JP2009139908A

JP2009139908A - 光源装置及び画像表示装置

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Publication number: JP2009139908A
Application number: JP2008043934A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Uchikawa; 大介内川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】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。
【解決手段】光源部であるレーザチップ１２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半導体レーザ１１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１３を有する。
【選択図】図１

Description

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。

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／ｅ^２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／ｅ^２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／ｅ^２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、２１ｎ電極、２２ｎクラッド層、２３活性層、２４ｐクラッド層、２５ｎ光吸収層、２６ｐ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、８４ｐクラッド層、８５ｐ埋め込み層、８６ｎ埋め込み層、９０レーザチップ

Claims

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、
前記光源部から射出された光の光路中に設けられ、前記光源部から射出された光の一部を開口部から通過させ、前記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光源装置。
前記光源部を収納するパッケージを有し、
前記開口部材は、前記パッケージの内部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記開口部材は、前記光源部のうち光を射出する射出端面に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
画像信号に応じた光を射出する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記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、
前記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画像表示装置。
画像信号に応じた光を射出する光源装置と、
前記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、
前記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、
前記光源装置から射出された光の光路中に設けられ、前記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、前記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画像表示装置。
前記開口部材は、前記光源部及び前記コリメータ光学系の間の光路中に設けられることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記開口部材は、前記コリメータ光学系及び前記走査光学系の間の光路中に設けられることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記走査光学系は、前記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、前記第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、
前記光源装置は、前記第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、
前記開口部材は、前記第１走査部の近傍に設けられることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記開口部は、前記特定方向に対して前記第１走査方向へ長い形状をなすことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
前記コリメータ光学系から前記第１走査部へ進行する光、及び前記第１走査部から前記第２走査部へ進行する光を透過させる透過部を備え、前記第１走査部を収納する走査部用収納部を有し、
前記開口部材は、前記透過部に設けられることを特徴とする請求項８又は９に記載の画像表示装置。
前記コリメータ光学系は、前記光源装置から射出された光を集光する単位共役系と、前記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、
前記開口部材は、前記単位共役系及び前記無限共役系の間の光路中に設けられることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
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、
前記光源部は、光を射出する第１領域と、前記第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、
前記第１領域及び前記第２領域は、前記第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、
前記第１領域及び前記第３領域は、前記第１領域において光が射出する方向、及び前記第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光源装置。
画像信号に応じた光を射出する請求項１２に記載の光源装置と、
前記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、
前記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画像表示装置。