(57)【要約】【課題】未分割のレーザアレイを光源として使用してもスペックルノイズを低減させることが可能な投影装置を提供する。【解決手段】投影装置（１）は、互いに分割されていない、同色のレーザ光を出射する複数のレーザ素子（２１ａ〜２１ｅ）を含むレーザアレイ（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）と、複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の光ファイバ（４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ）と、複数の光ファイバの出射端部から出射されたレーザ光を偏向させて投影面上を走査する走査部（５）と、走査部によるレーザ光の走査線ごとに互いに開始タイミングをずらして複数のレーザ素子を発光させる制御部（３０）とを有し、制御部は、複数のレーザ素子からのレーザ光がそれぞれ走査される投影面上の領域の共通部分で、各レーザ素子のレーザ光により同じ位置に同じ画像が投影されるように、複数のレーザ素子の発光を制御する。【選択図】図１
2015215443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに分割されていない、同色のレーザ光を出射する複数のレーザ素子を含むレーザアレイと、
前記複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバの出射端部から出射されたレーザ光を偏向させて投影面上を走査する走査部と、
前記走査部によるレーザ光の走査線ごとに互いに開始タイミングをずらして前記複数のレーザ素子を発光させる制御部と、を有し、
前記制御部は、前記複数のレーザ素子からのレーザ光がそれぞれ走査される前記投影面上の領域の共通部分で、各レーザ素子のレーザ光により同じ位置に同じ画像が投影されるように、当該複数のレーザ素子の発光を制御する、
ことを特徴とする投影装置。
【請求項２】
前記複数の光ファイバの出射端部から互いに間隔を空けたレーザ光が前記走査部に向けて出射されるように、当該複数の光ファイバの出射端部を固定する固定具をさらに有する、請求項１に記載の投影装置。
【請求項３】
前記固定具は、前記複数のレーザ素子からのレーザ光の投射点が前記投影面上において前記走査部による走査方向に交差する方向に互いにずれる配列で前記複数の光ファイバの出射端部を固定する、請求項２に記載の投影装置。
【請求項４】
前記複数の光ファイバの出射端部から出射されるレーザ光の投射点が前記投影面上において人間の眼で認識可能な最小の画素の大きさに収まるように当該レーザ光のビーム径を調整する投射レンズをさらに有し、
前記固定具は、前記複数のレーザ素子からのレーザ光の投射点が前記投影面上において前記走査方向に対して斜め一列に並ぶ配列で前記複数の光ファイバの出射端部を固定する、請求項３に記載の投影装置。
【請求項５】
前記固定具は、前記複数のレーザ素子からのレーザ光の投射点が前記投影面上において前記走査部による走査方向に沿って一列に並ぶ配列で前記複数の光ファイバの出射端部を固定する、請求項２に記載の投影装置。
【請求項６】
互いに分割されていない、赤色レーザ光を出射する複数のレーザ素子を含む赤色レーザアレイと、
互いに分割されていない、緑色レーザ光を出射する複数のレーザ素子を含む緑色レーザアレイと、
互いに分割されていない、青色レーザ光を出射する複数のレーザ素子を含む青色レーザアレイと、
前記赤色レーザアレイの前記複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の赤色用光ファイバと、
前記緑色レーザアレイの前記複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の緑色用光ファイバと、
前記青色レーザアレイの前記複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の青色用光ファイバと、
前記複数の赤色用光ファイバ、前記複数の緑色用光ファイバおよび前記複数の青色用光ファイバの出射端部から出射された各色レーザ光を偏向させて投影面上を走査する走査部と、
前記赤色レーザアレイ、前記緑色レーザアレイおよび前記青色レーザアレイのそれぞれについて、前記走査部によるレーザ光の走査線ごとに互いに開始タイミングをずらして前記複数のレーザ素子を発光させる制御部と、を有し、
前記制御部は、前記複数のレーザ素子からのレーザ光がそれぞれ走査される前記投影面上の領域の共通部分で、各レーザ素子のレーザ光により同じ位置に同じ画像が投影されるように、当該複数のレーザ素子の発光を制御する、
ことを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を走査して画像を投影する投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザプロジェクタの光源には、光量の増加、発光により生じる熱の分散、歩留まりの向上などの目的から、アレイ化したＬＤ（レーザダイオード）を含むレーザモジュールが用いられる。例えば、特許文献１には、共通の半導体積層部により一体に形成された複数のレーザ素子を含むＬＤアレイを光源として用いたプロジェクタが記載されている。
【０００３】
また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のレーザ光源からの各色レーザ光を、クロスプリズムなどの空間光学系または融着型光ファイバコンバイナにより合波し、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スキャナにより走査して、画像を投影するレーザプロジェクタが知られている。こうしたレーザプロジェクタでは、レーザ光に固有のコヒーレンス性に起因して微小な斑点模様のスペックルノイズが発生するため、従来から、このスペックルノイズを低減する様々な手法が提案されている。例えば、特許文献２には、双方向の線順次走査を行う際に、画素表示期間内においてＲＧＢの各レーザ光源の駆動開始タイミングを異ならせることにより、スペックルノイズを低減しつつ、投射スポットの位置ずれを補正する画像表示装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献３には、一群の各光ファイバでそれぞれ伝送されてきた各変調レーザ光を、投映面上の各領域に順次一括して走査することにより、投映面上の各領域に各走査線ブロックエリアのビデオ情報を順次直列的に投映する投映表示装置が記載されている。特許文献３では、変調信号のタイミングに時差をもたせて調整することにより、投映面での走査ビームごとに生じる時間軸のずれを補正することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２３６１９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０５８３７１号公報
【特許文献３】特開平８−３２７９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スペックルノイズ（スペックルコントラスト）は、光源の個別のレーザ素子からの光をスクリーン上で角度多重、（一般に人間の眼で認識可能な最小の画素をそれより小さい複数個のビームで構成することをオーバーデザインと呼ぶが、オーバーデザインを用いた）空間多重などの手法でｎ個に多重化すれば、理論上は１／√ｎに減ることが知られている。しかしながら、互いに分割されていない（未分割の）複数のレーザ素子を含むレーザアレイでは、各レーザ素子が近接しているため、それらの各素子の発光が互いに相関をもってしまう。このため、未分割のレーザアレイを光源として用いて、同時にスクリーンに投射する走査型の投影装置では、上記の理論通りにはスペックルノイズが減らないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、未分割のレーザアレイを光源として使用しても、本構成を有しない場合と比べてスペックルノイズを低減させることが可能な投影装置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】
【０００８】
本発明の投影装置は、互いに分割されていない、同色のレーザ光を出射する複数のレーザ素子を含むレーザアレイと、複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の光ファイバと、複数の光ファイバの出射端部から出射されたレーザ光を偏向させて投影面上を走査する走査部と、走査部によるレーザ光の走査線ごとに互いに開始タイミングをずらして複数のレーザ素子を発光させる制御部とを有し、制御部は、複数のレーザ素子からのレーザ光がそれぞれ走査される投影面上の領域の共通部分で、各レーザ素子のレーザ光により同じ位置に同じ画像が投影されるように、複数のレーザ素子の発光を制御する。
【０００９】
上記の投影装置は、複数の光ファイバの出射端部から互いに間隔を空けたレーザ光が走査部に向けて出射されるように、複数の光ファイバの出射端部を固定する固定具をさらに有することが好ましい。
【００１０】
上記の投影装置では、固定具は、複数のレーザ素子からのレーザ光の投射点が投影面上において走査部による走査方向に交差する方向に互いにずれる配列で複数の光ファイバの出射端部を固定することが好ましい。
【００１１】
上記の投影装置は、複数の光ファイバの出射端部から出射されるレーザ光の投射点が投影面上において人間の眼で認識可能な最小の画素の大きさに収まるようにレーザ光のビーム径を調整する投射レンズをさらに有し、固定具は、複数のレーザ素子からのレーザ光の投射点が投影面上において走査方向に対して斜め一列に並ぶ配列で複数の光ファイバの出射端部を固定することが好ましい。
【００１２】
上記の投影装置では、固定具は、複数のレーザ素子からのレーザ光の投射点が投影面上において走査部による走査方向に沿って一列に並ぶ配列で複数の光ファイバの出射端部を固定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の投影装置は、互いに分割されていない、赤色レーザ光を出射する複数のレーザ素子を含む赤色レーザアレイと、互いに分割されていない、緑色レーザ光を出射する複数のレーザ素子を含む緑色レーザアレイと、互いに分割されていない、青色レーザ光を出射する複数のレーザ素子を含む青色レーザアレイと、赤色レーザアレイの複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の赤色用光ファイバと、緑色レーザアレイの複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の緑色用光ファイバと、青色レーザアレイの複数のレーザ素子からのレーザ光をそれぞれ導波する複数の青色用光ファイバと、複数の赤色用光ファイバ、複数の緑色用光ファイバおよび複数の青色用光ファイバの出射端部から出射された各色レーザ光を偏向させて投影面上を走査する走査部と、赤色レーザアレイ、緑色レーザアレイおよび青色レーザアレイのそれぞれについて、走査部によるレーザ光の走査線ごとに互いに開始タイミングをずらして複数のレーザ素子を発光させる制御部とを有し、制御部は、複数のレーザ素子からのレーザ光がそれぞれ走査される投影面上の領域の共通部分で、各レーザ素子のレーザ光により同じ位置に同じ画像が投影されるように、複数のレーザ素子の発光を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
上記の投影装置によれば、未分割のレーザアレイを光源として使用しても、本構成を有しない場合と比べてスペックルノイズを低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】レーザプロジェクタ１の概略構成図である。
【図２】レーザモジュール２の斜視図である。
【図３】レーザモジュール２の平面図である。
【図４】ＬＤアレイ２０の断面図である。
【図５】レーザモジュール２の製造工程の例を示したフローチャートである。
【図６】ファイババンドルコンバイナ３で固定される各ファイバの配列とＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査方向の例について説明するための図である。
【図７】ドライバＩＣ３０によるＬＤアレイ２０の発光開始タイミングの制御について説明するための図である。
【図８】ファイババンドルコンバイナ３で固定される各ファイバの配列とＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査方向の他の例について説明するための図である。
【図９】別のファイババンドルコンバイナ３’を用いた場合の、各ファイバの配列とＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査方向の例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、投影装置について説明する。ただし、本発明が図面または以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。
【００１７】
この投影装置は、未分割の複数のレーザ素子を含むレーザアレイを光源として使用し、各レーザ素子からのレーザ光を複数の光ファイバにより導波して出射し、出射されたレーザ光で走査部により投影面上を走査して、画像を投影する。その際、この投影装置では、互いに開始タイミングをずらして複数のレーザ素子を発光させるとともに、ファイババンドルコンバイナで固定された複数の光ファイバの出射端部から、互いにわずかに位置をずらして走査部に向けて各レーザ素子のレーザ光を出射させる。これにより、近接するレーザ素子間の発光の相関をなくすことで、この投影装置では、未分割レーザアレイを使用した投影装置に特有のスペックルノイズを低減させる。
【００１８】
図１は、レーザプロジェクタ１の概略構成図である。レーザプロジェクタ１は、投影装置の一例であり、主要な構成要素として、レーザモジュール２と、ファイババンドルコンバイナ３と、投射レンズ４と、ＭＥＭＳスキャナ５とを有する。光源であるレーザモジュール２から出射された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のレーザ光は、ファイババンドルコンバイナ３で合波され、揺動するＭＥＭＳスキャナ５で走査されて、投影面７０上に投影される。
【００１９】
図２は、レーザモジュール２の斜視図である。また、図３は、レーザモジュール２の平面図である。
【００２０】
レーザモジュール２は、主要な構成要素として、シリコン基板１０、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ、ドライバＩＣ３０、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ、サブ基板５０などを有する。レーザモジュール２は、Ｓｉプラットフォームとも呼ばれるシリコン基板１０の上面に、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ、ドライバＩＣ３０、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ、サブ基板５０などが実装された、集積化レーザモジュールである。
【００２１】
シリコン基板１０は、例えば十数ｍｍ角程度の大きさを有する。また、シリコン基板１０には、上面から底面に貫通するシリコン貫通電極（through-silicon via：ＴＳＶ）が設けられている。このＴＳＶにより、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂなどの配線は、シリコン基板１０の内部の配線層または底面に引き回されている。シリコン基板１０は、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０ＢおよびドライバＩＣ３０などに電気信号を供給するための回路基板（図示せず）の上に搭載される。その回路基板から、貫通電極を通してＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ、ドライバＩＣ３０などの各素子に、電気信号が供給される。
【００２２】
ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、それぞれ、ＲＧＢレーザ光を出射するレーザ光源である。以下では、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂをそれぞれ区別せず、単に「ＬＤアレイ２０」ともいう。
【００２３】
図４は、ＬＤアレイ２０の断面図である。ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、いずれも、図４に示すＬＤアレイ２０と同様に構成される。
【００２４】
ＬＤアレイ２０は、例えば、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｘ＋Ｙ≦１）と表わされるＧａＮ系化合物半導体により形成される。図４に示すように、ＬＤアレイ２０は、例えば、ｎ型基板２０１、ｎＧａＮコンタクト層２０２、ｎＡｌＧａＮクラッド層２０３、ｎＩｎＧａＮガイド層２０４、活性層２０５、ｐＩｎＧａＮガイド層２０６、ｐＡｌＧａＮ電子ブロック層２０７、ｐＡｌＧａＮクラッド層２０８、およびｐ型コンタクト層２０９がこの順に積層されて形成される。
【００２５】
また、図４に示すように、ＬＤアレイ２０は、上部に複数のリッジ部２１ａ〜２１ｅを有する。ＬＤアレイ２０では、リッジ部２１ａ〜２１ｅにｐ電極２１０ａ〜２１０ｅがそれぞれ形成され、ｎ型基板２０１の底面にｎ電極２００が形成される。また、リッジ部２１ａ〜２１ｅの側面には、絶縁膜２２０が形成される。各リッジ部２１ａ〜２１ｅは、共通電極であるｎ電極２００と、個別電極であるｐ電極２１０ａ〜２１０ｅとを用いて独立に電流駆動され、別個のレーザ素子として機能する。
【００２６】
したがって、ＬＤアレイ２０は、互いに分割されていない複数（図４の例では５個）のＬＤ素子（レーザ素子）を含むレーザアレイとして機能する。このように、レーザモジュール２では、１個の半導体結晶から複数個の配線を取り出したＬＤアレイ２０を使用する。
【００２７】
レーザモジュール２では、ＬＤ素子の歩留まりを考慮して、その個数に冗長性をもたせたＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを使用する。例えば、ＬＤ素子の歩留まりが６割程度であり、レーザモジュール２としてＲＧＢの各色で３個ずつのＬＤ素子が必要である場合には、それぞれ５個ずつのＬＤ素子を含むＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂをシリコン基板１０上に実装しておく。これにより、ＬＤ素子を駆動させながら各種特性を計測して初期不良品を選別するバーンイン試験を行った後でも、各色で３個ずつの良品が残るようにする。なお、この個数は一例であり、各ＬＤアレイ２０は上記とは異なる個数のＬＤ素子を含んでもよい。また、各色ＬＤ素子の材料や、組成、構造などによる不良率に応じて、３つのＬＤアレイの間で冗長度を異ならせてもよい。
【００２８】
ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、半田実装などでドライバＩＣ３０が実装された後に、表面活性化接合でシリコン基板１０の上面に実装される。また、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、放熱特性を改善するためと、シリコン基板１０の表面を基準面として高精度に位置決めするために、活性層がシリコン基板１０側に位置するように、フェイスダウンで（図４に示す状態から上下反転させて）実装される。これにより、シリコン基板１０に対して遠い側と近い側には、それぞれ各ＬＤ素子のｎ電極とｐ電極が配置される。上記の通り、ｎ電極は各ＬＤ素子の共通電極であり、ｐ電極はＬＤ素子ごとの個別電極である。
【００２９】
ドライバＩＣ３０は、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを駆動する機構であり、少なくとも、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂへの電流供給を制御する機構を有する。ドライバＩＣ３０は、デジタルインタフェースを実装していることが好ましく、また制御部としてＣＰＵやメモリなどのコア部分を含む。後述するように、ドライバＩＣ３０は、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各ＬＤ素子の発光開始タイミングを制御する。ドライバＩＣ３０は、例えば数ｍｍ角程度の大きさを有し、シリコン基板１０の上面に半田で実装される。
【００３０】
ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０ＢのＬＤ素子にそれぞれ対応する複数（図示した例では５本ずつ）の光ファイバで構成される。ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各ファイバは、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂから出射されたレーザ光を導波する、例えばシングルモードの光ファイバ（ＳＭＦ）である。なお、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの端部には、結合部材としてＧＩ（Graded Index）レンズを一体的に設けてもよい。また、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを設ける代わりに、例えばニオブ酸リチウムなどで構成された平板状の光導波路をシリコン基板１０上に実装して、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂからのレーザ光を導波させてもよい。
【００３１】
サブ基板５０は、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを保持するための溝が下面に形成された、シリコンまたはガラス製の基板である。サブ基板５０は、シリコン基板１０の上面に表面活性化接合され、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの端部を固定する。サブ基板５０がシリコン基板１０に接合された状態で、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを構成する各ファイバの端部は、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの対応するＬＤ素子にそれぞれ光結合される。サブ基板５０には、ＬＤ素子への結合効率を上げるＧＩレンズと、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各ファイバとを融着接続したレンズユニットを予め固定しておいてもよい。
【００３２】
なお、図３には、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各ＬＤ素子とドライバＩＣ３０の各電極とを互いに接続するための電極パッドの一部も示している。シリコン基板１０の上面には、ＬＤ共通電極パッド１１、ＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、ＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂおよびドライバ用電極パッド１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが形成されている。
【００３３】
ＬＤ共通電極パッド１１には、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各ＬＤ素子のｎ電極が、３本のワイヤボンド６１により共通に接続される。ＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを構成する５個ずつのＬＤ素子に個別に電流を流せるように、５個ずつのストライプ状の電極パッドで構成される。ＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂには、対応するＬＤ素子の個別電極であるｐ電極がそれぞれ接続される。
【００３４】
ＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０ＢをドライバＩＣ３０に接続するための端子であり、ＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに隣り合うように配置される。ＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、ＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂにそれぞれ対応する５個ずつの電極パッドで構成される。ＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４ＢとＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、図示しないシリコン基板１０の貫通電極およびシリコン基板１０の底面に設けられた電極パッドを介して互いに接続される。なお、３つのＬＤアレイの冗長度に応じて、ＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２ＢとＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのパッド数を色ごとに異ならせてもよい。
【００３５】
ドライバ用電極パッド１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、３つのＬＤアレイに含まれる５個ずつのＬＤ素子より少なく、それぞれ３個ずつ形成されている。ドライバ用電極パッド１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのうち、バーンインにより選別された良品のＬＤ素子に対応するＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに、ワイヤボンド６４により選択的に接続される。
【００３６】
図５は、レーザモジュール２の製造工程の例を示したフローチャートである。
【００３７】
まず、シリコン基板１０に、上記で説明した電極構造を形成する（Ｓ１）。すなわち、ＬＤ共通電極パッド１１、ＬＤ個別電極パッド１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、ＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂおよびドライバ用電極パッド１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂをシリコン基板１０の上面に形成する。また、それらを互いに接続するための貫通電極と電極パッドを、シリコン基板１０の内部と底面にそれぞれ形成する。
【００３８】
次に、ドライバＩＣ３０をシリコン基板１０に半田接合する（Ｓ２）。そして、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを、それぞれフェイスダウンで、パッシブアライメントによりシリコン基板１０の上面に表面活性化接合する（Ｓ３）。その際は、例えば、シリコン基板１０とＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにそれぞれ設けられたアライメントマークの位置を合わせることにより、シリコン基板１０に対するＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの位置を決定する。このように、先に半田接合し、その後で表面活性化接合することにより、各ＬＤ素子に熱影響を及ぼさないようにＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを実装する。
【００３９】
この状態で、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのバーンインを行い、各ＬＤ素子の良品と不良品を選別する（Ｓ４）。その際は、シリコン基板１０に形成された図示しない検査用電極を外部電源に接続して、各ＬＤ素子に個別に電流を流す。バーンインが終了したら、検査用電極と外部電源との接続を外す。
【００４０】
次に、ドライバ用電極パッド１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを、ステップＳ４で選別された良品のＬＤ素子に対応するＬＤ接続用パッド１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに、それぞれワイヤボンド６４により接続する（Ｓ５）。なお、このとき、ステップＳ４で選別された不良品のＬＤ素子を、加工用レーザなどによりＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂから切断して取り除いてもよい。
【００４１】
また、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂをサブ基板５０に固定し、アクティブアライメントによりサブ基板５０をシリコン基板１０に表面活性化接合する（Ｓ６）。その際は、シリコン基板１０とサブ基板５０の相対位置を変化させながらＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂからレーザ光を出射させ、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからの出射光の強度に基づいて、サブ基板５０の位置を決定する。これにより、ステップＳ４で選別された良品のＬＤ素子と、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各ファイバとが光結合される。以上で、レーザモジュール２の製造工程は終了する。
【００４２】
なお、レーザプロジェクタ１では、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが１つのシリコン基板１０上に実装されたレーザモジュール２を使用しているが、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂをそれぞれ別の基板に実装し、色別の３個のレーザモジュールを使用してもよい。
【００４３】
図１に戻って、レーザプロジェクタ１の他の構成要素について説明する。
【００４４】
ファイババンドルコンバイナ３は、固定具の一例であり、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの端部を束ねて固定して、各ファイバの出射端部から出射されるＲＧＢレーザ光を合波する。ファイババンドルコンバイナ３は、例えば、レーザ光の出射方向に垂直な断面上で各ファイバが正方配列を形成するように、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの端部を固定する。レーザプロジェクタ１では、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを構成する５本ずつのファイバのうち、良品のＬＤ素子に接続されている３本ずつのファイバの出射端部から、３組のＲＧＢレーザ光が出射される。
【００４５】
なお、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからの１本ずつのファイバで導波されるＲＧＢレーザ光を、融着型ファイバコンバイナにより１本のファイバに合波して、複数組のＲＧＢレーザ光を出射してもよい。また、投影装置を照明用途に使用する場合など、高解像度化する必要がない場合には、ファイババンドルコンバイナ３の代わりにマルチモードファイバを使用してもよい。
【００４６】
投射レンズ４は、例えば、図示しないレーザプロジェクタ１の回路基板上に固定される。投射レンズ４は、ファイババンドルコンバイナ３における各ファイバの出射端部から出射されたＲＧＢレーザ光を集光して、ＭＥＭＳスキャナ５に照射されるように整形する。
【００４７】
ＭＥＭＳスキャナ５は、例えば、図示しないレーザプロジェクタ１の回路基板上に固定され、図示しない駆動部により、互いに直交する２軸方向に高速に揺動される。ＭＥＭＳスキャナ５は、走査部の一例であり、投射レンズ４を透過したＲＧＢレーザ光をそのミラー面で反射（偏向）させて、投影面７０上を２次元状に走査する。
【００４８】
例えば、Ｘ方向（水平走査方向）には、ＭＥＭＳスキャナ５は約２０ＫＨｚで共振駆動され、レーザ光の反射角を正弦波状に時間変化させる。また、Ｘ方向と直交するＹ方向（垂直走査方向）には、ＭＥＭＳスキャナ５は約６０Ｈｚで鋸波状に強制駆動され、レーザ光の反射角を鋸波状に時間変化させる。なお、ＭＥＭＳスキャナ５による走査は、ラスタスキャンに限らず、ベクトルスキャンでもよい。
【００４９】
図６は、ファイババンドルコンバイナ３で固定される各ファイバの配列とＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査方向の例について説明するための図である。なお、図６ならびに後述する図８および図９では、ＭＥＭＳスキャナ５はレーザ光を透過するものとして図示している。
【００５０】
図６に示す例では、ファイババンドルコンバイナ３は、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各ファイバ４１を、色ごとの３層に並べて正方配列として固定している。このファイババンドルでは、同色のレーザ光を出射する各ファイバ４１がＸ方向に配列し、色別のファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０ＢがＹ方向に配列している。ファイババンドルコンバイナ３により形成されるファイバ４１の正方配列では、隣り合うファイバのコア間が距離ｄだけ離れている。これにより、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各ファイバ４１の出射端部から、互いに距離ｄだけ間隔を空けたレーザ光７１が、ＭＥＭＳスキャナ５に向けて出射される。レーザ光７１間の位置ずれは、レーザ光７１が投射レンズ４を透過することにより、角度のずれに変換される。
【００５１】
ＭＥＭＳスキャナ５が２軸方向に揺動することにより、投影面７０上では、レーザ光７１の投射点７２が、例えば矢印で示すように＋Ｘ方向と−Ｘ方向の双方向に移動する。ファイババンドルコンバイナ３は、例えば、同色の複数のＬＤ素子からのレーザ光７１の投射点７２がＭＥＭＳスキャナ５による水平走査方向に沿って一列に並ぶ配列で、各ファイバ４１の出射端部を固定する。同色のＬＤ素子からのレーザ光７１の投射点７２が水平走査方向に沿って並んでいると、後述するように互いにタイミングをずらしてＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各ＬＤ素子を発光させたときに、複数のＬＤ素子による画像投影の制御が容易になる。
【００５２】
上記の通り、レーザプロジェクタ１では、ＲＧＢ各色について、１個の半導体結晶から切り出され互いに近接配置された複数のＬＤ素子を光源として使用する。このため、各ＬＤ素子を同時に発光させると、それらが相関をもってしまい、スペックルノイズが発生する。そこで、レーザプロジェクタ１では、ドライバＩＣ３０による制御の下で、ＲＧＢ各色について、ＬＤアレイ２０の各ＬＤ素子の発光開始タイミングを異ならせる。以下では、この制御方法について説明する。
【００５３】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、ドライバＩＣ３０によるＬＤアレイ２０の発光開始タイミングの制御について説明するための図である。ここでは簡単のため、ラスタスキャンを仮定し、１色（例えば赤色）のレーザ光のみを考える。
【００５４】
図７（Ａ）は、ＬＤアレイ２０Ｒの３つのＬＤ素子による投影面７０上の走査線を示す。ドライバＩＣ３０は、ＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査線ごとに、以下のように互いに開始タイミングをずらして、ＬＤアレイ２０Ｒで良品として使用されている３つのＬＤ素子を発光させる。以下では、対象の３つのＬＤ素子をＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃと表して説明する。
【００５５】
まず、＋Ｘ方向への走査時には、ドライバＩＣ３０は、最初にＬＤａを発光させ、ＬＤａの発光開始から時間Δｔ後にＬＤｂを発光させ、さらにＬＤｂの発光開始から時間Δｔ後にＬＤｃを発光させる。これにより、ＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃが出射するレーザ光で、走査線７３ａ，７３ｂ，７３ｃがそれぞれ描かれる。また、−Ｘ方向への走査時には、ドライバＩＣ３０は、最初にＬＤｃを発光させ、ＬＤｃの発光開始から時間Δｔ後にＬＤｂを発光させ、さらにＬＤｂの発光開始から時間Δｔ後にＬＤａを発光させる。これにより、ＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃが出射するレーザ光で、走査線７４ａ，７４ｂ，７４ｃがそれぞれ描かれる。
【００５６】
この時間差Δｔは、Ｘ方向（水平走査方向）におけるＭＥＭＳスキャナ５の共振駆動の周期より十分短い時間とする。こうして、投影面７０上では、ＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃからのレーザ光により、互いに距離ΔＬだけずれて重なった投影領域７５ａ，７５ｂ，７５ｃがそれぞれ走査される。そして、投影領域７５ａ，７５ｂ，７５ｃの共通部分７６に、投影すべき画像が表示される。
【００５７】
図７（Ｂ）は、ＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃに対応する画像データを、横方向を時間軸として模式的に示す。ドライバＩＣ３０は、投影すべき画像の画像データを一旦メモリに取り込み、以下のように、ＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃに対応する画像データを調整する。
【００５８】
図７（Ａ）に示した画素７７に対応する画像データを、図７（Ｂ）では斜線部で示す。ＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃの画像データは、ＬＤａが点灯開始から時間ｔａ後に、ＬＤｂが点灯開始から時間ｔａ−Δｔ後に、ＬＤｃが点灯開始から時間ｔａ−２Δｔ後に、それぞれ画素７７を表示するように調整すればよい。そこで、ドライバＩＣ３０は、発光開始タイミングの時間差Δｔに合わせて、各ＬＤ素子に対応する画像データを変更する。これにより、ドライバＩＣ３０は、開始タイミングをずらしてＬＤａ、ＬＤｂおよびＬＤｃを点灯させても、各ＬＤ素子のレーザ光により共通部分７６に位置ずれなく同じ画像が表示されるようにする。
【００５９】
ドライバＩＣ３０は、他の２色（例えば緑色、青色）についても上記と同様の制御を行う。すなわち、ドライバＩＣ３０は、ＲＧＢの各色について、ＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査線ごとに、図７（Ａ）を用いて説明したように互いに開始タイミングをずらして、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの３個ずつのＬＤ素子を発光させる。また、ドライバＩＣ３０は、ＲＧＢの各色について、発光開始タイミングの時間差Δｔに合わせて、図７（Ｂ）に示すように各ＬＤ素子に対応する画像データを変更する。これにより、色ごとに独立に、投影面７０上の共通部分７６で異なるＬＤ素子からの光を合成する。
【００６０】
このように、レーザプロジェクタ１は、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各ＬＤ素子からのレーザ光に対し、空間的なずれと時間的なずれを与える。すなわち、ファイババンドルコンバイナ３により互いに位置がずれたレーザ光を出射させ、投射レンズ４を介してその位置ずれを角度ずれに変換することで、多重化されたレーザ光を異なる位置から異なる角度で投影面７０に投射させる。また、ドライバＩＣ３０の制御により、互いに発光開始タイミングをずらして同色の各ＬＤ素子を発光させる。
【００６１】
これにより、レーザプロジェクタ１では、各レーザ光に空間的なずれと時間的なずれがない場合と同じ画像を投影させつつ、空間的にも時間的にも各ＬＤ素子間の発光の相関をなくすことが可能になる。このため、レーザプロジェクタ１では、ＲＧＢ各色について未分割のＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを光源として使用しても、各ＬＤ素子が独立に発光しているのと同じ効果が得られ、ＬＤ素子のコヒーレンシーに起因するスペックルノイズをＬＤ素子の多重度分から生じる投影面７０上での角度多重効果分だけ低減させることが可能になる。さらに、一般に人間の眼で認識可能な最小の画素をそれより小さい複数個のビームで構成することをオーバーデザインと呼ぶが、一画素を複数本の走査線で構成するように走査速度を速められる場合は、空間多重によるスペックル低減も可能となる。
【００６２】
図８は、ファイババンドルコンバイナ３で固定される各ファイバの配列とＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査方向の他の例について説明するための図である。なお、上記では、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを構成する５本ずつのファイバから３組のＲＧＢレーザ光が出射されると説明したが、図８では、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから計５組のＲＧＢレーザ光が出射されるものとして説明する。
【００６３】
図８の例では、図６の例と同様に、ファイババンドルコンバイナ３は、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各ファイバ４１を、それぞれ１つのグループとし色ごとの３層に並べて固定している。ただし、図８のファイババンドルでは、同色のレーザ光を出射する各ファイバ４１がＸＹ面内で斜方配列し、色別のファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０ＢのグループがＸ方向に配列している。ＭＥＭＳスキャナ５による走査は図６の場合と同じであり、投影面７０上では、レーザ光７１の投射点７２が、矢印で示すように＋Ｘ方向と−Ｘ方向の双方向に移動する。すなわち、図８の例では、ファイババンドルコンバイナ３は、同色の複数のＬＤ素子からのレーザ光７１の投射点７２が投影面７０上においてＭＥＭＳスキャナ５による垂直走査方向（水平走査方向に交差する方向）に互いに重ならないようにずれて、かつＸＹ面内で斜め一列に並ぶ配列で、各ファイバ４１の出射端部を固定する。
【００６４】
図８では、投影面７０上にＲＧＢレーザ光の投射点７２を１個ずつ図示しており、さらに図中右側に、ファイバアレイ４０Ｇの５本のファイバ４１からの投射点７２ａ〜７２ｅの拡大図を示している。破線で囲んだ領域７８は、投影面７０上で人間の眼が認識できる最小画素サイズであるとする。図８の例では、複数のＬＤ素子からのレーザ光７１の投射点７２ａ〜７２ｅが人間の眼で認識可能な最小の画素の大きさに収まるように、投射レンズ４によりレーザ光７１のビーム径が調整される。前述したように、一般に人間の眼で認識可能な最小の画素をそれより小さい複数個のビームで構成することをオーバーデザインと呼ぶ。
【００６５】
図８の例のように、同色のレーザ光を出射する各ファイバ４１をＸＹ面内で斜方配列させると、同色の各ビームによる走査線７３は、図８に拡大図で示すように、それぞれＹ方向にずれて投影面７０上の凹凸が違う部分を通過する。このため、図示した例では、同色の５本の各ビームについて、投影面７０で反射して網膜で発生するスペックルパターンが異なる。さらに、図８のファイババンドルでも、図７（Ａ）および図７（Ｂ）を用いて説明したように各ＬＤ素子の発光開始タイミングを変化させてもよい。こうして互いに時間差を持たせて複数本のレーザ光７１のビームを最小画素サイズの領域７８内にまとめて走査すれば、スペックルパターンが違う複数本のビームで各画素が構成されるため、網膜上で異なる強度分布が重なり合うことで平均化の効果が現れる。このため、投影面７０からの干渉パターンに起因するスペックルノイズを低減させることが可能になる。
【００６６】
図６のファイババンドルのように同色のレーザ光を出射する各ファイバ４１をＸ方向に並べる方法で、オーバーデザインを適用しようとすると、一画素を表示するために複数本の走査をする必要があるため、同じ画素を表示する各レーザ光の投射点が最小画素サイズ内に入るように、水平走査速度を速める必要がある。しかしながら、図８のファイババンドルのように同色のレーザ光を出射する各ファイバ４１をＸＹ面内で斜めに並べると、Ｙ方向には複数の走査線をほぼ同時に投射でき、結果としてＹ方向の走査回数をその多重度分だけ減らすことが可能なため、図６の場合と比べて水平走査速度が遅くてもよいという利点がある。
【００６７】
図９は、別のファイババンドルコンバイナ３’を用いた場合の、各ファイバの配列とＭＥＭＳスキャナ５によるレーザ光の走査方向の例について説明するための図である。図９の例では、ＬＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各レーザ素子からのレーザ光は、図示しない融着型ファイバコンバイナにより、複数組のＲＧＢレーザ光に合波される。
【００６８】
ファイババンドルコンバイナ３’は、円筒形状を有し、７本のファイバ４１’の端部を固定する。７本のファイバ４１’のうちの３本は、それぞれ融着型ファイバコンバイナで合波されたＲＧＢレーザ光を導波し、その出射端部から３組のＲＧＢレーザ光７１’を出射する（図９では、符号「４０ＲＧＢ」で示す）。図９に示すように、ＲＧＢレーザ光７１’を出射する３本のファイバ４１’は、出射端部がＸＹ面内で斜方配列するように、ファイババンドルコンバイナ３’により固定される。すなわち、図９の例でも、ＲＧＢレーザ光７１’の投射点が投影面７０上においてＭＥＭＳスキャナ５による水平走査方向（Ｘ方向）に対して斜め一列に並ぶ配列で、３本のファイバ４１’の出射端部が固定される。
【００６９】
図９では、投影面７０上に、合波された３本のＲＧＢレーザ光７１’の投射点７２ａ’〜７２ｃ’を図示しており、さらに図中右側に、投射点７２ａ’〜７２ｃ’の拡大図を示している。符号７３’で示した矢印は、各ＲＧＢレーザ光７１’による走査線である。破線で囲んだ領域７８は、図８と同様に、投影面７０上で人間の眼が認識できる最小画素サイズであるとする。図９の例でも、複数のＬＤ素子からのＲＧＢレーザ光７１’の投射点７２ａ’〜７２ｃ’が人間の眼で認識可能な最小の画素の大きさに収まるように、投射レンズ４によりＲＧＢレーザ光７１’のビーム径が調整される。
【００７０】
図９に示すように、ファイバアレイ４０Ｒ，４０Ｇ，４０ＢからのＲＧＢレーザ光を図示しない融着型ファイバコンバイナにより合波した後、その合波されたＲＧＢレーザ光を導波するファイバ４１’を、出射端部がＸＹ面内で斜めに並ぶようにファイババンドルコンバイナ３’により固定してもよい。こうすれば、同色の投射点のＹ方向のずれを狭めつつ、図８の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００７１】
なお、上記で説明したレーザプロジェクタ１はＲＧＢ３色のプロジェクタであるが、投影装置は単色のプロジェクタであってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１    レーザプロジェクタ
２    レーザモジュール
３，３’    ファイババンドルコンバイナ
４    投射レンズ
５    ＭＥＭＳスキャナ
１０    シリコン基板
２０，２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ    ＬＤアレイ
３０    ドライバＩＣ
４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ    ファイバアレイ
５０    サブ基板
【図１】
2015215443.tif 000003
【図２】
2015215443.tif 000004
【図３】
2015215443.tif 000005
【図４】
2015215443.tif 000006
【図５】
2015215443.tif 000007
【図６】
2015215443.tif 000008
【図７】
2015215443.tif 000009
【図８】
2015215443.tif 000010
【図９】
2015215443.tif 000011