移动中的、所述棱镜要素的与激光的光路正交的光学平面在光行进方向上的最大移动距离以上的大小。

2.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征为，

所述振动驱动机构使所述棱镜以如下方式振动：在所述棱镜的一侧光学平面或另一侧光学平面上，激光描绘出圆状的轨迹。

3.根据权利要求1或2所述的激光光源装置，其特征为，

具备多个激光光源，来自各激光光源的激光向共用的棱镜入射。