激光光源装置以及影像显示装置制造方法

激光光源装置以及影像显示装置制造方法
【专利摘要】具备：激光光源(1)，射出激光；聚光透镜(2)，对从激光光源(1)射出了的激光进行聚光；以及导光单元(3)，使由聚光透镜(2)聚光了的激光传播并射出，针对导光单元(3)的入射端面，以垂直以外的角度入射由聚光透镜(2)聚光了的激光。
【专利说明】激光光源装置以及影像显示装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及在例如投影仪的照明中使用的激光光源装置、和将从该激光光源装置射出了的激光用作光源的影像显示装置。
【背景技术】
[0002]在投影仪等的照明中使用的光源中，为了实现均匀的图像，要求具有均匀的角度强度分布的光源。
[0003]在影像显示装置将激光用作光源的情况下，由于激光的可干涉性(相干性)高，所以产生干涉所致的光强度的明暗的不均(斑点)。
[0004]在通过光学元件将I个激光分割之后重叠了的情况、激光由于光学元件的表面的微小的凹凸或者内部的缺陷等散射了的情况等下，由于激光相互干涉，从而在屏幕上产生这样的明暗的不均。
[0005]如果使用可干 涉性高的激光，则斑点所致的光强度的不均大到能够通过目视明确地识别出来，画质大幅劣化。
[0006]作为其改善对策，开发了搭载了输出均匀的照度分布的光束的激光光源装置的影像显示装置。
[0007]图6是示出在专利文献I中公开的影像显示装置的结构图。
[0008]在该影像显示装置中，搭载了输出均匀的照度分布的光束的激光光源装置，该激光光源装置包括:激光光源101,具有射出激光的多个发光点；聚光透镜102,对从激光光源101中的多个发光点射出了的激光进行聚光；以及扩散元件103，配置于利用聚光透镜102聚光的激光的聚光点附近，具有扩展激光的发散角的全息图。
[0009]激光光源装置的扩散元件103具有扩展各激光的发散角的扩散作用，以使得多个激光中的2个以上的激光互相重叠，多个激光互相重叠之后的光束的空间上的相干性降低，所以斑点所致的光强度的不均被减少。
[0010]【专利文献I】日本特开2008-96777号公报(图1)

【发明内容】

[0011]以往的激光光源装置如以上那样构成，所以通过扩散元件103扩展激光的角度强度分布，能够降低多个激光互相重叠之后的光束的空间上的相干性，但发生向光学系统的NA外扩展的激光分量，所以存在发生光损失的课题。
[0012]另外，在使用能够实现高输出的阵列型半导体激光器、平面波导型激光器的情况下，在正交的2个方向上波束质量不同，以使质量差的一方的波束与光学系统的NA —致的方式，设计光学系统。因此，存在激光光源的光集中到光轴的中心附近，而难以得到均匀的角度？空间分布等课题。
[0013]本发明是为了解决上述那样的课题而进行的，其目的在于得到一种能够输出均匀的强度分布的光束的激光光源装置。[0014]另外，本发明的目的在于得到一种能够边抑制光学系统中的光损失边输出均匀的强度分布的光束的激光光源装置。
[0015]进而，本发明的目的在于得到一种能够应用上述激光光源装置的影像显示装置。
[0016]本发明的激光光源装置，具备:激光光源，射出激光；聚光透镜，对从激光光源射出了的激光进行聚光；以及导光单元，使由聚光透镜聚光了的激光传播并射出，针对导光单元的入射端面，以垂直以外的角度入射由聚光透镜聚光了的激光。
[0017]根据本发明，构成为具备:激光光源，射出激光；聚光透镜，对从激光光源射出了的激光进行聚光；以及导光单元，使由聚光透镜聚光了的激光传播而射出，针对导光单元的入射端面，以垂直以外的角度入射由聚光透镜聚光了的激光，所以具有能够提供从导光单元射出了的激光的强度的角度分布的均匀性提高，能够实现均匀的照明的照明用激光光源的效果。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是示出本发明的实施方式I的激光光源装置的俯视图。
[0019]图2是示出本发明的实施方式I的激光光源装置的侧视图。
[0020]图3是示出将y轴方向的激光以导光单元3的聚光半角内的角度倾斜地入射了的情况、和将激光向导光单元3的入射端面垂直地入射了的情况下的导光单元3的入射端面的激光的强度与入射角度的关系的说明图。
[0021]图4是示出将y轴方向的激光以比导光单元3的聚光半角大的角度倾斜地入射了的情况、和将激光向导光单元3的入射端面垂直地入射了的情况下的导光单元3的入射端面的激光的强度与入射角度的关系的说明图。
[0022]图5是示出本发明的实施方式3的影像显示装置的结构图。
[0023]图6是示出在专利文献I中公开了的影像显示装置的结构图。
[0024]【符号说明】
[0025]1:激光光源；2:聚光透镜；3:导光单兀；4:中继透镜系统(照明光学系统)；5:光阀(影像显示元件)；6:投影透镜(投影光学系统)；7:屏幕；101:激光光源；102:聚光透镜；103:扩散兀件。
【具体实施方式】
[0026]实施方式1.[0027]图1是示出本发明的实施方式I的激光光源装置的俯视图(在图中从y轴方向看的俯视图)，图2是示出本发明的实施方式I的激光光源装置的侧视图(在图中从X轴方向看的俯视图)。
[0028]在图1以及图2中，激光光源I是射出扩展角在正交的2个方向上不同的激光的光源。
[0029]另外，作为激光光源1，例如能够使用多模半导体激光器、阵列型半导体激光器、波长变换型固体激光器、平面波导型激光器等用于照明中使用的一般的激光光源。
[0030]聚光透镜2是对从激光光源I射出了的激光进行聚光的光学部件。
[0031]导光单元3是使通过聚光透镜2聚光了的激光传播并射出的部件，作为导光单元3，例如，使用了多模光纤、勻光杆。
[0032]另外，向导光单元3的入射端面以垂直以外的角度入射由聚光透镜2聚光了的激光中的聚光角度小的方向的光。
[0033]接下来，说明动作。
[0034]在作为激光光源I例如使用多模半导体激光器的情况下，如果在正交的2个方向中的X轴方向上取多模的振荡方向，则在I轴方向上得到低阶模的振荡，所以X轴方向的波束质量变差，但y轴方向的波束质量变好，在正交的2个方向上波束质量不同。
[0035]另外，在作为激光光源I使用阵列型半导体激光器的情况下，如果在X轴方向上取阵列方向，则同样地，X轴方向的波束质量变差，但I轴方向的波束质量变好，在正交的2个方向上波束质量不同。
[0036]另外，在作为激光光源I使用平面波导型激光器的情况下，如果使具有波导构造的方向取为X轴方向，使平面方向(空间传播方向)成为y轴方向，则同样地，X轴方向的波束质量变差，但I轴方向的波束质量变好，在正交的2个方向上波束质量不同。
[0037]聚光透镜2在激光光源I射出了激光时，对该激光进行聚光，使聚光后的激光入射到导光单元3的入射端面。
[0038]以下，设为激光光源I是多模半导体激光器，说明激光的聚光和入射的方法。
[0039]在图1以及图2中，设为在X轴方向上取多模半导体激光器的慢轴方向(多模的振荡方向)，在y轴方向上取多模半导体激光器的快轴方向(单模的振荡方向)。
[0040]在该情况下，关于X轴方向，发射极宽度一般是几百ym?几mm，激光光源I的射出光的发散角一般是小于(全角)10°左右。
[0041 ] 另外，关于X轴方向，由于是多模振荡，所以波束质量差。因此，通过聚光透镜2聚光的X轴方向的聚光半角Θ 2的聚光NA大,填满导光单兀3的容许入射角大半。
[0042]另一方面，关于y轴方向，发射极宽度(活性层厚度)是nm等级，激光光源I的射出光的发散角一般是(全角)30°左右。
[0043]因此，在构成了聚光透镜2的多个透镜中，通过在紧接着激光光源I之后配置的柱透镜进行激光的准直化。
[0044]另外，关于y轴方向，由于是单模振荡，所以波束质量良好、聚光NA小，所以y方向的聚光半角Q1变小。
[0045]因此，对从激光光源I射出了的激光进行聚光而使该激光入射到导光单元3的入射端面的聚光透镜2包括:柱透镜(例如xy非对称透镜)，在y轴方向上对激光进行准直化；以及凸透镜的中继透镜系统，针对通过该柱透镜进行了准直化的激光中的X轴方向的波束径和I方向的波束径进行聚光为相同的程度，使聚光后的激光入射到导光单元3的入射端面。
[0046]如上所述，关于X轴方向，波束质量差，关于y轴方向，波束质量好，所以在使用凸透镜针对X轴方向的波束径和y方向的波束径进行聚光为相同的程度而使其入射到导光单元3的入射端面的情况下，能够仅减小I轴方向的聚光NA。
[0047]因此，关于y轴方向，通过使激光光源I的发光点的中心轴、或者聚光透镜2的柱透镜的中心轴成为与导光单元3的中心轴上不同的位置，能够以导光单元3的聚光半角内的角度倾斜地入射I轴方向的激光。[0048]通过以导光单元3的聚光半角内的角度倾斜地入射I轴方向的激光，能够得到以下所示那样的效果。
[0049]图3是示出将y轴方向的激光以导光单元3的聚光半角内的角度倾斜地入射了的情况、和将激光向导光单元3的入射端面垂直(与导光单元3的z轴方向的中心轴平行)地入射了的情况下的导光单元3的入射端面的激光的强度与入射角度的关系(以后称为“光的角度强度分布”)的说明图。其中，将与导光单元3的z轴方向的中心轴平行的方向设为
0° 0
[0050]在向导光单元3的入射端面垂直地入射激光的情况下，y轴方向的波束质量好，所以如图3所示，关于激光的角度强度分布，中心附近(角度0°附近)的强度变强。
[0051]因此，在向导光单元3的入射端面垂直地入射激光的情况下，关于y轴方向，难以得到均匀的分布。
[0052]另外，在导光单元3内，保持入射时的角度强度分布地传播光，所以关于导光单元3的射出端面中的角度强度分布，也是中心附近的强度变强。
[0053]因此，在向导光单元3的入射端面垂直地入射激光的情况下，激光光源装置的射出光的y轴方向的角度强度分布集中到中心附近，均匀的照明困难。
[0054]另一方面，在以垂直以外的角度倾斜地入射y轴方向的激光的情况下，相比于垂直地入射的情况，从导光单元3观察的入射角度大的光线增加。
[0055]如上所述，在导光单元3内，保持入射时的角度强度分布来传播光，所以关于导光单元3的射出端面中的角度强度分布，也是射出角大的光线的强度增加。
[0056]这样，在以垂直以外的角度倾斜地入射y轴方向的激光的情况下，射出角大的光线的强度增加，所以能够抑制光学系统中的光损失、且提高照明的均匀性。
[0057]但是，从I个发光点射出了的激光的可干涉性高，由于微小的光学元件的缺陷、凹凸而发生干涉不均(斑点)。
[0058]在向导光单元3的入射端面垂直地入射激光的情况下，关于波束质量好的方向(在图中y轴方向)的激光的角度强度分布，光集中到中心附近，所以斑点的发生显著。
[0059]另一方面，在以垂直以外的角度倾斜地入射y轴方向的激光的情况下，相比于垂直地入射的情况，射出角大的光线的强度增加，所以以不同的入射角度入射到屏幕(参照图5)的激光发生的斑点图案不同。因此，斑点图案相互抵消而斑点被减少。
[0060]因此，角度强度分布的均匀性越良好，越能够减少斑点。
[0061]在以上的说明中，示出激光光源I射出扩展角在正交的2个方向上不同的激光，由聚光透镜2聚光了的激光中的聚光角度小的方向的光以垂直以外的角度入射到导光单元3的入射端面的情况的效果，但关于该效果，很显然即使在使用扩展角在全部方位中相等且对称地射出激光的激光光源的情况下，在激光以垂直以外的角度入射到导光单元3的入射端面的情况下，也能得到同样的效果。
[0062]另外，在该实施方式I中，仅关于波束质量好的方向(在图中y轴方向)，以垂直以外的角度倾斜地入射激光，所以导光单元3的入射端面中的反射光不会返回到激光光源I的发光点。因此，能够抑制光源故障等不稳定性。
[0063]在该实施方式I中，如上所述，作为导光单元3使用多模光纤、匀光杆等。
[0064]在作为导光单元3例如使用多模光纤的情况下，通过聚光透镜2聚光而入射到多模光纤内的激光边反复全反射边在多模光纤内传播。
[0065]此处，在直线状地设置了光纤的情况下，在光纤传播过程中，角度强度分布被保存。
[0066]但是，一般任意地弯曲设置光纤的情况较多。当光在弯曲了的光纤内传播的情况下，光纤的内面的全反射面并非平面，所以在入射时和射出时，角度强度分布未被完全保存。
[0067]但是，多模光纤的直径粗，所以弯曲所致的角度强度分布的变化未必大。因此，SP使在任意地弯曲设置多模光纤的情况下，从多模光纤射出了的激光的角度强度分布大致保存入射时的角度强度分布。
[0068]因此，在作为导光单元3使用多模光纤的情况下，得到角度强度分布的均匀性高的照明用的激光光源。
[0069]另外，当使激光在光纤中传播的情况下，激光的波面紊乱，所以能够进一步提高斑点的减少效果。
[0070]另外，在作为导光单元3使用匀光杆的情况下，由聚光透镜2聚光了的激光入射到用玻璃制作了的四角柱状的透镜(棒形透镜)中，边在棒形透镜的内部反复全反射边进行传播。
[0071]因此，在作为导光 单元3使用匀光杆的情况下，在入射时和射出时保存角度强度分布，但在棒形透镜的出口中得到照度分布变得均匀的效果，所以能够进一步提高照明的均匀性。
[0072]另外，通过棒形透镜的出口中的照度分布的均匀化效果，能够进一步提高斑点减少效果。
[0073]在该实施方式I中，不出了作为导光单兀3使用多模光纤、匀光杆的例子,但不限于此，只要是能够保存入射时的角度强度分布而使光传播的导光单元，则可以是任意的结构。
[0074]实施方式2.[0075]在上述实施方式I中，示出了关于y轴方向通过使激光光源I的发光点的中心轴、或者聚光透镜2的柱透镜中心轴设为与导光单元3的中心轴上不同的位置，从而以导光单元3的聚光半角内的角度倾斜地入射I轴方向的激光的例子，但也可以以比导光单元3的聚光半角大的角度倾斜地入射y轴方向的激光。
[0076]图4是示出将y轴方向的激光以比导光单元3的聚光半角大的角度倾斜地入射了的情况、和将激光向导光单元3的入射端面垂直地入射了的情况下的导光单元3的入射端面的激光的强度与入射角度的关系的说明图。其中，将与导光单元3的z轴方向的中心轴平行的方向设为O°。
[0077]在作为导光单元3使用匀光杆的情况下，如果激光相对匀光杆的入射端面的入射角度是G1以上，则在匀光杆内激光反复全反射的过程中，射出角度大的分量增加，匀光杆的射出端面中的角度强度分布成为如图4所示那样射出角大的光线的强度增加的分布。
[0078]因此，如果以比导光单元3的聚光半角大的角度倾斜地入射激光，则能够增大射出角大的光线的强度，所以能够边抑制光学系统中的光损失边改善照明的均匀性。
[0079]如上所述，以不同的入射角度入射到屏幕(参照图5)的激光发生的斑点图案不同，所以斑点图案相互抵消而斑点被减少。
[0080]在该实施方式2中，能够增加入射角度大的分量的光量，所以能够比上述实施方式I进一步提闻斑点的减少效果。
[0081]在作为导光单元3使用匀光杆的情况下，在棒形透镜的出口中，得到照度分布变得均匀的效果，所以能够进一步提高斑点的减少效果。
[0082]在作为导光单元3使用多模光纤的情况下，如果设激光相对多模光纤的入射角度是G1以上，则在多模光纤内，激励高阶模，所以成为I阶高斯分布波束模式那样的角度分布，射出角度大的分量增加。
[0083]如上所述，光纤在传播过程中，保存角度强度分布，所以多模光纤的射出端面中的角度分布成为如图4所示那样射出角大的光线的强度增加的分布。
[0084]因此，即使在作为导光单元3使用多模光纤的情况下，在导光单元3的射出端面中成为射出角度大的光线的强度增加的分布的情形也与作为导光单元3使用匀光杆的情况相同。
[0085]另外，当使激光在光纤中传播的情况下，激光的波面紊乱，所以能够进一步提高斑点减少效果。
[0086]在以上的说明中，示出激光光源I射出扩展角在正交的2个方向上不同的激光，由聚光透镜2聚光了的激光中的聚光角度小的方向的光以比导光单元3的聚光半角大的角度入射到导光单元3的入射端面的情况的效果，但关于该效果，很显然即使在使用扩展角在全部方位中相等且对称地射出激光的激光光源的情况下，在激光以比导光单元3的聚光半角大的角度入射到导光单元3的入射端面的情况下，也能得到同样的效果。
[0087]另外，在该实施方式2中，仅关于波束质量好的方向(在图中y轴方向)，以比导光单元3的聚光半角大的角度倾斜地入射激光，所以导光单元3的入射端面中的反射光不会返回到激光光源I的发光点。因此，能够抑制光源故障等不稳定性。
[0088]另外，在作为导光单元3使用光纤的情况下，发生光纤所致的均匀化的效果，所以不是一定限于成为角度0°附近的强度变弱的角度强度分布形状(图4所示的角度强度分布的形状)，还有成为图3那样的形状的情况。
[0089]很显然即使在该情况下也能够与上述实施方式I的情况同样地得到照明用光源的角度分布均匀化效果以及斑点减少效果。
[0090]在该实施方式2中，上述以外的效果与上述实施方式I的情况相同。
[0091]实施方式3.[0092]图5是示出本发明的实施方式3的影像显示装置的结构图，在图中，与图1相同的符号表示同一或者相当部分，所以省略说明。
[0093]中继透镜系统4是使从激光光源装置的导光单元3射出了的激光通过，将该激光照射到光阀5的照明光学系统。
[0094]光阀5是根据被输入的影像信号，针对由中继透镜系统4照射了的激光在空间上进行调制的影像显示元件。
[0095]投影透镜6是将通过光阀5调制了的激光投影到屏幕7的投影光学系统。
[0096]在图5中，示出了对通过中继透镜系统4照射了的激光在空间上进行调制的光阀5是反射型的光阀的例子，但也可以使用透射型的光阀。[0097]另外，中继透镜系统4、光阀5、投影透镜6以及屏幕7的结构以及配置不限于图5的例子。
[0098]另外，在影像显示装置是背面投影型的影像显示装置的情况下，屏幕7也成为影像显示装置的构成要素。
[0099]不论在作为激光光源装置的导光单元3使用匀光杆的情况下，还是在作为导光单元3使用多模光纤的情况下，都同样地从导光单元3射出了的激光保持角度强度分布的同时经由中继透镜系统4、光阀5以及投影透镜6到达屏幕7，所以相对屏幕7的入射角度大的分量的强度变大，所以对斑点的减少是有效的。
[0100]因此，作为该实施方式3的影像显示装置，相比于使用上述实施方式I的激光光源装置的情况，在使用上述实施方式2的激光光源装置的情况下能够进一步提高斑点的减少效果。
[0101]另外，本申请发明能够在该发明的范围内，实现各实施方式的自由的组合、或者各实施方式的任意的构成要素的变形、或者在各实施方式中任意的构成要素的省略。
[0102]【产业上的可 利用性】
[0103]本发明的激光光源装置适用于需要减少斑点所致的光强度的不均、抑制画质的劣化的影像显示装置。
【权利要求】
1.一种激光光源装置，其特征在于，具备: 激光光源，射出激光； 聚光透镜，对从所述激光光源射出了的激光进行聚光；以及 导光单元，使由所述聚光透镜聚光了的激光传播并射出， 针对所述导光单元的入射端面，以垂直以外的角度入射由所述聚光透镜聚光了的激光。
2.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于， 针对导光单元的入射端面，以比所述激光的聚光半角大的角度入射由聚光透镜聚光了的激光。
3.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于， 从激光光源射出的激光是在正交的2个方向上扩展角不同的激光， 针对导光单元的入射端面，以垂直以外的角度入射由聚光透镜聚光了的激光中的聚光角度小的方向的光。
4.根据权利要求3所述的激光光源装置，其特征在于， 针对导光单元的入射端面，以比所述激光的聚光半角大的角度入射由聚光透镜聚光了的激光中的聚光角度小的方向的光。
5.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于， 作为导光单元，使用了匀光杆。
6.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于， 作为导光单元，使用了多模光纤。
7.一种影像显示装置，其特征在于，具备: 权利要求1所述的激光光源装置； 照明光学系统，照射从所述激光光源装置的导光单元射出了的激光； 影像显示元件，根据被输入的影像信号，对通过所述照明光学系统照射了的激光在空间上进行调制；以及 投影光学系统，将通过所述影像显示元件调制了的激光投影到屏幕。
【文档编号】G03B21/14GK103988125SQ201180075410
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2011年12月12日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】宫本纪之, 柳泽隆行, 山本修平, 矢部实透, 井上阳子 申请人:三菱电机株式会社