(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO2012073330
(43)【国際公開日】20120607
【発行日】20160526
(54)【発明の名称】レーザ光源ユニット及び画像表示装置
(51)【国際特許分類】
   H01S 5/022 20060101AFI20160422BHJP
   G02B 26/10 20060101ALI20160422BHJP
【FI】
   !H01S5/022
   !G02B26/10 F
   !G02B26/10 C
   !G02B26/10 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】17
【出願番号】2011523252
(21)【国際出願番号】JP2010071366
(22)【国際出願日】20101130
(11)【特許番号】4809507
(45)【特許公報発行日】20111109
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PE,PG,PH,PL,PT,RO,RS,RU,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC,VN,ZA,ZM,ZW
(71)【出願人】
【識別番号】000005016
【氏名又は名称】パイオニア株式会社
【住所又は居所】神奈川県川崎市幸区新小倉1番1号
(71)【出願人】
【識別番号】505472816
【氏名又は名称】マイクロビジョン,インク.
【住所又は居所】アメリカ合衆国 ワシントン州 98052 レッドモンド,185番 アベニュー ノースイースト 6244
(74)【代理人】
【識別番号】100107331
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 聡延
(72)【発明者】
【氏名】下澤 良輔
【住所又は居所】埼玉県川越市山田字西町25番地1 パイオニア株式会社 川越事業所内
(72)【発明者】
【氏名】葛 暁棠
【住所又は居所】埼玉県川越市山田字西町25番地1 パイオニア株式会社 川越事業所内
【テーマコード(参考)】
2H045
5C080
5F173
【Fターム(参考)】
2H045AB01
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2H045BA24
2H045BA43
2H045CB42
5C080AA17
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(57)【要約】
レーザ光源ユニットは、第1乃至第3のレーザ光源から出射されるレーザ光を合成素子により合成して出力する。また、レーザ光源ユニットは、第1乃至第3のレーザ光に対応する第1乃至第3の受光領域を有する受光素子を有し、受光素子は合成素子を経由したレーザ光を受光する。受光素子は、中央に第1の受光領域を有し、その両側に第2及び第3の受光領域を有する。ここで、レーザ光源と受光素子の相対的位置関係については、第1のレーザ光源は、第1のレーザ光のスポットの長軸方向が第1、第2及び第3の受光領域の配列方向に対して略垂直となるように配置され、第2及び第3のレーザ光源は、第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が前記配列方向に対して略平行となるように配置されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれ異なる波長を有する第1、第2及び第3のレーザ光を出射する第1、第2及び第3のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、
前記第1、第2及び第3のレーザ光のそれぞれに対応する第1、第2及び第3の受光領域を有し、前記合成素子を経由したレーザ光を受光する受光素子と、を備え、
前記受光素子は、中央に前記第1の受光領域を有するとともに、その両側に前記第2及び第3の受光領域を有し、
前記第1のレーザ光源は、前記第1のレーザ光のスポットの長軸方向が前記第1、第2及び第3の受光領域の配列方向に対して略垂直となるように配置され、
前記第2及び第3のレーザ光源は、前記第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が前記配列方向に対して略平行となるように配置されていることを特徴とするレーザ光源ユニット。
【請求項2】
前記第1のレーザ光源の発光効率は、前記第2及び第3のレーザ光源の発光効率よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項3】
前記第1のレーザ光源は、CANパッケージに取り付けられた状態又はフレームパッケージに取り付けられた状態であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項4】
それぞれ異なる波長を有する第1、第2及び第3のレーザ光を出射する第1、第2及び第3のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、
前記第1、第2及び第3のレーザ光のそれぞれに対応する第1、第2及び第3の受光領域を有し、前記合成素子を経由したレーザ光を受光する受光素子と、を備え、
前記受光素子は、中央に前記第1の受光領域を有するとともに、その両側に前記第2及び第3の受光領域を有し、
前記第1、第2及び第3のレーザ光源は、前記第1、第2及び第3のレーザ光のスポットの短軸方向が、それぞれ前記第1、第2及び第3の受光領域の配列方向と一致しないように配置されていることを特徴とするレーザ光源ユニット。
【請求項5】
前記第1、第2及び第3のレーザ光源は、前記第1、第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が、それぞれ前記配列方向に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項4に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項6】
前記第1、第2及び第3のレーザ光源は、前記第1、第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が、それぞれ前記配列方向と略平行となるように配置されていることを特徴とする請求項4に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のレーザ光源ユニットと、
前記レーザ光源ユニットから出射されたレーザ光を走査して画像表示部に画像を表示する光走査手段と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プロジェクタなどに用いられるレーザ光源ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
複数色の発光素子から出射される光を合成して投射光を生成するプロジェクタなどの装置が知られている。この種の装置では、各発光素子の出力パワーを調整するパワー調整機能を有するものがある。パワー調整機能は、例えば各発光素子からの出射光の一部を光学系により分岐してモニタ用受光素子へ供給し、出射光の光量を示す電気信号をモニタ用受光素子から制御部へ送ることにより、制御部が各発光素子を駆動する駆動電流を調整するものである。このような装置の一例が特許文献1に記載されている。
【0003】
上記のような装置では、出射光の色によって発光素子からの出射効率が異なることがある。また、経年使用によってモニタ用受光素子に照射されるレーザ光の位置がずれていく場合がある。よって、発光素子からの出射光に対して、受光素子を適切な位置に配置することが要求される。この点、特許文献1には、発光素子からの出射光とモニタ用受光素子との位置関係について特に考察は見られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−65012号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、モニタ用受光素子による検出効率を向上させるとともに、モニタ用受光素子上に照射されるレーザ光の位置変化による影響を低減することが可能なレーザ光源ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の発明は、レーザ光源ユニットであって、それぞれ異なる波長を有する第1、第2及び第3のレーザ光を出射する第1、第2及び第3のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記第1、第2及び第3のレーザ光のそれぞれに対応する第1、第2及び第3の受光領域を有し、前記合成素子を経由したレーザ光を受光する受光素子と、を備え、前記受光素子は、中央に前記第1の受光領域を有するとともに、その両側に前記第2及び第3の受光領域を有し、前記第1のレーザ光源は、前記第1のレーザ光のスポットの長軸方向が前記第1、第2及び第3の受光領域の配列方向に対して略垂直となるように配置され、前記第2及び第3のレーザ光源は、前記第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が前記配列方向に対して略平行となるように配置されていることを特徴とする。
【0007】
請求項4に記載の発明は、レーザ光源ユニットであって、それぞれ異なる波長を有する第1、第2及び第3のレーザ光を出射する第1、第2及び第3のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記第1、第2及び第3のレーザ光のそれぞれに対応する第1、第2及び第3の受光領域を有し、前記合成素子を経由したレーザ光を受光する受光素子と、を備え、前記受光素子は、中央に前記第1の受光領域を有するとともに、その両側に前記第2及び第3の受光領域を有し、前記第1、第2及び第3のレーザ光源は、前記第1、第2及び第3のレーザ光のスポットの短軸方向が、それぞれ前記第1、第2及び第3の受光領域の配列方向と一致しないように配置されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施例に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示すレーザ光源ユニットの構成を示す図である。
【図3】モニタ用受光素子の構成及び光スポットの形状を示す図である。
【図4】モニタ用受光素子と光スポットの位置関係を示す。
【図5】第1実施例によるモニタ用受光素子と光スポットの位置関係を示す。
【図6】第2実施例によるモニタ用受光素子と光スポットの位置関係を示す。
【図7】第3実施例によるモニタ用受光素子と光スポットの位置関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の好適な実施形態では、レーザ光源ユニットは、それぞれ異なる波長を有する第1、第2及び第3のレーザ光を出射する第1、第2及び第3のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記第1、第2及び第3のレーザ光のそれぞれに対応する第1、第2及び第3の受光領域を有し、前記合成素子を経由したレーザ光を受光する受光素子と、を備え、前記受光素子は、中央に前記第1の受光領域を有するとともに、その両側に前記第2及び第3の受光領域を有し、前記第1のレーザ光源は、前記第1のレーザ光のスポットの長軸方向が前記第1、第2及び第3の受光領域の配列方向に対して略垂直となるように配置され、前記第2及び第3のレーザ光源は、前記第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が前記配列方向に対して略平行となるように配置されている。
【0010】
上記のレーザ光源ユニットは、第1乃至第3のレーザ光源から出射されるレーザ光を合成素子により合成して出力する。また、レーザ光源ユニットは、第1乃至第3のレーザ光に対応する第1乃至第3の受光領域を有する受光素子を有し、受光素子は、合成素子を経由したレーザ光を受光する。受光素子は、中央に第1の受光領域を有し、その両側に第2及び第3の受光領域を有する。ここで、レーザ光源と受光素子の相対的位置関係については、第1のレーザ光源は、第1のレーザ光のスポットの長軸方向が第1、第2及び第3の受光領域の配列方向に対して略垂直となるように配置され、第2及び第3のレーザ光源は、第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が前記配列方向に対して略平行となるように配置されている。
【0011】
このように、第1のレーザ光のスポットの長軸方向が第1、第2及び第3の受光領域の配列方向に対して略垂直となるように配置することにより、受光素子による第1のレーザ光の受光効率を高くすることができる。また、第2及び第3のレーザ光源を、第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が前記配列方向に対して略平行となるように配置することにより、受光素子におけるレーザ光のスポットの位置が経年変化などによりシフトした場合でも、その変化の影響を低減することができる。
【0012】
上記のレーザ光源ユニットの一態様では、前記第1のレーザ光源の発光効率は、前記第2及び第3のレーザ光源の発光効率よりも小さい。上記のレーザ光源ユニットでは第1のレーザ光の受光効率が高いため、第1のレーザ光源の効率が低い場合でも受光素子は第1のレーザ光を正しく検出することができる。
【0013】
好適な例では、前記第1のレーザ光源は、CANパッケージに取り付けられた状態又はフレームパッケージに取り付けられた状態である。この場合、第1のレーザ光源の方向を容易に変更、調整することができるので、第1乃至第3のレーザ光源と受光素子を上記の相対的位置関係に容易に設定することができる。
【0014】
本発明の他の実施形態では、レーザ光源ユニットは、それぞれ異なる波長を有する第1、第2及び第3のレーザ光を出射する第1、第2及び第3のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を重ね合わせる合成素子と、前記第1、第2及び第3のレーザ光のそれぞれに対応する第1、第2及び第3の受光領域を有し、前記合成素子を経由したレーザ光を受光する受光素子と、を備え、前記受光素子は、中央に前記第1の受光領域を有するとともに、その両側に前記第2及び第3の受光領域を有し、前記第1、第2及び第3のレーザ光源は、前記第1、第2及び第3のレーザ光のスポットの短軸方向が、それぞれ前記第1、第2及び第3の受光領域の配列方向と一致しないように配置されている。
【0015】
上記のレーザ光源ユニットは、第1乃至第3のレーザ光源から出射されるレーザ光を合成素子により合成して出力する。また、レーザ光源ユニットは、第1乃至第3のレーザ光に対応する第1乃至第3の受光領域を有する受光素子を有し、合成素子を経由したレーザ光を受光する。受光素子は、中央に第1の受光領域を有し、その両側に第2及び第3の受光領域を有する。ここで、レーザ光源と受光素子の相対的位置関係については、第1乃至第3のレーザ光源は、第1乃至第3のレーザ光のスポットの短軸方向が、それぞれ第1乃至第3の受光領域の配列方向と一致しないように配置されている。これにより、各レーザ光のスポットが第1乃至第3の受光領域の広い面積をカバーすることになり、各レーザ光の受光効率が向上する。
【0016】
上記のレーザ光源ユニットの一態様では、前記第1、第2及び第3のレーザ光源は、前記第1、第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が、それぞれ前記配列方向に対して斜めに配置されている。この態様では、受光領域に対して楕円形の光スポットが斜めに配置されるので、各受光領域は広い面積でレーザ光を検出することができる。
【0017】
上記のレーザ光源ユニットの他の一態様では、前記第1、第2及び第3のレーザ光源は、前記第1、第2及び第3のレーザ光のスポットの長軸方向が、それぞれ前記配列方向と略平行となるように配置されている。この態様では、受光領域に対して楕円形の光スポットが垂直に近い状態で配置されるので、各受光領域は広い面積でレーザ光を検出することができる。
【0018】
本発明の他の実施形態では、画像表示装置は、上記のレーザ光源ユニットと、前記レーザ光源ユニットから出射されたレーザ光を走査して画像表示部に表示する光走査手段と、を備える。上記のレーザ光源ユニットから出射されたレーザ光を走査して画像表示部に表示することにより、プロジェクタなどの画像表示装置を構成することができる。
【実施例】
【0019】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【0020】
[画像表示装置]
図1は、実施例に係る画像表示装置の構成を示す。図1に示すように、画像表示装置1は、画像信号入力部2と、ビデオASIC3と、フレームメモリ4と、ROM5と、RAM6と、レーザドライバASIC7と、MEMS制御部8と、レーザ光源ユニット9と、MEMSミラー10と、を備える。
【0021】
画像信号入力部2は、外部から入力される画像信号を受信してビデオASIC3に出力する。
【0022】
ビデオASIC3は、画像信号入力部2から入力される画像信号及びMEMSミラー10から入力される走査位置情報Scに基づいてレーザドライバASIC7やMEMS制御部8を制御するブロックであり、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)として構成されている。ビデオASIC3は、同期/画像分離部31と、ビットデータ変換部32と、発光パターン変換部33と、タイミングコントローラ34と、を備える。
【0023】
同期/画像分離部31は、画像信号入力部2から入力された画像信号から、画像表示部であるスクリーンに表示される画像データと同期信号とを分離し、画像データをフレームメモリ4へ書き込む。
【0024】
ビットデータ変換部32は、フレームメモリ4に書き込まれた画像データを読み出してビットデータに変換する。
【0025】
発光パターン変換部33は、ビットデータ変換部32で変換されたビットデータを、各レーザの発光パターンを表す信号に変換する。
【0026】
タイミングコントローラ34は、同期/画像分離部31、ビットデータ変換部32の動作タイミングを制御する。また、タイミングコントローラ34は、後述するMEMS制御部8の動作タイミングも制御する。
【0027】
フレームメモリ4には、同期/画像分離部31により分離された画像データが書き込まれる。ROM5は、ビデオASIC3が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。RAM6には、ビデオASIC3が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。
【0028】
レーザドライバASIC7は、後述するレーザ光源ユニット9に設けられるレーザダイオードを駆動する信号を生成するブロックであり、ASICとして構成されている。レーザドライバASIC7は、赤色レーザ駆動回路71と、青色レーザ駆動回路72と、緑色レーザ駆動回路73と、を備える。
【0029】
赤色レーザ駆動回路71は、発光パターン変換部33が出力する信号に基づき、赤色レーザLD1を駆動する。青色レーザ駆動回路72は、発光パターン変換部33が出力する信号に基づき、青色レーザLD2を駆動する。緑色レーザ駆動回路73は、発光パターン変換部33が出力する信号に基づき、緑色レーザLD3を駆動する。
【0030】
MEMS制御部8は、タイミングコントローラ34が出力する信号に基づきMEMSミラー10を制御する。MEMS制御部8は、サーボ回路81と、ドライバ回路82と、を備える。
【0031】
サーボ回路81は、タイミングコントローラからの信号に基づき、MEMSミラー10の動作を制御する。
【0032】
ドライバ回路82は、サーボ回路81が出力するMEMSミラー10の制御信号を所定レベルに増幅して出力する。
【0033】
レーザ光源ユニット9は、レーザドライバASIC7から出力される駆動信号に基づいて、レーザ光をMEMSミラー10へ出射する。なお、その詳細は後述する。
【0034】
走査手段としてのMEMSミラー10は、レーザ光源ユニット9から出射されたレーザ光をスクリーン11に向けて反射する。また、MEMSミラー10は、画像信号入力部2に入力された画像を表示するためにMEMS制御部8の制御によりスクリーン11上を走査するように移動し、その際の走査位置情報(例えばミラーの角度などの情報)をビデオASIC3へ出力する。
【0035】
図2は、レーザ光源ユニット9の詳細な構成を示す。レーザ光源ユニット9は、図2に示すように、ケース91と、波長選択性素子92と、コリメータレンズ93と、赤色レーザLD1と、青色レーザLD2と、緑色レーザLD3と、モニタ用受光素子(以下、単に「受光素子」と呼ぶ。)50と、を備える。
【0036】
ケース91は、樹脂などにより略箱状に形成される。ケース91には、後述する緑色レーザLD3を取り付けるために、ケース91内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のCAN取付部91aと、CAN取付部91aと直交する面に設けられ、ケース91内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のコリメータ取付部91bと、が形成されている。
【0037】
合成素子としての波長選択性素子92は、例えばトリクロイックプリズムにより構成され、反射面92aと反射面92bが設けられている。反射面92aは、赤色レーザLD1から出射されたレーザ光をコリメータレンズ93へ向かって透過させ、青色レーザLD2から出射されたレーザ光をコリメータレンズ93へ向かって反射させる。反射面92bは、赤色レーザLD1および青色レーザLD2から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ93へ向かって透過させ、その一部を受光素子50へ向かって反射させる。また、反射面92bは、緑色レーザLD3から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ93へ向かって反射させ、その一部を受光素子50へ向かって透過させる。こうして、各レーザからの出射光が重ね合わされて、コリメータレンズ93および受光素子50に入射される。なお、波長選択性素子92は、ケース91内のコリメータ取付部91bの近傍に設けられている。
【0038】
コリメータレンズ93は、波長選択性素子92から入射したレーザ光を平行光にしてMEMSミラー10へ出射する。コリメータレンズ93は、ケース91のコリメータ取付部91bに、UV系接着剤94などで固定される。即ち、合成素子の後段にコリメータレンズ93が設けられている。
【0039】
レーザ光源としての赤色レーザLD1は、赤色のレーザ光を出射する。赤色レーザLD1は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、ケース91内の波長選択性素子92とコリメータレンズ93と同軸となる位置に固定されている。
【0040】
レーザ光源としての青色レーザLD2は、青色のレーザ光を出射する。青色レーザLD2は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、出射したレーザ光が反射面92aによってコリメータレンズ93へ向かって反射できる位置に固定されている。この赤色レーザLD1と青色レーザLD2の位置は入れ替わってもよい。
【0041】
レーザ光源としての緑色レーザLD3は、CANパッケージに取り付けられた状態又はフレームパッケージに取り付けられた状態であり、緑色のレーザ光を出射する。ここで、本実施例においては、緑色レーザLD3は、CANパッケージ内に緑色のレーザ光を発生する半導体レーザ光源チップBが取り付けられており、ケース91のCAN取付部91aに固定されている。
【0042】
受光素子50は、各レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を受光する。受光素子50は、フォトディテクタなどの光電変換素子であり、入射したレーザ光の光量に応じた電気信号である検出信号SdをレーザドライバASIC7へ供給する。実際には、パワー調整時には、赤色レーザ光、青色レーザ光及び緑色レーザ光のうちの1つが順に受光素子50へ入射され、受光素子50は、そのレーザ光の光量に対応する検出信号Sdを出力する。レーザドライバASIC7は、検出信号Sdに応じて、赤色レーザLD1、青色レーザLD2及び緑色レーザLD3のパワー調整を行う。
【0043】
例えば、赤色レーザLD1のパワー調整を行う場合、レーザドライバASIC7は赤色レーザ駆動回路71のみを動作させ、赤色レーザLD1へ駆動電流を供給して赤色レーザLD1から赤色レーザ光を出射させる。この赤色レーザ光の一部は受光素子50により受光され、その光量に応じた検出信号SdがレーザドライバASIC7へフィードバックされる。レーザドライバASIC7は、検出信号Sdが示す光量が適正な光量となるように、赤色レーザ駆動回路71から赤色レーザLD1へ供給される駆動電流を調整する。こうして、パワー調整がなされる。青色レーザLD2のパワー調整及び緑色レーザLD3のパワー調整も同様に行われる。
【0044】
なお、赤色レーザ光、青色レーザ光及び緑色レーザ光を同時に受光素子50へ入射させ、同時に各レーザ光についてのパワー調整を行うことも可能である。
【0045】
[受光素子及びレーザ光]
図3(a)は受光素子50の受光面の平面形状を模式的に示す。受光素子50は、赤色レーザ光を検出する赤色受光領域51R、緑色レーザ光を検出する緑色受光領域51G及び青色レーザ光を検出する青色受光領域51Bを備える。なお、以下の説明では、各受光領域を区別しない場合には、添え字を省略して単に「受光領域51」と表現する。
【0046】
各受光領域51は同一の矩形形状(長方形)を有する。図3(a)において、各受光領域51の長辺の方向STを「受光領域の長辺方向」と呼び、3つの受光領域51が並ぶ方向ALを「受光領域の配列方向」と呼ぶ。
【0047】
図3(b)は受光素子50にレーザ光が照射されたときに受光素子50上に形成される光スポットの形状を示す。レーザ光の色を問わず、受光素子50に照射されたレーザ光は楕円状に広がる性質を有し、図3(b)に示すように受光素子50上に楕円形の光スポット55を形成する。楕円形の光スポット55の長軸の方向MAを「光スポットの長軸方向」と呼び、短軸の方向MIを「光スポットの短軸方向」と呼ぶ。
【0048】
[第1実施例]
次に、レーザ光源ユニットの第1実施例について説明する。なお、以下の説明では、各光スポットの色を区別しない場合には単に「光スポット55」と表現し、特定の色の光スポットを指す場合には「光スポット55R」などと添え字を付す。
【0049】
図4は、受光素子50と、受光素子50上に形成される光スポット55の位置関係を示す。典型的な配置では、図4(a)に示すように、3つの受光領域51の中央、即ち、緑色受光領域51Gの位置を中心としてレーザ光が照射されるように、各レーザLD1〜LD3が配置される。
【0050】
具体的に、赤色レーザLD1のパワー調整を行う場合は、図4(a)に示すように赤色光スポット55Rが受光素子50の中央に形成され、赤色受光領域51Rに照射された赤色レーザ光の光量が検出される。緑色レーザLD3のパワー調整を行う場合は、図4(b)に示すように緑色光スポット55Gが受光素子50の中央に形成され、緑色受光領域51Gに照射された緑色レーザ光の光量が検出される。また、青色レーザLD2のパワー調整を行う場合は、図4(c)に示すように青色光スポット55Bが受光素子50の中央に形成され、青色受光領域51Bに照射された青色レーザ光の光量が検出される。
【0051】
本実施例では、赤色レーザLD1及び青色レーザLD2と比較して、緑色レーザLD3の発光効率が低い。このため、緑色受光領域51Gを中央に配置し、赤色レーザ光及び青色レーザ光よりも広い面積で緑色レーザ光を受光するようにしている。こうして、受光素子50による緑色レーザ光の受光効率を上げることにより、緑色レーザLD3から出射される緑色レーザ光のうち、受光素子50へ入射させる割合を減少させ、その分コリメータレンズ93へ入射させる割合を増加させることができる。その結果、緑色レーザLD3からの緑色レーザ光の出射効率を向上させることができるとともに、緑色レーザLD3の発熱も抑制することができる。
【0052】
しかしながら、上記のように緑色レーザ光の受光効率を重視すると、図4(a)及び(c)から理解されるように、赤色受光領域51Rが赤色レーザ光を受光する領域、及び、青色受光領域51Bが青色レーザ光を受光する領域はかなり小さくなり、赤色レーザ光及び青色レーザ光の受光効率が低くなる。
【0053】
また、レーザ光源ユニットの経年劣化などにより、受光素子50上におけるレーザ光の照射位置がシフトすると、赤色及び青色のレーザ光の受光効率はさらに低くなる。例えば、図4(d)〜(f)に示すように、受光素子50上におけるレーザ光のスポットの位置が青色受光領域51B側(図中右側)へシフトしたとすると、赤色受光領域51Rが赤色レーザ光を受光する領域はさらに小さくなり(図4(d)参照)、赤色レーザ光の受光効率がさらに低下する。逆に、受光素子50上におけるレーザ光のスポットの位置が赤色受光領域51R側(図中左側)へシフトしたとすると、同様に青色レーザ光の受光効率が低下する。このように、図4(a)〜(c)に示す位置関係では、経年劣化などにより受光素子50におけるレーザ光の照射位置が変化した場合に、赤色及び青色レーザ光の受光効率の変動が大きい。
【0054】
そこで、第1実施例では、図5(a)〜(c)に示すように、光スポットの長軸方向と3つの受光領域51の配列方向とが一致する、即ち、略平行となるように、受光素子50と3つのレーザ光源、即ち、赤色レーザLD1、青色レーザLD2及び緑色レーザLD3を配置する。言い換えると、光スポットの短軸方向と3つの受光領域51の配列方向とは一致せず、略垂直となるように受光素子50と3つのレーザ光源とを配置する。また、この配置は、受光領域51の長辺方向に着目すれば、光スポットの長軸方向と受光領域51の長辺方向とが略垂直となる配置であるということもできる。
【0055】
ここで「略平行」とは、完全に平行な場合のみならず、実際の配置において生じ得る±数度の誤差分を含む意味である。また、「略垂直」とは、光スポットの短軸方向と3つの受光領域51の配列方向とがなす角がちょうど90度である場合のみならず、実際の配置において生じ得る±数度の誤差分を含む意味である。
【0056】
なお、上記の配置は、受光領域51と光スポット55の相対的な位置関係の問題であり、同様の相対的な位置関係は図5(d)〜(f)によっても実現できる。即ち、第1実施例では、図5(d)〜(f)の位置関係を採用してもよい。
【0057】
受光素子50における光スポット55の方向を変化させるには、受光素子50に対するレーザ光源の相対的な方向を変えればよい。例えば、レーザ光源をある状態で配置した場合に、受光素子50における光スポット55の位置が図4(a)のように受光領域51の配列方向に対して垂直であったとする。この場合、受光素子50をそのままの状態に維持し、レーザ光源を左右いずれかの方向に90度回転させれば、光スポット55は90度回転し、図5(a)に示すように光スポット55の長軸方向が受光領域51の配列方向と平行となる。
【0058】
即ち、受光素子50と光スポット55の位置関係が図4(a)に示す状態にある場合に、受光素子50をそのままの状態に維持し、レーザ光源を左右いずれかに90度回転すれば、受光素子50と光スポット55の位置関係を図5(a)のように変更することができる。また、受光素子50と光スポット55の位置関係が図4(a)に示す状態にある場合に、レーザ光源をそのままの状態に維持し、受光素子50を図中左方向へ90度回転すれば、受光素子50と光スポット55の位置関係を図5(d)のように変更することができる。
【0059】
第1実施例では、受光素子50と光スポットとの位置関係は全ての色のレーザ光について同様である。よって、受光素子50と光スポットとの位置関係を全てのレーザ光について同様にしか配置できないような構造のレーザ光源ユニットに対して有効である。
【0060】
このように、光スポットの長軸方向と3つの受光領域51の配列方向とが一致するように、受光素子50と3つのレーザ光源とを配置することにより、経年劣化などにより受光素子50におけるレーザ光の照射位置が変化した場合の赤色及び青色レーザ光の受光効率の変動を低減することができる。
【0061】
[第2実施例]
図6(a)〜(c)に第2実施例における受光領域51と光スポット55の位置関係を示す。図示のように、第2実施例では、光スポット55の長軸方向が受光領域51の配列方向と一致せず、当該配列方向に対して斜めとなるように受光素子50及び3つのレーザ光源が配置される。言い換えると、第2実施例では、光スポット55の長軸方向は、受光領域51の長辺方向に対して斜めになる。受光素子50と光スポットの相対的な位置関係が問題であるので、第2実施例では、図6(a)〜(c)の代わりに、図6(d)〜(f)の配置を採用してもよい。
【0062】
第2実施例でも、受光素子50と光スポットとの位置関係は全ての色のレーザ光について同様である。よって、受光素子50と光スポットとの位置関係を全てのレーザ光について同様にしか配置できないような構造のレーザ光源ユニットに対して有効である。
【0063】
第2実施例においても、受光素子50と光スポットの相対的位置関係を調整するには、受光素子50とレーザ光源のいずれかを回転させればよい。即ち、受光素子50をそのままの状態に維持してレーザ光源を回転させるか、レーザ光源をそのままの状態に維持して受光素子50を回転させればよい。
【0064】
図6(a)〜(c)又は図6(d)〜(f)に示す第2実施例の配置によれば、緑色受光領域51が緑色レーザ光を受光する領域を、他の2色と比べて大きくすることができる。これにより、緑色レーザ光の受光効率を向上させることができる。
【0065】
また、図6(g)、(h)に示すように、経年劣化などにより受光素子50上における光スポット55の位置がシフトした場合でも、図4(d)、(f)の例と比較して、赤色及び青色レーザ光の受光効率の変動は抑制される。
【0066】
図6(a)〜(c)又は図6(d)〜(f)の例では、光スポット55の長軸方向が、矩形の受光素子50の対角線方向とほぼ一致している。しかし、第2実施例は必ずしもこれには限定されない。即ち、光スポット55の長軸方向が、受光領域51の配列方向又は長辺方向に対して斜めであればよい。
【0067】
[第3実施例]
第1及び第2実施例では、受光素子50と光スポットとの位置関係は全ての色のレーザ光について同様である。これに対し、第3実施例では、受光素子50に形成される緑色光スポット55Gの長軸方向と、赤色スポット55R及び青色光スポット55Bの長軸方向とを異なる方向とする。
【0068】
具体的には、図7(b)に示すように、緑色光スポット55Gの長軸方向は、受光領域51の配列方向に対して略垂直であり、受光領域51の長辺方向と一致する。一方、図7(a)に示すように、赤色光スポット55Rの長軸方向は、受光領域51の配列方向と略平行であり、受光領域51の長辺方向に対して略垂直である。同様に、図7(c)に示すように、青色光スポット55Bの長軸方向も、受光領域51の配列方向と略平行であり、受光領域51の長辺方向に対して略垂直である。
【0069】
この配置によれば、緑色レーザ光は緑色受光領域51Gの非常に広い領域で受光されるので、緑色レーザ光の受光効率を高くすることができる。第3実施例においても、受光素子50と光スポットの相対的位置関係を調整するには、受光素子50とレーザ光源のいずれかを回転させればよい。
【0070】
図7(d)〜(f)は、経年劣化などにより、受光素子50に対して光スポット55が青色受光領域51B側(図中右側)へシフトした場合の受光素子50と光スポット55の相対位置関係を示す。また、図7(g)〜(i)は、受光素子50に対して光スポット55が赤色受光領域51R側(図中左側)へシフトした場合の受光素子50と光スポット55の相対位置関係を示す。このように、受光素子50に対して光スポット55の位置が左右にシフトした場合でも、緑レーザ光のみならず赤色及び青色レーザ光も受光領域51の広い面積で受光される。よって、経年劣化などにより受光素子50上における光スポット55の位置がシフトした場合でも、図4(d)〜(f)の例と比較して、赤色及び青色レーザ光の受光効率の変動は抑制される。
【0071】
なお、第3実施例では、受光素子50に形成される緑色光スポット55Gの長軸方向と、赤色スポット55R及び青色光スポット55Bの長軸方向とを異なる方向としている。よって、第3実施例は、受光素子50と光スポットとの位置関係を、レーザ光の色毎に異ならせることができるような構造のレーザ光源ユニットに対して特に有効である。この場合、実際の製造工程においては、一旦図5(a)〜(c)に示すように、全ての色のレーザ光源について、光スポットの長軸方向を受光領域51の配列方向と一致するように配置した上で、図7(b)に示すように、緑色レーザ光源のみを90度回転させるのが最も単純である。この観点で、図2に示したように、緑色レーザ光源をCANパッケージ又はフレームパッケージに取り付けられたレーザ光源とするのが好ましい。即ち、受光素子50を構成する3つの受光領域51のうち、中央に位置する受光領域に対応する色のレーザ光源をCANパッケージ又はフレームパッケージに取り付けられたレーザ光源とすれば、製造工程を単純化することが可能となる。
【0072】
[変形例]
上記の実施例では、緑色レーザ光源の効率が最も低いので、緑色受光領域51Gを受光素子50の中央に配置して受光効率を向上させているが、本発明の適用はこれには限らない。即ち、効率が低いレーザ光源に対応する色の受光領域51を受光素子50の中央に配置すればよい。この場合は、効率が低いレーザ光源をCANパッケージ又はフレームパッケージに取り付けられたレーザ光源とするのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【0073】
本発明は、レーザプロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなど、RGBレーザを利用した映像機器に利用することができる。
【符号の説明】
【0074】
1 画像表示装置
3 ビデオASIC
7 レーザドライバASIC
8 MEMS制御部
9 レーザ光源ユニット
50 受光素子
51 受光領域
55 光スポット
93 コリメータレンズ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】