JP3595297B2 - レーザ光源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に強度分布を均一にすることのできるプロジェクションなどのディスプレイ、照明装置などの広い分野での用途に適したコヒーレンス性の高いレーザを用いたレーザ光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コヒーレンス性の高いレーザ光源を用いた照明において、均一な強度分布を阻害するものとして、干渉によって生じるスペックルノイズがある。このスペックルノイズを低減する装置が数多く提案されている。
【０００３】
スペックルを低減するには主として２つの方法がある。その一つの方法はビームを複数に分割したのちに重畳する方法である。もう一つの方法は素早くビームの性質を変化させることにより、スペックルノイズを時間的に重畳して観察者の目に一様に見えるようにする方法である。
【０００４】
前者の具体例としては、バンドルファイバに分割して入射させる、特開平１１−１０１９２５号に開示された方法があり、図７はその概略図である。すなわち、レーザ光源１から発したレーザ光は、ランダム位相板３等を透過させ、バンドルファイバ５に入射する。バンドルファイバ５は、この中の一つ一つのファイバ長をそれぞれ変えてあるため、相互の可干渉性が失われ、スクリーン６で一様な像を得ることができる。
【０００５】
この方法の場合、バンドルファイバに光を入射する際、単純なレンズのような光学系では損失が大きくなる恐れがある。同様にバンドルファイバから出射される光は光束が多数分割された状態であり、その後の光学系における損失が免れない。
【０００６】
また、後者の具体例としては、拡散板を挿入しこれを振動させる、特開平６−２０８０８９号に開示された方法があり、図８はその該略図である。すなわち、コヒーレント光源１０、１２、１４から発したコヒーレント光は、拡散板２２を透過する。この拡散板２２はモータ２４により回転または振動させているため、透過したビームはパターンを時間的に変化する。そのため、人の目にはスペックルが消えたように見える。この方法の場合、拡散板２２を透過させなければならず、少拡散板２２で必ず損失が生じる。
【０００７】
さらに、特開２０００−１６２５１７に開示されているものは、回転する位相板を通した後にフィイバに入射することにより、ファイバ中の干渉パターンを時間的に変化させ、スペックルが消えたように見せるものである。この場合、位相板という新たな素子が必要となってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のスペックルノイズを低減する手段として、バンドルファイバに分割して入射させる方法があるが、この場合光学系での損失が大きくなる恐れがあり、拡散板を挿入しこれを振動させる方法の場合、拡散板を透過させねばならず、少なからず損失が生じ、回転する位相板を通した後にフィイバに入射させる方法の場合、位相板という新たな素子が必要となってしまう、という問題があった。
【０００９】
この発明の目的は、簡単な構成で損失の少ないスペックルノイズの低減を可能とするレーザ光源装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、この発明のレーザ光源装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、屈折力中心が回転軸から偏心した位置に設けられた凸または凹レンズからなり、レーザ光の進行方向を偏向させる偏向素子と、偏向素子を回転させる回転手段とを具備し、回転手段により回転される偏向素子を介して出射されるレーザ光の光軸を偏向させるとともに回転させてなることを特徴とする。
【００１１】
また、レーザ光を発するレーザ光源と、屈折力中心が回転軸から偏心した位置に設けた凸または凹レンズからなり、レーザ光の進行方向を偏向させる偏向素子と、偏向素子を回転させる回転手段と、偏向素子を介して得られるレーザ光を一端に入射し、他端より出力を得るマルチモードファイバとを具備し、回転手段により回転される偏向素子を介してマルチモードファイバに入射されるレーザ光の入射角度が時間的に変化するようにしてなることを特徴とする。
【００１２】
上記した各手段により、レーザ光に含まれるスペックルノイズのパターンを常に変動させ、観察者の眼にその時間積分像として認識させることにより、観察者はスペックルノイズのない、一様で鮮明な画像の観察が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、この発明のレーザ光源装置の第１の実施の形態について説明するためのもので、投射型ディスプレイに適用した状態の構成図である。
【００１５】
図１において、１００はレーザ光源装置であり、このレーザ光源装置１００は、レーザ光を発するレーザ光源１０１と、レーザ光の例えば光軸に対して偏心した凹レンズといった光学素子からなる偏向素子１０２と、この偏向素子１０２を回転させるための回転装置１０３から構成する。
【００１６】
１０４は、レーザ光源装置１００からの出力光を、ほぼ平行にするための光学素子である。１０５はライトバルブであり、透過型あるいは反射型の液晶表示装置あるいは反射型のミラーデバイスからなる。１０６は投射レンズであり、１０７の拡大投影するための投影面である。
【００１７】
次に、図１との動作について図２を参照しながら説明する。
まず、レーザ光源１０１から発したレーザ光１０８は、偏向素子１０２に入射する。図２は図１の偏向素子１０２をより具体的に示したものである。２０１は凹レンズであり、その屈折力中心は２０３である。２０２は回転フレームであり、回転中心２０４を中心として回転装置１０３により回転する。
【００１８】
図２に示すように、回転中心２０４と屈折力中心２０３は、それらの位置を異ならせることにより偏心させており、レーザ光１０８が通過すると、レンズ２０１の屈折作用で光軸が偏向する。さらに、レンズ２０１は偏心回転するため、この光軸は回転運動することになる。
【００１９】
２０１は凹レンズであることから、光軸は回転しつつレーザ光１０８は拡大する。拡大されたレーザ光は、レンズ１０４によりほぼ平行にされ、ライトバルブ１０５により変調を行い、投射レンズ１０６を用いて投影面１０７に拡大して投影する。
【００２０】
偏向素子１０２以降の光軸は回転しているため、レーザ光に含まれるランダムな干渉によって生じるスペックルノイズのパターンは常に変動する。この回転運動は充分速いため、観察者の眼には動く像ではなく全て重なった像、つまり回転させた場合に見えていたスペックルノイズは回転させることにより像全体に一様に広がって見えるためその時間積分像として認識されることになる。そのため、観察者はスペックルノイズのない、一様で鮮明な画像を投影面１０７で観察することができる。
【００２１】
ここで、上記した実施の形態では偏向素子１０２は偏心した凹レンズ２０１としたが、偏心した凸レンズでも同様の効果を得られることは明らかである。また、偏向素子１０２はレーザ光源１０１直後に配置されているが、この位置に限ることはなく、例えば投射レンズ１０６の一部のレンズを偏心回転させる偏向素子として動作させても同様の効果を得ることが可能である。
【００２２】
図３を用いてこの発明の第２の実施の形態について説明するための構成図である。この実施の形態と図１との違いは偏向素子１０２と光学素子１０４との間に例えば集光作用を持つ凸レンズからなる光学素子３０１とレーザ光源１０１から発するレーザ光１０８に対して伝搬可能なモードが複数存在するマルチモードファイバ３０２を設置した点である。図１と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００２３】
図３の動作について、図３の主要な構成部分を拡大して示した図４とともに説明する。
【００２４】
レーザ光源１０１から発したレーザ光１０８は、偏向素子１０２に入射する。レーザ光１０８が偏向素子１０２を通過すると、レーザ光の光軸は回転運動する。その後、そのレーザ光は光学素子３０１によりマルチモードファイバ３０２の一方の端に集光し、マルチモードファイバ３０２のコア中を伝搬する。このとき入射されるレーザ光の光軸は回転しているため、図４に示すようにマルチモードファイバ３０２への入射角度は時間と共に変化する。そのためマルチモードファイバ３０２を伝搬する光の導波モードは時間と共に変化する。それぞれの導波モードはそれぞれ異なる出力強度分布を持つため、マルチモードファイバ３０２のもう一方の端から出力される強度分布も時間と共に変化する。
【００２５】
このようなレーザ光源装置１００を用いることにより、図１と同様に投影面１０７に投影されたレーザ光による像は、観察者の眼にはその時間積分像として認識されるため、スペックルノイズのない、一様で鮮明な画像を観察することができる。
【００２６】
次に、図５および図６を用いてこの発明の第３、第４の実施の形態について説明するが、それぞれ図３と同一の構成要素には同一の符号を付してここでの説明は省略する。
【００２７】
まず、図５において、この実施の形態は、マルチモードファイバ３０２の入射端面に図５のように傾かせて設置したものである。こうすることにより、ファイバ３０２への入射角度にθ１の変化量が増えるため、効率よく出力強度分布を変化させることができる。
【００２８】
また、図６の実施の形態では、入射端面をθ２の角度で斜めに切断したマルチモードファイバ３０２を用いたものである。これにより、上記と同様にファイバ３０２への入射角度の変化量を増やすことができるため、効率よく出力強度分布を変化させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のレーザ光源装置によれば、レーザ光に含まれるスペックルノイズのパターンを常に変動させ、観察者の眼にその時間積分像として認識させることにより、観察者はスペックルノイズのない、一様で鮮明な画像の観察が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のレーザ光源装置の実施の形態について説明するための構成図。
【図２】図１の動作について説明するための説明図。
【図３】この発明の第２の実施の形態について説明するための構成図。
【図４】図３の主要部分を拡大して示した構成図。
【図５】この発明の第３の実施の形態について説明するための構成図。
【図６】この発明の第３の実施の形態について説明するための構成図。
【図７】この発明に関連した従来の技術を示す概略図。
【図８】この発明に関連した従来の技術を示す概略図。
【符号の説明】
１００…レーザ光源装置
１０１…レーザ光源
１０２…偏向素子
１０３…回転装置
１０５…ライトバルブ
１０６…投射レンズ
１０７…投影面
２０１…凹レンズ
２０２…回転フレーム
２０３…屈折力中心
２０４…回転中心
３０２…マルチモードファイバ
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に強度分布を均一にすることのできるプロジェクションなどのディスプレイ、照明装置などの広い分野での用途に適したコヒーレンス性の高いレーザを用いたレーザ光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コヒーレンス性の高いレーザ光源を用いた照明において、均一な強度分布を阻害するものとして、干渉によって生じるスペックルノイズがある。このスペックルノイズを低減する装置が数多く提案されている。
【０００３】
スペックルを低減するには主として２つの方法がある。その一つの方法はビームを複数に分割したのちに重畳する方法である。もう一つの方法は素早くビームの性質を変化させることにより、スペックルノイズを時間的に重畳して観察者の目に一様に見えるようにする方法である。
【０００４】
前者の具体例としては、バンドルファイバに分割して入射させる、特開平１１−１０１９２５号に開示された方法があり、図７はその概略図である。すなわち、レーザ光源１から発したレーザ光は、ランダム位相板３等を透過させ、バンドルファイバ５に入射する。バンドルファイバ５は、この中の一つ一つのファイバ長をそれぞれ変えてあるため、相互の可干渉性が失われ、スクリーン６で一様な像を得ることができる。
【０００５】
この方法の場合、バンドルファイバに光を入射する際、単純なレンズのような光学系では損失が大きくなる恐れがある。同様にバンドルファイバから出射される光は光束が多数分割された状態であり、その後の光学系における損失が免れない。
【０００６】
また、後者の具体例としては、拡散板を挿入しこれを振動させる、特開平６−２０８０８９号に開示された方法があり、図８はその該略図である。すなわち、コヒーレント光源１０、１２、１４から発したコヒーレント光は、拡散板２２を透過する。この拡散板２２はモータ２４により回転または振動させているため、透過したビームはパターンを時間的に変化する。そのため、人の目にはスペックルが消えたように見える。この方法の場合、拡散板２２を透過させなければならず、少拡散板２２で必ず損失が生じる。
【０００７】
さらに、特開２０００−１６２５１７に開示されているものは、回転する位相板を通した後にフィイバに入射することにより、ファイバ中の干渉パターンを時間的に変化させ、スペックルが消えたように見せるものである。この場合、位相板という新たな素子が必要となってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のスペックルノイズを低減する手段として、バンドルファイバに分割して入射させる方法があるが、この場合光学系での損失が大きくなる恐れがあり、拡散板を挿入しこれを振動させる方法の場合、拡散板を透過させねばならず、少なからず損失が生じ、回転する位相板を通した後にフィイバに入射させる方法の場合、位相板という新たな素子が必要となってしまう、という問題があった。
【０００９】
この発明の目的は、簡単な構成で損失の少ないスペックルノイズの低減を可能とするレーザ光源装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、この発明のレーザ光源装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、屈折力中心が回転軸から偏心した位置に設けられた凸または凹レンズからなり、レーザ光の進行方向を偏向させる偏向素子と、偏向素子を回転させる回転手段とを具備し、回転手段により回転される偏向素子を介して出射されるレーザ光の光軸を偏向させるとともに回転させてなることを特徴とする。
【００１１】
また、レーザ光を発するレーザ光源と、屈折力中心が回転軸から偏心した位置に設けた凸または凹レンズからなり、レーザ光の進行方向を偏向させる偏向素子と、偏向素子を回転させる回転手段と、偏向素子を介して得られるレーザ光を一端に入射し、他端より出力を得るマルチモードファイバとを具備し、回転手段により回転される偏向素子を介してマルチモードファイバに入射されるレーザ光の入射角度が時間的に変化するようにしてなることを特徴とする。
【００１２】
上記した各手段により、レーザ光に含まれるスペックルノイズのパターンを常に変動させ、観察者の眼にその時間積分像として認識させることにより、観察者はスペックルノイズのない、一様で鮮明な画像の観察が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、この発明のレーザ光源装置の第１の実施の形態について説明するためのもので、投射型ディスプレイに適用した状態の構成図である。
【００１５】
図１において、１００はレーザ光源装置であり、このレーザ光源装置１００は、レーザ光を発するレーザ光源１０１と、レーザ光の例えば光軸に対して偏心した凹レンズといった光学素子からなる偏向素子１０２と、この偏向素子１０２を回転させるための回転装置１０３から構成する。
【００１６】
１０４は、レーザ光源装置１００からの出力光を、ほぼ平行にするための光学素子である。１０５はライトバルブであり、透過型あるいは反射型の液晶表示装置あるいは反射型のミラーデバイスからなる。１０６は投射レンズであり、１０７の拡大投影するための投影面である。
【００１７】
次に、図１との動作について図２を参照しながら説明する。
まず、レーザ光源１０１から発したレーザ光１０８は、偏向素子１０２に入射する。図２は図１の偏向素子１０２をより具体的に示したものである。２０１は凹レンズであり、その屈折力中心は２０３である。２０２は回転フレームであり、回転中心２０４を中心として回転装置１０３により回転する。
【００１８】
図２に示すように、回転中心２０４と屈折力中心２０３は、それらの位置を異ならせることにより偏心させており、レーザ光１０８が通過すると、レンズ２０１の屈折作用で光軸が偏向する。さらに、レンズ２０１は偏心回転するため、この光軸は回転運動することになる。
【００１９】
２０１は凹レンズであることから、光軸は回転しつつレーザ光１０８は拡大する。拡大されたレーザ光は、レンズ１０４によりほぼ平行にされ、ライトバルブ１０５により変調を行い、投射レンズ１０６を用いて投影面１０７に拡大して投影する。
【００２０】
偏向素子１０２以降の光軸は回転しているため、レーザ光に含まれるランダムな干渉によって生じるスペックルノイズのパターンは常に変動する。この回転運動は充分速いため、観察者の眼には動く像ではなく全て重なった像、つまり回転させた場合に見えていたスペックルノイズは回転させることにより像全体に一様に広がって見えるためその時間積分像として認識されることになる。そのため、観察者はスペックルノイズのない、一様で鮮明な画像を投影面１０７で観察することができる。
【００２１】
ここで、上記した実施の形態では偏向素子１０２は偏心した凹レンズ２０１としたが、偏心した凸レンズでも同様の効果を得られることは明らかである。また、偏向素子１０２はレーザ光源１０１直後に配置されているが、この位置に限ることはなく、例えば投射レンズ１０６の一部のレンズを偏心回転させる偏向素子として動作させても同様の効果を得ることが可能である。
【００２２】
図３を用いてこの発明の第２の実施の形態について説明するための構成図である。この実施の形態と図１との違いは偏向素子１０２と光学素子１０４との間に例えば集光作用を持つ凸レンズからなる光学素子３０１とレーザ光源１０１から発するレーザ光１０８に対して伝搬可能なモードが複数存在するマルチモードファイバ３０２を設置した点である。図１と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００２３】
図３の動作について、図３の主要な構成部分を拡大して示した図４とともに説明する。
【００２４】
レーザ光源１０１から発したレーザ光１０８は、偏向素子１０２に入射する。レーザ光１０８が偏向素子１０２を通過すると、レーザ光の光軸は回転運動する。その後、そのレーザ光は光学素子３０１によりマルチモードファイバ３０２の一方の端に集光し、マルチモードファイバ３０２のコア中を伝搬する。このとき入射されるレーザ光の光軸は回転しているため、図４に示すようにマルチモードファイバ３０２への入射角度は時間と共に変化する。そのためマルチモードファイバ３０２を伝搬する光の導波モードは時間と共に変化する。それぞれの導波モードはそれぞれ異なる出力強度分布を持つため、マルチモードファイバ３０２のもう一方の端から出力される強度分布も時間と共に変化する。
【００２５】
このようなレーザ光源装置１００を用いることにより、図１と同様に投影面１０７に投影されたレーザ光による像は、観察者の眼にはその時間積分像として認識されるため、スペックルノイズのない、一様で鮮明な画像を観察することができる。
【００２６】
次に、図５および図６を用いてこの発明の第３、第４の実施の形態について説明するが、それぞれ図３と同一の構成要素には同一の符号を付してここでの説明は省略する。
【００２７】
まず、図５において、この実施の形態は、マルチモードファイバ３０２の入射端面に図５のように傾かせて設置したものである。こうすることにより、ファイバ３０２への入射角度にθ１の変化量が増えるため、効率よく出力強度分布を変化させることができる。
【００２８】
また、図６の実施の形態では、入射端面をθ２の角度で斜めに切断したマルチモードファイバ３０２を用いたものである。これにより、上記と同様にファイバ３０２への入射角度の変化量を増やすことができるため、効率よく出力強度分布を変化させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のレーザ光源装置によれば、レーザ光に含まれるスペックルノイズのパターンを常に変動させ、観察者の眼にその時間積分像として認識させることにより、観察者はスペックルノイズのない、一様で鮮明な画像の観察が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のレーザ光源装置の実施の形態について説明するための構成図。
【図２】図１の動作について説明するための説明図。
【図３】この発明の第２の実施の形態について説明するための構成図。
【図４】図３の主要部分を拡大して示した構成図。
【図５】この発明の第３の実施の形態について説明するための構成図。
【図６】この発明の第３の実施の形態について説明するための構成図。
【図７】この発明に関連した従来の技術を示す概略図。
【図８】この発明に関連した従来の技術を示す概略図。
【符号の説明】
１００…レーザ光源装置
１０１…レーザ光源
１０２…偏向素子
１０３…回転装置
１０５…ライトバルブ
１０６…投射レンズ
１０７…投影面
２０１…凹レンズ
２０２…回転フレーム
２０３…屈折力中心
２０４…回転中心
３０２…マルチモードファイバ
Claims (3)
- レーザ光を発するレーザ光源と、
屈折力中心が回転軸から偏心した位置に設けられた凸または凹レンズからなり、前記レーザ光の進行方向を偏向させる偏向素子と、
前記偏向素子を回転させる回転手段とを具備し、
前記回転手段により回転される前記偏向素子を介して出射されるレーザ光の光軸を偏向させるとともに回転させてなることを特徴とするレーザ光源装置。 - レーザ光を発するレーザ光源と、
屈折力中心が回転軸から偏心した位置に設けた凸または凹レンズからなり、前記レーザ光の進行方向を偏向させる偏向素子と、
前記偏向素子を回転させる回転手段と、
前記偏向素子を介して得られるレーザ光を一端に入射し、他端より出力を得るマルチモードファイバとを具備し、
前記回転手段により回転される前記偏向素子を介して前記マルチモードファイバに入射されるレーザ光の入射角度が時間的に変化するようにしてなることを特徴とするレーザ光源装置。 - 前記マルチモードファイバは、入射端面が光軸に対して傾くように設置したことを特徴とする請求項２記載のレーザ光源装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001357098A JP3595297B2 (ja) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | レーザ光源装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001357098A JP3595297B2 (ja) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | レーザ光源装置 |
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| JP2001357098A Expired - Fee Related JP3595297B2 (ja) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | レーザ光源装置 |
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