CN105518517B

CN105518517B - 激光光源装置及图像投影装置

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Publication number: CN105518517B
Application number: CN201480048850.7A
Authority: CN
Inventors: 山田裕贵
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: JP2015052626A; WO2015033792A1; US20160223894A1; JP6008810B2; CN105518517A

Abstract

激光光源装置(2)具备：多个激光光源(21)，射出激光；光学系统(22)，从多个激光光源(21)射出的光入射到该光学系统(22)；以及导光体(23)，具有从光学系统(22)射出的光所入射的入射面(23a)，多个激光光源(21)中的至少两个激光光源(21)射出相同波长的光，相同波长的光中的至少两个光的光轴相对于入射面(23a)的入射角度不同。

Description

激光光源装置及图像投影装置

技术领域

本发明涉及一种具备多个射出激光的激光光源的激光光源装置，此外涉及一种具备激光光源装置的图像投影装置。

背景技术

以往，作为激光光源装置，周知有将从多个激光光源射出的激光向光纤等入射的激光光源装置(例如，专利文献1)。并且，周知有将从该激光光源装置射出的光用作曝光用光源装置及投影仪等的光源的技术。在该技术中，在激光的照射面及观测者的视网膜上产生被称为斑点噪声的存在光的强弱的噪声。

因此，在专利文献1中，为了降低斑点噪声，提出了多个激光光源中的至少1个激光光源射出与其他激光光源不同波长的光的激光光源装置。但是，在专利文献1的激光光源装置中，由于可使用的波长的范围也是有限的，因此存在无法实现充分的斑点噪声的降低(“去斑效应(Despeckle effect)”或“斑点对比度的降低”)的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-146793号公报

发明内容

发明要解决的课题

因此，本发明的课题在于，鉴于上述情况，提供能够实现充分的斑点噪声的降低的激光光源装置及图像投影装置。

用于解决课题的方案

本发明的一种激光光源装置，具备：多个激光光源，射出激光；和导光体，具有从上述多个激光光源射出的光所入射的入射面，上述多个激光光源中的至少两个激光光源射出相同波长的光，上述相同波长的光中的至少两个光的光轴相对于上述入射面的入射角度不同。

此外，一种激光光源装置，具备：多个激光光源，射出激光；和光学系统，从上述多个激光光源射出的光入射到该光学系统，该光学系统将该光朝向导光体的入射面射出，上述多个激光光源中的至少两个激光光源射出相同波长的光，上述多个激光光源及上述光学系统构成为，上述相同波长的光中的至少两个光的光轴相对于上述入射面的入射角度不同。

根据本发明，从多个激光光源分别射出的光向导光体的入射面入射。并且，射出相同波长的光的激光光源至少设置有两个，从这些激光光源中的至少两个激光光源射出的光的光轴相对于入射面的入射角度不同。由此，能够降低斑点噪声。

此外，本发明的激光光源装置还可以是以下结构：上述相同波长的光的光轴相对于上述入射面的入射角度全部不同。

根据该结构，射出相同波长的光的激光光源至少设置有两个。并且，从这些激光光源射出的光的光轴相对于入射面的入射角度全部不同。由此，能够进一步有效地降低斑点噪声。

此外，本发明的激光光源装置还可以是以下结构：从上述多个激光光源中的至少两个激光光源射出的光的光轴相对于上述入射面的入射角度相等，该至少两个激光光源射出不同波长的光。

根据该结构，射出光轴相对于入射面的入射角度相等的光的激光光源至少设置有两个。并且，这些激光光源中的至少两个激光光源射出不同波长的光。由此，能够向导光体入射足够的光量，并且能够抑制斑点噪声的产生。

此外，在本发明的激光光源装置中，还可以是以下结构：上述导光体是光纤或光积分棒。

此外，本发明的一种图像投影装置，具备至少一个上述的激光光源装置，将从上述激光光源装置射出的光用作投射光。

发明效果

如上所述，本发明可获得能够实现充分的斑点噪声的降低的有益效果。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的图像投影装置的概略结构图。

图2是上述实施方式的激光光源装置的概略结构图。

图3是说明向上述实施方式中的光学系统入射的光的入射模式的图。

图4是说明上述实施方式中的导光体的入射面上的光的入射角度的图。

图5是说明上述实施方式中的“不同波长”的图。

图6是说明上述实施方式中的“不同波长”的图。

图7是说明相同波长的光以不同角度向导光体的入射面入射的情况下的效果的图，是表示向光学系统入射的光的入射模式的图。

图8是说明不同波长的光向导光体的入射面入射的情况下的效果的图，是表示向光学系统入射的光的入射模式的图。

图9是说明本发明的其他实施方式的向光学系统入射的光的入射模式的图。

图10是说明本发明的其他实施方式的向光学系统入射的光的入射模式的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图8说明本发明的激光光源装置及图像投影装置的一个实施方式。

如图1所示，本实施方式的图像投影装置1具备分别射出不同颜色的光的多个(本实施方式中为3个)激光光源装置2(2R、2G、2B)、以及使从各激光光源装置2射出的光成为光图像的空间调制元件3。此外，图像投影装置1具备对从各空间调制元件3射出的光图像进行合成的颜色合成光学构件4、以及将从颜色合成光学构件4射出的光图像放大并向屏幕100投射的光图像投射机构5。

激光光源装置2具备射出第1色(例如，红色)的激光的第1激光光源装置2R、射出第2色(例如，绿色)的激光的第2激光光源装置2G、以及射出第3色(例如，蓝色)的激光的第3激光光源装置2B。此外，空间调制元件3例如由数字微镜设备、液晶显示设备等构成，颜色合成光学构件4例如由二向棱镜(Dichroic prism)等颜色合成棱镜等构成，光图像投射机构5例如由投射棱镜等构成。

如图2所示，本实施方式的激光光源装置2具备射出激光的多个激光光源21、从多个激光光源21射出的光所入射的光学系统22、以及具有从光学系统22射出的光所入射的入射面23a的导光体23。并且，激光光源装置2将从导光体23射出的光向空间调制元件3入射。

激光光源21具备射出激光的半导体激光器211、以及使从半导体激光器211射出的激光成为平行光的准直透镜212。多个激光光源21被配置成，所射出的光的光轴至少在向光学系统22入射时彼此平行。

此外，多个激光光源21被配置成，所射出的光的光轴在光学系统22的入射面22a上位于不同的位置。优选的是，多个激光光源21(尤其是，输出相同波长的光的激光光源21彼此)被配置成，所射出的光在光学系统22的入射面22a上不重合。

多个激光光源21射出多个波长的光。在本实施方式中，激光光源21设置有9个(在图2中，仅图示了4个)。例如，在第2激光光源装置2G中，射出第1波长(例如，530nm的波长)的光的激光光源21、射出第2波长(例如，532nm的波长)的光的激光光源21、以及射出第3波长(例如，534nm的波长)的光的激光光源21分别设置有3个。

光学系统22在本实施方式中是使从多个激光光源21射出的光朝向导光体23的入射面23a的中心聚光的聚光透镜。换言之，光学系统22使从各激光光源21射出的光的光轴朝向导光体23的入射面23a的中心改变(折射)。

导光体23形成为长条形，在一端配置有平面状的入射面23a，在另一端配置有平面状的射出面23b。并且，导光体23构成为，通过在其侧面对光进行全反射，一边保持在入射面23a入射的光行进的角度，一边沿着长边方向传输光。

在本实施方式中，导光体23是由成为芯的内芯(Core)、配置在内芯的外侧且折射率比内芯低的包层、以及覆盖包层的覆盖层构成的光纤(仅图示了内芯)。即，入射面23a由内芯的一端侧的面构成。另外，导光体23不限于光纤，例如也可以是光积分棒(Rodintegrator)等。

在此，说明基于各激光光源21的配置(光在光学系统22上的入射位置)及光学系统22的作用的、光在导光体23的入射面23a上的入射角度及入射位置。

如图3所示，从三个激光光源21、21、21射出相同的第1波长的光L11、L12、L13。此外，从三个激光光源21、21、21射出相同的第2波长的光L21、L22、L23。进一步，从三个激光光源21、21、21射出相同的第3波长的光L31、L32、L33。另外，图3表示各光L11～L13、L21～L23、L31～L33在光学系统22的入射面22a上的入射位置。

然而，在本实施方式中，通过光学系统22，来自激光光源21的光朝向导光体23的入射面23a的中心聚光。因此，在从激光光源21射出的光的光轴在光学系统22的入射面22a上位于距中心不同距离上的情况下，光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度不同。

例如，在相同的第1波长的光即L11、L12、L13中，光轴A11、A12、A13在光学系统22的入射面22a上位于距中心不同的距离。因此，在相同的第1波长的光即L11、L12、L13中，如图4所示，光轴A11、A12、A13相对于导光体23的入射面23a的入射角度θ1、θ2、θ3分别不同。

返回图3，在相同的第2波长的光即L21、L22、L23中，光轴A21、A22、A23在光学系统22的入射面22a上也位于距中心不同的距离。因此，在相同的第2波长的光L21、L22、L23中，光轴A21、A22、A23相对于导光体23的入射面23a的入射角度θ1、θ2、θ3也分别不同。

同样，在相同的第3波长的光即L31、L32、L33中，光轴A31、A32、A33在光学系统22的入射面22a上也位于距中心不同的距离。因此，在相同的第3波长的光L31、L32、L33中，光轴A31、L32、A33相对于导光体23的入射面23a的入射角度θ1、θ2、θ3也分别不同。

另外，在从激光光源21射出的光的光轴在光学系统22的入射面22a上位于距中心相同距离(图3中的虚线的位置)上的情况下，光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度为相同的位置。因此，在相同波长的光中，光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度全部不同，此外，光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的光中，波长全部不同。

在此，参照图5及图6说明本实施方式中的“不同波长的光”和“相同波长的光”。

如图5所示，对于从各激光光源21射出的光，以使面积成为1的方式，计算出光谱(波长-光谱强度的图表)。另外，图5所示的光谱由于是由多个(例如，24个)发光部(发射器)构成的激光半导体211的光谱，因此成为具有凹凸的形状。

如图6所示，通过计算两个光的光谱的重复部分(图6中的斜线部)的面积，判定两个光是相同的波长还是不同的波长。具体地说，在重复部分的面积为0.24以下的情况下，认为是不同的波长。优选的是，在重复部分的面积为0.07以下的情况下，认为是不同的波长。更优选的是，在重复部分的面积为0.07以下、且峰值波长分离了光谱的半峰全宽的平均值以上的情况下，认为是不同的波长。另外，在重复部分的面积大于0.24的情况下，认为是相同的波长。

此外，在本实施方式中，在两个光中，在光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度之差为2°以上的情况下，认为“入射角度不同”。优选的是，在两个光中，在光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度之差为5°以上的情况下，认为“入射角度不同”。更有选的是，在两个光中，在光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度之差为8°以上的情况下，认为“入射角度不同”。另外，在两个光中，在光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度之差小于2°的情况下，认为“入射角度相等”。

接着，参照图7及图8验证本实施方式的激光光源装置2的作用效果。另外，图7及图8像图3那样表示各光在光学系统22的入射面22a上的入射位置。

为了进行验证，使从激光光源装置2射出的光向光积分棒入射，将光积分棒的端面像以约100倍放大投射到屏幕100，并通过CCD相机拍摄该屏幕100，从而根据投影在屏幕100上的图像测定斑点对比度(Speckle contrast)。另外，斑点对比度是CCD的各像素上的光强度的标准偏差除以各像素上的光强度的平均值而得到的，是越大则越具有光强度的离散(斑点噪声)的指标。

如图7所示，对存在波长为530nm的相同的两个光L41、L42的情况进行验证。在相同波长的各光L41、L42的光轴A41、A42在光学系统22的入射面22a上位于距中心相同的距离上的情况下，即光轴A41、A42相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的情况下，斑点对比度为9.5％。

而在相同波长的各光L41、L42的光轴A41、A42在光学系统22的入射面22a上位于距中心不同的距离上的情况下，即光轴A41、A42相对于导光体23的入射面23a的入射角度不同的情况下，斑点对比度为8.2％。由此，在相同波长的光中，通过使光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度不同，能够降低斑点噪声。

此外，如图8所示，对存在波长为530nm的相同的两个光L51、L52和波长为534nm的一个光L53的情况进行验证。在各光L51～53的光轴A51～53在光学系统22的入射面22a上位于距中心不同的距离上的情况下，即光轴A51～A53相对于导光体23的入射面23a的入射角度全部不同的情况下，斑点对比度为7.5％。

而在不同波长的光L51、L53的光轴A51、53在光学系统22的入射面22a上位于距中心相同的距离上的情况下，即不同波长的光L51、L53的光轴A51、A53相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的情况下，斑点对比度为7.7％。由此，在光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的光中，通过使波长不同，能够抑制斑点噪声的产生。

由此，根据本实施方式的图像投影装置1及激光光源装置2，从多个激光光源21分别射出的光向光学系统22入射，从光学系统22射出的光向导光体23的入射面23a入射。并且，从多个激光光源21射出的光中，光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度不同。由此，能够降低斑点噪声。

此外，根据本实施方式的图像投影装置1及激光光源装置2，射出相同波长的光的激光光源21分别设置有三个。并且，从这些激光光源21射出的光L11～L13(L21～L23、L31～L33)中，光轴A11～A13(A21～A23、A31～A33)相对于导光体23的入射面23a的入射角度θ1～θ3全部不同。由此，能够进一步有效地降低斑点噪声。

此外，根据本实施方式的图像投影装置1及激光光源装置2，射出光轴L11、L21、L31(L12、L22、L32)(L13、L23、L33)相对于导光体23的入射面23a的入射角度θ1(θ2)(θ3)相等的光的激光光源21分别设置有三个。并且，这些激光光源21全部射出不同波长的光。由此，能够向导光体23入射足够的光量，并且能够抑制斑点噪声的产生。

另外，本发明不限定于上述的实施方式的结构，此外不限定于上述的作用效果。此外，本发明在不脱离本发明的要旨的范围内当然能够实施各种变更。例如，当然能够任意选择下述的各种变更例的结构及方法等来采用到上述的实施方式的结构及方法等中。

上述实施方式的图像投影装置1是具备三个激光光源装置2R、2G、2B的结构。但是，本发明的图像投影装置1不限于该结构。例如，本发明的图像投影装置1既可以具备一个激光光源装置2，也可以具备两个激光光源装置2，还可以具备四个以上的激光光源装置2。

此外，在上述实施方式的激光光源装置2中，多个激光光源21是射出多个波长的光的结构。但是，本发明的激光光源装置2不限于该结构。例如，在本发明的激光光源装置2中，多个激光光源21如图9所示也可以是全部射出相同波长的光L61～66的结构。

另外，图9像图3那样表示各光L61～L66在光学系统22的入射面22a上的入射位置。在图9中，表示相同波长的六个光L61～L66向光学系统22的入射面22a入射的情况。

在该结构中，也可以是不仅存在光轴A61(A62、A63)、A64(A65、A66)相对于导光体23的入射面23a的入射角度不同的光、还存在光轴A61～A63(A64～A66)相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的光的结构。当然，也可以是仅存在光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度不同的光的结构。

此外，上述实施方式的激光光源装置2是相同波长的光中光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度不同的结构。但是，本发明的激光光源装置2不限于该结构。例如，如图10所示，本发明的激光光源装置2也可以是相同波长的光L72，L73，L75，L76中的一部分光L72、L73(L75、L76)中光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的结构。

另外，图10像图3那样表示各光L71～L76在光学系统22的入射面22a上的入射位置。在图10中，表示第1波长的两个光L71、L74和第2波长的四个光L72，L73，L75，L76向光学系统22的入射面22a入射的情况。

此外，上述实施方式的激光光源装置2是光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的光为波长全部不同的光的结构。但是，本发明的激光光源装置2不限于该结构。例如，本发明的激光光源装置2如图10所示也可以是光轴相对于导光体23的入射面23a的入射角度相等的光L71～L73中一部分光L71、L72(L73)的波长不同的结构。

此外，上述实施方式的激光光源装置2是用于图像投影装置1的结构。但是，本发明的激光光源装置2不限于该结构。例如，本发明的激光光源装置2还可以是在使用激光来进行曝光的曝光装置中使用的结构。

此外，上述实施方式的激光光源装置2是具备光学系统22的结构。但是，本发明的激光光源装置不限于该结构。例如，本发明的激光光源装置还可以是不具备光学系统22，而是从激光光源21射出的激光向导光体23的入射面23a直接入射的结构。

此外，上述实施方式的激光光源装置2是具备导光体23的结构。但是，本发明的激光光源装置不限于该结构。例如，本发明的激光光源装置还可以是不具备导光体23其本身，而是具备可装卸地连接导光体23的连接部的结构。

符号说明

1…图像投影装置

2、2R、2G、2B…激光光源装置

3…空间调制元件

4…颜色合成光学构件

5…光图像投射机构

21…激光光源

22…光学系统

22a…入射面

23…导光体

23a…入射面

23b…射出面

100…屏幕

211…半导体激光器

212…准直透镜

Claims

1.一种激光光源装置，具备：

多个激光光源，射出红色、绿色、蓝色中的某一个颜色且相同颜色的激光；和

导光体，具有从上述多个激光光源射出的光所入射的入射面，

上述导光体是光纤，

上述多个激光光源中的至少两个激光光源射出相同波长的光，

上述相同波长的光在向上述入射面入射时光轴相对于该入射面的入射角度全部不同。

2.一种激光光源装置，具备：

光学系统，从上述多个激光光源射出的光入射到该光学系统，该光学系统将该光朝向导光体的入射面射出，

上述导光体是光纤，

上述多个激光光源及上述光学系统构成为，上述相同波长的光在向上述入射面入射时光轴相对于该入射面的入射角度全部不同。

3.根据权利要求1所述的激光光源装置，其中，

从上述多个激光光源中的至少两个激光光源射出的光的光轴相对于上述入射面的入射角度相等，

该至少两个激光光源射出不同波长的光。

4.一种图像投影装置，

具备至少一个权利要求1所述的激光光源装置，

将从上述激光光源装置射出的光用作投射光。

5.根据权利要求2所述的激光光源装置，其中，

该至少两个激光光源射出不同波长的光。

6.一种图像投影装置，

具备至少一个权利要求2所述的激光光源装置，

将从上述激光光源装置射出的光用作投射光。

7.根据权利要求3所述的激光光源装置，其中，

光轴相对于上述入射面的入射角度相等的光的波长全部不同。

8.根据权利要求5所述的激光光源装置，其中，