(57)【要約】【課題】光源装置から出力される光により生じるシンチレーションの低減。【解決手段】ハーフミラーアレイによって分岐された分岐光３０１と分岐光３０３とは、光路長「ｄ」の光路差がある。光路「ｄ」は、射出光のコヒーレント長よりも長いため、分岐光３０３には、分岐光３０１に対して、コヒーレント長以上の光路差が付与されており、位相がずれている。分岐光３１２についても、分岐光３１１に対して光路差「ｄ」が付与されており、位相がずれている。また、分岐光３０４には、分岐光３０１に対して光路差「２ｄ」が付与されており、位相がずれている。従って、分岐光３０１、３０３、３０４、３１１および３１２の合成光は、コヒーレント長以上の差を有する複数種類の光路を経た合成光であるから、可干渉性の低い光となっており、シンチレーションを低減できる【選択図】図３
2008122949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置であって、
光を射出する発光手段と、
複数の分岐手段であって、各分岐手段は、入射光の一部を反射するとともに、前記入射光の一部を透過し、前記発光手段から射出される射出光が他の分岐手段を経ずに入射可能に設置されている、複数の分岐手段と、
方向変更手段であって、前記反射した光である反射光および前記透過した光である透過光のうち、前記方向変更手段へ入射する入射光の少なくとも一部の向きを変更する方向変更手段と、を備え、
前記複数の分岐手段のうちの任意の第１の分岐手段により反射された反射光は、前記第１の分岐手段に隣接する第２の分岐手段に入射する、光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置であって、
前記各分岐手段は、前記発光手段に対向する第１の面と、前記第１の面の裏面である第２の面とを有し、前記射出光の分岐方向に並列に配置されており、前記第１の分岐手段の前記第１の面により反射された反射光は、前記第２の分岐手段の前記第２の面に入射し、
前記方向変更手段は、前記複数の分岐手段のうち端に配置されている分岐手段に隣接して設置されている、光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光源装置であって、更に、
前記複数の分岐手段および前記方向変更手段から出力される出力光の照射面内における照射率のばらつきを均す均一化手段を備える光源装置。
【請求項４】
請求項３記載の光源装置であって、更に、
前記均一化手段は、フライアイインテグレータおよびロッドインテグレータの少なくとも一方を含む、光源装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４いずれか記載の光源装置であって、
前記第１の分岐手段と前記第２の分岐手段は、前記第１の分岐手段と前記第２の分岐手段との間を通過する光の光路長が前記射出光の可干渉距離より長くなるように設置されている、光源装置。
【請求項６】
請求項５記載の光源装置であって、
前記各分岐手段は、更に、前記任意の第１の分岐手段と前記第２の分岐手段との間の距離、および、前記方向変更手段と前記方向変更手段に隣接する第３の分岐手段との間の距離のうち、少なくとも１つの距離が他の距離と異なるように構成されている、光源装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６いずれか記載の光源装置であって、
前記各分岐手段は、前記方向変更手段との物理的な距離にほぼ比例した反射率を有する、光源装置。
【請求項８】
請求項１記載の光源装置であって、
前記各分岐手段は、内部に空隙を有する透明部材を備えており、前記透明部材は、前記空隙と前記透明部材との境界面によって前記透明部材への入射光の一部の前記反射を行い、前記空隙ではない部分で前記入射光の一部の前記透過を行う、光源装置。
【請求項９】
請求項１記載の光源装置であって、
前記各分岐手段は、薄膜状の第１の媒質の両側に、前記第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の媒質が配置されており、前記第１の媒質と前記第２の媒質との境界面への入射光が、臨界角よりも大きい入射角で前記境界面に入射する、光源装置。
【請求項１０】
請求項２ないし請求項９いずれか記載の光源装置であって、
前記複数の分岐手段は、一体的に構成されている、光源装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光源装置であって、
前記一体的に構成された前記複数の分岐手段である一体型分岐手段を、複数備えており、
前記複数の一体型分岐手段は、前記複数の分岐手段および前記方向変更手段から出力される出力光の進行方向に沿って配置されている、光源装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の光源装置であって、
前記各一体型分岐手段のうちの第１の一体型分岐手段は、前記第１の一体型分岐手段より前記発光手段に近い位置に配置されている第２の一体型分岐手段より広い受光面積を有する、光源装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の光源装置であって、更に、
前記複数の一体型分岐手段のうちの第１の一体型分岐手段と第２の一体型分岐手段との間に、光の幅を変更する光幅変更手段、を備える光源装置。
【請求項１４】
請求項２ないし請求項１３いずれか記載の光源装置を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置および光源装置を備えるプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ライトバルブやデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Mirror Device）等の空間光変調機器を、光源装置の照明光で照射して映像を表示するプロジェクタが利用されている。プロジェクタには、スクリーンの前方から投射するフロント投射型プロジェクタと、スクリーンの後方から投射するリア投射型プロジェクタがある。
【０００３】
フロント投射型プロジェクタ、リア投射型プロジェクタのいずれも、光源装置としてレーザ光源を利用しているものがある。レーザ光源は、エネルギー効率や色再現性がランプ光源に対して高く、また、ランプ光源に対して素早く点灯できるためプロジェクタの起動時間を短縮できるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９６５０３号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８７２号公報
【特許文献３】ＷＯ００／７０６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザ光源ように、光源装置から射出された光線の位相が揃っている場合、スクリーンへの投射時に近傍の光線同士が干渉するため、スクリーンの手前の空間にシンチレーションと呼ばれる干渉縞や斑が現れる。鑑賞者の眼は、スクリーン面とシンチレーションとの二重の像を観ることとなり、スクリーン面とシンチレーションのそれぞれに焦点を合わせようとするため、鑑賞者には不快感の発生、疲労の増大という問題が生じることがある。
【０００６】
上述の課題は、位相が揃っているレーザ光で特に生じることが多いが、超高圧水銀ランプなどのランプ光源でも生じることがある。そのため、レーザ光源およびランプ光源を用いたプロジェクタでは、シンチレーションの低減が望まれている。
【０００７】
本願はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光源装置から出力される光により生じるシンチレーションの低減を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
適用例１の光源装置は、光を射出する発光手段と、複数の分岐手段であって、各分岐手段は、入射光の一部を反射するとともに、前記入射光の一部を透過し、前記発光手段から射出される射出光が他の分岐手段を経ずに入射可能に設置されている、複数の分岐手段と、方向変更手段であって、前記反射した光である反射光および前記透過した光である透過光のうち、前記方向変更手段へ入射する入射光の少なくとも一部の向きを変更する方向変更手段と、を備え、前記複数の分岐手段のうちの任意の第１の分岐手段により反射された反射光は、前記第１の分岐手段に隣接する第２の分岐手段に入射する。
【００１０】
適用例１の光源装置によれば、発光手段からの射出光を分岐して、射出光の可干渉距離以上の光路差を有する光を出力できる。よって、干渉性の低い光を出力でき、光源装置による照射面の照射時のシンチレーションを低減できる。
【００１１】
適用例１の光源装置は、前記各分岐手段は、前記発光手段に対向する第１の面と、前記第１の面の裏面である第２の面とを有し、前記射出光の分岐方向に並列に配置されており、前記第１の分岐手段の前記第１の面により反射された反射光は、前記第２の分岐手段の前記第２の面に入射し、前記方向変更手段は、前記複数の分岐手段のうち端に配置されている分岐手段に隣接して設置されている。
【００１２】
適用例１の光源装置によれば、光源装置から出力される出力光の幅の広がりを抑制でき、シンチレーションの低減とともに、照射効率の向上を図ることができる。また、適用例１の光源装置によれば、分岐手段は光の分岐方向に並列に配置されているため、光源装置を小型化できる。
【００１３】
適用例１の光源装置は、更に、前記複数の分岐手段および前記方向変更手段から出力される出力光の照射面内における照射率のばらつきを均す均一化手段を備えても良い。均一化手段は、フライアイインテグレータおよびロッドインテグレータの少なくとも一方を含む。
【００１４】
適用例１によれば、照射面の明るさのばらつきを軽減でき、照射面全体を明るく照射できる。
【００１５】
適用例１の光源装置は、前記第１の分岐手段と前記第２の分岐手段は、前記第１の分岐手段と前記第２の分岐手段との間を通過する光の光路長が前記射出光の可干渉距離より長くなるように設置されている。
【００１６】
光路長が可干渉距離以上の差を有する光同士は重畳されても干渉を生じないため、適用例１の光源装置によれば、高い精度でシンチレーションを低減できる。
【００１７】
適用例１の光源装置は、前記各分岐手段は、更に、前記任意の第１の分岐手段と前記第２の分岐手段との間の距離、および、前記方向変更手段と前記方向変更手段に隣接する第３の分岐手段との間の距離のうち、少なくとも１つの距離が他の距離と異なるように構成されている。
【００１８】
適用例１の光源装置によれば、光路長の異なる複数の光路を形成できるため、シンチレーションを低減できる。
【００１９】
適用例１の光源装置は、前記各分岐手段は、前記方向変更手段との物理的な距離にほぼ比例した反射率を有する。
【００２０】
適用例１の光源装置によれば、簡易な構成で、シンチレーションを低減しながら、ほぼ均一化された光を出力できる。
【００２１】
適用例１の光源装置は、前記各分岐手段は、内部に空隙を有する透明部材を備えており、前記透明部材への入射光の一部を反射し、前記入射光の一部を透過するように構成されている。
【００２２】
適用例１の光源装置によれば、空隙の形状を調整することにより、反射率と透過率とを任意に調整できる。
【００２３】
適用例１の光源装置は、前記各分岐手段は、薄膜状の第１の媒質の両側に、前記第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の媒質が配置されており、前記第１の媒質と前記第２の媒質との境界面への入射光が、臨界角よりも大きい入射角で前記境界面に入射する。
【００２４】
薄い第１の媒質を、その媒質より高い屈折率を有する第２の媒質で挟んで密着させた状態で、境界面に臨界角より大きい角度の光が入射すると、入射光は反射し、第２の媒質より低屈折率の第１の媒質の表面に光がしみ出して、隣接する第２の媒質に伝播することが知られている。このしみ出した光は一般的にエバネッセント光と呼ばれている。適用例１の光源装置によれば、エバネッセント光が第１の媒質を伝播し、第２の媒質を透過するため、簡易な構成で分岐手段を形成できる。また、適用例１の光源装置によれば、第１の媒質の厚みや屈折率を制御することにより、簡易に反射／透過率を設定できる。
【００２５】
適用例１の光源装置は、前記複数の分岐手段は、一体的に構成されている。
【００２６】
適用例１の光源装置によれば、他の部品との組付けが容易となる。
【００２７】
適用例１の光源装置は、更に、前記一体的に構成された前記複数の分岐手段である一体型分岐手段を、複数備えており、前記複数の一体型分岐手段は、前記複数の分岐手段および前記方向変更手段から出力される出力光の進行方向に沿って配置されている。
【００２８】
適用例１の光源装置によれば、光路長の種類を増加できるため、シンチレーションを高い精度で抑制できる。
【００２９】
適用例１の光源装置は、前記各一体型分岐手段のうちの第１の一体型分岐手段は、前記第１の一体型分岐手段より前記発光手段に近い位置に配置されている第２の一体型分岐手段より広い受光面積を有する。
【００３０】
一体型分岐手段は、入射した光の幅よりも広い幅の光を出力するため、適用例１の光源装置によれば、第２の一体型分岐手段は第１の一体型分岐手段から出力された光を少ない損失で受けられる。従って、発光装置から射出された光を少ない損失で出力できる。
【００３１】
適用例１の光源装置は、更に、前記複数の一体型分岐手段のうちの第１の一体型分岐手段と第２の一体型分岐手段との間に、光の幅を変更する光幅変更手段、を備える。
【００３２】
適用例１の光源装置によれば、第１の一体型分岐手段から出力された光の幅を変更して第２の一体型分岐手段に入射できるため、光の損失を抑制できる。
【００３３】
［適用例２］
適用例２として、プロジェクタを提供する。適用例２のプロジェクタは、適用例１の光源装置を備えることを要旨とする。
【００３４】
適用例２のプロジェクタによれば、プロジェクタによる画像の投影時、シンチレーションの発生を抑制できる。従って、プロジェクタにより投影された画像を鑑賞する鑑賞者の疲労と不快感を解消できる。
【００３５】
本発明において、上述した種々の態様、適用例は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき、適宜図面を参照しながら説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．システム構成：
第１実施例では、フロント投写型プロジェクタについて説明する。図１は、第１実施例におけるフロント投射型プロジェクタ１０の概略構成を例示する説明図である。フロント投射型プロジェクタ１０は、種々の鏡を利用して光源から射出された光をＲ（赤色成分）・Ｇ（緑色成分）・Ｂ（青色成分）の三原色に分離し、各色専用の液晶パネルで画像を生成後に合成し、図１に示すように、スクリーン５０に投影する。以降、第１実施例ではフロント投射型プロジェクタ１０を、単に、プロジェクタ１０と呼ぶ。
【００３７】
図１に示すように、プロジェクタ１０は、超高圧水銀ランプ２０、ハーフミラーアレイ１００、インテグレータレンズ２１、偏光変換素子２３、コンデンサーレンズ２４〜２９，反射ミラー３１〜３４，ダイクロイックミラー３５，３６、ライトバルブ３７〜３９、ダイクロイックプリズム４０および投射レンズ４１を備える。以降、第１実施例では、超高圧水銀ランプ２０、ハーフミラーアレイ１００、インテグレータレンズ２１、偏光変換素子２３およびコンデンサーレンズ２４をまとめて光源装置１１と呼ぶ。
【００３８】
超高圧水銀ランプ２０は、１ｍｍ程度の発光点から光を射出し、楕円リフレクタ２０ａで集光し、図示しない凹レンズで平行化した高輝度な照射光をハーフミラーアレイ１００に対して出力する。
【００３９】
ハーフミラーアレイ１００は、超高圧水銀ランプ２０から出力された照射光の進行方向に対して略垂直方向に、複数のハーフミラーを並列して一体とした構成を有する。ハーフミラーアレイ１００は、入射光をハーフミラーで分岐し、分岐した光の光路に対して、互いに重ね合わせても干渉しない光路長であるコヒーレント長以上の光路差を付与してインテグレータレンズ２１に出力する。
【００４０】
一般的に、超高圧水銀ランプ２０からの照射光は、既述のように、１ｍｍ程度の発光点から射出されており、近傍の光はほぼ同一の発光点から発せられた光であるため、位相が近似しており相互の干渉性が高い。干渉が生じるとスクリーンの手前の空間にシンチレーションと呼ばれる干渉縞や斑が現れることがある。そのため、鑑賞者にとって不快感があり、鑑賞者の疲労が増大する。
【００４１】
ハーフミラーアレイ１００は、分岐した光にコヒーレント長以上の光路差を付与することにより、光の干渉により生じるシンチレーションを低減でき、鑑賞者の疲労と不快感を低減できる。なお、超高圧水銀ランプ２０からの照射光のコヒーレント長は、数マイクロメートル（μｍ）である。ハーフミラーアレイ１００の構造については、後に詳述する。
【００４２】
インテグレータレンズ２１は、第１のフライアイレンズ２１ａ、第２のフライアイレンズ２１ｂから構成されており、入射する照射光を重畳して輝度ムラを平均化し、スクリーンの端部と中央部との光量差を低減する。こうすることにより、スクリーン全体に画像を明るく投射できる。
【００４３】
偏光変換素子２３は、インテグレータレンズ２１を通過して偏光変換素子２３に入射する光の波の方向を変更し、一方向に揃えて出力する。本実施例では、光を波の方向を縦に、すなわち、縦波に変更する
【００４４】
コンデンサーレンズ２４〜２９は、光を集光し、集光光の輝度を略均一化して出力する。
【００４５】
インテグレータレンズ２１、偏光変換素子２３およびコンデンサーレンズ２４は、光のむらを低減しほぼ均一化にする手段として機能する。
【００４６】
反射ミラー３１〜３４は、入射光を反射する鏡である。
【００４７】
ダイクロイックミラー３５、３６は、ガラス基板に特定の波長域を反射する膜がコーティングされており、特定の波長の光だけを透過する鏡である。ダイクロイックミラー３５、３６は、入射光を赤色成分、緑色成分、青色成分の三原色に分離するためのフィルタとして機能する。
【００４８】
ライトバルブ３７〜３９は、アクティブマトリクス駆動方式の透過型液晶パネルを有する。ライトバルブ３７〜３９は、ダイクロイックミラー３５、３６を透過した各色の光を制御して画像を描画する。本実施例では、ライトバルブ３７〜３９は、縦波のみを通す入射側偏光板を有している。そのため、偏光変換素子２３により縦波に変換された光が、ライトバルブ３７〜３９の入射側偏光板を通過することができ、スクリーンに明るい画像を投影できる。
【００４９】
ダイクロイックプリズム４０は、三角プリズムを４つ組み合わせて直方体とした構成を有しており、ダイクロイックミラー３５、３６で分離され、ライトバルブ３７〜３９を通過した光のうち、赤色成分、青色成分を反射して、緑色成分を透過することにより、分離されていた光を合成して画像を形成し、投射レンズ４１に投射する。
【００５０】
投射レンズ４１は、ダイクロイックプリズム４０から投射された画像を、スクリーン５０に投影する。
【００５１】
以上説明したように、プロジェクタ１０は、超高圧水銀ランプ２０からの射出光を赤色成分、緑色成分、青色成分の三原色に分離し、各色専用のライトバルブで画像を形成後、合成しスクリーン５０に投影する。鑑賞者は、スクリーン５０に投影された画像を視認する。
【００５２】
Ａ２．ハーフミラーアレイの構造：
ハーフミラーアレイ１００の構造について、図２を参照して説明する。図２は、第１実施例におけるハーフミラーアレイ１００の構造について説明する断面図である。ハーフミラーアレイ１００は、複数のハーフミラー１０１と反射ミラー１１０とが積層された構造を有する。
【００５３】
反射ミラー１１０は、透明材１４０上に銀薄膜１３０が蒸着された構造を有し、入射光は銀薄面１３０を透過せずに反射し、インテグレータレンズ２１に入射する。
【００５４】
各ハーフミラーは、入射光の一部を隣接するハーフミラーに向けて反射するとともに、入射光の他の一部を透過する。なお、各ハーフミラーは、透明材１４０上に銀薄膜１２０が蒸着されており、銀薄膜１２０の膜厚により、反射率および透過率が所望の値となるように調整されている。本実施例では、各ハーフミラーは、反射率が、反射ミラー１１０からの距離にほぼ比例して高くなるよう構成されている。透明材１４０には、例えばガラスが用いられる。
【００５５】
ハーフミラーアレイ１００は、超高圧水銀ランプ２０から射出された光が全てのハーフミラーに直接入射可能に配置されており、入射光を、光路の異なる複数の光に分岐して出力する。ハーフミラーアレイ１００からは、２種類以上の光路を経た光が出力されインテグレータレンズ２１に入射し、インテグレータレンズ２１により合成される。
【００５６】
Ａ３．ハーフミラーアレイによる光の分岐：
第１実施例のハーフミラーアレイ１００を用いた光の分岐について、図３を参照して模式的に説明する。図３は、第１実施例におけるハーフミラーアレイの原理を説明する模式図である。図３では、超高圧水銀ランプ２０、超高圧水銀ランプ２０の照射面内に配置されたハーフミラー１０００および反射ミラー１１０を示して説明する。ハーフミラー１０００は、半反射面である２つの銀薄膜２００，２１０、および、銀薄膜２００が蒸着されている透明部材１４０、銀薄膜１３０が蒸着された透明部材１４０とからなる。以降、第１実施例では、ハーフミラーの銀薄膜２００，２１０を半反射面２００，２１０と、反射ミラー１１０の銀薄膜１３０を反射面１３０と呼ぶ。図３では、実線矢印、一点鎖線矢印、破線矢印別に異なる光路を表す。なお、本実施例では、各半反射面において、超高圧水銀ランプ２０に対向している面を「表面」、もう一方の面を「裏面」と呼び、「裏面」は、隣接して配置されている半反射面からの反射光が入射する面を含む。また、本実施例では、超高圧水銀ランプ２０からハーフミラーアレイへの入射光が一度も反射されずに透過した際の、ハーフミラーを透過した光の光路長、すなわち、超高圧水銀ランプ２０からハーフミラー１０００の裏面までの光路長を「Ｄ」とする。
【００５７】
既述のように、半反射面２００，２１０は、超高圧水銀ランプ２０から射出された光（射出光）が直接入射可能に、すなわち、ハーフミラーアレイ１００の全ての半反射面が超高圧水銀ランプ２０の照射面Ｓ内に含まれるように並列配置されている。反射面１３０は、半反射面２１０に隣接して配置されている。各半反射面間、および、反射面１３０と反射面１３０に隣接する半反射面２１０との間隔は、ほぼ等間隔（間隔Ｌ）である。本実施例では、また、半反射面間の透明材１４０の屈折率を「ｎ」である。本実施例のハーフミラーアレイは、半反射面間、および、反射面と半反射面との間の光路長ｄが、射出光のコヒーレント長Ｐ（Ｐ≧Ｌ＊ｎ）以上となるように構成されている。なお、図３では、反射面１３０は、半反射面２１０に隣接しているが、半反射面が３つ以上配置されている場合には、反射面１３０は、分岐手段により分岐された光の２方向の進行方向（図３に示すＸ方向（第１の分岐方向と呼ぶ）およびＹ方向（第２の分岐手段と呼ぶ））のうち、第２の分岐方向の端に配置された半反射面に隣接して配置される。
【００５８】
各半反射面の反射率／透過率は反射面１３０から各半反射面までの物理的な距離に応じて予め決定されており、例えば、反射面１３０に隣接する半反射面２１０では、反射率：透過率は約「１：１」、すなわち、反射率が約５０％、透過率が約５０％に設定されている。半反射面２１０に隣接する半反射面２００、すなわち、反射面から２番目に配置されている半反射面２００では、反射率：透過率は約「２：１」、すなわち、反射率が約６６％、透過率が約３３％に設定されている。なお、本実施例では、反射・透過の課程における光の吸収を考慮し、反射率、透過率ともに「約○○％」と示す。
【００５９】
図３に示すように、超高圧水銀ランプ２０から半反射面２００の表面への入射光３００は、半反射面２００で反射・透過され分岐される。具体的には、入射光３００の約１／３（約３３％）は半反射面２００を透過してインテグレータレンズ２１に向かい（分岐光３０１）、入射光３００の約２／３（約６６％）は半反射面２００で反射され（分岐光３０２）、半反射面２１０の背面に入射する。
【００６０】
半反射面２１０の背面に入射した分岐光３０２は、半反射面２１０で再び反射・透過される。具体的には、分岐光３０２の約１／２（約５０％）は半反射面２１０で反射されインテグレータレンズ２１に向かい（分岐光３０３）、分岐光３０２の約１／２（約５０％）は半反射面２１０を透過して（分岐光３０４）、反射面１３０に入射する。
【００６１】
反射面１３０に入射した分岐光３０４は、反射されインテグレータレンズ２１に向かう。
【００６２】
同様に、超高圧水銀ランプ２０から半反射面２１０の表面への入射光３１０の１／２（約５０％）は半反射面２００を透過し（分岐光３１１）、入射光３１０の１／２（約５０％）は半反射面２１０で反射され（分岐光３１２）、反射面１３０に入射する。反射面１３０に入射した分岐光３１２は、反射される。
【００６３】
このように、超高圧水銀ランプ２０からハーフミラーアレイへの入射光３００，３１０は、各ハーフミラーで分岐される。分岐された分岐光３０１、３０３、３０４、３１１および３１２はインテグレータレンズに入射して合成される。
【００６４】
各分岐光の光路と分岐光同士の干渉について説明する。第１実施例において、分岐光３０１と分岐光３０３とは、図３に示すように、光路長「ｄ」の光路差がある。光路「ｄ」は、射出光のコヒーレント長よりも長い。そのため、分岐光３０３には、分岐光３０１に対して、コヒーレント長以上の光路差が付与されており、位相がずれている。分岐光３１２についても、分岐光３１１に対して光路差「ｄ」が付与されており、位相がずれている。また、分岐光３０４には、図３に示すように、分岐光３０１に対して光路差「２ｄ」が付与されており、位相がずれている。従って、分岐光３０１、３０３、３０４、３１１および３１２の合成光は、コヒーレント長以上の差を有する複数種類の光路を経た合成光であるから、可干渉性の低い光となっている。
【００６５】
次に、各半反射面および反射面からの出力光の輝度比について説明する。なお、出力光の輝度比についての説明においては、光の吸収は影響ないため、光の吸収を考慮せずに説明する。輝度は光量に依存しているため、超高圧水銀ランプ２０からの射出光の光量を１とすると、半反射面２００には射出光の１／２の光量の光が入射する。半反射面２００は１／３の光を透過するため、半反射面２００から出力される光の光量は、（１／２）＊（１／３）＝１／６である。従って、入射光の輝度を１とすると、半反射面２００から出力される光の輝度は入射光の輝度の１／６である。同様に反射率・透過率を考慮し、半反射面２１０から出力される光の輝度は５／１２、反射面１３０から出力される光の輝度は５／１２である。
【００６６】
このように、各分岐光の輝度にはバラツキがあるが、既述のように、プロジェクタ１０は、インテグレータレンズ２１、偏光変換素子２３およびコンデンサーレンズ２４をもちいて、ハーフミラーアレイから出力された合成光を混合して輝度むらを平坦にする機構を備えているため、スクリーン５０には、中央部と端部とで輝度むらのない明るい画像が投影される。
【００６７】
次に、ハーフミラーアレイから出力される合成光の幅（以降、本実施例では、光幅と呼ぶ）について説明する。図３に示すように、第２の分岐方向への反射光を、射出光の進行方向と平行になるように反射する反射面１３０が、射出光の照射面外側に配置されている。そのため、ハーフミラーアレイからの出力光は、射出光（２Ｌ）に対して反射面の高さ（Ｌ）だけ、すなわち、３Ｌ（Ｌの３／２倍）の光幅となる。
【００６８】
第１実施例では、ｎ枚のハーフミラーと１枚の反射ミラーを用いてハーフミラーアレイ１００を構成している。かかる場合の光幅について、図４を参照して説明する。図４は、第１実施例におけるハーフミラーアレイからの出力光の光幅を説明する模式図である。ハーフミラーアレイ１００からの出力光の光幅は、図４に示すように、超高圧水銀ランプ２０からの射出光の光幅の、（ｎ＋１）／ｎ倍となる。
【００６９】
一般的に光幅が広がるとスクリーンへの照射効率は低下するが、本実施例では、インテグレータレンズ２１の大きさを、｛（ｎ＋１）／ｎ｝以上とすることにより光の損失を抑制できる。また、インテグレータ等の均一化機構を備えることにより、スクリーン５０に明るい画像を投影できる。
【００７０】
Ａ４．ハーフミラーアレイの製造方法
ハーフミラーアレイ１００の製造方法について、図５を参照して説明する。図５は、第１実施例におけるハーフミラーアレイの製造方法を模式的に説明する説明図である。ハーフミラーアレイ１００は、半反射面を形成する媒質４１０と透明材４２０とを交互に積層して形成される部材４００を、図５に破線で示すように斜めに薄く切断することにより形成される。
【００７１】
以上説明した第１実施例のプロジェクタ１０によれば、超高圧水銀ランプ２０から射出された干渉性の高い光は、ハーフミラーアレイ１００によりコヒーレント長以上の光路差がある複数の光に分岐され、インテグレータレンズ２１によって混ざり合い重畳される。そのため、射出光を干渉性の低い光とすることができ、シンチレーションを低減できる。従来では、シンチレーションを低減するためにスクリーンを振動させる等の手法を取っていたため音や振動が発生していたが、第１実施例のプロジェクタ１０によれば、音や振動の発生を軽減でき、鑑賞者は快適にスクリーンに投影される画像を鑑賞できる。
【００７２】
また、第１実施例のプロジェクタ１０によれば、任意の１のハーフミラーで反射された光は、隣接するハーフミラーの背面に入射するように構成されているため、種々の光路差を有する光に分岐でき、かつ、小型で低コストのハーフミラーアレイを形成できる。
【００７３】
また、第１実施例のプロジェクタ１０によれば、インテグレータレンズなど、光を均一化する機構を備えているため、スクリーンに投影される画像の輝度むらを軽減し、スクリーンの中央部と端部とでほぼ均等な明るさにできる。
【００７４】
Ｂ．第２実施例
上述の第１実施例では、フロント投射型プロジェクタについて説明した。第２実施例では、リア投射型プロジェクタについて、図６を参照して説明する。図６は、第２実施例におけるリア投写型のプロジェクタ５００の概略構成を例示する説明図である。
【００７５】
プロジェクタ５００は、光源装置５１０、反射ミラー５２０、投射機構５３０、反射ミラー５４０およびスクリーン５５０を備える。光源装置５１０は、半導体レーザ光源５１１、ハーフミラーアレイ１００、第１実施例と同様の機能・構成を有する図示しないインテグレータレンズ、偏光変換素子およびコンデンサーレンズを有する。図６には、半導体レーザ光源５１１とハーフミラーアレイ１００のみ示した。
【００７６】
半導体レーザ光源５１１は、プロジェクタ５００の光源であり、レーザ光を出力する。半導体レーザ光源５１１は、図示しない高周波重畳機構を備えている。高周波重畳機構は、レーザーダイオードのバイアス電流に外部から高周波信号を印加する事で光変調を行う。一般的に、レーザ光のコヒーレント長は、数メートル以上であるが、高周波重畳機構による変調を行うことにより、コヒーレント長を数ミリメートル程度に短くできる。
【００７７】
ハーフミラーアレイ１００は、第１実施例と同様の構造を有しており、半導体レーザ光源５１１から射出されたレーザ光をハーフミラーで分岐し、分岐した光の光路に、互いに重ね合わせても干渉しない光路であるコヒーレント長以上の光路差を付与して出力する。
【００７８】
投射機構５３０は、例えば、第１実施例と同様の機能・構成を有する全反射ミラー、ダイクロイックミラー、ライトバルブ、ダイクロイックプリズム、および投射レンズを有する（図示省略）。
【００７９】
投射レンズ５３１は、投射機構から投射された画像を、全反射ミラー５４０に投影する。全反射ミラー５４０は、入射光を全反射して画像をスクリーン５５０に投影する。
【００８０】
スクリーン５５０の詳細構成を、図６にあわせて示す。スクリーン５５０は、フレネルレンズ５６０、レンチキュラーレンズ５６１、ブラックマスク５６２、拡散板５６３および保護板５６４を有する。フレネルレンズ５６０は、入射光を略平行に補正し、レンチキュラーレンズ５６１に出力する。レンチキュラーレンズ５６１は左右方向の視野角を効率的に広げる機能を有している。また、レンチキュラーレンズ５６１の射出面には、ブラックマスク５６２が形成されている。ブラックマスク５６２が外光を吸収するため、レンチキュラーレンズ５６１は、フレネルレンズ５６０からの入射光をブラックマスク５６２の隙間から出力することにより、広い視野角で反射が少なくコントラストの高い画像を表現できる。拡散板５６３は、光拡散剤が分散された透光性基材であり、ブラックマスク５６２からの入射光を拡散する。保護板５６４は、例えば透明な樹脂により形成されており、拡散板５６３の全面に配置され、拡散板５６３を傷や埃から保護する。
【００８１】
このように、プロジェクタ５００は、半導体レーザからの射出光に、ハーフミラーアレイによって光を分岐し、分岐光に光路差を付与する。互いに光路差を有する分岐光はインテグレータレンズによって合成され、投射機構５３０により画像が形成される。投射機構５３０は画像をスクリーン５５０に投影する。鑑賞者は、スクリーン５５０に投影された画像を視認する。
【００８２】
レーザ光は、出力される光の位相は揃っているため超高圧水銀ランプに比べて干渉性が高い。従って、第２実施例のプロジェクタ５００によれば、半導体レーザ光源５１１とインテグレータレンズとの間にハーフミラーアレイ１００を配置することにより、光の干渉を抑制しシンチレーションの発生を低減できる。
【００８３】
Ｃ．第３実施例：
第１実施例、第２実施例のハーフミラーアレイ１００は、銀薄膜の厚みにより反射率・透過率を調整している。第３実施例では、半反射面の形状により反射率・透過率を調整する。
【００８４】
Ｃ１．ハーフミラーアレイの構造：
第３実施例のハーフミラーアレイについて、図７を参照して説明する。図７は、第３実施例におけるハーフミラーアレイの任意の一つの半反射面を模式的に示す断面図である。第３実施例において、ハーフミラーアレイ以外の構成は、第１実施例と同様であるため、説明を省略する。なお、図７中、実線矢印Ｌｏは、光源からの射出光を示している。
【００８５】
第３実施例のハーフミラーアレイのハーフミラー６００は、透明材６１０，６２０が透明な樹脂６３０により接着された構成を有する。透明材６１０，６２０は、例えば、ガラスを用いている。図７では、説明の便宜上、樹脂６３０の層を明示的に記載しているが、実際には、樹脂６３０は薄膜状であり、透明材６１０および透明材６２０は樹脂６３０を介して近接している。
【００８６】
透明材６２０は、透明材６１０に対向する面に突状部６４０と窪み部６５０（図７に太線で示す）とが形成されている。突状部６４０には樹脂６３０が塗布されており、透明材６１０と透明材６２０とは、樹脂６３０を介して接合されている。窪み部６５０は中空であり、窪み部６５０と透明材６１０とにより形成される空隙には空気が存在している。第３実施例では、透明材６１０，６２０の屈折率は例えば１．５であり、樹脂６３０の屈折率は、透明材６１０，６２０とほぼ同程度の屈折率を有する。樹脂６３０には、例えば、エポキシ、アクリレートが利用される。
【００８７】
透明材６２０の窪み部６５０と空気との境界面６６０が、第３実施例のハーフミラーアレイの半反射面となる。以降、本実施例では、境界面６６０を半反射面６６０と呼ぶ。窪み部６５０は、入射光が臨界角より大きな角度で半反射面６６０に入射可能に形成されている。半反射面６６０では、入射光がより低い屈折率の媒質へ臨界角以上の角度で入射するため、入射光は実線矢印で示すように反射し、反射光Ｌｒは隣接する図示しないハーフミラーへ入射する。一方、突状部６４０では、透明材６１０，６２０と樹脂６３０との屈折率がほぼ同じであるため、入射光は樹脂６３０および透明材６１０を透過し（透過光Ｌｅ）、インテグレータレンズに入射する。
【００８８】
以上説明した第３実施例のハーフミラーアレイによれば、突状部６４０と、窪み部６５０の半反射面６６０との面積比率を形状的に制御することにより、ハーフミラーの反射率・透過率を任意の値に設定できる。また、第３実施例では、高い反射率を得られるが、吸収率も高い銀等の金属膜を利用することなく半反射面を形成できるため、反射・透過を繰り返しても光の減衰を低減でき、光源から射出された光を効率的に利用できる。従って、画像をスクリーンに明るく表示できる。
【００８９】
Ｄ．第４実施例：
第４実施例では、金属膜を利用せずに半反射面を形成し、半反射面全体で反射を起こさせつつ、光を透過させるハーフミラーについて図８を参照して説明する。なお、図中、矢印は入射光を表している。
【００９０】
図８は、第４実施例におけるハーフミラーアレイの任意の１つのハーフミラーについて模式的に示す説明図である。図８に示すように、第４実施例のハーフミラー７００は、透明材７１０、７２０および透明材の屈折率よりも低い屈折率の樹脂７３０からなり、樹脂７３０を透明材７１０，７２０で挟み込む構成を有している。
【００９１】
透明材７２０と樹脂７３０との境界面７４０が、第４実施例のハーフミラー７００の半反射面である。以降、本実施例では、境界面７４０を半反射面７４０と呼ぶ。ハーフミラー７００は、入射光が臨界角より大きな角度で半反射面７４０に入射可能に形成されている。半反射面７４０では、入射光がより低い屈折率の媒質へ臨界角以上の角度で入射するため、入射光Ｌｏは実線矢印Ｌｒで示すように反射し、図の下側に隣接する図示しないハーフミラーへ入射する。
【００９２】
屈折率の大きい媒質から小さい媒質に臨界角以上の入射角で光を入射し反射を起こすと、低屈折率の媒質、すなわち、樹脂７３０の層厚が非常に薄ければ、トンネル効果によって，樹脂７３０内部を伝播し樹脂７３０の表面のごく近傍に光がしみだす。この光は一般的にエバネッセント光と呼ばれる。樹脂７３０を伝播したエバネッセント光は、実線矢印Ｌｅで示すように透明材７１０を透過する。
【００９３】
以上説明した第４実施例のハーフミラーによれば、樹脂７３０の層厚や屈折率を調整することにより、半反射面７４０の反射率および透過率を簡易に設定できる。樹脂７３０の層厚を均等にして、ハーフミラーアレイを構成する全てのハーフミラー透過率・反射率、ならびに、各ハーフミラーの半反射面内の反射率および透過率をほぼ均一とすることが好ましい。しかしながら、プロジェクタ１０は、インテグレータレンズなどの均一化手段を備えているため、樹脂７３０の層厚を厳密に均一としなくてもスクリーンに投射される画像の質に影響はない。
【００９４】
Ｅ．第５実施例：
第１実施例では、光源装置は、ハーフミラーアレイ１００を一つのみ備えている。第５実施例では、複数のハーフミラーアレイを複数備える光源装置について説明する。
【００９５】
Ｅ１．光源装置の概略構成
第５実施例の光源装置１１ａについて、図９を参照して説明する。図９は、第５実施例における光源装置１１ａを模式的に示す説明図である。第５実施例の光源装置１１ａは、図９に示すように、超高圧水銀ランプ２０と複数のハーフミラーアレイ１００，１００ａ、１００ｂを備える。光源装置１１ａでは、超高圧水銀ランプ２０から離れるに連れて、受光面積の大きいハーフミラーアレイが、超高圧水銀ランプ２０からの射出光の進行方向に並んで設置されている。
【００９６】
このように、ハーフミラーアレイを射出光の進行方向に複数配置すると、光路長の種類を増加できるため、干渉を抑制でき、シンチレーションを効果的に低減できる。また、既述のように、ハーフミラーアレイから出力される光は、図３および図４に示すように、入射する光よりも光幅が広いため、超高圧水銀ランプ２０からの設置位置が遠いハーフミラーアレイほど受光面積を広くすることにより、幅の広くなった光を受光できるため、光の損失を軽減できる。従って、第５実施例の光源装置によれば、光の損失を抑制しつつ、シンチレーションを効果的に抑制できる。
【００９７】
Ｆ．第６実施例：
第５実施例では、複数のハーフミラーアレイを備える光源装置において、超高圧水銀ランプからの設置位置が遠いハーフミラーアレイほど受光面積を大きくして光の損失を抑制している。第６実施例では、複数のハーフミラーアレイを備え、ハーフミラーアレイの間に、光の幅を変更する光幅変更機構を備える光源装置について説明する。
【００９８】
Ｆ１．光源装置の概略構成：
第６実施例の光源装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、第６実施例の光源装置１１ｂを例示する説明図である。第６実施例の光源装置１１ｂは、図１０に示すように、超高圧水銀ランプ２０と２つのハーフミラーアレイ１００ｃ、１００ｄおよび光幅変更機構８００を備える。光源装置１１ｂでは、２枚のハーフミラーアレイ１００ｃ、１００ｄが、超高圧水銀ランプ２０からの射出光の進行方向に並んで設置されており、ハーフミラーアレイ１００ｃおよび１００ｄの間に光幅変更機構８００が設置されている。
【００９９】
光幅変更機構８００は、集光レンズ８１０と両凹面の発散レンズ８２０から構成されている。集光レンズ８１０は、ハーフミラーアレイ１００ｃからの出力光を集めて発散レンズ８２０に出力する。発散レンズ８２０は、発散レンズ８２０への入射光を平行光、すなわち、超高圧水銀ランプ２０からの射出光の進行方向に平行に変更して出力する。
【０１００】
以上説明した第６実施例の光源装置によれば、ハーフミラーアレイから出力され、次のハーフミラーアレイへの入射光の光幅を変更できるため、順に面積の大きなハーフミラーを配置する必要が無く、インテグレータレンズを大きくする必要も無いため、装置の巨大化を抑制できる。
【０１０１】
Ｇ．変形例：
（１）上述の第１実施例では、各ハーフミラーの間隔と、反射ミラーと反射ミラーに隣接するハーフミラーの間隔とを同じとしているが、例えば、それぞれの間隔が異なるようにハーフミラーを配置してもよい。図１１は、変形例における光源装置を模式的に示す説明図である。図１１では、インテグレータなどの均一化手段の記載を省略する。
【０１０２】
本変形例の光源装置１１ｃは、反射ミラー１１０を半反射面２１０の端部からΔｄだけ下方にずらして設置している。こうすることにより、半反射面２１０から反射ミラー１１０までの光路長を、半反射面２００から半反射面２１０までの光路長「ｄ」とは異なる「ｄ２」にできる。従って、半反射面２１０の分岐光３０４ａの光路長を、分岐光３０１，３１１よりも「ｄ１＋ｄ２」だけ長くでき、また、分岐光３１２ａの光路長を、同じように一度だけハーフミラーにより反射された分岐光３０３の光路長「ｄ１」とは異なる「ｄ２」とできる。従って、光路長の種類を増加でき、シンチレーションを効率的に抑制できる。
【０１０３】
（２）第３実施例では、２つの透明材６１０，６２０を利用し、一方の透明材６２０の、他方の透明材６１０との対向面に突状部と窪み部を形成して、透明材の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する樹脂を用いて２つの透明材を接合してハーフミラーを形成したが、例えば、１の透明材の一方の側面から他方の側面へ貫通孔を形成してハーフミラーを形成してもよい。
【０１０４】
本変形例のハーフミラーを、図１２を参照して説明する。図１２は、本変形例におけるハーフミラー６００ａを模式的に表す断面図である。図１２に示すように透明材６１１に貫通孔６７０〜６７２を形成する。こうすれば、第３実施例と同様に、透明材６１１と空気との境界面を半反射面６７３とできる。更に、本変形例のハーフミラー６００ａによれば、透明材を樹脂で接合する必要がないため、樹脂による若干の光の屈折や各樹脂部分の層厚の違いによる組み付け性の低下を抑制できる。
【０１０５】
（３）第１実施例〜第６実施例では、ハーフミラーの基板にガラスを用いているが、例えば、ガラスよりも屈折率の高い他の材質を用いてもよい。光路は「行路＊屈折率」で定義されるため、屈折率の高い材質を用いることにより、光路のバリエーションを増加できる。
【０１０６】
（４）ハーフミラーアレイは任意の形状としてもよく、例えば、円形状としてもよい。本変形例のハーフミラーアレイを、図１３を参照して説明する。図１３（ａ）は、本変形例におけるハーフミラーアレイを模式的に示す説明図である。図１３（ｂ）は、本変形例のハーフミラーアレイの製造方法を説明する模式図である。
【０１０７】
図１３（ａ）に示すように、本変形例のハーフミラーアレイ１００ｅは、サイズの異なる複数の環状のミラー２３０〜２３６を嵌め合わせて一体化した同心円状の構成を有する。ミラー２３０とミラー２３１の境界面は反射面であり、ミラー２３１〜ミラー２３６の隣接する境界面は、入射光の一部を反射し、一部を透過する半反射面である。
【０１０８】
ハーフミラーアレイ１００ｅの各ハーフミラーは、例えば、図１３（ｂ）に示すように、円形の透明平板２５０を破線で示すように切り取り、半反射面となる面２５１に銀薄膜を蒸着することにより形成できる。このようにして形成されたハーフミラーを嵌め合わせることにより、ハーフミラーアレイ１００ｅを製造できる。
【０１０９】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】第１実施例におけるフロント投射型プロジェクタの概略構成を例示する説明図。
【図２】第１実施例におけるハーフミラーアレイの構造について説明する断面図。
【図３】第１実施例におけるハーフミラーアレイの原理を説明する模式図。
【図４】第１実施例における、光源装置からの出力光の光幅について説明する説明図。
【図５】第１実施例におけるハーフミラーアレイの製造方法を模式的に説明する説明図。
【図６】第２実施例におけるリア投写型のプロジェクタの概略構成を例示する説明図。
【図７】第３実施例におけるハーフミラーアレイの任意の一つの半反射面を模式的に示す断面図。
【図８】第４実施例におけるハーフミラーアレイの任意の１つの半反射面について模式的に示す説明図。
【図９】第５実施例における光源装置を模式的に示す説明図
【図１０】第６実施例の光源装置を例示する説明図。
【図１１】変形例における光源装置を模式的に示す説明図である。
【図１２】変形例におけるハーフミラーをアレイの任意の一つの半反射面を模式的に示す断面図。
【図１３】変形例におけるハーフミラーアレイを模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０…プロジェクタ
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…光源装置
２０…超高圧水銀ランプ
２０ａ…楕円リフレクタ
２１…インテグレータレンズ
２１ａ…第１のフライアイレンズ
２１ｂ…第２のフライアイレンズ
２３…偏光変換素子
２４〜２９…コンデンサーレンズ
３１〜３４…反射ミラー
３５、３６…ダイクロイックミラー
３７…ライトバルブ
４０…ダイクロイックプリズム
４１…投射レンズ
５０…スクリーン
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ、１００ｅ…ハーフミラーアレイ
１０１…ハーフミラー
１１０…反射ミラー
１３０…反射面
１４０…透明材
２００、２１０…半反射面
２３０、２３１…ミラー
２５０…透明平板
３００、３１０…入射光
３０１、３０２、３０４，３０４ａ，３１１，３１２…分岐光
５００…プロジェクタ
５１０…光源装置
５１１…半導体レーザ光源
５２０…反射ミラー
５３０…投射機構
５３１…投射レンズ
５４０…反射ミラー
５５０…スクリーン
５６０…フレネルレンズ
５６１…レンチキュラーレンズ
５６２…ブラックマスク
５６３…拡散板
５６４…保護板
６００…ハーフミラー
６１０、６１１、６２０…透明材
６３０…樹脂
６４０…突状部
６５０…窪み部
６６０…半反射面
６６０…境界面
６７０…貫通孔
６７３…半反射面
７００…ハーフミラー
７１０、７２０…透明材
７３０…樹脂
７４０…半反射面
８００…光幅変更機構
８１０…集光レンズ
８２０…発散レンズ
【図１】
2008122949.tif 000003
【図２】
2008122949.tif 000004
【図３】
2008122949.tif 000005
【図４】
2008122949.tif 000006
【図５】
2008122949.tif 000007
【図６】
2008122949.tif 000008
【図７】
2008122949.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008122949.tif 000011
【図１０】
2008122949.tif 000012
【図１１】
2008122949.tif 000013
【図１２】
2008122949.tif 000014
【図１３】
2008122949.tif 000015