JP4441918B2 - 光源装置及び画像表示装置 - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載の画像表示装置は、表面に所定形状の凹凸が形成された拡散素子を備えている。この拡散素子を光軸に直交する平面内において、加振手段により、所定の周波数で振動させることで、拡散素子に入射したレーザ光の強度分布が変化する。これによって、スペックルノイズを抑えることが可能となっている。
)。この特許文献2に記載の画像表示装置は、アレイ光源の一つ一つの半導体レーザが、異なる温度に維持されており、各半導体レーザが、この温度の違いに応じて異なる波長の光束を射出している。このように、出力波長を異ならせることにより、半導体レーザ同士のコヒーレンスが低減し、出力光全体としてスペックルノイズが低減する。
ここで、外部共振器を備える光源の場合、基本構成要素は、発光素子と、波長選択素子(共振器ミラー)とである。また、複数の発光素子を用いる場合であっても、コストや組み立ての容易さを考慮して、単一の波長を選択する波長選択素子が用いられるのが一般的である。この波長選択素子においては、レーザ発振させるために、選択する波長の帯域を狭くする必要がある。その結果、特許文献2に記載のように、アレイ光源から射出される光それぞれの波長にばらつきを持たせたとしても、波長選択素子により、単一の波長が選択されることになり、波長選択素子を含めた光源全体のコヒーレンスは低下しない。
本発明の光源装置は、レーザ光を発する複数の発光素子と、前記複数の発光素子から射出されたレーザ光のうち所定の選択波長の光の一部を選択して前記発光素子に向かって反射させることによって前記発光素子の共振器ミラーとして機能するとともに、残りのレーザ光を透過させる波長選択素子と、を備え、前記波長選択素子は、前記複数の発光素子から射出された光がそれぞれ選択される複数の光選択領域を備えた1つの基体によって構成され、前記複数の光選択領域によって選択される光の波長が互いに異なることを特徴とする。
また、波長選択素子は、従来のように、拡散素子や加振手段を設ける必要がないため、装置全体の小型化が可能となる。
また、歪み付与手段が複数設けられ、歪み付与手段が光選択領域の複数ごとにそれぞれ設けられていても良い。この構成の場合も、複数の光選択領域によって選択される光の波長が互いに異なるように歪みを付与すれば良い。
また、温度変化手段が複数設けられ、温度変化手段が光選択領域の複数ごとに設けられていても良い。この構成の場合も、複数の光選択領域によって選択される光の波長が互いに異なるように温度を変化させれば良い。
本発明に係る光源装置では、上記歪み付与手段を備えたときと同様の効果を得ることができる。
また、本発明の光源装置では、上記歪み付与手段が複数設けられた場合と同様の効果を得ることができる。
本発明に係る光源装置では、上記温度変化手段を備えたときと同様の効果を得ることができる。
また、本発明の光源装置では、上記温度変化手段が複数設けられた場合と同様の効果を得ることができる。
本発明に係る光源装置では、上記波長選択膜の厚みを互いに異ならせたときと同様の効果を得ることができる。
本発明に係る画像表示装置では、光源装置から射出された光は走査手段により走査される。そして、走査手段により走査された光は、被投射面に投影される。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、コヒーレンスが低減された光となっているので、被投射面に照射される光はスペックルノイズが抑えられたものとなる。したがって、輝度ムラがなく良質な画像を表示することが可能となる。
次に、本発明の第1実施形態について、図1から図3を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置10は、図1に示すように、発光部11と、波長選択素子12とを備えている。
発光部11は、レーザ光を発する5つの発光素子(半導体レーザ:LD)11a,11b,11c,11d,11eを備えている。これらの発光素子11a〜発光素子11eは、いずれも支持部13に支持されている。発光素子11a〜発光素子11eから射出される光のピーク波長は、概ね一致している。ただし、完全に一致している必要は無く、多少のばらつきがあっても構わない。通常は、発光素子の製造誤差等により、数nm程度異なることが多い。
発光部11から射出された基本波の光(図1に示す実線)W3は、発光部11と波長選択素子12との間で反射を繰り返し、増幅された後、レーザ光W2として、波長選択素子12から射出されるようになっている。波長選択素子12は様々な波長の光を透過させるが、そのうち、所定の波長の光だけが増幅されている。増幅された光の強度は、他の波長の光の強度と比較して著しく高い。よって、波長選択素子12を透過した光W2は、ほぼ単一波長の光とみなすことができる。この光W2の波長は、波長選択素子12の選択波長、つまり波長選択素子12が反射する光W1の波長とほぼ同一である。波長選択素子12は、所定の選択波長の光の一部(98〜99%程度)を反射するので、その残り(1〜2%程度)の光が出力光として利用されることになる。
ここで、波長選択素子12を構成する1つの基体において、発光素子11a、11b,11c,11d,11eから射出された光が選択される領域(光選択領域)を、それぞれ領域A、B,C,D,Eとする。ただし、領域A〜領域Eは、実際には選択波長や歪みの大きさが徐々に変化する連続した領域であるため、これらの間に物理的な境界は存在しない。
歪みの大きさは、圧電素子15が設けられている端面12c側が最も大きく、吸収体16が設けられている端面12b側に向かうに従って徐々に小さくなることから、歪みの大きさは、圧電素子15に最も近い領域Eが最も大きく、領域D,C,B,Aの順に小さくなる。したがって、波長選択素子12の選択波長、つまり、波長選択素子12によって反射される光W1の波長は、領域A,B,C,D,Eごとに異なる。そして、選択波長は、歪みが大きいほど短くなり、歪みが小さくなるに従って長くなるので、圧電素子15に最も近い領域Eが最も短く、領域D,C,B,Aの順に長くなる。つまり、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eによって反射される光W1の波長をそれぞれλ1,λ2,λ3,λ4,λ5とすると、λ1>λ2>λ3>λ4>λ5となる。
そして、このように、波長選択素子12によって反射される光W1の波長が、領域A,B,C,D,Eごとに異なることにより、発光部11と波長選択素子12との間で反射を繰り返し、増幅された後、波長選択素子12から射出される光W2の波長も、領域A,B,C,D,Eごとに異なったものとなる。先に説明したとおり、波長選択素子12から射出される光W2の波長は、波長選択素子12によって反射される光W1の波長とほぼ同一である。よって、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eから射出される光W2の波長は、それぞれλ1,λ2,λ3,λ4,λ5となり、λ1>λ2>λ3>λ4>λ5の関係となる。
まず、発光素子11a〜発光素子11eは、赤色の半導体レーザであり、いずれも射出される光のピーク波長は630nmとなっている。このピーク波長は、すべての発光素子11a〜発光素子11eにおいて、ぴったりと一致している必要は無く、多少のばらつきがあっても構わない。通常は、発光素子の製造誤差等により、数nm程度異なることが多い。そして、このとき、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eにおける選択波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5が、それぞれ630nm,626nm,627nm,629nm,628nm(選択波長の差が、最大で4nm)となるように圧電素子15を制御すると、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eから射出される光W2の波長も、それぞれ630nm,626nm,627nm,629nm,628nmとなる。
また、波長選択素子12は、通常用いられる大きさのままであるため、装置が大型化することは無く、従来のように、拡散素子や加振手段を設けてスペックルノイズを低減させる構成に比べ、装置全体の小型化が可能となる。
以上より、本発明の光源装置10は、小型であって、かつ、複数のレーザ光同士のコヒーレンスを低減させ、スペックルノイズを抑えることが可能である。
また、具体例において、波長選択素子12の各領域A〜領域Eにおける選択波長の差は、最大で4nmとしたが、最大で10nm程度までの範囲であれば、人間が感知する光の色度は変わらない。このように、各領域A〜Eにおける選択波長の差を最大で10nm程度の範囲に抑えることにより、例えば、画像表示装置に光源装置10を用いた場合、極めて鮮明な画像を表示することが可能となる。
また、歪み付与手段として圧電素子15を用いたが、これに限ることはなく、例えば、歪みゲージや磁歪素子を用いても良い。
次に、本発明に係る第2実施形態について、図2を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係る光源装置10と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る光源装置20では、第1実施形態の圧電素子15と吸収体16に代えて、発熱素子21と吸熱素子22を備えている。それ以外の点は、具体例や変形例の適用も含め、第1実施形態と同様である。
また、波長選択素子12の一端面(領域A側の端面)12cには、吸熱素子22が設けられている。
このように、波長選択素子12の他端面12bに発熱素子21が設けられ、一端面12cには吸熱素子22が設けられているため、波長選択素子12は、レーザ光の中心軸Oに対して垂直な方向、すなわち、発熱素子21側から吸熱素子22側に向かって加熱されることになる。また、波長選択素子12には発熱素子21側から吸熱素子22側に向かって徐々に低温となるような温度勾配が作られることになる。つまり、本実施形態では、波長選択素子12の温度が、領域Aから領域Eに向かうに従って徐々に低くなっている。波長選択素子12は、加熱により熱膨張して、屈折率が変化する。この熱膨張に対応して、波長選択素子12の選択波長、つまり、波長選択素子12によって反射される光W1の波長が変化する。選択波長は、第1実施形態で説明したように、歪みが大きいほど短くなり、歪みが小さくなるに従って長くなる。熱膨張も歪みの一種であると考えられるので、より高温で熱膨張が大きい発熱素子側21の選択波長が、吸収体16側の選択波長に比べて長波長側にシフトする。
つまり、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eにおける選択波長をそれぞれλ1,λ2,λ3,λ4,λ5とすると、λ1>λ2>λ3>λ4>λ5となる。また、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eから射出される光W2の波長は、それぞれλ1,λ2,λ3,λ4,λ5となり、λ1>λ2>λ3>λ4>λ5の関係となる。
なお、本実施形態では、温度変化手段として発熱素子を用いて、波長選択素子12を加熱したが、発熱素子の代わりにペルチェ素子を用いても良い。ペルチェ素子を用いた場合、加熱及び冷却が可能であるため、特に、波長選択素子12の領域A〜領域Eにおける選択波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5を所望の値に制御する場合に有利である。
また、吸熱素子22を用いずに、空冷等の方法で放熱するようにしても良い。
次に、本発明に係る第3実施形態について、図3を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置30では、波長選択素子33が基板32上により形成された波長選択膜で構成されている点において、第1実施形態と異なる。それ以外の点は、具体例を含め、第1実施形態と同様である。
波長選択素子33は、図3に示すように、光透過性を有する基板32上に形成されており、基板32側から第1の膜31a,第2の膜31b,第3の膜31cの順に積層された構成になっている。基板32としては、例えばガラスを用いることができる。膜31bとしては、例えば、TiO2膜31a,31cとしては、例えばSiO2を用いることができる。なお、波長選択素子33を構成する膜の種類や数は、所望の特性に応じて適宜選択可能である。この点については周知であるため、詳細な説明を省略する。
波長選択素子33は、一方の端33b側から他方の端33cに向かうに従って、膜31a,31b,31cの厚みをそれぞれ小さくすることにより、全体の厚みが小さくなるように形成されている。このような波長選択素子33は、斜め蒸着を行うことで形成することができる。そして、この膜の厚みの変化に対応して、波長選択素子33の選択波長、つまり、波長選択素子33によって反射される光W1の波長が変化する。選択波長は、膜の厚みが大きいほど長く、厚みが小さくなるに従って短くなる。領域A〜領域Eのうち、レーザ光が通過する部分の膜の厚みJ,K,L,M,Nは、領域Aから領域Eに向かって順に小さくなっているので、それぞれの領域における選択波長λ1〜λ5はλ1>λ2>λ3>λ4>λ5となる。
なお、波長λ1〜λ5は、膜の材料、層数、厚み等によって変化するので、これらの要素を制御することによって、λ1,λ2,λ3,λ4,λ5の値や、これらの大きさの差を所望の値に設定することが可能である。
なお、本実施形態では、複数の発光素子11a〜発光素子11eとして、ピーク波長が概ね一致するものを用いたが、第1実施形態で述べたように、ピーク波長の異なる発光素子を積極的に用いるようにしても良い。
また、本実施形態では、膜の厚みが一方の端33b側から他方の端33cに向かうに従って、徐々に小さくなる構成としたが、波長選択素子33の領域ごとに厚みを変えるようにしても良い。
次に、本発明に係る第4実施形態について、図4を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置70では、波長選択素子12に設けられた圧電素子15及び吸収体16に代えて、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eごとに圧電素子15a,15b,15c,15d,15eが設けられている点において、第1実施形態と異なる。それ以外の点は、具体例を含め、第1実施形態と同様である。
これらの圧電素子15a〜15eにより、それぞれ領域A〜Eに異なる歪みを生じさせることが可能となっている。なお、圧電素子15a〜15eは第1実施形態の圧電素子15と同様のものを用いているため、電圧が印加されると変位し、この変位によって波長選択素子12に歪みを生じさせるものである。
ここで、第1実施形態では、図5(a)に示すように、波長選択素子12における選択波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5が、領域Aから領域Eに向かって連続的に小さくなるように波長選択素子12を制御した。本実施形態では、図5(b)に示すように、波長選択素子12における選択波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5が断続的な波長分布(ランダムな波長分布)となるように制御可能である。なお、図5(b)に示す分布は一例に過ぎない。
そこで、本実施形態では、例えば、製造誤差により、発光素子11a〜11eから射出される光のピーク波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5がそれぞれ630nm,626nm,627nm,629nm,628nmである素子を用いる。このとき、圧電素子15a〜15eにより、波長選択素子12の領域A,B,C,D,Eの歪みを制御することにより、各領域A〜Eの屈折率が変化する。そして、各領域A〜Eにおける選択波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5が、それぞれ630nm,626nm,627nm,629nm,628nmとなるように各領域A〜Eの歪みを制御する。
さらに、領域A〜Eごとに圧電素子15a〜15eが設けられているため、領域A〜Eごとの選択波長の差を1nmに限らず大きくすることや小さくすることができるため、より効率的にスペックルノイズを低減させることが可能となる。
また、第1実施形態と同様に発光素子11a〜11eから射出される光のピーク波長がすべて同じである場合も用いることができる。この構成の場合、各領域A〜Eの選択波長が異なるように各領域A〜Eの歪みを制御することにより、スペックルノイズを低減することが可能となる。
さらに、複数の光選択領域A〜Eごとに、すなわち、例えば2つの領域をまとめて1つの圧電素子により歪みを制御しても良い。この構成の場合も、複数の光選択領域A〜Eによって選択される光の波長が互いに異なるように歪みを付与すれば良い。
また、温度変化手段としてペルチェ素子を用いることにより、波長選択素子12の各領域A〜Eの温度を上げることも下げることもできるため、より正確に発光素子11a〜11eから射出される光の波長に波長選択素子の選択波長を対応させることが可能となる。
なお、ペルチェ素子に代えて、発熱素子(温度変化手段)として、電熱線等を用いて波長選択素子12の各領域A〜Eの温度を変えても良い。
次に、本発明に係る第5実施形態について、図6を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置80では、第4実施形態の圧電素子15a〜15eに代えて熱吸収膜81a,81b,81c,81d,81eが設けられている点において、第5実施形態と異なる。それ以外の点は、具体例を含め、第5実施形態と同様である。
熱吸収膜81a〜81eは、図6に示すように、所定の間隔をあけて表面12d上の領域A〜Eそれぞれに設けられている。また、熱吸収膜81a〜81eのそれぞれの膜厚は同じである。なお、隣接する熱吸収膜81a〜81eの間には断熱材を設けて、隣接する領域A〜E間で熱が伝わらないようにしても良い。
また、ミラー83は、熱発生用レーザ光源82から射出されたレーザ光を熱吸収膜81a〜81eに向かって走査するものである。そして、ミラー83の傾きを制御することにより、熱吸収膜81a〜81eに照射されるレーザ光の時間を調整する。これにより、照射されるレーザ光の時間が長いほど熱吸収膜81a〜81eの温度が上昇し、領域A〜Eの温度が上昇する。
本実施形態でも、第5実施形態と同様に発光素子11a〜11eのピーク波長に一致するように波長選択素子12の各領域A〜Eの温度を制御する。
なお、本実施形態では、熱吸収膜81a〜81eの膜厚を同じにしたが、熱吸収膜81a〜81eの膜厚を不規則に代えておいても良い。この構成では、ミラー83の走査速度を変えることなく、波長選択素子12の各領域A〜Eに温度分布を持たせることができる。つまり、領域A〜Eまでミラー83を振る1走査ごとの走査速度は一定で良いため、ミラー83の制御が容易になる。
なお、熱吸収膜81a〜81eを領域A〜Eごとに設けたが、波長選択素子12の表面12dの全面に設けても良い。
また、ミラー83としてはMEMSミラーを用いることも可能である。
次に、本発明に係る第6実施形態について、図7を参照して説明する。
発光部41は、支持部41fに、発光素子41a,41b,41c,41d,41eの5つが直線状に支持された構成となっている。発光素子41a〜発光素子41eから射出される光のピーク波長λ0は、概ね一致している。ただし、完全に一致している必要は無く、多少のばらつきがあっても構わない。通常は、発光素子の製造誤差等により、数nm程度異なることが多い。ピーク波長λ0は、例えば、青色のレーザ光を射出する青色レーザ光源装置の場合は920nm、緑色のレーザ光を射出する緑色レーザ光源装置の場合は1060nm、赤色のレーザ光を射出する赤色レーザ光源装置の場合は1240nmである。ただし、この波長は単なる一例に過ぎない。
発光部41から射出され、波長選択素子42に向かう光W3は、波長変換素子を通過することによって、ほぼ半分の波長の光に変換される。波長変換素子43による波長変換効率は非線形の特性を有しており、例えば、波長変換素子43に入射するレーザ光の強度が強いほど、変換効率が向上する。また、波長変換素子43の変換効率は40〜50%程度である。つまり、発光部41から射出されたレーザ光のすべてが、所定波長のレーザ光に変換されるわけではない。
このような分極周期構造は、例えば、特開平4−19719号公報に記載されている製造方法を応用して製造することができる。すなわち、まず、非線形強誘電体材料(例えばLiTaO3)からなる基板に、レーザ光の中心軸O方向に沿って電極が有る領域と無い領域とが交互に並んだストライプ状の電極パターンを形成する。この時、各電極パターンの幅及び電極パターン同士の間隔は、領域P,Q,R,S,Tにおける各ドメインのピッチが、それぞれΛ1,Λ2,Λ3,Λ4,Λ5となるように最適化される。つまり、電極パターンの幅及び間隔は、領域P,Q,R,Sにおいてそれぞれ異なったものとする。次に、これら電極パターンにパルス状の電圧を印加することにより、図7に示したような分極周期構造が得られる。このようにして分極周期構造を形成した後、通常電極パターンは除去されるが、そのまま残しておいても良い。
このように、波長変換素子43は、領域P〜領域Tにおいて、それぞれ周期(ピッチ)の異なる分極反転構造を有している。よって、領域P〜領域Tを通過した光は、ピーク波長λ0の光に含まれる様々な波長成分のうち、互いに若干異なる波長λ01〜λ05の成分に変換作用を受け、それぞれ若干異なる波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5に変換される。
同様に、緑色レーザ光源装置を用いた場合の波長を例に挙げて説明すると、発光素子41a,41b,41c,41d,41eからそれぞれ射出されたピーク波長λ0=1060nmの光のうち、それぞれ波長λ01=1060nm,λ02=1058nm,λ03=1056nm,λ04=1054nm,λ05=1052nm付近の光が、波長λ1=530nm,λ2=529nm,λ3=528nm,λ4=527nm,λ5=526nmの光に変換される。
また同様に、赤色レーザ光源装置を用いた場合の波長を例に挙げて説明すると、発光素子41a,41b,41c,41d,41eからそれぞれ射出されたピーク波長1240nmの光のうち、それぞれ波長λ01=1240nm,λ02=1238nm,λ03=1236nm,λ04=1234nm,λ05=1232nm付近の光が、波長λ1=620,λ2=619nm,λ3=618nm,λ4=617nm,λ5=616nmの波長の光に変換される。
ただし、ここに挙げた波長は、単なる一例に過ぎない。
つまり、例えば青色レーザ光源装置の場合、圧電素子15は、領域A〜領域Eにおいて反射される光の波長が、それぞれ920nm、918nm、916nm、914nm、912nmとなるように制御される。緑色レーザ光源装置の場合、圧電素子15は、波長選択素子42の領域A〜領域Eにおいて反射される光の波長が、それぞれ1060nm、1058nm、1056nm、1054nm、1052nmとなるように制御される。赤色レーザ光源装置の場合、圧電素子15は、領域A〜領域Eにおいて選択される光の波長が、それぞれ1240nm、1238nm、1236nm、1234nm、1232nmとなるように制御される。
ただし、ここに挙げた波長は、単なる一例に過ぎない。
以上説明したように、発光部41から射出された光W3は、発光部41と波長選択素子42との間で反射を繰り返し、所定の波長に変換された変換光W2(図7に示す一点鎖線)が、波長選択素子42から射出されるようになっている。つまり、波長選択素子42は、第1〜第3実施形態の波長選択素子12や33とは若干作用が異なるものの、発光素子41a〜41eの共振器ミラーとしての機能を有している。
また、波長変換素子43や波長選択素子42は通常用いられる大きさのままであるため、装置が大型化することは無く、従来のように拡散素子や加振手段を設けてスペックルノイズを低減させる構成に比べ、装置全体の小型化が可能となる。
以上より、本発明の光源装置40は、小型であって、かつ、複数のレーザ光同士のコヒーレンスを低減させ、スペックルノイズを抑えることが可能である。
なお、本実施形態では、複数の発光素子41a〜発光素子41eとして、ピーク波長が概ね一致するものを用いたが、ピーク波長の異なる発光素子を積極的に用いるようにしても良い。すなわち、ピーク波長がそれぞれλ01,λ02,λ03,λ04,λ05(つまり、波長変換素子43となるような発光素子41a,41b,41c,41d,41eを用い、領域A〜Eにおいて、発光素子11a〜発光素子11eのそれぞれのピーク波長と同じ波長の光が選択されるように、圧電素子15を制御するようにしても良い。このように、発光素子11a〜発光素子11eそれぞれのピーク波長と、波長選択素子42の領域A〜Eにおける選択波長とを一致させることにより、光の利用効率を向上させることが可能となる。
また、本実施形態では、圧電素子15を波長選択素子42の一端面12cにのみ設けることにより、選択波長が、圧電素子15側から吸収体16側に向かうに従って徐々に長くなる構成としたが、第4実施形態に示すように、波長選択素子の領域ごとに個別の圧電素子を設けて、個々の領域の歪みを制御するようにしても良い。さらには、第5実施形態で示すように、熱吸収膜により各領域の温度を制御するようにしても良い。
また、圧電素子15による波長選択素子42の歪みの伝搬を所望の状態にし易くするために、波長選択素子42の形状を非対称な形、すなわち、一端面42bから他端面42cに向かって断面積が小さくなる形状にしても良い。
また、具体例において、各領域A〜領域Eから射出される光W2の波長の差は、最大で4nmとしたが、最大で10nm程度までの範囲であれば、人間が感知する光の色度は変わらない。このように、各領域A〜領域Eから射出される光W2の波長の差を最大で10nm程度の範囲に抑えることにより、例えば、画像表示装置に光源装置40を用いた場合、極めて鮮明な画像を表示することが可能となる。
また、歪み付与手段として圧電素子15を用いたが、これに限ることはなく、例えば、歪みゲージや磁歪素子を用いても良い。
次に、本発明に係る第7実施形態について、図8を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置50では、波長変換素子51のドメインのピッチが異なる点、ペルチェ素子52を備える点において、第6実施形態と相違している。それ以外の点は、具体例や変形例の適用も含め、第6実施形態と同様である。なお、本実施形態の説明において、上述した第6実施形態に係る光源装置40と構成を共通とする箇所には、同一符号を付けて、その説明を省略する。
次に、本発明に係る第8実施形態について、図9を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置55では、ペルチェ素子52,温度センサ53a〜53eに代えて、波長変換素子51の領域P,Q,R,S,Tごとにペルチェ素子52a,52b,52c,52d,52eが設けられている点及び第4実施形態の波長選択素子12を用いる点において、第7実施形態と異なる。それ以外の点は、具体例を含め、第7実施形態と同様である。
これらペルチェ素子52a〜52eにより、それぞれの領域P〜Tを異なる温度に制御可能となっている。
ここで、第7実施形態では、図5(a)に示すように、波長変換素子51における選択波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5が、領域Pから領域Tに向かって連続的に小さくなるように波長変換素子51を制御した。本実施形態では、図5(b)に示すように、波長変換素子51における変換波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5が断続的な波長分布(ランダムな波長分布)となるように制御可能である。
さらに、領域P〜Tごとにペルチェ素子52a〜52eが設けられているため、領域P〜Tごとの選択波長の差を1nmに限らず大きくすることや小さくすることができるため、より効率的にスペックルノイズを低減させることが可能となる。
さらに、波長変換素子51の複数の領域P〜Tごと、すなわち、例えば2つの領域をまとめて1つのペルチェ素子により温度を制御しても良い。この構成の場合も、複数の光選択領域P〜Tによって選択される光の波長が互いに異なるように温度を制御すれば良い。
また、本実施形態では、第4実施形態で示した波長選択素子12を用いたが、第1〜3,第5実施形態で示した波長選択素子を用いることも可能である。
次に、本発明に係る第9実施形態について、図10を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置60では、ペルチェ素子52に代えて、波長変換素子61の領域P〜Tを含む表面61a上に、電極(電圧印加手段)65a〜65eが設けられている点において、第7実施形態と相違している。それ以外の点は、具体例や変形例の適用を含め、第7実施形態と同様である。
なお、図10では表面61a上に形成された電極65a〜65eのみが示されているが、表面61aとは反対側の表面上にも電極65a〜65eとそれぞれ対になる5つの電極がそれぞれ形成されており、この対になった電極によって領域P〜Tを挟み込むことにより、領域P〜Tにそれぞれ所定の電圧を印加するような構成となっている。
また、波長変換素子61の領域P〜Tごとのドメインピッチを変えることができるため、発光素子41a〜41eから射出される光の波長が異なる場合、出力波長に合わせて対応する領域P〜Tのドメインピッチを変えることが可能となる。これにより、波長変換素子における光の利用効率を向上させることが可能となる。
次に、本発明に係る第10実施形態について、図11を参照して説明する。
本実施形態では、上記第1実施形態の光源装置10を備える画像表示装置100について説明する。なお、図11中においては、簡略化のため画像表示装置100を構成する筐体は省略している。
また、画像表示装置100は、レーザ光源101R,101G,101Bから射出されたレーザ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブ(光変調装置)104R,104G,104Bと、液晶ライトバルブ104R,104G,104Bから射出された光を合成して投写レンズ107に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)106と、液晶ライトバルブ104R,104G,104Bによって形成された像を拡大してスクリーン110に投射する投射レンズ(投射装置)107とを備えている。
また、第1〜第6実施形態の光源装置10〜80は、走査型の画像表示装置にも適用される。このような画像表示装置の例を図12に示す。図12に示した画像表示装置200は、第1実施形態の光源装置10と、光源装置10から射出された光をスクリーン210に向かって走査するMEMSミラー(走査手段)202と、光源装置10から射出された光をMEMSミラー202に集光させる集光レンズ203とを備えている。光源装置10から射出された光は、MEMSミラーを動かすことによって、スクリーン210上を横方向、縦方向に走査するように導かれる。カラーの画像を表示する場合は、発光部11を構成する複数の発光素子を、赤、緑、青のピーク波長を持つ発光素子の組み合わせによって構成すれば良い。
例えば、第6,第7,第9実施形態では、第1実施形態と同様の構造を備えた波長選択素子42を用いていたが、これに変えて、第2〜第5実施形態と同様の構造を備えた波長選択素子を用いるようにしても良い。
また、波長選択素子12,33,42は、光選択領域ごとに選択波長が異なっていれば良く、上記のように順に短くなるようにしなくても良い。波長変換素子43,51,61についても同様である。
また、発光素子としては、端面発光レーザや、面発光レーザを用いることが可能である。
Claims (10)
- レーザ光を発する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子から射出されたレーザ光のうち所定の選択波長の光の一部を選択して前記発光素子に向かって反射させることによって前記発光素子の共振器ミラーとして機能するとともに、残りのレーザ光を透過させる波長選択素子と、を備え、
前記波長選択素子は、前記複数の発光素子から射出された光がそれぞれ選択される複数の光選択領域を備えた1つの基体によって構成され、
前記複数の光選択領域に、互いに大きさの異なる歪みを付与する歪み付与手段を備え、該歪み付与手段として、前記複数の光選択領域が配列された方向の前記波長選択素子の一端に前記歪みを発生させる圧電素子が設けられ、他端に前記歪みを吸収する吸収体が設けられ、前記歪み付与手段によって、前記複数の光選択領域によって選択される光の波長を互いに異ならせることを特徴とする光源装置。 - レーザ光を発する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子から射出されたレーザ光のうち所定の選択波長の光の一部を選択して前記発光素子に向かって反射させることによって前記発光素子の共振器ミラーとして機能するとともに、残りのレーザ光を透過させる波長選択素子と、を備え、
前記波長選択素子は、前記複数の発光素子から射出された光がそれぞれ選択される複数の光選択領域を備えた1つの基体によって構成され、
前記複数の光選択領域の温度を互いに異ならせる温度変化手段を備え、該温度変化手段として、前記複数の光選択領域が配列された方向の前記波長選択素子の一端に発熱素子が設けられ、他端に吸熱素子が設けられ、前記温度変化手段によって、前記複数の光選択手段の温度を互いに異ならせることを特徴とする光源装置。 - 前記複数の発光素子と前記波長選択素子との間には、前記複数の発光素子から射出されたレーザ光のうち、一部の波長をそれぞれ所定の波長に変換するとともに、前記所定の波長に変換された光と所定の波長に変換されなかった光とを前記波長選択素子に射出する波長変換素子が設けられ、
前記波長選択素子は、前記波長変換素子から射出されたレーザ光のうち前記所定の波長に変換されなかった光を選択して前記発光素子に向かって反射させることによって前記発光素子の共振器ミラーとして機能するとともに、残りのレーザ光を透過させるものとされ、
前記波長変換素子は、前記複数の発光素子から射出された光がそれぞれ通過する複数の光通過領域を備えており、前記複数の光通過領域によって変換された光の波長は互いに異なり、
前記複数の発光素子のうちの任意の一つの発光素子から射出されるレーザ光に対応する前記波長変換素子の前記光通過領域と前記波長選択素子の前記光選択領域とにおいて、前記光通過領域で変換されなかった光の波長と前記光選択領域で選択される光の波長とが一致していることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 - 前記波長変換素子は、前記複数の発光素子から射出されたレーザ光の中心軸に沿って、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を有しており、
前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅を、前記光通過領域ごとに異ならせることによって、前記複数の光通過領域によって変換された光の波長を互いに異ならせることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。 - 前記波長変換素子は、前記複数の発光素子から射出されたレーザ光の中心軸に沿って、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を有しており、前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅は、前記複数の光通過領域のすべてにおいて等しく、
前記複数の各光通過領域の温度を異ならせる温度変化手段を設け、該温度変化手段によって、前記複数の光通過領域によって変換された光の波長を互いに異ならせることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。 - 前記波長変換素子は、前記複数の発光素子から射出されたレーザ光の中心軸に沿って、分極が互いに反転したドメインの繰り返し構造を有しており、前記ドメインの前記レーザ光の中心軸方向の幅は、前記複数の光通過領域のすべてにおいて等しく、
前記複数の光通過領域に互いに異なる電圧を印加する電圧印加手段を設け、該電圧印加手段によって、前記複数の光通過領域によって変換された光の波長を互いに異ならせることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。 - 前記複数の発光素子から射出された光のピーク波長が、対応する前記波長選択素子の各光選択領域において選択される光のピーク波長と同一であることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記複数の発光素子から射出される光のピーク波長が一致していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光源装置。
- 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の光源装置と、
該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の光源装置と、
該光源装置から射出されたレーザ光を被投射面上で走査する走査手段とを備えることを特徴とする画像表示装置。
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