JP6667533B2 - プロジェクターシステムの照射のためのrgbレーザー源 - Google Patents
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Description
必要な輝度をもたらす高出力と、
スペックル効果をうまく最小化する広いスペクトル線幅と、
温度及びダイオードバイアス電流の変動から独立した安定な中心波長と、を含む。
図4から7を参照すると、開示された高帯域(BB)緑色レーザー22は、パルス状の緑色の光を発生させるI型及びII型SHGに基づく、小型、堅牢、変換効率に優れ、コストに優れた構造である。緑色レーザー15は、ナノ秒からピコ秒の波長範囲におけるパルス状出力を出力するように動作可能であり、スペクトル線幅Δλは、520から545nmの範囲内の所望の中心波長において半値幅(FWHM)で3nmを超え、変換効率は、有効に、40%から70%の範囲にある。図4から7で開示された緑色レーザー15のアーキテクチャのそれぞれは、ランダムに偏光され、広帯域(BB)であり、単一モード(SM)の信号ポンプ光を放出するように動作可能である信号光ポンプを含む。開示された緑色レーザーのアーキテクチャのそれぞれはまた、5xxnmの波長範囲の緑色の光を発生させる単一パスまたは複数パス変換方式を有する2次高調波発生器(SHG)も利用し、520から540nmの波長範囲が特に望ましい。
開示された赤色レーザーによる基本的な目標は、照射されるデジタルディスプレイのスペックルノイズを最小化し、高い輝度を得るのに十分な広いスペクトル線を有する赤色のレーザービームを発生させることである。これは、1.ラマンファイバー内で最大25nmの広いスペクトル線を有する1220から1300nmの発光波長範囲の所望のラマンシフトされた波長で発光するラマン変換器、及び2.単一赤色レーザーについてFWHMで4から5nm及び複数赤色レーザーで8から10nmののスペクトル線幅を有する610から650nmの波長範囲内の赤色光を発生させるために、LBO非線形結晶による前述の放出スペクトル範囲内の所望のラマンシフトされた波長で幅広いスペクトル線をスペクトル許容すること、の2つの主要な前提に基づく、開示された赤色ファイバーレーザーによって達成される。高出力の回折制限された広帯域赤色光を出力するように動作する開示された光源の実際の実装形態は、それぞれ615nm及び635nmの中心波長で赤色光を発生させる、ラマン散乱及び合計周波数非線形効果を利用する2つの実施形態によって実現される。
図2Bの青色レーザー26は、複数の複数モード(MM)ダイオードレーザーを含む。ダイオードレーザーは、例えば6または12個のダイオードレーザーをそれぞれ収容しうる1つまたは複数のモジュールにグループ化される。各モジュールの出力は、最大で約40Wに達することができ、所望の出力の要求は、いくつかのモジュールを1つにパッケージすることによって達成可能である。実用的な考慮事項に関して、青色レーザー26の出力は、例えば100から500Wの間で変動可能である。青色レーザー26は、前述の緑色及び赤色レーザーのように、440から470nmの間で変動する安定した中心波長を有する。最終的な目標、スペックルの抑制に対して真に、図21に示されるように青色レーザー26は約4から8nmの間の安定した広い帯域を有する光を出力する。
図3及び4を参照すると、RGBレーザー光源15は、出力の拡大が容易であり、所望の設定の制御が容易であり、必要になれば、これを変調することが容易である。まとめると、デジタル映画などについての本発明のRGBレーザー光源は、好適には赤色、緑色及び青色のチャンネルをそれぞれ含む2つのRGBセットを有する。CW/QCW/パルス方式で動作可能である本発明の光源15のランダムに偏光した光のビームの輝度は、約150klmに達しうる。
10 レーザープロジェクターシステム
12、15 レーザー光源
14 プロジェクターヘッド
16 ラック
18、20 レーザーモジュール
22 緑色ファイバーレーザー
24 赤色ファイバーレーザー
28 信号ポンプ
30 キャビネット
32、34、36 ファイバー結合器
38 波長識別器
44、44’ RGB結合器
46、46’ 供給ファイバー
412、548、648、748、1016 SHG
414 上流側非線形I型結晶
414’ 軸
416 下流側非線形I型結晶
416’ 軸
418 Ybファイバーレーザー
424、524 入射コリメートユニット
428、528 入射集束レンズ
434 中間コリメータ
436、536 出力コリメートユニット
440 反射器
443 コリメータ
444 ファイバー
445 大型スクリーン
446 デポラライザー
522 レーザーヘッド
528 集束レンズ
532 第1の中間レンズ
552、662 ウォークオフ補償平板
554 II型上流側LBO結晶
554’ 軸
556 II型下流側LBO結晶
556’ 軸
558 出力1/2波長板
560 下流側1/2波長板
618 IR BB Yb信号光ファイバーレーザー
644 ファイバー
646 デポラライジング平板
665 出力コリメータ
670 LBO結晶
672 出力ビーム
674 1/4波長板
676 高反射率リレーイメージング球面ミラー
678、680 ミラー
682 II型結晶
1010、1210 赤色光レーザー
1012 ポンプ
1014 ラマン変換器
1016 LBO非線形結晶
1018 SM ダイオードレーザー
1020 前段増幅ステージ
1022 ブースター
1024 Ybドープアクティブファイバー
1026 WDM
1028 CWラマンシード
1322 ブースター
1330 シリカファイバー
1332 入力SM PM受動ファイバー
1334 出力SM PM受動ファイバー
1338 MMコア
1342、1344 モード変換器
1516 LBO
1550 赤色光レーザー
1552 高反射器
1554 低反射器
1555 SM LPラマンレーザー
1556 QCW Ybドープファイバー発振器
1558 シードダイオードレーザー
1616 LBO
1620、1622 増幅ステージ
1626 WDM
1628 広帯域ラマンシードダイオードレーザー
1652 HR
1655 ラマンレーザー
1664 LR
1800、1802 増幅ステージ
1805、1806 入力ミラー
1808 ミラー
1810 結合器
1812 LBO
1850 赤色レーザー
Claims (17)
- 少なくとも第1のチャンネルを含む照明プロジェクターシステムのための赤・緑・青(RGB)レーザー光源であって、第1のチャンネルが、
ランダムに偏光された(RP)広帯域(BB)単一モード(SM)緑色レーザーを有して構成され、
前記RP BB SM緑色レーザーが、
1μmの波長範囲の基本波長でパルス状のRP BB SMポンプビームを出力するように動作可能であるマスター発振器出力ファイバー増幅器(MOPFA)ポンプと、
SM BBパルスポンプビームを受け取り、5xxnmの波長範囲、少なくとも4nmの広いスペクトル線幅Δλ1のBB緑色光の一連のパルスを出力する三ホウ酸リチウム(LBO)非線形結晶を有して構成された、2次調和発生器(SHG)と、
中心波長でRP SM BBパルスポンプビームを出力するように動作可能な準連続波(QCW)ファイバーレーザーポンプ及び、6xxnmの波長範囲の、少なくとも4nmの広いスペクトル線Δλ2を有する赤色光の一連のパルスを出力するようにRP SM BBパルス状ポンプビームを受け取るLBO非線形結晶を有する周波数変換器を有して構成されたRP BB SM赤色レーザーと、
4xxnmの波長範囲の中心波長で少なくとも4nmの広いスペクトル線幅Δλ3のBB 青色光を出力する青色光レーザーと、を含む、
RGBレーザー光源。 - 3D画像を出力するために、前記第1のチャンネルの各中心波長とは異なる中心波長で各RGB光を出力するRP BB SM緑色、赤色レーザー及びBB青色レーザーを含む、第2のチャンネルをさらに含む、請求項1に記載のRGB光源。
- 2Dまたは3D画像を出力するように動作可能なプロジェクターをさらに含む、請求項1または2に記載のRGB光源。
- それぞれが、前記第1及び第2のチャンネルのそれぞれの複数の赤色レーザー、複数の緑色レーザー、及び複数の青色レーザーから光をそれぞれ受け取り、少なくとも8nmの広いスペクトル線をそれぞれ有する、蓄積赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ出力するように構成された、複数の単色赤色、緑色及び青色結合器と、
前記第1及び第2のチャンネルのそれぞれから蓄積赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ受け取り、ランダムに偏光された(RP)白色光を出力するように動作可能である複数の下流側結合器と、をさらに含む、請求項2に記載のRGB光源。 - 前記RP BB SM緑色レーザーがさらに、前記RP BB SMパルス状ポンプビームを、前記LBO内で40μmを超えないウェスト直径のビームに集束するように構成された集束光学系を含む、請求項1に記載のRGB光源。
- 前記SHGが、単一パス変換方式として構成され、垂直な平面に延設する軸をそれぞれ有する上流側及び下流側I型LBO結晶、並びに蓄積RP BB SM緑色光及び前記上流側I型LBO結晶内で変換されなかったRP BB SMポンプビームを出力するように構成された前記下流側I型LBO結晶のバルク内の前記上流側I型LBO結晶からの出力を集束する第1の集束レンズを有する、請求項5に記載のRGB光源。
- 前記上流側及び下流側I型LBO結晶内で発生した緑色光の合計に等しい平均出力で蓄積RP BB SM緑色光を出力するように動作可能である出力コリメートユニットをさらに含み、前記出力コリメートユニットが、前記下流側I型LBO結晶内で変換されていないRP BB SMポンプビームに対して透明であり、高反射率ミラーが出力コリメータ内で前記蓄積BB緑色光を集束するように下流側集束レンズに前記蓄積BB緑色光を案内する出力経路に沿って前記蓄積RP BB SM緑色光を反射する波長識別器を含む、請求項6に記載のRGB光源。
- 前記上流側I型LBO結晶から下流側に配置された複屈折デポラライザーをさらに含み、上流側及び下流側I型LBO結晶のそれぞれからの前記RP BB SM緑色光が、互いに干渉することなく伝搬する、請求項6に記載のRGB光源。
- 前記緑色光の前記SHGがさらに、
平行平面内に延設する軸をそれぞれ有する、一対の上流側及び下流側の離隔されたII型LBO結晶と、
第1及び第2のII型LBO結晶のそれぞれから上流側に位置し、前記上流側及び下流側II型LBO結晶のそれぞれからのRP BB緑色光間の干渉を防ぐように構成された上流側及び下流側1/2波長板と、
複屈折材料からなり、前記第1のII型LBO結晶から上流側に配置されたウォークオフ補償平板であって、前記ウォークオフ補償平板が、特殊ポンプ波のウォークオフを、前記第1のII型LBO結晶によって提供されるのと反対の方向に提供するように構成された、ウォークオフ補償平板と、
前記上流側及び下流側の第2のII型LBO結晶内で発生した緑色光の合計に等しい平均出力を有する蓄積RP BB緑色光を出力するように動作可能な出力コリメートユニットであって、コリメートが、前記第2のII型LBO結晶によって変換されていないRP BB SMポンプビームに対して透明であり、出力経路に沿って前記蓄積BB緑色光を反射する波長識別器で提供される、出力コリメートユニットと、を含む、請求項5に記載のRGB光源。 - 前記RP BB SM緑色光のSHGがI型LBO結晶を含み、複数パス周波数変換方式として動作するように構成され、複数パス周波数変換方式が、
変換されていないRP BB SMポンプ光及びRP SM BB緑色光を受け取るための前方伝搬光経路に沿って、前記I型LBO結晶の下流に配置された高反射率凹面反射器であって、前記高反射率凹面反射器が、前記変換されていないRP SM BBポンプ光をRP SM BB緑色光に変換するための前記I型LBO結晶を通る後方光伝搬光経路に沿って、受け取った光を反射して戻すように構成され、前記前方伝搬光経路及び前記後方伝搬光経路が前記I型LBO結晶内で互いに交差しない、高反射率凹面反射器と、前記前方及び後方で変換された緑色光を受け取り、出力する緑色光コリメータと、を有して提供される、請求項5に記載のRGB光源。 - 前記RP BB SM緑色レーザーの前記SHGがさらに、II型LBO結晶から上流側に配置されたウォークオフ平板を含み、前記SHGが複数パス周波数変換方式として動作するように構成され、
変換されていないRP SM BBポンプ光及びRP SM BB緑色光を受け取る前方伝搬光経路に沿って、前記II型LBO結晶から下流側に配置された高反射率凹面反射器であって、前記高反射率凹面反射器が、前記変換されていないRP SM BBポンプ光をRP SM BB緑色光に変換するための前記II型LBO結晶を通して後方光伝搬光経路に沿って、受け取った光を反射して戻すように構成され、前記前方及び後方伝搬光経路が、前記II型LBO結晶内で互いに交差しない、高反射率凹面反射器と、前記前方及び後方に変換された緑色光を受け取り、出力する緑色光コリメータと、を含む、請求項5に記載のRGB光源。 - 前記RP BB SM赤色レーザーの前記QCWファイバーレーザーポンプが、単一ダイオードレーザー発振器及びSMイッテルビウム(Yb)出力増幅器ファイバーレーザーを含むMOPFA方式を有して構成され、前記QCWファイバーレーザーポンプが1030から1120nmの波長でSM内でパルス状のポンプ光を放出するように動作可能であり、
前記周波数変換器が、前記Yb出力増幅器の出力にスプライスされた単一パスSMファイバーラマン変換器として構成され、前記パルス状のポンプ光を案内するコア及び前記コアを取り囲むクラッディングを有し、
前記ラマン変換器が、前記パルス状のポンプ光の「n」次周波数ストークスシフトを誘導して、1220から1300の間で変動し、少なくとも10nmの広いスペクトル線を有する所望のラマンシフトされた波長で前記ポンプ光を出力し、「n」が整数である、請求項1に記載のRGB光源。 - 前記ラマン変換器が、シリカクラッディング内のシリカコアまたはリン酸ガラスコアを有するPMファイバーを有して構成され、
前記シリカコアを有するラマン変換器が、前記ポンプ波長を前記所望のラマンシフトされた波長に変換するために3次または4次周波数ストークスを誘導するのに十分な長さを有し、
前記リン酸ガラスコアを有するラマン変換器が、前記ポンプ光のポンプ波長を前記所望のラマンシフトされた波長に変換するために1次周波数ストークスを誘導するのに十分な長さを有して構成された、請求項12に記載のRGB光源。 - 前記単一パスSMラマン変換器に結合された前記所望のラマンシフトされた波長で光を放出するための、連続波(CW)方式で動作するシードをさらに含む、請求項12に記載のRGB光源。
- 前記ポンプ光と、前記Yb出力増幅器ファイバーレーザーから上流側または下流側で前記所望のラマンシフトされた波長の光を多重化する波長分割多重化(WDM)をさらに含む、請求項14に記載のRGB光源。
- 前記単一パスラマン変換器が、50から80%の範囲の変換効率で動作し、前記RGB光源の全ウォールプラグ効率が6から20%の範囲で変動する、請求項12に記載のRGB光源。
- 前記緑色レーザー及び赤色レーザーのポンプが、SMのみをサポートすることが可能であるMM増幅媒体を有して構成された、請求項1に記載のRGB光源。
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