(57)【要約】【課題】画像の解像度に大きな影響を与えずに、任意のスクリーンでの投射画像のスペックルを低減できるレーザ投射装置を提供する。【解決手段】レーザ投射装置は、レーザ素子ＬＢ，ＬＲ，ＬＧを含むレーザ光源ユニットと、レーザ光源ユニットからのレーザ光を２次元的に走査するための走査装置ＭＳと、結像光学系Ｌ４などで構成される。レーザ光源ユニットと走査装置ＭＳとの間には、光路長が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む光学素子ＬＳが設けられる。【選択図】図１
2010008545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
レーザ光源からのレーザ光を２次元的に走査するための走査装置とを備えたレーザ投射装置であって、
レーザ光源と走査装置との間に設けられ、光路長が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む光学素子を備えたことを特徴とするレーザ投射装置。
【請求項２】
領域間の光路長差Ｔは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、
Ｔ＞λ２／Δλ
を満足することを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項３】
透明媒体の各分割領域は、光軸を中心として同心輪帯状に配置されることを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項４】
透明媒体に入射する物体距離をＬ、透明媒体の外径をＤとして、
｜Ｌ／Ｄ｜＞５０
を満足することを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項５】
レーザ光源は、青色レーザ素子、赤色レーザ素子および緑色レーザ素子を含み、
各レーザ素子からレーザ光を合成するための色合成素子をさらに備え、
前記光学素子は、該色合成素子の後方に配置されることを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項６】
透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項７】
透明媒体の各分割領域の光入射面及び／又は光出射面には、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び／又は異なる方向で設けられることを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項８】
レーザ光源は、半導体レーザ素子を含むことを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項９】
走査されたレーザ光を固定スクリーン上に集光するための結像光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ポケットプロジェクタ、データプロジェクタ、リアプロジェクションテレビ等の画像投影装置などに適用可能であって、レーザ光を用いてスクリーン上に画像を投射するレーザ投射装置に関し、さらに詳しくは、レーザ光によって発生する投射画像のスペックルを低減する手法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、リアプロジェクション方式のレーザＴＶにおいて、スクリーンを画面と平行に回転運動させることでスペックルやシンチレーションを低減している。特許文献２は、スクリーンではなく光学系を光軸と垂直に駆動させて低減している。特許文献３は、走査型レーザ投射装置の走査手段とスクリーンの間に複屈折板を配置し、光学軸とレーザの偏光方向が傾いている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４３６６３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１８０６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８４７４９号公報
【特許文献４】特表２００４−５２９３７５号公報
【特許文献５】特開２００４−４５６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、スペックル低減にはある程度効果があるが、大きなスクリーンを動かす必要があるため、駆動構成が必然的に大型化してしまう。さらに、使用可能なスクリーンが限られてしまうため、例えば、不特定のスクリーンを対象とした携帯型プロジェクタには不向きである。
【０００５】
特許文献２は、投射レンズを光軸と垂直な方向に微小振動させているため、画素サイズが振動方向に実質的に大きくなってしまい、解像度の劣化をもたらす。
【０００６】
特許文献３は、偏光を重ね合わせてスペックルを低減させる狙いであるが、偏光は直交する２方向しかないので、重ね合わせで得られる低減効果は５０％しかない。
【０００７】
特許文献４は、位相変調を発生する波面変調素子を光路に配置して、スペックル低減を狙っている。しかし、異なる位相状態のスペックルの重ね合わせによる低減効果であり、行イメージを走査することでスペックル低減が行われるため、点像走査の場合には波面変調素子による回折の影響により、走査手段に入射する光量が小さくなり、結果として、スクリーン上の画像が暗くなるので好ましくない。
【０００８】
特許文献５は、レーザ光のコヒーレンシーを低下させるために、光路長を可干渉距離以上異なる複数の光源にして１次元空間変調素子を照明している。しかし、１次元的に光路長を大幅に変化させているが、２次元でのスペックル低減ではないので、本発明のような２次元走査プロジェクタに適用する場合は、１次元方向の解像力が大きく低下する。
【０００９】
本発明の目的は、画像の解像度に大きな影響を与えずに、任意のスクリーンでの投射画像のスペックルを低減できるレーザ投射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ投射装置は、
レーザ光源と、
レーザ光源からのレーザ光を２次元的に走査するための走査装置とを備え、
レーザ光源と走査装置との間に設けられ、光路長が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む光学素子を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、領域間の光路長差Ｔは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、
Ｔ＞λ２／Δλ
を満足することが好ましい。
【００１２】
本発明において、透明媒体の各分割領域は、光軸を中心として同心輪帯状に配置されることが好ましい。
【００１３】
本発明において、透明媒体に入射する物体距離をＬ、透明媒体の外径をＤとして、
｜Ｌ／Ｄ｜＞５０
を満足することが好ましい。
【００１４】
本発明において、レーザ光源は、青色レーザ素子、赤色レーザ素子および緑色レーザ素子を含み、
各レーザ素子からレーザ光を合成するための色合成素子をさらに備え、
前記光学素子は、該色合成素子の後方に配置されることが好ましい。
【００１５】
本発明において、透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有することが好ましい。
【００１６】
本発明において、透明媒体の各分割領域の光入射面及び／又は光出射面には、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び／又は異なる方向で設けられることが好ましい。
【００１７】
本発明において、レーザ光源は、半導体レーザ素子を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明において、走査されたレーザ光を固定スクリーン上に集光するための結像光学系をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、画像の解像度に大きな影響を与えずに、任意のスクリーンでの投射画像のスペックルを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係るレーザ投射装置は、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を２次元的に走査するための走査装置と、レーザ光源と走査装置との間に設けられ、光路長が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む光学素子などで構成される。
【００２１】
近年、レーザ光源を用いたプロジェクタが提案されており、従来の放電ランプ光源を用いたものと比較すると色再現範囲が大きく取れることから、次世代の高品質映像表示装置として注目されている。しかし、レーザのように可干渉な光源を用いた場合、スペックルの発生により投影画像が浮いたように見えるため、映像品質が低下してしまう。しかしながら、スペックル発生はレーザを使うこと自体に起因しているので、完全に除去することは原理的に難しい。従って、スペックルを除去するより、目立たない程度にまで低減する方法が望まれている。
【００２２】
スペックルを低減する方法には大きく分けて２つある。第１の方法は、発生したスペックルを時間的に変化させて、相互に重ね合わせることで低減するものである。偏光や波長の一様性を保ったままスペックルを低減する方法としては、人間の眼に感知できないように時間的な積算を行う。特許文献１もその原理を用いたものである。しかし、特許文献１の方式では時間的に変化を発生させるために、スクリーンや光学素子を振動や回転駆動させる必要がある。その結果、駆動装置が必要であり、駆動装置の電力や駆動による騒音、駆動装置の信頼性等の問題があり結果としてコスト高となったり、副作用が発生したりする。
【００２３】
第２の方法は、光源の見かけの可干渉性を低減させるものである。具体的には、複数の偏光状態の重ね合わせ、複数の波長の重ね合わせ、複数の位相状態の重ね合わせを利用する方法、さらに光源を複数に分割して重ね合わせるといったように光源側に工夫を加える方法である。
【００２４】
偏光状態の重ね合わせは、偏光は直交する２つの方向に分解できることから、２つの状態を重ね合わせることに過ぎないので、低減効果としては最大でも５０％しかない。
【００２５】
複数の波長の重ね合わせは、光源の状態そのものを変化させる必要があり、低コヒーレンスの光源を用いることそのものと同義であるので、一般のレーザ光源を用いた方法では利用できない。
【００２６】
特許文献４のような複数の位相状態を重ねる方法は、位相変調を発生する波面変調素子を光路に配置して、スペックル低減を狙っているが、異なる位相状態のスペックルの重ね合わせによる低減効果であり、行イメージを走査することでスペックル低減が行われるため、点像走査の場合には波面変調素子による回折の影響により、走査手段に入射する光量が小さくなり結果として暗くなるので好ましくない。
【００２７】
複数の光源を重ねる方法として一般的に用いられている方法は、拡散板で擬似的に多くの微小光源を作成し、それぞれの光源が干渉しないということによる低減方法がある。しかしながら、レーザ光が拡散板を透過すると、拡散するため、レーザ光の本来の直進性を失ってしまうために、システム全体の光量が損失してしまう。
【００２８】
そこで、本発明は、透明媒体を複数の領域に分割して、各分割領域の光路長（＝厚み×屈折率）を可干渉距離以上にすることにより、各分割領域からの出射光を独立の光源として扱うことによる低減方法を提案する。
【００２９】
近年、注目されている超小型プロジェクタとして、レーザ走査式プロジェクタがある。具体的な構成としては、レーザ光源と、レーザー光を２次元に走査する走査手段とを有し、変調されたレーザ光を走査手段で走査して画像投影するレーザー投射装置である。液晶パネルやＤＭＤ(Digital Micromirror Device)といった２次元の空間変調素子を照明し、変調された画像を投影レンズで投影する方式と比較して、投影レンズが不要であるために小型化が図られ、レーザ光源の直接変調により、例えば、黒い画面の時はレーザの発光がなく、低消費電力が図られる。
【００３０】
上記レーザ走査式プロジェクタは、光源から走査手段までの光束は非常に小さく、走査手段の後方ではある程度広がり角をもつ。そこで、光源と走査手段の間にスペックルを低減する効果のある光学素子、具体的には、レーザ光束を複数の領域に分割し異なる光路長を有する透明媒体からなる光学素子を配置することが好ましい。
【００３１】
異なる光路長とは、具体的には、レーザ光の可干渉距離以上異なる光路長を有することが必要である。これにより、異なる分割領域間の干渉性が失われるため、各分割領域からの出射光を独立の光源とみなすことが可能である。分割領域の数だけ異なる光源が存在することにより、スペックルが重畳され、その結果、目立たない程度にまで低減される。
【００３２】
具体的には、分割領域間の光路長差Ｔは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、Ｔ＞λ２／Δλを満足することが好ましい。この式は、各分割領域からの出射光が干渉しないことを規定するための条件式である。
【００３３】
しかし、可干渉距離とは、干渉の影響が一定量以下になる距離であり、実際のスペックルの影響度合いから、十分に干渉が低減される程度以上に光路長差を設定することが好ましい。
【００３４】
また、透明媒体の寸法に関して、透明媒体に入射する物体距離をＬ、透明媒体の外径をＤとして、｜Ｌ／Ｄ｜＞５０を満足することが好ましい。この式は、透明媒体の分割領域によって発生する１次回折光の回折角度（Sinθ≒θ（＝Ｄ／Ｌ））を規定している。
【００３５】
また、透明媒体の分割領域の数は、３つ以上であることが好ましい。従来技術である偏光素子を用いて干渉性を無くす方法の場合は、偏光は直交している２つの成分に分解されるので、スペックル低減効果はせいぜい５０％である。これに対して本発明方式による利点は、分割領域の数だけ、レーザ光束を分割することができるため、その分、スペックル低減効果が向上することである。従来の偏光方式よりも効果を出すためには、少なくとも３つの分割領域が存在することが望ましい。さらに望ましくは、４分割以上であると、スペックル量は２５％（偏光方式の半分）に低減されるため、効果がより顕著になる。
【００３６】
透明媒体の各分割領域は、長さの異なる円筒を、光軸を中心として同心輪帯状に配置した形態（第１実施形態）や、長さの異なる四角柱を、光軸に垂直な面内でマトリクス状に配置した形態（第２実施形態）などが考えられる。
【００３７】
本発明方式は、レーザ光の干渉性を低減するために、各々の分割領域を個別の光源として使用している。複数の四角柱をマトリクス状に配置した場合、個別光源は、四角柱の端面に相当する大きさを有することになる。これは、本来の光学系の有効径が分割することで小さくなってしまうことを意味する。これにより、どの分割領域からの光も同程度に投影面上で大きくなるため、スクリーン上の光スポットが大きくなって、解像度が低下する可能性がある。そのため、レーザ走査光学系の設計において配慮が必要になる。
【００３８】
一方、複数の円筒を同心輪帯状に配置した場合、個別光源は、円筒の端面に相当する大きさを有することになる。最も内側の円筒は、上述と同様に、有効径が小さくなり、スクリーン上の光スポットが大きくなる。しかし、より外側の円筒ほど、有効径が大きくなるため、スクリーン上の光スポットは小さくなる。従って、複数の円筒からなる個別光源を組み合わせた場合、図３のグラフに示すように、光スポットは、中心のコア部分が明瞭に残りつつ、すそが広がったような像となる。このことは、解像度の劣化はほとんどなく、スペックル低減が可能であることを意味している。光スポットのすそが広がると、低い空間周波数におけるコントラストが低下するが、中心のコア部分によって解像度の低下を抑制できるため、２次元走査方式のプロジェクタにとって好適な手法である。
【００３９】
透明媒体にはほぼ平行の光線を入射することが好ましい。透明媒体に集光状態や発散状態の光束を入射させると、ケラレが発生してしまい、光学系の効率が低下する。実用上問題にならない程度のケラレ量にするためには、透明媒体に入射する物体距離をＬ、透明媒体の外径（円筒の場合は直径、角柱の場合は一辺の長さ）をＤとして、｜Ｌ／Ｄ｜＞５０を満足することが好ましい。この式は、周辺での最大入射角度を規定しており、約１度（正確には１．１４５度）である。
【００４０】
各レーザからの光線はコリメートされている。従って、コリメート透過後の物体距離は∞であるので、素子に入射する物体距離Ｌ＝∞である。従って、条件式の値、｜Ｌ／Ｄ｜は無限大となり、条件式を満足する。コリメートしているので、有限のスクリーンで結像されるために素子を透過した後に、（実施形態では）焦点距離４００ｍｍのレンズを用いて、４００ｍｍ先のスクリーンで結像するようにしている。コリメートレンズを完全コリメートでなくて、若干収束気味にしてＬを無限ではなく有限にしてもよい。例えば、物体距離Ｌ＝４００ｍｍと設定することで、上記の結像レンズを省くことができる。そのためには、条件式を満足することが重要である。実施形態１の場合、条件式を満足するには、Ｄ＝１．４９なので、Ｌは７５以上であることが好ましく、Ｌ＝４００の設定は効率の点で好ましい。
【００４１】
また、走査式プロジェクタの光源は、通常、多色（例えば、青、赤、緑）の光源を用いることが多い。スペックル低減の光学素子の配置は、各光源ごとに配置する方法と、色合成素子を通過した後に配置する方法の２通り考えられるが、光学素子の部品点数を削減するには、色合成素子の後方に配置することが好ましい。
【００４２】
本発明に係るスペックル低減手法は、光の可干渉距離以上異なる光路長を有する領域に分割することであり、他のスペックル低減手法との組み合わせも可能である。具体的には、偏光を用いたスペックル低減手法（例えば、特許文献３）や、位相の重ね合わせを用いたスペックル低減手法（例えば、特許文献４）との併用が可能であり、実質的には重ね合わせるスペックル状態を増やして、スペックル低減効果をより大きくすることが可能である。
【００４３】
他のスペックル低減手法として、透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有することが好ましい。領域内で位相変調構造が存在することにより、異なる位相状態の重ね合わせが可能になり、スペックルをより低減できる。
【００４４】
また、他のスペックル低減手法として、透明媒体の各分割領域の光入射面及び／又は光出射面には、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び／又は異なる方向で貼り付けられていることが好ましい。この場合も、領域の偏光状態を部分的に変化させることにより、異なる位相状態の重ね合わせが可能になり、スペックルをより低減できる。
【００４５】
光源には、半導体レーザ素子を用いることが好ましい。半導体レーザ素子は、小型で効率のよい光源として知られており、小型プロジェクタの光源としてより好ましい。また、ガスレーザ等は、レーザ光の品質は非常によいが、共振器長が長く、構成が非常に大きい点と、可干渉距離が長くなりすぎて（例えば１ｍ以上等）、干渉しない状態にするための光学素子の厚みの差を非常に大きくしないといけないので、現実的でない。
【００４６】
そこで、領域間の光路長差Ｔは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、Ｔ＞λ２／Δλを満足することが好ましい。具体的には、レーザ光の可干渉距離は５ｍｍ以下であることが好ましく、例えば、λ＝５３２ｎｍの場合、Ｔ＝５ｍｍとして、Δλは０．０５ｎｍ以上であることが好ましい。多くの半導体レーザ素子は、０．０５ｎｍ以上の波長幅を有することから、本発明に係るスペックル低減手法にとって好ましい光源である。具体的には、Δλ＝０．５ｎｍやΔλ＝２ｎｍという半導体レーザ素子は多く市販されており、そういうものを用いることで、光学素子の小型化が図られる。
【００４７】
次に、本発明の具体的な構成について説明する。
【００４８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態を示す構成図である。レーザ投射装置は、レーザ光源ユニットと、レーザ光源ユニットからのレーザ光を、固定されたスクリーンＳＣに投射するための投射光学系などで構成される。
【００４９】
レーザ光源ユニットは、Ｂ（青色）光を発生するレーザ素子ＬＢと、Ｒ（赤色）光を発生するレーザ素子ＬＲと、Ｇ（緑色）光を発生するレーザ素子ＬＧとを備える。レーザ素子ＬＢは、例えば、波長４４５ｎｍの光を発生する半導体レーザで構成される。レーザ素子ＬＲは、例えば、波長６３０ｎｍの光を発生する半導体レーザで構成される。レーザ素子ＬＧは、例えば、ＰＰＬＮ導波路による第２高調波発生を用いて、波長５３２ｎｍの光を発生する半導体励起の固体レーザで構成される。
【００５０】
レーザ素子ＬＲ，ＬＢは、レーザチップへの注入電流を直接変調してもよく、あるいはＡＯ（音響光学）素子等の光変調器を別途設けても構わない。レーザ素子ＬＧは、励起用レーザチップへの注入電流を直接変調してもよく、あるいはＡＯ素子等の光変調器を別途設けても構わない。
【００５１】
投射光学系は、入射光学系と、走査装置ＭＳと、結像光学系とで構成される。
【００５２】
入射光学系は、レーザ光源ユニットからのレーザ光を走査装置ＭＳへ伝送する機能を有する。例えば、図１において、入射光学系は、各レーザ素子ＬＢ，ＬＲ，ＬＧからのレーザ光を独立に集光するレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３からの各レーザ光を同軸に合成するための色合成ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３などで構成される。
【００５３】
走査装置ＭＳは、レーザ光を２次元的に走査する機能を有する。走査装置ＭＳは、主走査ミラーと副走査ミラーを別個に設けた構成でもよく、単一ミラーに主走査駆動機構および副走査駆動機構を設けた構成でもよい。例えば、走査装置ＭＳは、圧電素子によって水平方向および垂直方向に振動する走査ミラーを備えたＭＥＭＳミラー機構によって構成してもよい。
【００５４】
結像光学系は、走査されたレーザ光を固定スクリーン上に集光する機能を有する。例えば、図１において、結像光学系として、光学素子ＬＳの出射側にレンズＬ４（例えば、ｆ＝４００ｍｍ）を配置している。
【００５５】
こうして外部から供給される画像信号に応じて、各レーザ素子ＬＢ，ＬＲ，ＬＧからのレーザ光を強度変調するとともに、走査装置ＭＳが所定のフレーム周波数で垂直走査を行い、所定の水平走査周波数で水平走査を行うことによって、スクリーンＳＣに二次元画像を投射することができる。
【００５６】
スクリーンＳＣが透過型の場合、背面投射型ディスプレイとして構成可能であり、一方、スクリーンＳＣが反射型の場合、前面投射型ディスプレイとして構成可能である。
【００５７】
本実施形態では、レーザ光源ユニットと走査装置ＭＳとの間に、スペックルを低減させるための光学素子ＬＳを設けている。光学素子ＬＳは、上述したように、光路長（＝厚み×屈折率）が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む。
【００５８】
図２は、光学素子ＬＳの一例を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。透明媒体の各分割領域は、光軸を中心として同心輪帯状に配置される。透明媒体は、例えば、ＢＫ−７等のガラス材料やアクリル樹脂等の樹脂材料で形成され、製法としては、個々の円柱を接着してもよく、あるいは金型を用いたプラスチックインジェクションモールドやガラスモールド法で一体成形することも可能である。
【００５９】
具体的な寸法例として、各輪帯の幅を３ｍｍとして、下記（表１）に示すように、直径０．６ｍｍ，０．８４９ｍｍ，１．０３９ｍｍ，１．２００ｍｍ，１．３４２ｍｍ，１．４７０ｍｍの計６個の円柱体を接合したような形状である。
【００６０】
【表１】
2010008545.tif 000003
【００６１】
従って、透明媒体の各分割領域は、１）直径０．６ｍｍ、厚み１８ｍｍの円柱部分、２）直径０．６ｍｍ〜０．８４９ｍｍ、厚み１５ｍｍの円筒部分、３）直径０．８４９ｍｍ〜１．０３９ｍｍ、厚み１２ｍｍの円筒部分、４）直径１．０３９ｍｍ〜１．２００ｍｍ、厚み９ｍｍの円筒部分、５）直径１．２００〜１．３４２ｍｍ、厚み６ｍｍの円筒部分、６）直径１．３４２ｍｍ〜１．４７０ｍｍ、厚み３ｍｍの円筒部分、となる。
【００６２】
ここで、各分割領域の直径を等間隔に変化させると、より外側の分割領域ほど光出射端面の面積が大きくなるため、光出射端面の面積が互いに等しくなるように各分割領域の直径を設定することが好ましい。
【００６３】
例えば、レーザ光源の波長λ＝５３２ｎｍ、波長幅Δλ＝０．２ｎｍとすると、λ２／Δλ＝１．４ｍｍと計算される。一方、透明媒体の屈折率を１．５、空気の屈折率を１として、分割領域の光路長差Ｔは、１．５×３ｍｍ−１×３ｍｍ＝１．５ｍｍと計算される。従って、図２の光学素子ＬＳは、上述の式  Ｔ＞λ２／Δλ  を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。
【００６４】
なお、ここでは、レーザ光が光学素子ＬＳの左側に入射し、右側から出射する場合を例示したが、光の可逆性により、光学素子ＬＳの右側に入射し、左側から出射するように構成してもよい。
【００６５】
（第２実施形態）
図４は、光学素子ＬＳの他の例を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図１と同様であるが、光学素子ＬＳとして、長さの異なる四角柱を、光軸に垂直な面内でマトリクス状に配置したものを使用している。透明媒体は、例えば、ＢＫ−７等のガラス材料やアクリル樹脂等の樹脂材料で形成され、製法としては、個々の四角柱を接着してもよく、あるいは金型を用いたプラスチックインジェクションモールドやガラスモールド法で一体成形することも可能である。
【００６６】
具体的な寸法例として、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形断面を有し、長さ３ｍｍ，６ｍｍ，９ｍｍ，１２ｍｍの四角柱をランダムに４×４マトリクス配置で接合した形状である。従って、透明媒体の各分割領域は、１）０．４ｍｍ×０．４ｍｍ×３ｍｍの四角柱、２）０．４ｍｍ×０．４ｍｍ×６ｍｍの四角柱、３）０．４ｍｍ×０．４ｍｍ×９ｍｍの四角柱、４）０．４ｍｍ×０．４ｍｍ×１２ｍｍの四角柱、となる。
【００６７】
この場合、例えば、レーザ光源の波長λ＝５３２ｎｍ、波長幅Δλ＝０．２ｎｍとすると、λ２／Δλ＝１．４ｍｍと計算される。一方、透明媒体の屈折率を１．５、空気の屈折率を１として、分割領域の光路長差Ｔは、１．５×３ｍｍ−１×３ｍｍ＝１．５ｍｍと計算される。従って、図４の光学素子ＬＳは、上述の式  Ｔ＞λ２／Δλ  を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。
【００６８】
なお、ここでは、レーザ光が光学素子ＬＳの左側に入射し、右側から出射する場合を例示したが、光の可逆性により、光学素子ＬＳの右側に入射し、左側から出射するように構成してもよい。
【００６９】
（第３実施形態）
図５は、光学素子ＬＳのさらに他の例を示し、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は側面図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図１と同様であるが、光学素子ＬＳとして、図２の形状で透明媒体と空気を反転したような形状のものを使用している。透明媒体は、例えば、ＢＫ−７等のガラス材料やアクリル樹脂等の樹脂材料で形成され、製法としては、個々の四角柱を接着してもよく、あるいは金型を用いたプラスチックインジェクションモールドやガラスモールド法で一体成形することも可能である。
【００７０】
透明媒体の各分割領域は、１）直径０．６ｍｍ〜０．８４９ｍｍ、厚み５ｍｍの円筒部分、２）直径０．８４９ｍｍ〜１．０３９ｍｍ、厚み１０ｍｍの円筒部分、３）直径１．０３９ｍｍ〜１．２００ｍｍ、厚み１５ｍｍの円筒部分、４）直径１．２００〜１．３４２ｍｍ、厚み２０ｍｍの円筒部分、５）直径１．３４２ｍｍ〜１．４７０ｍｍ、厚み３ｍｍの円筒部分となり、中央の円柱部分（直径０．６ｍｍ、厚み５ｍｍ）は空気である。
【００７１】
この場合、例えば、レーザ光源の波長λ＝５３２ｎｍ、波長幅Δλ＝０．２ｎｍとすると、λ２／Δλ＝１．４ｍｍと計算される。一方、透明媒体の屈折率を１．５、空気の屈折率を１として、分割領域の光路長差Ｔは、１．５×５ｍｍ−１×５ｍｍ＝２．５ｍｍと計算される。従って、図５の光学素子ＬＳは、上述の式  Ｔ＞λ２／Δλ  を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。
【００７２】
なお、ここでは、レーザ光が光学素子ＬＳの左側に入射し、右側から出射する場合を例示したが、光の可逆性により、光学素子ＬＳの右側に入射し、左側から出射するように構成してもよい。
【００７３】
（第４実施形態）
図６は、光学素子ＬＳのさらに他の例を示し、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）はその部分拡大図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図１と同様であるが、光学素子ＬＳとして、透明媒体の各分割領域の光入射面及び／又は光出射面に、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び／又は異なる方向で貼り付けられたものを使用している。
【００７４】
透明媒体は、図２に示したような形状であり、各輪帯の幅は５ｍｍとしている。従って、各分割領域は、１）直径０．６ｍｍ、厚み３０ｍｍの円柱部分、２）直径０．６ｍｍ〜０．８４９ｍｍ、厚み２５ｍｍの円筒部分、３）直径０．８４９ｍｍ〜１．０３９ｍｍ、厚み２０ｍｍの円筒部分、４）直径１．０３９ｍｍ〜１．２００ｍｍ、厚み１５ｍｍの円筒部分、５）直径１．２００〜１．３４２ｍｍ、厚み１０ｍｍの円筒部分、６）直径１．３４２ｍｍ〜１．４７０ｍｍ、厚み５ｍｍの円筒部分、となる。
【００７５】
この場合、例えば、レーザ光源の波長λ＝５３２ｎｍ、波長幅Δλ＝０．２ｎｍとすると、λ２／Δλ＝１．４ｍｍと計算される。一方、透明媒体の屈折率を１．５、空気の屈折率を１として、分割領域の光路長差Ｔは、１．５×５ｍｍ−１×５ｍｍ＝２．５ｍｍと計算される。従って、図６の光学素子ＬＳは、上述の式  Ｔ＞λ２／Δλ  を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。
【００７６】
さらに、図６（ｂ）に示すように、各分割領域の端面に、例えば、偏光子、波長板、複屈折材料などの偏光素子を設置することにより、少なくとも２つの偏光領域Ｐ１，Ｐ２を設けている。各偏光領域Ｐ１，Ｐ２での偏光素子の厚み及び／又は方向を変化させることにより、第１の偏光領域Ｐ１の透過軸と第２の偏光領域Ｐ２の透過軸とが互いに直交するようにしている。従って、レーザ光が同じ分割領域に入射した場合、偏光領域Ｐ１を通過した光と偏光領域Ｐ２を通過した光は、偏光方向が直交しているため、レーザ光の干渉性がさらに低下する。その結果、より効果的なスペックル低減が図られる。
【００７７】
（第５実施形態）
図７は、光学素子ＬＳのさらに他の例を示し、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）はその部分拡大図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図１と同様であるが、光学素子ＬＳとして、透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有するものを使用している。
【００７８】
透明媒体は、図２に示したような形状であり、各輪帯の幅は３ｍｍとしている。従って、各分割領域は、１）直径０．６ｍｍ、厚み１８ｍｍの円柱部分、２）直径０．６ｍｍ〜０．８４９ｍｍ、厚み１５ｍｍの円筒部分、３）直径０．８４９ｍｍ〜１．０３９ｍｍ、厚み１２ｍｍの円筒部分、４）直径１．０３９ｍｍ〜１．２００ｍｍ、厚み９ｍｍの円筒部分、５）直径１．２００〜１．３４２ｍｍ、厚み６ｍｍの円筒部分、６）直径１．３４２ｍｍ〜１．４７０ｍｍ、厚み３ｍｍの円筒部分、となる。
【００７９】
この場合、例えば、レーザ光源の波長λ＝５３２ｎｍ、波長幅Δλ＝０．２ｎｍとすると、λ２／Δλ＝１．４ｍｍと計算される。一方、透明媒体の屈折率を１．５、空気の屈折率を１として、分割領域の光路長差Ｔは、１．５×３ｍｍ−１×３ｍｍ＝１．５ｍｍと計算される。従って、図７の光学素子ＬＳは、上述の式  Ｔ＞λ２／Δλ  を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。
【００８０】
さらに、図７（ｂ）に示すように、各分割領域の端面を複数の位相領域に区分して、例えば、レーザ光の１波長分の段差を有する位相領域、２波長分の段差を有する位相領域、３波長分の段差を有する位相領域などをランダムに配置している。従って、レーザ光が同じ分割領域に入射した場合、通過する位相領域ごとに異なる位相に変化するため、レーザ光の干渉性がさらに低下する。その結果、より効果的なスペックル低減が図られる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、スクリーンでの投射画像のスペックルを低減できる点で、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】光学素子ＬＳの一例を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
【図３】スクリーン上の光スポットの光強度分布を示すグラフである。
【図４】光学素子ＬＳの他の例を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図である。
【図５】光学素子ＬＳのさらに他の例を示し、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は側面図である。
【図６】光学素子ＬＳのさらに他の例を示し、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）はその部分拡大図である。
【図７】光学素子ＬＳのさらに他の例を示し、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）はその部分拡大図である。
【符号の説明】
【００８３】
ＬＢ，ＬＲ，ＬＧ  レーザ素子
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  レンズ
ＬＳ  光学素子
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３  色合成ミラー
ＭＳ  走査装置
ＳＣ  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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