JP2013057786A - レーザ光源装置および画像投影装置 - Google Patents

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【課題】 スペックルノイズを十分に低減することのできるレーザ光源装置、および、投射画面におけるスペックルノイズの視認が確実に低減された投影画像が得られると共に、レーザ光源装置の故障率が低減された画像投影装置を提供すること。
【解決手段】 このレーザ光源装置は、複数のレーザ光出射部を具えたレーザ光源と、レーザ光出射部の各々を順次に15Hz以上の点灯繰り返し周波数でパルス状に点灯させる点灯制御手段と、レーザ光源から出射されるレーザ光を集光して出射する光学部材とを具えてなり、レーザ光出射部の各々から出射されるレーザ光が光学部材の光軸上の同一の位置に集光される構成とされている。画像投影装置は、上記レーザ光源装置と、光軸が反射機構の回転中心軸に一致し、かつ、光入射面が第二の反射鏡による反射光の集光位置に配置されたインテグレータとを具えてなる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、レーザ光源装置、および、当該レーザ光源装置を具えた例えばプロジェクタ装置等の画像投影装置に関する。
現在、例えば、液晶パネルやDMD(登録商標)素子を用いた画像投影装置としてプロジェクタ装置が広く用いられているが、近年においては、プロジェクタ装置に用いられる光源として、レーザ光を利用する技術の開発が進められている。
しかしながら、プロジェクタ装置における光源としてレーザ光源装置が用いられる場合には、スクリーン上において、『スペックルノイズ』と称される、ギラギラとしたチラツキが生ずることが観測される。この現象は、コヒーレント光であるレーザ光をスクリーン等に投射して映像光を観測すると、位相の合った光が干渉して観測者の網膜上に光量の強弱が生じることで発生するものである。
スペックルノイズを低減する方法としては、これまでに種々の方法が提案されている。 例えば、特許文献1の特許第4379482号公報には、レーザ光源から出射されるレーザ光の光路を変換して重畳照明素子に入射させる光路変換手段を移動手段によって移動させてレーザ光源装置からインテグレータに至る光路を時間的に変化させることによりスペックルノイズを低減させる方法が記載されている。
特許第4379482号公報
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、スペックル低減手段としての光路変換手段を機械的に駆動させることが必要となり、レーザ光源装置自体が大型化すると共に、駆動部の耐久性がレーザ光源の寿命に比べて短く、レーザ光源装置の故障率を高める原因となる、といった問題がある。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、スペックルノイズを十分に低減することのできるレーザ光源装置、および、投射画面におけるスペックルノイズの視認が確実に低減された投影画像が得られると共に、レーザ光源装置の故障率が低減された画像投影装置を提供することを目的とする。
本発明のレーザ光源装置は、複数のレーザ光出射部を具えたレーザ光源と、前記レーザ光出射部の各々を順次に15Hz以上の点灯繰り返し周波数でパルス状に点灯させる点灯制御手段と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を集光して出射する光学部材とを具えてなり、
前記レーザ光出射部の各々から出射されるレーザ光が前記光学部材の光軸上の同一の位置に集光されることを特徴とする。
本発明のレーザ光源装置においては、前記レーザ光出射部は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸に沿って延びる軸と垂直な同一平面上に並ぶよう複数配置された構成とすることができる。また、前記レーザ光出射部は、当該レーザ光出射部から出射されるレーザ光の光軸に沿って延びる軸を中心とする同一円周上の位置に並ぶよう配置された構成とされていることが好ましい。
また、本発明のレーザ光源装置においては、前記レーザ光源は、赤色のレーザ光を出射する赤色レーザ光源と、青色のレーザ光を出射する青色レーザ光源と、緑色のレーザ光を出射する緑色レーザ光源とを含み、
前記点灯制御手段が、当該赤色レーザ光源、当該青色レーザ光源および当該緑色レーザ光源の各々に対応して設けられた構成とされていることが好ましい。
さらにまた、本発明のレーザ光源装置においては、前記レーザ光出射部の各々は、レーザ素子と当該レーザ素子から出射されたレーザ光の広がり角を制御するコリメータレンズにより構成されたものとすることができる。
本発明の画像投影装置は、上記のレーザ光源装置と、当該レーザ光源装置より入射されるレーザ光を均一な強度の光として出射するインテグレータとを具えており、
前記インテグレータは、光軸が当該レーザ光源装置における前記光学部材の光軸に一致し、かつ、光入射面が当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光が集光される位置に配置されていることを特徴とする。
本発明のレーザ光源装置によれば、レーザ光源における複数のレーザ光出射部の各々が、点灯制御手段によって、順次に所定のサイクルでパルス状に点灯されると共に、レーザ光出射部の各々から出射されるレーザ光が光学部材によって当該光学部材の光軸上の同一の位置に集光される構成とされていることにより、出射されるレーザ光は、集光位置に対して入射方向が時間的に変化されることとなる。これにより、当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光による干渉パターンの位置が時間的にずれること(互いに異なる複数種の干渉パターンが重ね合わせられること)により干渉パターンが平均化されるので、スペックルノイズを確実に低滅することができる。また、機械的駆動機構を有さないので、レーザ光源装置の故障率を低減することができる。
従って、上記レーザ光源装置を具えた投影装置によれば、投射画面におけるスペックルノイズの視認が確実に低減され、しかも、レーザ光源装置からインテグレータまでの光学的な距離が一定の大きさとなる構成を採ることもできるので、インテグレータでの光の補足率が時間的に変化することがなく、明るさの変化が低減された投影画像を得ることができる。
本発明の画像投影装置に係るプロジェクタ装置の一例における構成の概略を示す説明図である。 図1に示すプロジェクタ装置におけるレーザ光源装置を構成するレーザ光源の一例における構成の概略を示す、(A)平面図、(B)(A)におけるA−A線断面図である。 図2に示すレーザ光源の点灯方法を説明するための観念図である。 図2に示すレーザ光源の点灯制御方法を示すタイミングチャート図である。 本発明のレーザ光源装置におけるレーザ光源の他の構成例を示す、(A)平面図、(B)(A)におけるA−A線断面図である。 本発明のレーザ光源装置におけるレーザ光源のさらに他の構成例を示す、(A)平面図、(B)(A)におけるA−A線断面図である。 本発明のレーザ光源装置におけるレーザ光源のさらに他の構成例を示す、(A)平面図、(B)(A)におけるA−A線断面図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の画像投影装置に係るプロジェクタ装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
このプロジェクタ装置は、レーザ光源装置10と、レーザ光源装置10から入射されるレーザ光を均一な強度の光として出射するロッド状のインテグレータ50と、インテグレータ50から出射されるレーザ光の広がり角を制御してDMD(登録商標)などの空間変調素子52に入射させるコリメータレンズ51と、空間変調素子52において変調されて形成された映像光をスクリーンS上に拡大投射する投射レンズ53とを備えている。コリメータレンズ51は、その光軸がインテグレータ50の光軸CI と一致する状態で配置されている。
レーザ光源装置10は、複数のレーザ光源を備えたレーザ光出射機構20と、各々のレーザ光源に対応する複数の電源26A,26B,26Cおよび複数の点灯制御手段27A,27B,27Cと、レーザ光出射機構20から出射されるレーザ光を集光してインテグレータ50の光入射面50Aに入射させる例えば凸レンズよりなる集光レンズ15とを備えている。集光レンズ15は、その光軸がインテグレータ50の光軸CI と一致する状態で配置されている。
レーザ光出射機構20は、青色レーザ光(波長460nm)を出射する青色レーザ光源21A,緑色レーザ光(波長530nm)を出射する緑色レーザ光源21Bおよび赤色レーザ光(例えば波長640nm)を出射する赤色レーザ光源21Cと、各々のレーザ光源21A,21B,21Cの光出射方向前方側の位置に配置された、互いに波長選択特性の異なる板状の第1のダイクロイックミラー28A,板状の第2のダイクロイックミラー28Bおよび板状の第3のダイクロイックミラー28Cとを備えている。
各々のレーザ光源21A,21B,21Cは、例えば、出射されるレーザ光の光軸が互いに平行に延びるよう、配置されており、各々のダイクロイックミラー28A,28B,28Cは、光出射面がレーザ光源21A,21B,21Cから出射されるレーザ光の光軸に対して傾斜した状態で、インテグレータレンズ50の光軸方向に互いに平行に並ぶよう配置されている。
青色レーザ光源21Aは、図2に示すように、平板状の支持基板25を具えており、この支持基板25における、当該支持基板25に垂直に延びる軸(以下、「レーザ光源の光軸」という。)CL を中心とする同一円周上の周方向に等間隔毎に並んだ位置に、複数(この例においては9つ)のレーザ光出射部22A〜22Iが配置されている。
各々のレーザ光出射部22A〜22Iは、例えば半導体レーザ素子よりなるレーザ素子23およびこのレーザ素子23から出射されたレーザ光の広がり角を制御するコリメータレンズ24により構成されており、各々のレーザ光出射部22A〜22Iからのレーザ光が例えばレーザ光源の光軸CL と平行に出射される。
この青色レーザ光源21Aは、レーザ光源の光軸CL がインテグレータ50の光軸CI と直交し、レーザ光源の光軸CL が第1のダイクロイックミラー28Aの光出射面と交差する位置と、インテグレータ50の光軸CI が第3のダイクロイックミラー28Cの光出射面と交差する位置とが一致する状態で、配置されている。
青色レーザ光源21Aに係る点灯制御手段27Aは、各々のレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23に対する電源26Aよりの給電動作をON/OFF制御することによりレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23の各々を順次にパルス状に点灯させる機能を有する。
一のレーザ素子23の繰り返し点灯周波数fは15Hz以上、例えば100Hzとされる(図4参照)。この理由は、次のとおりである。すなわち、所定の時間の間に、スクリーンS上において表示される干渉パターン(スペックルパターン)の種類の数が多くなるほど、観測者によってスペックルノイズを認識されにくくすることができるが、一般に、人間の目の視認速度はおよそ1/15秒(15Hz)程度とされているので、レーザ光源におけるレーザ素子23の数との関係において、一のレーザ素子23の繰り返し点灯周波数を15Hz以上、すなわち人間の目の視認速度以上の点灯繰り返し周波数で点灯させれば、スクリーンS上においてスペックルノイズが視認されることを確実に防止することができるためである。一方、繰り返し点灯周波数が15Hzよりも小さい場合には、観測者はそれよりも少ないパターン(例えば本実施例のように9個のレーザ素子では、6種類程度)しか足し合わせられず、干渉パターンを平均化する数が少ないため、使用するレーザ素子の数に対して十分な効果を得ることができない。
また、一のレーザ素子23の点灯状態保持時間は長くとも1/30秒とされる。例えば、2個のレーザ素子を繰り返し点灯周波数15Hzで交互に点灯させる場合に、1/ 30秒間点灯状態を保持するとスペックルノイズ低減効果が得られる。
この例においては、緑色レーザ光源21Bおよび赤色レーザ光源21Cは、青色レーザ光源21Aと同一の構成を有し、緑色レーザ光源21Bは、レーザ光源の光軸CL がインテグレータ50の光軸CI と直交し、レーザ光源の光軸CL が第2のダイクロイックミラー28Bの光出射面と交差する位置と、インテグレータ50の光軸CI が第2のダイクロイックミラー28Cの光出射面と交差する位置とが一致する状態で、配置されており、赤色レーザ光源21Cは、レーザ光源の光軸CL がインテグレータ50の光軸CI と直交し、レーザ光源の光軸CL が第3のダイクロイックミラー28Cの光出射面と交差する位置と、インテグレータ50の光軸CI が第3のダイクロイックミラー28Cの光出射面と交差する位置とが一致する状態で、配置されている。
また、緑色レーザ光源21Bに係る点灯制御手段27Bおよび赤色レーザ光源21Cに係る点灯制御手段27Cについても、青色レーザ光源21Aに係る点灯制御手段27Aと同一の構成を有している。
上記のプロジェクタ装置においては、レーザ光源装置10におけるレーザ光出射機構20から出射されたレーザ光が集光レンズ15によって集光されてインテグレータ50の光入射面50Aに入射される。具体的に説明すると、レーザ光出射機構20における青色レーザ光源21Aにおいては、図3(A)および図4(A)に示すように、第1のレーザ光出射部22Aのレーザ素子23に対する電源26Aよりの給電動作がON/OFF制御されることにより第1のレーザ光出射部22Aのレーザ素子23がパルス状に点灯される。次いで、図3(B)および図4(B)に示すように、第1のレーザ光出射部22Aのレーザ素子23に対する給電がOFFされて消灯されるのと同時に第2のレーザ光出射部22Bのレーザ素子23が点灯されるよう、第2のレーザ光出射部22Bのレーザ素子23に対する電源26Aよりの給電動作がON/OFF制御されることにより第2のレーザ光出射部22Bのレーザ素子23がパルス状に点灯される。そして、第3のレーザ光出射部22C〜第8のレーザ光出射部22Hの各々についても、第1のレーザ光出射部22Aおよび第2のレーザ光出射部22Bと同様に、順次にレーザ素子23がパルス状に点灯され、その後、図3(I)および図4(I)に示すように、第8のレーザ光出射部22Hのレーザ素子23に対する給電がOFFされて消灯されるのと同時に(図4(H))第9のレーザ光出射部22Iのレーザ素子23が点灯されるよう、第9のレーザ光出射部22Iのレーザ素子23に対する電源26Aよりの給電動作がON/OFF制御されることにより第9のレーザ光出射部22Iのレーザ素子23がパルス状に点灯される。このように、各々のレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23に対する電源26Aよりの給電動作が点灯制御手段によってON/OFF制御されることにより各々のレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23が順次にパルス状に点灯される。この例においては、図4(J)に示すように、各々のレーザ光出射部22A〜22Iにおけるレーザ素子23による光パルスが時間的に連続し、青色レーザ光源21全体として一定の出力が得られるよう各々のレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23が点灯制御される。
また、緑色レーザ光源21Bおよび赤色レーザ光源21Cにおいても、点灯制御手段27B,27Cによって青色レーザ光源21と同様の点灯制御が行われる。ここに、各々のレーザ光源21A,21B,21Cにおいては、インテグレータ50に対するレーザ光の入射方向が互いに同一である位置のレーザ光出射部におけるレーザ素子23が必ずしも同時に点灯される必要はない。
そして、青色レーザ光源21Aから出射された青色レーザ光が第1のダイクロイックミラー28Aにより反射され、その反射光が第2のダイクロイックミラー28Bを透過した透過光に、緑色レーザ光源21Bから出射された緑色レーザ光が第2のダイクロイックミラー28Bにより反射された反射光が合成され、さらに、第2のダイクロイックミラー28Bによって合成された青色レーザ光と緑色レーザ光の合成光が第3のダイクロイックミラー28Cを透過した透過光に、赤色レーザ光源21Cから出射された赤色レーザ光が第3のダイクロイックミラー28Cにより反射された反射光が合成されて出射される。
レーザ光出射機構20から出射された光(図1において二点鎖線で示す。)は、集光レンズ15によって、インテグレータ50の光入射面50Aに対する入射角度が例えば一定の大きさに維持されると共に、インテグレータ50の光入射面50Aに対する入射方向のみが経時的に変化される状態で、インテグレータ50の光入射面50Aにおける光軸CI 上の位置に集光されて入射される。
そして、インテグレータ50によって強度が均一化されたレーザ光は、インテグレータ50に対する入射角と同一の出射角で出射され、空間変調素子52によって変調されることにより形成された映像光が投射レンズ53を介してスクリーンSに拡大投射される。
而して、上記構成のレーザ光源装置10によれば、各々のレーザ光源21A,21B,21Cにおける同一平面内に位置された複数のレーザ光出射部22A〜22Iの各々が点灯制御手段27A,27B,27Cによって順次に所定のサイクルでパルス状に点灯されると共に、レーザ光出射部22A〜22Iの各々から出射されるレーザ光が集光レンズ15によって当該集光レンズ15の光軸CI 上の同一の位置に集光される構成とされていることにより、各々のレーザ光源21A,21B,21Cから出射されるレーザ光は、集光位置に対する入射方向が時間的に変化されてインテグレータ50の光入射面50Aに入射されることとなる。これにより、スクリーンS上に形成される干渉パターンの位置が時間的にずれること(互いに異なる複数種の干渉パターンが重ね合わせられること)により干渉パターンが平均化されるので、スペックルノイズを確実に低滅することできる。また、機械的駆動機構を有さないので、装置の故障率を低減することができる。
従って、上記レーザ光源装置10を具えたプロジェクタ装置によれば、スクリーンSにおけるスペックルノイズの視認が確実に低減され、しかも、機械的駆動機構を有さないので、装置の故障率を低減することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、青色レーザ光源、緑色レーザ光源および赤色レーザ光源のすべてが上記の実施形態に係る構成(点灯制御手段を具えた構成)を有している必要はなく、少なくとも一のレーザ光源が上記の実施形態に係る構成を有していれば、スペックルノイズ低減効果を得ることができる。
また、レーザ光源は、各々のレーザ素子の光パルスが時間的に連続するよう点灯制御される必要は必ずしもない。
さらにまた、レーザ光源の構成は上記実施の形態に係るものに限定されず、例えばレーザ光出射部の数(レーザ素子の数)は2個以上であればよく、光源が同一平面上に設置される必要はない。
さらにまた、図5に示すように、レーザ光源21は、複数のレーザ光出射部22が平板状の支持基板25における、当該支持基板25に垂直に延びる軸(レーザ光源の光軸)CL を中心とする互いに異なる円周上の位置であって、互いに等角度間隔毎に離間して並んだ位置に配置された構成のものとされていてもよい。このレーザ光源21においては、各々異なる円周上に位置される隣接する2つのレーザ光出射部22が一のグループとされ、各グループ221〜229毎に順次にレーザ素子23が所定の点灯繰り返し周波数(15Hz以上)でパルス状に点灯される。このようなレーザ光源21が用いられた構成のものにおいては、上記のスペックル低減効果を一層確実に得ることができると共に、レーザ光を高い強度で出射することができる。
さらにまた、図6に示すように、レーザ光源21は、複数(この例においては9つ)のレーザ光出射部22A〜22Iが二次元的にアレイ状に(縦横に並んで)配置された構成のものとされていてもよい。このレーザ光源21においては、レーザ光出射部22A〜22Iの各々から出射されるレーザ光の、インテグレータの光入射面に対する入射角が例えば0°〜25°の範囲内の大きさとされる。
このようなレーザ光源21を具えた構成のものにおいても、図2に示す構成のレーザ光源と同様に、各々のレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23に対する電源26Aよりの給電動作が点灯制御手段によってON/OFF制御されることにより各々のレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23が順次にパルス状に点灯され、例えば各々のレーザ光出射部22A〜22Iにおけるレーザ素子23による光パルスが時間的に連続し、レーザ光源21全体として一定の出力が得られるよう各々のレーザ光出射部22A〜22Iのレーザ素子23が点灯制御されることにより、上記の実施形態に係るものと同様の効果が得られる。
このような構成のレーザ光源21においても、図7に示すように、一方向、例えば横方向(縦方向であってもよい)に並ぶ3つのレーザ光出射部が一のグループとされ、各グループ221〜223毎に順次にレーザ素子23が所定の点灯繰り返し周波数(15Hz以上)でパルス状に点灯されるよう構成されていてもよい。
10 レーザ光源装置
15 集光レンズ
20 レーザ光出射機構
21 レーザ光源
21A 青色レーザ光源
21B 緑色レーザ光源
21C 赤色レーザ光源
22,22A〜22I レーザ光出射部
221〜229 グループ
23 レーザ素子
24 コリメータレンズ
25 支持基板
26A,26B,26C 電源
27A,27B,27C 点灯制御手段
28A 第1のダイクロイックミラー
28B 第2のダイクロイックミラー
28C 第3のダイクロイックミラー
50 インテグレータ
50A 光入射面
51 コリメータレンズ
52 空間変調素子
53 投射レンズ
L レーザ光源の光軸
I インテグレータの光軸
S スクリーン

Claims (6)

  1. 複数のレーザ光出射部を具えたレーザ光源と、前記レーザ光出射部の各々を順次に15Hz以上の点灯繰り返し周波数でパルス状に点灯させる点灯制御手段と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を集光して出射する光学部材とを具えてなり、
    前記レーザ光出射部の各々から出射されるレーザ光が前記光学部材の光軸上の同一の位置に集光されることを特徴とするレーザ光源装置。
  2. 前記レーザ光出射部は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸に沿って延びる軸と垂直な同一平面上に並ぶよう複数配置されていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置。
  3. 前記レーザ光出射部は、当該レーザ光出射部から出射されるレーザ光の光軸に沿って延びる軸を中心とする同一円周上の位置に並ぶよう複数配置されていることを特徴とする請求項2に記載のレーザ光源装置。
  4. 前記レーザ光源は、赤色のレーザ光を出射する赤色レーザ光源と、青色のレーザ光を出射する青色レーザ光源と、緑色のレーザ光を出射する緑色レーザ光源とを含み、
    前記点灯制御手段が、当該赤色レーザ光源、当該青色レーザ光源および当該緑色レーザ光源の各々に対応して設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のレーザ光源装置。
  5. 前記レーザ光出射部の各々は、レーザ素子と当該レーザ素子から出射されたレーザ光の広がり角を制御するコリメータレンズにより構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のレーザ光源装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のレーザ光源装置と、当該レーザ光源装置より入射されるレーザ光を均一な強度の光として出射するインテグレータとを具えており、
    前記インテグレータは、光軸が当該レーザ光源装置における前記光学部材の光軸に一致し、かつ、光入射面が当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光が集光される位置に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
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