(57)【要約】【課題】分布帰還型（DFB）レーザを用いる画像投影装置において、描画領域内の２次高調波の出力を安定化させることである。【解決手段】画像投影装置1は、分布帰還型（DFB）レーザ2と、DFBレーザ2から出射された基本波3を２次高調波5へ変換する光波長変換素子4と、基本波3と２次高調波5の光量の内、少なくとも２次高調波5の光量をモニタするディテクタ14、15と、２次高調波5を一次元または二次元に走査する光偏向器7と、画像信号に応じてDFBレーザ2を変調する変調手段111と、画像信号の無い時間内で、ディテクタ14、15のモニタ結果に基づいて、基本波3の波長を調整する波長調整手段21、112を有する。モニタ結果に基づいて、基本波3の波長を調整することで、描画領域内の２次高調波5の出力を安定化させられる。【選択図】図1
2006011332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分布帰還型（DFB）レーザと、前記DFBレーザから出射された基本波を２次高調波へ変換する光波長変換素子と、前記基本波と前記２次高調波の光量の内、少なくとも２次高調波の光量をモニタするディテクタと、前記２次高調波を一次元または二次元に走査する光偏向器と、画像信号に応じて前記DFBレーザを変調する変調手段と、前記画像信号の無い時間内（非描画時間内）で、前記ディテクタのモニタ結果に基づいて、前記基本波の波長を調整する波長調整手段を有することを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記波長調整手段は、前記DFBレーザの温度を制御して前記基本波の波長を調整する請求項1に記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記波長調整手段は、前記ディテクタのモニタ結果に基づいて、前記２次高調波の光量もしくは前記基本波に対する前記２次高調波の効率がピークとなる波長付近に前記基本波の波長を調整する請求項1または2に記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記非描画時間内で、前記ディテクタのモニタ結果に基づいて、前記２次高調波の出力を所望の値にする出力調整手段を有する請求項1乃至3のいずれかに記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記DFBレーザの温度をモニタするための温度モニタを有する請求項1乃至4のいずれかに記載の画像投影装置。
【請求項６】
請求項1乃至5のいずれかに記載の画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法であって、非描画時間内に、前記ディテクタにより前記基本波と前記２次高調波の光量の内、少なくとも前記２次高調波の光量をモニタする工程と、モニタした光量に基づいて、前記基本波の波長を調整する波長調整工程とを実行することを特徴とする画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法。
【請求項７】
前記波長調整工程は、モニタした光量に基づいて、前記２次高調波の光量もしくは前記基本波に対する前記２次高調波の効率がピークとなる波長付近に前記基本波の波長を調整する工程である請求項6に記載の画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法。
【請求項８】
前記非描画時間内に、モニタした光量に基づいて、前記２次高調波の出力を所望の値にする出力調整工程を実行することを特徴とする請求項6または7に記載の画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法。
【請求項９】
前記非描画時間内に、前記温度モニタからの温度情報に応じて、前記基本波の波長を制御する温度補正工程を実行する請求項6乃至8のいずれかに記載の画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法。
【請求項１０】
前記非描画時間の内、比較的低速な副走査方向の非描画時間内に、前記波長調整工程と温度補正工程の少なくとも一方を実行し、比較的高速な主走査方向の非描画時間内に、前記出力調整工程を実行する請求項6乃至9のいずれかに記載の画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ（Laser Diode：LD）光を第２高調波に変換する光波長変換素子を含むレーザーディスプレイなどの画像表示装置、レーザービームプリンタなどの画像形成装置などの画像投射ないし投影装置、該画像投影装置における分布帰還型（Distributed
Feedback :以下、DFB）レーザの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでに、直接変調が可能なレーザダイオード、LED等の半導体発光素子の光源を用い、光偏向器にマイクロミラーを用いた画像投影装置が提案されている。直接変調が可能な半導体発光素子を用いることで、電気光学変調器や音響光学変調器が必要な気体レーザ等に比べ、コストダウンおよび小型化を図ることが出来る。さらに、マイクロメカニクスと呼ばれる技術を用いて半導体材料であるシリコンを加工することで、ミラー角が数ｍｍの超小型光偏向器が実現されている(特許文献１)。このマイクロミラーは、平面コイルに駆動電流を流し、永久磁石とのロ−レンツ力を利用して駆動する電磁型である。その他には、静電型や圧電型のマイクロミラーも数多く提案されてきている。この半導体発光素子とマイクロミラーを用いることによって、小型、省電力の画像投影装置を実現することができる。
【０００３】
また、これまでに、DFBレーザの基本波を光波長変換素子に入射して２次高調波を発生し、短波長コヒーレント光を得る装置が提案されている。短波長光を光ディスクに用いることにより、光スポットサイズが小さくなることからディスク上の面記録密度の増加を図ることが出来る。さらに、光波長変換素子の波長許容幅内に収まるように基本波の波長を制御する波長変換装置が提案されている（特許文献２）。図13にこの波長変換装置を示す。光波長変換装置は、光源2011と、温度制御素子2012と、３次元光導波路G2とピッチΛの分極反転層RD1乃至RDnを持つ光波長変換素子2013から構成される。この装置は、光源2011の温度を温度制御素子2012で制御することにより光源2011の基本波の波長を制御し、この波長を光波長変換素子2013の波長許容幅内に収まるようにするものである。
【特許文献１】特許第2722314号公報
【特許文献２】特開平5-232536号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の如くDFBレーザから出射された基本波を光波長変換素子で変換した２次高調波を画像投影装置として使用した際、次の様な問題がある。すなわち、描画領域で制御を行うと画像の色むらが生じる、環境温度が変化すると基本波の波長がシフトする、環境温度が変化すると光波長変換素子の高出力となる波長範囲がシフトするなどという問題から、描画領域内の２次高調波の出力の安定化が困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題に鑑み、本発明の画像投影装置は、分布帰還型（DFB）レーザと、前記DFBレーザから出射された基本波を２次高調波へ変換する光波長変換素子と、前記基本波と前記２次高調波の光量の内、少なくとも２次高調波の光量をモニタするディテクタと、前記２次高調波を一次元または二次元に走査する光偏向器と、画像信号に応じて前記DFBレーザを変調する変調手段と、前記画像信号の無い時間内（非描画時間内）で、前記ディテクタのモニタ結果に基づいて、前記基本波の波長を調整する波長調整手段を有することを特徴とする。
【０００６】
また、上記の課題に鑑み、本発明の画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法は、上記の画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法であって、非描画時間内に、ディテクタにより基本波と前記２次高調波の光量の内、少なくとも前記２次高調波の光量をモニタする工程と、モニタした光量に基づいて、基本波の波長を調整する波長調整工程とを実行することを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、基本波の波長はDFBレーザへの注入電流量の制御などでも可能であるが、基本波の波長制御範囲は少なくとも数nm程度必要であり、さらに電流量により光出力も変化することを考慮すると、波長調整はDFBレーザの温度制御によるのが好ましい。また、APC機能を付加するために、非描画時間内で、ディテクタのモニタ結果に基づいて、２次高調波の出力を所望の値にする出力調整を行なってもよい。さらに、環境温度変化に伴う基本波の波長の変化を補正する機能を付加するために、DFBレーザの温度をモニタするための温度モニタを備えてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、非描画時間内で、少なくとも２次高調波の光量をモニタするディテクタのモニタ結果に基づいて、少なくとも基本波の波長調整を行うことで描画領域内の２次高調波の出力を安定化させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明による画像投影装置の一実施形態の構成図である。
【００１０】
本発明による画像投影装置及び画像投影装置におけるDFBレーザの制御方法においては、非描画時間内に、DFBレーザの基本波の波長を、例えば、２次高調波の光量もしくは基本波に対する２次高調波の効率がピークとなる波長付近に調整する波長調整手段ないし工程を設けることにより、描画領域内の２次高調波の出力を所望の値に安定化するものである。
【００１１】
図1の画像投影装置1において、DFBレーザ2から発光される基本波3は、光波長変換素子4により２次高調波5に変換される。DFBレーザ2近傍には、温度制御素子21が配置され、DFBレーザ2の温度を変化させることで基本波3の発振波長を制御する。ここで温度制御素子21は、例えばヒーターやペルチェ素子である。２次高調波5は、光偏向器駆動部6により駆動される光偏向器7により偏向され、偏向光8は投影面9上で画像を形成する。
【００１２】
一方、外部ソース10からの画像信号に基づいて制御部11の変調部111により描画信号が生成され、これによりDFBレーザ2もしくは温度制御素子21に注入する電流を変更することで基本波3（例えば、その強度）を変調する。
【００１３】
また、基本波3および２次高調波5の一部はビームスプリッタ12によって分岐され、基本波用ディテクタ14および２次高調波用ディテクタ15により光量がそれぞれ検出される。２次高調波用ディテクタ15と光波長変換素子4の間には基本波をカットするフィルタが設けられている（図中不指示）。さらに、基本波3および２次高調波5の光量に基づいて、波長調整部112で、２次高調波5の出力もしくは効率がピークとなる波長付近に基本波3の波長が調整される。
【００１４】
制御部11と光偏向器駆動部6は同期回路13で同期しており、非描画時間に波長調整部112で基本波3の波長が調整される。以上の動作により、描画時間での２次高調波5の光量を安定化させ、描画光8で投影面9上に良好な画像を形成するものである。
【実施例】
【００１５】
以下に、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
＜実施例1＞
画像表示装置に係わる本発明の実施例１を図2に沿って説明する。ここで、図1と同一のものは同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００１６】
本実施例において、DFBレーザ2は、温度制御素子である薄膜ヒーター22に電流を流すことにより温度が制御されるように構成され、この温度変化により基本波3の波長は変化される。薄膜ヒーター22は、例えば、活性層の近傍の表面に設けられた抵抗体である。本実施例では、基本波3は赤外光（波長：略1060nm）であり、２次高調波5は緑色光（波長：略530nm）である。
【００１７】
光偏向器7は、比較的高速な主方向光偏向器71と比較的低速な副方向光偏向器72からなり、２次高調波5を２次元に偏向する。主方向光偏向器71は、例えば、トーションバーに支持されたミラーを有し、トーションバーの軸周りのミラーの回転反復振動により、図3(a)に示すように正弦波駆動（駆動周波数：約10KHz）する。ここで用いた光偏向器の他に、ポリゴンミラー等を用いることも可能である。副方向光偏向器72は、例えば、ミラーをステッピングモータの軸に取り付け、図3(b)に示すように鋸波駆動（駆動周波数：約30Hz）する。ここで用いた光偏向器の他に、ポリゴンミラー等を用いることも可能である。
【００１８】
光偏向器7によって偏向された描画光8は、図4に示す軌跡を通り、投影面9で画像を形成する。ここで、図4に示す描画光8の軌跡に応じて、図5に示す描画時間16，水平ブランキング時間17，垂直ブランキング時間18を以下のように定義する。描画時間16は外部ソース10からの信号を投影面9の描画領域に描画する時間で、垂直ブランキング時間17は非描画領域内の上下の水平領域に偏向光がある時間、水平ブランキング時間18は非描画領域内の左右の垂直領域に偏向光がある時間である。
【００１９】
図6に、描画時間16での２次高調波5の光量を安定化させるための制御のフローを示す。垂直ブランキング時間17および水平ブランキング時間18に対応する非描画領域内で、波長調整工程を波長調整部112により実行する。以下、波長調整工程の説明を行う。
【００２０】
《波長調整工程》
DFBレーザ2は、温度の上昇により発振波長は長波長側にシフトし、温度の降下により発振波長は短波長側にシフトする。よって、薄膜ヒーター22により基本波3の発振波長は任意の方向に制御することが出来る。図7に基本波3の発振波長と２次高調波5の出力の関係を示す。図7に示すように、薄膜ヒーター22に流す電流を制御することで波長連続可変曲線に沿って基本波3の波長をスイープし、その間、２次高調波5のみ、もしくは基本波3と２次高調波5（すなわち、少なくとも２次高調波5）を基本波用ディテクタ14もしくは２次高調波用ディテクタ15でモニタし、２次高調波5の出力もしくは効率（基本波3の出力に対する２次高調波5の出力の比率）がピークとなる波長に基本波3の波長をロックする。
【００２１】
本実施例により、薄膜ヒーター22を用いたDFBレーザ2において、描画領域内の２次高調波の出力もしくは効率をピークに固定することができる。よって、描画時間での２次高調波5の光量を安定化させ、描画光8で投影面9上に良好な画像を形成できる。
【００２２】
＜実施例2＞
次に、本発明の実施例2を説明する。図8は本実施例の具体的な構成図である。ここで、図2と同一のものは同一符号とし、説明を省略する。
【００２３】
図9に本実施例の制御のフローを示す。本実施例では、非描画時間に、波長調整工程を波長調整部112により行い、２次高調波5の出力を所望の値にする出力調整工程を出力調整部113により行う。以下、出力調整工程の説明を行う。
【００２４】
《出力調整工程》
波長調整工程後、２次高調波5の出力が所望の値になっているとは限らない。そこで、出力調整工程では、DFBレーザ2と薄膜ヒーター22に注入する電流を制御することで２次高調波5の出力を所望の値にする。ここで、DFBレーザ2に注入する電流量のみを制御して２次高調波5の出力を所望の値にすることが可能である。もしくは、図7に示す基本波2の発振波長と２次高調波出力の関係から、薄膜ヒーター22に注入する電流量のみを制御して２次高調波5の出力を所望の値にすることも可能である。
【００２５】
しかしながら、DFBレーザ2に注入する電流量のみを変えるとDFBレーザ2の温度が変るため、基本波3の波長がシフトする。よって、光波長変換素子4により変換される２次高調波5の効率がピーク点からずれることが考えられる。また、薄膜ヒーター22に注入する電流量のみを変えても、基本波3の波長のシフトにより２次高調波の効率がピーク点からずれる。よって、DFBレーザ2に注入する電流量の変化に応じて薄膜ヒーター22に注入する電流量を制御することによって（これによりDFBレーザ2からの基本波3の強度と波長を適当に制御できる）、常に２次高調波への変換効率がピークとなる波長付近に基本波3の波長を維持したまま、２次高調波5の出力を所望の値に変化することが可能となり、消費電力の低下を実現出来る。
【００２６】
ここで、薄膜ヒーター22に注入する電流量をIt、DFBレーザ2に注入する電流量の変化をΔIgain、係数をCとすると、新たに薄膜ヒーター22に注入する電流量It’は次の式で算出される。
It’＝
It＋C・ΔIgain          （1）
ここでは、係数Cについては、事前に測定した実験値からフィッテングしたものである。さらに、薄膜ヒーター22に注入する電流量ItとDFBレーザ2に注入する電流量の変化ΔIgainの関係を一次式として表したが、その他の近似式で表現することも可能である。
【００２７】
本実施例によっても、描画領域内の２次高調波の出力を所望の値に安定化させることが可能となる。その他の点は実施例1と同じである。
【００２８】
＜実施例3＞
次に、本発明の実施例3を説明する、図10は本実施例の具体的な構成図である。ここで、図2と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
図11に本実施例の制御のフローを示す。本実施例では、DFBレーザ2の温度をモニタするための温度モニタ19を有している。そして、前記非描画時間内に、温度モニタ19からの温度情報に応じて、温度制御素子である薄膜ヒーター22に注入する電流量を制御するものである。以下に温度調整工程ないし温度補正工程について説明する
【００３０】
《温度調整工程》
DFBレーザ2の温度は、画像投影装置1の使用環境温度により変化する。DFBレーザ2の温度が変化するとDFBレーザ2の発振波長が変化する。ここでDFBレーザ2は、温度の上昇により発振波長は長波長側にシフトし、温度の降下により発振波長は短波長側にシフトするので、環境温度の変化に起因するDFBレーザ2の温度変化による発振波長シフトを補正するために、温度モニタ19により環境温度の変化をモニタし、それに伴い薄膜ヒーター22に注入する電流量を変化させる。
【００３１】
ここで、薄膜ヒーター22に注入する電流量をIt、温度モニタ19による環境温度の変化をΔT、温度係数をDとすると、新たに薄膜ヒーター22に注入する電流量は次の式で算出される。
It’＝
It＋D・ΔT          （2）
ここでは、係数Dについては、事前に測定した実験値からフィッテングしたものである。さらに、薄膜ヒーター22に注入する電流量Itと温度モニタ19による環境温度の変化の関係を一次式として表したが、その他の近似式で表現することも可能である。
【００３２】
本実施例は、上記温度調整工程により環境温度の変化による基本波の波長シフトを補正しておいて、その後は上記実施例のように波長調整工程や出力調整工程を実行して基本波の波長を制御するものである。本実施例によっても、描画領域内の２次高調波の出力を所望の値に安定化させることが可能となる。その他の点は実施例1と同じである。
【００３３】
＜実施例4＞
次に、本発明の実施例4を説明する、本実施例の具体的な構成図は実施例1の構成を示す図2と同じである。
【００３４】
本実施例では、比較的長い垂直ブランキング時間17に、波長調整工程もしくは波長調整工程と温度調整工程を行い、比較的短い水平ブランキング時間18に出力調整工程を行うものである。波長調整工程や温度調整工程における電流注入から波長変化までのレスポンスは、出力調整における電流注入から出力変化までのレスポンスよりも通常長いからである。
【００３５】
図12に本実施例の制御のフローを示す。本実施例においては、フレームレート（＝垂直ブランキング）毎に波長調整工程もしくは波長調整工程と温度調整工程を行い、かつ、主走査方向の走査の１周期（＝水平ブランキング）毎に出力調整工程を行うことで、描画領域内の２次高調波5の出力もしくは効率をより精度良くピークに固定することができる。その他の点は実施例1と同じである。
【００３６】
本発明は、一次元に描画光を偏向する画像形成装置などの光学機器にも用いられる。こうした画像形成装置では、例えば、光波長変換素子からの緑色域などのレーザ光は、光の偏向走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光走査系により一次元的に走査される。この走査されたレーザ光は書き込みレンズにより、回転する感光体上へ画像を形成する。感光体は帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することによりその部分に静電潜像が形成される。そして、現像器により静電潜像の画像部分にトナー像を形成し、これを例えば用紙に転写・定着することで用紙上に画像が形成される。本発明により、画質のよい画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による画像投影装置の一実施形態のブロック図。
【図２】実施例1による画像投影装置のブロック図。
【図３】主方向光偏向器及び副方向光偏向器の走査変位−時間の関係図。
【図４】投影面での描画光の軌跡を示す図。
【図５】投影面での描画領域と水平ブランキングと垂直ブランキングの関係を示す図。
【図６】実施例1における制御フロー図。
【図７】基本波の発振波長と２次高調波出力の関係を示す図。
【図８】実施例2による画像投影装置のブロック図。
【図９】実施例2における制御フロー図。
【図１０】実施例3による画像投影装置のブロック図。
【図１１】実施例3における制御フロー図。
【図１２】実施例4における制御フロー図。
【図１４】従来技術における波長変換装置を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
1    画像投影装置（画像投射装置）
2    DFBレーザ
3    基本波
4    光波長変換素子
5    ２次高調波
7、71、72    光偏向器
14、15    ディテクタ（基本波用ディテクタ、２次高調波用ディテクタ）
21、22、112    波長調整手段（波長調整部、温度調整素子、薄膜ヒータ）
111    変調手段
【図１】
2006011332.tif 000003
【図２】
2006011332.tif 000004
【図３】
2006011332.tif 000005
【図４】
2006011332.tif 000006
【図６】
2006011332.tif 000007
【図７】
2006011332.tif 000008
【図８】
2006011332.tif 000009
【図９】
2006011332.tif 000010
【図１０】
2006011332.tif 000011
【図１１】
2006011332.tif 000012
【図１２】
2006011332.tif 000013
【図１３】
2006011332.tif 000014
【図５】
2006011332.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月14日(2004.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
【図１】本発明による画像投影装置の一実施形態のブロック図。
【図２】実施例1による画像投影装置のブロック図。
【図３】主方向光偏向器及び副方向光偏向器の走査変位−時間の関係図。
【図４】投影面での描画光の軌跡を示す図。
【図５】投影面での描画領域と水平ブランキングと垂直ブランキングの関係を示す図。
【図６】実施例1における制御フロー図。
【図７】基本波の発振波長と２次高調波出力の関係を示す図。
【図８】実施例2による画像投影装置のブロック図。
【図９】実施例2における制御フロー図。
【図１０】実施例3による画像投影装置のブロック図。
【図１１】実施例3における制御フロー図。
【図１２】実施例4における制御フロー図。
【図１３】従来技術における波長変換装置を示す図。