WO2018179860A1 - レーザモジュール及び画像投影装置 - Google Patents

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WO2018179860A1
WO2018179860A1 PCT/JP2018/004026 JP2018004026W WO2018179860A1 WO 2018179860 A1 WO2018179860 A1 WO 2018179860A1 JP 2018004026 W JP2018004026 W JP 2018004026W WO 2018179860 A1 WO2018179860 A1 WO 2018179860A1
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WO
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laser
housing
light
laser module
elements
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PCT/JP2018/004026
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English (en)
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Inventor
神戸聡
鈴木誠
森野誠治
武政敬三
Original Assignee
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
    • H04N5/64—Constructional details of receivers, e.g. cabinets or dust covers

Definitions

  • the present invention relates to a laser module and an image projection apparatus.
  • a laser module that includes a plurality of laser elements and synthesizes laser beams from these laser elements and emits them to the outside is known (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • an image projection apparatus such as a head-mounted display that directly projects an image on a user's retina by irradiating the user's eyes with laser light emitted from the laser module is known. (For example, Patent Documents 3 and 4).
  • the laser module when the laser module is used in an eyeglass-type image projection device such as a head-mounted display, it is desirable to fix the laser module to the eyeglass vine in consideration of fiber routing and portability, and a right eye laser. More preferably, the module is fixed to the right-eye vine and the left-eye laser module is fixed to the left-eye vine. In this case, the right eye laser module and the left eye laser module have different fixing directions and heat dissipation directions, so it is conceivable to design laser modules dedicated to the right eye and the left eye. However, considering the manufacturing cost, it is desirable that the same laser module can be shared for the right eye and the left eye.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a laser module that can be fixed in different directions and that has the same heat dissipation property when it is fixed in any direction, and enables the same optical layout, and the laser module
  • An object of the present invention is to provide an image projection apparatus including the above.
  • the present invention includes a plurality of laser elements having different oscillation wavelengths, a casing in which the plurality of laser elements are assembled, and a symmetrical shape with respect to a plane formed by light emitting points of the plurality of laser elements, and the casing And an optical element that receives laser beams from the plurality of laser elements, synthesizes the laser beams, and emits them to the front side intersecting the plane of the casing, and both sides of the plane of the casing And a fixing portion that is provided symmetrically with respect to the plane and fixed to an external part on both side surfaces positioned at the side.
  • the fixed portion may be provided higher than the region other than the fixed portion on both side surfaces of the housing.
  • a light receiving element that is assembled to the housing and monitors the intensity of the laser light emitted from the plurality of laser elements is provided, and the optical element and the light receiving element are symmetrical with respect to the plane. And can be configured to be assembled to the housing.
  • the plurality of laser elements, the optical element, and the light receiving element may be positioned between both side surfaces of the casing and assembled to the casing.
  • the casing has a frame shape in which a space is provided inside, and the plurality of laser elements are assembled to the casing so as to emit the laser light toward the space.
  • the said optical element can be set as the structure assembled
  • the laser light emitted from the plurality of laser elements and passing through the optical element may be condensed at the same position outside the housing by a lens.
  • the laser light emitted from the plurality of laser elements can be incident on the optical element without passing through a lens.
  • it may be configured to include a film that is provided on both side surfaces of the casing and suppresses reflection of light.
  • the present invention provides the laser module according to any one of the above, a scanning optical member that scans the laser light emitted from the laser module, and the laser light scanned by the scanning optical member is projected onto a user's retina. And a projection optical member that projects an image on the retina.
  • the image projection device has a pair of vines having an eyeglass shape and an attachment part to which the laser module can be attached, and the attachment part of one of the pair of vines is attached to the attachment part.
  • the other vine of light emitting points of the plurality of laser elements when the fixing portion on the other side surface of the two side surfaces of the housing constituting the laser module is attached to the attachment portion of the other vine.
  • the distance from the attachment portion may be an equal distance.
  • the present invention it is possible to obtain a laser module that can be fixed in different directions and has the same heat dissipation property even if fixed in any direction, and enables the same optical layout.
  • FIG. 1 is a diagram of an image projection apparatus including the laser module according to the first embodiment viewed from above.
  • 2A is a front view of the laser module according to the first embodiment
  • FIG. 2B is a side view of FIG. 2A viewed from the direction A
  • FIG. 2C is FIG. ) Is a side view seen from the B direction.
  • FIGS. 3A and 3B are exploded perspective views of the laser module according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining assembly of the laser element to the housing.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the focal point of the laser light emitted from the laser module according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the laser module according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 7A to FIG. 7D are plan views of the light receiving element.
  • FIG. 1 is a diagram of an image projection apparatus provided with a laser module according to the first embodiment as viewed from above.
  • the image projection apparatus 500 includes a laser module 100, 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 100, a lens 60, a mirror 62, and a scanning mirror 64.
  • the laser module 100 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 control unit 70 controls the emission of the laser beam 76 from the laser module 100 based on the input image data. As described above, the image data is converted by the laser module 100 into the laser beam 76 that is an image beam.
  • 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 composite lens of a collimator lens and an objective lens, and converts the laser light 76 emitted from the laser module 100 into convergent light that slightly converges from the divergent light.
  • the lens 60 may be integrated with the laser module 100 or may be a separate component from the laser module 100.
  • 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. However, if the scanning optical member can scan the laser beam, for example, lithium tantalate niobate (KTN), which is an electro-optical material, is used. Other scanners such as crystals may be used.
  • KTN lithium tantalate niobate
  • 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 each of the pair of vines 72 of the glasses is provided with the laser module 100 or the like, the user can recognize an 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 irradiated to 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 case where 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 the retina 82, and may be a diffraction grating or a lens, for example. .
  • a lens When a lens is used as the projection optical member, it can be realized by disposing a non-condensing mirror and disposing the lens on the eyeball 80 side of the mirror, and also arranging the optical system such as the laser module 100 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 100 includes a housing 10, laser elements 12a to 12c, dichroic prisms 14a and 14b, a mirror 16, a fixing unit 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 laser light is emitted 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 enter 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 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 and reflected light, and makes the amount of reflected light smaller than the amount of transmitted light. 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 combines laser light
  • other optical elements such as a plate-like dichroic mirror may be used.
  • the dichroic prisms 14a and 14b have spectral characteristics in which the amount of laser light emitted to the outside is smaller than the amount of laser light incident on the light receiving elements 20a and 20b. Since the laser light emitted from the laser module 100 is applied to the retina 82, the light intensity is preferably small. For this reason, it is conceivable to reduce the light intensity of the laser light oscillated by the laser elements 12a to 12c, but there is a limit (for example, about several mW) in the oscillation of the laser light having a low light intensity, and the light intensity is higher than that. It is difficult to stably oscillate a small laser beam.
  • laser light having a light amount smaller than the laser light oscillated by the laser elements 12a to 12c is emitted from the laser module 100 to the outside.
  • the light intensity of the laser beam emitted to the outside can be reduced while realizing stable oscillation of the laser beam by ⁇ 12c.
  • 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 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 100 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 element 12a and the laser element 12b and dispersed by the dichroic prism 14a.
  • the light receiving element 20b is assembled at a position sandwiching the dichroic prism 14b and the housing 10, and receives the laser light oscillated by the laser element 12c and dispersed 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.
  • the light receiving elements 20a and 20b are also downsized to reduce the light receiving area. For this reason, we are anxious about the fall of the detection accuracy of light receiving element 20a, 20b.
  • laser light having a light quantity more than half of the laser light oscillated by the laser elements 12a to 12c by the dichroic prisms 14a and 14b is emitted to the light receiving elements 20a and 20b. The amount of laser light that can be detected is increased, and a decrease in detection accuracy can be suppressed.
  • FIG. 7A is a plan view of the light receiving element 20a
  • FIG. 7B is a plan view of the light receiving element 20b.
  • the light receiving element 20a has a sensitivity in the wavelength band of the red laser light and a light receiving region 90 for receiving the red laser light and a sensitivity in the wavelength band of the green laser light and the green laser.
  • the light receiving element 20b is configured to have 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 within a predetermined range as shown by the one-dot chain line in FIG. Is done.
  • 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 has sensitivity to all the wavelength bands of red laser light, green laser light, and blue laser light and receives all the 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 light receiving element may include a plurality of light receiving regions having sensitivity in each of the wavelength bands of the plurality of laser beams oscillated by the plurality of laser elements, or a plurality of laser beams oscillated by the plurality of laser elements.
  • One light receiving region having sensitivity in all the wavelength bands may be provided.
  • 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.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are exploded perspective views of the laser module according to the first embodiment.
  • 3A shows the housing 10 and the fixing portion 18, and
  • FIG. 3B 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.
  • the laser module 100 is attached to each attachment portion 78 of the pair of vines 72 as shown in FIG. 1, one side surface 42 of the laser module 100 is attached to one vine 72 and the other vine 72 is attached to the other vine 72.
  • the other side surface 44 of the other laser module 100 is attached, and the light emission points 28 of the laser elements 12a to 12c of the respective laser modules 100 are equidistant from the respective attachment portions 78.
  • FIG. 4 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 100 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 of the first embodiment that receives the current signal from the light receiving elements 20a and 20b.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the focal point of the laser light emitted from the laser module according to the first embodiment.
  • the laser elements oscillated by the laser elements 12a to 12c are obtained by performing optical axis alignment by moving the laser elements 12a to 12c in parallel with the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • the dichroic prisms 14a and 14b are combined on the same axis and are condensed at the same position outside the laser module 100 by the lens 60 arranged at the rear 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 housing 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. I am doing.
  • the fixing portion 18 is provided symmetrically with respect to the plane 30 on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10. Accordingly, the laser module 100 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 100 can be fixed to any of the pair of vines 72 of the eyeglass-type image projection device 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 a manufacturing error.
  • the shape and arrangement may differ to some extent.
  • the fixing part 18 is provided higher than the area other than the area where the fixing part 18 is provided on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10.
  • the dichroic prisms 14a and 14b, the mirror 16, and the light receiving elements 20a and 20b are symmetric with respect to the plane 30 and assembled to the housing 10.
  • the parts assembled to the housing 10 are also symmetrical with respect to the plane 30, so that the laser module 100 can be fixed to the external parts by the fixing portions 18 of the side surfaces 42 and 44 of the housing 10. It is easy to obtain the same heat dissipation.
  • the laser elements 12a to 12c, the dichroic prisms 14a and 14b, the mirror 16, and the light receiving elements 20a and 20b are provided between the side surfaces 42 and 44 of the housing 10. And is assembled to the housing 10. Thereby, 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.
  • the laser elements 12a to 12c are assembled to the housing 10 so that the laser beam is emitted toward the space 22 provided inside the housing 10. .
  • the dichroic prisms 14 a and 14 b are located in the space 22 and assembled to the housing 10. Thereby, the laser module 100 can be reduced in size. By downsizing the laser module 100, it becomes easy to attach the laser module 100 to the eyeglass vine 72 in the eyeglass-type image projection apparatus 500 of FIG.
  • 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. For this reason, when the fixing part 18 of the one side 42 of the housing
  • the laser module 100 when the laser module 100 is attached to both of the pair of vines 72 of the image projection apparatus 500, it can be attached thermally and optically symmetrically. As a result, the same laser module 100 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 100 may be attached to only 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 image projection apparatus 500 provided with the laser module 100, if the focal positions of the laser beams emitted from the laser elements 12a to 12c are deviated from each other, the color reproducibility is lowered and it becomes difficult to project a good quality image.
  • the laser light emitted from the laser elements 12a to 12c and passing through the dichroic prisms 14a and 14b is condensed at the same position outside the housing 10 by the lens 60. The For this reason, it is possible to project a high-quality image while suppressing a decrease in color reproducibility.
  • the laser light emitted from the laser elements 12a to 12c is incident on the dichroic prisms 14a and 14b without passing through the lens.
  • the laser module 100 can be reduced in size. That is, in the configuration shown in FIG. 5, since there is only one lens 60, the aberration when using a plurality of lenses and the decrease in color reproducibility can be suppressed, and at the same time, the laser module 100 can be downsized. Realized.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the laser module according to the first modification of the first embodiment.
  • a film 34 that suppresses reflection of laser light emitted from the laser elements 12 a to 12 c is provided on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10. ing.
  • 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 first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the film 34 may be provided on the side surfaces 42 and 44 of the housing 10 as in the first modification of the first embodiment. 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 case where the laser elements 12a to 12c that oscillate red, green, and blue laser beams are illustrated as an example. However, laser beams with other wavelengths are oscillated. It is also possible to have three or more laser elements. Further, in the first embodiment and the first modification of the first embodiment, the case of the image projection apparatus is shown as an example of the apparatus provided with the laser module. However, other apparatuses may be used.

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Abstract

発振波長が異なる複数のレーザ素子１２ａ～１２ｃと、複数のレーザ素子１２ａ～１２ｃが組み付けられ、複数のレーザ素子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た筐体１０と、筐体１０に組み付けられ、複数のレーザ素子１２ａ～１２ｃからのレーザ光が入射され、レーザ光を合成して筐体１０の平面３０に交差する前面４０側に出射するダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂと、筐体１０の平面３０の両側に位置する両側面４２、４４に平面３０に対して対称に設けられ、外部部品に固定される固定部１８と、を備えるレーザモジュール。

Description

レーザモジュール及び画像投影装置
　本発明は、レーザモジュール及び画像投影装置に関する。
　複数のレーザ素子を備え、これらレーザ素子からのレーザ光を合成して外部に出射するレーザモジュールが知られている（例えば、特許文献１、２）。レーザモジュールを備えた装置の一例として、レーザモジュールから出射されたレーザ光をユーザの目に照射することで、ユーザの網膜に画像を直接投影するヘッドマウントディスプレイなどの画像投影装置が知られている（例えば、特許文献３、４）。
特開２０００－１２９５７号公報 特開２００３－６６３６９号公報 特開２００９－２５８６８６号公報 特開２０１５－１１１２３１号公報
　例えば、レーザモジュールをヘッドマウントディスプレイなどのメガネ型の画像投影装置に用いた場合、ファイバの引き回しや携帯性などを考慮すると、レーザモジュールをメガネのつるに固定することが望ましく、且つ右目用のレーザモジュールを右目側のつるに、左目用のレーザモジュールを左目側のつるに固定することがより望ましい。この場合、右目用のレーザモジュールと左目用のレーザモジュールとでは固定方向や放熱方向が異なることになるため、右目用と左目用それぞれ専用のレーザモジュールを設計することが考えられる。しかしながら、製造コストなどを考慮すると、同じレーザモジュールを右目用と左目用とで共用できることが望ましい。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、異なる方向に固定でき且ついずれの方向に固定した場合でも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を目的とする。
　本発明は、発振波長が異なる複数のレーザ素子と、前記複数のレーザ素子が組み付けられ、前記複数のレーザ素子の発光点によって形成される平面に対して対称形状をした筐体と、前記筐体に組み付けられ、前記複数のレーザ素子からのレーザ光が入射され、前記レーザ光を合成して前記筐体の前記平面に交差する前面側に出射する光学素子と、前記筐体の前記平面の両側に位置する両側面に前記平面に対して対称に設けられ、外部部品に固定される固定部と、を備えるレーザモジュールである。
　上記構成において、前記筐体の両側面において、前記固定部は前記固定部以外の領域よりも高くなって設けられている構成とすることができる。
　上記構成において、前記筐体に組み付けられ、前記複数のレーザ素子が出射した前記レーザ光の強度をモニタする受光素子を備え、前記光学素子及び前記受光素子は、前記平面に対して対称形状となって前記筐体に組み付けられてい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と前記光学素子と前記受光素子とは、前記筐体の両側面の間に位置して前記筐体に組み付けられている構成とすることができる。
　上記構成において、前記筐体は、内側に空間が設けられた枠体形状を有し、前記複数のレーザ素子は、前記空間に向かって前記レーザ光を出射するように前記筐体に組み付けられ、前記光学素子は、前記空間内に位置して前記筐体に組み付けられてい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から出射されて前記光学素子を経由した前記レーザ光は、レンズによって前記筐体の外部で同じ位置に集光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から出射された前記レーザ光は、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、前記筐体の両側面に設けられ、光の反射を抑制するフィルムを備え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レーザ光を走査する走査光学部材と、前記走査光学部材で走査された前記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投影光学部材と、を備える画像投影装置である。
　上記構成において、前記画像投影装置は、メガネ形状であって、前記レーザモジュールが取り付け可能な取り付け部を有する１対のつるを備え、前記１対のつるのうちの一方のつるの前記取り付け部に前記レーザモジュールを構成する前記筐体の両側面のうちの一方の側面の前記固定部が取り付けられたときの前記複数のレーザ素子の発光点の前記一方のつるの前記取り付け部からの距離と、他方のつるの前記取り付け部に前記レーザモジュールを構成する前記筐体の両側面のうちの他方の側面の前記固定部が取り付けられたときの前記複数のレーザ素子の発光点の前記他方のつるの前記取り付け部からの距離と、は等距離である構成とすることができる。
　本発明によれば、異なる方向に固定でき且ついずれの方向に固定した場合でも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レーザモジュールが得られる。
図１は、実施例１に係るレーザモジュールを備えた画像投影装置を上方から見た図である。 図２（ａ）は、実施例１に係るレーザモジュールの前面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）をＡ方向から見た側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）をＢ方向から見た側面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例１に係るレーザモジュールの分解斜視図である。 図４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５は、実施例１に係る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は、実施例１の変形例１に係るレーザモジュールの分解斜視図である。 図７（ａ）から図７（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を備えた画像投影装置を上方から見た図である。図１のように、画像投影装置５００は、レーザモジュール１００、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１００、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１００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１００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１００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１００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１００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１００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１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、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１００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に照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１では、投影光学部材として投影ミラー６６の場合を例に説明するが、投影光学部材はレーザ光を網膜８２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。投影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１００、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２（ａ）は、実施例１に係るレーザモジュールの前面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）をＡ方向から見た側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）をＢ方向から見た側面図である。図２（ａ）から図２（ｃ）のように、レーザモジュール１００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出射するように筐体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と反射光に分光すると共に、透過光の光量を反射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と反射光に分光すると共に、反射光の光量を透過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と反射光に分光すると共に、反射光の光量を透過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を用いてもよい。
　このように、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂは、外部に出射されるレーザ光の光量が受光素子２０ａ、２０ｂに入射するレーザ光の光量よりも小さくなる分光特性を有する。レーザモジュール１００から出射されるレーザ光は、網膜８２に照射されることから、光強度が小さいことが好ましい。このため、レーザ素子１２ａ～１２ｃが発振するレーザ光の光強度を小さくす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（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を安定して発振することは難しい。しかしながら、上記の分光特性を有するダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂを用いることで、レーザ素子１２ａ～１２ｃが発振するレーザ光よりも光量の小さいレーザ光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１２ａ～１２ｃによるレーザ光の安定発振を実現しつつ、外部に出射されるレーザ光の光強度を小さくできる。
　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１００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１００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。
　レーザモジュール１００の小型化が進むと、受光素子２０ａ、２０ｂも小型化して受光面積が小さくなる。このため、受光素子２０ａ、２０ｂの検出精度の低下が懸念される。しかしながら、上述したように、ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂによってレーザ素子１２ａ～１２ｃが発振するレーザ光の半分以上の光量を有するレーザ光が受光素子２０ａ、２０ｂに放射されるため、受光素子２０ａ、２０ｂで検出できるレーザ光の光量が増えて検出精度の低下を抑制できる。
　図７（ａ）から図７（ｄ）は、受光素子の平面図である。図７（ａ）は、受光素子２０ａの平面図、図７（ｂ）は、受光素子２０ｂの平面図である。図７（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７（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７（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７（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７（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。
　このように、受光素子は、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ていてもよいし、複数のレーザ素子が発振する複数の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。
　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３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例１に係るレーザモジュールの分解斜視図である。図３（ａ）では、筐体１０及び固定部１８を示し、図３（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３（ａ）及び図３（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１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１００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１００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１００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１００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。
　図４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１００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実施例１の制御部７０によって適切な光強度に制御される。
　図５は、実施例１に係る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５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１００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１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。
　実施例１のレーザモジュール１００によれば、図２（ａ）から図３（ａ）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１００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１００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１００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ほとんど影響を与えない程度に形状や配置が異なる場合でもよい。
　固定部１８は、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設けられている。これにより、レーザモジュール１００を固定部１８によって外部部品に固定した場合、筐体１０の側面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１００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。
　図３（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。このように、筐体１０に組み付けられる部品も平面３０に対して対称形状とすることで、レーザモジュール１００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、同様の放熱性が得られ易くなる。また、図２（ａ）から図２（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。これにより、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２（ｂ）及び図２（ｃ）のように、レーザ素子１２ａ～１２ｃは筐体１０の内側に設けられた空間２２に向かってレーザ光が出射するように筐体１０に組み付けられている。ダイクロイックプリズム１４ａ、１４ｂは空間２２内に位置して筐体１０に組み付けられている。これにより、レーザモジュール１００を小型化することができる。レーザモジュール１００が小型化することで、図１の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１００を取り付け易くなる。
　また、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。このため、１対のつる７２のうちの一方のつるの取り付け部７８にレーザモジュール１００を構成する筐体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にレーザモジュール１００を構成する筐体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、このレーザモジュール１００の構成により、レーザモジュール１００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１００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１００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。
　レーザモジュール１００を備えた画像投影装置５００において、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１によれば、図５のように、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。このため、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。
　図５のように、レーザ素子１２ａ～１２ｃから出射された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に入射している。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１００を小型化することができる。すなわち、図５に示す構成で、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１００の小型化を実現している。
　図６は、実施例１の変形例１に係るレーザモジュールの分解斜視図である。図６のように、実施例１の変形例１のレーザモジュール１１０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、実施例１と同じであるため説明を省略する。
　実施例１の変形例１のように、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。
　実施例１及び実施例１の変形例１のレーザモジュールでは、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ている場合でもよい。また、実施例１及び実施例１の変形例１では、レーザモジュールを備えた装置として画像投影装置の場合を例に示したが、その他の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 (10)

  1. 　発振波長が異なる複数のレーザ素子と、
    　前記複数のレーザ素子が組み付けられ、前記複数のレーザ素子の発光点によって形成される平面に対して対称形状をした筐体と、
    　前記筐体に組み付けられ、前記複数のレーザ素子からのレーザ光が入射され、前記レーザ光を合成して前記筐体の前記平面に交差する前面側に出射する光学素子と、
    　前記筐体の前記平面の両側に位置する両側面に前記平面に対して対称に設けられ、外部部品に固定される固定部と、を備えるレーザモジュール。
  2. 　前記筐体の両側面において、前記固定部は前記固定部以外の領域よりも高くなって設けられている、請求項１記載のレーザモジュール。
  3. 　前記筐体に組み付けられ、前記複数のレーザ素子が出射した前記レーザ光の強度をモニタする受光素子を備え、
    　前記光学素子及び前記受光素子は、前記平面に対して対称形状となって前記筐体に組み付けられている、請求項１または２記載のレーザモジュール。
  4. 　前記複数のレーザ素子と前記光学素子と前記受光素子とは、前記筐体の両側面の間に位置して前記筐体に組み付けられている、請求項３記載のレーザモジュール。
  5. 　前記筐体は、内側に空間が設けられた枠体形状を有し、
    　前記複数のレーザ素子は、前記空間に向かって前記レーザ光を出射するように前記筐体に組み付けられ、
    　前記光学素子は、前記空間内に位置して前記筐体に組み付けられている、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. 　前記複数のレーザ素子から出射されて前記光学素子を経由した前記レーザ光は、レンズによって前記筐体の外部で同じ位置に集光される、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. 　前記複数のレーザ素子から出射された前記レーザ光は、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６のいずれか一項記載のレーザモジュール。
  8. 　前記筐体の両側面に設けられ、光の反射を抑制するフィルムを備える、請求項１から７のいずれか一項記載のレーザモジュール。
  9. 　請求項１から８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レーザ光を走査する走査光学部材と、
    　前記走査光学部材で走査された前記レーザ光をユーザの網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、を備える画像投影装置。
  10. 　前記画像投影装置は、メガネ形状であって、前記レーザモジュールが取り付け可能な取り付け部を有する１対のつるを備え、
    　前記１対のつるのうちの一方のつるの前記取り付け部に前記レーザモジュールを構成する前記筐体の両側面のうちの一方の側面の前記固定部が取り付けられたときの前記複数のレーザ素子の発光点の前記一方のつるの前記取り付け部からの距離と、他方のつるの前記取り付け部に前記レーザモジュールを構成する前記筐体の両側面のうちの他方の側面の前記固定部が取り付けられたときの前記複数のレーザ素子の発光点の前記他方のつるの前記取り付け部からの距離と、は等距離である、請求項９記載の画像投影装置。
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