(57)【要約】      （修正有）【課題】ロッドインテグレータ本来の機能を損なうことなくスペックルパターンを低減するロッドインテグレータ及びそれを備えた投影装置を提供する。【解決手段】ロッドインテグレータ１０を光源側から順に回転ロッド１１と固定ロッド１２を並べて配置して構成する。これにより、回転ロッド１１の回転により一定期間内にスペックルパターンが数多く重畳し平均化することでスペックルが低減される。又、固定ロッド１２を介して射出されることで、映像表示素子の形状に合わせた形状で且つ均一な光強度分布の射出光を射出することができる。【選択図】図１
2010164855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側から順に、
第１の入射面と、前記第１の入射面と同形状の第１の射出面とを含み、光軸周りに回転する第１のロッドインテグレータと、
第２の入射面と、前記第２の入射面と同形状の第２の射出面とを含み、前記光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、を含み、
前記第１のロッドインテグレータは、前記第１の入射面と前記第１の射出面の間で、当該第１の入射面から入射した光を少なくとも１回は反射することを特徴とする照明系。
【請求項２】
光源側から順に、
第１の入射面と、第１の射出面とを含み、光軸周りに回転する第１のロッドインテグレータと、
第２の入射面と、第２の射出面とを含み、前記光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、を含み、
前記第１のロッドインテグレータは、前記第１の入射面と前記第１の射出面の間で、当該第１の入射面から入射した光を少なくとも１回は反射し、
前記第１の入射面と前記第２の射出面が平行であることを特徴とする照明系。
【請求項３】
光源側から順に、
第１の入射面と、第１の射出面とを含み、光軸周りに回転する第１のロッドインテグレータと、
第２の入射面と、第２の射出面とを含み、前記光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、を含み、
前記第１のロッドインテグレータは、前記第１の入射面と前記第１の射出面の間で、当該第１の入射面から入射した光を少なくとも１回は反射し、
前記第１のロッドインテグレータの前記光軸方向の長さをＬｚ１とし、前記第２のロッドインテグレータの前記光軸方向の長さをＬｚ２するとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする照明系。
（１）  Ｌｚ１≦Ｌｚ２
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータの前記光軸に垂直な断面における短手方向の幅をＷｓとし、前記第１のロッドインテグレータの前記光軸に垂直な断面における長手方向の幅をＷｌとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする照明系。
（２）  ０．５≦Ｗｓ／Ｗｌ≦１            
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータの前記光軸方向の長さをＬｚ１とし、前記第１のロッドインテグレータの前記光軸に垂直な断面における短手方向の幅をＷｓとし、前記第１のロッドインテグレータ内におけるマージナル光線と前記光軸のなす角度をθ’するとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする照明系。
（３）  Ｗｓ／Ｌｚ１≦ｔａｎθ’
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータの回転により形成される前記第１の射出面における円形の照明領域の直径をＤ１とし、前記第２のロッドインテグレータの前記第２の入射面における短手方向の幅をＤ２とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする照明系。
（４）  Ｄ２／Ｄｌ≧１
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータ及び前記第２のロッドインテグレータの形状は、柱状であることを特徴とする照明系。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータ及び前記第２のロッドインテグレータの前記光軸に垂直な断面の形状は、多角形であることを特徴とする照明系。
【請求項９】
請求項８に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータ及び前記第２のロッドインテグレータの前記光軸に垂直な断面の形状は、矩形であることを特徴とする照明系。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１の入射面の断面中心は、前記光軸からずれていることを特徴とする照明系。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１の入射面の断面中心は、前記光軸と一致し、
前記第１の射出面の断面中心は、前記光軸からずれていることを特徴とする照明系。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の照明系において、
さらに、前記第１のロッドインテグレータと前記第２のロッドインテグレータの間に、第１のレンズを含み、
前記第１の入射面と前記第２の入射面は、前記第１のレンズを介して共役であることを特徴とする照明系。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の照明系において、
さらに、前記第１のロッドインテグレータの前記光源側に、
前記光軸周りに回転するイメージローテータと、
前記イメージローテータから射出される光を前記第１の入射面に結像する第２のレンズを含むことを特徴とする照明系。
【請求項１４】
請求項１３に記載の照明系において、
前記イメージローテータは、
前記光軸上で当該光軸に対して平行に配置され、
前記光軸に対して傾いた光を射出することを特徴とする照明系。
【請求項１５】
請求項１３に記載の照明系において、
前記イメージローテータは、
前記光軸上で当該光軸に対して傾いて配置され、
前記光軸に対して傾いた光を射出することを特徴とする照明系。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の照明系において、
さらに、前記第２のレンズと前記第１のロッドインテグレータの間に、光学素子を含み、
前記光学素子は、前記第１のロッドインテグレータに前記光軸と平行な光を入射させることを特徴とする照明系。
【請求項１７】
請求項１６に記載の照明系において、
前記光学素子は、アキシコンであることを特徴とする照明系。
【請求項１８】
請求項１３に記載の照明系において、
前記イメージローテータは、射出光の位置を前記光軸から偏心させ、
前記第２のレンズは、前記光軸から偏心した位置に配置され、
前記イメージローテータと前記第２のレンズは一体となって前記光軸周りに回転し、
前記光軸に対して平行な光を射出することを特徴とする照明系。
【請求項１９】
請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータは、当該第１のロッドインテグレータの側面を反射面とする中実のロッドであることを特徴とする照明系。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第１のロッドインテグレータは、当該第１のロッドインテグレータの内部に反射面を含む中空のロッドであることを特徴とする照明系。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第２のロッドインテグレータは、当該第２のロッドインテグレータの側面を反射面とする中実のロッドであることを特徴とする照明系。
【請求項２２】
請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第２のロッドインテグレータは、当該第２のロッドインテグレータの内部に反射面を含む中空のロッドであることを特徴とする照明系。
【請求項２３】
光軸周りに回転するイメージローテータと、
第２の入射面と第２の射出面とを含み、前記光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、
前記イメージローテータから射出される光を前記第２の入射面上に結像する第２のレンズと、を含み、
前記イメージローテータは、
前記光軸上で当該光軸に対して平行に配置され、
前記光軸に対して傾いた光を射出することを特徴とする照明系。
【請求項２４】
光軸周りに回転するイメージローテータと、
第２の入射面と第２の射出面とを含み、前記光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、
前記イメージローテータから射出される光を前記第２の入射面上に結像する第２のレンズと、を含み、
前記イメージローテータは、
前記光軸上で当該光軸に対して傾いて配置され、
前記光軸に対して傾いた光を射出することを特徴とする照明系。
【請求項２５】
請求項２３または請求項２４に記載の照明系において、
さらに、前記第２のレンズと前記第２のロッドインテグレータの間に、光学素子を含み、
前記光学素子は、前記第２のロッドインテグレータに前記光軸と平行な光を入射させることを特徴とする照明系。
【請求項２６】
請求項２５に記載の照明系において、
前記光学素子は、アキシコンであることを特徴とする照明系。
【請求項２７】
光軸周りに回転するイメージローテータと、
第２の入射面と第２の射出面とを含み、前記光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、
前記イメージローテータから射出される光を前記第２の入射面上に結像する第２のレンズと、を含み、
前記イメージローテータは、射出光の位置を前記光軸から偏心させ、
前記第２のレンズは、前記光軸から偏心した位置に配置され、
前記イメージローテータと前記第２のレンズは、一体となって前記光軸周りに回転し、
前記光軸に対して平行な光を射出することを特徴とする照明系。
【請求項２８】
請求項２３乃至請求項２７のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第２のロッドインテグレータは、当該第２のロッドインテグレータの側面を反射面とする中実のロッドであることを特徴とする照明系。
【請求項２９】
請求項２３乃至請求項２７のいずれか１項に記載の照明系において、
前記第２のロッドインテグレータは、当該第２のロッドインテグレータの内部に反射面を含む中空のロッドであることを特徴とする照明系。
【請求項３０】
請求項１３乃至請求項２９のいずれか１項に記載の照明系において、
前記イメージローテータは、プリズムと、第１の反射ミラーと、を含むことを特徴とする。
【請求項３１】
請求項３０に記載の照明系において、
前記プリズムは、第１の主面と、第２の主面とを、それぞれ前記光軸と交差する平面上に含み、
前記イメージローテータは、
前記第１の主面に入射した光の一部を当該第１の主面で反射し、前記プリズムと前記第１の反射ミラーの間を通過させて射出し、
前記第１の主面に入射した光の一部を当該第１の主面で透過し、前記プリズム内部及び前記第２の主面を透過させて射出することを特徴とする照明系。
【請求項３２】
請求項３１に記載の照明系において、
前記プリズムは、
前記第１の主面の表面に一部に第２の反射ミラーを含み、
前記第２の主面の表面に一部に第３の反射ミラーを含むことを特徴とする照明系。
【請求項３３】
請求項３１に記載の照明系において、
前記プリズムは、
前記第１の主面は第１のハーフミラーとして構成され、
前記第２の主面は第２のハーフミラーとして構成されることを特徴とする照明系。
【請求項３４】
レーザ光源と、
請求項１乃至請求項３３のいずれか１項に記載の照明系と、を含むことを特徴とする投影装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の投影装置において、
さらに、映像表示素子を含み、
前記映像表示素子は、前記照明系により均一な光強度分布を有する光で照明されることを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロッドインテグレータの技術に関し、特に、レーザ光源を用いた投影装置に用いられるロッドインテグレータの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源をプロジェクタ等の投影装置の光源として利用する場合、多くのメリットがある。例えば、レーザ光は集光性が高く高輝度且つ高解像度の画像が得られる、レーザ光は偏光であるため装置内の一部の偏光板を省略できる、レーザ光は単色性に優れているため色再現性が良い、レーザ光源は超高圧水銀ランプなどと比べ寿命が長い、などのメリットがある。その一方で、従来の光源にはないデメリットも存在する。その主要なものとしてスペックルが挙げられる。スペックルとは、凹凸のある面にレーザ光のようなコヒーレントな光を照射した際に、コントラストの高い不規則な明暗の班点模様（スペックルパターン）が生じる現象のことである。投影装置ではスペックルパターンは画質を著しく低下させる原因となるため、従来からスペックルパターンを低減する技術が数多く提案されている。例えば、さまざまなスペックルパターンを短期間に重畳させることで一定のスペックルパターンが視認されることを抑制する方法などがある。
【０００３】
図１９は、特許文献１で開示された多角形ロッド（ロッドインテグレータ）を用いた光学ユニットの概略斜視図である。図１９に例示されるように、出力光の光強度分布を均一にするための多角形ロッド３０４を回転することにより、人間の眼のちらつき判別限界内に独立したスペックルパターンを１００以上重畳することでスペックルパターンを低減もしくは消滅させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３９７５５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本来多角形ロッド３０４は映像表示素子である空間光変調器３０６等を効率的且つ均一に照明するための光学素子であり、そのため、光強度分布が均一になる多角形ロッド３０４の射出面は空間光変調器３０６と共役な関係にある。しかし、スペックルパターンを低減させる目的で多角形ロッド３０４を回転させると、照明効率と照明の均一性が低下してしまう。
【０００６】
図２０は回転する多角形ロッドの射出面における光強度分布を説明するための図である。図２０（ａ）に例示されるように、多角形ロッド３０４が静止している場合は、矩形の射出面３０４ａ全体は均一な光強度分布を有している。通常、映像表示素子は矩形形状を有するため、射出面の形状が矩形であることは光の利用効率の観点から望ましい。
【０００７】
一方、図２０（ｂ）に例示されるように多角形ロッド３０４が回転する場合、回転により射出面は矩形の射出面３０４ａより大きな円形領域３０４ｂ（射出面３０４ａの外接円）を形成することになる。円形領域３０４ｂから射出される光で矩形形状を有する映像表示素子を照明した場合、一部の光は映像表示素子の照明に寄与しないため、光の利用効率が低下することになる。
【０００８】
また、図２０（ｃ）に例示されるように、円形領域３０４ｂのうち矩形の射出面３０４ａの内接円である円形領域３０４ｃ内のみが均一な光強度分布を有する。矩形領域として均一な光強度分布が確保できる領域は更に小さな矩形領域３０４ｄのみとなる。つまり、静止していた際には均一に照明されていた矩形の射出面３０４ａは回転することにより光強度分布の均一性が確保できず、３０４ａに対して極めて小さな矩形領域３０４ｄでのみ均一性が確保される。
【０００９】
このように、図１９に例示される多角形ロッド３０４のようなロッドインテグレータを回転させて利用した場合、スペックルパターンを低減させる効果が得られる一方で、ロッドインテグレータ本来の光の効率的且つ均一な照明機能が損なわれてしまう。
【００１０】
以上の実情を踏まえ、本発明では、ロッドインテグレータ本来の機能を損なうことなくスペックルパターンを低減するロッドインテグレータ及びそれを備えた照明系及び投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様は、光源側から順に、第１の入射面と、第１の入射面と同形状の第１の射出面とを含み、光軸周りに回転する第１のロッドインテグレータと、第２の入射面と、第２の入射面と同形状の第２の射出面とを含み、光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、を含み、第１のロッドインテグレータは、第１の入射面と第１の射出面の間で、その第１の入射面から入射した光を少なくとも１回は反射する照明系を提供する。
【００１２】
本発明の第２の態様は、光源側から順に、第１の入射面と、第１の射出面とを含み、光軸周りに回転する第１のロッドインテグレータと、第２の入射面と、第２の射出面とを含み、光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、を含み、第１のロッドインテグレータは、第１の入射面と第１の射出面の間で、その第１の入射面から入射した光を少なくとも１回は反射し、第１の入射面と第２の射出面が平行である照明系を提供する。
【００１３】
本発明の第３の態様は、光源側から順に、第１の入射面と、第１の射出面とを含み、光軸周りに回転する第１のロッドインテグレータと、第２の入射面と、第２の射出面とを含み、光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、を含み、第１のロッドインテグレータは、第１の入射面と第１の射出面の間で、その第１の入射面から入射した光を少なくとも１回は反射し、第１のロッドインテグレータの光軸方向の長さをＬｚ１とし、第２のロッドインテグレータの光軸方向の長さをＬｚ２するとき、以下の条件式を満たす照明系を提供する。
【００１４】
（１）  Ｌｚ１≦Ｌｚ２
本発明の第４の態様は、第１乃至第３の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１のロッドインテグレータの光軸に垂直な断面における短手方向の幅をＷｓとし、第１のロッドインテグレータの光軸に垂直な断面における長手方向の幅をＷｌとするとき、以下の条件式を満たす照明系を提供する。
【００１５】
（２）  ０．５≦Ｗｓ／Ｗｌ≦１            
本発明の第５の態様は、第１乃至第４の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１のロッドインテグレータの光軸方向の長さをＬｚ１とし、第１のロッドインテグレータの光軸に垂直な断面における短手方向の幅をＷｓとし、第１のロッドインテグレータ内におけるマージナル光線と光軸のなす角度をθ’するとき、以下の条件式を満たす照明系を提供する。
【００１６】
（３）  Ｗｓ／Ｌｚ１≦ｔａｎθ’
本発明の第６の態様は、第１乃至第５の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１のロッドインテグレータの回転により形成される第１の射出面における円形の照明領域の直径をＤ１とし、第２のロッドインテグレータの第２の入射面における短手方向の幅をＤ２とするとき、以下の条件式を満たす照明系を提供する。
【００１７】
（４）  Ｄ２／Ｄｌ≧１
本発明の第７の態様は、第１乃至第６の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１のロッドインテグレータ及び第２のロッドインテグレータの形状は、柱状である照明系を提供する。
【００１８】
本発明の第８の態様は、第１乃至第７の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１のロッドインテグレータ及び第２のロッドインテグレータの光軸に垂直な断面の形状は、多角形である照明系を提供する。
【００１９】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載の照明系において、第１のロッドインテグレータ及び第２のロッドインテグレータの光軸に垂直な断面の形状は、矩形である照明系を提供する。
【００２０】
本発明の第１０の態様は、第１乃至第９の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１の入射面の断面中心は、光軸からずれている照明系を提供する。
本発明の第１１の態様は、第１乃至第９の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１の入射面の断面中心は、光軸と一致し、第１の射出面の断面中心は、光軸からずれている照明系を提供する。
【００２１】
本発明の第１２の態様は、第１乃至第１１の態様のいずれか１つに記載の照明系において、さらに、第１のロッドインテグレータと第２のロッドインテグレータの間に、第１のレンズを含み、第１の入射面と第２の入射面は、第１のレンズを介して共役である照明系を提供する。
【００２２】
本発明の第１３の態様は、第１乃至第１２の態様のいずれか１つに記載の照明系において、さらに、第１のロッドインテグレータの光源側に、光軸周りに回転するイメージローテータと、イメージローテータから射出される光を第１の入射面に結像する第２のレンズを含む照明系を提供する。
【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載の照明系において、イメージローテータは、光軸上でその光軸に対して平行に配置され、光軸に対して傾いた光を射出する照明系を提供する。
【００２４】
本発明の第１５の態様は、第１３の態様に記載の照明系において、イメージローテータは、光軸上でその光軸に対して傾いて配置され、光軸に対して傾いた光を射出する照明系を提供する。
【００２５】
本発明の第１６の態様は、第１４または第１５の態様に記載の照明系において、さらに、第２のレンズと第１のロッドインテグレータの間に、光学素子を含み、光学素子は、第１のロッドインテグレータに光軸と平行な光を入射させる照明系を提供する。
【００２６】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様に記載の照明系において、光学素子は、アキシコンである照明系を提供する。
本発明の第１８の態様は、第１３の態様に記載の照明系において、イメージローテータは射出光の位置を光軸から偏心させ、第２のレンズは光軸から偏心した位置に配置され、イメージローテータと第２のレンズは一体となって光軸周りに回転し、光軸に対して平行な光を射出する照明系を提供する。
【００２７】
本発明の第１９の態様は、第１乃至第１８の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１のロッドインテグレータは、その第１のロッドインテグレータの側面を反射面とする中実のロッドである照明系を提供する。
【００２８】
本発明の第２０の態様は、第１乃至第１８の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第１のロッドインテグレータは、その第１のロッドインテグレータの内部に反射面を含む中空のロッドである照明系を提供する。
【００２９】
本発明の第２１の態様は、第１乃至第１８の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第２のロッドインテグレータは、その第２のロッドインテグレータの側面を反射面とする中実のロッドである照明系を提供する。
【００３０】
本発明の第２２の態様は、第１乃至第１８の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第２のロッドインテグレータは、その第２のロッドインテグレータの内部に反射面を含む中空のロッドである照明系を提供する。
【００３１】
本発明の第２３の態様は、光軸周りに回転するイメージローテータと、第２の入射面と第２の射出面とを含み、光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、イメージローテータから射出される光を第２の入射面上に結像する第２のレンズと、を含み、イメージローテータは、光軸上でその光軸に対して平行に配置され、光軸に対して傾いた光を射出する照明系を提供する。
【００３２】
本発明の第２４の態様は、光軸周りに回転するイメージローテータと、第２の入射面と第２の射出面とを含み、光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、イメージローテータから射出される光を第２の入射面上に結像する第２のレンズと、を含み、イメージローテータは、光軸上でその光軸に対して傾いて配置され、光軸に対して傾いた光を射出する照明系を提供する。
【００３３】
本発明の第２５の態様は、第２３または第２４の態様に記載の照明系において、さらに、第２のレンズと第２のロッドインテグレータの間に、光学素子を含み、光学素子は、第２のロッドインテグレータに光軸と平行な光を入射させる照明系を提供する。
【００３４】
本発明の第２６の態様は、第２５の態様に記載の照明系において、光学素子は、アキシコンである照明系を提供する。
本発明の第２７の態様は、光軸周りに回転するイメージローテータと、第２の入射面と第２の射出面とを含み、光軸上に固定された第２のロッドインテグレータと、イメージローテータから射出される光を第２の入射面上に結像する第２のレンズと、を含み、イメージローテータは、射出光の位置を光軸から偏心させ、第２のレンズは、光軸から偏心した位置に配置され、イメージローテータと第２のレンズは、一体となって光軸周りに回転し、光軸に対して平行な光を射出する照明系を提供する。
【００３５】
本発明の第２８の態様は、第２３乃至第２７の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第２のロッドインテグレータは、その第２のロッドインテグレータの側面を反射面とする中実のロッドである照明系を提供する。
【００３６】
本発明の第２９の態様は、第２３乃至第２７の態様のいずれか１つに記載の照明系において、第２のロッドインテグレータは、その第２のロッドインテグレータの内部に反射面を含む中空のロッドである照明系を提供する。
【００３７】
本発明の第３０の態様は、第１３乃至第２９の態様のいずれか１項に記載の照明系において、イメージローテータは、プリズムと、第１の反射ミラーと、を含むことを特徴とする。
【００３８】
本発明の第３１の態様は、第３０の態様に記載の照明系において、プリズムは、第１の主面と、第２の主面とを、それぞれ光軸と交差する平面上に含み、イメージローテータは、第１の主面に入射した光の一部をその第１の主面で反射し、プリズムと第１の反射ミラーの間を通過させて射出し、第１の主面に入射した光の一部をその第１の主面で透過し、プリズム内部及び第２の主面を透過させて射出する照明系を提供する。
【００３９】
本発明の第３２の態様は、第３１の態様に記載の照明系において、プリズムは、第１の主面の表面に一部に第２の反射ミラーを含み、第２の主面の表面に一部に第３の反射ミラーを含む照明系を提供する。
【００４０】
本発明の第３３の態様は、第３１の態様に記載の照明系において、プリズムは、第１の主面は第１のハーフミラーとして構成され、第２の主面は第２のハーフミラーとして構成される照明系を提供する。
【００４１】
本発明の第３４の態様は、レーザ光源と、第１乃至第３３の態様のいずれか１つに記載の照明系と、を含む投影装置を提供する。
本発明の第３５の態様は、第３４の態様に記載の投影装置において、さらに、映像表示素子を含み、映像表示素子は、照明系により均一な光強度分布を有する光で照明される投影装置を提供する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、ロッドインテグレータ本来の機能を損なうことなくスペックルパターンを低減するロッドインテグレータ及びそれを備えた照明系及び投影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロッドインテグレータの構成の一例を示す図である。
【図２】ロッドインテグレータ内で反射しない光と反射する光の光路長差について説明するための図である。
【図３】回転ロッドの回転と反射の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るロッドインテグレータの回転ロッドに入射した光の光路と光源像について例示した概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る投影装置の構成について例示する図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るロッドインテグレータの構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るロッドインテグレータの回転ロッドに入射した光の光路と光源像について例示した概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るロッドインテグレータの構成の変形例を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係るロッドインテグレータの構成を示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る照明系の構成例と作用を説明する図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る照明系の構成の変形例と作用を説明する図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る照明系の構成の他の変形例を説明する図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る照明系に用いられるイメージローテータの他の変形例を示した図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る照明系の構成例と作用を説明する図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係る照明系の構成の変形例を示した図である。
【図１６】本発明の一実施の形態に係る照明系の構成の変形例を示した図である。
【図１７】本発明の一実施の形態に係る照明系に含まれるイメージローテータの構成例と作用を説明する図である。
【図１８】本発明の一実施の形態に係る照明系に含まれるイメージローテータの構成の変形例を示した図である。
【図１９】従来技術の多角形ロッド（ロッドインテグレータ）を用いた光学ユニットの概略斜視図である。
【図２０】従来技術の回転する多角形ロッドの射出面における光強度分布を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係るロッドインテグレータの構成の一例を示す図である。図１（ａ）に例示されるように、本実施形態のロッドインテグレータ１０は、光源側から順に回転ロッド１１（第１のロッドインテグレータ）と固定ロッド１２（第２のロッドインテグレータ）を含んで構成された照明系である。回転ロッド１１は不図示の機構により光軸１周りに回転するロッドインテグレータであり、固定ロッド１２は光軸１上に固定されたロッドインテグレータである。
【００４５】
ここでは、製造上の容易さから、回転ロッド１１は入射面１０ａ（第１の入射面）と射出面１０ｂ（第１の射出面）の断面形状が同形状（例えば、矩形）であり、固定ロッド１２も同様の理由から入射面１０ｃ（第２の入射面）と射出面１０ｄ（第２の射出面）の断面形状は同形状（例えば、矩形）である場合が例示されている。また、入射面１０ａ、射出面１０ｂ、入射面１０ｃ及び射出面１０ｄは光軸に対して垂直で且つ、それぞれ平行に構成されている。
【００４６】
また、回転ロッド１１及び固定ロッド１２は、光軸１に沿って空洞が設けられた中空ロッドであっても、空洞のない中実ロッドであってもよい。なお、中空ロッドの場合、内部に設けられた反射ミラーを反射面として利用する構成が一般的である。このため、中空ロッドでは不図示の回転機構がロッド側面に接触している構成であっても反射に影響を及ぼさないが、中実ロッドでは屈折率差に基づいてロッドの側面を全反射面として反射を生じされるため、回転機構はロッド側面との接触を避けて構成する必要がある。このため、回転機構に関する選択の自由度の観点からは、中空ロッドの方が好ましい。
【００４７】
図１（ｂ）、図１（ｃ）、図１（ｄ）はそれぞれ図１（ａ）に示される断面ＡＡ’、断面ＢＢ’、断面ＣＣ’上における断面図であり、各断面における光束の通過領域が示されている。なお、本明細書では、図１で例示するように、光軸方向をＺ方向、光軸に垂直な平面をＸＹ平面として定義する。
【００４８】
光源から射出された光は入射面１０ａ（矩形領域１１ａ）から回転ロッド１１に入射する。この際、図１（ｂ）に例示されるように光は入射面１０ａの円形領域１１ｂに均一ではない光強度分布を持って入射する。回転ロッド１１は、例えば、毎秒εラジアンの速度で光軸周りに回転している。このため、回転ロッド１１に入射した光は回転ロッド１１内の反射面に時々刻々と異なる角度で入射することになり、反射による光の進行方向も変化する。つまり、回転ロッド１１を通過した光は時々刻々と異なる状態を有し、異なるスペックルパターンを生じさせることになる。これにより、一定期間に多くのスペックルパターンが人間の眼で重畳される。その結果、スペックルパターンは平均化され、特定のスペックルパターンは認識されずスペックルが低減されることになる。
【００４９】
回転ロッド１１にロッドインテグレータとして機能するための十分な長さがある場合には、図１（ｃ）に例示される射出面１０ｂの矩形領域１１ａ内の光強度分布は均一になる。しかし、回転ロッド１１は固定ロッド１２に対して回転しているため、固定ロッド１２へ入射する光は矩形領域１１ａからではなく回転ロッド１１の外接円である円形領域１１ｃから射出されることになる。このため、固定ロッド１２へ入射する光の光強度分布は入射面１０ｃにおいても均一ではない。
【００５０】
固定ロッド１２は、図１（ｃ）に例示されるように内接円が円形領域１１ｃより大きな矩形形状を有している。つまり、固定ロッド１２の短手方向（図１ではＹ方向）の幅Ｄ２は円形領域１１ｃの直径Ｄ１より大きい。より詳細には後述する。さらに、固定ロッド１２は回転ロッド１１に近接して配置される。このような条件にしたがって固定ロッド１２を構成することにより、回転ロッド１１から射出された光をもれなく取り込むことができる。
【００５１】
固定ロッド１２は、通常のロッドインテグレータとして機能し、固定ロッド１２へ入射した光の光強度分布を射出面１０ｄ上で均一にする。これにより、射出面１０ｄではその矩形領域１２ａ全体から均一な光が射出されることになる。射出面１０ｄは映像表示素子と共役となっているため、これにより、映像表示素子は均一に照明されることになる。なお、厳密にはロッドインテグレータとしての機能は、固定ロッド１２と回転ロッド１１を合わせて実現されれば良い。このため、ロッドインテグレータとして十分な長さは、少なくとも回転ロッド１１の長さＬｚ１と固定ロッド１２の長さＬｚ２を合わせて確保されればよい。
【００５２】
このように、回転ロッド１１と固定ロッド１２を光源から順に配置してなるロッドインテグレータ１０では、スペックルを低減するとともに、映像表示素子の形状に合わせた形状（ここでは矩形）で且つ均一な光強度分布の射出光を射出することができる。つまり、本実施形態の構成により、ロッドインテグレータ本来の機能を損なうことなくスペックル低減に寄与するロッドインテグレータが実現できる。
【００５３】
図２は、ロッドインテグレータ内で反射しない光と反射する光の光路長差について説明するための図である。ところで光の一特性として、二つの光が干渉可能な最大光路長差を示すコヒーレンス長がある。一般的にロッドインテグレータでは、内部で反射を多数繰り返すことで射出光の光強度分布を均一にする効果が得られる。図２で例示されるように、ロッドインテグレータ内で反射しない光（図２（ａ）参照）と反射する光（図２（ｂ）参照）では光路長差が生じる。この光路長差は反射回数が多いほど大きくなる。このため、この光路長差がコヒーレンス長以上になるようにロッドインテグレータを十分に長く構成することで光の干渉を防止し、それによってスペックルを低減することも可能である。しかし、レーザ光コヒーレンス長は長いため、十分な光路長差を得るためにはロッドインテグレータ自体を非常に長くする必要がある。その結果、光路長差によりスペックルを低減する為にはロッドインテグレータが大型化してしまうという課題がある。本実施形態のロッドインテグレータ１０は、コヒーレント長以上の光路長差を設けて干渉自体を防止するのではなく、主にロッドインテグレータを回転することにより干渉により生じるスペックルパターンを一定期間内に数多く重畳し平均化することでスペックルを低減する。このため、ロッドインテグレータを不要に長くする必要はなく、スペックル低減に伴うロッドインテグレータの大型化という課題にも対応している。
【００５４】
なお、光軸に対して大きな角度を持つ光の成分はロッドインテグレータ１０内で多くの反射を繰り返すことになるため、反射しない光の成分に対して光路長差を稼ぐことができる。つまり、ロッドインテグレータの長さがそれほど長くない場合であっても、このような十分な角度を持つ光の成分に対しては光路長差によるスペックル低減の効果が期待できる。このため、本実施形態のロッドインテグレータ１０では、回転によるスペックル低減効果のみではなく、光路長差によるスペックル低減効果も併せ持つ。
【００５５】
以下、主に回転によるスペックル低減の観点から、より好ましいロッドインテグレータ１０の形状等について説明する。
ところで、上述したように本実施形態のロッドインテグレータ１０では、回転ロッド１１が回転することにより、スペックルパターンが光軸周りに回転し、それによりスペックルパターンが重畳されて低減される。このため、回転ロッド１１の回転速度が速いほどより多くのスペックルパターンが重畳され、スペックル低減効果が高くなる。以上を考慮すると、ロッドインテグレータ１０の光軸方向の長さは以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。
【００５６】
Ｌｚ１≦Ｌｚ２              ・・・（１）
ただし、Ｌｚ１は回転ロッド１１（第１のロッドインテグレータ）の光軸方向の長さを示し、Ｌｚ２は固定ロッド１２（第２のロッドインテグレータ）の光軸方向の長さを示す。
【００５７】
また、さらに好ましくは、以下の条件式（１−１）または（１−２）を満たす。
Ｌｚ１≦Ｌｚ２×２／３      ・・・（１−１）
Ｌｚ１≦Ｌｚ２×１／３      ・・・（１−２）
回転し易さの観点からは、回転ロッド１１単体の長さは短い方が望ましい。その一方で、固定ロッド１２単体の長さは長くても短くてもかまわない。ただし、上述したように回転ロッド１１と固定ロッド１２を合わせた長さは、ロッドインテグレータとして機能する長さを確保する必要があるため、回転ロッド１１を固定ロッド１２に対して短くした上で固定ロッド１２により必要な長さを確保することが望ましい。なお、全体として必要最低限の長さに抑えることでロッドインテグレータ１０の全長を短くし、装置を小型化することができる。
【００５８】
同じく回転ロッド１１の回転し易さを考慮すると、回転ロッド１１の断面形状は、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
０．５≦Ｗｓ／Ｗｌ≦１            ・・・（２）
ただし、Ｗｓは回転ロッド１１（第１のロッドインテグレータ）の光軸１に垂直な断面における短手方向の幅を示し、Ｗｌは回転ロッド１１（第１のロッドインテグレータ）の光軸１に垂直な断面における長手方向の幅を示す。
【００５９】
また、さらに好ましくは、以下の条件式（２−１）または（２−２）を満たす。
０．６≦Ｗｓ／Ｗｌ≦１            ・・・（２−１）
０．８≦Ｗｓ／Ｗｌ≦１            ・・・（２−２）
このように、回転ロッド１１の断面の短手方向と長手方向の幅をできる限り近づけることにより、正方形に近い断面形状となり回転ロッド１１の高速回転が容易となる。回転ロッド１１の断面形状が正方形に近づくことは、図１（ｃ）における円形領域１１ｃを小さくする効果もある。このため、円形領域１１ｃを基準にして大きさが決定される固定ロッド１２の小型化にも寄与する。
【００６０】
なお、ここでは、回転ロッド１１の光軸１に垂直な断面の形状が矩形の場合を例に説明したが、台形や正六角形、正八角形などの多角形形状やその他の形状であっても良い。その場合、Ｗｓ及びＷｌはそれぞれ光軸１に垂直な断面での最小寸法と最大寸法となる。また、光軸１に対して断面をできる限り対称性な形状とすることも高速回転にとっては有利であり、望ましい形状である。また、断面形状については、固定ロッド１２の入射面１０ｃも回転ロッド１１同様にその他の形状とすることができる。また、回転ロッド１１、固定ロッド１２のいずれも入射面と射出面で異なる断面形状を有していても良い。例えば、回転ロッド１１の入射面１０ａを矩形に、射出面１０ｂを円形に構成し、固定ロッド１２の入射面１０ｃを円形に、射出面１０ｄを矩形に構成しても良い。さらに、回転ロッド１１に円筒状のカバーを設けて、回転の際に生じる空気抵抗を低減する構成としても良い。その際、カバーに突起等を設けて固定ロッド１２に風を送るように構成することで、カバーに冷却装置として機能を持たせてもよい。ロッドインテグレータ１０は、光源に近く配置されることが多いため、光源から放射される放射熱の影響を受けやすくなり、高温になりやすい。ロッドインテグレータ１０が高温になると光学特性や内部の反射ミラーの接着などに悪影響を及ぼす虞があるため、このような冷却機能を有する構成は効果的である。
【００６１】
以上のように、回転ロッド１１の形状等を回転が容易な形状にすることにより高速な回転を実現し、それによってロッドインテグレータ１０のスペックル低減効果を向上させることができる。
【００６２】
ところで、回転ロッド１１自体の回転しやすさといった観点からは、回転ロッド１１はできる限り短い方が望ましいことは上述のとおりである。その一方で、回転ロッド１１の回転速度に対するスペックルパターンの回転効率の観点からは、回転ロッド１１は一定の長さを有することが望ましく、より具体的には、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
【００６３】
Ｗｓ／Ｌｚ１≦ｔａｎθ’            ・・・（３）
ただし、θ’は、回転ロッド１１内におけるマージナル光線と光軸１のなす角度を示す。
【００６４】
以下、条件式（３）について説明する。図３は、回転ロッドの回転と反射の関係を示す図である。毎秒εラジアンで回転する回転ロッド１１内で１度も反射しない光を基準にすると、回転ロッド１１内で１度だけ反射する光は、図３で例示されるように反射しない光のスペックルパターンに対して２εラジアンだけ回転したスペックルパターンを射出される。このように回転ロッド１１内で光が反射することで、回転ロッド１１の回転以上に回転したスペックルパターンが射出され、それによってスペックル低減効果を得ることができる。つまり、回転ロッド１１内での反射はスペックルの効率的な低減に効果的である。
【００６５】
図４は、本実施形態に係るロッドインテグレータの回転ロッドに入射した光の光路と光源像について例示した概念図である。
回転ロッド１１に入射する光束は一定の広がり角を有している。図４（ａ）及び図４（ｂ）では、入射光の軸上マージナル光線が光軸１に対して角度θだけ傾いて入射する例が示されている。回転ロッド１１が中実ロッドの場合、入射面１０ａで光束は屈折して入射するため、回転ロッド１１内におけるマージナル光線の光軸１に対して成す角度θ’は入射前と異なる角度となる。一方、回転ロッド１１が中空ロッドの場合、入射面１０ａで光束は屈折しないため、角度θ’は入射前と同じ角度となる（θ＝θ’）。
【００６６】
図４（ｂ）に例示されるように、マージナル光線がロッド内で１回だけ反射する角度で入射した光は、光軸を含む平面内において光軸上の１次光源像ａ１の他に、マージナル光線の角度θ’に応じた位置に２つの２次光源像ａ２、ａ３を形成する。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に例示される光源像の位置を光軸方向から示した図である。なお、図４（ｃ）では、簡単の為、１次光源像と２次光源像が３×３の場合を例示している。
【００６７】
角度θ’がＷｓ／Ｌｚ１＝ｔａｎθ’の関係を満たす場合、つまり、光が光軸方向に回転ロッド１１の長さＬｚ１だけ進む間に少なくとも回転ロッド１１短手方向の幅Ｗｓだけ光軸に垂直な方向に進む場合、各光源像ａ１、ａ２、ａ３は、それぞれ射出面１０ｂの全体、上半分（光軸に対して２次光源像ａ２側）、下半分（光軸に対して２次光源像ａ３側）を照明する。つまり、２つの２次光源像により射出面１０ｂ全体が照明された状態になる。回転ロッド１１が回転すると、回転ロッド１１に対して各２次光源像は１次光源像（光軸）周りに回転することになる。この時、２次光源像は回転ロッド１１の回転速度の２倍で回転し、多くのスペックルパターンの重畳に寄与するため、射出面１０ｂ全体が２次光源像により照明される上述の構成は好ましい。
【００６８】
また、角度θ’がＷｓ／Ｌｚ１＜ｔａｎθ’の関係にあるときは、さらに各２次光源像の照明範囲が広がる方向に作用するため、高速に回転する光量が増加することになり、更に好ましい。
【００６９】
また、これまで１回反射を例に説明したが、回転ロッド１１内でＮ回反射する場合には、光軸を含む一平面内に２Ｎ個の２次光源像（と１つの１次光源像）が形成される。その場合、図４（ｃ）における１次光源像ａ１と各２次光源像以外にさらに２次光源像が形成され、より多くのスペックルパターンを重畳することが可能となる。
【００７０】
以上のように、条件式（３）を満たすことで、スペックル低減効果の高い反射光が射出面１０ｂ全面から射出される構成が実現できる。
なお、条件式（３）から明らかなように、回転ロッド１１内のマージナル光線の角度θ’を大きくすることにより、回転ロッド１１の光軸方向の長さＬｚを短く維持することができるため、反射によるスペックル低減効果と高速回転によるスペックル低減効果を両立することができる。つまり、回転ロッド１１に入射する光のマージナル光線の角度θを可能な限り大きくする構成は、スペックル低減に効果的である。
【００７１】
さらに、ロッドインテグレータ１０全体の小型化とロッドインテグレータ１０における光量の損失抑制という観点から、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
Ｄ２／Ｄｌ≧１                    ・・・（４）
ただし、Ｄ１は、回転ロッド１１の回転により形成される射出面１０ｂにおける円形の照明領域の直径を示し、Ｄ２は、固定ロッド１２の入射面１０ｃにおける短手方向の幅を示す。なお、回転ロッド１１が光軸周りに回転している場合、Ｄ１は射出面１０ｂの外接円の直径となる。
【００７２】
また、さらに好ましくは、以下の条件式（４−１）または（４−２）を満たす。
１０≧Ｄ２／Ｄｌ≧１．１          ・・・（４−１）
５≧Ｄ２／Ｄｌ≧１．３            ・・・（４−２）
このように、固定ロッド１２の大きさに関係する幅Ｄ２は、光量の損失を抑制する観点からは、直径Ｄ１に対して大きい必要がある。しかし、幅Ｄ２は直径Ｄ１に対して必要以上に大きく取りすぎても得られる光量に変化はないため、上記の条件式に示されるように、固定ロッド１２の小型化、ひいてはロッドインテグレータ１０の小型化とのバランスを取ることが望ましい。
【００７３】
なお、固定ロッド１２の幅Ｄ２をある程度大きく取る構成を採用する場合、光量の損失が伴わない限りにおいて、回転ロッド１１を回転に加えて、または回転の代わりに、振動させても良い。この場合であっても、一定時間に多くのスペックルパターンが重畳されるため、高いスペックル低減効果が得られる。
【００７４】
この他、回転ロッド１１及び固定ロッド１２は、光軸（Ｚ軸）方向にテーパ状のロッドとして形成されても良い。さらに、各ロッドはＸ方向とＹ方向で異なるテーパ角で構成されていても良い。回転ロッド１１において、Ｘ方向とＹ方向で異なるテーパ角を有する場合、回転ロッド１１から射出される光のスペックルパターンは大きく変化することになり、スペックル低減に効果的である。これは、回転ロッド１１内におけるＸＺ平面での広がり角とＹＺ平面での広がり角が異なるためである。
【００７５】
次に、上述したロッドインテグレータを備えた投影装置について説明する。図５は、本実施形態の投影装置の構成について例示する図である。以下、図５を参照しながら、本実施形態の投影装置２００の構成とその作用について説明する。
【００７６】
投影装置２００は、レーザ光源９、ロッドインテグレータ１０、コンデンサレンズ１３、ＴＩＲプリズム１４、ダイクロイックプリズム１５、２つの映像表示素子（映像表示素子１７、映像表示素子１８）、映像表示素子を制御する不図示の制御回路、不図示の投影レンズを含んで構成されている。ここで、ロッドインテグレータ１０は、図１で例示したように、光源側から順に回転ロッド１１と固定ロッド１２を含んで構成されるロッドインテグレータである。
【００７７】
まず、レーザ光源９から射出された照明光は、ロッドインテグレータ１０に入射する。レーザ光源９から射出される照明光は、例えば、常時射出されるＲ光９ａと、Ｇ光とＢ光が交互に射出されるＧ／Ｂ光９ｂとを含んでいる。ロッドインテグレータ１０に入射した照明光は、上述した作用によりスペックルが低減されるとともに、光強度分布が均一化されて射出される。ロッドインテグレータ１０から射出された照明光は、コンデンサレンズ１３を介して、照明光の光路と投影光の光路を分離するためのＴＩＲプリズム１４へ入射する。
【００７８】
ＴＩＲプリズム１４に入射した照明光は、ＴＩＲプリズム１４内部に設けられた空気とプリズムの境界面に臨界角より大きい角度で入射し全反射する。全反射した照明光は、ＴＩＲプリズムから射出され、ダイクロイックプリズム１５へ入射する。
【００７９】
ダイクロイックプリズム１５へ入射した照明光は、ダイクロイックプリズム１５内部の分離合成面１６へ入射し、Ｒ光９ａとＧ／Ｂ光９ｂに分離される。より厳密には、Ｒ光９ａとＧ／Ｂ光９ｂは分離合成面１６上に配置されたダイクロイック膜により波長の違いに基づいて分離される。
【００８０】
分離されたＲ光９ａとＧ／Ｂ光９ｂは、それぞれ映像表示素子１７、映像表示素子１８に所定の角度で入射する。映像表示素子１７へ入射したＲ光９ａは、映像表示素子１７の各画素部で変調され、画素毎に必要な光量だけ変調光として反射される。同様に、映像表示素子１８へ入射したＧ／Ｂ光９ｂは、映像表示素子１７の各画素部で変調され、画素毎に必要な光量だけ変調光として反射される。
【００８１】
映像表示素子１７及び映像表示素子１８で変調された変調光は、それぞれ再度ダイクロイックプリズム１５へ入射し、分離合成面１６のダイクロイック膜により合成されて射出される。ダイクロイック膜上で合成された変調光は、ＴＩＲプリズム１４へ臨界角以下で入射して透過することで、不図示のスクリーンに投影される。
【００８２】
以上のようにして変調光が投影されることにより、本実施形態の投影装置では、スペックルによる画質の低下の少ない画像を表示することができる。
なお、投影装置２００では、２板式の投影装置を例に説明したが、特にこれに限られない。単板式や３板式の投影装置であっても良い。また、ダイクロイックプリズム１５の代わりに、偏光方向に基づいて光を分離する光学素子、例えば、偏光ビームスプリッターなどを用いてもよい。
【００８３】
さらに、ＴＩＲプリズム１４を省略し、ダイクロイックプリズム１５内で照明光路と投影光路を分離するように構成してもよい。本実施形態のロッドインテグレータ１０を含んで構成される限り、さまざまな変更が可能である。
【００８４】
以上、本実施形態では、光源側から順に回転ロッド１１（第１のロッドインテグレータ）と固定ロッド１２（第２のロッドインテグレータ）を含んでロッドインテグレータ１０を構成することで、ロッドインテグレータ本来の光の効率的且つ均一な照明機能が損なうことなくスペックルパターンを低減することができる。
【００８５】
また、回転ロッド１１を回転し易い形状及び大きさとすることにより、高速な回転を実現し、それによってスペックル低減効果を向上させることができる。なお、この際、回転ロッド１１は、回転ロッド１１内での少なくとも１回は反射が生じるように構成する。
【００８６】
さらに、本実施形態によれば、このようなスペックル低減効果を、不要にロッドインテグレータを大型化することなく得ることができる。このため、投影装置などロッドインテグレータを含む装置全体の小型化や、装置内におけるロッドインテグレータの配置の自由度の向上にも寄与する。
＜第２の実施形態＞
図６は、本実施形態に係るロッドインテグレータ（照明系）の構成の一例を示す図である。なお、図６で例示される本実施形態のロッドインテグレータ２０は、第１の実施形態のロッドインテグレータ１０の一変形例である。このため、ロッドインテグレータ１０と共通する構成要素には同符号を付し説明を省略する。
【００８７】
図６（ａ）に例示されるように、本実施形態のロッドインテグレータ２０は、光源側から順に回転ロッド（第１のロッドインテグレータ）と固定ロッド（第２のロッドインテグレータ）を含んで構成される照明系である点は、ロッドインテグレータ１０と同様である。
【００８８】
ロッドインテグレータ１０との相違点は、回転ロッド１１の代わりに、回転ロッド２１が設けられている点である。回転ロッド１１と回転ロッド２１は光軸１周りに回転する点は同じであるが、回転ロッド１１の断面中心は光軸１上にあるのに対して、回転ロッド２１の断面中心２は光軸１からずれた位置にある点が異なっている。
【００８９】
図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）はそれぞれ図６（ａ）に示される断面ＡＡ’、断面ＢＢ’、断面ＣＣ’上における断面図であり、各断面における光束の通過領域が示されている。
【００９０】
光源から射出された光は入射面２０ａ（矩形領域２１ａ）から回転ロッド２１に入射する。この際、図６（ｂ）に例示されるように光は入射面２０ａの円形領域２１ｂに均一ではない光強度分布を持って入射する。回転ロッド２１は固定ロッド１２に対して回転しているため、固定ロッド１２へ入射する光は矩形領域２１ａからではなく回転ロッド２１の回転することで形成される円形領域２１ｃから射出されることになる。
【００９１】
固定ロッド１２は、回転ロッド２１から射出された光をもれなく取り込むためには、図６（ｃ）に例示されるように円形領域２１ｃより大きな矩形形状を有す必要がある。固定ロッド１２の短手方向（図６ではＹ方向）の幅Ｄ２は円形領域２１ｃの直径Ｄ１の好ましい関係は、第１の実施形態において上述した条件式（４）、条件式（４−１）、条件式（４−２）と同様である。
【００９２】
固定ロッド１２は、通常のロッドインテグレータとして機能し、固定ロッド１２へ入射した光の光強度分布を射出面２０ｄ上で均一にする。これにより、射出面２０ｄではその矩形領域１２ａ全体から均一な光が射出されることになる。    
【００９３】
このように、光軸１からずれた位置に断面中心２を持つ回転ロッド２１と、固定ロッド１２を光源から順に配置してなるロッドインテグレータ２０においても、第１の実施形態のロッドインテグレータ１０と同様に、回転ロッド２１の回転によってスペックルを低減するとともに、映像表示素子の形状に合わせた形状（ここでは矩形）で且つ均一な光強度分布の射出光を射出することができる。つまり、本実施形態の構成により、ロッドインテグレータ本来の機能を損なうことなくスペックル低減に寄与するロッドインテグレータが実現できる。
【００９４】
なお、ロッドインテグレータ２０における円形領域２１ｃの直径Ｄ１は、図６（ｃ）に例示されるように、矩形領域２１ａの外接円より大きくなる。これは、回転ロッド２１の断面中心２が光軸１からずれているためである。これに伴い、固定ロッド１２の幅Ｄ２も大きくなりやすい。
【００９５】
その一方で、ロッドインテグレータ２０では、回転ロッド２１の断面中心２が光軸１からずれていることにより、光軸１を含む同一平面上の２次光源像が光軸に対して非対称に形成される。図７は、本実施形態に係るロッドインテグレータの回転ロッドに入射した光の光路と光源像について例示した概念図である。なお、図７（ａ）は、回転ロッド１１の場合の光路と光源像を例示し、図７（ｂ）は、回転ロッド２１の場合の光路と光源像を例示している。図７（ａ）では、２次光源像ａ２、ａ３は光軸１に対して対称な位置に形成されているのに対して、図７（ｂ）では、２次光源像ａ２、ａ３は光軸１に対して非対称な位置に形成されている。
【００９６】
２次光源像が光軸１に対して非対称に形成されている場合に、回転ロッド２１が光軸１を回転軸として回転すると、２次光源像は光軸１周りに回転するとともに、光軸１に垂直な平面内で振動しているように見える。このように２次光源像の回転（２次光源像の位置の円周方向の変化）と振動（２次光源像の位置の半径方向の変化）が組み合わされた場合、回転のみの場合に比べて、２次光源像の位置が円周方向と半径方向の両方に変化することにより、２次光源像を形成する照明光の状態がさらに複雑に変化し、高いスペックル低減効果が得られる。
【００９７】
つまり、回転軸と断面中心２をずらした構成とすることにより、回転ロッド２１を回転させるだけで回転しながら振動している状態とほぼ同様のスペックル低減効果を得ることができる。このため、本実施形態によれば、回転ロッド２１の駆動機構の構造を複雑化することなく、第１の実施形態と比べてより高いスペックル低減効果を得ることができる。
【００９８】
なお、回転させるだけで回転と振動を組み合わせた場合とほぼ同様のスペックル低減効果が得られる構成は他にもある。図８は、本実施形態のロッドインテグレータの構成の変形例を示す図である。本変形例のロッドインテグレータ３０の回転ロッド３１は、入射面３０ａの断面中心を光軸１と一致させ、且つ、射出面３０ｂの断面中心３を光軸１からずらして構成している。このような構成のロッドインテグレータ３０において、光軸１周りに回転ロッド３１を回転させることにより、ロッドインテグレータ２０と同様のスペックル低減効果を得ることができる。
【００９９】
以上、本実施形態においても、ロッドインテグレータ本来の光の効率的且つ均一な照明機能が損なうことなく、回転ロッド２１を回転させることによりスペックルパターンを低減することができる。
＜第３の実施形態＞
図９は、本実施形態に係るロッドインテグレータ（照明系）の構成を示す図である。なお、図９で例示される本実施形態のロッドインテグレータ４０は、第１の実施形態のロッドインテグレータ１０の変形例である。このため、ロッドインテグレータ１０と共通する構成要素には同符号を付し説明を省略する。
【０１００】
図９に例示されるように、本実施形態のロッドインテグレータ４０は、光源側から順に回転ロッド（第１のロッドインテグレータ）と固定ロッド（第２のロッドインテグレータ）を含んで構成される照明系である点は、ロッドインテグレータ１０と同様である。
【０１０１】
ロッドインテグレータ１０との相違点は、回転ロッド１１と固定ロッド１２の間に、さらにレンズ４１（第１のレンズ）を含む点である。なお、本明細書では、各ロッドインテグレータにレンズを含めた構成についてもロッドインテグレータと記載する。回転ロッド１１の入射面４０ａと固定ロッド１２の入射面４０ｃは、レンズ４１により共役となるように構成されている。通常、光源とロッドインテグレータの入射面は共役に構成されるので、ロッドインテグレータ４０では、不図示の光源と入射面４０ａと入射面４０ｃは共役となる。
【０１０２】
このように、レンズ４１を用いて入射面４０ａと入射面４０ｃを共役にすることにより、固定ロッド１２には既存のロッドインテグレータを用いることができる。また、回転ロッド１１と固定ロッド１２の間の距離もレンズ４１の特性によって調整すること可能となるため、回転ロッド１１の回転機構のスペースも確保しやすい。さらに、通常、レンズ４１は正の屈折率を有し、回転ロッド１１から射出される光を収束光として入射面４０ｃに入射させることができるため、上述した条件式（４）、条件式（４−１）、条件式（４−２）による固定ロッド１２の幅Ｄ２に関する制約を緩和することができる。このため、ロッドインテグレータ４０の小型化に寄与しうる。
【０１０３】
以上、本実施形態においても、ロッドインテグレータ本来の光の効率的且つ均一な照明機能が損なうことなく、回転ロッド１１を回転させることによりスペックルパターンを低減することができる。
＜第４の実施形態＞
図１０は、本実施形態に係る照明系の構成例と作用を説明する図である。なお、図１０（ａ）で例示される本実施形態の照明系５０は、レーザ光源（Ｒレーザ光源５１、Ｇレーザ光源５２、Ｂレーザ光源５３）とロッドインテグレータ１０（回転ロッド１１、固定ロッド１２）の間にイメージローテータ５５及びレンズ５６（第２のレンズ）を含んで構成される。イメージローテータ５５は、不図示の駆動機構により光軸１周りに回転するように構成されている。なお、ロッドインテグレータ１０は、上述した第１の実施形態のロッドインテグレータであるため、構成及び作用についての記載は省略する。
【０１０４】
以下、図１０（ａ）を参照しながら、本実施形態の照明系５０の作用について説明する。まず、各色のレーザ光源から射出された照明光は、クロスダイクロイックプリズム５４に入射する。クロスダイクロイックプリズム５４に入射した照明光は、合成された平行光束として射出され、イメージローテータ５５に入射する。
【０１０５】
なお、ここでは図示しないが、クロスダイクロイックプリズム５４とイメージローテータ５５の間にさらにビームエキスパンダ等を配置して、光束径を大きくした上で照明光をイメージローテータ５５へ入射させても良い。
【０１０６】
イメージローテータ５５は、像の姿勢を所望の角度に調整する光学素子であり、図１０（ａ）では、軸上マージナル光線がイメージローテータ５５への入射時の状態から反転して射出される様子が示されている。
【０１０７】
さらに、本実施形態では、イメージローテータ５５は光軸周りに回転しているため、射出される光が形成する像の姿勢もそれぞれ回転することになる。なお、例えば、イメージローテータ５５が毎秒δラジアンの速度で光軸周りに回転している場合、像の姿勢は毎秒２δラジアンで回転することになる。
【０１０８】
イメージローテータ５５から射出された光は、レンズ５６を介して、毎秒εラジアンの速度で光軸周りに回転している回転ロッド１１の入射面１０ａに結像する。なお、レンズ５６は、回転ロッド１１の入射面１０ａとレーザ光源が共役となるように作用する。回転ロッド１１へ入射後の光は、第１の実施形態と同様に作用し、スペックルを低減するとともに、映像表示素子の形状に合わせた形状で且つ均一な光強度分布の射出光が射出される。
【０１０９】
図１０（ｂ）は、照明系５０から射出される照明光により形成される光源像の位置を光軸方向から示した図である。なお、図１０（ｂ）では、簡単のため、回転ロッド１１内で１回だけ反射する場合であって、３×３の１次光源像及び２次光源像のみを例示している。
【０１１０】
図１０（ｂ）に例示されるように、照明系５０から射出される照明光の光源像は、第１の実施形態と同様に、回転ロッド１１の回転により２次光源像が光軸（１次光源像）周りに毎秒２εラジアンで回転する。それに加えて、第１の実施形態と異なり、イメージローテータ５５の回転により各光源像（１次光源像、２次光源像）自体が各光源像周りに毎秒２δラジアンで回転（自転）する。
【０１１１】
このように、本実施形態では、２次光源像の光軸周りの回転に加えて、１次光源像を含めたすべての光源像が自転するため、照明状態はさらに複雑に変化し、それにより一定時間内により多くのスペックルパターンを重畳させることができる。これにより、第１の実施形態と同様の効果に加え、さらに高いスペックル低減効果が得られる。
【０１１２】
なお、図１０では、回転ロッド１１とイメージローテータ５５が同じ方向に回転する場合を例示したが、異なる方向に回転してもよい。また、回転ロッド１１とイメージローテータ５５は、同じ速度で回転しても異なる速度で回転しても良い。
【０１１３】
また、ここでは、ロッドインテグレータとして、第１の実施形態のロッドインテグレータ１０を用いて構成して例を示したが、第２の実施形態のロッドインテグレータ２０やロッドインテグレータ３０、第３の実施形態のロッドインテグレータ４０などを用いて構成しても良い。
【０１１４】
また、さらに他の構成のロッドインテグレータを用いてもよい。図１１は、本実施の形態である照明系の構成の変形例と作用を説明する図である。図１１（ａ）に例示されるように、本変形例の照明系６０は、照明系５０の回転ロッド１１を省略した構成となっている。なお、ここで、固定ロッド１２は、固定ロッド１２単体でロッドインテグレータとして機能する長さを有しているものとする。
【０１１５】
このように、回転ロッド１１を省略した場合、図１１（ｂ）に例示されるように、照明系６０から射出される照明光の光源像は、イメージローテータ５５の回転により各光源像（１次光源像、２次光源像）自体が各光源像周りに毎秒２δラジアンで回転（自転）する。
【０１１６】
以上、本変形例においても、１次光源像を含めたすべての光源像が自転することにより照明状態が変化し、それにより一定時間内により多くのスペックルパターンを重畳させることができる。このため、スペックル低減効果が得られる。また、本変形例では回転ロッド１１が省略されて構成されるため、照明系５０に比べて部品点数が減少し、構成を簡素化することができる。これにより、スペックル低減効果と照明系に要するコストのバランスを取ることができる。
【０１１７】
さらに、イメージローテータについても、他の構成としても良い。図１２は、本実施の形態の照明系の構成の他の変形例を説明する図である。図１２に例示されるように、本変形例の照明系７０は、照明系６０のイメージローテータ５５の代わりにイメージローテータ７１を用いて構成されている。
【０１１８】
イメージローテータ７１は、光軸１に対して傾斜した２面を有する三角形のプリズム７２と、光軸１と平行に配置された反射ミラー７３から構成されていて、イメージローテータ７１全体が光軸１周りに毎秒δラジアン回転する。このイメージローテータ７１では、入射した光がプリズム７２の主面７２ａ、反射ミラー７３、プリズム７２の主面７２ｂで反射することにより、射出される光が形成する像の姿勢が反転する。
【０１１９】
このような構成においても、イメージローテータ５５と同様のスペックル低減効果を得ることができる。また、イメージローテータ７１では、プリズム７２と反射ミラー７３の表面での反射を用いて入射光の方向を制御しているため、入射角に対する制限が比較的緩やかである。このため、照明系７０では、入射光は平行光に限られず、図１２で例示されるような収束光にも利用することができる。
【０１２０】
図１３は、本実施の形態の照明系に用いられるイメージローテータの他の変形例を示した図である。照明系に用いられるイメージローテータは、図１３（ａ）のイメージローテータ７４及び図１３（ｂ）のイメージローテータ７５のような単一のプリズムにより形成されても良い。また、図１３（ｃ）のイメージローテータ７６のように２つのプリズム（プリズム７７、プリズム７８）の間に隙間７９を設けて組み合わせて形成されても良い。
【０１２１】
以上、本実施形態の照明系においても、ロッドインテグレータ本来の光の効率的且つ均一な照明機能が損なうことなく、イメージローテータ、又はイメージローテータ及び回転ロッドを回転させることによりスペックルパターンを低減することができる。
＜第５の実施形態＞
図１４は、本実施形態に係る照明系の構成例と作用を説明する図である。なお、本実施形態の照明系８０では、すでに上述したロッドインテグレータを用いる。このため、他の実施形態と共通する構成要素には同符号を付し説明を省略する。
【０１２２】
図１４（ａ）で例示される本実施形態の照明系８０は、光源側から順にイメージローテータ８１、レンズ８２、回転ロッド１１、固定ロッド１２を含んで構成される。なお、回転ロッド１１は、光軸１周りに回転するように構成されている。
【０１２３】
本実施形態の照明系８０は、第４の実施形態の照明系５０と異なり、イメージローテータ８１は光軸１に対して傾いた（チルトした）傾斜軸４を持ち、光軸１周りに回転するように構成されている。
【０１２４】
イメージローテータ８１から射出された光は、レンズ８２を介して、図１４（ｂ）に例示されるように回転ロッド１１の入射面８０ａ上の円形領域８０ｂを照明する。なお、レンズ８２は、入射面８０ａと光源が共役となるように作用する。イメージローテータ８１は、入射する光に対して傾いた光を射出する。このため、円形領域８０ｂはイメージローテータ８１の回転によりそれ自体も回転（自転）するが、それに加えて円８０ｃに沿って円を描くように移動することになる。これは光源を円状に移動させている状態と等価である。このような照明範囲の変化はイメージローテータ８１が光軸１に対して傾いているため生じる。
【０１２５】
これにより、本実施形態の照明系８０では、すでに上述した回転ロッド１１の回転による２次光源像の光軸１周りの回転とイメージローテータ８１の回転による２次光源像の自転に加えて、さらに、イメージローテータ８１が光軸１に対して傾いていることによる照明範囲の移動が同時に生じることになる。
【０１２６】
これにより、一定時間内に多くのスペックルパターンが重畳させることができ、第４の実施形態の照明系５０に比べてさらに高いスペックル低減効果が得られる。
なお、図１４（ｃ）に例示されるように、イメージローテータ８１により照明される入射面８０ａ上の円形領域８０ｂの移動は、入射面８０ａの中心に円の中心がある円８０ｄに沿って行われることが好ましい。これは回転ロッド１１の断面積を小さくすることができるためであり、回転ロッド１１の小型化に寄与する。
【０１２７】
図１５及び図１６は、本実施形態に係る照明系の構成の変形例を示した図である。図１５（ａ）に例示される照明系９０は、照明系８０から回転ロッド１１を省略した構成となっている。なお、この場合の固定ロッド１２は、単体でロッドインテグレータとして機能する長さを有する。
【０１２８】
照明系９０の場合、回転ロッド１１の回転による２次光源像の光軸１周りの回転は生じないが、イメージローテータ８１の回転による２次光源像の自転と照明範囲の移動は生じる。このため、照明系８０に比べて部品点数が減少し、構成を簡素化することができる。これにより、スペックル低減効果と照明系に要するコストのバランスを取ることができる。
【０１２９】
図１５（ｂ）に例示される照明系９１は、イメージローテータを傾ける代わりに、イメージローテータの形状を変更することにより照明範囲を回転させる。つまり、イメージローテータ９１は、入射する光に対して傾いた光を射出する。照明系９１は、光軸１周りに回転するイメージローテータ９２と、レンズ８２と、回転ロッド１１と、固定ロッド１２とを含んで構成されている。
【０１３０】
照明系９１では、入射面９２ａから光軸１に対して平行にイメージローテータ９２に入射した光は、射出面９２ｂから光軸１に対して平行でない光として射出され、レンズ８２を介して、回転ロッド１１の光軸１からずれた位置を照明する。イメージローテータ９２の射出面９２ｂとレンズ８２の間隔、及び、レンズ８２と回転ロッド１１の入射面の間隔がレンズ８２の焦点距離となるようにするなど、レンズ８２のパワーや配置位置を調節すれば、レンズ８２から射出する主光線を光軸と平行にすることができる。
【０１３１】
このように構成した場合であっても、照明範囲は移動することになるため、照明系８０と同様のスペックル低減効果を得ることができる。なお、回転ロッド１１を省略し、固定ロッド１２のみでロッドインテグレータを構成しても良い。これにより、部品点数が減少し、構成を簡素化することができる。
【０１３２】
図１５（ｃ）に例示される照明系９３は、照明系９１に対して、レンズ８２と回転ロッド１１の間に、さらにアキシコン９４（光学素子）を追加したものである。イメージローテータ９２により照明範囲を移動させるために回転ロッド１１の入射面９３ａでの照明範囲の中心を光軸１からずらした結果、主光線は光軸１に対して傾いて回転ロッド１１の入射面９３ａに入射する虞がある。アキシコン９４は、これを補正するためのもので、主光線を回転ロッド１１の入射面９３ａに対して垂直（光軸１に対して平行）に入射させるために用いられる。なお、レンズ８２にアキシコン９４と同様の作用を持たせて構成してもよい。
【０１３３】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に例示される照明系９５のように、射出光の位置を光軸からΔ偏心させるイメージローテータ９６と光軸１に対してΔだけ偏心させたレンズ８２で構成しても良い。図１６（ａ）では、イメージローテータ９６からの射出光は光軸１の下側にΔだけ偏心している。これに合わせて光軸１の下側にΔだけレンズ８２も偏心させることにより、レンズ８２に平行に入射する光は、主光線が回転ロッド１１の入射面９５ａに対して垂直（光軸１に対して平行）な状態で、回転ロッド１１の入射面９５ａの光軸１から下側にΔずれた位置に結像する。なお、イメージローテータ９６とレンズ８２は、一体となって光軸周りに回転する。図１６（ｂ）は、イメージローテータ９６とレンズ８２が光軸周りに１８０°回転した状態を示している。このように、イメージローテータ９６からの射出光の偏心に合わせてレンズ８２も偏心させた上で、一体として回転させることにより、照明範囲を移動させることができる。
【０１３４】
図１６（ｃ）に例示される照明系９７の構成のように、レンズとイメージローテータの順番を逆にして、イメージローテータのみを回転するようにしても良い。照明系９７では、偏心していないレンズ８２により平行光を収束状態にし、射出光の位置を光軸からずらすイメージローテータ９６により、主光線が回転ロッド１２の入射面９７ａに対して垂直（光軸１に対して平行）な状態で、回転ロッド１１の入射面９７ａの光軸１から下側にずれた位置に結像する。その結果、イメージローテータ９６を回転すると、光源像の位置が光軸まわりに回転し、照明範囲が移動する。なお、ここでは、三角形のプリズムと反射ミラーとからなるイメージローテータを例示したが、特にこれに限定されない。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）のような形状のイメージローテータの他、さまざまな形状のイメージローテータが利用可能である。
【０１３５】
なお、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）の照明系でも図１６（ｃ）のように、回転ロッド１１を省略し、固定ロッド１２のみでロッドインテグレータを構成した照明系を用いても良い。これにより、部品点数が減少し、構成を簡素化することができる。
【０１３６】
さらに、ロッドインテグレータについても、第１から第３の実施形態と同様に変形してもよい。
以上のように構成した場合であっても、照明範囲は移動することになるため、照明系８０と同様のスペックル低減効果を得ることができる。
【０１３７】
以上、本実施形態の照明系においても、ロッドインテグレータ本来の光の効率的且つ均一な照明機能が損なうことなく、イメージローテータ、又はイメージローテータ及び回転ロッドを回転させることによりスペックルパターンを低減することができる。
＜第６の実施形態＞
図１７は、本実施形態に係る照明系に含まれるイメージローテータの構成例と作用を説明する図である。なお、本実施形態の照明系の構成は、イメージローテータを除き、すでに上述した構成と同様である。
【０１３８】
図１７（ａ）に例示されるように、本実施形態のイメージローテータ１００は、プリズム９８と反射ミラー９９から構成されている。イメージローテータ１００は、プリズム９８と反射ミラー９９の全体が、光軸１周りに回転するように構成されている。プリズム９８は、主面９８ａ（第１の主面）と主面９８ｂ（第２の主面）をそれぞれ光軸１と交差する平面上に含んでいる。
【０１３９】
プリズム９８の入射側の主面９８ａは、Ｘ方向（図１７（ａ）の奥行き方向）に透過領域９８ｃと反射領域９８ｄの２つの異なる領域を含んで構成されている。図１７（ｂ）に例示されるように、透過領域９８ｃはＸ軸の正方向側（図１７（ａ）の紙面奥側）に、反射領域９８ｄはＸ軸の負方向側（図１７（ａ）の紙面手前側）に設けられている。
【０１４０】
同様に、プリズム９８の射出側の主面９８ｂは、Ｘ方向（図１７（ａ）の奥行き方向）に透過領域９８ｅと反射領域９８ｆの２つの異なる領域を含んで構成されている。図１７（ｃ）に例示されるように、透過領域９８ｆはＸ軸の正方向側（図１７（ａ）の紙面奥側）に、反射領域９８ｅはＸ軸の負方向側（図１７（ａ）の紙面手前側）に設けられている。
【０１４１】
このように、主面９８ａに入射する一部の光は主面９８ａを反射し、一部の光は透過するように構成する。なお、反射領域９８ｄ及び反射領域９８ｅは、例えば、反射ミラー９９と同様に、反射ミラーによって構成されている。
【０１４２】
このようにイメージローテータ１００を構成することにより、イメージローテータ１００ではプリズム９８を反射する光と透過する光が生じることになる。
図１７（ｄ）、図１７（ｅ）及び図１７（ｆ）は、プリズム９８を透過する光と反射する光の光路について説明するための図である。
【０１４３】
図１７（ｄ）は、プリズム９８を透過する光の光路を例示している。図１７（ｄ）に例示されるように、主面９８ａの透過領域９８ｃからプリズム９８内に入射した光は、プリズム９８内で１回反射して主面９８ｂの透過領域９８ｆから射出される。これにより、プリズム９８を透過した光は、プリズム９８入射時に対して像が反転した状態で射出される。
【０１４４】
一方、図１７（ｅ）は、プリズム９８を反射する光の光路を例示している。図１７（ｅ）に例示されるように、主面９８ａの反射領域９８ｄで反射された光は、主面９８ａ、反射ミラー９９、主面９８ｂの反射領域９８ｅでそれぞれ反射される。つまり、計３回反射されてから射出される。これにより、プリズム９８を反射した光は、プリズム９８を透過した光と同様に、プリズム９８入射時に対して像が反転した状態で射出される。
【０１４５】
図１７（ｆ）は、プリズム９８を透過する光と反射する光の光路を示している。このように、プリズム９８を透過する光と反射する光のそれぞれで像が反転するように構成した上で、イメージローテータ１００を光軸周りに回転することにより、２次光源像の自転によるスペックル低減効果を得ることができる。また、さらに、照明系に光軸周りに回転する回転ロッドがある場合には、回転ロッドの回転による２次光源像の光軸１周りの回転によるスペックル低減効果も合わせて得られる。また、イメージローテータ１００では、プリズム９８を透過する光と反射する光には光路長差が生じる。このため、光路長差によるスペックル低減効果も加わることになり、さらに高いスペックル低減効果が得られる。
【０１４６】
なお、イメージローテータ１００では、主面９８ａ及び主面９８ｂの一部に反射ミラーを設けることで、プリズム９８を反射する光と透過する光を生じさせたが、特にこれに限られない。例えば、主面９８ａ及び主面９８ｂをハーフミラーとして構成することによっても同様の効果を得ることができる。
【０１４７】
図１８は、本実施形態に係る照明系に含まれるイメージローテータの構成の変形例を示した図である。図１８に例示されるように、プリズム１０２を反射した光がプリズム１０２と反射ミラー１０３の間で多重反射するイメージローテータ１０１を用いることもできる。この場合、プリズム１０２を反射した光とプリズム１０２を透過した光の光路長差は、イメージローテータ１００の場合に比べて大きくなる。これにより、さらに高い光路長差によるスペックル低減効果を得ることができる。この他、反射した光の光路上に、光路長差を生じさせるための部材をさらに追加しても良い。
【０１４８】
また、本実施形態においても、イメージローテータの回転軸を光軸に対して傾けることにより、照明範囲が円状を描いて回転するように構成してもよい。また、イメージローテータの形状により照明範囲が円状を描いて回転するように構成してもよい。
【０１４９】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１５０】
１    光軸
２、３      断面中心
４    傾斜軸
９    レーザ光源
９ａ  Ｒ光
９ｂ  Ｇ／Ｂ光
１０、２０、３０、４０  ロッドインテグレータ
１１、２１、３１、５７  回転ロッド
１２、５８  固定ロッド
１０ａ、１０ｃ、２０ａ、２０ｃ、３０ａ、３０ｃ、４０ａ、４０ｃ、８０ａ、９２ａ、９３ａ、９５ａ、９７ａ  入射面
１０ｂ、１０ｄ、２０ｂ、２０ｄ、３０ｂ、３０ｄ、４０ｂ、４０ｄ、９２ｂ、３０４ａ  射出面
１１ａ、１２ａ、３０４ｄ      矩形領域
１１ｂ、１１ｃ、８０ｂ、３０４ｂ、３０４ｃ      円形領域
１３  コンデンサレンズ
１４  ＴＩＲプリズム
１５  ダイクロイックプリズム
１６  分離合成面
１７、１８  映像表示素子
４１、５６、８２  レンズ
５０、６０、７０、８０、９０、９１、９３、９５、９７  照明系
８０ｃ、８０ｄ    円
５１  Ｒレーザ光源
５２  Ｇレーザ光源
５３  Ｂレーザ光源
５４  クロスダイクロイックプリズム
５５、７１、７４、７５、７６、８１、９２、９６、１００、１０１    イメージローテータ
７２、７７、７８、９８、１０２      プリズム
７２ａ、７２ｂ、９８ａ、９８ｂ      主面
９８ｃ、９８ｆ    透過領域
９８ｄ、９８ｅ    反射領域
７３、９９、１０３      反射ミラー
７９  隙間
９４  アキシコン
２００      投影装置
３０１      レーザ
３０２      コリメータレンズ
３０３      集光レンズ
３０４      多角形ロッド
３０５      コンデンサレンズ
３０６      空間光変調器
【図２】
2010164855.tif 000003
【図３】
2010164855.tif 000004
【図４】
2010164855.tif 000005
【図５】
2010164855.tif 000006
【図７】
2010164855.tif 000007
【図８】
2010164855.tif 000008
【図９】
2010164855.tif 000009
【図１０】
2010164855.tif 000010
【図１１】
2010164855.tif 000011
【図１２】
2010164855.tif 000012
【図１４】
2010164855.tif 000013
【図１５】
2010164855.tif 000014
【図１６】
2010164855.tif 000015
【図１７】
2010164855.tif 000016
【図１８】
2010164855.tif 000017
【図１】
2010164855.tif 000018
【図６】
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【図１３】
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【図１９】
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【図２０】
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