本発明は、光源装置及び画像表示装置、特に、レーザ光を走査させることにより画像を表示するための光源装置及び画像表示装置の技術に関する。
近年、画像表示装置の光源としてレーザ光源を用いる技術が提案されている。レーザ光源は、高出力化及び多色化に伴い、画像表示装置であるプロジェクタやディスプレイの光源として開発されている。プロジェクタ等の光源として従来用いられているUHPランプと比較すると、レーザ光源は、高い色再現性、瞬時点灯が可能、長寿命である等の利点がある。また、レーザ光源は、従来の光源に比べて高い発光効率であること、少ない光学要素で構成できエネルギー損失が低減できることから、機器の省電力化にも適している。レーザ光を使用する画像表示装置として、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させるものがある。レーザ光を走査させる画像表示装置は、一般に、光源系、複数の色光を1本の光線に合成する合成系、合成された光を走査させる走査系により構成される。これらの系はいずれも単独のデバイス又は素子を用いて構成可能であるため、レーザ光を走査させる画像表示装置は、小型化、低コスト化が期待されている。レーザ光を走査させる画像表示装置の技術として、コリメータ光学系を用いて光源からの光を平行化させるものが提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
特開平2−118511号公報
特開2007−79577号公報
レーザ光源としては、半導体レーザが広く用いられている。レーザ媒質には赤色レーザ光や青色レーザ光を直接発振できるものがある。半導体レーザは、主に、光ディスク分野において開発が進められてきており、低出力のアプリケーションでは最も用いられる可能性が高い。半導体レーザとして一般的なのは、埋め込みリッジ(Buried Ridge;BR)構造と呼ばれるものである。BR構造の場合、半導体レーザを構成する層の厚み方向について、キャリア及び光を効果的に閉じ込めることが可能である。これに対して、層に平行な方向については、活性層におけるキャリア及び光の閉じ込めが弱く、活性層に平行な方向へ光が染み出すことがある。このため、本来の発光点に隣接する位置に、活性層に平行な方向へ長い形状の発光領域が形成される場合がある。かかる半導体レーザからの光をコリメータ光学系へ入射させると、所望のビームスポットの他に、帯状の照射領域が形成されることが分かっている。帯状の照射領域が所望のビームスポットとともにスキャンされたり、迷光となってスクリーンに到達したりすることにより、画像のコントラスト低下や品質劣化の原因となる。特に、大きな反射面を持つ走査光学系、例えばポリゴンミラーやガルバノミラーを用いる場合、帯状の照射領域がそのままスキャンされることとなるため、影響が大きくなる。このように、従来の技術によると、光源装置からの光を走査させる場合に、高コントラスト、高品質な画像を得ることが困難な場合があるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光源装置からの光を走査させる場合に、高コントラストかつ高品質な画像を得ることを可能とする光源装置、及び画像表示装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、光源部から射出された光を、コリメータ光学系を用いて平行化させるための光源装置であって、光源部から射出された光の光路中に設けられ、光源部から射出された光の一部を開口部から通過させ、開口部へ入射した光以外の光を遮蔽する開口部材を有することを特徴とする。
所望の発光点からの光を開口部から通過させ、それ以外の光を開口部材にて遮蔽することにより、所望の光以外の光がスキャンされることや、迷光となってスクリーンに到達することを低減させることができる。これにより、光源装置からの光を走査させる場合に、高コントラストかつ高品質な画像を得ることが可能な光源装置を得られる。また、開口部材を用いる簡易な構成により、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができる。
また、本発明の好ましい態様としては、光源部を収納するパッケージを有し、開口部材は、パッケージの内部に設けられることが望ましい。開口部材をパッケージの内部に設けることにより、光学系を小型にできる。また、光源部に近い位置に開口部材を設けることで、所望の光以外の光を効果的に遮蔽できる。
また、本発明の好ましい態様としては、開口部材は、光源部のうち光を射出する射出端面に設けられることが望ましい。光源部に最も近い位置に開口部材を設けることで、所望の光以外の光を最も効果的に遮蔽できる。
さらに、本発明に係る画像表示装置は、画像信号に応じた光を射出する上記の光源装置と、光源装置から射出された光を平行化させるコリメータ光学系と、コリメータ光学系により平行化された光を走査させる走査光学系と、を有することを特徴とする。上記の光源装置を用いることにより、高コントラストかつ高品質な画像を得ることが可能となる。これにより、高コントラストかつ高品質な画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。
さらに、本発明に係る画像表示装置は、画像信号に応じた光を射出する光源装置と、光源装置から射出された光を平行化させるコリメータ光学系と、コリメータ光学系により平行化された光を走査させる走査光学系と、を有し、光源装置から射出された光の光路中に設けられ、光源装置から射出された光の一部を開口部から通過させ、開口部へ入射した光以外の光を遮蔽する開口部材を有することを特徴とする。これにより、高コントラストかつ高品質な画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。また、開口部材を用いる簡易な構成により、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができる。
また、本発明の好ましい態様としては、開口部材は、光源部及びコリメータ光学系の間の光路中に設けられることが望ましい。これにより、所望の光以外の光を開口部材にて遮蔽する構成にできる。
また、本発明の好ましい態様としては、開口部材は、コリメータ光学系及び走査光学系の間の光路中に設けられることが望ましい。これにより、所望の光以外の光を開口部材にて遮蔽する構成にできる。所望の光と、それ以外の光とが分離する位置に開口部材を設けることにより、光源部からの光から所望の光を正確に分離することができる。
また、本発明の好ましい態様としては、走査光学系は、コリメータ光学系により平行化された光を第1走査方向へ走査させる第1走査部と、第1走査部からの光を第2走査方向へ走査させる第2走査部と、を有し、光源装置は、第1走査方向に略直交する特定方向へ長い形状の照射領域を形成し、開口部材は、第1走査部の近傍に設けられることが望ましい。第1走査部の近傍とは、例えば、第1走査部上の位置から、後述する透過部のうちコリメータ光学系からの光が入射する面の付近の位置までを指すものとする。特定方向へ長い形状の照射領域を形成する光源装置と、第1走査方向へ光を走査させる第1走査部とを組み合せることで、所望の光のみを走査させる構成にできる。第1走査部の近傍であって第1走査部とは離れた位置に開口部材を設ける場合、コリメータ光学系から第1走査部へ光が進行する際、及び第1走査部から第2走査部へ光が進行する際に、開口部材のうち開口部以外の部分へ入射した光を遮蔽する構成にできる。これにより、所望の光以外の光を効果的に取り除き、所望の光のみを走査させる構成にできる。
また、本発明の好ましい態様としては、開口部は、特定方向に対して第1走査方向へ長い形状をなすことが望ましい。これにより、第1走査部によって第1走査方向へ走査させる所望の光を開口部へ通過させ、かつ開口部材のうち開口部以外の部分で所望の光以外の光を遮蔽できる。
また、本発明の好ましい態様としては、コリメータ光学系から第1走査部へ進行する光、及び第1走査部から第2走査部へ進行する光を透過させる透過部を備え、第1走査部を収納する走査部用収納部を有し、開口部材は、透過部に設けられることが望ましい。透過部に開口部材を設けることにより、開口部材を設けることにより必要となる要素、例えば開口部材を支持するための構成等の追加が不要となる。これにより、画像表示装置を簡易な構成にできる。
また、本発明の好ましい態様としては、コリメータ光学系は、光源装置から射出された光を集光する単位共役系と、単位共役系により集光された光を平行化させる無限共役系と、を有し、開口部材は、単位共役系及び無限共役系の間の光路中に設けられることが望ましい。これにより、所望の光以外の光を開口部材にて遮蔽する構成にできる。コリメータ光学系の内部に開口部材を設けることで、光学系を小型にできる。
さらに、本発明に係る光源装置は、光源部から射出された光を、コリメータ光学系を用いて平行化させるための光源装置であって、光源部は、光を射出する第1領域と、第1領域より低い屈折率を持たせて構成された第2領域及び第3領域と、を有し、第1領域及び第2領域は、第1領域において光が射出する方向に略直交する第1方向について隣接させ、第1領域及び第3領域は、第1領域において光が射出する方向、及び第1方向のいずれにも略直交する第2方向について隣接させることを特徴とする。
第1方向について第1領域及び第2領域を隣接させ、第2方向について第1領域及び第3領域を隣接させることにより、第1方向及び第2方向について、キャリア及び光を十分に閉じ込めることが可能となる。第1領域にキャリア及び光を十分に閉じ込めることで、帯状の照射領域を生じさせるような光の染み出しを低減させ、所望の発光点からの光のみを射出させることが可能となる。これにより、光源装置からの光を走査させる場合に、高コントラストかつ高品質な画像を得ることが可能な光源装置を得られる。
さらに、本発明に係る画像表示装置は、画像信号に応じた光を射出する上記の光源装置と、光源装置から射出された光を平行化させるコリメータ光学系と、コリメータ光学系により平行化された光を走査させる走査光学系と、を有することを特徴とする。上記の光源装置を用いることにより、高コントラストかつ高品質な画像を得ることが可能となる。これにより、高コントラストかつ高品質な画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る画像表示装置10の概略構成を示す。画像表示装置10は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させることにより画像を表示する。半導体レーザ11は、光源部から射出された光を、コリメータ光学系16を用いて平行化させるための光源装置である。レーザチップ12は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を射出する光源部である。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。開口部材13は、レーザチップ12のうち光を射出する射出端面に設けられている。レーザチップ12及び開口部材13は、半導体レーザ11のパッケージ15に収納されている。射出部14は、パッケージ15のうち開口部材13を通過した光が入射する位置に形成されている。射出部14は、レーザチップ12からの光をパッケージ15外へ射出させる。射出部14は、透明部材を用いて構成されている。
コリメータ光学系16は、半導体レーザ11から射出された光が入射する位置に設けられている。コリメータ光学系16は、レーザチップ12から射出されたレーザ光を平行化させる。コリメータ光学系16の前側焦点は、レーザチップ12の発光点と略一致している。複数のレンズを用いてコリメータ光学系16を構成する場合、レンズごとに定められた作動距離に対応する位置をレーザチップ12の発光点に一致させる。走査光学系17は、コリメータ光学系16により平行化された光をスクリーン18において走査させる。画像表示装置10は、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光についての各色光用光源装置、及び各色光を合成する色合成光学系を有する。ここでは、各色光用光源装置及び色合成光学系の配置についての詳細は省略する。
図2は、レーザチップ12の斜視構成を模式的に表したものである。レーザチップ12は、活性層23よりバンドギャップが大きく、かつ屈折率が低いnクラッド層22及びpクラッド層24で活性層23を挟み込むダブルへテロ構造をなしている。pクラッド層24のうち活性層23側とは反対側には、台形状のリッジ部が形成されている。リッジ部は、図示する断面のうち各層に平行な方向における中央部に形成されている。リッジ部の両側には、n光吸収層25が埋め込まれている。レーザチップ12は、pクラッド層24のリッジ部及びn光吸収層25を用いたBR構造をなしている。p電極26は、pクラッド層24のリッジ部及びn光吸収層25上に形成されている。n電極21は、nクラッド層22のうち活性層23とは反対側に形成されている。
n電極21及びp電極26の間に電流を流すと、活性層23においてレーザ発振がなされる。nクラッド層22及びpクラッド層24で活性層23を挟み込むことにより、各層の厚み方向について、活性層23にキャリアと光とが高密度に閉じ込められる。また、pクラッド層24のリッジ部の両側にn光吸収層25を設けることにより、電流はリッジ部に集中する。リッジ部に電流を集中させることにより、各層に平行な方向について、リッジ部が形成された部分にキャリアと光とを集中させる。このようにして、レーザチップ12の射出端面S1の一点から効率良く光を射出させることができる。
図3は、開口部材13の平面構成を示す。開口部30は、レーザチップ12のうち光が射出する位置に中心を合わせて設けられている。開口部材13は、レーザチップ12から射出された光の一部を開口部30から通過させ、開口部30へ入射した光以外の光を遮蔽する。例えば、開口部30は、レーザチップ12からの光の強度がピーク強度に対して1/e2以上となる領域に合わせて形成することができる。なお、開口部材13の形状、開口部30の形状は、図示するものに限られず、適宜変形しても良い。開口部30の形状は、例えば、矩形や円形としても良い。また、開口部30は、光の強度がピーク強度に対して1/e2以上となる領域に合わせる場合に限られない。例えば、開口部30は、光の強度がピーク強度に対して1/e2以上となる領域より狭くなるようにしても良く、また、広くしても良い。開口部30の大きさは、光が染み出す方向である、活性層23に平行な方向における光の強度分布に応じて決定することができる。
図4は、活性層23における発光点について説明するものである。活性層23に平行な方向については電流の集中によりキャリアと光とを集中させるため、活性層23の厚み方向に比較して、活性層23に平行な方向におけるキャリア及び光の閉じ込めが弱くなる。このため、活性層23に平行な方向へ光が染み出し、本来の発光点33に隣接する位置に、活性層23に平行な方向へ長い形状の発光領域34が形成される場合がある。
図5は、レーザチップ12及びコリメータ光学系16を組み合わせた場合における光の振舞いについて説明するものである。本来の発光点33からの光はコリメータ光学系16によって平行化されるのに対して、発光領域34からの光は、コリメータ光学系16で屈折し、斜めに進行する。発光領域34からの光は、コリメータ光学系16から射出した後、位置P1において発光点33からの光と交差する。位置P1からコリメータ光学系16とは逆の方向へ進むに従って、発光領域34からの光は、発光点33からの光から離れて進行する。
図6は、図5の各位置P1、P2、P3におけるビームスポットについて説明するものである。位置P1では、発光点33からの光によるビームスポットと発光領域34からの光によるビームスポットが重なり合っている。位置P2、P3では、発光点33からの光による円形のビームスポットの他に、発光領域34からの光による帯状の照射領域が形成される。帯状の照射領域は、活性層23に平行な方向へ長く形成される。位置P1から位置P2、P3へと、コリメータ光学系16から離れる方向へ進むに従って、発光領域34からの光による帯状の照射領域は長く変形する。このように、レーザチップ12は、特定方向へ長い形状の照射領域を形成する。帯状の照射領域は、所望のビームスポットとともにスキャンされたり、迷光となってスクリーン18に到達したりすることにより、画像のコントラスト低下や品質劣化の原因となる。
本発明の半導体レーザ11は、開口部材13を設けることにより、発光点33からの光を開口部30へ通過させ、発光領域34からの光を開口部材13にて遮蔽する。所望の発光点33からの光を開口部30から通過させ、それ以外の光を開口部材13にて遮蔽することにより、所望の光以外の光がスキャンされることや、迷光となってスクリーン18に到達することを低減させることができる。これにより、半導体レーザ11からの光を走査させる場合に、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができるという効果を奏する。また、開口部材13を用いる簡易な構成により、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができる。
発光領域34からの光は、指向性に乏しくいずれの方向へも放射する。このため、発光領域34からの光は、レーザチップ12の射出端面S1に近い位置ほど、効果的に遮蔽することができる。レーザチップ12の射出端面S1に開口部材13を設けることにより、発光領域34からの光を最も効果的に遮蔽することが可能となる。開口部材13は、レーザチップ12の射出端面S1以外の位置に設けることとしても良い。開口部材13は、パッケージ15内部のうちレーザチップ12の射出端面S1以外の位置、例えば、射出部14に設けることとしても良い。なお、射出端面S1に隣接して開口部材13を設ける場合には、レーザチップ12中の電子的構造を変化させないために、開口部材13は絶縁性の材料を用いて構成することが望ましい。
パッケージ15内部に開口部材13を設けることで、光学系を小型にできる。また、レーザチップ12に近い位置に開口部材13を設けることで、発光領域34からの光を効果的に遮蔽できる。さらに、開口部材13は、パッケージ15の内部に設ける場合に限られず、少なくとも半導体レーザ11及びコリメータ光学系16の間の光路中に設けられていれば良い。発光点33からのレーザビームの形状、大きさは、レーザチップ12から開口部材13の距離に応じて変化する。開口部30は、開口部材13を設ける位置におけるレーザビームの形状、大きさに合わせて形成することが望ましい。
図7は、本発明の実施例2に係る画像表示装置40の概略構成を示す。本実施例の画像表示装置40は、コリメータ光学系16及び走査光学系17の間に設けられた開口部材42を有することを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。半導体レーザ41は、実施例1の半導体レーザ11(図1参照)から開口部材13を取り除いたものである。半導体レーザ41は、特定方向へ長い形状の照射領域を形成する。開口部材42は、図6に示す位置P3のように、発光点33からの所望の光と、発光領域34からの光とが分離する位置に設けられている。
図8は、開口部材42の平面構成を示す。開口部材42は、スリット状に形成された開口部43を有する。開口部43は、帯状の照射領域に直交する方向が長手方向となるように形成されている。発光点33(図6参照)からの光は、開口部43へ入射する。発光領域34からの光は、開口部材42のうち開口部43以外の位置へ入射する。開口部43のスリット幅は、発光点33からの所望の光のスポット径よりも若干大きくなるようにすることが望ましい。これにより、発光点33からの光を無駄無く開口部43へ通過させることができる。
このようにして、発光点33からの光を開口部43へ通過させ、発光領域34からの光を開口部材42にて遮蔽する。これにより、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができる。発光点33からの所望の光と、発光領域34からの光とが分離する位置に開口部材42を設けることで、レーザチップ12からの光から所望の光を正確に分離することができる。開口部材42は、発光点33からの光と発光領域34からの光とが分離する位置であれば、コリメータ光学系16及び走査光学系17の間の光路中のいずれの位置に設けることとしても良い。
開口部材42は、走査光学系17上に設けることとしても良い。発光点33からの光と発光領域34からの光とが分離する位置であればいずれの位置に開口部材42を設けても良いため、各構成の位置決めを容易にできる。さらに、発光点33からの所望の光のスポットと同等の大きさのミラーを用いて光を走査させる走査光学系を用いることとしても良い。発光領域34からの光をミラーから外すことで、開口部材42により遮蔽する場合と同様の効果を得ることができる。
本実施例において、上記実施例1の場合と同様に、楕円形状等の開口部が設けられた開口部材を用いることとしても良い。また、上記実施例1において、スリット状の開口部が設けられた開口部材を用いることとしても良い。半導体レーザの射出端面S1に開口部材を設ける場合、開口部のスリット幅は、例えば、pクラッド層24(図2参照)のリッジ部の幅に合わせて決定することができる。
図9は、本発明の実施例3に係る画像表示装置50の概略構成を示す。本実施例の画像表示装置50は、コリメータ光学系53内に設けられた開口部材55を有することを特徴とする。上記実施例の同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。単位共役系51は、半導体レーザ41から射出された光を集光する。無限共役系52は、単位共役系51により集光された光を平行化させる。単位共役系51及び無限共役系52は、コリメータ光学系53を構成する。開口部材55は、単位共役系51及び無限共役系52の間の光路中に設けられている。
単位共役系51の後側焦点と無限共役系52の前側焦点とは、一致している。開口部材55は、単位共役系51の後側焦点、無限共役系52の前側焦点が一致する位置近傍に設けられている。開口部材55は、開口部であるピンホール56が設けられている。発光点33(図6参照)からの光は、ピンホール56に集光する。発光領域34からの光は、開口部材55のうちピンホール56以外の位置へ入射する。ピンホール56は、単位共役系51の後側焦点と無限共役系52の前側焦点とが一致する位置に配置されるのが最も効果的であるが、かかる位置の近傍の位置に配置することとしても、十分に効果を得ることができる。
このようにして、発光点33からの光をピンホール56へ通過させ、発光領域34からの光を開口部材55にて遮蔽する。これにより、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができる。コリメータ光学系53内に開口部材55を設けることで、光学系を小型にできる。なお、本実施例においても、上記実施例2の場合と同様に、スリット状の開口部が設けられた開口部材を用いることとしても良い。
図10は、本発明の実施例4に係る画像表示装置60の概略構成を示す。本実施例に係る画像表示装置60は、第1走査部61及び第2走査部62を有する。第1走査部61及び第2走査部62は、コリメータ光学系16により平行化された光を走査させる走査光学系として機能する。第1走査部61は、第1走査方向へ光を走査させる。第1走査方向は、例えば水平方向である。第2走査部62は、第2走査方向へ光を走査させる。第2走査方向は、例えば垂直方向である。第1走査部61及び第2走査部62は、不図示のスクリーンにおいて二次元方向へ光を走査させる。本実施例に係る画像表示装置60は、第1走査部61の近傍に設けられた開口部材63を有することを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図10において、第1走査部61は、開口部材63に対して紙面奥側に配置されている。開口部材63は、スリット状に形成された開口部64を有する。
図11は、第1走査部61の斜視構成を示す。第1走査部61は、光を反射する可動ミラー70を有する。可動ミラー70は、矩形の板状部材に高反射性部材である誘電体多層膜や金属膜を施すことにより構成されている。ミラー支持部71は、可動ミラー70の周囲に形成されている。ミラー支持部71は、可動ミラー70を支持する。可動ミラー70は、トーションばね72を用いてミラー支持部71に連結されている。可動ミラー70は、駆動手段(不図示)により与えられる外力と、外力によって捩れたトーションばね72の復元力とを利用して、トーションばね72を回転軸として回転する。トーションばね72を中心として可動ミラー70を回転させることにより、第1走査部61は、トーションばね72に略直交する方向である第1走査方向へ光を走査させる。
駆動手段は、例えば、静電力により可動ミラー70を駆動する。可動ミラー70、駆動手段、ミラー支持部71、及びトーションばね72は、例えばMEMS技術により作成する。なお、可動ミラー70を駆動する駆動手段の図示及び詳細な説明は省略する。駆動手段は、静電力によって可動ミラー70を駆動するものに限られず、例えば、電磁力や、圧電素子の伸縮力により可動ミラー70を駆動するものであっても良い。
図12は、第1走査部61の周囲に設けられた部材の構成を説明するものである。図13は、図12に示す構成のAA断面構成を示す。走査部用カバー68は、第1走査部61を収納する走査部用収納部として機能する。ミラー支持部71は、走査部用カバー68の内部に設けられた基台73上に配置されている。基台73は、走査部用カバー68のうち透過部69が設けられた側とは反対側の底面に設けられている。走査部用カバー68内部は、減圧状態にして封止されている。走査部用カバー68内の減圧により、可動ミラー70に対する空気抵抗を低減させることができる。また、走査部用カバー68内部を封止することで、可動ミラー70等への異物の付着を低減させることができる。これにより、第1走査部61は、高速かつ大きな走査角度による走査を可能とし、高い信頼性を確保できる。
透過部69は、走査部用カバー68のうちコリメータ光学系16からの光が入射する面に設けられている。透過部69は、コリメータ光学系16から第1走査部61へ進行する光、及び第1走査部61から第2走査部62へ進行する光を透過させる。透過部69は、ガラスや透明樹脂等の透明部材を用いて構成された板状部材である。開口部材63は、透過部69のうちコリメータ光学系16からの光が入射する面に設けられている。開口部材63は、例えば、透過部69上に光吸収性部材を塗布することにより構成されている。透過部69に開口部材63を設けることで、走査部用カバー68は、第1走査部61を収納する機能の他に、所望の光以外の光を遮蔽する機能も果たす。透過部69のうち開口部64が設けられた部分には、不図示の反射防止膜(ARコート)が設けられている。開口部64を通過する光の反射を低減させることで、コリメータ光学系16からの光を第1走査部61へ効率良く進行させ、かつ第1走査部61からの光を第2走査部62へ効率良く進行させることができる。
図14は、開口部材63の構成と半導体レーザ41からの光の照射領域との関係を説明するものである。図15は、開口部材63の構成と第1走査部61の構成との関係を説明するものである。図6を用いて説明したように、半導体レーザ41から射出した光の照射領域は、コリメータ光学系16から半導体レーザ41とは反対の方向へ離れるに従って、特定方向へ長い帯形状となる。開口部材63の位置において、半導体レーザ41は、帯状の照射領域を形成する。図示する平面構成において、照射領域の長手方向である特定方向は、紙面に平行な上下方向である。
開口部材63上において、照射領域の長手方向と、トーションばね72とは、略平行とされている。図示する平面構成において、第1走査方向は、紙面に平行な左右方向である。このように、照射領域の長手方向と第1走査方向とが略直交するように、半導体レーザ41及び第1走査部61は、位置合わせされている。また、開口部64は、第1走査方向に沿って形成されている。開口部64は、照射領域の長手方向に対して第1走査方向へ長いスリット形状をなしている。開口部64のスリット幅は、発光点33(図5参照)からの所望の光のスポット径と略同じか、或いは若干大きくなるように形成されている。
図10に戻って、第2走査部62は、光を反射する可動ミラー65を有する。可動ミラー65は、回転軸67を介してガルバノメータ66に連結されている。可動ミラー65は、ガルバノメータ66の駆動により、回転軸67を中心として回転する。回転軸67を中心として可動ミラー65を回転させることにより、第2走査部62は、回転軸67に略直交する方向である第2走査方向へ光を走査させる。第2走査部62の可動ミラー65は、第1走査部61により走査させた光を反射するため、第1走査部61の可動ミラー70より大型に構成されている。また、第2走査部62により光を走査させる周波数は、第1走査部61により光を走査させる周波数より低く設定されている。なお、第2走査部62は、第1走査部61と同様の構成としても良い。
半導体レーザ41から射出した光は、コリメータ光学系16で平行化された後、開口部材63へ入射する。発光点33からの光は、開口部64へ入射する。発光領域34からの光は、開口部材63のうち開口部64以外の位置へ入射する。開口部64を通過した光は、透過部69を透過した後、第1走査部61の可動ミラー70へ入射する。可動ミラー70で反射した光は、透過部69を透過した後、開口部材63へ入射する。第1走査部61側から開口部64を通過した光は、第2走査部62へ進行する。第2走査部62からの光は、不図示のスクリーンへ入射する。画像表示装置60は、第1走査部61及び第2走査部62を用いることで、二次元方向へ光を走査させる。
特定方向へ長い形状の照射領域を形成する半導体レーザ41と、第1走査方向へ光を走査させる第1走査部61とを組み合せることで、発光点33から射出した所望の光のみを走査させる構成にできる。第1走査部61の近傍であって第1走査部61とは離れた位置である透過部69上に開口部材63を設けることで、コリメータ光学系16から第1走査部61へ光が進行する際、及び第1走査部61から第2走査部62へ光が進行する際に、開口部材63のうち開口部64以外の部分へ入射した光を遮蔽する構成にできる。また、照射領域の長手方向に対して第1走査方向へ長い形状の開口部64を設けることにより、第1走査部61によって第1走査方向へ走査させる所望の光を開口部64へ通過させ、かつ開口部材63のうち開口部64以外の部分で所望の光以外の光を遮蔽できる。これにより、簡易な構成により所望の光以外の光を効果的に取り除き、所望の光のみを走査させることができるという効果を奏する。本実施例の場合も、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができる。
開口部材63は、透過部69のうちコリメータ光学系16からの光が入射する面に設けられる場合に限られず、少なくとも第1走査部61の近傍に設けられていれば良い。開口部材63は、例えば、透過部69のうち第1走査部61側の面や、第1走査部61の可動ミラー70上に設けることとしても良い。第1走査部61の近傍とは、例えば、第1走査部61上の位置から、透過部69のうちコリメータ光学系16からの光が入射する面の付近の位置までを指すものとする。開口部材63を設ける位置が第1走査部61から離れた位置であるほど、コリメータ光学系16から第1走査部61へ光が進行する際、及び第1走査部61から第2走査部62へ光が進行する際に、所望の光以外の光を効果的に除去できる。
図16は、本発明の実施例5に係る画像表示装置80の概略構成を示す。本実施例の画像表示装置80は、埋め込みヘテロ(Buried Hetero;BH)構造のレーザチップ82を備える半導体レーザ81を用いることを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図17は、レーザチップ82の断面構成を模式的に表したものである。活性層83及びpクラッド層84は、図示する断面のうち各層に平行な方向における中央部に形成されている。活性層83は、光を射出する第1領域を構成する。pクラッド層84は、活性層83に積層されている。pクラッド層84は、第1領域より低い屈折率を持たせて構成された第2領域を構成する。活性層83及びpクラッド層84は、各層の厚み方向である第1方向について隣接している。第1方向は、活性層83において光が射出する方向に略直交する。
活性層83及びpクラッド層84の両側には、活性層83より低い屈折率のp埋め込み層85及びn埋め込み層86が埋め込まれている。p埋め込み層85は、nクラッド層22に積層されている。p埋め込み層85は、第1領域である活性層83より低い屈折率を持たせて構成された第3領域を構成する。活性層83及びp埋め込み層85は、各層に平行な方向である第2方向について隣接している。第2方向は、活性層83において光が射出する方向、及び第1方向のいずれにも略直交する。n埋め込み層86は、p埋め込み層85に積層されている。p電極26は、pクラッド層84及びn埋め込み層86上に形成されている。
通常のダブルへテロ構造と同様に形成された活性層83及びpクラッド層84により、第1方向について、活性層83にキャリアと光とが高密度に閉じ込められる。また、活性層83の両側のp埋め込み層85により、第2方向についても、活性層83にキャリアと光とが高密度に閉じ込められる。このようにして、レーザチップ82の発光点から効率良く光を射出させることができる。
活性層83にキャリア及び光を十分に閉じ込めることで、帯状の照射領域を生じさせるような光の染み出しを低減させ、所望の発光点からの光のみを射出させることが可能となる。これにより、半導体レーザ81からの光を走査させる場合に、高コントラストかつ高品質な画像を得ることができるという効果を奏する。
図18は、本実施例の変形例に係るレーザチップ90の断面構成を模式的に表したものである。本変形例に係るレーザチップ90は、上記実施例1のレーザチップ12(図2参照)のうち、リッジ部以外の部分の活性層23、pクラッド層24、n光吸収層25、p電極26が取り除かれたものである。第1領域である活性層23、及び第2領域であるpクラッド層24は、第1方向について隣接している。
pクラッド層24、n光吸収層25、p電極26が取り除かれた部分は、活性層23よりも低い屈折率を持つ第3領域に相当する。かかる第3領域に相当する部分、及び活性層23は、第2方向について隣接している。本変形例の場合も、活性層23にキャリア及び光を十分に閉じ込め、光の染み出しを低減させることができる。本実施例のレーザチップは、活性層より低い屈折率を持たせた領域を、第1方向及び第2方向について活性層に隣接させる構成であれば良く、適宜変形しても良い。また、上記各実施例の構成は、画像表示装置以外に、レーザ光を走査させる電子機器、例えばレーザプリンタ等に応用しても良い。
以上のように、本発明に係る光源装置及び画像表示装置は、レーザ光を用いて画像を表示する場合に適している。
本発明の実施例1に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
レーザチップの斜視構成を模式的に表した図。
開口部材の平面構成を示す図。
活性層における発光点について説明する図。
レーザチップからの光の振舞いについて説明する図。
ビームスポットについて説明する図。
本発明の実施例2に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
開口部材の平面構成を示す図。
本発明の実施例3に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
本発明の実施例4に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
第1走査部の斜視構成を示す図。
第1走査部の周囲に設けられた部材の構成を説明する図。
図12に示す構成のAA断面構成を示す図。
開口部材の構成と照射領域との関係を説明する図。
開口部材の構成と第1走査部の構成との関係を説明する図。
本発明の実施例5に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
レーザチップの断面構成を模式的に表した図。
実施例5の変形例に係るレーザチップの断面構成を模式的に表した図。
符号の説明
10 画像表示装置、11 半導体レーザ、12 レーザチップ、13 開口部材、14 射出部、15 パッケージ、16 コリメータ光学系、17 走査光学系、18 スクリーン、21 n電極、22 nクラッド層、23 活性層、24 pクラッド層、25 n光吸収層、26 p電極、S1 射出端面、30 開口部、33 発光点、34
発光領域、40 画像表示装置、41 半導体レーザ、42 開口部材、43 開口部、50 画像表示装置、51 単位共役系、52 無限共役系、53 コリメータ光学系、55 開口部材、56 ピンホール、60 画像表示装置、61 第1走査部、62 第2走査部、63 開口部材、64 開口部、65 可動ミラー、66 ガルバノメータ、67 回転軸、68 走査部用カバー、69 透過部、70 可動ミラー、71 ミラー支持部、72 トーションばね、73 基台、80 画像表示装置、81 半導体レーザ、82 レーザチップ、83 活性層、84 pクラッド層、85 p埋め込み層、86 n埋め込み層、90 レーザチップ