JP4904431B1

JP4904431B1 - 画像表示装置

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Publication number: JP4904431B1
Application number: JP2011036372A
Authority: JP
Inventors: 博文榎本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: JP2012173574A

Abstract

【課題】半導体レーザを光源とするレーザ光源装置を備えた画像表示装置の小型化を実現する。
【解決手段】画像表示装置１は、緑色、赤色及び青色を出力するレーザ光源装置２〜４と、各色のレーザ光を同一の光路に導くダイクロイックミラー１４、１５と、ダイクロイックミラーによって導かれた前記各色のレーザ光を映像信号に基づいて変調する透過型の空間光変調器５と、空間光変調器により変調された変調レーザ光を外部に投写する投射光学系８とを備え、投射光学系は、透過型の空間光変調器からの変調レーザ光の進行方向に配置された投射口８ａを有する構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザを光源とするレーザ光源装置を備えた画像表示装置に関する。

近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、及び小型化が容易である点など種々の利点を有している。

半導体レーザを用いた従来の画像表示装置としては、例えば、半導体レーザを備えた３つのレーザ光源装置からの赤色、青色および緑色の３色のレーザ光を、複数の光学素子（ミラーやプリズム等）を介して合成しながら出射側の投射光学系に導くことにより、この投射光学系から各色の画像光を外部のスクリーン上に投射するプロジェクタが知られている（特許文献１参照）。

また、この種の画像表示装置において、各色のレーザ光源から出射された光を所定の光路内へ伝播させてスクリーン側へ導く照明光学系と、この照明光学系により導かれた光を変調して画像を形成する反射型の光変調素子と、反射型光変調素子により形成された画像をスクリーン上に投射する投射光学系とを備えた構成が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１０−３２７９６号公報特開２００８−２６８２７１号公報

ところで、上記のような画像表示装置をノート型パソコンや多機能携帯端末等に搭載可能とするには、装置をより小型化することが望ましい。装置の小型化には、各色のレーザ光の光路を単純化することや、各光源装置および各光学素子の光軸調整マージン（レーザ光の光路を定めるための光軸調整に必要とするスペース）をできる限り小さくすることが有効であると考えられる。

しかしながら、上記特許文献１、２に記載の従来技術では、レーザ光の光路の単純化や、各光源装置および各光学素子の光軸調整マージンの低減は十分に考慮されていなかった。特に、上記特許文献２に記載のような反射型の光変調素子を用いた構成では、光変調素子への入射光や光変調素子からの出射光をミラーやプリズム等を用いて折り返す必要が生じるため、レーザ光の光路を単純化したり、各光源装置および各光学素子の光軸調整マージンを小さくしたりすることは難しい。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、各色のレーザ光の光路を単純化すると共に、光源装置および光学素子が必要とする調整マージンを低減することによって小型化を実現する画像表示装置を提供することを主目的とする。

本発明の画像表示装置は、半導体レーザを光源として用いる画像表示装置であって、半導体レーザを光源として用いる画像表示装置であって、第１色のレーザ光を出力する第１レーザ光源装置と、前記第１色のレーザ光とは波長が異なる第２色のレーザ光を出力する第２レーザ光源装置と、前記第１色のレーザ光と前記第２色のレーザ光との間の大きさの波長を有する第３色のレーザ光を出力する第３レーザ光源装置と、前記第１レーザ光源装置および前記第２レーザ光源装置および前記第３レーザ光源装置を壁部の外面に取り付けて保持する筐体と、前記各色のレーザ光のいずれかをその波長に基づき反射または透過させて導く第１および第２の光学素子と、前記光学素子により導かれた前記各色のレーザ光を映像信号に基づいて変調する光透過型の光変調素子と、前記光変調素子により変調された変調レーザ光を、前記光変調素子からの前記変調レーザ光の進行方向に配置された投射口から外部に投射する投射光学系とを備え、前記第２色のレーザ光の出力光軸は、前記第３色のレーザ光の出力光軸および前記第１色のレーザ光の出力光軸に対して順次交差し、前記第１の光学素子は、前記第２色のレーザ光の出力光軸と前記第３色のレーザ光の出力光軸との交差位置において、前記第２色のレーザ光および前記第３色のレーザ光を前記第２の光学素子に向けてそれぞれ透過および反射させ、前記第２の光学素子は、前記第２色のレーザ光の出力光軸と前記第１色のレーザ光の出力光軸との交差位置において、前記第１の光学素子にてそれぞれ透過および反射した前記第２色および前記第３色のレーザ光と前記第１色のレーザ光との一方を反射させ且つ他方を透過させ、前記第２の光学素子により導かれるレーザ光の出力光軸方向に前記光変調素子および前記投射光学系が配置され、前記第３レーザ光源装置は、赤外レーザ光の波長を変換することにより、前記第１色のレーザ光と前記第２色のレーザ光との間の大きさの波長を有する緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置であり、前記第１の光学素子または前記第２の光学素子のいずれか一方は、前記緑色レーザ光源装置において変換されないまま出力され得る前記赤外レーザ光を前記光変調素子以外の方向で且つ前記筐体の壁部の内面に向けて導くことを特徴とする。

このように本発明によれば、各色のレーザ光の光路を単純化すると共に、光源装置および光学素子が必要とする調整マージンを低減することによって装置の小型化を実現することが可能となるという優れた効果を奏する。

第１実施形態に係る画像表示装置１の概略構成図第１実施形態に係る緑色レーザ光源装置２における緑色レーザ光の状況を示す模式図第１実施形態に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図第１実施形態に係るダイクロイックミラー１４、１５の分光特性を示すグラフ第１実施形態の変形例に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図第２実施形態に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図第２実施形態に係るダイクロイックミラー１５の分光特性を示すグラフ第２実施形態の第１変形例に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図第２実施形態の第１変形例に係るダイクロイックミラー１５の分光特性を示すグラフ第２実施形態の第２変形例に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、半導体レーザを光源として用いる画像表示装置であって、半導体レーザを光源として用いる画像表示装置であって、第１色のレーザ光を出力する第１レーザ光源装置と、前記第１色のレーザ光とは波長が異なる第２色のレーザ光を出力する第２レーザ光源装置と、前記第１色のレーザ光と前記第２色のレーザ光との間の大きさの波長を有する第３色のレーザ光を出力する第３レーザ光源装置と、前記第１レーザ光源装置および前記第２レーザ光源装置および前記第３レーザ光源装置を壁部の外面に取り付けて保持する筐体と、前記各色のレーザ光のいずれかをその波長に基づき反射または透過させて導く第１および第２の光学素子と、前記光学素子により導かれた前記各色のレーザ光を映像信号に基づいて変調する光透過型の光変調素子と、前記光
変調素子により変調された変調レーザ光を、前記光変調素子からの前記変調レーザ光の進行方向に配置された投射口から外部に投射する投射光学系とを備え、前記第２色のレーザ光の出力光軸は、前記第３色のレーザ光の出力光軸および前記第１色のレーザ光の出力光軸に対して順次交差し、前記第１の光学素子は、前記第２色のレーザ光の出力光軸と前記第３色のレーザ光の出力光軸との交差位置において、前記第２色のレーザ光および前記第３色のレーザ光を前記第２の光学素子に向けてそれぞれ透過および反射させ、前記第２の光学素子は、前記第２色のレーザ光の出力光軸と前記第１色のレーザ光の出力光軸との交差位置において、前記第１の光学素子にてそれぞれ透過および反射した前記第２色および前記第３色のレーザ光と前記第１色のレーザ光との一方を反射させ且つ他方を透過させ、前記第２の光学素子により導かれるレーザ光の出力光軸方向に前記光変調素子および前記投射光学系が配置され、前記第３レーザ光源装置は、赤外レーザ光の波長を変換することにより、前記第１色のレーザ光と前記第２色のレーザ光との間の大きさの波長を有する緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置であり、前記第１の光学素子または前記第２の光学素子のいずれか一方は、前記緑色レーザ光源装置において変換されないまま出力され得る前記赤外レーザ光を前記光変調素子以外の方向で且つ前記筐体の壁部の内面に向けて導く構成とする。

これによると、第２の光学素子から導かれるレーザ光の出力光軸方向に光変調素子および投射光学系を備え、投射光学系が、光透過型の光変調素子からの変調レーザ光の進行方向に配置された投射口から外部に投射する構成としたため、各色のレーザ光の光路を単純化すると共に、光源装置および光学素子が必要とする調整マージンを低減することによって装置の小型化を実現することが可能となる。また、レーザ光を投射光学系側に導く第１、第２の光学素子の一方について、赤外レーザ光を光路から外れる方向に導く分光特性としたため、簡易且つコンパクトな構成により、緑色レーザ光源装置から出力され得る赤外線が外部に投射されることを防止することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１の概略構成図である。この画像表示装置１は、所要の画像をスクリーンＳに拡大して投影表示するものであり、緑色レーザ光（第３色のレーザ光）を出力する緑色レーザ光源装置（第３レーザ光源装置）２と、赤色レーザ光（第１色のレーザ光）を出力する赤色レーザ光源装置（第１レーザ光源装置）３と、青色レーザ光（第２色のレーザ光）を出力する青色レーザ光源装置（第２レーザ光源装置）４と、映像信号に応じて各レーザ光源装置２〜４からのレーザ光を空間的に変調して像を形成する透過型の液晶デバイスからなる空間光変調器５と、各レーザ光源装置２〜４から出射されるレーザ光を空間光変調器５に導くリレー光学系７と、空間光変調器５を透過した変調レーザ光を外部のスクリーンＳに投射する投射レンズを含む投射光学系８とを備えている。図示は省略するが、画像表示装置１は、上記レーザ光源装置２〜４や空間光変調器５等の動作を制御する制御ユニットを備えている。

画像表示装置１は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式（時分割表示方式）でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置２〜４から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が残像によってカラー画像として認識される。

リレー光学系７は、各レーザ光源装置２〜４から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ１１〜１３と、コリメータレンズ１１〜１３を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第１および第２のダイクロイックミラー１４、１５と、ダイクロイックミラー１４、１５により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板１６と、拡散板１６を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ１７とを備えている。

青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光は、２つのダイクロイックミラー１４、１５で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第１のダイクロイックミラー１４で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第２のダイクロイックミラー１５で同一の光路に導かれる。

詳細は後述するが、第１および第２のダイクロイックミラー１４、１５は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第１のダイクロイックミラー（第１の光学素子）１４は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第２のダイクロイックミラー（第２の光学素子）１５は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光および緑色レーザ光を反射させる。

これらの各光学部材は、銅やアルミ等の熱伝導性の高い材料で形成した筐体２１に支持されている。筐体２１は、各レーザ光源装置２〜４で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。また、筐体２１には、空間光変調器５、リレー光学系７、及び投射光学系８等が取り付けられている。

緑色レーザ光源装置２は、筐体２１の本体部２１ａから側方に向けて突出した状態で筐体２１に形成された取付板２２に取り付けられている。この取付板２２は、リレー光学系７の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部２３と側壁部２４とが直交する角部から当該前壁部２３を延長するように側壁部２４に直交する向きに突出する。このような構成により、取付板２２はヒートシンクとしての機能を有し、緑色レーザ光源装置２の放熱が促進されると共に、その熱が筐体２１に伝わりにくくなり、他のレーザ光源装置への熱的な影響を抑制することができる。なお、取付板２２は、本体部２１ａと別部材として設けてもよいが、本実施形態のように本体部２１ａと一体に設けることで放熱の効果がより高まる。

赤色レーザ光源装置３は、ホルダ２５に保持された状態で側壁部２４の外面２４ａに取り付けられている。青色レーザ光源装置４は、ホルダ２６に保持された状態で前壁部２３の外面２３ａに取り付けられている。ここで、外面２４ａを含む仮想平面と外面２３ａを含む仮想平面とは互いに直交する関係にある。なお、緑色レーザ光源装置２については、赤色レーザ光源装置３と同様に側壁部２４の外面２４ａに取り付ける構成も可能である。

赤色レーザ光源装置３および青色レーザ光源装置４は、いわゆるＣＡＮパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置３および青色レーザ光源装置４は、ホルダ２５、２６に開設された取付孔２７、２８に圧入するなどしてホルダ２５、２６に対して固定される。青色レーザ光源装置４および赤色レーザ光源装置３のレーザチップの発熱は、ホルダ２５、２６を介して筐体２１に伝達されて放熱される。各ホルダ２５、２６は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。

赤色レーザ光は、６４０ｎｍの波長を有するが、少なくとも赤色と認識できるものであればよく、例えばピーク波長が６１０〜７５０ｎｍの範囲となる波長領域のものを用いるとよい。また、青色レーザ光は、４５０ｎｍの波長を有するが、少なくとも青色と認識できるものであればよく、例えばピーク波長が４３５〜４８０ｎｍの範囲となる波長領域のものを用いるとよい。

緑色レーザ光源装置２は、図１に示すように、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、半導体レーザ３１から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるＦＡＣ（Fast-Axis Collimator）レンズ３２およびロッドレンズ３３と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力するレーザ媒体３４と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力する波長変換素子３５と、レーザ媒体３４とともに共振器を構成する凹面ミラー３６と、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー３７と、各部を支持する基台３８と、各部を覆うカバー体３９とを備えている。

図１において、緑色レーザ光源装置２と筐体２１の側壁部２４との間には所要の幅（例えば０．５ｍｍ以下）の間隙Ｇ１が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置２の熱が赤色レーザ光源装置３に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置３の昇温が抑制されて、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置３を安定的に動作させることができる。また、間隙Ｇ１を０．５ｍｍ以下とすれば、緑色レーザ光の拡散による利用効率の低下を防止できる。また、赤色レーザ光源装置３の所要の光軸調整代（例えば０．３ｍｍ程度）を確保するため、緑色レーザ光源装置２と赤色レーザ光源装置３との間に所要の幅（例えば０．３ｍｍ以上）の間隙Ｇ２が設けられている。

図２は、緑色レーザ光源装置２における緑色レーザ光の状況を示す模式図である。半導体レーザ３１のレーザチップ４１は、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を出力する。ＦＡＣレンズ３２は、レーザ光のファースト軸（光軸方向に対して直交し且つ図の紙面に沿う方向）の拡がりを低減する。ロッドレンズ３３は、レーザ光のスロー軸（図の紙面に対して直交する方向）の拡がりを低減する。

レーザ媒体３４は、いわゆる固体レーザ結晶であり、ロッドレンズ３３を通過した波長８０８ｎｍの励起用レーザ光により励起されて波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）を出力する。このレーザ媒体３４は、Ｙ（イットリウム）ＶＯ_４（バナデート）からなる無機光学活性物質（結晶）にＮｄ（ネオジウム）をドーピングしたものであり、より具体的には、母材であるＹＶＯ_４のＹを、蛍光を発する元素であるＮｄ^＋３に置換してドーピングしたものである。

レーザ媒体３４におけるロッドレンズ３３に対向する側には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４２が形成されている。レーザ媒体３４における波長変換素子３５に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４３が形成されている。

波長変換素子３５は、いわゆるＳＨＧ（Second Harmonics Generation）素子であり、レーザ媒体３４から出力される波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）の波長を変換して波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を生成する。この波長変換素子３５は、強誘電体結晶に、分極が反転した領域とそのままの領域とを交互に形成した、周期的な分極反転構造を備えたものであり、分極反転周期方向（分極反転領域の配列方向）に基本波長レーザ光を入射させる。なお、強誘電体結晶には、例えばＬＮ（ニオブ酸リチウム）にＭｇＯを添加したものが用いられる。

波長変換素子３５におけるレーザ媒体３４に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する反射防止と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４４が形成されている。波長変換素子３５における凹面ミラー３６に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４５が形成されている。

凹面ミラー３６は、波長変換素子３５に対向する側に凹面を有し、この凹面には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４６が形成されている。これにより、レーザ媒体３４の膜４２と凹面ミラー３６の膜４６との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。

波長変換素子３５では、レーザ媒体３４から入射した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の一部が波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子３５を通過した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、凹面ミラー３６で反射されて波長変換素子３５に再度入射し、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換される。この波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は、波長変換素子３５の膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射される。

ここで、レーザ媒体３４から波長変換素子３５に入射して波長変換素子３５で波長変化されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ１と、凹面ミラー３６で一旦反射されて波長変換素子３５に入射して膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ２とが干渉を起すと、出力が低下する。そこで、波長変換素子３５を光軸方向に対して傾斜させて、屈折作用によりレーザ光のビームＢ１、Ｂ２が互いに干渉しないようにしており、これにより出力低下を避けることができる。

なお、図１に示したガラスカバー３７には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光および波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過させない膜が形成されている。

前記の例では、緑色レーザ光源装置２のレーザチップ４１、レーザ媒体３４、および波長変換素子３５がそれぞれ、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）、および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。最終的に緑色レーザ光源装置２から出力されるレーザ光が緑色と認識できるものであればよく、例えばピーク波長が５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲となる波長領域のレーザ光を出力するようにするとよい。また、緑色レーザ光源装置２については、上述のように赤外レーザ光の波長を変換するものではなく、赤色レーザ光源装置３および青色レーザ光源装置４と同様に、緑色レーザ光を出力する半導体レーザチップを用いてもよい。

図３は、第１実施形態に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図であり、図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図３中の第１および第２のダイクロイックミラー１４、１５の分光特性を示すグラフである。なお、図３では、説明の便宜上、各色のレーザ光の光路が互いに重ならないように表示してあるが、実用上はダイクロイックミラー１４、１５において合流した後の各色のレーザ光の光路は一致する。

図３に示すように、投射光学系８の投射口８ａからスクリーンＳに向けてレーザ光が出射される側を右側とすると、青色レーザ光源装置４から青色レーザ光Ｌ_Ｂが後方の筐体２１内に向けて出射される。図１に示したように、３色のレーザ光源装置２〜４は、投射光学系８側（光路の下流側）からみて、出力するレーザ光の波長が大きい順（赤色、緑色、青色）に配置されている。そして、青色レーザ光源装置４から後方に延びる青色レーザ光の出力光軸Ｐ_Ｂは、互いに平行な緑色レーザ光の出力光軸Ｐ_Ｇおよび赤色レーザ光の出力光軸Ｐ_Ｒに対して順次直交する。

再び図３に示すように、緑色レーザ光源装置２から右方の筐体２１内に出射された緑色レーザ光Ｌ_Ｇと青色レーザ光Ｌ_Ｂとの交差位置（すなわち、図１においては出力光軸Ｐ_Ｇと出力光軸Ｐ_Ｂとの交差位置）には第１のダイクロイックミラー１４が配置されている。第１のダイクロイックミラー１４は、平面視において、図１に示す緑色レーザ光の出力光軸Ｐ_Ｇ方向（すなわち、左右方向）に対して４５°の傾きをもって設置されており、図３においては第２のダイクロイックミラー１５に向けて、青色レーザ光Ｌ_Ｂを透過させると共に緑色レーザ光Ｌ_Ｇを垂直に反射させる。

第１のダイクロイックミラー１４は、光学ガラス等の基材の表面（ここでは、緑色レーザ光Ｌ_Ｇの入射側）に高反射のコーティング面をなす多層膜１４ａを有している。多層膜１４ａは、高屈折率の薄膜を形成するＴｉＯ_２やＺｎＯ_２等の誘電体材料と、低屈折率の薄膜を形成するＳｉＯ_２等の誘電体材料とが蒸着等によって基材に積層されることによって形成される。図４（Ａ）に示すように、第１のダイクロイックミラー１４は、緑色レーザ光の波長を含む緑色波長領域以上の波長の光のみを反射する（すなわち、青色波長領域の光を透過させる）分光特性を有している。ここでは、緑色波長領域を５００〜５６０ｎｍとするが、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。このような第１のダイクロイックミラー１４の分光特性（反射波長領域）は、薄膜を形成する誘電体材料や薄膜の厚さを調整することによって適切に設定することができる。

また、図３に示すように、赤色レーザ光源装置３から右方の筐体２１内に出射された赤色レーザ光Ｌ_Ｒと、第１のダイクロイックミラー１４を透過した青色レーザ光Ｌ_Ｂおよび第１のダイクロイックミラー１４にて反射した緑色レーザ光Ｌ_Ｇとの交差位置（すなわち、出力光軸Ｐ_Ｒと出力光軸Ｐ_Ｂとの交差位置）には第２のダイクロイックミラー１５が配置されている。第２のダイクロイックミラー１５は、赤色レーザ光の出力光軸Ｐ_Ｒ方向（すなわち、左右方向）に対して４５°の傾きをもって設置されており、空間光変調器５（投射光学系８側）に向けて、赤色レーザ光Ｌ_Ｒを透過させると共に青色レーザ光Ｌ_Ｂおよび緑色レーザ光Ｌ_Ｇを垂直に反射させる。

第２のダイクロイックミラー１５は、第１のダイクロイックミラー１４と概ね同様の構成を有しており、青色レーザ光Ｌ_Ｂおよび緑色レーザ光Ｌ_Ｇの入射側に多層膜１５ａが形成されている。図４（Ｂ）に示すように、第２のダイクロイックミラー１５は、緑色レーザ光の波長を含む緑色波長領域以下の波長の光のみを反射する（すなわち、赤色波長領域の光を透過させる）分光特性を有している。

第１実施形態に係る画像表示装置１では、光透過型の空間光変調器５からの変調レーザ光の進行方向（右方向）に投射光学系８の投射口８ａが配置されており、レーザ光は進路を変更されることなくスクリーンＳに向けて投射される。これにより、各色のレーザ光の光路を単純化することができる。また、反射型の空間光変調器を用いる場合とは異なり、空間光変調器５の前後の光路上にレーザ光を折り返すためのミラーやプリズム等を配置する必要がないため、それらミラーやプリズム等の取付誤差の影響を受けることはなく、各レーザ光源装置２〜４および第１および第２のダイクロイックミラー１４、１５等の光軸調整に必要な調整マージンをより小さくすることができる。その結果、画像表示装置１をよりコンパクトに構成することが可能となる。特に、第１実施形態に係る画像表示装置１では、装置の左右方向幅（投射方向の幅）に比べて前後方向幅（投射方向に垂直な方向の幅）が小さくなるため、使用者が手に持ちやすい形状とすることができる。また、投射方向の自由度が上がり、３次元的に投射方向を変えることが可能となるという利点もある。

また、第１実施形態に係る画像表示装置１では、各色のレーザ光源装置２〜４よりも１つ少ない２つのダイクロイックミラー１４、１５を用いて、各色のレーザ光を投射光学系８側に導くことが可能である。その結果、画像表示装置１は、小型化や軽量化を図ることができ、特に、携帯型の情報処理装置（例えば、ノートパソコン等）に内蔵される装置としても好適である。

ここで、画像表示装置１において、上述のように赤外レーザ光を用いて緑色レーザ光を発生させる場合には、緑色レーザ光源装置２から多少の赤外線が出力されることがある。しかしながら、緑色レーザ光源装置２から出力された赤外線Ｌ_ＩＲは、可視光線の赤色よりも波長が大きいため、図３に示すように、第１のダイクロイックミラー１４では緑色レーザ光Ｌ_Ｇと共に反射されるものの、第２のダイクロイックミラー１５では透過して光路から外れるため、空間光変調器５（投射光学系８側）に導かれることはない。このように、ダイクロイックミラー１４、１５の少なくとも一方について、緑色レーザ光Ｌ_Ｇを反射し且つ赤外線Ｌ_ＩＲを透過するように構成することにより、赤外線Ｌ_ＩＲが画像表示装置１から外部に投射されることが防止される。また、図３に示す構成では、第２のダイクロイックミラー１５の破損や脱落が万一生じた場合でも、赤外線Ｌ_ＩＲは上記透過する場合と同様に筐体２１の後壁部３１に向かうため、画像表示装置１から外部に投射されることはないという利点もある。

なお、第１実施形態では、第２のダイクロイックミラー１５において、前方または左方から入射する各色のレーザ光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂを投射光学系８側である右方に導く構成としたが、例えば、各色のレーザ光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂを後方に導く構成も可能である。その場合、各色のレーザ光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂの光路に応じて、空間光変調器５、投射光学系８（投射口８ａ）等の配置を適切に変更する必要がある。また、第２のダイクロイックミラー１５は、赤色レーザ光の波長を含む赤色波長領域以上の波長の光のみを反射する分光特性を有することが必要となる。ダイクロイックミラー１４、１５に入射する各色のレーザ光の光路等については、上記構成に限らず本発明の範囲内において適宜変更が可能である。

＜第１実施形態の変形例＞
図５は、本発明の第１実施形態の変形例に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図である。図５では、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、この変形例では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第１実施形態の場合と同様とする。

図５に示すように、画像表示装置１では、赤色レーザ光（第２色のレーザ光）を出力する赤色レーザ光源装置（第２レーザ光源装置）３と青色レーザ光（第１色のレーザ光）を出力する青色レーザ光源装置（第１レーザ光源装置）４との配置が第１実施形態の場合とは互いに逆になっている。つまり、３色のレーザ光源装置２〜４は、投射光学系８側（光路の下流側）からみて、出力するレーザ光の波長が小さい順（青色、緑色、赤色）に配置されている。

また、第１のダイクロイックミラー１４は、図４（Ｂ）に示した第１実施形態の第２のダイクロイックミラー１５と同様の分光特性を有しており、緑色レーザ光の波長を含む緑色波長領域以下の波長の光のみを反射する。また、第２のダイクロイックミラー１５は、図４（Ａ）に示した第１実施形態の第１のダイクロイックミラー１４と同様の分光特性を有しており、緑色レーザ光の波長を含む緑色波長領域以上の波長の光のみを反射する。このような構成により、赤色レーザ光源装置３と青色レーザ光源装置４との配置を逆にした場合でも、第１実施形態の場合と同様に、２つのダイクロイックミラー１４、１５を用いて、各色のレーザ光を投射光学系８側に導くことが可能である。

さらに、赤外レーザ光を用いて緑色レーザ光を発生させる場合、緑色レーザ光源装置２から出力された赤外線Ｌ_ＩＲは、図５に示すように、第１のダイクロイックミラー１４にて透過して光路から外れるため第２のダイクロイックミラー１５（投射光学系８側）に導かれることはない。これにより、赤外線Ｌ_ＩＲが画像表示装置１から外部に投射されることが防止される。また、図５に示す構成において、第１のダイクロイックミラー１４の破損や脱落が万一生じた場合でも、赤外線Ｌ_ＩＲは上記透過する場合と同様に筐体２１の側壁部に向かうため、画像表示装置１から外部に投射されることはないという利点もある。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態の変形例に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図であり、図７は、図６中の第２のダイクロイックミラー１５の分光特性を示すグラフである。図６では、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある（後述する図８、図１０も同様）。また、第２実施形態では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第１実施形態の場合と同様とする。

図６に示すように、画像表示装置１では、各レーザ光源装置２〜４の配置は、図１および図３に示した場合と同様に投射光学系８側（光路の下流側）からみて、出力するレーザ光の波長が大きい順（赤色、緑色、青色）に配置されている。一方、第２実施形態では、緑色レーザ光源装置２については、第１実施形態のようなＳＨＧ素子を用いるものではなく、上述の赤色および青色レーザ光源装置３、４と同様に、緑色レーザ光を直接出力可能な高出力の半導体レーザを用いている。

また、第１実施形態では、第２のダイクロイックミラー１５において、前方または左方から入射する各色のレーザ光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂを投射光学系８側である右方に導く構成としたが、第２実施形態に係る画像表示装置１では、各色のレーザ光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂを後方に導く構成となっている。

より詳細には、画像表示装置１では、投射光学系８の投射口８ａが筐体２１の前壁部２３ではなく後壁部４０に設けられており、このため、第２のダイクロイックミラー１５の分光特性が第１実施形態の場合とは異なる。第２のダイクロイックミラー１５は、赤色レーザ光Ｌ_Ｒの入射側に高反射のコーティング面をなす多層膜１５ａを有しており、図７に示すように、赤色レーザ光の波長を含む赤色波長領域以上の波長の光のみを反射する（すなわち、青色波長領域およびの緑色波長領域光を透過させる）分光特性を有している。

この第２実施形態に係る画像表示装置１では、各色のレーザ光は、最大でも１度しか折り返されない（反射されない）ため、各色の出力光軸やダイクロイックミラー１４、１５等の光軸調整が容易となる。加えて、レーザ光の反射時に発生する光のロスを小さくできるという利点もある。

＜第２実施形態の第１変形例＞
図８は、本発明の第２実施形態の第１変形例に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図であり、図９は、図８中の第２のダイクロイックミラー１５の分光特性を示すグラフである。この第１変形例では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第２実施形態の場合と同様とする。

図８に示すように、第１変形例に係る画像表示装置１では、赤色レーザ光（第２色のレーザ光）を出力する赤色レーザ光源装置（第２レーザ光源装置）３と青色レーザ光（第１色のレーザ光）を出力する青色レーザ光源装置（第１レーザ光源装置）４との配置が上述の第２実施形態の場合とは互いに逆になっている。つまり、３色のレーザ光源装置２〜４は、投射光学系８側（光路の下流側）からみて、出力するレーザ光の波長が小さい順（青色、緑色、赤色）に配置されている。

また、第１のダイクロイックミラー１４は、図４（Ｂ）に示した第２のダイクロイックミラー１５と同様の分光特性を有しており、緑色レーザ光の波長を含む緑色波長領域以下の波長の光のみを反射する。また、第２のダイクロイックミラー１５は、図９に示すように、青色レーザ光の波長を含む青色波長領域以下の波長の光のみを反射する（すなわち、緑色波長領域およびの赤色波長領域光を透過させる）分光特性を有している。

このような構成により、赤色レーザ光源装置３と青色レーザ光源装置４との配置を逆にした場合でも、第２実施形態の場合と同様に、２つのダイクロイックミラー１４、１５を用いて、各色のレーザ光を投射光学系８側に導くことが可能である。

＜第２実施形態の第２変形例＞
図１０は、本発明の第２実施形態の第２変形例に係る画像表示装置１における各色のレーザ光の進路を示す模式図である。この第２変形例では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第２実施形態（第１変形例を含む）の場合と同様とする。

図１０に示すように、第２変形例に係る画像表示装置１では、３色のレーザ光源装置２〜４は、非波長順（青色、赤色、緑色）に配置されており、最も投射光学系８側には、最も波長の小さい青色レーザ光源装置４が配置されている。

また、第１のダイクロイックミラー１４は、図７に示した第１のダイクロイックミラー１４と同様の分光特性を有しており、赤色レーザ光の波長を含む赤色波長領域以上の波長の光のみを反射する（すなわち、緑色波長領域の光を透過させる）分光特性を有している。

なお、ダイクロイックミラー１４、１５の分光特性を変更することにより、第２変形例における赤色レーザ光源装置３と青色レーザ光源装置４との配置を逆にした構成も可能である。また、第２実施形態（第１、第２変形例を含む）の緑色レーザ光源装置２に関し、小型化の点では不利となるが、第１実施形態の場合と同様のＳＨＧ素子を用いた構成も可能である。

本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本発明に係る画像表示装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

本発明に係る画像表示装置は、各色のレーザ光の光路を単純化すると共に、光源装置および光学素子が必要とする調整マージンを低減することによって装置の小型化を実現可能とし、半導体レーザを光源とするレーザ光源装置を備えた画像表示装置として有用である。

１画像表示装置
２緑色レーザ光源装置（第３レーザ光源装置）
３赤色レーザ光源装置（第１または第２レーザ光源装置）
４青色レーザ光源装置（第１または第２レーザ光源装置）
５空間光変調器
８投射光学系
１４第１のダイクロイックミラー（第１の光学素子）
１５第２のダイクロイックミラー（第２の光学素子）
２１筐体
Ｌ_Ｂ青色レーザ光（第１色または第２色のレーザ光）
Ｌ_Ｇ緑色レーザ光（第３色のレーザ光）
Ｌ_ＩＲ赤外線
Ｌ_Ｒ赤色レーザ光（第１色または第２色のレーザ光）
Ｐ_Ｂ青色レーザ光の出力光軸
Ｐ_Ｇ緑色レーザ光の出力光軸
Ｐ_Ｒ赤色レーザ光の出力光軸

Claims

半導体レーザを光源として用いる画像表示装置であって、
第１色のレーザ光を出力する第１レーザ光源装置と、
前記第１色のレーザ光とは波長が異なる第２色のレーザ光を出力する第２レーザ光源装置と、
前記第１色のレーザ光と前記第２色のレーザ光との間の大きさの波長を有する第３色のレーザ光を出力する第３レーザ光源装置と、
前記第１レーザ光源装置および前記第２レーザ光源装置および前記第３レーザ光源装置を壁部の外面に取り付けて保持する筐体と、
前記各色のレーザ光のいずれかをその波長に基づき反射または透過させて導く第１および第２の光学素子と、
前記光学素子により導かれた前記各色のレーザ光を映像信号に基づいて変調する光透過型の光変調素子と、
前記光変調素子により変調された変調レーザ光を、前記光変調素子からの前記変調レーザ光の進行方向に配置された投射口から外部に投射する投射光学系と
を備え、
前記第２色のレーザ光の出力光軸は、前記第３色のレーザ光の出力光軸および前記第１色のレーザ光の出力光軸に対して順次交差し、
前記第１の光学素子は、前記第２色のレーザ光の出力光軸と前記第３色のレーザ光の出力光軸との交差位置において、前記第２色のレーザ光および前記第３色のレーザ光を前記第２の光学素子に向けてそれぞれ透過および反射させ、
前記第２の光学素子は、前記第２色のレーザ光の出力光軸と前記第１色のレーザ光の出力光軸との交差位置において、前記第１の光学素子にてそれぞれ透過および反射した前記第２色および前記第３色のレーザ光と前記第１色のレーザ光との一方を反射させ且つ他方を透過させ、
前記第２の光学素子により導かれるレーザ光の出力光軸方向に前記光変調素子および前記投射光学系が配置され、
前記第３レーザ光源装置は、赤外レーザ光の波長を変換することにより、前記第１色のレーザ光と前記第２色のレーザ光との間の大きさの波長を有する緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置であり、前記第１の光学素子または前記第２の光学素子のいずれか一方は、前記緑色レーザ光源装置において変換されないまま出力され得る前記赤外レーザ光を前記光変調素子以外の方向で且つ前記筐体の壁部の内面に向けて導くことを特徴とする画像表示装置。