JP5156015B2 - コンパクトな多色光線源 - Google Patents

Description

レーザ光線のごとき光線は、走査光線表示装置や走査光線画像捕捉装置のごとき様々な形態で利用されている。

所定の波長の光線を提供する１方法は、第二高調波発生（ＳＨＧ、ａｋａ周波数二分割化）物質のごとき波長変換物質を使用して第一波長の入力光線またはポンプビームを異なる波長を有した出力光線に変換することである。

例えばＳＨＧレーザは、ＳＨＧ物質で受領される１０６４ナノメートル（ｎｍ）の入力光線を提供し、周波数を５３２ｎｍの緑光出力光線に二分割する赤外線源を含むことができる。例えばポタシウムチタニウムオキシドホスフェート（ＫＴＰ）、定期的ポーリング処理されたリチウムニオベート（ＰＰＬＮ）、希土類バナデート結晶および染料等の非線形有機（ＮＬＯ）物質、等々である幾種類かの波長変換物質が商業的に利用できる。

しばしば、システムに複数の波長を有した光線を提供することが望ましい。その１例として、ＳＨＧレーザにより提供される５３２ｎｍ波長の出力光線をレーザダイオードによって発生される赤色光線および青色光線と組み合わせて赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）の複合出力光線を発光させることができる。典型的には、光線は、それぞれの入力波長の光線を受領し、組み合わされた複合出力光線を出力軸に沿って出力するＸキューブビームコンバイナのごとき光線組み合わせ装置を使用して組み合わされる。

本願の開示は、サイズ、費用、一体性、消費電力、性能、等々で従来技術に優る改良を提供する。

本発明の説明用の１実施形態によれば、多色光線源は、１以上のレーザダイオードとカップリングされたＳＨＧレーザを含んでおり、複数の波長を含んだ複合光線を生成する。

いくつかの実施形態によれば、それらのレーザダイオードは、ＳＨＧレーザの波長変換物質を通過する光線を発射し、それらのレーザダイオードとＳＨＧレーザとに関連する波長を含んだＳＨＧの出力で複合光線を生成する。

いくつかの実施形態によれば、ＳＨＧレーザの成分は、光線組み合わせ機能を提供するように設計されている。

いくつかの実施形態によれば、走査光線表示装置、集積フォトニクスモジュールまたは走査光線画像捕捉装置のごとき走査光線装置の一部は、１以上のレーザダイオードとカップリングされたＳＨＧレーザを含み、複数の波長を含んだ複合光線を発生させる。

図１は、本発明の１実施例による複数波長光線源の概略斜視図である。 図２は、本発明の１実施例による図１の複数波長光線源の平面図である。 図３は、本発明の１実施例による図１と図２の複数波長光線源の側面図である。 図４は、本発明の別実施例による複数波長光線源の概略斜視図である。 図５は、本発明の１実施例による図３の複数波長光線源の平面図である。 図６は、本発明の１実施例による図４と図５の複数波長光線源の側面図である。 図７は、本発明の別実施例による複数波長光線源の概略斜視図である。 図８は、本発明の１実施例による図７の複数波長光線源の平面図である。 図９は、本発明の１実施例による図７と図８の複数波長光線源の側面図である。 図１０は、本発明の別実施例による複数波長光線源の概略斜視図である 図１１は、本発明の１実施例による図１０の複数波長光線源の平面図である。 図１２は、本発明の１実施例による図１０と図１１の複数波長光線源の側面図である。 図１３は、本発明の別実施例による複数波長光線源の概略斜視図である。 図１４は、本発明の１実施例による図１３の複数波長光線源の平面図である。 図１５は、本発明の１実施例による図１３と図１４の複数波長光線源の側面図である。 図１６は、本発明の１実施例によるスペックル低減装置と方法とを実施するプロジェクタ内蔵装置の概略ブロック図である。

図１から図３は本発明の１実施例による複数波長光線源１０１を図示する。

第１波長光線源１０２は、第１波長の光線を発光する。実施例によっては、この第１波長は長波である。実施例によっては、この第１波長は、赤外線を含む。第１波長光線源１０２は、ヒートシンク（図示せず）に搭載できる。別例によれば第１波長光線源１０２は、ダイオードレーザ、垂直腔部面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または発光（非レーザ）ダイオード等である第１波長光線を直接的に発光するタイプのものである。あるいは、第１波長光線源自身が光ポンプ源であってもよい。

第１波長光線は、その少なくとも一部を通過させる第１選択ミラー１０４に向けて発光される。実施例によっては、第１選択ミラー１０４は、そこを通過する第１波長光線を実質的に偏光するように設計されている。そのような場合には、第１選択ミラー１０４は、偏光器とも呼称される。第１選択ミラー１０４は、第１波長源からの第１波長光線を受領するように整合されており、第１波長の偏光光線を伝達し、第２波長、第３波長および第４波長の光線を反射するようになっている。

第１選択ミラー１０４を通過した第１波長光線は、波長コンバータ１０６を通過する。波長コンバータ１０６内で第１波長光線は、第２波長光線に変換される。例えばこの波長コンバータは、入力光線の周波数を二分割する第２高調波発生器（ＳＨＧ）として設計できる。従って第２波長は、第１波長の半分の長さとなろう。本発明の１実施例によれば１０６４ｎｍの第１波長は、入力光線は、５３２ｎｍの緑光第２波長に変換される。

第２選択ミラー１０８は、波長コンバータ１０６の右端から光線を受領するように整合されている。第２選択ミラー１０８は、実施例によっては、波長コンバータの右端から発光する第１波長と第２波長の光線を受領し、第１波長と第２波長の光線の少なくとも一部を反射して波長コンバータに戻す。第２選択ミラー１０８も第３波長と第４波長の光線（以下で解説）を波長コンバータに通過させるように設計されている。

典型的には、第２選択ミラー１０８は、入力光線を波長コンバータ１０６と整合させる
ための上下傾斜および左右傾斜の調節機能を有することができる。本発明の１実施例によ
れば、第２選択ミラーは、意図的に第１波長の光線をほぼ１００％反射するように設計さ
れた狭波長帯域ノッチリフレクタを含んでおり、公称波長の第１波長からは、幾分外れている波長に対しては、反射率は、急速に実質０％にまで降下する。このノッチリフレクタは、励起波長を公称波長に維持し、第１波長光線１０２からの出力波長電力配分のバリエーションとは、関係なく第２波長の出力光線を維持する。例えばこのようなバリエーションは、第１波長光線源１０２の様々な加熱によって発生し、是正されない限り輝度に不都合な変動をもたらすであろう。

第３波長光線源１１２は、第３波長の光線２０２を発光し、第４波長源１１６は、第４波長の光線２０４を発光する。これら第３波長源と第４波長源は、例えばレーザダイオードを含んでいる。実施例によっては、コリメートレンズ等のそれぞれの光線形状化光学部品１１４と１１８は、整合され、第３波長源１１２と第４波長源１１６から光線を受領し、所望の光線形状を提供する。

ビームコンバイナ１１０は、第３波長光線２０２と第４波長光線２０４を第１複合光線２０６に組み合わせ、第２選択ミラー１０８を通過するようにその複合光線２０６を発射する。光線を組み合わせる１方法は、コンバイナ面２０８にパスバンドフィルタを提供することである。本発明の実施例によれば、このパスバンドフィルタは、第３波長と第４波長との間でカットオフ波長を有したローパスフィルタとして設計でき、第４波長源１１６は、第３波長光線源１１２よりも長い波長の光線を発光させる。あるいは、このパスバンドフィルタは、第３波長と第４波長の間でカットオフ波長を有したハイパスフィルタとして設計することができ、第４波長光線源１１６は、第３波長光線源１１２よりも短い波長の光線を発光するように選択することができる。設計者の好みに応じてノッチフィルタ、偏光選択フィルタ（ＰＢＳ等）、ハーフミラー、臨時カップラ、等々を含む別構成も利用できる。

第１波長光線、第２波長光線、第３波長光線および第４波長光線は、波長コンバータ１０６を右から左に通過するように方向付けられ、波長コンバータの左側から外出される。第１選択ミラーは、出力軸を実質的に共通として出力軸に沿って少なくともそのうちの第２波長光線、第３波長光線および第４波長光線を複合出力光線１２０として反射する。

光線出力に続いて、複合出力光線１２０は、離れた場所で所望のスポットサイズを発生
させるために例えば拡大レンズおよび焦点レンズのごとき光学部品を通過することができ
る。複合出力光線１２０は、光線スキャナー（図示せず）によって有効視野（ＦＯＶ）で
走査処理することができる。例えば、レーザカメラやバーコードスキャナーのごとき走査
光線画像捕捉装置では、複合光線１２０は、光線検出器によって後方散乱光を検出するた
めに均質にＦＯＶを照明するように実質的には非変調である。あるいは第１波長源１０２
、第３波長源１１２および第４波長源１１６は、同調的に変調され、変調複合出力光線１
２０を発生させる。このような構成は、コントローラ（図示せず）が光源の変調を制御し
、ＦＯＶに画素を創出して画像を形成している走査光線表示装置または組み合わせ表示装置および画像捕捉装置にとって特に適している。

本発明のいくつかの実施例によれば、第２選択ミラーは、外部のキャビティミラーとして設計できる。そのような実施例では、第１波長光線１０２には、ミラーが装着され、既に波長コンバータ１０６を通過して戻った第１波長光線を反射する。このような場合には、複合光線源１０１は、赤色光、緑色光または青色光の１つを発光させるＳＨＧ結晶レーザ光線源と、ＳＨＧ結晶を通過する発光軸を備え、別の赤色光、緑色光または青色光を発光させる少なくとも１つのレーザダイオードとを含むことができる。実施例によっては、このシステムは、緑色光を発光させるＳＨＧ結晶レーザ光線源と、赤色光と青色光をそれぞれ発光させる２つのレーザダイオードとを含む。

図４から図６では、本発明の別実施例による複数波長光線源４０１が図示されている。この実施例では、別体の第２選択ミラー１０８とビームコンバイナ１１０は、第２選択ミラー４０４を含む一体型ビームコンバイナ４０２に置換されている。１実施例によれば、この第２選択ミラーは、光ポンプからの長波光線と、波長コンバータにより生成されたその長波光線からの第２波長光線を反射するように設計されている。選択フィルタは、容量ブラッグリフレクタ、二色リフレクタ、等々で構成できる。一体型選択リフレクタを備えたビームコンバイナ４０２が整合調節を提供するように搭載される。特に上下傾斜調節と左右傾斜調節を含む２自由度が提供され、反射された長波光線が光ポンプ１０２に含まれるリフレクタと整合調節される。このビームコンバイナは、さらに第２波長光線、第３波長光線および第４波長光線と偏光器１０４との整合を実施し、複合出力光線１２０のために望ましい軸を提供する。

本発明の実施例によっては、第２選択ミラーは、前述のごとき外部のキャビティミラーとして設計できる。

図７から図９は、本発明の別実施例による一体化光線源７０１の概略図である。赤外線源１０２は、変調赤外線を発光することができる。ビームコンバイナ７０２は、赤外線源１０２からの変調赤外線を受領するように整合されている。実施例によっては、ビームコンバイナ７０２は、赤外線源から変調赤外線を受領するように整合されている第１面と第２面とを含むことができる。

その第１面は、赤外線を偏光するように設計されている偏光器を含み、第２面は、赤外線を通過させ、第２波長光線を反射し、第３波長光線を通過させるように設計された第１パスバンドフィルタを含む。第１面と第２面は、例えば赤外線源１０２に隣接して配置されている第１面と、面７０４で設計されている第２面のごとき別々の面として設計することができる。あるいは、第１面と第２面は、面７０４で実質的に共面となるように設計できる。これは、例えば偏光器を１つの基板上に形成し、別基板上にパスバンドフィルタを形成し、それら偏光器面とパスバンドフィルタ面とが対面するようにそれら基板を接合することで実行できる。これら組み合わされた基板は、ダイカット処理され、研磨処理等により個々のビームコンバイナ７０２に分離される。

別実施例では、ビームコンバイナ７０２の偏光機能は削除できる。

ビームコンバイナを通過後、赤外線源１０２からの赤外線９０２は、波長コンバータ１０６を通過され、第２波長光線に変換される。赤外線源１０２が変調される場合には、波長コンバータ１０６内で生成された第２波長光線も対応して変調されるであろう。赤外線９０２と生成された第２波長光線は、波長コンバータ１０６を通過し、波長コンバータから変調された赤外線と変調された第２波長光線を受領するように整合されたミラー７０８を照射し、波長コンバータ１０６に反射して戻される。

いくつかの実施例によれば、この第２波長光線は、赤外線波長の実質半分の長さである。

波長コンバータに戻って通過した後、赤外線と第２波長光線の両方を含んだ光線９０４は、ビームコンバイナ７０２の面７０４に照射され、そこで赤外線は、通過するが、第２波長光線は、軸９０６に沿った光線として反射する。

いくつかの実施例によれば、第３波長光線１１２は、第３波長の変調光線２０２をビームコンバイナ７０２の面７０４に向けて発光することができる。このような実施例では、ビームコンバイナの面７０４は、第２波長と第３波長との間でカットオフ波長を有したローパスフィルタとして設計でき、第２波長光線は、反射しつつ、赤外線と第２波長光線の両方を通過させる。このような場合には、第２波長光線と第３波長光線とを含んだ複合光線９０６が生成できる。例えば第２波長光線は、緑色光線を、第３波長光線は、赤色光線を含むことができる。

いくつかの実施例によれば、緑色光線は、５３２ｎｍの光線を、赤色光線は、６５０ｎｍの光線を含む。よって５３２ｎｍより僅かに上および６５０ｎｍより僅かに下でのカットオフ波長が適切である。

実施例によっては、一体化光線源７０１は、例えば４５０ｎｍ辺りの第４波長の変調光線を生成する第４波長光線源を含むことができる。このような実施例では、ビームコンバイナ７０２は、第２面から第１複合変調光線９０６を受領し、第４波長光線源１１６から第４波長の変調光線２０４を受領するように整合された面７０６を含むことができる。面７０６は、第１複合変調光線９０６を通過させ、図示のごとく第２複合変調光線１２０として共通軸に沿って第４波長変調光線２０４を反射させるように設計できる。このような場合には、面７０６は、第２波長と第４波長との間でカットオフ波長を有したローパスフィルタを含むことができる。

あるいは、面７０６は、第２波長と第４波長との間でカットオフ波長を有したハイパスフィルタを含むこともできる。このような場合には、第２複合光線は、ビームコンバイナ７０２の左面から発光される第４波長入力光２０４と共軸的に方向付けられる。

ミラー７０８は、オプションで選択ミラーとして設計することができる。例えばミラー７０８は、名目的または所望の第１波長付近の狭波長帯域のみを反射させる狭波長帯域リフレクタとして設計することができる。このような構造は、例えば安定した第１波長を提供するために有用であり、従って安定した第２波長光線を維持するのに有用である。

ミラー７０８は、実質的に全ての第２波長光線を反射させるように設計できる。あるいは第２波長光線を通過させて複合光線１２０とは分離した軸に沿って発光される分離第２波長光線（図示せず）を生成するように設計できる。この分離第２波長光線は、その後複合光線と再結合されるか、または追加的に利用されて第２波長出力光線の明度及び/又は効率を向上させることができる。

図１０から図１２は、別実施例による複合光線源１００１の概略図である。複合光線源１００１は、第１波長の光線９０２を生成する第１波長光線源１０２を含んでいる。第１選択ミラー１０４は、第１波長光線源から光線９０２を受領し、その光線を第１軸に沿って、第１選択ミラー１０４から第１波長の光線９０２を受領するように整合された波長コンバータ１０６の方向に方向付けるように整合されている。波長コンバータ１０６は、第１波長光線を第２波長光線に変換するように設計されている。波長コンバータを通過後、第１波長光線と第２波長光線は、第２選択ミラー１０８を照射する。第２選択ミラー１０８は、波長コンバータ１０６から第１波長光線と第２波長光線を受領し、第１波長光線と第２波長光線を反射して波長コンバータに戻すように整合されている。

複合光線源は、第３波長の光線２０２を生成する第３波長光線源１１２をさらに含んでおり、第３波長光線を第２選択ミラー１０８に方向付けるように整合されている。第２選択ミラー１０８は、さらに第３波長光線２０２を第１軸に沿って波長コンバータに向けて通過させるように設計されており、第１波長光線、第２波長光線および第３波長光線は、波長コンバータ１０６を共に通過し、波長コンバータの左側から第１複合光線９０６として照射される。

第４波長光線源１１６は、第４波長の光線を生成し、第４波長光線を第１選択ミラー１０４に向けて発射するように整合されている。

第１選択ミラー１０４は、第２および第３波長光線は通過させ、第４波長光線は、反射させることによって、第２、第３および第４波長光線を共通軸に沿って複合光線１２０として発射するように設計されている。さらに選択ミラーは、第１波長光線を反射して第１波長光線源１０２に戻すように設計されており、第１波長光線は、そこで反射されて再び波長コンバータ１０６を循環することができる。

図示のごとく、第１波長光線源を含んだ複合光線源は、第２軸に沿った第１波長光線９０２を発光するように整合されており、第１選択ミラー１０４は、波長コンバータ１０６を通過する第１軸に沿って第１波長光線を反射するように設計されている。実施例によっては、複合光線源は、第３軸に沿って第４波長光線を発光するように整合された第４波長光線源を含んでおり、第１選択ミラー１０４は、波長コンバータ１０６から離れるように第１軸に沿って第４波長光線を反射するように設計されている。

複合光線源１００１内では、第２軸および第３軸は平行であり、第１軸は、第３軸に対して実質的に垂直である。換言すれば、第１選択ミラー１０４は、第１波長と第４波長の光線を反射し、第２波長と第３波長の光線を通過させるように設計されている。実施例によっては、第１選択ミラー１０４は、さらに、受領した第１波長光線を偏光するように設計されている。第１、第２および第３波長の光線は、波長コンバータ１０６を通過する。

図１３から図１５は、別実施例による複合光線源１３０１の概略図であり、第１波長光線源は、第１波長光線９０２を第１軸に沿って発光するように整合されており、第１選択ミラーは、それぞれ第１波長と第４波長の光線９０２と光線２０４を通過させ、第２波長と第３波長の光線を含む光線９０６を反射するように設計されている。

図１６は、前述および図１から図１５において示した装置と方法のいずれか、あるいは、これらを組み合せたものが装置２１４に内蔵されたものを示している。装置２１４は、ワイヤレス装置携帯電話、ポータブルＤＶＤプレーヤー、ポータブルテレビジョン装置、ラップトップ、ポータブル電子メール装置、ポータブルミュージックプレーヤー、携帯情報端末、またはこれらのいかなる組合せをも含むことができる。

装置２１４は、前述の光線源装置を内蔵したプロジェクタ２１６を含むことができる。プロジェクタ２１６は、プロジェクタを制御するようにプログラムされたプロセッサ２１８にカップリングされており、前述したレーザ、スキャナーおよび作動的に駆動されるコンポーネントを含んでいる。

プロセッサ２１８は、静止画像とビデオデータの両方を含む画像データ２２２を保存したメモリ２２０にカップリングされることができる。プロセッサ２１８は、画像データを処理し、スクリーン２３２上に画像データ２２２に対応する画像をプロジェクタ２１６に創出させる制御信号を発生させるべくプログラムすることができる。

プロセッサ２１８は、１以上の入力装置および出力装置にカップリングすることもできる。例えばＬＣＤスクリーン２２４のごときスクリーン２２４は、ユーザにプロセッサ２１８の操作状況について視認させることができ、画像データ２２２を表示するための別手段として作用することができる。

実施例によっては、スクリーン２２４は、ユーザ入力を受領するタッチスクリーンであ
る。ＬＣＤスクリーン２２４は、オプションであって、前述の実施例を実施するために必
ずしも必要ではない。プロセッサ２１８は、ユーザ入力を受領するためのキーパッド２２
６にカップリングすることもできる。スピーカー２２８は、警告や指示をユーザに提供す
るためにプロセッサ２１８にカップリングすることができる。スピーカー２２８は、ビデ
オ画像データ２２２に対応する音声データを提示することができる。情報を送信および受
信するためにアンテナ２３０をプロセッサ２１８にカップリングすることができる。アン
テナ２３０は、装置の外部に延び出ているが、アンテナは、装置内部に収容することもで
き、装置の何処に配置してもよいことは理解できるであろう。

前述の概要、図面の簡単な説明および詳細な説明は、本発明の実施例を理解しやすい状態にして説明したものである。その他の構造、方法および均等技術も本発明の範囲内である。例えば、方法や物理的実施例は、組合せでも単独でも実施できる。

さらに光線源は、発光ダイオード、白熱光源、蛍光光源、レーザダイオード、ガスレーザなどの数々の異なる技術を含むことができる。従って、特に指定していない限り光線源またはレーザ等の用語は、これらを幅広く指すものである。

“光線”という用語が使用されているが、これは、一般的に人間の目で感知できる波長を超えた電磁エネルギーの範囲に対応するものであることは、理解できるであろう。特に指定していない限り“光線”は、可視スペクトルよりも幅広い波長範囲を含むものであると解釈されるべきである。

よって本発明の範囲は、「請求の範囲」によってのみ限定される。

Claims (7)

1. 複数波長光線源であって、
   第１波長光線を発光させる第１波長光線源と、
   前記第１波長光線源からの第１波長光線を受領し、偏光された第１波長光線を伝達し、
   第２波長および第３波長の光線を反射するように整合された偏光器と、
   前記偏光器からの第１波長光線を受領するように整合され、第１波長光線を第２波長光線に変換するように設計された波長コンバータと、
   第１波長光線および第２波長光線を前記波長コンバータから受領するように整合され、
   第１波長光線と第２波長光線を前記波長コンバータに向けて反射するように設計されたキャビティミラーと、
   第３波長光線を前記キャビティミラーと前記波長コンバータとを通して発光させる第３波長光線源であって、前記偏光器は、前記波長コンバータからの第２波長光線と第３波長光線を受領するように整合されており、第２波長光線と第３波長光線を複合光線として出力軸に沿って発射するように設計された第３波長光線源と、
   を含んでいることを特徴とする複数波長光線源。
2. 第３波長光線源からの光線を受領し、該受領した第３波長の光線をキャビティミラーと波長コンバータに向けて発射するビームコンバイナをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の複数波長光線源。
3. 第４波長の光線を発光させる第４波長光線源をさらに含んでおり、
   ビームコンバイナは、さらに、前記第４波長光線源からの光線を受領して第３波長光線と第４波長光線の複合光線をキャビティミラーと波長コンバータとに向けて発射するように設計されており、
   偏光器は、第２波長光線、第３波長光線および第４波長光線を前記波長コンバータから受領し、第２波長光線、第３波長光線および第４波長光線を複合光線として出力軸に沿って発射するように整合されていることを特徴とする請求項２記載の複数波長光線源。
4. 第１および第３波長光線源は、第１および第３波長光線の強度を変調し、
   複合光線は、第２波長および第３波長の変調光線を含んでいることを特徴とする請求項１記載の複数波長光線源。
5. キャビティミラーは、第１波長の光線を反射させるように設計された狭波長帯域リフレクタを含んでいることを特徴とする請求項１記載の複数波長光線源。
6. キャビティミラーは、第３波長の光線を通過させるように設計されていることを特徴とする請求項１記載の複数波長光線源。
7. 複合光線源であって、
   長波光線を発射する光ポンプと、
   前記長波光線を受領するように整合されており、偏光された長波光線を伝達し、第２波長と第３波長の光線を反射するように設計された偏光器と、
   前記偏光器からの前記偏光された長波光線を受領するように整合されており、前記長波光線を第２波長光線に変換するように設計された波長コンバータと、
   ビームコンバイナと、を含んでおり、
   該ビームコンバイナは、
   ａ）前記波長コンバータから前記長波光線と第２波長光線を受領し、該長波光線と第２波長光線を反射して前記波長コンバータに戻して通過させ、
   ｂ）第３波長光線を受領し、受領した該第３波長光線を、前記波長コンバータを通過するように方向付けるように設計され、
   前記偏光器は、前記第２波長光線及び前記第３波長光線を、実質的に共通の出力軸に沿って複合出力光線として出射することを特徴とする複合光線源。

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