(57)【要約】【課題】スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給するための光源装置等を提供すること。【解決手段】コヒーレント光であって、第１の振動方向を有する第１偏光成分を含む光を供給する光源部１１と、第１偏光成分の光を透過させ、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向を有する第２偏光成分の光を反射させることで、第１偏光成分と第２偏光成分とを分離させる偏光分離部である偏光ビームスプリッタ１２と、偏光分離部からの光の光路中に設けられ、偏光分離部からの光を反射させることにより偏光分離部へ入射させる反射部である第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５と、を有し、反射部は、反射部から偏光分離部へ入射した光のうち偏光分離部を透過した光と、偏光分離部で反射しさらに反射部を経て偏光分離部へ入射した光のうち偏光分離部を透過した光との間で光路差を生じさせる。【選択図】図１
2008107521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光であって、第１の振動方向を有する第１偏光成分を含む光を供給する光源部と、
前記第１偏光成分の光を透過させ、前記第１の振動方向に略直交する第２の振動方向を有する第２偏光成分の光を反射させることで、前記第１偏光成分と前記第２偏光成分とを分離させる偏光分離部と、
前記偏光分離部からの光の光路中に設けられ、前記偏光分離部からの光を反射させることにより前記偏光分離部へ入射させる反射部と、を有し、
前記反射部は、前記反射部から前記偏光分離部へ入射した光のうち前記偏光分離部を透過した光と、前記偏光分離部で反射しさらに前記反射部を経て前記偏光分離部へ入射した光のうち前記偏光分離部を透過した光との間で光路差を生じさせることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記反射部は、前記偏光分離部で反射しさらに前記反射部を経て前記偏光分離部へ入射するまでの光路長が、前記コヒーレント光が持つコヒーレント長と同等又はそれ以上となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記反射部は、前記反射部から前記偏光分離部へ入射した光のうち前記偏光分離部を透過した光の光路と、前記偏光分離部で反射しさらに前記反射部を経て前記偏光分離部へ入射した光のうち前記偏光分離部を透過した光の光路とを略一致させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記反射部は、前記偏光分離部からの光を反射させる第１反射部と、前記第１反射部からの光を反射させる第２反射部と、前記第２反射部からの光を反射させる第３反射部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記偏光分離部からの光の光路中に設けられ、前記偏光分離部からの光の偏光状態を変化させる偏光素子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記偏光素子は、波長板を備えることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記反射部は、ミラーを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記反射部は、プリズムを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光源部からの光を透過させる光学素子を有し、
前記偏光分離部及び前記反射部は、前記光学素子に形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記光学素子の屈折率より小さい屈折率を持つ低屈折率層を有することを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光束の強度分布を均一化させる均一化光学系と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光源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画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、照明装置及び画像表示装置、特に、画像表示装置に用いられる光源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。また、画像表示装置に用いられる液晶表示装置は、入射光の偏光状態を変換することで変調を行う。液晶表示装置を用いる場合、光源部からの光を特定の振動方向の直線偏光に変換して供給することで、光源部からの光を効率良く利用できる。スペックルを低減し、かつ特定の振動方向の直線偏光を効率良く供給するために、例えば特許文献１には、光ファイバと偏光ビームスプリッタとを組み合わせて用いる技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−８９１６０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の技術によると、偏光ビームスプリッタを経て光ファイバへ入射した光は、光ファイバを伝播した後再度偏光ビームスプリッタへ入射する。光ファイバ内において反射を繰り返しながら光を伝播させることで、互いに異なる光路長を経た光を出射させることができる。互いに異なる光路長を経た光を出射させることでスペックルの低減を図れる。また、光ファイバからの光を偏光ビームスプリッタへ入射させることで、特定の振動方向の直線偏光を供給することが可能となる。光ファイバ内においてレーザ光の反射を繰り返させると、レーザ光の波面を乱雑にさせてしまう。光ファイバへ光を入射させるときに略一点に集光されたレーザ光は、光ファイバ内を伝播することにより光ファイバの断面全体に広げられることとなる。ある面積を持った面から光が出射される場合、略一点から光が出射される場合よりも、照明光学系等により光を平行化させる際の平行度が低下してしまう。光の平行度が低下するほど照明対象へ効率良く照明光を供給することが困難となる。特に、光ファイバ内において光を伝播させる回数が多くなるほどスペックルを効果的に低減できる一方、レーザ光の品質の低下が著しくなるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給するための光源装置、照明装置、及び画像表示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】
【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、コヒーレント光であって、第１の振動方向を有する第１偏光成分を含む光を供給する光源部と、第１偏光成分の光を透過させ、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向を有する第２偏光成分の光を反射させることで、第１偏光成分と第２偏光成分とを分離させる偏光分離部と、偏光分離部からの光の光路中に設けられ、偏光分離部からの光を反射させることにより偏光分離部へ入射させる反射部と、を有し、反射部は、反射部から偏光分離部へ入射した光のうち偏光分離部を透過した光と、偏光分離部で反射しさらに反射部を経て偏光分離部へ入射した光のうち偏光分離部を透過した光との間で光路差を生じさせることを特徴とする光源装置を提供することができる。
【０００６】
反射部から偏光分離部へ入射した第１偏光成分の光は、偏光分離部を透過する。反射部から偏光分離部へ入射した第２偏光成分の光は、偏光分離部で反射し反射部の方向へ進行する。そして反射部から偏光分離部へ再び入射した光のうち第１偏光成分の光は、偏光分離部を透過する。偏光分離部で反射した第２偏光成分の光は、さらに上述の循環を繰り返す。互いに異なる光路長を経た光を出射させることでスペックルの低減を図れる。偏光分離部を用いることにより、特定の振動方向の直線偏光である第１偏光成分の光を出射させることができる。偏光分離部からの光の光路中に設けられた反射部を用いることで波面の乱れを少なくでき、高品質なコヒーレント光を供給することが可能となる。これにより、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給するための光源装置を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、偏光分離部で反射しさらに反射部を経て偏光分離部へ入射するまでの光路長が、コヒーレント光が持つコヒーレント長と同等又はそれ以上となるように配置されることが望ましい。かかる構成により、偏光分離部を透過した光と、偏光分離部で反射しさらに反射部を経た後偏光分離部を透過した光との間で、コヒーレント長と同等又はそれ以上に相当する光路差を生じさせる。これにより、効果的にスペックルを低減することができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、反射部から偏光分離部へ入射した光のうち偏光分離部を透過した光の光路と、偏光分離部で反射しさらに反射部を経て偏光分離部へ入射した光のうち偏光分離部を透過した光の光路とを略一致させることが望ましい。これにより、光の広がりが少ない高品質なコヒーレント光を供給することができる。光の広がりを少なくできるため、反射部、偏光分離部を小型にすることもできる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、偏光分離部からの光を反射させる第１反射部と、第１反射部からの光を反射させる第２反射部と、第２反射部からの光を反射させる第３反射部と、を有することが望ましい。これにより、偏光分離部からの光を反射させることにより偏光分離部へ入射させることができる。また、第１反射部、第２反射部、第３反射部、偏光分離部の位置及び傾きを調整することで、偏光分離部を透過した光の光路を略一致させることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、偏光分離部からの光の光路中に設けられ、偏光分離部からの光の偏光状態を変化させる偏光素子を有することが望ましい。偏光分離部は、直線偏光を出射させる。偏光素子により光の偏光状態を適宜変化させることにより、偏光分離部から反射部へ多くの光を循環させることが可能となる。偏光分離部から反射部へ循環させる光を多くするほど、互いに異なる光路差を経た光を多く出射させることが可能となる。これにより、効果的にスペックルを低減できる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、偏光素子は、波長板を備えることが望ましい。波長板を用いて位相差を与えることにより、光の偏光状態を変化させることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、ミラーを備えることが望ましい。これにより、簡易な構成により偏光分離部からの光を反射させることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、プリズムを備えることが望ましい。これにより、偏光分離部からの光を反射させることができる。また、プリズムの全反射を用いる場合には光の損失を低減できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部からの光を透過させる光学素子を有し、偏光分離部及び反射部は、光学素子に形成されることが望ましい。これにより、偏光分離部及び反射部を経ることによる光の損失を低減できる。さらに、光学素子の形成と引き換えに、偏光分離部及び反射部の精緻な位置調整を不要にできることから、光源装置の製造を容易にできる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子の屈折率より小さい屈折率を持つ低屈折率層を有することが望ましい。低屈折率層は、反射部同士、又は反射部と偏光分離部との間を進行する光を全反射させることで、所望の方向へ光を導く。これにより、偏光分離部及び反射部を経ることによる光の損失を低減できる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、上記の光源装置と、光源装置からの光束の強度分布を均一化させる均一化光学系と、を有することを特徴とする照明装置を提供することができる。上記の光源装置を備えることにより、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給することができる。これにより、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給するための照明装置を得られる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、上記の光源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画像表示装置を提供することができる。上記の光源装置を備えることにより、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給することができる。これにより、スペックルの低減により高品質で明るい画像を表示可能な画像表示装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１に係る光源装置１０の概略構成を示す。光源装置１０は、光源部１１を有する。光源部１１は、コヒーレント光であるレーザ光を供給する。光源部１１により供給されるレーザ光は、例えばｐ偏光である。ｐ偏光は、第１の振動方向を有する第１偏光成分の光である。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。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１２は、光源部１１からのレーザ光が入射する位置に設けられている。偏光ビームスプリッタ１２は、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させることで、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを分離させる偏光分離部である。ｓ偏光は、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向を有する第２偏光成分の光である。偏光ビームスプリッタ１２は、例えば、ガラス等の平行平板に誘電体多層膜をコーティングすることにより構成されている。偏光ビームスプリッタ１２は、光源部１１からの入射光、及び第３ミラー１５からの入射光のいずれに対しても略４５度の角度をなすように傾けて配置されている。偏光ビームスプリッタ１２は、誘電体多層膜に代えて、ワイヤグリッドを用いても良い。
【００２１】
第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、偏光ビームスプリッタ１２からの光の光路中に設けられている。第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、偏光ビームスプリッタ１２からの光を反射させることにより偏光ビームスプリッタ１２へ入射させる反射部である。第１ミラー１３は、偏光ビームスプリッタ１２を透過した光源部１１からのレーザ光が入射する位置に設けられている。第１ミラー１３は、偏光ビームスプリッタ１２からの光を反射させるミラーであって、第１反射部である。
【００２２】
第２ミラー１４は、第１ミラー１３で反射した光が入射する位置に設けられている。第２ミラー１４は、第１ミラー１３からの光を反射させるミラーであって、第２反射部である。第３ミラー１５は、第２ミラー１４で反射した光が入射する位置に設けられている。第３ミラー１５は、第２ミラー１４からの光を偏光ビームスプリッタ１２の方向へ反射させるミラーであって、第３反射部である。第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、反射により入射光を略９０度折り曲げる。
【００２３】
第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、平行平板に高反射性部材、例えば金属膜や誘電体多層膜をコーティングすることにより構成されている。ミラー１３、１４、１５を用いることで、簡易な構成により偏光ビームスプリッタ１２からの光を反射させることができる。第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、いずれも、光源部１１からのレーザ光が持つ波長に対して高い反射率、例えば１００％に近い反射率であるような反射特性とすることが望ましい。これにより、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５での反射による光の損失を低減することができる。偏光ビームスプリッタ１２及び第１ミラー１３、第３ミラー１５及び第２ミラー１４は、いずれも同じ間隔ｄ１で配置されている。偏光ビームスプリッタ１２及び第３ミラー１５、第１ミラー１３及び第２ミラー１４は、いずれも同じ間隔ｄ２で配置されている。なお、間隔ｄ１及びｄ２の大小関係は任意である。
【００２４】
光源部１１からの光Ｌ１は、ｐ偏光であるから、偏光ビームスプリッタ１２を透過する。偏光ビームスプリッタ１２を透過した光Ｌ１は、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を順次反射した後、偏光ビームスプリッタ１２へ入射する。光Ｌ１は、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５での反射により、直線偏光であるｐ偏光から楕円偏光への変化が生じる。第３ミラー１５から偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光のうちｐ偏光Ｌ３は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、光源装置１０から出射する。
【００２５】
第３ミラー１５から偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光のうちｓ偏光は、偏光ビームスプリッタ１２で反射し、光路を略９０度折り曲げられる。光路が略９０度折り曲げられることにより、偏光ビームスプリッタ１２で反射した光Ｌ２は、第１ミラー１３の方向へ進行する。光Ｌ２は、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５にて順次反射した後、偏光ビームスプリッタ１２へ再び入射する。第３ミラー１５から偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光のうちｐ偏光Ｌ４は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、光源装置１０から出射する。偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光のうちｓ偏光は、偏光ビームスプリッタ１２で反射し、上述の循環を繰り返す。
【００２６】
偏光ビームスプリッタ１２で反射しさらに第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を経て偏光ビームスプリッタ１２へ入射する光Ｌ２は、長さが２×（ｄ１＋ｄ２）である光路を経ることとなる。光源部１１からのレーザ光が持つコヒーレント長は、２×（ｄ１＋ｄ２）と略同一である。第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、偏光ビームスプリッタ１２で反射しさらに第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を経て偏光ビームスプリッタ１２へ入射するまでの光路長が、コヒーレント長と同等となるように配置されている。かかる構成により、光Ｌ１から分離されたｐ偏光Ｌ３と、光Ｌ２から分離されたｐ偏光Ｌ４との間には、コヒーレント長と同等の光路差が生じる。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ１２、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５の各入射位置は、矩形形状の四隅に略一致している。偏光ビームスプリッタ１２、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、入射光に対していずれも略４５度の角度をなしている。高い指向性を持つレーザ光を光源部１１から出射させると、偏光ビームスプリッタ１２、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を経る間におけるレーザ光の発散をできるだけ少なくすることができる。
【００２８】
レーザ光の発散を少なくすることで、光源装置１０から出射するｐ偏光Ｌ３の光路とｐ偏光Ｌ４の光路とを略一致させることができる。このように、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５、偏光ビームスプリッタ１２の位置及び傾きを調整することで、偏光ビームスプリッタ１２を透過したｐ偏光Ｌ３、Ｌ４の光路を略一致させることができる。これにより、光の広がりが少ない高品質なレーザ光を供給することができる。光の広がりを少なくできるため、小型なミラー１３、１４、１５、偏光ビームスプリッタ１２を用いることができる。
【００２９】
光源装置１０は、偏光ビームスプリッタ１２を用いることにより、特定の振動方向の直線偏光であるｐ偏光を出射させることができる。光源装置１０は、コヒーレント長に相当する光路差の光Ｌ３、Ｌ４を出射させることで効果的にスペックルの低減を図れる。偏光ビームスプリッタ１２からの光の光路中に設けられた第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を用いることで波面の乱れを少なくでき、高品質なレーザ光を供給することが可能となる。これにより、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給することができるという効果を奏する。
【００３０】
第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は、偏光ビームスプリッタ１２で反射しさらに第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を経て偏光ビームスプリッタ１２へ入射するまでの光路長がコヒーレント長と同等であるように配置される場合に限られない。かかる光路長がコヒーレント長以上となる構成であっても良い。この場合、さらに効果的にスペックルを低減できる。また、かかる光路差は、コヒーレント長以下であっても良い。偏光ビームスプリッタ１２を透過した光と、偏光ビームスプリッタ１２、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を複数回経た光との間でコヒーレント長以上の光路差を生じさせることが可能であれば、スペックルを低減できる。
【００３１】
図２は、本実施例の変形例に係る光源装置２０の概略構成を示す。本変形例の光源装置２０は、偏光ビームスプリッタ１２、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５は上記の光源装置１０と同様に配置されている。上記の光源装置１０では偏光ビームスプリッタ１２及び第１ミラー１３が配置される直線の延長上に光源部１１が配置されるのに対して、本変形例の光源装置２０は、偏光ビームスプリッタ１２及び第３ミラー１５が配置される直線の延長上に光源部１１が配置される。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ１２を透過した光Ｌ１は、第３ミラー１５、第２ミラー１４、第１ミラー１３にて順次反射した後、偏光ビームスプリッタ１２へ入射する。偏光ビームスプリッタ１２で反射した光Ｌ２は、第３ミラー１５、第２ミラー１４、第１ミラー１３にて順次反射した後、偏光ビームスプリッタ１２へ再び入射する。本変形例の場合も、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給することができる。なお、偏光ビームスプリッタ１２は、ｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射させるものであっても良い。この場合、光源装置は、ｓ偏光を出射させる。光源部１１としては、ｓ偏光を供給するものを用いることができる。本発明の光源装置は、特定の振動方向の直線偏光を供給可能であることから、液晶表示装置と組み合わせて用いる場合に有用である。
【実施例２】
【００３３】
図３は、本発明の実施例２に係る光源装置３０の概略構成を示す。本実施例の光源装置３０は、１/４波長板３１を有することを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。１/４波長板３１は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との間で９０度（π／２）の位相差を生じさせる波長板であって、偏光ビームスプリッタ１２からの光の偏光状態を直線偏光から円偏光へ変化させる偏光素子である。１/４波長板３１は、偏光ビームスプリッタ１２からの光の光路中であって、偏光ビームスプリッタ１２及び第１ミラー１３の間の光路中に設けられている。
【００３４】
１/４波長板３１は、偏光ビームスプリッタ１２からの光Ｌ１、Ｌ２を略垂直に入射させるように配置されている。また、１/４波長板３１は、直線偏光であるｐ偏光の偏光軸に対して光学軸が４５度をなすように配置されている。光源部１１からの光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ１２を透過した後、１/４波長板３１へ入射する。光Ｌ１は、１/４波長板３１を透過することにより、ｐ偏光から円偏光へ変換される。１/４波長板３１にて円偏光に変換された光Ｌ１は、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を順次反射した後、偏光ビームスプリッタ１２へ入射する。偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光Ｌ１のうちｐ偏光Ｌ３は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、光源装置３０から出射する。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光Ｌ１のうちｓ偏光は、偏光ビームスプリッタ１２で反射する。偏光ビームスプリッタ１２で反射した光Ｌ２は、１/４波長板３１を透過することにより、ｓ偏光から円偏光へ変換される。１/４波長板３１にて円偏光に変換された光Ｌ２は、第１ミラー１３、第２ミラー１４、第３ミラー１５を順次反射した後、偏光ビームスプリッタ１２へ入射する。偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光Ｌ２のうちｐ偏光Ｌ４は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、光源装置３０から出射する。偏光ビームスプリッタ１２へ入射した光のうちｓ偏光は、偏光ビームスプリッタ１２で反射し、上述の循環を繰り返す。
【００３６】
１/４波長板３１にて直線偏光を円偏光へ変換させることで、光Ｌ１の略半分を占めるｐ偏光を偏光ビームスプリッタ１２へ透過させ、また光Ｌ１の略半分を占めるｓ偏光を第１ミラー１３の方向へ進行させる。これにより、各ミラー１３、１４、１５を一度のみ経た後偏光ビームスプリッタ１２を素通りする光を少なくし、偏光ビームスプリッタ１２から各ミラー１３、１４、１５へ循環させる光を多くすることができる。偏光ビームスプリッタ１２から各ミラー１３、１４、１５へ循環させる光を多くするほど、互いに異なる光路差を経た光を多く出射させることが可能となる。これにより、効果的にスペックルを低減できる。
【００３７】
１/４波長板３１は、偏光ビームスプリッタ１２及び第１ミラー１３の間の光路中に配置される場合に限られない。偏光ビームスプリッタ１２からの光の光路中に設けられていれば良く、第１ミラー１３から第２ミラー１４、第３ミラー１５を経て偏光ビームスプリッタ１２へ至る光路中のいずれかの位置に設けることとしても良い。また、本実施例では、偏光ビームスプリッタ１２からの光の偏光状態を変化させることが可能であれば良く、適宜構成を変更しても良い。
【００３８】
１/４波長板３１は、直線偏光の偏光軸に対して光学軸が４５度をなすように配置される場合に限られない。直線偏光の偏光軸に対して光学軸が４５度以外の角度、例えば３０度をなすように１/４波長板３１を配置することで、直線偏光を楕円偏光へ変換させる構成としても良い。波長板は、１/４波長板３１を用いる場合に限られない。例えば、１/２波長板を用いても良い。１/２波長板は、直線偏光の偏光軸に対して光学軸が４５度をなすように配置することにより、直線偏光の振動方向を変換させる。１/２波長板を用いる場合も、直線偏光の偏光軸に対して光学軸が４５度以外の角度、例えば３０度をなすように１/２波長板を配置することで、直線偏光を楕円偏光へ変換させる構成とすることができる。
【００３９】
偏光素子は、偏光ビームスプリッタ１２からの光の偏光状態を変化させることが可能であれば良く、波長板を備える構成に限られない。偏光素子は、例えば、液晶素子を備える構成としても良い。液晶素子は、液晶分子の配向状態に応じて光の位相を変化させる。液晶素子は、液晶分子の配向状態に応じて偏光ビームスプリッタ１２からの光の偏光状態を変化させる。偏光素子として用いられる液晶素子は、後述の空間光変調装置に用いられる液晶表示装置とは異なり、特定の直線偏光のみを出射させるための偏光板は不要である。
【００４０】
液晶素子は、電圧の制御により液晶分子の配向状態を容易に変化させることが可能である。また、複数に分割されたセルごとに電圧の印加を制御可能な構成とすることにより、液晶素子の領域ごとに液晶分子の配向状態を変化させることも可能である。このように、液晶素子を用いる場合、偏光ビームスプリッタ１２からの光の偏光状態を容易かつランダムに変化させることを可能とし、さらにスペックルを低減できる。
【実施例３】
【００４１】
図４は、本発明の実施例３に係る光源装置４０の概略構成を示す。本実施例の光源装置４０は、ミラーに代えて設けられたプリズム４２、４３、４４を有することを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。偏光ビームスプリッタ４１は、２つの直角プリズムを貼り合わせて構成されている。２つの直角プリズムの間には、誘電体多層膜４５がコーティングされている。
【００４２】
偏光ビームスプリッタ４１は、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させることで、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを分離させる偏光分離部である。偏光ビームスプリッタ４１の入射面及び出射面には、反射防止膜（ＡＲコート）をコーティングしても良い。なお、上記実施例１と同様に、平板形状の偏光ビームスプリッタ１２（図１参照）を用いても良い。また、上記実施例１において、本実施例と同様の偏光ビームスプリッタを用いても良い。
【００４３】
第１プリズム４２、第２プリズム４３、第３プリズム４４は、いずれも直角プリズムである。第１プリズム４２、第２プリズム４３、第３プリズム４４は、例えばガラス部材や石英部材を用いて構成できる。各プリズム４２、４３、４４は、直角プリズムのうちの直角部に対向する斜面において入射光を全反射させることにより、入射光の光路を略９０度折り曲げる。第１プリズム４２は、偏光ビームスプリッタ４１からの光を反射させるプリズムであって、第１反射部である。第１プリズム４２は、全反射により偏光ビームスプリッタ４１からの光を略９０度折り曲げる。第２プリズム４３は、第１プリズム４２からの光を反射させるプリズムであって、第２反射部である。第２プリズム４３は、全反射により第１プリズム４２からの光を略９０度折り曲げる。
【００４４】
第３プリズム４４は、第２プリズム４３からの光を反射させるプリズムであって、第３反射部である。第３プリズム４４は、全反射により第２プリズム４３からの光を略９０度折り曲げる。各プリズム４２、４３、４４の入射面及び出射面には、ＡＲコートをコーティングしても良い。第３プリズム４４から偏光ビームスプリッタ４１へ入射した光のうちｓ偏光は、誘電体多層膜４５で反射し、第１プリズム４２の方向へ進行する。第１プリズム４２、第２プリズム４３、第３プリズム４４は、偏光ビームスプリッタ４１で反射しさらに第１プリズム４２、第２プリズム４３、第３プリズム４４を経て偏光ビームスプリッタ４１へ入射するまでの光路長が、コヒーレント長と同等となるように配置されている。
【００４５】
本実施例の場合も、スペックルを低減でき、かつ高品質なコヒーレント光を供給することができる。各プリズム４２、４３、４４において光を全反射させる構成とすることで、光の損失を低減することができる。また、反射膜の蒸着を不要とすることができる。なお、各プリズム４２、４３、４４は、入射光を全反射させる構成に限られない。各プリズム４２、４３、４４は、斜面に形成された反射膜を用いて入射光を反射させる構成であっても良い。
【００４６】
図５は、本実施例の変形例１に係る光源装置５０の概略構成を示す。光学素子５１は、光源部１１からの光を透過させる。光学素子５１は、例えばガラス部材や石英部材を用いて構成できる。光学素子５１は、直方体形状の直角部分を切断してできる八角形形状を持つ構造体である。八角形形状のうち光源部１１に近い位置の斜面には、直角プリズム５２が貼り合わされている。光学素子５１と直角プリズム５２との間には、誘電体多層膜４５がコーティングされている。光学素子５１のうち誘電体多層膜４５が設けられた部分、及び直角プリズム５２は、上記の偏光ビームスプリッタ４１（図４参照）に相当する。
【００４７】
光学素子５１のうち誘電体多層膜４５が設けられた斜面に隣接する第１斜面５３が設けられた部分は、上記の第１プリズム４２（図４参照）に相当する。光学素子５１のうち第１斜面５３に隣接する第２斜面５４が設けられた部分は、上記の第２プリズム４３に相当する。光学素子５１のうち第２斜面５３に隣接する第３斜面５５が設けられた部分は、上記の第３プリズム４４に相当する。第１斜面５３、第２斜面５４、第３斜面５５は、入射光を全反射させることにより、入射光の光路を略９０度折り曲げる。
【００４８】
第１斜面５３は、誘電体多層膜４５からの光を反射させる第１反射部である。第１斜面５３は、全反射により誘電体多層膜４５からの光を略９０度折り曲げる。第２斜面５４は、第１斜面５３からの光を反射させる第２反射部である。第２斜面５４は、全反射により第１斜面５３からの光を略９０度折り曲げる。第３斜面５５は、第２斜面５４からの光を反射させる第３反射部である。第３斜面５５は、全反射により第２斜面５４からの光を略９０度折り曲げる。このように、光学素子５１には、偏光分離部及び反射部が形成されている。
【００４９】
本変形例の場合も、異なる光路差の光を次々に出射させ、スペックルを低減できる。なお、光学素子５１は、第１斜面５３、第２斜面５４、第３斜面５５に形成された反射膜を用いて入射光を反射させる構成であっても良い。本変形例は、光学素子５１の形成と引き換えに、偏光分離部、第１反射部、第２反射部、第３反射部の精緻な位置調整を不要にできることから、光源装置の製造を容易にできる利点がある。また、光学素子５１内において光を循環させる構成とすることで、各構成と空気との界面にて光を通過させる回数を減少させることができる。このため、各構成と空気との界面にて光を通過させることによる光の損失を低減することも可能である。
【００５０】
光学素子は、八角形形状を持つ構造体である場合に限られない。光学素子の界面における反射を利用して光を循環させることが可能であれば良い。例えば、図６に示す光源装置５７は、六角形形状の光学素子５８を備える。光学素子５８における光の進行については、上記の光学素子５１（図５参照）の場合と同様である。この場合も、スペックルを低減できる。
【００５１】
図７は、本実施例の変形例２に係る光源装置６０の概略構成を示す。光源装置６０は、第１光学素子６２及び第２光学素子６３の間に設けられた低屈折率層６１を有する。第１光学素子６２及び第２光学素子６３は、光源部１１からの光を透過させる光学素子である。第１光学素子６２及び第２光学素子６３は、上記の光学素子５８（図６参照）を二等分したような形状を備える。第１光学素子６２は、誘電体多層膜４５及び第３斜面５５を有する。第２光学素子６３は、第１斜面５３及び第２斜面５４を有する。低屈折率層６１は、第１光学素子６２、第２光学素子６３の屈折率より小さい屈折率を持つ。
【００５２】
誘電体多層膜４５から第１斜面５３の方向へ進行する光は、第１光学素子６２側から低屈折率層６１を透過した後、第２光学素子６３側の第１斜面５３へ入射する。第２斜面５４から第３斜面５５の方向へ進行する光は、第２光学素子６３側から低屈折率層６１を透過した後、第１光学素子６２側の第３斜面５５へ入射する。
【００５３】
例えば、第１斜面５３で反射した光のうちの一部が図中破線で示すように第３斜面５５に向けて進行したとする。第３斜面５５に向けて進行した光は、低屈折率層６１における全反射により、第２斜面５４の方向へ進行する。この他、第３斜面５５から第１斜面５３に向けて進行した光についても、低屈折率層６１における全反射により誘電体多層膜４５の方向へ進行させる。このように、低屈折率層６１を設けることで、誘電体多層膜４５、第１斜面５３、第２斜面５４、第３斜面５５、誘電体多層膜４５の順序で正確に光を進行させることが可能となる。正確に光を進行させることにより、偏光分離部及び反射部を経ることによる光の損失を低減することができる。
【００５４】
光源装置６０の構成の場合、低屈折率層６１に対しては比較的大きな入射角の光が入射する。このため、光学素子６２、６３の屈折率と低屈折率層６１の屈折率との差が比較的小さい、例えば０．２程度の差であっても全反射条件を十分満足可能な構成にできる。例えば光学素子６２、６３の屈折率が１．５である場合、低屈折率層６１は、例えば１．３程度の屈折率の部材、例えば透明接着剤により構成できる。透明接着剤により構成された低屈折率層６１を用いることにより、第１光学素子６２及び第２光学素子６３を接着させるとともに、光を全反射可能な構成にできる。低屈折率層６１は、光学素子６２、６３内を進行する光を効率良く全反射可能であれば良く、固体、液体、気体のいずれにより構成しても良い。例えば、第１光学素子６２及び第２光学素子６３の間に空隙を設けることにより形成される空気層を低屈折率層として用いても良い。
【実施例４】
【００５５】
図８は、本発明の実施例４に係る画像表示装置であるプロジェクタ７０の概略構成を示す。プロジェクタ７０は、スクリーン７５に光を供給し、スクリーン７５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。プロジェクタ７０は、照明装置７２を有する。照明装置７２は、光源装置７１を有する。プロジェクタ７０は、光源装置７１からの光を用いて画像を表示する。
【００５６】
図９は、照明装置７２の概略構成を示す。図１０は、光源装置７１の概略構成を示す。光源装置７１は、上記の光源装置５７（図６参照）と同様の構成を有する。光源装置７１の光源部７６は、複数のレーザ光源を有する。光源部７６は、赤色（Ｒ）レーザ光を供給するレーザ光源と、緑色（Ｇ）光を供給するレーザ光源と、青色（Ｂ）光を供給するレーザ光源とを並列させて構成されている。レーザ光源は、コヒーレント光であるレーザ光を供給する。光源部７６は５つのレーザ光源を一方向へ並列させる場合に限られず、５つ以上又は５つ以下のレーザ光源をアレイ状に並列させても良い。上記各実施例の光源装置においても、複数のレーザ光源をアレイ状に並列させる構成としても良い。
【００５７】
光源装置７１からの光は、第１レンズ７７及び第２レンズ７８で収束された後、回折光学素子７９へ入射する。第１レンズ７７、第２レンズ７８は、それぞれ凸レンズ、凹レンズである。回折光学素子７９は、レーザ光を回折させることにより、光源装置７１からの光束の強度分布を均一化させる均一化光学系である。また、回折光学素子７９は、空間光変調装置７３の矩形形状に合わせてレーザ光の照明領域を整形及び拡大する。回折光学素子７９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。なお、照明装置７２は、光源装置７１から回折光学素子７９までの各部により構成される。
【００５８】
第１レンズ７７及び第２レンズ７８により光を収束させることにより、回折光学素子７９を小型にすることができる。回折光学素子７９を小型にすることで、回折光学素子７９から空間光変調装置７３へ入射させる光の角度範囲を小さくし、光の損失を低減することができる。照明装置７２は、第１レンズ７７、第２レンズ７８を設ける構成に限られず、適宜変更しても良い。
【００５９】
図８に戻って、照明装置７２は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を順次供給する。空間光変調装置７３は、順次供給される各色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High  Temperature  Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。空間光変調装置７３で変調された光は、投写レンズ７４によってスクリーン７５へ投写される。光源装置７１を用いることで、スペックルを低減でき、かつ高品質なレーザ光を供給することができる。これにより、スペックルの低減により高品質で明るい画像を表示できるという効果を奏する。
【００６０】
図１１は、本実施例の変形例１に係る照明装置８０の概略構成を示す。本変形例の照明装置８０は、上記のプロジェクタ７０に適用することができる。本変形例の照明装置８０は、フライアイレンズ８１を有する。フライアイレンズ８１は、光源装置７１からの光束の強度分布を均一化させる均一化光学系である。フライアイレンズ８１は、二次元方向へアレイ状に並列されたレンズ素子８２を有する。フライアイレンズ８１は、各レンズ素子８２からの光を空間光変調装置７３上で重畳させることにより、光束の強度分布を均一化させる。各レンズ素子８２は空間光変調装置７３の矩形形状と略相似している。かかる構成により、フライアイレンズ８１は、空間光変調装置７３の矩形形状に合わせてレーザ光の照明領域を整形及び拡大する。本変形例の場合も、スペックルの低減により高品質で明るい画像を表示することができる。
【００６１】
図１２は、本実施例の変形例２に係る照明装置９０の概略構成を示す。本変形例の照明装置９０は、上記のプロジェクタ７０に適用することができる。本変形例の照明装置９０は、ロッドインテグレータ９２を有する。ロッドインテグレータ９２は、光源装置７１からの光束の強度分布を均一化させる均一化光学系である。集光レンズ９１は、光源装置７１からの光をロッドインテグレータ９２の入射面にて集光させる。ロッドインテグレータ９２は、直方体形状のガラス部材や石英部材を用いて構成できる。ロッドインテグレータ９２へ入射した光は、ロッドインテグレータ９２の界面における全反射を繰り返しながらロッドインテグレータ９２内部を伝播する。
【００６２】
ロッドインテグレータ９２内における反射を繰り返すことにより、ロッドインテグレータ９２の出射面において光束の強度分布は略均一化される。ロッドインテグレータ９２の出射面は、空間光変調装置７３の矩形形状と略相似している。ロッドインテグレータ９２を用いることで、強度分布の均一化と矩形変換とが同時になされる。照明レンズ９３は、ロッドインテグレータ９２からの光を拡大して空間光変調装置７３へ入射させる。本変形例の場合も、スペックルの低減により高品質で明るい画像を表示することができる。ロッドインテグレータ９２は、光ファイバを用いる場合と比較して、進行方向が制御された光を出射させることができる。ロッドインテグレータとしては、高反射性部材を用いて構成された中空構造のロッドインテグレータを用いても良い。
【００６３】
プロジェクタは、複数の透過型液晶表示装置を用いる構成としても良い。例えば３つの透過型液晶表示装置を用いる場合、プロジェクタは、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の各照明装置を備える構成とすることができる。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れず、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）を用いても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面にレーザ光を供給し、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。
【００６４】
図１３は、本実施例の変形例３に係る画像表示装置である液晶ディスプレイ１００の概略構成を示す。液晶ディスプレイ１００は、光源装置７１からの光を用いて画像を表示する。光源装置７１からの光は、導光板１０１へ入射する。導光板１０１は、光源装置７１からの光束の強度分布を均一化させ、表示パネル１０２の方向へ進行させる均一化光学系である。表示パネル１０２は、導光板１０１からの光を透過させることで画像を表示する透過型液晶表示装置である。本変形例の場合も、スペックルの低減により高品質で明るい画像を表示することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に係る光源装置は、コヒーレント光を用いて画像を表示する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例１に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図２】実施例１の変形例に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図３】本発明の実施例２に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図４】本発明の実施例３に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図５】実施例３の変形例１に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図６】六角形形状の光学素子を備える構成を説明する図。
【図７】実施例３の変形例２に係る光源装置の概略構成を示す図。
【図８】本発明の実施例４に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図９】照明装置の概略構成を示す図。
【図１０】光源装置の概略構成を示す図。
【図１１】実施例４の変形例１に係る照明装置の概略構成を示す図。
【図１２】実施例４の変形例２に係る照明装置の概略構成を示す図。
【図１３】実施例４の変形例３に係る液晶ディスプレイの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００６７】
１０  光源装置、１１  光源部、１２  偏光ビームスプリッタ、１３  第１ミラー、１４  第２ミラー、１５  第３ミラー、２０  光源装置、３０  光源装置、３１  １/４波長板、４０  光源装置、４１  偏光ビームスプリッタ、４２  第１プリズム、４３  第２プリズム、４４  第３プリズム、５０  光源装置、５１  光学素子、５２  直角プリズム、５３  第１斜面、５４  第２斜面、５５  第３斜面、５７  光源装置、５８  光学素子、６０  光源装置、６１  低屈折率層、６２  第１光学素子、６３  第２光学素子、７０  プロジェクタ、７１  光源装置、７２  照明装置、７３  空間光変調装置、７４  投写レンズ、７５  スクリーン、７６  光源部、７７  第１レンズ、７８  第２レンズ、７９  回折光学素子、８０  照明装置、８１  フライアイレンズ、８２  レンズ素子、９０  照明装置、９１  集光レンズ、９２  ロッドインテグレータ、９３  照明レンズ、１００  液晶ディスプレイ、１０１  導光板、１０２  表示パネル
【図１】
2008107521.tif 000003
【図２】
2008107521.tif 000004
【図３】
2008107521.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008107521.tif 000009
【図８】
2008107521.tif 000010
【図９】
2008107521.tif 000011
【図１０】
2008107521.tif 000012
【図１１】
2008107521.tif 000013
【図１２】
2008107521.tif 000014
【図１３】
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