JP2006184663A - 光ビーム走査ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】 光源の小型化と光学系の小型化が図れ、しかも省電力な光ビーム走査ディスプレイを提供する。
【解決手段】 それぞれ近接する位置に配置された３原色の各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂからのレーザビームをそれぞれ画像データに基づいて変調し、これらレーザビームを走査して描画面１５上に画像を表示する光ビーム走査ディスプレイ１００であって、各レーザビームを平行化する平行化手段１９ｒ，１９ｇ，１９ｂを備え、この平行化手段により平行化したレーザビームを、該レーザビームの光軸２１ｒ，２１ｇ，２１ｂが重ならないように異なる光路を経由させて、描画面１５上で描画像の１画素を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】 それぞれ近接する位置に配置された３原色の各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂからのレーザビームをそれぞれ画像データに基づいて変調し、これらレーザビームを走査して描画面１５上に画像を表示する光ビーム走査ディスプレイ１００であって、各レーザビームを平行化する平行化手段１９ｒ，１９ｇ，１９ｂを備え、この平行化手段により平行化したレーザビームを、該レーザビームの光軸２１ｒ，２１ｇ，２１ｂが重ならないように異なる光路を経由させて、描画面１５上で描画像の１画素を形成する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、３原色の光源からの各レーザビームを用いて、描画面上に画像を表示する光ビーム走査ディスプレイに関する。
光源としてレーザ光を用いるレーザディスプレイが例えば特許文献１に開示されている。このレーザディスプレイによれば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のレーザ光源から変調された複数のレーザ光を、同一経路で伝播した後、変更手段に入力して水平方向及び垂直方向に走査して映像情報を視覚化している。
また、他のレーザディスプレイとして、Ｒ、Ｇ、Ｂの各レーザアレイからのレーザ光を、光ファイバーを用いて個別の光源光として導くものが特許文献１に記載されている。
特開２００２−３４４７６５
米国特許第６，１７５，４４０号明細書
また、他のレーザディスプレイとして、Ｒ、Ｇ、Ｂの各レーザアレイからのレーザ光を、光ファイバーを用いて個別の光源光として導くものが特許文献１に記載されている。
しかしながら、上記特許文献１記載のレーザディスプレイでは、３つの光源からのレーザビームをダイクロイックミラーにより同一の経路にまとめる構成となっている。つまり、光源ユニットを３つ、それら光源からのレーザビームの光路等を設置する必要があり、装置の大型化が免れない。
また、上記特許文献２記載のレーザディスプレイでは、光源が多数あるために、各レーザの駆動用の電力が増大し、また、小型化が難しいという不利がある。
レーザ光は、単色性・指向性が高く、これを光源光として用いることで、色再現性が高められ、ディスプレイの光学系を小型化できる利点がある。ところが実際には、光源の配置や光学系の設置等により、依然として装置構成が複雑となって、小型化が不十分となっている。
また、上記特許文献２記載のレーザディスプレイでは、光源が多数あるために、各レーザの駆動用の電力が増大し、また、小型化が難しいという不利がある。
レーザ光は、単色性・指向性が高く、これを光源光として用いることで、色再現性が高められ、ディスプレイの光学系を小型化できる利点がある。ところが実際には、光源の配置や光学系の設置等により、依然として装置構成が複雑となって、小型化が不十分となっている。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、光源の小型化と光学系の小型化が図れ、しかも省電力な光ビーム走査ディスプレイを提供することを目的としている。
上記目的は、本発明に係る光ビーム走査ディスプレイにより達成される。
（１） それぞれ近接する位置に配置された３原色の各光源からのレーザビームをそれぞれ画像データに基づいて変調し、これらレーザビームを走査して描画面上に画像を表示する光ビーム走査ディスプレイであって、前記各レーザビームを平行化する平行化手段を備え、該平行化手段により平行化したレーザビームを、該レーザビームの光軸が重ならないように異なる光路を経由させて、前記描画面上で描画像の１画素を形成することを特徴とする光ビーム走査ディスプレイ。
（１） それぞれ近接する位置に配置された３原色の各光源からのレーザビームをそれぞれ画像データに基づいて変調し、これらレーザビームを走査して描画面上に画像を表示する光ビーム走査ディスプレイであって、前記各レーザビームを平行化する平行化手段を備え、該平行化手段により平行化したレーザビームを、該レーザビームの光軸が重ならないように異なる光路を経由させて、前記描画面上で描画像の１画素を形成することを特徴とする光ビーム走査ディスプレイ。
この光ビーム走査ディスプレイによれば、平行化手段により平行化したレーザビームを、ビームの光軸が重ならないように異なる光路を経由させて、描画面上で描画像の１画素を形成することにより、２次元の映像を、光源と光学系を小型し、しかも省電力とした構成で得ることができる。
（２）前記平行化手段が、前記各レーザビームのそれぞれに対応して設けたレンズを含むことを特徴とする（１）記載の光ビーム走査ディスプレイ。
この光ビーム走査ディスプレイによれば、各レーザビームに対応してレンズを設けることにより、光源から出射したレーザビームが平行化されて、ビームの走査時においても、３原色からなる一画素をそれぞれ近接させた位置に投影することができる。
（３）前記平行化手段が、前記レンズを該レンズの光軸を前記レーザビームの中心から偏心させて配置したものを含むことを特徴とする（２）記載の光ビーム走査ディスプレイ。
この光ビーム走査ディスプレイによれば、レンズの光軸をレーザビームの中心から偏心させて配置することで、各色の光源間の距離が短い場合でも大径のレンズを使用することができ、レンズのサイズに起因する光学特性の低下が防止される。
（４）前記３原色の各光源を一つのパッケージの内部に封止したことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項記載の光ビーム走査ディスプレイ。
この光ビーム走査ディスプレイによれば、３原色の各光源を一つのパッケージの内部に封止したことで、光源自体を大幅に小型化することができる。
（５）前記レンズを前記パッケージの内部に封止したことを特徴とする（４）記載の光ビーム走査ディスプレイ。
この光ビーム走査ディスプレイによれば、レンズをパッケージの内部に封止したことにより、パッケージされた光源から平行光を直接出射させることができ、光路を簡略化できるとともに、装置全体の小型化を図ることができる。
（６）前記レンズが、複数のレーザビームをそれぞれ平行化するレンズを一体化したレンズアレイであることを特徴とする（２）〜（５）のいずれか１項記載の光ビーム走査ディスプレイ。
この光ビーム走査ディスプレイによれば、レンズアレイが複数のレーザビームを受けて各レーザビームをそれぞれ平行化することで、光路へレンズを組み付ける際に、光軸の調整が簡単になり、組み付け工数を低減でき、また、高精度でレンズの光軸を合わせることができる。
（７）前記各光源からのレーザビームを導入して伝送する光ファイバを備え、前記平行化手段が、前記光ファイバの光出射端部に設けられ出射ビームを平行化するレンズを含むことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項記載の光ビーム走査ディスプレイ。
この光ビーム走査ディスプレイによれば、各光源からのレーザビームを光ファイバにより自在に取り回すことができるので、光路の配置自由度が高められ、設計自由度が向上する。
以下、本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１に光ビーム走査ディスプレイの概略的な全体構成図、図２に制御ブロック図を示した。
本実施形態の光ビーム走査ディスプレイ１００は、それぞれ近接する位置に配置された３原色のレーザ光源、即ち、Ｒ光源１１ｒ，Ｇ光源１１ｇ、Ｂ光源１１ｂからのレーザビームを、平行化手段であるレンズにより平行光とし、入力される画像データに基づいて変調して、これらレーザビームを偏向手段１３により走査させて、描画面１５上に画像を表示するものである。
＜第１実施形態＞
図１に光ビーム走査ディスプレイの概略的な全体構成図、図２に制御ブロック図を示した。
本実施形態の光ビーム走査ディスプレイ１００は、それぞれ近接する位置に配置された３原色のレーザ光源、即ち、Ｒ光源１１ｒ，Ｇ光源１１ｇ、Ｂ光源１１ｂからのレーザビームを、平行化手段であるレンズにより平行光とし、入力される画像データに基づいて変調して、これらレーザビームを偏向手段１３により走査させて、描画面１５上に画像を表示するものである。
Ｒ光源１１ｒとしては、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＰ或いはＩｎＧａＡｌＰ量子井戸を活性層とする半導体レーザを用いることができる。
Ｇ光源１１ｇとしては、ＧａＮ基板上に形成したＩｎＧａＮを活性層とする半導体レーザ、或いはＺｎＳｅ基板上に形成したＺｎＣｄＳｅを活性層とする半導体レーザを用いることができる。
Ｂ光源１１ｂとしては、ＧａＮ基板上に形成したＩｎＧａＮを活性層とする半導体レーザを用いることができる。
これら各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂからのレーザビームは、入力される画像データに応じて直接変調される。
Ｇ光源１１ｇとしては、ＧａＮ基板上に形成したＩｎＧａＮを活性層とする半導体レーザ、或いはＺｎＳｅ基板上に形成したＺｎＣｄＳｅを活性層とする半導体レーザを用いることができる。
Ｂ光源１１ｂとしては、ＧａＮ基板上に形成したＩｎＧａＮを活性層とする半導体レーザを用いることができる。
これら各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂからのレーザビームは、入力される画像データに応じて直接変調される。
この光ビーム走査ディスプレイ１００は、各レーザビームを平行光化する平行化手段１７として、各レーザビームのそれぞれに対応して設けたレンズ１９ｒ，１９ｇ，１９ｂを備えている。このレンズ１９ｒ，１９ｇ，１９ｂにより平行化されたレーザビームは、レーザビームの光軸２１ｒ，２１ｇ，２１ｂが重ならないように異なる光路を経由させて、描画面１５上で描画像の１画素を形成する。
偏向手段１３は、Ｒ光源１１ｒ，Ｇ光源１１ｇ、Ｂ光源１１ｂの並び方向に対して同一平面内となる第１回転軸ｘと、第１回転軸ｘに直交する第２回転軸ｙの各軸回りに回動自在なミラー２３と、このミラー２３を回動駆動する偏向駆動部２５とを有する。偏向駆動部２５は、ミラー２３を第１回転軸ｘ回り（θｘ）に駆動するθｘミラー駆動部２７と、第２回転軸ｙ回り（θｙ）に駆動するθｙミラー駆動部２９からなる。
そして、これら各部の駆動制御は制御部３１により行われる。つまり、制御部３１は、入力された画像データに基づいてＲ，Ｇ，Ｂの各色を変調処理し、各光源から出射したレーザビームを、水平・垂直方向に走査するようにミラー２３が偏向駆動される。
図３は描画面に対してレーザビームが走査される様子の一例を示す説明図である。
各光源２１ｒ，２１ｇ，２１ｂから出射したＲ，Ｇ，Ｂの各レーザビームは、ミラー２３により水平方向及び垂直方向に偏向され、ラスター走査等により２次元映像として描画している。
描画面１５は、専用のスクリーンを配置する他にも、壁等の物体表面に照射することでよい。また、半透明のスクリーンを用いて透過型のディスプレイとして構成することもできる。
各光源２１ｒ，２１ｇ，２１ｂから出射したＲ，Ｇ，Ｂの各レーザビームは、ミラー２３により水平方向及び垂直方向に偏向され、ラスター走査等により２次元映像として描画している。
描画面１５は、専用のスクリーンを配置する他にも、壁等の物体表面に照射することでよい。また、半透明のスクリーンを用いて透過型のディスプレイとして構成することもできる。
この光ビーム走査ディスプレイ１００によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂが近接する位置に配置され、各光源から平行化された光ビームが相互に平行に照射されるため、偏向手段による光路の変化があっても、描画面１５においてもＲ光、Ｇ光、Ｂ光の光ビームが互いに近接した位置となって１画素を形成する。
このように、描画面１５上に平行なレーザビームを走査しながら投影することで、色再現性の高い画像を高精細に表示することができる。
このように、描画面１５上に平行なレーザビームを走査しながら投影することで、色再現性の高い画像を高精細に表示することができる。
なお、各光源からのレーザビームは、描画面１５上を同時に同一点の表示を行うことはできないが、高速で走査することにより、輝点を見ている人の眼球の残像現象を利用して、２次元映像として認識させることができる。また、同時に同一点の表示を行うには、各光源からの光出射のタイミングを時間差をもたせて変化させることで、この各色毎の輝点の位置ずれを解消することもできる。
ここで、偏向駆動部２５は、正弦波、パルス波、或いは左右対称な三角波の駆動信号でミラー２３を駆動して、上記のようにレーザビームを２次元的に走査するが、好適には、走査線方向の走査の端部分とそれに垂直な方向の走査の端部分で適当にブランキング期間を設けて、所望の描画を行うことがよい。制御部３１において、ブランキング期間を設け、画像データに基づき変調されたビームによる走査開始位置を確立するには、レーザビームの水平或いは垂直の走査範囲の端付近に設置されたホトダイオード等の受光素子からの信号を用いればよい。つまり、走査線方向の走査において端部分を非描画領域とするように、走査状態とタイミングを合わせて光源からのレーザビームを変調する。
なお、走査方向として、水平方向に１行ずつ走査する場合には、走査始端側のブランキング期間内に受光素子を配置し、水平方向に往復走査する場合には、走査始端側と終端側の各ブランキング期間内にそれぞれ受光素子を配置する。これにより、走査により描画する際の描画開始タイミングが正確に設定でき、描画する画像のずれを生じさせることがない。
次に、本実施形態に係る光ビーム走査ディスプレイの変形例を以下に説明する。
＜第１変形例＞
図４にガルバノミラーを用いた光ビーム走査ディスプレイの要部構成図を示した。
本変形例においては、偏向手段としてガルバノミラー３３，３５を用いており、ＲＧＢの各光源からのレーザビームを偏向し、描画面１５上に画像を形成している。即ち、ガルバノミラー３３はθｙ方向へ回動することで水平走査を行い、ガルバノミラー３５がθｘ方向へ回動することにより垂直走査が行われる。θｘミラー駆動部２７、及びθｙミラー駆動部２９は、電磁モータを用いることができる。
＜第１変形例＞
図４にガルバノミラーを用いた光ビーム走査ディスプレイの要部構成図を示した。
本変形例においては、偏向手段としてガルバノミラー３３，３５を用いており、ＲＧＢの各光源からのレーザビームを偏向し、描画面１５上に画像を形成している。即ち、ガルバノミラー３３はθｙ方向へ回動することで水平走査を行い、ガルバノミラー３５がθｘ方向へ回動することにより垂直走査が行われる。θｘミラー駆動部２７、及びθｙミラー駆動部２９は、電磁モータを用いることができる。
この構成によれば、比較的小型のガルバノミラー３３を高速な水平走査用に用い、比較的大型のガルバノミラー３５を垂直走査用に用いることで、例えばＮＴＳＣに対応可能な実用上問題のない十分なフレーム速度で表示が行える。
＜第２変形例＞
図５にポリゴンミラーとガルバノミラーを用いた光ビーム走査ディスプレイの要部構成図を示した。
本変形例においては、偏向手段としてポリゴンミラー３７とガルバノミラー３５を用いている。この構成によれば、ポリゴンミラー３７を用いて水平走査を行うため、より高速な走査が可能となり、より高品位な画像の描画が行える。
図５にポリゴンミラーとガルバノミラーを用いた光ビーム走査ディスプレイの要部構成図を示した。
本変形例においては、偏向手段としてポリゴンミラー３７とガルバノミラー３５を用いている。この構成によれば、ポリゴンミラー３７を用いて水平走査を行うため、より高速な走査が可能となり、より高品位な画像の描画が行える。
＜第３変形例＞
図６にプレーナ型電磁アクチュエータを用いた光ビーム走査ディスプレイの要部構成図、図７にプレーナ型電磁アクチュエータの拡大図を示した。
本変形例においては、偏向手段として例えば特開２００３−２７０５５５等に開示される、電磁力を利用してトーションバーにより支持された反射ミラーを揺動するプレーナ型電磁アクチュエータを用いている。
図６にプレーナ型電磁アクチュエータを用いた光ビーム走査ディスプレイの要部構成図、図７にプレーナ型電磁アクチュエータの拡大図を示した。
本変形例においては、偏向手段として例えば特開２００３−２７０５５５等に開示される、電磁力を利用してトーションバーにより支持された反射ミラーを揺動するプレーナ型電磁アクチュエータを用いている。
プレーナ型電磁アクチュエータ３９は、基板上の固定部４１に外側トーションバー４３で枠状の外側可動板４５を揺動可能に軸支し、外側可動板４５に外側トーションバー４３と軸方向が直交する内側トーションバー４７で揺動可能に平板状の内側可動板４９を軸支する。外側可動板４５には、通電により磁界を発生する外側駆動コイル５１（図中には点線で模式的に１本線で示した）を形成し、外側駆動コイル５１は、固定部４１に形成した一対の外側電極端子５３に外側トーションバー４３の一方を介して電気的に接続する。内側可動板４９には、表面周縁部に通電により磁界を発生する内側駆動コイル５５（図中には点線で模式的に１本線で示した）を周囲に形成し、表面にアルミニウムや金等の薄膜からなる反射ミラー５７を形成する。内側駆動コイル５５は、内側トーションバー４７の一方から外側可動板４５部分を通り、外側トーションバー４３の他方側を介して固定部４１の一対の内側電極端子５９に電気的に接続する。
また、外側及び内側トーションバー４３，４７の軸方向とそれぞれ平行な各可動板４５，４９の対辺の駆動コイル部分に静磁界が作用する静磁界発生手段として永久磁石６１，６２，６３，６４を可動板４５，４９の周囲に配置してある。なお、静磁界発生手段は、図示の永久磁石やその配置に限らない。
上記構成のプレーナ型電磁アクチュエータ３９は、外側駆動コイル５１に電流を印加することにより、静磁界発生手段と協働して、外側可動板４５が外側トーションバー４３を中心としてθｘ方向に回動する。また、内側駆動コイル５５に電流を印加することにより、静磁界発生手段と協働して、内側可動板４９が内側トーションバー４７を中心としてθｙ方向に回動する。従って、反射ミラー５７は、θｘ及びθｙ方向への回動が自在となり、これにより、レーザビームの水平及び垂直走査を行うことができる。なお、本構成においては、高い周波数での駆動が可能な内側トーションバー４７を水平走査駆動に用いることが好ましい。
上記構成のプレーナ型電磁アクチュエータによれば、偏向駆動部２５の構成を一層小型化でき、高速で安定した駆動制御を行うことができる。
＜第２実施形態＞
次に、ＲＧＢの各光源をパッケージの内部に封止した本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第２実施形態を説明する。
図８はパッケージ封止された光源の構成図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。
本実施形態における光源６７は、図８（ａ）に示すように、光出射側とは反対側に端子を有し、光源を封止した構造のパッケージ部品である。また、図８（ｂ）に示すように、３原色のレーザ光源、即ち、Ｒ光源６９ｒ、Ｇ光源６９ｇ、Ｂ光源６９ｂをステム７１の平坦面７１ａ上に近接させて配置し、ステム７１をキャップ７３内に収容した構成とされている。
次に、ＲＧＢの各光源をパッケージの内部に封止した本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第２実施形態を説明する。
図８はパッケージ封止された光源の構成図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。
本実施形態における光源６７は、図８（ａ）に示すように、光出射側とは反対側に端子を有し、光源を封止した構造のパッケージ部品である。また、図８（ｂ）に示すように、３原色のレーザ光源、即ち、Ｒ光源６９ｒ、Ｇ光源６９ｇ、Ｂ光源６９ｂをステム７１の平坦面７１ａ上に近接させて配置し、ステム７１をキャップ７３内に収容した構成とされている。
また、光源６７は、各ＲＧＢ光源からのレーザビームそれぞれに対応して、レンズ７５ｒ，７５ｇ，７５ｂを配設している。レンズ７５ｒ，７５ｇ，７５ｂは、図８（ｃ）に示すように、ステム７１の先端部７１ｂから突出して上下方向（図中Ｄ１方向）に可動な第１ブロック７４と、第１ブロック７４に光路の前後方向（図中Ｄ２方向）に可動な第２ブロック７５とによって光軸を調整可能に支持されている。
キャップ７３の内側には、塵埃の内部への進入を防止する保護透明板７７がカラー７９により固定されている。
上記の１パッケージ化された光源６７を、図１に示す光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ、及びレンズ１９ｒ．１９ｇ，１９ｂに代えて適用することにより、光源の設置スペースが大幅に削減され、また、レーザビームの光路も簡略化できるため、光ビーム走査ディスプレイの一層の小型化が図られる。
また、レンズ７５ｒ，７５ｇ，７５ｂの配置を高精度で行うことができるため、光のロスを低減できる。
また、レンズ７５ｒ，７５ｇ，７５ｂの配置を高精度で行うことができるため、光のロスを低減できる。
＜第３実施形態＞
次に、ＲＧＢの各光源を１パッケージ構成とし、パッケージ外部にビーム平行化のためのレンズを配置した本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第３実施形態を説明する。
図９は本実施形態の光源とレンズの配置状態を示す概念図である。
本実施形態の光源８１は、レーザ光源であるＲ光源６９ｒ、Ｇ光源６９ｇ、Ｂ光源６９ｂをステム７１上に近接して配置したもので、ビーム平行化のためのレンズ８３ｒ，８３ｇ，８３ｂは、光源８１のパッケージ外部に配置される。
次に、ＲＧＢの各光源を１パッケージ構成とし、パッケージ外部にビーム平行化のためのレンズを配置した本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第３実施形態を説明する。
図９は本実施形態の光源とレンズの配置状態を示す概念図である。
本実施形態の光源８１は、レーザ光源であるＲ光源６９ｒ、Ｇ光源６９ｇ、Ｂ光源６９ｂをステム７１上に近接して配置したもので、ビーム平行化のためのレンズ８３ｒ，８３ｇ，８３ｂは、光源８１のパッケージ外部に配置される。
レンズ８３ｒ，８３ｇ，８３ｂは、各レーザビームのそれぞれに対応して設けてあり、また、レンズ８３ｒはＲ光源６９ｒのビーム中心８５ｒからΔｓだけレンズの光軸８７ｒを偏心させて配置しており、また、レンズ８３ｂは、Ｂ光源６９ｂのビーム中心８５ｂからΔｓだけレンズの光軸８７ｂを偏心させて配置している。
これにより、集光性に優れたＮＡ値の大きなレンズを用いて平行光化する場合でも、光源８１のＲＧＢ各レーザビームを所望の間隔を持たせて出射することができる。
レンズ８３ｒ，８３ｇ，８３ｂは、それぞれ単体のレンズを組み付けてもよいが、一体化したレンズであってもよい。
図１０に一体化したレンズの一例であるレンズアレイの構成図を示した。（ａ）はレンズの側面図で、（ｂ）は光出射側から見た正面図である。
図１０に一体化したレンズの一例であるレンズアレイの構成図を示した。（ａ）はレンズの側面図で、（ｂ）は光出射側から見た正面図である。
図１０に示すレンズアレイ８９を用いると、光源８１に組み付ける際に各レーザビームとの光軸合わせをする必要がなくなり、アライメントが単純になる。このため、単にＧ光源６９ｇに光軸を合わせたり、図示しない収容部にレンズアレイ８９を組み込むだけで、簡単にしてＲ光源６９ｒやＢ光源６９ｂからのレーザビームを正確に所定の光軸位置に出射させることができる。
＜変形例＞
ここで、上述したパッケージ内のレンズ７５ｒ，７５ｇ，７５ｂとパッケージ外のレンズ８３ｒ，８３ｇ，８３ｂとを共に備えた構成にすることもできる。
図１１にパッケージに封止した光源のパッケージ内側と外側にそれぞれビーム平行化のためのレンズを配設した場合の光源の構成図を示した。
ここで、上述したパッケージ内のレンズ７５ｒ，７５ｇ，７５ｂとパッケージ外のレンズ８３ｒ，８３ｇ，８３ｂとを共に備えた構成にすることもできる。
図１１にパッケージに封止した光源のパッケージ内側と外側にそれぞれビーム平行化のためのレンズを配設した場合の光源の構成図を示した。
キャップ７３の内側には、各レーザビームのそれぞれに対応してレンズ９１ｒ，９１ｇ，９１ｂが配置され、キャップ７３の外側にはレンズ９３ｒ，９３ｇ，９３ｂが配置されている。Ｒ光源６９ｒ及びＢ光源６９ｂからのレーザビームに対応するレンズ９１ｒ，９３ｒ及び９１ｂ，９３ｂは、レンズの光軸を偏心させて、各レーザビームの間隔を広げている。これにより、外側に配置するレンズをより大径化することができ、レーザビームを高効率で照射することができ、高輝度が得られ、遠方における大画面の描画が可能となる。
＜第４実施形態＞
次に、ＲＧＢの各光源からのレーザビームを、光ファイバを用いて集束する本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第４実施形態を説明する。
図１２はパッケージされたＲＧＢ光源に光ファイバを接続した本実施形態の光源とレンズの配置例を示す構成図である。
光源９５から出射する各レーザビームは、光ファイバ９７の光導入側に設けた接続部９９に導入され、光ファイバ９７に導入される。そして、光ファイバ９７の出射側に設けた出射ブロック１０１から、ビーム平行化のためのレンズ１０３ｒ，１０３ｇ，１０３ｂを通して各色のレーザビームが平行に出射する。
次に、ＲＧＢの各光源からのレーザビームを、光ファイバを用いて集束する本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第４実施形態を説明する。
図１２はパッケージされたＲＧＢ光源に光ファイバを接続した本実施形態の光源とレンズの配置例を示す構成図である。
光源９５から出射する各レーザビームは、光ファイバ９７の光導入側に設けた接続部９９に導入され、光ファイバ９７に導入される。そして、光ファイバ９７の出射側に設けた出射ブロック１０１から、ビーム平行化のためのレンズ１０３ｒ，１０３ｇ，１０３ｂを通して各色のレーザビームが平行に出射する。
この構成によれば、ＲＧＢ個々の光源６９ｒ，６９ｇ，６９ｂが互いに近接して配置されていても、光ファイバ９７により、各色のレーザビームを任意に取り回すことができ、光路の配置自由度が高められ、設計自由度が向上する。従って、この光ファイバを用いた光源を用いることで、光ビームディスプレイの光学系をよりコンパクトにすることができる。
＜第５実施形態＞
次に、ＲＧＢの各光源のうちＧ光源を、光波長変換器（以下、ＳＨＧ素子という）を用いて構成した本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第４実施形態を説明する。
図１３にＧ光源にＳＨＧ素子を用いたＲＧＢ光源の概略構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は光出射側から見た正面図である。
光源１０７は、Ｓｉベンチであるステム７１の上面にヒートシンク１０９、電極層１１１を介してレーザ光源であるＲ光源１１５ｒ、Ｂ光源１１５ｂが所定間隔を隔てて形成されている。また、Ｒ光源１１５ｒとＢ光源１１５ｂとの中間位置におけるヒートシンク１０９の奥側には、分布ブラッグ型ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）のＬＤ素子１１７が配設され、このＬＤ素子１１７の光出射側となるヒートシンク１０９の内部には、ＳＨＧ素子１１９が形成されている。ヒートシンク１０９は、ＳＨＧ素子１１９を外部の熱源から保護している。
次に、ＲＧＢの各光源のうちＧ光源を、光波長変換器（以下、ＳＨＧ素子という）を用いて構成した本発明に係る光ビーム走査ディスプレイの第４実施形態を説明する。
図１３にＧ光源にＳＨＧ素子を用いたＲＧＢ光源の概略構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は光出射側から見た正面図である。
光源１０７は、Ｓｉベンチであるステム７１の上面にヒートシンク１０９、電極層１１１を介してレーザ光源であるＲ光源１１５ｒ、Ｂ光源１１５ｂが所定間隔を隔てて形成されている。また、Ｒ光源１１５ｒとＢ光源１１５ｂとの中間位置におけるヒートシンク１０９の奥側には、分布ブラッグ型ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）のＬＤ素子１１７が配設され、このＬＤ素子１１７の光出射側となるヒートシンク１０９の内部には、ＳＨＧ素子１１９が形成されている。ヒートシンク１０９は、ＳＨＧ素子１１９を外部の熱源から保護している。
上記の電極層１１１はＡｕメッキ等からなり、ヒートシンク１０９は、Ｃｕ，ＡｌＮ，ダイヤモンド等からなり、ＳＨＧ素子１１９は、例えばＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ3(ＭｇＯ−ＬＮ)の結晶基板上に光導波路と周期ドメイン反転部を有したものである。
図１４に上記構成の光源の概念的な斜視図を示した。
ＲＧＢ光源を１パッケージにした光源１０７は、Ｒ光源１１５ｒ、Ｂ光源１１５ｂから出射されるレーザビームと、ＬＤ素子からの光波をＳＨＧ素子１１９により緑色波長域に変換して出力するレーザビームとを出射する。
ＲＧＢ光源を１パッケージにした光源１０７は、Ｒ光源１１５ｒ、Ｂ光源１１５ｂから出射されるレーザビームと、ＬＤ素子からの光波をＳＨＧ素子１１９により緑色波長域に変換して出力するレーザビームとを出射する。
各レーザビームの光路先方には、各レーザビームを平行化するためのレンズアレイ１２１が設けられる。このレンズアレイ１２１は、各レーザビームそれぞれを平行化するレンズを３箇所に形成したもので、樹脂等で一体成形される。
これにより、所謂、ＲＧＢのデルタ型の１画素が形成される。
本実施形態によれば、Ｇ光源を安価に構成でき、コストダウンが図られる。
これにより、所謂、ＲＧＢのデルタ型の１画素が形成される。
本実施形態によれば、Ｇ光源を安価に構成でき、コストダウンが図られる。
以上説明した各実施形態の光ビームディスプレイは、例えば小型で携帯が容易なプロジェクタ装置等に応用することができる他、広告媒体や小型の露光装置等、種々の画像形成装置として利用できる。また、十分な光量が得られれば、発光ダイオードによる光を光源として利用することもできる。さらに、本実施形態では３原色としてＲ、Ｇ、Ｂを用いているが、これに限らず、他の色を追加する等の変更も可能である。
１１ｒ Ｒ光源
１１ｇ Ｇ光源
１１ｂ Ｂ光源
１３ 偏向手段
１５ 描画面
１７ 平行化手段
１９ｒ，１９ｇ，１９ｂ レンズ
２１ｒ，２１ｇ，２１ｂ 光軸
２３ ミラー
２５ 偏向駆動部
２７ θｘミラー駆動部
２９ θｙミラー駆動部
３１ 制御部
３３，３５ ガルバノミラー
３７ ポリゴンミラー
３９ プレーナ型電磁アクチュエータ
６７ 光源
６９ｒ Ｒ光源
６９ｇ Ｇ光源
６９ｂ Ｂ光源
７１ ステム
７３ キャップ
７５ｒ，７５ｇ，７５ｂ レンズ
７７ 保護透明板
７９ カラー
８１ 光源
８３ｒ，８３ｇ，８３ｂ レンズ
８５ｒ、８５ｂ ビーム中心
８７ｒ，８７ｇ，８７ｂ 光軸
８９ レンズアレイ
９１ｒ，９１ｇ，９１ｂ レンズ
９３ｒ，９３ｇ，９３ｂ レンズ
９５ 光源
９７ 光ファイバ
９９ 接続部
１００ 光ビームディスプレイ
１０１ 出射ブロック
１０３ｒ，０１３ｇ，１０３ｂ レンズ
１０７ 光源
１０９ ヒートシンク
１１１ 電極層
１１７ ＬＤ素子
１１９ ＳＨＧ素子
１２１ レンズアレイ
１１ｇ Ｇ光源
１１ｂ Ｂ光源
１３ 偏向手段
１５ 描画面
１７ 平行化手段
１９ｒ，１９ｇ，１９ｂ レンズ
２１ｒ，２１ｇ，２１ｂ 光軸
２３ ミラー
２５ 偏向駆動部
２７ θｘミラー駆動部
２９ θｙミラー駆動部
３１ 制御部
３３，３５ ガルバノミラー
３７ ポリゴンミラー
３９ プレーナ型電磁アクチュエータ
６７ 光源
６９ｒ Ｒ光源
６９ｇ Ｇ光源
６９ｂ Ｂ光源
７１ ステム
７３ キャップ
７５ｒ，７５ｇ，７５ｂ レンズ
７７ 保護透明板
７９ カラー
８１ 光源
８３ｒ，８３ｇ，８３ｂ レンズ
８５ｒ、８５ｂ ビーム中心
８７ｒ，８７ｇ，８７ｂ 光軸
８９ レンズアレイ
９１ｒ，９１ｇ，９１ｂ レンズ
９３ｒ，９３ｇ，９３ｂ レンズ
９５ 光源
９７ 光ファイバ
９９ 接続部
１００ 光ビームディスプレイ
１０１ 出射ブロック
１０３ｒ，０１３ｇ，１０３ｂ レンズ
１０７ 光源
１０９ ヒートシンク
１１１ 電極層
１１７ ＬＤ素子
１１９ ＳＨＧ素子
１２１ レンズアレイ
Claims (7)
- それぞれ近接する位置に配置された３原色の各光源からのレーザビームをそれぞれ画像データに基づいて変調し、これらレーザビームを走査して描画面上に画像を表示する光ビーム走査ディスプレイであって、
前記各レーザビームを平行化する平行化手段を備え、該平行化手段により平行化したレーザビームを、該レーザビームの光軸が重ならないように異なる光路を経由させて、前記描画面上で描画像の１画素を形成することを特徴とする光ビーム走査ディスプレイ。 - 前記平行化手段が、前記各レーザビームのそれぞれに対応して設けたレンズを含むことを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査ディスプレイ。
- 前記平行化手段が、前記レンズを該レンズの光軸を前記レーザビームの中心から偏心させて配置したものを含むことを特徴とする請求項２記載の光ビーム走査ディスプレイ。
- 前記３原色の各光源を一つのパッケージの内部に封止したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光ビーム走査ディスプレイ。
- 前記レンズを前記パッケージの内部に封止したことを特徴とする請求項４記載の光ビーム走査ディスプレイ。
- 前記レンズが、複数のレーザビームをそれぞれ平行化するレンズを一体化したレンズアレイであることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項記載の光ビーム走査ディスプレイ。
- 前記各光源からのレーザビームを導入して伝送する光ファイバを備え、
前記平行化手段が、前記光ファイバの光出射端部に設けられ出射ビームを平行化するレンズを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光ビーム走査ディスプレイ。
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|---|---|
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- 2004-12-28 JP JP2004379101A patent/JP2006184663A/ja active Pending
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