相干光源裝置及投影的制造方法
【專利摘要】提供一種相干光源裝置及投影機,避免在將半導體激光或其他激光的相干光投射的情況下不可避免地出現(xiàn)的散斑使投射的光的均勻性劣化的問題的。構成為,具有由相干光源形成的第1光放射區(qū)域;具備:第1光學系統(tǒng),將來自第1光放射區(qū)域的光投影,形成第2光放射區(qū)域;光偏向機構,在第2光放射區(qū)域的附近,將與第2光放射區(qū)域的形成有關的光束偏向;第2光學系統(tǒng),設置在光偏向機構的后級;光混合機構,設置在第2光學系統(tǒng)的后級,用來進行向其入射端入射的光線的角度和位置的成分的混合;第2光學系統(tǒng)在遠方形成與第1光放射區(qū)域共軛的像,并且在入射端形成與第1光學系統(tǒng)的出射光瞳大致共軛的第3光放射區(qū)域;光偏向機構繼續(xù)使將光束偏向的方向連續(xù)地變化的動作。
【專利說明】相干光源裝置及投影機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠在例如投影機等的光學裝置中使用的、使用激光等的相干光源的相干光源裝置。
【背景技術】
[0002]例如在DLP(TM)投影機或液晶投影機那樣的圖像顯示用的投影機或光掩模曝光裝置中,到目前為止使用氙燈或超高壓水銀燈等的高亮度放電燈(HID燈)。在圖15中表示這樣的投影機的一例的原理圖(參考:特開2004 - 252112號等)。
[0003]在圖15所示的投影機中,來自由高亮度放電燈等構成的光源(SjA)的光經(jīng)由由凹面反射鏡或透鏡等構成的聚光機構(省略圖示)被向光均勻化機構(日語:光均一化手段)(FmA)的入射端(PmiA)輸入,從出射端(PmoA)輸出。這里,作為上述光均勻化機構(FmA),例如可以使用光導管。該光導管也以棒狀積分器、光隧道等的名稱稱呼,通過由玻璃或樹脂等的光透射性的材料形成的方柱(棱柱)構成。被輸入到上述入射端(PmiA)的光按照與光纖相同的原理,一邊在上述光均勻化機構(FmA)的側面反復進行全反射,一邊在上述光均勻化機構(FmA)中傳播。由此發(fā)揮功能,以使得即便在輸入到上述入射端(PmiA)的光的分布中有不勻,也使上述出射端(PmoA)上的照度充分地均勻化。
[0004]另外,關于現(xiàn)在所述的光導管,除了上述通過由玻璃或樹脂等的光透射性的材料構形成的方柱構成以外,還有為中空的方筒、其內面為反射鏡、同樣一邊用內面反復反射一邊使光傳播、起到同樣的功能的結構。
[0005]在與上述出射端(PmoA)對置的位置上配置有照明透鏡(EjlA),以將該出射端(PmoA)的四邊形的像成像到2維光振幅調制元件(DmjA)上。由此,通過從上述出射端(PmoA)輸出的光將上述2維光振幅調制元件(DmjA)照明。但是,在圖15中,在上述照明透鏡(EjlA)與上述2維光振幅調制元件(DmjA)之間配置有反射鏡(MjA)。
[0006]并且,上述2維光振幅調制元件(DmjA)依據(jù)影像信號進行調制,以按每個像素將光朝向向投影透鏡(Ej2A)入射的方向、或者朝向不入射的方向。由此,在屏幕(Tj)上顯示圖像。
[0007]另外,上述那樣的2維光振幅調制元件有時也稱作光閥,在圖15所示的光學系統(tǒng)的情況下,作為上述2維光振幅調制元件(DmjA),一般使用DMD (TM)(數(shù)字微反射鏡設備)的情況較多。
[0008]關于光均勻化機構,除了上述光導管以外,也有以蠅眼積分器(復眼式積分器、日語:7 9 ^ ^ 7 >—夕)的名稱稱呼的結構。在圖16中表示使用這樣的光均勻化機構的投影機的一例的原理圖(參考:特開2001 - 142141號等)。
[0009]在圖16所示的投影機中,來自由高亮度放電燈等構成的光源(SjB)的光經(jīng)由由凹面反射鏡或透鏡等構成的準直儀機構(省略圖示),作為大致平行光束被向由蠅眼積分器形成的光均勻化機構(FmB)的入射端(PmiB)輸入,從出射端(PmoB)輸出。這里,上述光均勻化機構(FmB)由入射側的前級蠅眼透鏡(FlB)、射出側的后級蠅眼透鏡(F2B)和照明透鏡(EjlB)的組合構成。上述前級蠅眼透鏡(FlB)、上述后級蠅眼透鏡(F2B)都是形成為將相同焦點距離、相同形狀的四邊形的透鏡在縱橫分別排列許多的結構。
[0010]上述前級蠅眼透鏡(FlB)的各透鏡和處于各自的后級的上述后級蠅眼透鏡(F2B)對應的透鏡,構成稱作柯勒照明(Kohler illuminat1n)的光學系統(tǒng),因而,成為將柯勒照明光學系統(tǒng)縱橫排列多個。通常,柯勒照明光學系統(tǒng)由兩片透鏡構成。在該柯勒照明光學系統(tǒng)中,當前級透鏡將光聚集而將對象面照明時,前級透鏡不是將光源像成像在對象面上,而是將光源像成像在后級透鏡中央的面上。并且,通過將后級透鏡配置為,將前級透鏡的外形的四邊形成像在對象面(想要照明的面)上,從而將對象面均勻地照明。后級透鏡的作用是,防止假如在沒有它的情況下、當光源不是完全的點光源而是具有有限的大小時、依存于其大小而對象面的四邊形的周圍部的照度下降的現(xiàn)象。并且,通過后級透鏡,不論光源的大小如何,都能夠使直到對象面的四邊形的周圍部都為均勻的照度。
[0011]這里,在圖16的光學系統(tǒng)的情況下,由于以向上述光均勻化機構(FmB)輸入大致平行光束為基礎,所以上述前級蠅眼透鏡(FlB)與上述后級蠅眼透鏡(F2B)的間隔以等于它們的焦點距離的方式配置。由此,作為柯勒照明光學系統(tǒng)的均勻照明的對象面的像被無限遠地生成。但是,在上述后級蠅眼透鏡(F2B)的后級配置有上述照明透鏡(EjlB)。因此,對象面被從無限遠向上述照明透鏡(EjlB)的焦點面上拉近??v橫排列了許多的柯勒照明光學系統(tǒng)與入射光軸(ZiB)平行,相對于各自的中心軸大致軸對稱地被輸入光束。因此,輸出光束也是大致軸對稱的,將以相同的角度入射到透鏡面上的光線折射,以使其不論透鏡面上的入射位置如何、都朝向焦點面上的相同的點。通過這樣的透鏡的性質、即透鏡的傅立葉變換作用,將全部的柯勒照明光學系統(tǒng)的輸出成像到上述照明透鏡(EjlB)的焦點面上的相同的對象面上。
[0012]結果,上述前級蠅眼透鏡(FlB)的各透鏡面上的照度分布全部重合。由此,在上述入射光軸(ZiB)上形成相比柯勒照明光學系統(tǒng)為I個的情況下照度分布更均勻的I個合成四邊形的像。
[0013]通過在上述合成四邊形的像的位置上配置2維光振幅調制元件(DmjB),由從上述出射端(PmoB)輸出的光將作為照明對象的上述2維光振幅調制元件(DmjB)照明。但是,在照明時,在上述照明透鏡(EjlB)與上述2維光振幅調制元件(DmjB)之間配置偏振分束器(偏振光束分離器、polarizing beam splitter) (MjB),由此將光朝向上述2維光振幅調制元件(DmjB)反射。
[0014]并且,上述2維光振幅調制元件(DmjB)依據(jù)影像信號,以按每個像素使光的偏振光方向旋轉90度或不使其旋轉的方式進行調制并反射。由此,僅旋轉后的光透過上述偏振分束器(MjB)被向投影透鏡(Ej3B)入射,在屏幕(Tj)上顯示圖像。
[0015]另外,在圖16的光學系統(tǒng)的情況下,作為上述2維光振幅調制元件(DmjA),一般使用LCOS(TM)(硅液晶設備)的情況較多。在這樣的液晶設備的情況下,僅能夠將規(guī)定的偏振光方向的光的成分有效地調制。因此,通常例如在上述后級蠅眼透鏡(F2B)的后級插入偏振光校正功能元件(日語:偏光整列機能素子)(PcB),所述偏振光校正功能元件(PcB)使與規(guī)定的偏振光方向平行的成分原樣透過,而僅使與規(guī)定的偏振光方向垂直的成分的偏振光方向旋轉90度,結果能夠將全部的光有效利用。
[0016]此外,為了使大致平行光向上述2維光振幅調制元件(DmjB)入射,例如在其緊接著之前插入過濾透鏡(Ej2B)。
[0017]另外,作為2維光振幅調制元件,除了圖16中記載那樣的反射型的結構以外,也將透射型的液晶設備(LCD)設為適合于它的光學配置而使用(參考:特開平10 - 133303號坐')
寸/ ο
[0018]可是,在通常的投影機中,為了將圖像進行彩色顯示,進行了以下這樣的精心設計。即,例如在上述光均勻化機構的后級配置色輪等的動態(tài)濾色器,R — G 一 B (紅、綠、藍)的顏色依次作為光束照明上述2維光振幅調制元件,通過分時來實現(xiàn)彩色顯示,或者在上述光均勻化機構的后級配置分色鏡或分色棱鏡,用分色為R — G — B的3原色的光來照明按各色獨立地設置的2維光振幅調制元件,配置用來進行R — G — B的3原色的調制光束的顏色合成的分色鏡或分色棱鏡。但是,在圖15、圖16中,為了避免變復雜而進行了省略。
[0019]但是,上述高亮度放電燈具有從投入功率向光功率的變換效率較低、即發(fā)熱損失較大、或者壽命較短等的缺點。作為克服了這些缺點的代替光源,近年來,LED及半導體激光等的固體光源受到關注。關于其中的LED,與放電燈相比發(fā)熱損失較小,此外是長壽命。但是,在LED中,由于關于放射的光與放電燈同樣沒有指向性,所以在上述投影機或曝光裝置等的僅能夠利用特定的方向的光的用途中,存在有光的利用效率較低的問題。
[0020]另一方面,關于半導體激光,與LED同樣發(fā)熱損失較小、是長壽命,而且指向性較高。因此,有即使在上述投影機或曝光裝置等的僅能夠利用特定的方向的光的用途中,光的利用效率也較高的優(yōu)點。但是,其反面是,存在有在半導體激光中發(fā)生散斑(speckle)的問題。
[0021]這里,所謂散斑,是在將半導體激光或其他激光的光、或者(利用高諧波發(fā)生一光參量效應等那樣的非線性光學現(xiàn)象)將激光進行波長變換等而生成的相干光投射的情況下不可避免地出現(xiàn)的粒狀/斑點狀的圖樣。該散斑在上述投影機那樣的生成觀賞用的影像的用途、或在由感光性材料構成的被膜上將光掩模的圖案(pattern)精密地曝光的用途中,是使畫質顯著劣化的非常棘手的現(xiàn)象。因此,以往以來提出了許多用來改善的設計。
[0022]例如,在專利文獻I中,記載有使蠅眼積分器旋轉、使照射2維光振幅調制元件的光的角度以光軸為旋轉軸旋轉的激光顯示裝置。
[0023]蠅眼積分器如上述那樣,其特征是,通過使前級蠅眼透鏡的各透鏡的外形用后級蠅眼透鏡成像在對象面上并重合,從而得到均勻的照度分布。但是,如在專利文獻I中舉出那樣,如果使蠅眼積分器旋轉,則成像在對象面上的像也同時旋轉。
[0024]上述2維光振幅調制元件匹配于投影的屏幕的大小而是矩形形狀的情況較多。在蠅眼積分器旋轉的情況下,如果調整蠅眼透鏡的外形的像的倍率以使2維光振幅調制元件的整面被均勻地照射,則將2維光振幅調制元件的區(qū)域外照射的光線增加,所以有光利用效率下降的問題。
[0025]在先技術文獻
[0026]專利文獻
[0027]專利文獻1:特許第3975514號公報
【發(fā)明內容】
[0028]發(fā)明所要解決的課題
[0029]本發(fā)明所要解決的課題是提供一種相干光源裝置及投影機,避免在將半導體激光或其他激光的光、或者將激光進行波長變換等而生成的相干光投射的情況下不可避免地出現(xiàn)的散斑使投射的光的均勻性劣化的問題。
[0030]解決課題的技術手段
[0031]本發(fā)明的第I技術方案的相干光源裝置,其特征在于,具有由相干光源(Sc)形成的第I光放射區(qū)域(Gs);該相干光源裝置具備:第I光學系統(tǒng)(Eu),將來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的光投影,形成第2光放射區(qū)域(Gu);光偏向機構(Md),在上述第2光放射區(qū)域(Gu)的附近,將與上述第2光放射區(qū)域(Gu)的形成有關的光束(Bu)偏向;第2光學系統(tǒng)(Ef),設置在上述光偏向機構(Md)的后級;光混合機構(Fm),設置在上述第2光學系統(tǒng)(Ef)的后級,用來進行向其入射端(Pmi)入射的光線的角度和位置的成分的混合;上述第2光學系統(tǒng)(Ef)在遠方形成與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛的像,并且在上述入射端(Pmi)形成與上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的出射光瞳(Quo)大致共軛的第3光放射區(qū)域(Gf);上述光偏向機構(Md)通過繼續(xù)使將上述光束(Bu)偏向的方向連續(xù)地變化的動作,從而使上述第3光放射區(qū)域(Gf)在上述入射端(Pmi)連續(xù)地移動。
[0032]本發(fā)明的第2技術方案的相干光源裝置,其特征在于,上述第2光放射區(qū)域(Gu)與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛。
[0033]本發(fā)明的第3技術方案的相干光源裝置,其特征在于,上述光混合機構(Fm)是蠅眼積分器。
[0034]本發(fā)明的第4技術方案的相干光源裝置,其特征在于,上述第I光放射區(qū)域(Gs)通過被從入射端輸入相干光源(Sc)的光的光纖(Fb)的出射端(Pto)形成。
[0035]本發(fā)明的第5技術方案的投影機,利用上述第I?第4技術方案的相干光源裝置將圖像投影顯示,其特征在于,光均勻化機構兼作為上述光混合機構(Fm)。
[0036]發(fā)明效果
[0037]能夠提供一種相干光源裝置及投影機,避免了在將半導體激光或其他激光的光、或者將激光進行波長變換等而生成的相干光進行投射的情況下不可避免地出現(xiàn)的散斑使投射的光的均勻性劣化的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1表示將本發(fā)明的相干光源裝置簡略化表示的塊圖。
[0039]圖2表示將本發(fā)明的相干光源裝置的一部分簡略化表示的示意圖。
[0040]圖3表不將本發(fā)明的相干光源裝置的一部分簡略化表不的概念圖。
[0041]圖4表不將本發(fā)明的相干光源裝置的一部分簡略化表不的概念圖。
[0042]圖5表不將本發(fā)明的相干光源裝置的一部分簡略化表不的概念圖。
[0043]圖6表不將本發(fā)明的相干光源裝置的一部分簡略化表不的概念圖。
[0044]圖7表不將本發(fā)明的相干光源裝置的實施例的一形態(tài)簡略化表不的圖。
[0045]圖8表示將本發(fā)明的相干光源裝置的實施例的一部分的一形態(tài)簡略化表示的概念圖。
[0046]圖9表不將本發(fā)明的相干光源裝置的實施例的一部分的一形態(tài)簡略化表不的概念圖。
[0047]圖10表示將與本發(fā)明的相干光源裝置關聯(lián)的部件的一形態(tài)簡略化表示的示意圖。
[0048]圖11表示將本發(fā)明的相干光源裝置的實施例的一部分的一形態(tài)簡略化表示的概念圖。
[0049]圖12表不將本發(fā)明的相干光源裝置的實施例的一部分的一形態(tài)簡略化表不的概念圖。
[0050]圖13表示將本發(fā)明的相干光源裝置的實施例的一形態(tài)簡略化表示的圖。
[0051]圖14表示將本發(fā)明的相干光源裝置的實施例的一部分的一形態(tài)簡略化表示的概念圖。
[0052]圖15表示說明有關本發(fā)明的投影機的以往的投影機的一種的一部分的一形態(tài)的原理圖。
[0053]圖16表示說明有關本發(fā)明的投影機的以往的投影機的一種的一部分的一形態(tài)的原理圖。
【具體實施方式】
[0054]在有關本發(fā)明的說明中,關于共軛這一用語,作為幾何光學領域的一般用語,例如說A和B共軛時,是指至少基于近軸理論,通過透鏡等的具有成像功能的光學元件的作用,將A成像到B上,或將B成像到A上。此時,A、B是像,不僅是作為對象而包含孤立的點像,作為對象也包含由多個點像構成的集合、或點像連續(xù)地分布的有擴散的像。
[0055]這里,所謂點像或像點(即像),作為幾何光學領域中的一般用語,包括以下的全部且不區(qū)別:實際上光被從該點放射;光朝向該點會聚地行進,放置屏幕時映照出較亮的點;光看起來朝向該點會聚(但該點處于光學系統(tǒng)的內部,不能放置屏幕);光看起來從該點放射(但該點處于光學系統(tǒng)的內部,不能放置屏幕);此時,忽視成像中的像差或焦點偏離等而發(fā)生模糊、不是理想的點或衍射極限像的現(xiàn)象。
[0056]此外,所謂光放射區(qū)域,是發(fā)光或被照射光的空間或表面,既有包含上述像的情況,同樣也包括以下的全部且不區(qū)別:實際上光被從該區(qū)域放射;光朝向該區(qū)域會聚地行進,放置屏幕時映照出較亮的區(qū)域;光看起來朝向該區(qū)域會聚(但該區(qū)域處于光學系統(tǒng)的內部,不能放置屏幕);光看起來從該區(qū)域放射(但該區(qū)域處于光學系統(tǒng)的內部,不能放置屏幕)。
[0057]進而,所謂放射點,是指構成光放射區(qū)域的像點,或者實質上能夠會聚到衍射極限附近的較小的光放射區(qū)域。
[0058]在相干光源(Sc)是半導體激光的情況下,假如半導體激光是I個,則第I光放射區(qū)域(Gs)只要考慮為單單I個點光源就可以,通常只要將其置于光學系統(tǒng)的光軸上、此外朝向來自半導體激光的發(fā)散光的發(fā)散方向分布的中心光線與光軸一致的方向來配置就可以。但是,在半導體激光有多個、且是在有限的面積內放射點連續(xù)分布的光源的情況下,需要進行考慮到光學系統(tǒng)的入射光瞳及出射光瞳、主光線的設計,以下對這樣的狀況進行說明。
[0059]取一般的照相機透鏡為例,通??讖焦怅@(日語:開口絞V )存在于透鏡的內部,而當從光進入一側觀察透鏡時,將穿過透鏡可看到的孔徑光闌的像稱作入射光瞳;當從光出來一側觀察透鏡時,將穿過透鏡可看到的孔徑光闌的像稱作出射光瞳;將朝向入射光瞳的中心、或者從出射光瞳的中心出來的子午光線稱作主光線。此外,在廣義上,將主光線以外的光線稱作邊緣光線(周邊光線)。
[0060]但是,在處置激光那樣的具有指向性的光的光學系統(tǒng)中,由于不需要通過孔徑光闌將光束切斷,所以不存在孔徑光闌的情況較多,在此情況下,根據(jù)光學系統(tǒng)中的光的存在形態(tài)來定義它們。
[0061]通常,以來自放射點的放射光束中的、光的方向分布的中心光線為主光線,可以認為,入射光瞳處于向光學系統(tǒng)入射的主光線或其延長線與光軸交叉的位置,出射光瞳處于從光學系統(tǒng)射出的主光線或其延長線與光軸交叉的位置。但是,嚴格地講,可以想到也有這樣定義的主光線和光軸,例如因調整誤差而不交叉、不過是處于扭轉的位置的情況。但是,這樣的現(xiàn)象與本質無關,此外即使爭論也沒有意義,所以以下將這樣的現(xiàn)象看作不發(fā)生,或者看作主光線和光軸在最接近的位置交叉。
[0062]此外,著眼于光學系統(tǒng)中的相鄰的兩個部分光學系統(tǒng)A和B,當假設B在A的緊接著之后相鄰時,(與A的輸出像成為B的輸入像同樣)A的出射光瞳成為B的入射光瞳,原本在光學系統(tǒng)中任意定義的部分光學系統(tǒng)的入射光瞳/出射光瞳(如果存在孔徑光闌則全部是其像,即使不存在也)全部應該是共軛的,所以如果不需要特別區(qū)別,則將入射光瞳/出射光瞳簡單稱作光瞳。
[0063]在本發(fā)明的說明及附圖中,將光學系統(tǒng)的光軸稱作z軸,但假如在通過反射鏡而光軸被彎折的情況下,將沿著原來的z軸的光線被反射而行進的方向也稱作z軸,不取新的坐標軸。另外,在圖2等的圖中,作為與z軸垂直的軸,為了方便而表述為X軸及y軸。
[0064]首先,使用作為將本發(fā)明的相干光源裝置簡略化表示的塊圖的圖1及作為將本發(fā)明的相干光源裝置的一部分簡略化表示的概念圖的圖2、圖3,對用來實施本發(fā)明的形態(tài)進行說明。在圖1中,例如在相干光源(Sc)是半導體激光的情況下,在收存于該半導體激光封裝的內部中的半導體芯片的表面上存在的發(fā)散光的放射部,實質上可以作為點光源來處置,可以將其作為第I光放射區(qū)域(Gs)。
[0065]圖2表示上述第I光放射區(qū)域(Gs)由多個或分布的放射點(Ks,Ks’,…)構成的情況下的情形。
[0066]如果著眼于上述放射點(Ks),則如由最外周的邊緣光線(Lmsl,Lms2)表示的那樣,表示形成上述放射點(Ks)的光束分布在由底面(Ci)規(guī)定的圓錐形角度區(qū)域內。與來自該放射點的光束對應的主光線(Lps)定義為該光束分布的中心光線。作為一般結論,上述主光線(LpS,LpS’,…)相對于作為光學系統(tǒng)的光軸的z軸具有角度,因而,可以認為在與光軸交叉的點(Qs)上存在光瞳。另外,在圖3所不那樣的、上述主光線(Lps,Lps’,…)平行于光學系統(tǒng)的光軸的情況下,可以認為光瞳處于無限遠。
[0067]由透鏡等構成的第I光學系統(tǒng)(Eu)配置為,接受來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的光束(Bs)的輸入,作為與上述第I光放射區(qū)域(Gs)對應的投影區(qū)域,在后級的光偏向機構(Md)的偏向點附近形成第2光放射區(qū)域(Gu)。S卩,上述光偏向機構(Md)在處于上述第2光放射區(qū)域(Gu)的附近的偏向點,將與上述第2光放射區(qū)域(Gu)的形成有關的光束(Bu)偏向。
[0068]由透鏡等構成的第2光學系統(tǒng)(Ef)設置為,接受由上述光偏向機構(Md)偏向后的光束(Bd)的輸入,在遠方形成與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛的像,并且在后級的光混合機構(Fm)的入射端(Pmi)的附近形成與上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的出射光瞳(Quo)共軛的第3光放射區(qū)域(Gf)。
[0069]但是,如上述那樣,所謂上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的上述出射光瞳(Quo)與上述第3光放射區(qū)域(Gf)共軛是指,作為以經(jīng)由上述光偏向機構(Md)輸入的上述出射光瞳(Quo)的像為輸入像的上述第2光學系統(tǒng)(Ef)的成像功能產(chǎn)生的輸出像,形成上述第3光放射區(qū)域(Gf)。
[0070]并且,上述光混合機構(Fm)被從上述入射端(Pmi)輸入來自上述第2光學系統(tǒng)(Ef)的光束(Bf),在上述光混合機構(Fm)的內部進行入射光線的角度和位置的成分的混合,從其出射端(Pmo)輸出光束(Bmo)。
[0071]在輸出的上述光束(Bmo)中,通過入射光線的角度和位置的成分的混合而產(chǎn)生多重的干涉,結果帶來其被投射的被照明面的散斑的粒狀/斑點狀的圖樣變細而變得難以辨識的性質。
[0072]上述光偏向機構(Md)通過繼續(xù)使將上述光束(Bu)偏向的方向連續(xù)變化的動作,上述入射端(Pmi)上的上述第3光放射區(qū)域(Gf)的位置、即對上述入射端(Pmi)的入射光線的位置連續(xù)地變化。因此,在從上述光混合機構(Fm)的上述出射端(Pmo)射出的上述光束(Bmo)中,由于散斑總是移動,所以如果在與其移動速度相稱的適當?shù)钠陂g內進行平均,則與上述散斑的粒狀/斑點狀的圖樣變細而變得難以辨識的效果疊加,散斑看起來消失了。
[0073]作為在上述入射端(Pmi)上形成的上述第3光放射區(qū)域(Gf)而設為與上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的上述出射光瞳(Quo)共軛的區(qū)域的理由為,由于在上述出射光瞳(Quo)中主光線集中在區(qū)域的中心,所以作為從上述第I光學系統(tǒng)(Eu)輸出的全部的光穿過的區(qū)域,上述出射光瞳(Quo)為緊湊的區(qū)域,由此,上述第3光放射區(qū)域(Gf)也通過設為與上述出射光瞳(Quo)共軛的區(qū)域而變得緊湊。現(xiàn)在,如果考慮上述光混合機構(Fm)的上述入射端(Pmi)是給定的大小的情況,則如果上述第3光放射區(qū)域(Gf)變緊湊,則能夠使上述入射端(Pmi)處的上述第3光放射區(qū)域(Gf)的位置的相對的變化量變大。由此可知,能夠使從上述光混合機構(Fm)的上述出射端(Pmo)射出的上述光束(Bmo)中的光的角度和位置的成分的混合變強,能夠使散斑更難以辨識。或者反言之,如果決定了需要的光的角度和位置的成分的混合的強度,則上述第3光放射區(qū)域(Gf)越緊湊,能夠使上述入射端(Pmi)的大小越小。由此,能夠使上述光混合機構(Fm)小型化。
[0074]另外,如果對上述第3光放射區(qū)域(Gf)與上述出射光瞳(Quo)共軛的正確性進行補充,則以上述光混合機構(Fm)的上述入射端(Pmi)為基準,即使與上述出射光瞳(Quo)共軛的區(qū)域被形成的位置比其向前方或后方稍稍偏差,也只要不發(fā)生起因于由此帶來的上述第3光放射區(qū)域(Gf)的擴大的、上述入射端(Pmi)的伸出,或者即使發(fā)生伸出、只要由此帶來的光的利用效率的下降是容許限度內,就沒有問題。
[0075]另外,在圖1中,為了方便,將上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的上述出射光瞳(Quo)描繪為處于比上述第I光學系統(tǒng)(Eu)靠后方,但例如也可以是,它是虛像,幾何光學的位置形成在上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的內部、或比上述第I光學系統(tǒng)(Eu)靠前方。
[0076]此外,在圖1中,將上述出射光瞳(Quo)描繪為處于比上述第2光放射區(qū)域(Gu)靠前方,但也可以形成在后方。
[0077]此外,上述第I光學系統(tǒng)(Eu)優(yōu)選的是構成為,形成在上述光偏向機構(Md)的偏向點附近的上述第2光放射區(qū)域(Gu)與上述第I光放射區(qū)域(Gs)為共軛。
[0078]其理由之I是因為,作為向上述第I光學系統(tǒng)(Eu)輸入的全部的光穿過的區(qū)域,上述第I光放射區(qū)域(Gs)為緊湊的區(qū)域,由此,上述第2光放射區(qū)域(Gu)也通過設為與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛的區(qū)域而變緊湊。通過這樣,能夠使為了將上述光束(Bu)偏向而需要的上述光偏向機構(Md)的大小也變緊湊。
[0079]另外,之前敘述了上述出射光瞳(Quo)是緊湊的區(qū)域,但不能使用該出射光瞳(Quo)作為上述第2光放射區(qū)域(Gu)。
[0080]其理由是因為,如上述那樣,上述第2光學系統(tǒng)(Ef)由于設置為,在上述光混合機構(Fm)的上述入射端(Pmi)的附近形成與上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的上述出射光瞳(Quo)共軛的上述第3光放射區(qū)域(Gf),所以假如將上述出射光瞳(Quo)作為上述第2光放射區(qū)域(Gu)配置在上述光偏向機構(Md)的偏向點附近,則即使上述光偏向機構(Md)使將上述光束(Bu)偏向的方向變化,上述入射端(Pmi)處的上述第3光放射區(qū)域(Gf)的位置也不會變化。
[0081]理由之2是因為,由于上述第2光放射區(qū)域(Gu)與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛,所以上述第2光學系統(tǒng)(Ef)形成的遠方的像也與上述第2光放射區(qū)域(Gu)共軛,但由于該第2光放射區(qū)域(Gu)配置在上述光偏向機構(Md)的附近,所以通過上述光偏向機構(Md)的偏向動作,該第2光放射區(qū)域(Gu)也保持大致不動狀態(tài),由此,上述第2光學系統(tǒng)(Ef)形成的遠方的像也保持大致不動狀態(tài)。
[0082]該性質如后述那樣,可以用于在維持上述光混合機構(Fm)的光利用效率較高的狀態(tài)的同時使相干光源裝置動作。
[0083]作為上述光混合機構(Fm),只要是當將光對其入射時,進行入射光線的角度和位置的成分的混合而射出的結構,可以使用各種各樣的結構。作為特別簡單的結構,可以使用將光關入到規(guī)定空間中、一邊使光多重反射一邊導波的光導管。
[0084]該光導管如前面關于圖15敘述那樣,也以棒狀積分器(日語:口〃 FM > f 7 >一夕)、光隧道(light tunnel)等的名稱稱呼,通過由玻璃或樹脂等的光透射性的材料形成的方柱構成。輸入到上述入射端(Pmi)中的光依據(jù)與光纖相同的原理,一邊在上述光混合機構(Fm)的側面反復全反射,一邊在上述光混合機構(Fm)中傳播,由此進行入射光線的角度和位置的成分的混合。
[0085]此外,如上述那樣,關于現(xiàn)在所述的光導管,除了上述通過由玻璃或樹脂等的光透射性的材料形成的方柱構成的結構以外,還可以使用是中空的方筒、其內面為反射鏡、同樣一邊用內面反復進行反射一邊使光傳播、起到同樣的功能的結構。
[0086]另外,這樣通過將光關入到規(guī)定空間中一邊使光多重反射一邊導波、來進行入射光線的角度和位置的成分的混合的理由是因為,如果遍及上述光混合機構(Fm)的全長地反復進行多重反射而進行光傳播,則即使從上述出射端(Pmo)窺探觀察,依據(jù)萬花筒的原理,也應當能夠看到非常多數(shù)量的波源,因而,與來自非常多數(shù)量的波源的光到達上述出射端(Pmo)而射出來的狀態(tài)等價。
[0087]此外,作為上述光混合機構(Fm),還可以使用與前面關于圖16敘述者同樣的蠅眼積分器。通過使用蠅眼積分器進行入射光線的角度和位置的成分的混合的理由是因為,如上述那樣,在蠅眼積分器中,由于縱橫排列在入射側的蠅眼透鏡上的各個透鏡外形的四邊形的像全部被重合為I個,所以呈現(xiàn)萬花筒那樣的狀態(tài),成為來自非常多數(shù)量的波源的光同時到達照明對象。
[0088]圖4描繪了使用蠅眼積分器作為本發(fā)明的相干光源裝置的光混合機構(Fm)時的情形。
[0089]與前面對圖16說明的同樣,在蠅眼積分器中,縱橫排列在入射側的前級蠅眼透鏡(Fml)上的各個透鏡外形的矩形的像,通過射出側的后級蠅眼透鏡(Fm2)及照明透鏡(Fmc)而形成作為I個合成四邊形的像的照明區(qū)域(Gk)。
[0090]在圖4中上述第3光放射區(qū)域(Gf)處于區(qū)域(Gf’)的位置時,形成它的光束(Bf’)照射上述前級蠅眼透鏡(Fml)的一部分,生成部分的光束群(Bg’),形成照明區(qū)域(Gk)。
[0091]此外,通過上述光偏向機構(Md)使將上述光束(Bu)偏向的方向連續(xù)地變化,如虛線所示,如果上述第3光放射區(qū)域(Gf)來到區(qū)域(Gf”)的位置,則形成它的光束(Bf”)照射上述前級蠅眼透鏡(Fml)的另一部分,生成與上述部分的光束群(Bg’ )不同的部分的光束群(Bg”),同樣地形成上述照明區(qū)域(Gk)。
[0092]這樣,在上述照明區(qū)域(Gk)的形成時,通過上述光偏向機構(Md)的動作使上述前級蠅眼透鏡(Fml)使用的部分連續(xù)地變化,從而使形成上述照明區(qū)域(Gk)時的光線的角度連續(xù)地變化。因此,散斑成為總是移動,如果在與其移動速度相稱的適當?shù)钠陂g內平均,則上述散斑的粒狀/斑點狀的圖樣變細,變得難以辨識。
[0093]另外,為了能夠更容易理解前面對圖16說明的蠅眼積分器的動作原理,優(yōu)選的是,第2光學系統(tǒng)(Ef)形成的與上述第2光放射區(qū)域(Gu)共軛的遠方像在理想上是無限遠的像。
[0094]此外,同樣為了能夠更容易理解蠅眼積分器的動作原理,優(yōu)選的是,在通過上述光偏向機構(Md)的動作而連續(xù)變化的上述第3光放射區(qū)域(Gf)的全部位置,上述光束(Bf’)中所包含的來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的中心像點的主光線(Lpf’)、上述光束(Bf”)中所包含的來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的中心像點的主光線(Lpf”)等,在形成上述第3光放射區(qū)域(Gf)的上述光束(Bf)中所包含的來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的中心像點的主光線,針對蠅眼積分器即上述光混合機構(Fm)相對于其軸即z軸盡可能維持平行。
[0095]如果上述第2光學系統(tǒng)(Ef)形成的與上述第2光放射區(qū)域(Gu)共軛的像的從無限遠的背離、或者在上述光束(Bf)中所包含的來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的中心像點的主光線從相對于上述光混合機構(Fm)的軸的平行開始的背離變大,則不能貢獻于上述照明區(qū)域(Gk)的形成的光線增加,即光的利用效率下降,所以只要將這些背離的程度抑制在能夠容許的光的利用效率的下降的限度內就可以。
[0096]另外,這里著眼于上述第I光放射區(qū)域(Gs)的中心像點的理由是因為,將與上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的上述出射光瞳(Quo)共軛的上述第3光放射區(qū)域(Gf)形成在處于有限距離(不是無限遠)的上述光混合機構(Fm)的上述入射端(Pmi)的附近,它相當于上述第2光學系統(tǒng)(Ef)的出射光瞳,因此不能使全部的主光線成為平行,所以通過決定某個代表性的像點、使其與z軸平行,從而希望將從理想的平行的不滿足在整體上抑制為較小。作為用于此的代表性的像點,是著眼于上述的上述第I光放射區(qū)域(Gs)的中心像點,不需要是嚴格意義下的中心。
[0097]如后述的圖11(b)所記載的第I光放射區(qū)域(Gs)那樣,在中心不存在放射點的情況下,也可以由虛擬的像點代表,或者也可以著眼于實際存在于中心附近的放射點(Ks,Ks’,…)的一個。
[0098]使用作為將本發(fā)明的相干光源裝置的一部分簡略化表示的概念圖的圖5、圖6,對用來實施本發(fā)明的形態(tài)進行說明。
[0099]如上述那樣,在相干光源(Sc)例如是半導體激光的情況下,對將存在于半導體芯片的表面上的發(fā)散光的放射部作為第I光放射區(qū)域(Gs)進行了敘述,還對在使用多個半導體激光的情況下優(yōu)選的本發(fā)明的形態(tài)進行了敘述。
[0100]不僅是這樣的實際產(chǎn)生光的I次光源,也可以將傳送來自I次光源的光、或投影來自I次光源的光等而放射光的2次光源作為上述第I光放射區(qū)域(Gs)。
[0101]作為其一例,可以通過在被從入射端輸入相干光源(Sc)的光的光纖(Fb)的出射端(Pto)形成上述第I光放射區(qū)域(Gs),如圖5所示,光纖的出射端側的芯整體為上述第I光放射區(qū)域(Gs)。
[0102]此時,即使光纖是I根,通常也不能將其作為點光源處置,應當考慮上述第I光放射區(qū)域(Gs)是放射點連續(xù)地分布在有限的面積內的光放射區(qū)域。即,在作為光纖的芯的出射端(Pto),大致均勻地連續(xù)分布著放射點(Ks,Ks’,…),從上述放射點(Ks,Ks’,…)分別以根據(jù)光纖的構造而既定的、邊緣光線分布存在的圓錐形角度區(qū)域的頂角將光放射。
[0103]此時,主光線(LpS,LpS’,…)由于與光纖的軸平行,所以只要使該軸與作為光學系統(tǒng)的光軸的z軸一致就可以,成為與前面使用圖3說明者相同的狀況。
[0104]如圖6所不,在使用多根光纖(Fb, Fb’,…)的情況下,只要配置為使全部光纖的軸與作為光學系統(tǒng)的光軸的z軸平行、此外全部的上述光纖(Fb,F(xiàn)b’,…)的出射端(Pto,Pto’,…)位于一個平面上就可以。在此情況下,上述出射端(Pto,Pto’,…)的全體形成的區(qū)域作為第I光放射區(qū)域(Gs)發(fā)揮功能。
[0105]另外,圖5、圖6是僅描繪光纖的芯的圖,省略了包層(clad)、(特別是多根光纖的情況下)用來將出射端(Pto,Pto’,…)保持在規(guī)定的位置的構造物、以及線纜包覆物等。
[0106]作為在本發(fā)明的相干光源裝置中使用光纖的優(yōu)點,除了通過將光的發(fā)生部位與利用部位分離并用柔韌的線纜連結、在應用裝置的配置中自由度增加、故障時的修理及零件更換變容易等這些點以外,還可以舉出光纖自身具有作為光混合機構的功能這一點。即,做成通過穿過光纖將半導體激光等的原本不含有散斑的I次光源的光變換為具有較細的散斑的2次光源后、再穿過上述光混合機構(Fm)的構造,能夠提高散斑的粒狀/斑點狀的圖樣變細而變得難以辨識的效果。
[0107]如上述那樣,在利用以往的高亮度放電燈等某種光源將圖像投影顯示的投影機中,光導管及蠅眼積分器等的光均勻化機構是必不可少的構成要素。該光均勻化機構如上述那樣,為了避免因散斑而投射的光的均勻性劣化的問題,也能夠也作為是本發(fā)明的構成要素的上述光混合機構(Fm)來發(fā)揮功能。因而,在利用本發(fā)明的相干光源裝置作為光源來實現(xiàn)將圖像投影顯示的投影機時,通過構成為使光均勻化機構兼作為上述光混合機構(Fm),能夠實現(xiàn)成本降低。
[0108]如上述那樣,在以往的投影機中,為了將圖像進行彩色顯示,例如在上述光均勻化機構的前級配置色輪等的動態(tài)濾色器,R — G - B(紅、綠、藍)的顏色依次作為光束照明上述2維光振幅調制元件,通過分時而實現(xiàn)彩色顯示,或者在上述光均勻化機構的后級配置分色鏡或分色棱鏡,用顏色分解為R — G — B的3原色的光將各色獨立地設置的2維光振幅調制元件照明,配置用來進行R — G — B的3原色的調制光束的顏色合成的分色鏡或分色棱鏡。
[0109]在本發(fā)明的投影機中,也需要必要的種類的色相的光源。例如使用R — G — B的3原色的相干光源,形成將它們顏色合成后的白色的第I光放射區(qū)域(Gs),如上述那樣經(jīng)過第I光學系統(tǒng)(Eu)、光偏向機構(Md)、第2光學系統(tǒng)(Ef),使白色光向作為光均勻化機構的光混合機構(Fm)入射。并且,與以往的投影機同樣,可以在比上述光混合機構(Fm)靠后級,進行通過動態(tài)濾色器的分時處理、或進行顏色分解和顏色合成。
[0110]另外,在圖6所記載那樣的使用上述光纖的結構的情況下,在顏色合成的第I光放射區(qū)域(Gs)的形成時,通過將在入射端被入射了不同顏色的光的光纖的出射端(Pto,Pto’,…)聚束,能夠使上述第I光放射區(qū)域(Gs)成為由多個顏色的部分構成的?;蛘?,也可以按照每個顏色形成單色的第I光放射區(qū)域(Gs),通過將它們使用分色鏡等的顏色合成機構重合并向第I光學系統(tǒng)(Eu)傳送光,結果形成顏色合成的上述第I光放射區(qū)域(Gs)。另外,如果從上述第I光學系統(tǒng)(Eu)側觀察上述顏色合成機構側,則可看到具有多個顏色的I個第I光放射區(qū)域(Gs),在光學領域中,指示該狀態(tài)而看作形成了顏色合成的第I光放射區(qū)域(Gs) ο
[0111]或者,也可以按照每個顏色獨立地進行第I光放射區(qū)域(Gs)的形成、經(jīng)過第I光學系統(tǒng)(Eu)、光偏向機構(Md)、第2光學系統(tǒng)(Ef)、以及作為光均勻化機構的光混合機構(Fm)將2維光振幅調制元件照明而生成單色圖像,將其進行顏色合成。
[0112]或者也可以是,例如以R-G-B的順序,通過以分時驅動相干光源,形成顏色依次的第I光放射區(qū)域(Gs),通過經(jīng)過第I光學系統(tǒng)(Eu)、光偏向機構(Md)、第2光學系統(tǒng)(Ef)、以及作為光均勻化機構的光混合機構(Fm)將2維光振幅調制元件照明,以顏色依次生成彩色圖像。
[0113]以下,使用表示更具體的結構的圖對用來實施本發(fā)明的形態(tài)進行說明。
[0114]首先,對圖7所記載的相干光源裝置進行說明。將在以I個或多個半導體激光為光源的半導體激光光源單元(Ls)的半導體芯片的表面上存在的發(fā)散光的放射部作為第I光放射區(qū)域(Gs)。
[0115]由將其變換為無限遠的像的準直儀透鏡(collimator lens) (Es)及成像透鏡(Eul)構成的第I光學系統(tǒng)(Eu)作為對于上述第I光放射區(qū)域(Gs)的共軛的像,使第2光放射區(qū)域(Gu)成像在偏向用反射鏡(Mdm)之上。
[0116]另外,在上述半導體激光光源單元(Ls)以多個半導體激光為光源的結構的情況下,這里以來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的全部主光線與光軸平行的情況為基礎,但即使是不平行的情況,通過控制光軸上的像平面的位置、光瞳位置而設計,也能夠實現(xiàn)同樣功能的光學系統(tǒng)。
[0117]在現(xiàn)在所述的來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的全部主光線與光軸平行的情況下,由于上述準直儀透鏡(Es)的出射光瞳(Qu)形成在上述準直儀透鏡(Es)的輸出側焦點處,所以上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的出射光瞳(Quo)作為由與上述準直儀透鏡(Es)的上述出射光瞳(Qu)對應的上述成像透鏡(Eul)帶來的像而形成。
[0118]如上述那樣,由于向上述成像透鏡(Eul)的上述第I光放射區(qū)域(Gs)輸入像是無限遠,所以其輸出像即上述第2光放射區(qū)域(Gu)形成在上述成像透鏡(Eul)的輸出側焦點面上。
[0119]這里,假設上述準直儀透鏡(Es)的出射光瞳(Qu)配置在比上述成像透鏡(Eul)的輸出側焦點面更接近于上述成像透鏡(Eul)的位置,因而,設想上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的上述出射光瞳(Quo)作為上述成像透鏡(Eul)的虛像形成在上述成像透鏡(Eul)的后方的情況。
[0120]上述偏向用反射鏡(Mdm)例如是圓形,安裝在反射鏡旋轉馬達(Mdd)的旋轉軸上而使其旋轉,但以上述偏向用反射鏡(Mdm)的反射面的法線矢量相對于旋轉軸傾斜規(guī)定角度的方式安裝。
[0121]通過做成這樣的構造,隨著上述反射鏡旋轉馬達(Mdd)的旋轉,上述法線矢量的軌跡描繪圓錐面而擺動,所以上述偏向用反射鏡(Mdm)成為旋轉擺動反射鏡,作為光偏向機構(Md)發(fā)揮功能。
[0122]由上述光偏向機構(Md)偏向后的光束(Bd)被向由準直儀透鏡(Efl)構成的第2光學系統(tǒng)(Ef)入射。該第2光學系統(tǒng)(Ef)作為對于上述偏向用反射鏡(Mdm)上的上述第2光放射區(qū)域(Gu)的共軛的像而形成無限遠的輸出像,并且作為與上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的上述出射光瞳(Quo)共軛的像,在設在上述第2光學系統(tǒng)(Ef)的后級的由蠅眼積分器構成的光混合機構(Fm)的入射端(Pmi)成像第3光放射區(qū)域(Gf)。
[0123]另外,在現(xiàn)在的情況下,由于構成為,上述第2光放射區(qū)域(Gu)與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛,所以為了上述第2光學系統(tǒng)(Ef)形成無限遠的輸出像,只要配置為使上述第2光學系統(tǒng)(Ef)的輸入側焦點與上述第2光放射區(qū)域(Gu) —致就可以。
[0124]此時,由于該第2光放射區(qū)域(Gu)處于上述偏向用反射鏡(Mdm)上,所以通過上述光偏向機構(Md)的偏向動作,也保持為大致不動狀態(tài)。因此,上述第2光學系統(tǒng)(Ef)形成的無限遠的輸出像的位置、即相對于z軸的角度也被保持為大致一定。
[0125]因而可以理解,如果將光學系統(tǒng)最初適當?shù)卣{整,則能夠實現(xiàn)在前面關聯(lián)圖4敘述的通過上述光偏向機構(Md)的動作連續(xù)地變化的上述第3光放射區(qū)域(Gf)的全部的位置,來自在形成上述第3光放射區(qū)域(Gf)的上述光束(Bf)中所包含的上述第I光放射區(qū)域(Gs)的中心像點的主光線能夠相對于z軸維持平行的光學系統(tǒng)。
[0126]圖8是將由蠅眼積分器構成的上述光混合機構(Fm)從正面觀察的概念圖。在該光混合機構(Fm)中,前面關于圖16說明的柯勒照明前級透鏡(Lkl,Lk2,…)縱橫地排列有多個。
[0127]描繪了在上述光偏向機構(Md)中使用上述旋轉擺動反射鏡的情況下、在上述光混合機構(Fm)的上述入射端(Pmi)處形成的上述第3光放射區(qū)域(Gf)隨著由上述光偏向機構(Md)帶來的偏向方向的變化而變位的情形。上述第3光放射區(qū)域(Gf)的中心以描繪圓形的軌跡(Cg)的方式移動。
[0128]此外,區(qū)域(Gf’)和區(qū)域(Gf ”)對應于前面關于圖4說明的賦予了相同的標號的區(qū)域而描繪。
[0129]前面關于上述半導體激光光源單元(Ls),言及了包括多個半導體激光的結構,對其實現(xiàn)簡單地敘述。
[0130]將在藍寶石(sapphire)等的有窗的金屬殼體中收存有具有I個放射點的半導體激光的分立型的半導體激光光源(Ds,Ds’,...)如圖9所示那樣排列需要的個數(shù),分別附帶準直儀透鏡(Ec,Ec’,…)而配置。由此,將來自各半導體激光的發(fā)散光變換為平行束即無限遠像點,使用束合成反射鏡(MD,MD’,…)形成具有希望的束及間隔的束列(Ba)后,通過對應于束的根數(shù)排列配置的發(fā)散透鏡(Ex,Ex’,…)變換為有限距離的放射點(Ks,Ks’,…)。結果,來自該放射點(Ks,Ks’,…)的主光線(LpS,LpS’,…)相互成為大致平行,所以能夠實現(xiàn)前面在圖3中表示并說明的狀況。
[0131]由此,圖9的放射點(Ks,Ks’,...)優(yōu)選的是作為圖7所記載的上述半導體激光光源單元(Ls)使用。
[0132]在本發(fā)明的相干光源裝置中,除了上述分立型的半導體激光光源以外,還可以采用圖10(a)中表示概念圖那樣的半導體激光陣列設備(LDA)。在該半導體激光陣列設備(LDA)的端面上半導體激光活性區(qū)域(As,As’,…)排列為一列,從各自的上述半導體激光活性區(qū)域(As,As’,…)放射發(fā)散光。其特征在于,不論是分立型還是陣列型,端面發(fā)光型的半導體激光的放射光束的發(fā)散角因衍射現(xiàn)象的影響而變大,此外,與(半導體激光的半導體芯片的)基板面垂直的方向的發(fā)散角如邊緣光線(LmslA,Lms2A)所示那樣特別地大,即,表示放射角度域的錐體的底面(CiA)不是圓而為顯著的橢圓。
[0133]為了將該放射光束變換為平行束而使用準直儀透鏡,但需要匹配于與發(fā)散角較大的基板面垂直的方向的成分而使用焦點距離較短的準直儀透鏡。即使使用這樣的準直儀透鏡,在分立型的半導體激光的情況下,如果不喜歡束變?yōu)楸馄?,則沒有大的問題。但是,在陣列型的半導體激光的情況下,如果要將上述半導體激光活性區(qū)域(As,As’,...)的全部的放射光束用I個準直儀透鏡變換為平行束,則因為焦點距離較短,所以發(fā)生上述半導體激光活性區(qū)域(As,As’,…)各自的主光線相互具有較大的角度的問題。
[0134]因此,可以使用在圖10(b)中表示概念圖那樣的放射角度修正透鏡陣列(Ey)。該放射角度修正透鏡陣列(Ey)對于來自上述半導體激光活性區(qū)域(As,As’,…)的放射光束分別單獨地進行準直(collimat1n)。為了解決與上述基板面垂直的方向的發(fā)散角較大的問題,上述放射角度修正透鏡陣列(Ey)的各折射面不是球面,而成型為在與垂直于基板面的方向平行的方向上曲率半徑不同的例如復曲面(toric surface)。由此,如邊緣光線(Lmsl,Lms2)那樣,使與基板面平行的方向的發(fā)散角減小,并且進而將與基板面垂直的方向的發(fā)散角減小,理想的是,使與基板面平行及垂直的方向的發(fā)散角成為相同程度。
[0135]由于來自各個半導體激光活性區(qū)域(As,As’,…)的主光線(Lps)相互平行,所以束列是緊湊的。圖10所記載的帶有上述放射角度修正透鏡陣列(Ey)的上述半導體激光陣列設備(LDA)優(yōu)選的是作為圖7或上述半導體激光光源單元(Ls)使用。
[0136]另外,代替實現(xiàn)復曲面(toric surface),準備在垂直于基板面的方向上具有曲率、且對于上述半導體激光活性區(qū)域(As,As’,…)共通的柱狀透鏡,以及在與基板面平行的方向上具有曲率、且對于上述半導體激光活性區(qū)域(As,As’,...)分別不同的柱狀透鏡的排列,通過其組合也能夠實現(xiàn)與上述放射角度修正透鏡陣列(Ey)同樣的功能。
[0137]此外,在圖11(a)中表示同時使用兩個帶有上述放射角度修正透鏡陣列(Ey)的半導體激光陣列設備(LDA)的情況下的結構例。
[0138]將來自半導體激光陣列設備(LDA,LDA’ )的束列使用束合成反射鏡(MA,MA’ )合成為一束的束。此時,來自上述半導體激光陣列設備(LDA)各自的主光線(LpS,LpS’,…)優(yōu)選的是配置為全部平行。
[0139]上述半導體激光陣列設備(LDA,LDA’ )優(yōu)選的是作為圖7所記載的上述半導體激光光源單元(Ls)使用,但它形成的第I光放射區(qū)域(Gs)的狀況為圖11(b)所示那樣。上述半導體激光陣列設備(LDA,LDA’)的各自的半導體激光活性區(qū)域形成放射點(Ks,Ks’,…),但通過上述第2光學系統(tǒng)(Ef)在遠方或無限遠形成對于這些放射點(Ks,Ks’,…)所形成的第I光放射區(qū)域(Gs)的形狀相似的形狀的共軛像。
[0140]這里,上述光束(Bf)形成在遠方或無限遠的像,總之對應于在上述光束(Bf)中所包含的光線的方向角度分布。
[0141]被向上述光混合機構(Fm)的上述入射端(Pmi)輸入的光線中的、有效地在內部中傳播并能夠貢獻于上述照明區(qū)域(Gk)的形成的容許角度的范圍不是均等的,在圖8所記載的X軸方向和y軸方向上不同。具體的各方向上的容許角度的范圍、即立體的容許角度的范圍依存于光混合機構(Fm)的各自的設計。
[0142]因此,優(yōu)點在于,以適合于使用的光混合機構(Fm)的立體的容許角度的范圍的方式,使上述第I光放射區(qū)域(Gs)的放射點(Ks,Ks’,…)配置或分布。
[0143]另外,如果補充,則在由圖8所記載的蠅眼積分器帶來的上述光混合機構(Fm)的情況下,上述立體的容許角度的范圍大致與上述柯勒照明前級透鏡(Lkl,Lk2,…)的I個形狀相似。
[0144]但是,在包含有圖16所說明的偏振光校正功能元件(PcB)的情況下,有上述立體的容許角度的范圍被進一步限定的情況。
[0145]對應于圖11(a)及(b),在圖12(a)及(b)中,再表示通過3個半導體激光陣列設備(LDA,LDA’,LDA”)構成上述半導體激光光源單元(Ls)的例子。如果考慮來自上述半導體激光陣列設備(LDA,LDA’,LDA")的束的粗細及擴散角而配置,以使束合成反射鏡(MA,MA’)即便是部分也不將束遮蔽,則能夠按照圖12及前面的圖9所示的構成方法,使用更多個半導體激光陣列設備(LDA,LDA’,LDA”)。
[0146]另外,圖12的結構在使用上述R — G — B的3原色的相干光源形成將它們進行顏色合成的白色的第I光放射區(qū)域(Gs)的情況下、以及在通過基于該結構以R — G — B的順序以分時驅動相干光源而形成顏色依次的第I光放射區(qū)域(Gs)的情況下是優(yōu)選的,只要使上述半導體激光陣列設備(LDA,LDA,,LDA")分別對應于R — G — B各色而配置就可以。
[0147]按照每個上述顏色形成單色的第I光放射區(qū)域(Gs),通過將它們使用分色鏡等的顏色合成機構進行重合而向第I光學系統(tǒng)(Eu)送光,結果對于形成顏色合成后的上述第I光放射區(qū)域(Gs)的情況下的結構使用圖13進行說明。該圖的光學系統(tǒng)相對于前面關于圖7說明的結構,變更了比第I光學系統(tǒng)(Eu)的成像透鏡(Eul)靠前的部分。
[0148]構成為,將在R — G — B各色的半導體激光光源單元(LsR,LsG, LsB)的半導體芯片的表面上存在的發(fā)散光的放射部作為第I光放射區(qū)域(GsR,GsG, GsB),對用準直儀透鏡(EsR, EsG, EsB)將它們變換為無限遠的像后的光束使用反射鏡(HuR)及分色鏡(HuG,HuB)進行顏色合成,向成像透鏡(Eul)輸入。
[0149]上述成像透鏡(Eul)及比其靠后級的光學系統(tǒng)的作用與圖7所記載的是同樣的。但是,對于作為第I光學系統(tǒng)(Eu)的出射光瞳的、按照每個R — G-B的各色形成的上述成像透鏡(Eul)的出射光瞳(QuR,QuG,QuB),作為與它們共軛的像,使第3光放射區(qū)域(Gf)成像在由蠅眼積分器構成的光混合機構(Fm)的入射端(Pmi)。
[0150]在到此為止的說明中,關于圖7及圖13所記載的相干光源裝置中的第I光放射區(qū)域(Gs)及第I光放射區(qū)域(GsR,GsG, GsB),能夠由半導體激光光源單元形成,但可以將它們替換為圖5或圖6所記載的、由被從入射端輸入相干光源(Sc)的光的光纖(Fb)的出射端(Pto)形成的第I光放射區(qū)域(Gs)。
[0151]在本說明書中,作為上述光混合機構(Fm)而舉出了光導管和蠅眼積分器,但只要是能夠如上述那樣進行入射光線的角度和位置的成分的混合的元件,也可以是其他的機構。此時,為了不使光利用效率下降,選擇光線相對于光軸的角度不增加的元件是有利的。例如,利用擴散的機構雖然散斑的粒狀/斑點狀的圖樣變細而變得難以辨識的作用較強,但使光線的角度分布向角度較大一側變動(移動、shift)的性質也較強,所以在使用時需要注意。
[0152]此外,關于光導管,不僅是上述那樣的單純的四方柱形狀的結構,例如可以做成與z軸即光軸垂直的截面的四邊形隨著在軸上向前方移動而旋轉那樣的將四方柱繞軸扭轉的形狀,或者做成出射端(Pmo)是四邊形、而入射端(Pmi)是其他形狀(例如圓形)、與光軸垂直的截面的四邊形隨著在軸上向前方移動而例如從圓形經(jīng)過邊數(shù)較大的多邊形最終成為四邊形等使形狀連續(xù)變化的形狀,使混合變強而提高干涉性,來提高散斑的粒狀/斑點狀的圖樣變細而變得難以辨識的作用。但是,隨著在軸上向前方移動而垂直于光軸的截面的截面積減小的形狀,由于隨著光向前方傳播,按每個側面上的反射的度與軸的角度增加,使光線的角度分布向角度較大側變動,所以需要注意。
[0153]在上述實施例中,舉出了作為上述光偏向機構(Md)而使用由上述偏向用反射鏡(Mdm)和上述反射鏡旋轉馬達(Mdd)構成的旋轉擺動反射鏡的例子,但只要能夠將光束的角度偏向,是怎樣的結構都能夠使用。
[0154]例如,可以使用使截面為楔型的玻璃板旋轉的旋轉非平行玻璃板、使像旋轉棱鏡(稱作道威棱鏡或梯形棱鏡等、以及將其折射面替換為反射面的棱鏡等)繞軸旋轉的旋轉像旋轉棱鏡、使角度往復地偏向的振動反射鏡、檢流計(galvanometer)、多邊形(polygon)等。它們中的旋轉擺動反射鏡、旋轉非平行玻璃板、旋轉像旋轉棱鏡等那樣的使光學元件旋轉的結構與使角度往復地偏向的構造相比能夠使機械振動變小,所以作為本發(fā)明的光偏向機構是優(yōu)選的。
[0155]此外,由于它們隨著光學元件的旋轉,偏向方向的軌跡描繪圓錐面而擺動,所以有以下優(yōu)點:即使是通過偏向而例如在光混合機構(Fm)或其后級光利用效率下降的情況下,由于相對于無偏向的情況下的中心軸的偏向角度是一定的,所以也不易發(fā)生光利用效率依存于偏向角度而變動的現(xiàn)象。與此相比,在使角度往復地偏向的情況下,機械振動容易變大,而且容易出現(xiàn)這樣的缺點,在偏向中心光利用效率較高、隨著從偏向中心向外側使偏向角增加而光利用效率下降即光利用效率變動的現(xiàn)象,所以需要注意。
[0156]進而,作為上述光偏向機構(Md),不僅是以上所述那樣的單純的動作的機構,可以應用通過由壓電驅動機構或電磁驅動機構等的反射鏡振動元件使上述偏向用反射鏡振動、將激光以I維或2維掃描的所謂MEMS光掃描器等。
[0157]圖14是描繪在上述光偏向機構(Md)中使用進行2維掃描的MEMS光掃描器的情況下、在由上述蠅眼積分器構成的光混合機構(Fm)的入射端(Pmi)處成像的第3光放射區(qū)域(Gf)隨著由上述光偏向機構(Md)帶來的偏向方向的變化而從區(qū)域(Gf’)向區(qū)域(Gf”)變位的情形的圖。
[0158]上述第3光放射區(qū)域(Gf)的中心的軌跡(Cg’)取在上述蠅眼積分器入射端(Pmi)上掃描的軌道。
[0159]如在透鏡設計領域中普遍周知那樣,可以將由I個透鏡構成的光學系統(tǒng)構造變換為與其相同功能的、由多個透鏡的組合構成的光學系統(tǒng),或進行相反的構造變換,特別是,前者的構造變換以以下的目的被運用:即使關于對象光學系統(tǒng)的焦點距離相同,通過將輸入側主點位置及輸出側主點位置設定在合適的位置或導入無焦系統(tǒng),實現(xiàn)用I個透鏡在物理上不能實現(xiàn)的功能;或者通過使透鏡的功率分散到多個透鏡,使像差減小等。在上述實施例中,表不了將第I光學系統(tǒng)(Eu)及第2光學系統(tǒng)(Ef)構成為多片組合透鏡系統(tǒng)的結構,但可以運用上述構造變換,或使用非球面透鏡等來增減透鏡的片數(shù),來改善性能或成本。
[0160]此外,上述構造變換的結果,也有例如成為前面關于圖7說明的上述出射光瞳(Quo)等存在于光學系統(tǒng)的內部、不能放置屏幕來確認的情況,但即使這樣也沒有特別的不好之處。
[0161]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0162]本發(fā)明能夠在設計、制造在投影機等的光學裝置中能夠使用的、采用激光等的相干光源的相干光源裝置的產(chǎn)業(yè)中使用。
[0163]標號說明
[0164]As半導體激光活性區(qū)域
[0165]As’半導體激光活性區(qū)域
[0166]Ba 束列
[0167]Bd 光束
[0168]Bf 光束
[0169]Bf ’ 光束
[0170]Bf ” 光束
[0171]Bg’部分的光束群
[0172]Bg”部分的光束群
[0173]Bmo 光束
[0174]Bs 光束
[0175]Bu 光束
[0176]Cg 軌跡
[0177]Cg’ 軌跡
[0178]Ci 底面
[0179]CiA 底面
[0180]DmjA2維光振幅調制元件
[0181]DmjB2維光振幅調制元件
[0182]Ds半導體激光光源
[0183]Ds’半導體激光光源
[0184]Efl準直儀透鏡
[0185]Ec準直儀透鏡
[0186]Ec ’準直儀透鏡
[0187]Ef第2光學系統(tǒng)
[0188]EjlA照明透鏡
[0189]EjlB照明透鏡
[0190]EJ2A投影透鏡
[0191]Ej 2B過濾透鏡
[0192]Ej 3B投影透鏡
[0193]Es準直儀透鏡
[0194]EsB準直儀透鏡
[0195]EsG準直儀透鏡
[0196]EsR準直儀透鏡
[0197]Eu第I光學系統(tǒng)
[0198]Eul成像透鏡
[0199]Ex發(fā)散透鏡
[0200]Ex’發(fā)散透鏡
[0201]Ey放射角度修正透鏡陣列
[0202]FlB前級蠅眼透鏡
[0203]F2B后級蠅眼透鏡
[0204]Fb 光纖
[0205]Fb ’ 光纖
[0206]Fm光混合機構
[0207]Fml前級蠅眼透鏡
[0208]Fm2后級蠅眼透鏡
[0209]FmA光均勻化機構
[0210]FmB光均勻化機構
[0211]Fmc照明透鏡
[0212]Gf第3光放射區(qū)域
[0213]Gf’ 區(qū)域
[0214]Gf” 區(qū)域
[0215]Gk照明區(qū)域
[0216]Gs第I光放射區(qū)域
[0217]GsB第I光放射區(qū)域
[0218]GsG第I光放射區(qū)域
[0219]GsR第I光放射區(qū)域
[0220]Gu第2光放射區(qū)域
[0221]HuB分色鏡
[0222]HuG分色鏡
[0223]HuR反射鏡
[0224]Ks放射點
[0225]Ks ’放射點
[0226]IXD液晶設備
[0227]LDA半導體激光陣列設備
[0228]LDA’半導體激光陣列設備
[0229]LDA”半導體激光陣列設備
[0230]Lkl柯勒照明前級透鏡
[0231]Lk2柯勒照明前級透鏡
[0232]Lmsl邊緣光線
[0233]LmslA邊緣光線
[0234]Lms2邊緣光線
[0235]Lms2A邊緣光線
[0236]Lpf’ 主光線
[0237]Lpf” 主光線
[0238]Lps主光線
[0239]Lps’ 主光線
[0240]Ls半導體激光光源單元
[0241]LsB半導體激光光源單元
[0242]LsG半導體激光光源單元
[0243]LsR半導體激光光源單元
[0244]MA束合成反射鏡
[0245]MA’束合成反射鏡
[0246]MD束合成反射鏡
[0247]MD’束合成反射鏡
[0248]Md光偏向機構
[0249]Mdd反射鏡旋轉馬達
[0250]Mdm偏向用反射鏡
[0251]MjA反射鏡
[0252]MjB偏振分束器
[0253]PcB偏振光校正功能兀件
[0254]Pmi入射端
[0255]PmiA 入射端
[0256]PmiB 入射端
[0257]Pmo出射端
[0258]PmoA 出射端
[0259]PmoB 出射端
[0260]Pto出射端
[0261]Pto’ 出射端
[0262]Qs 點
[0263]Qu出射光瞳
[0264]QuB出射光瞳
[0265]QuG出射光瞳
[0266]QuR出射光瞳
[0267]Quo出射光瞳
[0268]Sc相干光源
[0269]SjA 光源
[0270]SjB 光源
[0271]Tj 屏幕
[0272]ZiB入射光軸
【權利要求】
1.一種相干光源裝置,其特征在于, 具有由相干光源(Sc)形成的第I光放射區(qū)域(Gs); 該相干光源裝置具備: 第I光學系統(tǒng)(Eu),將來自上述第I光放射區(qū)域(Gs)的光投影,形成第2光放射區(qū)域(Gu); 光偏向機構(Md),在上述第2光放射區(qū)域(Gu)的附近,使與上述第2光放射區(qū)域(Gu)的形成有關的光束(Bu)偏向; 第2光學系統(tǒng)(Ef),設置在上述光偏向機構(Md)的后級;以及 光混合機構(Fm),設置在上述第2光學系統(tǒng)(Ef)的后級,用來進行向光混合機構(Fm)的入射端(Pmi)入射的光線的角度和位置的成分的混合; 上述第2光學系統(tǒng)(Ef)在遠方形成與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛的像,并且在上述入射端(Pmi)形成與上述第I光學系統(tǒng)(Eu)的出射光瞳(Quo)大致共軛的第3光放射區(qū)域(Gf); 上述光偏向機構(Md)通過持續(xù)進行使將上述光束(Bu)偏向的方向連續(xù)地變化的動作,使上述第3光放射區(qū)域(Gf)在上述入射端(Pmi)連續(xù)地移動。
2.如權利要求1所述的相干光源裝置,其特征在于, 上述第2光放射區(qū)域(Gu)與上述第I光放射區(qū)域(Gs)共軛。
3.如權利要求1或2所述的相干光源裝置,其特征在于, 上述光混合機構(Fm)是蠅眼積分器。
4.如權利要求1?3中任一項所述的相干光源裝置,其特征在于, 通過被從入射端輸入相干光源(Sc)的光的光纖(Fb)的出射端(Pto)形成上述第I光放射區(qū)域(Gs)。
5.一種投影機,其特征在于, 利用權利要求1?4中任一項所述的相干光源裝置將圖像進行投影顯示, 光均勻化機構兼作為上述光混合機構(Fm)。
【文檔編號】G03B21/00GK104136960SQ201380010335
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月20日 優(yōu)先權日:2012年2月21日
【發(fā)明者】清水干雄, 岡本昌士, 三浦雄一, 東間崇寬 申請人:優(yōu)志旺電機株式會社