JP2005276902A - 変調光源、それを有する画像表示装置、および変調光源の駆動方式 - Google Patents

Abstract

【課題】活性部の熱的安定性を維持できる変調光源を提供することである。
【解決手段】変調光源1は、ＤＢＲ部5と位相部6と活性部7とを有するＤＢＲレーザー2と、ＤＢＲレーザー2から基本波を受けてＳＨＧ光を出す光波長変換素子3と、ＤＢＲレーザー2を制御する制御手段4とを有する。活性部7には、ＰＷＭ信号の変調時間に対して概略一定の電流を与え、ＤＢＲ部5と位相部6の少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ＤＢＲ(Distributed
Bragg Reflector)レーザーを用いる変調光源、それを有する表示装置、および光変調方法に関する。

従来、ＳＨＧ(Second Harmonic Generation)レーザー光源が提案されている（特許文献１参照）。図8はその構成を示す図である。図示されるように、ＤＢＲ部1013、位相部1012、活性部1011を備えるＤＢＲレーザー1010と、ＳＨＧ素子1020と、制御部1030とが設けられている。制御部1030は、ＤＢＲ部1013、位相部1012の電流を一定の変化電流比で変化させて、ＳＨＧ光の強度を変調する。また、制御部1030は、ＳＨＧ素子1020からの第２高調波光を受光した光検出器の検出結果を基にＳＨＧ光の強度を変調する。

さらに、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号に基づき活性部1011の電流を変調し、レーザーの発振時間を制御することにより階調を表現する方法が、レーザービームプリンタ等で一般に用いられている。
特開2002-43683号公報

上記特許文献１では、ＤＢＲ部1013、位相部1012の電流を一定の変化電流比で変化させてＳＨＧ光の強度を変調する方式を用いており、光ディスク等の記録用途でのＯＮ−ＯＦＦの２値を表現するには有効である。しかし、本発明者は、この技術であると高分解能の階調表現をするためには高精度なアナログ回路が必要となり、さらには環境温度の変化等でＳＨＧ光の変換効率のピーク点がずれた場合に、階調表現の線形性が損なわれるという問題に気づいた。

また、特許文献１では、活性部1011に任意のＰＷＭ信号のパターンによる電流を注入することで所望のＳＨＧ光の強度を得る例も示されているが、この場合、ＰＷＭ信号のパターンにＤＢＲレーザー1010の温度および光波長変換素子1020の温度が依存するという問題がある。その結果、ＤＢＲレーザー1010の発振波長および光波長変換素子1020の位相整合波長がＰＷＭ信号のパターンに依存し、ＳＨＧ光の強度が一定とならない。

本発明は、そのような課題を解決することを目的とし、より具体的には、ＤＢＲレーザーおよび光波長変換素子の熱的安定性を維持する、すなわちＰＷＭ信号のパターンに依存せずにＳＨＧ光を高分解能に階調表現することを容易に実現できる変調光源を提供することを目的とする。

よって、本発明は、ＤＢＲ部と位相部と活性部とを有するＤＢＲレーザーと、光波長変換素子と、制御手段とを有する変調光源において、前記制御手段は、前記ＤＢＲ部と前記位相部との少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御する手段であり、前記活性部は、概略一定の電流が供給される部であることを特徴とする変調光源を提供する。

また、本発明は、ＤＢＲ部と位相部と活性部とを有するＤＢＲレーザーと、光波長変換素子と、制御手段とを有する変調光源の駆動方式において、前記制御手段によって前記ＤＢＲ部と前記位相部との少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御し、前記活性部に概略一定の電流を供給することを特徴とする変調光源の駆動方式を提供する。

本発明により、ＳＨＧ光を高分解能に階調表現することを容易に実現する変調光源を提供できる。また、本発明により、ＤＢＲレーザーおよび光波長変換素子の熱的安定性を維持する、すなわちＰＷＭ信号のパターンに依存しない変調光源を提供できる。

本発明の実施の形態に係る変調光源は、ＤＢＲ部と位相部と活性部とを有するＤＢＲレーザーと、光波長変換素子と、制御手段とを有する変調光源において、前記制御手段は、前記ＤＢＲ部と前記位相部との少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御する手段であり、前記活性部は、概略一定の電流が供給される部であることを特徴とする変調光源である。その結果、ＤＢＲレーザーおよび光波長変換素子の熱的安定性を維持する、すなわちＰＷＭ信号のパターンに依存せずにＳＨＧ光の高分解能な階調表現を実現する。

以下さらに詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る変調光源の構成を示す模式図である。符号1は変調光源、2はＤＢＲレーザー、3は光波長変換素子、4は制御部、5はＤＢＲ部、6は位相部、そして7は活性部を示す。

ＤＢＲレーザー2は、ＤＢＲ部5、位相部6、活性部7から構成されている。活性部7から発せられた基本波が光波長変換素子3へ入射し、光波長変換素子3は変調波を出す。より具体的には、基本波は赤外波であり、変調波はＳＨＧ光である。

図2に、光波長変換素子3の位相整合波長付近におけるＳＨＧ光の強度の一例を示す（横軸は、基本波の波長の位相整合波長からのずれを表す）。図2に示すように、位相整合波長から0.08nm基本波の波長がずれると、ＳＨＧ光の強度は概略ピーク値の50％になり、位相整合波長から0.4nm以上基本波の波長がずれると、ＳＨＧ光の強度は概略0％となる。

制御部4は、外部からの信号（より具体的には画像信号）による画素の階調に応じてパルス幅変調信号であるＰＷＭ信号を生成し、ＤＢＲ部5と位相部6との少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御する。より詳しくは、ＤＢＲ部5と位相部6との少なくともいずれか一方に入れる電流をＰＷＭ信号に基づき制御することにより、基本波の発振波長が変化する。これにより、図2に示した光波長変換素子3の特性を利用し、ＳＨＧ光を変調する。より詳しくは、ＰＷＭ信号のＯＦＦ時の基本波の波長がＳＨＧ変換効率を概略0％とするようにＯＦＦ電流を設定し、ＯＮ時の基本波の波長がＳＨＧ変換効率を概略ピークとするようにＯＮ電流を設定し、ＳＨＧ光の発光時間を制御することにより階調を表現するものである。この場合、活性部7には、ＰＷＭ信号の変調時間に対して概略一定の電流が供給されている。

一方、階調表現するために、直接ＤＢＲレーザーの発振時間を制御する方式も考えられる。しかしながら、この手法では、活性部に任意のＰＷＭ信号のパターンによる電流が注入されるためＤＢＲレーザーの温度が変化し、ＤＢＲレーザーの発振波長が変わることから、安定したＳＨＧ光の出力が得られない。また、基本波の出力が変化することにより、基本波が入射する光波長変換素子の温度が変化することから位相整合波長が変わるので、安定したＳＨＧ光の出力が得られない。この現象は、高出力の変調光源を実現しようとした際、顕著に現れる。

よって、活性部7に概略一定の電流を供給し、ＤＢＲ部5と位相部6との内、少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御することにより、ＤＢＲレーザー2および光波長変換素子3の熱的安定性を維持する。すなわち、ＰＷＭ信号のパターンに依存して特性が劣化することなく、ＳＨＧ光を高分解能に（例えば256階調に）階調表現することを実現できる。

＜第1の実施例＞
以下、より具体的な本発明の第1の実施例について図面を用いて説明する。
図1は本実施例による変調光源1の構成図である。図1において、ＤＢＲレーザー2は、回折格子が形成されたＤＢＲ部5、位相部6、活性部7からなり、波長1064nmの基本波光を発生する。光波長変換素子3は周期的分極反転導波路構造を有するＬＮ結晶からなり、ＤＢＲレーザー2から発せられた基本波光を波長変換して波長532nmのＳＨＧ光を出力する。

本実施例では、ＤＢＲ部5をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御し、位相部6と活性部7に、ＰＷＭ信号の最大パルス幅における時間に対して十分大きい時間において（例えばμsecオーダの時間）、概略一定の電流を供給している。この場合、基本波の発振波長はＤＢＲ部5の電流に対して図3のように変化する。光波長変換素子3の位相整合波長を図3のＡ点の波長になるように予め調整しておいた状態で、図3のＡ点のＤＢＲ電流をＰＷＭ信号のＯＮ値、Ｂ点をＰＷＭ信号のＯＦＦ値として、基本波を光波長変換素子3によりＳＨＧ光に変換した場合、パルス幅とＳＨＧ光のアナログ的な強度の関係は図4に示すようになる。

図4は、ＰＷＭ制御により256階調を出す場合のＯＮが占めるパルス幅を横軸にとったパルス幅とＳＨＧ光強度との関係を表すグラフである。図4に示すように、Ａ点、Ｂ点の二値をＰＷＭ信号で変調することで、概略線形な階調表現が可能である。パルス幅が狭い領域でパルス幅に対するＳＨＧ光の強度の変化量が少ないのは、その時間内で波長変化がＡ点まで到達しないことによる。このように、パルス幅とＳＨＧ強度の関係が連続であり概ね線形であることから、ＰＷＭ信号を用いて階調表現を行うことが可能となる。さらに、仮にＡ点（ＯＮ値）が変換効率のピークからずれた場合においても、パルス幅に対して概ね線形にＳＨＧ光強度を制御できるので、特別な工夫をすることなく階調を表現することが可能である。本実施例においては256階調を表現することが可能となる。

＜第2の実施例＞
第1の実施例では、ＤＢＲ部5にのみＰＷＭ信号を入力する例を示したが、ＤＢＲ部5と位相部6の両方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御しても同様な効果を得ることができる。

図5に、ＤＢＲ部5の電流と位相部6の電流と基本波の発振波長の関係を示す。等高線は波長を示しており、原点から右上に行くほど波長は小さくなっている。本実施例では、光波長変換素子3の位相整合波長である図中Ｃ点をＯＮ値、Ｄ点をＯＦＦ値となるように予め調整して変調制御を行う。

本実施例においては、ＤＢＲ部5の電流と位相部6の電流の総和を常に概略一定としたＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御を行っている。そのため、そこで発生する熱量を概ね一定にすることができ、第1の実施例に比べ、より熱的安定が保たれるという効果が得られる。

さらに、信号源をＤＢＲ部用、位相部用それぞれ独立に設けてもよいが、ＰＷＭ信号に基づく変調電流をＯＮ時にはＤＢＲ部に、ＯＦＦ時には位相部に供給するように回路を構成することで、１つの信号源で制御を行うことも可能である。さらに、ＤＢＲ部5の電流と位相部6の電流の総和が一定でなくてもよく、多様な形態をとり得る。

加えて、位相部6のみをＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御しても、同様な効果を得ることができる。ただし、一般に位相部6は、ＤＢＲ部5に対して注入電流に対して波長変化の割合が少なく、所望の波長変化を得るには、より大きな電流変化が必要となるため、少なくともＤＢＲ部5を制御することが望ましい。

＜第3の実施例＞
次に、本発明の第3の実施例について図面を用いて説明する。
図6は、本発明の第3の実施例における画像表示装置の模式的な構成図である。図中、701は第1の実施例と第2の実施例で説明したような緑色レーザー光を出力する変調光源からなる緑色光源、703は半導体レーザーモジュールからなる赤色光源、705は半導体レーザーモジュールからなる青色光源、707はダイクロイックミラー、709は水平走査素子、711は垂直走査素子、713は投影面である。

光源701、703、705から出力された光ビームはダイクロイックミラー707によって合波される。合波された光ビームは２つの走査素子709、711によって走査され、投影面713上に走査線を形成する。赤、緑、青各色の画像情報に基づいて光源701、703、705を変調することで、投影面713上に所定の画像を表示することができる。

本発明による変調光源は半導体レーザーと同等の変調性能を有しており、赤、緑、青それぞれを同じように変調できるので、高分解能の階調表現が可能な画像を表示できる。

＜第4の実施例＞
次に、本発明の第4の実施例について図面を用いて説明する。図7は、本発明の第4の実施例における画像表示装置の模式的な構成図である。図中、1は第1の実施例と第2の実施例で説明したような変調光源、8は光偏向器、9は感光体である。変調光源の波長は感光体9の波長感度によって最適に決められている。

変調光源1から出射されたＳＨＧ光は光偏向器8によって１次元に偏向され、感光体9上に画像を形成する。本実施例により、電子写真方式の画像形成装置に本発明の変調光源を用いることで、高分解能の階調表現が可能な電子写真を表示できる。

本発明の第1の実施例の変調光源の模式的な構成図。 光波長変換素子の特性を説明する図。 ＤＢＲ部電流と基本波の発振波長の関係を説明する図。 階調表現を説明する図。 ＤＢＲ部電流と位相部電流と基本波の発振波長の関係を説明する図。 本発明の第3の実施例の画像表示装置の模式的な構成図。 本発明の第4の実施例の画像表示装置の模式的な構成図。 背景技術を説明する図。

符号の説明

1 変調光源
2 ＤＢＲレーザー
3 光波長変換素子
4 制御部
5 ＤＢＲ部
6 位相部
7 活性部
8 光偏向器
9 感光体
701 緑色光源
703 赤色光源
705 青色光源
707 ダイクロイックミラー
709 水平走査素子
711 垂直走査素子
713 投影面

Claims (8)

1. ＤＢＲ部と位相部と活性部とを有するＤＢＲレーザーと、光波長変換素子と、制御手段とを有する変調光源において、
   前記制御手段は、前記ＤＢＲ部と前記位相部との少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御する手段であり、
   前記活性部は、概略一定の電流が供給される部であることを特徴とする変調光源。
2. 前記制御手段は、前記ＤＢＲ部を前記ＰＷＭ信号に基づく電流により前記変調制御する手段であり、前記位相部は、概略一定の電流が供給される部であることを特徴とする請求項１に記載の変調光源。
3. 前記制御手段は、前記ＤＢＲ部および前記位相部のそれぞれを前記ＰＷＭ信号に基づく電流により前記変調制御する手段であることを特徴とする請求項１に記載の変調光源。
4. 請求項１に記載の変調光源と、光偏向器とを少なくとも有する画像表示装置。
5. 請求項1に記載の変調光源と、光偏向器と、感光体を少なくとも有することを特徴とする電子写真方式の画像表示装置。
6. ＤＢＲ部と位相部と活性部とを有するＤＢＲレーザーと、光波長変換素子と、制御手段とを有する変調光源の駆動方式において、
   前記制御手段によって前記ＤＢＲ部と前記位相部との少なくともいずれか一方をＰＷＭ信号に基づく電流により変調制御し、
   前記活性部に概略一定の電流を供給することを特徴とする変調光源の駆動方式。
7. 前記位相部に概略一定の電流を供給することを特徴とする請求項６に記載の変調光源の駆動方式。
8. 前記ＤＢＲ部および前記位相部のそれぞれを前記ＰＷＭ信号に基づく電流により変調することを特徴とする請求項６に記載の変調光源の駆動方式。

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