WO2018179858A1 - レーザモジュール及びレーザ投射装置 - Google Patents

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WO2018179858A1
WO2018179858A1 PCT/JP2018/003963 JP2018003963W WO2018179858A1 WO 2018179858 A1 WO2018179858 A1 WO 2018179858A1 JP 2018003963 W JP2018003963 W JP 2018003963W WO 2018179858 A1 WO2018179858 A1 WO 2018179858A1
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laser
light
laser light
elements
light receiving
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PCT/JP2018/003963
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神戸聡
鈴木誠
森野誠治
武政敬三
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株式会社Ｑｄレーザ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/02—Viewing or reading apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present invention relates to a laser module and a laser projection apparatus.
  • the light intensity of the laser light emitted from the laser module is small.
  • the miniaturization of the laser module is progressing, and accordingly, the light receiving element for feedback control of the laser element is also miniaturized.
  • the size of the light receiving element is reduced, the light receiving area is reduced. For example, when laser light with low light intensity is oscillated from the laser element, there is a concern that the detection accuracy of the laser light may be lowered. A decrease in the detection accuracy of the laser beam may cause a decrease in the accuracy of feedback control of the laser element.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser module and a laser projection apparatus capable of realizing emission of laser light having a low light intensity and suppression of reduction in detection accuracy of a light receiving element. .
  • the present invention disperses the laser element and the laser beam oscillated by the laser element in the first direction and the second direction, and the light quantity of the first laser beam dispersed in the first direction is dispersed in the second direction.
  • a laser module comprising: an optical element that is smaller than a light amount of the second laser light; and a light receiving element that receives the second laser light dispersed in the second direction by the optical element.
  • a plurality of the laser elements are provided, and the optical element converts the plurality of laser beams oscillated by the plurality of laser elements into the first laser beam in the first direction and the second laser in the second direction.
  • the first laser light in each of the plurality of laser elements can be coaxially synthesized by the optical element.
  • the plurality of laser elements oscillate laser beams having different wavelength bands
  • the light receiving element has a plurality of light receiving regions having sensitivity to wavelength bands of the plurality of laser beams oscillated by the plurality of laser elements. It can be set as the structure provided.
  • the plurality of laser elements oscillate laser beams of different wavelength bands
  • the light receiving element has one light receiving region having sensitivity in all the wavelength bands of the plurality of laser lights oscillated by the plurality of laser elements. It can be set as the structure provided.
  • the laser beam oscillated by the laser element can be incident on the optical element without passing through a lens.
  • the second laser light received by the light receiving element may be a divergent light.
  • the present invention is a laser projection apparatus comprising: the laser module according to any one of the above; and a projection optical member that projects the first laser light emitted from the laser module onto a projection target.
  • the optical system includes a scanning optical member that scans the first laser light, and the projection optical member projects the first laser light scanned by the scanning optical member onto a user's retina to form an image on the retina. It can be set as the structure to project.
  • the present invention it is possible to realize emission of a laser beam having a low light intensity and suppression of a decrease in detection sensitivity of the light receiving element.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the laser module according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram of the image projection apparatus according to the second embodiment as viewed from above.
  • 3A is a front view of the laser module
  • FIG. 3B is a side view of FIG. 3A viewed from the A direction
  • FIG. 3C is a side view of FIG. 3A from the B direction.
  • FIG. 4 (a) and 4 (b) are exploded perspective views of the laser module.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining assembly of the laser element to the housing.
  • FIG. 6 is a diagram showing the focal point of the laser light emitted from the laser module.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a laser module according to a modification.
  • FIG. 8A to FIG. 8D are plan views of the light receiving element.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser module according to the first embodiment.
  • the laser module 100 according to the first embodiment includes a laser element 12, a dichroic prism 14, a light receiving element 20, and a control unit 21.
  • the control unit 21 may be an external component without being included in the laser module 100.
  • the laser element 12 is a semiconductor laser diode, for example, and oscillates the laser beam 11.
  • Laser light 11 oscillated by the laser element 12 is incident on a dichroic prism 14 which is an optical element having a function of transmitting and reflecting the laser light.
  • the laser light 11 is transmitted by the dichroic prism 14 through the dichroic prism 14 and travels in the first direction, and the laser light (reflected light) 15 is reflected by the dichroic prism 14 and travels in the second direction. Then, it is spectrally separated.
  • the laser beam 13 transmitted through the dichroic prism 14 is emitted from the laser module 100 to the outside.
  • the laser beam 15 reflected by the dichroic prism 14 is emitted to the light receiving element 20.
  • the light receiving element 20 is an element that converts incident light such as a semiconductor photodiode into a current signal, and is disposed at a position where the laser light 15 is received.
  • the control unit 21 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 21 controls the laser light 11 oscillated by the laser element 12 by inputting an electric signal to the laser element 12.
  • the current (monitor value) output by the light receiving element 20 by photoelectric conversion is input to the control unit 21.
  • the control unit 21 performs feedback control of the laser element 12 based on the monitor value of the light receiving element 20.
  • the laser module 100 When the laser module 100 is used in a laser projection apparatus that projects laser light having a low light intensity onto a projection target, such as a retinal projection type image projection apparatus, the laser light 13 having a low light intensity from the laser module 100 (for example, on the order of ⁇ W). Laser light) is preferably emitted. For this reason, it is conceivable to reduce the light intensity of the laser light 11 oscillated by the laser element 12. However, there is a limit (for example, about several mW) in the oscillation of the laser beam 11 having a small light intensity, and it is difficult to stably oscillate the laser beam 11 having a smaller light intensity.
  • a limit for example, about several mW
  • the laser module 100 has been downsized, and the light receiving element 20 has also been downsized. As the light receiving element 20 is further downsized, the light receiving area for receiving the laser beam 15 is reduced. For this reason, for example, when the laser element 12 oscillates a laser beam 11 having a small light intensity such as several mW, the light receiving amount of the light receiving element 20 is, for example, several tens of ⁇ W, and a change in dark current due to a temperature change or an external There is a concern that the detection accuracy of the laser beam 15 may decrease due to the influence of light or the like. When the detection accuracy of the laser beam 15 is lowered, feedback control of the laser element 12 by the control unit 21 becomes unstable, and it becomes difficult to oscillate the laser beam 11 having a stable light intensity from the laser element 12.
  • a dichroic prism having spectral characteristics in which the light quantity of the laser light 13 is smaller than the light quantity of the laser light 15 is used for the dichroic prism 14 that splits the laser light 11 into the laser light 13 and the laser light 15.
  • the dichroic prism 14 that splits the laser light 11 so that the light amount of the laser light 13 is 15% and the light amount of the laser light 15 is 85% is used.
  • the laser beam 13 having a light quantity smaller than that of the laser beam 11 oscillated by the laser element 12 is emitted from the laser module 100 to the outside, and thus the laser element 12 emits the laser beam 11 while realizing stable oscillation.
  • the light intensity of the laser beam 13 can be reduced.
  • the laser module 100 is further miniaturized and the light receiving area of the light receiving element 20 is reduced, the laser light 15 having a light quantity more than half that of the laser light 11 is radiated to the light receiving element 20.
  • the amount of the laser beam 15 to be detected can be increased, and a decrease in detection accuracy can be suppressed.
  • the case where the light amount of the laser light 13 is 15% of the laser light 11 and the light amount of the laser light 15 is 85% of the laser light 11 is shown as an example, but the present invention is not limited to this case.
  • the light amount of the laser light 13 is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 10% or less of the laser light 11.
  • the light amount of the laser light 15 is preferably 70% or more of the laser light 11, more preferably 80% or more, and further preferably 90% or more.
  • the dichroic prism is used as the optical element that transmits and reflects the laser light
  • other optical elements such as a plate-like dichroic mirror and a polarizing beam splitter may be used.
  • the optical element is configured to split the laser beam 11 into the laser beam 13 and the laser beam 15 and to have a function of changing the light amount ratio between the laser beam 13 and the laser beam 15. The function to be performed may be performed by another member.
  • the optical element is composed of two types of members, a spectroscope and a neutral density filter (ND filter), and the spectroscope splits the laser light 13 and the laser light 15 with a light quantity ratio of 1: 1, for example,
  • a similar function can also be realized by providing an ND filter on the side of the laser beam 13 and dimming.
  • a spectroscope such as a dichroic prism can set a desired light quantity by using an ND filter without setting the spectral ratio precisely, so that versatility of spectrum and light quantity control can be achieved. Can be increased.
  • FIG. 2 is a diagram of the image projection apparatus according to the second embodiment as viewed from above.
  • the image projection apparatus 500 includes a laser module 100 a, a lens 60, a mirror 62, a scanning mirror 64, a projection mirror 66, an image input unit 68, and a control unit 70.
  • the image projection apparatus 500 is a glasses type.
  • the glasses have a pair of vines 72 and a pair of lenses 74.
  • Each of the pair of vines 72 is provided with a laser module 100a, a lens 60, a mirror 62, and a scanning mirror 64.
  • the laser module 100 a is attached to each attachment portion 78 of the pair of vines 72.
  • a projection mirror 66 is provided for each of the pair of lenses 74.
  • the image input unit 68 and the control unit 70 may be provided in an external device (for example, a portable terminal) without being provided in the glasses, or may be provided in the vine 72 of the glasses.
  • Image data is input to the image input unit 68 from a camera and / or recording device (not shown).
  • the controller 70 controls the emission of the laser beam 76 from the laser module 100a based on the input image data. As described above, the image data is converted into the laser beam 76 which is an image beam by the laser module 100a.
  • the control unit 70 is, for example, a control circuit, and may be a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a dedicated circuit. If the camera is installed at an appropriate position of the image projection device 500 in the direction of the user's line of sight, the image of the line of sight captured by this camera can be projected onto the user's retina 82. Further, an image input from a recording device or the like is projected, or a camera image and an image from the recording device or the like are superimposed on the control unit 70 to project a so-called virtual reality (AR) image. You can also.
  • AR virtual reality
  • the lens 60 is a compound lens of a collimator lens and an objective lens, and converts the laser light 76 emitted from the laser module 100a into convergent light that converges slightly from the divergent light.
  • the lens 60 may be integrated with the laser module 100a or may be a separate component from the laser module 100a.
  • the mirror 62 reflects the laser beam 76 that has passed through the lens 60 toward the scanning mirror 64.
  • the scanning mirror 64 scans the laser beam 76 in a two-dimensional direction to obtain projection light for projecting an image on the user's retina 82.
  • the scanning mirror 64 is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror, and scans the laser beam 76 in a two-dimensional direction of a horizontal direction and a vertical direction.
  • the scanning mirror 64 is described as an example of the scanning optical member.
  • the scanning optical member only needs to be able to scan the laser beam.
  • KTN lithium niobate tantalate
  • Other scanners such as crystals may be used.
  • the laser beam 76 scanned by the scanning mirror 64 is incident on a projection mirror 66 provided on the eyeball 80 side surface of the lens 74 of the glasses.
  • the projection mirror 66 projects an image on the retina 82 by projecting the laser light 76 scanned by the scanning mirror 64 onto the retina 82 of the user.
  • the user recognizes the image by the afterimage effect of the laser light 76 projected on the retina 82. Since the pair of vines 72 of the glasses is provided with the laser module 100a and the like, the user can recognize the image with both eyes.
  • the projection mirror 66 is designed so that the convergence position of the laser beam 76 scanned by the scanning mirror 64 is near the pupil 84.
  • the projection mirror 66 does not need to be in contact with the lens 74 of the glasses, and may be at a position where the laser light 76 can be projected onto the retina 82 through the pupil 84. Further, depending on the application, the lens 74 may not be provided by the projection mirror 66 alone.
  • the projection mirror 66 is used as the projection optical member will be described as an example. However, the projection optical member only needs to be able to project laser light onto a projection target such as the retina 82. For example, a diffraction grating or lens It may be.
  • a lens When a lens is used as the projection optical member, it can be realized by disposing a mirror that does not collect light and disposing the lens on the eyeball 80 side of the mirror, and also how to dispose an optical system such as the laser module 100a and the scanning mirror 64. Thus, it is possible to adopt a configuration in which laser light is projected onto the retina 82 using only a lens.
  • the laser beam 76 scanned by the scanning mirror 64 is condensed before the projection mirror 66 and enters the projection mirror 66 as divergent light.
  • the laser beam 76 is incident on the cornea 88 as substantially parallel light by the condensing power of the projection mirror 66, and is condensed near the retina 82 by the crystalline lens 86.
  • the laser module 100a includes a casing 10, laser elements 12a to 12c, dichroic prisms 14a and 14b, a mirror 16, a fixing portion 18, and a light receiving element. 20a, 20b.
  • the width W of the housing 10 is, for example, about 4 mm
  • the height H is, for example, about 11 mm
  • the depth D is, for example, about 16 mm.
  • the housing 10 is formed of a metal having high thermal conductivity such as an aluminum alloy or a magnesium alloy.
  • the housing 10 has a frame shape having a space 22 inside.
  • the space 22 is formed through the housing 10 in the width direction from one side surface 42 to the other side surface 44.
  • the front surface 40 of the housing 10 is provided with a hole 24 through which the space 22 communicates with the outside, and the laser beams from the laser elements 12a to 12c are combined and emitted to the outside.
  • the laser elements 12a to 12c are, for example, TO-CAN package type semiconductor laser diodes, and are assembled to the housing 10 so that the laser light oscillates toward the space 22 provided in the housing 10.
  • the laser element 12a is assembled on the back surface 46 of the housing 10, and oscillates red laser light, for example.
  • the laser element 12b is assembled on the upper surface 48 of the housing 10, and oscillates, for example, green laser light.
  • the laser element 12c is assembled above the hole 24 on the front surface 40 of the housing 10, and oscillates blue laser light, for example.
  • the wavelength of red laser light is 610 nm to 660 nm
  • the wavelength of green laser light is 515 nm to 540 nm
  • the wavelength of blue laser light is 440 nm to 460 nm.
  • the dichroic prisms 14 a and 14 b are optical elements having functions of transmitting, reflecting, and synthesizing laser light, and are positioned in the space 22 and assembled to the housing 10.
  • red laser light oscillated from the laser element 12a and, for example, green laser light oscillated from the laser element 12b are incident on the dichroic prism 14a without passing through a lens.
  • red laser light oscillated from the laser element 12a is split into transmitted light and reflected light by the dichroic prism 14a.
  • green laser light oscillated from the laser element 12b is split into transmitted light and reflected light by the dichroic prism 14a.
  • the red laser light that has passed through the dichroic prism 14a and the green laser light that has been reflected by the dichroic prism 14a are combined and transmitted through the dichroic prism 14b to be emitted to the hole 24 that can be emitted to the outside.
  • blue laser light oscillated from the laser element 12c is substantially totally reflected by the mirror 16, enters the dichroic prism 14b without passing through the lens, and is split into transmitted light and reflected light.
  • the blue laser light reflected by the dichroic prism 14b is combined with the combined light combined by the dichroic prism 14a and emitted to the hole 24 that can be emitted to the outside.
  • the red laser light reflected from the dichroic prism 14a and the green laser light transmitted through the dichroic prism 14a are emitted to the light receiving element 20a. Further, the blue laser light transmitted through the dichroic prism 14b is emitted to the light receiving element 20b.
  • the spectral characteristics of the dichroic prism 14a are such that the reflected red laser light has a higher light intensity than the transmitted red laser light, and the transmitted green laser light is higher than the reflected green laser light. It is comprised so that it may become intensity
  • the dichroic prism 14a splits the green laser light oscillated by the laser element 12b into transmitted light (laser light in the second direction) and reflected light (laser light in the first direction) and also reflects the reflected light (in the first direction).
  • the amount of laser light is made smaller than the amount of transmitted light (laser light in the second direction).
  • the spectral characteristics of the green laser light of the dichroic prism 14a are 15% reflection and 85% transmission.
  • the spectral characteristics of the dichroic prism 14b are configured such that the transmitted blue laser light has higher light intensity than the reflected blue laser light. That is, the dichroic prism 14b splits the blue laser light oscillated by the laser element 12c into transmitted light (laser light in the second direction) and reflected light (laser light in the first direction) and also reflects the reflected light (in the first direction). The amount of laser light) is made smaller than the amount of transmitted light (laser light in the second direction). For example, the spectral characteristics of the blue laser light of the dichroic prism 14b are 15% reflection and 85% transmission.
  • dichroic prism is used as an example of an optical element that transmits, reflects, and synthesizes laser light
  • other optical elements such as a plate-shaped dichroic mirror may be used.
  • the laser elements 12a to 12c are assembled to the housing 10 so that the laser light oscillates toward the space 22 provided inside the housing 10, and the dichroic prisms 14a and 14b are located in the space 22 so that the housing 10 As a result, the laser module 100a can be reduced in size. By downsizing the laser module 100a, the laser module 100a can be easily attached to the eyeglass vine 72 of the eyeglass-type image projection apparatus 500.
  • the fixing portion 18 is provided on each of the pair of side surfaces 42 and 44 of the housing 10.
  • the fixing portion 18 has a hole 26 that penetrates the housing 10 from one side surface 42 to the other side surface 44 of the housing 10.
  • the laser module 100 a is fixed to an external component by passing a screw or the like through the hole 26 of the fixing portion 18.
  • the fixing portion 18 is formed so as to be one step higher than the surroundings. That is, the fixing portion 18 provided on the side surface 42 of the housing 10 is formed one step higher than the region other than the fixing portion 18 on the side surface 42, and the fixing portion 18 provided on the side surface 44 of the housing 10 is fixed to the side surface 44. It is formed one step higher than the region other than the portion 18. Thereby, when the laser module 100a is fixed to the external component, only the fixing portion 18 of the housing 10 comes into contact with the external component.
  • the light receiving elements 20 a and 20 b are semiconductor photodiodes, for example, and are assembled to the lower surface 50 of the housing 10 outside the housing 10.
  • the light receiving element 20a is assembled at a position sandwiching the dichroic prism 14a and the housing 10, receives the laser light oscillated by the laser elements 12a and 12b and dispersed in the second direction by the dichroic prism 14a.
  • the light receiving element 20b is assembled at a position sandwiching the dichroic prism 14b and the housing 10, receives the laser light oscillated by the laser element 12c and dispersed in the second direction by the dichroic prism 14b.
  • the current (monitor value) output by the light receiving elements 20 a and 20 b by photoelectric conversion is input to the control unit 70.
  • the control unit 70 performs feedback control of the laser elements 12a to 12c based on the monitor values of the light receiving elements 20a and 20b.
  • FIG. 8A is a plan view of the light receiving element 20a
  • FIG. 8B is a plan view of the light receiving element 20b.
  • the light receiving element 20a is sensitive to the wavelength band of the red laser light and receives the red laser light, and has a sensitivity to the wavelength band of the green laser light and is green.
  • a light receiving region 92 for receiving laser light is configured to include a light receiving region 94 that receives the blue laser light with sensitivity in the wavelength band of the blue laser light.
  • the light receiving regions 90 to 94 do not define the laser light emission range.
  • the combined light of the red laser light and the green laser light is emitted to a predetermined range as shown by the one-dot chain line in FIG.
  • the red laser light may be totally transmitted through the dichroic prism 14a, and the green laser light may be totally reflected by the dichroic prism 14a, and may be split into transmitted light and reflected light by the dichroic prism 14b.
  • the spectral characteristics of the dichroic prism 14b are configured such that the combined light that is reflected is higher in intensity than the combined light of the transmitted red laser light and green laser light, and the blue laser light is configured in the same manner as described above. Is done.
  • the light receiving element 20b includes a light receiving region 90 having sensitivity in the wavelength band of red laser light, a light receiving region 92 having sensitivity in the wavelength band of green laser light, and blue laser light.
  • the light receiving element 20b has a light receiving region 95 that receives all the laser light with sensitivity in all the wavelength bands of the red laser light, the green laser light, and the blue laser light.
  • the red laser light, the green laser light, and the blue laser light are emitted while being shifted in time, and are monitored by the light receiving element 20b only during the time during which each laser light is emitted.
  • the element 20a is not necessary.
  • the laser elements 12a to 12c, the dichroic prisms 14a and 14b, the mirror 16, and the light receiving elements 20a and 20b are positioned between the side surfaces 42 and 44 of the casing 10 and assembled to the casing 10.
  • FIGS. 4A and 4B are exploded perspective views of the laser module.
  • 4A shows the housing 10 and the fixing portion 18, and
  • FIG. 4B shows the laser elements 12a to 12c, the dichroic prisms 14a and 14b, the mirror 16, and the light receiving elements 20a and 20b.
  • a plane formed by the light emitting points 28 of the laser elements 12a to 12c is defined as a plane 30.
  • a portion where the plane 30 intersects the housing 10 and the dichroic prisms 14a and 14b is also indicated by a one-dot chain line.
  • the housing 10 has a symmetrical shape with respect to the plane 30.
  • the front surface 40, the back surface 46, the upper surface 48, and the lower surface 50 of the housing 10 intersect the plane 30. That is, the center lines of the front surface 40, the back surface 46, the upper surface 48, and the lower surface 50 of the housing 10 coincide with the plane 30.
  • the side surfaces 42 and 44 of the housing 10 are located on both sides of the plane 30 and are, for example, surfaces parallel to the plane 30.
  • the fixing portions 18 provided on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10 are provided symmetrically with respect to the plane 30.
  • the dichroic prisms 14 a and 14 b, the mirror 16, and the light receiving elements 20 a and 20 b are assembled to the housing 10 in a symmetrical shape with respect to the plane 30.
  • the side surfaces 42 and 44 provided with the fixing portion 18 are parallel to the laser beam emission direction, and the light emitting points 28 of the laser elements 12a to 12c are equidistant from the side surfaces 42 and 44, and the side surfaces 42 and 44. Located in the center between. For this reason, when the laser module 100 a is attached to each attachment portion 78 of the pair of vines 72 as shown in FIG. 2, one side 42 of the laser module 100 a is attached to one vine 72, and The other side surface 44 of the other laser module 100a is attached, and the light emission points 28 of the laser elements 12a to 12c of the respective laser modules 100a are equidistant from the respective attachment portions 78.
  • the casing 10 has a symmetrical shape with respect to the plane 30 formed by the light emitting points 28 of the laser elements 12a to 12c.
  • the fixing portion 18 is provided symmetrically with respect to the plane 30 on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10.
  • the laser module 100a can be fixed to an external component with the same optical layout by the fixing portion 18 on both the side surfaces 42 and 44 of the housing 10. Therefore, the laser module 100a can be fixed to any one of the pair of vines 72 of the glasses-type image projection apparatus 500 while the direction of the emitted laser light remains in the direction of the projection mirror 66.
  • the casing 10 is symmetrical with respect to the plane 30 and the fixing section 18 is on the plane 30. Since it is provided symmetrically, similar heat dissipation can be obtained.
  • the symmetrical shape of the housing 10 and the symmetrical arrangement of the fixing portions 18 are preferably a completely symmetrical shape and a completely symmetrical arrangement from the viewpoint of heat dissipation, but hardly affect the heat dissipation of the degree of manufacturing error.
  • the shape and arrangement may differ to some extent.
  • the distance to the fixing portion 18 on the side surface 42 is equal to the distance to the fixing portion 18 on the side surface 44.
  • the fixing portion 18 of the one side surface 42 of the housing 10 is fixed to the attaching portion 78 of one of the pair of vines 72
  • the other of the housing 10 is fixed to the other attaching portion 78 of the vine.
  • the fixing portion 18 of the side surface 44 is fixed, the distance from the mounting portion 78 of the light emitting point 28 of the laser elements 12a to 12c is the same. Therefore, with this configuration, when the laser module 100a is attached to both of the pair of vines 72 of the image projection apparatus 500, it can be attached thermally and optically symmetrically.
  • the same laser module 100a can be attached to both the right eye and the left eye with minimal influence on the thermal and optical performance.
  • the image projection apparatus 500 may be an image projection apparatus for one eye, and the laser module 100a may be attached only to one of the vines 72. Therefore, it is possible to provide a laser module having a reduced manufacturing cost and an image projection apparatus including the laser module.
  • the fixing portion 18 is higher than the region of the side surfaces 42 and 44 of the housing 10 other than the region where the fixing portion 18 is provided, the laser module 100a is fixed to the external component by the fixing portion 18. In this case, only the fixed portion 18 of the side surfaces 42 and 44 comes into contact with the external component. For this reason, even if the laser module 100a is fixed to an external part by the fixing part 18 on either of the side surfaces 42 and 44 of the housing 10, the same heat dissipation can be obtained while minimizing optical distortion caused by the fixing. It becomes easy.
  • the dichroic prisms 14a and 14b, the mirror 16, and the light receiving elements 20a and 20b are symmetrical with respect to the plane 30 and are assembled to the housing 10 so that the laser module is obtained. Even when 100a is fixed to an external component by any one of the fixing portions 18 on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10, the same heat dissipation is more easily obtained.
  • the laser elements 12a to 12c, the dichroic prisms 14a and 14b, the mirror 16, and the light receiving elements 20a and 20b are disposed between the side surfaces 42 and 44 of the housing 10. By being positioned and assembled to the housing 10, the dichroic prisms 14 a and 14 b, the mirror 16, and the light receiving elements 20 a and 20 b can be easily assembled so as to be symmetrical with respect to the plane 30.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining assembly of the laser element to the housing.
  • the dichroic prisms 14a and 14b and the mirror 16 are assembled to the housing 10.
  • the laser elements 12a to 12c are in the X-axis direction (width direction of the housing 10), the Y-axis direction (height direction of the housing 10), and the Z-axis direction (depth direction of the housing 10) with respect to the housing 10. Can be moved in parallel with each other, and can be rotated with respect to the X, Y, and Z axes.
  • the laser light oscillated by the laser elements 12a to 12c is condensed at the same position outside the laser module 100a by a lens disposed at the subsequent stage of the dichroic prism 14b.
  • the laser elements 12a to 12c are translated and rotated along the X axis, the Y axis, and the Z axis to adjust the optical axis and the focal length, and are fixed with an adhesive (not shown).
  • the light receiving elements 20a and 20b may be fixed in advance to the design position on the lower surface 50 of the housing 10, or may be adjusted and fixed at an optimum position after the laser elements 12a to 12c are adjusted and fixed.
  • the light receiving elements 20a and 20b are arranged in the X-axis direction (width direction of the housing 10) and the Z-axis direction (depth of the housing 10) with respect to the lower surface 50 of the housing 10.
  • the light receiving element can be adjusted to a more optimal position.
  • the light intensity of the laser light oscillated by the laser elements 12a to 12c is controlled to an appropriate light intensity by the control unit 70 that has received the current signals from the light receiving elements 20a and 20b.
  • FIG. 6 is a diagram showing the focal point of the laser light emitted from the laser module.
  • the laser beams oscillated by the laser elements 12a to 12c are The dichroic prisms 14a and 14b are combined on the same axis, and are condensed at the same position outside the laser module 100a by the lens 60 disposed at the subsequent stage of the dichroic prism 14b to form one focal point 32.
  • the focal point 32 corresponds to a point where the laser light 76 is condensed after the scanning mirror 64 and before the projection mirror 66.
  • the image projection apparatus 500 converts the laser light oscillated by the laser elements 12a to 12c to the outside in the first direction and the laser light in the second direction incident on the light receiving elements 20a and 20b.
  • a laser module 100a having dichroic prisms 14a and 14b for spectral separation is provided.
  • the dichroic prisms 14a and 14b have spectral characteristics in which the amount of laser light in the first direction emitted to the outside is smaller than the amount of laser light in the second direction incident on the light receiving elements 20a and 20b. For this reason, in the same manner as in the first embodiment, it is possible to realize emission of laser light having a low light intensity and suppression of reduction in detection sensitivity of the light receiving element.
  • the laser light oscillated by the laser elements 12a and 12b and emitted in the first direction by the dichroic prism 14a and split in the first direction is synthesized coaxially by the dichroic prism 14a.
  • the laser light oscillated by the laser elements 12a and 12b can be easily condensed at the same position by the lens 60, and a high-quality image in which deterioration of color reproducibility is suppressed can be projected.
  • the light receiving element may include a plurality of light receiving regions having sensitivity in each of the wavelength bands of the laser light oscillated by each of the plurality of laser elements as shown in FIGS. 8A and 8C. As shown in (d), one light receiving region having sensitivity in all the wavelength bands of the laser light oscillated by each of the plurality of laser elements may be provided.
  • the module cost can be reduced by downsizing the module and reducing the number of parts compared to the case where a plurality of light receiving elements corresponding to each of the plurality of laser elements are mounted. it can. It is also possible to simultaneously feedback control the light amounts of a plurality of laser elements.
  • FIG. 8D when receiving laser light oscillated by each of a plurality of laser elements in one light receiving region, the light amounts of the plurality of laser elements cannot be feedback controlled simultaneously.
  • the module cost can be reduced by simplifying the monitor circuit and reducing the number of parts.
  • the laser light oscillated by the laser elements 12a to 12c is incident on the dichroic prisms 14a and 14b without passing through the lens.
  • the laser module 100a can be reduced in size. That is, as shown in FIG. 6, since there is only one lens 60, it is possible to suppress a decrease in aberration and color reproducibility when a plurality of lenses are used, and at the same time, the laser module 100a can be downsized. ing.
  • the laser light received by the light receiving elements 20a and 20b is divergent light.
  • the light receiving areas of the light receiving elements 20a and 20b are reduced by downsizing the laser module 100a, when the light receiving elements 20a and 20b receive divergent laser light, the amount of received laser light becomes smaller. Therefore, when the laser light received by the light receiving elements 20a and 20b is divergent light, the dichroic prisms 14a and 14b that increase the light amount of the laser light split toward the light receiving elements 20a and 20b as described above are used. It is preferable.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a laser module according to a modification.
  • the side surfaces 42 and 44 of the housing 10 are provided with a film 34 that suppresses reflection of laser light emitted from the laser elements 12a to 12c.
  • the film 34 is formed of, for example, an AR (Anti-Reflection) sheet in which a dielectric material is laminated by vapor deposition or sputtering, or a light absorption sheet using a continuous fine porous resin. Since other configurations are the same as those of the laser module 100a, description thereof is omitted.
  • the film 34 may be provided on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10. Thereby, stray light of the laser light emitted from the laser elements 12a to 12c can be suppressed. Moreover, the incidence of light from the outside can also be suppressed.
  • the film 34 is flat on the side surfaces 42 and 44 of the casing 10 so that the heat dissipation and the suppression of stray light are almost the same even when fixed to an external component by any of the fixing portions 18 of the side surfaces 42 and 44 of the casing 10. It is preferable to be provided symmetrically with respect to 30.
  • the laser module 100a may be attached only to one of the vines 72.
  • the laser module 100a has been described as an example in which the laser elements 12a to 12c that oscillate red, green, and blue laser beams are provided. However, three or more lasers that oscillate laser beams in other wavelength bands are illustrated. An element may be provided.
  • a retinal projection type image projection apparatus as an example of a laser projection apparatus provided with a laser module has been described. However, it is excited by an image projection apparatus other than the retinal projection type, or weak light other than the image projection apparatus, for example.
  • Other laser projection devices such as a sensing device for detecting the fluorescent dye to be used may also be used.

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Abstract

レーザ素子１２と、レーザ素子１２が発振するレーザ光１１を第１方向と第２方向に分光すると共に、第１方向に分光するレーザ光１３の光量が第２方向に分光するレーザ光１５の光量よりも小さいダイクロイックプリズム１４と、ダイクロイックプリズム１４によって第２方向に分光されたレーザ光１５を受光する受光素子２０と、を備えるレーザモジュール。

Description

レーザモジュール及びレーザ投射装置
　本発明は、レーザモジュール及びレーザ投射装置に関する。
　レーザ素子が発振したレーザ光を受光素子でモニタして、レーザ素子をフィードバック制御する技術が知られている（例えば、特許文献１、２）。
特開２０１１－１３４７３６号公報 特開２０１１－８２２１号公報
　レーザモジュールの用途によっては、レーザモジュールから出射されるレーザ光の光強度が小さいことが望まれている。そこで、レーザ素子から光強度の小さいレーザ光を発振させることが考えられるが、光強度の小さいレーザ光の発振には限界がある。
　また、レーザモジュールの小型化が進んでおり、これにより、レーザ素子をフィードバック制御するための受光素子も小型化している。受光素子の小型化が進むと受光面積が小さくなるため、例えばレーザ素子から光強度の小さいレーザ光が発振される場合では、レーザ光の検出精度の低下が懸念される。レーザ光の検出精度の低下は、レーザ素子のフィードバック制御の精度低下を招く恐れがある。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、光強度の小さいレーザ光の出射と受光素子の検出精度の低下抑制とを実現可能なレーザモジュール及びレーザ投射装置を提供することを目的とする。
　本発明は、レーザ素子と、前記レーザ素子が発振するレーザ光を第１方向と第２方向に分光すると共に、前記第１方向に分光する第１レーザ光の光量が前記第２方向に分光する第２レーザ光の光量よりも小さい光学素子と、前記光学素子によって前記第２方向に分光された前記第２レーザ光を受光する受光素子と、を備えるレーザモジュールである。
　上記構成において、複数の前記レーザ素子を備え、前記光学素子は前記複数のレーザ素子が発振する複数のレーザ光それぞれを前記第１方向の前記第１レーザ光と前記第２方向の前記第２レーザ光とに分光し、前記複数のレーザ素子それぞれにおける前記第１レーザ光は前記光学素子によって同軸上に合成される構成とすることができる。
　上記構成において、前記複数のレーザ素子はそれぞれ異なる波長帯のレーザ光を発振し、前記受光素子は前記複数のレーザ素子が発振する複数のレーザ光の波長帯それぞれに感度を有する複数の受光領域を備える構成とすることができる。
　上記構成において、前記複数のレーザ素子はそれぞれ異なる波長帯のレーザ光を発振し、前記受光素子は前記複数のレーザ素子が発振する複数のレーザ光の波長帯全てに感度を有する１つの受光領域を備える構成とすることができる。
　上記構成において、前記レーザ素子が発振するレーザ光はレンズを介さずに前記光学素子に入射する構成とすることができる。
　上記構成において、前記受光素子が受光する前記第２レーザ光は発散光である構成とすることができる。
　本発明は、上記のいずれかに記載のレーザモジュールと、前記レーザモジュールから出射された前記第１レーザ光を被投射体に投射する投射光学部材と、を備えるレーザ投射装置である。
　上記構成において、前記第１レーザ光を走査する走査光学部材を備え、前記投射光学部材は、前記走査光学部材で走査された前記第１レーザ光をユーザの網膜に投射して前記網膜に画像を投影する構成とすることができる。
　本発明によれば、光強度の小さいレーザ光の出射と受光素子の検出感度の低下抑制とを実現できる。
図１は、実施例１に係るレーザモジュールの構成を示す図である。 図２は、実施例２に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図３（ａ）は、レーザモジュールの前面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）をＡ方向から見た側面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）をＢ方向から見た側面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、レーザモジュールの分解斜視図である。 図５は、筐体へのレーザ素子の組み付けを説明する斜視図である。 図６は、レーザモジュールから出射されるレーザ光の焦点を示す図である。 図７は、変形例に係るレーザモジュールの分解斜視図である。 図８（ａ）から図８（ｄ）は、受光素子の平面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。
　図１は、実施例１に係るレーザモジュールの構成を示す図である。図１のように、実施例１のレーザモジュール１００は、レーザ素子１２と、ダイクロイックプリズム１４と、受光素子２０と、制御部２１と、を備える。なお、制御部２１は、レーザモジュール１００に含まれずに、外部部品である場合でもよい。
　レーザ素子１２は、例えば半導体レーザダイオードであり、レーザ光１１を発振する。レーザ素子１２が発振したレーザ光１１は、レーザ光を透過及び反射する機能を持つ光学素子であるダイクロイックプリズム１４に入射する。レーザ光１１は、ダイクロイックプリズム１４によって、ダイクロイックプリズム１４を透過して第１方向に進むレーザ光（透過光）１３と、ダイクロイックプリズム１４で反射して第２方向に進むレーザ光（反射光）１５と、に分光される。
　ダイクロイックプリズム１４を透過したレーザ光１３は、レーザモジュール１００から外部へと出射される。ダイクロイックプリズム１４で反射したレーザ光１５は、受光素子２０に放射される。受光素子２０は、例えば半導体フォトダイオードなどの入射光を電流信号に変換する素子であり、レーザ光１５を受光する位置に配置されている。
　制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサである。制御部２１は、レーザ素子１２に電気信号を入力することによって、レーザ素子１２が発振するレーザ光１１を制御する。また、受光素子２０が光電変換によって出力する電流（モニタ値）は、制御部２１に入力される。制御部２１は、受光素子２０のモニタ値に基づいてレーザ素子１２をフィードバック制御する。
　レーザモジュール１００が例えば網膜投射型画像投影装置などの光強度の小さいレーザ光を被投射体に投射するレーザ投射装置に用いられる場合、レーザモジュール１００から光強度の小さいレーザ光１３（例えばμＷオーダーのレーザ光）が出射されることが望ましい。このため、レーザ素子１２が発振するレーザ光１１の光強度を小さくすることが考えられる。しかしながら、光強度の小さいレーザ光１１の発振には限界（例えば数ｍＷ程度）があり、それよりも光強度が小さいレーザ光１１を安定して発振することは難しい。
　また、レーザモジュール１００の小型化が進んでおり、これにより、受光素子２０も小型化している。受光素子２０の小型化が進むとレーザ光１５を受光する受光面積が小さくなる。このため、例えばレーザ素子１２が数ｍＷのような光強度の小さいレーザ光１１を発振する場合では、受光素子２０の受光量は例えば数十μＷとなり、温度変化に伴う暗電流の変化や、外光などの影響によってレーザ光１５の検出精度の低下が懸念される。レーザ光１５の検出精度が低下すると、制御部２１によるレーザ素子１２のフィードバック制御が不安定になり、レーザ素子１２から安定した光強度のレーザ光１１を発振させることが難しくなる。
　そこで、実施例１では、レーザ光１１をレーザ光１３とレーザ光１５に分光するダイクロイックプリズム１４に、レーザ光１３の光量がレーザ光１５の光量よりも小さくなる分光特性を有するダイクロイックプリズムを用いる。例えば、レーザ光１３の光量が１５％、レーザ光１５の光量が８５％となるようにレーザ光１１を分光するダイクロイックプリズム１４を用いる。これにより、レーザ素子１２が発振するレーザ光１１よりも光量の小さいレーザ光１３がレーザモジュール１００から外部に出射されるため、レーザ素子１２によるレーザ光１１の安定発振を実現しつつ、外部に出射されるレーザ光１３の光強度を小さくできる。また、レーザモジュール１００の小型化が進んで受光素子２０の受光面積が小さくなった場合でも、レーザ光１１の半分以上の光量を有するレーザ光１５が受光素子２０に放射されるため、受光素子２０で検出するレーザ光１５の光量が増えて検出精度の低下を抑制できる。このように、実施例１によれば、光強度の小さいレーザ光１３の出射と受光素子２０の検出精度の低下抑制とを実現できる。
　実施例１では、レーザ光１３の光量がレーザ光１１の１５％で、レーザ光１５の光量がレーザ光１１の８５％である場合を例に示したが、この場合に限られる訳ではない。レーザモジュール１００から外部に出射されるレーザ光の光強度を小さくする点から、レーザ光１３の光量はレーザ光１１の３０％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。また、受光素子２０の検出精度を高める点から、レーザ光１５の光量はレーザ光１１の７０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。
　なお、実施例１では、レーザ光を透過及び反射する光学素子としてダイクロイックプリズムの場合を例に説明したが、その他の光学素子、例えば板状のダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタなどの場合でもよい。また、光学素子は、レーザ光１１をレーザ光１３とレーザ光１５に分光するとともに、レーザ光１３とレーザ光１５の光量比を異ならせる機能を合わせ持つ構成であるが、分光と光量比を異ならせる機能を別の部材で行ってもよい。すなわち、光学素子は、分光器と減光フィルタ（ＮＤフィルタ）の２種の部材で構成し、分光器はレーザ光１３とレーザ光１５を、例えば１対１の光量比で分光し、その出力であるレーザ光１３側にＮＤフィルタを設けて減光させることでも、同様の機能を実現することが可能となる。このように構成することによって、ダイクロイックプリズムなどの分光器ではその分光比を精密に設定しなくても、ＮＤフィルタによって所望の光量を設定することができるので、分光と光量制御についての汎用性を高めることができる。
　図２は、実施例２に係る画像投影装置を上方から見た図である。図２のように、画像投影装置５００は、レーザモジュール１００ａ、レンズ６０、ミラー６２、走査ミラー６４、投影ミラー６６、画像入力部６８、及び制御部７０を備える。
　画像投影装置５００はメガネ型である。メガネは１対のつる７２と１対のレンズ７４とを有する。１対のつる７２それぞれに、レーザモジュール１００ａ、レンズ６０、ミラー６２、及び走査ミラー６４が設けられている。レーザモジュール１００ａは、１対のつる７２それぞれの取り付け部７８に取り付けられている。１対のレンズ７４それぞれに、投影ミラー６６が設けられている。画像入力部６８及び制御部７０は、例えばメガネに設けられずに外部装置（例えば携帯端末）に設けられていてもよいし、メガネのつる７２に設けられていてもよい。
　画像入力部６８には、図示しないカメラ及び／又は録画機器などから画像データが入力される。制御部７０は、入力された画像データに基づいて、レーザモジュール１００ａからのレーザ光７６の出射を制御する。このように、画像データはレーザモジュール１００ａによって画像光線であるレーザ光７６に変換される。
　制御部７０は、例えば制御回路であり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサでもよいし、専用回路であってもよい。カメラをユーザの視線方向に向けて画像投影装置５００の適切な位置に設置すれば、このカメラで撮像した視線方向の画像をユーザの網膜８２に投影させることができる。また、録画機器などから入力された画像を投影させたり、カメラ画像と録画機器などからの画像を制御部７０でスーパーインポーズさせたりして、いわゆる仮想現実（ＡＲ：Augmented Reality）画像を投影させることもできる。
　レンズ６０は、コリメートレンズと対物レンズの複合レンズであり、レーザモジュール１００ａから出射されたレーザ光７６を発散光から僅かに収束する収束光に変換する。レンズ６０は、レーザモジュール１００ａに一体となって組み付けられていてもよいし、レーザモジュール１００ａとは別部品となっていてもよい。
　ミラー６２は、レンズ６０を通過したレーザ光７６を走査ミラー６４に向かって反射させる。走査ミラー６４は、レーザ光７６を２次元方向に走査して、ユーザの網膜８２に画像を投影するための投影光とする。走査ミラー６４は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであり、水平方向及び垂直方向の２次元方向にレーザ光７６を走査する。なお、実施例２では、走査光学部材として走査ミラー６４の場合を例に説明するが、走査光学部材はレーザ光を走査可能であればよく、例えば電気光学材料であるタンタル酸ニオブ酸リチウム（ＫＴＮ）結晶など、その他のスキャナーであってもよい。
　走査ミラー６４で走査されたレーザ光７６は、メガネのレンズ７４のユーザの眼球８０側の面に設けられた投影ミラー６６に入射する。投影ミラー６６は、走査ミラー６４で走査されたレーザ光７６をユーザの網膜８２に投射することにより、網膜８２に画像を投影する。ユーザは網膜８２に投射されたレーザ光７６の残像効果によって画像を認識する。メガネの１対のつる７２それぞれにレーザモジュール１００ａなどが設けられていることから、ユーザは両目で画像を認識することができる。
　投影ミラー６６は、走査ミラー６４で走査されたレーザ光７６の収束位置が瞳孔８４近傍となるように設計されている。投影ミラー６６は、メガネのレンズ７４と接している必要はなく、レーザ光７６が瞳孔８４を通って網膜８２に投射できる位置にあればよい。また、用途によっては、投影ミラー６６のみでレンズ７４が設けられていなくてもよい。なお、実施例２では、投射光学部材として投影ミラー６６の場合を例に説明するが、投射光学部材はレーザ光を網膜８２などの被投射体へ投射可能であればよく、例えば回折格子やレンズであってもよい。投射光学部材としてレンズを用いる場合、集光しないミラーを配置し、このミラーの眼球８０側にレンズを配置することで実現でき、また、レーザモジュール１００ａ、走査ミラー６４などの光学系の配置の仕方により、レンズのみで網膜８２にレーザ光を投射する構成をとることも可能である。
　走査ミラー６４で走査されたレーザ光７６は、投影ミラー６６の手前で集光し、発散光となって投影ミラー６６に入射する。これにより、レーザ光７６は、投影ミラー６６の集光パワーによって角膜８８に略平行光で入射し、水晶体８６によって網膜８２の近傍に集光される。
　図３（ａ）は、レーザモジュールの前面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）をＡ方向から見た側面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）をＢ方向から見た側面図である。図３（ａ）から図３（ｃ）のように、レーザモジュール１００ａは、筐体１０と、レーザ素子１２ａ～１２ｃと、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂと、ミラー１６と、固定部１８と、受光素子２０ａ、２０ｂと、を備える。筐体１０の幅Ｗは例えば４ｍｍ程度であり、高さＨは例えば１１ｍｍ程度であり、奥行きＤは例えば１６ｍｍ程度である。
　筐体１０は、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの熱伝導率の高い金属で形成されている。筐体１０は内側に空間２２を有する枠体形状をしている。空間２２は、一方の側面４２から他方の側面４４にかけて筐体１０を幅方向に貫通して形成されている。筐体１０の前面４０には、空間２２と外部とを連通し、レーザ素子１２ａ～１２ｃからのレーザ光が合成されて外部に出射される孔２４が設けられている。
　レーザ素子１２ａ～１２ｃは、例えばＴＯ－ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザダイオードであり、筐体１０に設けられた空間２２に向かってレーザ光が発振するように筐体１０に組み付けられている。レーザ素子１２ａは、筐体１０の背面４６に組み付けられていて、例えば赤色レーザ光を発振する。レーザ素子１２ｂは、筐体１０の上面４８に組み付けられていて、例えば緑色レーザ光を発振する。レーザ素子１２ｃは、筐体１０の前面４０で孔２４よりも上側に組み付けられていて、例えば青色レーザ光を発振する。例えば、赤色レーザ光の波長は６１０ｎｍ～６６０ｎｍであり、緑色レーザ光の波長は５１５ｎｍ～５４０ｎｍであり、青色レーザ光の波長は４４０ｎｍ～４６０ｎｍである。
　ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂは、レーザ光を透過、反射、及び合成する機能を持つ光学素子であって、空間２２内に位置して筐体１０に組み付けられている。ダイクロイックプリズム１４ａには、レーザ素子１２ａから発振された例えば赤色レーザ光と、レーザ素子１２ｂから発振された例えば緑色レーザ光とが、レンズを介さずに入射する。この時、レーザ素子１２ａから発振された例えば赤色レーザ光はダイクロイックプリズム１４ａで透過光と反射光に分光される。また、レーザ素子１２ｂから発振された例えば緑色レーザ光はダイクロイックプリズム１４ａで透過光と反射光に分光される。ダイクロイックプリズム１４ａを透過した赤色レーザ光とダイクロイックプリズム１４ａで反射された緑色レーザ光は合成され、ダイクロイックプリズム１４ｂを略全透過して、外部への出射を可能とする孔２４へ放射される。レーザ素子１２ｃから発振された例えば青色レーザ光はミラー１６で略全反射し、レンズを介さずにダイクロイックプリズム１４ｂへ入射し、透過光と反射光に分光される。ダイクロイックプリズム１４ｂで反射された青色レーザ光は、ダイクロイックプリズム１４ａで合成された合成光と合成し、外部への出射を可能とする孔２４へ放射される。一方、ダイクロイックプリズム１４ａを反射した赤色レーザ光と、ダイクロイックプリズム１４ａを透過した緑色レーザ光は、受光素子２０ａへ放射される。また、ダイクロイックプリズム１４ｂを透過した青色レーザ光は、受光素子２０ｂへ放射される。
　ダイクロイックプリズム１４ａの分光特性は、透過する赤色レーザ光よりも反射する赤色レーザ光の方が高光強度となるように構成され、かつ、反射する緑色レーザ光よりも透過する緑色レーザ光の方が高光強度となるように構成されている。すなわち、ダイクロイックプリズム１４ａは、レーザ素子１２ａが発振する赤色レーザ光を透過光（第１方向のレーザ光）と反射光（第２方向のレーザ光）に分光すると共に、透過光（第１方向のレーザ光）の光量を反射光（第２方向のレーザ光）の光量よりも小さくする。例えば、ダイクロイックプリズム１４ａの赤色レーザ光の分光特性は透過１５％、反射８５％である。また、ダイクロイックプリズム１４ａは、レーザ素子１２ｂが発振する緑色レーザ光を透過光（第２方向のレーザ光）と反射光（第１方向のレーザ光）に分光すると共に、反射光（第１方向のレーザ光）の光量を透過光（第２方向のレーザ光）の光量よりも小さくする。例えば、ダイクロイックプリズム１４ａの緑色レーザ光の分光特性は反射１５％、透過８５％である。
　ダイクロイックプリズム１４ｂの分光特性は、反射する青色レーザ光よりも透過する青色レーザ光の方が高光強度となるように構成されている。すなわち、ダイクロイックプリズム１４ｂは、レーザ素子１２ｃが発振する青色レーザ光を透過光（第２方向のレーザ光）と反射光（第１方向のレーザ光）に分光すると共に、反射光（第１方向のレーザ光）の光量を透過光（第２方向のレーザ光）の光量よりも小さくする。例えば、ダイクロイックプリズム１４ｂの青色レーザ光の分光特性は反射１５％、透過８５％である。
　なお、レーザ光を透過、反射、及び合成する光学素子としてダイクロイックプリズムの場合を例に説明するが、その他の光学素子、例えば板状のダイクロイックミラーなどの場合でもよい。
　レーザ素子１２ａ～１２ｃが筐体１０の内側に設けられた空間２２に向かってレーザ光が発振するように筐体１０に組み付けられ、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂが空間２２内に位置して筐体１０に組み付けられていることで、レーザモジュール１００ａを小型化することができる。レーザモジュール１００ａが小型化することで、メガネ型の画像投影装置５００におけるメガネのつる７２にレーザモジュール１００ａを取り付け易くなる。
　固定部１８は、筐体１０の１対の側面４２、４４それぞれに設けられている。固定部１８は、筐体１０の一方の側面４２から他方の側面４４にかけて筐体１０を貫通する孔２６を有する。レーザモジュール１００ａは、固定部１８の孔２６にネジなどを通すことで外部部品に固定される。固定部１８は、周囲よりも一段高くなって形成されている。すなわち、筐体１０の側面４２に設けられた固定部１８は側面４２の固定部１８以外の領域よりも一段高く形成され、筐体１０の側面４４に設けられた固定部１８は側面４４の固定部１８以外の領域よりも一段高く形成されている。これにより、レーザモジュール１００ａを外部部品に固定すると、筐体１０のうちの固定部１８のみが外部部品に接するようになる。
　受光素子２０ａ、２０ｂは、例えば半導体フォトダイオードであり、筐体１０の外側で筐体１０の下面５０に組み付けられている。受光素子２０ａは、ダイクロイックプリズム１４ａと筐体１０を挟んだ位置に組み付けられ、レーザ素子１２ａ及びレーザ素子１２ｂで発振され、ダイクロイックプリズム１４ａで第２方向に分光されたレーザ光を受光する。受光素子２０ｂは、ダイクロイックプリズム１４ｂと筐体１０を挟んだ位置に組み付けられ、レーザ素子１２ｃで発振され、ダイクロイックプリズム１４ｂで第２方向に分光されたレーザ光を受光する。受光素子２０ａ、２０ｂが光電変換によって出力する電流（モニタ値）は、制御部７０に入力される。制御部７０は、受光素子２０ａ、２０ｂのモニタ値に基づいてレーザ素子１２ａ～１２ｃをフィードバック制御する。
　図８（ａ）から図８（ｄ）は、受光素子の平面図である。図８（ａ）は、受光素子２０ａの平面図、図８（ｂ）は、受光素子２０ｂの平面図である。図８（ａ）のように、受光素子２０ａは、赤色レーザ光の波長帯に感度を有して赤色レーザ光を受光する受光領域９０と、緑色レーザ光の波長帯に感度を有して緑色レーザ光を受光する受光領域９２と、を有して構成されている。図８（ｂ）のように、受光素子２０ｂは、青色レーザ光の波長帯に感度を有して青色レーザ光を受光する受光領域９４を有して構成されている。このとき、受光領域９０～９４はレーザ光の放射範囲を規定するものではなく、例えば図８（ａ）の一点鎖線のように赤色レーザ光と緑色レーザ光の合成光が所定の範囲に放射される。
　なお、赤色レーザ光はダイクロイックプリズム１４ａを全透過し、緑色レーザ光はダイクロイックプリズム１４ａを全反射して合成され、ダイクロイックプリズム１４ｂで透過光と反射光に分光される構成でもよい。この場合、ダイクロイックプリズム１４ｂの分光特性は、透過する赤色レーザ光と緑色レーザ光の合成光よりも反射する合成光の方が高光強度となるように構成され、青色レーザ光は上記と同様に構成される。この場合、図８（ｃ）のように、受光素子２０ｂは、赤色レーザ光の波長帯に感度を持つ受光領域９０と、緑色レーザ光の波長帯に感度を持つ受光領域９２と、青色レーザ光の波長帯に感度を持つ受光領域９４とを有する構成とし、受光素子２０ａは不要となる。また、図８（ｄ）のように、受光素子２０ｂは、赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び青色レーザ光の全ての波長帯に感度を有して全てのレーザ光を受光する受光領域９５を有する構成とし、かつ、赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び青色レーザ光それぞれを時間的にずらして発光させ、それぞれのレーザ光が発光している時間内のみ受光素子２０ｂでモニタすることで、受光素子２０ａは不要となる。
　レーザ素子１２ａ～１２ｃ、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂ、ミラー１６、受光素子２０ａ、２０ｂは、筐体１０の側面４２、４４の間に位置して筐体１０に組み付けられている。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）は、レーザモジュールの分解斜視図である。図４（ａ）では、筐体１０及び固定部１８を示し、図４（ｂ）では、レーザ素子１２ａ～１２ｃ、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂ、ミラー１６、及び受光素子２０ａ、２０ｂを示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、レーザ素子１２ａ～１２ｃの発光点２８によって形成される平面を平面３０とする。なお、平面３０が筐体１０やダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂなどと交差する箇所も一点鎖線で示している。筐体１０は平面３０に対して対称形状をしている。筐体１０の前面４０、背面４６、上面４８、及び下面５０は平面３０に交差している。すなわち、筐体１０の前面４０、背面４６、上面４８、及び下面５０の中心線は平面３０に一致する。筐体１０の側面４２、４４は、平面３０の両側に位置していて、例えば平面３０に平行な面となっている。筐体１０の側面４２、４４に設けられた固定部１８は平面３０に対して対称に設けられている。ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂ、ミラー１６、及び受光素子２０ａ、２０ｂは、平面３０に対して対称形状となって筐体１０に組み付けられている。
　すなわち、固定部１８が設けられた側面４２、４４は、レーザ光の出射方向に平行であって、レーザ素子１２ａ～１２ｃの発光点２８は、側面４２、４４から等距離で、側面４２、４４との間の中心に位置している。このため、図２のように１対のつる７２それぞれの取り付け部７８にレーザモジュール１００ａが取り付けられた場合、一方のつる７２にレーザモジュール１００ａの一方の側面４２が取り付けられ、他方のつる７２に他のレーザモジュール１００ａの他方の側面４４が取り付けられるようになり、それぞれのレーザモジュール１００ａのレーザ素子１２ａ～１２ｃの発光点２８は、それぞれの取り付け部７８から等距離となっている。
　このように、筐体１０はレーザ素子１２ａ～１２ｃの発光点２８によって形成される平面３０に対して対称形状をしている。固定部１８は筐体１０の側面４２、４４に平面３０に対して対称に設けられている。これにより、レーザモジュール１００ａは、筐体１０の側面４２、４４の両方において固定部１８によって同様の光学レイアウトで外部部品に固定されることができる。したがって、レーザモジュール１００ａは、出射されるレーザ光の方向が投影ミラー６６の方向のままで、メガネ型の画像投影装置５００の１対のつる７２のいずれにも固定することができる。また、レーザモジュール１００ａを筐体１０の側面４２、４４のどちらの固定部１８で外部部品に固定したとしても、筐体１０は平面３０に対して対称形状であり且つ固定部１８は平面３０に対して対称に設けられているため、同様の放熱性を得ることができる。なお、筐体１０の対称形状及び固定部１８の対称配置は、放熱性の点から完全に対称形状及び完全に対称配置である場合が好ましいが、製造誤差程度の放熱性に影響をほとんど与えない程度に形状や配置が異なる場合でもよい。
　レーザ素子１２ａ～１２ｃの発光点２８によって形成される平面３０は、側面４２の固定部１８までの距離と側面４４の固定部１８までの距離とが等しい。これにより、１対のつる７２のうちの一方のつるの取り付け部７８に筐体１０の一方の側面４２の固定部１８を固定したときと、他方のつるの取り付け部７８に筐体１０の他方の側面４４の固定部１８を固定したときとで、レーザ素子１２ａ～１２ｃの発光点２８の取り付け部７８からの距離が同一になる。したがって、この構成により、レーザモジュール１００ａを、画像投影装置５００の１対のつる７２の双方に取り付けたときに、熱的にも、光学的にも左右対称に取り付けることができる。これにより、同一のレーザモジュール１００ａを、熱的、光学的な性能に与える影響を最小限にして、右目用、左目用どちらにも取り付けることができるようになる。また、画像投影装置５００を、片目用の画像投影装置として、片方のつる７２だけにレーザモジュール１００ａを取り付けてもよく、左右いずれのつる７２に取り付ける場合においても、同様の固定方法と同様の放熱性を有し、同様の光学レイアウトを可能とすることで、製造コストを低減したレーザモジュール及びこのレーザモジュールを備えた画像投影装置を提供することが可能となる。
　また、固定部１８が筐体１０の側面４２、４４のうちの固定部１８が設けられた領域以外の領域よりも高くなっていることで、レーザモジュール１００ａを固定部１８によって外部部品に固定した場合、側面４２、４４のうちの固定部１８のみが外部部品に接触することになる。このため、レーザモジュール１００ａを筐体１０の側面４２、４４のどちらの固定部１８で外部部品に固定したとしても、固定による光学的な歪みを最小限に抑えながら、同様の放熱性が得られ易くなる。
　また、図４（ｂ）のように、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂ、ミラー１６、及び受光素子２０ａ、２０ｂが平面３０に対して対称形状となって筐体１０に組み付けられていることで、レーザモジュール１００ａを筐体１０の側面４２、４４のどちらの固定部１８で外部部品に固定した場合でも同様の放熱性がより得られ易くなる。また、図３（ａ）から図３（ｃ）のように、レーザ素子１２ａ～１２ｃ、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂ、ミラー１６、及び受光素子２０ａ、２０ｂが筐体１０の側面４２、４４の間に位置して筐体１０に組み付けられていることで、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂ、ミラー１６、及び受光素子２０ａ、２０ｂを平面３０に対して対称形状となるように容易に組み付けることができる。
　図５は、筐体へのレーザ素子の組み付けを説明する斜視図である。レーザ素子１２ａ～１２ｃを筐体１０に組み付ける前に、筐体１０にはダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂ及びミラー１６が組み付けられている。レーザ素子１２ａ～１２ｃは、筐体１０に対してＸ軸方向（筐体１０の幅方向）、Ｙ軸方向（筐体１０の高さ方向）、及びＺ軸方向（筐体１０の奥行き方向）に平行移動が可能、且つ、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に対して回転移動が可能となっている。レーザ素子１２ａ～１２ｃは、筐体１０に組み付ける際、レーザ素子１２ａ～１２ｃで発振したレーザ光が、ダイクロイックプリズム１４ｂの後段に配置されるレンズによって、レーザモジュール１００ａの外部で同じ位置に集光されるように、レーザ素子１２ａ～１２ｃをＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行移動及び回転移動させて光軸及び焦点距離の調整を行い、図示しない接着剤で固定される。受光素子２０ａ、２０ｂは、筐体１０の下面５０に予め設計位置に固定されていても良いし、レーザ素子１２ａ～１２ｃを調整及び固定した後に、最適な位置に調整及び固定してもよい。受光素子２０ａ、２０ｂを調整及び固定する場合、受光素子２０ａ、２０ｂは、筐体１０の下面５０に対してＸ軸方向（筐体１０の幅方向）、及びＺ軸方向（筐体１０の奥行き方向）に平行移動が可能となっており、受光素子はより最適な位置に調整することが可能となる。レーザ素子１２ａ～１２ｃで発振されるレーザ光の光強度は、受光素子２０ａ、２０ｂからの電流信号を受信した制御部７０によって適切な光強度に制御される。
　図６は、レーザモジュールから出射されるレーザ光の焦点を示す図である。図６のように、レーザ素子１２ａ～１２ｃをＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行移動及び回転移動させて光軸合わせを行うことで、レーザ素子１２ａ～１２ｃで発振されたレーザ光は、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂによって同軸上に合成され、ダイクロイックプリズム１４ｂの後段に配置されるレンズ６０によってレーザモジュール１００ａの外部で同じ位置に集光されて１つの焦点３２を形成する。焦点３２は、図２において、走査ミラー６４の後段且つ投影ミラー６６の前段でレーザ光７６が集光する点に相当する。
　レーザ素子１２ａ～１２ｃから出射されたレーザ光の焦点位置が互いにずれると色再現性が低下して良質な画像を投影することが難しくなる。しかしながら、実施例２では、レーザ素子１２ａ～１２ｃから出射されてダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂを経由したレーザ光はレンズ６０によって筐体１０の外部で同じ位置に集光されるため、色再現性の低下が抑制されて良質な画像を投影することができる。
　実施例２によれば、画像投影装置５００はレーザ素子１２ａ～１２ｃが発振するレーザ光を外部に出射する第１方向のレーザ光と受光素子２０ａ、２０ｂに入射する第２方向のレーザ光とに分光するダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂを有するレーザモジュール１００ａを備える。ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂは、外部に出射する第１方向のレーザ光の光量が受光素子２０ａ、２０ｂに入射する第２方向のレーザ光の光量よりも小さくなる分光特性を有する。このため、実施例１と同じように、光強度の小さいレーザ光の出射と受光素子の検出感度の低下抑制とを実現できる。
　図６のように、レーザ素子１２ａ、１２ｂが発振し、ダイクロイックプリズム１４ａによって外部に出射する第１方向に分光されたレーザ光は、ダイクロイックプリズム１４ａによって同軸上に合成される。これにより、レーザ素子１２ａ、１２ｂが発振したレーザ光をレンズ６０によって同じ位置に集光することを容易にでき、色再現性の低下が抑制された良質な画像を投影することができる。
　受光素子は、図８（ａ）及び図８（ｃ）のように複数のレーザ素子それぞれが発振するレーザ光の波長帯それぞれに感度を有する複数の受光領域を備えていてもよいし、図８（ｄ）のように複数のレーザ素子それぞれが発振するレーザ光の全ての波長帯に感度を有する１つの受光領域を備えていてもよい。図８（ａ）及び図８（ｃ）の場合、複数のレーザ素子それぞれに対応した複数の受光素子を搭載する場合に比べ、モジュールの小型化と部品点数削減によるモジュールのコストダウンを図ることができる。また、複数のレーザ素子の光量を同時にフィードバック制御することも可能である。一方、図８（ｄ）のように１つの受光領域で複数のレーザ素子それぞれが発振するレーザ光を受光する場合、複数のレーザ素子の光量を同時にフィードバック制御することは出来ないが、受光素子のモニタ回路の簡略化と部品点数の削減によるモジュールのコストダウンが期待できる。
　図６のように、レーザ素子１２ａ～１２ｃが発振するレーザ光はレンズを介さずにダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂに入射する。このように、レーザ素子１２ａ～１２ｃとダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂとの間にレンズが設けられていないことで、レーザモジュール１００ａを小型化することができる。すなわち、図６のように、レンズはレンズ６０の１つのみであるため、複数のレンズを使用したときの収差や色再現性の低下が抑制できると同時に、レーザモジュール１００ａの小型化を実現している。また、レーザ素子１２ａ～１２ｃとダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂとの間にレンズが設けられていない場合、受光素子２０ａ、２０ｂが受光するレーザ光は発散光である。レーザモジュール１００ａの小型化により受光素子２０ａ、２０ｂの受光面積が小さくなると、受光素子２０ａ、２０ｂが発散光のレーザ光を受光する場合には、受光するレーザ光の光量がより小さくなる。したがって、受光素子２０ａ、２０ｂが受光するレーザ光が発散光である場合には、上述したような、受光素子２０ａ、２０ｂ側に分光されるレーザ光の光量を大きくするダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂを用いることが好ましい。
　図７は、変形例に係るレーザモジュールの分解斜視図である。図７のように、変形例のレーザモジュール１００ｂでは、筐体１０の側面４２、４４に、レーザ素子１２ａ～１２ｃから出射されるレーザ光の反射を抑制するフィルム３４が設けられている。フィルム３４は、例えば誘電体材料を蒸着又はスパッタリングで積層したＡＲ（Anti-Reflection）シートや、連続微細多孔質の樹脂を利用した光吸収シートなどで形成されている。その他の構成は、レーザモジュール１００ａと同じであるため説明を省略する。
　フィルム３４が筐体１０の側面４２、４４に設けられていてもよい。これにより、レーザ素子１２ａ～１２ｃから出射されるレーザ光の迷光を抑制することができる。また、外部からの光の入射も抑制できる。筐体１０の側面４２、４４のいずれの固定部１８で外部部品に固定した場合でも、放熱性や迷光の抑制が同程度となるように、フィルム３４は筐体１０の側面４２、４４に平面３０に対して対称形状をして設けられていることが好ましい。
　なお、実施例２の画像投影装置５００では、両方の眼に画像を投影する場合を例に示したが、片方の眼のみに画像を投影する場合でもよい。この場合、片方のつる７２だけにレーザモジュール１００ａなどが取り付けられてもよい。また、レーザモジュール１００ａは、赤色、緑色、青色のレーザ光を発振するレーザ素子１２ａ～１２ｃを備える場合を例に示したが、その他の波長帯のレーザ光を発振する３つ以上の複数のレーザ素子を備える場合でもよい。
　実施例２では、レーザモジュールを備えたレーザ投射装置として網膜投射型の画像投影装置の場合を例に示したが、網膜投射型以外の画像投影装置や、画像投影装置以外の例えば弱い光によって励起される蛍光染料を検出するセンシング装置など、その他のレーザ投射装置の場合でもよい。
　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (8)

  1. 　レーザ素子と、
    　前記レーザ素子が発振するレーザ光を第１方向と第２方向に分光すると共に、前記第１方向に分光する第１レーザ光の光量が前記第２方向に分光する第２レーザ光の光量よりも小さい光学素子と、
    　前記光学素子によって前記第２方向に分光された前記第２レーザ光を受光する受光素子と、を備えるレーザモジュール。
  2. 　複数の前記レーザ素子を備え、
    　前記光学素子は前記複数のレーザ素子が発振する複数のレーザ光それぞれを前記第１方向の前記第１レーザ光と前記第２方向の前記第２レーザ光とに分光し、
    　前記複数のレーザ素子それぞれにおける前記第１レーザ光は前記光学素子によって同軸上に合成される、請求項１記載のレーザモジュール。
  3. 　前記複数のレーザ素子はそれぞれ異なる波長帯のレーザ光を発振し、
    　前記受光素子は前記複数のレーザ素子が発振する複数のレーザ光の波長帯それぞれに感度を有する複数の受光領域を備える、請求項２記載のレーザモジュール。
  4. 　前記複数のレーザ素子はそれぞれ異なる波長帯のレーザ光を発振し、
    　前記受光素子は前記複数のレーザ素子が発振する複数のレーザ光の波長帯全てに感度を有する１つの受光領域を備える、請求項２記載のレーザモジュール。
  5. 　前記レーザ素子が発振するレーザ光はレンズを介さずに前記光学素子に入射する、請求項１から４のいずれか一項記載のレーザモジュール。
  6. 　前記受光素子が受光する前記第２レーザ光は発散光である、請求項１から５のいずれか一項記載のレーザモジュール。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項記載のレーザモジュールと、
    　前記レーザモジュールから出射された前記第１レーザ光を被投射体に投射する投射光学部材と、を備えるレーザ投射装置。
  8. 　前記第１レーザ光を走査する走査光学部材を備え、
    　前記投射光学部材は、前記走査光学部材で走査された前記第１レーザ光をユーザの網膜に投射して前記網膜に画像を投影する、請求項７記載のレーザ投射装置。
    　
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