(57)【要約】【課題】レーザ光のスペックル雑音を低減するための機構として、簡素でありながら十分なスペックル雑音低減効果を得ること。【解決手段】本発明は、入射されるレーザ光の光路内に設けられ、リング型の複数回周回路を備えることで各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化して出力する光学装置である。このリング型の複数回周回路として、偏光ビームスプリッタ１、全反射ミラー２、全反射ミラー３を組み合わせ、全反射ミラー２と全反射ミラー３との間に半波長板４を設けている。【選択図】図１
2008281672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射されるレーザ光の光路内に設けられ、リング型の複数回周回路を備えることで各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化して出力する
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記リング型の複数回周回路は、
前記レーザ光の偏光状態に応じて透過と反射とを行うビームスプリッタと、
各周回ごとに前記ビームスプリッタから出射されるレーザ光と前記ビームスプリッタに入射されるレーザ光との偏光状態を変化させる光学手段とを備える
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記リング型の複数回周回路は、
入射される前記レーザ光の偏光成分のうち第１の偏光成分を透過し、第２の偏光成分を反射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを透過した第１の偏光成分のレーザ光を反射して前記ビームスプリッタに戻す周回路を構成する反射手段と、
前記反射手段で構成される周回路内に挿入され、その周回路内のレーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項４】
前記リング型の複数回周回路内に配置され、周回中のレーザ光を集光するレンズを備える
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項５】
前記リング型の複数回周回路内に配置され、周回中のレーザ光に対して周回毎に伝搬軸を中心とした回転を施す光学素子を備える
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項６】
前記リング型の複数回周回路は、
入射される前記レーザ光の偏光成分のうち第１の偏光成分を透過し、第２の偏光成分を反射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを透過した第１の偏光成分のレーザ光を反射して前記ビームスプリッタに戻す周回路を構成する反射手段と、
前記反射手段で構成される周回路内に挿入され、その周回路内のレーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御手段と、
前記偏光制御手段による偏光角度を調整する調整手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項７】
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光の光路内に設けられるリング型の複数回周回路とを備えており、
前記リング型の複数回周回路によって各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化して出力する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
照明装置から出射したレーザ光を光変調装置に照射し、この光変調装置で画像に応じた光変調を行って映像を生成する画像出力装置において、
前記照明装置が、
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光の光路内に設けられるリング型の複数回周回路とを備えており、
前記リング型の複数回周回路によって各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化し、前記光変調装置に向けて出力する
ことを特徴とする画像出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光のスペックルノイズを低減するのに好適な光学装置、照明装置および画像出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面に適している投射型表示装置（プロジェクタ）が注目されている。このプロジェクタの光源として、高圧水銀ランプ（UHPランプ）が用いられているが、赤色成分の光量が少ないという問題がある。そのため、ホワイトバランスを取るためには緑・青色成分を減光フィルタによって弱める必要があり、非効率的な駆動となっている。
【０００３】
これに対し、不足している赤色成分の光を補うために、レーザアシストプロジェクタが提案されている。これは、レーザ光で赤色成分の強度を補うとともに、レーザの単色性や波長の最適化を生かして、色域の拡大が得られるという長所を持つ。
【０００４】
一方、赤色だけでなく、赤・青・緑の３原色全てをレーザ光源で置き換えたレーザプロジェクタも提案されており、色域の拡大や、高精細な映像を得ることができる。また、他の色のレーザ光源を新たに追加した多色レーザプロジェクタも研究されている。
【０００５】
ここで、このようなレーザプロジェクタのようなレーザ光を光源とした画像出力装置では、レーザの持つコヒーレンス性に起因したスペックル雑音が問題となっている。最も効果的なスペックル対処方法として、スクリーンを数ヘルツで振動させる方法があるが、可動機構を持つことによる寿命の問題等があり、非機械的な方法の開発が望まれている。そのような手法として、空間位相変調法（特許文献１）、波長多重法（特許文献２）、時間遅延多重法（特許文献３）等がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８９６８７号公報
【特許文献２】特表２００４−５０３９２３号公報
【特許文献３】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】
【０００７】
しかし、いずれの引用文献に記載されたスペックル対処手法でも、装置構成の簡素化、スペックル雑音の効率的な低減について十分な効果を得ることができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、入射されるレーザ光の光路内に設けられ、リング型の複数回周回路を備えることで各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化して出力する光学装置である。
【０００９】
このような本発明では、リング型によって簡単な装置で周回路を構成でき、また、入射されたレーザ光がリング型の複数回周回路を周回することによって、時間遅延したレーザ光が多重化されるため、複数回周回路から出力されるレーザ光ではスペックル雑音が平均化されることになる。
【００１０】
ここで、リング型の複数回周回路には、レーザ光の偏光状態に応じて透過と反射とを行うビームスプリッタと、各周回ごとにビームスプリッタから出射されるレーザ光とビームスプリッタに入射されるレーザ光との偏光状態を変化させる光学手段とが設けられている。
【００１１】
例えば、リング型の複数回周回路として、入射されるレーザ光の偏光成分のうち第１の偏光成分を透過し、第２の偏光成分を反射するビームスプリッタと、ビームスプリッタを透過した第１の偏光成分のレーザ光を反射してビームスプリッタに戻す周回路を構成する反射手段と、反射手段で構成される周回路内に挿入され、その周回路内のレーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御手段とを備えるものを用いる。
【００１２】
また、リング型の複数回周回路内に、周回中のレーザ光を集光するレンズを設けたり、周回中のレーザ光に対して周回毎に伝搬軸を中心とした回転を施す光学素子を設けたりする。さらに、偏光制御手段による偏光角度を調整する調整手段を備える光学装置でもある。
【００１３】
また、本発明は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光の光路内に設けられるリング型の複数回周回路とを備えており、リング型の複数回周回路によって各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化して出力する照明装置でもある。
【００１４】
このような本発明では、リング型によって簡単な装置で周回路を構成でき、また、光源から出射したレーザ光がリング型の複数回周回路を周回することによって、時間遅延したレーザ光が多重化されるため、複数回周回路から出力されるレーザ光のスペックル雑音を平均化した照明光を提供できるようになる。
【００１５】
また、本発明は、照明装置から出射したレーザ光を光変調装置に照射し、この光変調装置で画像に応じた光変調を行って映像を生成する画像出力装置で、照明装置が、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光の光路内に設けられるリング型の複数回周回路とを備えており、リング型の複数回周回路によって各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化し、光変調装置に向けて出力する画像出力装置である。
【００１６】
このような本発明では、リング型によって簡単な装置で周回路を構成でき、また、光源から出射したレーザ光がリング型の複数回周回路を周回することによって、時間遅延したレーザ光が多重化されるため、複数回周回路から出力されるレーザ光のスペックル雑音を平均化した照明光を光変調装置に提供できるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーザ光の時間遅延多重効果によってスペックル雑音の低減を図ることが可能となる。特に、リング型の複数回周回路を用いることで、可動機構部を用いることなく簡単な構成によってレーザ光のスペックル雑音の低減を図ることができ、装置の長寿命化および低コスト化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光学装置を説明する模式図である。すなわち、この光学装置は、入射されるレーザ光の光路内にリング型の複数回周回路が設けられたもので、各周回に対応した時間遅延によるレーザ光を多重化して出力する光学装置である。
【００２０】
図１には、第１実施形態の光学装置における主要部である複数回周回路の構成が示されている。ここで、０は入力レーザ光（Ｐ偏光）、１は偏光ビームスプリッタ、２、３は全反射ミラー、４は半波長板である。
【００２１】
このうち、複数回周回路は、偏光ビームスプリッタ１、全反射ミラー２、全反射ミラー３および半波長板４によって構成される。偏光ビームスプリッタ１は、レーザ光の第１の偏光成分であるＰ偏光成分を透過し、第２の偏光成分であるＳ偏光成分を反射するよう構成されている。
【００２２】
複数回周回路のうち、レーザ光のリング光路は、偏光ビームスプリッタ１、全反射ミラー２および全反射ミラー３で構成され、偏光ビームスプリッタ１で透過もしくは反射したレーザ光が全反射ミラー２で全反射ミラー３の方向へ反射され、全反射ミラー３で反射したレーザ光が偏光ビームスプリッタ１の方向へ反射され、偏光ビームスプリッタ１で反射した一部のレーザ光が再度全反射ミラー２の方向へ向かうといった周回光路となる。
【００２３】
また、全反射ミラー２と全反射ミラー３との間の光路には半波長板４が配置されており、全反射ミラーで反射したレーザ光の偏光状態を変化させて全反射ミラー３から偏光ビームスプリッタ１へ送るようにしている。
【００２４】
ここで、図１において、０ａは、入力レーザ光が偏光ビームスプリッタ１→全反射ミラー２→半波長板４→全反射ミラー３を経て、再度偏光ビームスプリッタ１へ入射する直前のレーザ光である。
【００２５】
また、０ｂは、０ａのレーザ光が偏光ビームスプリッタ１によって反射された成分を表す。０ｃは、０ａのレーザ光が偏光ビームスプリッタ１を透過した成分を表す。
【００２６】
このような複数回周回路では、図示しない光源からＰ偏光のレーザ光０が入射すると、偏光ビームスプリッタ１を透過して全反射ミラー２で反射し、半波長板４で偏光方向が変換され、全反射ミラー３で反射して再度偏光ビームスプリッタ１へ入射する。
【００２７】
全反射ミラー３から偏光ビームスプリッタ１に入射したレーザ光０ａのうち、Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１を透過するが、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１で反射して全反射ミラー２へ向かう。
【００２８】
このＳ偏光成分から成るレーザ光０ｂは全反射ミラー２で反射して、半波長板４で偏光方向が変換され、全反射ミラー３で反射して再度偏光ビームスプリッタ１へ入射する。そして、偏光ビームスプリッタ１ではＰ偏光成分のみ透過し、Ｓ偏光成分を反射して全反射ミラー２に向かう。
【００２９】
このような周回を繰り返すことで、各周回のレーザ光のうち全反射ミラー３から偏光ビームスプリッタ１に向かうレーザ光０ａのＰ偏光成分のみ透過し、Ｓ偏光成分は反射して、その成分が半波長板４で再度偏光方向が変換され、さらにその成分のうちＰ偏光成分のみ偏光ビームスプリッタ１を透過し、Ｓ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ１で反射するという動作を繰り返すことになる。その結果、偏光ビームスプリッタ１から地点Ａに出力されるレーザ光０ｃでは、各周回に対応した時間遅延によるレーザ光が多重化されることになる。
【００３０】
ここで、偏光ビームスプリッタ１に関して、図２に示すように、左側から入射する光に対する反射率、透過率、損失を、それぞれＲ１、Ｔ１、Ｌ１とする。また、下側から入射する場合を、同様に、Ｒ４、Ｔ４、Ｌ４とする。また、全反射ミラー２、３に関して、反射率をＲ２、Ｒ３とする。また、半波長板４の透過率をＴｈとする。また、０、０ａ、０ｂ、０ｃの光強度を、それぞれＰ０、Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃとする。
【００３１】
そうすると、Ｐａは「Ｐａ＝Ｒ３・Ｔｈ・Ｒ２・Ｔ１・Ｐ０」と表すことができ、同様に、Ｐｂは、「Ｐｂ＝Ｒ４・Ｐａ」、Ｐｃは、「Ｐｃ＝Ｔ４・Ｐａ」と表すことができる。
【００３２】
ここで、レーザ光成分０ａは、半波長板４で偏光方向が変化している。半波長板４へ入射する直前の光の偏光軸（Ｐ偏光）に対し、半波長板４の光軸がφだけ傾いているとする。このとき、Ｒ４、Ｔ４は、それぞれ、Ｒ４＝（１−Ｌ４）ｃｏｓ2(２φ)、Ｔ４＝（１−Ｌ４）ｓｉｎ2(２φ)と見積もることができる。
【００３３】
レーザ光０の光強度を１００％としたときの、Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃにおける各周回成分の強度は、半波長板４の角度をφ=２５°とすると図３のようになる。この図では、横軸が構成する周回成分、縦軸が強度である。
【００３４】
レーザ光０が連続発振光（ＣＷ光）である場合、実際に図１に示す地点Ａで観測される全光強度は、Ｐｃを積分した値になる。地点Ａで観測される全光強度を図４に示す。図中において、横軸が半波長板４の軸のP偏光成分に対する角度φ、縦軸が全光強度である。Ｒ１＝０．３％、Ｌ１＝Ｌ４、Ｒ２＝Ｒ３＝９９％として、Ｌ４＝０％、４％、１０％の計算結果を示した。φ＝０o〜４５°の全域において、Ｌ４＝１０％と損失が大きい場合でも、入力光の８０％以上が出力光として得られている。
【００３５】
地点Ａにおける全光強度の成分比率を図５に示す。このように、リング光路１周から約５周程度の時間遅延多重光で構成されていることが分かる。
【００３６】
例えば、１周を１ナノ秒（長さ３０ｃｍ程度）の光路として設定すれば、最大遅延量は約５ナノ秒（約１．５ｍ）を得ることができ、出力光のコヒーレンスを大幅に低減させることができる。
【００３７】
前述では、入力するレーザ光０を完全Ｐ偏光として扱ったが、それ以外の偏光状態の入力光に対する特性を図６と図７に示す。図６は、レーザ光０の偏光軸がＰ偏光からθだけ傾いている場合に対する出力光の全光強度を、半波長板４の軸角度φを変えて計算したものである。全パラメータ領域において、８０％以上の透過効率を持つことが分かる。ただし、θが９０°に近づくほどリング光路内へ結合する光強度が低下するため、θは０°に近い方がよい。また、図７は６周回目までの各周回の光成分の強度の標準偏差を表している。コヒーレンス低減のためには、各周回成分の強度比が均一であることが望ましいため、この値は低いほうがよい。よって、図６と図７から、θ＝０°〜２８°、φ＝２５°の付近で用いることがよいことが分かる。
【００３８】
本実施形態では、リング型の複数回周回路に挿入する偏光制御手段として半波長板４を用いたが、必ずしも半波長板４である必要はない。つまり、偏光状態を変えられるものであれば何でもよく、たとえば、１／４波長板や拡散板などでもよい。
【００３９】
また、偏光制御手段に偏光状態を可変できる機構（例えば、半波長板４の偏光角度を調整できる機構）を設けることで、時間遅延量が可変となり、スペックル低減重視・光量重視を動的に変更することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態では、リング型の複数回周回路の構成として全反射ミラー２、３を用いたが、レーザ光を効率よく反射できるものであればミラーに限定されず、プリズム等の光学素子であってもよい。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。先に説明した第１実施形態において、入力レーザ光は高ビーム品質・コリメート光である場合には問題がないが、ビーム品質が悪い、もしくは、非コリメート光の場合は、リング光路を周回するうちにレーザ光が広がってしまい、光路から漏れ出る可能性がある。
【００４２】
そこで、上記のレーザ光の漏れを防ぐために、リング光路中にリレーレンズを設置する。図８は、第２実施形態を説明する模式図であり、リング光路中における半波長板４と全反射ミラー３との間にリレーレンズ５が配置された例である。
【００４３】
ここで、リング光路の光路長をＬｃ、リレーレンズ５の焦点距離をｆとすると、２ｆ＝Ｌｃとなるように光路を設定する。これにより、リング光路がレンズ導波路となるため、周回数が多くなっても、レーザ光は安定にリング光路中を導波することができ、光の漏れをなくすことができる。
【００４４】
レンズ６、７は、それぞれ、入力・出力側でのカップリングレンズである。用途によっては、必ずしも必要ではない。設置する場合は、リレーレンズ５の焦点位置とレンズ６、７の焦点位置を一致させることが望ましい。また、レンズ６の開口数（ＮＡ）がリレーレンズ５のＮＡよりも大きいと、結合ロスを生じるので、レンズ６のＮＡはリレーレンズ５のＮＡ以下であることが望ましい。
【００４５】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、先に説明した第１実施形態において、レーザ光のビームの伝播軸周りの回転機能を付加し、コヒーレンスをさらに低下させ、スペックル低減効果を強化したものである。
【００４６】
図９は、第３実施形態を説明する模式図である。この例では、ビームの回転手段としてダブプリズム９を用いている。このダブプリズム９を、半波長板４と全反射ミラー３との間に配置する。そして、ダブプリズム９を伝播軸まわりにψ回転させると、ダブプリズムを透過した光は２ψだけ同方向に回転する（図９の右図参照）。
【００４７】
すなわち、図９に示す地点Ｂにおける光ビームの断面形状が、ダブプリズム９を介すことで、地点Ｃでは光ビームの断面形状が伝搬軸まわりに２ψ回転することになる。
【００４８】
これにより、リング光路を周回するレーザ光は、周回するたびに２ψだけ伝搬軸周りに回転することになり、レーザ光の空間コヒーレンスが低下するため、偏光ビームスプリッタ１から出射される多重化されたレーザ光のスペックル雑音を効果的に低減することが可能となる。
【００４９】
なお、上記説明した第３実施形態におけるダブプリズム９を、第２実施形態の構成に組み込むことも可能であり、この場合には第２実施形態での光の漏れをなくす効果とともに、第３実施形態での空間コヒーレンスの低下によるスペックル雑音低減効果を得ることが可能となる。
【００５０】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、第1実施形態を一体形成し偏光周回ユニット２１としたものである（図１０）。例として、一辺６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの直方体の光学ガラスを用意し、四隅を１０ｍｍほど角度４５°で切削・光学研磨し、また、１辺に半波長板４を設置するための溝を形成し導波基板１３とする。例として、導波基板１３をＢＫ７（屈折率約１．５）で作製した場合、４５°の斜面は内部全反射条件を満たす内部全反射ミラー１４となる。導波基板１３が低屈折率であり、４５°が内部全反射臨界角以下となる場合は、４つの内の３つの４５°斜面を誘電体多層膜コートによって全反射ミラーとすることが必要である。
【００５１】
次に、全反射ミラー用のコートを施されていない斜面の１つへ誘電体多層膜コートを施し、直角プリズム１２を接着し、偏光ビームスプリッタ面１１を形成する。直角プリズム１２は入力・出力面での反射損失を低減するために、低反射コートを施してあることが望ましい。
【００５２】
次に、所望の軸角度となるように１辺１０ｍｍの正方形、もしくは、直径１０ｍｍの半波長板４を導波基板１３の溝へ接着する。以上により、１周回当たりの時間遅延量１ナノ秒であり図５に示す性能を有する偏光周回ユニット２１となる。
【００５３】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。図１１に示すように、偏光周回ユニット２１ａと偏光周回ユニット２１ｂとを、半波長板１５ａを介して接続する。これにより、時間遅延多重の効果を増強することができる。このとき、偏光周回ユニット２１ａと偏光周回ユニット２１ｂにおいて、各周回当たりの時間遅延量が異なるようにすることが望ましい。
【００５４】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。図１２に示すように、偏光周回ユニット２１ａ、偏光周回ユニット２１ｂ、偏光周回ユニット２１ｃ、偏光周回ユニット２１ｄを、半波長板１５ａ、半波長板１５ｂ、半波長板１５ｃを介して接続する。これにより、時間遅延多重の効果を増強することができる。このとき、偏光周回ユニット２１ａ、偏光周回ユニット２１ｂ、偏光周回ユニット２１ｃ、偏光周回ユニット２１ｄにおいて、各周回当たりの時間遅延量が異なるようにすることが望ましい。また、偏光周回ユニット２１ｃ、偏光周回ユニット２１ｄ、半波長板１５ｂ、半波長板１５ｃに相当する部分を、追加で直列接続することにより、さらに効果を増強することができる。
【００５５】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。図１３に示すように、偏光周回ユニット２１ｆの直角プリズム１２（図１０参照）に相当する部分を偏光周回ユニット２１ｅに置き換え、両リング光路を結合させる。このとき、偏光周回ユニット２１ｅにおいて、偏光周回ユニット２１ｆよりも前側に半波長板１６を設置することが望ましい。これにより、第１実施形態よりも時間遅延多重の効果を増強することができる。
【００５６】
（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。図１４に示すように、偏光周回ユニット２１の持つ３つの内部全反射ミラー１４（図１０参照）の内の１つにハーフミラーコートを施してハーフミラー１７ａとして導波基板１３ａを接続する（このとき、半波長板は設置しないので、導波基板１３ａへの溝の加工は必要ない）。これにより、第１実施形態よりも時間遅延多重の効果が増強された多重遅延ユニット３１とすることができる。
【００５７】
（第９実施形態）
次に、第９実施形態について説明する。図１５に示すように、多重遅延ユニット３１の持つ導波基板１３ａの持つ３つの内部全反射ミラー１４の内の１つにハーフミラーコートを施してハーフミラー１７ｂとして導波基板１３ａを接続する（このとき、半波長板は設置しないので、導波基板１３ｂへの溝の加工は必要ない）。これにより、第８実施形態よりも時間遅延多重の効果を増強することができる。
【００５８】
（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態について説明する。図１６に示すように、多重遅延ユニット３１内部の偏光周回ユニット２１（図１４参照）の残り２つの内部全反射ミラー１４へ、導波基板１３ｃと導波基板１３ｄを、それぞれ、コーティングによって形成したハーフミラー１７ｃとハーフミラー１７ｄを介して接続する。これにより、第８実施形態よりも時間遅延多重の効果を増強することができる。
【００５９】
例として、導波基板１３、導波基板１３ａ、導波基板１３ｃ、導波基板１３ｄにおいて、周回当たりの時間遅延量が等しい場合の時間遅延多重効果の計算結果を図１７に示す。図１７は出力光における各周回の時間遅延成分の構成比率を示している（図５に相当）。構成成分が約１５周回まで拡大し、効果が増強されていることが分かる。
【００６０】
（第１１実施形態）
次に、第１１実施形態について説明する。図１８に示すように、周回当たりの時間遅延量が異なる多重遅延ユニット３１ａ、多重遅延ユニット３１ｂ、多重遅延ユニット３１ｃを並列設置する。そして、レンズアレイ２０を入力光中に設置する。これにより、時間遅延多重に空間分布特性が与えられるため、コヒーレンス低減効果が高まる。
【００６１】
（照明装置、画像出力装置）
上記のような各実施形態から成る光学装置は、その光学装置にレーザ光を入射するレーザ光源と組み合わせることで照明装置となる。この照明装置は、種々の利用が考えられるが、主として画像出力装置の光源としての利用が好適である。つまり、スペックル雑音が少なく、均一な波長で大出力の光を必要とする機器への適用が好適である。
【００６２】
具体的には、照明装置から出射した光を光変調装置に照射し、この光変調装置で画像に応じた光変調を行って映像を生成する画像出力装置であり、光変調装置として、液晶表示装置、ＧＬＶ（Grating Light Valve）などが挙げられる。特に、大型スクリーンへの映像投射を行うプロジェクタ装置への適用が好ましい。
【００６３】
ＧＬＶは、リボン状の光回折格子がシリコン基板上に一列に形成された一次元反射型ディスプレイデバイスである。マイクロリボンアレイに、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光を照射し、回折光量を変化させ、さらに走査ミラーを用いて一次元画像を二次元画像に走査することで、フルＨＤ画像を投影することができる。
【００６４】
ＧＬＶは、１画素が６本のリボンと呼ばれる中空構造に保持されたビームで構成されており、ＨＤ映像の垂直画素数と同じ１０８０画素（合計６４８０本のリボン）の光回折素子が形成されている。
【００６５】
リボンは、例えばＡｌ／ＳｉＮ積層膜で構成されており、反射ミラーとしての働きに加えて駆動電極としての機能も備える。リボンの駆動は、リボン電極と下部電極の間に電圧を印加することにより行なわれ、電圧が印加されていない状態では、全てのリボンが同じ平面に並んで鏡面を構成して、照射されたＲＧＢ３色のレーザ光をそのまま反射する。
【００６６】
一方、動作時には、１本おきのリボンに電圧を印加し、リボンに段差をつけて回折格子を作り出す。この回折格子が、入射したレーザ光に対して角度をもった回折光を生み出す。そして、ＧＬＶからの反射光については遮断し、回折光だけを取り出して集光するフィルタをＧＬＶの手前に配置しておくことで、回折光を画像の明暗として取り出すことができる。
【００６７】
図１９は、ＧＬＶを用いたプロジェクタ装置の構成を説明する模式図である。このプロジェクタ装置１００では、光源１０１としてＲＧＢのレーザ光を用い、それぞれのレーザ光を照明レンズ１０２を介してＧＬＶ１０３にスリット状にして照射する。
【００６８】
ＧＬＶ１０３によって変調されたレーザ光は、投影レンズ１０４を介して走査ミラー１０５で反射し、走査ミラー１０５の水平走査によって１０８０画素分の１次元像をスクリーン２００上に２次元画面として構成することができる。
【００６９】
このようなＧＬＶ１０３を用いたプロジェクタ装置１００の光源１０１として、先に説明した本実施形態の照明装置を適用する。ＧＬＶ１０３に照射するスリット状のレーザ光の形状にも対応し、スペックル雑音が抑制され、大出力で安定した波長のレーザ光を提供できることから、本実施形態の照明装置が非常に適していることになる。
【００７０】
なお、本発明の照明装置は、上記のようなプロジェクタ装置のほか、半導体製造等に用いられる露光装置やレーザ顕微鏡など、他の機器における光源としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１実施形態に係る光学装置を説明する模式図である。
【図２】各種定義を説明する図である。
【図３】レーザ光０の光強度を１００％としたときの、各周回でのＰａ、Ｐｂ、Ｐｃの強度を示す図である。
【図４】地点Ａで観測される全光強度を示す図である。
【図５】地点Ａにおける全光強度の成分比率を示す図である。
【図６】入力レーザ光の偏光角と半波長板の角度に対する地点Ａにおける全光強度を示す図である。
【図７】入力レーザ光の偏光角と半波長板の角度に対する地点Ａにおける全光強度の成分の標準偏差を示す図である。
【図８】第２実施形態を説明する模式図である。
【図９】第３実施形態を説明する模式図である。
【図１０】第４実施形態を説明する模式図である。
【図１１】第５実施形態を説明する模式図である。
【図１２】第６実施形態を説明する模式図である。
【図１３】第７実施形態を説明する模式図である。
【図１４】第８実施形態を説明する模式図である。
【図１５】第９実施形態を説明する模式図である。
【図１６】第１０実施形態を説明する模式図である。
【図１７】第１０実施例における図５に相当する図である。
【図１８】第１１実施形態を説明する模式図である。
【図１９】ＧＬＶを用いたプロジェクタ装置の構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…偏光ビームスプリッタ、２…全反射ミラー、３…全反射ミラー、４…半波長板、５…レンズ、１００…プロジェクタ装置、１０１…光源、１０２…照明レンズ、１０３…ＧＬＶ、１０４…投射レンズ、１０５…走査ミラー、２００…スクリーン
【図１】
2008281672.tif 000003
【図２】
2008281672.tif 000004
【図３】
2008281672.tif 000005
【図４】
2008281672.tif 000006
【図５】
2008281672.tif 000007
【図６】
2008281672.tif 000008
【図７】
2008281672.tif 000009
【図８】
2008281672.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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