JPWO2016035349A1 - レーザー光学装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

レーザー光学装置は、複数のレーザー光源（１Ａ）および（１Ｂ）と、複数のレーザー光源（１Ａ）および（１Ｂ）を結ぶ線と光軸の双方に対して垂直な方向から視た平面視において前記線と交差する前記光軸を有し、複数のレーザー光源（１Ａ）および（１Ｂ）それぞれから出射される各光を平行化するコリメートレンズ（２）と、複数のレーザー光源（１Ａ）および（１Ｂ）それぞれから出射される各光を光学処理した各出力光が接するように、コリメートレンズ（２）から出射される複数の光（Ｌ２Ａ）および（Ｌ２Ｂ）を偏向する偏向素子（３）と、を備える。

Description

本発明は、レーザー光学装置並びにそれを備えるプロジェクタ及びヘッドアップディスプレイに関する。

従来のレーザー走査方式のプロジェクタにおいて、スクリーン上での輝度が不足することを補うために図１３に示すレーザー光学装置を用いる場合がある。図１３に示す従来のレーザー光学装置は、半導体レーザー素子１０１及び１０２と、偏光プリズム１０３と、コリメートレンズ１０４とを備えている。

半導体レーザー素子１０１及び１０２は同一波長のレーザー光を出射する。ただし、半導体レーザー素子１０１はｐ偏光光を出力するレーザー素子であり、半導体レーザー素子１０２はｓ偏光光を出力するレーザー素子である。

偏光プリズム１０３は、ｐ偏光光を透過させ且つｓ偏光光を反射させる偏光面１０３Ａを有している。半導体レーザー素子１０１から出射されたレーザー光（ｐ偏光光）が偏光面１０３Ａを透過し、半導体レーザー素子１０２から出射されたレーザー光（ｓ偏光光）が偏光面１０３Ａを反射することによって、両レーザー光が一つのレーザー光としてコリメートレンズ１０４に入射する。

コリメートレンズ１０４は入射光を平行光に変換する。コリメートレンズ１０４から出射された平行光は、従来のレーザー走査方式のプロジェクタに設けられている２軸ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー１０５によって反射され、スクリーン１０６上に投影される。２軸ＭＥＭＳミラー１０５の２軸駆動に従ってスクリーン１０６上に投影されるレーザー光が走査される。

図１３に示す従来のレーザー光学装置を用いることで、１つのレーザー素子しか有していないレーザー光学装置を用いる場合に比べてスクリーン１０６上の輝度をおよそ２倍にすることができる。

特開２００７−４７２４５号公報

しかしながら、図１３に示す従来のレーザー光学装置のように偏光プリズムによって複数のレーザー光を結合する場合、結合後のレーザー光はｐ偏光成分とｓ偏光成分の両方を有することになり、偏光面の揃っていない光となる。また、特許文献１の光源装置も図１３に示す従来のレーザー光学装置と同様に、偏光プリズムによって複数のレーザー光を結合しているので、結合後のレーザー光は偏光面の揃っていない光となる。

例えば、図１３に示す従来のレーザー光学装置からスクリーン１０６までの間に偏光素子が設置される場合、図１３に示す従来のレーザー光学装置から偏光面の揃っていない光が出力されるので、偏光素子において効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記の状況に鑑み、結合する複数の光の光学特性に制約がないレーザー光学装置並びにそれを備えるプロジェクタ及びヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係るレーザー光学装置は、複数のレーザー光源と、前記複数のレーザー光源を結ぶ線と光軸の双方に対して垂直な方向から視た平面視において前記線と交差する前記光軸を有し、前記複数のレーザー光源それぞれから出射される各光を平行化するコリメートレンズと、前記複数のレーザー光源それぞれから出射される各光を光学処理した各出力光が接する又は重なるように、前記コリメートレンズから出射される複数の光の内、少なくとも一つを偏向する偏向素子と、を備える構成とする。

上記構成のレーザー光学装置において、前記複数のレーザー光源それぞれから出射される各光が同一の偏光特性を有する構成としてもよい。

上記構成のレーザー光学装置において、前記複数のレーザー光源が同一のレーザーチップ内に存在する構成としてもよい。

上記構成のレーザー光学装置において、前記レーザー光源が使用最高温度付近で発光したときに前記偏向素子の偏向効率が最大または略最大になる構成としてもよい。

上記構成のレーザー光学装置において、前記偏向素子が回折格子であって、前記回折格子の回折格子面に形成される溝のピッチが前記溝の長手に沿って変化している構成としてもよい。

上記構成のレーザー光学装置において、前記偏向素子は、前記コリメートレンズから出射される互いに出射方向が異なる複数の光の少なくとも一つを前記光軸に沿う方向に偏向する場合よりも大きい偏向角度で、前記コリメートレンズから出射される互いに出射方向が異なる複数の光の少なくとも一つを偏向する構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタは、上記構成のレーザー光学装置からの光を第１走査方向および前記第１走査方向と直交する第２走査方向に走査させて２次元投影画像を形成する走査手段を備える構成とすることができる。また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記２次元投影画像の１つの画素に対応する投影光は、前記複数のレーザー光源からの各光を基とする各サブ投影光を含み、前記各サブ投影光の各中心は、前記２次元投影画像の画素が連続して投影される前記第１走査方向に沿って並ぶ構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイは、上記構成のプロジェクタと、前記プロジェクタの投影像を表示するための投影部材と、を備える構成とすることができる。

また、本発明の一実施形態におけるレーザー光学装置は、第１発光点から第１レーザー光を射出するとともに、前記第１発光点と異なる第２発光点から第２レーザー光を射出するレーザー光源ユニットと、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を受けて、該第１レーザー光及び該第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向し、第１出射光束及び第２出射光束として出射する偏向素子と、前記偏向素子から出射された前記第１出射光束及び第２出射光束を平行光束にするコリメートレンズとを備え、前記偏向素子は、前記第１出射光束及び前記第２出射光束の光軸同士がなす角度が、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束の拡がり角よりも広がり、前記第１出射光束の光源の虚像と前記第２出射光束の光源の虚像とが重なるように、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向し、前記偏向素子は、前記レーザー光源ユニットとの間の距離が、以下の式（１）で求められる所定の距離以下となるように配置される。

所定の距離Ｌ１＝Ｄ１／ｔａｎ（θ１／２） （１）
ここで、
Ｄ１：前記第１発光点と前記第２発光点との間の距離の半分の値、
θ１：前記光束の拡がり角
とする。

また、本発明の一実施形態におけるレーザー光学装置は、第１発光点から第１レーザー光を射出するとともに、前記第１発光点と異なる第２発光点から第２レーザー光を射出するレーザー光源ユニットと、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を平行光束にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズから出射した前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の各々が互いに接する又は重なるように、前記コリメートレンズから出射される複数の光の内、少なくとも一つを偏向する偏向素子と、を備え、前記偏向素子は、前記コリメートレンズとの間の距離が、以下の式（２）で求められる所定の距離以上となるよう配置される。

所定の距離Ｌ２＝ｆ＾２・ｓｉｎ（θ２／２）／Ｄ２ （２）
ここで、
ｆ：前記レーザー光源ユニットと前記コリメートレンズとの間の距離、
θ２：前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束の拡がり角、
Ｄ２：前記第１発光点と前記第２発光点との間の距離の半分の値
とする。

本発明によると、結合する複数の光の光学特性に制約がないレーザー光学装置並びにそれを備えるプロジェクタ及びヘッドアップディスプレイを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態において用いられる偏向素子の一例を示す側面図である。 偏向素子としてプリズムを用いたレーザー光学装置の概略構成を示す図である。 偏向素子としてプリズムを用いたレーザー光学装置の概略構成を示す図である。 偏向素子としてミラーを用いたレーザー光学装置の概略構成を示す正面図である。 偏向素子としてミラーを用いたレーザー光学装置の概略構成を示す側面図である。 偏向素子としてミラーを用いたレーザー光学装置の概略構成を示す上面図である。 偏向素子としてミラーを用いたレーザー光学装置の概略構成を示す斜視図である。 レーザー光源ユニットの一例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 光の断面形状を示す図である。 光の断面形状を示す図である。 光の断面形状を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態において用いられる偏向素子の一例を示す正面図である。 本発明の一実施形態において用いられる偏向素子の他の例を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 ヘッドアップディスプレイの概略構成を示す図である。 スクリーンの正面図である。 スクリーンの正面図である。 従来のレーザー光学装置の一構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像投影装置の構成を示す概略図である。 図１４の領域ＡＲ１の拡大図であり、本発明の一実施形態に係る偏向素子の側面図である。 偏向素子の光の透過特性を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の側面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光源ユニットの側面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー光源ユニット、偏向素子及びコリメートレスの側面図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の構成を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の光の反射特性を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態に係る画像投影装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る画像投影装置の開口絞りを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る画像投影装置の開口絞りを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る画像投影装置の開口絞りを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の他の例を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の他の例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の配置の例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の配置の例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る偏向素子の構成の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー光源ユニットが出射するレーザー光の拡がり角を説明する図である。

本発明の実施例及び実施形態について図面を参照して以下に説明する。後述する実施例及び実施形態はあくまで例示であり、本発明は後述する実施例及び実施形態に限定されるものではない。各実施例及び実施形態は矛盾のない限り、適宜組み合わせて実施することができ、また、各実施例及び実施形態で説明する例示や変形例は矛盾のない限り、他の実施例及び実施形態にも適用することができる。

＜第１実施例＞
図１に示すように、本発明の第一実施例の一以上の実施形態に係るレーザー光学装置は、レーザー光源ユニット１と、コリメートレンズ２と、例えば回折格子のような偏向素子３とを備える。レーザー光源ユニット１は互いに異なる２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂを有する。レーザー光源ユニット１は、レーザー光源１Ａからレーザー光Ｌ１Ａを出射し、レーザー光源１Ｂからレーザー光Ｌ１Ｂを出射する。レーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂの各波長は互いに同一または略同一である。

コリメートレンズ２はレーザー光源ユニット１の各レーザー光源１Ａおよび１Ｂから出射された各レーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂをいずれも平行光または略平行光（以下、「平行光または略平行光」を「平行光」と略す）に変換する。

コリメートレンズ２の光学的中心軸（光軸）２Ａは、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂを結ぶ線と光軸２Ａの双方に対して垂直な方向から視た平面視において前記線と直交するとともに前記線の中点を通るように配置されているため、各レーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂはコリメートレンズ２を通過後、コリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａに対して、互いに反対向きで、かつ同一角度でコリメートレンズの２の光学的中心軸２Ａから離れていくように進む平行光Ｌ２ＡおよびＬ２Ｂとなる。

コリメートレンズ２から出射された各平行光Ｌ２ＡおよびＬ２Ｂはコリメートレンズ２から距離Ｄ離れた位置で互いに交わらないビームとなり、この位置に偏向素子３を設置する。なお、本実施例の実施形態とは異なり、コリメートレンズ２から出射された各平行光Ｌ２ＡおよびＬ２Ｂが互いに交わるビームとなる位置、すなわちコリメートレンズ２から距離Ｄほど離れていない位置に偏向素子３を設置してもよい。

例えば、偏向素子３は、図２Ａに示すように、コリメートレンズ２側に回折格子面３Ａおよび３Ｂを有する透過型回折格子である。回折格子面３Ａはレーザー光Ｌ１Ａの波長（設計値）に対して最適化されたブレーズ形状の面であり、回折格子面３Ｂはレーザー光Ｌ１Ｂの波長（設計値）に対して最適化されたブレーズ形状の面である。

図２Ａに示すように回折格子面３Ａでは、平行光Ｌ２Ａの＋１次光だけが出射され、平行光Ｌ２Ａはコリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａに沿う方向に回折される。また図２Ａに示すように、回折格子面３Ｂでは、平行光Ｌ２Ｂの−１次光だけが出射され、平行光Ｌ２Ｂはコリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａに沿う方向に回折される。すなわち、偏向素子３は、コリメートレンズ２から出射される平行光Ｌ２ＡおよびＬ２Ｂそれぞれを、コリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａに沿う方向に偏向する。この偏向素子３での偏向により、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂそれぞれから出射される各光を光学処理した各出力光（平行光Ｌ２Ａの＋１次光、平行光Ｌ２Ｂの−１次光）が接し、２つのレーザー光が結合される。

回折格子面３Ａと回折格子面３Ｂの相対位置の精度を向上させる観点から、偏向素子３は一体成型品であることが好ましいが、回折格子面３Ａを有する部品と回折格子面３Ｂを有する部品とによって構成されていてもよい。なお、本実施例における実施形態とは異なり、回折格子以外の偏向素子を用いてもよい。回折格子以外の偏向素子としては、例えばプリズム、ミラー、液晶回折格子を挙げることができる。偏向素子としてプリズムＰ１を用いた場合、レーザー光学装置は図２Ｂまたは図２Ｃに示すような構成となる。図２Ｃに示すようにプリズムＰ１の入射面を曲面にすると、トータル収差の改善やビーム整形等の更なる効果を得ることができる。また、偏向素子としてミラーＭ１を用いた場合、レーザー光学装置は図２Ｄ〜図２Ｇに示すような構成となる。

以上説明した本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂと、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂを結ぶ線と光軸２Ａの双方に対して垂直な方向から視た平面視において前記線と直交する光軸２Ａを有し、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂそれぞれから出射される各光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂを平行化するコリメートレンズ２と、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂそれぞれから出射される各光を光学処理した各出力光が接するように、コリメートレンズ２から出射される２つの光Ｌ２ＡおよびＬ２Ｂを偏向する偏向素子３と、を備える構成である。

本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、２つのレーザー光を結合するので、レーザー光学装置から出力されるレーザー光（結合後のレーザー光）の輝度を高くすることができる。

また本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、偏向素子３での偏向によって２つのレーザー光を結合するので、結合する２つのレーザー光の偏光面が揃っていても揃っていなくてもよい。すなわち、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、結合する２つのレーザー光の光学特性に制約がない。

したがって、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置において、レーザー光源１Ａおよび１Ｂから出射された各レーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂが同一の偏光特性を有する構成にすることができる。この構成によると、結合後のレーザー光は偏光面の揃っている光となる。例えば、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置の後段に偏向素子が設置される場合、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置から偏光面の揃っている光が出力されるので、偏向素子において効率が低下しないという利点がある。

また、図１３に示す従来のレーザー光学装置は、半導体レーザー素子１０１と半導体レーザー素子１０２とが離れている。このため、温度変化や経年劣化等によって半導体レーザー素子１０１および１０２を格納しているハウジングにひずみが生じることで、半導体レーザー素子１０１と半導体レーザー素子１０２との相対的な位置関係に大きなずれが生じて、レーザー光の結合度合が悪化するおそれがあった。

これに対して、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、レーザー光源１Ａとレーザー光源１Ｂとが近接している。このため、レーザー光源１Ａとレーザー光源１Ｂとの相対的な位置関係にずれが生じにくい。例えば、レーザー光源１Ａを有する半導体レーザー素子と、レーザー光源１Ｂを有する半導体レーザー素子とを近接配置することによってレーザー光源ユニット１を構成することもできるが、図３に示すように、レーザー光源１Ａおよび１Ｂを有する単一のレーザーチップＣ１を用いてレーザー光源ユニット１を構成すると、より一層ずれが生じにくくなるので好ましい。

図１に示すように、本実施例の実施形態に係るプロジェクタは、レーザー走査方式のプロジェクタであって、上記レーザー光学装置と、２軸ＭＥＭＳミラー４と、レーザー光源ユニット１の駆動制御を行うレーザー光源ドライバ（不図示）と、２軸ＭＥＭＳミラー４を駆動するミラーサーボ部（不図示）と、ＣＰＵ（不図示）と、これらを収納する筐体部（不図示）と、上記筐体部に設けられた開口部を塞ぐ窓部材（不図示）とを備える。なお、レーザー光学装置には、レーザー光源ユニット１、コリメートレンズ２、および偏向素子３以外の光学素子が適宜設けられていても良い。

レーザー光源ドライバは、レーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ａおよび１Ｂそれぞれについて発光のＯＮ／ＯＦＦや出力等に関する駆動制御を行うことができる。

ミラーサーボ部は、ＣＰＵからの水平同期信号に応じて２軸ＭＥＭＳミラー４を駆動し、レーザー光の反射方向を２軸ＭＥＭＳミラー４によって水平方向に変位させる。また、ミラーサーボ部は、ＣＰＵからの垂直同期信号に応じて２軸ＭＥＭＳミラー４を駆動し、レーザー光の反射方向を２軸ＭＥＭＳミラー４によって垂直方向に変位させる。なお、２軸ＭＥＭＳミラー４の代わりに水平走査ＭＥＭＳミラーおよび垂直走査ＭＥＭＳミラーを用いてもよい。この場合、ミラーサーボ部は、ＣＰＵからの水平同期信号に応じて水平走査ＭＥＭＳミラーを駆動し、ＣＰＵからの垂直同期信号に応じて垂直走査ＭＥＭＳミラーを駆動する。

ＣＰＵは、映像処理部と、ドライバ制御部と、ミラー制御部とを備える。映像処理部は、不図示の記憶部等に格納されたプログラム、不図示の入出力インタフェースから入力される映像に係る情報などに基づく映像情報を生成する。映像処理部は生成した映像情報を単色の映像データに変換する。変換された単色の映像データはドライバ制御部に出力される。ドライバ制御部は単色の映像データに基づいて光制御信号を生成し、レーザー光源ドライバに出力する。ミラー制御部は映像情報に基づいて２軸ＭＥＭＳミラー４の位置を制御するための制御信号を生成し、ミラーサーボ部に出力する。

２軸ＭＥＭＳミラー４によって反射されたレーザー光がスクリーン５上に投影され、スクリーン５上に単色の２次元像が形成される。

＜第２実施例＞
図４は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。図４において図１と同一または類似の部分には同一の符号を付している。

本実施例の実施形態に係るプロジェクタが備える、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、レーザー光源１Ｂの位置と偏向素子３の位置および構成が第１実施例の実施形態に係るレーザー光学装置と異なっている。

レーザー光源１Ｂはコリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａ上に位置している。したがって、レーザー光Ｌ１Ｂはコリメートレンズ２を通過後、コリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａに沿って進む平行光Ｌ２Ｂとなる。

偏向素子３には平行光Ｌ２Ｂが入射されず平行光Ｌ２Ａのみが入射される。偏向素子３は、レーザー光Ｌ１Ａの波長（設計値）に対して最適化されたブレーズ形状の回折格子面をコリメートレンズ２側に有する透過型回折格子である。すなわち、偏向素子３は、コリメートレンズ２から出射される平行光Ｌ２Ａのみを、コリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａに沿う方向に偏向する。この偏向素子３での偏向により、２つのレーザー光が結合される。本実施例の実施形態によれば、第１実施例の実施形態と同様の効果を奏する。

また本実施例の実施形態において、レーザー光源ユニット１にレーザー光源を追加し、追加したレーザー光源とレーザー光源１Ａとの中心にレーザー光源１Ｂがくるように各レーザー光源を配置し、追加したレーザー光源に対応する偏向素子を追加するようにしてもよい。この場合、偏向素子３での偏向および追加した偏向素子での偏向により、３つのレーザー光が結合される。すなわち、本発明に係るレーザー光学装置において、結合される光の個数は２つに限定されない。

＜第３実施例＞
本発明の一実施形態に係るレーザー光学装置は、レーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ａから出射されるレーザー光Ｌ１Ａとレーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ｂから出射されるレーザー光Ｌ１Ｂとが互いに異なる色である点において第１実施例の実施形態に係るレーザー光学装置と異なっており、それ以外の点において第１実施例の実施形態に係るレーザー光学装置と同一である。本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、第１実施例の実施形態に係るレーザー光学装置と同様の効果を奏することができる。なお、コリメートレンズ２がレーザー光Ｌ１Ａの波長およびレーザー光Ｌ１Ｂの波長の一方に対してのみしか最適化しない場合は、双方の波長に対応したマルチコートを施したり、最適化できずに発生した収差を後段の偏向素子にその収差を打ち消すレンズ効果を付与したりすることによって、第１実施例の実施形態と同様の効率を得ることができる。

例えば、レーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ａから出射されるレーザー光Ｌ１Ａの波長（設計値）を６６０ｎｍとし、レーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ｂから出射されるレーザー光Ｌ１Ｂの波長（設計値）を５２０ｎｍとする。この場合、結合後のレーザー光は、ファーフィールド領域において観測すると波長６６０ｎｍの領域と波長５２０ｎｍの領域とに分かれているが、ニアフィールド領域において観測すると波長６６０ｎｍおよび５２０ｎｍによる混合色の一つのレーザー光となる。

＜第４実施例＞
図５は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。図５において図１と同一または類似の部分には同一の符号を付している。

本実施例の実施形態に係るプロジェクタが備える、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、第１実施例の実施形態に係るレーザー光学装置に青色レーザー光源ユニット６と、緑色レーザー光源ユニット７と、コリメートレンズ８および９と、ダイクロックプリズム１０および１１とを追加した構成である。

レーザー光源ユニット１は、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）化合物半導体結晶を用いた赤色レーザー光源を有し、レーザー光源ユニット１から出射されるレーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂの波長（設計値）は６４０ｎｍである。AlGaInPの化合物半導体結晶を用いた赤色レーザー光源は、AlGaInP化合物半導体結晶の特性により、光源の温度が１℃上昇するごとに発振波長が約０．２ｎｍ長波長側にシフトする。また、回折格子は入射する光の波長によって回折効率が変化する。半導体レーザーは高温になればなるほど、発光パワーは低下していくので、レーザー光源ユニット１の赤色レーザー光源が使用最高温度付近で発光したときに回折格子の回折効率が最大または略最大になるように設計することで、使用温度範囲内での発光輝度の最低値を改善することができる。例えば、設計パッケージ温度２５℃、設計波長６４０ｎｍの赤色半導体レーザーの場合、高温使用時パッケージ温度が９０℃になる事を想定すると、温度特性による波長変動により設計波長から１３ｎｍ波長が伸びる事になるので、回折格子形状を波長６５２ｎｍで効率最大になる様に設定する。

青色レーザー光源ユニット６は単一のレーザー光源を有する。青色レーザー光源ユニット６のレーザー光源から波長４５０ｎｍ（設計値）の青色レーザー光が出射される。青色レーザー光源ユニット６から出射された青色レーザー光は、コリメートレンズ８によって平行光に変換されたのち、ダイクロックプリズム１０に入射する。

緑色レーザー光源ユニット７は単一のレーザー光源を有する。緑色レーザー光源ユニット７のレーザー光源から波長５２０ｎｍ（設計値）の緑色レーザー光が出射される。緑色レーザー光源ユニット７から出射された緑色レーザー光は、コリメートレンズ９によって平行光に変換されたのち、ダイクロックプリズム１１に入射する。

ダイクロックプリズム１０は、赤色帯域の光を透過し、青色帯域の光を反射する特性をもつ。このため、偏向素子３での偏向によって結合されたのちの赤色レーザー光はダイクロックプリズム１０を透過し、コリメートレンズ８から出射された青色レーザー光はダイクロックプリズム１０内で反射することで、両レーザー光が一本のビームとなってダイクロックプリズム１０から出射されダイクロックプリズム１１に入射される。

ダイクロックプリズム１１は、赤色帯域の光および青色帯域の光を透過し、緑色帯域の光を反射する特性をもつ。このため、ダイクロックプリズム１０からの光はダイクロックプリズム１１を透過し、コリメートレンズ９から出射された緑色レーザー光はダイクロックプリズム１１内で反射することで、両レーザー光が一本のビームとなってダイクロックプリズム１１から出射され２軸ＭＥＭＳミラー４に入射される。

コリメートレンズ８および９から出射される各平行光の断面形状は図６に示す真円または略真円（以下、「真円または略真円」を「真円」と略す）にできるのに対して、偏向素子３での偏向によって結合されたのちの赤色レーザー光の断面形状は図７Ａや図７Ｂに示すように２つの円を合わせた形状にしかならない。この２つの円を合わせた形状を真円に近づけるために、図７Ｂに示すように２つの円それぞれを楕円形とし、長径：短径＝１：１．５〜１：２にすることが好ましい。例えば、レーザー光源ユニット１の各レーザー光源でのレーザー発光拡がり角の水平と垂直のアスペクト比を１：１．５〜１：２にするとよい。

本実施例の実施形態に係るプロジェクタは、レーザー走査方式のプロジェクタであって、上記レーザー光学装置と、２軸ＭＥＭＳミラー４と、レーザー光源ユニット１の駆動制御を行う赤色レーザー光源ドライバ（不図示）と、レーザー光源ユニット６の駆動制御を行う青色レーザー光源ドライバ（不図示）と、レーザー光源ユニット７の駆動制御を行う緑色レーザー光源ドライバ（不図示）と、２軸ＭＥＭＳミラー４を駆動するミラーサーボ部（不図示）と、ＣＰＵ（不図示）と、これらを収納する筐体部（不図示）と、上記筐体部に設けられた開口部を塞ぐ窓部材（不図示）とを備える。なお、レーザー光学装置には、レーザー光源ユニット１、コリメートレンズ２、偏向素子３、青色レーザー光源ユニット６、緑色レーザー光源ユニット７、コリメートレンズ８および９、並びにダイクロックプリズム１０および１１以外の光学素子が適宜設けられていても良い。

赤色レーザー光源ドライバは、レーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ａおよび１Ｂそれぞれについて発光のＯＮ／ＯＦＦや出力等に関する駆動制御を行うことができる。また、青色レーザー光源ドライバは青色レーザー光源ユニット６のレーザー光源について発光のＯＮ／ＯＦＦや出力等に関する駆動制御を行うことができ、緑色レーザー光源ドライバは緑色レーザー光源ユニット７のレーザー光源について発光のＯＮ／ＯＦＦや出力等に関する駆動制御を行うことができる。

ミラーサーボ部は、ＣＰＵからの水平同期信号に応じて２軸ＭＥＭＳミラー４を駆動し、レーザー光の反射方向を２軸ＭＥＭＳミラー４によって水平方向に変位させる。また、ミラーサーボ部は、ＣＰＵからの垂直同期信号に応じて２軸ＭＥＭＳミラー４を駆動し、レーザー光の反射方向を２軸ＭＥＭＳミラー４によって垂直方向に変位させる。なお、２軸ＭＥＭＳミラー４の代わりに水平走査ＭＥＭＳミラーおよび垂直走査ＭＥＭＳミラーを用いてもよい。この場合、ミラーサーボ部は、ＣＰＵからの水平同期信号に応じて水平走査ＭＥＭＳミラーを駆動し、ＣＰＵからの垂直同期信号に応じて垂直走査ＭＥＭＳミラーを駆動する。

ＣＰＵは、映像処理部と、ドライバ制御部と、ミラー制御部とを備える。映像処理部は、不図示の記憶部等に格納されたプログラム、不図示の入出力インタフェースから入力される映像に係る情報などに基づく映像情報を生成する。映像処理部は生成した映像情報を赤色、緑色、青色の３色の映像データに変換する。変換された３色の映像データはドライバ制御部に出力される。ドライバ制御部は赤色の映像データに基づいて赤色光制御信号を生成し、赤色レーザー光源ドライバに出力する。同様に、ドライバ制御部は青色の映像データに基づいて青色光制御信号を生成し、青色レーザー光源ドライバに出力する。また同様に、ドライバ制御部は緑色の映像データに基づいて緑色光制御信号を生成し、緑色レーザー光源ドライバに出力する。ミラー制御部は映像情報に基づいて２軸ＭＥＭＳミラー４の位置を制御するための制御信号を生成し、ミラーサーボ部に出力する。

２軸ＭＥＭＳミラー４によって反射されたレーザー光がスクリーン５上に投影され、スクリーン５上にフルカラーの２次元像が形成される。

＜第５実施例＞
図８は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。図８において図５と同一または類似の部分には同一の符号を付している。

本実施例の実施形態に係るプロジェクタが備える、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、偏向素子３の形状が第４実施例の実施形態に係るレーザー光学装置と異なっており、さらに偏向素子３のＺ軸方向の位置を調整する位置調整機構１２を追加した構成である。

レーザー光源ユニット１から出射されるレーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂの波長にはレーザー光源ユニット１の製造誤差によりばらつきが生じる。第４実施例の実施形態に係るプロジェクタでは、レーザー光源ユニット１から出射されるレーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂの波長が設計値からずれると、偏向素子３での偏向効率が低下し、スクリーン５上に投影される赤色光の輝度が低下してしまう。

そこで、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、図９Ａに示すように偏向素子３の溝ピッチがＺ軸方向（溝の長手方向）に沿って変化している構成とする。この構成により、レーザー光源ユニット１に対する偏向素子３のＺ軸方向位置を調整することで、偏向素子３での偏向効率の低下を抑えることができる。図９Ａに示す例では偏向素子３の溝ピッチがＺ軸方向で連続的に異なっているが、段階的に異なる形状にしてもよい。また、図９Ａに示す例では格子が紙面の左から右に向かって直線状に形成されているが、図９Ｂに示す例のように格子が紙面の左から右に向かって曲線状に形成されてもよい。図９Ｂに示す例のように格子が紙面の左から右に向かって曲線状に形成された場合、レーザー光源ユニット１に対する偏向素子３のＺ軸方向位置を調整することで偏向素子３の溝ピッチを調整する設計をする際に、レーザー光源ユニット１に対する偏向素子３のＺ軸方向位置と偏向素子３の溝ピッチとの関係をリニアから曲線的まで自由に設定できるという更なる効果やビーム整形の機能を盛り込めるという更なる効果を得ることができる。

なお、本実施例の実施形態と異なり位置調整機構１２を設けずに、製造時に工場の製造設備や治具などを用いてレーザー光源ユニット１に対する偏向素子３のＺ軸方向位置を調整したのちに、偏向素子３をハウジング等に固定するようにしてもよい。

レーザー光Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂの波長の設計値からのずれは、第４実施例で述べた通りレーザー光源ユニット１の温度によって生じることもある。そこで、レーザー光源ユニット１の温度を検出する検出部を設け、当該検出部の検出結果に基づいて位置調整機構１２がレーザー光源ユニット１に対する偏向素子３のＺ軸方向位置を調整するようにしてもよい。

＜第６実施例＞
図１０は本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。図１０において図１と同一または類似の部分には同一の符号を付している。

本実施例の実施形態に係るプロジェクタが備える、本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置は、偏向素子３の形状が第１実施例の実施形態に係るレーザー光学装置と異なる構成である。

偏向素子３は、平行光Ｌ２Ａをコリメートレンズ２の光学的中心軸２Ａに沿う方向に回折する場合よりも大きい回折角度で平行光Ｌ２Ａを回折し、平行光Ｌ２Ｂをコリメートレンズ２の光学的中心軸２Ｂに沿う方向に回折する場合よりも大きい回折角度で平行光Ｌ２Ｂを回折する。この場合、偏向素子３は、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂそれぞれから出射される各光を光学処理した各出力光が重なるように、コリメートレンズ２から出射される２つの光Ｌ２ＡおよびＬ２Ｂを回折することになる。これにより、２軸ＭＥＭＳミラー４上ひいてはスクリーン５上でのレーザー光のスポット面積を小さくすることができる。したがって、スクリーン５上に形成される２次元像の解像度を向上させることができる。

＜第７実施例＞
以下では、本発明の一実施形態に係るプロジェクタをヘッドアップディスプレイに適用する例を説明する。図１１は本実施例の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの概略図である。本実施例の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１３は、車両１４に搭載されている。なお、ヘッドアップディスプレイ１３は、車両に限らず、他の乗り物（例えば航空機等）に搭載されてもよい。ヘッドアップディスプレイ１３は、本発明に係るプロジェクタ１５から走査レーザー光１６（投射光）を車両１４のフロントガラス８Ａに向けて投射し、投影像をユーザの視野内に重ねて表示する表示装置である。なお、図１１において、一点鎖線の矢印１７は車両１４の運転席に座っているユーザの視線を示している。

図１１に示すように、フロントガラス８Ａの内面にはコンバイナ１８が貼り付けられている。このコンバイナ１８は、本発明に係るプロジェクタ１５の投影像をユーザの視野内に表示するための投影部材であり、たとえばハーフミラーなどの半透過性の反射材料を用いて形成されている。コンバイナ１８に本発明に係るプロジェクタ１５から走査レーザー光１６が投射されることによって、コンバイナ１８の所定領域に虚像が形成される。このために、車両１４の前方（すなわち視線１７の方向）を見ているユーザは、車両１４の前方の外界像と、本発明に係るプロジェクタ１５から投射される投射画像とを同時に視認することができる。

＜その他＞
上述した各実施形態では、２つのレーザー光源１Ａおよび１Ｂを結ぶ線と光軸２Ａの双方に対して垂直な方向から視た平面視において前記線と光軸２Ａとが直交したが、直交に限定されることはなく、レーザー光源ユニット１の各レーザー光源を結ぶ線とコリメートレンズ２の光軸２Ａの双方に対して垂直な方向から視た平面視において前記線と光軸２Ａとが交差すればよい。

また、上述したように各実施形態に係るレーザー光学装置においては、レーザー光源ユニット１の各レーザー光源が互いに近接しているので、レーザー光源ユニット１の各レーザー光源の相対的な位置関係にずれが生じにくい。しかしながら、温度変化や経年劣化変化等によってレーザー光源ユニット１の各レーザー光源の相対的な位置関係にずれが生じる可能性はある。

上述した各実施形態にかかるプロジェクタでは、２次元投影画像の１つの画素に対応する投影光は、レーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ａからの出射光を基とする第１投影光と、レーザー光源ユニット１のレーザー光源１Ｂからの出射光を基とする第２投影光とを含んでいる。

ここで、図１２Ａに示すように２次元投影画像の１つの画素に対応する第１投影光１９と第２投影光２０の各中心１９Ａおよび２０Ｂが、水平走査方向（２次元投影画像の画素が連続して投影される方向）に沿って並ぶようにレーザー光源ユニット１の各レーザー光源の配置および２軸ＭＥＭＳミラー４の水平駆動方向を決定する。

レーザー光源ユニット１の各レーザー光源の相対的な位置関係にずれが生じた場合、２次元投影画像の１つの画素に対応するレーザー光源ユニット１の各レーザー光源からの各出射光が同時に出力されると、２次元投影画像の１つの画素に対応する第１投影光と第２投影光が図１２Ｂに示すように離れてしまう。しかしながら、上記の決定をしておくと、ＣＰＵのドライバ制御部によって２次元投影画像の１つの画素に対応するレーザー光源ユニット１の各レーザー光源からの各出射光の出力タイミングをずらすことで、図１２Ｂに示す投影状態を図１２Ａに示す投影状態に補正することができる。これにより、レーザー光源ユニット１の各レーザー光源の相対的な位置関係にずれが生じた場合に２次元投影画像が２重になることを、簡単な制御で防ぐことができる。

図１３を用いて説明したように、従来のレーザー走査方式の画像投影装置では、スクリーン上での輝度不足を補うことを目的として、偏光プリズム等の光波合成素子によって複数の光源から発生されたレーザー光を偏光させ、平行光に変換するレンズに一つのレーザー光として入射する技術が知られている（特許文献１）。

既に述べたように、特許文献１に示されたような偏光プリズム等を用いる光学系（以下、従来の光学系ともいう）の場合、二つのレーザー素子のうちの一方のレーザーの偏光面は、他方のレーザーの偏光面と直交させる必要があり、結合してそのまま平行光化しても異なった偏光面を有する光からなる平行光となる。その結果、光学系の後段において、偏光面を合致させる変換処理が必要となり、その変換処理を行う光学系が別途必要であるとともに、変換処理に伴って変換ロスが生じる可能性がある。

また、光学系を格納するハウジングや光学系が固定されるシャーシ等が温度変化や経年劣化等によって歪んだり変形したりすることがある。従来の光学系では、それぞれの光軸が直交するようにレーザー素子を配置する必要があるため、二つのレーザー素子の相対的な位置関係がハウジング等の歪みや変形によってずれる場合がある。その結果、スクリーン上の画像が二重になってしまう可能性がある。

以下では、複数の発光点から射出されたレーザー光を用いて、単一の偏光面を有するレーザー光の合成を可能にし、かつ、単一発光点から射出されたレーザー光よりも高い強度を有する合成光を得るための実施例（第８実施例〜第１１実施例）を説明する。

＜第８実施例〜第１１実施例の概要＞
本発明の一実施形態において、レーザー光学装置は、第１発光点から第１レーザー光を射出するとともに、前記第１発光点と異なる第２発光点から第２レーザー光を射出するレーザー発生部と、前記第１及び第２レーザー光を受けて、該第１及び第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向し、第１及び第２出射光束として出射する偏向素子と、前記偏向素子から出射された前記第１及び第２出射光束を並行光束にするコリメートレンズとを備え、前記偏向素子は、前記第１及び第２出射光束の光軸同士がなす角度が、前記第１及び第２レーザー光の光軸同士がなす角度よりも広がり、前記第１出射光束の光源の虚像と前記第２出射光束の光源の虚像とが重なるように、前記第１及び第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向する。

この実施形態に係るレーザー光学装置によると、偏向素子は、第１及び第２出射光束の光軸同士がなす角度が、第１及び第２レーザー光の光軸同士がなす角度よりも広がるように第１及び第２レーザー光の光束を偏向し、第１及び第２出射光束の光源の虚像が重なるように構成されている。そのため、第１発光点から射出される第１レーザー光と、第２発光点から射出される第２レーザー光とが同じ偏光面を有するレーザー光であっても、合成することが可能になる。これにより、単一の光源からレーザー光が出射されている場合と比較して約２倍の出射光強度を有し、かつ、単一の偏光面を有する合成波を得ることができる。

一方で、従来の光学系では、２つの出射光束の光軸を重ねてその強度を増加させるようにしているが、例えば、同一又は類似の発振波長のレーザー光の偏光面を重ねた状態でかつその光軸をそろえるように透過及び／又は反射させることはできない。したがって、従来技術では、直行する偏光面を有するレーザー光を偏向素子に入力して偏光面が異なる合成波を生成し、後で偏光面を合致させる処理が必要となる。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記レーザー発生部は、前記第１及び第２レーザー光の光束が射出方向に向かって徐々に広がるように構成され、前記偏向素子は、前記第１及び第２レーザー光の光束のうち少なくともいずれか一方を偏向する偏向面を有し、前記偏向面は、前記第１レーザー光の光束と前記第２レーザー光の光束とが重なりを持つ位置よりも前記レーザー発生部に近い、ように構成されていてもよい。

この構成によると、第１及び第２レーザー光の光束は互いに重なり合う前に偏向面に入射されるため、光量ロスを防ぐことができる。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記第１及び第２発光点は、同一のレーザー発光素子に設けられている、ように構成されていてもよい。

この構成によると、第１発光点と第２発光点とは、同一のレーザー発光素子に設けられている。すなわち、第１レーザー光と第２レーザー光は同一のレーザー発光素子から射出される。これによって、温度変動や経時変化等による第１及び第２発光点間の位置ずれを防ぐことができる。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記偏向素子は、透過型であり、かつ、前記第１及び第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向する偏向面を有し、前記偏向面は、前記第１及び第２レーザー光が入射される光入射面側に設けられている、ように構成されていてもよい。

これにより、第１及び第２レーザー光の進行方向における偏向素子の厚さに関わらず、第１及び第２発光点と、偏向素子の偏向面とを近づけることができる。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記偏向素子は、前記第１レーザー光の光束を回折させる第１回折面と、前記第２レーザー光の光束を回折させる第２回折面とを有する回折型光学素子であり、前記第１回折面は、前記第１及び第２レーザー光を偏向する方向である第１方向において前記第１レーザー光の波長に応じたピッチで形成されかつ該第１方向と直交する第２方向に沿うように延びた複数の回折溝からなる第１回折溝部を有し、前記第２回折面は、前記第１方向において前記第２レーザー光の波長に応じたピッチで形成されかつ前記第２方向に沿うように延びる複数の回折溝からなる第２回折溝部を有する、ように構成されていてもよい。

この構成によると、偏向素子として回折型光学素子を適用することができる。回折型光学素子は、他の光学素子と比較して小型化しやすいメリットがある。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記第１及び第２回折溝部のうちの少なくとも一方における複数の回折溝は、前記第２方向の異なる位置において、前記ピッチが異なるように構成されていてもよい。

この構成によると、第２方向の位置によって、回折溝部の第１方向におけるピッチが異なるように構成されているため、回折面によってレーザー光を所定の方向に回折させると同時に、第１方向における収差を補正することができる。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記第１及び第２回折溝部のうちの少なくとも一方における複数の回折溝は、前記第２方向において、溝幅が徐々に変化する回折溝を含む、ように構成されていてもよい。

このように、第１回折溝部及び／又は第２回折溝部の回折溝が、溝幅の徐々に変化する回折溝を含むことによって、第２方向の位置によって回折溝部のピッチが異なるように構成することができる。これにより、レーザー光の照射位置を第２方向に変えることによって、レーザー光を最適なピッチで回折させることができる。具体的には、例えば、使用温度や製造バラつき等によってレーザー発生部から射出される第１及び／又は第２レーザー光の発振波長が設計時の発振波長からずれた場合においても、そのずれ量に応じて回折溝のピッチを調整することが可能になる。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記偏向素子は、前記第１レーザー光の光束を屈折させる第１屈折面と、前記第２レーザー光の光束を屈折させる第２屈折面とを有する屈折型光学素子である、ように構成されていてもよい。

この構成によると、偏向素子として屈折型光学素子を適用することができる。屈折型光学素子として、例えば、プリズムを用いることができ、プリズムを用いた場合、その構造が簡単であるというメリットがある。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、前記第１及び第２屈折面のうちの少なくとも一方は、凸レンズ状に突出している曲面である、ように構成されていてもよい。

このように第１屈折面及び／又は第２屈折面を凸レンズ状の曲面にすることによって、屈折面によってレーザー光を所定の方向に屈折させると同時に、レーザー光学装置に生じる収差を補正することができる。

上記実施形態に係るレーザー光学装置において、偏向素子は、前記第１レーザー光の光束を反射する第１反射面と、前記第２レーザー光の光束を反射する第２反射面とを有する反射型光学素子である、ように構成されていてもよい。

この構成によると、偏向素子として反射型光学素子を適用することができる。偏向素子として反射型光学素子を用いた場合、第１及び第２レーザー光の波長によって偏向角が変化しないメリットがある。

本発明の一実施形態において、画像投影装置は、上述した実施形態に係るレーザー光学装置と、前記コリメートレンズから出射されたレーザー光を２次元的に偏向走査させることにより画像を投影する走査ミラーとを備えている。

この実施形態によると、上記実施形態に係るレーザー光学装置によって単一の偏光面を有しかつ発光強度を高めた合成並行光を出射することができるため、偏光面が異なるレーザー光を合成した場合と比較して、画像投影装置から投影された画像の輝度を高めることができるとともに、信頼性の高い画像投影装置を実現することができる。

上記実施形態の画像投影装置において、当該画像投影装置が投影する画像データを受けて、該画像データに対応する前記第１レーザー光及び該画像データに対応する前記第２レーザー光を射出するタイミングを制御する制御部を備え、前記走査ミラーの走査方向のいずれか一方は、前記レーザー光学装置が前記第１及び第２レーザー光の光束のうち少なくともいずれか一方を偏向する方向に一致している、ように構成されていてもよい。

本実施形態によれば、例えば、第１発光点と第２発光点との相対的な位置関係のずれによって、画像投影装置から投影された画像にずれが生じた場合、制御部によって第１及び第２レーザー光の射出タイミングを調整することにより、画像のずれを補正することができる。これにより、第１発光点と第２発光点との位置ずれによって画像のずれが生じる方向とレーザー光の走査方向とが合致するため、上記の画像ずれを補正するため時間のずれが削減され、結果として画像データ等を一時的に格納するバッファの容量を削減することができる。

本発明の一実施形態におけるレーザー光学装置によると、第１出射光束の光軸と第２出射光束の光軸との間の角度を広げてそれらの光源の虚像を一致させることによって、例えば、同じ偏光面を有する複数のレーザー光であっても合成してその発光強度を高めることが可能になる。すなわち、本発明のレーザー光学装置は、複数の発光点から射出されたレーザー光を用いて、単一の偏光面を有するレーザー光の合成を可能にしかつ単一発光点から射出されたレーザー光より高い強度を有する合成光を得ることができる。

＜第８実施例＞
図１４は、本発明の一実施形態に係る画像投影装置１００を示す概念図であり、後述するレーザー光学装置２００に関する構成要素を中心に示している。画像投影装置１００は、レーザー光学装置２００から出射されたレーザー光を２軸ＭＥＭＳミラー４で２次元的に偏向走査させてスクリーン５面上に投影する。後述するレーザー光源ユニット１から出射するレーザー光の強度は、赤色レーザー制御回路７１によって制御される。制御部としての制御ＩＣ７０は、ビデオデータ等の画像データＤＩＮを受け、その画像データＤＩＮに基づいてレーザー光強度への変換をした変換データを赤色レーザー制御回路７１に送る。さらに、制御ＩＣ７０は、２軸ＭＥＭＳミラー４による２次元的な走査を制御する。

レーザー光学装置２００は、レーザー発生部又はレーザー発光素子としてのレーザー光源ユニット１、偏向素子３及びコリメートレンズ２を備えている。そして、レーザー光学装置２００は、異なる発光点から出射されたレーザー光を偏向させ、偏向された光束の光源の虚像を一致させた後に、その虚像の光源の光軸に並行するレーザー光（以下、単に並行光ともいう）にして出力する。偏向素子３は、レーザー光源ユニット１の発振波長で最大の回折効率が得られるように構成されており、コリメートレンズ２はレーザー光源ユニット１の発振波長に最適化されている。なお、本開示において、並行光とは、実質的に並行するレーザー光を指すものとし、光の波動特性等によってビーム径が拡がったり、狭まったりしたレーザー光を含む概念である。

図１４及び図１５に示すように、レーザー光源ユニット１は、第１レーザー光Ｂ１１（光束Ｓ１１）を射出する第１発光点１１０と、第１発光点１１０とは異なる位置において第１レーザー光Ｂ１１と同じ発振波長の第２レーザー光Ｂ１２（光束Ｓ１２）を射出する第２発光点１２０とを有する。例えば、レーザー光源ユニット１は、６４０ｎｍの発振波長帯域を持つ赤色の半導体レーザーチップであり、第１及び第２発光点１１０，１２０は、その半導体レーザーチップ内においてチップ表面に沿うＺ方向の位置が異なるように設けられている。このように、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２が単一のレーザー光源ユニット１から出射されるように構成することで、温度変動や経時変化等による発光点１１０，１２０の位置のずれを防ぐことができる。本実施形態では、第１及び第２発光点１１０，１２０は、レーザー光源ユニット１のＺ方向の中心から等間隔Ｄ１をあけ、かつレーザー光源ユニット１の出射側端部に設けられているものとする。図１５において、Ｌ１１は第１レーザー光Ｂ１１の光束Ｓ１１の光軸であり、Ｌ１２は、第２レーザー光Ｂ１２の光束Ｓ１２の光軸である。

なお、第１及び第２発光点１１０，１２０の位置は、本実施形態の位置に限定されない。例えば、Ｚ方向の中心から等間隔に限定されるものではなく、レーザー光源ユニット１の射出側端部に限定されるものでもない。また、発光点１２０，１３０は、同一のレーザー発光素子に設けられていなくてもよく、例えば、２つの発光点がそれぞれ異なるレーザー発光素子に設けられていてもよい。

本実施形態では、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２がレーザー光源ユニット１から射出される方向をＸ１方向とし、その逆方向をＸ２方向とする。また、Ｘ方向（Ｘ１方向及びＸ２方向）とＺ方向は直交するものとし、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。後述する第９実施例でも同様とする。

図１５に示すように、偏向素子３は、レーザー光源ユニット１から射出された第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２を受け、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２の光軸のＺ方向の間隔が徐々に広がるようにそれぞれの光路を折り曲げて出射する。偏向素子３は、Ｚ方向の一方側（Ｚ１方向側）において第１レーザー光Ｂ１１を受ける第１回折部２１と、Ｚ方向の他方側（Ｚ２方向側）において第２レーザー光Ｂ１２を受ける第２回折部２２とを有する。

第１回折部２１は、レーザー光源ユニット１と対向する光入射面側（Ｘ２方向側）に第１回折面２１Ａを有し、光出射側（Ｘ１方向側）に第１平坦面２１Ｂを有する。第１回折面２１Ａは、Ｚ方向において第１レーザー光Ｂ１１の波長に応じたピッチで形成され、かつＹ方向に延びるように形成された複数のブレーズド状の溝からなる溝部２１Ｃを有する。このように第１回折面２１Ａが溝部２１Ｃを有することにより、第１回折面２１Ａに入射された第１レーザー光Ｂ１１は、Ｚ１方向に折り曲げられ、第１平坦面２１Ｂからさらに折り曲げられて第１レーザー出射光Ｂ１１ａ（第１出射光束Ｓ１１ａ）として出射される。より具体的には、第１回折部２１は、第１レーザー光Ｂ１１が透過した０次光及び−１次光は出射させない一方で、＋１次光を出射させるように構成されている（図１６参照）。図１５において、Ｌ１１ａは、第１レーザー出射光Ｂ１１ａの第１出射光束Ｓ１１ａの光軸（以下、第１光軸Ｌ１１ａともいう）である。

同様に、第２回折部２２は、レーザー光源ユニット１と対向する光入射面側（Ｘ２方向側）に第２回折面２２Ａを有し、光出射側（Ｘ１方向側）に第２平坦面２２Ｂを有する。第２回折面２２Ａは、Ｚ方向において第２レーザー光Ｂ１２の波長に応じたピッチで形成され、かつＹ方向に延びるように形成された複数のブレーズド状の溝からなる溝部２２Ｃを有する。本実施例の実施形態では、第２回折面２２Ａの溝部２２Ｃは、第１回折部２１と第２回折部との境界面２３を基準にして、第１回折部２１と面対象になるように構成されている。このように第２回折面２２Ａが溝部２２Ｃを有することにより、第２回折面２２Ａに入射された第２レーザー光Ｂ１２（光束Ｓ１２）は、Ｚ２方向に折り曲げられ、第２平坦面２２Ｂでさらに折り曲げられて第２レーザー出射光Ｂ１２ａ（第２出射光束Ｓ１２ａ）として出射される。より具体的には、第２回折部２２は、第２レーザー光Ｂ１２が透過した０次光及び＋１次光は出射させない一方で、−１次光を出射させるように構成されている（図１６参照）。図１５において、Ｌ１２ａは、第２レーザー出射光Ｂ１２ａの第２出射光束Ｓ１２ａの光軸（以下、第２光軸Ｌ１２ａともいう）である。

このような構成にすることにより、第１回折部２１から出射された第１出射光束Ｓ１１ａの光源の虚像と、第２回折部２２から出射された第２出射光束Ｓ１２ａの光源の虚像とが虚像発光点１３０において重なるように構成することができる。虚像発光点１３０は、第１及び第２回折面２１Ａ，２２Ａよりも第１及び第２発光点１１０，１２０側（Ｘ２方向側）に形成されるものである。１３Ａは、虚像発光点１３０から射出される虚像レーザー光の光軸である。

図１４に戻り、コリメートレンズ２は、偏向素子３から出射された光束を並行光束にして、２軸ＭＥＭＳミラー４に出射する。より具体的には、コリメートレンズ２は、その光学的中心軸６Ａが虚像発光点１３０に係る光軸１３Ａと重なるように配置され、第１及び第２発光点１１０及び１２０から射出された光束Ｓ１１，Ｓ１２を、同族の光束として光学的中心軸６Ａに平行な並行光束にする。コリメートレンズ２から出射された並行光束は、収束用のレンズ（図示しない）によって緩い収束光に変換され、その後、２軸ＭＥＭＳミラー４によって反射させて、スクリーン５面上に画像が投影される。

以上のように、本実施例の実施形態によると、２つの発光点から射出されたレーザー光の光束が１つの発光点（例えば、虚像発光点１３０）から射出させているかの如く合成することができる。ここで、本実施例の実施形態に係る偏向素子３は、第１出射光束Ｓ１１ａの第１光軸Ｌ１１ａと第２出射光束Ｓ１２ａの第２光軸Ｌ１２ａとの間の角度が徐々に広がるように偏向することにより、光源の虚像を一致させている。これにより、第１発光点１１０から射出されるレーザー光Ｂ１１と、第２発光点１２０から射出されるレーザー光Ｂ１２とが同じ偏光面を有するレーザー光であっても、合成することが可能になる。

なお、図１５及び図１７Ａに示すように、本実施例の実施形態では、第１回折面２１Ａの溝部２１Ｃのピッチは、第１回折部２１と第２回折部２２との境界面２３を基準にしてＺ１方向に向かってＷ２１，Ｗ３１，Ｗ４１と次第に狭くなるように構成されている。同様に、第２回折面２２Ａの溝部２２Ｃのピッチは、第１回折部２１と第２回折部２２との境界面２３を基準にしてＺ２方向に向かってＷ２２，Ｗ３２，Ｗ４２と次第に狭くなるように構成されている。これにより、回折面によってレーザー光を所定の方向に回折させると同時に、第１及び第２回折部２１，２２の回折によって生じる収差を補正することができる。

なお、第１及び第２回折面２１Ａ，２２Ａの溝部２１Ｃ，２２Ｃのピッチは、上記に限定されない。例えば、半導体レーザー自体が持つ収差を補正する場合は、上記溝部のピッチの異ならせ方が図１７Ａと異なるものになる（図示しない）。また、収差の補正の必要がない場合には、第１及び第２回折面２１Ａ，２２Ａの溝部２１Ｃ，２２Ｃのピッチは、それぞれ、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２の波長に応じた所定のピッチ（例えば、Ｗ２１，Ｗ２２で固定）になる。

また、図１７Ｂに示すように、Ｙ方向において第１及び第２回折面２１Ａ，２２Ａの溝部２１Ｃ，２２Ｃの溝幅が徐々に変化するように構成してもよい。図１７Ｂでは、第１回折面２１Ａの溝部２１Ｃの溝幅が、Ｙ１方向の端部におけるＷ２１，Ｗ３１，Ｗ４１…からＹ２方向の端部におけるＷ２１ａ，Ｗ３１ａ，Ｗ４１ａ…へと徐々に変化するように構成した例を示している。同様に、第２回折面２２Ａの溝部２２Ｃの溝幅が、Ｙ１方向の端部におけるＷ２２，Ｗ３２，Ｗ４２…からＹ２方向の端部におけるＷ２２ａ，Ｗ３２ａ，Ｗ４２ａ…へと徐々に変化するように構成した例を示している。図１７Ｂでは、例えば溝幅がＷ２１，Ｗ３１，Ｗ４１…の場合、発振波長が６７０ｎｍで効率が最適となるように構成され、溝幅がＷ２１ａ，Ｗ３１ａ，Ｗ４１ａ…の場合、発振波長が６４０ｎｍで効率が最適となるように構成されている。なお、図１７Ｂでは、すべての溝幅が徐々に変化する例を示しているが、一部の溝幅が徐々に変化するような回折溝を含むような構成にしてもよい。

さらに、溝幅の変化は直線である必要はなく、例えば、図２５に示すように、第１回折面２１Ａの溝部２１Ｃの溝幅が、Ｙ１方向の端部におけるＷ２１，Ｗ３１，Ｗ４１…からＹ２方向の端部におけるＷ２１ｂ，Ｗ３１ｂ，Ｗ４１ｂ…へと曲線状に溝幅が変化するようにしてもよい。同様に、第２回折面２２Ａの溝部２２Ｃの溝幅が、Ｙ１方向の端部におけるＷ２２，Ｗ３２，Ｗ４２…からＹ２方向の端部におけるＷ２２ｂ，Ｗ３２ｂ，Ｗ４２ｂ…へと徐々に変化するようにしてもよい。このように曲線状に溝幅が変化するようにすることにより、偏向素子３に対してビーム整形の機能を盛り込むことができる。また、第１及び第２回折面２１Ａ，２２Ａ状に形成されるビームスポットとレーザー光源ユニット１との相対位置を変える事により、溝部２１Ｃ，２２Ｃのピッチを調整する設計の際に、位置変化量に対するスポットに使用する平均ピッチの関係をリニアから曲線的まで自由に設定することができる。

また、本実施例の実施形態では、偏向素子３は、回折型の光学素子であるものとしたが、これに限定されない。例えば、図１８に示すように、偏向素子として屈折型の光学素子を適用してもよい。屈折型の光学素子として、例えば、プリズムがあり、以下の第９実施例において図１８を用いて詳細に説明する。

＜第９実施例＞
図１８は本発明の一実施形態に係るレーザー光学装置２００の構成を示す概念図である。なお、画像投影装置１００に係るレーザー光学装置２００以外の構成要素については、図１４（第８実施例の実施形態）と共通であり、本実施例では図示及びその詳細な説明を省略する場合がある。

図１８に示すように、偏向素子３０は、レーザー光源ユニット１から射出された第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２を受け、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２の光軸のＺ方向の間隔が徐々に広がるようにそれぞれの光路を折り曲げて出射する。偏向素子３０は、Ｚ方向の一方側（Ｚ１方向側）において第１レーザー光Ｂ１１を受ける第１屈折部３１と、Ｚ方向の他方側（Ｚ２方向側）において第２レーザー光Ｂ１２を受ける第２屈折部３２とを有する。

第１屈折部３１は、レーザー光源ユニット１と対向する光入射面側（Ｘ２方向側）に第１屈折面３１Ａを有し、光出射側（Ｘ１方向側）に第１平坦面３１Ｂを有する。第１屈折面３１Ａは、第１レーザー光Ｂ１１の光束Ｓ１１を屈折させる屈折面であり、第１レーザー光Ｂ１１（光束Ｓ１１）がＺ１方向に折り曲げられ、第１平坦面３１Ｂからさらに折り曲げられて第１レーザー出射光Ｂ１１ａ（第１出射光束Ｓ１１ａ）として出射されるように構成されている（図１６参照）。

同様に、第２屈折部３２は、レーザー光源ユニット１と対向する光入射面側（Ｘ２方向側）に第２屈折面３２Ａを有し、光出射側（Ｘ１方向側）に第２平坦面３２Ｂを有する。第２屈折面３２Ａは、第２レーザー光Ｂ１２の光束Ｓ１２を屈折させる屈折面であり、第２レーザー光Ｂ１２（光束Ｓ１２）がＺ２方向に折り曲げられ、第２平坦面３２Ｂからさらに折り曲げられて第１レーザー出射光Ｂ１１ａ（第１出射光束Ｓ１１ａ）として出射されるように構成されている（図１６参照）。

このような構成にすることにより、第１屈折部３１から出射された光束Ｓ１１ａの光源の虚像と、第２屈折部３２から出射された光束Ｓ１２ａの光源の虚像とが虚像発光点１３０において重なるように構成することができる。虚像発光点１３０は、第１及び第２屈折面３１Ａ，３２Ａよりも第１及び第２発光点１１０，１２０側（Ｘ２方向側）に形成されるものである。１３Ａは、虚像発光点１３０から射出される虚像レーザー光の光軸である。

上記のように偏向素子３０を構成することにより、本開示に係る偏向素子として屈折型の光学素子を適用することができる。すなわち、本実施例の実施形態においても、２つの発光点から射出されたレーザー光の光束が１つの発光点（例えば、虚像発光点１３０）から射出させているかの如く合成することができる。本実施例の実施形態においても、第１出射光束Ｓ１１ａの第１光軸Ｌ１１ａと第２出射光束Ｓ１２ａの第２光軸Ｌ１２ａとの間の角度が徐々に広がるように屈折させることによって、光源の虚像を一致させている。これにより、第１発光点１１０から射出されるレーザー光Ｂ１１と、第２発光点１２０から射出されるレーザー光Ｂ１２とが同じ偏光面を有するレーザー光であっても、合成することが可能になる。

第１及び第２の実施例の実施形態では、偏向素子として透過型の偏向素子３，３０について説明したが、偏向素子として反射型の回折格子を適用することも可能である。以下の第１０実施例において、その詳細を説明する。

＜第１０実施例＞
図１９Ａ〜図２１は、本発明の一実施形態に係るレーザー光学装置２００及び偏向素子４０の構成を示す概念図である。なお、画像投影装置１００に係るレーザー光学装置２００以外の構成要素については、図１４（第８実施例の実施形態）と共通であり、本実施例の実施形態では図示及びその詳細な説明を省略する場合がある。

本実施例の実施形態に係るレーザー光学装置２００は、第８実施例の実施形態と同様に、レーザー発生部としてのレーザー光源ユニット１、偏向素子４０及びコリメートレンズ２を備える。そして、レーザー光源ユニット１の異なる発光点からレーザー光を出射し、偏向素子４０によってそれらのレーザー光を反射し、反射光束の光源の虚像を一致させた後にコリメートレンズ２によって並行光にして出力する。

本実施例の実施形態では、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２がレーザー光源ユニット１から射出される方向をＺ１方向とし、その逆方向をＺ２方向とする。また、偏向素子４０で反射された光束の進行方向をＸ１方向とし、その逆方向をＸ２方向とする。そして、Ｘ方向（Ｘ１方向及びＸ２方向）とＺ方向（Ｚ１方向及びＺ２方向）は直交するものとし、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。

偏向素子４０は、レーザー光源ユニット１からＺ１方向に射出された第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２を受け、反射光束の光軸がＸ１方向側に折り曲がるように第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２を反射させる。このとき、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２は、その反射光束である第１出射光束としての反射光束Ｓ１１ｂの光軸Ｌ１１ｂと第２出射光束としての反射光束Ｓ１２ｂの光軸Ｌ１２ｂと間の角度が広がるようにそれぞれの光路を折り曲げて出射する。なお、図１９〜図２１において、Ｂ１１ｂ及びＢ１２ｂは、それぞれ、第１及び第２レーザー光Ｂ１１，Ｂ１２の反射光である。

具体的には、偏向素子４０は、Ｙ方向の一方側（Ｙ１方向側）において第１レーザー光Ｂ１１を受ける第１反射部４１と、Ｙ方向の他方側（Ｙ２方向側）において第２レーザー光Ｂ１２を受ける第２反射部４２とを有する。

第１反射部４１は、第１発光点１１０から射出された第１レーザー光Ｂ１１の光入射面側（Ｚ２方向側）に第１反射面４１Ａを有している。第１反射面４１Ａは、第１レーザー光Ｂ１１の光軸Ｌ１１に対して４５度傾いている。さらに、第１反射面４１Ａは、その４５度傾いた状態で、反射光束Ｓ１１ｂの光軸がＹ１方向に徐々に広がるように傾いている。

第２反射部４２は、第２発光点１２０から射出された第２レーザー光Ｂ１２の光入射面側（Ｚ２方向側）に第２反射面４２Ａを有している。第２反射面４２Ａは、第２レーザー光Ｂ１２の光軸Ｌ１２に対して４５度傾いている。さらに、第２反射面４２Ａは、その４５度傾いた状態で、反射光束Ｓ１２ｂの光軸がＹ２方向に徐々に広がるように傾いている。

このような構成にすることにより、第１反射部４１によって反射された反射光束Ｓ１１ｂの光源の虚像と、第２反射部４２から出射された反射光束Ｓ１２ｂの光源の虚像とが虚像発光点１３０において重なるように構成することができる。虚像発光点１３０は、第１及び第２反射面４１Ａ，４２Ａよりも反射光束Ｓ１１ｂ，Ｓ１２ｂの進行方向と反対側（Ｘ２方向側）に形成されるものである。

上記のように偏向素子４０を構成することにより、本開示に係る偏向素子として反射型の光学素子を用いることができる。すなわち、本実施例の実施形態においても、２つの発光点から射出されたレーザー光の光束が１つの発光点から射出させているかの如く合成することができる。本実施例の実施形態においても、反射光束Ｓ１１ｂの第１光軸Ｌ１１ｂと反射光束Ｓ１２ｂの第２光軸Ｌ１２ｂとの間の角度が徐々に広がるように反射させることによって、光源の虚像を一致させている。これにより、第１発光点１１０から射出されるレーザー光Ｂ１１と、第２発光点１２０から射出されるレーザー光Ｂ１２とが同じ偏光面を有するレーザー光であっても、合成することが可能になる。

上記の第８〜第１０実施形態では、単一色に対する画像投影装置の実施例を示したが、レーザー光源ユニット１の二つの発光点から射出されるレーザー光が、異なる発振波長のレーザー光であっても同様の効果を得ることができる。例えば、第１発光点１１０から赤色レーザー（例えば、発振波長６６０ｎｍ）を射出し、第２発光点１２０から緑色レーザー（例えば、発振波長５２０ｎｍ）を射出するようにした場合においても、同様の効果を得ることができる。また、複数のレーザー発光素子を用いて、画像投影装置１００が複数色の表示をできるようにしてもよい。以下の第１１実施例の実施形態において、その詳細を説明する。

＜第１１実施例＞
図２２は、本発明の一実施形態に係る画像投影装置１００を示す概念図であり、実施例８の実施形態に係る画像投影装置１００と同様にレーザー光学装置２００に関する構成要素を中心に示している。図２２において、図１４と共通の構成要素には、図１４と同一の符号を付しており、ここではその詳細な説明を省略する場合がある。

図２２の構成において、レーザー光源ユニット１は、赤色レーザー（例えば、発振波長６４０ｎｍ）である。偏向素子３は、赤色レーザーの発振波長で最大の回折効率が得られるように構成されており、コリメートレンズ２は赤色レーザーの発振波長に最適化されている。

レーザー光源ユニット５１は、緑色レーザー（発振波長５２０ｎｍ）であり、単一発光点をもつレーザー素子である。同様に、レーザー光源ユニット５２は、青色レーザー（例えば、発振波長４５０ｎｍ）であり、単一発光点をもつレーザー素子である。５１Ａは、レーザー光源ユニット５１の発光点であり、５２Ａは、レーザー光源ユニット５２の発光点である。

レーザー光源ユニット５１から射出されたレーザー光Ｂ５１（光束Ｓ５１）は、コリメートレンズ６１によって光束Ｓ５１の光軸Ｌ５１に平行な並行光に変換されたのち、ダイクロックプリズム６３に入射される。ダイクロックプリズム６３は、赤色レーザーの発振波長のレーザー光を透過する一方で、緑色レーザーの発振波長のレーザー光を反射するように構成されている。これにより、レーザー光源ユニット１及びレーザー光源ユニット５１から射出されたレーザー光は、ダイクロックプリズム６３によって透過・反射したのち、一本の合成レーザー光として出射される。

同様に、レーザー光源ユニット５２から射出されたレーザー光Ｂ５２（光束Ｓ５２）は、コリメートレンズ６２によって光束Ｓ５２の光軸Ｌ５２に平行な並行光に変換されたのち、ダイクロックプリズム６４に入射される。ダイクロックプリズム６４は、赤色レーザーの発振波長及び緑色レーザーの発振波長のレーザー光を透過する一方で、青色レーザーの発振波長のレーザー光を反射するように構成されている。これにより、ダイクロックプリズム６３から出射されたレーザー光及びレーザー光源ユニット５２から射出されたレーザー光は、ダイクロックプリズム６４によって透過・反射したのち、一本の合成レーザー光として２軸ＭＥＭＳミラー４に出射される。

レーザー光源ユニット５１から出射する緑色レーザー光の強度は、緑色レーザー制御回路７２によって制御される。同様に、レーザー光源ユニット５２から出射する青色レーザー光の強度は、青色レーザー制御回路７３によって制御される。制御ＩＣ７０は、ビデオデータ等の画像データＤＩＮを受け、その画像データＤＩＮに基づいて強度の変換をしたデータを赤色レーザー制御回路７１、緑色レーザー制御回路７２及び青色レーザー制御回路７３に送る。７４は、光検出器であり、ダイクロックプリズム６４によって合成された合成レーザー光に基づいて、各レーザー素子の輝度及び光軸ずれを検知する。

制御ＩＣ７０は、２軸ＭＥＭＳミラー４による２次元的な走査を制御するとともに、光検出器７４による検知結果に基づいて、各発光点１１０，１２０，５１Ａ，５２Ａから射出されるレーザー光の発光強度を調整したり、光軸の位置づれを補正したりする。上記の光軸の位置ずれは、例えば、制御ＩＣ７０が、画像データＤＩＮを受けて、その画像データＤＩＮに応じて各発光点から射出されるレーザー光の射出のタイミングを調整することによって実現する。

本実施例の実施形態において、コリメートレンズ２を透過した赤色レーザーの強度分布（図２３Ａ参照）は、コリメートレンズ６１を透過した緑色レーザーの強度分布（図２３Ｂ参照）、コリメートレンズ６１を透過した緑色レーザーの強度分布（図２３Ｃ参照）の強度分布とは異なる場合がある。そこで、図２３Ａに示すように、レーザー光源ユニット１において、レーザー光源ユニット１のレーザー発光に係る水平方向の広がり角と、垂直方向の広がり角とのアスペクト比を開口一杯に広がるように調整するのが好ましい。これにより、アパーチャーに対して最大限の光利用効率を得ることができ、より高いＲＩＭ強度の並行光を得ることができる。なお、上記のアスペクト比は、例えばレーザー光の放射角で調整することが可能である。また、レーザー光源ユニット１の開口絞り後のアスペクト比を、例えば１：１〜１：２の間で設定するのが好ましい。ただし、アスペクト比は、上記の値に限定されず、他の設定値であってもよい。また、コリメートレンズ２を透過した赤色レーザーの強度分布（図２３Ａ参照）における２つのスポットがスクリーン５面上で重なるように、偏向素子３の第１及び第２回折面２１Ａ，２２Ａの回折角を設定してもよい。

なお、図２２では、レーザー光学装置に適用する偏向素子として回折型の光学素子を適用した例について示したが、これに限定されず、図１８に示すような屈折型の光学素子や図１９Ａ、１９Ｂに示すような反射型の光学素子を適用しても、同様の効果が得られる。

＜変形例＞
なお、第８実施例の実施形態において、レーザー光源ユニット１の赤色半導体レーザーは、例えば、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）の化合物半導体結晶を用いることができる。この結晶の特徴により、レーザー光源ユニット１の温度が１℃上昇するごとに、発振波長は、約０．２ｎｍ長波長側にシフトすることが知られている。また、偏向素子３は、第１及び第２回折面２１Ａ，２２Ａの溝部２１Ｃ，２２Ｃの溝の深さと入射する光線の波長によって、±１次光の効率が決定する。一般的な半導体レーザーでは、半導体チップの温度の温度が上昇するのにしたがって、発光パワーが低下していく。そのため、レーザー光源ユニット１は、実使用上の最高温度で偏向素子３の効率が最大になるように設計してもよい。これにより、使用環境温度の範囲内における最低の発光輝度に対して、その効率を改善することができるメリットがある。

また、第８実施例の実施形態において、偏向素子３は、第１回折部２１と第２回折部２２との２つの回折部を有する例について説明したが、これに限定されず、例えば、第１回折部２１の第１回折面２２Ａ又は第２回折部２２の第２回折面２２Ａを平坦面に代えてもよい。すなわち、第８実施例の実施形態において、偏向素子３から第１回折部２１又は第２回折部２２を省いた構成にしてもよい。図２４には、図１５の構成から第２回折面２２Ａを平坦面に代えた例を示している。この場合においても、第１回折部２１から出射された第１出射光束Ｓ１１ａの光源の虚像と、平坦面２２Ｂから出射された第２出射光束Ｓ１２ａの光源の虚像とが虚像発光点１３０において重なる。すなわち、第８実施例の実施形態と同様の効果が得られる。図示しないが、上記と同様にして第９実施例の実施形態において、第１屈折部３１又は第２屈折部３２を省いた構成にしてもよく、その場合においても第９実施例の実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記の第１１実施例の実施形態では、レーザー光源ユニット５１，５２は、単一発光点をもつレーザー素子であるものとしたが、これに限定されない。例えば、レーザー光源ユニット５１及び／又はレーザー光源ユニット５２が複数の発光点をもつようにしてもよい。その場合、レーザー光源ユニット５１とコリメートレンズ６１との間及び／又はレーザー光源ユニット５２とコリメートレンズ６２との間において、第８〜第１０実施例の実施形態に係る回折格子を設けるとよい。また、上記各実施形態では、レーザー光源ユニット１の発光点は２つであるものとして説明したがこれに限定されない。例えば、レーザー光源ユニット１の発光点が３つ以上であってもよい。

＜偏向素子の配置の例＞
図２６、図２７は、上述した実施例の実施形態における偏向素子の配置の例を示している。

図２６は、上述した第８実施例、第９実施例等において示されるように、レーザー光源ユニット１とコリメートレンズ２との間に偏向素子３が配置される構成における、各部品の物理的な位置関係を表している。

図２６及び図２８に示されるように、偏向素子３は、第１発光点１１０から出射されたレーザー光を２軸ＭＥＭＳミラー４に導く第１領域（第１回折部２１）と、第２発光点１２０から出射されたレーザー光を２軸ＭＥＭＳミラー４に導く第２領域（第２回折部２２）とを有する。第１領域と第２領域との間には境界面２３が設けられる。

なお、第１領域には、第２発光点１２０から出射されたレーザー光の一部が入射するが、当該一部のレーザー光は、第１領域により偏向され、２軸ＭＥＭＳミラー４には到達しない。同様に、第２領域には、第１発光点１１０から出射されたレーザー光の一部が入射するが、当該一部のレーザー光は、第２領域により偏向され、２軸ＭＥＭＳミラー４には到達しない。

これらの実施例において、偏向素子３の偏光面は、２つの発光点から出射され、コリメートレンズ２を通過したそれぞれのレーザー光の光束が、重なりを持つ位置か、その位置よりも近い位置に配置される。このとき、偏向素子３とコリメートレンズ２との間の距離Ｌは、以下の式（３）で求められる所定の距離以下となる。

所定の距離Ｌ１＝Ｄ１／ｔａｎ（θ１／２） （３）
ここで、
Ｄ１：第１発光点１１０と第２発光点１２０との間の距離の半分の値、
θ１：第１発光点１１０及び第２発光点１２０から出射されたレーザー光の光束の拡がり角
である。

Ｄ１及びθ１は、レーザーチップの構造に依存して定められる値である。ここで、発光点の間隔の半値を示すＤ１は、偏向素子による偏向角度を小さくするため、小さい値であることが好ましい。しかしながら、Ｄ１の値が小さすぎると、発光点間での熱干渉によりレーザー出力が低下したり、レーザー光源ユニット１と偏向素子３との距離が近くなりすぎて部品同士が干渉したり、レーザー光源ユニット１と偏向素子３との許容位置精度が厳しくなる。一方で、Ｄ１が大きすぎると、レーザー光源のチップが大きくなりコストが増大したり、チップのパッケージが大きくなって製品が大型化したり、偏向角度が大きくなって収差が発生し描画品質が悪化したりする。

また、レーザー光の光束の拡がり角であるθ１の値が小さすぎると、描画スポットサイズが大きくなって描画分解能が低下したり、光束径が小さくなりすぎて光強度密度が大きくなり、光学部品の要求耐光性能が厳しくなったりする。一方で、θ１の値が大きすぎると、光の利用効率が悪くなって輝度が下がったり、レーザー光源ユニット１と偏向素子３との距離が近くなりすぎてこれらの部品が干渉したり、光学部品のサイズが大きくなって製品が大型化したりする。

これらの条件を考慮して、例えば、Ｄ１の値を３０μｍ〜１５０μｍ又は４５μｍ〜１５０μｍ、θ１の値を５度〜４０度とすることができる。例えば、θ１を２０度とし、Ｄ１の値を５５μｍとすると、Ｌ１の値は略０．３ｍｍとなる。なお、ここで示した値は一例に過ぎず、上述の式を満たす任意の値を設計値として用いることができる。

なお、光束の拡がり角θ１は、図２９に示されるように、第１発光点１１０又は第２発光点１２０から出射されるレーザー光の全光量Ｑのうちの半分の光量Ｑ／２を含むレーザー光の拡がり角より大きな角度である。

図２７は、上述した第１実施例、第２実施例等において示されるように、レーザー光源ユニット１と偏向素子３との間にコリメートレンズ２が配置される構成における、各部品の物理的な位置関係を表している。

図２７及び図２８に示されるように、偏向素子３は、第２発光点１２０から出射されたレーザー光を２軸ＭＥＭＳミラー４に導く第１領域（第１回折部２１）と、第１発光点１１０から出射されたレーザー光を２軸ＭＥＭＳミラー４に導く第２領域（第２回折部２２）とを有する。第１領域と第２領域との間には境界面２３が設けられる。

なお、第１領域には、第１発光点１１０から出射されたレーザー光の一部が入射するが、当該一部のレーザー光は、第１領域により偏向され、２軸ＭＥＭＳミラー４には到達しない。同様に、第２領域には、第２発光点１２０から出射されたレーザー光の一部が入射するが、当該一部のレーザー光は、第２領域により偏向され、２軸ＭＥＭＳミラー４には到達しない。

これらの実施例において、偏向素子３の偏向面は、２つの発光点から出射され、コリメートレンズ２を通過したそれぞれのレーザー光の光束が、重なりを持つ位置か、その位置よりも遠い位置に配置される。このとき、偏向素子３とコリメートレンズ２との間の距離Ｌは、以下の式（４）で求められる所定の距離以上となる。

所定の距離Ｌ２＝ｆ＾２・ｓｉｎ（θ２／２）／Ｄ２ （４）
ここで、
ｆ：レーザー光源ユニット１とコリメートレンズ２との間の距離（コリメートレンズ２の焦点距離）、
θ２：レーザー光源ユニット１の第１発光点と第２発光点から出射されるレーザー光の光束の拡がり角、
Ｄ２：第１発光点と第２発光点との間の距離の半分の値
である。

Ｄ２及びθ２は、レーザーチップの構造に依存して定められる値である。ここで、発光点の間隔の半値を示すＤ２は、偏向素子による偏向角度を小さくするため、小さい値であることが好ましい。しかしながら、Ｄ２の値が小さすぎると、発光点間での熱干渉によりレーザー出力が低下したり、コリメートレンズ２と偏向素子３との距離が長くなって製品が大型化し、軸ずれ許容度が低下したり、レーザー光源ユニット１とコリメートレンズ２との許容位置精度が厳しくなる。一方で、Ｄ２が大きすぎると、レーザー光源のチップが大きくなりコストが増大したり、チップのパッケージが大きくなって製品が大型化したり、偏向角度が大きくなって収差が発生し描画品質が悪化したりする。

また、レーザー光の光束の拡がり角であるθ２の値が小さすぎると、描画スポットサイズが大きくなって描画分解能が低下したり、光束径が小さくなりすぎて光強度密度が大きくなり、光学部品の要求耐光性能が厳しくなったりする。一方で、θ２の値が大きすぎると、光の利用効率が悪くなって輝度が下がったり、コリメートレンズ２と偏向素子３との距離が長くなりすぎて製品が大型化し、軸ずれ許容度が低下したり、光学部品のサイズが大きくなって製品が大型化したりする。

これらの条件を考慮して、例えば、Ｄ２の値を３０μｍ〜１５０μｍ又は４５μｍ〜１５０μｍ、θ２の値を５度〜４０度とすることができる。また、発光点から出射されたレーザー光の取り込み効率と、位置ずれに対する光軸ずれのリスクとのトレードオフを考慮すると、ｆの値を２〜３ｍｍとすることができる。例えば、θ１を２０度、Ｄ２を５５μｍ、ｆを２．２ｍｍとすると、Ｌ２の値は略１５．３ｍｍとなる。なお、ここで示した値は一例に過ぎず、上述の式を満たす任意の値を設計値として用いることができる。

なお、光束の拡がり角θ２は、図２９に示されるように、第１発光点１１０又は第２発光点１２０から出射されるレーザー光の全光量Ｑのうちの半分の光量Ｑ／２を含むレーザー光の拡がり角より大きな角度である。

本発明は、レーザー光を射出するレーザー光学装置について、複数の発光点から射出されるレーザー光から単一の偏光面を有しかつ発光強度を高めた合成光を得るのに有用である。

１ レーザー光源ユニット（レーザー発光素子、レーザー発生部）
２、８、９、６１、６２ コリメートレンズ
３、３０、４０ 偏向素子
４ ２軸ＭＥＭＳミラー
５ スクリーン
６ 青色レーザー光源ユニット
７ 緑色レーザー光源ユニット
１０、１１ ダイクロックプリズム
１２ 位置調整機構
１３ ヘッドアップディスプレイ
１５ 本発明に係るプロジェクタ
１８ コンバイナ
２１Ａ 第１回折面（偏向面）
２１Ｃ 溝部（第１回折溝部）
２２Ａ 第２回折面（偏向面）
２２Ｃ 溝部（第２回折溝部）
３１Ａ 第１屈折面（偏向面）
３２Ａ 第２屈折面（偏向面）
４１Ａ 第１反射面
４２Ａ 第２反射面
７０ 制御ＩＣ（制御部）
１００ 画像投影装置
１１０ 第１発光点
１２０ 第２発光点
２００ レーザー光学装置
Ｃ１ レーザーチップ
Ｍ１ ミラー
Ｐ１ プリズム
Ｂ１１ 第１レーザー光
Ｓ１１ａ 第１出射光束
Ｌ１１ａ 第１光軸
Ｂ１２ 第２レーザー光
Ｓ１２ａ 第２出射光束
Ｌ１２ａ 第２光軸

Claims (20)

1. 第１発光点から第１レーザー光を射出するとともに、前記第１発光点と異なる第２発光点から第２レーザー光を射出するレーザー光源ユニットと、
   前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を受けて、該第１レーザー光及び該第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向し、第１出射光束及び第２出射光束として出射する偏向素子と、
   前記偏向素子から出射された前記第１出射光束及び第２出射光束を平行光束にするコリメートレンズとを備え、
   前記偏向素子は、前記第１出射光束及び前記第２出射光束の光軸同士がなす角度が、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光軸同士がなす角度よりも広がり、前記第１出射光束の光源の虚像と前記第２出射光束の光源の虚像とが重なるように、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向し、
   前記偏向素子は、前記レーザー光源ユニットとの間の距離が、以下の式（１）で求められる所定の距離以下となるように配置される
   レーザー光学装置。
   所定の距離Ｌ１＝Ｄ１／ｔａｎ（θ１／２） （１）
   ここで、
   Ｄ１：前記第１発光点と前記第２発光点との間の距離の半分の値、
   θ１：前記光束の拡がり角
   とする。
2. 前記偏向素子は、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束のうち少なくともいずれか一方を偏向する偏向面を有し、
   前記偏向面は、前記第１レーザー光の光束と前記第２レーザー光の光束とが重なりを持つ位置よりも前記レーザー光源ユニットに近い位置に配置される
   請求項１に記載のレーザー光学装置。
3. 前記第１発光点及び前記第２発光点は、同一のレーザー発光素子に設けられている
   請求項１又は２に記載のレーザー光学装置。
4. 前記偏向素子は透過型であり、かつ、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束のうちの少なくともいずれか一方を偏向する偏向面を有し、
   前記偏向面は、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光が入射される光入射面側に設けられている
   請求項１に記載のレーザー光学装置。
5. 前記偏向素子は、前記第１レーザー光の光束を回折させる第１回折面と、前記第２レーザー光の光束を回折させる第２回折面とを有する回折型光学素子であり、
   前記第１回折面は、前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を偏向する方向である第１方向において前記第１レーザー光の波長に応じたピッチで形成されかつ該第１方向と直交する第２方向に沿うように延びた複数の回折溝からなる第１回折溝部を有し、
   前記第２回折面は、前記第１方向において前記第２レーザー光の波長に応じたピッチで形成されかつ前記第２方向に沿うように延びる複数の回折溝からなる第２回折溝部を有する
   請求項１に記載のレーザー光学装置。
6. 前記第１回折溝部及び前記第２回折溝部のうちの少なくとも一方における複数の回折溝は、前記第１方向の異なる位置において、前記ピッチが異なるように構成されている
   請求項５に記載のレーザー光学装置。
7. 前記第１回折溝部及び前記第２回折溝部のうちの少なくとも一方における複数の回折溝は、前記第２方向において、溝幅が徐々に変化する回折溝を含む
   請求項５又は６に記載のレーザー光学装置。
8. 前記偏向素子は、前記第１レーザー光の光束を屈折させる第１屈折面と、前記第２レーザー光の光束を屈折させる第２屈折面とを有する屈折型光学素子である
   請求項１に記載のレーザー光学装置。
9. 前記Ｄ１が３０μｍ〜１５０μｍであり、前記θ１が５度〜４０度である
   請求項８に記載のレーザー光学装置。
10. 前記偏向素子は、前記第１レーザー光の光束を反射して前記第１出射光束として出射する第１反射面と、前記第２レーザー光の光束を反射して前記第２出射光束として出射する第２反射面とを有する反射型光学素子である
    請求項１に記載のレーザー光学装置。
11. 前記光束の拡がり角は、前記第１発光点又は前記第２発光点から出射されるレーザー光の全光量のうちの半分の光量を含むレーザー光の拡がり角より大きな角度である
    請求項１に記載のレーザー光学装置。
12. 前記偏向素子は、
    前記第１発光点から出射されたレーザー光を走査ミラーに導く第１領域と、
    前記第２発光点から出射されたレーザー光を前記走査ミラーに導く第２領域と
    を有し、
    前記第１領域及び前記第２領域は一の境界線で分離される
    請求項１に記載のレーザー光学装置。
13. 請求項１から１２のうちのいずれか１項に記載のレーザー光学装置と、
    前記コリメートレンズから出射されたレーザー光を２次元的に偏向走査させることにより画像を投影する走査ミラーと
    を有する画像投影装置。
14. 当該画像投影装置が投影する画像データを受けて、該画像データに対応する前記第１レーザー光及び該画像データに対応する前記第２レーザー光を射出するタイミングを制御する制御部を有し、
    前記走査ミラーの走査方向のいずれか一方は、前記レーザー光学装置が前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束のうち少なくともいずれか一方を偏向する方向に一致している
    請求項１３に記載の画像投影装置。
15. 第１発光点から第１レーザー光を射出するとともに、前記第１発光点と異なる第２発光点から第２レーザー光を射出するレーザー光源ユニットと、
    前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を平行光束にするコリメートレンズと、
    前記コリメートレンズから出射した前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の内、少なくとも一つを偏向する偏向素子と、
    を備え、
    前記偏向素子は、前記コリメートレンズとの間の距離が、以下の式（２）で求められる所定の距離以上となるよう配置されるレーザー光学装置。
    所定の距離Ｌ２＝ｆ＾２・ｓｉｎ（θ２／２）／Ｄ２ （２）
    ここで、
    ｆ：前記レーザー光源ユニットと前記コリメートレンズとの間の距離、
    θ２：前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光の光束の拡がり角、
    Ｄ２：前記第１発光点と前記第２発光点との間の距離の半分の値
    とする。
16. 前記偏向素子は、前記コリメートレンズから出射した前記第１レーザー光及び第２レーザー光の光束のうち少なくともいずれか一方を偏向する偏向面を有し、
    前記偏向面は、前記第１レーザー光の光束と前記第２レーザー光の光束とが重なりを持つ位置よりも前記レーザー光源ユニットから遠い位置に配置される
    請求項１５に記載のレーザー光学装置。
17. 前記光束の拡がり角は、前記第１発光点又は前記第２発光点から出射されるレーザー光の全光量のうちの半分の光量を含むレーザー光の拡がり角より大きな角度である
    請求項１５に記載のレーザー光学装置。
18. 前記偏向素子は、
    前記第１発光点から出射されたレーザー光を走査ミラーに導く第１領域と、
    前記第２発光点から出射されたレーザー光を前記走査ミラーに導く第２領域と
    を有し、
    前記第１領域及び前記第２領域は、一の境界線で分離される
    請求項１５に記載のレーザー光学装置。
19. 前記Ｄ２が３０μｍ〜１５０μｍであり、前記θ２が５度〜４０度である
    請求項１５に記載のレーザー光学装置。
20. 前記偏向素子は、前記コリメートレンズから出射される互いに出射方向が異なる複数の光の少なくとも一つを光軸に沿う方向に偏向する場合よりも大きい偏向角度で前記コリメートレンズから出射される互いに出射方向が異なる複数の光の少なくとも一つを偏向する
    請求項１５に記載のレーザー光学装置。