JP2015070139A

JP2015070139A - レーザ光源装置

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Publication number: JP2015070139A
Application number: JP2013203806A
Authority: JP
Inventors: 雅也吉野; Masaya Yoshino; 亘紺谷; Wataru Konya
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-13
Also published as: WO2015045843A1

Abstract

【課題】スペックルノイズを充分に低減することができるレーザ光源装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るレーザ光源装置１は、波長のレーザ光を出射する複数の光源部２，２を備え、複数の光源部２，２のうち第１及び第２の光源部２ａ，２ｂにおいて、第１の光源部２ａが出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、第２の光源部２ｂが出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力の積との比は、０．６７〜１．５０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を出射する複数の光源部を備えるレーザ光源装置に関する。

従来、プロジェクタ等の画像投影装置に用いるレーザ光源装置として、レーザ光を出射する複数の光源部を備えるレーザ光源装置が知られている（例えば、特許文献１）。斯かるレーザ光源装置においては、光源部（半導体レーザ）の温度を変えることにより、光源部から出射されるレーザ光の波長をシフトする技術が知られている。そして、ある色域において波長の異なる複数のレーザ光を重ねることにより、レーザ光の照射面や観測者の網膜上に生じる光の強弱のあるノイズ、所謂、スペックルノイズを低減することができる。

ところで、光源部の温度を変えて出射されるレーザ光の波長をシフトした場合、光源部から出射されるレーザ光の出力も変化するため、波長の異なる複数のレーザ光を重ねても、スペックルノイズを充分に低減することができない、という問題があった。また、波長の異なるレーザ光を重ねても、レーザ光の波長の差による分光感度（人間の目が色を感じ取る強さの度合）の差が網膜上での強度差となり、スペックルノイズを充分に低減することができない、といった問題もあった。

特開２００４−１４４７９４号公報

よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、スペックルノイズを充分に低減することができるレーザ光源装置を提供することを課題とする。

本発明に係るレーザ光源装置は、異なる波長のレーザ光を出射する複数の光源部を備え、前記複数の光源部のうち第１及び第２の光源部において、前記第１の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、前記第２の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力の積との比は、０．６７〜１．５０である。

本発明に係るレーザ光源装置によれば、第１の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、第２の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積との比は、０．６７〜１．５０に設定されている。これにより、重ねられた波長の異なるレーザ光は、出力だけでなく、波長における分光感度も考慮されて、バランスのよい状態となる。したがって、スペックルノイズを充分に低減することができる。

また、本発明に係るレーザ光源装置においては、前記第１の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、前記第２の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力の積との比は、０．８２〜１．２２である、という構成でもよい。

斯かる構成によれば、第１の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、第２の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積との比は、０．８２〜１．２に設定されている。これにより、重ねられた波長の異なるレーザ光は、出力だけでなく、波長における分光感度も考慮されて、バランスの非常によい状態となる。したがって、スペックルノイズをさらに効果的に低減することができる。

以上の如く、本発明に係るレーザ光源装置は、スペックルノイズを充分に低減することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るレーザ光源装置の全体概略図を示す。同実施形態に係るレーザ光源装置のブロック図を示す。同実施形態に係る光源部における温度とレーザ光の波長との関係図を示す。同実施形態に係る光源部における電流値と出力との関係図を示す。同実施形態に係るレーザ光の波長と各色域の分光感度との関係図を示す。本発明の他の実施形態に係るレーザ光源装置の全体概略図を示す。本発明に係るレーザ光源装置の評価表を示す。

以下、本発明に係るレーザ光源装置における一実施形態について、図１〜図５を参酌して説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るレーザ光源装置１は、所定の色域において、具体的には、ＲＧＢの１つ又は２つ以上の色域において異なる波長のレーザ光を出射する複数（本実施形態においては２つ）の光源部２，２を備えている。また、レーザ光源装置１は、複数の光源部２，２から出射されたレーザ光を集光する集光レンズ３と、集光レンズ３から出射されたレーザ光が入射される光ファイバ４とを備えている。

レーザ光源装置１は、複数の光源部２，２に電力を供給する電源部５と、複数の光源部２，２を支持する支持部６と、複数の光源部２，２を冷却する冷却部７とを備えている。さらに、レーザ光源装置１は、各光源部２に供給される電気値を検出する電気値検出部８と、各光源部２の温度を検出する温度検出部９と、各情報を処理する処理部１０とを備えている。

光源部２は、レーザ光を出射する複数のレーザ発光部２１と、各レーザ発光部２１から出射されたレーザ光を平行光にする複数の光学系２２とを備えている。本実施形態においては、複数の光源部２，２には、第１の波長（例えば、６３２ｎｍの波長）の光を出射する第１の光源部２ａと、第１の波長と同じ色域で且つ第１の波長と異なる波長である第２の波長（例えば、６３６ｎｍの波長）の光を出射する第２の光源部２ｂとが、設けられている。なお、各光源部２の波長とは、各光源部２の中心波長のことをいう。

第１の光源部２ａは、３つの半導体レーザからなる半導体レーザ群であって、第２の光源部２ｂは、４つの半導体レーザからなる半導体レーザ群である。そして、各半導体レーザは、一つのレーザ発光部２１を有するＣＡＮ型である。なお、光源部２は、１つのレーザ発光部２１を備える、という構成でもよく、２つ又は５つ以上のレーザ発光部２１を備える、という構成でもよい。また、光源部２は、複数のレーザ発光部２１を有する半導体レーザ（例えば、レーザアレイ）を備える、という構成でもよい。

電源部５は、複数の半導体レーザが直列に接続されている各光源部２に、電力を供給している。そして、電源部５は、複数の光源部２ａ，２ｂの半導体レーザに対して、個別に電気値を制御する。本実施形態においては、電気値は、電流値としている。なお、電気値は、電圧値でもよく、電力値でもよい。

支持部６は、上面側を階段状に形成されている。そして、支持部６は、上面で光源部２を支持している。なお、支持部６は、第１の光源部２ａを支持する第１の支持部６ａと、第２の光源部２ｂを支持する第２の支持部６ｂとを備えている。また、支持部６は、熱伝導性を有しており、上面側で支持する光源部２の熱を下面側に向けて伝導している。

冷却部７は、支持部６の下面側に連結されている。そして、冷却部７は、支持部６で伝導された熱を冷却することで、光源部２を冷却している。なお、冷却部７は、第１の光源部２ａを冷却する第１の冷却部７ａと、第２の光源部２ｂを冷却する第２の冷却部７ｂとを備えている。そして、冷却部７は、複数の光源部２ａ，２ｂの半導体レーザに対して、個別に冷却する、即ち、個別に温度を制御している。例えば、冷却部７は、ペルチェ素子を備える装置でもよく、水冷式の装置でもよく、空冷式の装置でもよい。

電気値検出部８は、電源部５が各光源部２ａ，２ｂに供給している電流値を検出している。本実施形態においては、電気値検出部８は、電流センサとしている。

温度検出部９は、各光源部２ａ，２ｂの温度、具体的には、各光源部２ａ，２ｂの半導体レーザの温度を検出している。本実施形態においては、温度検出部９は、温度センサとしている。

処理部１０は、各種情報を記憶する記憶部１１を備えている。また、処理部１０は、記憶部１１が記憶する情報に基づいて、電源部５及び冷却部７を制御する制御部１２を備えている。

記憶部１１は、各光源部２に供給される電流値（電気値）の設定値を記憶する電気設定値記憶部１１ａと、各光源部２における温度の設定値を記憶する温度設定値記憶部１１ｂとを備えている。なお、各設定値は、第１の光源部２ａの照度と第２の光源部２ｂの照度との比（以下「照度比」ともいう）が所定値（又は、所定範囲）となるように、設定されている。

照度は、光源部２から出射されるレーザ光の出力（複数のレーザ発光部２１から出射されるレーザ光の出力の合計）と光源部２から出射されるレーザ光の波長における分光感度との積である。したがって、照度比は、第１の光源部２ａにおける出力及び分光感度の積である照度と第２の光源部２ｂにおける出力及び分光感度の積である照度との比である。

本実施形態においては、照度比は、０．６７〜１．５０となるように設定されている。なお、照度比は、０．８２〜１．２２がより好ましい。さらに、照度比は、１．０が非常に好ましい。

なお、半導体レーザにおいては、図３に示すように、光源部２の半導体レーザの温度が高くなるに伴って、光源部２から出射されるレーザ光の波長が長くなる。加えて、半導体レーザにおいては、図４に示すように、電源部５から光源部２に供給される電流値が大きくなるに伴って、光源部２から出射されるレーザ光の出力が大きくなり、また、光源部２の半導体レーザの温度が異なることにより、光源部２から出射されるレーザ光の出力が異なる。

また、分光感度とは、ＲＧＢの各色域において、人間の目が波長ごとに光を感じ取る強さの度合を表すものである。図５に示すように、Ｒ光の色域における分光感度は、４５０ｎｍの波長で最大となり、Ｇ光の色域における分光感度は、５５５ｎｍの波長で最大となり、Ｂ光の色域における分光感度は、６００ｎｍの波長で最大となる。なお、分光感度は、三刺激値とも呼ばれており、図５は、等色関数と呼ばれている。

制御部１２は、電源部５を制御する電源制御部１２ａと、冷却部７を制御する冷却制御部１２ｂとを備えている。そして、電源制御部１２ａは、電源部５から各光源部２に供給される電流値が電気設定値記憶部１１ａに記憶されている設定値となるように、電源部５を制御する。また、冷却制御部１２ｂは、各光源部２の温度が温度設定値記憶部１１ｂに記憶されている設定値となるように、冷却部７を制御する。

以上より、本実施形態に係るレーザ光源装置１によれば、所定の色域において、第１の光源部２ａが出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、第２の光源部２ｂが出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積との比は、０．６７〜１．５０に設定されている。これにより、重ねられた波長の異なるレーザ光は、出力だけでなく、波長における分光感度も考慮されて、バランスのよい状態となる。したがって、スペックルノイズを充分に低減することができる。

なお、本発明に係るレーザ光源装置は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、本発明に係るレーザ光源装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

上記実施形態に係るレーザ光源装置１においては、冷却部７は、第１の光源部２ａを冷却する第１の冷却部７ａと、第２の光源部２ｂを冷却する第２の冷却部７ｂとを備え、複数の光源部２ａ，２ｂに対して、個別に温度を制御する、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。

例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、図６に示すように、第１の支持部６ａと第２の支持部６ｂとは、異なる熱伝導率となるように形成され、各支持部６ａ，６ｂは、共通の冷却部７に冷却される、という構成でもよい。該第１の支持部６ａは、熱を伝導するための伝熱部６１と、伝熱部６１よりも熱伝導率が小さい断熱部６２とを備えおり、第２の支持部６ｂは、伝熱部６１と同じ熱伝導率の材料のみからなる。

斯かる構成によれば、冷却部７が共通であるにも関わらず、複数の光源部２ａ，２ｂの温度を異なるようにすることができる。なお、断熱部６２は、断熱材でもよく、空隙（空気層）でもよい。

また、上記実施形態に係るレーザ光源装置１は、電気値検出部８を備え、電源制御部１２ａは、電源部５から各光源部２に供給される電流値が電気設定値記憶部１１ａに記憶されている設定値となるように、電源部５を制御する、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。具体的には、本発明に係るレーザ光源装置においては、電気値検出部８は、必須の構成ではなく、例えば、電源部５は、各光源部２に所定値の電流を供給する定電流装置である、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係るレーザ光源装置１は、温度検出部９を備え、冷却制御部１２ｂは、各光源部２の温度が温度設定値記憶部１１ｂに記憶されている設定値となるように、冷却部７を制御する、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。具体的には、本発明に係るレーザ光源装置においては、温度検出部９は、必須の構成ではなく、例えば、冷却部７は、各光源部２に対して所定の熱量を冷却する装置である、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係るレーザ光源装置１においては、光源部２は、二つ備える、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、光源部２は、三つ以上備える、という構成でもよい。そして、斯かる構成においては、少なくとも二つの光源部２，２に対して、照度比が所定値を満たせばよい。なお、全ての光源部２に対して、それぞれ照度比が所定値を満たしてもよい。

また、本発明に係るレーザ光源装置は、各光源部２から出射されるレーザ光の出力を検出する出力検出部と、各光源部２から出射されるレーザ光の波長を検出する波長検出部と、第１の光源部２ａの照度と第２の光源部２ｂの照度との照度比を演算する演算部とを備える、という構成でもよい。斯かる構成においては、制御部１２は、照度比が所定値となるように、電源部５及び冷却部７を制御する。

なお、出力検出部は、電気値検出部８が検出する電気値と温度検出部９が検出する温度とに基づいて、各光源部２から出射されるレーザ光の出力を演算する、という構成でもよい。また、波長検出部は、温度検出部９が検出する温度に基づいて、各光源部２から出射されるレーザ光の波長を演算する、という構成でもよい。

本発明の効果を具体的に示すため、本発明に係るレーザ光源装置１の実施例とその比較例とを、図７を参酌して、以下に説明する。

＜実施例及び比較例＞
第１の光源部２ａは、中心波長が６３２ｎｍ（分光感度：０．６０２５２）であり、定格出力が１．５Ｗである１つの半導体レーザとした。また、第２の光源部２ｂは、中心波長が６３６ｎｍ（分光感度：０．５１３２４）であり、定格出力が１．２５Ｗである１つの半導体レーザとした。

そして、各光源部２ａ，２ｂの温度を一定にした状態で、各光源部２ａ，２ｂに供給する電流値を変化させることにより、第１の光源部２ａと第２の光源部２ｂとの照度比を変化させた。なお、実施例１〜５は、照度比を、それぞれ「０．６７」、「０．８２」、「１．００」、「１．２２」、「１．５０」とした。また、比較例１〜８は、照度比を、それぞれ「０」、「０．１１」、「０．２５」、「０．４３」、「２．３３」、「４」、「９」、「−（＝１／０）」とした。

＜評価方法＞
比較例１（第１の光源部２ａの相対照度が０であり、第２の光源部２ｂの相対照度が１であり、照度比が０である）を基準とし、比較例１よりスペックルノイズが低減したか否かで評価した。そして、評価者は、１０人とし、１０人中１０人が低減したと評価した場合、評価を「◎」とし、１０人中８人が低減したと評価した場合、評価を「○」とし、１０人中４人が低減したと評価した場合、評価を「△」とし、１０人中０人が低減したと評価した場合、評価を「×」とした。

＜評価結果＞
図７に示すように、「０．８２≦照度比≦１．２２」の場合、評価が「◎」であり、「０．６７≦照度比＜０．８２」及び「１．２２＜照度比≦１．５０」の場合、評価が「○」であり、「０．４３≦照度比＜０．６７」及び「１．５０＜照度比≦２．３３」の場合、評価が「△」であり、「照度比＜０．４３」及び「２．３３＜照度比」の場合、評価が「×」であった。

したがって、照度比が０．６７〜１．５０である場合に、スペックルノイズが充分に低減されている。また、特に、照度比が０．８２〜１．２２である場合に、スペックルノイズが効果的に低減されている。

１…レーザ光源装置、２…光源部、２ａ…第１の光源部、２ｂ…第２の光源部、３…集光レンズ、４…光ファイバ、５…電源部、６…支持部、６ａ…第１の支持部、６ｂ…第２の支持部、７…冷却部、７ａ…第１の冷却部、７ｂ…第２の冷却部、８…電気値検出部、９…温度検出部、１０…処理部、１１…記憶部、１１ａ…電気設定値記憶部、１１ｂ…温度設定値記憶部、１２…制御部、１２ａ…電源制御部、１２ｂ…冷却制御部、２１…レーザ発光部、２２…光学系、６１…伝熱部、６２…断熱部

Claims

異なる波長のレーザ光を出射する複数の光源部を備え、
前記複数の光源部のうち第１及び第２の光源部において、前記第１の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、前記第２の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力の積との比は、０．６７〜１．５０であるレーザ光源装置。
前記第１の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力との積と、前記第２の光源部が出射するレーザ光の波長における分光感度と該レーザ光の出力の積との比は、０．８２〜１．２２である請求項１に記載のレーザ光源装置。