JP6966144B1 - 光ビーム放射装置およびそれを用いた光ビーム投影装置 - Google Patents

Abstract

光ビーム放射装置及び光ビーム投影装置に関し、小型化でき、且つ、構成が簡単で色むらが生じず、かつ、映像出力信号のタイミング調整など複雑な映像信号の処理を簡単にする。複数の光源と集光部材とを有し、前記複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する前記複数の光源の配列方向の範囲を、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後のビームの前記配列方向のサイズ内とする。

Description

本発明は、光ビーム放射装置およびそれを用いた光ビーム投影装置に関するものであり、例えば、小型化が可能で、かつ構成が単純な光ビーム放射装置および光ビーム投影装置を提供する。

従来、色の異なる複数の光ビームを用いてカラー映像を投影するための光ビーム投影装置では、合波器を設けて各ビームを1本に合波し、その合波ビームを２次元走査して映像をスクリーン等に投影する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、複数の光ビームを合波せず、そのまま走査して映像を得る方法が、かなり以前から知られている（例えば、特許文献２乃至特許文献４参照）。

特許第５８１７０２２号 特開２００３−２１８００号公報 欧州登録特許３０５４６７６ 欧州登録特許２９７７８０８

しかし、特許文献１のように合波器を用いた光ビーム投影装置では、合波するための部品が必要であり、装置構成が複雑になって、装置自体の小型化が難しい欠点がある。

一方、特許文献２乃至特許文献４のように、複数の光ビームを合波せず映像を投影する光ビーム投影装置では、装置構成は簡単になるが、ビームが１本化されていないため、色むらが生じ、高精細の映像を得ることが難しくなる欠点がある。このため、映像出力信号のタイミング調整など複雑な映像信号の処理が必要になる欠点がある（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。

したがって、本発明は、複数の光ビームを合波せず映像を投影する光ビーム投影装置において、色むらが生じず、かつ、映像出力信号のタイミング調整など複雑な映像信号の処理が簡単な光ビーム放射装置およびそれを用いた光ビーム投影装置を提供することを目的とする。なお、本発明においては、「光ビーム放射装置」は、複数の光ビームを単に放射する装置を言い、「光ビーム投影装置」は、「光ビーム放射装置」から放射された光ビームを光走査ミラー等によって走査し、スクリーン等に映像を投影する装置を言う。

一つの態様では、光ビーム放射装置は、複数の光源と集光部材とを有し、前記複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する前記複数の光源の配列方向の範囲が、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後のビームの前記配列方向のサイズ内に入っている。

他の態様では、光ビーム投影装置は、上述の光ビーム放射装置と、前記光ビーム放射装置からの前記光ビームの収束点に配置された２次元光走査可能な反射ミラーとを有する。

一つの側面として、光ビーム放射装置およびそれを用いた光ビーム投影装置において、合波器を用いないので、光ビーム投影装置の構成が簡単になるとともに、光ビームのパワを増やしても対応可能となる。このため、映像品質が劣化せずに、光ビーム投影装置の小型化とハイパワー化が可能になる。

本発明の実施の形態の光ビーム放射装置の構成説明図である。 光源が位置ずれした場合の説明図である。 光源の横方向移動量と光ビームの断面形状の扁平率の関係を示すシミュレーション結果の説明図である。 映像のデッドスペースの問題の説明図である。 スキャン像の各デッドスペース（光ビーム２_１基準の場合）の説明図である。 往復で映像を形成する場合のラスタースキャンの概念図である。 本発明の実施例１の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例２の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例３の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例４の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例５の光ビーム放射装置の概念的平面図である。 本発明の実施例６の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例７の光ビーム放射装置の概念的平面図である。 本発明の実施例８の光ビーム放射装置の概念的側面図である。 本発明の実施例９の光ビーム放射装置の概念的平面図である。 本発明の実施例１０の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１１の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１２の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１３の光ビーム投影装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１４の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１５の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１５の光ビーム放射装置の光学構成の説明図である。 本発明の実施例１６の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１７の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１８の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１９の光ビーム放射装置の概念的構成図である。 本発明の実施例２０の光ビーム放射装置の正面図である。 本発明の実施例２０におけるスキャン像の各デッドスペースの説明図である。 本発明の実施例２０における往復で映像を形成する場合のラスタースキャンの概念図である。

ここで、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の光ビーム放射装置を説明する。図１は本発明の実施の形態の光ビーム放射装置の構成説明図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。なお、図１においては光源を３個としているが、光源の数は任意である。

複数の光源１_１〜１_３を配置し、単一の集光部材５によって光ビーム放射装置が構成される。なお、この場合の集光部材５としては集光レンズを用いた場合を示している。光源１_１〜１_３の出射スポット３_１〜３_３から出射した光ビーム２_１〜２_３は、光の中心軸の光跡４_１〜４_３が互いに平行になるように、光ビーム２_１〜２_３の形状は拡がりながら集光部材５に向かって進行する。

その後、集光部材５で集光され、集光部材５で集光された後は、コリメートされた光ビームとして、それぞれの光源１_１〜１_３から出射した光の中心軸の光跡４_１〜４_３が交わるように進行する。なお、コリメートされた光ビームとは、ビーム径が変化せずに進行する光ビームのことを言う。この光の中心軸の光跡４_１〜４_３が交わる点を収束点６と呼ぶことにする。この収束点６と集光部材５としての集光レンズ間の距離は数学的な厳密さで集光レンズの焦点距離と等しい必要はない。

ここで、複数光源１_１〜１_３の配列方向の間隔Ｄが、最も中心に配置された光源１_１からの光ビーム２_１の集光部材５を通過した直後の光ビーム２_１のサイズＱ以下の範囲になるように設定する。この場合の光ビーム２_１の直径は、光ビームをガウシアンビームに近似して、光パワーが中心軸上の値から１／ｅ^２（ｅ：ネピア数 ）になる直径とする。なお、光ビーム２_１が集光部材５を通過した直後の光ビーム２_１のサイズＱとは、集光部材５がレンズの場合にはレンズを透過した直後のビーム径であり、集光部材５が反射体からなる場合には反射体で反射された直後のビーム径である。

このようにすることによって、
ａ．映像をスクリーン等に投影した場合、走査画面の両サイドのデッドスペースを小さくすることができ、その結果、効率良く、映像を生成することができる。
ｂ．例えば、カラー映像を得るために、赤、青、緑の光ビームを放射する光源の出射スポットの位置が異なることによって生じる映像信号のタイミングの調整が容易になる。すなわち、個々の出射スポットの位置の差にほぼ比例した単純な時間ズレを信号に与えることによって、複雑な信号処理なしで、色むらや色ずれの無いカラー映像を得ることができるので、この事情を図２乃至図６を参照して説明する。なお、複数の光源１_１〜１_３の光ビーム２_１〜２_３が集光部材５を通過した直後のビーム直径が異なる場合でも、最も中心に配置された光源１_１のビーム直径を用いる。

図２は、光源が位置ずれした場合の説明図であり、図２（ａ）は光源が位置ずれした場合の平面図であり、図２（ｂ）は側面図であり、図２（ｃ）は断面形状の変化の説明図である。図に示すように、光源１から出射した光ビーム２を集光部材５（図の場合は、単レンズ）でコリメートビームにした場合に、光源１を横方向（光源の配列方向：図においては縦方向）に移動すると、光ビーム２は、図２（ａ）に示すように変形する。特に、光ビーム２の断面形状は、光ビーム２が等方的に出射された場合、図２（ｃ）に示すように円形から楕円にゆがむことになる。

図３は、光源の横方向移動量と光ビームの断面形状の扁平率の関係をシミュレーションしたものである。ここでは、コリメートビームの直径（図１のＱに対応）を１ｍｍ、単レンズの焦点距離を６ｍｍ、単レンズの口径を４ｍｍとしてシミュレーションを行った。図３から分かるように、横方向移動量が０．５ ｍｍ付近で、扁平率が１０％を超え、且つ、０．５ｍｍよりも大きくなると扁平率は急激に大きくなることが分かる。通常、扁平率は、ビーム品質が劣化しないように、１桁以内で使用することが望ましい。なお、扁平率は扁平率＝１−楕円率で表され、楕円率は楕円の短径と長径の比で表される。

この結果は、図１中の範囲Ｑ（―０．５ ｍｍ〜０．５ ｍｍの範囲）を超えて、光源１を配置すると、その光ビーム２の形状が大きく劣化することを示すものである。また、この条件は、集光レンズの種類、光ビームの直径、レンズの焦点距離、光源１の放射角にかかわらず、また、横方向移動した光源１の放射角が、元の位置における光源１の放射角と異なる場合でも、実用的な条件のとき（光源１の放射角が３０ｄｅｇ以内で、コリメートビーム直径は５ ｍｍ以内）、ほぼ一般的に成り立つ。

また、放射角が等方的でなく、光源１から出射された光ビーム２の断面形状が元々楕円の場合でも、光源の配置方向（横方向）のビーム径を用いれば同じことが言える。このことから、複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する光源の配列方向の範囲Ｄが、光ビーム２が集光部材５を通過した直後の光源の配列方向の光ビームの直径の範囲Ｑ内に入っていることが望ましいことが分かる。

次に、図４及び図５を参照して映像のデッドスペースの問題を説明する。図４（ａ）において、光源１_１〜１_３から出射した光ビーム２_１〜２_３が、集光レンズ５によって、コリメート光になるときの関係は、光源が３個の場合、以下の式で表される。
ｄ_ＬＤＳ＝（１/２）（ｔａｎ（（１/２）θ_ｄｅａｄ）／ｔａｎθ_ＬＤ）×ｄ_ｂ
但し、ｄ_ＬＤＳは、光源１_１と光源１_２の出射スポット間の間隔、θ_ＬＤは、光源１_１から出射した光ビームの放射角の半分、ｄ_ｂは、光源１_１が集光レンズ５通過後のコリメートされた光ビームの直径、θ_ｂＡＸは、光源１_２の光ビームの中心軸の光跡４_２が集光レンズ５通過後の光源１_１の光ビームの中心軸（光跡４_１）とのなす角度を表し、
θ_ｄｅａｄ＝２θ_ｂＡＸ
となる。θ_ｄｅａｄは、一つの走査ミラーを用いて、光ビームを横方向に走査したとき、スクリーン上で３本のビームがすべて到達しないデッドスペースに対応する角度の合計を表す。図５においては、光ビーム２_１を基準とした場合、重複する角度を除いて、図中に示したスキャン像の各デッドスペースθ_{ｄｅａｄ１}の合計がθ_ｄｅａｄになる（θ_{ｄｅａｄ１}＋θ_{ｄｅａｄ１}＝θ_ｄｅａｄ）。ここでは、走査ミラーを可動ミラー部２９を備えたＭＥＭＳミラー装置として表している。

検討の結果、デッドスペースに対応する角度の合計は、少なくとも、光源から出射した光ビームの拡がり角２θ_ＬＤよりも小さいとき（θ_ｄｅａｄ＜２θ_ＬＤ）、映像信号のタイミングの調整が格段に容易になるので、ｄ_ＬＤＳ＜ｄ_ｂ／２を満たす必要がある。また、両サイドのデッドスペースが小さいことが、効率良く映像が生成する点で有効であるのはもちろんである。即ち、以上から、Ｄ＝２ｄ_ＬＤＳ及びＱがこの場合ｄ_ｂになるので、Ｄ＜Ｑ が構成上望ましい範囲になる。

これらの結果は、実用的な条件の時（光源の放射角：３０ｄｅｇ以内、コリメートビーム直径：５ ｍｍ以内）、ほぼ一般的に成り立つ。また、光源が３個以上の場合でも、配置された１番外側の光源が、最も真ん中に配置された光源のＱの範囲内に入ることが望ましい。

また、収束点６は、集光部材５の焦点距離に一致している必要はなく、集光部材５の焦点距離より短くても良い。そのためには、中央に配置した光源１_１に対して両サイドに配置した光源１_２,１_３を内側に向けて傾ければ良い。したがって、収束点６に光走査ミラーを置く場合、光ビーム投影装置のサイズを小さくできるメリットがある。

一般に、半導体レーザの積層構造は半導体材料によって異なるため、発光波長の異なる光源（半導体レーザ）１_１〜１_３の出射スポット３_１〜３_３の高さ方向の中心の位置が異なることになる。高さ方向の中心の位置が異なる出射スポット３_１〜３_３からの光ビーム２_１〜２_３を光走査ミラーで走査し、スクリーン等にラスタースキャン像（横方向高速掃引、高さ方向低速掃引のラスター掃引）を形成した場合、色むらや色ずれを起こすことになる。

図６は往復で映像を形成する場合のラスタースキャンの概念図であり、ラスタースキャン（Ｒａｓｔｅｒ ｓｃａｎ）とは、２次元の映像を、まず点で１次元的に走査して線（走査線 （ｓｃａｎ ｌｉｎｅ） と言う）を得て、次いでその直角方向にその線で走査して、２次元の面で映像を得る方法である。

上述の色むらや色ずれを無くすために、光源１_１〜１_３を段差のある台座に設置して、出射スポット３_１〜３_３の中心の高さ（光源の配列方向に対して垂直方向）の差をΔｈ以内に揃えれば良い。Δｈは、スクリーン等にラスタースキャンされた映像において、横方向に繰り返し走査される最近接の映像生成に用いられる走査線の間隔の２分の１に対応する値とする。つまり、出射スポットの位置をΔｈだけ高さ方向に変えると、スクリーン上で、走査線の間隔の２分の１だけ変化することになる。ここで、横方向高速掃引走査線は、光源の配列方向（横方向）に光ビームを走査して得られるとする。また、光源の配列方向に対して垂直方向に光ビームを走査して、高さ方向低速掃引のラスター掃引が得られる。このことにより、光ビーム２_１〜２_３を走査することによって映像を投影する場合、色むらや色ずれの無い高品質な映像を得ることができる。なお、必要であれば、台座の前面に段差を形成して、出射スポット３_１〜３_３から出射した光ビーム２_１〜２_３が台座によってケラレないようにしても良い。なお、Ｄ_ｂｅａｍは、１／ｅ^２全幅で表されるビーム径である。

また、集光部材として集光レンズを用いた場合、複数の光源１_１〜１_３から出射するそれぞれの光ビーム２_１〜２_３の出射スポット３_１〜３_３の光の進行方向の位置、乃至、光ビーム２_１〜２_３の出射方向を変えて、光源１_１〜１_３から出射する光ビーム２_１〜２_３の波長の違いによる色収差の補正を行い、全ての光ビーム２_１〜２_３が収束点の１点で交わるようにしても良い。

例えば、中心の光源１_１の出射スポット３_１から赤色の光ビーム２_１を出射し、光源１_２の出射スポット２_２から青色の光ビーム２_２を出射し、光源１_３の出射スポット３_３から緑色の光ビーム２_３を出射するとする。ここで、光ビーム２_１〜２_３の出射スポット３_１〜３_３の光の進行方向の位置を波長の長い赤、緑、青の順に集光レンズからわずかに遠ざかるように配置することで、単一の集光レンズの色収差を補正して、全ての光ビーム２_１〜２_３が収束点６の１点で交わるようにすることができる。

また、光ビーム２_１〜２_３の出射スポット３_１〜３_３の光の進行方向の位置を変える方法の外に、光源１_２からの青色の光ビーム２_２の出射方向をわずかに外側に向け、光源１_３からの緑色の光ビーム２_３をわずかに外側に向けても良い。更に、光ビーム２_１〜２_３の出射スポット３_１〜３_３の光ビームの光の進行方向の位置を変えると同時に、光ビーム２_１〜２_３の出射方向を変えて色収差の補正を行っても良い。上述した例では、赤色、青色、緑色の光ビーム２_１〜２_３の場合を説明したが、他の波長の光源を用いた場合も同様の構成によって、色収差を補正できることは勿論である。

また、集光部材５として、単一の集光レンズの代わりに、集光用の凹面反射鏡を用いても良く、基本的な光源等の構成は、集光レンズを使った場合と同じであるが、集光用の凹面反射鏡を用いることによって、集光レンズを用いたことで生じる色収差の問題は解消されることがメリットである。

この場合、凹面反射鏡を配置する位置により側面反射型とすることも上方反射型とすることも可能であり、凹面反射鏡により光ビーム２_１〜２_３の曲げる角度は直角でも或いは直角以外でも良く、用途に応じて決めれば良い。さらには、凹面反射鏡の代わりに、集光用のホログラフィックレンズあるいは反射板を用いても同じ効果が得られる。

また、図１の説明においては、コリメートされた光ビーム２_１〜２_３として説明したが、集光部材５から先の位置で集光する集光光ビームを用いた光ビーム放射装置でも良い。また、光源１_１〜１_３としては、半導体レーザが典型的なものであるが、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いても良い。波長としては、赤色光、緑色光、青色光からなる３原色が典型的であるが、黄色光、赤外光或いは紫外光等を用いても良い。

光ビーム投影装置を構成する場合には、光ビーム放射装置の収束点に、光走査ミラーのミラー面の中心を合わせれば良い。この様に、収束点をミラー面の中心に合わせることによって、ミラー面の面積を小さくすることができ、その結果として、光ビーム投影装置の小型化ができる。

本発明の実施の形態においては、合波器を用いないので、光ビーム放射装置の構成が簡単になり、光ビーム投影装置の小型化を実現することができる。また、合波器を用いて光ビームを１本に纏めないにもかかわらず、映像品質が劣化しない光ビーム投影装置を実現することができる。さらに、光ビームのパワーを増やす場合には光源の数を増やすだけで良いので、故障等が生じにくい光ビーム投影装置を実現することができる。

次に、図７を参照して、本発明の実施例１の光ビーム放射装置を説明する。図７は本発明の実施例１の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図７（ａ）は上面図であり、図７（ｂ）は側面図である。発光波長が６３５ｎｍの赤色半導体レーザ２０_１、発光波長が４５０ｎｍの青色半導体レーザ２０_２及び発光波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザ２０_３を間隔０．２ｍｍで平行に配置する。この場合の各半導体レーザの放射ビームの拡がり角は、１／ｅ^２全幅で１０ｄｅｇである。なお、１／ｅ^２全幅とは、各半導体レーザからの放射ビームをガウシアンビームに近似して、光パワーが中心軸上の値から１／ｅ^２（ｅ：ネピア数 ）になる直径とする。

集光レンズ２４は、例えば、口径が２．５ ｍｍφで、焦点距離が５．７２ ｍｍの単レンズを用いる。なお、単レンズを選んだのは、構成を簡単にできるとともに、安価に装置が作れる点で有利なためである。各半導体レーザからの光ビーム２１_１〜２１_３は拡がりながら集光レンズ２４に向かって進行する。その後、集光レンズ２４で集光され、集光レンズ２４を通過した後は、コリメートされた光ビームとして、それぞれの光源から出射した光の中心軸の光跡２２_１〜２２_３が交わるように進行する。なお、この場合のコリメートビーム直径は１ｍｍφとなる。コリメートされた光ビームとは、ビーム径が変化せずに進行する光ビームのことを言う。

この各光ビームの中心軸の光跡２２_１〜２２_３は収束点２５で交わる。この収束点２５と集光レンズ２４の中心点との間の距離は、集光レンズ２４の焦点距離とほぼ等しい。この時、赤色半導体レーザ２０_１〜緑色半導体レーザ２０_３から出射するそれぞれの光ビーム２１_１〜２１_３の出射スポットが存在する光源配列方向の範囲Ｄが、中央の出射スポット２３_１から出射した光ビーム２１_２が集光レンズ２４を通過した直後のビームの光源配列方向のサイズＱ（１ｍｍ）内に入っている。

また、映像のデッドスペースに対応する角度の合計が、少なくとも光源から出射した光ビームの拡がり角よりも小さいので、映像信号のタイミングの調整が格段に容易になる。また、その結果、長さが１０ｍｍと小型の光ビーム放射装置が得られ、それを用いた高精細投影装置が実現できる。なお、光源の並びの順番は、本実施例の順番の固定されるものではなく、変更はもちろん可能である。また、以下の実施例でも、各実施例で記述された光源の並びの順番は、その順番に固定されるものではない。

次に、図８を参照して、本発明の実施例２の光ビーム放射装置を説明する。図８は本発明の実施例２の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図８（ａ）は上面図であり、図８（ｂ）は側面図であり、各光源の配置以外は上記の実施例１と同じである。

即ち、発光波長が６３５ｎｍの赤色半導体レーザ２０_１、発光波長が４５０ｎｍの青色半導体レーザ２０_２及び発光波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザ２０_３を間隔０．２ｍｍで平行に配置するとともに、青色半導体レーザ２０_２及び緑色半導体レーザ２０_３を赤色半導体レーザ２０_１の光軸に対して傾斜させて配置する。

この場合の収束点２５の位置は、集光レンズ２４の中心から３ｍｍの位置となり、集光レンズ２４の焦点距離（２６）の５．７２ ｍｍより集光レンズ２４寄りとなる。したがって、長さが７．３ ｍｍと上記実施例１より更に小型の光ビーム放射装置が得られ、それを用いた高精細投影装置を実現することができる。

次に、図９を参照して、本発明の実施例３の光ビーム放射装置を説明する。図９は本発明の実施例３の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図９（ａ）は正面図であり、図９（ｂ）は上面図であり、図９（ｃ）は側面図である。実施例３においては、段差を設けた台座上に各光源を設置するものであり、その他の構成は上記の実施例１と同様である。なお、ここでは、集光レンズの図示を省略している。

実施例３における台座３０は、厚さ１ｍｍのＳｉ基板３１をコンタクト露光法で形成したエッチングマスクを用いた選択気相エッチングで形成する。この段差３２_１〜３２_３を設けた台座３０に赤色半導体レーザ２０_１、青色半導体レーザ２０_２及び発光波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザ２０_３をその出射スポット２３_１〜２３_３が一致するようにマウントする。

この場合、図に示すように、段差のある台座３０に設置し、それぞれの出射スポット２３_１〜２３_３の中心の高さの差をΔｈ以内に揃える。Δｈは、出射スポット２３_１〜２３_３から出射される光ビームを光走査ミラーで走査し、スクリーン等にラスタースキャン像（横方向高速掃引、高さ方向低速掃引のラスター掃引で、横方向掃引が、配列方向）を形成した時、横方向に繰り返し走査され、映像生成に用いられる最近接の走査線の間隔の２分の１に対応する値とし、ここではそれぞれの出射スポット２３_１〜２３_３の中心の高さの差を３μｍ以内にした。このことにより、光ビームを走査することによって映像を投影する場合、色むらや色ずれの無い高品質な映像を得ることができる。

次に、図１０を参照して、本発明の実施例４の光ビーム放射装置を説明する。図１０は本発明の実施例４の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図１０（ａ）は上面図であり、図１０（ｂ）は側面図である。実施例４においては、段差を設けた台座３０の出射端面側にさらに段差部３３を設けたもので、その他の構成は上記の実施例３と同様である。

この様に、台座３０の出射端面側に段差部３３を形成しているの、出射スポットから出射し下方に広がった光ビームが台座３０によってケラレないようにすることもできる。この段差を有する台座を設けた光ビーム放射装置を用いることにより、７２０Ｐ仕様（１２８０×７２０ピクセル）の高精細投影装置が実現できる。

次に、図１１を参照して、本発明の実施例５の光ビーム放射装置を説明する。図１１は本発明の実施例５の光ビーム放射装置の概念的平面図であり、複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットの光の進行方向の位置、乃至、光ビームの出射方向を変えたものであり、その他の構成は上記の実施例３と同様である。

ここでは、赤色半導体レーザ２０_１に対して、緑色半導体レーザ２０_３をその出射方向をわずかに外側に向けるとともに、その出射スポット２３_３が赤色半導体レーザ２０_１の出射スポット２３_１より集光レンズに近づくように配置する。赤色半導体レーザ２０_１に対して、青色半導体レーザ２０_２をその出射方向をわずかに外側に向けるとともに、その出射スポット２３_２が緑色半導体レーザ２０_３の出射スポット２３_３より集光レンズに近づくように配置する。

このように配置することで、出射スポット２３_１〜２３_３は、波長の長い赤、緑、青の順に集光レンズからわずかに遠ざかっており、且つ、出射方向が傾いているので、単一の集光レンズの色収差を補正して、全ての光ビーム２１_１〜２１_３が収束点の１点で交わるようにすることができる。なお、ここでは、光ビームの出射スポットの光の進行方向の位置と光ビームの出射方向の両者を変えたが、どちらかのみ変えた場合でも、色収差の補正は可能である。また、この場合も、上記の実施例４と同様に、台座３０の出射端面側にさらに段差部３２を設けても良い。

次に、図１２を参照して、本発明の実施例６の光ビーム放射装置を説明する。図１２は本発明の実施例６の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図１２（ａ）は平面図であり、図１２（ｂ）は側面図である。実施例６においては、集光部材としてホログラフィックレンズ４１を用いた以外は、上記の実施例１と同様である。

次に、図１３を参照して、本発明の実施例７の光ビーム放射装置を説明する。図１３は本発明の実施例７の光ビーム放射装置の概念的平面図であり、集光部材として集光レンズの代わりに集光凹面鏡を用いた以外は、上記の実施例１と同様である。

集光凹面鏡２７の凹面鏡表面の形状は、赤色半導体レーザ２０_１の出射スポット２３_１から出射した光の中心軸の光跡２２_１が、直角に側方に反射され、緑色半導体レーザ２０_３の出射スポット２３_３から出射した光の中心軸の光跡２２_３と青色半導体レーザ２０_２の出射スポット２３_２から出射した光の中心軸の光跡２２_２が集光凹面鏡２７で反射後、収束点２５で交わるようにしている。ここでは、赤色半導体レーザ２０_１の出射スポット２３_１から出射した光の中心軸の光跡２２_１が集光凹面鏡２７の凹面鏡表面に達する距離が２．３ｍｍになるように配置する。赤色半導体レーザ２０_１の出射スポット２３_１から出射した光の中心軸の光跡２２_１が直角に側方に反射された後の反射面と収束点２５との距離は、３．４ ｍｍである。つまり、赤色半導体レーザ２０_１の出射スポット２３_１と収束点２５との光路長は５．７ ｍｍ（＝２．３ｍｍ＋３．４ｍｍ）となる。この場合、集光凹面鏡２７で反射された光ビーム２１_１〜２１_３は、全てコリメートビームである。

本発明の実施例７においては、長さが９ｍｍの側方に光ビームを反射する小型の光ビーム放射装置が得られ、それを用いることにより高精細投影装置を実現することができる。また、集光部材として集光凹面鏡を用いることにより、レンズを用いたことで生じる色収差の問題を解消することができる。

次に、図１４を参照して、本発明の実施例８の光ビーム放射装置を説明する。図１４は本発明の実施例８の光ビーム放射装置の概念的側面図であり、上方に反射し、上方で収束点２５が得られるようにした以外は、上記の実施例７と同様である。この実施例８の場合は長さが９ｍｍの上方に光ビームを反射する小型の光ビーム放射装置が得られ、それを用いることにより高精細投影装置が実現することができる。

次に、図１５を参照して、本発明の実施例９の光ビーム放射装置を説明する。図１５は本発明の実施例９の光ビーム放射装置の概念的平面図であり、反射部材にとして集光凹面鏡の代わりにホログラフィック反射板４２を用いた以外は、上記の実施例７と同様である。この実施例９の場合にも、実施例７と同様に、長さが９ｍｍの側方に光ビームを反射する小型の光ビーム放射装置が得られ、それを用いることにより高精細投影装置を実現することができる。

次に、図１６を参照して、本発明の実施例１０の光ビーム放射装置を説明する。図１６は本発明の実施例１０の光ビーム放射装置の概念的構成図である。この実施例１０においては、コリメートされた光ビームの代わりに、集光レンズ２４から先の位置で集光するようにしたものであり、全ての光源（２０_１〜２０_３）において、集光レンズ２４の中心と集光点との距離を１０ｃｍとし、その他の構成は上記実施例１と同様である。但し、光源（２０_１〜２０_３）と集光レンズ２４の間隔を実施例１における間隔より大きくする。

本発明の実施例１０においては、長さが１０ｍｍと小型の光ビーム放射装置が得られ、それを用いることにより高精細投影装置を実現することができる。

次に、図１７を参照して、本発明の実施例１１の光ビーム放射装置を説明する。図１７は本発明の実施例１１の光ビーム放射装置の概念的構成図である。この実施例１１においては、光源を６個にした以外は上記実施例１と同様である。

発振波長が６３５ｎｍの２つの赤色半導体レーザ２０_１−１,２０_１−２、発振波長が４５０ｎｍの２つの青色半導体レーザ２０_２−１，２０_２−２、及び、発振波長が５２０ｎｍの２つの緑色半導体レーザ２０_３−１，２０_３−２を０．１５ｍｍの間隔で平行に配置する。この場合も最も端に置いた青色半導体レーザ２０_２−１と緑色半導体レーザ２０_３−２間の出射スポットの素子配列方向の範囲Ｄが、集光レンズ２４の最も中心に近い位置に配置された赤色半導体レーザ２０_１−１の集光レンズ２４の通過直後のビーム範囲Ｑ（赤色半導体レーザ２０_１−１からの光ビーム横方向範囲：１ ｍｍ）内に入っている。なお、配列の仕方としては、集光レンズ２４側から向かって、例えば青、赤、緑、青、赤、緑の順でも良く、どのような順でも良い。

本発明の実施例１１においては、合波器を用いていないので、６個の半導体レーザの配置が容易になり、実施例１の場合に比べて、２倍の強度の光ビームが得られ、高輝度光ビーム投影装置を実現することができる。

次に、図１８を参照して、本発明の実施例１２の光ビーム放射装置を説明する。図１８は本発明の実施例１２の光ビーム放射装置の概念的構成図である。この実施例１２においては、光源を赤外光及び紫外光を加えて５個にした以外は上記実施例１と同様である。

発振波長が６３５ｎｍの赤色半導体レーザ２０_１、発振波長が４５０ｎｍの青色半導体レーザ２０_２、発振波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザ２０_３、発振波長が８３０ｎｍの赤外光半導体レーザ２０_４、及び、発振波長が３７５ｎｍの紫外光半導体レーザ２０_５を０．１５ｍｍの間隔で順次平行に配置する。この場合も最も端に置いた赤色半導体レーザ２０_１の出射スポット２３_１と紫外光半導体レーザ２０_５間の出射スポット２３_５の素子配列方向の範囲Ｄが、緑色半導体レーザ２０_３の集光レンズ２４の通過直後のビーム範囲Ｑ内に入っている。なお、並べ方は、集光レンズ２４の中心にどの半導体レーザを置いても良く、且つ、どのような順でも良い。

本発明の実施例１２においては、合波器を用いていないので、発振波長の異なる５個の半導体レーザを用いることによって、実施例１の場合に比べて、赤外光から紫外光にわたる広範囲の波長領域の多重光ビームからなる小型の光ビーム投影装置を実現することができる。

次に、図１９を参照して、本発明の実施例１３の光ビーム投影装置を説明する。図１９は本発明の実施例１３の光ビーム投影装置の概念的構成図である。この実施例１３においては、上記実施例１の光ビーム投影装置の収束点２５にＭＥＭＳミラー装置２８の可動ミラー部２９のミラー面の中心を置き、ミラー面を緑色半導体レーザ２０_３から出射した光ビーム２１_３の中心軸の光跡２２_３から４５°傾けている。

ＭＥＭＳミラー装置２８のサイズ（チップサイズは７ｍｍ×５ｍｍ×０．７ ｍｍ （奥行き（Ｌｅｎｇｔｈ）× 幅（ Ｗｉｄｔｈ）×高さ（Ｈｅｉｇｈｔ）の順）とする。ＭＥＭＳミラー装置２８の可動ミラー部２９のサイズは１ｍｍφである。ＭＥＭＳミラー装置２８は基材としてＳｉを用い、可動ミラー部２９の材料としてＡｌ膜を用いた。

この可動ミラー部２９をピエゾ駆動方式で、最大駆動電圧±１５Ｖで駆動することによって、高速(水平)軸駆動周波数３５ＫＨｚ、高速(水平)軸振り角±１５ｄｅｇ（ミラー振れ角）、低速(垂直)軸駆動周波数６０Ｈｚ、低速(垂直)軸振り角±１５ｄｅｇ（ミラー振れ角）で２次元光走査を行う。ここではピエゾ効果を用いたピエゾ駆動方式としているが、静電駆動方式や電磁駆動方式の駆動装置でも良い。

本発明の実施例１３の光ビーム投影装置によって、７２０Ｐ仕様（１２８０×７２０ピクセル）の高精細投影装置を実現することができる。また、ここでは、２次元光走査可能なＭＥＭＳミラー装置を用いたが、２次元走査でなく、１次元走査可能な単体のＭＥＭＳミラー装置を２台連続的に用いても、映像を得ることはできる。

次に、図２０を参照して、本発明の実施例１４の光ビーム放射装置を説明する。図２０は本発明の実施例１４の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図２０（ａ）は上面図であり、図２０（ｂ）は側面図であり、集光レンズとして自由曲面からなる集光レンズ５０を用いた以外の基本的構成は上記の実施例１と同様である。

発光波長が６３５ｎｍの赤色半導体レーザ２０_１、発光波長が４５０ｎｍの青色半導体レーザ２０_２及び発光波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザ２０_３を間隔０．２ｍｍで平行に配置するが、各光源から出射する光ビームの断面形状は楕円形とする。自由曲面からなる集光レンズ５０としては、ここでは、出射する光ビームの断面が非等方的な形状の場合、レンズ通過後の光ビームの断面構造が等方的な円形に修正することができるレンズを用いる。

この各光ビームの中心軸の光跡２２_１〜２２_３は収束点２５で交わる。この時、赤色半導体レーザ２０_１〜緑色半導体レーザ２０_３から出射するそれぞれの光ビーム２１_１〜２１_３の出射スポットが存在する光源配列方向の範囲Ｄが、中央の出射スポット２３_１から出射した光ビーム２１_２が自由曲面からなる集光レンズ５０を通過した直後のビームの光源配列方向のサイズＱ内に入っている。

本発明の実施例１４においては集光レンズとして、自由曲面からなる集光レンズを用いているので、各光源から出射する光ビームの断面形状が楕円形の場合に、等方的な円形に修正することができるとともに、投影した映像の色ムラ等が改善され、良好な映像が得られる。また、各光源からの光ビームの出射角が光源ごと、および縦・横方向で異なる場合でも、比較的良好な円形の光ビームに変換することができる。

次に、図２１及び図２２を参照して、本発明の実施例１５の光ビーム放射装置を説明する。図２１は本発明の実施例１５の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図２１（ａ）は上面図であり、図２１（ｂ）は側面図であり、集光レンズとして集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズを用いた以外の基本的構成は上記の実施例１４と同様である。また、図２２は、本発明の実施例１５の光ビーム放射装置の光学構成の説明図であり、図２２（ａ）は上面図であり、図２２（ｂ）は側面図である。

発光波長が６３５ｎｍの赤色半導体レーザ２０_１、発光波長が４５０ｎｍの青色半導体レーザ２０_２及び発光波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザ２０_３を間隔０．２ｍｍで平行に配置する。この場合の各半導体レーザの放射ビームの断面は、高さ方向に長い楕円形をしており、その拡がり角は、高さ（縦）方向で２０ｄｅｇ、横方向で１０ｄｅｇである。なお、拡がり角は、ビームの１／ｅ^２全幅で定義している。１／ｅ^２全幅とは、各半導体レーザからの放射ビームをガウシアンビームに近似して、光パワーが中心軸上の値から１／ｅ^２（ｅ：ネピア数 ）になる直径とする。

集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ５１は、図２１（ａ）の上面図及び図２１（ｂ）の側面図から分かるように、レンズの光源側の表面が横方向の円筒状をしており、レンズの収束点２５側の表面を縦方向の円筒状をしている。各半導体レーザの放射ビームの断面は、高さ方向に長い楕円形をしているので、光源側の表面の円筒の方向は、光源からの放射ビームの楕円形の断面の長軸と直交し、収束点２５側の表面の円筒の方向は、放射ビームの楕円形の断面の短軸と直交するようになる。

各半導体レーザからの光ビーム２１_１〜２１_３は拡がりながら集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ５１に向かって進行する。その後、集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ５１で集光され、集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ５１を通過した後は、コリメートされた光ビームとして、それぞれの光源から出射した光の中心軸の光跡２２_１〜２２_３が収束点２５で交わるように進行する。なお、この場合のコリメートビーム直径は、ほぼ１ｍｍφとなる。

この時、赤色半導体レーザ２０_１〜緑色半導体レーザ２０_３から出射するそれぞれの光ビーム２１_１〜２１_３の出射スポットが存在する光源配列方向の範囲Ｄが、中央の出射スポット２３_１から出射した光ビーム２１_２が集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ５１を通過した直後の光ビームの光源配列方向のサイズＱ（１ｍｍ）内に入っている。

また、映像のデッドスペースに対応する横方向の角度の合計が、少なくとも光源から出射した光ビームの横方向拡がり角よりも小さいので、映像信号のタイミングの調整が格段に容易になる。その結果、小型の光ビーム放射装置が得られ、それを用いた高精細投影装置が実現できる。なお、集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ５１のシリンドリカルレンズ面は、基本的には、円筒形状であり、縦方向あるいは横方向にのみ光を集光するとしたが、当然、それらに直交する方向でも曲面を導入し、補正的な集光効果を出すようにすることは可能である。また、円筒形状の長手方向で円筒の曲率等を変えて、場所によって焦点距離を変え、集光効果に補正を加えることも可能である。さらに、シリンドリカルレンズ面の断面構造は、単なる円筒形状でなく、たとえばトロイダル面のような疑似円筒形状を用いても良い。

また、ここでの集光レンズは、入射側の集光面と出射側の集光面からなっているが、入射側の集光面と出射側の集光面を持つ集光要素を別々に作製して設置しても良い。或いは、両者を結合し、一つのレンズとしても良い。この場合、２つの集光要素間に空気層が存在しても良い。

次に、図２２を参照して、中心の半導体レーザ２０_１から出射する光ビームについて、集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ５１を用いた場合の光学構成を説明する。半導体レーザ２０_１の放射ビームの断面は、高さ方向に長い楕円形をしており、その拡がり角は、高さ（縦）方向で２０ｄｅｇ、横方向で１０ｄｅｇなので、光源から近いレンズ面として焦点距離Ｆ_{ｆｒｏｎｔ}が２．８ ｍｍのものを用い、光源から遠いレンズ面として焦点距離Ｆ_ｒｅａｒが５．７ ｍｍのものを用いた。この結果、レンズ透過後の光ビームは、高さ（縦）方向と横方向でほぼ同じ１ｍｍの径になり、円形のコリメート光ビームが得られた。中心以外の半導体レーザ２０_２と２０_３についても、Ｄ＜Ｑなので、ほぼ同じ円形のコリメート光ビームが得られた。

次に、図２３を参照して、本発明の実施例１６の光ビーム放射装置を説明する。図２３は本発明の実施例１６の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図２３（ａ）は上面図であり、図２３（ｂ）は側面図であり、集光レンズとしてシリンドリカルレンズ面と凸レンズ面からなる集光レンズ５２を用いた以外の基本的構成は上記の実施例１４と同様である。

発光波長が６３５ｎｍの赤色半導体レーザ２０_１、発光波長が４５０ｎｍの青色半導体レーザ２０_２及び発光波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザ２０_３を間隔０．２ｍｍで平行に配置する。この場合の各半導体レーザの放射ビームの断面は、高さ方向に長い楕円形をしており、その拡がり角は、高さ（縦）方向で２０ｄｅｇ、横方向で１０ｄｅｇである。

シリンドリカルレンズ面と凸レンズ面からなる集光レンズ５２は、図２１（ａ）の上面図及び図２１（ｂ）の側面図から分かるように、レンズの光源側の表面が横方向の円筒状をしており、レンズの収束点２５側の表面が凸レンズの形状をしている。各半導体レーザの放射ビームの断面は、高さ方向に長い楕円形をしているので、光源側の表面の円筒の方向は、光源からの放射ビームの楕円形の断面の長軸と直交し、収束点２５側の表面の円筒の方向は、放射ビームの楕円形の断面の短軸と直交するようになる。

光源から近いレンズ面として焦点距離Ｆ_{ｆｒｏｎｔ}が２．８ ｍｍのものを用い、光源から遠いレンズ面として焦点距離Ｆ_ｒｅａｒが５．７ ｍｍのものを用いた。各半導体レーザからの光ビーム２１_１〜２１_３は拡がりながらシリンドリカルレンズ面と凸レンズ面からなる集光レンズ５２に向かって進行する。その後、シリンドリカルレンズ面と凸レンズ面からなる集光レンズ５２で集光され、シリンドリカルレンズ面と凸レンズ面からなる集光レンズ５２を通過した後は、コリメートされた光ビームとして、それぞれの光源から出射した光の中心軸の光跡２２_１〜２２_３が収束点２５で交わるように進行する。なお、この場合のコリメートビーム直径は、ほぼ１ｍｍφとなる。この場合、光源から遠いレンズ面が凸レンズの形状をしているため、出射した光ビームでは非点収差が生じるが、映像投影に際しては大きな影響が生じることはない。

なお、上述のシリンドリカルレンズ面は、基本的には、円筒形状であり、縦方向あるいは横方向にのみ光を集光するとしたが、当然、それらに直交する方向でも曲面を導入し、補正的な集光効果を出すようにすることは可能である。また、円筒形状の長手方向で円筒の曲率等を変えて、場所によって焦点距離を変え、集光効果に補正を加えることも可能である。さらに、シリンドリカルレンズ面の断面構造は、単なる円筒形状でなく、たとえばトロイダル面のような疑似円筒形状を用いても良い。この点は、凸レンズ面でも同じで、非球面レンズを使うことは可能である。また、ここでの集光レンズは、入射側の集光面と出射側の集光面からなっているが、入射側の集光面と出射側の集光面を持つ集光要素を別々に作製して結合し、一つのレンズとしても良い。この場合、２つの集光要素間に空気層が存在しても良い。

以上の実施例１４乃至実施例１６は、透過型の集光レンズの場合であるが、図１３に示す反射型の場合、図１２に示すホログラフィックレンズ、図１５に示すホログラフィック反射板の場合も同様である。即ち、反射型の場合、半導体レーザからの出射光ビームが楕円である場合、楕円の長軸側方向の反射鏡焦点距離を楕円の短軸側方向の反射鏡焦点距離に比べて小さくすることによって、光ビーム断面の楕円形を円形に近づけることができる。また、ホログラフィックレンズ、ホログラフィック反射板の場合も、半導体レーザからの出射光ビームが楕円である場合、楕円の長軸側方向のレンズあるいは反射板の焦点距離を楕円の短軸側方向のレンズあるいは反射板の焦点距離に比べて小さくすることによって、光ビーム断面の楕円形を円形に近づけることができる。

次に、図２４を参照して、本発明の実施例１７の光ビーム放射装置を説明する。図２４は本発明の実施例１７の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図２４（ａ）は正面図であり、図２４（ｂ）は上面図であり、図２４（ｃ）は側面図である。実施例１７においては、基礎台座となる平坦な台座３０上に高さの異なる副台座６０_１，６０_２，６０_３を介して各光源を設置して各半導体レーザ２０_１〜２０_３の出射スポット２３_１〜２３_３の中心中心の高さの差をΔｈ以内に揃えている。その他の構成は上記の実施例３と同様である。なお、ここでは、集光レンズの図示を省略している。

この場合、基礎台座となる台座３０の材料は、Ｓｉ等の半導体、ＣｕＷ等の金属が、半導体レーザから放出する熱の伝導度が高いため良い。また、副台座６０_１，６０_２，６０_３は、半導体プロセスで高さ調整が容易なＳｉＯ_２が良いが、その他の誘電体、半導体、金属でも、高さの差をΔｈ以内に揃えることができるものであれば良い。また、この副台座６０_１，６０_２，６０_３は、各半導体レーザを全面に渡って支える構造になっている。

ここでは、基礎台座となる台座３０として厚さ１ｍｍのＳｉ基板を用い、副台座６０_１，６０_２，６０_３は、ＳｉＯ２膜をスパッタリング法で形成した後、コンタクト露光法で形成したエッチングマスクを用いた選択気相エッチングで形成する。これらの副台座６０_１，６０_２，６０_３に赤色半導体レーザ２０_１、青色半導体レーザ２０_２及び緑色半導体レーザ２０_３をその出射スポット２３_１〜２３_３が一致するようにマウントする。なお、各半導体レーザ２０_１〜２０_３の出射スポット２３_１〜２３_３の中心の各半導体レーザ下面からの高さが、既にΔｈ以内に揃っていれば、副台座６０_１，６０_２，６０_３の高さは同じで良い。なお、基礎台座と副台座が同じ半導体材料、とくにＳｉの場合、台座の製造プロセスが簡単になる特徴がある。この製造プロセスは以下の通りである。
（１）まず、Ｓｉ基板上の副台座の領域に熱に強いマスクを形成する。
（２）次に、Ｓｉ基板全体を熱酸化、あるいは、水熱酸化により副台座の高さに相当する厚さの酸化膜を形成する。
（３）次に、フッ酸系のエッチング剤で酸化膜を除去し、その後、マスクを除去する。
（４）高さの異なる副台座を形成するときは、このマスクによる熱酸化プロセスを繰り返す。熱酸化を用いると、酸化膜の厚さ制御が容易なので、高さが精密に制御された副台座が形成できる。この時、Ｓｉ基板は基礎台座となる。

次に、図２５を参照して、本発明の実施例１８の光ビーム放射装置を説明する。図２５は本発明の実施例１８の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図２５（ａ）は正面図であり、図２５（ｂ）は上面図であり、図２５（ｃ）は側面図である。実施例１８においては、基礎台座となる平坦な台座３０上に高さの異なる副台座６１_１（６１_２，６１_３）を介して各光源を設置して設置して各半導体レーザ２０_１（２０_２，２０_３）の出射スポット２３_１（２３_２，２３_３）の中心の高さの差をΔｈ以内に揃えている。なお、ここでは、中心の赤色半導体レーザ２０_１に関する構成のみを図示している。ここでも、集光レンズの図示を省略している。この実施例１８においては、副台座６１_１（６１_２，６１_３）として、各半導体レーザ２０_１（２０_２，２０_３）の両サイドのみ支える構造を採用している。その他の構成は上記の実施例１７と同様である。

次に、図２６を参照して、本発明の実施例１９の光ビーム放射装置を説明する。図２６は本発明の実施例１８の光ビーム放射装置の概念的構成図であり、図２６（ａ）は正面図であり、図２６（ｂ）は上面図であり、図２６（ｃ）は側面図である。実施例１９においては、基礎台座となる平坦な台座３０上に高さの異なる副台座６２_１（６２_２，６２_３）を介して各光源を設置して各半導体レーザ２０_１（２０_２，２０_３）の出射スポット２３_１（２３_２，２３_３）の中心の高さの差をΔｈ以内に揃えている。なお、ここでは、中心の赤色半導体レーザ２０_１に関する構成のみを図示している。ここでも、集光レンズの図示を省略している。この実施例１９においては、副台座６２_１（６２_２，６２_３）として、各半導体レーザ２０_１（２０_２，２０_３）の四隅のみ支える構造を採用している。その他の構成は上記の実施例１７と同様である。

次に、図２７乃至図２９を参照して、本発明の実施例２０の光ビーム放射装置を説明する。図２７は本発明の実施例２０の光ビーム放射装置の正面図であり、図２８は、本発明の実施例２０におけるスキャン像の各デッドスペースの説明図であり、図２９は、本発明の実施例２０における往復で映像を形成する場合のラスタースキャンの概念図である。図２７に示すように、ここでは、高さの異なる６つの副台座６０_１−１，６０_１−２，６０_２−１，６０_２−２，６０_３−１，６０_３−２を各色２組配置している。ここでは、上面図、側面図及び集光レンズの図示を省略している。

図２７に示すように、出射スポット２３_１−１〜２３_３−１の中心の高さを、水準１に揃え、出射スポット２３_１−１〜２３_３−１の中心の高さの差はΔｈ以内にする。また、出射スポット２３_１−２〜２３_３−２の中心の高さは、水準２に揃え、出射スポット２３_１−２〜２３_３−２の中心の高さの差はΔｈ以内にする。なお、Δｈは、図２９に示すように半導体レーザの数が２倍になった場合でも、スクリーン等にラスタースキャンされた映像において、横方向に繰り返し走査される最近接の映像生成に用いられる走査線の間隔の２分の１に対応する値であることは、図６の場合と同じである。なお、この場合、水準１と水準２の高さの差Δｄは、Δｈの２倍に相当するように設定する。したがって、水準１或いは水準２だけから出射する光ビームの走査線の間隔は、Δｈの４倍になることになる。

このようにすることによって、出射スポット２３_１−１〜２３_３−２から出射される光ビームを光走査ミラーで走査し、スクリーン等にラスタースキャン像（横方向高速掃引、高さ方向低速掃引のラスター掃引で、横方向掃引が、配列方向）を形成した時、横方向に繰り返し走査され、映像生成に用いられる走査線の数は、同じ掃引回数の場合、出射スポットが２３_１−１〜２３_３−１だけ、あるいは２３_１−２〜２３_３−２だけの場合に比べて２倍にすることができる。この結果、半導体レーザ２０_１−１〜２０_３−１のみを用いた場合に比べて、単位時間当たりの掃引回数が同じであれば、高さ方向低速掃引方向の解像度が２倍になることになる。また、同じ解像度の映像の場合、単位時間当たりの掃引回数を半分にすることができ、駆動回路の負担を軽減することができる。

次に、図２８を参照して、本発明の実施例２０におけるスキャン像の各デッドスペースを説明図でする。水準１高さの出射スポット２３_１−１〜２３_３−１から出射された３本の光ビームと水準２の高さの出射スポット２３_１−２〜２３_３−２から出射された３本の光ビームが、ＭＥＭＳミラー装置２８によってスキャンされ、ラスタースキャン映像が得られるときの概念図を示したものであるが、基本的原理は図５の場合と同様である。単一水準の場合に比べて、走査本数が２倍になっていることが分かる。また、Ｄ ＜Ｑの条件は満たすように、半導体レーザの横方向設置範囲を限定している。

次に、図２９を参照して、本発明の実施例２０における往復で映像を形成する場合のラスタースキャンの概念図であり、基本的な原理は図６の場合と同様である。水準１の高さの出射スポットから出射した光ビーム３本による走査線７０_１と水準２の高さの出射スポットから出射した光ビーム３本による走査線７０_２が交互に形成されていることが分かる。なお、実施例２０では、２つの水準の位置に赤、青、緑の光源の出射スポットの中心を揃えた場合を記述しているが、もちろん、２つ以上の水準を設けて、走査線の本数をさらに増やしてもよい。この場合、解像度の更なる向上、あるいは単位時間当たりの掃引回数の更なる低減が可能となる。

なお、上記の実施例１乃至実施例２０の光源の並びの順番は任意であり、各実施例に記載された光源の並びの順番の固定されるものではなく、変更はもちろん可能である。

１，１_１〜１_３光源
２，２_１〜２_３ 光ビーム
３，３_１〜３_３ 出射スポット
４，４_１〜４_３ 光跡
５ 集光部材
６ 収束点
２０_１，２０_１−１，２０_１−２ 赤色半導体レーザ
２０_２，２０_２−１，２０_２−２ 青色半導体レーザ
２０_３，２０_３−１，２０_３−２ 緑色半導体レーザ
２０_４ 赤外光半導体レーザ
２０_５ 紫外光半導体レーザ
２１_１〜２１_５ 光ビーム
２２_１〜２２_５ 光跡
２３_１〜２３_５ 出射スポット
２４ 集光レンズ
２５ 収束点
２６ 焦点
２７ 集光凹面鏡
２８ ＭＥＭＳミラー装置
２９ 可動ミラー部
３０ 台座
３１ Ｓｉ基板
３２_１〜３２_３ 段差
３３ 段差部
４１ ホログラフィックレンズ
４２ ホログラフィック反射板
５０ 自由曲面からなる集光レンズ
５１ 集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面からなる集光レンズ
５２ シリンドリカルレンズ面と凸レンズ面からなる集光レンズ
６０_１，６０_１−１，６０_１−２，６０_２，６０_２−１，６０_２−２，６０_３，６０_３−１，６０_３−２，６１_１，６２_１ 副台座
７０_１ 水準１の高さの出射スポットから出射した光ビーム３本による走査線
７０_２ 水準２の高さの出射スポットから出射した光ビーム３本による走査線

Claims (18)

1. 複数の光源と
   集光部材と
   を有し、
   前記複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する前記複数の光源の配列方向の範囲が、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後のビームの前記配列方向のサイズ内に入っている光ビーム放射装置。
2. 前記複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットの配列方向に対して垂直方向の範囲が、前記光ビームをラスタースキャンすることによって得られる映像において、映像生成に用いられ、前記光源の配列方向に光ビームを走査して得られる横方向走査線の隣接する走査線間隔の２分の１よりも小さい請求項１に記載の光ビーム放射装置。
3. 前記複数の光源を、前記複数の光源に対応する段差を設けた台座に設置した請求項１または請求項２に記載の光ビーム放射装置。
4. 前記台座が、前記複数の光源を設置する領域が平坦な基礎台座と、前記基礎台座の上に載置し、前記複数の光源に対応する高さを有する副台座からなる請求項３に記載の光ビーム放射装置。
5. 前記複数の光源を、前記光源の出射スポットが２つ以上の水準に分けて前記台座に載置した請求項３または請求項４に記載の光ビーム放射装置。
6. 前記２つ以上の水準に分けて前記台座に載置した複数の光源から出射する光ビームが、各水準ごとに赤色ビーム、緑色ビーム及び青色ビームである請求項５に記載の光ビーム放射装置。
7. 前記集光部材が透過型の集光レンズである請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
8. 前記透過型の集光レンズが、前記複数の光源から出射する光ビームの断面形状を前記集光レンズを透過後の光ビームが円形の形状に変換する効果を有する請求項７に記載の光ビーム放射装置。
9. 前記複数の光源から出射する楕円形の断面形状の光ビームが円形の形状に変換する効果を有する透過型の集光レンズが、集光方向が直交したシリンドリカルレンズ面を有する集光レンズである請求項８に記載の光ビーム放射装置。
10. 前記複数の光源から出射する楕円形の断面形状の光ビームが円形の形状に変換する効果を有する透過型の集光レンズが、シリンドリカルレンズ面と凸レンズ面を有する集光レンズである請求項８に記載の光ビーム放射装置。
11. 前記集光レンズ中心と前記光ビームが交わる収束点との距離が、前記集光レンズの焦点距離よりも小さい請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
12. 前記複数の光源から出射する光ビームの出射スポットの光の進行方向の位置、乃至、光ビームの出射方向を変えて、光源から出射する光ビームの波長の違いによる色収差の補正を行い、すべての光ビームが収束点の１点で交わるように光源を配置する請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
13. 前記集光部材が、反射鏡である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
14. 前記集光部材が、集光用のホログラフィックレンズ或いはホログラフィック反射板のいずれかである請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
15. 前記光ビームがコリメートされたレーザビーム、或いは、前記集光部材から先の位置で集光する集光レーザビームのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
16. 前記光源が、半導体レーザ或いは発光ダイオードのいずれかである請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
17. 前記光ビームが、赤色ビーム、緑色ビーム及び青色ビームからなる請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置。
18. 請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光ビーム放射装置と、
    前記光ビーム放射装置からの前記光ビームの収束点に配置された光走査可能な反射ミラーと
    を有する光ビーム投影装置。

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