JPH1197779A - 多色光の変調増幅器及びこれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で、高い変換効率を示し、また、
多色光の色再現性良く、安定な出力光が得られる多色光
の変調増幅器、及びそれを用いた投射型表示装置を提供
すること。 【解決手段】 変調信号により駆動される多色光源部２
Ａからの変調多色光と励起光源部６Ａからの励起光とを
光ファイバ増幅器７Ａに導き、光ファイバ増幅器７Ａ内
で、前記励起光による励起を経て前記変調多色光を増幅
させる、多色光の変調増幅器。この多色光の変調増幅器
を有し、増幅された変調多色光を光走査手段を介してス
クリーン上に投射する、投射型表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多色光の変調増幅
器及びこれを用いた投射型表示装置（例えば、投射型大
画面ディスプレイ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】投射型大画面ディスプレイとして、可視
光出力のレーザ光を電気光学変調器（ＥＯＭ）ないし音
響光学変調器（ＡＯＭ）を用いて映像信号によって強度
変調し、垂直及び水平方向に偏向して、投射スクリーン
上にラスタ走査による映像を形成するレーザ走査方式の
大画面ディスプレイなどが知られている。

【０００３】この投射型大画面ディスプレイには、例え
ば、光源として赤色用に出力２ＷのＫｒイオンレーザ、
緑色及び青色用に出力８ＷのＡｒイオンレーザが用いら
れ、光変調にＫＤＰ光学結晶、水平偏向に多面高速回転
鏡（ポリゴンミラー）、垂直偏向にガルバノメータ振動
鏡（ガルバノミラー）が用いられている。

【０００４】このようなレーザ走査方式によれば、鮮や
かでシャープな多色光表示が可能であるが、レーザ光の
発光効率の低さに起因する大消費電力や、装置が大型複
雑化するなどの難点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】また、レーザ光を光源
とする投射型ディスプレイ装置として、音響−光セルを
使用する方法が知られている（特表平７−５０７９０６
号参照）。

【０００６】この装置においては、光源の変調のために
多色光ビームをＲＦ信号により変調する音響光セル、お
よびその駆動用周辺回路を使用している。

【０００７】また、この装置では、非線形光学結晶また
はダイオードポンピング光ファイバレーザを使用して赤
外線領域から可視光領域へと波長変換する、ダイオード
ベースのレーザ光源が用いられているが、この方法で
は、波長変換によるエネルギー利用効率の低下は不可避
である。

【０００８】さらに、用いられるレーザ光はコヒーレン
トであって干渉性が高いために、その干渉パターンに基
づいて発生するノイズ、すなわち、スペックルノイズが
生じるが、この方法では、スペックルノイズの問題は解
消されない。

【０００９】また、投射型大画面ディスプレイ装置にお
ける光ビーム強度の増幅方法として、ガスレーザを用い
る方法が知られている（特開昭６２−２６２８２２号お
よび特開昭６２−２６２８２３号参照）。これは、液晶
パネルにより空間変調された２次元画像イメージを増幅
する方法であり、その増幅手段としてガスレーザを使用
するものである。

【００１０】一般に、ガスレーザは、原理的に増幅利得
が大きく取れないため、レーザ光の変換効率が劣る。そ
のため、大きな増幅率を得るためには、装置自身を大き
くする必要がある。また、ガスレーザは民生用には高価
なものである。このような理由から、光ビーム強度の増
幅方法としてガスレーザを用いた投射型ディスプレイ装
置を、民生用に商品化することは困難である。

【００１１】さらに、白色光源からの光ビームと赤色レ
ーザダイオードの光ビームとを合成する方法が提案され
ている（特開平６−５１１３２８号参照）。これは、液
晶パネル用光源の発光効率を向上させるために、ハロゲ
ンランプなどの白色光源を三原色分解し、その赤色成分
と赤色レーザダイオードの光ビームとを組み合わせる方
法である。

【００１２】しかしながら、この方法は、赤色成分の光
ビームに対する強度増幅は有効であるが、青色および緑
色の波長を有する光ビームの強度増幅には寄与しないた
め、三原色全ての光ビームの増強には不十分である。

【００１３】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、その目的は、簡易な構成で、高い増
幅効率を示し、また、多色光の色再現性が良く、安定な
出力光が得られる多色光の変調増幅器、およびこの多色
光の変調増幅器を用いた投射型表示装置を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した課
題を解決するべく鋭意検討を重ねた結果、直接に変調さ
れた変調多色光を光ファイバ増幅器に導き、さらに、こ
の光ファイバ増幅器に励起光を導くことによって、光フ
ァイバ増幅器内で安定性良く、低パワーの光ビームを高
パワーの光ビームに高い変換効率で増幅できることを見
出した。

【００１５】すなわち、本発明は、変調信号により駆動
される多色光源部からの変調多色光と励起光源部からの
励起光とを光ファイバ増幅器に導き、前記光ファイバ増
幅器内で、前記励起光による励起を経て前記変調多色光
を増幅させる、多色光の変調増幅器（以下、本発明の変
調増幅器と称する。）に係るものである。

【００１６】本発明の変調増幅器によれば、変調信号に
より駆動される多色光源部からの変調多色光と励起光源
部からの励起光とを光ファイバ増幅器に導き、前記光フ
ァイバ増幅器内で、前記励起光による励起を経て前記変
調多色光を増幅させるので、直接に変調された変調多色
光を、前記光ファイバ増幅器における高い変換効率での
増幅で、例えばｍＷ級の低パワー光ビームをＷ級以上の
強い光ビームに増幅することができ、従って、簡易な構
成で、高いエネルギー変換効率を示し、また、波長選択
性良く、安定な出力光を得ることができる。

【００１７】また、特に、直接に変調（例えば、半導体
レーザの高速変調）された変調多色光を増幅しているの
で、光ビームのコヒーレント性を緩和し、スペックルノ
イズ等が発生しにくく、安定な出力光を得ることができ
る。さらに、光ビームの変調が多色光源部にて行われて
おり、特に、一つの光源に対し１つのドライブ回路から
の変調信号により駆動することができるので、個々の光
源に対して大きな変調速度で信号（例えば高速パルス信
号）を印加することができ、高精細の光ビームを出力す
ることができる。

【００１８】また、本発明は、本発明の変調増幅器を用
いる投射型表示装置として、変調信号により駆動される
多色光源部からの変調多色光と励起光源部からの励起光
とを光ファイバ増幅器に導き、前記光ファイバ増幅器内
で、前記励起光による励起を経て前記変調多色光を増幅
させる、多色光の変調増幅器を有し、前記の増幅された
変調多色光を光走査手段を介してスクリーン上に投射す
る、投射型表示装置（以下、本発明の表示装置と称す
る。）も提供するものである。

【００１９】本発明の表示装置によれば、本発明の変調
増幅器を有し、前記の増幅された変調多色光を光走査手
段（例えば、水平走査部と垂直走査部との組み合わせ）
を介してスクリーン上に投射するので、強度の大きい光
ビームをスクリーン上に投射して、例えば１００インチ
以上の大画面ディスプレイにおいても、簡易な構成で、
強度が大きく、また、多色光の色再現性が良く、安定で
高輝度、高精細の投射画像を表示することができる。

【００２０】特に、前記変調増幅器と前記光走査手段を
含む投射部とが光ファイバ増幅器を介して接続されてお
り、この投射部には光ビームの変調手段（例えば、音響
光学変調器など）などの大型の光学装置が設けられてお
らず、前記投射部の小型、軽量化が達成され、これを任
意の場所（例えば、天井）に設置することができ、その
施工が容易である。

【００２１】また、特に、光源の高速パルス変調が可能
であるので、高精細の画像を表示することができ、デジ
タル映像データを用いた表示を効率良く行うことが可能
である。

【００２２】なお、前記スクリーンは、映像表示用の白
色平面スクリーンに限定されるものではなく、例えば、
曲面状や凹凸状の投射面を有する物でもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の増幅変調装置及び本発明
の表示装置（以下、本発明と称することがある。）にお
いては、前記多色光源部を、複数の異なる発光波長を有
するレーザダイオード（ＬＤ）で構成することができ
る。なお、前記多色光源部は、複数の異なる発光波長を
有する発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成することもでき
る。

【００２４】また、本発明においては、前記多色光源部
からの変調多色光および前記励起光源部からの励起光
が、合波手段（例えば、ダイクロイックミラー等）によ
って同一光軸上に合波されるように構成することが望ま
しい。

【００２５】本発明においては、前記変調多色光の光軸
上に、この変調多色光のコヒーレント性を低減させるた
めに、光散乱素子が設けられていることが望ましい。

【００２６】すなわち、本発明によれば、その特徴的構
成に基づき、光源部から出力する多色光を直接に変調
（例えば映像信号をのせる）しているので、互いに不規
則な位相関係のコヒーレントな光ビームが干渉すること
で生じるスッペックルノイズの発生を抑制し、安定な出
力光ビームを得ることができるが、さらに、合波された
変調多色光のコヒーレント性を低減させるためには、拡
散板等の光散乱素子を設けることが望ましい。

【００２７】また、本発明においては、前記光ファイバ
増幅器内に、前記変調多色光の光軸に沿って、吸収波長
域が異なる複数の有機色素が配されていることが望まし
い。例えば、前記複数の有機色素はそれぞれ別々の領域
に配されていてもよいが、前記複数の有機色素は混合し
て配されていてもよい。

【００２８】さらに、前記光ファイバ増幅器内には、あ
る一つの波長について、少なくとも１種の有機色素が配
されていることが望ましい。すなわち、一つの入力波長
に対し、その波長を吸収できる複数の有機色素を配する
ことができる。

【００２９】また、前記有機色素の溶媒としてプラスチ
ック材料を使用することが望ましい。即ち、前記溶媒と
してプラスチック材料を使用する場合、液体溶媒を使用
する場合に比べて、数桁高い濃度で前記有機色素を配す
ることができ、より強度の大きな光ビームを出力するこ
とができる。

【００３０】また、本発明においては、前記励起光源部
からの励起光が、前記変調多色光と同期されていること
が望ましい。従って、前記多色光源部における変調信号
駆動回路と、前記励起光源部のドライブ回路とは、同期
信号を発生せしめることができるように構成されている
ことが望ましい。

【００３１】また、前記励起光源部からの励起光は、前
記光ファイバ増幅器に配される有機色素の吸収波長に整
合される波長を有することが望ましい。すなわち、この
励起光の波長と前記有機色素の吸収波長（吸収スペクト
ル）とが整合するような励起光源を選択することが重要
である。

【００３２】特に、前記波長を有する励起光源部とし
て、ネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネッ
トレーザ（以下、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと称する。）を用
いることができる。

【００３３】Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、小型化可能であ
り、また、安価に供給されうるレーザ光源であって、そ
の基本発振波長は１０６４ｎｍであるが、その第２高調
波（ＳＨＧ）は波長５３２ｎｍ、第３高調波（ＴＨＧ）
は波長３５５ｎｍであって、この波長域に光吸収スペク
トルを有する有機色素を励起することができる。

【００３４】また、本発明においては、前記光ファイバ
増幅器の出力側に、前記励起光を除去するためのフィル
タを設けることが望ましい。これによって、前記光ファ
イバ増幅器からの出力光ビームに含まれる前記励起光を
カットできる。

【００３５】さらに、本発明の表示装置によれば、前記
光走査手段が、水平走査手段および垂直走査手段からな
るものであり、前記水平走査手段および前記垂直走査手
段のそれぞれの動作が、前記多色光源部の駆動と同期さ
れるように構成されていることが望ましい。すなわち、
一つのシステムコントローラによって、多色光源の動
作、励起光源の動作および光走査手段の動作を、同期し
ながらコントロールすることができる。

【００３６】なお、前記水平走査手段（即ち、水平偏向
手段）としては、例えば高速多面回転鏡（ポリゴンミラ
ー）等を、また、前記垂直走査手段（即ち、垂直偏向手
段）としては、例えば、ガルバノメータ振動鏡（ガルバ
ノミラー）等を使用することができる。

【００３７】次に、本発明に基づく好ましい実施の形態
を図１を参照に説明する。

【００３８】図１は、本発明の特徴的構成に基づく投射
型表示装置（大画面投射型フルカラーディスプレイ）の
要部概略図である。

【００３９】この装置は、フルカラー光ビームを発生さ
せる多色光源部（図中二点鎖線）２Ａを有する変調増幅
部（図中一点鎖線）１と、光走査手段を有する投射部
（図中一点鎖線）１５と、各光学素子及びシステムを走
査するべくドライブ信号生成回路４を中心とした制御回
路部とからなるものである。

【００４０】ここで、多色光源部２Ａには、種々の発振
波長を有するレーザダイオード２６〜３１が設けられて
おり、また、このレーザダイオードからの光ビームを一
つの光軸上に合波する合波手段としてダイクロイックミ
ラー３２〜３６と、レーザダイオード２６〜３１を変調
信号により駆動させるためのドライバ２０〜２５からな
るドライブ回路（図中破線）３とが配されている。

【００４１】また、変調増幅部１においては、多色光源
部２Ａから出力される光ビーム（変調多色光）のコヒー
レント性を低下させるための拡散板８が設けられてお
り、さらに、この変調多色光を増幅するべく、複数種類
の有機色素が配された光ファイバ増幅器（光ファイバア
ンプ）７Ａが設けられている。さらに、この光ファイバ
増幅器７Ａの励起源となる励起光を出力するべく励起光
源６Ａ及びそのドライブ回路５と、励起光源６Ａから出
力される励起光と多色光源部２Ａから出力される変調多
色光との光軸を合わせ、励起光を光ファイバ増幅器７Ａ
に入力するべくダイクロイックミラー３７Ａとが設けら
れている。また、光ファイバ増幅器７Ａから出射される
出力光ビームから励起光をカットする光学フィルタ９が
光ファイバ増幅器７Ａの出射側に設けられている。

【００４２】さらに、投射部５においては、変調及び増
幅された多色光をスクリーン１４上に走査するべく、水
平走査手段としてのポリゴンミラー１３と垂直走査手段
としてのガルバノミラー１２が設けられており、ポリゴ
ンミラー１３及びガルバノミラー１２は、コントローラ
１０及び１１からなるドライブ回路（図中破線）３８に
よって前記変調及び増幅された多色光と同期して駆動さ
れるようになされている。

【００４３】また、映像信号が入力されるドライブ信号
生成回路（システムコントローラ）４は、ビデオメモリ
から読み出された映像信号（特にデジタル信号）を受け
て、多色光源部２Ａのドライブ回路３に、１画素分の強
度信号を生成して出力する。また、その強度信号と同期
したトリガー信号を励起光源６Ａのドライブ回路５に送
信する。さらに、水平同期信号と垂直同期信号とを投射
部１５のドライブ回路３８に送信するように構成されて
いる。

【００４４】次に、図１に示した投射型表示装置につい
て、各機能部ごとにさらに詳細に説明する。

【００４５】（１）多色光源部：多色光源部２Ａは、変
調信号により駆動される複数の光源と、この光源から出
力される光ビームの合波手段とから構成される。

【００４６】まず、多色光源部２Ａには、光源として、
互いに異なる発光波長を有するレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）２６〜３１を用いることができる。レーザダイオー
ド２６〜３１は、三原色あるいはそれ以上の色数となる
ように、例えば６種のレーザダイオード（Ｒ、Ｇ、Ｂ、
Ｐ、Ｃ、Ｙ）を使用する。

【００４７】赤色発光（Ｒ）のレーザダイオード２６と
しては、波長６５０ｎｍ付近に発振波長を有するＡｌＧ
ａＩｎＰ系のレーザダイオードを使用してよい。また、
緑色発光（Ｇ）のレーザダイオード２７としては、波長
５２０ｎｍ付近に発振波長を有するＺｎＭｇＳＳｅ系の
レーザダイオードを使用してよい。さらに、青色発光
（Ｂ）のレーザダイオード２８としては、波長４８５ｎ
ｍ付近に発振波長を有するＺｎＭｇＳＳｅ系のレーザダ
イオードを使用してよい。

【００４８】さらに、色の再現性を向上させるために、
例えば、次のような発振波長を有する光源を使用するこ
とも可能である。

【００４９】紫色発光（Ｐ）のレーザダイオード２９と
しては、波長４５０ｎｍ付近に発振波長を有するＧａＮ
系のレーザダイオードを使用してよい。また、シアン発
光（Ｃ）のレーザダイオード３０としては、波長５００
ｎｍ付近に発振波長を有するＺｎＭｇＳＳｅ系のレーザ
ダイオードを使用してよい。さらに、黄色発光（Ｙ）の
レーザダイオード３１としては、波長５７０ｎｍ付近に
発振波長を有すると予想されるＺｎＭｇＣｄＳＳｅ系の
レーザダイオードを使用してよい。

【００５０】なお、これらの光源は、上述したレーザダ
イオード（ＬＤ）に限定されるものではなく、例えば、
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。

【００５１】次に、これらの光源から出力される光ビー
ムは、すべての光ビームが単一の光軸に一致するよう
に、ダイクロイックミラー３２〜３６によって合波され
る。また、各光ビームを合波する際、光ファイバ増幅器
７Ａとの結合効率を向上するために、例えば、光ビーム
をコリメートするレンズ（コリメートレンズ）等の適当
な光学素子を利用してもよい。

【００５２】また、合波された変調多色光ビームは、光
のコヒーレント性を低減するために、拡散板８などの光
散乱素子（散乱体）に入射させることが望ましい。また
は、拡散板８の代わりに、コア領域に散乱機構を有する
マルチモード光ファイバなどを用いてもよい。特に、レ
ーザダイオードのようなコヒーレント光源を使用する場
合に生じることがあるスペックルノイズによる投射画面
の画質劣化を防止できる（すなわち、光源として発光ダ
イオードを用いる場合は特に必要ない）。

【００５３】拡散板８は、変調多色光ビームの光軸上の
適当な位置に配することができ、また、拡散板等の光散
乱素子に前記変調多色光ビームを入射させる際には、こ
の光ビームをレンズ等の適当な光学素子によって絞って
から入射させることが望ましい。

【００５４】（２）増幅部：増幅部は、光ファイバ増幅
器７Ａと励起光源６Ａとからなるものであり、明るい投
射大画面を得るために、変調多色光ビームの強度を直接
に光増幅する機能を提供する。

【００５５】まず、増幅部において、光ファイバ増幅器
７Ａは、特定の波長を有する光ビームを増幅する有機色
素と、有機色素をドープするための母体となるプラスチ
ック材料とをベースとする光ファイバから構成されてお
り、また、光ファイバ増幅器７Ａに配される有機色素を
光励起するための励起光ビームを出力する励起光源が設
けられる。

【００５６】光ファイバ増幅器７Ａは、複数の波長の光
ビームに対して利得を持つように、一本のファイバ中に
複数の有機色素をドープすることが望ましい。

【００５７】ここで用いられる有機色素としては、例え
ば、キサンテン色素系や、クマリン誘導体など多種多様
（約５００種類）の色素が知られている。これらの色素
は、それぞれ材料固有の光を増幅することが可能であ
る。その波長の分布範囲は、可視光領域全体をカバーし
ている。例えば、キサンテン色素系では赤色から緑色、
また、クマリン誘導体では緑色から紫色をカバーするこ
とができる。

【００５８】具体的には、キサンテン色素系のローダミ
ン６Ｇ（Rhodamine 6G) で、波長５６０ｎｍ（黄緑色）
〜波長６６０ｎｍ（赤色）、また、クマリン誘導体であ
るクマリン３０７（Coumarin 307) では、波長４７０ｎ
ｍ（青紫色）〜波長５４０ｎｍ（緑色）、クマリン１
（Coumarin 1) では、波長４２０ｎｍ（紫色）〜波長４
７０ｎｍ（青紫色）をカバーできる。従って、これらの
各種有機色素をドープした光ファイバ増幅器によって、
変調多色光ビームを直接に光増幅することが可能とな
る。

【００５９】また、前記有機色素は、ある一つの波長に
ついて、少なくとも１種類の色素材料を用いることが望
ましいが、ある一つの波長について複数種類の有機色素
材料を用いてもよい。

【００６０】また、有機色素をドープする母体となるプ
ラスチック材料は、例えば、安価なアクリル（例えば、
ＰＭＭＡなど）をベースとする光ファイバがある。一般
に、プラスチック母体材料と有機色素との組み合わせに
よって、高濃度での色素ドープが可能であるため、高出
力、高エネルギー変換効率に適している。光ファイバ材
料は、アクリル系のほか、ポリカーボネート、ポリスチ
レン、フッ素系材料などの種々の材料を使用することも
できる。

【００６１】さらに、光ファイバ増幅器にドープする各
種有機色素は、その濃度がファイバ中に均一になるよう
に分布させることが望ましい。また、有機色素の分布は
光ビームが導波される範囲に限っていてもよい。

【００６２】即ち、図２（Ｂ）に示すように、Ｒ、Ｇ、
Ｂの各光ビーム増幅用の有機色素が被覆部４３内のコア
領域４４全体に分布していてもよく、有機色素の濃度分
布は均一に、或いは光の強度分布に沿って勾配を与えて
もよい。

【００６３】また、前記有機色素に関し、利得波長の異
なる各有機色素は、それぞれの色素濃度の分布を光ビー
ム出力が所期の値になるように調節できる。例えば、図
２（Ａ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光ビーム増幅用
の有機色素が被覆部４３内の別個のコア領域４１〜４２
に分布されていてもよい。また、この有機色素は、ファ
イバの径方向に、例えば、同心円状に分離させてもよ
く、市松模様、モザイク状でもよい。即ち、利得波長の
異なる有機色素の分布領域を、互いに空間的に分離させ
てもよい。

【００６４】次に、各種有機色素と励起光との関係を図
３を参照に説明する。

【００６５】なお、図３には、各種有機色素の光吸収ス
ペクトル（Ａ）、蛍光スペクトル（Ｆ）及びレーザチュ
ーニングスペクトル（Ｌ）が示されており、図３（ａ）
は、エタノール溶媒中のローダミン６Ｇ、図３（ｂ）
は、エタノール溶媒中のクマリン１についてのものであ
る。なお、図中、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸
は、（Ａ）はモル吸光係数を、（Ｆ）、（Ｌ）は任意単
位を示す。

【００６６】すなわち、図３（ａ）に示したローダミン
６Ｇは、赤色〜黄色の波長領域の光増幅が可能な色素で
あって、吸収波長（吸収スペクトル）５３０ｎｍ付近に
そのピークがあり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２
高調波（ＳＨＧ：波長５３２ｎｍ）によって励起可能で
ある。また、図３（ｂ）に示したクマリン１は、青色〜
緑色の波長領域の光増幅が可能な色素であって、吸収波
長３５０ｎｍ付近にそのピークがあり、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザの第３高調波（ＴＨＧ：波長３５４．７ｎｍ）によ
って励起可能である。すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
は、光ファイバ増幅器の励起光源に適していると言え
る。なお、有機色素の励起光源６Ａにおける励起光の波
長は、増幅波長よりも短波長側に存在している。

【００６７】また、励起光源としては、上述のＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ以外にも、短波長のレーザダイオードを使用
することもできる。例えば、有機色素としてローダミン
６Ｇ（吸収ピーク波長約５３０ｎｍ）は、ＺｎＭｇＳＳ
ｅ系のレーザダイオードで励起することが可能である。
また、クマリン１（吸収ピーク波長約３５０ｎｍ）は、
ＧａＮ系のレーザダイオードで励起することが可能であ
る。

【００６８】ここで、各種有機色素材料のレーザ発振光
の中心波長の分布について、図４を参照に説明する。

【００６９】図４において、(1) はシアニン色素(cyani
ne dyes)、(2) はフタロシアニン色素(phthalocyanine
dyes) 、(3) はキサンテン色素(xanthene dyes) 、(4)
はオキサジン色素(oxazine dyes)、(5) はアントラセン
誘導体(anthracene derivatives)、(6) はp-オリゴフェ
ニレン(p-oligophenylenes) 、(7) はスチルベン誘導体
(stilbene derivatives)、(8) はクマリン誘導体(couma
rin derivetives)、(9) はクイノリン誘導体(quinolone
derivatives) 、(10)はオキサゾール誘導体(oxazole d
erivatives) 、(11)はオキサジアゾール誘導体(oxadiaz
ole derivatives)、(12)はフタルイミド誘導体(phthali
mide derivatives) 、(13)はピリリウム塩(pyrylium sa
lt) のレーザ発振の中心波長を示す（但し、各色素は、
３０〜５０ｎｍのレーザ波長チューニング範囲を有して
いる）。

【００７０】従って、この分布図から、レーザ波長が３
００ｎｍ〜１１００ｎｍの広い範囲の色素を用いること
で、種々の波長を出力するようにチューニングすること
が可能であることが分かる。

【００７１】注目すべき色素は、ローダミン６Ｇを含む
キサンテン色素(3) と、クマリン１を含むクマリン誘導
体(8) である。すなわち、この２つの色素クラスで、フ
ルカラーディスプレイに必要な可視光領域をカバーして
いる。この２つの色素クラスを中心に、光ファイバ増幅
器（特にプラスチック光ファイバアンプ）に適した色素
を適宜用いることができる。

【００７２】また、上述したように、数種の色素を光フ
ァイバ増幅器にドープして多色光源の波長をカバーし、
光強度の増幅を行うことができる。この発色可能な色の
表現範囲を示す色度図を図５に示す。

【００７３】なお、図中、破線で示した色度値はＣＲＴ
（ブラウン管）を使用した場合、一点鎖線は従来の緑発
光ダイオード（黄緑色発光ダイオード）を使用した場合
（発光ダイオードアレイディスプレイ）、二点鎖線は緑
色発光ダイオード（発光ダイオードアレイディスプレ
イ）を使用した場合、細線は図１に示した本実施の形態
例を使用した場合の色度値を示すものである。

【００７４】即ち、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）、紫色（Ｐ）、シアン（Ｃ）、黄色（Ｙ）の各色
を発光可能なレーザダイオードを使用すると、そのスペ
クトル幅が、発光ダイオードに比べて著しく狭いため、
特に、青色及び緑色領域で色の表現範囲はより広くな
る。

【００７５】また、励起光源は、複数の光源を用いても
よい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと他のレーザダイオ
ード等とを組み合わせて用いてもよく、吸収波長領域の
異なる種々の有機色素をドープした単一の光ファイバ増
幅器を励起する場合に特に有効である。

【００７６】なお、励起光源６Ａから出力される励起光
ビームは、ダイクロイックミラー３７Ａ等の光学素子に
よって変調多色光ビームと概ね同一の光軸上に合波さ
れ、光ファイバ増幅器に結合される。

【００７７】ここで、前記励起光ビームは、前記変調多
色光ビームと合波する際に、光ファイバ増幅器に対する
結合効率を向上させるため、例えば、励起光ビームをコ
リメートするレンズ等の光学素子を使用してもよい。

【００７８】さらに、光ファイバ増幅器７Ａにて増幅さ
れた変調多色光ビームは、前記励起光ビームを含むこと
があるので、この光ビームから励起光ビームをカットす
るために、光ビームの出力側端部に、励起光カット用光
学フィルタ９を設けることが望ましい。

【００７９】この励起光カット用光学フィルタ（バンド
パスフィルタ）は、励起光をほぼ完全にカット（例えば
１％以下）し、投射用多色光の損失を最小限に抑えるよ
うに設計されており、例えば、誘電体多層膜により形成
される。このフィルタは、理想的には、それぞれの光に
ついて、励起光の反射１００％、投射用多色光の透過率
１００％である。また、このフィルタの透過バンド幅
（波長幅）は、透過する光ビームの波長幅に依存し、例
えば、光源として半導体レーザを用いた場合、その波長
幅は数ｎｍであり、ＬＥＤの場合、数十ｎｍである。

【００８０】また、前記光学フィルタは、独立したフィ
ルタとして光ファイバ増幅器の出力側端部付近に設けら
れていてもよいが、例えば、ファイバアンプの端面に誘
電体多層膜を蒸着などの手法により設けてもよい。

【００８１】（３）投射部：投射部は、光走査手段（ビ
ーム走査系）とビームフォーカス系とからなる。

【００８２】例えば、ビーム走査系は、ポリゴンミラー
スキャナー１３とガルバノミラースキャナー１２とから
構成される。即ち、図１に示すように、増幅された変調
多色光ビームを、ポリゴンミラー１３を図中矢印Ａ方向
（又はその逆）に回転せしめることによって、図中矢印
ｘ方向に水平偏向させ、同時に、ガルバノミラー１２を
図中矢印Ｂ方向（又はその逆）に高速回転せしめること
によって、図中矢印ｙ方向に垂直偏向させ、スクリーン
１４上に映像を写し出すように構成されている。なお、
画面の歪みは、特開平２−１７０１０８号及び特開平２
−１７０１０９号などに示された方法によって除去する
ことが可能である。

【００８３】ビームフォーカス系は、鑑賞上支障になら
ないように、多色光ビームをスクリーン上にフォーカス
させるために、或いは、コリメートした所定のスポット
サイズ以下のビーム径に絞るように、レンズ等の光学素
子から構成されるものである。例えば、１００インチサ
イズのスクリーン画面上では、光ビームは１ｍｍφ程度
に絞ることが望ましい。

【００８４】このビームフォーカス系は、単一のレンズ
で構成してもよいし、複数のレンズを組み合わせて構成
してもよい。また、前記レンズをムービングコイルに固
定して動的にフォーカス制御してもよい。動的にフォー
カスを制御するための情報は、ビームフォーカス系の設
置時に調整することができる。

【００８５】（４）制御回路部：制御回路部は、変調信
号や励起信号などの光信号（特にパルス信号）の発生、
および光ビームの走査をコントロールする制御部であっ
て、図１に示したシステムを統括、制御するドライブ信
号生成回路（システムコントローラ）４と、多色光源部
２Ａのドライブ回路３と、励起光源６Ａのドライブ回路
５と、ビーム走査系（光走査手段）のドライブ回路３８
とから構成される。

【００８６】まず、映像信号が入力されるドライブ信号
生成回路４は、ビデオメモリから読み出された映像信号
を受けて、多色光源部２Ａのドライブ回路３に、一画素
分の強度信号を生成して送信する。また、その強度信号
と同期したトリガー信号を励起光源６Ａのドライブ回路
５に送信する。さらに、ビーム走査系の駆動のための水
平同期信号と垂直同期信号とを投射部１５のドライブ回
路３８に送信する。

【００８７】多色光源部２Ａにおけるドライブ回路３
は、ドライブ信号生成回路４から受けた一画素分の強度
信号から、その強度に相当する光源駆動信号を生成し、
出力する。

【００８８】例えば、三原色光源で２４ビットカラー表
示を行う場合、表示画素数を１６００ドット×１２００
ドットとし、フリッカーレス駆動のために例えば１２０
Ｈｚで垂直走査すると、一画素当たり約４ナノ秒でスキ
ャンすることになる。即ち、この時間内で２５６階調を
表現するように、信号のパルス幅とパルス高とを制御し
て変調すればよい。

【００８９】また、多色光源部２Ａにおける光源を複数
組使用することで、より高い階調を表現することができ
る。また、前記光源における発色を３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
よりも多くすることで、より高い色調を表現することが
可能となる。

【００９０】従って、多色光源部２Ａにおける光源を複
数組使用し、かつ、この光源における発色を３色よりも
多くすることで、より高い階調とより高い色調とを同時
に表現することが可能となる。

【００９１】また、励起光源６Ａのドライブ回路５に
は、ドライブ信号生成回路４にて生成され、前記一画素
分の強度信号と同期したトリガー信号を送信し、この信
号によって励起光源６Ａを駆動して励起光を発生させ
る。

【００９２】また、ビーム走査系（光走査手段）のドラ
イブ回路３８は、ガルバノミラー１２のコントローラ１
０と、ポリゴンミラー１３のコントローラ１１とから構
成され、ドライブ信号生成回路４から送信される垂直同
期信号、水平同期信号に基づき、それぞれを駆動させ
る。

【００９３】以上、本発明の実施の形態によれば、例え
ばレーザダイオードから、直接に変調された低出力（ｍ
Ｗ級）の変調光ビームを、励起光源を用いた光ファイバ
増幅器による光増幅によって、高出力（Ｗ級）の強い変
調光ビームに増幅することができる。

【００９４】すなわち、光ファイバ増幅器に、有機色素
の溶媒としてプラスチック材料を用いて数桁高い濃度で
前記有機色素をドープし、また、光ビームを光ファイバ
増幅器内に閉じ込めて効率よく増幅する等によって、例
えば、わずか１ｍ程度の長さの光ファイバ増幅器でおよ
そ３０ｄＢの利得を得ること（約１０００倍の強度増幅
に相当）が可能であって、１ｍＷ程度の低パワーで十分
に高出力の変調多色光ビームを得ることができる。

【００９５】従って、光ビームスキャン系を有する投射
部により、スクリーンに投射して、１００インチ以上の
非常に明るい大画面ディスプレイが実現できる。

【００９６】また、増幅されて出力する光ビームの波長
は、例えば種々のレーザダイオードや、５００種類以上
ある有機色素から、広く可視光域をカバーするような材
料を及びその組み合わせを選ぶことにより、光ファイバ
増幅器による多元色対応の増幅が可能である。従って、
三原色以上の複数の光源波長を採用することで、画像の
色再現性が大幅に向上すると期待される。

【００９７】また、変調信号を与えるドライバが、それ
ぞれの光源に設けられており、高速パルス変調による階
調表示が実現できるので、今後、主流となるデジタルオ
ーディオビジュアルデータとの相性がよい。さらに、直
接に変調駆動する光源において、その変調速度をより高
速化すると、より一層の高精細表示が可能になる。

【００９８】また、光ファイバ増幅器の励起光源とし
て、例えば波長４００ｎｍ帯の高出力レーザダイオード
（例えば、ＧａＮ系）を使用することができ、ディスプ
レイシステム等の低消費電力化が可能となる。また、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波や第３高調波を使用する
こともできる。

【００９９】さらに、光ビームの変調増幅部（ドライブ
信号生成回路を含む）と投射部とを光ファイバ増幅器の
ファイバで結ぶ構成であるので、前記変調増幅部と前記
投射部とが分離可能となり、投射部の小型、軽量化が実
現され、投射部の例えば天井等への据え付け作業が容易
となる。投射部を天井に設置すれば、人と投射光との干
渉が避けられるので望ましい。また、本発明の表示装置
を実際に家庭で用いる場合、スクリーンは窓を多い隠す
ように設置されることが望ましい。

【０１００】また、多色光ビームをひとつの光軸上に一
致することができるため、色ズレが原理的に生じず、こ
のため、投射型表示装置の設置時に必要な色ズレ調整が
不要になり、設置作業が容易になる。

【０１０１】特に、直接に変調された変調多色光ビーム
を後段の光ファイバ増幅器で増幅しているので、その光
軸上でスペックルノイズが発生しにくく、安定な出力光
を得ることができる。

【０１０２】以上、本発明を好ましい実施の形態につい
て説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定され
るものではない。

【０１０３】例えば、光ファイバ増幅器への励起光の導
入方法としては、図６（Ａ）に示すように、励起光源６
Ａからの励起光と、多色光源部２Ａからの多色光とをダ
イクロイックミラー３７Ａを介して実質的に同一光軸上
に合波し、これを光ファイバ増幅器７Ａに導入し、光フ
ァイバアンプ７Ａの出力側のフィルタ９Ａによって励起
光をカットするように構成してもよい（但し、図６
（Ａ）は図１に相当する）。

【０１０４】又は、図６（Ｂ）に示すように、光ファイ
バ増幅器７Ｂに関して多色光源部３Ｂからの多色光の出
力側にダイクロイックミラー３７Ｂを配し、この出力側
から、励起光源６Ｂによる励起光を光ファイバ増幅器７
Ｂに導入し、多色光の入力側に配するフィルタ９Ｂによ
って前記励起光をカットするように構成してもよい。

【０１０５】さらに、図６（Ｃ）に示すように、光ファ
イバ増幅器７Ｃに関して多色光源部２Ｃからの多色光の
入力側及び出力側に、それぞれダイクロイックミラー３
７Ｃ’及び３７Ｃを配し、前記入力側及び出力側から、
励起光源６Ｃ’及び６Ｃによる励起光を光ファイバ増幅
器７Ｃに導入するように構成することもできる。

【０１０６】また、前記実施の形態では、多色光源の光
ビームをダイクロイックミラーを利用して合波し、単一
の光ファイバ増幅器を利用しているが、例えば、多色光
源からの光ビームをダイクロイックミラーを介さず、直
接、光ファイバ増幅器に結合させて、その光ファイバ増
幅器を束ねて一本とし、前述した走査系を組み合わせて
もよい。

【０１０７】また、本発明の変調増幅器は、投射型表示
装置における変調増幅部として用いること以外に、例え
ば、通信及び情報関係、計測関係、加工技術関係、医学
関係等に用いられる変調増幅器（特に、レーザ光の変調
増幅器）としても使用可能である。

【０１０８】また、本発明の表示装置は、家庭用の大画
面投射型ディスプレイとして用いることが十分に可能で
あり、例えばＨｉＦｉ映像の映画を鑑賞することがで
き、さらに、一般に、例えば蛍光灯の下での比較的明る
い環境で映像を鑑賞するには、スクリーン上で１Ｗ／ｍ
² 程度の光パワー密度が求められる（即ち、光ビームの
パワーとしては２．７６Ｗ程度）が、本発明によれば、
低パワーの光ビームを、大きな光パワー密度（さらには
光ビームのパワー）の光ビームに、安定かつ高効率に増
幅できる。

【０１０９】

【発明の作用効果】本発明の変調増幅器によれば、変調
信号により駆動される多色光源部からの変調多色光と励
起光源部からの励起光とを光ファイバ増幅器に導き、前
記光ファイバ増幅器内で、前記励起光による励起を経て
前記変調多色光を増幅させるので、簡易な構成で、直接
に変調された変調多色光を、光ファイバ増幅器による増
幅で、効率よくかつ安定性よく増幅させることができ
る。

【０１１０】また、本発明の表示装置によれば、本発明
の変調増幅器を有し、前記の増幅された変調多色光を光
走査手段を介してスクリーン上に投射するので、強度の
大きい光ビームをビームスキャン装置により、スクリー
ン上に投射して、例えば１００インチ以上の大画面ディ
スプレイにおいても、簡易な構成で、また、高速変調が
可能であって、色再現性が良く、安定かつ高強度の出力
光が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の特徴的構成に基づく投射型表示装置
（大画面投射型フルカラーディスプレイ）の要部概略図
である。

【図２】本発明の変調増幅器及び表示装置に使用できる
光ファイバ増幅器の有機色素のドープ方法を示す概略断
面図である。

【図３】各種有機色素の光吸収スペクトル（Ａ）、蛍光
スペクトル（Ｆ）及びレーザチューニングスペクトル
（Ｌ）を示すグラフである。

【図４】各種有機色素材料のレーザ発振光の中心波長の
分布図である。

【図５】本発明の特徴的構成に基づき発色可能な色の表
現範囲を示す色度図である。

【図６】本発明に基づき構成できる光ファイバ増幅器へ
の励起光の導入方法例を示す概略図である。

【符号の説明】

１…変調増幅部、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…多色光源部、３…
ドライブ回路、４…ドライブ信号生成回路、５…ドライ
ブ回路、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｃ’…励起光源、７Ａ、
７Ｂ、７Ｃ…光ファイバ増幅器、８…拡散板、９Ａ、９
Ｂ…光学フィルタ（励起光カットフィルタ）１０、１１
…コントローラ、１２…ガルバノミラー、１３…ポリゴ
ンミラー、１４…スクリーン、１５…投射部、２０、２
１、２２、２３、２４、２５…ドライバ、２６、２７、
２８、２９、３０、３１…光源、３２、３３、３４、３
５、３６、３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｃ’…ダイク
ロイックミラー、３８…ドライブ回路、４０、４１、４
２…有機色素、４３…被覆部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｓ

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変調信号により駆動される多色光源部か
   らの変調多色光と励起光源部からの励起光とを光ファイ
   バ増幅器に導き、前記光ファイバ増幅器内で、前記励起
   光による励起を経て前記変調多色光を増幅させる、多色
   光の変調増幅器。
2. 【請求項２】 前記多色光源部が、複数の異なる発光波
   長を有するレーザダイオードからなる、請求項１に記載
   した多色光の変調増幅器。
3. 【請求項３】 前記多色光源部が、複数の異なる発光波
   長を有する発光ダイオードからなる、請求項１に記載し
   た多色光の変調増幅器。
4. 【請求項４】 前記多色光源部からの変調多色光および
   前記励起光源部からの励起光が、合波手段によって同一
   光軸上に合波される、請求項１に記載した多色光の変調
   増幅器。
5. 【請求項５】 前記合波手段がダイクロイックミラーか
   らなる、請求項４に記載した多色光の変調増幅器。
6. 【請求項６】 前記変調多色光の光軸上に、光散乱素子
   が設けられている、請求項１に記載した多色光の変調増
   幅器。
7. 【請求項７】 前記光ファイバ増幅器内に、前記変調多
   色光の光軸に沿って、吸収波長域が異なる複数の有機色
   素が配されている、請求項１に記載した多色光の変調増
   幅器。
8. 【請求項８】 前記複数の有機色素がそれぞれ別々の領
   域に配されている、請求項７に記載した多色光の変調増
   幅器。
9. 【請求項９】 前記複数の有機色素が混合して配されて
   いる、請求項７に記載した多色光の変調増幅器。
10. 【請求項１０】 前記光ファイバ増幅器内に、ある一つ
    の波長について、少なくとも１種の有機色素が配されて
    いる、請求項７に記載した多色光の変調増幅器。
11. 【請求項１１】 前記有機色素の溶媒としてプラスチッ
    ク材料を使用する、請求項７に記載した多色光の変調増
    幅器。
12. 【請求項１２】 前記励起光源部からの励起光が、前記
    変調多色光と同期されている、請求項１に記載した多色
    光の変調増幅器。
13. 【請求項１３】 前記励起光源部からの励起光が、前記
    光ファイバ増幅器に配される有機色素の吸収波長に整合
    される波長を有する、請求項１２に記載した多色光の変
    調増幅器。
14. 【請求項１４】 前記励起光源部が、ネオジム：イット
    リウム・アルミニウム・ガーネットレーザからなる、請
    求項１３に記載した多色光の変調増幅器。
15. 【請求項１５】 前記光ファイバ増幅器の出力側に、前
    記励起光を除去するためのフィルタを設ける、請求項１
    に記載した多色光の変調増幅器。
16. 【請求項１６】 変調信号により駆動される多色光源部
    からの変調多色光と励起光源部からの励起光とを光ファ
    イバ増幅器に導き、前記光ファイバ増幅器内で、前記励
    起光による励起を経て前記変調多色光を増幅させる、多
    色光の変調増幅器を有し、前記の増幅された変調多色光
    を光走査手段を介してスクリーン上に投射する、投射型
    表示装置。
17. 【請求項１７】 前記光走査手段が、水平走査手段およ
    び垂直走査手段からなる請求項１６に記載した投射型表
    示装置。
18. 【請求項１８】 前記水平走査手段および前記垂直走査
    手段のそれぞれの動作が、前記多色光源部の駆動と同期
    される、請求項１７に記載した投射型表示装置。
19. 【請求項１９】 前記多色光源部が、複数の異なる発光
    波長を有するレーザダイオードからなる、請求項１６に
    記載した投射型表示装置。
20. 【請求項２０】 前記多色光源部が、複数の異なる発光
    波長を有する発光ダイオードからなる、請求項１６に記
    載した投射型表示装置。
21. 【請求項２１】 前記多色光源部からの変調多色光およ
    び前記励起光源部からの励起光が、合波手段によって同
    一光軸上に合波される、請求項１６に記載した投射型表
    示装置。
22. 【請求項２２】 前記合波手段がダイクロイックミラー
    からなる、請求項２１に記載した投射型表示装置。
23. 【請求項２３】 前記変調多色光の光軸上に、光散乱素
    子が設けられている、請求項１６に記載した投射型表示
    装置。
24. 【請求項２４】 前記光ファイバ増幅器内に、前記変調
    多色光の光軸に沿って、吸収波長域が異なる複数の有機
    色素が配されている、請求項１６に記載した投射型表示
    装置。
25. 【請求項２５】 前記複数の有機色素がそれぞれ別々の
    領域に配されている、請求項２４に記載した投射型表示
    装置。
26. 【請求項２６】 前記複数の有機色素が混合して配され
    ている、請求項２４に記載した投射型表示装置。
27. 【請求項２７】 前記光ファイバ増幅器内に、ある一つ
    の波長について、少なくとも１種の有機色素が配されて
    いる、請求項２４に記載した投射型表示装置。
28. 【請求項２８】 前記有機色素の溶媒としてプラスチッ
    ク材料を使用する、請求項２４に記載した投射型表示装
    置。
29. 【請求項２９】 前記励起光源部からの励起光が、前記
    変調多色光と同期されている、請求項１６に記載した投
    射型表示装置。
30. 【請求項３０】 前記励起光源部からの励起光が、前記
    光ファイバ増幅器に配される有機色素の吸収波長に整合
    される波長を有する、請求項２９に記載した投射型表示
    装置。
31. 【請求項３１】 前記励起光源部が、ネオジム：イット
    リウム・アルミニウム・ガーネットレーザからなる、請
    求項３０に記載した投射型表示装置。
32. 【請求項３２】 前記光ファイバ増幅器の出力側に、前
    記励起光を除去するためのフィルタを設ける、請求項１
    ６に記載した投射型表示装置。