(57)【要約】【課題】光源装置の小型化及び低コスト化を図る。【解決手段】光源装置２のフレーム３に、レーザ光源４ａ〜４ｃを取り付ける取付部を設け、このとき、光出口７から離れた位置の取付部のレーザ光源からのレーザ光ほど、ミラー素子（ダイクロイックミラー６ａ〜６ｃ）による光軸のシフト量が多くなる配置とする。そして、部品長が最長のレーザ光源４ａを、光出口７から最も離れた位置の取付部、すなわち、ミラー素子までの距離を最大限確保できる位置の取付部に取り付けることで、光源装置２の小型化を実現する。また、ミラー素子を用いてレーザ光の合成を行うことで、レーザ光の合成にプリズムを使用する場合に比べ、光源装置２の低コスト化を実現する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する複数の光源素子と、各々の光源素子から出射されたレーザ光を合成して光出口に導く複数のミラー素子と、を備えた光源装置において、
前記光源装置のフレームは、前記複数の光源素子を取り付ける複数の取付部を有し、
前記複数の取付部は、前記光出口から離れた位置の取付部に取り付けられた光源素子ほどそのレーザ光の光軸が前記ミラー素子によってシフトする量が多くなる配置であり、
前記複数の光源素子のうち、前記取付部へ取り付ける部位からレーザ光を出射する部位までの長さが最長の光源素子を、前記光出口から最も離れた位置の取付部に取り付ける、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源装置のフレームは、３つの光源素子の取付部を同一フレーム面に並列に有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光源装置のフレームは、２つの光源素子の取付部を同一フレーム面に並列に有し、１つの光源素子の取付部を前記フレーム面に直交するフレーム面に有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
光源装置から出射されたレーザ光を走査して投影面に投射することで、前記投影面上に画像を表示する画像表示装置において、
前記光源装置は、レーザ光を出射する複数の光源素子と、各々の光源素子から出射されたレーザ光を合成して光出口に導く複数のミラー素子と、を備え、
前記光源装置のフレームは、前記複数の光源素子を取り付ける複数の取付部を有し、
前記複数の取付部は、前記光出口から離れた位置の取付部に取り付けられた光源素子ほどそのレーザ光の光軸が前記ミラー素子によってシフトする量が多くなる配置であり、
前記複数の光源素子のうち、前記取付部へ取り付ける部位からレーザ光を出射する部位までの長さが最長の光源素子を、前記光出口から最も離れた位置の取付部に取り付ける、
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、複数の光源素子から出射されたレーザ光を合成して光出口から出力する光源装置及び当該光源装置を備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばレーザプロジェクタに代表されるように、赤成分（Ｒ）、緑成分（Ｇ）、青成分（Ｂ）のレーザ光を合成して投影面に投影することにより、投影面上にカラー画像を表示する投影型の画像表示装置が実用化されている。
投影型の画像表示装置の光源として用いられる光源装置は、例えば、複数の光源素子から出射されたレーザ光をプリズムやダイクロイックミラーなどで合成し、この合成光を光出口から出力する構成となっている。
【０００３】
このような光源装置に関し、これまでに種々の発明が提案されている。
例えば、特許文献１には、画像表示装置が備えているレーザ光源ユニットにおいて、３色のレーザ光源のうち、青色レーザＬＤをＣＡＮパッケージに取り付けた状態でケース内に設けるとともに、残りの赤色レーザＬＤ，緑色レーザＬＤをチップ状態でケースに設け、ＣＡＮパッケージに取り付けられた青色レーザＬＤを、ケースの当該青色レーザＬＤから出射された光が波長選択性素子を通る距離が最も短い位置に設ける発明が開示されている。
【０００４】
例えば、特許文献２には、第１、第２、第３の光源はレーザ光の波長が異なり、最も短い波長のレーザ光を第１の光源が出力し、次に長い波長のレーザ光を第２の光源が出力し、次に長い波長のレーザ光を第３の光源が出力し、ここで、波長の短い光源の方を優先的に考慮して、そのレーザ光が対物レンズに到達するまでに、反射回数が少ないように配置する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９１３９６号公報
【特許文献２】特開２００６−３０９８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光源装置において、複数の光源素子から出射されたレーザ光をプリズムで合成する構成では、プリズム自体が高価であるため、光源装置の高コスト化を招くことになる。また、複数の光源素子から出射されたレーザ光をダイクロイックミラー等のミラー素子で合成する構成では、レーザ光がミラー素子を透過する際に屈折により光軸がシフトするため、そのシフト量を考慮して光源素子及びミラー素子を配置しないと、光源装置のサイズが大きくなりかねない。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みて為されたものであり、光源装置の小型化及び低コスト化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、レーザ光を出射する複数の光源素子と、各々の光源素子から出射されたレーザ光を合成して光出口に導く複数のミラー素子と、を備えた光源装置において、光源装置のフレームは、複数の光源素子を取り付ける複数の取付部を有し、複数の取付部は、光出口から離れた位置の取付部に取り付けられた光源素子ほどそのレーザ光の光軸がミラー素子によってシフトする量が多くなる配置であり、複数の光源素子のうち、取付部へ取り付ける部位からレーザ光を出射する部位までの長さが最長の光源素子を、光出口から最も離れた位置の取付部に取り付ける、ことを特徴とする。
【０００９】
ここで、本発明に係る光源装置は、光出口から離れた位置の取付部ほどミラー素子によるレーザ光の光軸のシフト量が多くなる装置構成であるので、ミラー素子によるレーザ光の光軸のシフト量は光出口から最も離れた位置の取付部で最大となる。すなわち、光出口から最も離れた位置の取付部は、ミラー素子までの間の距離を最大限確保することができる。そこで、本発明では、部品長が最長の光源素子を光出口から最も離れた位置の取付部に取り付けることで、光源装置の小型化を実現している。また、ミラー素子を用いてレーザ光の合成を行うため、プリズムを使用する場合に比べ、光源装置を低コスト化することができる。
【００１０】
なお、３つの光源素子の取付部を同一フレーム面に並列に有する構成であれば、当該フレーム面の幅方向（図３のＸ方向）の装置長の短縮、及び、当該フレーム面に直交する方向（図３のＺ方向）の装置長の短縮を実現することができる。
【００１１】
また、２つの光源素子の取付部を同一フレーム面に並列に有し、１つの光源素子の取付部を前記フレーム面に直交するフレーム面に有する構成であっても、光源素子が並列するフレーム面に直交する方向（図４のＺ方向）の装置長の短縮を実現することができる
【００１２】
また、本発明は、上記の光源装置を備え、当該光源装置から出射されたレーザ光を走査して投影面に投射することで、投影面上に画像を表示する画像表示装置として構成することができ、これにより、画像表示装置の小型化及び低コスト化につながる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、本発明を適用しない場合に比べ、光源装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図である。
【図２】ミラー素子によるレーザ光の光軸のシフトを説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光源装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光源装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示してある。
ここで、本発明に係る画像表示装置は、光源装置から出射されたレーザ光を走査して投影面に投射することで、投影面上に画像を表示する種々の装置に適用できるものであるが、以下では、画像表示装置の一例であるレーザプロジェクタについて説明する。
【００１６】
図１に例示するレーザプロジェクタ１は、光源装置２、アパーチャ８、アップミラー９、走査ミラー１０、各種の駆動・制御ユニット１１〜１５を主体に構成されている。本例のレーザプロジェクタ１では、光源装置２から出力されるカラーのレーザ光をスクリーンや壁などの投影面に投影することによって、映像入力の信号に応じたカラー画像を投影面上に投影表示する。
【００１７】
光源装置２は、３つのレーザ光源４ａ，４ｂ，４ｃと、３つのコリメートレンズ５ａ，５ｂ，５ｃと、３つのダイクロイックミラー６ａ，６ｂ，６ｃを、フレーム３で保持する構造となっている。ここで、本例では、レーザ光源４ａ〜４ｃを取り付ける３つの取付部を、フレーム３の同一フレーム面に並列して設けてある。また、レーザ光源４ａ〜４ｃのそれぞれに対応させて、コリメートレンズ５ａ〜５ｃ及びダイクロイックミラー６ａ〜６ｃが配置される。
【００１８】
レーザ光源４ａ〜４ｃは、互いに色成分の異なるレーザ光を出射する光源素子であり、本例ではレーザダイオードを用いる。各レーザ光源４ａ〜４ｃは、レーザドライバ１５から個別に供給される駆動電流によって互いに独立して駆動する。これによって、レーザ光源４ａからは赤成分（Ｒ）、レーザ光源４ｂからは青成分（Ｂ）、レーザ光源４ｃから緑成分（Ｇ）はといったように、特定の波長の単色成分レーザ光が出射される。
【００１９】
コリメートレンズ５ａ〜５ｃは、レーザ光源４ａ〜４ｃから出射された各々のレーザ光を平行光束に変換する。
ダイクロイックミラー６ａ〜６ｃは、特定波長のレーザ光のみを反射し且つそれ以外を透過する性質のミラー素子であり、コリメートレンズ５ａ〜５ｃによって平行光束に変換された各色成分のレーザ光を合成する。具体的には、レーザ光源４ａから出射されたＲのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ａによって反射され、光路下流側のダイクロイックミラー６ｂに向けて出射される。レーザ光源４ｂから出射されたＢのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｂによって反射され、当該ダイクロイックミラー６ｂを透過してきたＲのレーザ光と合成されて、光路下流側のダイクロイックミラー６ｃに向けて出射される。レーザ光源４ｃから出射されたＧのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｃによって反射され、当該ダイクロイックミラー６ｃを透過してきたＲ，Ｂのレーザ光と合成されて、フレーム３に設けられた光出口７に向けて出射される。
【００２０】
このように、ダイクロイックミラー６ａ〜６ｃは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分のレーザ光を合成する光学部を形成しており、この合成されたカラーのレーザ光は、フレーム３に設けられた光出口７から出力される。
光源装置２の光出口７から出力されたレーザ光は、アパーチャ８によって絞られ、アップミラー９によって反射されて、走査ミラー１０へと入射される。
【００２１】
走査ミラー１０は、走査ミラー制御部１２から駆動信号が入力される走査ミラードライバ１１によって駆動走査され、自己に入射したカラー光をミラー面の振れ角に応じて反射して投影面上に投射する。この走査ミラー１０は、投影面の水平走査方向（Ｘ）および垂直走査方向（Ｙ）に対応した二次元的な自由度を有しており、その二次元的な変位に対応した線順次走査によって、投影面上にカラー画像を投影する。この線順次走査は、投射面上における或る水平走査ラインで一方向にレーザスポットを進め、次の水平走査ラインで逆方向にレーザスポットを戻すことの繰り返しによって、１画像フレーム内で連続して行われる。本例では、走査ミラー１０として、小型化、低消費電力化、処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  System）型の走査ミラーを用いている。
【００２２】
映像処理部１３は、パーソナルコンピュータ等の外部から入力される映像信号（映像信号及び同期信号を含む）に基づいて、所定の時間間隔で映像データをレーザ制御部１４に転送し、これにより、レーザ制御部１４は所定の走査位置における画素情報を得る。この映像データ転送処理では、映像処理部１３は、走査ミラー制御部１２から水平／垂直同期信号（ＨＳＮＣ、ＶＳＮＣ）として入力される水平走査位置及び垂直走査位置の情報に応じた順序で、映像データをレーザ制御部１４に転送する。
【００２３】
レーザドライバ１５は、上記のレーザ制御部１４による制御に基づいて、各レーザ光源４ａ〜４ｃを駆動して各色成分のレーザ光を出力させる。
各レーザ光源４ａ〜４ｃは、レーザドライバ１５から発振しきい値電流以上の電流が供給された場合にレーザ光を発光出力し、供給される電流値が大きくなるに従って光量（輝度）の大きいレーザ光を出力する。また、各レーザ光源４ａ〜４ｃは、発振しきい値電流未満の電流が供給された場合には、レーザ光の出力を停止する。
【００２４】
ここで、ミラー素子を通過するレーザ光は、その過程で光軸がシフトする。
図２には、レーザ光源４ａから出射されたレーザ光の光軸がシフトする様子を示してある。レーザ光源４ａから出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー６ａによって反射された後に、ダイクロイックミラー６ｂに向けて出射される。ダイクロイックミラー６ｂに到達したレーザ光は、入射面で屈折した後にミラー内部を直進し、出射面で再度屈折してダイクロイックミラー６ｃに向けて出射される。この結果、ダイクロイックミラー６ｂから出射されるレーザ光は、光軸の向きは入射時と同じであるが、光軸の位置が一定量シフトすることになる。その後、ダイクロイックミラー６ｃに到達したレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｂと同様な屈折作用により、光軸の位置が更にシフトすることになる。
【００２５】
そこで、本例では、ミラー素子をレーザ光が通過する際に生じる光軸のシフトを考慮して、レーザ光源４ａ〜４ｃ及びダイクロイックミラー６ａ〜６ｃを配置する。
図３には、光源装置２の構成例を示してある。図３の光源装置では、３つのレーザ光源４ａ〜４ｃを、フレーム３の同一フレーム面に並列して取り付けてある。また、ダイクロイックミラー６ａ〜６ｃを、レーザ光源４ａ〜４ｃのそれぞれに対応させて、同じ向き及び角度で配置してある。ここで、レーザ光源４ａ〜４ｃの取付部が設けられたフレーム面を基準面とする。なお、コリメートレンズ５ａ〜５ｃは図示を省略してある。
【００２６】
レーザ光源４ａからのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ａで光軸の向き及び位置が調整された後、光路下流側のダイクロイックミラー６ｂ，６ｃで光軸の位置が更に調整される。なお、ダイクロイックミラー６ａの段階では、ダイクロイックミラー６ｂ，６ｃによる光軸のシフト量αを考慮して、目標位置（光出口７の位置）からα分だけシフト方向の逆方向にずらした位置に、光軸の位置が調整される。
また、レーザ光源４ｂからのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｂで光軸の向き及び位置が調整された後、光路下流側のダイクロイックミラー６ｃで光軸の位置が更に調整される。なお、ダイクロイックミラー６ｂの段階では、ダイクロイックミラー６ｃによる光軸のシフトβ（ただし、β＜α）を考慮して、目標位置からβ分だけシフト方向の逆方向にずらした位置に、光軸の位置が調整される。
また、レーザ光源４ｃからのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｃで光軸の向き及び位置が調整される。
【００２７】
以上のような光軸の位置調整を実現するには、基準面とダイクロイックミラー６ｃとの距離をＬとした場合に、基準面とダイクロイックミラー６ｂとの距離がＬ＋βとなり、基準面とダイクロイックミラー６ａとの距離がＬ＋αとなる配置にすればよい。この結果、光出口７から最も離れた位置のダイクロイックミラー６ａで、基準面との距離が最大となる。
【００２８】
ここで、レーザ光源４ａの発光点Ｐａは、レーザ光源４ｂ，４ｃの発光点Ｐｂ，Ｐｃに比べ、基準面から離れた位置となっており、この結果、レーザ光源４ａの部品長（レーザ光の出力方向の長さ）がレーザ光源４ｂ，４ｃに比べて長くなっている。
そこで、本例の光源装置では、基準面に設けられた３つの取付部のうち、ミラー素子までの距離を最大限確保できる位置、すなわち、光出口７から最も離れた位置にある図中左端の取付部に、部品長が最長のレーザ光源４ａを取り付ける。これにより、光源装置２の奥行き方向（図３のＺ方向）の装置長を、他の取付部にレーザ光源４ａを取り付ける場合に比べて短縮することができる。
また、本例の光源装置２では、同一のフレーム面にレーザ光源４ａ〜４ｃを全て並列に取り付けることで、光源装置２の幅方向（図３のＸ方向）の装置長も、複数のフレーム面にレーザ光源４ａ〜４ｃを分散して取り付ける構成に比べて短縮している。
【００２９】
図４には、光源装置の他の構成例を示してある。図４の光源装置では、２つのレーザ光源４ｂ，４ｃを、フレーム３の同一フレーム面に並列して設けてあり、１つのレーザ光源４ａを、レーザ光源４ｂ，４ｃが取り付けられたフレーム面に対して直交するフレーム面に取り付けてある。また、ダイクロイックミラー６ｂ，６ｃを、レーザ光源４ｂ，４ｃのそれぞれに対応させて、同じ向き及び角度で配置してある。ここで、レーザ光源４ｂ，４ｃの取付部が設けられたフレーム面を第１基準面とし、レーザ光源４ａの取付部が設けられたフレーム面を第２基準面とする。なお、コリメートレンズ５ａ〜５ｃは図示を省略してある。
【００３０】
レーザ光源４ａからのレーザ光は、光軸の向きはそのままで、ダイクロイックミラー６ｂ，６ｃで光軸の位置が調整される。なお、レーザ光源４ａからのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｂ，６ｃによる光軸のシフト量αを考慮して、目標位置（光出口７の位置）からα分だけシフト方向の逆方向にずらした位置に出力する設定となっている。
また、レーザ光源４ｂからのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｂで光軸の向き及び位置が調整された後、光路下流側のダイクロイックミラー６ｃで光軸の位置が更に調整される。なお、ダイクロイックミラー６ｂの段階では、ダイクロイックミラー６ｃによる光軸のシフトβ（ただし、β＜α）を考慮して、目標位置からβ分だけシフト方向の逆方向にずらした位置に、光軸の位置が調整される。
また、レーザ光源４ｃからのレーザ光は、ダイクロイックミラー６ｃで光軸の向き及び位置が調整される。
【００３１】
以上のような光軸の位置調整を実現するには、第１基準面とダイクロイックミラー６ｃとの距離をＬとした場合に、第１基準面とダイクロイックミラー６ｂとの距離がＬ＋βとなり、第２基準面とダイクロイックミラー６ｂとの距離がＬ＋αとなる配置にすればよい。そして、ミラー素子までの距離を最大限確保できる位置、すなわち、光出口７から最も離れた位置にある第２基準面の取付部に、部品長が最長のレーザ光源４ａを取り付ける。これにより、光源装置２の奥行き方向（図４のＺ方向）の装置長を、他の取付部にレーザ光源４ａを取り付ける場合に比べて短縮することができる。
【００３２】
以上のように、本例では、光源装置２のフレーム３に、レーザ光源４ａ〜４ｃを取り付ける取付部を設け、このとき、光出口７から離れた位置の取付部のレーザ光源からのレーザ光ほど、ミラー素子（ダイクロイックミラー６ａ〜６ｃ）による光軸のシフト量が多くなる配置とする。そして、部品長が最長のレーザ光源４ａを、光出口７から最も離れた位置の取付部、すなわち、ミラー素子までの距離を最大限確保できる位置の取付部に取り付けることで、光源装置２の小型化を実現する。また、本例では、ミラー素子を用いてレーザ光の合成を行うことで、レーザ光の合成にプリズムを使用する場合に比べ、光源装置２の低コスト化を実現する。これにより、光源装置２を備えた画像表示装置１を、小型化及び低コスト化することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１：レーザプロジェクタ、  ２：光源装置、  ３：フレーム、  ４ａ，４ｂ，４ｃ：レーザ光源、  ５ａ，５ｂ，５ｃ：コリメートレンズ、  ６ａ，６ｂ，６ｃ：ダイクロイックミラー、  ７：光出口、  ８：アパーチャ、  ９：アップミラー、  １０：走査ミラー、  １１：走査ミラードライバ、  １２：走査ミラー制御部、  １３：映像処理部、  １４：レーザ制御部、  １５：レーザドライバ
【図１】
2014115441.tif 000003
【図２】
2014115441.tif 000004
【図３】
2014115441.tif 000005
【図４】
2014115441.tif 000006