(57)【要約】【課題】スペックルを十分低減でき、高い光利用効率、低コストを実現することが可能な照明装置等を提供すること。【解決手段】コヒーレント光を供給する光源部１１と、透過及び反射によりコヒーレント光を分割する第１光学要素である部分透過ミラー部１３と、部分透過ミラー部１３からのコヒーレント光を部分透過ミラー部１３へ入射させる第２光学要素である反射ミラー部１２と、を有し、部分透過ミラー部１３は、コヒーレント光が部分透過ミラー部１３の法線Ｎに対して０度以外の所定の角度θで入射するように配置され、反射ミラー部１２は、部分透過ミラー部１３に対向させて配置され、さらに、部分透過ミラー部１３は、反射ミラー部１２から最後に出射されたコヒーレント光の光路以外の位置に設けられる。【選択図】図３
2008041513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を供給する光源部と、
透過及び反射により前記コヒーレント光を分割する第１光学要素と、
前記第１光学要素からの前記コヒーレント光を前記第１光学要素へ入射させる第２光学要素と、を有し、
前記第１光学要素は、前記光源部からの前記コヒーレント光が前記第１光学要素の法線に対して０度以外の所定の角度で入射するように配置され、
前記第２光学要素は、前記第１光学要素に対向させて配置され、
さらに、前記第１光学要素は、前記第２光学要素から最後に出射された前記コヒーレント光の光路以外の位置に設けられることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第１光学要素及び前記第２光学要素は、略平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１光学要素は、前記コヒーレント光の一部を透過させ他の一部を反射させる部分透過ミラー部を備え、
前記第２光学要素は、前記部分透過ミラー部からの前記コヒーレント光を反射させる反射ミラー部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源部は、前記反射ミラー部側から前記部分透過ミラー部へ前記コヒーレント光を入射させ、
前記反射ミラー部は、前記光源部から前記部分透過ミラー部へ入射する前記コヒーレント光の光路以外の位置に設けられることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源部は、前記部分透過ミラー部側から前記反射ミラー部へ前記コヒーレント光を入射させ、
前記部分透過ミラー部は、前記光源部から前記反射ミラー部へ入射する前記コヒーレント光の光路以外の位置に設けられることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記部分透過ミラー部は、略均一な透過率で形成されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記部分透過ミラー部は、前記部分透過ミラー部における多くの分割を経た前記コヒーレント光が入射する位置ほど高い透過率で形成されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記部分透過ミラー部及び前記反射ミラー部は、前記コヒーレント光のコヒーレント長の半分又は半分以上に相当する間隔で配置されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記部分透過ミラー部は、前記部分透過ミラー部へ入射した前記コヒーレント光の２〜２０％を透過させることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記部分透過ミラー部でなされる前記コヒーレント光の分割が１０〜５０回であることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記部分透過ミラー部は、誘電体多層膜を備えることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記所定の角度が０．１〜５度であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第１光学要素で分割された前記コヒーレント光が入射する位置に設けられた照明光学系を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明装置からの光を用いて画像を表示することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びプロジェクタ、特に、レーザ光を用いる照明装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光であるレーザ光を拡散面に照射させると、明点及び暗点がランダムに分布するスペックルパターンと呼ばれる干渉模様が現れることがある。スペックルパターンは、拡散面の各点で拡散した光同士がランダムに干渉し合うことにより発生する。画像を表示する際にスペックルパターンが認識されると、ぎらぎらとするちらつき感を観察者へ与えるため、画像観賞へ悪影響を及ぼすこととなる。スペックルの低減を目的とする技術としては、例えば、レーザ光を分割し、コヒーレント長以上の光路差を与えることにより干渉性を低下させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３２６８２６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にて提案される技術では、複数のファイバを束ねた構成が用いられる。ファイバを束ねた断面部へレーザ光を入射させることにより、ファイバの本数だけレーザ光を分割させる。また、コヒーレント長以上の差を与えるようにファイバの長さを異ならせることにより、分割された成分ごとにコヒーレント長以上の光路差を与えることができる。しかし、ファイバ自体が高価である上、十分な分割数を得るには多くのファイバが必要となるために光学系が高コストとなる。コヒーレント長以上の差を与えるように長さが設定された多くのファイバを束ねることにより、構成が複雑となる上、さらに高コスト化を招くことになる。また、ファイバを束ねた断面部へレーザ光を入射させる場合、ファイバ部分のみならずファイバ同士の隙間へもレーザ光が入り込むため、レーザ光の効率的な利用が困難となる。このように、従来の技術によると、スペックルを十分低減し、高い光利用効率、低コストを実現することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、スペックルを十分低減でき、高い光利用効率、低コストを実現することが可能な照明装置、及びプロジェクタ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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、コヒーレント光を供給する光源部と、透過及び反射によりコヒーレント光を分割する第１光学要素と、第１光学要素からのコヒーレント光を第１光学要素へ入射させる第２光学要素と、を有し、第１光学要素は、光源部からのコヒーレント光が第１光学要素の法線に対して０度以外の所定の角度で入射するように配置され、第２光学要素は、第１光学要素に対向させて配置され、さらに、第１光学要素は、第２光学要素から最後に出射されたコヒーレント光の光路以外の位置に設けられることを特徴とする照明装置を提供することができる。
【０００６】
第１光学要素で分割され第２光学要素の方向以外の方向へ進行した光は、照明装置の外部へ出射する。第１光学要素で分割され第２光学要素の方向へ進行した光は、第２光学要素から再び第１光学要素へ入射する。第１光学要素及び第２光学要素を互いに対向させ、かつ第１光学要素へ斜めにコヒーレント光を入射させる構成により、第１光学要素及び第２光学要素間でコヒーレント光の往復が繰り返される。第１光学要素及び第２光学要素間でコヒーレント光の往復が繰り返されることにより、異なる光路長を経た光を第１光学要素から次々に取り出すことができる。第１光学要素における透過及び反射によりコヒーレント光を振幅分割する構成とすることにより、光の損失を少なくでき、高い光利用効率で光を供給することができる。２つの光学要素を用いて光路差を与えることで、構成を簡易かつ低コストにでき、かつスペックルの十分な低減が可能となる。さらに、第２光学要素から最後に出射されたコヒーレント光の光路以外の位置に第１光学要素を設けることで、第２光学要素から最後に出射されたコヒーレント光は、第１光学要素の近傍を通過した後直接外部へ進行する。かかる構成により、照明装置内部にコヒーレント光を閉じ込めず効率良く出射させることができる。また、第２光学要素から最後に出射されたコヒーレント光は、第１光学要素で分割された他のコヒーレント光と同様に、第１光学要素側へ出射させることができる。よって、コヒーレント光を所定の方向へ効率良く出射させることができる。これにより、スペックルを十分低減でき、高い光利用効率、低コストを実現することが可能な照明装置を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、第１光学要素及び第２光学要素は、略平行に配置されることが望ましい。かかる構成により、第１光学要素から略平行なコヒーレント光を出射させる。これにより、指向性が高く照明用途に適した光を出射させることができる。また簡易な照明光学系等を用いることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、第１光学要素は、コヒーレント光の一部を透過させ他の一部を反射させる部分透過ミラー部を備え、第２光学要素は、部分透過ミラー部からのコヒーレント光を反射させる反射ミラー部を備えることが望ましい。第１光学要素は、部分透過ミラー部を備える構成とすることで、透過及び反射によりコヒーレント光を分割することができる。第２光学要素は、反射ミラー部を備える構成とすることで、第１光学要素からのコヒーレント光を第１光学要素へ入射させることができる。部分透過ミラー部及び反射ミラー部を備える構成とすることで、構成を簡易かつ低コストにできる。反射による損失が少ない部分透過ミラー部及び反射ミラー部を用いることで、高い光利用効率を容易に達成することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、反射ミラー部側から部分透過ミラー部へコヒーレント光を入射させ、反射ミラー部は、光源部から部分透過ミラー部へ入射するコヒーレント光の光路以外の位置に設けられることが望ましい。光源部からのコヒーレント光は、反射ミラー部の近傍を通過した後部分透過ミラー部へ入射する。部分透過ミラー部で反射した光は、反射ミラー部で反射した後、再び部分透過ミラー部へ入射する。これにより、コヒーレント光を複数に分割することができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、部分透過ミラー部側から反射ミラー部へコヒーレント光を入射させ、部分透過ミラー部は、光源部から反射ミラー部へ入射するコヒーレント光の光路以外の位置に設けられることが望ましい。光源部からのコヒーレント光は、部分透過ミラー部の近傍を通過した後反射ミラー部へ入射する。反射ミラー部で反射したコヒーレント光は、部分透過ミラー部へ入射する。部分透過ミラー部で反射したコヒーレント光は、反射ミラー部で反射した後再び部分透過ミラー部へ入射する。これにより、コヒーレント光を複数に分割することができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、部分透過ミラー部は、略均一な透過率で形成されることが望ましい。これにより、部分透過ミラー部を簡易な構成とし、かつ低コストにすることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、部分透過ミラー部は、部分透過ミラー部における多くの分割を経たコヒーレント光が入射する位置ほど高い透過率で形成されることが望ましい。部分透過ミラー部で多くの分割を経たコヒーレント光が入射する位置ほど高い透過率をなす構成により、出射させるコヒーレント光の光量を略一定とする調整が可能となる。出射させるコヒーレント光の光量を略一定とすることにより、さらにスペックルを低減できる。また、出射させるレーザ光の光量を略一定とすることで、分割を少なくしても十分なスペックル低減が可能となる。分割回数を少なくできることにより、部分透過ミラー部及び反射ミラー部での反射による光の損失を低減し、かつ部分透過ミラー部、反射ミラー部を小型にすることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、部分透過ミラー部及び反射ミラー部は、コヒーレント光のコヒーレント長の半分又は半分以上に相当する間隔で配置されることが望ましい。部分透過ミラー部で反射したコヒーレント光は、反射ミラー部で反射した後再び部分透過ミラー部へ入射するまでにコヒーレント長と同等又はそれ以上に相当する光路を経ることとなる。これにより、コヒーレント長と同等又はそれ以上の光路差を経たコヒーレント光を出射させ、スペックルを低減できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、部分透過ミラー部は、部分透過ミラー部へ入射したコヒーレント光の２〜２０％を透過させることが望ましい。これにより、スペックルを効果的に低減することができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、部分透過ミラー部でなされるコヒーレント光の分割が１０〜５０回であることが望ましい。これにより、スペックルを効果的に低減することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、部分透過ミラー部は、誘電体多層膜を備えることが望ましい。誘電体多層膜を用いることで部分透過ミラー部におけるコヒーレント光の吸収を低減し、光利用効率の低下を低減できる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、所定の角度が０．１〜５度であることが望ましい。第１光学要素の傾きに応じて、第１光学要素におけるコヒーレント光の分割回数を適宜設定することができる。所定の角度を０．１〜５度とすることで、スペックルを効果的に低減可能な分割回数に設定できる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様としては、第１光学要素で分割されたコヒーレント光が入射する位置に設けられた照明光学系を有することが望ましい。これにより、照明用途に適した光を出射させることができる。第１光学要素で分割されたコヒーレント光は平行に進行するため、簡易な照明光学系を用いることができる。また、照明光学系は、光源部と光軸を平行にして配置することができる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、上記の照明装置からの光を用いて画像を表示することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の照明装置を用いるため、スペックルを十分低減でき、高い光利用効率、低コストを実現できる。これにより、スペックルが低減され、明るい画像を表示でき、かつ低コストであるプロジェクタを得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る照明装置１０の概略構成を示す。照明装置１０は、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部１１を有する。光源部１１としては、半導体レーザ、半導体レーザ励起固体（Diode  Pumped  Solid  State、ＤＰＳＳ）レーザや、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いることができる。光源部１１は、レーザ光の波長を変換する波長変換素子、例えば、第二高調波発生（Second−Harmonic  Generation、ＳＨＧ）素子を用いても良い。
【００２２】
反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３は、互いに対向させ、かつ互いに略平行に配置されている。部分透過ミラー部１３は、透過及び反射によりレーザ光を分割する第１光学要素である。反射ミラー部１２は、第１光学要素である部分透過ミラー部１３からのレーザ光を反射させ、部分透過ミラー部１３へ入射させる第２光学要素である。反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３のうち反射ミラー部１２は、光源部１１に近い側に配置されている。
【００２３】
図２は、光源部１１、反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３の斜視構成を示す。光源部１１は、一方向に並列された複数のレーザ光を供給するアレイレーザである。光源部１１は、例えば３２本のレーザ光を供給する。各レーザ光の強度は、均一である場合に限られず、不均一であっても良い。反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３は、レーザ光を並列させる方向について光源部１１と略同じ幅で形成されている。
【００２４】
部分透過ミラー部１３は、反射ミラー部１２側の入射面１７に設けられた部分透過膜を備える。部分透過ミラー部１３は、部分透過膜においてレーザ光の一部を透過させ他の一部を反射させることにより、レーザ光を振幅分割する。部分透過膜としては、例えば、誘電体多層膜を用いることができる。部分透過ミラー部１３は、透明な平行平板に誘電体多層膜を成膜することにより形成できる。部分透過ミラー部１３は、例えば、透過率を９％、及び反射率を９０．５％とすることができる。また、部分透過ミラー部１３での反射によるレーザ光の損失はできるだけ少ないことが望ましく、例えば０．５％以下である。部分透過ミラー部１３は、略均一な透過率で形成されている。
【００２５】
反射ミラー部１２は、部分透過ミラー部１３側の入射面１６に設けられた反射膜を備える。反射ミラー部１２は、反射膜において、部分透過ミラー部１３からのレーザ光を反射させる。反射膜としては、例えば金属膜や誘電体多層膜を用いることができる。反射ミラー部１２は、平行平板に金属膜若しくは誘電体多層膜を成膜することにより形成できる。反射ミラー部１２の反射率は、できるだけ高いことが望ましく、例えば、９９．５％とすることができる。また、反射ミラー部１２での反射によるレーザ光の損失はできるだけ少ないことが望ましく、例えば０．５％以下である。
【００２６】
図１に戻って、部分透過ミラー部１３から見て反射ミラー部１２とは反対側には、凸レンズ１４及び凹レンズ１５が配置されている。凸レンズ１４及び凹レンズ１５は、第１光学要素である部分透過ミラー部１３で分割されたレーザ光が入射する位置に設けられた照明光学系である。照明光学系は、凸レンズ１４の収束作用、及び凹レンズ１５の拡散作用により、部分透過ミラー部１３からの複数のレーザ光の間隔を縮小させる。このように、凸レンズ１４及び凹レンズ１５は、部分透過ミラー部１３で分割されたレーザ光を合成させる。
【００２７】
照明装置１０は、光源部１１の光軸ＡＸ１と、照明光学系の光軸ＡＸ２とが平行となるように構成されている。反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３は、光軸ＡＸ１、ＡＸ２に対して傾けて配置されている。ここで、反射ミラー部１２や部分透過ミラー部１３を基準として照明装置１０の光軸を設定すると、光軸に対して斜めにレーザ光が出射することとなる。光源部１１を基準として照明装置１０の光軸を設定することで、他の光学要素との軸合わせを容易に行うことが可能となる。
【００２８】
図３は、光源部１１、反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３におけるレーザ光の振舞いを説明するものである。光源部１１は、反射ミラー部１２側から部分透過ミラー部１３へレーザ光を供給する。反射ミラー部１２は、光源部１１から部分透過ミラー部１３へ入射するレーザ光の光路以外の位置に設けられている。光源部１１からのレーザ光は、反射ミラー部１２の外縁部近傍を通過した後、部分透過ミラー部１３へ入射する。
【００２９】
部分透過ミラー部１３は、光源部１１からのレーザ光が部分透過ミラー部１３の法線Ｎに対して０度以外の所定の角度θで入射するように配置されている。角度θは、例えば１．２５度である。法線Ｎに対して０度以外の角度θでレーザ光を入射させることで、反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３を略平行に配置する構成において、部分透過ミラー部１３で反射した光を反射ミラー部１２の方向へ進行させることが可能となる。
【００３０】
部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２は、レーザ光のコヒーレント長の半分に相当する間隔で配置されている。例えば、光源部１１からのレーザ光のコヒーレント長が１００ｍｍであるとすると、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２は、それぞれの入射面１７、１６の間隔が５０ｍｍとなるように配置することができる。反射ミラー部１２の入射面１６に反射膜を設けることで、反射ミラー部１２のうち入射面１６とは反対側の面に反射膜を設ける場合と比較して、基板内部における光の損失を低減できる利点がある。部分透過ミラー部１３も、入射面１７に部分透過膜を設けることで、部分透過膜で反射した光の基板内部における損失を低減できる。
【００３１】
光源部１１から部分透過ミラー部１３へ入射したレーザ光のうち入射面１７を透過したレーザ光は、部分透過ミラー部１３を透過した後凸レンズ１４の方向へ進行する。光源部１１から部分透過ミラー部１３へ入射したレーザ光のうち入射面１７で反射したレーザ光は、反射ミラー部１２の方向へ進行する。反射ミラー部１２へ入射したレーザ光は、反射ミラー部１２で反射した後、部分透過ミラー部１３の方向へ進行する。部分透過ミラー部１３へ入射したレーザ光は、一部が部分透過ミラー部１３を透過し、他の一部が部分透過ミラー部１３で反射する。部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２を互いに対向させ、かつ部分透過ミラー部１３へ斜めにレーザ光を入射させる構成により、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２間でレーザ光の往復が繰り返される。
【００３２】
部分透過ミラー部１３は、反射ミラー部１２で最後に反射したレーザ光の光路以外の位置に設けられている。反射ミラー部１２で最後に反射したレーザ光は、部分透過ミラー部１３の外縁部近傍を通過した後、凸レンズ１４の方向へ進行する。かかる構成により、照明装置内部にコヒーレント光を閉じ込めず効率良く出射させることができる。また、反射ミラー部１２で最後に反射したレーザ光は、部分透過ミラー部１３で分割された他のレーザ光と同様に、凸レンズ１４の方向へ出射させることができる。よって、レーザ光を所定の方向へ効率良く出射させることができる。
【００３３】
部分透過ミラー部１３で反射したレーザ光は、部分透過ミラー部１３と反射ミラー部１２との間を一往復する間に、レーザ光のコヒーレント長に相当する光路を進行する。レーザ光の往復が繰り返されることにより、コヒーレント長に相当する光路差を経たレーザ光を部分透過ミラー部１３から次々に取り出すことができる。また、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２を略平行に配置していることから、部分透過ミラー部１３から凸レンズ１４へは略平行なレーザ光を出射させる。これにより、照明装置１０は、指向性が高く照明用途に適した光を出射させることができる。また、簡易な照明光学系を用いて、レーザ光を収束させることができる。
【００３４】
照明装置１０は、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２を用いて、１本のレーザ光を例えば２５本に分割する。光源部１１から３２本のレーザ光を供給する場合、８００（３２×２５）本のレーザ光が部分透過ミラー部１３から出射されることになる。部分透過ミラー部１３は、３２本のレーザ光についてそれぞれ２４回の分割により２５本のレーザ光を出射可能な大きさで形成される。反射ミラー部１２は、部分透過ミラー部１３で反射した各レーザ光を反射するために、部分透過ミラー部１３と同等な大きさで形成される。なお、光路が長くなるほどレーザ光のビーム径が大きくなることから、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２は、多くの分割を経たレーザ光が入射する部分ほど大きな幅で形成することが望ましい。また、図１に示す面内において並列された複数本のレーザ光を部分透過ミラー部１３へ入射させることとしても良い。
【００３５】
図４は、分割により出射させるレーザ光の出射光量、及び総光量を説明するものである。出射光量とは、部分透過ミラー部１３へレーザ光が入射するごとに部分透過ミラー部１３から凸レンズ１４の方向へ出射するレーザ光の光量である。総光量とは、部分透過ミラー部１３から凸レンズ１４の方向へ出射するレーザ光の光量を合計したものである。出射光量及び総光量のいずれも、光源部１１から部分透過ミラー部１３へ供給されるレーザ光を１００％としたときの数値である。
【００３６】
透過率が９％である部分透過ミラー部１３を用いる場合、光源部１１から部分透過ミラー部１３への最初の入射により部分透過ミラー部１３で分割された１本目のレーザ光の出射光量は、９％となる。２回目の分割では、１回目の分割で出射した分、及び部分透過ミラー部１３、反射ミラー部１２での反射による損失が差し引かれた光量のレーザ光が部分透過ミラー部１３へ入射する。このため、２本目のレーザ光の出射光量は、１本目のレーザ光の出射光量と比較して減少する。このように、分割回数が多くなるに従い、出射光量は低下する。
【００３７】
反射ミラー部１２で最後に反射したレーザ光は、部分透過ミラー部１３へ入射すること無くそのまま出射する。このため、１〜２４本目のレーザ光については分割を経るごとに１％以下にまで出射光量が減少していくのに対して、２５本目のレーザ光の出射光量は８％程度となる。２４回の分割によって部分透過ミラー部１３から出射する２５本のレーザ光の総光量は、およそ９０％となる。このように、本発明の照明装置１０は、反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３における反射による損失があっても、９０％程度の高い効率でレーザ光を取り出すことができる。
【００３８】
なお、部分透過ミラー部１３で最初に分割され出射する１本目のレーザ光と、反射ミラー部１２で最後に反射しそのまま出射するレーザ光（２５本目）の光量は略一定であることが望ましい。最初に分割された１本目のレーザ光の光量と最後に出射させるレーザ光の光量を略一定とすることで、よりスペックルを低減できる。
【００３９】
ファイバを束ねた断面部へレーザ光を入射させる従来の構成の場合、ファイバ同士の隙間へ入射する分レーザ光の損失が生じることとなる。これに対して本発明の照明装置１０の場合、部分透過ミラー部１３における透過及び反射によりレーザ光を振幅分割する構成であるため、従来のように断面上の入射位置ごとレーザ光を分割する場合よりも光の損失を確実に低減できる。また、反射による損失が少ない部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２を用いることで、高い光利用効率を容易に達成することが可能である。部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２を用いて光路差を与えることで、構成を簡易かつ低コストにでき、かつスペックルの十分な低減が可能となる。
【００４０】
これにより、スペックルを十分低減でき、高い光利用効率、低コストを実現することができるという効果を奏する。本発明の照明装置１０は、スペックルの低減、及び高い光利用効率を実現できるため、特にプロジェクタに用いる場合に適している。照明光学系は、凸レンズ１４及び凹レンズ１５により構成する場合に限られない。照明光学系の構成は、照明用途に応じて適宜変更することができる。例えば、凹レンズ１５を省略し、凸レンズ１４のみを用いる構成としても良い。また、照明光学系を用いず部分透過ミラー部１３からの平行光を直接出射させる構成としても良い。
【００４１】
図５は、部分透過ミラー部１３の透過率、及びスペックル強度の関係を表すものである。スペックル強度とは、スペックルの発生により生じる明部及び暗部の明るさ差であるとする。縦軸で示すスペックル強度、及び横軸で示す透過率は、いずれも任意の単位とする。部分透過ミラー部１３の透過率を最小値から増加させていくとスペックル強度は極小値まで低下する。極小値のときより透過率を増加させていくと、スペックル強度は増加していく。本実施例において、スペックル強度が極小値となる部分透過ミラー部１３の透過率は、例えば９％である。スペックル強度が最小となるような透過率の部分透過ミラー部１３を用いることにより、最も効果的にスペックルを低減することが可能となる。
【００４２】
図６は、１本のレーザ光から分割し出射させるレーザ光の本数と、部分透過ミラー部１３からの総光量、スペックル強度の関係を表すものである。総光量及びスペックル強度は、いずれも任意の単位とする。部分透過ミラー部１３からの総光量、スペックル強度のいずれも、レーザ本数の増加とともに減少していく。総光量についてはレーザ本数を増加させるとともに略一定の割合で減少するのに対して、スペックル強度は、レーザ本数の増加とともに減少する割合が小さくなる。本実施例では、十分なスペックルの低減を図り、かつ総光量を９０％程度とするために、１本のレーザ光から分割し出射させるレーザ光を２５本と設定している。
【００４３】
なお、本実施例において説明した条件は、効果的にスペックルを低減可能であれば良く、適宜変更することができる。部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２は、レーザ光のコヒーレント長の半分に相当する間隔で配置する場合に限らず、コヒーレント長の半分以上に相当する間隔で配置しても良い。これにより、コヒーレント長以上に相当する光路差を経たレーザ光を出射させることができる。部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２の間隔を大きくするほどスペックルを効果的に低減可能にできる利点がある。
【００４４】
スペックルを低減可能であれば、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２の間隔はコヒーレント長の半分以下としても良い。この場合、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２間を複数回往復させ、コヒーレント長と同じ又はそれ以上に相当する光路差を経たレーザ光を出射させることにより、スペックルの低減を図れる。部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２の間隔を小さくするほど照明装置１０を小型にできる利点がある。
【００４５】
部分透過ミラー部１３におけるレーザ光の分割回数は２４回である場合に限られず、適宜決定することができる。好ましくは、部分透過ミラー部１３でなされるレーザ光の分割は、１０〜５０回の範囲内にて設定することができる。部分透過ミラー部１３におけるレーザ光の分割回数を多くするほどスペックルを効果的に低減可能にできる利点がある。部分透過ミラー部１３におけるレーザ光の分割回数を少なくするほど部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２を小型とし、照明装置１０を小型にできるという利点がある。また、レーザ光の分割回数は、光源部１１からのレーザ光の本数に応じて決定しても良い。光源部１１からのレーザ光の本数が多いほど、分割回数を減らしてもスペックルを十分低減することが可能となる。
【００４６】
部分透過ミラー部１３の透過率は９％である場合に限られず、効果的にスペックルを低減可能であれば適宜変更しても良い。また、部分透過ミラー部１３の透過率は、レーザ光の分割回数等に応じて適宜決定することも可能である。好ましくは、部分透過ミラー部１３の透過率は、２〜２０％の範囲内にて設定することができる。部分透過ミラー部１３における９回の分割により１０本のレーザ光を出射させる場合、部分透過ミラー部１３の透過率を例えば１７％とすることにより効果的にスペックルを低減することができる。また、部分透過ミラー部１３における５０回の分割により５１本のレーザ光を出射させる場合、部分透過ミラー部１３の透過率を例えば５％とすることにより効果的にスペックルを低減することができる。
【００４７】
図７は、本実施例の比較例について説明するものであって、光源の個数とスペックル強度の関係を表すものである。光源の個数をｎとすると、スペックル強度は、１／ｎ1/2に比例する。光源の個数ｎが大きいほど、スペックル強度は小さくなる。本実施例の照明装置１０と同等にスペックルの低減を行うためには、光源の個数ｎを例えば４００個以上とする必要がある。光源の個数ｎを増加するのみでは、スペックルを低減可能であっても非常に大掛かりな構成となってしまう。本発明によると、光源部１１、反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３を用いる簡易な構成により、十分にスペックルの低減を図れる。
【００４８】
光源部１１からのレーザ光に対して部分透過ミラー部１３を傾ける角度θは、１.２５度とする場合に限られず、レーザ光の分割回数等に応じて適宜決定することができる。好ましくは、部分透過ミラー部１３の法線に対してレーザ光を入射させる角度θは、０．１〜５度の範囲内にて設定することができる。部分透過ミラー部１３の傾きに応じて、部分透過ミラー部１３におけるレーザ光の分割回数を適宜設定することができる。角度θを０．１〜５度とすることで、スペックルを効果的に低減可能な分割回数を設定できる。
【００４９】
部分透過ミラー部１３は、透過率を略均一とする場合に限られない。例えば、部分透過ミラー部１３は、部分透過ミラー部１３での分割回数が多いレーザ光が入射する位置ほど高い透過率をなす構成であっても良い。多くの分割を経たレーザ光が入射する位置ほど高い透過率をなすように、図８中曲線で示すように透過率を設定できる。透過率分布を適宜決定することにより、図中棒グラフで示すように、部分透過ミラー部１３から略一定の光量のレーザ光を出射させることが可能となる。図８に示す例では、略同一の光量の１０本のレーザ光を出射させる。
【００５０】
部分透過ミラー部１３での分割回数が多いレーザ光が入射する位置ほど高い透過率をなす構成により、出射させるレーザ光の光量を略一定とする調整が可能となる。出射させるコヒーレント光の光量を略一定とすることにより、さらにスペックルを低減できる。また、出射させるレーザ光の光量を略一定とすることで、少ない分割回数としても十分なスペックル低減が可能となる。分割回数を少なくできることにより、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２での反射による光の損失を低減し、かつ部分透過ミラー部１３、反射ミラー部１２を小型にすることができる。
【００５１】
図９は、本実施例の変形例１について説明するものである。本変形例では、反射ミラー部１２及び部分透過ミラー部１３のうち部分透過ミラー部１３が、光源部１１に近い側に配置されている。光源部１１は、部分透過ミラー部１３側から反射ミラー部１２へレーザ光を供給する。部分透過ミラー部１３は、光源部１１から反射ミラー部１２へ入射するレーザ光の光路以外の位置に設けられている。
【００５２】
光源部１１からのレーザ光は、部分透過ミラー部１３の外縁部近傍を通過した後、反射ミラー部１２へ入射する。反射ミラー部１２の入射面１６で反射したレーザ光は、部分透過ミラー部１３の方向へ進行する。部分透過ミラー部１３は、光源部１１及び反射ミラー部１２を経たレーザ光が部分透過ミラー部１３の法線Ｎに対して０度以外の角度θで入射するように配置されている。角度θは、例えば１．２５度である。
【００５３】
反射ミラー部１２から部分透過ミラー部１３へ入射したレーザ光のうち入射面１７を透過したレーザ光は、部分透過ミラー部１３を透過した後凸レンズ１４の方向へ進行する。反射ミラー部１２から部分透過ミラー部１３へ入射したレーザ光のうち入射面１７で反射したレーザ光は、反射ミラー部１２の方向へ進行する。反射ミラー部１２で最後に反射したレーザ光は、部分透過ミラー部１３の外縁部近傍を通過した後、凸レンズ１４の方向へ進行する。本変形例の場合も、部分透過ミラー部１３及び反射ミラー部１２間でレーザ光の往復が繰り返されることで、コヒーレント長に相当する光路差を経たレーザ光を部分透過ミラー部１３から次々に取り出すことができる。本変形例の場合も、スペックルを十分低減でき、高い光利用効率、低コストを実現することができる。また、レーザ光を出射させる部分透過ミラー１３側に光源部１１を配置することで、光学系を小型にすることができる。
【００５４】
図１０は、本実施例の変形例２について説明するものである。本変形例は、２つの部分透過ミラー部２１、２３を備える。２つの部分透過ミラー部２１、２３のうちの一方である第１部分透過ミラー部２１は、上記の部分透過ミラー部１３（図３参照）と同様の構成を有し、かつ同様に配置されている。他方の第２部分透過ミラー部２３は、第１部分透過ミラー部２１と反射ミラー部１２との中間位置に配置されている。第１部分透過ミラー部２１、第２部分透過ミラー部２３は、透過及び反射によりレーザ光を分割する第１光学要素である。
【００５５】
第２部分透過ミラー部２３は、第１部分透過ミラー部２１及び反射ミラー部１２と略平行に配置されている。第１部分透過ミラー部２１から第２部分透過ミラー部２３、第２部分透過ミラー部２３から反射ミラー部１２は、いずれもコヒーレント長の半分又は半分以上に相当する間隔で配置されている。第２部分透過ミラー部２３は、反射ミラー部１２側の面に設けられた部分透過膜を備える。第２部分透過ミラー部２３は、部分透過膜においてレーザ光の一部を透過させ他の一部を反射させる。
【００５６】
光源部１１からのレーザ光は、反射ミラー部１２及び第２部分透過ミラー部２３の外縁部近傍を通過した後、第１部分透過ミラー部２１へ入射する。第１部分透過ミラー部２１の入射面１７を透過したレーザ光は、凸レンズ１４の方向へ進行する。第１部分透過ミラー部２１の入射面１７で反射したレーザ光は、第２部分透過ミラー部２３へ入射する。第２部分透過ミラー部２３の面２４を透過したレーザ光は、反射ミラー部１２へ入射する。反射ミラー部１２の入射面１６で反射したレーザ光は、第２部分透過ミラー部２３へ入射し、分割される。第２部分透過ミラー部２３の面２４で反射したレーザ光は、第１部分透過ミラー部２１へ入射し、分割される。
【００５７】
反射ミラー部１２で最後に反射したレーザ光は、第２部分透過ミラー部２３及び第１部分透過ミラー部２１の外縁部近傍を通過した後、凸レンズ１４の方向へ進行する。本変形例の場合も、スペックルを十分低減でき、高い光利用効率、低コストを実現することができる。また、２つの部分透過ミラー部２１、２３を設ける構成とすることにより、レーザ光の分割回数を多くすることができる。
【００５８】
なお、光源部１１からのレーザ光は、第２部分透過ミラー部２３へ入射させることとしても良い。また、図９に示す場合と同様に、第１部分透過ミラー部２１側に光源部１１を設ける構成としても良い。第２部分透過ミラー部２３は、反射ミラー部１２側の面２４に部分透過膜を設ける他、第１部分透過ミラー部２１側の面に部分透過膜を設けても良い。さらに、３つ以上の部分透過ミラー部を配置する構成としても良い。
【実施例２】
【００５９】
図１１は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ３０の概略構成を示す。プロジェクタ３０は、スクリーン３９に光を供給し、スクリーン３９で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。上記実施例１と重複する説明は省略する。プロジェクタ３０は、上記の照明装置１０（図１参照）と同様の構成の赤色（Ｒ）光用照明装置３１Ｒ、緑色（Ｇ）光用照明装置３１Ｇ、青色（Ｂ）光用照明装置３１Ｂを有する。プロジェクタ３０は、各色光用照明装置３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂからの光を用いて画像を表示する。
【００６０】
Ｒ光用照明装置３１Ｒは、Ｒ光を供給するＲ光用光源部１１Ｒを有する。Ｒ光用照明装置３１ＲからのＲ光は、回折光学素子３２へ入射する。回折光学素子３２は、空間光変調装置３４Ｒが備える矩形の照明領域上における光束の強度分布を均一化させる。回折光学素子３２としては、例えば、計算機合成ホログラム（Computer  Generated  Hologram、ＣＧＨ）を用いることができる。フィールドレンズ３３は、回折光学素子３２からのＲ光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置３４Ｒへ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置３４Ｒは、画像信号に応じてＲ光を変調する透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置３４Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム３５へ入射する。
【００６１】
Ｇ光用照明装置３１Ｇは、Ｇ光を供給するＧ光用光源部１１Ｇを有する。Ｇ光用照明装置３１ＧからのＧ光は、回折光学素子３２及びフィールドレンズ３３を経た後Ｇ光用空間光変調装置３４Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置３４Ｇは、画像信号に応じてＧ光を変調する透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置３４Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム３５へ入射する。
【００６２】
Ｂ光用照明装置３１Ｂは、Ｂ光を供給するＢ光用光源部１１Ｂを有する。Ｂ光用照明装置３１ＢからのＢ光は、回折光学素子３２及びフィールドレンズ３３を経た後Ｂ光用空間光変調装置３４Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置３４Ｂは、画像信号に応じてＢ光を変調する透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置３４Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム３５へ入射する。
【００６３】
クロスダイクロイックプリズム３５は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜３６、３７を有する。第１ダイクロイック膜３６は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜３７は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム３５は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ３８の方向へ出射させる。投写レンズ３８は、クロスダイクロイックプリズム３５で合成された光をスクリーン３９の方向へ投写する。
【００６４】
上記の照明装置１０と同様の構成を有する各照明装置３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを用いることにより、スペックルを十分でき、高い光利用効率、低コストを実現できる。これにより、スペックルが低減され、明るい画像を表示でき、かつ低コストにできるという効果を奏する。
【００６５】
プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。また、空間光変調装置としては透過型液晶表示装置を用いる場合に限らず反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon、ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）、ＧＬＶ（Grating  Light  Valve）等を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る照明装置は、レーザ光を供給する場合に有用であり、特に、プロジェクタに用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１に係る照明装置の概略構成を示す図。
【図２】光源部、反射ミラー部及び部分透過ミラー部の斜視構成を示す図。
【図３】レーザ光の振舞いを説明する図。
【図４】分割により出射させるレーザ光の出射光量、及び総光量を説明する図。
【図５】部分透過ミラー部の透過率及びスペックル強度の関係を表す図。
【図６】レーザ光の本数と総光量、スペックル強度の関係を表す図。
【図７】光源の個数とスペックル強度の関係を表す図。
【図８】多くの分割を経たレーザ光の入射する位置ほど高い透過率とする説明の図。
【図９】実施例１の変形例１について説明する図。
【図１０】実施例１の変形例２について説明する図。
【図１１】本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１０  照明装置、１１  光源部、１２  反射ミラー部、１３  部分透過ミラー部、１４  凸レンズ、１５  凹レンズ、１６  入射面、１７  入射面、ＡＸ１、ＡＸ２  光軸、Ｎ  法線、２１  第１部分透過ミラー部、２３  第２部分透過ミラー部、２４  面、３０  プロジェクタ、１１Ｒ  Ｒ光用光源部、１１Ｇ  Ｇ光用光源部、１１Ｂ  Ｂ光用光源部、３１Ｒ  Ｒ光用照明装置、３１Ｇ  Ｇ光用照明装置、３１Ｂ  Ｂ光用照明装置、３２  回折光学素子、３３  フィールドレンズ、３４Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、３４Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、３４Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、３５  クロスダイクロイックプリズム、３６  第１ダイクロイック膜、３７  第２ダイクロイック膜、３８  投写レンズ、３９  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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