(57)【要約】【課題】  それぞれ独立した波長の異なるレーザダイオードから出力されたビームを光学的に配列する装置及び方法を提供する。【解決手段】  １つのレーザダイオード（例えばＬ１）の出力ビームは、隣接するレーザダイオード（例えばＬ２）の増幅媒体を通ってその高反射面に直接的に入射し、その出力カプラから出力される。これを繰り返すことにより、最後のレーザダイオード（例えばＬ３）からの出力には、同一光軸上に配列された複数のレーザダイオードから出力された波長の異なる複数のビームが、最初の波長を維持したまま含まれる。【選択図】図５
2005217401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる複数のレーザビームを同一の光軸に沿って伝搬させるためのレーザダイオードシステムであって、
少なくとも２つのレーザダイオードと、
前記少なくとも２つのレーザダイオードを実質的に隣接する関係に保持するためのレーザダイオード保持構造を備え、
前記少なくとも２つのレーザダイオードは、それぞれ前記少なくとも２つのレーザダイオードの他の１つとは異なる波長のビームを出力し、前記少なくとも２つのレーザダイオードの１つからの出力は、前記少なくとも２つのレーザダイオードのそれぞれから出力されたビームを含み、前記出力に含まれたビームは、それらの最初の波長を維持しており、前記同一の光軸上に整合されていることを特徴とするレーザダイオードシステム。
【請求項２】
前記少なくとも２つのレーザダイオードは、それぞれその背面上の第１反射コーティング及びその前面上の第２反射コーティングを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項３】
前記少なくとも２つのレーザダイオードの内少なくとも１つは、可視波長のビームを出力することを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのレーザダイオードの内少なくとも１つは、紫外波長のビームを出力することを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項５】
前記少なくとも２つのレーザダイオードの内少なくとも１つは、赤外波長のビームを出力することを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項６】
前記レーザダイオード保持構造はヒートシンクであることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項７】
前記背面上の第１反射コーティング及び前面上の第２反射コーティングは、非常に狭い反射帯域を有し、前記コーティングは前記狭い帯域の外側では透光性を有し、それにより、前記狭い帯域外の波長の光が直接レーザダイオードを透過することを可能にしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項８】
前記出力に含まれる前記ビームの各回折特性は、前記１つのレーザダイオードの最終出射面の作用としてもたらされることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項９】
前記少なくとも２つのレーザダイオードは、ファブリ−ペロレーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも２つのレーザダイオードは、幅広のビームを出射するレーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項１１】
前記レーザダイオードは、各レーザダイオードのレーザ発振帯域外の波長の光に対する反射防止コーティング面を有していることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードシステム。
【請求項１２】
１つの光軸に沿った複数のレーザダイオードの配列方法であって、
複数のレーザダイオードを準備する工程と、
前記複数のレーザダイオードの前面及び背面にそれぞれコーティングする工程と、
結果として生じるレーザ出力が、前記複数のレーザダイオードのそれぞれから出力されるビームを含み、前記出力されるビームが同一光軸上に整合されるように、前記複数のレーザダイオードを、保持構造上に実質的に連続する関係に配列する工程を備えたことを特徴とするレーザダイオードの配列方法。
【請求項１３】
前記各レーザダイオードをそれぞれヒートシンク上に固定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のレーザダイオードの配列方法。
【請求項１４】
前記固定する工程は、レーザダイオードをヒートシンク上にはんだ付けすることを含むことを特徴とする請求項１３に記載のレーザダイオードの配列方法。
【請求項１５】
前記複数のレーザダイオードを前記ヒートシンク上に密封する工程をさらに含むことを含むことを特徴とする請求項１３に記載のレーザダイオードの配列方法。
【請求項１６】
前記複数のレーザダイオードのコーティングされた前面及び背面は、狭い反射帯域を有し、前記コーティングは前記狭い帯域外の波長の光を直接透過させることを可能にしたことを特徴とする請求項１２に記載のレーザダイオードの配列方法。
【請求項１７】
前記背面のコーティングはビームの波長に対して略１００％の反射率を有し、前記前面のコーティングは目的に応じて１００％未満の反射率を有することを特徴とする請求項１６に記載のレーザダイオードの配列方法。
【請求項１８】
レーザダイオードの光学的配列であって、
それぞれ波長の異なるレーザビームを出力する複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードを端面同士が連続的に略隣接する関係に保持する保持素子を備え、
前記複数のレーザダイオードは、それぞれコーティングされた前面及び背面を有し、
前記複数のレーザダイオードの１つは複数のビームを出力し、
前記複数のビームは、それぞれ前記複数のレーザダイオードに対応し、
前記ビームは、それぞれ前記複数のレーザダイオードの１つから同一の光軸上を伝搬することを特徴とするレーザダイオードの光学的配列。
【請求項１９】
前記出力された複数のビームは、偏向走査装置に対する入力であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２０】
前記偏向走査装置は、ＭＥＭＳ走査装置、機械的走査装置、ガルバノメータ走査装置、ポリゴン走査装置及び音響光学的変調装置の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１９に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２１】
前記出力された複数のビームは、偏向走査装置に対する入力であり、前記偏向走査装置の出力はスクリーン上に表示される情報であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２２】
前記スクリーンは、可視色を反射することを特徴とする請求項２１に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２３】
前記スクリーンは、蛍光スクリーンであることを特徴とする請求項２１に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２４】
前記蛍光スクリーンは、ストークス蛍光スクリーンであることを特徴とする請求項２３に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２５】
前記蛍光スクリーンは、アップコンバージョン蛍光スクリーンであることを特徴とする請求項２３に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２６】
前記出力された複数のビームは、追加の光学素子により、偏向走査システムへの入力として適切な形状に変形されることを特徴とする請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２７】
前記光学素子はレンズであることを特徴とする請求項２６に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２８】
前記出力された複数のビームは、走査装置よりも後の光学素子により適切な形状にさらに変形され、蛍光スクリーン上に表示される情報を補正することを特徴とする請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項２９】
前記走査装置よりも後の光学素子はレンズであることを特徴とする請求項２８に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３０】
前記保持素子はヒートシンクであることを特徴とする請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３１】
前記ヒートシンクは、装置の温度をモニタすると共に適当な温度に維持するためのペルチェ熱電冷却器及びサーミスタと結合されていることを特徴とする請求項３０に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３２】
前記出力されたビームは光ファイバの入力であることを特徴とする請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３３】
前記光ファイバの入力を受光すると共に、走査装置に対して出力するための光ファイバをさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３４】
前記光ファイバの入力を受光すると共に、ＭＥＭＳ（micro-electro-mechanical system）投影型ディスプレイ装置に対して出力するための光ファイバをさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３５】
前記アップコンバージョンスクリーンは、単一周波数アップコンバージョンとして作用することを特徴とする請求項２５に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３６】
前記アップコンバージョンスクリーンは、ゲートされた２周波数アップコンバージョンとして作用することを特徴とする請求項２５に記載のレーザダイオードの光学的配列。
【請求項３７】
一方が他方の後側に配列された少なくとも２つの独立したレーザダイオードを備え、
前記２つのレーザダイオードの内第１レーザダイオードは、１つの光軸に沿って第１波長の第１ビームを前記２つのレーザダイオードの内第２レーザダイオードに出力し、
前記第２レーザダイオードは、前記光軸に沿って、前記第１ビーム及び前記第１波長とは異なる第２波長のビームを含むビームを出力することを特徴とするレーザダイオードシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ異なった波長を有し、単一の光路に沿って配置された複数のレーザビームを配列するための装置及び方法に関する。また、本発明は、走査装置と共に重畳された１組のビームをダイナミックに偏向させる手段に関する。さらに、本発明は、可視光レーザを用いたディスプレイ、ストークス蛍光を誘発する紫外線レーザを使用したディスプレイ、赤外線レーザを使用したアップコンバージョンディスプレイ及びそれらの組み合わせを含むディスプレイ及びディスプレイ部分組立品における配列されたレーザ組立品及びレーザ走査装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の光路に沿って配列された複数の個別のビームを配列し、重ね合わせることは、レーザ部分組立品において、多くの有利点をもたらすことができる。例えば、部分組立品全体の大きさを小さくしたり、１組の光学素子の使用により、集光、変調、走査などを可能にしたり、パワーを増加させるため、多色ディスプレイへの応用、レーザの配列その他のために、指定された目標に向けて複数のレーザを同時に放射する手段を提供することができる。
【０００３】
しかしながら、同一の光路の沿って複数のレーザを光学的に配列させるための現在利用可能なシステムには、重大な問題点が存在する。そのような同一光路に沿って複数のレーザを配列するための従来のシステム及び方法を図１に示す。図１において、それぞれ独立した３つのレーザを単一の光軸上に配列するには、２つの光学素子の使用を必要としている。このような光学的部分組立品の製造工程において、これらガラス及び／又はプラスチックの光学素子を結合し、配列し、所定の位置に永久的に固定しなければならない。これらの作業は時間がかかる上に困難である。そして、これらの配置の長期間に亘る安定性を短くする傾向にある。例えば、最初に光学素子を配置するときの問題点及び付随する部品及び労働コストに加えて、これらの光学素子を所定の位置に保持するための接着剤が、長期間の間に高分子化合物のクリープを熱的に誘発し、最終的に、軸ずれ（misalignment）を引き起こす。さらに、より多くの素子が各レーザに追加され、反射面又は屈折面が増加し、製造工程における配列誤差が積み重ねられる。
【０００４】
個々のレーザダイオードの典型的な実装は、導電性を有し、金めっきされたヒートシンクの上にダイオードをはんだ付けする工程を含む。ダイオードそれ自体は、高反射面（ＨＲ：High Reflector）として知られる背面及び出力カプラ（ＯＣ：Output Coupler）として知られる前面を有しており、これらいずれも、増幅媒体の感受特性曲線の所望する放射波長を反射するように、光学的にコーティングされている。図２に示すダイオードは、小さなヒートシンク上にはんだ付けされている。また、図２の装置は、製品寿命を長くするために、密封容器に中に入れられている。個々の実装されたレーザは、温度と電流を含むレーザの出力パラメータの作用として、きわめて小さい波長範囲の光を放射する。当然のことながら、レーザビームは、多くの空間モード及び周波数成分を持つことができる。
【０００５】
図３は、複数のレーザダイオードが１つのヒートシンク上に一列に配列され、全てのダイオードが同じ方向に放射しており、各アノードに入力する電流を個別に変調することにより、同期した又は個別のアドレス指定が可能である。これらの装置は、同じ方向ではあるけれども、複数の平行な光軸に沿って光を放射する。それぞれ個別に実装された複数のレーザ又は図３に示すようなレーザアレイからの出力光の向きを揃え、同一の光軸に沿って同時に出力するためには、プリズム、回折格子その他追加の部品を光路中に一体化させなければならない。このことは、そのようなシステム又は部分組立品を複雑にすると共に、コストを増加させることは明らかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、改良されたレーザダイオードからの出力ビームの配列だけでなく、改良された実装配列を有する、改良された複数のレーザビームの配列を提供することにある。本発明の別の目的は、単一の走査装置により偏向されうる、結合された１組の個別のレーザから単一の光学的ビームを得ることにある。本発明のさらに別の目的は、可視光レーザ、紫外線レーザ、赤外線レーザ及びそれらの組み合わせを具現化する投影型ディスプレイとして使用可能なレーザ走査部分組立品を提供することにある。
【０００７】
さらに、本発明の目的は、１組のレーザの配列、１つの光学的走査装置、及び自動車用、公共空間、宣伝及びその他の用途のためのスクリーンを備えた投影型ディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に発明は、波長の異なる複数のレーザビームを同一の光軸に沿って伝搬させるためのレーザダイオードシステムであって、
少なくとも２つのレーザダイオードと、
前記少なくとも２つのレーザダイオードを実質的に隣接する関係に保持するためのレーザダイオード保持構造を備え、
前記少なくとも２つのレーザダイオードは、それぞれ前記少なくとも２つのレーザダイオードの他の１つとは異なる波長のビームを出力し、前記少なくとも２つのレーザダイオードの１つからの出力は、前記少なくとも２つのレーザダイオードのそれぞれから出力されたビームを含み、前記出力に含まれたビームは、それらの最初の波長を維持しており、前記同一の光軸上に整合されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記少なくとも２つのレーザダイオードは、それぞれその背面上の第１反射コーティング及びその前面上の第２反射コーティングを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記少なくとも２つのレーザダイオードの内少なくとも１つは、可視波長のビームを出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記少なくとも２つのレーザダイオードの内少なくとも１つは、紫外波長のビームを出力することを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記少なくとも２つのレーザダイオードの内少なくとも１つは、赤外波長のビームを出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記レーザダイオード保持構造はヒートシンクであることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項２に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記背面上の第１反射コーティング及び前面上の第２反射コーティングは、非常に狭い反射帯域を有し、前記コーティングは前記狭い帯域の外側では透光性を有し、それにより、前記狭い帯域外の波長の光が直接レーザダイオードを透過することを可能にしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記出力に含まれる前記ビームの各回折特性は、前記１つのレーザダイオードの最終出射面の作用としてもたらされることを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記少なくとも２つのレーザダイオードは、ファブリ−ペロレーザであることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記少なくとも２つのレーザダイオードは、幅広のビームを出射するレーザであることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１に記載のレーザダイオードシステムにおいて、前記レーザダイオードは、各レーザダイオードのレーザ発振帯域外の波長の光に対する反射防止コーティング面を有していることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、１つの光軸に沿った複数のレーザダイオードの配列方法であって、
複数のレーザダイオードを準備する工程と、
前記複数のレーザダイオードの前面及び背面にそれぞれコーティングする工程と、
結果として生じるレーザ出力が、前記複数のレーザダイオードのそれぞれから出力されるビームを含み、前記出力されるビームが同一光軸上に整合されるように、前記複数のレーザダイオードを、保持構造上に実質的に連続する関係に配列する工程を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載のレーザダイオードの配列方法において、前記各レーザダイオードをそれぞれヒートシンク上に固定する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項１３に記載のレーザダイオードの配列方法において、前記固定する工程は、レーザダイオードをヒートシンク上にはんだ付けすることを含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項１３に記載のレーザダイオードの配列方法において、前記複数のレーザダイオードを前記ヒートシンク上に密封する工程をさらに含むことを含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項１６の発明は、請求項１２に記載のレーザダイオードの配列方法において、前記複数のレーザダイオードのコーティングされた前面及び背面は、狭い反射帯域を有し、前記コーティングは前記狭い帯域外の波長の光を直接透過させることを可能にしたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１７の発明は、請求項１６に記載のレーザダイオードの配列方法において、前記背面のコーティングはビームの波長に対して略１００％の反射率を有し、前記前面のコーティングは目的に応じて１００％未満の反射率を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１８の発明は、レーザダイオードの光学的配列であって、
それぞれ波長の異なるレーザビームを出力する複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードを端面同士が連続的に略隣接する関係に保持する保持素子を備え、
前記複数のレーザダイオードは、それぞれコーティングされた前面及び背面を有し、
前記複数のレーザダイオードの１つは複数のビームを出力し、
前記複数のビームは、それぞれ前記複数のレーザダイオードに対応し、
前記ビームは、それぞれ前記複数のレーザダイオードの１つから同一の光軸上を伝搬することを特徴とする。
【００２６】
請求項１９の発明は、請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記出力された複数のビームは、偏向走査装置に対する入力であることを特徴とする。
【００２７】
請求項２０の発明は、請求項１９に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記偏向走査装置は、ＭＥＭＳ走査装置、機械的走査装置、ガルバノメータ走査装置、ポリゴン走査装置及び音響光学的変調装置の少なくとも１つであることを特徴とする。
【００２８】
請求項２１の発明は、請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記出力された複数のビームは、偏向走査装置に対する入力であり、前記偏向走査装置の出力はスクリーン上に表示される情報であることを特徴とする。
【００２９】
請求項２２の発明は、請求項２１に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記スクリーンは、可視色を反射することを特徴とする。
【００３０】
請求項２３の発明は、請求項２１に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記スクリーンは、蛍光スクリーンであることを特徴とする。
【００３１】
請求項２４の発明は、請求項２３に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記蛍光スクリーンは、ストークス蛍光スクリーンであることを特徴とする。
【００３２】
請求項２５の発明は、請求項２３に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記蛍光スクリーンは、アップコンバージョン蛍光スクリーンであることを特徴とする。
【００３３】
請求項２６の発明は、請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記出力された複数のビームは、追加の光学素子により、偏向走査システムへの入力として適切な形状に変形されることを特徴とする。
【００３４】
請求項２７の発明は、請求項２６に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記光学素子はレンズであることを特徴とする。
【００３５】
請求項２８の発明は、請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記出力された複数のビームは、走査装置よりも後の光学素子により適切な形状にさらに変形され、蛍光スクリーン上に表示される情報を補正することを特徴とする。
【００３６】
請求項２９の発明は、請求項２８に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記走査装置よりも後の光学素子はレンズであることを特徴とする。
【００３７】
請求項３０の発明は、請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記保持素子はヒートシンクであることを特徴とする。
【００３８】
請求項３１の発明は、請求項３０に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記ヒートシンクは、装置の温度をモニタすると共に適当な温度に維持するためのペルチェ熱電冷却器及びサーミスタと結合されていることを特徴とする。
【００３９】
請求項３２の発明は、請求項１８に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記出力されたビームは光ファイバの入力であることを特徴とする。
【００４０】
請求項３３の発明は、請求項３２に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記光ファイバの入力を受光すると共に、走査装置に対して出力するための光ファイバをさらに含むことを特徴とする。
【００４１】
請求項３４の発明は、請求項３２に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記光ファイバの入力を受光すると共に、ＭＥＭＳ（micro-electro-mechanical system）投影型ディスプレイ装置に対して出力するための光ファイバをさらに含むことを特徴とする。
【００４２】
請求項３５の発明は、請求項２５に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記アップコンバージョンスクリーンは、単一周波数アップコンバージョンとして作用することを特徴とする。
【００４３】
請求項３６の発明は、請求項２５に記載のレーザダイオードの光学的配列において、前記アップコンバージョンスクリーンは、ゲートされた２周波数アップコンバージョンとして作用することを特徴とする。
【００４４】
請求項３７の発明は、レーザダイオードシステムであって、
一方が他方の後側に配列された少なくとも２つの独立したレーザダイオードを備え、
前記２つのレーザダイオードの内第１レーザダイオードは、１つの光軸に沿って第１波長の第１ビームを前記２つのレーザダイオードの内第２レーザダイオードに出力し、
前記第２レーザダイオードは、前記光軸に沿って、前記第１ビーム及び前記第１波長とは異なる第２波長のビームを含むビームを出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、それぞれ独立した波長の異なる複数のレーザダイオードから出力されたビームは、プリズム、回折格子、その他の素子の組み合わせを必要とすることなく、１つに結合される。結合されたビームは、情報を表示するために、単一の光学的走査装置により偏向され、スクリーン上で走査される。
【００４６】
また、本発明によれば、複数のレーザダイオードを、それぞれの光軸が一致するように、一方が他方の後になるように配置している。レーザダイオードチップをヒートシンク上にはんだ付けすることにより、レーザダイオードを半永久的に固定することができる。接着剤を用いていないので、高分子接着剤に付随するクリープの問題が解消される。
【００４７】
いずれかのレーザダイオードから出力された光は、それらの素子が互いに最も近接した位置にある限りにおいて、それに直面するレーザダイオードチップを通って伝搬する。干渉層は非常に選択的（selective）であるので、波長の異なるレーザダイオードからの出力光は、他のレーザダイオードの反射コーティングの狭い帯域を通って伝搬する。素子の側面はむりやり通り抜けようとするいろいろな波長の光を閉じこめ、かつ、コーティング面の狭い帯域は、特定波長での増幅率を高くすることを可能にするので、レーザ作用の刺激がなく、連続的に実装されたレーザダイオード間で、最小限に刺激された蛍光発光が生じるだけである。
【００４８】
連続するように実装されたレーザダイオードのレーザ作用を閉じこめる目的のために、１つのレーザダイオードを他のレーザダイオードのすぐ後に実装することは、例えば図４に示すＭＯＰＡ（Master-Oscillator Power-Amplifier）から公知である。単一のファブリ−ペロ素子（発振器）が他のレーザダイオード（増幅器）の直後に実装されている。第２素子であるレーザダイオードは、より大きな増幅率を得るために、第１素子である発振器よりも長く、反射層はコーティングされていない。そのため、この装置は、発振器に固有の高反射面（ＨＲ）又は出力カプラ（ＯＣ）を有していない。そのような装置の増幅器は、発振器からのシード放射の背面反射を抑制するために、実際のところ反射防止コーティングを有している。高反射面及び出力カプラとの組み合わせにおける反射防止コーティングは、むしろ本発明のスループット（through put）効果を高めるために応用することができる。図４の発振器から出力された光は、増幅器チップに供給（seed）され、単一の光路において第２素子により大きく増幅される（発振なし）。これらの素子は、発振器への低電流を変調することにより、高出力で高速の変調を可能にするように発展されるであろう。本発明は、１つのレーザの出力が増幅器における同じ波長の光の増幅率を刺激するためには用いられないＭＯＰＡの概念とは異なる。その代わりに、本発明は、波長の異なる複数のレーザビームに対して単一の光軸をもたらすことができる。
【００４９】
結合されたビームの偏向走査は、一定条件を満たした光学的走査装置により、ビームの方向を変えることにより達成される。この概念は、レンズ、ミラー及び光ファイバを含むさまざまな個別の光学素子を必要とする。光ファイバの使用は、実装されたレーザダイオードの部分組立品を走査装置から通常の距離よりも長い距離を隔てて物理的に分離することを可能にする。そして、光ファイバは、全ての出力されたビームを、円形断面で、かつ、ほぼ同じ開口数を有するようにして出力させる。さらに、光ファイバは、ビームの高次の空間モードを除去する空間フィルタとして用いることができる。
【００５０】
情報の表示は、適切なスクリーン上の様々な画素を横切るように結合されたビームを走査し、適切に電流を変調することによって達成される。スクリーンは、白色又はその他の色であって、輝度を高くするために、反射率の増加又は指向性制御を融合させた光管理機能を備えていることが好ましい。また、スクリーンは、ストークス（Stokes）蛍光体又はアップコンバージョン蛍光体の混合物を含んでいてもよい。これらの蛍光体は、走査された紫外光又は赤外光に反応して可視光を放射する。そのようなアップコンバージョンは、単一波長のアップコンバージョン又はゲートされた２周波数（gated-two frequency）のアップコンバージョンであってもよい。
【００５１】
グレースケールは、駆動電流を変調することにより、各画素における各レーザダイオードの出力のパワーを変調することによって達成される。色の混ぜ合わせは、各画素に割り当てられた各色の量を制御することにより達成される。それにより、多色ＲＧＢ投影型ディスプレイが実現される。そのようなディスプレイは、自動車、特に、曲面が存在するか又は電気配線が困難又は不可能なダッシュボードやヘッドレストにおいて、非常に大きな用途を有している。また、レーザダイオードは小さく、かつ、サーミスタやペルチェ熱電冷却器を用いることにより温度制御が容易であるので、そのようなディスプレイは、現行の自動車用ディスプレイ技術よりも実質的に高い環境許容度を有している。
【００５２】
本発明の他の目的、有利点及び新規な特徴は、以下の本発明の詳細な説明を添付図面と併せて検討することにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明の一実施形態について説明する。複数の、それぞれ独立し、異なった波長のレーザダイオードＬ１、Ｌ２及びＬ３からの出力ビームの光学的な配列を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。第１レーザダイオードＬ１から出力された光は、第２レーザダイオードＬ２の増幅媒体を通って直接高反射面（ＨＲ）に入射し、その出力カプラ（ＯＣ）から出射する。さらに、第２レーザダイオードＬ２からの放射光も、第２レーザダイオードＬ２の出力カプラから出力される。第１レーザダイオードＬ１と第２レーザダイオードＬ２から同時に出力されたビームは、連続した作用として、第３レーザダイオードＬ３の高反射面（ＨＲ）に直接入射し、その出力カプラ（ＯＣ）から出射する。そのため、第３レーザダイオードＬ３の出力カプラから出力される光は、単一の光軸上に配列された３つのレーザダイオードＬ１、Ｌ２及びＬ３の全てからの重畳されたビームを含んでいる。光は、光ファイバを光が透過するのと同じように、各レーザダイオードＬ１〜Ｌ３が互いに直接的に隣接する又は非常に短い距離だけ隔てられるように設けられた全体の構成を通じて伝搬する。第３レーザダイオードＬ３から放射されるビームに沿って、第１レーザダイオードＬ１からのビームは第２及び第３レーザダイオードＬ２及びＬ３を直接透過し、第２レーザダイオードＬ２からのビームは第３レーザダイオードＬ３を直接透過する。そのため、全てのビームは、それらの当初の個別の波長を維持したまま、最後の出射開口の回折特性を有しつつ、最後の第３レーザダイオードＬ３の出力カプラから出射する。それゆえ、その後に続くレーザダイオードに入射する際のビームの微小な軸ずれは、次のレーザダイオードの閉じ込め構造によって補正される。
【００５４】
出力ビームを光学的に整合させるというそれぞれ波長の異なる複数のレーザダイオードのスループット（through put）作用は、個々の素子を端と端とを密着させるように配置すること及びレーザダイオードの高反射面（ＨＲ）及び出力カプラ（ＯＣ）を形成するミラーコーティングによって得られる。これらのコーティングは、非常に狭い反射帯域（主に、半値全幅で１０ｎｍ以下）を有している。面コーティングは、特に狭い帯域の外側では透光性であり、それによって、表面を加熱することなく、レーザ光の発生又は発振することなく、増幅率を減らすことなく、又は内部モード構造と干渉することなく、異なる波長の光が直接ダイオード構造を透過することを可能にしている。さらに、後に続くレーザダイオードの閉じ込め構造は、直列に配列された最後のレーザダイオードの出力カプラ（ＯＣ）からビームが出射されるまで、進行するビームの回折を防止する機能を果たす。このようにして、複数のレーザダイオードを、出力ビームを光学的に重畳させるために、順に直列に配置された状態で、同じヒートシンクの上に実装することができる。
【００５５】
図５（ａ）及び（ｂ）に示した上記配列構造は、標準的なファブリ−ペロ（Fabre-Perot）レーザ及び図６に示すような幅広いビームの出射装置を含む様々な構成に用いることができる。また、図７に示すように、このような装置をアレイ状に配列することも可能である。但し、本発明は、これらの例示に限定されるものではない。
【００５６】
図８は、レンズ８０により光ファイバに結合されると共に、レンズ８２により光ファイバから走査装置８４に結合された本発明に係る軸上に配列されたレーザダイオードを示している。本発明に係る光学システムは、自動車用に設計されたレーザ投影型ディスプレイ及び上下変換ディスプレイのための低コストな部分組立品を提供する。本発明は、また複数の波長の異なるレーザダイオードを組み込んだ遠距離通信システム、レーザプリンタ、容量ディスプレイ及びその他の製品に用いることができる。
【００５７】
図９（ａ）及び（ｂ）は、偏向走査装置と結合され、ディスプレイを形成するように投影された本発明に係る軸上に配列されたレーザダイオードを示している。レンズ系１０は、波長の異なる複数の半導体レーザが配列されたレーザダイオードシステム２０からの光を走査装置４０の開口に結像するために用いられる。レンズ系３０は、走査装置よりも後でビームの制御のために用いられる。これを実現するためにふさわしい走査装置には、機械的な走査装置、ガルバノメータ走査装置、ＭＥＭ走査装置、ポリゴン走査装置、音響光学的変調装置、その他が含まれる。スクリーンを横切るように走査されている間に個々のレーザダイオードを変調制御することにより、垂直走査周波数３０Ｈｚ以上でアドレス指定された複数色の可視情報及びテキストの表示が可能になる。
【００５８】
複数のレーザダイオードを実装する際の本発明の簡単さ及びそれを実現しうる可能性は、数ある有利点の中のほんの一部分にすぎない。本発明は、複数のレーザダイオードを光学的に配列する方法をも提供する。その方法は、コスト効果があるだけでなく、波長の異なる複数のレーザダイオードを単一の装置構造上に配列するために用いることができる。その技術は、自動車及び広告の分野、一般消費者向け電気及び通信の分野などその他の分野において用いられるＭＥＭＳ（micro-electro-mechanical-system）投影型ディスプレイ技術のために必要である。
【００５９】
上記記載は、本発明の説明のためにのみなされたものであって、これに限定されるものではない。この分野の通常の技術を有するものにとって、本発明の精神及び実質を組み入れた開示された実施形態の様々な変形を思いつくであろうから、本発明は、添付された特許請求の範囲及びそれに均等な範囲に属する全てのものを含むように解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、複数のレーザダイオードを単一の光路に沿って配列するための従来の方法を示す図である。
【図２】図２は、１つのヒートシンク上に実装された単一のレーザダイオードの配置を示す図である。
【図３】図３は、並列に配列されたレーザダイオードアレイを示す図である。
【図４】図４は、１つの波長の光を増幅するための従来のレーザダイオード構造を示す図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明に係るヒートシンク上に実装された軸方向に配列されたレーザダイオードアレイを示す図である。
【図６】図６は、本発明に係る軸方向に配列されたレーザダイオードアレイを用いた幅広いビームの出射装置を示す図である。
【図７】図７は、１つのヒートシンク上に軸方向に配列されたレーザダイオードアレイを並列に実装した本発明の応用例を示す図である。
【図８】図８は、光ファイバを用いて、ＭＥＭＳその他の走査装置に本発明に係る軸方向に配列されたレーザダイオードアレイを結像した構成を示す図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明のレーザダイオードシステムを用いた偏向走査装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｌ１〜Ｌ６  レーザダイオード
１０、３０  レンズ系
２０  半導体レーザシステム
４０、８４  走査装置
８０、８２  レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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