(57)【要約】【課題】コストを増大させずにスペックルノイズを軽減することができる半導体レーザの駆動方法及びディスプレイシステムを得る。【解決手段】パルス幅が０．４ｍｓ〜２ｍｓの矩形波の駆動電流により半導体レーザを駆動させる。パルス幅が狭いため、駆動電流のパルスを供給している間に半導体レーザの活性層の温度が定常温度にならない。従って、活性層の温度は駆動中増加し続け、発振波長は長波長化し続ける。この結果、スペクトルの半値幅が広くなるため、コストを増大させずにスペックルノイズを軽減することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅が０．４ｍｓ〜２ｍｓの矩形波の駆動電流により半導体レーザを駆動させ、前記駆動電流のパルスを供給している間に前記半導体レーザの活性層の温度が定常温度にならないことを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項２】
前記半導体レーザは赤色半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は２の駆動方法を用いたことを特徴とするディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シネマやプロジェクタの光源として用いられる半導体レーザの駆動方法及びディスプレイシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、他の光源と比較して、小型、色再現性が良い、低消費電力、高輝度といったメリットを持っており、プロジェクタやシネマなどの投射型ディスプレイ用の光源として期待されている。しかし、レーザ光を被照射面に照射すると、スペックルノイズと呼ばれる斑点模様が現れ、画像がちらついて見える（例えば、特許文献１，２参照）。これは、レーザ光の波長が単一であり、コヒーレンスが高いことにより起こる干渉が原因となっている。スペックルノイズは、映像鑑賞者に不快感や、目の疲労を強いる原因となっており、軽減が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／０６９２８２号
【特許文献２】国際公開第２０１１／０１６１７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スペックルノイズを軽減するために、被照射面を振動させる手法や、半導体レーザと被照射面の間の光路上に拡散板を設ける手法がある。しかし、ディスプレイシステムの構成が複雑になり、コストが増大するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はコストを増大させずにスペックルノイズを軽減することができる半導体レーザの駆動方法及びディスプレイシステムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体レーザの駆動方法は、パルス幅が０．４ｍｓ〜２ｍｓの矩形波の駆動電流により半導体レーザを駆動させ、前記駆動電流のパルスを供給している間に前記半導体レーザの活性層の温度が定常温度にならないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では駆動電流のパルス幅が狭いため、駆動電流のパルスを供給している間に半導体レーザの活性層の温度が定常温度にならない。従って、活性層の温度は駆動中増加し続け、発振波長は長波長化し続ける。この結果、スペクトルの半値幅が広くなるため、コストを増大させずにスペックルノイズを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るディスプレイシステムを示す図である。
【図２】比較例における駆動電流のパルス幅と活性層の温度の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における駆動電流のパルス幅と活性層の温度の関係を示す図である。
【図４】６４２ｎｍで発振する赤色半導体レーザを３５℃、光出力１．５Ｗとなるように矩形波パルスで駆動させた場合の発振スペクトルの半値幅と駆動電流のパルス幅の関係を示す図である。
【図５】駆動電流のパルス幅が１．０ｍｓの場合の発振スペクトルを示す図である。
【図６】駆動電流のパルス幅が５．０ｍｓの場合の発振スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態に係るディスプレイシステムを示す図である。このシステムは、赤色、緑色及び青色の半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃをそれぞれ駆動回路２ａ，２ｂ，２ｃで駆動し、それらのレーザ光をレンズ３で集光してダイクロイックミラー４と空間光変調器５で反射させるレーザプロジェクションシステムである。駆動回路２ａ，２ｂ，２ｃは、パルス幅が０．４ｍｓ〜２ｍｓの矩形波の駆動電流により半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃを駆動させる。
【００１０】
各半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃは半導体レーザチップ、サブマウント、及びφ５．６ｍｍのステムを有する。例えば、赤色の半導体レーザ１ａは、ＡｌＧａＩｎＰを活性層とする半導体レーザチップを焼結窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のサブマウントにダイボンドし、ステム内の銅ブロックにマウントしたものである。空間光変調器５はＤＭＤ（Digital mirror device）などである。
【００１１】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。ここで、スペックルノイズの大きさＣｓと、レーザ光の発振スペクトルの半値幅Δλの間にはＣｓ∝１／√Δλなる関係がある。従って、スペックルノイズを軽減するために、発振スペクトルの半値幅を広げることが有効である。
【００１２】
パルス駆動させた半導体レーザをプロジェクタ光源に用いる際、赤色、緑色及び青色の半導体レーザを順次点灯させて１フレームを形成する。フレームレートが１２０Ｈｚの場合、各色の半導体レーザの発振時間は１／１２０Ｈｚの１／３である２．７ｍｓ程度である。比較例では駆動電流のパルス幅ｗを２．７ｍｓとする。
【００１３】
図２は、比較例における駆動電流のパルス幅と活性層の温度の関係を示す図である。比較例のパルス幅は半導体レーザの活性層近傍の熱時定数よりも長いため、パルスの入力とともに活性層の温度が増加し、飽和に至る。これは半導体レーザの活性層の発熱と、素子全体への熱伝導に分けて解釈できる。立ち上がりの初期では、半導体レーザチップの活性層近傍の熱抵抗及び熱容量で決定される熱時定数で温度が増加する。定常状態での温度は素子全体の熱抵抗により決定される熱時定数に依存する。ここで、半導体レーザの発振波長が、温度の増加とともに長波長化することを考慮すると、パルス駆動させた半導体レーザの発振波長は時間の経過とともに長波長化することになる。よって、パルス駆動させた半導体レーザから得られる発振スペクトルは、経時変化するスペクトルの時間平均となる。従って、十分に長い駆動電流のパルス幅で駆動させると、活性層の温度が一定である時間が、駆動電流のパルス幅の大部分を占めることになる。それにより、発振スペクトルの半値幅は狭くなり、スペックルノイズを生じやすい。
【００１４】
図３は、本発明の実施の形態における駆動電流のパルス幅と活性層の温度の関係を示す図である。本実施の形態では駆動電流のパルス幅ｗが２．０ｍｓと狭いため、駆動電流のパルスを供給している間に半導体レーザの活性層の温度が定常温度にならない。従って、活性層の温度は駆動中増加し続け、発振波長は長波長化し続ける。この結果、スペクトルの半値幅が広くなるため、コストを増大させずにスペックルノイズを軽減することができる。
【００１５】
図４は、６４２ｎｍで発振する赤色半導体レーザを３５℃、光出力１．５Ｗとなるように矩形波パルスで駆動させた場合の発振スペクトルの半値幅と駆動電流のパルス幅の関係を示す図である。駆動電流のパルス幅を５ｍｓから減少させていくと、２．０ｍｓ以下から半値幅の増加が始まり、駆動電流のパルス幅１ｍｓにて極大値を持つ。さらに駆動電流のパルス幅を減少させると、半値幅は減少に転じる。
【００１６】
図５は、駆動電流のパルス幅が１．０ｍｓの場合の発振スペクトルを示す図である。半値幅は３．９ｎｍである。図６は、駆動電流のパルス幅が５．０ｍｓの場合の発振スペクトルを示す図である。半値幅は１．７ｎｍである。駆動電流のパルス幅が１．０ｍｓの場合に比べて５．０ｍｓの場合だと発振スペクトルの半値幅が減少する。
【００１７】
駆動電流のパルス幅が長い場合は、パルス内で温度が一定になる時間が長くなるために、この温度での波長成分が多くなり波長幅が小さくなる。一方、駆動電流のパルス幅が短い場合は、駆動中の活性層の温度の変化量が小さくなる。これらのことから、矩形波の駆動電流のパルス幅は０．４ｍｓ〜２ｍｓが望ましい。また、半導体レーザ活性層の温度上昇の時定数は半導体レーザチップ、サブマウント、ステムの材料や形状に大きく依存しないため、どのような形態であっても駆動電流のパルス幅を０．４ｍｓ〜２ｍｓにすることで本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００１８】
１ａ，１ｂ，１ｃ  半導体レーザ、２ａ，２ｂ，２ｃ  駆動回路、３  レンズ、４  ダイクロイックミラー、５  空間光変調器
【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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