WO2005073798A1 - 光源装置、及び２次元画像表示装置 - Google Patents

光源装置、及び２次元画像表示装置 Download PDF

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coherent
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Ken'ichi Kasazumi
Kiminori Mizuuchi
Akihiro Morikawa
Kazuhisa Yamamoto
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a light source device and a two-dimensional image display device, and more particularly, to a light source device that realizes downsizing of a two-dimensional image display device, and a small two-dimensional image display device using the light source device.
  • a two-dimensional image display device capable of expressing vivid colors has attracted attention.
  • This uses three coherent light sources (for example, a laser light source) of red, green, and blue, and has a configuration as shown in FIG. 13, for example.
  • reference numeral 600 denotes a two-dimensional image display device using a conventional laser light source.
  • the two-dimensional image display device 600 includes red, green, and blue laser light sources 601a, 601b, 601c, beam extractors / transmitters 602a, 602b, 602c, optical integrators 603a, 603b, 603c, and mirrors 604a, 604c.
  • the two-dimensional image display device 600 light from the red, green, and blue laser light sources 601a, 601b, and 60lc is expanded by beam expanders 602a, 602b, and 602c, respectively, and the optical integrators 603a, 603b, and 603c are expanded. Pass through.
  • the red light and blue light that have passed through the optical integrators 603a and 603c have their optical paths bent by 90 degrees by the mirrors 604a and 604c, and the green light that has passed through the optical integrator 603b has the respective feed-in lenses 608a without being bent.
  • the diffuser plates 606a, 606b, 606c irradiate the sky light modulating elements 607a, 607b, 607c.
  • Light of the three types of laser light sources 601a, 601b, and 601c passes through the optical integrators 603a, 603b, and 603c, so that the illuminance distribution on the spatial light modulators 607a, 607b, and 607c becomes constant.
  • the lights modulated independently by the spatial light modulators 607a, 607b, and 607c are multiplexed by the dichroic prism 609 to form a coaxial beam that propagates in the same optical path, and are further enlarged and projected by the projection lens 610.
  • the conventional two-dimensional image display device 600 in order to enlarge the light from the three types of laser light sources 601a and 601c to make the light intensity distribution uniform, a beam expander and a Three optical integrators are required for each. Furthermore, in order to convert the lights from the three laser light sources into coaxial beams that are parallel to each other and propagate in the same optical path, it is necessary to arrange many lenses and mirrors in the device. For this reason, the conventional two-dimensional image display device has a problem that the entire device becomes large-scale.
  • an optical system of a two-dimensional image display device is first illuminated with light emitted from three color laser light sources of red, green, and blue, as shown in FIG. It is conceivable that after mixing using a Wienk mirror, the beam is passed through a beam expander and an optical integrator.
  • reference numeral 700 denotes a two-dimensional image display device using a conventional laser light source.
  • the two-dimensional image display device 700 includes red, green, and blue laser light sources 701a, 701b, and 701c, collimating lenses 704a, 704b, and 704c, first and second dichroic mirrors 705a and 705b, and a beam. It has an expander 702, an optical integrator 703, a projection lens 710, a liquid crystal display, and a liquid crystal 71.
  • the dichroic mirror has a structure in which a multilayer film is laminated on a glass substrate and the transmittance varies depending on the wavelength.
  • the first dichroic mirror 705a of the two-dimensional image display device 700 shown in FIG. 15 is a device that reflects light having a wavelength shorter than the wavelength of about 580 nm and passes only light having a longer wavelength
  • the dichroic mirror 705b reflects light having a wavelength shorter than the wavelength of about 490 nm and transmits only light having a longer wavelength.
  • the two-dimensional image display device 700 using such a conventional laser light source first, the light emitted from the red, green, and blue laser light sources 701a, 701b, and 701c is collimated by the collimating lenses 704a, 704b, and 704c. Then, the collimated light is divided into first and second dichroic mirrors 70. After being converted into a coaxial beam that is parallel to each other and propagates along the same optical path by 5a and 705b, the beam is made incident on the beam expander 702. Then, the light incident on the beam expander 702 passes through the optical integrator 703 after being expanded in the beam expander 702.
  • the optical integrator 703 includes two fly-eye lenses 703a and 703b in which rectangular element lenses are two-dimensionally arrayed, and a collimator lens 703c.
  • Each of the first fly-eye lens 703a The light on the element lens is imaged on the two-dimensional spatial light modulator by the second fly-eye lens 703b, whereby the light intensity distribution on each element lens is changed.
  • the light intensity distribution on the two-dimensional spatial light modulator becomes uniform.
  • the light having a uniform light intensity distribution after passing through the light integrator 703 is imaged on the liquid crystal panel 71 by the projection lens 710.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-293268
  • the light emitted from each laser light source 601a 601c is enlarged by the beam expanders 602a 602c, and the light integrators 603a to 603b make the light intensity distribution uniform.
  • the light emitted from each of the laser light sources 701a and 701c is first combined by the first and second dichroic mirrors 705a and 705b as shown in FIG. After the wave is formed into a coaxial beam, the beam is expanded by the beam expander 7002 and the optical integrator 703 makes the light intensity distribution uniform, thereby reducing the overall scale of the two-dimensional image display device.
  • the conventional two-dimensional image display device has a large number of components even if the entire optical system is configured as shown in FIG. 14 to be mounted on a small device such as a mobile phone.
  • a small device such as a mobile phone.
  • the equipment size is large.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an ultra-small light source device that can be mounted on a small device, and a small two-dimensional image display device using the light source device. With the goal.
  • the light source device of the present invention comprises at least two coherent light sources and at least one coherent light source so that each light emitted from the at least two coherent light sources propagates in the same optical path. And a diffracting portion that diffracts the emitted light with a light source power.
  • each light emitted from the plurality of coherent light sources can be easily combined in the diffraction section, and the light source device can be miniaturized.
  • the propagation optical paths of the respective lights emitted from the at least two coherent light sources overlap with each other on the diffraction section.
  • a central axis of a propagation optical path of each light emitted from the at least two coherent light sources intersects at one point on the diffraction section.
  • the at least two coherent light sources are installed on the same submount.
  • heat radiation of three light sources can be performed by heat radiation of one submount, and there is also an effect that heat radiation of the light sources in the light source device can be realized with a simple configuration.
  • the coherent light sources are a coherent light source that emits red light, a coherent light source that emits green light, and a coherent light source that emits blue light.
  • light emitted from at least one of the coherent light sources among the coherent light sources passes through the diffraction portion without diffracting by the diffraction portion. Things.
  • the diffractive portion is configured by one diffractive element, and the diffractive element transmits each light emitted from the at least two coherent light sources on the same optical path. To diffract light emitted from at least one coherent light source This makes it possible to make the light source device ultra-miniaturized by leaving the diffractive portion out of the compartment.
  • the diffraction element further has a lens function.
  • each light emitted from the plurality of coherent light sources can irradiate the same planar region above the diffraction element.
  • the light source device of the present invention may further comprise: a first diffractive element that diffracts the received at least one light so that the received at least two lights propagate on the same optical path; The light emitted from at least one of the at least two coherent light sources is diffracted so that the central axis of the light propagation path of the light from each of the coherent light sources intersects at one point on the first diffraction element. It is composed of a second diffraction element and a force.
  • a small-sized light source device that can easily combine each light from the plurality of coherent light sources into a coaxial beam in the diffraction unit and provide the light at a lower cost can be provided.
  • the second diffraction element further has a lens function, and the second diffraction element collects each light emitted from the at least two coherent light sources. Then, each light diffracted by the second diffraction element irradiates the same area of the first diffraction element.
  • each light emitted from the plurality of coherent light sources can irradiate the same region of the first diffraction element provided above the second diffraction element.
  • the diffraction element is a volume hologram
  • the volume hologram receives each light emitted from the at least two coherent light sources, and transmits the light.
  • a plurality of gratings that change directions are multiplexed.
  • the diffraction element is divided into regions, and each light diffracted in each divided region of the diffraction element irradiates the same plane region.
  • the diffraction element is divided into a lattice shape.
  • At least two coherent light sources and at least one coherent light source are emitted from the at least two coherent light sources so that each light emitted from the at least two coherent light sources propagates in the same optical path.
  • the two-dimensional image display device of the present invention includes a control unit that controls an operation of the at least two coherent light sources, and the at least two coherent light sources include a coherent light source that emits red light and a green light.
  • a moving image can also be displayed on the two-dimensional image display device.
  • the coherent light source in the light source device having a plurality of coherent light sources, is provided with a diffracting unit that diffracts each emitted light so as to propagate through the same optical path.
  • An optical system that multiplexes each light from the coherent light source into a coaxial beam can be outside the compa- rator, and it is possible to provide an ultra-compact light source device.
  • the light source device of the present invention light emitted from at least one coherent light source among the plurality of coherent light sources is allowed to pass through without being diffracted by the diffraction part. Can reduce the number of gratings multiplexed into The light source device can be configured at low cost.
  • the diffraction section is constituted by the first and second two diffraction gratings, and the second diffraction grating transmits light from a plurality of coherent light sources to these lights. Are diffracted so as to irradiate the same region of the first diffraction element, and the first diffraction grating diffracts each light passing through the second diffraction element into a coaxial beam. It is possible to provide a small light source device that can easily combine the light from the light source into a coaxial beam.
  • the heat of the plurality of light sources can be radiated by the heat of one submount. Also, there is an effect that the heat radiation processing in the light source device can be easily performed.
  • the diffraction portion is divided into regions, and each divided region of the diffraction portion has a plurality of gratings formed in a multiplex manner and has a concave lens function.
  • Each light emitted from the plurality of coherent light sources can be easily made into a coaxial beam and multiplexed, and the intensity distribution of the light emitted from the diffraction section can be made uniform.
  • the diffracting section having an optical integrator that makes the intensity distribution of light emitted from the diffracting section uniform can be made smaller and less expensive in material than conventional lens arrays. Can be realized at low cost.
  • the two-dimensional image display device of the present invention since the light source device is miniaturized using the diffraction element, it is possible to reduce the size of the two-dimensional image display device. .
  • the diffractive portion of the light source device also has the function of an optical integrator
  • the flywheel conventionally required for uniformizing the light intensity distribution was used. Even if an eye lens is not used, the output light of the light source device has a uniform intensity distribution, so that the two-dimensional image display device having a uniform intensity distribution of the light source light can be further miniaturized, and the two-dimensional image display can be performed. The number of components of the device can also be reduced. As a result, a two-dimensional image display device having a uniform light source light intensity distribution can be easily assembled and inexpensive.
  • FIG. 1 is a side view (FIG. 1A) and a plan view (FIG. 1B) showing the configuration of the light source device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a method of manufacturing the diffraction portion according to the first embodiment of the present invention. The manufacturing steps of the grating for diffracting the emitted light of the green, blue, and red laser light sources (FIG. (b) and Fig. (c)).
  • FIG. 3 is a side view (FIG. 3A) and a plan view (FIG. 3B) showing another configuration of the light source device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view (FIG. 14A) and a plan view (FIG. 14B) showing still another configuration of the light source device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a side view (FIG. 5A) and a plan view (FIG. 5B) showing the configuration of the light source device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a method for producing a second volume hologram of the diffraction section according to the second embodiment of the present invention. ( Figure (a), Figure (b), Figure (c)).
  • FIG. 7 is a diagram showing a method for producing the first volume hologram of the diffraction section according to the second embodiment of the present invention. ( Figure (a), Figure (b), Figure (c)).
  • FIG. 8 is a side view (FIG. 7A) and a plan view (FIG. 8B) showing the configuration of the light source device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a method of forming a grating for green light in the diffraction section according to the third embodiment of the present invention, and performs a process of performing interference exposure on four divided regions arranged in one line (see FIG. ) — Figure (d)) is shown.
  • FIG. 10 is a diagram showing a method of forming a grating for blue light in the diffraction section according to the third embodiment of the present invention. The process of interference exposure of four divided regions arranged in one line (see FIG. Figure 1 (d)) is shown.
  • FIG. 11 is a diagram showing a method of forming a grating for red light in the diffraction unit according to the third embodiment of the present invention. The process of interference exposure of four divided regions arranged in one line (see FIG. Figure 1 (d)) is shown.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a two-dimensional image display device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing one configuration example of a conventional two-dimensional image display device.
  • FIG. 14 is a diagram showing another configuration example of a conventional two-dimensional image display device.
  • 604a, 604c mirror
  • coaxial beam means light propagating in the same optical path
  • optical axis means the central axis of the optical propagation path
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the light source device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 (a) is a side view
  • FIG. 1 (b) is a plan view.
  • reference numeral 100 denotes a light source device according to the first embodiment, and the light source device 100 is used as a light source of a two-dimensional image display device.
  • the light source device 100 includes a coherent light source, here, three semiconductor lasers that emit red light, blue light, and green light (hereinafter, simply referred to as “laser light sources”). It has a submount 10 which is a silicon substrate or the like on which 11a-11c is directly mounted.
  • the light source device 100 is provided above the submount 10, and emits light emitted from at least one coherent light source, here, two laser light sources l la, l ib, 11c, from the three coherent light sources.
  • a diffracting section 20 for diffracting all emitted light into a coaxial beam, and a light provided on the submount 10 and emitted from the three laser light sources 11a, 11b, and 11c.
  • the unit 20 includes prisms 12a, 12b, and 12c that reflect light emitted from the laser light sources 11a, 11b, and 11c so as to irradiate the same area.
  • a spatial light modulation element 30 for spatially changing the amplitude of each light converted into a coaxial beam by the diffraction section 20.
  • Each of the laser light sources 11a to 11c is an edge emitting laser, the laser light sources 11a and 11c for red light and green light are arranged on one straight line, and the laser light source Are arranged on a straight line orthogonal to.
  • the reflecting surfaces of the prisms 12a, 12b, and 12c are provided with an optical axis of the light emitted from the laser light sources l la, l ib, and 11 c reflected by the reflecting surface, and a laser light source l ib.
  • the reflection angle is set so that the optical axis of the light emitted from the optical system intersects at one point on the diffraction section 20.
  • the diffraction section 20 is composed of:! Volume holograms.
  • the volume hologram is formed with multiple gratings that diffract each light emitted from each of the laser light sources 11a to 11c into coaxial beams.
  • the volume hologram of the first embodiment is configured such that each light passing through the diffraction section 20 irradiates the same region of the spatial light modulation element 30 provided above the diffraction section 20. It also has a lens function of condensing light.
  • FIG. 2 is a diagram showing a method of manufacturing the volume hologram of the first embodiment.
  • FIG. 2 (a) shows a method of forming a grating for light emitted from a green light laser light source 11c.
  • (b) shows a method for forming a grating for light emitted from a blue laser light source l ib
  • FIG. 2 (c) shows a method for forming a grating for light emitted from a laser light source 11a for red light. Is shown.
  • a light source Lgl and a light source Lg2 having the same wavelength as the green light laser light source 11c are used to form a grating corresponding to the light emitted from the green light laser light source 11c.
  • the light sources Lgl and Lg2 generate the same light source power and emit further divided laser beams.
  • light from a single laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber cutter, and the emission end faces of these two fibers may be arranged at positions Lgl and Lg2.
  • the light source Lgl is arranged so that the optical position with respect to the volume hologram 20 coincides with the laser light source 11c shown in FIGS.
  • the light source Lg2 adjusts the light exit surface of the diffraction unit 20. It is arranged at the projection center for projecting over the entire light receiving surface of the spatial light modulator 30.
  • the light source Lg2 is arranged on a straight line perpendicular to the light emission surface of the diffraction section 20 (see FIG. )reference ).
  • the volume hologram is subjected to interference exposure with the light emitted from the light sources Lgl and Lg2. Thereby, interference fringes are recorded on the volume hologram, and a Bragg grating for diffracting and condensing the light emitted from the laser light source 11c is formed.
  • light sources Lbl and Lb 2 having the same wavelength as the blue light laser light source l ib are used.
  • the light sources Lbl and Lb2 emit laser beams generated from the same light source and further divided.
  • light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber force doubler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at positions Lbl and Lb2. .
  • the light source Lbl is arranged so that the optical position with respect to the volume hologram 20 coincides with the laser light source lib shown in FIG.
  • the light source Lb2 is arranged at the same position as the light source Lg2 (FIG. 2 (b) reference). Then, the volume hologram is subjected to interference exposure with the light emitted from the light sources Lbl and Lb2. Thereby, interference fringes are further recorded on the volume hologram, and a Bragg grating for condensing the light emitted from the laser light source lib is formed.
  • the light sources Lrl and Lr2 having the same wavelength as the red light laser light source 11a are used.
  • the light sources Lrl and Lr2 emit laser beams generated from the same light source and further divided.
  • light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber force doubler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at the positions of Lrl and Lr2. .
  • the light source Lrl is disposed so as to coincide with the optical position with respect to the volume hologram 20 and the laser light source 11a shown in FIG.
  • the light source Lr2 is disposed at the same position as the light source Lg2 (see FIG. 2 (c)). . Then, the volume hologram is subjected to interference exposure with the light emitted from the light sources Lrl and Lr2. Thus, interference fringes are further recorded on the volume hologram, and a Bragg grating for diffracting and condensing the light emitted from the laser light source 11a is formed.
  • the interference exposure of the volume hologram needs to be performed three times so that the grating for the emitted light of each of the three laser light sources is formed in one volume hologram.
  • the photosensitive material that makes up the volume hologram is exposed three times The light intensity is such that the light is completely exposed.
  • the three laser light sources l la, l ib, and 11c output power.
  • the emitted light is reflected by the prisms 12a, 12b, and 12c on the submount 10 so that the optical axes of the respective emitted lights intersect at one point on the diffraction section 20.
  • the red, blue, and green laser lights from the respective laser light sources l la, l ib, and 11c are converted into coaxial beams by the grating according to the respective lights in the diffraction section 20, as shown in FIG.
  • the light is multiplexed so as to irradiate the same area of the spatial light modulation element 30, that is, the light receiving surface. That is, the red light, blue light, and green light emitted from the laser light sources 11a, 11b, and 11c reflected by the prism are diffracted and condensed when passing through the diffraction unit 20, respectively.
  • the light obtained by multiplexing the light emitted from the three laser light sources from the diffraction unit 20 irradiates the light receiving surface, which is a fixed area of the spatial light modulator 30.
  • the three laser light sources 11a to 11c and the light emitted from the laser light sources 11a to 11c are combined so that they become coaxial beams.
  • a diffraction unit 20 composed of a single volume hologram, it is possible to reduce the size of the optical system that converts the light emitted from the three laser light sources into a coaxial beam. It is possible to realize a very small two-dimensional image display device that can be mounted on a small device.
  • an edge emitting laser is used for the three light sources 11a to 11c, and a blue light laser is a straight line connecting the green light laser and the red light laser.
  • the arrangement of the force S and the laser light source arranged on the orthogonal straight line is not limited to this.
  • FIGS.3 (a) and (b) are a side view and a plan view of the light source device 100a showing the light source device 100a having such a configuration, and are the same as FIGS. 1 (a) and (b) in FIG.
  • the reference numerals indicate the same components as those in the light source device 100.
  • the number of prisms installed on the submount 10 can be reduced, and the light source device 100 can be made inexpensive.
  • the power of semiconductor laser chip which is a laser light source, provided on the same submount 10, as in light source device 100b shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b),
  • the semiconductor laser chips may be mounted on separate submounts 10a and 10c, respectively.
  • 4 (a) and 4 (b) are a side view and a plan view of the light source device 100b.
  • the same reference numerals as those in FIGS. 1 (a) and (b) denote the light source device 100. The same ones are shown.
  • the semiconductor laser chips as the three light sources are mounted on the respective separate submounts 10a and 10c, the degree of freedom in the layout of the three light sources is increased, and the light source device in a small device is designed. There is an effect that it can be made easy.
  • the diffraction portion 20 has been described as having a condensing lens function. If the light passing through the power diffraction portion 20 falls within the plane of the spatial light modulator 30, It is not necessary to condense each light at the folding section 20. In this case, since it is not necessary to form a grating for condensing the light emitted from the laser light source lib on the volume hologram, it is possible to reduce the number of manufacturing steps of the volume hologram and to provide the device at a lower cost. The ability to do S.
  • the case where the number of coherent light sources is three has been described as an example. However, it is sufficient that the number of light sources is at least two or more. For example, when four or more coherent light sources are provided, a wider range of vivid colors can be expressed by providing blue-green or yellow light in addition to red, blue, and green light. Can provide light source
  • the light source device is used as a light source of a two-dimensional image display device, and the spatial light modulator 30 changes the amplitude of light from the diffraction unit 20 spatially.
  • the light source device according to the present embodiment is not limited to the light source of the two-dimensional image display device.
  • the spatial light modulation element other than the two-dimensional image display device has a phase of light from the diffraction unit 20.
  • the diffraction portion is composed of two diffraction elements.
  • the case where the diffraction portion is composed of two diffraction elements is described. explain.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the light source device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 (a) is a side view
  • FIG. 5 (b) is a plan view.
  • reference numeral 200 denotes a light source device according to the second embodiment.
  • the light source device 200 includes a submount 10 such as a silicon substrate and a red light and a blue light provided on the submount 10.
  • Light and green light hereinafter simply referred to as laser light sources) 21a and 21c, and the three laser light sources 2 la-21c provided above the submount 10.
  • a diffracting unit 220 that diffracts each light emitted from the light into a coaxial beam.
  • a spatial light modulator 30 that spatially changes the amplitude of light converted into a coaxial beam in the diffraction unit 220 is provided above the diffraction unit 220.
  • the three laser light sources 21a to 21c are surface emitting lasers that emit light from the upper surface of the laser chip, and these are arranged along one straight line on the submount 10.
  • the diffraction unit 220 is composed of two volume holograms (first and second volume holograms) 221 and 222.
  • the second volume hologram 222 is provided above the submount 10, and outputs each light emitted from the three laser light sources 21a 21c on a first volume hologram 221 provided further above. Then, the light is diffracted so that the optical axes of the emitted lights intersect at one point, and the emitted lights are condensed so as to irradiate the same area of the first volume hologram 221. Therefore, the second volume hologram 222 has a plurality of light beams corresponding to the respective light sources so that the respective light beams emitted from the respective laser light sources 21a-21c illuminate the same region of the first volume hologram 221.
  • Gratings specifically, a grating 222a for red light, a grating 222b for blue light, and a grating 222c for green light, respectively.
  • the first volume hologram 221 further diffracts the light emitted from each light source, which is diffracted by the second volume hologram 222, into a coaxial beam. Therefore, on the first volume hologram 221, a plurality of gratings are formed in which a plurality of gratings that pass through the second volume hologram 222 and are diffracted so that light emitted from each light source becomes a coaxial beam.
  • the arrangement intervals of the light sources 21a and 21c are reduced, and the light emitted from each light source is reduced as shown in FIG.
  • Light on the second volume hologram 222 is overlapped. Therefore, in the second volume hologram 222, gratings 222a and 222c for red light, blue light, and green light are partially overlapped.
  • FIG. 6 is a diagram showing a method of manufacturing the second volume hologram of the second embodiment, wherein FIG. 6 (a) shows a method of forming a grating for green light, and FIG. FIG. 6 (c) shows a grating forming method for red light.
  • FIG. 7 is a diagram showing a method of manufacturing the first volume hologram of the second embodiment.
  • FIG. 7 (a) shows a method of forming a grating for green light
  • FIG. FIG. 7 (c) shows a method of forming a grating for red light.
  • the second volume hologram 222 diffracts so as to intersect at one point on the first volume hologram 221 of the light emitted from each of the light sources 21a to 21c, and the respective output light diffracts the first volume hologram 221.
  • the light sources Lgl and Lg2 having the same wavelength as the green light laser light source 21c are used.
  • the light sources Lgl and Lg2 generate the same light source power and emit further divided laser beams.
  • light from a single laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber cutter, and the emission end faces of these two fibers may be arranged at positions Lgl and Lg2.
  • the light source Lgl is an optical
  • the light source Lg2 is arranged so that the target position coincides with the laser light source 21c shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
  • the volume hologram 221 is placed at the center of projection for enlarging and projecting over the entire surface (see FIG. 6A). Then, the second volume hologram 222 is interference-exposed by the light emitted from the light sources Lgl and Lg2. Thus, the interference fringes are recorded on the second volume hologram 222, and the Bragg grating 222c that diffracts and condenses the light emitted from the laser light source 21c is formed. At the time of the interference exposure, an area other than the area to be exposed is shielded from light by a light-shielding mask having an aperture having a shape corresponding to the divided area.
  • light sources Lbl and Lb2 having the same wavelength as the blue light laser light source 21b are used.
  • the light sources L bl and Lb 2 emit laser beams generated from the same light source and further divided.
  • light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber coupler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at the positions of Lbl and Lb2.
  • the light source Lbl is arranged so that the optical position with respect to the second volume hologram 222 matches the laser light source 21b shown in FIGS.
  • the light source Lb2 is The area of 222 irradiated by the light emitted from the light source Lbl is arranged at the projection center for enlarging and projecting the entire first volume hologram 221 (see FIG. 6B). Then, the second volume hologram 222 is subjected to interference exposure with the light emitted from the light sources Lbl and Lb2. As a result, interference fringes are recorded on the second volume hologram 222, and a Bragg grating 222b that diffracts and condenses the emitted light of the laser light source 21b is formed. At the time of the interference exposure, the area other than the area to be exposed is shielded from light by a light-shielding mask having an aperture having a shape corresponding to the divided area.
  • light sources Lrl and Lr2 having the same wavelength as the red light laser light source 21a are used.
  • the light sources Lrl and Lr2 emit laser light generated from the same light source and further divided.
  • light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber coupler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at the positions of Lrl and Lr2.
  • the light source Lrl is an optical position with respect to the volume hologram 222. Force The laser light source 21a is arranged so as to coincide with the laser light source 21a shown in FIGS.
  • the light source Lr2 illuminates the region of the second volume hologram 222 irradiated by the light emitted from the light source Lrl with the first volume Program 221 Placed at the center of projection for enlarging and projecting over the entire surface.
  • the second volume hologram 222 is subjected to interference exposure with the light emitted from the light sources Lrl and Lr2.
  • interference fringes are recorded on the second volume hologram 222, and a Bragg grating 222a for diffracting and condensing the light emitted from the laser light source 21a is formed.
  • a region other than the region to be exposed is shielded from light by a light shielding mask having an aperture having a shape corresponding to the divided region.
  • the light sources are arranged close to each other so that the emitted light partially overlaps on the second volume hologram 222.
  • the adjacent Bragg gratings 222a and 222b partially overlap with the adjacent Bragg gratings 222b and 222c.
  • the first volume hologram 221 diffracts and condenses the light emitted from each of the light sources 21a and 21c passing through the second volume hologram 222 so as to be coaxial light.
  • a lens Lc and a light source having the same wavelength as the green light laser light source 21c Lg2 and light source Lg3 are used.
  • the light sources Lg2 and Lg3 emit laser light generated from the same light source and further divided.
  • light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber coupler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at positions Lg2 and Lg3.
  • the lens Lc condenses the divergent light from the light source Lg3 so that the divergent light enters the first volume hologram as parallel light.
  • the light source Lg2 arranges the area of the second volume hologram 222 where the grating 222c is formed, at the projection center for enlarging and projecting the entire area of the first volume hologram 221. Then, the first volume hologram 221 is subjected to interference exposure with the light emitted from the light sources Lg2 and Lg3. Thereby, interference fringes are recorded on the first volume hologram 221 to form a Bragg grating that diffracts the light emitted from the laser light source 21c. As shown in FIG. 7B, the interference exposure of the first volume hologram 221 is performed by changing the light sources Lgl and Lg2 shown in FIG. 7A to the same wavelength as the blue light laser light source 21b.
  • the light sources Lgl and Lg2 shown in FIG. 7 (a) are replaced with light sources Lr2 and Lr2 having the same wavelength as the red laser light source 21a. Perform by replacing with light source Lr3.
  • the first volume hologram 221 is provided with gratings for diffracting the light emitted from the laser light source 21b for blue light and the light emitted from the laser light source 21a for red light, and the Bragg for the laser light source 21c for green light. It is formed by multiplexing with the grating.
  • the light source b2 is arranged at the projection center for enlarging and projecting the area where the grating 222b is formed in the second volume hologram 222 over the entire surface of the first volume hologram 221, and the light source Lr2 is The region of the hologram 222 where the grating 222a is formed is arranged at the projection center for enlarging and projecting the entire first volume hologram 221.
  • the interference exposure of the first volume hologram needs to be performed three times so that a grating for each of the emitted lights of the three laser light sources is formed in one volume hologram.
  • the light intensity is such that the photosensitive material constituting the volume hologram is completely exposed by three exposures.
  • laser light is emitted from red, blue, and green laser light sources 21a-21c provided on the submount 10, and the laser light is applied to the second volume hologram 222 of the diffraction unit 220.
  • Each light diffracted and condensed by the second volume hologram 222 passes through the first volume hologram 221 when passing through the first volume hologram 221 as shown in Fig. 5 (a).
  • the light is diffracted and multiplexed so as to be a propagating coaxial beam, and irradiates the same area of the spatial light modulator 30. To do.
  • the three laser light sources 21a to 21c and the light emitted from the laser light sources 21a to 21c are combined so that they become coaxial beams.
  • a very small two-dimensional image display device that can be mounted on a small device such as a mobile phone can be realized.
  • the diffraction unit 220 is composed of first and second two volume holo-drums 221 and 222, and the second volume hologram 222 emits light from three laser light sources.
  • the emitted light is diffracted so that the optical axes of these outgoing lights intersect at one point on the first volume hologram 221, and the first volume hologram 221 divides the three laser beams from the second volume hologram 222. Since the light is diffracted so as to irradiate the same area of the spatial light modulator 30, it is not necessary to match the optical axis of the light incident on each light source diffraction unit 220 on the diffraction unit 220, such as a surface emitting laser.
  • a light source that emits light in a direction perpendicular to the mount can be arranged directly on the submount 10.
  • the configuration of the light source device can be simplified, and the light source device can be easily assembled. This leads to cost reduction of the light source device.
  • the second volume hologram 222 has a configuration in which the boundary between adjacent gratings 222a-222c is slightly overlapped with each other.
  • the grating for light may be multiplexed so that most of the gratings overlap. In this way, the scale of the apparatus can be reduced.
  • the second volume hologram 222 may be one in which gratings for each light are formed so as not to overlap. By doing so, the device scale of the light source device is slightly increased, but the distance between the light source and the light source installed on the same submount 10 can be increased. is there. [0099]
  • the second volume hologram 222 has been described as having a lens function. However, the irradiation area of the light passing through the second volume hologram 222 is the first volume hologram 221. It is not necessary to condense each light in the second volume hologram 222 as long as it falls within the plane.
  • the two different gratings 222a and 222c for diffracting the light emitted from the two laser light sources 21a and 21c need to be multiplexed on the second volume hologram 222.
  • the number of gratings to be used can be reduced, and the device can be provided at a lower cost.
  • the light source device of the third embodiment differs from the light source device of the first embodiment in that the diffracting portion also has the function of an optical integrator that makes the light intensity distribution of the light emitted from each laser light source uniform. It was done.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the light source device according to the third embodiment.
  • FIG. 8 (a) is a side view
  • FIG. 8 (b) is a plan view.
  • reference numeral 300 denotes a light source device according to the third embodiment.
  • This light source device 300 is similar to the light source device 100 according to the first embodiment, and includes red, blue, and green laser light sources. a, lib, and 11c, red and green laser light sources 11a, 12b, and 12c that reflect the emitted light of 1lc, and a submount 10 that supports these laser light sources and a prism; and a prism. It has a diffraction section 320 through which light emitted from the laser light sources 11a, 11b, 11c reflected by 12a, 12b, 12c passes.
  • the laser light sources 11a-11c, the prisms 12a-12c, and the submount 10 are the same as those in the first embodiment.
  • the diffraction section 320 diffracts incident light and uniforms its light intensity distribution, and is composed of one volume hologram.
  • the volume hologram 320 is divided into a plurality of regions, and here, a 16-divided one will be described as an example.
  • each region of the volume hologram 320 has a concave lens function to increase the divergence angle of the incident light.
  • each light source which is incident on each of the divided regions of the 16-part volume hologram, is diffracted by the gratings formed in each of the 16 regions of the volume hologram to form a coaxial beam.
  • each light output from each of the 16 regions of the volume hologram irradiates the same region of the spatial light modulator 30 provided above the diffraction section 320.
  • Fig. 8 (a) for simplification of the figure, the optical path of light emitted from the blue light source lib is mainly shown, but from the red and green light sources lla and 11c. Similarly, the emitted light is also incident on each of the divided areas of the diffraction section 320, and is diffracted and diverged by the grating formed multiplexed on each of the divided areas, and is transmitted through the same area of the spatial light modulator 30. Irradiate.
  • FIG. 9 is a diagram showing a method of forming a grating for diffracting light emitted from a green light laser light source on the volume hologram of the third embodiment
  • FIG. 10 is a diagram showing the volume of the third embodiment
  • FIG. 11 is a diagram showing a method of forming a grating for diffracting light emitted from a blue light laser light source on a hologram.
  • FIG. 11 shows a volume hologram of the third embodiment in which a light beam emitted from a red light laser light source is emitted.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method of forming a grating that diffracts reflected light.
  • the light sources Lgl, Light source Lg2 are used.
  • the light sources Lgl and Lg2 emit laser beams generated from the same light source and further divided.
  • light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber coupler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at positions Lgl and Lg2.
  • the light source Lgl is The optical position with respect to the gram 320 is fixed at a position corresponding to the laser light source lie shown in FIGS. 8A and 8B, and the light source Lg2 changes its position for each divided region 32.
  • the light sources Lgl and Lg2 are arranged and interference exposure is performed four times, so that the volume hologram 320 has 16 divided regions.
  • the grating 32c is formed in four regions arranged in one row.
  • the light source Lg2 is arranged at the projection center where each area of the volume hologram 320 is enlarged and projected on the spatial light modulator 30. Accordingly, the four interference exposures shown in FIGS. 9 (a) to 9 (d) are performed for each column of the above-mentioned divided regions in the volume hologram 320, thereby obtaining 16 divided regions 32 of the volume hologram 320.
  • a grating 32c that diffracts the emitted light from the green laser light source 11c is formed.
  • regions other than the region to be exposed are shielded from light by a light shielding mask having an aperture having a shape corresponding to the divided region.
  • the grating for diffracting the light emitted from the blue light laser light source lib has the same wavelength as the blue light laser light source lib.
  • the interference exposure using the light source Lbl and the light source Lb2 was performed, and the light source Lbl was fixed at a position where the optical position with respect to the volume hologram 320 coincided with the laser light source 11c shown in FIGS. 8A and 8B.
  • Lb2 is formed by changing the position of each divided region.
  • the light sources Lbl and Lb2 emit laser beams generated from the same light source and further divided. For example, light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber coupler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at the positions of Lbl and Lb2.
  • the four interference exposures shown in Figs. 10 (a) and 10 (d) show that four of the 16 divided regions 32 of the volume hologram 320 are arranged in blue in one row.
  • a grating 32b that diffracts the light emitted from the laser light source is formed, and the four interference exposures are performed for each column of the divided region in the volume hologram 320, thereby dividing the volume hologram 320 into 16 segments.
  • a grating 32b that diffracts blue light is formed in all the regions 32.
  • regions other than the region to be exposed are shielded from light.
  • the grating that diffracts the light emitted from the red light laser light source 11a has the same wavelength as the red light laser light source 11a.
  • the interference exposure using the light source Lrl and the light source Lr2 is fixed at a position where the optical position with respect to the volume hologram 320 coincides with the laser light source 11a shown in FIGS. 8A and 8B. It is formed by changing the position of each divided area.
  • the light sources Lrl and Lr2 emit laser light generated from the same light source and further divided. For example, light from one laser light source may be introduced into an optical fiber, further divided into two fibers by a fiber coupler, and the emission end faces of the two fibers may be arranged at positions Lrl and Lr2.
  • each light emitted from each of the laser light sources 11a to 11c has the same optical axis on the diffraction section 320 and irradiates the same area of the diffraction section 320.
  • the three lights from the laser light sources 11a and 11c of red light, blue light, and green light pass through the diffraction section 320, and are divided by the respective divided areas 32 of the diffraction section 320.
  • the optical axes of the passed red, blue, and green light coincide with each other, and are diffracted and diverged so as to irradiate the same region, that is, the entire surface of the spatial light modulator 30.
  • the spatial light modulation element 30 is irradiated with light having a uniform light intensity distribution obtained by multiplexing the laser light of each color.
  • the diffraction section 320 is divided into two-dimensional regions, and the divided areas of the diffraction section 320 diffract and diverge the light emitted from each light source.
  • the light emitted from the three laser light sources is converted into coaxial beams because the light from each of the three laser light sources is multiplexed so as to irradiate the entire light irradiation area of the spatial light modulator 30 as a coaxial beam. It is possible to provide an ultra-small light source device that can reduce the size of the optical system and also make the intensity distribution of each light source light on the spatial light modulator 30 uniform.
  • the volume hologram can be manufactured using a small and inexpensive photosensitive material (polymer). If the diffracting section 320 composed of a volume hologram has the function of an optical integrator as in 3, the cost of the apparatus can be reduced.
  • the diffraction section 320 is configured by :! volume holograms has been described as an example.
  • the diffraction section is configured as in Embodiment 2. It may be composed of two volume holograms.
  • the first volume hologram 221 shown in FIG. 5 is divided into regions as shown in the third embodiment, as in the third embodiment, The effect of making the light intensity distribution of each light source light uniform can be obtained.
  • the case where the diffraction section 320 is divided into 16 is described as an example.
  • the area division of the diffraction section is not limited to 16 divisions, but may be 64 divisions, 128 divisions, and more. It is possible to divide the area, and it is also possible to divide the area of the diffraction section according to the planar shape of the spatial light modulator, so that the number of vertical and horizontal arrangement of the divided area is different.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a two-dimensional image display device according to the fourth embodiment.
  • reference numeral 500 denotes a two-dimensional image display device according to the fourth embodiment.
  • the two-dimensional image display device 500 includes red, blue, and green laser light sources l la, l ib, 11c, a light source device 550a-550c for red light, blue light, and green light for driving each laser light source in the light source device 300, and driving of each laser drive portion 550a-550c
  • Laser switching unit 540 that switches between red and blue video signals
  • a video signal switching unit 530 for switching between an image signal and a green video signal to output to the spatial light modulator 30; anda control signal for outputting each of the RGB images sequentially, and the laser switching unit 540 and the video signal switching.
  • the light source device 300 is the same as that of the third embodiment.
  • the video signal switching unit 530 sequentially switches the input red video signal, blue video signal, and green video signal according to the control signal output from the control unit 520, and outputs the signal to the spatial light modulator 30. .
  • the laser switching unit 540 drives the laser driving units 550a-550c for red light, blue light, and green light in response to a control signal from the control unit 520, and outputs red, blue, Turn on the green laser light source 1 la-1 lc sequentially.
  • light emission from the laser light source of each color and formation of an image of each color by the spatial light modulator 30 are performed in synchronization.
  • a red image signal is supplied to the spatial light modulator 30 to modulate the red light
  • the emission state of the blue light laser light source lib in the emission state of the blue light laser light source lib.
  • a blue image signal is supplied to the spatial light modulator 30 to modulate the blue light
  • a green image signal is supplied to the spatial light modulator 30 to emit green light. Light modulation is performed.
  • the image formed by the modulation of each color light by the spatial light modulator 30 is projected on the screen 51 by the projection lens 510.
  • the force S required to display an image with a large number of frames in a short time, for example, an image at 30 frames per second, in order to realize this with the device 500 During the display of one frame of the image displayed at 30 frames per second, the control unit 520 controls each of the light sources 11a to 11c to emit light several times, so that each color can be observed by human eyes. Users will not be able to separate the images in The image can be observed.
  • the light source device of the two-dimensional image display device 500 includes three laser light sources 11a-11c and light emitted from the laser light sources 11a-11c. Since it has the diffraction section 320 composed of a volume hologram that multiplexes into a coaxial beam, the optical system that converts the light emitted from the three laser light sources into a coaxial beam can be downsized. This makes it possible to reduce the size of the two-dimensional image display device.
  • the diffraction section 320 of the light source device 300 also has the function of an optical integrator, the fly eye which has conventionally been necessary for making the light intensity distribution uniform is provided. Even without using an optical integrator composed of lenses, the output light of the light source device has a uniform intensity distribution. This makes it possible to further reduce the size of the two-dimensional image display device in which the intensity distribution of the light from the light source is uniform, to reduce the number of components of the two-dimensional image display device, and to make assembly simple and inexpensive. A two-dimensional image display device can be realized.
  • the light source device and the two-dimensional image display device of the present invention are useful as those used for a small image projection device, a portable information terminal, a notebook personal computer, or the like.

Abstract

　２次元画像表示装置をできるだけ小型化することが可能な光源装置を提供する。 　赤色、青色、緑色の３つのコヒーレント光源（１１ａ），（１１ｂ），（１１ｃ）と、該コヒーレント光源（１１ａ），（１１ｃ）から出射された光を反射するプリズム（１２ａ），（１２ｃ）と、前記コヒーレント光源（１１ｂ）から出射された光、及び前記コヒーレント光源（１１ａ），（１１ｃ）から出射され、プリズム（１２ａ），（１２ｂ）で反射された光を、これらの光が同一光路を伝搬するように回折する、複数のグレーティングが多重形成された１枚の体積ホログラムからなる回折部（２０）とを備えた。

Description

明 細 書
光源装置、及び 2次元画像表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、光源装置及び 2次元画像表示装置に関し、特に 2次元画像表示装置の 小型化を実現する光源装置、及び該光源装置を用いた小型の 2次元画像表示装置 に関する。
背景技術
[0002] 近年、鮮やかな色表現が可能な 2次元画像表示装置（レーザディスプレイ装置）が 注目されている。これは、赤色、緑色、青色の 3つのコヒーレント光源（例えば、レーザ 光源）を用いたもので、例えば図 13のような構成をとる。
[0003] 図 13において、 600は従来のレーザ光源を用いた 2次元画像表示装置である。こ の 2次元画像表示装置 600は、赤色、緑色、青色レーザ光源 601a, 601b, 601cと 、ビームエキス /ヽ°ンダ 602a, 602b, 602cと、光インテグレータ 603a, 603b, 603c と、ミラー 604a, 604cと、拡散板 606a, 606b, 606cと、拡散板移動手段 605a, 60 5b, 605cと、空間光変調素子 607a， 607b, 607cと、フィーノレドレンズ 608a, 608b , 608cと、ダイクロイツクプリズム 609と、投写レンズ 610とを有してレヽる。
[0004] この 2次元画像表示装置 600では、赤色、緑色、青色レーザ光源 601a， 601b, 60 lcからの光がそれぞれビームエキスパンダ 602a， 602b, 602cで拡大され、光イン テグレータ 603a， 603b, 603cを通過する。光インテグレータ 603a, 603cを通過し た赤色光及び青色光はミラー 604a, 604cにより光路が 90度曲げられて、光インテ グレータ 603bを通過した緑色光は、光路が折り曲げられることなぐそれぞれ、フィー ノレドレンズ 608a, 608b, 608c,拡散板 606a， 606b, 606cを介して空 光変調素 子 607a， 607b, 607cを照射する。 3種のレーザ光源 601 a, 601b, 601c力 の光 は、光インテグレータ 603a, 603b, 603cを通過することで空間光変調素子 607a, 6 07b, 607c上での照度分布が一定になる。この空間光変調素子 607a, 607b, 607 cでそれぞれ独立に変調された光は、ダイクロイツクプリズム 609で合波されて、同一 光路を伝搬する同軸ビームとなり、さらに投写レンズ 610にて拡大投射されてスクリー ン 61上に結像される。その際、レーザ光干渉性が高いため、スクリーン 61に投写さ れた像にはスペックルノイズが重畳される。これを防ぐために拡散板 606a, 606b, 6 06cを拡散板移動手段 605a, 605b, 605cにて揺動し、スペックルノイズを時間平 均するようにしている。
[0005] しかし、図 13に示すような従来の 2次元画像表示装置 600では、 3種のレーザ光源 601a 601cからの光を拡大して光強度分布を一様にするために、ビームエキスパ ンダ及び光インテグレータが各々 3つ必要となる。さらに、前記 3種のレーザ光源から の光を互いに平行で同一光路を伝搬する同軸ビームにするために、当該装置内に 多くのレンズやミラーを配置することも必要となる。このため、従来の 2次元画像表示 装置は、装置全体が大規模となってしまうという課題があった。
[0006] この課題を解決するために、 2次元画像表示装置の光学系を、例えば、図 14に示 すように、まず赤色、緑色、青色の 3色のレーザ光源から出射された光をダイクロイツ クミラーを用いて混合した後、ビームエキスパンダ、光インテグレータを通過させる構 成にすることが考えられる。
[0007] 図 14において、 700は、従来のレーザ光源を用いた 2次元画像表示装置である。
この 2次元画像表示装置 700は、赤色、緑色、青色レーザ光源 701a, 701b, 701c と、コジメ一卜レンズ 704a, 704b, 704cと、第 1 ,第 2のダイクロイツクミラー 705a, 70 5bと、ビームエキスパンダ 702と、光インテグレータ 703と、投射レンズ 710と、液晶 ノ、°ネノレ 71とを有している。
[0008] ここでダイクロイツクミラーは、ガラス基板上に多層膜を積層して、波長によって透過 率を異ならせるものである。図 15に示す 2次元画像表示装置 700の第 1のダイクロイ ックミラー 705aは、 580nm程度の波長を境に、該波長より短波長の光を反射して長 波長の光のみを通過させるもの、第 2のダイクロイツクミラー 705bは、 490nm程度の 波長を境に、該波長より短波長の光を反射して長波長の光のみを通過させるもので ある。
[0009] このような従来のレーザ光源を用いた 2次元画像表示装置 700では、まず、赤色、 緑色、青色レーザ光源 701a， 701b, 701cからの出射光を、コリメートレンズ 704a, 704b, 704cでコリメートし、該コリメートした光を、第 1，第 2のダイクロイツクミラー 70 5a, 705bによって、互いに平行で同一光路を伝搬する同軸ビームとした後、ビーム エキスパンダ 702に入射させる。そして、該ビームエキスパンダ 702に入射した光は、 ビームエキスパンダ 702において拡大された後、光インテグレータ 703を通過する。 前記光インテグレータ 703は、長方形のエレメントレンズが 2次元状にアレイ化された 2枚のフライアイレンズ 703a及び 703bと、コリメートレンズ 703cとを有しており、 1枚 目のフライアイレンズ 703aの各エレメントレンズ上の光が、 2枚目のフライアイレンズ 7 03bによって 2次元空間光変調素子上に結像され、これによつて、各エレメントレンズ 上での光強度分布が 2次元空間光変調素子上で多重化されることとなり、 2次元空間 光変調素子上での光強度分布が一様になるものである。
[0010] そして、前記光インテグレータ 703を通過して光強度分布が一様にされた光は、投 射レンズ 710により液晶パネル 71上に結像する。
特許文献 1：特開平 10 - 293268号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] このように、図 13のように、各レーザ光源 601a 601cから出射された光をビーム エキスパンダ 602a 602cで拡大し、光インテグレータ 603a— 603bでその光強度 分布を一様にした後、ダイクロイツクプリズム 609で合波して同軸ビームにするより、 図 14のように、各レーザ光源 701a 701cから出射された光を、まず第 1 ,第 2のダ ィクロイツクミラー 705a, 705bで合波して同軸ビームにした後、ビームエキスパンダ 7 02で拡大して光インテグレータ 703でその光強度分布を一様した方力 2次元画像 表示装置全体の装置規模を縮小することができる。
[0012] しかし、従来の 2次元画像表示装置は、その光学系全体を図 14に示すように構成 しても、携帯電話等のような小型装置に搭載するには、まだ部品数も多いし、装置規 模も大きいという課題がある。
[0013] 本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、小型装置に搭載可能 な超小型の光源装置、及び該光源装置を用いた小型の 2次元画像表示装置を提供 することを目的とする。
課題を解決するための手段 [0014] 前記課題を解決するために、本発明の光源装置は、少なくとも 2つのコヒーレント光 源と、該少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光が同一光路を伝搬する よう、少なくとも 1つのコヒーレント光源力も出射された光を回折する回折部と、を具備 するものである。
[0015] これにより、回折部において複数のコヒーレント光源から出射された各光を簡易に 合波させることができ、光源装置を超小型化できる。
[0016] また、本発明の光源装置は、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された 各光の伝搬光路は、前記回折部上で互いに重なり合うものである。
これにより、当該光源装置をさらに小型化することが可能となる。
[0017] また、本発明の光源装置は、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された 各光の伝搬光路の中心軸は、前記回折部上の一点で交わるものである。
これにより、当該光源装置をさらに小型化することが可能となる。
[0018] また、本発明の光源装置は、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源は、同一のサブ マウント上に設置されるものである。
[0019] これにより、 1枚のサブマウントの放熱により、 3つの光源の放熱を行うことができ、当 該光源装置における光源の放熱を簡単な構成により実現できるという効果もある。
[0020] また、本発明の光源装置は、前記コヒーレント光源は、赤色光を発光するコヒーレン ト光源と、緑色光を発光するコヒーレント光源と、青色光を発光するコヒーレント光源 であるものである。
これにより、 RGBの光を点灯する小型の光源装置を提供することができる。
[0021] また、本発明の光源装置は、前記回折部を、前記コヒーレント光源のうち、少なくと も 1つのコヒーレント光源から出射される光が、該回折部で回折せずに通過するもの としたものである。
[0022] これにより、回折部の作製工程を削減できるため、当該光源装置をより安価に提供 できる。
[0023] また、本発明の光源装置は、前記回折部は、 1つの回折素子で構成され、前記回 折素子は、該少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光が同一光路を伝 搬するよう、少なくとも 1つのコヒーレント光源から出射された光を回折するものである これにより、前記回折部をコンパ外にして、当該光源装置を超小型化することが可 能となる。
[0024] さらに、本発明の光源装置は、前記回折素子は、レンズ作用を更に備えるものであ る。
[0025] これにより、前記複数のコヒーレント光源から出射される各光が、前記回折素子の上 方の同一平面領域を照射することができる。
[0026] また、本発明の光源装置は、前記回折部を、受光した少なくとも 2つの光が同一光 路を伝搬するよう、該受光した少なくとも 1つの光を回折する第 1の回折素子と、前記 少なくとも 2つのコヒーレント光源のうちの、少なくとも 1つのコヒーレント光源から出射 された光を、該各コヒーレント光源からの光の伝搬光路の中心軸が前記第 1の回折 素子上の一点で交わるように回折する第 2の回折素子と、力 構成したものである。
[0027] これにより、前記回折部において前記複数のコヒーレント光源からの各光を簡易に 同軸ビームにして合波できる小型の光源装置を、より安価に提供できる。
[0028] さらに、本発明の光源装置は、前記第 2の回折素子は、レンズ作用を更に備え、前 記第 2の回折素子は、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射される各光を集 光して、該第 2の回折素子にて回折された各光が、前記第 1の回折素子の同一領域 を照射するようにするものである。
[0029] これにより、前記複数のコヒーレント光源から出射される各光が、前記第 2の回折素 子の上方に設けられた第 1の回折素子の同一領域を照射するようにすることができる
[0030] さらに、本発明の光源装置は、前記回折素子は、体積ホログラムであり、該体積ホ ログラムは、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射される各光を受光して、該 各光の伝搬方向を変化させる複数のグレーティングが多重化されているものである。
[0031] これにより、回折部において前記複数のコヒーレント光源からの各光を簡易に同軸 ビームにして合波する光源装置の超小型化を実現することができる。
[0032] さらに、本発明の光源装置は、前記回折素子は、領域分割されており、該回折素子 の各分割領域において回折された各光が、同一平面領域を照射するものである。 [0033] これにより、前記回折素子に光インテグレータの機能を兼ね備えさせることが可能と なり、前記空間に照射される光の強度分布を均等にすることが可能となる。
[0034] さらに、本発明の光源装置は、前記回折素子は、格子状に領域分割されている、も のである。
これにより、前記空間に照射される光の強度分布をさらに均等にすることが可能とな る。
[0035] 本発明の 2次元画像表示装置は、少なくとも 2つのコヒーレント光源と、該少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光が同一光路を伝搬するよう、少なくとも 1つ のコヒーレント光源から出射された光を回折する回折部と、該回折部上の空間に設け られ、該回折部で回折され同軸ビームにされた各光を受光する 2次元空間光変調素 子と、を具備するものである。
[0036] これにより、光源装置から出射された光を表示する 2次元画像表示装置を小型化す ること力 Sできる。
[0037] また、本発明の 2次元画像表示装置は、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源の動 作を制御する制御部を備え、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源は、赤色光を発光 するコヒーレント光源と、緑色光を発光するコヒーレント光源と、青色光を発光するコヒ 一レント光源であり、前記制御部は、該 3つのコヒーレント光源を、時間分割されて順 次光を出射するように制御するものである。
[0038] これにより、当該 2次元画像表示装置において動画像も表示可能となる。
発明の効果
[0039] 本発明の光源装置によれば、複数のコヒーレント光源を有する光源装置において、 前記コヒーレント光源力 出射された各光を同一光路を伝搬するように回折する回折 部を備えたので、前記複数のコヒーレント光源からの各光を、同軸ビームとなるよう合 波する光学系をコンパ外にすることができ、超小型の光源装置を提供することが可 能となる。
[0040] また、本発明の光源装置によれば、前記複数のコヒーレント光源のうち、少なくとも 1 つのコヒーレント光源から出射される光は、前記回折部で回折せず通過するようにし たので、前記回折部に多重化するグレーティングの数を少なくすることができ、当該 光源装置を安価に構成することが可能となる。
[0041] また、本発明の光源装置によれば、回折部を第 1及び第 2の 2つの回折格子により 構成し、第 2の回折格子を、複数のコヒーレント光源からの光を、これらの光が第 1の 回折素子の同一領域に照射するよう回折するものとし、第 1の回折格子を、前記第 2 の回折素子を通過した各光を同軸ビームになるよう回折するものとしたので、複数の 光源からの光を簡易に同軸ビームになるよう合波することができる小型の光源装置を 提供することが可能となる。
[0042] また、本発明の光源装置によれば、前記複数のコヒーレント光源を同一サブマウン ト上に設けるようにしたので、複数の光源の放熱を 1枚のサブマウントの放熱により行 うことができ、光源装置における放熱処理を容易に行える効果もある。
[0043] また、本発明の光源装置によれば、前記回折部を領域分割し、該回折部の各分割 領域を、複数のグレーティングが多重形成され、且つ凹レンズ作用を備えたものとし たので、前記複数のコヒーレント光源から出射された各光を簡易に同軸ビームにして 合波できることに加え、該回折部から出射される光の強度分布を一様にすることがで きる。さらに、該回折部から出射される光の強度分布を一様にする光インテグレータ を有する回折部は、従来のレンズアレイに比べ、小型で且つ材料に安価なものを利 用可能なため、光源装置を安価に実現することができる。
[0044] また、本発明の 2次元画像表示装置によれば、光源装置を、回折素子を用いた小 型化されたものとしたので、 2次元画像表示装置を小型化することが可能となる。
[0045] さらに、本発明の 2次元画像表示装置によれば、前記光源装置の回折部が、光イン テグレータの機能を兼ね備えているため、従来は光強度分布の均一化に必要であつ たフライアイレンズを用いなくても、光源装置の出力光は強度分布の均一なものとなり 、光源光の強度分布が一様である 2次元画像表示装置をより小型化できると共に、当 該 2次元画像表示装置の構成部品数も削減できる。この結果、光源光の強度分布が 一様な 2次元画像表示装置を、組み立てが簡単で、且つ安価なものとできる。
図面の簡単な説明
[0046] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1にかかる光源装置の構成を示す側面図（図 (a))及 び平面図（図 (b))である。 園 2]図 2は本発明の実施の形態 1にかかる回折部の作製方法を示す図であり、緑色 、青色、赤色レーザ光源の出射光を回折するグレーティングの作製工程（図 (a)，図 (b)，図 (c))を示している。
園 3]図 3は本発明の実施の形態 1にかかる光源装置の別の構成を示す側面図（図 (a))及び平面図（図 (b))である。
園 4]図 4は本発明の実施の形態 1にかかる光源装置のさらに別の構成を示す側面 図（図 (a))及び平面図（図 (b))である。
園 5]図 5は本発明の実施の形態 2にかかる光源装置の構成を示す側面図（図 (a))及 び平面図（図 (b))である。
園 6]図 6は本発明の実施の形態 2にかかる回折部の第 2の体積ホログラムの作製方 法を示す図であり、緑色，青色，赤色レーザ光源の出射光を回折するグレーティング の作製工程（図 (a)，図 (b),図 (c))を示している。
園 7]図 7は本発明の実施の形態 2にかかる回折部の第 1の体積ホログラムの作製方 法を示す図であり、緑色，青色，赤色レーザ光源の出射光を回折するグレーティング の作製工程（図 (a)，図 (b),図 (c))を示している。
園 8]図 8は本発明の実施の形態 3にかかる光源装置の構成を示す側面図（図 (a))及 び平面図（図 (b))である。
園 9]図 9は本発明の実施の形態 3にかかる回折部の、緑色光用のグレーティングの 形成方法を示す図であり、 1列に並ぶ 4つの分割領域を干渉露光する処理（図 (a)— 図 (d))を示している。
園 10]図 10は本発明の実施の形態 3にかかる回折部の、青色光用のグレーティング の形成方法を示す図であり、 1列に並ぶ 4つの分割領域を干渉露光する処理（図 (a) 一図 (d))を示している。
園 11]図 11は本発明の実施の形態 3にかかる回折部の、赤色光用のグレーティング の形成方法を示す図であり、 1列に並ぶ 4つの分割領域を干渉露光する処理（図 (a) 一図 (d))を示している。
園 12]図 12は本発明の実施の形態 4にかかる 2次元画像表示装置の構成を示す図 である。 園 13]図 13は従来の 2次元画像表示装置の一つの構成例を示す図である。 園 14]図 14は従来の 2次元画像表示装置の別の構成例を示す図である。
符号の説明
10, 10a, 10b, 10c サブマウン卜
1 1 a, l ib, 1 1 c, 21a, 21b, 21 c, 601a, 601b, 601 c, 701a, 701b, 701c 一ザ光源
12a, 12b, 12c プリズム
32 分割領域
32a, 32b, 32c グレーティング
20, 220, 320 回折部
221 第 1の体積ホログラム
222 第 2の体積ホログラム
222a, 222b, 222c グレーティング
30, 607a, 607b, 607c, 707 空間光変調素子
51 , 61 スクリーン
71 液晶パネル
100, 100a, 100b, 200, 300 光源装置
500, 600， 700 2次元画像表示装置
510, 710 投射レンズ
520 制御部
530 映像信号切替部
540 レーザ切替部
550a, 550b, 550c レーザ尾区 咅 B
560, 608a, 608b, 608c フィーノレドレンズ
602a, 602b, 602c ビームエキスパンダ
603a, 603b, 603c 光インテグレータ
604a, 604c ミラー
605a, 605b, 605c 拡散板揺動手段 606a, 606b, 606c 拡散板
609 タ"ィクロイツクプリズム
610 投写レンズ
704a, 704b, 704c コリメ一卜レンズ
705a, 705b ダイクロイツクミラー
発明を実施するための最良の形態
[0048] 以下、本発明の各実施の形態について説明する。
[0049] (実施の形態 1)
本実施の形態 1では、 1枚の回折素子で、赤色、青色、緑色の光を出射する 3つの コヒーレント光源から出射される光を同軸ビームになるよう回折して、該各光を合波す る光源装置について説明する。なお、以下の説明において、「同軸ビーム」とは、同 一光路を伝搬する光を意味するもの、「光軸」とは、光伝搬路の中心軸を意味するも のとする。
[0050] 図 1は、本実施の形態 1にかかる光源装置の構成を示す図であり、図 (a)は側面図、 図 (b)は平面図を示す。
[0051] 図 1において、 100は本実施の形態 1の光源装置で、該光源装置 100は、 2次元画 像表示装置の光源として用いられるものである。この光源装置 100は、コヒーレント光 源、ここでは赤色光、青色光、緑色光を出射する 3つの半導体レーザ（以下、単に「レ 一ザ光源」と称す。） 1 1a— 11cと、該レーザ光源 11a— 11cが直接実装される、シリ コン基板等であるサブマウント 10とを有している。また、光源装置 100は、該サブマウ ント 10の上方に設けられ、少なくとも 1つのコヒーレント光源、ここでは 2つのレーザ光 源 l la， l ib, 11cから出射される光を、該 3つのコヒーレント光源から出射されるす ベての光が同軸ビームになるよう回折する回折部 20と、前記サブマウント 10上に設 けられ、前記 3つのレーザ光源 11a, l ib, 11cから出射された光が前記回折部 20の 同一領域を照射するように、レーザ光源 11a, l ib, 11cからの出射光を反射させる プリズム 12a, 12b, 12cとを有している。そして、前記回折部 20の上方には、該回折 部 20で同軸ビームにされた各光の振幅を空間的に変化させる空間光変調素子 30 が設けられている。 [0052] 前記各レーザ光源 11a— 11cは端面発光レーザであり、赤色光及び緑色光のレー ザ光源 11a及び 11cは 1つの直線上に配置し、青色光のレーザ光源 l ibは、前記直 線と直交する直線上に配置している。また前記プリズム 12a, 12b, 12cの反射面は、 図 1に示すように、該反射面で反射された前記レーザ光源 l la， l ib, 11cからの出 射光の光軸と、レーザ光源 l ibからの出射光の光軸とが前記回折部 20上の一点で 交わるように、その反射角度が設定されている。
[0053] 本実施の形態 1では、回折部 20が:!枚の体積ホログラムで構成される。そして、該 体積ホログラムには、前記各レーザ光源 11a— 11cから出射される各光を回折して同 軸ビームにする、複数のグレーティングが多重形成されている。なお、本実施の形態 1の体積ホログラムは、該回折部 20を通過した各光が、該回折部 20の上方に設けら れた空間光変調素子 30の同一領域を照射するように、前記各光を集光するレンズ 作用も有するものである。
[0054] 以下、本実施の形態 1の回折部 20の作製方法を説明する。
[0055] 図 2は、本実施の形態 1の体積ホログラムの作製方法を示す図であり、図 2(a)は緑 色光のレーザ光源 11cから出射される光用のグレーティングの形成方法、図 2(b)は 青色光のレーザ光源 l ibから出射される光用のグレーティングの形成方法、図 2(c) は赤色光のレーザ光源 11aから出射される光用のグレーティングの形成方法をそれ ぞれ示している。
[0056] 例えば、緑色光のレーザ光源 1 1cからの出射光に対応するグレーティングの形成 には前記緑色光のレーザ光源 11cと同じ波長の光源 Lgl ,光源 Lg2を用いる。このと き、光源 Lgl， Lg2は、同一の光源力も発生されさらに分割されたレーザ光を発する ものである。例えば、一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファ ィバカツブラで 2本のファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lgl , Lg 2の位置に配置すればよい。また、光源 Lglは、体積ホログラム 20に対する光学的な 位置が、図 1(a)及び (b)に示すレーザ光源 11cと一致するよう配置し、光源 Lg2は、回 折部 20の光出射面を空間光変調素子 30の受光面全面に投影する投影中心に配置 する。この実施の形態 1では、空間光変調素子 30は回折部 20の真上に位置してい るので、光源 Lg2は、回折部 20の光出射面と垂直な直線上に配置する（図 2(a)参照 )。そして、該光源 Lgl , Lg2からの出射光により前記体積ホログラムを干渉露光する 。これにより、該体積ホログラムに干渉縞を記録して、前記レーザ光源 11cからの出 射光を回折且つ集光するブラッグ (Bragg)グレーティングを形成する。
[0057] 青色光のレーザ光源 l ibからの出射光に対応するグレーティングの形成には、前 記青色光のレーザ光源 l ibと同じ波長の光源 Lbl，光源 Lb2を用いる。このとき、光 源 Lbl， Lb2は、同一の光源から発生されさらに分割されたレーザ光を発するもので ある。例えば、一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファイバ力 ッブラで 2本のファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lbl， Lb2の位 置に配置すればよい。また、光源 Lblは、体積ホログラム 20に対する光学的な位置 が、図 1に示すレーザ光源 l ibと一致するよう配置し、光源 Lb2は、前記光源 Lg2と 同じ位置に配置する（図 2(b)参照）。そして、該光源 Lbl , Lb2からの出射光により前 記体積ホログラムを干渉露光する。これにより、該体積ホログラムに干渉縞をさらに記 録して、前記レーザ光源 l ibからの出射光を集光するブラッググレーティングを形成 する。
[0058] 赤色光のレーザ光源 11aからの出射光に対応するグレーティングの形成には、前 記赤色光のレーザ光源 11aと同じ波長の光源 Lrl,光源 Lr2を用いる。このとき、光 源 Lrl, Lr2は、同一の光源から発生されさらに分割されたレーザ光を発するもので ある。例えば、一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファイバ力 ッブラで 2本のファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lrl, Lr2の位 置に配置すればよい。また、光源 Lrlは、体積ホログラム 20に対する光学的な位置 、図 1に示すレーザ光源 11aと一致するよう配置し、光源 Lr2は、前記光源 Lg2と 同じ位置に配置する（図 2(c)参照）。そして、該光源 Lrl， Lr2からの出射光により体 積ホログラムを干渉露光する。これにより、該体積ホログラムにさらに干渉縞を記録し て、前記レーザ光源 11aからの出射光を回折且つ集光するブラッググレーティングを 形成する。
[0059] なお、前記体積ホログラムの干渉露光は、 3つのレーザ光源の各々の出射光に対 するグレーティングが 1つの体積ホログラムに形成されるよう 3回行う必要があり、この ため、それぞれの干渉露光は、体積ホログラムを構成する感光性材料が、 3回の露光 により完全に露光される程度の光強度で行っている。
[0060] 次に作用効果について説明する。
前記光源装置 100では、サブマウント 10上に設けられた赤色光、青色光、緑色光 のレーザ光源 11a 11cから光が出射されると、該 3つのレーザ光源 l la， l ib, 11c 力 の出射光は、各出射光の光軸が回折部 20上の一点で交わるよう、該サブマウン 卜 10上のプ];ズム 12a， 12b, 12cにより反射される。
[0061] そして、各レーザ光源 l la， l ib, 11cからの赤色、青色、緑色のレーザ光は、回折 部 20において、それぞれの光に応じたグレーティングにより、図 1に示すように同軸 ビームとなるよう合波されて、前記空間光変調素子 30の同じ領域、つまり光受光面を 照射する。つまり、プリズムで反射された赤色光、青色光、緑色光のレーザ光源 11a , l ib, 11cからの出射光は、該回折部 20を通過する際に、それぞれ回折且つ集光 される。これにより、回折部 20からの、 3つのレーザ光源の出射光を合波した光は、 前記空間光変調素子 30の一定領域である光受光面を照射する。
[0062] 以上のように、本実施の形態 1によれば、光源装置において、 3つのレーザ光源 11 a— 11cと、レーザ光源 11a— 11cからの出射光をこれらが同軸ビームとなるよう合波 する、 1枚の体積ホログラムからなる回折部 20とを備えたので、 3つのレーザ光源から の出射光を同軸ビームに変換する光学系を小型化することができ、これにより、携帯 電話等のような小型装置に搭載可能な超小型の 2次元画像表示装置を実現すること ができる。
[0063] また、 3つの光源を同一サブマウント 10上に配置しているので、該 3つの光源の放 熱を、 1枚のサブマウント 10の放熱により行うことが可能となり、当該光源装置におけ る光源の放熱処理を容易に行えるとレ、う効果もある。
[0064] また、本実施の形態 1においては、 3つの光源 11a— 11 cに端面発光のレーザを用 レ、、青色光のレーザを、緑色光のレーザと赤色光のレーザとを結ぶ直線と直交する 直線上に配置している力 S、レーザ光源の配置はこれに限るものではない。
[0065] 例えば、青色光のレーザに面発光レーザを用い、これを、緑色光のレーザと赤色光 のレーザとの間に配置してもよレ、。図 3(a)及び (b)は、このような構成の光源装置 100a を示す光源装置 100aの側面図及び平面図であり、図 3中の、図 1(a)及び (b)と同一 符号は、光源装置 100におけるものと同一のものを示している。
[0066] この場合、サブマウント 10上に設置するプリズムの数を減らすことができ、当該光源 装置 100を安価にすることが可能となる。
[0067] また、本実施の形態 1においては、レーザ光源である半導体レーザチップを同一サ ブマウント 10に設けた力 図 4(a)及び (b)に示す光源装置 100bのように、レーザ光源 は、半導体レーザチップを、それぞれ別々のサブマウント 10a 10cにマウントしたも のでもよレ、。なお、図 4(a)及び図 4(b)は、光源装置 100bの側面図及び平面図であり 、図 4中の、図 1(a)及び (b)と同一符号は光源装置 100におけるものと同一のものを示 している。
[0068] このように 3つの光源としての半導体レーザチップを、それぞれ別々のサブマウント 10a 10cにマウントすることにより、該 3つの光源のレイアウトの自由度が大きくなり、 小型装置における光源装置を設計し易いものとできるという効果がある。
[0069] さらに、本実施の形態 1では、回折部 20が集光レンズ作用を有するとして説明した 力 回折部 20を通過した光が空間光変調素子 30の面内に収まるものであれば、回 折部 20にて各光を集光させる必要はない。この場合、前記体積ホログラムに、レーザ 光源 l ibから出射された光を集光させるグレーティングを形成する必要がなくなるた め、前記体積ホログラムの作製工程を減らすことができ、当該装置をより安価に提供 すること力 Sできる。
[0070] また、本実施の形態 1においては、コヒーレント光源が 3つの場合を例に挙げて説 明したが、光源は少なくとも 2つ以上であればよレ、。例えば、コヒーレント光源を 4っ以 上設ける場合は、赤色光、青色光、緑色光に加えて、青緑色、あるいは黄色などの 光を設けるようにすれば、より広い範囲の鮮やかな色を表現できる光源を提供できる
[0071] また、本実施の形態 1では、光源装置は、 2次元画像表示装置の光源として用いら れるもので、空間光変調素子 30は、回折部 20からの光の振幅を空間的に変化させ るものとしてしている力 この実施の形態の光源装置は、 2次元画像表示装置の光源 に限るものではなぐ 2次元画像表示装置以外の、空間光変調素子が回折部 20から の光の位相を空間的に変化させるものである装置の光源としても用いることができる [0072] (実施の形態 2)
前記実施の形態 1においては、回折部力^枚の回折素子で構成される場合につい て説明したが、本実施の形態 2では、前記回折部が 2枚の回折素子で構成される場 合について説明する。
[0073] まず、本実施の形態 2にかかる光源装置の構成を説明する。図 5は、本実施の形態 2にかかる光源装置の構成を示す図であり、図 5(a)は側面図、図 5(b)は平面図を示 す。
[0074] 図 5において、 200は本実施の形態 2の光源装置であり、この光源装置 200は、シリ コン基板等のサブマウント 10と、該サブマウント 10上に設けられた、赤色光、青色光 、緑色光のぞれぞれを出射する 3つの半導体レーザ光源（以下、単にレーザ光源と 称す。） 21a 21cと、該サブマウント 10の上方に設けられ、前記 3つのレーザ光源 2 la— 21cから出射される各光を回折して同軸ビームにする回折部 220とを備える。そ して、該回折部 220の上方には、該回折部 220において同軸ビームにされた光の振 幅を空間的に変化させる空間光変調素子 30が設けられている。
[0075] ここで、前記 3つのレーザ光源 21a— 21cは、レーザチップの上面から発光する面 発光レーザであり、これらは前記サブマウント 10上で 1つの直線に沿って配置される
[0076] そして、本実施の形態 2では、回折部 220が 2枚の体積ホログラム（第 1 ,第 2の体 積ホログラム） 221 , 222で構成されている。
[0077] 前記第 2の体積ホログラム 222は、前記サブマウント 10の上方に設けられ、前記 3 つのレーザ光源 21a 21cからの各出射光を、さらに上方に設けられた第 1の体積ホ ログラム 221上で、該各出射光の光軸が一点で交わるように回折すると共に、該各出 射光を、第 1の体積ホログラム 221の同一領域を照射するように集光するものである。 よって、前記第 2の体積ホログラム 222には、前記各レーザ光源 21a— 21cから出射 される各光が、第 1の体積ホログラム 221の同一領域を照射するように、該各光に応 じた複数のグレーティング、具体的には、赤色光用のグレーティング 222a、青色光用 のグレーティング 222b、緑色光用のグレーティング 222cがそれぞれ形成されている [0078] そして、前記第 1の体積ホログラム 221は、前記各第 2の体積ホログラム 222で回折 された、各光源からの出射光をさらに回折して、同軸ビームにするものである。よって 、前記第 1の体積ホログラム 221には、前記第 2の体積ホログラム 222を通過した、各 光源からの出射光が同軸ビームになるように回折する複数のグレーティングが多重 形成されている。
[0079] なお、本実施の形態 2においては、当該光源装置 200をさらに小型化するために、 前記光源 21a 21cの配置間隔を狭くして、図 5に示すように、該各光源から出射さ れる光が第 2の体積ホログラム 222上で重なるようにしている。そのため、第 2の体積 ホログラム 222においては、赤色光用，青色光用，緑色光用のグレーティング 222a 一 222cを部分的に重ねて形成している。
[0080] 以下、本実施の形態 2の回折部 220の作製方法を説明する。
[0081] 図 6は、本実施の形態 2の第 2の体積ホログラムの作製方法を示す図であり、図 6(a) は緑色光用のグレーティング形成方法を、図 6(b)は青色光用のグレーティング形成 方法を、図 6(c)は赤色光用のグレーティング形成方法を示している。また、図 7は、本 実施の形態 2の第 1の体積ホログラムの作製方法を示す図であり、図 7(a)は緑色光用 のグレーティングの形成方法を、図 7(b)は青色光用のグレーティングの形成方法を、 図 7(c)は赤色光用のグレーティングの形成方法を示している。
[0082] まず、第 2の体積ホログラム 222の作製方法を説明する。
第 2の体積ホログラム 222は、各光源 21a— 21cからの出射光の光軸力 第 1の体 積ホログラム 221上で一点で交わるように回折すると共に、該各出射光が第 1の体積 ホログラム 221の同一領域を照射するように集光するものである。
[0083] 例えば、緑色光のレーザ光源 21cからの出射光に対応するグレーティングの形成 には、前記緑色光のレーザ光源 21cと同じ波長の光源 Lgl，光源 Lg2を用いる。この とき光源 Lgl， Lg2は、同一の光源力 発生されさらに分割されたレーザ光を発する ものである。例えば、一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファ ィバカツブラで 2本のファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lgl , Lg 2の位置に配置すればよい。ここで、光源 Lglは、体積ホログラム 222に対する光学 的な位置が、図 5(a)及び (b)に示すレーザ光源 21cと一致するよう配置し、光源 Lg2 は、第 2の体積ホログラム 222における、光源 Lglからの出射光が照射する領域を第 1の体積ホログラム 221全面に拡大投影する投影中心に配置する（図 6(a)参照）。そ して、該光源 Lgl， Lg2からの出射光により前記第 2の体積ホログラム 222を干渉露 光する。これにより、該第 2の体積ホログラム 222に干渉縞を記録して、前記レーザ光 源 21cからの出射光を回折且つ集光するブラッググレーティング 222cを形成する。 そして、この干渉露光の際には、露光する領域以外の領域は、分割領域に対応した 形状のアパーチャを有する遮光マスクにより遮光するようにする。
[0084] 青色光のレーザ光源 21bからの出射光に対するグレーティングの形成には、前記 青色光のレーザ光源 21bと同じ波長の光源 Lbl，光源 Lb2を用いる。このとき光源 L bl， Lb2は、同一の光源から発生されさらに分割されたレーザ光を発するものである 。例えば、一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファイバカップ ラで 2本のファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lbl, Lb2の位置に 配置すればよい。ここで、光源 Lblは、第 2の体積ホログラム 222に対する光学的な 位置が、図 5(a)及び (b)に示すレーザ光源 21bと一致するよう配置し、光源 Lb2は、第 2の体積ホログラム 222における、光源 Lblからの出射光が照射する領域を第 1の体 積ホログラム 221全面に拡大投影する投影中心に配置する（図 6(b)参照）。そして、 該光源 Lbl, Lb2からの出射光により前記第 2の体積ホログラム 222を干渉露光する 。これにより、該第 2の体積ホログラム 222に干渉縞を記録して、前記レーザ光源 21b 力 の出射光を回折且つ集光するブラッググレーティング 222bを形成する。そして、 この干渉露光の際には、露光する領域以外の領域は、分割領域に対応した形状の アパーチャを有する遮光マスクにより遮光するようにする。
[0085] 赤色光のレーザ光源 21aからの出射光に対応するグレーティングの形成には、前 記赤色光のレーザ光源 21aと同じ波長の光源 Lrl，光源 Lr2を用いる。このとき光源 Lrl, Lr2は、同一の光源から発生されさらに分割されたレーザ光を発するものであ る。例えば、一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファイバカツ ブラで 2本のファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lrl， Lr2の位置 に配置すればよい。ここで、光源 Lrlは、体積ホログラム 222に対する光学的な位置 力 図 5(a)及び (b)に示すレーザ光源 21aと一致するよう配置し、光源 Lr2は、第 2の 体積ホログラム 222における、光源 Lrlからの出射光が照射する領域を第 1の体積ホ ログラム 221全面に拡大投影する投影中心に配置する。そして、該光源 Lrl， Lr2か らの出射光により前記第 2の体積ホログラム 222を干渉露光する。これにより、該第 2 の体積ホログラム 222に干渉縞を記録して、前記レーザ光源 21aからの出射光を回 折且つ集光するブラッググレーティング 222aを形成する。そして、この干渉露光の際 には、露光する領域以外の領域は、分割領域に対応した形状のアパーチャを有する 遮光マスクにより遮光するようにする。
[0086] なお、この実施の形態 2では、各光源を、その出射光が第 2の体積ホログラム 222 上で部分的に重なるよう、近接させて配置しているため、作製した第 2の体積ホロダラ ム 222では、隣接するブラッググレーティング 222aとブラッググレーティング 222b、 隣接するブラッググレーティング 222bとブラッググレーティング 222cが部分的に重な つている。
[0087] 次に、第 1の体積ホログラム 221の作製方法を説明する。
第 1の体積ホログラム 221は、前記第 2の体積ホログラム 222を通過した各光源 21a 一 21cからの出射光を、同軸光となるよう回折かつ集光するものである。
[0088] 例えば、緑色光のレーザ光源 21cからの出射光に対応するグレーティングの形成 には、図 7(a)に示すように、レンズ Lcと、前記緑色光のレーザ光源 21cと同じ波長の 光源 Lg2,光源 Lg3とを用いる。このとき光源 Lg2, Lg3は、同一の光源から発生され さらに分割されたレーザ光を発するものである。例えば、一つのレーザ光源からの光 を光ファイバ内に導入し、さらにファイバカツブラで 2本のファイバに分割し、それら 2 本のファイバの出射端面を Lg2， Lg3の位置に配置すればよい。ここで、レンズ Lcは 、光源 Lg3からの発散光を、これが平行光として第 1の体積ホログラムを入射するよう 集光するものである。光源 Lg2は、第 2の体積ホログラム 222における、グレーティン グ 222cが形成された領域を、第 1の体積ホログラム 221全面に拡大投影する投影中 心に配置する。そして、該光源 Lg2, Lg3からの出射光により、前記第 1の体積ホログ ラム 221を干渉露光する。これにより、該第 1の体積ホログラム 221に干渉縞を記録し て、前記レーザ光源 21cからの出射光を回折するブラッググレーティングを形成する [0089] このような第 1の体積ホログラム 221の干渉露光を、図 7(b)に示すように、図 7(a)に 示す光源 Lgl , Lg2を、青色光のレーザ光源 21bと同じ波長の光源 Lb2,光源 Lb3 に置き換えて行レ、、さらに、図 7(c)に示すように、図 7(a)に示す光源 Lgl， Lg2を、赤 色光のレーザ光源 21aと同じ波長の光源 Lr2，光源 Lr3に置き換えて行う。これにより 、第 1の体積ホログラム 221に、青色光のレーザ光源 21bからの出射光、及び赤色光 のレーザ光源 21aからの出射光それぞれを回折するグレーティングを、緑色光のレ 一ザ光源 21cに対するブラッググレーティングに多重して形成する。このとき、光源し b2は、第 2の体積ホログラム 222における、グレーティング 222bが形成された領域を 、第 1の体積ホログラム 221全面に拡大投影する投影中心に配置し、光源 Lr2は、第 2の体積ホログラム 222における、グレーティング 222aが形成された領域を、第 1の 体積ホログラム 221全面に拡大投影する投影中心に配置する。
[0090] なお、前記第 1の体積ホログラムの干渉露光は、 3つのレーザ光源の各々の出射光 に対するグレーティングが 1つの体積ホログラムに形成されるよう 3回行う必要がある ため、それぞれの干渉露光は、体積ホログラムを構成する感光性材料が、 3回の露光 により完全に露光される程度の光強度で行う。
[0091] 次に作用効果について説明する。
まず、サブマウント 10上に設けられた赤色光、青色光、緑色光のレーザ光源 21a— 21cからレーザ光が出射され、該各レーザ光は、回折部 220の第 2の体積ホログラム 222に照射される。
[0092] そして、各レーザ光源 21a— 21cから出射された各光は、前記第 2の体積ホロダラ ム 222を通過する際に、それぞれ赤色光用，青色光用，緑色光用のグレーティング 2 22a 222cで回折且つ集光される。これにより、該各光の光軸が前記第 1の体積ホ ログラム 221上の一点で交わると共に、該第 1の体積ホログラム 221の同一領域に照 射される。
[0093] そして、前記各第 2の体積ホログラム 222で回折且つ集光された各光は、前記第 1 の体積ホログラム 221を通過する際に、図 5(a)に示すように、同一光路を伝搬する同 軸ビームとなるよう回折されて合波され、前記空間光変調素子 30の同一領域を照射 する。
[0094] 以上のように、本実施の形態 2によれば、光源装置において、 3つのレーザ光源 21 a— 21cと、レーザ光源 21a— 21cからの出射光をこれらが同軸ビームとなるよう合波 する、体積ホログラムからなる回折部 220とを備えたので、実施の形態 1と同様、携帯 電話等のような小型装置に搭載可能な超小型の 2次元画像表示装置を実現すること ができる。
[0095] また、本実施の形態 2においては、回折部 220を第 1及び第 2の 2つの体積ホロダラ ム 221及び 222力ら構成し、第 2の体積ホログラム 222により 3つのレーザ光源からの 出射光を、これらの出射光の光軸が前記第 1の体積ホログラム 221上の一点で交わ るよう回折し、第 1の体積ホログラム 221により、第 2の体積ホログラム 222からの 3つ のレーザ光を、空間光変調素子 30の同一領域を照射するよう回折するので、各光源 力 回折部 220に入射する光の光軸を、該回折部 220上で一致させる必要がなぐ 面発光レーザなどの、サブマウントに対して垂直方向に光を出射する光源を、前記サ ブマウント 10上に直接配置することができる。この結果、当該光源装置の構成を簡易 にでき、その組み立ても容易にできる。このことは当該光源装置のコスト削減につな がる。
[0096] また、本実施の形態 2では、 3つの光源 21a— 21cを同一サブマウント 10上に設け ているので、該 3つの光源の放熱を、 1枚のサブマウント 10を放熱することにより行う ことが可能となり、当該光源装置において光源の放熱処理を容易に行えるという効果 もめる。
[0097] なお、本実施の形態 2においては、第 2の体積ホログラム 222は、隣接するグレーテ イング 222a— 222cの境界部分を若干重ねた構成とした力 前記第 2の体積ホロダラ ム 222は、各光用のグレーティングをその大部分が重なるように多重形成してもよい。 このようにすれば装置規模を小さくできる。
[0098] また逆に、前記第 2の体積ホログラム 222は、各光用のグレーティングを、重ならな いよう形成したものでもよレ、。このようにすれば、光源装置の装置規模は少し大きくな るが、同一サブマウント 10上に設置する光源と光源の間に距離をとれるため、光源の 放熱を効率よくできるとレ、う効果がある。 [0099] また、本実施の形態 2では、第 2の体積ホログラム 222がレンズ作用を有するとして 説明したが、該第 2の体積ホログラム 222を通過した光の照射領域が第 1の体積ホロ グラム 221の面内に収まれば、第 2の体積ホログラム 222にて各光を集光させる必要 はない。この場合、前記第 2の体積ホログラム 222には、前記 2つのレーザ光源 21a， 21cからの出射光を回折するための異なる 2つのグレーティング 222a， 222cのみを 多重形成すればよいため、体積ホログラムに多重するグレーティングの数を減らすこ とができ、当該装置をさらに安価に提供することができる。
[0100] また、本実施の形態 2においては、コヒーレント光源が 3つの場合を例に挙げて説 明したが、光源は少なくとも 2つ以上であればよい。
[0101] (実施の形態 3)
本実施の形態 3の光源装置は、実施の形態 1の光源装置における回折部を、各レ 一ザ光源からの出射光の光強度分布を一様にする光インテグレータの機能を兼ね 備えたものとしたものである。
[0102] 図 8は、本実施の形態 3にかかる光源装置の構成を示す図であり、図 8(a)は側面図 、図 8(b)は平面図を示す。
[0103] 図 8において、 300は本実施の形態 3にかかる光源装置であり、この光源装置 300 は、実施の形態 1の光源装置 100と同様、赤色光，青色光，緑色光のレーザ光源 11 a, l ib, 11cと、赤色光，緑色光のレーザ光源 11a, 1 lcの出射光を反射するプリズ ム 12a, 12b, 12cと、これらのレーザ光源及びプリズムを支持するサブマウント 10と、 プリズム 12a, 12b, 12cで反射されたレーザ光源 11a, l ib, 11cの出射光が通過 する回折部 320とを有している。ここで、レーザ光源 11a— l lc、プリズム 12a— 12c、 及びサブマウント 10は、実施の形態 1と同一のものである。
[0104] そして、この実施の形態 3では、前記回折部 320は、入射光を回折するとともに、そ の光強度分布を均一化するものであり、 1枚の体積ホログラムから構成されている。
[0105] 前記体積ホログラム 320は、複数の領域に分割されており、ここでは 16分割された ものを例に挙げて説明する。
[0106] 前記体積ホログラム 320では、 16個の分割領域 32が縦横 4列に並んでいる。そし て各分割領域 32には、該各領域に入射した前記光源 11a 11cからの出射光を、こ れが空間光変調素子 30の光照射面全体を照らすよう回折するグレーティングが、多 重して形成されている。ここで、体積ホログラム 320の各領域は入射光の発散角を拡 大する凹レンズ作用を有している。
[0107] このような 16分割された体積ホログラムの各分割領域に入射された各光源からの出 射光は、該体積ホログラムの 16個の領域それぞれに形成されたグレーティングで回 折されて同軸ビームにされると共に、該体積ホログラムの 16個の領域それぞれから 出力される各光は、前記回折部 320の上方に設けられた空間光変調素子 30の同一 領域を照射する。
[0108] なお、図 8(a)では、図を簡略化するため、主に青色の光源 l ibから出射された光の 光路を表示しているが、赤色，緑色の光源 l la， 11cから出射された光も同様に、前 記回折部 320の各分割領域に入射され、該各分割領域に多重形成されたグレーテ イングにより回折されると共に発散されて、空間光変調素子 30の同一領域を照射す る。
[0109] 以下、本実施の形態 3の回折部 320の作製方法を説明する。
図 9は、本実施の形態 3の体積ホログラムに、緑色光のレーザ光源から出射された 光を回折するグレーティングを形成する方法を示す図であり、図 10は、本実施の形 態 3の体積ホログラムに、青色光のレーザ光源から出射された光を回折するグレーテ イングを形成する方法を示す図であり、図 11は、本実施の形態 3の体積ホログラムに 、赤色光のレーザ光源から出射された光を回折するグレーティングを形成する方法を 示す図である。
[0110] 本実施の形態 3の体積ホログラム 320では、分割された 16個の各領域それぞれに 個別にグレーティングを形成する必要がある。よって、緑色光のレーザ光源 11cから の出射光を回折するグレーティングの形成には、図 9(a) 図 9(d)に示すように、前記 緑色光のレーザ光源 11cと同じ波長の光源 Lgl，光源 Lg2を用いる。このとき光源 L gl , Lg2は、同一の光源から発生されさらに分割されたレーザ光を発するものである 。例えば、一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファイバカップ ラで 2本のファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lgl， Lg2の位置に 配置すればよい。また、これらの光源を用いた干渉露光では、光源 Lglは、体積ホロ グラム 320に対する光学的な位置が図 8(a)及び (b)に示すレーザ光源 l ieと一致する 位置に固定し、光源 Lg2は、各分割領域 32毎にその位置を変える。
[0111] 例えば、図 9(a)—図 9(d)に示すように光源 Lgl及び Lg2を配置して、干渉露光を 4 回行うことにより、体積ホログラム 320の 16個の分割領域のうちの、 1列に並ぶ 4つの 領域にグレーティング 32cが形成される。各領域の干渉露光では、光源 Lg2は、体積 ホログラム 320の各領域を空間光変調素子 30に拡大投影する投影中心に配置する 。従って、図 9(a)—図 9(d)に示す 4回の干渉露光を、体積ホログラム 320における前 記分割領域の各列毎に行うことにより、体積ホログラム 320の 16個の分割領域 32す ベてに緑色光のレーザ光源 11cからの出射光を回折するグレーティング 32cが形成 される。なお、前記各分割領域 32の干渉露光の際には、露光する領域以外の領域 は、分割領域に対応した形状のアパーチャを有する遮光マスクにより遮光するように する。
[0112] また、青色光のレーザ光源 l ibからの出射光を回折するグレーティングは、図 10(a )一図 10(d)に示すように、前記青色光のレーザ光源 l ibと同じ波長の光源 Lbl ,光 源 Lb2を用いた干渉露光を、光源 Lblは、体積ホログラム 320に対する光学的な位 置が図 8(a)及び (b)に示すレーザ光源 11cと一致する位置に固定し、光源 Lb2は、各 分割領域毎にその位置を変えて行うことにより形成する。このとき光源 Lbl , Lb2は、 同一の光源から発生されさらに分割されたレーザ光を発するものである。例えば、一 つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファイバカップラで 2本のフ アイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lbl, Lb2の位置に配置すれば よい。
[0113] この場合も、図 10(a) 図 10(d)に示す 4回の干渉露光により、体積ホログラム 320 の 16個の分割領域 32のうちの、 1列に並ぶ 4つの領域に、青色光のレーザ光源から の出射光を回折するグレーティング 32bが形成され、この 4回の干渉露光を、体積ホ ログラム 320における前記分割領域の各列毎に行うことにより、体積ホログラム 320の 16個の分割領域 32すべてに青色光を回折するグレーティング 32bが形成される。ま た、この場合も、前記各分割領域の干渉露光の際には、露光する領域以外の領域は 遮光するようにする。 [0114] 同様に、赤色光のレーザ光源 11aからの出射光を回折するグレーティングは、図 1 1(a)—図 11(d)に示すように、前記赤色光のレーザ光源 11aと同じ波長の光源 Lrl , 光源 Lr2を用いた干渉露光を、光源 Lrlは、体積ホログラム 320に対する光学的な 位置が図 8(a)及び (b)に示すレーザ光源 11aと一致する位置に固定し、光源 Lr2は、 各分割領域毎にその位置を変えて行うことにより形成する。このとき光源 Lrl , Lr2は 、同一の光源から発生されさらに分割されたレーザ光を発するものである。例えば、 一つのレーザ光源からの光を光ファイバ内に導入し、さらにファイバカップラで 2本の ファイバに分割し、それら 2本のファイバの出射端面を Lrl， Lr2の位置に配置すれ ばよい。
[0115] この場合も、図 1 1(a) 図 11(d)に示す 4回の干渉露光により、体積ホログラム 320 の 16個の分割領域 32のうちの、 1列に並ぶ 4つの領域に、赤色のレーザ光源からの 出射光を回折するグレーティング 32aが形成され、この 4回の干渉露光を、前記分割 領域の各列毎に行うことにより、体積ホログラム 320の 16個の分割領域 32すべてに 赤色光を回折するグレーティング 32aが形成される。また、この場合も、前記各分割 領域の干渉露光の際には、露光する領域以外の領域は遮光するようにする。
[0116] 次に作用効果について説明する。
赤色光、青色光、緑色光のレーザ光源 11a— 11cから光が出射されると、レーザ光 源 11a, l ib, 11cからの出射光は該サブマウント 10上に設けられたプリズム 12a, 1 2b, 12cにより反射され、これらの反射光が回折部 320を照射する。このとき、該各レ 一ザ光源 11a— 11cから出射された各光は、回折部 320上で光軸が一致し、回折部 320の同じ領域を照射する。
[0117] そして、赤色光、青色光、緑色光のレーザ光源 11a 11cからの 3つの光は、該回 折部 320を通過する際に、前記回折部 320の各分割領域 32で、この領域を通過し た赤、青、緑の光の光軸が一致し、かつ同一領域、つまり空間光変調素子 30の全面 を照射するよう回折かつ発散される。これにより、前記空間光変調素子 30上には、各 色のレーザ光を合波した光強度分布が一様な光が照射される。
[0118] 以上のように、本実施の形態 3によれば、回折部 320を 2次元状に領域分割し、該 回折部 320の各分割領域に、各光源からの出射光を回折発散するグレーティングを 、個々の領域を通過した各光源光が同軸ビームとなって空間光変調素子 30の光照 射領域全面を照射するよう多重形成したので、 3つのレーザ光源からの出射光を同 軸ビームに変換する光学系を小型化することができるとともに、前記空間光変調素子 30上での各光源光の強度分布も一様にすることができる、超小型の光源装置を提 供すること力 Sできる。
[0119] また、従来の光インテグレータを構成するレンズアレイは加工等にコストがかかるが 、体積ホログラムは小型で且つ安価な感光性材料 (ポリマー）を利用して作製可能な ため、本実施の形態 3のように、体積ホログラムからなる回折部 320が光インテグレー タの機能を兼ね備えるようにすれば、装置のコストを削減することができる。
[0120] なお、本実施の形態 3においては、回折部 320が:!枚の体積ホログラムで構成され ている場合を例に挙げて説明したが、回折部は、実施の形態 2のように、 2枚の体積 ホログラムで構成されるものであってもよレ、。この場合、図 5に示される第 1の体積ホロ グラム 221を、本実施の形態 3に示したように領域分割した構成にすれば、実施の形 態 3と同様、空間光変調素子 30上での各光源光の光強度分布を一様にすることが できる効果が得られる。
[0121] また、本実施の形態 3においては、回折部 320を 16分割した場合を例に挙げたが 、回折部の領域分割は 16分割に限らず、 64分割や 128分割、さらにそれ以上の分 割が可能であり、また、空間光変調素子の平面形状に応じて、回折部の領域分割を 、その分割領域の縦横の配列数が異なるようすることも可能である。
[0122] (実施の形態 4)
以下、前記実施の形態 1一 3で説明した光源装置を用いた 2次元画像表示装置に ついて説明する。
図 12は、本実施の形態 4における 2次元画像表示装置の構成を示す図である。
[0123] 図 12において、 500は本実施の形態 4の 2次元画像表示装置であり、この 2次元画 像表示装置 500は、赤色光，青色光，緑色光のレーザ光源 l la， l ib, 11cを有する 光源装置 300と、該光源装置 300内の各レーザ光源を駆動させる赤色光用、青色光 用、緑色光用のレーザ駆動部 550a— 550cと、該各レーザ駆動部 550a— 550cの 駆動を切り替えるレーザ切替部 540と、外部から入力される赤色映像信号、青色映 像信号、緑色映像信号を切り替えて空間光変調素子 30に出力する映像信号切替部 530と、 RGBの各画像を順次表示するように制御信号を出力して、前記レーザ切替 部 540及び映像信号切替部 530を制御する制御部 520と、前記光源装置 300より出 力された各レーザ光を平行光束に近い集光光速にするフィールドレンズ 560と、前記 空間光変調素子 30からの出射光を受光し、スクリーン 51上に投写する投射レンズ 5 10とを有している。ここで、前記光源装置 300は、前記実施の形態 3のものと同一の ものである。
[0124] 次に、前述のように構成された 2次元画像表示装置 500の動作について説明する。
まず、映像信号切替部 530は、制御部 520から出力される制御信号に応じて、入 力された赤色映像信号、青色映像信号、緑色映像信号を順次切り替えて空間光変 調素子 30に出力する。
[0125] また、レーザ切替部 540は、前記制御部 520からの制御信号に応じて、赤色光用、 青色光用、緑色光用のレーザ駆動部 550a— 550cを駆動させて、赤色、青色、緑色 のレーザ光源 1 la— 1 lcを順次点灯させる。
[0126] これにより、各色のレーザ光源での発光と、前記空間光変調素子 30による各色の 画像の形成とが同期して行われる。具体的には、赤色光用レーザ光源 11aの発光状 態では、前記空間光変調素子 30に赤色映像信号が供給されて赤色光の変調が行 われ、青色光用レーザ光源 l ibの発光状態では、前記空間光変調素子 30に青色映 像信号が供給されて青色光の変調が行われ、緑色光用レーザ光源 11cの発光状態 では、前記空間光変調素子 30に緑色映像信号が供給されて緑色光の変調が行わ れる。
[0127] そして、このような空間光変調素子 30による各色の光の変調により形成された画像 は、投射レンズ 510によりスクリーン 51上に投写される。
[0128] なお、動画を表示する場合、短時間に多くのフレーム数の画像、例えば毎秒 30フ レームの画像を表示する必要がある力 S、当該装置 500にてこれを実現するためには 、毎秒 30フレームで表示する画像の 1フレームの画像表示中に、各光源 11a— 11c を数回ずつ発光させるよう前記制御部 520で制御するようにすれば、人間の目で観 察したときに各色の画像は分離できなくなるため、ユーザはフルカラーの自然な動画 像を観察することができる。
[0129] 以上のように、本実施の形態 4によれば、 2次元画像表示装置 500の光源装置を、 3つのレーザ光源 11a— 11cと、レーザ光源 11 a— 11cからの出射光をこれらが同軸 ビームとなるよう合波する、体積ホログラムからなる回折部 320とを有するものとしたの で、 3つのレーザ光源からの出射光を同軸ビームに変換する光学系を小型化するこ とができ、これにより 2次元画像表示装置を小型化することが可能となる。
[0130] また、本実施の形態 4によれば、当該光源装置 300の回折部 320が、光インテグレ ータの機能を兼ね備えているため、従来光強度分布の均一化に必要であったフライ アイレンズからなる光インテグレータを用いなくても、光源装置の出力光は強度分布 の均一なものとなる。これにより、光源光の強度分布が一様である 2次元画像表示装 置をより小型化できると共に、当該 2次元画像表示装置の構成部品数も削減でき、組 み立てが簡単で、且つ安価な 2次元画像表示装置を実現することができる。
産業上の利用可能性
[0131] 本発明の光源装置及び 2次元画像表示装置は、小型の画像投影装置、携帯型情 報端末、あるいはノート型パーソナルコンピュータ等に使用するものとして有用である

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも 2つのコヒーレント光源と、
該少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光が同一光路を伝搬するよう 、少なくとも 1つのコヒーレント光源から出射された光を回折する回折部と、を具備する ことを特徴とする光源装置。
[2] 請求項 1に記載の光源装置において、
前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光の伝搬光路は、前記回折 部上で互いに重なり合う、
ことを特徴とする光源装置。
[3] 請求項 1に記載の光源装置において、
前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光の伝搬光路の中心軸は、 前記回折部上の一点で交わる、
ことを特徴とする光源装置。
[4] 請求項 1に記載の光源装置において、
前記少なくとも 2つのコヒーレント光源は、同一のサブマウント上に設置される、 ことを特徴とする光源装置。
[5] 請求項 1に記載の光源装置において、
前記コヒーレント光源は、
赤色光を発光するコヒーレント光源と、緑色光を発光するコヒーレント光源と、青色 光を発光するコヒーレント光源である、
ことを特徴とする光源装置。
[6] 請求項 1に記載の光源装置において、
前記回折部は、前記コヒーレント光源のうち、少なくとも 1つのコヒーレント光源から 出射される光が、該回折部で回折せずに通過するものである、
ことを特徴とする光源装置。
[7] 請求項 1に記載の光源装置において、
前記回折部は、 1つの回折素子で構成され、 前記回折素子は、該少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光が同一光 路を伝搬するよう、少なくとも 1つのコヒーレント光源から出射された光を回折する、 ことを特徴とする光源装置。
[8] 請求項 7に記載の光源装置において、
前記回折素子は、レンズ作用を更に備える、
ことを特徴とする光源装置。
[9] 請求項 1に記載の光源装置において、
前記回折部は、
受光した少なくとも 2つの光が同一光路を伝搬するよう、該受光した少なくとも 1つの 光を回折する第 1の回折素子と、
前記少なくとも 2つのコヒーレント光源のうちの、少なくとも 1つのコヒーレント光源力、 ら出射された光を、該各コヒーレント光源からの光の伝搬光路の中心軸が前記第 1の 回折素子上の一点で交わるように回折する第 2の回折素子と、からなる、
ことを特徴とする光源装置。
[10] 請求項 9に記載の光源装置において、
前記第 2の回折素子は、レンズ作用を更に備え、
前記第 2の回折素子は、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射される各光 を集光して、該第 2の回折素子にて回折された各光が、前記第 1の回折素子の同一 領域を照射するようにする、
ことを特徴とする光源装置。
[11] 請求項 7または請求項 9に記載の光源装置において、
前記回折素子は、体積ホログラムであり、
該体積ホログラムは、前記少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射される各光を受 光して、該各光の伝搬方向を変化させる複数のグレーティングが多重化されてレ、る、 ことを特徴とする光源装置。
[12] 請求項 7に記載の光源装置において、
前記回折素子は、領域分割されており、
該回折素子の各分割領域において回折された各光が、同一平面領域を照射する ことを特徴とする光源装置。
[13] 請求項 9に記載の光源装置において、
前記第 1の回折素子は、領域分割されており、
該第 1の回折素子の各分割領域において回折された各光が、同一平面領域を照 射する、
ことを特徴とする光源装置。
[14] 請求項 12または請求項 13に記載の光源装置において、
前記回折素子は、格子状に領域分割されている、
ことを特徴とする光源装置。
[15] 少なくとも 2つのコヒーレント光源と、
該少なくとも 2つのコヒーレント光源から出射された各光が同一光路を伝搬するよう 、少なくとも 1つのコヒーレント光源から出射された光を回折する回折部と、 該回折部上の空間に設けられ、該回折部で回折され同軸ビームにされた各光を受 光する 2次元空間光変調素子と、を具備する、
ことを特徴とする 2次元画像表示装置。
[16] 請求項 15に記載の 2次元画像表示装置において、
前記少なくとも 2つのコヒーレント光源の動作を制御する制御部を備え、 前記少なくとも 2つのコヒーレント光源は、赤色光を発光するコヒーレント光源と、緑 色光を発光するコヒーレント光源と、青色光を発光するコヒーレント光源であり、 前記制御部は、該 3つのコヒーレント光源を、時間分割されて順次光を出射するよう に制御する、
ことを特徴とする 2次元画像表示装置。
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