JP4828735B2 - マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置 - Google Patents
マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4828735B2 JP4828735B2 JP2001227237A JP2001227237A JP4828735B2 JP 4828735 B2 JP4828735 B2 JP 4828735B2 JP 2001227237 A JP2001227237 A JP 2001227237A JP 2001227237 A JP2001227237 A JP 2001227237A JP 4828735 B2 JP4828735 B2 JP 4828735B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scanning
- light
- block
- laser beam
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザー光源から出射されたレーザービームを複数のレーザービームに分岐するマルチビーム生成装置がある。
【０００３】
マルチビーム生成装置は、例えば、マルチビーム生成装置から出射した複数のレーザービームを変調手段によって変調し、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置と垂直走査ガルバノミラーとによってレーザービームを水平および垂直方向に走査させることで、スクリーン上に画像を表示させるレーザー走査型画像表示装置に用いられる。ここで、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置とは、複数の反射面を外周面に備えたポリゴンミラーをモータ等によって水平面上で回転駆動させ、この反射面によってレーザービームを反射させることによって、レーザービームを水平方向に走査する。
【０００４】
ところで、近年のディスプレイ市場では、表示画像の高精細化が急速に進んでいる。上述したレーザー走査型画像表示装置では、表示画像の高精細化を図る方法の一つとして、解像度を向上させることによって表示画像の高精細化を図るようにした方法での検討が始まっている。解像度を向上させるための技術改良の一つとして、水平方向の走査速度を向上させる方法が挙げられる。
【０００５】
しかし、上述したように、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置を用いてレーザービームの水平方向の走査を行うようにしたレーザー走査型画像表示装置では、理論上、ポリゴンミラーの回転速度を高速化することによって水平方向の走査速度を向上させることができるが、実際には、ポリゴンミラーの回転速度の高速化には限界がある。
【０００６】
このため、複数のレーザービームを出射するマルチビーム生成装置を用いて、マルチビーム生成装置から出射した複数のレーザービームのビームスポットが、スクリーン上で垂直方向に配列されたスポット列を形成するように導きながら水平方向に同時に走査させるようにしたレーザー走査型画像表示装置が考えられている。これにより、単位面積を水平方向に走査する速度を向上させることができ、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置のポリゴンミラーの回転に際しての負荷を軽減することができる。
【０００７】
マルチビーム生成装置には、レーザービームを出射するレーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザービームを複数に分岐するビーム分岐プリズムとを備えているものがある。ビーム分岐プリズムは、入射されたレーザービームを反射／透過によって分岐するビームスプリッタを備えるスプリッタブロックや、入射されたレーザービームを反射させるミラーブロック等の複数のブロックを接合して構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビーム分岐プリズムに入射されるレーザービームのエネルギーは、レーザー光源から出射されたレーザービームが直接入射される入射位置に近いブロック程大きい。各ブロックは、エネルギーが加えられることにより発熱し、この発熱によって熱膨張する。このときの熱膨張率は、加えられたエネルギーが大きいほど大きくなり、入射位置に近いブロック程大きく熱膨張する。このため、入射位置に位置付けられたブロックに対する各ブロックの距離に応じて、ブロック間の熱膨張率に差が生じる。
【０００９】
ブロック間で熱膨張率の差が生じると、ブロックとブロックとを接合している接合面にテンションが発生する。接合面でテンションが発生すると、接続面が歪んだり剥がれたりしてしまうことがある。
【００１０】
ビーム分岐装置の接合面が歪んだり剥がれたりすると、各ブロックを通過するレーザービームの波面特性が劣化して、マルチビーム生成装置から出射されるレーザービームの集光特性が劣化するという不都合が生じる。
【００１１】
マルチビーム生成装置から出射するレーザービームの集光特性の劣化は、このマルチビーム生成装置を用いたレーザー走査型画像表示装置がスクリーン上に集光するレーザービームのスポット特性の均一性の劣化の原因となる。スクリーン上に集光されるレーザービームのスポット特性の均一性の劣化は、スクリーンに表示された画像にムラが発生して画質が低下する原因となる。
【００１２】
また、レーザー走査型画像表示装置がスクリーンに表示する画像の高精細化に際しては、マルチビーム生成装置から出射されてスクリーンに集光されるまでのレーザービームの光路が問題になるが、従来のレーザー走査型画像表示装置では光路の設計することが高精細画像を形成する上で有効な技術であることは言及されていない。
【００１３】
加えて、マルチビーム生成装置およびレーザー走査型画像表示装置の小型化に際しては、マルチビーム生成装置およびレーザー走査型画像表示装置におけるレーザービームの光路長を短くする必要があるが、画像の高精細化を維持したままマルチビーム生成装置およびレーザー走査型画像表示装置におけるレーザービームの光路長を短くする技術については開示されていない。
【００１４】
ところで、レーザービームの水平走査を行うためには、ポリゴンミラーを有する回転多面鏡ポリゴン装置が広く用いられている。このポリゴンミラーが有する複数の反射面は、垂直方向に対するそれぞれの角度にばらつきがあり、これは実際上の技術的に否めない。各反射面の垂直方向に対する角度がばらつくことにより、各反射面から反射され偏向されるレーザービームの偏向角度にもばらつきが発生する、いわゆる、面倒れの影響が発生する。
【００１５】
また、単一の反射面であっても、面内に微少な凹凸が生じていることは技術的には十分に考えられ、このため、単一の反射面から反射され偏向されるレーザービームの偏向角度にもばらつきが発生してしまう。
【００１６】
レーザービームの偏向角度にばらつきが発生している場合、スクリーン上に集光するレーザービームのスポット特性の均一性の劣化の原因となる。上述したように、スクリーン上に集光されるレーザービームのスポット特性の均一性の劣化は、スクリーンに表示された画像にムラが発生する原因となり、画質が低下する。
【００１７】
従来装置においてはビームを単に偏向走査面に入射させているものが多く、このような場合には上記の偏向角度のバラツキが画像劣化要因となる。
【００１８】
また、レーザービームを高速走査させることによって画像形成する方式の場合において、スクリーン上の画素形状の、特に、水平方向の長さに対する照射ビームの同一方向の長さを制御調整して、ビームが変調信号に対応して点灯している時間内に描く軌跡として定義される１画素の大きさがスクリーン上に規定される１画素のサイズを超えないようにすることが必要であるが、これを実現するための具体的手段について言及した前例がない。
【００１９】
以上のように、レーザー走査型画像表示装置の概念は古くから存在していたが、コンパクトな構成で高精細画像形成を実現する装置については多くの課題が残されている。
【００２０】
マルチビーム生成装置から出射するレーザービームのパワーは、スクリーンの大型化に伴って増大させる必要があるため、上述した不具合はスクリーンの大型化に伴って顕著に表れる。
【００２１】
特開平9-134135号公報、特開平8-327924号公報には、レーザー光源を２次元的に走査して画像表示する際に、画面を複数に分割すると同時に、分割した画面に相当するように画像信号も分割し、分割した画面に対してレーザー画像を描画させることで、画面の高解像度化を図るようにした技術が開示されている。しかし、同公報には、上述と同様の不具合の発生が懸念されるが、これを解決する技術は開示されていない。
【００２２】
また、特表平09-504920号公報には、レーザー光源を２次元的に走査して画像表示する際に、走査するレーザービームの本数を複数とし、複数のレーザービームを同時に走査させることによって、単数のビーム走査による場合よりも偏向走査装置の回転速度を下げるようにした技術が開示されている。同公報には、赤、緑、青の３色の波長を発振するレーザーアレイについて放射するビーム数が複数であるとしているが、赤、緑、青の３色の波長を発振するレーザーアレイそのものの実現において問題となる多くの課題を解決する記載がなされていない。このため、実用上、実現は困難であると考えられる。
【００２３】
本発明は、複数の光ビームの集光スポット特性を均一化することができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２４】
本発明は、表示画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２５】
本発明は、表示画像のムラの発生を防止して画質向上を図ることができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２６】
本発明は、上記の目的に加えて小型化を図ることができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のマルチビーム生成装置は、光ビームを出射する光ビーム出射手段と、前記光ビーム出射手段が出射した光ビームを複数の光ビームに分岐するビーム分岐手段と、を備えるマルチビーム生成装置において、前記ビーム分岐手段は、光ビームを分岐させるビームスプリッタを備えるスプリッタブロックと、光ビームを通過させるスルーブロックと、光ビームを全反射させるミラーを備えるミラーブロックとによって構成されているビーム分岐プリズムであり、前記ビーム分岐プリズムの光ビームが通過する位置とは異なる位置に接触配置されたヒートシンクを前記ブロック毎に設け、前記ヒートシンクは、前記ビーム分岐プリズムにおける前記光ビーム出射手段が出射した光ビームが入射される入射位置に近い前記ブロックに接触配置される前記ヒートシンクの方が前記入射位置から遠い前記ブロックに対応する前記ヒートシンクよりも熱容量が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【００３２】
したがって、光ビーム出射手段から出射されてビーム分岐手段によって分岐された光ビームは、ビーム整形手段によって偏向走査される際の走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも長くなるように整形される。これによって、走査手段より後段に集光レンズを設けた場合に、集光レンズの実効的なＮＡ値が大きくなるので、集光レンズによってスクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。
【００３８】
また、入射された光ビームによるビーム分岐プリズムの発熱は、ヒートシンク片によって各ブロックに入射される光ビームのエネルギーに応じて吸熱される。これによって、各ブロック毎の熱膨張率を均一化して、各ブロック間の接合面にテンションがかかることを防止することができる。
【００４０】
また、入射された光ビームによって発熱したビーム分岐プリズムは、ヒートシンク片によって、光ビーム出射手段から出射された光ビームが入射される入射位置に近いブロックからの吸熱量の方がこの入射位置から遠いブロックからの吸熱量よりも多くなるように吸熱される。
【００４１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマルチビーム生成装置において、前記ビーム分岐プリズムにおける前記スプリッタブロックと前記ミラーブロックとに入射する光ビームの光量が同一である場合に、前記ヒートシンクは、前記スプリッタブロックよりも前記ミラーブロックに対応するヒートシンクの熱容量の方が大きくなるように設定されている。
【００４２】
したがって、スプリッタブロックとミラーブロックとに入射する光ビームの光量が同一である場合、入射された光ビームを全反射させるためにより発熱量が大きくなるミラーブロックの方が多く吸熱される。
【００４３】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載のマルチビーム生成装置において、隣接する各前記ヒートシンクを連続的に形成したヒートシンク部材を具備する。
【００４４】
したがって、単一のヒートシンク部材を取り付けることで、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を取り付けることができる。これによって、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を個々に取り付ける場合と比較して、煩雑な作業をなくして作業の容易化を図ることができる。
【００４５】
請求項４記載の発明の光走査型画像表示装置は、請求項１ないし３いずれか一に記載のマルチビーム生成装置と、前記マルチビーム生成装置から出射された複数の光ビームの光量を変調する変調手段と、前記変調手段が光量を変調した光ビームを所定の走査方向に走査させる走査手段とを備える。
【００５１】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の光走査型画像表示装置において、前記走査手段により走査される光ビームを前記走査手段による走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも短くなるように整形する副ビーム整形手段を具備する。
【００５２】
したがって、走査手段により走査される光ビームは、副ビーム整形手段によって走査手段による走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも短くなるように整形される。これによって、スクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図５を参照して説明する。本実施の形態は、光走査型画像表示装置としてプロジェクタへの適用例を示す。
【００５６】
図１は、本発明の第１の実施の形態のプロジェクタを概略的に示すブロック図である。プロジェクタ１は、複数のレーザービーム(光ビーム)を出射するマルチビーム生成装置２(図２参照)を備えている。詳細は後述するが、マルチビーム生成装置２は、レーザービームを出射する光ビーム出射手段としての半導体レーザーアレイ２０と、半導体レーザーアレイ２０から出射した単一のレーザービームを複数のレーザービームに分岐するレーザービーム分岐手段としてのビーム分岐プリズム２４を備えている。
【００５７】
図２は、マルチビーム生成装置２から出射された複数のレーザービームの光路の一部を示す説明図である。マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、第１の集光光学系としての集光光学系５に入射される。集光光学系５は、マルチビーム生成装置２から出射された複数のレーザービームのビーム径を各レーザービーム毎に縮小する。ここで、縮小した後のレーザービームのビーム径は、複数のレーザービームのいずれも等しくなるように縮小される。集光光学系５からビーム径が縮小されて出射された複数のレーザービームは、
変調手段としての光変調装置６にそれぞれ入射される。
【００５８】
光変調装置６は、入射された複数のレーザービームに対して、それぞれ異なる変調信号をかけてレーザービーム毎に変調を行うとともに、変調した各レーザービームを第２の集光光学系としての集光光学系７へ向けて出射する。本実施の形態の光変調装置６は、ＡＯＭ(音響光学変調素子)を用いた変調を行う。
【００５９】
なお、レーザービームの変調は、ＡＯＭ(音響光学変調素子)を用いた変調に限るものではなく、例えば、ＥＯＭ(電気光学変調素子)を用いた変調等であってもよい。
【００６０】
光変調装置６から出射された変調後のレーザービームは、第２の集光光学系としての集光光学系７に入射される。集光光学系７は、入射された複数のレーザービームをレーザービーム毎に集光する。集光光学系７は、集光したレーザービームを、ビーム集光位置もしくはその近傍に反射面がくるように配置された走査手段としての回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８に向けて出射する。
【００６１】
公知の技術であるため説明を省略するが、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８は、鏡状の複数の反射面８ａを外周面に有する多角形状のポリゴンミラー８ｂと、ポリゴンミラーを回転駆動する図示しない駆動手段とを備えており、駆動手段によってポリゴンミラー８ｂを回転駆動しながら反射面８ａに入射されたレーザービームを反射することで、レーザービームを回転方向(水平方向)に沿って走査する。
【００６２】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８によって、水平方向に沿って走査されたレーザービームは、折り返しミラー９を介して垂直走査ガルバノミラー１０に入射される。
【００６３】
垂直走査ガルバノミラー１０は、垂直方向に対するミラー面の角度を調整することによって、入射されたレーザービームを垂直方向に偏向走査する。垂直走査ガルバノミラー１０によって偏向走査されたレーザービームは、スクリーン相当面１１に至る。
【００６４】
なお、図１中符号ｘで示す点線は、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８の反射面８ａ、折り返しミラー９または垂直走査ガルバノミラー１０におけるレーザービームの反射位置を示している。
【００６５】
本実施の形態の回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度は、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも充分に速く設定されている。
【００６６】
具体的に、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度は、ポリゴンミラー８ｂと垂直走査ガルバノミラー１０との両方が同時に動いている状況下で、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８が走査するレーザービームが描く軌跡がほぼ水平となる程度に、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも十分に速く設定されている。
【００６７】
これにより、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８および垂直走査ガルバノミラー１０により走査されるレーザービームは、厳密には、スクリーン相当面１１上で、走査開始端より走査終了端の方が垂直方向の位置がわずかに下がった軌跡となるように走査される。
【００６８】
スクリーン相当面１１には、通常、画像が映し出される(表示される)スクリーンが配置される。以降、スクリーン相当面１１を単にスクリーン面１１という。
【００６９】
次に、マルチビーム生成装置２について詳細に説明する。図３は、マルチビーム生成装置２を概略的に示すブロック図である。マルチビーム生成装置２は、レーザービームを放射するレーザービーム発生手段としての、半導体レーザーアレイ２０を備えている。また、マルチビーム生成装置２は、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームを拡大するとともに平行化するビーム整形手段としてのレンズ系２１を備えている。
【００７０】
レンズ系２１は、負のパワーをもつ透過レンズ２２と、透過レンズ２２の後段に配置された正のパワーをもつ透過レンズ２３とによって構成されている。レンズ系２１に入射されたレーザービームは、透過レンズ２２によって発散角が広げられて、透過レンズ２３によってコリメートされる。
【００７１】
マルチビーム生成装置２は、レンズ系２１によって拡大平行化されたレーザービームを、複数のレーザービームに分岐するマルチビーム分岐手段としてのビーム分岐プリズム２４を備えている。
【００７２】
図４は、ビーム分岐プリズム２４を示す説明図である。ビーム分岐プリズム２４は、レーザービームをスプリットさせるビームスプリッタ２５ａを備えるスプリッタブロック２５と、レーザービームをスプリットせず通過させるスルーブロック２６と、レーザービームを全反射させるミラー２７ａを備えるミラーブロック２７とによって構成されている。スプリッタブロック２５のビームスプリッタ２５ａの反射率は、５０％に設定されている。スプリッタブロック２５、ミラーブロック２７およびスルーブロック２６は、いずれも同等の屈折率を有する光透過材料によって形成されている。
【００７３】
ビーム分岐プリズム２４に入射されたレーザービームは、光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分岐される。光路Ａは、ビーム分岐プリズム２４に入射されたレーザービームを、２つのスプリッタブロック２５を通過させる。光路Ｂは、ビーム分岐プリズム２４に入射されたレーザービームを、２つのスプリッタブロック２５で反射させ、１つのスルーブロックを通過させる。光路Ｃは、１つのスプリッタブロック２５で反射させ、１つのスプリッタブロック２５を通過させ、ミラーブロック２７で全反射させてから１つのスルーブロックを通過させる。光路Ｄは、１つのスルーブロックを通過させ、１つのスプリッタブロック２５で反射させ、２１つのスルーブロックを通過させてからミラーブロック２７で全反射させる。いずれの光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通過するレーザービームも、ビームスプリッタ２５ａを２回ずつ通過されるため、ビーム分岐プリズム２４で分岐されて、４本のレーザービームとして出射される各レーザービームの光量は、半導体レーザーアレイ２０から出射された時点での光量の２５％程度とされる。
【００７４】
ビーム分岐プリズム２４には、ビーム分岐プリズム２４中におけるレーザービームの進行方向と平行する面に、図５に示すヒートシンク部材２８が面で接触するように接着されている。ヒートシンク部材２８は、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７に入射されるレーザービームのパワー応じて、反射／透過による分岐前のレーザービームが入射されるブロックに対応する程熱容量が大きくなるようにそれぞれ熱容量を異ならせたヒートシンク片２８ａ〜２８ｇが接着されている。本実施の形態では、ヒートシンク片２８ａの熱容量を１とした場合、ヒートシンク片２８ｂ，２８ｃの熱容量はヒートシンク片２８ａの１／２、ヒートシンク片２８ｄ〜２８ｇの熱容量はヒートシンク片２８ａの１／４となるように設定されている。
【００７５】
本実施の形態では、図５中ＹＺ面における個々のヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの底面積を等しくとり、ＹＺ面に対するＸ方向の寸法を異ならせることによって、各々の素子に対応するヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの熱容量を変えるようにしている。
【００７６】
ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇは、隣り合うヒートシンク片２８ａ〜２８ｇと一体的に形成されている。これにより、各々のヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの底面部は単一の平面を構成している。
【００７７】
このような構成において、マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、集光光学系５、光変調装置６、集光光学系７、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８および垂直走査ガルバノミラー１０を経由してスクリーン面１１上に走査され、スクリーン面１１上に複数のビームスポットが垂直方向に連なるスポット列を形成する。スクリーン面に形成されたスポット列を構成する各々のスポットは、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８によって一定速度で水平方向に走査されるとともに、垂直走査ガルバノミラー１０によって一定速度で垂直方向に走査されることで、スクリーン面１１上の全ての領域を順次ビーム走査する。
【００７８】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８は、ポリゴンミラー８ｂの一の反射面８ａによってスクリーン面１１の一端部側から他端部側へ一連の水平走査を行い、一の反射面８ａによる一連の走査が終了すると、ポリゴンミラー８ｂの次の反射面８ａによって再び水平走査を行う。このとき、垂直走査ガルバノミラー１０が、ポリゴンミラー８ｂの一の反射面８ａによって走査されるレーザービームを垂直方向に走査するため、ポリゴンミラー８ｂと垂直走査ガルバノミラー１０との両方が同時に動いている状況下では、ポリゴンミラー８ｂの一の反射面８ａによって走査されるレーザービームは、走査の開始位置の方が終了位置よりも垂直方向で高い位置になるような斜めの軌跡を描く。
【００７９】
上述したように、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度は、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも十分に速く設定されているため、ポリゴンミラー８ｂと垂直走査ガルバノミラー１０との両方が同時に動いている状況下で、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８の一の反射面８ａによって走査されるレーザービームは、ほぼ水平となる軌跡を描く。
【００８０】
ポリゴンミラー８ｂの次の反射面８ａによってスクリーン面１１上に描かれるレーザービームは、垂直走査ガルバノミラー１０を経由することで、始めの一の反射面８ａによって先に描画された領域の下方端(終端位置)の画素列よりもひとつだけ下段にある画素列を埋めるように、垂直方向に走査される。
【００８１】
このように、水平および垂直走査動作を複数回繰り返すことによって、スクリーン面上の全ての描画領域を順次ビーム走査していく。
【００８２】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８および垂直走査ガルバノミラー１０によって、スクリーン面１１上の全ての描画領域のビーム走査が終了すると、再びスクリーン面１１の垂直方向の最上段から走査を開始する。
【００８３】
加えて、上述のような水平および垂直走査中に、光変調装置６によって、任意の画素位置にあるレーザービームの各々に異なる変調信号をかけて光量を適宜変調制御する。これにより、スクリーン面１１上に画像を表示させることができる。
【００８４】
このとき、フレーム周波数は６０ＭＨｚ以上、望ましくは８０ＭＨｚ程度に設定されている。
【００８５】
ところで、従来のレーザー走査型ディスプレイにおいては、画像の解像度を重視した技術検討はあまり進んでいなかった。従来の技術では、レーザービームを平行化した状態で走査させることでスクリーン上に画像を表示させるものがあり、使用される変調素子の変調速度もＫＨｚオーダーの遅いものが使用されていた。
【００８６】
本実施の形態では、フレーム周波数を６０ＭＨｚ以上、望ましくは８０ＭＨｚ程度に設定することにより、視覚上、フレーム間の繋がりの不連続性が認識されることを防止することができる。
【００８７】
一般的に広く知られているが、本実施の形態のプロジェクタ１は、光源に半導体レーザーアレイ２０を用いているため、ランプ光源を使用した場合と比較して、色再現範囲を広く取ることができる。
【００８８】
また、本実施の形態のプロジェクタ１は、光源に半導体レーザーアレイ２０を用いているため、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームは、レーザービームの有するコヒーレンシーにより拡散せずに直進し、プロジェクタ１の光学系内を良好に伝搬する。これにより、発散光を放出するランプを光源として用いた場合と比較して、半導体レーザーアレイ２０から放射されるレーザービームを赤、緑、青の３色に色分解し、変調をかけた各色のレーザービームを再び光学的に合成した後にスクリーン上に画像を表示(投影)させる場合の光利用効率を向上させることができる。
【００８９】
ところで、現状のレーザー技術で赤、緑、青の波長の発振が可能であるレーザ装置で実用に供されているものは１本のビームしか放射しない。プロジェクタ１は、１本のビームを放射する半導体レーザーアレイ２０を用いることにより、以下に説明するような、高精細画像を形成させる上で従来にない優位性を備えている。
【００９０】
例えば、Ｅシネマのような用途への展開を想定した場合等、１本のビームでスクリーンサイズの大型化に対応する場合、スクリーン上で適切なる輝度を確保するためにはレーザービームのエネルギー(パワー)はＷ級以上のエネルギーの大きなレーザービームを用いる必要がある。このＷ級以上のパワーのレーザービームをマルチビーム生成装置から出射する場合、出射されたレーザービームのビーム径は数ｍｍレベルの小さいビーム径となる。小さいビーム径のビームを光学系に入射させると、光学系が受ける負荷・ダメージは大きくなり、装置寿命が短くなる。さらには光学素子が破損する場合もある。
【００９１】
本実施の形態では、レンズ系２１の透過レンズ２２によって半導体レーザーアレイ２０から出射されるレーザービームの径を拡大しているため、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７、特に、半導体レーザーアレイ２０から出射されるレーザービームが直接入射されるスプリッタブロック２５の単位面積にかかるレーザービームのパワー密度を下げることができる。
【００９２】
これによって、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７が受ける熱的なダメージによる劣化を抑制して、各ブロック２５，２６，２７ひいてはビーム分岐プリズム２４の寿命を伸ばすことができる。
【００９３】
ビーム分岐プリズム２４のスプリッタブロック２５では、ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームが非平行状態であると、ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームの入射角度が入射位置によってばらついてしまう。ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームの入射角度が入射位置によってばらついてしまうと、反射／透過によって２つに分岐されるレーザービームの光量が等しくならない。このため、分岐されて出射されるレーザービームの光量が通過する光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによってばらついてしまうという不具合が発生する。
【００９４】
本実施の形態では、レーザービームのビーム径をレンズ系２１の透過レンズ２２によって拡大するとともに、レンズ系２１の透過レンズ２３によってコリメートしているため、ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームの入射角度を入射位置に依らず均一として、反射／透過によって２つに分岐されるレーザービームの強度分布の光軸対称性を等しくすることができる。これによって、いずれの光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通過するレーザービームであっても、ビーム分岐プリズム２４で分岐されて出射されるレーザービームの光量を等しくすることができる。
【００９５】
ところで、音響光学素子（ＡＯＭ）を用いた変調を行う光変調装置６では、光変調装置６に入射されるレーザービームのビーム径が絞られている方が変調特性が高くなるという性質を有している。
【００９６】
本実施の形態では、音響光学素子（ＡＯＭ）を用いた変調を行う光変調装置６の前段に、集光光学系５が設けられているため、ビーム分岐プリズム２４で分岐されたレーザービームを集光した状態で光変調装置６に入射することができる。
【００９７】
しかし、一方で、光変調装置６に入射させるレーザービームのビームの径が小さい場合、これを集光光学系５によって絞り込むと、所定のビーム径に絞り込むに要する光路長が長くなってしまう。
【００９８】
本実施の形態では、レンズ系２１の透過レンズ２２でビーム径を広げるようにしているため、集光光学系５の開口数ＮＡを大きくとることができる。これにより、レンズ系２１の透過レンズ２２を用いない場合と比較して、光変調装置６に入射されるレーザービームのビーム径を短い焦点距離で同等のスポット径に絞り込むことができるので、光路長の短縮化を図るとともに、良好な変調特性をえることができる。
【００９９】
レーザービームがビーム分岐プリズム２４を通過する際には、レーザービームが有するエネルギーによってビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７の温度上昇が生じる。各ブロック２５，２６，２７が温度上昇することにより、各ブロック２５，２６，２７の熱的膨張が誘発される。
【０１００】
本実施の形態のビーム分岐プリズム２４では、レンズ系２１の透過レンズ２３を通過したレーザービームが直接入射されるスプリッタブロック２５に加えられるエネルギーが、ビーム分岐プリズム２４を構成する他のブロック２５，２６，２７よりも大きい。また、スプリッタブロック２５のビームスプリッタ２５ａでの反射／透過による分岐前あるいは分岐の回数が少ないレーザービームが通過するブロック２５，２６，２７の方が、他のブロック２５，２６，２７と比較して加えられるエネルギーが大きい。
【０１０１】
このように、ビーム分岐プリズム２４における各光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの上流側と下流側とで、各ブロック２５，２６，２７にかかるエネルギーが大きく異なると、隣接する各ブロック２５，２６，２７間で加えられるエネルギーに差が生じて、隣接する各ブロック２５，２６，２７間での熱的膨張率に差が生じる。隣接する各ブロック２５，２６，２７間で熱的膨張率に差が生じると、各ブロック２５，２６，２７を接合する接合面にテンションが発生して接合面が歪んでしまう。接合面が歪んでしまうと、各ブロック２５，２６，２７を通過するレーザービームの波面特性が劣化して、レーザービームの集光特性が劣化するという不都合が生じる。
【０１０２】
本実施の形態では、ビーム分岐プリズム２４のレーザービームが通過しない面にヒートシンク部材２８が設けられているため、レーザービームが通過することによってビーム分岐プリズム２４にエネルギーが加えられて、ビーム分岐プリズム２４が温度上昇した場合にも、ヒートシンク部材２８によってビーム分岐プリズム２４から熱を奪うことができる。これによって、ビーム分岐プリズム２４の熱膨張を抑制して、接合面の歪みを抑制することができる。
【０１０３】
加えて、本実施の形態では、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７を通過するレーザービームのエネルギーに応じて、それぞれ熱容量の異なるヒートシンク片２８ａ〜２８ｇが設けられているため、レーザービームが通過することによって各ブロック２５，２６，２７にそれぞれ異なるエネルギーが加えられて、各ブロック２５，２６，２７がそれぞれ温度上昇した場合にも、各ブロック２５，２６，２７毎に適切な熱量を奪い、各ブロック２５，２６，２７の熱膨張を各ブロック２５，２６，２７毎の熱量に応じて抑制することができる。
【０１０４】
これによって、熱容量が同一のヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを接合した場合と比較して、各ブロック２５，２６，２７の時間的な熱膨張率を均等化して、接合面の歪みをより効果的に抑制することができる。このとき、ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇは、ビーム分岐プリズム２４に対向する面が単一の平面を形成するようにして、ビーム分岐プリズム２４から離反する方向への寸法を調整することで体積調整がなされているため、各ブロック２５，２６，２７に対応した熱容量を有するヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを一度にビーム分岐プリズム２４に取り付けることができる。なお、ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの形状は、本実施の形態の形状に限定されるものではなく、例えば、多角柱型、ピラミッド型等であってもよい。
【０１０５】
ところで、隣接するブロック２５，２６，２７の各々に対して、各々別々に構成されたヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを接合することは煩雑な作業である。
【０１０６】
本実施の形態では、各ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの形状を四角柱状とし、隣り合うヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを一体的に接合して形成したヒートシンク部材２８をビーム分岐プリズム２４に取り付けるようにしているため、ビーム分岐プリズム２４へのヒートシンク部材２８の取付作業が一度で済む。
【０１０７】
これによって、マルチビーム生成装置２の光学部材に対する取付工程の容易化を図ることができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、負のパワーをもつ透過レンズ２２と、透過レンズ２２の後段に配置された正のパワーをもつ透過レンズ２３とによって構成されているレンズ系２１をビーム整形手段として用いたが、これに限るものではなく、例えば、図６に示すように、湾曲された反射面３０ａ，３０ｂを対向配置させた一対の反射部材３０によって、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームを拡大するとともに平行化するようにしてもよい。
【０１０９】
また、本実施の形態では、半導体レーザーアレイ２０から出射された各レーザービームを拡大および平行化するビーム整形手段を設けるようにしたが、これに限るものではなく、半導体レーザーアレイ２０から放射された各レーザービームをコリメートするビーム整形手段を設けるようにしてもよい。
【０１１０】
半導体レーザーアレイ２０から放射されたレーザービームをコリメートして、ビーム分岐プリズム２４に出射することにより、反射／透過により分岐されたレーザービームの強度分布を光軸に対して対称とすることができる。
【０１１１】
これによって、単一のスプリッタにより、生成された２つのレーザービームを集光した際に、各々の集光スポット特性を均一化することができ、スクリーン面１１上での表示画像のムラの発生を防止することができる。
【０１１２】
加えて、本実施の形態では、スクリーン面１１上に単色の画像を形成するプロジェクタ１について説明したが、これに限るものではなく、例えば、マルチビーム生成装置２の後段に、マルチビーム生成装置２から出射されたマルチビームをＲＧＢの各色の波長に変調する波長変換素子を設けることで、スクリーン上に任意の色調の画像を形成するカラー投影装置に適用してもよい。
【０１１３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図７を参照して説明する。本実施の形態は、投影装置への適用例を示す。なお、第１の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【０１１４】
図７は、本発明の第２の実施の形態のマルチビーム生成装置２から出射された各レーザービームの光路の一部を示す説明図である。光変調装置６によって変調された各レーザービームは、第２の集光光学系としての集光光学系１５に向けて出射される。
【０１１５】
集光光学系１５は、凸レンズ１６と凹レンズ１７とを有しており、入射された各レーザービームの径を縮小するとともに、レーザービーム間の距離を縮小する縮小光学系である。集光光学系１５の焦点距離は、集光光学系５の焦点距離より短く設定されている。
【０１１６】
このような構成において、マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、集光光学系５、光変調装置６を通過して、集光光学系１５に入射される。本実施の形態では、集光光学系１５の焦点距離が集光光学系５の焦点距離より短く設定されているため、集光光学系１５を通過したレーザービームは、ビーム径が再び絞り込まれてポリゴンミラー８ｂに入射される。
【０１１７】
これにより、ポリゴンミラー８ｂの各反射面８ａに入射するレーザービームのスポットが占める垂直方向の寸法を極力小さくすることができ、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１１８】
ところで、集光光学系５を用いない場合には、集光光学系５を用いた場合と比較して、集光光学系１５が集光するレーザービームのビーム径は大きくなる。径の大きいレーザービームを集光するためには、集光光学系１５の開口数ＮＡが大きくなる。集光光学系１５の開口数ＮＡが大きい場合には、小さい場合と比較して集光スポット径が小さくなるため、集光光学系１５を介してポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに導かれるレーザービームのエネルギーが高くなる。このため、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａ与えるダメージが大きくなって、反射面８ａの劣化を早める原因となる。
【０１１９】
また、集光スポット径が小さくなると、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面精度の微少な変動によっても、レーザービームの反射方向が大きくばらついてしまう。
【０１２０】
この対策として、集光光学系５を用いない状態で上述のような不都合を回避するためには、図示しない長焦点レンズを用いることで集光パワーを弱めることが考えられるが、長焦点レンズを用いることにより光路長が長くなるので、プロジェクタ１が大型化してしまう。
【０１２１】
本実施の形態では、集光光学系５で集光したレーザービームを光変調装置６で変調し、光変調装置６から出射されたレーザービームを集光光学系１５によって集光してポリゴンミラー８ｂの反射面８ａで反射するようにしているため、レーザービームを単一の集光光学系によって集光した場合と比較して、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａを劣化させることなく、マルチビーム生成装置からポリゴンミラーまでの光路長を短くすることができる。
【０１２２】
これによって、ポリゴンミラー８ｂおよびプロジェクタ１の長寿命化および小型化を図ることができる。
【０１２３】
また、集光光学系１５は縮小光学系であるため、集光光学系１５を通過することにより、レーザービーム間の距離もあわせて縮小される。これにより、プロジェクタ１の小型化を図ることができる。
【０１２４】
次に、本発明の第３の実施の形態について図８ないし図１０を参照して説明する。
【０１２５】
図８は、本発明の第３の実施の形態のプロジェクタの一部を概略的に示す平面図である。本実施の形態のプロジェクタは、第１の実施の形態と同様に、マルチビーム生成装置２、集光光学系５、光変調装置６、集光光学系７を備えている。集光光学系７よりも後段には、図９に示すように、垂直方向に沿って複数個配列されたアパーチャ５０を有するアパーチャ手段としてのアパーチャ部材５１が設けられている。アパーチャ部材５１のアパーチャ５０は、水平方向(図９(ａ)中Ｘ方向)の長さが垂直方向(図９(ｂ)中Ｙ方向)の長さよりも長くなるように形成されている。
【０１２６】
ポリゴンミラーよりも後段には、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａで反射されたレーザービームを縦長のビームに拡大整形してスクリーン面１１に結像させる副ビーム整形手段としての集光光学系５２が設けられている。
【０１２７】
このような構成において、マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、集光光学系５で集光されて入射された光変調装置６で変調され、集光光学系７によって集光されながらアパーチャ部材５１のアパーチャ５０を通過する。アパーチャ部材５１のアパーチャ５０を通過することにより、レーザービームを、水平方向の長さの方が垂直方向の長さよりも長い横長形状の集光スポットが垂直方向に並んだスポット列として、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８のポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに集光する。
【０１２８】
これによって、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに入射されたレーザービームは、図１０に示すように、水平方向の長さの方が垂直方向の長さよりも長い横長形状のスポットが垂直方向に複数配列されたスポット列５３を形成する。これによって、スポット列５３が占める垂直方向の寸法を極力小さくすることができるので、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１２９】
また、水平方向のビーム径の寸法を垂直方向の寸法よりも相対的に大きくすることにより、集光レンズが入射ビームに対して機能する実効的なＮＡ値が大きくなる。これによって、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに形成されるスポットサイズを小さくすることができ、反射面８ａに入射するレーザービームのスポットが占める垂直方向の寸法を極力小さくして、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１３０】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８の反射面から反射されたレーザービームは、集光光学系５２に入射される。各レーザービームは、集光光学系５２を通過する際に、縦長のビームに拡大整形されながらスクリーン面１１上に集光される。これにより、スクリーン面１１上には、水平方向よりも垂直方向が長い形状のスポットが垂直方向に並んだスポット列５４が形成される。
【０１３１】
スクリーン面１１上に形成されるスポット列５４を形成する各スポットの形状は、水平方向のビーム径の寸法が垂直方向よりも相対的に大きい縦長形状であるため、走査方向に隣接する画素間の重なりを防止することができる。
【０１３２】
これによって、スクリーン面１１上に表示される画像のにじみを防止して、スクリーン面１１上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【０１３３】
ところで、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度が、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも十分に速く設定されている場合には、スクリーン面１１上に形成されるスポット列は、特に水平走査方向において、隣接する画素間での重なりが生じやすい。
【０１３４】
本実施の形態では、スクリーン面１１上に形成されるスポットの形状が、水平方向すなわち高速方向のビーム径の寸法が垂直方向すなわち低速方向のビーム径の寸法よりも相対的に大きい縦長形状とされているため、水平方向に隣接する画素間の重なりをより効果的に防止することができる。
【０１３５】
これによって、スクリーン面１１上に表示される画像のにじみを確実に防止して、スクリーン面１１上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化をより効果的に防止することができる。
【０１３６】
また、複数個のアパーチャ５０が形成されたアパーチャ部材５１によってレーザービームの形状を整形することにより、アパーチャ部材５１を所定の位置に取り付けるだけで全てのアパーチャ５０の位置決め調整を一度に行うことができる。
【０１３７】
これによって、アパーチャ５０の位置決め調整作業の容易化を図ることができる。
【０１３８】
次に、本発明の第４の実施の形態について図１１を参照して説明する。
【０１３９】
図１１は、本発明の第４の実施の形態のマルチビーム生成装置２’の一部を示す説明図である。半導体レーザーアレイ２０より後方には、ビーム整形手段としてのビーム整形光学系７０が設けられている。ビーム整形光学系７０は、凹レンズ７１、２つのシリンダレンズ７２，７３とにより構成されている。凹レンズ７１は、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームの径を拡大させる。シリンダレンズ７２は、入射されたレーザービームの水平方向成分をコリメートする。シリンダレンズ７３は、入射されたレーザービームの垂直方向成分をコリメートする。半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームは、凹レンズ７１、２つのシリンダレンズ７２，７３を通過する間に、水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形される。横長のビーム形状に整形されたレーザービームは、ビーム分岐プリズム２４に入射される。
【０１４０】
このような構成において、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームは、ビーム整形光学系７０を通過する際に、凹レンズ７１によってレーザービームのビーム径が拡大され、シリンダレンズ７２，７３によってコリメートされながら水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形される。レーザービームは、横長のビーム形状に整形されたままポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに入射される。
【０１４１】
これによって、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに入射するレーザービームのスポットが占める垂直方向の寸法を極力小さくすることができ、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１４２】
ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａから反射されたレーザービームを集光光学系５２によって縦長のビーム形状に拡大整形することで、スクリーン面１１上には水平方向の寸法が垂直方向の寸法より短い縦長のビーム形状のスポットが垂直方向に複数配列されたスポット列５４が形成される。
【０１４３】
これによって、走査方向(水平方向)に隣接するスポット間の重なりを防止して、スクリーン面１１上に表示される画像のにじみを防止して、スクリーン面１１上に表示される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【０１４４】
ここで、例えば、アパーチャ５０によって、水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形する場合、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームの一部はアパーチャ部材５１に遮られる(けられる)ため、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームの利用効率が低下することが懸念される。
【０１４５】
本実施の形態では、ビーム整形光学系７０を用いて、水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形することにより、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームをほぼ完全に利用することができる。
【０１４６】
これによって、アパーチャ５０を用いてレーザービームを整形する場合と比較して、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームをより効率的に利用することができる。
【０１４７】
本実施の形態では、ビーム分岐プリズム２４の前段においてレーザービームの形状を横長の楕円形状に整形変換するため、その後段に配置されたビーム分岐プリズム２４により分岐して得られる複数本のレーザービームを、全て同様の楕円形状とすることができる。
【０１４８】
これによって、ビーム分岐プリズム２４で分岐された後、集光光学系５、光変調装置６、集光光学系７または１５および回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８を介して、集光光学系５２によってスクリーン上に集光される各レーザービームのスポットの形状を、縦長の形状にすることができる。
【０１４９】
次に、本発明の第５の実施の形態について図１２を参照して説明する。
【０１５０】
図１２は、本発明の第５の実施の形態のビーム分岐プリズムを示す説明図である。本実施の形態のビーム分岐手段としてのビーム分岐プリズム８０は、スプリッタブロック２５とスルーブロック２６とミラーブロック２７とによって構成されており、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームを４本に分岐する４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有している。スプリッタブロック２５のビームスプリッタ２５ａの反射率は、５０％に設定されている。
【０１５１】
４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの光路長は、下記に示す(１)式で表わされるように全て等しい。
【０１５２】
光路長：Ｌ＝Ｎ＊ｌ ・・・(１)
ただし、Ｎ：媒質の屈折率、
ｌ：媒質自身の長さ
【０１５３】
一般に、スルーブロック２６がなく図１２中スルーブロック２６が配設されている部分が空気である場合、空気領域の媒質の屈折率は１となる。このため、スルーブロック２６を用いずに図１２に示すような４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを設計した場合には、光学材媒質内を透過するビームとの間に光路長差が発生する。
【０１５４】
本実施の形態では、４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ中の適所に、スルーブロックを配置することによって、(１)式で示す光路長Ｌが全ての光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで一致するように構成されている。
【０１５５】
このような構成において、半導体レーザーアレイ２０から出射されてビーム分岐プリズム８０に入射されたレーザービームは、同一の長さの光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通過して出射位置から４本のレーザービームに分岐されて出射される。
【０１５６】
ところで、レーザービームはガウシアン伝搬特性を有するため、ビーム分岐プリズム８０に入射されたレーザービームが通過する光路に光路長差があると、最終的にスクリーン面１１上に集光される分岐後のレーザービームのスポットが不均一になるという不具合が発生する。
【０１５７】
本実施の形態では、ビーム分岐プリズム８０の全ての光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの光路長Ｌが等しくなるように構成されているため、４本に分岐されてビーム分岐プリズム８０から出射される各レーザービームの光量を均一化して、スクリーン面１１上に集光されるビームスポットの大きさを均一化することができる。
【０１５８】
これによって、スクリーン面１１上に集光されるレーザービームスポットの大きさを均一化することで、スクリーン面１１上に表示される画像のムラの発生を防止して、画質の向上を図ることができる。
【０１５９】
また、レーザービームを分岐するビーム分岐プリズム８０で光路長差が発生しないようにすることで、レーザービームの光路長差による影響がビーム分岐プリズム８０より後段で、拡大されることを抑制することができる。
【０１６０】
これによって、スクリーン面１１上に集光されるビームスポットの大きさを、より効果的に均一化することができ、スクリーン面１１上に表示される画像のムラの発生を防止して、画質の向上を図ることができる。
【０１６３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のマルチビーム生成装置によれば、走査手段より後段に集光レンズを設けた場合に、集光レンズの実効的なＮＡ値が大きくなるので、集光レンズによってスクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。これによって、走査方向に隣接する画素間の重なりによる像のにじみを防止して、スクリーン上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【０１６６】
請求項１記載の発明によれば、各ブロック毎の熱膨張率を均一化して、各ブロック間の接合面にテンションがかかることを防止することができるので、接合面にテンションがかかることによる接合面の歪みや剥離等を防止することができる。これにより、本発明のマルチビーム生成装置を、例えば、請求項４記載の発明の光走査型画像表示装置に用いた場合に、スクリーン上に形成される表示画像のムラの発生を防止するとともに画質向上を図ることができる。
【０１６８】
請求項２記載の発明によれば、スプリッタブロックとミラーブロックとに入射する光ビームの光量が同一である場合、入射された光ビームを全反射させるためにより発熱量が大きくなるミラーブロックの方から多く吸熱することにより、実用上、より効果的に請求項１記載の発明の効果を得ることができる。
【０１６９】
請求項３記載の発明によれば、単一のヒートシンク部材を取り付ける作業だけで、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を取り付けることができる。これによって、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を個々に取り付ける場合と比較して、煩雑な作業をなくして作業の容易化を図ることができる。
【０１７３】
請求項５記載の発明によれば、走査手段により走査される光ビームを、副ビーム整形手段によって、走査手段による走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも短くなるように整形することにより、スクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。これによって、走査方向に隣接する画素間の重なりによる像のにじみを防止して、スクリーン上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のプロジェクタを概略的に示すブロック図である。
【図２】マルチビーム生成装置から出射された複数のレーザービームの光路の一部を示す説明図である。
【図３】マルチビーム生成装置を概略的に示すブロック図である。
【図４】ビーム分岐プリズムを示す説明図である。
【図５】ビーム分岐プリズムおよびヒートシンク部材を示す分解斜視図である。
【図６】別の実施の形態のマルチビーム生成装置を概略的に示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のマルチビーム生成装置から出射された各レーザービームの光路の一部を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態のプロジェクタを概略的に示す平面図である。
【図９】アパーチャ形状を説明するアパーチャ部材の断面図である。
【図１０】レーザービームの光路の一部を示す説明図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態のマルチビーム生成装置の一部を示す説明図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態のビーム分岐プリズムを示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光走査型画像表示装置
２ マルチビーム生成装置
５ 第１の集光光学系
７ 第２の集光光学系
８ 走査手段
２１ ビーム整形手段
２４ ビーム分岐手段
２５ スプリッタブロック
２５ａ ビームスプリッタ
２６ スルーブロック
２７ ミラーブロック
２７ａ ミラー
３０ ビーム整形手段
５０ アパーチャ
５１ アパーチャ手段
５２ 副ビーム整形手段
７０ ビーム整形手段
８０ ビーム分岐手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザー光源から出射されたレーザービームを複数のレーザービームに分岐するマルチビーム生成装置がある。
【０００３】
マルチビーム生成装置は、例えば、マルチビーム生成装置から出射した複数のレーザービームを変調手段によって変調し、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置と垂直走査ガルバノミラーとによってレーザービームを水平および垂直方向に走査させることで、スクリーン上に画像を表示させるレーザー走査型画像表示装置に用いられる。ここで、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置とは、複数の反射面を外周面に備えたポリゴンミラーをモータ等によって水平面上で回転駆動させ、この反射面によってレーザービームを反射させることによって、レーザービームを水平方向に走査する。
【０００４】
ところで、近年のディスプレイ市場では、表示画像の高精細化が急速に進んでいる。上述したレーザー走査型画像表示装置では、表示画像の高精細化を図る方法の一つとして、解像度を向上させることによって表示画像の高精細化を図るようにした方法での検討が始まっている。解像度を向上させるための技術改良の一つとして、水平方向の走査速度を向上させる方法が挙げられる。
【０００５】
しかし、上述したように、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置を用いてレーザービームの水平方向の走査を行うようにしたレーザー走査型画像表示装置では、理論上、ポリゴンミラーの回転速度を高速化することによって水平方向の走査速度を向上させることができるが、実際には、ポリゴンミラーの回転速度の高速化には限界がある。
【０００６】
このため、複数のレーザービームを出射するマルチビーム生成装置を用いて、マルチビーム生成装置から出射した複数のレーザービームのビームスポットが、スクリーン上で垂直方向に配列されたスポット列を形成するように導きながら水平方向に同時に走査させるようにしたレーザー走査型画像表示装置が考えられている。これにより、単位面積を水平方向に走査する速度を向上させることができ、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置のポリゴンミラーの回転に際しての負荷を軽減することができる。
【０００７】
マルチビーム生成装置には、レーザービームを出射するレーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザービームを複数に分岐するビーム分岐プリズムとを備えているものがある。ビーム分岐プリズムは、入射されたレーザービームを反射／透過によって分岐するビームスプリッタを備えるスプリッタブロックや、入射されたレーザービームを反射させるミラーブロック等の複数のブロックを接合して構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビーム分岐プリズムに入射されるレーザービームのエネルギーは、レーザー光源から出射されたレーザービームが直接入射される入射位置に近いブロック程大きい。各ブロックは、エネルギーが加えられることにより発熱し、この発熱によって熱膨張する。このときの熱膨張率は、加えられたエネルギーが大きいほど大きくなり、入射位置に近いブロック程大きく熱膨張する。このため、入射位置に位置付けられたブロックに対する各ブロックの距離に応じて、ブロック間の熱膨張率に差が生じる。
【０００９】
ブロック間で熱膨張率の差が生じると、ブロックとブロックとを接合している接合面にテンションが発生する。接合面でテンションが発生すると、接続面が歪んだり剥がれたりしてしまうことがある。
【００１０】
ビーム分岐装置の接合面が歪んだり剥がれたりすると、各ブロックを通過するレーザービームの波面特性が劣化して、マルチビーム生成装置から出射されるレーザービームの集光特性が劣化するという不都合が生じる。
【００１１】
マルチビーム生成装置から出射するレーザービームの集光特性の劣化は、このマルチビーム生成装置を用いたレーザー走査型画像表示装置がスクリーン上に集光するレーザービームのスポット特性の均一性の劣化の原因となる。スクリーン上に集光されるレーザービームのスポット特性の均一性の劣化は、スクリーンに表示された画像にムラが発生して画質が低下する原因となる。
【００１２】
また、レーザー走査型画像表示装置がスクリーンに表示する画像の高精細化に際しては、マルチビーム生成装置から出射されてスクリーンに集光されるまでのレーザービームの光路が問題になるが、従来のレーザー走査型画像表示装置では光路の設計することが高精細画像を形成する上で有効な技術であることは言及されていない。
【００１３】
加えて、マルチビーム生成装置およびレーザー走査型画像表示装置の小型化に際しては、マルチビーム生成装置およびレーザー走査型画像表示装置におけるレーザービームの光路長を短くする必要があるが、画像の高精細化を維持したままマルチビーム生成装置およびレーザー走査型画像表示装置におけるレーザービームの光路長を短くする技術については開示されていない。
【００１４】
ところで、レーザービームの水平走査を行うためには、ポリゴンミラーを有する回転多面鏡ポリゴン装置が広く用いられている。このポリゴンミラーが有する複数の反射面は、垂直方向に対するそれぞれの角度にばらつきがあり、これは実際上の技術的に否めない。各反射面の垂直方向に対する角度がばらつくことにより、各反射面から反射され偏向されるレーザービームの偏向角度にもばらつきが発生する、いわゆる、面倒れの影響が発生する。
【００１５】
また、単一の反射面であっても、面内に微少な凹凸が生じていることは技術的には十分に考えられ、このため、単一の反射面から反射され偏向されるレーザービームの偏向角度にもばらつきが発生してしまう。
【００１６】
レーザービームの偏向角度にばらつきが発生している場合、スクリーン上に集光するレーザービームのスポット特性の均一性の劣化の原因となる。上述したように、スクリーン上に集光されるレーザービームのスポット特性の均一性の劣化は、スクリーンに表示された画像にムラが発生する原因となり、画質が低下する。
【００１７】
従来装置においてはビームを単に偏向走査面に入射させているものが多く、このような場合には上記の偏向角度のバラツキが画像劣化要因となる。
【００１８】
また、レーザービームを高速走査させることによって画像形成する方式の場合において、スクリーン上の画素形状の、特に、水平方向の長さに対する照射ビームの同一方向の長さを制御調整して、ビームが変調信号に対応して点灯している時間内に描く軌跡として定義される１画素の大きさがスクリーン上に規定される１画素のサイズを超えないようにすることが必要であるが、これを実現するための具体的手段について言及した前例がない。
【００１９】
以上のように、レーザー走査型画像表示装置の概念は古くから存在していたが、コンパクトな構成で高精細画像形成を実現する装置については多くの課題が残されている。
【００２０】
マルチビーム生成装置から出射するレーザービームのパワーは、スクリーンの大型化に伴って増大させる必要があるため、上述した不具合はスクリーンの大型化に伴って顕著に表れる。
【００２１】
特開平9-134135号公報、特開平8-327924号公報には、レーザー光源を２次元的に走査して画像表示する際に、画面を複数に分割すると同時に、分割した画面に相当するように画像信号も分割し、分割した画面に対してレーザー画像を描画させることで、画面の高解像度化を図るようにした技術が開示されている。しかし、同公報には、上述と同様の不具合の発生が懸念されるが、これを解決する技術は開示されていない。
【００２２】
また、特表平09-504920号公報には、レーザー光源を２次元的に走査して画像表示する際に、走査するレーザービームの本数を複数とし、複数のレーザービームを同時に走査させることによって、単数のビーム走査による場合よりも偏向走査装置の回転速度を下げるようにした技術が開示されている。同公報には、赤、緑、青の３色の波長を発振するレーザーアレイについて放射するビーム数が複数であるとしているが、赤、緑、青の３色の波長を発振するレーザーアレイそのものの実現において問題となる多くの課題を解決する記載がなされていない。このため、実用上、実現は困難であると考えられる。
【００２３】
本発明は、複数の光ビームの集光スポット特性を均一化することができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２４】
本発明は、表示画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２５】
本発明は、表示画像のムラの発生を防止して画質向上を図ることができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２６】
本発明は、上記の目的に加えて小型化を図ることができるマルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のマルチビーム生成装置は、光ビームを出射する光ビーム出射手段と、前記光ビーム出射手段が出射した光ビームを複数の光ビームに分岐するビーム分岐手段と、を備えるマルチビーム生成装置において、前記ビーム分岐手段は、光ビームを分岐させるビームスプリッタを備えるスプリッタブロックと、光ビームを通過させるスルーブロックと、光ビームを全反射させるミラーを備えるミラーブロックとによって構成されているビーム分岐プリズムであり、前記ビーム分岐プリズムの光ビームが通過する位置とは異なる位置に接触配置されたヒートシンクを前記ブロック毎に設け、前記ヒートシンクは、前記ビーム分岐プリズムにおける前記光ビーム出射手段が出射した光ビームが入射される入射位置に近い前記ブロックに接触配置される前記ヒートシンクの方が前記入射位置から遠い前記ブロックに対応する前記ヒートシンクよりも熱容量が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【００３２】
したがって、光ビーム出射手段から出射されてビーム分岐手段によって分岐された光ビームは、ビーム整形手段によって偏向走査される際の走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも長くなるように整形される。これによって、走査手段より後段に集光レンズを設けた場合に、集光レンズの実効的なＮＡ値が大きくなるので、集光レンズによってスクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。
【００３８】
また、入射された光ビームによるビーム分岐プリズムの発熱は、ヒートシンク片によって各ブロックに入射される光ビームのエネルギーに応じて吸熱される。これによって、各ブロック毎の熱膨張率を均一化して、各ブロック間の接合面にテンションがかかることを防止することができる。
【００４０】
また、入射された光ビームによって発熱したビーム分岐プリズムは、ヒートシンク片によって、光ビーム出射手段から出射された光ビームが入射される入射位置に近いブロックからの吸熱量の方がこの入射位置から遠いブロックからの吸熱量よりも多くなるように吸熱される。
【００４１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマルチビーム生成装置において、前記ビーム分岐プリズムにおける前記スプリッタブロックと前記ミラーブロックとに入射する光ビームの光量が同一である場合に、前記ヒートシンクは、前記スプリッタブロックよりも前記ミラーブロックに対応するヒートシンクの熱容量の方が大きくなるように設定されている。
【００４２】
したがって、スプリッタブロックとミラーブロックとに入射する光ビームの光量が同一である場合、入射された光ビームを全反射させるためにより発熱量が大きくなるミラーブロックの方が多く吸熱される。
【００４３】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載のマルチビーム生成装置において、隣接する各前記ヒートシンクを連続的に形成したヒートシンク部材を具備する。
【００４４】
したがって、単一のヒートシンク部材を取り付けることで、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を取り付けることができる。これによって、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を個々に取り付ける場合と比較して、煩雑な作業をなくして作業の容易化を図ることができる。
【００４５】
請求項４記載の発明の光走査型画像表示装置は、請求項１ないし３いずれか一に記載のマルチビーム生成装置と、前記マルチビーム生成装置から出射された複数の光ビームの光量を変調する変調手段と、前記変調手段が光量を変調した光ビームを所定の走査方向に走査させる走査手段とを備える。
【００５１】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の光走査型画像表示装置において、前記走査手段により走査される光ビームを前記走査手段による走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも短くなるように整形する副ビーム整形手段を具備する。
【００５２】
したがって、走査手段により走査される光ビームは、副ビーム整形手段によって走査手段による走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも短くなるように整形される。これによって、スクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図５を参照して説明する。本実施の形態は、光走査型画像表示装置としてプロジェクタへの適用例を示す。
【００５６】
図１は、本発明の第１の実施の形態のプロジェクタを概略的に示すブロック図である。プロジェクタ１は、複数のレーザービーム(光ビーム)を出射するマルチビーム生成装置２(図２参照)を備えている。詳細は後述するが、マルチビーム生成装置２は、レーザービームを出射する光ビーム出射手段としての半導体レーザーアレイ２０と、半導体レーザーアレイ２０から出射した単一のレーザービームを複数のレーザービームに分岐するレーザービーム分岐手段としてのビーム分岐プリズム２４を備えている。
【００５７】
図２は、マルチビーム生成装置２から出射された複数のレーザービームの光路の一部を示す説明図である。マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、第１の集光光学系としての集光光学系５に入射される。集光光学系５は、マルチビーム生成装置２から出射された複数のレーザービームのビーム径を各レーザービーム毎に縮小する。ここで、縮小した後のレーザービームのビーム径は、複数のレーザービームのいずれも等しくなるように縮小される。集光光学系５からビーム径が縮小されて出射された複数のレーザービームは、
変調手段としての光変調装置６にそれぞれ入射される。
【００５８】
光変調装置６は、入射された複数のレーザービームに対して、それぞれ異なる変調信号をかけてレーザービーム毎に変調を行うとともに、変調した各レーザービームを第２の集光光学系としての集光光学系７へ向けて出射する。本実施の形態の光変調装置６は、ＡＯＭ(音響光学変調素子)を用いた変調を行う。
【００５９】
なお、レーザービームの変調は、ＡＯＭ(音響光学変調素子)を用いた変調に限るものではなく、例えば、ＥＯＭ(電気光学変調素子)を用いた変調等であってもよい。
【００６０】
光変調装置６から出射された変調後のレーザービームは、第２の集光光学系としての集光光学系７に入射される。集光光学系７は、入射された複数のレーザービームをレーザービーム毎に集光する。集光光学系７は、集光したレーザービームを、ビーム集光位置もしくはその近傍に反射面がくるように配置された走査手段としての回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８に向けて出射する。
【００６１】
公知の技術であるため説明を省略するが、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８は、鏡状の複数の反射面８ａを外周面に有する多角形状のポリゴンミラー８ｂと、ポリゴンミラーを回転駆動する図示しない駆動手段とを備えており、駆動手段によってポリゴンミラー８ｂを回転駆動しながら反射面８ａに入射されたレーザービームを反射することで、レーザービームを回転方向(水平方向)に沿って走査する。
【００６２】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８によって、水平方向に沿って走査されたレーザービームは、折り返しミラー９を介して垂直走査ガルバノミラー１０に入射される。
【００６３】
垂直走査ガルバノミラー１０は、垂直方向に対するミラー面の角度を調整することによって、入射されたレーザービームを垂直方向に偏向走査する。垂直走査ガルバノミラー１０によって偏向走査されたレーザービームは、スクリーン相当面１１に至る。
【００６４】
なお、図１中符号ｘで示す点線は、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８の反射面８ａ、折り返しミラー９または垂直走査ガルバノミラー１０におけるレーザービームの反射位置を示している。
【００６５】
本実施の形態の回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度は、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも充分に速く設定されている。
【００６６】
具体的に、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度は、ポリゴンミラー８ｂと垂直走査ガルバノミラー１０との両方が同時に動いている状況下で、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８が走査するレーザービームが描く軌跡がほぼ水平となる程度に、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも十分に速く設定されている。
【００６７】
これにより、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８および垂直走査ガルバノミラー１０により走査されるレーザービームは、厳密には、スクリーン相当面１１上で、走査開始端より走査終了端の方が垂直方向の位置がわずかに下がった軌跡となるように走査される。
【００６８】
スクリーン相当面１１には、通常、画像が映し出される(表示される)スクリーンが配置される。以降、スクリーン相当面１１を単にスクリーン面１１という。
【００６９】
次に、マルチビーム生成装置２について詳細に説明する。図３は、マルチビーム生成装置２を概略的に示すブロック図である。マルチビーム生成装置２は、レーザービームを放射するレーザービーム発生手段としての、半導体レーザーアレイ２０を備えている。また、マルチビーム生成装置２は、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームを拡大するとともに平行化するビーム整形手段としてのレンズ系２１を備えている。
【００７０】
レンズ系２１は、負のパワーをもつ透過レンズ２２と、透過レンズ２２の後段に配置された正のパワーをもつ透過レンズ２３とによって構成されている。レンズ系２１に入射されたレーザービームは、透過レンズ２２によって発散角が広げられて、透過レンズ２３によってコリメートされる。
【００７１】
マルチビーム生成装置２は、レンズ系２１によって拡大平行化されたレーザービームを、複数のレーザービームに分岐するマルチビーム分岐手段としてのビーム分岐プリズム２４を備えている。
【００７２】
図４は、ビーム分岐プリズム２４を示す説明図である。ビーム分岐プリズム２４は、レーザービームをスプリットさせるビームスプリッタ２５ａを備えるスプリッタブロック２５と、レーザービームをスプリットせず通過させるスルーブロック２６と、レーザービームを全反射させるミラー２７ａを備えるミラーブロック２７とによって構成されている。スプリッタブロック２５のビームスプリッタ２５ａの反射率は、５０％に設定されている。スプリッタブロック２５、ミラーブロック２７およびスルーブロック２６は、いずれも同等の屈折率を有する光透過材料によって形成されている。
【００７３】
ビーム分岐プリズム２４に入射されたレーザービームは、光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分岐される。光路Ａは、ビーム分岐プリズム２４に入射されたレーザービームを、２つのスプリッタブロック２５を通過させる。光路Ｂは、ビーム分岐プリズム２４に入射されたレーザービームを、２つのスプリッタブロック２５で反射させ、１つのスルーブロックを通過させる。光路Ｃは、１つのスプリッタブロック２５で反射させ、１つのスプリッタブロック２５を通過させ、ミラーブロック２７で全反射させてから１つのスルーブロックを通過させる。光路Ｄは、１つのスルーブロックを通過させ、１つのスプリッタブロック２５で反射させ、２１つのスルーブロックを通過させてからミラーブロック２７で全反射させる。いずれの光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通過するレーザービームも、ビームスプリッタ２５ａを２回ずつ通過されるため、ビーム分岐プリズム２４で分岐されて、４本のレーザービームとして出射される各レーザービームの光量は、半導体レーザーアレイ２０から出射された時点での光量の２５％程度とされる。
【００７４】
ビーム分岐プリズム２４には、ビーム分岐プリズム２４中におけるレーザービームの進行方向と平行する面に、図５に示すヒートシンク部材２８が面で接触するように接着されている。ヒートシンク部材２８は、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７に入射されるレーザービームのパワー応じて、反射／透過による分岐前のレーザービームが入射されるブロックに対応する程熱容量が大きくなるようにそれぞれ熱容量を異ならせたヒートシンク片２８ａ〜２８ｇが接着されている。本実施の形態では、ヒートシンク片２８ａの熱容量を１とした場合、ヒートシンク片２８ｂ，２８ｃの熱容量はヒートシンク片２８ａの１／２、ヒートシンク片２８ｄ〜２８ｇの熱容量はヒートシンク片２８ａの１／４となるように設定されている。
【００７５】
本実施の形態では、図５中ＹＺ面における個々のヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの底面積を等しくとり、ＹＺ面に対するＸ方向の寸法を異ならせることによって、各々の素子に対応するヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの熱容量を変えるようにしている。
【００７６】
ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇは、隣り合うヒートシンク片２８ａ〜２８ｇと一体的に形成されている。これにより、各々のヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの底面部は単一の平面を構成している。
【００７７】
このような構成において、マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、集光光学系５、光変調装置６、集光光学系７、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８および垂直走査ガルバノミラー１０を経由してスクリーン面１１上に走査され、スクリーン面１１上に複数のビームスポットが垂直方向に連なるスポット列を形成する。スクリーン面に形成されたスポット列を構成する各々のスポットは、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８によって一定速度で水平方向に走査されるとともに、垂直走査ガルバノミラー１０によって一定速度で垂直方向に走査されることで、スクリーン面１１上の全ての領域を順次ビーム走査する。
【００７８】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８は、ポリゴンミラー８ｂの一の反射面８ａによってスクリーン面１１の一端部側から他端部側へ一連の水平走査を行い、一の反射面８ａによる一連の走査が終了すると、ポリゴンミラー８ｂの次の反射面８ａによって再び水平走査を行う。このとき、垂直走査ガルバノミラー１０が、ポリゴンミラー８ｂの一の反射面８ａによって走査されるレーザービームを垂直方向に走査するため、ポリゴンミラー８ｂと垂直走査ガルバノミラー１０との両方が同時に動いている状況下では、ポリゴンミラー８ｂの一の反射面８ａによって走査されるレーザービームは、走査の開始位置の方が終了位置よりも垂直方向で高い位置になるような斜めの軌跡を描く。
【００７９】
上述したように、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度は、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも十分に速く設定されているため、ポリゴンミラー８ｂと垂直走査ガルバノミラー１０との両方が同時に動いている状況下で、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８の一の反射面８ａによって走査されるレーザービームは、ほぼ水平となる軌跡を描く。
【００８０】
ポリゴンミラー８ｂの次の反射面８ａによってスクリーン面１１上に描かれるレーザービームは、垂直走査ガルバノミラー１０を経由することで、始めの一の反射面８ａによって先に描画された領域の下方端(終端位置)の画素列よりもひとつだけ下段にある画素列を埋めるように、垂直方向に走査される。
【００８１】
このように、水平および垂直走査動作を複数回繰り返すことによって、スクリーン面上の全ての描画領域を順次ビーム走査していく。
【００８２】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８および垂直走査ガルバノミラー１０によって、スクリーン面１１上の全ての描画領域のビーム走査が終了すると、再びスクリーン面１１の垂直方向の最上段から走査を開始する。
【００８３】
加えて、上述のような水平および垂直走査中に、光変調装置６によって、任意の画素位置にあるレーザービームの各々に異なる変調信号をかけて光量を適宜変調制御する。これにより、スクリーン面１１上に画像を表示させることができる。
【００８４】
このとき、フレーム周波数は６０ＭＨｚ以上、望ましくは８０ＭＨｚ程度に設定されている。
【００８５】
ところで、従来のレーザー走査型ディスプレイにおいては、画像の解像度を重視した技術検討はあまり進んでいなかった。従来の技術では、レーザービームを平行化した状態で走査させることでスクリーン上に画像を表示させるものがあり、使用される変調素子の変調速度もＫＨｚオーダーの遅いものが使用されていた。
【００８６】
本実施の形態では、フレーム周波数を６０ＭＨｚ以上、望ましくは８０ＭＨｚ程度に設定することにより、視覚上、フレーム間の繋がりの不連続性が認識されることを防止することができる。
【００８７】
一般的に広く知られているが、本実施の形態のプロジェクタ１は、光源に半導体レーザーアレイ２０を用いているため、ランプ光源を使用した場合と比較して、色再現範囲を広く取ることができる。
【００８８】
また、本実施の形態のプロジェクタ１は、光源に半導体レーザーアレイ２０を用いているため、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームは、レーザービームの有するコヒーレンシーにより拡散せずに直進し、プロジェクタ１の光学系内を良好に伝搬する。これにより、発散光を放出するランプを光源として用いた場合と比較して、半導体レーザーアレイ２０から放射されるレーザービームを赤、緑、青の３色に色分解し、変調をかけた各色のレーザービームを再び光学的に合成した後にスクリーン上に画像を表示(投影)させる場合の光利用効率を向上させることができる。
【００８９】
ところで、現状のレーザー技術で赤、緑、青の波長の発振が可能であるレーザ装置で実用に供されているものは１本のビームしか放射しない。プロジェクタ１は、１本のビームを放射する半導体レーザーアレイ２０を用いることにより、以下に説明するような、高精細画像を形成させる上で従来にない優位性を備えている。
【００９０】
例えば、Ｅシネマのような用途への展開を想定した場合等、１本のビームでスクリーンサイズの大型化に対応する場合、スクリーン上で適切なる輝度を確保するためにはレーザービームのエネルギー(パワー)はＷ級以上のエネルギーの大きなレーザービームを用いる必要がある。このＷ級以上のパワーのレーザービームをマルチビーム生成装置から出射する場合、出射されたレーザービームのビーム径は数ｍｍレベルの小さいビーム径となる。小さいビーム径のビームを光学系に入射させると、光学系が受ける負荷・ダメージは大きくなり、装置寿命が短くなる。さらには光学素子が破損する場合もある。
【００９１】
本実施の形態では、レンズ系２１の透過レンズ２２によって半導体レーザーアレイ２０から出射されるレーザービームの径を拡大しているため、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７、特に、半導体レーザーアレイ２０から出射されるレーザービームが直接入射されるスプリッタブロック２５の単位面積にかかるレーザービームのパワー密度を下げることができる。
【００９２】
これによって、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７が受ける熱的なダメージによる劣化を抑制して、各ブロック２５，２６，２７ひいてはビーム分岐プリズム２４の寿命を伸ばすことができる。
【００９３】
ビーム分岐プリズム２４のスプリッタブロック２５では、ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームが非平行状態であると、ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームの入射角度が入射位置によってばらついてしまう。ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームの入射角度が入射位置によってばらついてしまうと、反射／透過によって２つに分岐されるレーザービームの光量が等しくならない。このため、分岐されて出射されるレーザービームの光量が通過する光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによってばらついてしまうという不具合が発生する。
【００９４】
本実施の形態では、レーザービームのビーム径をレンズ系２１の透過レンズ２２によって拡大するとともに、レンズ系２１の透過レンズ２３によってコリメートしているため、ビームスプリッタ２５ａに入射するレーザービームの入射角度を入射位置に依らず均一として、反射／透過によって２つに分岐されるレーザービームの強度分布の光軸対称性を等しくすることができる。これによって、いずれの光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通過するレーザービームであっても、ビーム分岐プリズム２４で分岐されて出射されるレーザービームの光量を等しくすることができる。
【００９５】
ところで、音響光学素子（ＡＯＭ）を用いた変調を行う光変調装置６では、光変調装置６に入射されるレーザービームのビーム径が絞られている方が変調特性が高くなるという性質を有している。
【００９６】
本実施の形態では、音響光学素子（ＡＯＭ）を用いた変調を行う光変調装置６の前段に、集光光学系５が設けられているため、ビーム分岐プリズム２４で分岐されたレーザービームを集光した状態で光変調装置６に入射することができる。
【００９７】
しかし、一方で、光変調装置６に入射させるレーザービームのビームの径が小さい場合、これを集光光学系５によって絞り込むと、所定のビーム径に絞り込むに要する光路長が長くなってしまう。
【００９８】
本実施の形態では、レンズ系２１の透過レンズ２２でビーム径を広げるようにしているため、集光光学系５の開口数ＮＡを大きくとることができる。これにより、レンズ系２１の透過レンズ２２を用いない場合と比較して、光変調装置６に入射されるレーザービームのビーム径を短い焦点距離で同等のスポット径に絞り込むことができるので、光路長の短縮化を図るとともに、良好な変調特性をえることができる。
【００９９】
レーザービームがビーム分岐プリズム２４を通過する際には、レーザービームが有するエネルギーによってビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７の温度上昇が生じる。各ブロック２５，２６，２７が温度上昇することにより、各ブロック２５，２６，２７の熱的膨張が誘発される。
【０１００】
本実施の形態のビーム分岐プリズム２４では、レンズ系２１の透過レンズ２３を通過したレーザービームが直接入射されるスプリッタブロック２５に加えられるエネルギーが、ビーム分岐プリズム２４を構成する他のブロック２５，２６，２７よりも大きい。また、スプリッタブロック２５のビームスプリッタ２５ａでの反射／透過による分岐前あるいは分岐の回数が少ないレーザービームが通過するブロック２５，２６，２７の方が、他のブロック２５，２６，２７と比較して加えられるエネルギーが大きい。
【０１０１】
このように、ビーム分岐プリズム２４における各光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの上流側と下流側とで、各ブロック２５，２６，２７にかかるエネルギーが大きく異なると、隣接する各ブロック２５，２６，２７間で加えられるエネルギーに差が生じて、隣接する各ブロック２５，２６，２７間での熱的膨張率に差が生じる。隣接する各ブロック２５，２６，２７間で熱的膨張率に差が生じると、各ブロック２５，２６，２７を接合する接合面にテンションが発生して接合面が歪んでしまう。接合面が歪んでしまうと、各ブロック２５，２６，２７を通過するレーザービームの波面特性が劣化して、レーザービームの集光特性が劣化するという不都合が生じる。
【０１０２】
本実施の形態では、ビーム分岐プリズム２４のレーザービームが通過しない面にヒートシンク部材２８が設けられているため、レーザービームが通過することによってビーム分岐プリズム２４にエネルギーが加えられて、ビーム分岐プリズム２４が温度上昇した場合にも、ヒートシンク部材２８によってビーム分岐プリズム２４から熱を奪うことができる。これによって、ビーム分岐プリズム２４の熱膨張を抑制して、接合面の歪みを抑制することができる。
【０１０３】
加えて、本実施の形態では、ビーム分岐プリズム２４を構成する各ブロック２５，２６，２７を通過するレーザービームのエネルギーに応じて、それぞれ熱容量の異なるヒートシンク片２８ａ〜２８ｇが設けられているため、レーザービームが通過することによって各ブロック２５，２６，２７にそれぞれ異なるエネルギーが加えられて、各ブロック２５，２６，２７がそれぞれ温度上昇した場合にも、各ブロック２５，２６，２７毎に適切な熱量を奪い、各ブロック２５，２６，２７の熱膨張を各ブロック２５，２６，２７毎の熱量に応じて抑制することができる。
【０１０４】
これによって、熱容量が同一のヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを接合した場合と比較して、各ブロック２５，２６，２７の時間的な熱膨張率を均等化して、接合面の歪みをより効果的に抑制することができる。このとき、ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇは、ビーム分岐プリズム２４に対向する面が単一の平面を形成するようにして、ビーム分岐プリズム２４から離反する方向への寸法を調整することで体積調整がなされているため、各ブロック２５，２６，２７に対応した熱容量を有するヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを一度にビーム分岐プリズム２４に取り付けることができる。なお、ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの形状は、本実施の形態の形状に限定されるものではなく、例えば、多角柱型、ピラミッド型等であってもよい。
【０１０５】
ところで、隣接するブロック２５，２６，２７の各々に対して、各々別々に構成されたヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを接合することは煩雑な作業である。
【０１０６】
本実施の形態では、各ヒートシンク片２８ａ〜２８ｇの形状を四角柱状とし、隣り合うヒートシンク片２８ａ〜２８ｇを一体的に接合して形成したヒートシンク部材２８をビーム分岐プリズム２４に取り付けるようにしているため、ビーム分岐プリズム２４へのヒートシンク部材２８の取付作業が一度で済む。
【０１０７】
これによって、マルチビーム生成装置２の光学部材に対する取付工程の容易化を図ることができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、負のパワーをもつ透過レンズ２２と、透過レンズ２２の後段に配置された正のパワーをもつ透過レンズ２３とによって構成されているレンズ系２１をビーム整形手段として用いたが、これに限るものではなく、例えば、図６に示すように、湾曲された反射面３０ａ，３０ｂを対向配置させた一対の反射部材３０によって、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームを拡大するとともに平行化するようにしてもよい。
【０１０９】
また、本実施の形態では、半導体レーザーアレイ２０から出射された各レーザービームを拡大および平行化するビーム整形手段を設けるようにしたが、これに限るものではなく、半導体レーザーアレイ２０から放射された各レーザービームをコリメートするビーム整形手段を設けるようにしてもよい。
【０１１０】
半導体レーザーアレイ２０から放射されたレーザービームをコリメートして、ビーム分岐プリズム２４に出射することにより、反射／透過により分岐されたレーザービームの強度分布を光軸に対して対称とすることができる。
【０１１１】
これによって、単一のスプリッタにより、生成された２つのレーザービームを集光した際に、各々の集光スポット特性を均一化することができ、スクリーン面１１上での表示画像のムラの発生を防止することができる。
【０１１２】
加えて、本実施の形態では、スクリーン面１１上に単色の画像を形成するプロジェクタ１について説明したが、これに限るものではなく、例えば、マルチビーム生成装置２の後段に、マルチビーム生成装置２から出射されたマルチビームをＲＧＢの各色の波長に変調する波長変換素子を設けることで、スクリーン上に任意の色調の画像を形成するカラー投影装置に適用してもよい。
【０１１３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図７を参照して説明する。本実施の形態は、投影装置への適用例を示す。なお、第１の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【０１１４】
図７は、本発明の第２の実施の形態のマルチビーム生成装置２から出射された各レーザービームの光路の一部を示す説明図である。光変調装置６によって変調された各レーザービームは、第２の集光光学系としての集光光学系１５に向けて出射される。
【０１１５】
集光光学系１５は、凸レンズ１６と凹レンズ１７とを有しており、入射された各レーザービームの径を縮小するとともに、レーザービーム間の距離を縮小する縮小光学系である。集光光学系１５の焦点距離は、集光光学系５の焦点距離より短く設定されている。
【０１１６】
このような構成において、マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、集光光学系５、光変調装置６を通過して、集光光学系１５に入射される。本実施の形態では、集光光学系１５の焦点距離が集光光学系５の焦点距離より短く設定されているため、集光光学系１５を通過したレーザービームは、ビーム径が再び絞り込まれてポリゴンミラー８ｂに入射される。
【０１１７】
これにより、ポリゴンミラー８ｂの各反射面８ａに入射するレーザービームのスポットが占める垂直方向の寸法を極力小さくすることができ、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１１８】
ところで、集光光学系５を用いない場合には、集光光学系５を用いた場合と比較して、集光光学系１５が集光するレーザービームのビーム径は大きくなる。径の大きいレーザービームを集光するためには、集光光学系１５の開口数ＮＡが大きくなる。集光光学系１５の開口数ＮＡが大きい場合には、小さい場合と比較して集光スポット径が小さくなるため、集光光学系１５を介してポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに導かれるレーザービームのエネルギーが高くなる。このため、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａ与えるダメージが大きくなって、反射面８ａの劣化を早める原因となる。
【０１１９】
また、集光スポット径が小さくなると、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面精度の微少な変動によっても、レーザービームの反射方向が大きくばらついてしまう。
【０１２０】
この対策として、集光光学系５を用いない状態で上述のような不都合を回避するためには、図示しない長焦点レンズを用いることで集光パワーを弱めることが考えられるが、長焦点レンズを用いることにより光路長が長くなるので、プロジェクタ１が大型化してしまう。
【０１２１】
本実施の形態では、集光光学系５で集光したレーザービームを光変調装置６で変調し、光変調装置６から出射されたレーザービームを集光光学系１５によって集光してポリゴンミラー８ｂの反射面８ａで反射するようにしているため、レーザービームを単一の集光光学系によって集光した場合と比較して、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａを劣化させることなく、マルチビーム生成装置からポリゴンミラーまでの光路長を短くすることができる。
【０１２２】
これによって、ポリゴンミラー８ｂおよびプロジェクタ１の長寿命化および小型化を図ることができる。
【０１２３】
また、集光光学系１５は縮小光学系であるため、集光光学系１５を通過することにより、レーザービーム間の距離もあわせて縮小される。これにより、プロジェクタ１の小型化を図ることができる。
【０１２４】
次に、本発明の第３の実施の形態について図８ないし図１０を参照して説明する。
【０１２５】
図８は、本発明の第３の実施の形態のプロジェクタの一部を概略的に示す平面図である。本実施の形態のプロジェクタは、第１の実施の形態と同様に、マルチビーム生成装置２、集光光学系５、光変調装置６、集光光学系７を備えている。集光光学系７よりも後段には、図９に示すように、垂直方向に沿って複数個配列されたアパーチャ５０を有するアパーチャ手段としてのアパーチャ部材５１が設けられている。アパーチャ部材５１のアパーチャ５０は、水平方向(図９(ａ)中Ｘ方向)の長さが垂直方向(図９(ｂ)中Ｙ方向)の長さよりも長くなるように形成されている。
【０１２６】
ポリゴンミラーよりも後段には、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａで反射されたレーザービームを縦長のビームに拡大整形してスクリーン面１１に結像させる副ビーム整形手段としての集光光学系５２が設けられている。
【０１２７】
このような構成において、マルチビーム生成装置２から出射されたレーザービームは、集光光学系５で集光されて入射された光変調装置６で変調され、集光光学系７によって集光されながらアパーチャ部材５１のアパーチャ５０を通過する。アパーチャ部材５１のアパーチャ５０を通過することにより、レーザービームを、水平方向の長さの方が垂直方向の長さよりも長い横長形状の集光スポットが垂直方向に並んだスポット列として、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８のポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに集光する。
【０１２８】
これによって、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに入射されたレーザービームは、図１０に示すように、水平方向の長さの方が垂直方向の長さよりも長い横長形状のスポットが垂直方向に複数配列されたスポット列５３を形成する。これによって、スポット列５３が占める垂直方向の寸法を極力小さくすることができるので、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１２９】
また、水平方向のビーム径の寸法を垂直方向の寸法よりも相対的に大きくすることにより、集光レンズが入射ビームに対して機能する実効的なＮＡ値が大きくなる。これによって、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに形成されるスポットサイズを小さくすることができ、反射面８ａに入射するレーザービームのスポットが占める垂直方向の寸法を極力小さくして、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１３０】
回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８の反射面から反射されたレーザービームは、集光光学系５２に入射される。各レーザービームは、集光光学系５２を通過する際に、縦長のビームに拡大整形されながらスクリーン面１１上に集光される。これにより、スクリーン面１１上には、水平方向よりも垂直方向が長い形状のスポットが垂直方向に並んだスポット列５４が形成される。
【０１３１】
スクリーン面１１上に形成されるスポット列５４を形成する各スポットの形状は、水平方向のビーム径の寸法が垂直方向よりも相対的に大きい縦長形状であるため、走査方向に隣接する画素間の重なりを防止することができる。
【０１３２】
これによって、スクリーン面１１上に表示される画像のにじみを防止して、スクリーン面１１上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【０１３３】
ところで、回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８による水平方向の走査速度が、垂直走査ガルバノミラー１０による垂直方向の走査速度よりも十分に速く設定されている場合には、スクリーン面１１上に形成されるスポット列は、特に水平走査方向において、隣接する画素間での重なりが生じやすい。
【０１３４】
本実施の形態では、スクリーン面１１上に形成されるスポットの形状が、水平方向すなわち高速方向のビーム径の寸法が垂直方向すなわち低速方向のビーム径の寸法よりも相対的に大きい縦長形状とされているため、水平方向に隣接する画素間の重なりをより効果的に防止することができる。
【０１３５】
これによって、スクリーン面１１上に表示される画像のにじみを確実に防止して、スクリーン面１１上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化をより効果的に防止することができる。
【０１３６】
また、複数個のアパーチャ５０が形成されたアパーチャ部材５１によってレーザービームの形状を整形することにより、アパーチャ部材５１を所定の位置に取り付けるだけで全てのアパーチャ５０の位置決め調整を一度に行うことができる。
【０１３７】
これによって、アパーチャ５０の位置決め調整作業の容易化を図ることができる。
【０１３８】
次に、本発明の第４の実施の形態について図１１を参照して説明する。
【０１３９】
図１１は、本発明の第４の実施の形態のマルチビーム生成装置２’の一部を示す説明図である。半導体レーザーアレイ２０より後方には、ビーム整形手段としてのビーム整形光学系７０が設けられている。ビーム整形光学系７０は、凹レンズ７１、２つのシリンダレンズ７２，７３とにより構成されている。凹レンズ７１は、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームの径を拡大させる。シリンダレンズ７２は、入射されたレーザービームの水平方向成分をコリメートする。シリンダレンズ７３は、入射されたレーザービームの垂直方向成分をコリメートする。半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームは、凹レンズ７１、２つのシリンダレンズ７２，７３を通過する間に、水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形される。横長のビーム形状に整形されたレーザービームは、ビーム分岐プリズム２４に入射される。
【０１４０】
このような構成において、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームは、ビーム整形光学系７０を通過する際に、凹レンズ７１によってレーザービームのビーム径が拡大され、シリンダレンズ７２，７３によってコリメートされながら水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形される。レーザービームは、横長のビーム形状に整形されたままポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに入射される。
【０１４１】
これによって、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａに入射するレーザービームのスポットが占める垂直方向の寸法を極力小さくすることができ、ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａの面倒れによる影響を抑制することができる。
【０１４２】
ポリゴンミラー８ｂの反射面８ａから反射されたレーザービームを集光光学系５２によって縦長のビーム形状に拡大整形することで、スクリーン面１１上には水平方向の寸法が垂直方向の寸法より短い縦長のビーム形状のスポットが垂直方向に複数配列されたスポット列５４が形成される。
【０１４３】
これによって、走査方向(水平方向)に隣接するスポット間の重なりを防止して、スクリーン面１１上に表示される画像のにじみを防止して、スクリーン面１１上に表示される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【０１４４】
ここで、例えば、アパーチャ５０によって、水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形する場合、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームの一部はアパーチャ部材５１に遮られる(けられる)ため、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームの利用効率が低下することが懸念される。
【０１４５】
本実施の形態では、ビーム整形光学系７０を用いて、水平方向の寸法が垂直方向の寸法より長い横長のビーム形状に整形することにより、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームをほぼ完全に利用することができる。
【０１４６】
これによって、アパーチャ５０を用いてレーザービームを整形する場合と比較して、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームをより効率的に利用することができる。
【０１４７】
本実施の形態では、ビーム分岐プリズム２４の前段においてレーザービームの形状を横長の楕円形状に整形変換するため、その後段に配置されたビーム分岐プリズム２４により分岐して得られる複数本のレーザービームを、全て同様の楕円形状とすることができる。
【０１４８】
これによって、ビーム分岐プリズム２４で分岐された後、集光光学系５、光変調装置６、集光光学系７または１５および回転多面鏡ポリゴン水平走査装置８を介して、集光光学系５２によってスクリーン上に集光される各レーザービームのスポットの形状を、縦長の形状にすることができる。
【０１４９】
次に、本発明の第５の実施の形態について図１２を参照して説明する。
【０１５０】
図１２は、本発明の第５の実施の形態のビーム分岐プリズムを示す説明図である。本実施の形態のビーム分岐手段としてのビーム分岐プリズム８０は、スプリッタブロック２５とスルーブロック２６とミラーブロック２７とによって構成されており、半導体レーザーアレイ２０から出射されたレーザービームを４本に分岐する４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有している。スプリッタブロック２５のビームスプリッタ２５ａの反射率は、５０％に設定されている。
【０１５１】
４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの光路長は、下記に示す(１)式で表わされるように全て等しい。
【０１５２】
光路長：Ｌ＝Ｎ＊ｌ ・・・(１)
ただし、Ｎ：媒質の屈折率、
ｌ：媒質自身の長さ
【０１５３】
一般に、スルーブロック２６がなく図１２中スルーブロック２６が配設されている部分が空気である場合、空気領域の媒質の屈折率は１となる。このため、スルーブロック２６を用いずに図１２に示すような４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを設計した場合には、光学材媒質内を透過するビームとの間に光路長差が発生する。
【０１５４】
本実施の形態では、４本の光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ中の適所に、スルーブロックを配置することによって、(１)式で示す光路長Ｌが全ての光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで一致するように構成されている。
【０１５５】
このような構成において、半導体レーザーアレイ２０から出射されてビーム分岐プリズム８０に入射されたレーザービームは、同一の長さの光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通過して出射位置から４本のレーザービームに分岐されて出射される。
【０１５６】
ところで、レーザービームはガウシアン伝搬特性を有するため、ビーム分岐プリズム８０に入射されたレーザービームが通過する光路に光路長差があると、最終的にスクリーン面１１上に集光される分岐後のレーザービームのスポットが不均一になるという不具合が発生する。
【０１５７】
本実施の形態では、ビーム分岐プリズム８０の全ての光路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの光路長Ｌが等しくなるように構成されているため、４本に分岐されてビーム分岐プリズム８０から出射される各レーザービームの光量を均一化して、スクリーン面１１上に集光されるビームスポットの大きさを均一化することができる。
【０１５８】
これによって、スクリーン面１１上に集光されるレーザービームスポットの大きさを均一化することで、スクリーン面１１上に表示される画像のムラの発生を防止して、画質の向上を図ることができる。
【０１５９】
また、レーザービームを分岐するビーム分岐プリズム８０で光路長差が発生しないようにすることで、レーザービームの光路長差による影響がビーム分岐プリズム８０より後段で、拡大されることを抑制することができる。
【０１６０】
これによって、スクリーン面１１上に集光されるビームスポットの大きさを、より効果的に均一化することができ、スクリーン面１１上に表示される画像のムラの発生を防止して、画質の向上を図ることができる。
【０１６３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のマルチビーム生成装置によれば、走査手段より後段に集光レンズを設けた場合に、集光レンズの実効的なＮＡ値が大きくなるので、集光レンズによってスクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。これによって、走査方向に隣接する画素間の重なりによる像のにじみを防止して、スクリーン上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【０１６６】
請求項１記載の発明によれば、各ブロック毎の熱膨張率を均一化して、各ブロック間の接合面にテンションがかかることを防止することができるので、接合面にテンションがかかることによる接合面の歪みや剥離等を防止することができる。これにより、本発明のマルチビーム生成装置を、例えば、請求項４記載の発明の光走査型画像表示装置に用いた場合に、スクリーン上に形成される表示画像のムラの発生を防止するとともに画質向上を図ることができる。
【０１６８】
請求項２記載の発明によれば、スプリッタブロックとミラーブロックとに入射する光ビームの光量が同一である場合、入射された光ビームを全反射させるためにより発熱量が大きくなるミラーブロックの方から多く吸熱することにより、実用上、より効果的に請求項１記載の発明の効果を得ることができる。
【０１６９】
請求項３記載の発明によれば、単一のヒートシンク部材を取り付ける作業だけで、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を取り付けることができる。これによって、ビーム分岐プリズムに対して複数のヒートシンク片を個々に取り付ける場合と比較して、煩雑な作業をなくして作業の容易化を図ることができる。
【０１７３】
請求項５記載の発明によれば、走査手段により走査される光ビームを、副ビーム整形手段によって、走査手段による走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも短くなるように整形することにより、スクリーン面等に集光される光ビームのスポットの走査方向の径を走査方向に直交する方向の径よりも短くすることができる。これによって、走査方向に隣接する画素間の重なりによる像のにじみを防止して、スクリーン上に形成される画像の解像度およびコントラストの劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のプロジェクタを概略的に示すブロック図である。
【図２】マルチビーム生成装置から出射された複数のレーザービームの光路の一部を示す説明図である。
【図３】マルチビーム生成装置を概略的に示すブロック図である。
【図４】ビーム分岐プリズムを示す説明図である。
【図５】ビーム分岐プリズムおよびヒートシンク部材を示す分解斜視図である。
【図６】別の実施の形態のマルチビーム生成装置を概略的に示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のマルチビーム生成装置から出射された各レーザービームの光路の一部を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態のプロジェクタを概略的に示す平面図である。
【図９】アパーチャ形状を説明するアパーチャ部材の断面図である。
【図１０】レーザービームの光路の一部を示す説明図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態のマルチビーム生成装置の一部を示す説明図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態のビーム分岐プリズムを示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光走査型画像表示装置
２ マルチビーム生成装置
５ 第１の集光光学系
７ 第２の集光光学系
８ 走査手段
２１ ビーム整形手段
２４ ビーム分岐手段
２５ スプリッタブロック
２５ａ ビームスプリッタ
２６ スルーブロック
２７ ミラーブロック
２７ａ ミラー
３０ ビーム整形手段
５０ アパーチャ
５１ アパーチャ手段
５２ 副ビーム整形手段
７０ ビーム整形手段
８０ ビーム分岐手段
Claims (5)
- 光ビームを出射する光ビーム出射手段と、前記光ビーム出射手段が出射した光ビームを複数の光ビームに分岐するビーム分岐手段と、を備えるマルチビーム生成装置において、
前記ビーム分岐手段は、光ビームを分岐させるビームスプリッタを備えるスプリッタブロックと、光ビームを通過させるスルーブロックと、光ビームを全反射させるミラーを備えるミラーブロックとによって構成されているビーム分岐プリズムであり、
前記ビーム分岐プリズムの光ビームが通過する位置とは異なる位置に接触配置されたヒートシンクを前記ブロック毎に設け、
前記ヒートシンクは、前記ビーム分岐プリズムにおける前記光ビーム出射手段が出射した光ビームが入射される入射位置に近い前記ブロックに接触配置される前記ヒートシンクの方が前記入射位置から遠い前記ブロックに対応する前記ヒートシンクよりも熱容量が大きくなるように設定されていることを特徴とするマルチビーム生成装置。 - 前記ビーム分岐プリズムにおける前記スプリッタブロックと前記ミラーブロックとに入射する光ビームの光量が同一である場合に、
前記ヒートシンクは、前記スプリッタブロックよりも前記ミラーブロックに対応するヒートシンクの熱容量の方が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム生成装置。 - 隣接する各前記ヒートシンクを連続的に形成したヒートシンク部材を具備することを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム生成装置。
- 請求項１ないし３いずれか一に記載のマルチビーム生成装置と、前記マルチビーム生成装置から出射された複数の光ビームの光量を変調する変調手段と、前記変調手段が光量を変調した光ビームを所定の走査方向に走査させる走査手段とを備える光走査型画像表示装置。
- 前記走査手段により走査される光ビームを前記走査手段による走査方向の径が走査方向に直交する方向の径よりも短くなるように整形する副ビーム整形手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の光走査型画像表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001227237A JP4828735B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001227237A JP4828735B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003043398A JP2003043398A (ja) | 2003-02-13 |
| JP2003043398A5 JP2003043398A5 (ja) | 2008-09-04 |
| JP4828735B2 true JP4828735B2 (ja) | 2011-11-30 |
Family
ID=19059933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001227237A Expired - Fee Related JP4828735B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4828735B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4438391B2 (ja) * | 2003-11-26 | 2010-03-24 | トヨタ自動車株式会社 | レーザー光による描写装置 |
| US20070279536A1 (en) * | 2006-06-05 | 2007-12-06 | Chinh Tan | Arrangement for and method of projecting an image to be viewed over extended viewing range |
| CN101529307B (zh) | 2006-11-01 | 2012-03-28 | 日本电气株式会社 | 图像显示设备 |
| JP2010151878A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 光ビーム分岐装置および露光装置 |
| CN114830043A (zh) * | 2019-12-17 | 2022-07-29 | Asml荷兰有限公司 | 暗场数字全息显微镜和相关联的量测方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5472049A (en) * | 1977-11-18 | 1979-06-09 | Ricoh Co Ltd | Simultaneous scanning system of plural beams |
| JPS5478155A (en) * | 1977-11-21 | 1979-06-22 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Modulating and deflecting device of light beam |
| JPS6159412A (ja) * | 1984-08-31 | 1986-03-26 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | レ−ザプリンタ |
| JPH01128668A (ja) * | 1987-11-13 | 1989-05-22 | Konica Corp | 読取装置 |
| JP2755400B2 (ja) * | 1988-11-15 | 1998-05-20 | シチズン時計株式会社 | 描画装置 |
| JP3580328B2 (ja) * | 1995-08-11 | 2004-10-20 | 日立プリンティングソリューションズ株式会社 | 光記録装置 |
| JPH11337852A (ja) * | 1998-05-22 | 1999-12-10 | Hitachi Koki Co Ltd | 多ビーム光記録装置 |
| JP2000171738A (ja) * | 1998-12-02 | 2000-06-23 | Ricoh Co Ltd | ビーム合成装置、マルチビーム光源装置及びマルチビーム走査装置 |
| JP4172533B2 (ja) * | 1999-02-18 | 2008-10-29 | 株式会社リコー | 光走査装置及び画像出力装置 |
| JP2001159741A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置 |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001227237A patent/JP4828735B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003043398A (ja) | 2003-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7350338B2 (ja) | 画像プロジェクタ | |
| US7954962B2 (en) | Laser image display, and optical integrator and laser light source package used in such laser image display | |
| JP4731787B2 (ja) | 露光ヘッド及び露光装置 | |
| JP6484661B2 (ja) | ダイレクトイメージングシステムおよび方法 | |
| US3818129A (en) | Laser imaging device | |
| JP4332355B2 (ja) | レーザ投影ディスプレイシステム | |
| JP5075595B2 (ja) | 表示装置及びそれを用いた移動体 | |
| JP4182580B2 (ja) | 照明装置及び画像表示装置 | |
| US20090168134A1 (en) | Image display apparatus | |
| JP5090900B2 (ja) | ２次元画像形成装置 | |
| US7088353B2 (en) | Display device | |
| US20070183466A1 (en) | Laser display device | |
| JP4767380B2 (ja) | マルチモードレーザービームの強度を高める光学装置及びその方法並びに本発明のレーザービームの電界を利用したレンズ像を印刷するプリンター | |
| JP3641979B2 (ja) | 投写型表示装置 | |
| US20050024699A1 (en) | Method of generating area light source by scanning, scanning area light source and laser projection television using the same | |
| US6982817B1 (en) | Method, device and laser system for producing screen holograms, and screen hologram | |
| JP4828735B2 (ja) | マルチビーム生成装置および光走査型画像表示装置 | |
| JP2004264776A (ja) | プロジェクタ及び光学装置 | |
| JPH10293268A (ja) | レーザディスプレイ装置 | |
| KR100636089B1 (ko) | 반사형 칼라 프로젝터 | |
| JPH0256518A (ja) | 画像走査記録装置 | |
| JP2010507112A (ja) | 照明装置 | |
| JP2003149597A (ja) | 表示装置 | |
| JP2002072360A (ja) | 画像表示装置 | |
| JP2005300823A (ja) | 光学ユニット、および照明装置、投写型表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20041004 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051021 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20080111 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080715 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080715 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101112 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110628 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110824 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110913 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110915 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |