(57)【要約】【課題】設計の自由度や光ビームの透過率を向上させることができる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置１は、光ビームをそれぞれ出力する透過側発光部１０および反射側発光部２０と、入射した光ビームの偏光方向に応じて、光ビームを透過または反射させて、複数の光ビームを重ね合わせる光合成部３０と、入射した光ビームの出力を検知する光出力検知部５０とを備えている。透過側発光部１０および反射側発光部２０は、偏光方向に対して傾いた光ビームを出力する。光出力検知部５０は、透過側発光部１０から出力された光ビームのうち、光合成部３０で反射された光ビームと、反射側発光部２０から出力された光ビームのうち、光合成部３０を透過した光ビームとが入射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームをそれぞれ出力する複数の発光部と、
入射した光ビームの偏光方向に応じて、前記複数の発光部から出力された光ビームを透過または反射させて、複数の光ビームを重ね合わせる光合成部と、
入射した光ビームの出力を検知する光出力検知部とを備えた光源装置であって、
前記光合成部を透過する光ビームの偏光方向を透過方向とし、前記光合成部で反射する光ビームの偏光方向を反射方向としたとき、
前記複数の発光部は、前記透過方向に対して傾いた光ビームを出力する透過側発光部と、前記反射方向に対して傾いた光ビームを出力する反射側発光部とを含む構成とされ、
前記光出力検知部は、前記透過側発光部から出力された光ビームのうち、前記光合成部で反射された光ビームと、前記反射側発光部から出力された光ビームのうち、前記光合成部を透過した光ビームとが入射する構成とされていること
を特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記発光部は、赤色の光ビームを出力する赤色発光素子と、緑色の光ビームを出力する緑色発光素子と、青色の光ビームを出力する青色発光素子とを組み合わせた構成とされていること
を特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光源装置であって、
前記発光部は、入射した光ビームの波長に応じて、光ビームを透過または反射させるダイクロイックミラーによって、前記赤色発光素子、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子から出力された光ビームを合成する構成とされ、
前記緑色発光素子から出力された光ビームは、前記ダイクロイックミラーを透過すること
を特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の光源装置を備えた投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームをそれぞれ出力する複数の発光部を備えた光源装置および投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザは、産業用、民生用を問わず盛んに利用されるようになっており、例えば、レーザ光を走査することで、画像を投影するプロジェクタなどが知られている。このようなプロジェクタにおいては、様々なものに搭載されており、車両のウインドシールドなどをスクリーンとした車両用表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５６６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の車両用表示装置は、レーザ光源と、レーザ光源を加熱する温度調整素子と、レーザ光源の温度情報を取得する温度情報取得手段と、レーザ光源自身を加熱させ、温度調整素子にレーザ光源を加熱させて、所定条件成立を判定した際、レーザ光源を通常駆動させる温度制御手段とを備えており、レーザ光源から出射されるレーザ光を空間光変調して生成した画像を表示している。上述した車両用表示装置では、合波手段を用いてレーザ光を合成し、光の強度を検出するカラーセンサの方向へ、反射透過膜を用いてレーザ光の一部を反射させている。ところで、プロジェクタなどにおいては、様々な光学部品を用いて、レーザ光の反射や透過などを行っているが、装置の小型化や光利用効率を考慮すると、光学部品の数を減らすことが望ましい。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、設計の自由度や光ビームの透過率を向上させることができる光源装置および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】
【０００６】
本発明に係る光源装置は、光ビームをそれぞれ出力する複数の発光部と、入射した光ビームの偏光方向に応じて、前記複数の発光部から出力された光ビームを透過または反射させて、複数の光ビームを重ね合わせる光合成部と、入射した光ビームの出力を検知する光出力検知部とを備えた光源装置であって、前記光合成部を透過する光ビームの偏光方向を透過方向とし、前記光合成部で反射する光ビームの偏光方向を反射方向としたとき、前記複数の発光部は、前記透過方向に対して傾いた光ビームを出力する透過側発光部と、前記反射方向に対して傾いた光ビームを出力する反射側発光部とを含む構成とされ、前記光出力検知部は、前記透過側発光部から出力された光ビームのうち、前記光合成部で反射された光ビームと、前記反射側発光部から出力された光ビームのうち、前記光合成部を透過した光ビームとが入射する構成とされていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光源装置では、前記発光部は、赤色の光ビームを出力する赤色発光素子と、緑色の光ビームを出力する緑色発光素子と、青色の光ビームを出力する青色発光素子とを組み合わせた構成としてもよい。
【０００８】
本発明に係る光源装置では、前記発光部は、入射した光ビームの波長に応じて、光ビームを透過または反射させるダイクロイックミラーによって、前記赤色発光素子、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子から出力された光ビームを合成する構成とされ、前記緑色発光素子から出力された光ビームは、前記ダイクロイックミラーを透過する構成としてもよい。
【０００９】
本発明に係る投影装置は、本発明に係る光源装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、光合成部に対し、偏光方向を少し傾けた光ビームを入射させることで、一部の光ビームを光出力検知部に入射させることができ、光ビームの出力を容易に把握することができる。つまり、光合成部によって、出力される光ビームと、光出力検知部に向かう光ビームとに分けているため、出力される光ビームの光路上にハーフミラーを設けない構成とすることができ、設計の自由度や光ビームの透過率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略を示す概略構成図である。
【図２】従来の光源装置を示す比較例の概略構成図である。
【図３】比較例における光合成部と光ビームの偏光方向との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態における光合成部と光ビームの偏光方向との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る光源装置について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略を示す概略構成図である。
【００１４】
光源装置１は、複数の発光部（透過側発光部１０および反射側発光部２０）、光合成部３０、光出力検知部５０、およびＭＥＭＳミラー４０を備えており、各部を筐体に収納した構造とされている。
【００１５】
発光部は、光ビームを出力する３つの発光素子（例えば、レーザダイオード）と、入射した光ビームの波長に応じて、光ビームを透過または反射させる２つのダイクロイックミラーとで構成されている。
【００１６】
具体的に、透過側発光部１０は、第１透過側発光素子１１、第２透過側発光素子１２、第３透過側発光素子１３、第１透過側ダイクロイックミラー１４ａ、および第２透過側ダイクロイックミラー１４ｂで構成されている。第１透過側発光素子１１は、赤色の光ビーム（第１透過側光ビームＬＰ１）を出力する赤色発光素子とされている。第２透過側発光素子１２は、緑色の光ビーム（第２透過側光ビームＬＰ２）を出力する緑色発光素子とされている。第３透過側発光素子１３は、青色の光ビーム（第３透過側光ビームＬＰ３）を出力する青色発光素子とされている。第１透過側ダイクロイックミラー１４ａは、第１透過側発光素子１１の前方に配置されており、赤色の光ビームを透過させ、緑色および青色の光ビームを反射する。第２透過側ダイクロイックミラー１４ｂは、第２透過側発光素子１２の前方に配置されており、青色の光ビームを透過させ、緑色の光ビームを反射する。また、第３透過側発光素子１３は、第２透過側ダイクロイックミラー１４ｂを介して、第１透過側ダイクロイックミラー１４ａに面する位置に配置されている。
【００１７】
次に、透過側発光部１０における光ビームの経路について説明する。第１透過側発光素子１１から出力された第１透過側光ビームＬＰ１は、第１透過側ダイクロイックミラー１４ａを透過する。第２透過側発光素子１２から出力された第２透過側光ビームＬＰ２は、第２透過側ダイクロイックミラー１４ｂに反射されて、第１透過側ダイクロイックミラー１４ａへ向かう。第３透過側発光素子１３から出力された第３透過側光ビームＬＰ３は、第２透過側ダイクロイックミラー１４ｂを透過し、第１透過側ダイクロイックミラー１４ａへ向かう。第１透過側光ビームＬＰ１、第２透過側光ビームＬＰ２、および第３透過側光ビームＬＰ３は、第１透過側ダイクロイックミラー１４ａを経て、合成された透過側合成光ビームＭＬＰとして光合成部３０に入射する。
【００１８】
反射側発光部２０は、透過側発光部１０と略同様の構成とされ、光合成部３０に対し、透過側発光部１０と異なる方向から入射する構成とされている。具体的に、反射側発光部２０は、第１反射側発光素子２１、第２反射側発光素子２２、第３反射側発光素子２３、第１反射側ダイクロイックミラー２４ａ、および第２反射側ダイクロイックミラー２４ｂで構成されている。第１反射側発光素子２１は、赤色の光ビーム（第１反射側光ビームＬＳ１）を出力する赤色発光素子とされている。第２反射側発光素子２２は、緑色の光ビーム（第２反射側光ビームＬＳ２）を出力する緑色発光素子とされている。第３反射側発光素子２３は、青色の光ビーム（第３反射側光ビームＬＳ３）を出力する青色発光素子とされている。第１反射側ダイクロイックミラー２４ａは、第１反射側発光素子２１の前方に配置されており、赤色の光ビームを透過させ、緑色および青色の光ビームを反射する。第２反射側ダイクロイックミラー２４ｂは、第２反射側発光素子２２の前方に配置されており、青色の光ビームを透過させ、緑色の光ビームを反射する。また、第３反射側発光素子２３は、第２反射側ダイクロイックミラー２４ｂを介して、第１反射側ダイクロイックミラー２４ａに面する位置に配置されている。
【００１９】
次に、反射側発光部２０における光ビームの経路について説明する。第１反射側発光素子２１から出力された第１反射側光ビームＬＳ１は、第１反射側ダイクロイックミラー２４ａを透過する。第２反射側発光素子２２から出力された第２反射側光ビームＬＳ２は、第２反射側ダイクロイックミラー２４ｂに反射されて、第１反射側ダイクロイックミラー２４ａへ向かう。また、第３反射側発光素子２３から出力された第３反射側光ビームＬＳ３は、第２反射側ダイクロイックミラー２４ｂを透過し、第１反射側ダイクロイックミラー２４ａへ向かう。そして、第２反射側光ビームＬＳ２および第３反射側光ビームＬＳ３は、第１反射側ダイクロイックミラー２４ａに反射される。その結果、第１反射側光ビームＬＳ１、第２反射側光ビームＬＳ２、および第３反射側光ビームＬＳ３は、第１反射側ダイクロイックミラー２４ａを経て、合成された反射側合成光ビームＭＬＳとして光合成部３０に入射する。
【００２０】
光合成部３０は、偏光ビームスプリッターであって、入射した光ビームの偏光方向に応じて、光ビームを透過または反射する。光合成部３０に入射した透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳは、合成されてＭＥＭＳミラー４０へ向かう投影光ビームＴＬとなる一方、一部が光出力検知部５０へ向かう検知光ビームＫＬとなる。なお、透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳの偏光方向と光合成部３０との関係については、後述する図４を参照して詳細に説明する。
【００２１】
ＭＥＭＳミラー４０は、回転駆動するミラーであって、光合成部３０から出射された投影光ビームＴＬを反射して筐体の外部へ照射する。ＭＥＭＳミラー４０が駆動して反射する方向を変えることで、投影光ビームＴＬを走査させることができる。
【００２２】
光出力検知部５０は、入射した検知光ビームＫＬの出力を検知するセンサであって、フォトダイオードなどで構成されている。光出力検知部５０の検知結果は、発光部の制御にフィードバックすることで、投影光ビームＴＬを適切な出力に制御することができる。
【００２３】
次に、従来の光源装置を示す比較例の構造と、本発明の第１実施形態に係る光源装置１の構造とを比較し、従来の構造の課題について説明する。
【００２４】
図２は、従来の光源装置を示す比較例の概略構成図である。
【００２５】
比較例は、第１実施形態に対して、ＭＥＭＳミラー４０および光出力検知部５０の配置が異なっている。光合成部３０には、第１実施形態と同様に、透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳが入射するが、投影光ビームＴＬだけが出射される。投影光ビームＴＬは、光出力検知部５０の前方に配置されたハーフミラー６０に入射する。ハーフミラー６０は、入射した投影光ビームＴＬの一部を透過させ、残りを反射する。ハーフミラー６０を透過した投影光ビームＴＬは、光出力検知部５０に入射し、ハーフミラー６０に反射された投影光ビームＴＬは、ＭＥＭＳミラー４０に入射して走査される。つまり、比較例では、光合成部３０で透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳを合成させるだけなので、光出力検知部５０に入射させる光ビームを抽出するために、ハーフミラー６０を設ける必要がある。従来では、投影光ビームＴＬをハーフミラー６０に入射させる構成とするため、部品の配置が制約されたり、部品点数が増加したりするなどの課題があった。
【００２６】
ところで、第１実施形態と比較例とでは、透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳの偏光方向が異なっているので、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図３は、比較例における光合成部と光ビームの偏光方向との関係を示す説明図である。
【００２８】
図３は、図２に示す比較例における光合成部３０近傍を拡大した図面であって、光ビームの経路を模式的に示している。光合成部３０は、透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳの入射を妨げないように、反射防止膜で側面が覆われており、内部に偏光面３１が形成されている。偏光面３１は、誘電体多層膜で形成されており、偏光面３１に対して水平な方向とされた光ビームのＰ偏向成分（透過方向Ｐ）を透過させ、偏光面３１に対して垂直な方向とされた光ビームのＳ偏向成分（反射方向Ｓ）を反射させる。比較例において、透過側合成光ビームＭＬＰは、偏光方向が透過方向Ｐとされており、反射側合成光ビームＭＬＳは、偏光方向が反射方向Ｓとされている。比較例において、透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳが偏光面３１に入射した際、偏光面３１を透過した透過側合成光ビームＭＬＰと、偏光面３１で反射された反射側合成光ビームＭＬＳとが合成されて、投影光ビームＴＬが光合成部３０から出射される。
【００２９】
図４は、本発明の第１実施形態における光合成部と光ビームの偏光方向との関係を示す説明図である。
【００３０】
図４は、図１に示す第１実施形態における光合成部３０近傍を拡大した図面であって、光ビームの経路を模式的に示している。本実施の形態において、透過側合成光ビームＭＬＰは、偏光方向が透過方向Ｐに対して傾いた傾斜透過方向ｄＰとされており、反射側合成光ビームＭＬＳは、偏光方向が反射方向Ｓに対して傾いた傾斜反射方向ｄＳとされている。傾斜透過方向ｄＰが透過方向Ｐに対して傾いた角度と、傾斜反射方向ｄＳが反射方向Ｓに対して傾いた角度とは、同じ角度（傾斜角度θ）とされているが、それぞれ異なる角度としてもよい。つまり、透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳは、偏光方向を傾けることで、Ｐ偏向成分とＳ偏向成分とを含む光ビームとされており、Ｐ偏向成分とＳ偏向成分との割合は、傾斜角度θによって調整することができる。
【００３１】
本実施の形態では、光合成部３０に入射した透過側合成光ビームＭＬＰは、Ｐ偏向成分に対応する光ビームが透過して投影光ビームＴＬとなり、Ｓ偏向成分に対応する光ビームが反射されて検知光ビームＫＬとなる。また、光合成部３０に入射した反射側合成光ビームＭＬＳは、Ｓ偏向成分に対応する光ビームが反射されて投影光ビームＴＬとなり、Ｐ偏向成分に対応する光ビームが透過して検知光ビームＫＬとなる。その結果、透過側合成光ビームＭＬＰおよび反射側合成光ビームＭＬＳのうち、大半が投影光ビームＴＬとして出射され、一部が検知光ビームＫＬとして出射される。
【００３２】
上述したように、本実施の形態の光源装置１は、光合成部３０を透過する光ビームの偏光方向を透過方向Ｐとし、光合成部３０で反射する光ビームの偏光方向を反射方向Ｓとしたとき、複数の発光部は、透過方向Ｐに対して傾いた光ビームを出力する透過側発光部１０と、反射方向Ｓに対して傾いた光ビームを出力する反射側発光部とを含む構成とされている。光出力検知部５０は、透過側発光部１０から出力された光ビーム（透過側合成光ビームＭＬＰ）のうち、光合成部３０で反射された光ビームと、反射側発光部２０から出力された光ビーム（反射側合成光ビームＭＬＳ）のうち、光合成部３０を透過した光ビームとが入射する構成とされている。
【００３３】
この構成によると、光合成部３０に対し、偏光方向を少し傾けた光ビームを入射させることで、一部の光ビームを光出力検知部５０に入射させることができ、光ビームの出力を容易に把握することができる。従来は、ハーフミラー６０を介して、光出力検知部５０に光ビームを入射させていたため、透過率が低下し、光ビームの損失が生じていた。これに対し、光合成部３０によって、出力される投影光ビームＴＬと、光出力検知部５０に向かう検知光ビームＫＬとに分けているため、出力される光ビームの光路上にハーフミラー６０を設けない構成とすることができ、設計の自由度や光ビームの透過率を向上させることができる。つまり、偏光方向を調整することによって、光ビームの合成と抽出との両方の機能を光合成部３０に集約することができ、光学部品の削減に有効な構成となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、赤色発光素子、緑色発光素子、および青色発光素子を組み合わせた発光部とされており、３色の光ビームを合成することで、出力する光ビームの色を自在に設定することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光源装置について、図面を参照して説明する。
【００３６】
図５は、本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略を示す概略構成図である。なお、第１実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
第２実施形態は、第１実施形態に対して、発光素子の数が異なっている。具体的に、透過側発光部１０および反射側発光部２０は、それぞれ１つの発光素子で構成されている。なお、発光素子が１つであるので、ダイクロイックミラーを備えない構成とされているが、ミラー等の光学部品を適宜備えていてもよい。発光素子が出射する光ビームの色は、特に限定されないが、透過側発光部１０と反射側発光部２０とで同じ色とされていることが望ましい。つまり、同色の光ビームを合成することで、光量が高い光ビームを出力することができる。また、発光素子が出射する光ビームは、可視光だけに限定されず、赤外線や紫外線等の可視光領域外の光であってもよい。
【００３８】
透過側発光部１０は、偏光方向が透過方向Ｐに対して傾いた傾斜透過方向ｄＰとされた透過側光ビームＬＰを出射し、反射側発光部２０は、偏光方向が反射方向Ｓに対して傾いた傾斜反射方向ｄＳとされた反射側光ビームＬＳを出射する。つまり、透過側光ビームＬＰは、図４に示す透過側合成光ビームＭＬＰに相当し、反射側光ビームＬＳは、図４に示す反射側合成光ビームＭＬＳに相当する。透過側光ビームＬＰおよび反射側光ビームＬＳは、光合成部３０で合成されて、大半が投影光ビームＴＬとして出射され、一部が検知光ビームＫＬとして出射される。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る光源装置について説明する。なお、第３実施形態は、図１に示す第１実施形態とほぼ同様の構成とされているので、図面および説明を省略する。
【００４０】
第３実施形態は、第１実施形態に対して、赤色発光素子、緑色発光素子、および青色発光素子の配置が異なっている。具体的に、第３実施形態において、透過側発光部１０は、第１透過側発光素子１１が緑色発光素子とされ、第２透過側発光素子１２が青色発光素子とされ、第３透過側発光素子１３が赤色発光素子とされている。また、反射側発光部２０は、第１反射側発光素子２１が緑色発光素子とされ、第２反射側発光素子２２が青色発光素子とされ、第３反射側発光素子２３が赤色発光素子とされている。
【００４１】
つまり、緑色発光素子である第１透過側発光素子１１および第１反射側発光素子２１から出力された光ビーム（第１透過側光ビームＬＰ１および第１反射側光ビームＬＳ１）は、前方に配置されたダイクロイックミラー（第１透過側ダイクロイックミラー１４ａおよび第１反射側ダイクロイックミラー２４ａ）を透過して光合成部３０に入射する。
【００４２】
この構成によると、緑色の光ビームが反射されずに光合成部３０へ導かれるので、緑色の光ビームの光利用効率を向上させることができる。ところで、人は、目から可視光線を受光したときに、波長（色）によって明るさの感じ方が異なることが知られており、明るさの感じ方は、比視感度という数値で表される。そして、本実施の形態で用いている色の比視感度は、緑色＞赤色＞青色の順となっている。つまり、人間の比視感度が高い光ビームの光量を高く維持することで、人間に違和感を与えない光ビームを出力することができる。
【００４３】
なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る光源装置は、例えば、プロジェクタなどの投影装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  光源装置
１０  透過側発光部（発光部の一例）
１１  第１透過側発光素子
１２  第２透過側発光素子
１３  第３透過側発光素子
１４ａ  第１透過側ダイクロイックミラー
１４ｂ  第２透過側ダイクロイックミラー
２０  反射側発光部（発光部の一例）
２１  第１反射側発光素子
２２  第２反射側発光素子
２３  第３反射側発光素子
２４ａ  第１反射側ダイクロイックミラー
２４ｂ  第２反射側ダイクロイックミラー
３０  光合成部
４０  ＭＥＭＳミラー
５０  光出力検知部
ｄＰ  傾斜透過方向
ｄＳ  傾斜反射方向
Ｐ  透過方向
Ｓ  反射方向
【図１】
2017151145.tif 000003
【図２】
2017151145.tif 000004
【図３】
2017151145.tif 000005
【図４】
2017151145.tif 000006
【図５】
2017151145.tif 000007