JP5457031B2 - レーザ発光装置とそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源としてレーザ光を使用したレーザ発光装置とそれを用いた画像表示装置に関する。

スクリーン上に画像を表示する画像表示装置の光源として、単色性の強い高出力の可視光光源が求められている。これらの光源として赤、緑、青の３原色のレーザ光源を用いれば、その単色性の強さから再現できる色範囲が大きく広げられる。また、赤色や青色のレーザ光源は、小型で、かつ高効率の半導体レーザを利用して高出力のレーザ光源が構成できる。さらに緑色の光源についても、半導体レーザを励起用光源として用いた第２高調波発生による緑色レーザ（以下、ＳＨＧ緑色レーザとする）を用いると小型で高効率の高出力レーザが利用できる。

ところで、半導体レーザをこのような画像表示装置の光源であるレーザ発光装置として用いるには、赤色、緑色、青色の各色でＷ級の光出力が必要となる。特に赤色、青色については、少なくとも５から１０素子以上の多数の半導体レーザ素子で構成する必要があり、この複数のレーザ素子の使い方を工夫してレーザ発光装置全体として高効率・低消費電力・長寿命であることが求められている。

このような例として、高輝度が要求されるディスプレイ用途ではなく、高分解能が要求されるビーム走査装置において、複数のビームを出力する半導体レーザアレイの寿命を延命する内容が示されている（例えば、特許文献１参照）。図１６は、このビーム走査装置の機能構成を示すブロック図である。すなわち、図１６で使用ＬＤ（レーザ）選択手段１はメモリ３に記憶されているレーザダイオードを駆動制御するための制御信号や、前回のジョブまたは前ページを印刷時のレーザダイオードの使用の有無等の内容から、各レーザダイオードの発光効率または使用の有無を判断し、半導体レーザアレイ５内のレーザダイオードの中から、次に使用するレーザダイオードを選択する。ＬＤ制御手段２は使用ＬＤ選択手段１や印刷モード入力手段４によって選択されたレーザダイオードを駆動制御したり、始動時に半導体レーザアレイ５の光量制御を行ったりする。このようにして、発光効率の高低などから劣化の少ないレーザダイオードが優先的に選択され、各レーザダイオードは均等に使用される。その結果、半導体レーザアレイ５の寿命は延びることとなる。

また、例えば特許文献２には、各々の半導体レーザの出力効率の経時的な劣化率を測定し、この測定値に応じて、各々の半導体レーザの光出力に差を与えるように制御することにより、経時的な劣化率が大きい半導体レーザの光出力を小さくして、その寿命を延長することで、レーザ光源の交換やメンテナンス周期を延長できるものが開示されている。

また、例えば、特許文献３には、寿命を極力損なうことの無い形態として、複数の半導体レーザ素子から出射される光を合成して単一のレーザ出力を得るようにし、複数の半導体レーザ素子のレーザ出力を定格以下に制御する例が示されている。

さらに、特許文献４には、故障したレーザ光源への電流注入を中止し、それ以外のレーザ光源を用いて光出力バランスをとる方法が提案されている。また、特許文献５、特許文献６、特許文献７では、故障、あるいは異常のレーザ光源に対して、予備の素子を準備しておき、故障、あるいは異常のレーザ光源の代わりに使用することで出力を補い、レーザ光源のパワー安定化を図る方法が提案されている。
特開平８−１７１０６１号公報 特開２００３−３３８６６０号公報 特開２００４−２１４２２５号公報 特開２００４−２７９９４３号公報 特開２００２−１２０３９５号公報 特開２００１−２６７６８１号公報 特開平５−３４３８０９号公報

しかしながら、上記のような従来の例では画像表示装置で使用するレーザ発光装置で必要な高効率・低消費電力を前提として、しかも長寿命な、複数の半導体レーザ素子を用いた光源についての構成は具体的に示されていない。

特許文献３では、レーザ装置の一部が故障した場合、光出力低下により表示映像の明るさを低下させてレーザ画像形成装置の制御をおこなったり、レーザの長寿命化を図るためにレーザの出力を低下させてレーザを使用したりする手法が開示されているが、これらの手法ではパワー減少による映像の明るさ低下を避けることができない。また、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７では、劣化したレーザ光源のパワーを補う方法がとられているが、最も消費電力が低い状態で発光させることを考慮されずに低下あるいは劣化したパワーおよび素子を補う方法がとられている。

本発明は上記従来の課題を具体的に解決するものであり、高輝度で単色性の良い光を高効率・低消費電力で使用することができ、しかも長寿命で使用できるレーザ発光装置とそれを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるレーザ発光装置は、Ｎ個（Ｎ≧２の整数）のレーザ素子を有し、前記Ｎ個のレーザ素子に電流を注入する複数のレーザ駆動電源と、前記Ｎ個のレーザ素子から出射されるレーザ光量分布を均一化する光学素子と、前記Ｎ個のレーザ素子のレーザ光の一部を受光する受光素子と、前記Ｎ個のレーザ素子の各々の動作電流値および前記動作電流値に対する前記レーザ光の出力値を測定する測定部と、前記測定部で測定した少なくとも前記Ｎ個のレーザ素子の動作電流値と、前記動作電流値に対する前記レーザ光の出力値を前記Ｎ個のレーザ素子間で比較し、前記Ｎ個のレーザ素子のうちから、動作電流値に対するレーザ光出力値が高い（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、前記選択した（Ｎ−１）個以下のレーザ素子のみを動作させる制御部とを備えたものである。

これにより、一定の光出力と光量分布を得ながら、発光効率の高いレーザ素子からの出力比を大きくして動作させることができる。すなわち、高効率のレーザ素子を優先して用いることにより、レーザ発光装置全体の消費電力を低くすることができ、また、初期不良や調整不良であるレーザ素子の出力を抑えることで、レーザ素子の寿命を長くすることができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記制御部が、前記複数のレーザ素子のうちから、動作電流値に対するレーザ光出力値が高いレーザ素子を選択し、該選択したレーザ素子のみを動作させるものである。

これにより、発光効率の高いレーザ素子を選択して動作することで消費電力を減らすと共に、選択しなかったレーザを予備用とすることで、レーザ発光装置としての高寿命化を図ることができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記測定部が、前記複数のレーザ素子の動作電流値に対する前記レーザ光の出力値を測定するときに、前記複数のレーザ素子の各々の動作電圧値をさらに測定し、前記制御部は、前記各レーザ素子のレーザ光の出力値と、前記各レーザ素子の動作電流値と前記各レーザ素子の動作電圧値の積である動作電力値と、から算出される各レーザ素子の電気光変換効率とに基づき、レーザ素子の光出力を、効率が高いものについては、それが低いものより高くなるように、動作させるものである。

これにより、レーザ発光装置として合計の電気光変換効率を高くするように複数のレーザ素子を駆動することができる。電気光変換効率を高くすることで、レーザ素子で光とならず損失となる発熱量を低くすることができる。レーザ素子の寿命は、高熱になれば短くなり、レーザ素子自身の発熱量が大きい場合も短寿命化に繋がるが、これを避けることができる。またレーザ素子の発熱は、レーザの発光効率の低下にも繋がるが、これを最小限に抑えることができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、発振波長の異なる複数のレーザ素子を有し、前記制御部が、前記レーザ素子の発振波長の関数である視刺激係数と前記レーザ光の出力値との積である視刺激パワーと、前記レーザ素子の動作電流値とに基づき、レーザ素子の光出力を、動作電流値に対する視刺激パワーが高いものについては、それが低いものより高くなるように、動作させるものである。

これにより、人に対して効率よく刺激を与えるレーザ素子を優先して用いることができる。レーザ光出力（Ｗ）が大きい場合でも人への刺激が低い波長の場合、表示装置として非効率となるが、これをなくすことができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、発振波長の異なる複数のレーザ素子を有し、前記制御部が、前記各レーザ素子の発振波長の関数である視刺激係数と前記各レーザ素子のレーザ光の出力値の積である視刺激パワーと、前記レーザ素子の動作電力値と、から算出される各レーザ素子の視刺激効率に基づき、レーザ素子の光出力を、視刺激効率が高いものについては、それが低いものより高くなるように、動作させるものである。

これにより、人に対しての刺激を、低い電力で供給が可能となるとともに、レーザ素子の発熱を抑え、表示装置用レーザ発光装置として、低消費電力と長寿命化を実現することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記測定部が、前記レーザ素子の発振波長を測定するものである。

これにより、発振波長シフトによる人の視刺激変化を測定することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記測定部が、前記レーザ素子温度を測定するものである。

これにより、半導体レーザの温度による発振波長シフトを算出し、人への視刺激変化を算出することがきる。またレーザ素子温度変化に伴う適切な出力制御も行うことができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記レーザ素子が、前記レーザ駆動電源により間欠駆動されるものである。

これにより、同じ平均出力をレーザ素子から出力しても、レーザ素子に与える熱的な負荷を緩和し、長寿命化するとともに、低消費電力化が実現できる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記レーザ素子が、予め設定された定格値から定格値の１．２倍までの範囲の光出力でレーザ光を出射して動作するものである。

これにより、必要とする出力を得るのに選択するレーザ素子の数を少なくすることができるので、レーザ発光装置はさらに低消費電力、高発光効率で動作することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記測定部が、前記レーザ光の出力値または視刺激パワーが一定値に保持されて動作する前記レーザ素子の前記動作電流値または動作電力値を測定し、前記制御部が、前記測定部で測定された測定値を前記レーザ素子ごとに記憶する記憶部と、測定値の数値変化を演算する演算部と、をさらに備えるものである。

これにより、一定の光出力または一定の人への刺激を与える状態におけるレーザ素子の劣化を判断し、この判断に基づき、レーザ素子の光出力を異ならせる、あるいは、適当なレーザ素子を選択して動作させることができる。また急激な変動が見られるようなレーザ素子や、経時劣化率が大きいレーザ素子を選択しないことで、レーザ発光装置としての出力を安定化させることができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記レーザ素子は、出力時にレーザ素子温度が変化し、前記測定部が、前記レーザ素子ごとに前記レーザ素子温度に対するレーザ光の出力値または視刺激パワーを測定し、前記レーザ素子ごとに前記レーザ素子温度に対するレーザ光の出力値または視刺激パワーを記憶する記憶部を備え、前記記憶部の値を用い、レーザ素子温度に応じて、前記各レーザ素子の光出力を制御するものである。

これにより、レーザ素子温度による出力低下や波長シフトを記憶し、温度によって最適なレーザ素子を立上げ時に選択することができ、また動作環境が変化したときに動作中にレーザ素子を切り換えて使用することもできる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記レーザ素子は、出力時にレーザ素子温度が変化し、前記測定部が、前記レーザ素子温度に対するレーザ光の出力値と動作電流値、または動作電力値を測定し、前記レーザ素子温度に対するレーザ光の出力値と動作電流値または動作電力値を記憶する記憶部を備え、レーザ発光装置の立ち上げ時に、前記記憶部の値を用いて前記レーザ素子を動作させるものである。

これにより、レーザ発光装置は環境変化やレーザ素子の劣化が生じても、立上げ時に瞬時に必要なレーザ出力値を得ることができ、表示装置の瞬時の立ち上げを可能とできる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記レーザ素子は、出力時にレーザ素子温度が変化し、前記測定部が、前記レーザ素子温度に対する視刺激パワーと動作電流値、または動作電力値を測定し、前記制御部が、前記レーザ素子温度に対する視刺激パワーと動作電流値または動作電力値を記憶する記憶部を備え、レーザ発光装置の立ち上げ時に、前記記憶部の値を用いて前記レーザ素子を動作させるものである。

これにより、レーザ発光装置は環境変化やレーザ素子の劣化が生じても、表示装置の立上げ時に必要な視刺激パワーを瞬時に得ることができ、表示装置の瞬時の立上げを可能とできる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、Ｎ個（Ｎ≧２の整数）のレーザ素子を有し、該Ｎ個のレーザ素子のうちの（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、発光させるものである。

これにより、発光効率の高いレーザ素子を選択して動作することで消費電力を減らすと共に、選択しなかったレーザを予備用とすることで、レーザ発光装置としての高寿命化を図ることができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記Ｎ個のレーザ素子のうちから、レーザ素子のレーザ光の出力値Ｐ２［Ｗ］を動作電力値Ｐ１［Ｗ］で割って求めた電気光変換効率Ｐ２［Ｗ］／Ｐ１［Ｗ］を発光効率とし、前記発光効率の高い順に前記（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、該選択したレーザ素子を発光させるものである。

これにより、発光させるレーザ素子を、電気光変換効率の高い順に選択するので、レーザ発光装置の低消費電力化を図ることができ、またレーザ発光装置から発生する熱を最小限に抑えることができるので、高温化によるレーザ劣化を防ぎ、レーザを長寿命化することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記Ｎ個のレーザ素子のうちから、レーザ素子のレーザ光の出力値Ｐ２［Ｗ］と視刺激係数αの積である視刺激パワーα×Ｐ２［Ｗ］を動作電力値Ｐ１［Ｗ］で割て求めた視刺激効率α×Ｐ２［Ｗ］／Ｐ１［Ｗ］を発光効率とし、前記発光効率の高い順に前記（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、該選択したレーザ素子を発光させるものである。

これにより、発光させるレーザ素子を、視刺激効率の高い順に選択するので、レーザ発光装置の低消費電力化を図ることができ、またレーザ発光装置から発生する熱を最小限に抑えることができるので、高温化によるレーザ劣化を防ぎ、レーザを長寿命化することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記Ｎ個のレーザ素子のうちから、発振閾値の低い順に前記（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、該選択したレーザ素子を発光させるものである。

これにより、発光させるレーザ素子を、発振閾値の低い順に選択するので、レーザ発光装置の低消費電力化を図ることができ、またレーザ発光装置から発生する熱を最小限に抑えることができるので、高温化によるレーザ劣化を防ぎ、レーザを長寿命化することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記発光効率および前記発振閾値の算出を、前記レーザ素子の製造時に行うものである。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記発光効率および前記発振閾値の算出を、当該レーザ発光装置の使用の直前に行うものである。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記発光効率および前記発振閾値の算出を、当該レーザ発光装置の使用中に行うものである。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記Ｎ個のレーザ素子のうちから、前記発光効率の高い順に前記（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、該選択したレーザ素子をその発光効率の特性に対応したレーザ光出力値で発光させるものである。

これにより、発光させるレーザ素子を、発光効率の高い順に選択するので、レーザ発光装置の低消費電力化を図ることができ、またレーザ発光装置から発生する熱を最小限に抑えることができるので、高温化によるレーザ劣化を防ぎ、レーザを長寿命化することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記Ｎ個のレーザ素子のそれぞれのレーザ素子において、点灯中に発光効率の算出をおこない、発光しているレーザ素子の発光効率が発光されていないレーザ素子の発光効率を下回ったとき、点灯するレーザ素子を交換するものである。

これにより、使用中の複数のレーザ素子のうちのあるものが劣化し、出力が低下した場合、これに置き換えて予備のレーザ素子を使用して発光させることで、レーザ発光装置の長寿命化が可能となる。また、発光を停止したレーザ素子を予備の素子とすることで、装置の長寿命化および信頼性を高めることができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記Ｎ個のレーザ素子のうちから、前記発振閾値の低い順に前記（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、該選択したレーザ素子をその発振閾値の特性に対応したレーザ光出力値で発光させるものである。

これにより、発光させるレーザ素子を、発振閾値の低い順に選択するので、レーザ発光装置の低消費電力化を図ることができ、またレーザ発光装置から発生する熱を最小限に抑えることができるので、高温化によるレーザ劣化を防ぎ、レーザを長寿命化することができる。

また、本発明にかかるレーザ発光装置は、前記Ｎ個のレーザ素子のそれぞれのレーザ素子において、点灯中に発振閾値の算出をおこない、点灯しているレーザ素子の発振閾値が未点灯のレーザ素子の発振閾値を上回ったとき、点灯するレーザ素子を交換するものである。

これにより、使用中の複数のレーザ素子のうちのあるものが劣化し、出力が低下した場合、これに置き換えて予備のレーザ素子を使用して発光させることで、レーザ発光装置の長寿命化が可能となる。また、発光を停止したレーザ素子を予備の素子とすることで、装置の長寿命化および信頼性を高めることができる。

また、本発明にかかる画像表示装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源が出射するレーザ光を変調する空間変調素子とを備え、前記レーザ光源として上記のレーザ発光装置を用いたものである。

また、本発明にかかる画像表示装置は、複数のレーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を投射する投射部とを備え、前記レーザ光源として上記のレーザ発光装置を用いたものである。

これにより、低消費電力かつ長寿命の画像表示装置を実現することができる。

また、本発明にかかる画像表示装置は、赤色、緑色および青色のレーザ光を出射するレーザ光源を備え、前記赤色、緑色、および青色の少なくとも１色のレーザ光源の視刺激効率を算出して、画像表示装置の色温度を制御するものである。

これにより、３色のレーザ光源の消費電力が低くなるように白色を調整して、画像表示装置の低消費電力化を図ることができる。

また、本発明にかかる画像表示装置は、少なくとも赤色、緑色および青色を含む４色以上のレーザ光源を備え、前記各色のレーザ光源ごとに視刺激効率が高いレーザ光源からの出力が大きくなるように制御するものである。

これにより、各色からの光源出力を適宜決定して、同じ色を表示する場合でも低消費電力なレーザ光源からの出力が大きくなるように制御することで、画像表示装置の省電力化と長寿命化を図ることができる。

本発明のレーザ発光装置によれば、複数のレーザ素子を備え、その動作電流値または動作電力値、また、視刺激係数や視刺激効率などの特性値に基づき、複数のレーザ素子の少なくとも１つのレーザ素子を、その光出力が他のレーザ素子の光出力と異なるように動作させるようにしたから、低消費電力、高効率、かつ低発熱のレーザ素子からの出力が大きくなり、高効率、低消費電力、かつ長寿命のレーザ発光装置を実現できる効果がある。

また、本発明のレーザ発光装置によれば、Ｎ個（Ｎ≧２の整数）のレーザ素子を有し、
（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を用いて発光するようにしたから、使用中の複数のレーザ素子のうちのあるものが劣化し、出力が低下した場合、これに置き換えて予備のレーザ素子を使用して発光させ、予備の素子を切り替えることで、レーザ発光装置を長寿命化することができる。また、発光させるレーザ素子を、発光効率の高い順、あるいは発振閾値の低い順に選択するようにしたから、レーザ発光装置の低消費電力化を図ることができ、またレーザ発光装置から発生する熱を最小限に抑えることができるので、高温化によるレーザ劣化を防ぎ、レーザ素子を長寿命化することができる。

以下、本発明の実施の形態にかかるレーザ発光装置およびそれを用いた画像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１によるレーザ発光装置について説明する。

図１から図４は、本発明の実施の形態１によるレーザ発光装置２０を示す図である。図１に示すように本実施の形態のレーザ発光装置２０は、６個のレーザ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆで構成される複数のレーザ素子２１と、これらのレーザ素子２１を駆動する複数のレーザ駆動電源２２と、レーザ素子２１から出射されるレーザ光２３の波面を変換する複数の光学素子２４と、レーザ素子２１のレーザ光２３の一部の光２５をそれぞれ受光する複数の受光素子２６とを備えている。

なお、複数のレーザ駆動電源２２は、対応する６個のレーザ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆを駆動する６個のレーザ駆動電源２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆから構成される。同様に、レーザ光２３は６本のレーザ光２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆから構成され、一部の光２５は６本の一部の光２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆで構成される。同様に、複数の光学素子２４は６個の光学素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆから構成され、複数の受光素子２６は６個の受光素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆで構成される。

さらに、本実施の形態１によるレーザ発光装置２０は、レーザ素子２１の動作電流値および動作電流値に対するレーザ光２３の出力値などを測定する測定部２７を備え、該測定部２７で測定した測定値を元にレーザ発光装置２０の全体を制御する制御部２８を備えている。この制御部２８はレーザ素子２１の動作電流値及び出力値により、６個のレーザ素子２１の出力が異なるようにレーザ駆動電源２２によりレーザ素子を動作させ、レーザ発光装置２０全体を制御している。例えば、２１ｅを除く５個のレーザ素子からの出力は同じ出力とし、２１ｅのみ出力を半分とする。

また予備レーザを確保するため、６個のレーザ素子２１の中から使用するレーザ素子、
例えば、５個のレーザ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆを選択し、この選択された５個のレーザ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆのみを対応するレーザ駆動電源２２により動作させ、レーザ素子２１ｅのレーザ駆動電源２２ｅを動作させずにレーザ発光装置２０全体を制御してもよい。動作させないレーザ素子を設けることで、予備レーザの確保の他、合計動作電流値を低くし、省電力化ができる。

測定部２７はレーザ発光装置２０が動作するごとに、レーザ素子２１の動作電流値などを測定する。そして、測定部２８は動作電流値に対するレーザ光２３の出力値の関係をその一部の光２５を受光素子２６で受光することにより測定する。レーザ発光装置が動作するごとに測定することで、動作環境およびレーザ素子状態で最適な制御を可能とする。

また測定部２７は、レーザ発光装置が連続運転中の場合は、一定動作時間ごとにレーザ素子２１の動作電流値などを測定することが好ましい。連続動作中も測定することで、レーザ発光装置を状態変化に伴う最適な制御を可能とする。

ここで、制御部２８は、一定の光出力で動作するレーザ素子２１の動作電流値などが測定部２７で測定されるごとに測定時間と測定値を各レーザ素子２１ごとに記憶する記憶部２９をさらに備えている。このように、制御部２８に記憶部２９を内蔵することにより、制御部２８は、記憶している測定値に基づいて動作電流値を制御し、レーザ素子の光出力を異ならせるようにレーザ駆動電源２２により動作させる。また測定値を、記憶している過去の測定値と比較しレーザ素子の異常を検知し、異常のないレーザ素子のみを選択してレーザ駆動電源２２により動作させる。また、あるレーザ素子について測定を行わない場合も、記憶されている測定値を代用し、他のレーザ素子の測定値と比較して、レーザ素子の光出力が異なるようにレーザ駆動電源２２により動作させる。

制御部２８は、測定部２７の測定値により、レーザ素子２１の出力が異なるように制御を行う。例えば、レーザ素子２１の中から使用するレーザ素子２１を全体の個数の中から一部を残して選択し、選択されたレーザ素子２１のみをレーザ駆動電源２２により動作させる。

レーザ発光装置２０は、複数のレーザ素子２１からの出力光であるレーザ光２３のレーザ光量分布を均一化する光学素子を有する。実施の形態１では、レーザ光２３ａ〜２３ｆは、集光光学系３１により、均一化光学素子３５に導入される。均一化光学素子３５は、例えば内部反射により光量分布の均一化を行うロッド型インテグレータやマルチモードファイバ、面状の形態を取る導光板などが用いられる。均一化光学素子３５により、レーザ光２３ａ〜２３ｆの各出力が異なるように制御しても、レーザ発光装置２０からの出力光３３は、偏った光量分布ではなく均一化された光量分布を有し、画像表示装置のために適した光源となる。なお均一化光学素子３５には、内部反射型のほか、複数の像を重ねあわせるレンズアレイ型などを用いることができる。

なお受光素子は、レーザ素子２１の後ろ光をモニターする受光素子１６を用いてもよい。また各レーザ素子に受光素子を設けず、一つの受光素子でレーザ素子２１からの光を順番に受光して測定する形態としてもよい。

次にレーザ発光装置２０の基本的な動作について図１を用いて説明する。ここでは、レーザ発光装置２０は、例えば、レーザ素子２１が赤色高出力半導体レーザから構成される赤色のレーザ光源である場合について説明する。

この赤色高出力半導体レーザは、中心波長が６３８ｎｍ、連続出力で定格光出力が５００ｍＷのものを使用している。

図２に本実施の形態１で使用した赤色半導体レーザ素子（以下、レーザ素子とする）における、注入する電流に対する光出力の特性について、例えば、図１のレーザ素子２１ｂについての特性を示す。図２において、横軸はレーザ素子２１ｂに入力として注入される電流を表し、縦軸はレーザ素子２１ｂの光出力を表す。レーザ素子２１ｂがレーザ発振に至るしきい値電流Ｉｔｈは、ここでは８００ｍＡである。また、このレーザ素子２１ｂが定格光出力の５００ｍＷを出力する動作電流値Ｉｏｐ１は、１３１０ｍＡであった。また、Ｐｏｐ２はレーザ素子を使用するときに推奨される定格出力値の８割の光出力値である推奨光出力値であり、この推奨光出力値Ｐｏｐ２は４００ｍＷである。ここで、スロープ効率値ηをこのＰｏｐ１とＰｏｐ２を用いて式１のように定義する。

このとき、Ｉｏｐ２はレーザ素子２１ｂが光出力Ｐｏｐ２を出力するときの動作電流値を表し、ここでは１２０８ｍＡである。これらの値を代入して求めた該レーザ素子２１ｂのスロープ効率値ηは、０．９８Ｗ／Ａである（図３におけるサンプルｂのスロープ効率値η参照）。

ところで、赤色高出力半導体レーザはレーザ光を出射する端面が窓構造となっていて、
レーザチップの端面近傍での光吸収がほとんど生じない構造で製作されている。このようなレーザ素子では定格光出力を大きく超えたところで使用すると、保障される素子の寿命が急激に短くなる素子がある確率で発生する不都合が生じる。しかしながら、該レーザ素子を一般的に定格光出力の１．２倍程度の光出力で使用するのであれば、急激な劣化が起こる素子は非常に少なく、選別したレーザであれば急激な劣化はほとんどない。

レーザ素子の寿命（端面特性を含む）は大きな母集団で統計的に保証されているものであり、個々のレーザ素子の寿命は、保証された範囲内にあるもののバラツキがある。したがって、このようなレーザ素子を本発明のようなレーザ発光装置等の機器に用いる場合、実際に機器に使用する状態で個々のレーザ素子について寿命の長短を予測して、寿命の長い（端面特性が良い）と予想されるレーザ素子を選択して用いると、レーザ素子の母集団で保障している寿命よりも長く使用できる。また、図２に示す定格値の１．２倍の光出力Ｐｏｐ３で使用しても、保障された寿命を短くすることなく使用できる。なお、図２で動作電流値Ｉｏｐ３は、レーザ素子２１ｂが光出力Ｐｏｐ３で動作するときの電流値を示す。

図３は、図１に示す本実施の形態のレーザ発光装置２０で使用したレーザ素子２１における、定格出力５００ｍＷの光出力を出射するときの動作電流値Ｉｏｐ１、およびスロープ効率値ηを示した表である。

ところで、これらのレーザ素子２１ａ〜２１ｆを用いたレーザ発光装置２０が、例えば、２．５Ｗの赤色出力を要求されているとする。この場合に、６個のレーザ素子２１ａ〜２１ｆで均等に光出力を出射すると１個当たり４１７ｍＷの光出力を出射すればよく、推奨光出力の４００ｍＷを少し超えたところで使用すればよい。このときの、６個のレーザ素子２１ａ〜２１ｆの合計の動作電流値は７．４Ａを超えることになる。

しかしながら、本実施の形態１では、図３の表より、動作電流値が最大のレーザ素子２１ｅからの出力を小さくする。具体的には、レーザ素子２１ｅからの出力を０ｍＷとして動作させず、動作電流値の低いレーザ素子を５個選択して動作させる。この５個のレーザ素子は、レーザ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆである。これらのレーザ素子により２．５Ｗの光出力を得るためには、一個あたりの光出力は５００ｍＷであり、定格出力５００ｍＷ以内で動作させればよい。このときの、５個のレーザ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆの合計の動作電流値は６．６Ａで済むことになる。

このように、選択されたレーザ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆは、レーザ素子２１のうち少なくとも一つのレーザ素子２１ｅを残して選択されることとなる。このようにすると、少なくとも動作電流値は６個を全て使用したときの７．４Ａよりも１０％程度少ない６．６Ａで済み、レーザ発光装置２０は低消費電流、すなわち低消費電力で動作することができるとともに、動作させない予備レーザを確保することができる。

さらに、レーザ発光装置２０で必要な光出力が２．５Ｗでなく、２．４Ｗである場合は、それぞれのレーザ素子２１が定格出力５００ｍＷの１．２倍の６００ｍＷまでの光出力で動作することを許容すると、選択されるレーザ素子は、レーザ素子２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆの４個でよいこととなる。このときの、４個のレーザ素子２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆの合計の動作電流値は５．６４Ａで済むことになる。ところで、この２．４Ｗの光出力を５個あるいは６個のレーザ素子を動作させて得た場合は、それぞれ６．４６Ａ，７．３１Ａの動作電流が必要となる。したがって、２．４Ｗの光出力を得るのに、６個のレーザ素子ではなく４個のレーザ素子を動作させると、レーザ発光装置２０は低消費電流、すなわち低消費電力で動作することができる。

このようなレーザ素子の選択は、レーザ発光装置２０が新しく使用され始めるときに実行されるだけではなく、レーザ発光装置２０が停止状態から動作するごとに短時間で実行される。このようにすることにより、常に低動作電流のレーザ素子を使い続けることができる。また、レーザ素子の個数が少ない個数で同じ光出力を得ることができれば、さらに低動作電流・低消費電力でレーザ発光装置２０が動作することになる。

しかも、動作電流の高いレーザ素子は、放熱性などの実装や装置への取り付けなどの温度環境が悪化した状態にある、または、レーザ素子自体が劣化の兆候をしめす状態であることが考えられるレーザ素子である。本発明は、このような可能性のあるレーザ素子を単純にそのまま使用し続けるのではなく、一旦動作を休ませて、温度環境の悪化や劣化の兆候が継続して見られるかどうか観察することも可能とするものである。

また、このように動作電流値が最大のレーザ素子を少なくとも除いた他のレーザ素子を選択してレーザ発光装置２０を動作させると、動作を休ませているレーザ素子の温度環境が改善されたり、休んでいる時間をとることにより劣化の兆候が緩和されたりすることもあり、搭載したレーザ素子全体を効率よく使用することができる。その結果、レーザ発光装置はさらに高効率・低消費電力・長寿命で動作することができる。

選択しなかったレーザ素子に関しては、その測定値を制御部内にある記憶部に記憶し、
選択したレーザ素子のみ動作時に動作電流値などを測定し、その測定値を記憶部にある選択しなかったレーザ素子の測定値と比較して、動作させるレーザ素子を選択することが好ましい。選択したレーザ素子を動作中に測定するだけで、選択しなかったレーザ素子を含めて、最もよいレーザ素子の選択を行うことができる。またレーザ素子を初回の測定のみ動作させ、予備レーザ素子とすることで、予備レーザの劣化をなくすことができる。また、本実施の形態１では、選択しなかったレーザ素子が予備レーザとなる。前記した動作電流値、電気光変換効率が低いレーザ素子が、測定値に基づいて予備レーザとなり、使用状況や環境変化によって測定値が変わると、予備レーザが切り替わることとなる。

なお、本実施の形態１ではレーザ素子として赤色高出力半導体レーザについて説明したが、ＧａＮ系の青色レーザなどで青色のレーザ発光装置２０を構成しても同様の効果が得られ、高効率・低消費電力・長寿命で動作させることができる。

ここで、緑色レーザとしては、半導体レーザの他に、半導体レーザを基本波もしくは励起光とした波長変換レーザ素子を用いてよい。波長変換レーザ素子では、複数の半導体レーザに投入する動作電流値と、波長変換レーザ素子からの光出力値の関係を測定して、半導体レーザへの動作電流値を異ならせるもしくは、動作させる半導体レーザを選択して波長変換レーザを同様に制御する。

このような波長変換レーザ素子からなる緑色レーザ素子を本実施の形態でのレーザ素子として用いて、赤色高出力半導体レーザについて説明したときと同様にレーザ発光装置２０を構成することができる。このように構成した緑色のレーザ発光装置２０においても、上述した赤色高出力半導体レーザと同様の効果が得られ、高効率・低消費電力・長寿命で動作させることができる。

さらに、上記で説明した赤色、青色、および緑色のレーザ発光装置を光源として含んだ図４に示すようなレーザ発光装置６０を構成することもできる。

図４のレーザ発光装置６０は、少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光をそれぞれ出射する赤色レーザ光源６１、緑色レーザ光源６２および青色レーザ光源６３を備えている。それぞれの光源には、赤色レーザ素子６４、緑色レーザ素子６５および青色レーザ素子６６がそれぞれ８個使用されている。なお、図示していないが、それぞれのレーザ光源には、図１で示したレーザ駆動電源、複数の光学素子および複数の受光素子が配置されており、それぞれのレーザ素子はその光出力の一部を受光素子で受光して光出力の大きさを制御されている。

さらに、レーザ発光装置６０の制御部６７は、赤色制御部６８、緑色制御部６９および青色制御部７０を備えており、それぞれ赤色レーザ光源６１、緑色レーザ光源６２および青色レーザ光源６３の動作を制御している。したがって、赤色制御部６８、緑色制御部６９および青色制御部７０には図４には示していないが、図１で示したように測定部、記憶部および演算部等を備えて制御している。各レーザ素子からのレーザ光はそれぞれ８本の赤色光ファイバ７１、緑色光ファイバ７２および青色光ファイバ７３で導波されて、均一化光学素子７４、７５、７６に入射される。この３つの均一化光学素子の出力面で各色のレーザ光は強度分布が均一化されて、それぞれ赤色出力光７７、緑色出力光７８および青色出力光７９がレーザ発光装置６０より取り出されることとなる。また複数色のレーザ光源に対し、同一の均一化光学素子を用いる構成としてもよい。均一化光学素子数を減らしコンパクトな構成とできる好ましい形態である。

このように、少なくとも赤色、緑色および青色の出力光を備えたレーザ発光装置は画像表示装置用の光源として最適である。しかも、複数のレーザ素子を用いて、これらのレーザ素子から動作電流値の低いレーザ素子を選択して使用するので、レーザ発光装置は、高効率・低消費電力・長寿命で動作させることができる。加えて、出力光は出力面で強度分布が一定であるので、そのまま画像表示装置のパネルに照射することができる。

このように、画像表示装置用のレーザ光源に使う場合は、どの基幹部品の寿命よりもレーザ光源の寿命が長くなるように設計する、すなわちレーザ素子を多く搭載して、動作させるレーザ素子を多くのレーザ素子から選択することにより、本実施の形態で説明した効果がさらに有用なものとなる。

なお、３色のレーザ発光装置の中で最も寿命が厳しい１色のレーザ発光装置に本発明のレーザ発光装置を用いることによっても、画像表示装置の信頼性と省電力化に大きく貢献できる。

このように、本実施の形態１によるレーザ発光装置によれば、動作電流値、または動作電力値に基づいて、複数のレーザ素子の光出力が異なるように動作させる、もしくは動作するレーザ素子を選択するようにしたから、高効率、低消費電力、長寿命のレーザ発光装置を実現でき、また、画像表示装置において本実施の形態１によるレーザ発光装置を光源として用いることにより、画像表示装置の信頼性と省電力化を大幅に向上することができる。また、出力光は出力面で強度分布が一定であるので、そのまま画像表示装置のパネルに照射することができ、他の光学部品を使う必要が無い。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２によるレーザ発光装置について説明する。

図５は、本発明の実施の形態２によるレーザ発光装置９０の構成を示す図である。レーザ発光装置９０は、図１に示す実施の形態１によるレーザ発光装置２０と同様、複数のレーザ素子９１を備えて構成される。本実施の形態２では、図５に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０の１０個のレーザ素子９１を備えている。

図５のレーザ発光装置９０について、各レーザ素子９１が、例えば、図１で説明したものと同様の赤色高出力半導体レーザで構成される場合について説明する。図５で使用する赤色高出力半導体レーザは、出力光はＣＷ光で、その定格光出力が０．５Ｗのものを使用している。このときに１０個のレーザ素子９１はそれぞれに対応した１０個のレーザ駆動電源９２により駆動される。なお、光出力や発振波長などはレーザ素子９１ごとに受光素子（図示していない）でモニターされており、レーザ駆動電源９２より各レーザ素子の動作電流値および動作電圧値がモニターされている。これらのデータやレーザ素子９１の動作電流値および光出力などの制御は全て制御部２８でレーザ素子９１ごとに行われる。すなわち、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様に制御部２８は、測定部２７、記憶部２９および演算部３０を含んでいる。レーザ素子９１の特性値は測定部２７で測定され、必要に応じて記憶部２９に記憶され、演算部３０で別の性能指数として利用できるように演算される。この演算に必要なデータや計算式、制御に必要なデータや計算式なども予め記憶部２９や演算部３０にデータとして蓄積されている。

さらに、レーザ素子９１からの出力光である赤色レーザ光は、各レーザ素子９１の出力面に、その一端が配置された１０本の光ファイバ９３に入射する。この１０本の光ファイバ９３に入射した赤色レーザ光は、光量分布を均一化する光学素子９４に入射して混合され、光強度がほぼ均一にされたのち、光学素子９４の出力面９５より、レーザ発光装置９０の出力光９６として出射される。光学素子９４は中空型のロッドインテグレータからなり、光ファイバ９３はその内部まで導入され光を出射している。

このようなレーザ発光装置９０から波長６４０ｎｍの赤色レーザ光で４Ｗの光出力を得る場合について説明する。このときに用いる性能指数である視刺激係数、視刺激パワーおよび視刺激効率は下記の数式２から数式４で定義される。これらの数字は大きいほど赤色が人の眼に明るく見えることを数値定義したものである。緑色、青色も同様に定義できる。

このように定義すると、例えば、波長６４０ｎｍで４Ｗの光出力は、視刺激パワーＲが１．７９Ｗとなり、この光出力を得るときに必要な動作電力値が３Ｗであると、視刺激効率は０．６０となる。なおここで言うレーザ発光装置の動作電力値とは、各レーザ素子の動作電力値である動作電流値と動作電圧値の積を足し合わせたものである。

表１に図５に示すレーザ発光装置９０の１０個のレーザ素子９１における、赤色レーザ光の出力、動作電流値Ｉｏｐ、動作電圧値Ｖｏｐ、動作電力値Ｗｉｎ、発振波長λ、視刺激係数Ｘおよび視刺激効率Ｒ／Ｗｉｎを示す。

レーザ素子９１は出力０．５Ｗのときの各特性値を表１の一覧表としている。波長６４０ｎｍで、４Ｗの光出力にあたる視刺激パワーを１０個のレーザ素子９１で均等に出力させてやると、動作電流値、動作電圧値および動作電力値は表２の特性値となる。このときにレーザ素子９１に必要な動作電力値は１０素子合計で２６．４Ｗとなる。

次に動作電流値が最大のレーザ素子９１とその次に大きいレーザ素子９１を除いた他の８個のレーザ素子９１を選択して動作させる。すなわち、表１でＮｏ．９とＮｏ．６のレーザ素子９１の光出力を０Ｗとする。したがって、動作させるレーザ素子９１は表３に示すＮｏ．９とＮｏ．６を除いた８個のレーザ素子９１となる。これらのレーザ素子９１により、６４０ｎｍ、４Ｗの光出力にあたる視刺激パワーを得る場合は表３に示すように、例えば１個のレーザ素子９１の出力を０．４７７Ｗとすればよい。

このときに必要な動作電力値は２３．０Ｗとなり、表２の１０個のレーザ素子９１で同じ光出力を供給する場合よりも１０％以上動作電力値が低減できることがわかる。

ところで、図５のレーザ発光装置９０において、測定部２７はレーザ素子９１の動作電流値に対するレーザ光の出力値を測定するときに、レーザ素子９１の動作電圧値および発振波長をさらに測定している。そして、動作電流値と動作電圧値との積である動作電力値と、発振波長の関数である視刺激係数とを求め、光出力値を動作電力値で除した電気光変換効率や、視刺激係数と光出力値の積である視刺激パワーなどを算出する。その一例が、例えば、表１に示された特性値の一覧表である。このように特性値および性能指数を算出したのちに、制御部２８は、動作電流値に換えて、例えば、表１の動作電力値または視刺激効率により、複数のレーザ素子９１の中から使用するレーザ素子９１の番号を選択し、選択されたレーザ素子９１のみをレーザ駆動電源９２により動作させる。また、本実施の形態２では、選択しなかったレーザ素子が予備レーザとなる。視刺激効率が低いレーザ素子が、測定値に基づいて予備レーザとなり、使用状況や環境変化によって測定値が変わると、予備レーザが切り替わることとなる。

表４では、例えば、表１で同じ光出力を得るのに動作電力値が最大のレーザ素子９１とその次のレーザ素子９１を除いて、動作電力値が低いレーザ素子９１が選択されて動作させたときの特性値を示している。すなわち電気光変換効率が高いレーザ素子９１のみを選択して動作させている。

表４では８個のレーザ素子９１が選択されており、同じ視刺激パワーを得るのに表２では２６．４Ｗ、表３では２３．０Ｗ必要であったが、表４では２２．７Ｗで得られることが示されており、さらにレーザ発光装置９０は低消費電力で動作することができる。

また動作電圧値を考慮した電気光変換効率が高いレーザ素子を用いることで、レーザ発光装置として合計の電気光変換効率を高くするように複数のレーザ素子を駆動することができる。電気光変換効率を高くすることで、レーザ素子で光とならず損失となる発熱量を低くすることができる。レーザ素子の寿命は、高熱になれば短くなり、レーザ素子自身の発熱量が大きい場合も短寿命化に繋がるが、これを避けることができる。またレーザ素子の発熱は、レーザの発光効率の低下にも繋がるが、これを最小限に抑えることができる。

さらに、図５のレーザ発光装置９０において、測定部２７は性能指数である視刺激係数とレーザ光の出力値との積の視刺激パワーを演算部３０や記憶部２９も活用して算出し、動作電力値に対する視刺激パワーの割合を視刺激効率として算出する。そして、制御部２８は、動作電力値に換えて、この視刺激効率によりレーザ素子９１の中から使用するレーザ素子９１を選択し、選択されたレーザ素子９１のみをレーザ駆動電源９２により動作させることもできる。すなわち、表１で視刺激効率の高いレーザ素子９１を、例えば８個選択すると、表５に示すようになる。

表５より明らかなように、レーザ発光装置９０が表１から表４のどの状態よりも低い消費電力である２２．５Ｗで動作していることがわかる。視刺激効率を用いることで、人に対しての刺激は同じでも、消費電力とレーザ素子での発熱量を最も抑えた状態での、レーザ発光装置の動作を行うことができる。

また視刺激効率によりレーザ素子を選択する他に、動作電圧値を測定せずに、視刺激パワーと動作電流値を用いて、使用するレーザ素子９１を選択することも好ましい。レーザ駆動電源を含めると定電圧駆動とみなせるため、レーザ駆動電源を含めて、視刺激を考慮した画像表示装置としての低消費電力化を実現できる。

また、第１の実施の形態で示したようにレーザ発光装置９０が動作するごとに測定部２８が全てのレーザ素子９１の特性を測定して、表１から表４で示した内容と同様のレーザ素子９１の選択を行い、レーザ発光装置９０の低消費電力化を行うこともできる。

また、表６に示すようにレーザ素子９１をＣＷ動作ではなく、間欠動作（On-duty:９２．５％、Off-duty:７．５％、の矩形波による間欠動作）で駆動して、さらに低消費電力化を図ることもできる。

表６より明らかなように、表５に示した２２．５Ｗの消費電力よりも低い２１．５Ｗという低消費電力で動作していることがわかる。

各レーザ素子を間欠動作で駆動させることにより、低消費電力とレーザ素子の熱的な負荷を緩和し、長寿命化させることができる。

さらにレーザ素子９１をレーザ光の定格出力の１倍から１．２倍の間の出力値にして動作させ、視刺激効率の高いレーザ素子９１のみを選択して動作させると表７の７個のレーザ素子９１で同じ出力を得ることができ、さらに低消費電力の２０．７Ｗでレーザ発光装置９０を動作させることができる。

このように、本実施の形態２によるレーザ発光装置では、動作電流値、または動作電力値を用いて、複数のレーザ素子の光出力が異なるように動作させる、もしくは動作するレーザ素子を選択するようにしたから、高効率、低消費電力、かつ長寿命のレーザ発光装置を実現できる。また、レーザ素子の発振波長から視刺激係数を算出して用いることで、画像表示装置として必要な人の目への刺激を一定としながら、レーザ発光装置は、さらに高効率・低消費電力・長寿命で動作させることができる。加えて、出力光は出力面で強度分布が一定であるので、そのまま画像表示装置のパネルに照射することができ、他の光学部品を使う必要が無い。また、本実施の形態２によるレーザ発光装置では、レーザ素子の発振波長の測定部を設けることにより、前記したように視刺激係数を用いて制御することができると共に、発振波長が温度や劣化により変化した場合も随時モニターすることができる。

なお、本実施の形態２のレーザ発光装置において、発振波長が初期特性から変化しない場合は、初期の発振波長を記憶部に記憶し、発振波長の測定は行わず、記憶値を用いて、視刺激パワーを算出してもよい。

また、本実施の形態２のレーザ発光装置を画像表示装置用のレーザ光源に使う場合は、
どの基幹部品の寿命よりもレーザ光源の寿命が長くなるように設計する、すなわちレーザ素子を多く搭載して、動作させるレーザ素子を多くのレーザ素子から選択することにより、本実施の形態で説明した効果がさらに有用なものとなる。

さらに、本実施の形態２のレーザ発光装置では、測定部が、前記出力値または視刺激パワーが一定値に保持されて動作する前記レーザ素子の前記動作電流値または動作電力値を測定し、制御部が、前記測定部で測定された測定値を前記レーザ素子ごとに記憶する記憶部と、測定値の数値変化を演算する演算部と、をさらに備える構成とすることが好ましく、こうすることで、一定の光出力または一定の人への刺激を与える状態のレーザ素子の劣化を判断し、レーザ素子の光出力を異ならせる、あるいは、適当なレーザ素子を選択して動作させることができる。また急激な変動が見られるようなレーザ素子や、経時劣化率が大きいレーザ素子を選択しないことで、レーザ発光装置としての出力を安定化させることができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３として、上記実施の形態２のレーザ発光装置９０を環境温度が異なる状態で使用する場合の動作について表８ないし表１０を用いて説明する。

表８は、ヒートシンク温度が３５℃となったときの、レーザ発光装置９０の１０個のレーザ素子９１の赤色レーザ光の出力、動作電流値Ｉｏｐ、動作電圧値Ｖｏｐ、動作電力値Ｗｉｎ、発振波長λ、視刺激係数Ｘおよび視刺激効率Ｒ／Ｗｉｎである。表１に対し、発振波長が長波長にシフトするとともに、各レーザ素子の温度特性により、動作電流値などが変化している。本実施の形態３では、測定部により随時、動作電流値などを測定することで、動作環境で適したレーザ素子の光出力を多くして動作することや、動作環境で適さないレーザ素子を選択せずに動作させることができる。

波長６４０ｎｍで、４Ｗの光出力にあたる視刺激パワーを１０個のレーザ素子９１で均等に出力させると、表９の特性値となり、必要な動作電力値は、１０素子の合計で３２．５Ｗとなる。

これに対し、ヒートシンク温度が３５℃となったときに視刺激効率が低いＮｏ．１０の光出力を０Ｗとし、残り９個のレーザ素子を選択して動作させると表１０のようになる。

必要な動作電力値は、９素子合計で３０．２Ｗとなり、表９に対し低消費電力化を達成するとともに、レーザ素子の発熱を抑えている。表１０では、表３〜表７で動作させているＮｏ．１０を高温での特性が低いことから動作させず、レーザ発光装置は動作環境で適したレーザ素子のみを用いて動作させていることが分かる。

動作環境温度が変化すると、レーザ素子の特性は表１と表８のように変化する。このレーザ素子の特性変化を制御するために、本実施の形態３においては、レーザ発光装置の測定部が、レーザ素子温度を測定することが好ましい。ここで、レーザ素子温度とは、レーザを保持するマウント部およびヒートシンク部の温度でもよい。レーザ素子温度はレーザ素子ごとに測定しても良いが、複数のレーザ素子を同じヒートシンク部に固定し、このヒートシンクの温度を測定して、レーザ素子温度とすることが好ましい。複数のレーザ素子を同じヒートシンク部に固定することで、温度測定箇所を少なくすることができる。

また測定部で測定されたレーザ素子温度により、レーザ素子の発振波長シフトを算出することもできる。レーザ素子の発振波長シフト量は、レーザ素子温度と線形関係に近似できるため、レーザ素子温度から発振波長シフト量が算出できる。この発振波長シフト量を用いることで、本発明の視刺激係数を算出し、レーザ素子の光出力が異なるように、レーザ素子を動作させることができる。この場合、発振波長はモニターしなくともよい。

本実施の形態３のレーザ発光装置では、測定部が、レーザ素子温度に対する出力値と動作電流値または動作電力値を測定し、制御部内の記憶部に測定したレーザ素子温度に対する出力値と動作電流値または動作電力値を記憶し、レーザ発光装置の立上げ時に、記憶された値を用いて各レーザ素子の光出力が異なるように制御すると共に、記憶された値を用いて各レーザ素子の動作電流値を決める。

ここで、レーザ発光装置の立上げ時のレーザ素子温度を測定することにより、動作させるレーザ素子を選択することや、動作電流値を瞬時に決定することができる。特に、レーザ素子温度により動作電流値が大きく変化する場合、過剰な動作電流値によりレーザ素子を劣化させることを防ぐとともに、立上げ時の出力安定化を短時間に行うことができる。

また、本実施の形態３のレーザ発光装置では、レーザ素子温度に対する発振波長を測定もしくは算出して、レーザ素子温度に対する出力値から視刺激パワーを求め、先の出力値に代えて記憶部に記憶し、立上げ時にこの記憶値を用いて、レーザ素子を動作させることが更に好ましい。これにより画像表示装置として必要な一定な視刺激パワーを、立上げ時に瞬時に出力できるとともに、レーザ素子の劣化を防ぐことができる。

また、レーザ素子温度に対する出力値もしくは視刺激パワーは、動作させるレーザ素子からの合計光を測定してもよいが、より好ましくは、出力値もしくは視刺激パワーをレーザ素子ごとに測定し、記憶部に記憶する。レーザ素子ごとに測定し記憶することで、レーザ素子温度に対する最適なレーザ素子を立上げ時に選択し、随時レーザ素子温度が変化した場合に、動作するレーザ素子を切り換えて使用することができる。また各レーザ素子の温度特性から、推定寿命を算出することができる。この推定寿命を用いて、推定寿命が長いものを選択してレーザ素子を動作させることで、レーザ発光装置の長寿命化も達成できる。

このように本実施の形態３によるレーザ発光装置では、レーザ素子温度に対する出力値と動作電流値または動作電力値を測定して記憶し、制御部内の記憶部に測定したレーザ素子温度に対する出力値と動作電流値または動作電力値を記憶し、レーザ発光装置の立上げ時に、記憶された値を用いて各レーザ素子の光出力が異なるように制御すると共に、記憶された値を用いて各レーザ素子の動作電流値を決めようにしたから、温度変化に対応して複数のレーザ素子の制御を行い、高効率・低消費電力・長寿命で動作させることができるとともに、レーザ発光装置の立上げ時の制御も瞬時に行うことができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４によるレーザ発光装置について説明する。

図６は、本発明の実施の形態４によるレーザ発光装置８０の構成を示す図である。図１に示す実施の形態１によるレーザ発光装置２０と異なるのは、レーザ発光装置８０のレーザ光源が３素子ずつのレーザ素子８１からなる６つのグループ、レーザアレイ８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄ、８２Ｅおよび８２Ｆで構成されているところである。

図６のレーザ発光装置８０について、各レーザ素子８１が、例えば、図１で説明した赤色高出力半導体レーザで構成される場合について説明する。したがって、この赤色高出力半導体レーザは、中心波長が６３８ｎｍ、連続出力で定格光出力が５００ｍＷのものを使用している。このときに各レーザアレイ８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄ、８２Ｅおよび８２Ｆはそれぞれに対応したレーザ駆動電源８９Ａ、８９Ｂ、８９Ｃ、８９Ｄ、８９Ｅおよび８９Ｆにより駆動される。なお、光出力はレーザアレイごとに受光素子（図示していない）でモニターされ、これらのデータやレーザアレイの動作電流値および光出力の制御は全て制御部２８で各レーザアレイごとに行われる。

このような赤色レーザを使用してレーザ発光装置８０全体で７．５Ｗの出力光を得る場合について説明する。この場合に、レーザアレイは６個あるので、各レーザアレイより１．５Ｗの光を出力させて、図７に示すように各レーザアレイでの動作電流値ＩｏｐＬＡを測定部２７により測定する。この図７に示した測定値により、動作電流値ＩｏｐＬＡの小さいレーザアレイが５個選択されて、選択されたレーザアレイのみがレーザ駆動電源８９で駆動されることにより、レーザ発光素子８０は７．５Ｗの光出力で動作する。すなわち、レーザアレイ８２Ｃ、８２Ｂ、８２Ａ、８２Ｆおよび８２Ｄが選択される。動作電流値ＩｏｐＬＡが最大のレーザアレイ８２Ｅは選択されない。

図６において、選択されたレーザアレイ８２Ｃ、８２Ｂ、８２Ａ、８２Ｆおよび８２Ｄは、それぞれのレーザ素子８１から発光し、この赤色レーザ光は各レーザ素子の出力面に、その一端が配置された光ファイバ８３に入射する。光ファイバ８３に入射した赤色レーザ光は、光ファイバ８３によりレーザ発光装置８０の均一化光学素子８６に入射して、光学素子８６の出力面８７で光強度がほぼ均一にされたのちに出力光８８として出射される。

このように動作することで、レーザ発光素子８０は低消費電流、低消費電力で動作することができる。なお、レーザ発光装置８０が次に動作するときも、同様に図７に示すように動作電流値ＩｏｐＡＬを測定して、動作電流値の低いものからレーザアレイを選択して、選択したレーザアレイのみを動作ささせていく。このようにすることで、レーザ発光装置８０は、常に動作電流の低いレーザアレイのみを使用して動作することができる。

このような本実施の形態４によるレーザ発光装置では、複数のレーザ素子アレイの動作電流値と、該動作電流値に対するレーザ光の出力値との関係を測定し、該測定した前記複数のレーザ素子アレイの動作電流値と、該動作電流値に対するレーザ光の出力値との関係に基づき、前記複数のレーザ素子アレイのうちの少なくとも１つのレーザ素子アレイを、その光出力が他のレーザ素子アレイの光出力と異なるように動作させるようにしたから、一定の光出力と光量分布を得ながら、発光効率の高いレーザ素子からの出力比を大きくして動作させることができ、低消費電力動作を可能とできる。

（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５によるレーザ発光装置について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態５によるレーザ発光装置２００の構成を示す概略図である。本実施の形態５では、青色レーザ光源に関して説明をおこなう。本実施の形態５によるレーザ発光装置２００は、高輝度レーザディスプレイを実現するため、高出力化可能なＧａＮ系のマルチストライプ半導体レーザ２１１を使用している。複数のレーザ素子を用いて全体光量として高いパワーを得る場合、複数個の分離した半導体レーザを使用すると大型化するが、マルチストライプ半導体レーザを使用すれば、ひとつの半導体チップで対応可能なため光源を小型化できる。本実施の形態５では、図１１のようにマルチストライプの本数を８本（（ａ）〜（ｈ））とし、通常は、７本のレーザ素子に電流注入し、発光させるものとする。残りの１本のレーザ素子は７本のレーザ素子に電流を注入して発光させている間、発光させないものとする。図１１に示すように、半導体レーザの各レーザ素子ストライプ２１４上にはそれぞれ駆動電流を流すための電極が施され、駆動電流値は制御回路２１３で制御されている。また、半導体レーザチップ２１１の出射面の一方（画像形成側と反対面）には、光フォトディテクタ（ＰＤ２１２）が設置され、各レーザ素子ストライプ２１４からのビーム光量を検出し、制御回路２１３にフィードバックする構成になっている。

本実施の形態５における、発光させるレーザ素子の選択方法、および発光方法について説明する。まず、８本のレーザ素子の発光効率を調べるためにそれぞれのレーザ素子に電流を注入し、レーザ発光させる。その結果、図１２に示すような動作電力値Ｐ１（Ｗ）とレーザ光出力値Ｐ２（Ｗ）の関係が得られた。本実施の形態５の８本のレーザ素子ａ〜ｈのそれぞれでレーザ光出力値Ｐ２（Ｗ）を得るための発光効率は、出力値Ｐ２（Ｗ）を動作電力値Ｐ１（Ｗ）で割った電気光変換効率として算出される。たとえば、レーザ素子ａではＰ２（Ｗ）／Ｐ１ａ（Ｗ）から算出される。

図１２より、Ｐ１ａ＜Ｐ１ｂ＜・・・・・・＜Ｐ１ｈであるので、８本のレーザ素子は、発光効率の高い順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとなる。これに基づいて、発光効率の高い７本のレーザ素子（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）を出力値Ｐ２（Ｗ）でそれぞれ発光させ、定光出力制御（ＡＰＣ）動作により制御を行う。また、発光効率の最も低いレーザ素子ｈについては、他の発光しているレーザ素子が劣化あるいは経時的に発光効率が低下し、レーザ素子ｈの発光効率を下回った場合には、この発光効率がレーザ素子ｈの発光効率を下回ったレーザ素子の使用を止め、レーザ素子ｈを使用する。

このように、本実施の形態５によるレーザ発光装置では、発光効率を事前に算出し、７本のレーザ素子を発光効率の高い順に選択し、発光させることで、常に低消費電力を維持し、高輝度の画像を長期間にわたり得ることが可能となる。また、発光効率の高いレーザ素子を選んでいるのでレーザ素子から発生する熱を最小限に抑えることができ、発熱量の低減を実現することができる。

なお、本実施の形態５では、レーザ素子を８本有したレーザ光源を用い、そのうち１本のレーザ素子を発光させない、すなわち代替用のレーザ素子としたが、このような発光させないレーザ素子は１本でなく、複数本であってもかまわない。その場合でも本実施の形態と同様に、発光効率の高い順にレーザ素子を選択し、発光させることで低消費電力化を実現することができる。

また、本実施の形態５では、レーザ発光装置の使用直前に各レーザ素子の発光効率を算出し、レーザ素子の選択をおこなったが、レーザ素子の発光効率の算出は装置の製造時におこなってもよい。また、レーザ素子の発光効率の算出および発光させるレーザ素子の選択工程はレーザ発光装置の使用中に随時おこなってもよい。発光効率の算出を、レーザ発光装置の使用中の一定期間ごと、あるいはランダムにその作業をおこなうことで、長期的、あるいは短期的なレーザ素子の劣化にともなう発光効率の低下で、発光しているレーザ素子の発光効率が代替レーザ素子の発光効率を下回った場合、迅速にそれを発見し代替レーザ素子と交換することができ、レーザ発光装置、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の低消費電力化・長寿命化を実現することができる。

また、本実施の形態５では、半導体レーザとして単一の半導体基板で作製されたマルチストライプ半導体レーザを使用したが、複数の半導体チップで構成された半導体レーザ、あるいは面発光レーザ等のアレイ状に並んだ半導体レーザであってもかまわない。複数の半導体チップで構成された半導体レーザでは、それぞれの発光点を離すことにより、発光による発熱の影響を軽減して温度上昇を緩和させることができるという効果を有する。

また、本実施の形態５では、７本のレーザ素子から得られる総出力は一定であったが、
８本のレーザ素子のうち、ひとつのレーザ素子あるいは数個のレーザ素子がある設定した値の発光効率を下回った場合、全体光量を減少させるようにしてもよい。このとき、レーザ発光装置を画像表示装置のＲＧＢ三色の光源として用いる場合には、１つのレーザ発光装置だけその全体光量を減らすと画像表示装置のホワイトバランスが崩れる。そのため、１つのレーザ発光装置の全体光量を減少させる際には、ホワイトバランスをとるために他の色の光源として用いるレーザ発光装置も出力を低下させパワー比を一定にする制御を行う構成とするのがよい。

また、本実施の形態５では、８本のレーザ素子のうち、１本のレーザ素子を代替用レーザ素子として発光させなかったが、本実施の形態によるレーザ発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合に、高輝度モードとして映像の明るさを重視する場合、８本のレーザ素子すべてを発光させて使用するモードを設けてもよい。

また、本実施の形態５では、複数のレーザ素子が青色レーザであるものについて説明したが、複数のレーザ素子が赤色レーザ、あるいは緑色レーザであっても同様の制御をおこなうことができるものである。

（実施の形態６）
次に本発明の実施の形態６によるレーザ発光装置について説明する。

図１３は、本発明の実施の形態６によるレーザ発光装置３００の構成を示す概略図である。本実施の形態６では、青色レーザ光源に関して説明をおこなう。本実施の形態６によるレーザ発光装置３００は、高輝度レーザディスプレイを実現するため、高出力化可能なＧａＮ系のマルチストライプ半導体レーザ２３１を使用している。複数のレーザ素子を用いて全体光量として高いパワーを得る場合、複数個の分離した半導体レーザを使用すると大型化するが、マルチストライプ半導体レーザを使用すれば、ひとつの半導体チップで対応可能なため光源を小型化できる。本実施の形態６では、図１３のようにマルチストライプの本数を８本（（ａ）〜（ｈ））とし、通常は、７本のレーザ素子に電流注入し、発光させるものとする。残りの１本のレーザ素子は７本のレーザ素子に電流を注入して発光させている間、発光させないものとする。図１３に示すように、半導体レーザの各レーザ素子ストライプ２３４上にはそれぞれ駆動電流を流すための電極が施され、駆動電流値は制御回路２３３で制御されている。また、半導体レーザチップ２３１の出射面の一方（画像形成側と反対面）には、光フォトディテクタ（ＰＤ２３２）が設置され、各レーザ素子ストライプ２３４からのビーム光量、波長を検出し、制御回路２３３にフィードバックする構成になっている。

本実施の形態６における、発光させるレーザ素子の選択方法、および発光方法について説明する。まず、８本のレーザ素子の発光効率を調べるためにそれぞれのレーザ素子に電流を注入し、レーザ発光させる。その結果、図１２に示すような動作電力値Ｐ１（Ｗ）とレーザ光出力値Ｐ２（Ｗ）の関係が得られた。本実施の形態６の８本のレーザ素子のレーザ光出力値Ｐ２（Ｗ）を得るための発光効率は、視刺激係数αを用いて、視刺激係数αと出力値Ｐ２（Ｗ）の積でアル視刺激パワーを動作電力値Ｐ１（Ｗ）で割った視刺激効率として算出される。たとえば、レーザ素子ａではαａ×Ｐ２（Ｗ）／Ｐ１ａ（Ｗ）から算出される。

ここで、視刺激係数αとは、人間が色を認識するためのパラメータであり、これをかけ合わせることで、色の刺激値を含めた発光効率を算出することができる。図１４は視刺激係数αを決めるための三刺激曲線を示す。ＲＧＢ三色の視刺激係数αはそれぞれ図１４におけるＸ、Ｙ、Ｚの曲線で示され、波長依存性をもつ。本実施の形態６における青色レーザ光源はＺで示される曲線で視刺激係数αが決定され、図１４より青色レーザ光源においては波長４５０ｎｍ付近に視刺激係数αの最大値をもつ。すなわち、図１２の結果と波長測定から得られた視刺激係数αよりレーザ素子の発光効率を算出しているものである。本実施の形態では、発光効率の高い順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとなる。これに基づいて、発光効率の高い７本のレーザ素子（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）を発光させ、定光出力制御（ＡＰＣ）動作により制御を行う。また、発光効率の最も低いレーザ素子ｈについては、他の発光しているレーザ素子が劣化あるいは経時的に発光効率が低下し、レーザ素子ｈの発光効率を下回った場合には、この発光効率がレーザ素子ｈの発光効率を下回ったレーザ素子の使用を止め、レーザ素子ｈを使用する。

このように、本実施の形態６によるレーザ発光装置では、色の視刺激係数を発光効率に取り入れることで画像形成装置の色制御を考慮した上で７本のレーザ素子を発光効率の高い順に選択し、発光させることで、常に低消費電力を維持し、高輝度の画像を長期間にわたり得ることが可能となる。また、発光効率の高いレーザ素子を選んでいるのでレーザ素子から発生する熱を最小限に抑えることができ、発熱量の低減を実現することができる。

なお、本実施の形態６では、レーザ素子を８本有したレーザ光源を用い、そのうち１本のレーザ素子を発光させない、すなわち代替用のレーザ素子としたが、このような発光させないレーザ素子は１本でなく、複数本であってもかまわない。その場合でも本実施の形態と同様に、発光効率の高い順にレーザ素子を選択し、発光させることで低消費電力化を実現することができる。

また、本実施の形態６では、レーザ発光装置の使用直前に各レーザ素子の発光効率を算出し、レーザ素子の選択をおこなったが、レーザ素子の発光効率の算出は装置の製造時におこなってもよい。また、レーザ素子の発光効率の算出および発光させるレーザ素子の選択工程はレーザ発光装置の使用中に随時おこなってもよい。発光効率の算出を、レーザ発光装置の使用中の一定期間ごと、あるいはランダムにその作業をおこなうことで、長期的、あるいは短期的なレーザ素子の劣化にともなう発光効率の低下で、発光しているレーザ素子の発光効率が代替レーザ素子の発光効率を下回った場合、迅速にそれを発見し代替レーザ素子と交換することができ、レーザ発光装置、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の低消費電力化・長寿命化を実現することができる。

また、本実施の形態６では、半導体レーザとして単一の半導体基板で作製されたマルチストライプ半導体レーザを使用したが、複数の半導体チップで構成された半導体レーザ、あるいは面発光レーザ等のアレイ上に並んだ半導体レーザであってもかまわない。複数の半導体チップで構成された半導体レーザでは、それぞれの発光点を離すことにより、発光による発熱の影響を軽減して温度上昇を緩和させることができるという効果を有する。

また、本実施の形態６では、７本のレーザ素子から得られる総出力は一定であったが、
８本のレーザ素子のうち、ひとつのレーザ素子あるいは数個のレーザ素子がある設定した値の発光効率を下回った場合、全体光量を減少させるようにしてもよい。このとき、レーザ発光装置を画像表示装置のＲＧＢ三色の光源として用いる場合には、１つのレーザ発光装置だけその全体光量を減らすと画像表示装置のホワイトバランスが崩れる。そのため、１つのレーザ発光装置の全体光量を減少させる際には、ホワイトバランスをとるために他の色の光源として用いるレーザ発光装置も出力を低下させパワー比を一定にする制御を行う構成とするのがよい。

また、本実施の形態６では、８本のレーザ素子のうち、１本のレーザ素子を代替用レーザ素子として発光させなかったが、本実施の形態によるレーザ発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合に、高輝度モードとして映像の明るさを重視する場合、８本のレーザ素子すべてを発光させて使用するモードを設けてもよい。

また、本実施の形態６では、複数のレーザ素子が青色レーザであるものについて説明したが、複数のレーザ素子が赤色レーザ、あるいは緑色レーザであっても同様の制御をおこなうことができるものである。

（実施の形態７）
次に本発明の実施の形態７によるレーザ発光装置について説明する。

本実施の形態７によるレーザ発光装置の構成は、図１１に示す実施の形態５によるレーザ発光装置２００と同じであるので、以下図１１を用いて本実施の形態７によるレーザ発光装置の構成を説明する。

本実施の形態７では、青色レーザ光源に関して説明をおこなう。本実施の形態７によるレーザ発光装置は、高輝度レーザディスプレイを実現するため、高出力化可能なＧａＮ系のマルチストライプ半導体レーザ２１１を使用している。複数のレーザ素子を用いて全体光量として高いパワーを得る場合、複数個の分離した半導体レーザを使用すると大型化するが、マルチストライプ半導体レーザを使用すれば、ひとつの半導体チップで対応可能なため光源を小型化できる。本実施の形態７では、図１１のようにマルチストライプの本数を８本（（ａ）〜（ｈ））とし、通常は、７本のレーザ素子に電流注入し、発光させるものとする。残りの１本のレーザ素子は７本のレーザ素子に電流を注入して発光させている間、発光させないものとする。図１１に示すように、半導体レーザの各レーザ素子ストライプ２１４上にはそれぞれ駆動電流を流すための電極が施され、駆動電流値は制御回路２１３で制御されている。また、半導体レーザチップ２１１の出射面の一方（画像形成側と反対面）には、光フォトディテクタ（ＰＤ２１２）が設置され、各レーザ素子ストライプ２１４からのビーム光量を検出し、制御回路２１３にフィードバックする構成になっている。

本実施の形態７における、発光させるレーザ素子の選択方法、および発光方法について説明する。まず、８本のレーザ素子の発振閾値を調べるためにそれぞれのレーザ素子に電流を注入し、レーザ発光させる。その結果、図１５に示すような駆動電流と光出力の関係が得られた。本実施の形態７の８本のレーザ素子の発振閾値は、レーザ素子ａではＩｔｈａとなる。図１５より、Ｉｔｈａ＜Ｉｔｈｂ＜・・・・・・＜Ｉｔｈｈであるので、８本のレーザ素子は、発振閾値の低い順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとなる。これより、発振閾値の低い７本のレーザ素子（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）をそれぞれ発光させ、定光出力制御（ＡＰＣ）動作により制御を行う。また、発振閾値の最も高いレーザ素子ｈについては、他の発光しているレーザ素子が劣化あるいは経時的に発振閾値が上昇し、レーザ素子ｈの発振閾値を上回った場合には、この発振閾値がレーザ素子ｈの発振閾値を上回ったレーザ素子の使用を止め、レーザ素子ｈを使用する。

このように、本実施の形態７によるレーザ発光装置では、発振閾値を事前に算出し、７本のレーザ素子を発振閾値の低い順に選択し、発光させることで、常に低消費電力を維持し、高輝度の画像を長期間にわたり得ることが可能となる。また、発振閾値の低いレーザ素子を選んでいるのでレーザ素子から発生する熱を最小限に抑えることができ、発熱量の低減を実現することができる。さらに、発振閾値の低いレーザ素子を選択し、発光させているので、レーザの長寿命化を実現することができる。

なお、本実施の形態７では、レーザ素子を８本有したレーザ光源を用い、そのうち１本のレーザ素子を発光させない、すなわち代替用のレーザ素子としたが、このような発光させないレーザ素子は１本でなく、複数本であってもかまわない。その場合でも本実施の形態と同様に、発振閾値の低い順にレーザ素子を選択し、発光させることで低消費電力化を実現することができる。

また、本実施の形態７では、レーザ発光装置の使用直前に各レーザ素子の発振閾値を算出し、レーザ素子の選択をおこなったが、レーザ素子の発振閾値の算出は装置の製造時におこなってもよい。また、レーザ素子の発振閾値の算出および発光させるレーザ素子の選択工程はレーザ発光装置の使用中に随時おこなってもよい。発振閾値の算出を、レーザ発光装置の使用中の一定期間ごと、あるいはランダムにその作業をおこなうことで、長期的、あるいは短期的なレーザ素子の劣化にともなう発振閾値の上昇で、発光しているレーザ素子の発振閾値が代替レーザ素子の発振閾値を上回った場合、迅速にそれを発見し代替レーザ素子と交換することができ、レーザ発光装置、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の低消費電力化・長寿命化を実現することができる。また、発光中に閾値上昇を見つけることでレーザ素子のさらなる劣化および局所的な熱発生を最小限にとどめることができる。

また、本実施の形態７では、図１５に示すように、各レーザ素子におけるスロープ効率はすべて同一であり、発振閾値の低いレーザ素子から順にレーザ素子を選択し、発光させることで低消費電力化、熱発生の低減を実現したが、各レーザ素子におけるスロープ効率が同一でない場合は、発光させるパワー、および発振閾値とスロープ効率の両特性から判断してレーザ素子を選択することにより、低消費電力化、熱発生の低減を図ることができるものである。

また、本実施の形態７では、半導体レーザとして単一の半導体基板で作製されたマルチストライプ半導体レーザを使用したが、複数の半導体チップで構成された半導体レーザ、あるいは面発光レーザ等のアレイ上に並んだ半導体レーザであってもかまわない。複数の半導体チップで構成された半導体レーザでは、それぞれの発光点を離すことにより、発光による発熱の影響を軽減して温度上昇を緩和させることができるという効果を有する。

また、本実施の形態７では、７本のレーザ素子から得られる総出力は一定であったが、
８本のレーザ素子のうち、ひとつのレーザ素子あるいは数個のレーザ素子がある設定した値の発振閾値を上回った場合、全体光量を減少させるようにしてもよい。このとき、レーザ発光装置を画像表示装置のＲＧＢ三色の光源として用いる場合には、１つのレーザ発光装置だけその全体光量を減らすと画像表示装置のホワイトバランスが崩れる。そのため、１つのレーザ発光装置の全体光量を減少させる際には、ホワイトバランスをとるために他の色の光源として用いるレーザ発光装置も出力を低下させパワー比を一定にする制御を行う構成とするのがよい。

また、本実施の形態７では、８本のレーザ素子のうち、１本のレーザ素子を代替用レーザ素子として発光させなかったが、本実施の形態によるレーザ発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合に、高輝度モードとして映像の明るさを重視する場合、８本のレーザ素子すべてを発光させて使用するモードを設けてもよい。

また、本実施の形態７では、複数のレーザ素子が青色レーザであるものについて説明したが、複数のレーザ素子が赤色レーザ、あるいは緑色レーザであっても同様の制御をおこなうことができるものである。

（実施の形態８）
次に本発明の実施の形態６によるレーザ発光装置について説明する。

本実施の形態８によるレーザ発光装置の構成は、図１１に示す実施の形態５によるレーザ発光装置２００と同じであるので、以下図１１を用いて本実施の形態８によるレーザ発光装置の構成を説明する。

本実施の形態８では、青色レーザ光源に関して説明をおこなう。本実施の形態８によるレーザ発光装置は、高輝度レーザディスプレイを実現するため、高出力化可能なＧａＮ系のマルチストライプ半導体レーザ２１１を使用している。複数のレーザ素子を用いて全体光量として高いパワーを得る場合、複数個の分離した半導体レーザを使用すると大型化するが、マルチストライプ半導体レーザを使用すれば、ひとつの半導体チップで対応可能なため光源を小型化できる。本実施の形態８では、図１１のようにマルチストライプの本数を８本（（ａ）〜（ｈ））とし、通常は、７本のレーザ素子に電流注入し、発光させるものとする。残りの１本のレーザ素子は７本のレーザ素子に電流を注入して発光させている間、発光させないものとする。図１１に示すように、半導体レーザの各レーザ素子ストライプ２１４上にはそれぞれ駆動電流を流すための電極が施され、駆動電流値は制御回路２１３で制御されている。また、半導体レーザチップ２１１の出射面の一方（画像形成側と反対面）には、光フォトディテクタ（ＰＤ２１２）が設置され、各レーザ素子ストライプ２１４からのビーム光量を検出し、制御回路２１３にフィードバックする構成になっている。

本実施の形態８における発光させるレーザ素子の選択方法は、実施の形態５と同様に発光効率（電気光変換効率）を測定し、この発光効率の高い順に発光させるレーザ素子を決定し、最も発光効率の低いレーザ素子を発光させず、発光しているレーザ素子が劣化し、未発光のレーザ素子の発光効率を下回ったときに交換し、発光する。

本実施の形態８では、実施の形態５と同様に、図１２に示すような動作電力値とレーザ光出力値の関係が得られた。図１２より、Ｐ１ａ＜Ｐ１ｂ＜・・・・・・＜Ｐ１ｈであるので、８本のレーザ素子は、発光効率の高い順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとなる。発光効率の高い７本のレーザ素子（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）を選択し、発光させるが、本実施の形態８では実施の形態５のようにそれぞれのレーザ素子は、同一の出力値Ｐ２（Ｗ）で発光するのではなく、発光効率の高い順に発光出力に比率をつけて発光する。つまり、トータル光量が７×Ｐ２（Ｗ）となるように、動作電力をそれぞれのレーザ素子において、同じ電力を入力する。これによって、各レーザ素子への投入電力は同じであ
るが、発光量は異なる。発光効率の高いレーザ素子が最も出力値が大きいことになる。トータル光量の７×Ｐ２（Ｗ）は、定光出力制御（ＡＰＣ）動作により制御を行う。また、発光効率の最も低いレーザ素子ｈについては、他の発光しているレーザ素子が劣化あるいは経時的に発光効率が低下し、レーザ素子ｈの発光効率を下回った場合には、この発光効率がレーザ素子ｈの発光効率を下回ったレーザ素子の使用を止め、レーザ素子ｈを使用する。

このように、本実施の形態８によるレーザ発光装置では、発光効率を事前に算出し、７本のレーザ素子を発光効率の高い順に選択し、発光させることで、常に低消費電力を維持し、高輝度の画像を長期間にわたり得ることが可能となる。また、発光効率の高いレーザ素子を選んでいるのでレーザ素子から発生する熱を最小限に抑えることができ、発熱量の低減を実現することができる。さらに、発光効率が高いレーザ素子ほど光出力が多くなるように発光させるので、発光効率の低いレーザ素子への負担を軽減することができ、すべてのレーザ素子の長寿命化を図ることができ、全体として、レーザ発光装置の長寿命化、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の長寿命化を実現することができる。

なお、本実施の形態８では、レーザ素子を８本有したレーザ光源を用い、そのうち１本のレーザ素子を発光させない、すなわち代替用のレーザ素子としたが、このような発光させないレーザ素子は１本でなく、複数本であってもかまわない。その場合でも本実施の形態と同様に、発光効率の高い順にレーザ素子を選択し、発光させることで低消費電力化を実現することができる。

また、本実施の形態８では、レーザ発光装置の使用直前に各レーザ素子の発光効率を算出し、レーザ素子の選択をおこなったが、レーザ素子の発光効率の算出は装置の製造時におこなってもよい。また、レーザ素子の発光効率の算出および発光させるレーザ素子の選択工程はレーザ発光装置の使用中に随時おこなってもよい。発光効率の算出を、レーザ発光装置の使用中の一定期間ごと、あるいはランダムにその作業をおこなうことで、長期的、あるいは短期的なレーザ素子の劣化にともなう発光効率の低下で、発光しているレーザ素子の発光効率が代替レーザ素子の発光効率を下回った場合、迅速にそれを発見し代替レーザ素子と交換することができ、レーザ発光装置、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の低消費電力化・長寿命化を実現することができる。

また、本実施の形態８では、半導体レーザとして単一の半導体基板で作製されたマルチストライプ半導体レーザを使用したが、複数の半導体チップで構成された半導体レーザ、あるいは面発光レーザ等のアレイ上に並んだ半導体レーザであってもかまわない。複数の半導体チップで構成された半導体レーザでは、それぞれの発光点を離すことにより、発光による発熱の影響を軽減して温度上昇を緩和させることができるという効果を有する。

また、本実施の形態８では、７本のレーザ素子から得られる総出力は一定であったが、
８本のレーザ素子のうち、ひとつのレーザ素子あるいは数個のレーザ素子がある設定した値の発光効率を下回った場合、全体光量を減少させるようにしてもよい。このとき、レーザ発光装置を画像表示装置のＲＧＢ三色の光源として用いる場合には、１つのレーザ発光装置だけその全体光量を減らすと画像表示装置のホワイトバランスが崩れる。そのため、１つのレーザ発光装置の全体光量を減少させる際には、ホワイトバランスをとるために他の色の光源として用いるレーザ発光装置も出力を低下させパワー比を一定にする制御を行う構成とするのがよい。

また、本実施の形態８では、８本のレーザ素子のうち、１本のレーザ素子を代替用レーザ素子として発光させなかったが、本実施の形態によるレーザ発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合に、高輝度モードとして映像の明るさを重視する場合、８本のレーザ素子すべてを発光させて使用するモードを設けてもよい。

また、本実施の形態８では、複数のレーザ素子が青色レーザであるものについて説明したが、複数のレーザ素子が赤色レーザ、あるいは緑色レーザであっても同様の制御をおこなうことができるものである。

（実施の形態９）
次に本発明の実施の形態９によるレーザ発光装置について説明する。

本実施の形態９によるレーザ発光装置の構成は、図１３に示す実施の形態６によるレーザ発光装置３００と同じであるので、以下図１３を用いて本実施の形態９によるレーザ発光装置の構成を説明する。

本実施の形態９では、青色レーザ光源に関して説明をおこなう。本実施の形態９によるレーザ発光装置は、高輝度レーザディスプレイを実現するため、高出力化可能なＧａＮ系のマルチストライプ半導体レーザ２３１を使用している。複数のレーザ素子を用いて全体光量として高いパワーを得る場合、複数個の分離した半導体レーザを使用すると大型化するが、マルチストライプ半導体レーザを使用すれば、ひとつの半導体チップで対応可能なため光源を小型化できる。本実施の形態９では、図１３のようにマルチストライプの本数を８本（（ａ）〜（ｈ））とし、通常は、７本のレーザ素子に電流注入し、発光させるものとする。残りの１本のレーザ素子は７本のレーザ素子に電流を注入して発光させている間、発光させないものとする。図１３に示すように、半導体レーザの各レーザ素子ストライプ２３４上にはそれぞれ駆動電流を流すための電極が施され、駆動電流値は制御回路２３３で制御されている。また、半導体レーザチップ２３１の出射面の一方（画像形成側と反対面）には、光フォトディテクタ（ＰＤ２３２）が設置され、各レーザ素子ストライプ２３４からのビーム光量、波長を検出し、制御回路２３３にフィードバックする構成になっている。

本実施の形態９における、発光させるレーザ素子の選択方法は実施の形態６と同様なので説明は省略する。動作電力値とレーザ光出力値の関係、および測定された波長は、実施の形態６と同じものである。その結果、８本のレーザ素子は、視刺激係数を考慮した発光効率では、高い順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとなり、発光効率の高い７本のレーザ素子（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）を選択し、発光させる。本実施の形態９では実施の形態６のようにそれぞれのレーザ素子は、同一の出力値Ｐ２（Ｗ）で発光するのではなく、発光効率の高い順に発光出力に比率をつけて発光する。つまり、トータル光量が７×Ｐ２（Ｗ）となるように、動作電力をそれぞれのレーザ素子において、同じ電力を入力する。これによって、各レーザ素子への投入電力は同じであるが、発光量は異なる。発光効率の高いレーザ素子が最も光出力が大きいことになる。トータル光量の７×Ｐ２（Ｗ）は、定光出力制御（ＡＰＣ）動作により制御を行う。また、発光効率の最も低いレーザ素子ｈについては、他の発光しているレーザ素子が劣化あるいは経時的に発光効率が低下し、レーザ素子ｈの発光効率を下回った場合には、この発光効率がレーザ素子ｈの発光効率を下回ったレーザ素子の使用を止め、レーザ素子ｈを使用する。

このように、本実施の形態９によるレーザ発光装置では、発光効率を事前に算出し、７本のレーザ素子を発光効率の高い順に選択し、発光させることで、常に低消費電力を維持し、高輝度の画像を長期間にわたり得ることが可能となる。また、発光効率の高いレーザ素子を選んでいるのでレーザ素子から発生する熱を最小限に抑えることができ、発熱量の低減を実現することができる。さらに、発光効率の高いレーザ素子ほど光出力が多くなるように発光させるので、発光効率の低いレーザ素子への負担を軽減することができ、すべてのレーザ素子の長寿命化を図ることができ、全体として、レーザ装置の長寿命化、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の長寿命化を実現することができる。

また、本実施の形態９では、色の視刺激係数を発光効率に取り入れることでこのレーザ発行装置を光源として用いる画像表示装置の色制御を考慮した上で７本のレーザ素子を発光効率の高い順に選択し、発光させることで、常に低消費電力を維持し、高輝度の画像を長期間にわたり得ることが可能となる。また、発光効率の高いレーザ素子を選んでいるのでレーザ素子から発生する熱を最小限に抑えることができ、発熱量の低減を実現することができる。

なお、本実施の形態９では、レーザ素子を８本有したレーザ光源を用い、そのうち１本のレーザ素子を発光させない、すなわち代替用のレーザ素子としたが、このような発光させないレーザ素子は１本でなく、複数本であってもかまわない。その場合でも本実施の形態と同様に、発光効率の高い順にレーザ素子を選択し、発光させることで低消費電力化を実現することができる。

また、本実施の形態９では、レーザ発光装置の使用直前に各レーザ素子の発光効率を算出し、レーザ素子の選択をおこなったが、レーザ素子の発光効率の算出は装置の製造時におこなってもよい。また、レーザ素子の発光効率の算出および発光させるレーザ素子の選択工程はレーザ発光装置の使用中に随時おこなってもよい。発光効率の算出を、レーザ発光装置の使用中の一定期間ごと、あるいはランダムにその作業をおこなうことで、長期的、あるいは短期的なレーザ素子の劣化にともなう発光効率の低下で、発光しているレーザ素子の発光効率が代替レーザ素子の発光効率を下回った場合、迅速にそれを発見し代替レーザ素子と交換することができ、レーザ発光装置、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の低消費電力化・長寿命化を実現することができる。

また、本実施の形態９では、半導体レーザとして単一の半導体基板で作製されたマルチストライプ半導体レーザを使用したが、複数の半導体チップで構成された半導体レーザ、あるいは面発光レーザ等のアレイ上に並んだ半導体レーザであってもかまわない。複数の半導体チップで構成された半導体レーザでは、それぞれの発光点を離すことにより、発光による発熱の影響を軽減して温度上昇を緩和させることができるという効果を有する。

また、本実施の形態９では、７本のレーザ素子から得られる総出力は一定であったが、
８本のレーザ素子のうち、ひとつのレーザ素子あるいは数個のレーザ素子がある設定した値の発光効率を下回った場合、全体光量を減少させるようにしてもよい。このとき、レーザ発光装置を画像表示装置のＲＧＢ三色の光源として用いる場合には、１つのレーザ発光装置だけその全体光量を減らすと画像表示装置のホワイトバランスが崩れる。そのため、１つのレーザ発光装置の全体光量を減少させる際には、ホワイトバランスをとるために他の色の光源として用いるレーザ発光装置も出力を低下させパワー比を一定にする制御を行う構成とするのがよい。

また、本実施の形態９では、８本のレーザ素子のうち、１本のレーザ素子を代替用レーザ素子として発光させなかったが、本実施の形態によるレーザ発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合に、高輝度モードとして映像の明るさを重視する場合、８本のレーザ素子すべてを発光させて使用するモードを設けてもよい。

また、本実施の形態９では、複数のレーザ素子が青色レーザであるものについて説明したが、複数のレーザ素子が赤色レーザ、あるいは緑色レーザであっても同様の制御をおこなうことができるものである。

（実施の形態１０）
次に本発明の実施の形態１０によるレーザ発光装置について説明する。

本実施の形態１０によるレーザ発光装置の構成は、図１１に示す実施の形態５によるレーザ発光装置２００と同じであるので、以下図１１を用いて本実施の形態１０によるレーザ発光装置の構成を説明する。

本実施の形態１０では、青色レーザ光源に関して説明をおこなう。本実施の形態１０によるレーザ発光装置は、高輝度レーザディスプレイを実現するため、高出力化可能なＧａＮ系のマルチストライプ半導体レーザ２１１を使用している。複数のレーザ素子を用いて全体光量として高いパワーを得る場合、複数個の分離した半導体レーザを使用すると大型化するが、マルチストライプ半導体レーザを使用すれば、ひとつの半導体チップで対応可能なため光源を小型化できる。本実施の形態１０では、図１１のようにマルチストライプの本数を８本（（ａ）〜（ｈ））とし、通常は、７本のレーザ素子に電流注入し、発光させるものとする。残りの１本のレーザ素子は７本のレーザ素子に電流を注入して発光させている間、発光させないものとする。図１１に示すように、半導体レーザの各レーザ素子ストライプ２１４上にはそれぞれ駆動電流を流すための電極が施され、駆動電流値は制御回路２１３で制御されている。また、半導体レーザチップ２１１の出射面の一方（画像形成側と反対面）には、光フォトディテクタ（ＰＤ２１２）が設置され、各レーザ素子ストライプ２１４からのビーム光量を検出し、制御回路２１３にフィードバックする構成になっている。

本実施の形態１０における発光させるレーザ素子の選択方法は実施の形態７と同様なので説明を省略する。レーザ素子の電流、光出力特性は実施の形態７と同じであり、８本のレーザ素子は、発振閾値の低い順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとなる。そのため、７本のレーザ素子（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）を選択し、発光させる。本実施の形態１０では実施の形態７のようにそれぞれのレーザ素子は、同一の出力値Ｐ２（Ｗ）で発光するのではなく、発振閾値の低い順に発光出力に比率をつけて発光する。つまり、トータル光量が７×Ｐ２（Ｗ）となるように、それぞれのレーザ素子において、同じ動作電力をもって発光させる。これによって、各レーザ素子への投入電力は同じであるが、発光出力は異なる。発振閾値の最も低いレーザ素子が最も高い光出力で発光することになる。トータル光量の７×Ｐ２（Ｗ）は、定光出力制御（ＡＰＣ）動作により制御をおこなった。また、発振閾値の最も高いレーザ素子ｈについては、他の発光しているレーザ素子が劣化あるいは経時的に発振閾値が上昇し、レーザ素子ｈの発振閾値を上回った場合には、この発振閾値がレーザ素子ｈの発振閾値を上回ったレーザ素子の使用を止め、レーザ素子ｈを使用する。

このように、本実施の形態１０によるレーザ発光装置では、駆動電流と光出力の関係から発振閾値を事前に測定し、７本のレーザ素子を発振閾値の低い順に選択し、発光させることで、常に低消費電力を維持し、高輝度の画像を長期間にわたり得ることが可能となる。また、発振閾値の低いレーザ素子を選んでいるのでレーザ素子から発生する熱を最小限に抑えることができ、発熱量の低減を実現することができる。さらに、発振閾値の低いレーザ素子ほど光出力が多くなるように発光させるので、発振閾値の高いレーザ素子への負担を軽減することができ、すべてのレーザ素子の長寿命化を図ることができる。その結果、全体として、レーザ装置の長寿命化あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の長寿命化を実現することができる。

なお、本実施の形態１０では、レーザ素子を８本有したレーザ光源を用い、そのうち１本のレーザ素子を発光させない、すなわち代替用のレーザ素子としたが、このような発光させないレーザ素子は１本でなく、複数本であってもかまわない。その場合でも本実施の形態と同様に、発振閾値の低い順にレーザ素子を選択し、発光させることで低消費電力化を実現することができる。

また、本実施の形態１０では、レーザ発光装置の使用直前に各レーザ素子の発振閾値を算出し、レーザ素子の選択をおこなったが、レーザ素子の発振閾値の算出は装置の製造時におこなってもよい。また、レーザ素子の発振閾値の算出および発光させるレーザ素子の選択工程はレーザ発光装置の使用中に随時おこなってもよい。発振閾値の算出を、レーザ発光装置の使用中の一定期間ごと、あるいはランダムにその作業をおこなうことで、長期的、あるいは短期的なレーザ素子の劣化にともなう発振閾値の上昇で、発光しているレーザ素子の発振閾値が代替レーザ素子の発振閾値を上回った場合、迅速にそれを発見し代替レーザ素子と交換することができ、レーザ発光装置、あるいはこのレーザ発光装置を用いた画像表示装置の低消費電力化・長寿命化を実現することができる。また、発光中に閾値上昇を見つけることでレーザ素子のさらなる劣化および局所的な熱発生を最小限にとどめることができる。

また、本実施の形態１０では、半導体レーザとして単一の半導体基板で作製されたマルチストライプ半導体レーザを使用したが、複数の半導体チップで構成された半導体レーザ、あるいは面発光レーザ等のアレイ上に並んだ半導体レーザであってもかまわない。複数の半導体チップで構成された半導体レーザでは、それぞれの発光点を離すことにより、発光による発熱の影響を軽減して温度上昇を緩和させることができるという効果を有する。

また、本実施の形態１０では、７本のレーザ素子から得られる総出力は一定であったが、８本のレーザ素子のうち、ひとつのレーザ素子あるいは数個のレーザ素子がある設定した値の発振閾値を上回った場合、全体光量を減少させるようにしてもよい。このとき、レーザ発光装置を画像表示装置のＲＧＢ三色の光源として用いる場合には、１つのレーザ発光装置だけその全体光量を減らすと画像表示装置のホワイトバランスが崩れる。そのため、１つのレーザ発光装置の全体光量を減少させる際には、ホワイトバランスをとるために他の色の光源として用いるレーザ発光装置も出力を低下させパワー比を一定にする制御を行う構成とするのがよい。

また、本実施の形態１０では、８本のレーザ素子のうち、１本のレーザ素子を代替用レーザ素子として発光させなかったが、本実施の形態によるレーザ発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合に、高輝度モードとして映像の明るさを重視する場合、８本のレーザ素子すべてを発光させて使用するモードを設けてもよい。

また、本実施の形態１０では、複数のレーザ素子が青色レーザであるものについて説明したが、複数のレーザ素子が赤色レーザ、あるいは緑色レーザであっても同様の制御をおこなうことができるものである。

（実施の形態１１）
図８に本発明の実施の形態１１として、上記で説明した実施の形態１ないし実施の形態１０で示したレーザ発光装置を適用したレーザディスプレイ（２次元画像表示装置）の構成の一例について示す。光源にはそれぞれ赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色のレーザ素子を用いた３つレーザ発光装置１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを使用している。赤色レーザ発光装置１０１ａには波長６３８ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系半導体レーザを、青色レーザ発光装置１０１ｃには波長４４５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。

一方、緑色レーザ発光装置１０１ｂには赤外半導体レーザの波長を１／２にする波長変換素子を具備したレーザを用いている。各レーザ発光装置１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射されたレーザビームは、レーザ発光装置の均一化光学素子により、画像表示装置に適した光量分布となっている。リレーレンズ１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃにより拡大投影し、空間変調素子１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃに入力している。１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃはフィールドレンズである。空間変調素子１０５によって変調されたレーザ光は、ダイクロイックプリズム１０６で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ１０７によりスクリーン１０８に投影される。なお、本実施の形態では複数個のレーザ素子の出力を、均一化光学素子で合成することで、レーザ発光装置から出力されるレーザ光の波長スペクトルの幅を大きくし、可干渉性を緩和することができ、光源としてスペックルノイズを抑制することもできる。

また、揺動するファイバ、拡散板もしくはレンズアレイなどをレーザ発光装置に具備することも好ましい。揺動する拡散板やレンズアレイは、レーザビームの角度を時間的に変化させることでスペックルノイズを除去することができる。レーザ発光装置の好ましい構成として、均一化光学素子までの光ファイバにファイバ揺動機構を具備することや、均一化光学素子にレーザが入射する前に、拡散板もしくはレンズアレイの揺動機構を具備する構成がある。また均一化光学素子を揺動する形態としても好ましい。

また、３色のレーザ発光装置は、一定の視刺激パワーを与える動作電流値、もしくは視刺激効率を測定することが好ましい。この構成により、３色のレーザ光源の消費電力が低くなるように白色を調整して、画像表示装置の低消費電力化ができる。また、ある色のレーザ発光装置の視刺激効率が、一定の範囲よりも劣化した場合、画像表示装置の色温度を制御し、劣化したレーザ発光装置から必要な視刺激パワーを少なくする。こうすることにより、劣化した色のレーザ発光装置からの出力が小さくなり、更なるレーザ発光装置の視刺激効率の劣化を止めることができ、画像表示装置の長寿命化ができる。なお、３色のレーザ発光装置全てで、視刺激効率等を測定する必要はなく、最も劣化しやすい色のレーザ発光装置のみ測定してもよい。

このような本実施の形態１１による画像表示装置では、ＲＧＢ三色の光源として実施の形態１ないし実施の形態１０で示したレーザ発光装置を用い、各レーザ発光装置が搭載しているレーザ素子またはレーザアレイ素子の中から、低消費電力、長寿命となるようにレーザ素子やレーザアレイを選択して動作させるので、低消費電力かつ長寿命の画像表示装置を実現できる。

なお、本実施の形態１１では正面投射型の２次元画像表示装置について説明したが、スクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ）をとることも可能である。

また、図８では液晶素子からなる透過型空間変調素子を用いたが、反射型変調素子を用いることもできる。また本発明は、走査ミラーを有し、画素を順次走査して表示するスキャンタイプの画像表示装置にも用いることができる。

（実施の形態１２）
図９は、実施の形態１〜実施の形態１０によるレーザ発光装置の一つをレーザ光源として用いた本発明の実施の形態１２による画像表示装置の構成を示す模式図である。ここでは画像表示装置として、例えば、液晶表示装置の構成の模式的な図を示し、図９（ａ）は模式的な断面図、図９（ｂ）は液晶表示装置の背面からみた模式的な構成図である。

液晶表示装置１３２は、レーザ光源１１２と導光板型均一化光学素子１１５を有するレーザ発光装置からなる面状照明装置１１１と、この面状照明装置１１１から出射されるレーザ光１２０を利用して画像表示を行う液晶板１３１および偏光板１２９から構成される。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、液晶表示装置１３２はレーザ光源と導光板型均一化光学素子１１５を有するレーザ発光装置からなる面状照明装置１１１をバックライト照明装置として用いており、さらに表示面側に設けた偏光板１２９と液晶板１３１を備えた液晶表示パネル１３３を配置して構成されている。なお、液晶表示パネル１３３は、液晶板１３１と偏光板１２９とで構成される。

レーザ光源部１１２は、複数の赤色レーザ素子を有する１１２ａ、複数の緑色レーザ素子を有する１１２ｂ、複数の青色レーザ素子を有する１１２ｃからなる。

レーザ光源部１１２の複数のレーザ素子から出射されたレーザ光は光ファイバに導光され、バンドルファイバ１１４により導光板型均一化光学素子１１５に入射する。導光板型均一化光学素子では、バンドルファイバからの入射光を画像表示装置で使用するのに好ましい面状で均一な光量分布として液晶表示パネルに向かって、レーザ光を照明する。本実施の形態では、３色のレーザ素子が同一の均一化光学素子を用いているレーザ発光装置となっている。本構成の場合、均一化光学素子の数を減らせるほか、３色のレーザの光量分布が同一となる利点も有する。

図９では液晶板１３１に入射する前の入射側偏光板を図示していないが用いてもよく、また面状照明装置から一方の偏光のみ出射するように、均一化光学素子１１５にホログラム素子などを用いてもよい。レーザ光１２０は、ガラス基板１２５、１２６で挟まれた液晶１２７と画素１２８を透過したのち、偏光板１２９を通過して画像表示される。

本実施の形態１２では、画像表示装置の面状照明装置１１１を、実施の形態１〜実施の形態１０によるレーザ発光装置の一つを光源として用いて構成しており、複数のレーザ素子に光出力が異なるように出力する、あるいは、動作電流値もしくは動作電力値の低いレーザ素子のみを選択して動作するので、光源が低消費電流・低消費電力・長寿命であり、低消費電力かつ長寿命の画像表示装置を実現できる。

図１０はレーザ光源部１１２が、赤色レーザ光源１１２ａ、緑色レーザ光源１１２ｂ、
青色レーザ光源１１２ｃの他に黄色レーザ光源１１２ｄを有し、４色のレーザ光源を有する場合を図示している。このとき、４色のレーザ光源から光出力を、本発明では、視刺激効率もしくは、一定の視刺激パワーを与える動作電流値から制御し、４色の光出力の分配を決める。３色のレーザ光源では、画像表示装置が一定輝度および一定色度の色を表示する場合、各色のレーザ光源に必要な光出力は一義に決まるが、４色のレーザ光源を用いた場合、一義に決まらず、４色のレーザ光源の出力比は様々な値から選択することができる。本発明では、４色のレーザ光源を用いた場合の出力比を視刺激効率から決める。視刺激効率が高い色の出力を大きくすることにより、画像表示装置としての視刺激効率が高くなり、画像表示装置の低消費電力化を可能とする。なお、４色のレーザ光源を用いる画像表示装置であれば、視刺激パワーを測定するレーザ発光装置を用いることで、本発明を適用できる。なお、４色以上のレーザ光源を用いた場合も本発明の視刺激効率を用いて、出力比を制御することができる。なお、視刺激パワーを算出する発振波長は、測定もしくはレーザ素子温度により算出してもよいし、レーザ発光装置の記憶部に初期特性を記憶しておいてもよい。

本実施の形態の導光板型均一化光学素子１１５は、透明で、かつ光学特性や成形性に優れた樹脂材料を用いることができる。特に、複屈折が少ないアクリル樹脂やポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましく、また反射面と空洞部からなる構成としてもよい。

このように本実施の形態１２の画像表示装置では、上記実施の形態１〜実施の形態１０によるレーザ発光装置の一つを光源として用いた面状照明装置１１１をバックライト照明装置としているので、大面積でも均一な高輝度を有する。また、レーザ光源１１２を構成するＲ光源１１２ａ、Ｇ光源１１２ｂおよびＢ光源１１２ｃの出力光は非常に色純度のよいものが得られることから、色再現範囲を大幅に拡大することができる。さらに、本発明のレーザ発光装置は低消費電流・低消費電力・長寿命であるので、本実施の形態の画像表示装置は低消費電力・長寿命を実現できる。

本発明のレーザ発光装置とそれを用いた画像表示装置は、高輝度で単色性の良い光を高効率・低消費電力・長寿命で提供できるものであり、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野で有用である。

図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ発光装置の概略構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１によるレーザ発光装置で使用したレーザ素子の特性とその測定方法について示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１によるレーザ発光装置で使用した複数のレーザ素子の特性を一覧表として示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１によるレーザ発光装置で、少なくとも赤色、緑色および青色のレーザ光源からなるレーザ発光装置の概略構成図である。 図５は、本発明の実施の形態２によるレーザ発光装置の概略構成図である。 図６は、本発明の実施の形態４によるレーザ発光装置の概略構成図である。 図７は、本発明の実施の形態４によるレーザ発光装置で使用した複数のレーザアレイの特性を一覧表として示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１１による、レーザ光源として本発明のレーザ発光装置を使用した画像表示装置の概略構成図である。 図９は、本発明の実施の形態１２による、レーザ光源として本発明のレーザ発光装置を使用した画像表示装置の概略構成図である。 図１０は、本発明の実施の形態１２による画像表示装置に用いるレーザ発光装置の他の例を示す概略構成図である。 図１１は、本発明の実施の形態５によるレーザ発光装置の概略構成図である。 図１２は、本発明の実施の形態５における動作電力とレーザ光出力値の関係を示す説明図である。 図１３は、本発明の実施の形態６によるレーザ発光装置の概略構成図である。 図１４は、波長と三刺激値の関係を示す説明図である。 図１５は、本発明の実施の形態６における駆動電流値とレーザ光出力値の関係を示す説明図である。 図１６は、従来のレーザ発光装置の一例としての、ビーム走査装置の機能構成を示すブロック図である。

２０、６０、８０、９０、２００、３００ レーザ発光装置
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、８１、９１ レーザ素子
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、８９、８９Ａ、８９Ｂ、８９Ｃ、８９Ｄ、８９Ｅ、８９Ｆ、９２ レーザ駆動電源
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、１２０ レーザ光
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ 光学素子
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ 一部の光
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、４９ 受光素子
２７ 測定部
２８、６７ 制御部
２９ 記憶部
３０ 演算部
３１ 集光光学系
８３、９３ 光ファイバ
３２ 出力端
３３、８８、９６ 出力光
３５、８４、８６、９４ 均一化光学素子
８７、９５ 出力面
６１、１０１ａ、１１２ａ 赤色レーザ光源（Ｒ光源）
６２、１０１ｂ、１１２ｂ 緑色レーザ光源（Ｇ光源）
６３、１０１ｃ、１１２ｃ 青色レーザ光源（Ｂ光源）
６４ 赤色レーザ素子
６５ 緑色レーザ素子
６６ 青色レーザ素子
６８ 赤色制御部
６９ 緑色制御部
７０ 青色制御部
７１ 赤色光ファイバ
７２ 緑色光ファイバ
７３ 青色光ファイバ
７４ 赤色均一化光学素子
７５ 緑色均一化光学素子
７６ 青色均一化光学素子
７７ 赤色出力光
７８ 緑色出力光
７９ 青色出力光
８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄ、８２Ｅ、８２Ｆ レーザアレイ
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ フィールドレンズ
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ 空間光変調素子
１０６ ダイクロイックプリズム
１０７ 投射レンズ
１０８ スクリーン
１１１ 面状照明装置
１１２ レーザ光源部
１１４ バンドルファイバ
１１５ 導光板型均一化光学素子
１２５，１２６ ガラス基板
１２７ 液晶
１２８ 画素
１２９ 偏光板
１３１ 液晶板
１３２ 液晶表示装置
１３３ 液晶表示パネル
２１１、２３１ マルチストライプ半導体レーザ
２１２、２３２ 光検出器（ＰＤ）
２１３、２３３ 制御回路
２１４、２３４ レーザ素子ストライプ

Claims (15)

1. Ｎ個（Ｎ≧２の整数）のレーザ素子を有し、
   前記Ｎ個のレーザ素子に電流を注入する複数のレーザ駆動電源と、
   前記Ｎ個のレーザ素子から出射されるレーザ光量分布を均一化する光学素子と、
   前記Ｎ個のレーザ素子のレーザ光の一部を受光する受光素子と、
   前記Ｎ個のレーザ素子の各々の動作電流値および前記動作電流値に対する前記レーザ光の出力値を測定する測定部と、
   前記Ｎ個のレーザ素子の内、（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択し、前記選択した（Ｎ−１）個以下のレーザ素子のみを動作させる制御部とを備え、
   前記制御部は、レーザ素子の振幅波長（λ）の情報を受けて視刺激係数（X(λ))を求めると共に、レーザ光の出力値（P)に視刺激係数（X(λ))を掛けて視刺激パワー（R)求める一方、レーザ素子の動作電流値と動作電圧値から動作電力値（Win）を求め、更に、視刺激パワー（R)を動作電力値（Win)で割って視刺激効率（R/Win)を求め、視刺激効率（R/Win)が大きい（Ｎ−１）個以下のレーザ素子を選択する、
   レーザ発光装置。
2. 請求項１に記載のレーザ発光装置において、
   前記測定部は、前記レーザ素子の温度を測定する、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
3. 請求項１ないし請求項２のいずれかに記載のレーザ発光装置において、
   前記レーザ素子は、前記レーザ駆動電源により間欠駆動される、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ発光装置において、
   前記レーザ素子は、予め設定された定格値から定格値の１．２倍までの範囲の光出力でレーザ光を出射して動作する、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ発光装置において、
   前記測定部は、前記レーザ光の出力値または視刺激パワーが一定値に保持されて動作する前記レーザ素子の前記動作電流値または動作電力値を測定し、
   前記制御部は、前記測定部で測定された測定値を前記レーザ素子ごとに記憶する記憶部と、測定値の数値変化を演算する演算部と、をさらに備える、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
6. 請求項２に記載のレーザ発光装置において、
   前記測定部は、前記レーザ素子ごとに前記レーザ素子の温度に対するレーザ光の出力値または視刺激パワーを測定し、
   前記記憶部は、前記レーザ素子ごとに前記レーザ素子の温度に対するレーザ光の出力値または視刺激パワーを記憶する記憶部を備える、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
7. 請求項２に記載のレーザ発光装置において、
   前記測定部は、前記レーザ素子の温度に対するレーザ光の出力値と動作電流値、または動作電力値を測定し、
   前記制御部は、前記レーザ素子の温度に対するレーザ光の出力値と動作電流値または動作電力値を記憶する記憶部を備え、レーザ発光装置の立ち上げ時に、前記記憶部の値を用いて前記レーザ素子を動作させる、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
8. 請求項２に記載のレーザ発光装置において、
   前記測定部は、前記レーザ素子の温度に対する視刺激パワーと動作電流値、または動作電力値を測定し、
   前記制御部は、前記レーザ素子の温度に対する視刺激パワーと動作電流値または動作電力値を記憶する記憶部を備え、レーザ発光装置の立ち上げ時に、前記記憶部の値を用いて前記レーザ素子を動作させる、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のレーザ発光装置において、
   前記視刺激効率の算出は前記レーザ素子の製造時に行う、
   ことを特徴とするレーザ発光装置。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のレーザ発光装置において、
    前記視刺激効率の算出は当該レーザ発光装置の使用の直前に行う、
    ことを特徴とするレーザ発光装置。
11. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のレーザ発光装置において、
    前記視刺激効率の算出は当該レーザ発光装置の使用中に行う、
    ことを特徴とするレーザ発光装置。
12. レーザ光を出射するレーザ光源と、
    該レーザ光源が出射するレーザ光を変調する空間変調素子と、を備え、
    前記レーザ光源として、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のレーザ発光装置を用いた、
    ことを特徴とする画像表示装置。
13. Ｎ個のレーザ光源と、
    前記レーザ光源からのレーザ光を投射する投射部と、を備え、
    前記レーザ光源として、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のレーザ発光装置を用いた、
    ことを特徴とする画像表示装置。
14. 請求項１２または請求項１３に記載の画像表示装置において、
    前記レーザ光源は、赤色、緑色および青色のレーザ光を出射するレーザ光源に分けられ、
    前記赤色、緑色、および青色の少なくとも１色のレーザ光源の視刺激効率を算出して、画像表示装置の色温度を制御する、
    ことを特徴とする画像表示装置。
15. 請求項１２または請求項１３に記載の画像表示装置において、
    前記レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色および青色を含む４色以上のレーザ光源に分けられ、
    前記各色のレーザ光源ごとに視刺激効率が高いレーザ光源からの出力が大きくなるように制御する、
    ことを特徴とする画像表示装置。

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