JP2009146941A

JP2009146941A - レーザ光源およびその制御方法

Info

Publication number: JP2009146941A
Application number: JP2007319729A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kaneko; 剛金子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】特殊な光学部品を用いることなくスペックルノイズを低減可能なレーザ光源を提供する。
【解決手段】本発明に係るレーザ光源は，配列された複数の発光部２１０（２１０Ｈ，２１０Ｌ）を有する発光領域２２０が上面に設けられたレーザアレイと、複数の発光部のうち、発光させるものを選択する機能を備える制御部と、を含み、複数の発光部の各々からレーザ光が出射され、発光領域を発光させる場合において、該発光領域が発光している間，複数の発光部の全体としての発光パターンが切り替えられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光源およびその制御方法に関する。

レーザ光源は、発する光の波長幅が小さい光源である。Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のレーザ光源をプロジェクタ等の光源として用いると、色再現性の良いプロジェクタ等ができる。しかしながら、波長幅が小さくなると、光のコヒーレンス長は長くなるため、スクリーン面での乱反射光が相互に干渉して発生するスペックルノイズが問題となることがある。

この問題に対しては、スクリーンを揺動させてスペックルパターンを変化させることでスペックルノイズを低減させる解決方法がある。しかしながら、この方法では、スクリーンが限定されてしまう、スクリーンを動かすためのモーター等の部材が必要になってしまう、モーター等から雑音が発生してしまう、などの新たな問題が発生する場合がある。そこで、例えば下記特許文献１や２では、スクリーン揺動以外の手段でスペックルノイズを低減させる提案がなされている。
特開平１１−２２３７９５号公報特開２００３−１５６７１０号公報

しかしながら、上記特許文献１や２に開示された手段では、いずれも特殊な光学部品や該光学部品の制御部材が必要となる。

本発明の目的の１つは、特殊な光学部品を用いることなくスペックルノイズを低減可能なレーザ光源およびその制御方法を提供することにある。

本発明に係るレーザ光源は、
配列された複数の発光部を有する発光領域が上面に設けられたレーザアレイと、
前記複数の発光部のうち、発光させるものを選択する機能を備える制御部と、を含み、
前記複数の発光部の各々からレーザ光が出射され、
前記発光領域を発光させる場合において、該発光領域が発光している間、前記複数の発光部の全体としての発光パターンが切り替えられる。

本発明に係るレーザ光源では、前記複数の発光部の全体としての前記発光パターンを切り替える。これにより、前記発光領域から出射されるレーザ光の波面を切り替えることができる。そして、このレーザ光源から出射されるレーザ光が照射される被照射体の被照射面におけるスペックルパターンを切り替えることができる。その結果、スペックルパターンが平均化されて、特殊な光学部品を用いることなくスペックルノイズを低減させることができる。

本発明に係るレーザ光源において、
前記複数の発光部は、平面視において、２次元状に配列されていることができる。

本発明に係るレーザ光源において、
前記発光パターンは、前記複数の発光部のうち、発光させるものをランダムに選択したものであることができる。

本発明に係るレーザ光源において、
前記複数の発光部は、複数の群に分かれており、
前記発光パターンは、前記複数の発光部のうち、発光させるものを前記複数の群の各々から選択したものであることができる。

本発明に係るレーザ光源において、
前記複数の発光部のうち、発光させるものの数を制御して、光強度を制御することができる。

本発明に係るレーザ光源において、
前記レーザアレイは、面発光型半導体レーザアレイであることができる。

本発明に係るレーザ光源において、
前記レーザ光の波長を変換する波長変換素子を有することができる。

本発明に係るレーザ光源の制御方法において、
前記レーザ光源は、
配列された複数の発光部を有する発光領域が上面に設けられたレーザアレイと、
前記複数の発光部のうち、発光させるものを選択する機能を備える制御部と、を含み、
前記複数の発光部の各々からレーザ光が出射され、
前記発光領域を発光させる場合において、該発光領域が発光している間、前記複数の発光部の全体としての発光パターンが切り替えられる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．まず、本実施形態に係るレーザ光源１００について説明する。

図１は、レーザ光源１００を概略的に示す側面図である。レーザ光源１００は、図１に示すように、レーザアレイ２００と、制御部３００と、を含む。レーザ光源１００は、さらに、例えば、基板１０１と、接続部１２４と、波長変換素子１２０と、光学系１２２と、を含むことができる。

図２の一部は、レーザアレイ２００の主要部を概略的に示す上面図である。レーザアレイ２００は、例えば、面発光型半導体レーザが平面的に配列された面発光型半導体レーザアレイである。面発光型半導体レーザとしては、例えば、垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）、垂直外部共振器面発光型レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）などが挙げられる。

レーザアレイ２００の上面には、図２に示すように、配列された複数の発光部２１０（２１０Ｈ，２１０Ｌ）を有する発光領域２２０が設けられている。発光領域２２０は、例えば、本実施形態のレーザ光源１００をプロジェクタ等の光源として適用する場合には、１つの光源に対応し、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のいずれかに対応するものである。発光領域２２０の平面形状は、例えば多角形である。例えば図２に示す例では、発光領域２２０の平面形状は、矩形（正方形または長方形）である。該矩形の各辺は、複数の発光部２１０のうち、最も外側のものの外縁に接している。発光領域２２０は、例えば、円（真円または楕円）形（図示せず）であっても良い。この場合には、該円形の円周は、複数の発光部２１０のうち、最も外側のものの外縁に接する。

複数の発光部２１０は、例えば、平面視（図２参照）において、２次元状に配列されている。図２に示す例では、第１方向（Ｘ方向）に並んだ４つの発光部２１０の組が、第１方向に直交する第２方向（Ｙ方向）に８列並んでいる。従って、図示の例では、発光部２１０の数は、３２である。また、図示の例では、第２方向に並んだ８列は、両隣の列の位置が、発光部２１０の１つ分、同じ方向にずれるように配置されている。なお、発光部２１０の数や配列などは、図示の例に限定されるわけではない。

複数の発光部２１０の各々からは、レーザ光が出射されることができる。なお、図２では、レーザ光が出射されて発光している発光部２１０Ｈを黒丸で表し、発光していない発光部２１０Ｌを白丸で表している（以下に説明する図面も同様）。発光部２１０の各々から出射されるレーザ光の波長は、それぞれ同じであっても、異なっていても良い。

制御部３００は、複数の発光部２１０のうち、発光させるものを選択する機能を備えている。制御部３００としては、例えばアドレス選択ＩＣ（Integrated Circuit）などを用いることができる。

レーザアレイ２００及び制御部３００は、図１に示すように、基板１０１上に実装されている。基板１０１上には、例えば配線（図示せず）が形成されている。該配線と、レーザアレイ２００及び制御部３００とは、例えばボンディングワイヤ等の接続部１２４により電気的に接続されている。

レーザアレイ２００の上方には、例えば、図１に示すように、波長変換素子１２０が設けられていても良い。レーザアレイ２００と波長変換素子１２０との間には、例えば空間が設けられている。波長変換素子１２０は、レーザアレイ２００から出射されるレーザ光Ｌ１の波長を変換することができる。波長変換素子１２０は、例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ：Periodically Poled ＬｉＮｂＯ_３）からなるＳＨＧ（Second Harmonic Generation）素子である。

波長変換素子１２０の上方には、例えば、図１に示すように、各種の光学系１２２が設けられていても良い。波長変換素子１２０と光学系１２２との間には、例えば空間が設けられている。光学系１２２は、例えばレンズやミラーなどから構成されている。

基板１０１、波長変換素子１２０、及び光学系１２２は、例えば、図示しない支持部材によって固定されている。該支持部材は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料などからなる。なお、波長変換素子１２０や光学系１２２は、例えば、レーザアレイ２００の内部に組み込まれることもできる。

図１に示すように、波長変換素子１２０により波長を変換されたレーザ光Ｌ２は、光学系１２２に入射される。該光学系１２２を通過して出射されたレーザ光Ｌ３は、例えばスクリーン等の被照射体４００に照射される。

２．次に、本実施形態に係るレーザ光源１００の制御方法の一例について説明する。

図２〜図５は、レーザアレイ２００の発光領域２２０の発光パターンＡ〜Ｄの例を概略的に示す図であり、併せて、各々の発光パターンにおける光強度の時間変化を示している。

レーザ光源１００の制御方法では、発光領域２２０を発光させる場合において、該発光領域２２０が発光している間、複数の発光部２１０の全体としての発光パターンが切り替えられる。発光領域２２０を発光させる場合とは、例えば、レーザ光源１００をプロジェクタ等の光源として適用する場合に、１つの光源として発光領域２２０を点灯させる場合をいう。そして、該発光領域２２０が発光している間とは、例えば、該発光領域２２０が連続して点灯していると人間の視覚的に認識されている間をいう。

レーザ光源１００の制御方法では、例えば、図２〜図５に示すように、３２個の発光部２１０のうちから８個の発光部２１０Ｈを選択、点灯させて、発光パターンＡ（図２）から、Ｂ（図３）、Ｃ（図４）、Ｄ（図５）に順次切り替えていくことができる。発光パターンＡ〜Ｄにおいて点灯している発光部２１０Ｈの位置は、発光パターンごとに異なっている。これにより、３２個の発光部２１０の全体としての発光パターン、言い換えるならば、発光領域２２０の発光パターンを変化させることができる。なお、点灯させる発光部２１０Ｈのうちの一部の位置が発光パターンごとに同じであっても、点灯させる発光部２１０Ｈの残りの位置が異なれば、複数の発光部２１０の全体としての発光パターンは変化する。また、発光パターンは、図示の例に限定されるわけではない。

１つの特定の発光パターンの発光時間Ｔ_ａは、人間の視覚的にスペックルノイズを無くすのみで良い場合には、例えば３０分の１秒以下とすることができる。また、さらにスペックルノイズを光学的に低減させる場合には、レーザアレイ２００の上面から、被照射体４００の被照射面４００ａまでの距離が約１．５ｍである場合に、発光時間Ｔ_ａは例えば５ｎｓ以下とすることができる。なお、特定の発光パターンの発光時間Ｔ_ａとは、例えば、図２に示すように、該発光パターンの光強度の最大値の半分の値となる時間ｔ_１，ｔ_２の間隔（半値幅）と定義することができる。発光時間Ｔ_ａは、発光パターンごとに同じであっても、異なっていても良い。

３．本実施形態に係るレーザ光源１００及びその制御方法では、上述したように、複数の発光部２１０の全体としての発光パターンを切り替える。これにより、発光領域２２０から出射されるレーザ光Ｌ１の波面を切り替えることができる。そして、被照射体４００の被照射面４００ａにおけるスペックルパターンを切り替えることができる。その結果、スペックルパターンが平均化されて、特殊な光学部品を用いることなくスペックルノイズを低減させることができる。

４．次に、本実施形態に係るレーザ光源およびその制御方法の変形例について説明する。なお、上述した図１〜図５に示すレーザ光源１００及びその制御方法（以下「レーザ光源１００の例」という）と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１）まず、第１の変形例について説明する。

図６は、本変形例に係る発光パターンＡ〜Ｄの光強度の時間変化を概略的に示す図である。レーザ光源１００の例では、図２〜図５に示すように、発光パターンＡ〜Ｄは、前後の発光パターンと時間的に重なり合う場合について説明した。例えば、発光パターンＢの一部は、前後の発光パターンＡ、Ｃの一部と時間的に重なり合っている。これに対し、本変形例では、図６に示すように、発光パターンＡ〜Ｄは、前後の発光パターンと時間的に重なり合わないことができる。即ち、発光パターンＡ〜Ｄの光強度の連続性は、発光領域２２０が発光していると視認される限り、無くても良い。発光領域２２０が発光していると視認されるためには、例えば、特定の発光パターンの光強度の低下開始時ｔ_３から、次の発光パターンの光強度の増加終了時ｔ_４までの時間Ｔ_ｂを、例えば３０分の１秒以下にすれば良い。

（２）次に、第２の変形例について説明する。

レーザ光源１００の例では、図２〜図５に示すように、予め定めてある発光パターンＡ〜Ｄを順次切り替えていくが、本変形例では、例えば、それぞれの発光パターンを、複数の発光部２１０のうち、発光させるものをランダムに選択したものとすることができる。

（３）次に、第３の変形例について説明する。

図７及び図８は、本変形例におけるレーザアレイ２００の発光領域２２０の発光パターンの例を概略的に示す図である。本変形例では、図７及び図８に示すように、複数の発光部２１０は、複数の群１，２，３，４，５，６，７，８に分かれている。図示の例では、３２個の発光部２１０を８つの群１〜８に分割している。また、図示の例では、８つの群１〜８の各々に対して、近接する４つの発光部２１０が均一に割り当てられている。

本変形例における発光パターンは、図７や図８に示すように、複数の発光部２１０のうち、発光させるものを上述した複数の群１〜８の各々から選択したものである。発光させる発光部２１０Ｈは、例えば、複数の群１〜８の各々からランダムに選択されることができる。発光させる発光部２１０Ｈは、図示の例では、８つの群１〜８の各々から、１つずつ選択されている。この場合における発光パターンの種類は、４の８乗＝６５５３６通りである。

本変形例によれば、複数の発光部２１０のうち、発光させるものを複数の群１〜８の各々から選択するため、選択された発光部２１０Ｈが１つの領域に偏ることを防ぐことができる。即ち、本変形例では、例えば図８に示す発光パターンのように、選択された発光部２１０Ｈのうちの一部が集中することはあっても、１つの領域に偏ることはない。

（４）次に、第４の変形例について説明する。

図９〜図１２は、本変形例におけるレーザアレイ２００の発光領域２２０の発光パターンＰ８，Ｐ６，Ｐ４，Ｐ２の例を概略的に示す図であり、併せて、各々の発光パターンにおける光強度の時間変化を示している。本変形例では、複数の発光部２１０のうち、発光させるものの数を制御する。これにより、発光領域２２０の光強度を制御することができ、階調を表現することができる。図９に示す発光パターンＰ８では、３２個の発光部２１０のうち、８個の発光部２１０Ｈを選択、発光させている。図１０に示す発光パターンＰ６では、６個の発光部２１０Ｈを発光させている。図１１に示す発光パターンＰ４では、４個の発光部２１０Ｈを発光させている。図１２に示す発光パターンＰ２では、２個の発光部２１０Ｈを発光させている。発光させる発光部２１０の数や位置などは、図示の例に限定されるわけではない。発光させる発光部２１０の数は、例えば１個であっても良い。

（５）なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。例えば、第３の変形例（図７及び図８参照）及び第４の変形例（図９〜図１２参照）を組み合わせることができる。この場合には、複数の群１〜８のうち、発光させるものを選択して、階調を表現することができる。発光させる群を複数選択する場合には、選択された群内における発光させる発光部２１０Ｈの数は、選択された群の各々において、同じであることができる。

５．上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

本実施形態のレーザ光源を概略的に示す側面図。本実施形態の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に概略的に示す図。本実施形態の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に概略的に示す図。本実施形態の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に概略的に示す図。本実施形態の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に概略的に示す図。第１変形例に係る発光パターンの光強度の時間変化を概略的に示す図。第３変形例に係る発光パターンの例を概略的に示す図。第３変形例に係る発光パターンの例を概略的に示す図。第４変形例の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に示す概略図。第４変形例の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に示す概略図。第４変形例の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に示す概略図。第４変形例の発光パターンの例を光強度の時間変化と共に示す概略図。

符号の説明

１〜８群、１００レーザ光源、１０１基板、１２０波長変換素子、１２２光学系、１２４接続部、２００レーザアレイ、２１０（２１０Ｈ，２１０Ｌ）発光部、２２０発光領域、３００制御部，４００被照射体

Claims

配列された複数の発光部を有する発光領域が上面に設けられたレーザアレイと、
前記複数の発光部のうち、発光させるものを選択する機能を備える制御部と、を含み、
前記複数の発光部の各々からレーザ光が出射され、
前記発光領域を発光させる場合において、該発光領域が発光している間、前記複数の発光部の全体としての発光パターンが切り替えられる、レーザ光源。
請求項１において、
前記複数の発光部は、平面視において、２次元状に配列されている、レーザ光源。
請求項１または２において、
前記発光パターンは、前記複数の発光部のうち、発光させるものをランダムに選択したものである、レーザ光源。
請求項１または２において、
前記複数の発光部は、複数の群に分かれており、
前記発光パターンは、前記複数の発光部のうち、発光させるものを前記複数の群の各々から選択したものである、レーザ光源。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記複数の発光部のうち、発光させるものの数を制御して、光強度を制御する、レーザ光源。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記レーザアレイは、面発光型半導体レーザアレイである、レーザ光源。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記レーザ光の波長を変換する波長変換素子を有する、レーザ光源。
レーザ光源の制御方法において、
前記レーザ光源は、
配列された複数の発光部を有する発光領域が上面に設けられたレーザアレイと、
前記複数の発光部のうち、発光させるものを選択する機能を備える制御部と、を含み、
前記複数の発光部の各々からレーザ光が出射され、
前記発光領域を発光させる場合において、該発光領域が発光している間、前記複数の発光部の全体としての発光パターンが切り替えられる、レーザ光源の制御方法。