(57)【要約】【目的】半導体レーザを用いる場合に生じるスペックルノイズを低減できる照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供する。【構成】照明装置１は、複数のＬＤ（レーザーダイオード）チップ１１…を配置して成る光源１２と、各ＬＤチップ１１の光出射側に設けられたレンズセル１４と、フライアイレンズ対１３…と、位相シフト板１５とから成る。位相シフト板１５は、各ＬＤチップ１１のレーザー光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成る。平板透明部を光が透過するとき、その屈折率に比例して光の距離が変化することになり、各平板透明部の厚みは異なるから光の距離も異なることとなり、各平板透明部を透過するレーザー光の位相が異なってくる。これにより、ＬＤチップ１１のレーザー光の位相は互いに不均一になる。【選択図】図２
2004206004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射された光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射された光の位相を互いに不均一にする位相シフト手段と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、位相シフト手段は、各半導体レーザから出射された光の光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成ることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、位相シフト手段は、各半導体レーザから出射された光の光路上に配置された互いに誘電率が異なる複数の平板透明部から成ることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載の照明装置において、位相シフト手段は、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された楔状光学素子であることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を拡散させる光拡散手段と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置において、光拡散手段は微小凹凸を有する光学素子であることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、照明装置及び投写型映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタなどに用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプと、その照射光を平行光化するパラボラリフレクタから成るものが一般的である。また、かかる照明装置においては、照射面の光量むらを軽減するために、一対のフライアイレンズによるインテグレート機能(光学デバイスにより平面内にサンプリング形成された所定形状の複数照明領域を照明対象物上に重畳集光する機能をいう）を持たせたものがある。更に、近年においては、軽量小型化や長寿命化等の観点から、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いることも試みられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１８６５０７号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光ダイオードを用いて実用的な照明装置を得るには至っていないのが実情である。また、発光ダイオードに代えて半導体レーザ（ＬＤ）を用いることが考えられるが、同一波長光を出射する複数の半導体レーザ（ＬＤ）を用いる場合においては、その位相が揃っているゆえにスペックルノイズ（レーザ光のような非常に干渉性の高い光で、粗面、不均質媒質を照射し、その散乱光を観察したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様。照射面がギラついて見えてしまう）が発生するという不都合がある。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑み、半導体レーザを用いる場合に生じるスペックルノイズを低減できる照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の照明装置は、半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の位相を互いに不均一にする位相シフト手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成であれば、半導体レーザを複数配置した光源とするため、光量の増大を図ることができると共に、各半導体レーザから出射されたレーザー光は照明対象物へインテグレートされて導かれるため、照明対象物上に半導体レーザ配置に対応した明暗ができてしまうのを防止することができる。更に、半導体レーザから出射されたレーザー光の位相を互いに不均一にする位相シフト手段を備えたので、スペックルノイズを低減することができる。
【０００８】
位相シフト手段は、各半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成るものでもよい。また、位相シフト手段は、各半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された互いに誘電率が異なる複数の平板透明部から成るものでもよい。また、位相シフト手段は、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された楔状光学素子としてもよい。
【０００９】
また、この発明の照明装置は、半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の拡散させる光拡散手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成であれば、半導体レーザを複数配置した光源とするため、光量の増大を図ることができると共に、各半導体レーザから出射されたレーザー光は照明対象物へインテグレートされて導かれるため、照明対象物上に半導体レーザ配置に対応した明暗ができてしまうのを防止することができる。更に、半導体レーザから出射されたレーザー光を拡散させる光拡散手段を備えたので、スペックルノイズを低減することができる。光拡散手段としては微小凹凸を有する光学素子を用いることができる。
【００１１】
また、この発明の投写型映像表示装置は、上述したいずれかの照明装置を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の照明装置及び投写型映像表示装置を図１乃至図５に基づいて説明していく。
【００１３】
図１は３板式の投写型映像表示装置の光学系を示した図である。この投写型映像表示装置は３つの照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備える（以下、個々の照明装置を特定しないで示すときには、符号”１”を用いる）。照明装置１Ｒは赤色光を出射し、照明装置１Ｇは緑色光を出射し、照明装置１Ｂは青色光を出射する。各照明装置１から出射された光は、集光レンズ２によって各色用の液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに導かれる（以下、個々の液晶表示パネルを特定しないで示すときには、符号”３”を用いる）。各液晶表示パネル３は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを経ることで変調された変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム４によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ５によって拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。
【００１４】
照明装置１は、ＬＤ（レーザーダイオード）チップ１１…がアレイ状に配置され且つ各ＬＤチップ１１の光出射側にレンズセル１４…を配置して成る光源１２と、各ＬＤチップ１１から出射されて前記レンズセル１４にて平行化されたレーザー光を液晶表示パネル３へインテグレートして導くフライアイレンズ対１３とから成る。このように、ＬＤチップ１１…をアレイ状に配置するため、光量の増大を図ることができる。
【００１５】
フライアイレンズ対１３は、図２にも示しているように、一対のレンズ群１３ａ，１３ｂにて構成されており、個々のレンズ対が各ＬＤチップ１１から出射されたレーザー光を液晶表示パネル３の全面へ導くようになっている。すなわち、ＬＤチップ１１から出射されたレーザー光は液晶表示パネル３へインテグレートされて導かれるため、液晶表示パネル３上（スクリーンの映像上）にアレイ状の明暗ができてしまうのを防止することができる。
【００１６】
フライアイレンズ対１３と集光レンズ２との間には、位相シフト板１５が設けられている。位相シフト板１５は、図３（ａ）（ｂ）に示しているように、各ＬＤチップ１１のレーザー光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成る。各平板透明部の両面は光軸に対して直交する。平板透明部に光が透過するとき、その屈折率に比例して光の距離（光学距離（ｎ×ｄ：ｎは屈折率、ｄは媒質厚み））が変化することになる。各平板透明部の厚みは異なるから光の距離（光学距離）も異なることとなり、各平板透明部を透過するレーザー光の位相が異なってくる。これにより、ＬＤチップ１１から出射された各レーザー光は各々異なる位相を有することになり、液晶表示パネル３上で重畳された各ＬＥＤチップ１１からの位相は不均一になり、スペックルノイズを低減することができる。
【００１７】
なお、上記の構成例では、位相シフト板１５をフライアイレンズ対１３と集光レンズ２との間に設けたが、これに限るものではなく、ＬＤチップ１１から液晶表示パネル３までの間のいずれかの箇所に配置すればよい。
【００１８】
図４には、位相シフト板１６を示している。この位相シフト板１６は、同図（ａ）に示しているように、厚みが同じである複数の平板透明部（複数の平板透明領域）から成る。各平板透明部（各平板透明領域）は、各ＬＤチップ１１から出射されたレーザー光の光路上に配置される。各平板透明部は、その厚みは同じであるが、同図（ｂ）に示しているように、その屈折率（屈折率は誘電率に対応する）ｎは、ｎ0 ，ｎ1 ，ｎ2 ，…のごとく、互いに異なっている。平板透明部をレーザー光が透過するとき、その屈折率に比例して光の距離（光学距離）が変化することになるから各平板透明部を透過するレーザー光の位相が異なってくる。これにより、ＬＤチップ１１から出射されたレーザー光それ自体の光内での位相は同じであるものの他のＬＤチップ１１のレーザー光の位相とは異なることになり、液晶表示パネル３上では位相は互いに不均一になり、スペックルノイズを低減することができる。
【００１９】
図５には、照明装置１の変形例を示している。この図５に示している照明装置は、光源１２から出射されたレーザー光の光路上に、板形楔状のプリズム１７を配置している。板形楔状のプリズム１７にレーザー光が入射するとき、プリズム１７の厚み変化方向において光の距離（光学距離）は異なってくるから、ＬＤチップ１１から出射されたレーザー光それ自体の光内での位相が変化する。また、厚み変化方向に並ぶＬＤチップ１１…についてはそれらのレーザー光の位相は互いに異なることになる。これにより、スペックルノイズを低減することができる。なお、一つのＬＤチップ１１に対して一つの板形楔状のプリズム１７を対応させて配置するのが良く、更には、各板形楔状のプリズム１７の楔の程度（角度）を変えることとするのがより良い。
【００２０】
以上の例では、各ＬＤチップ１１のレーザー光の位相をシフトさせることでスペックルノイズを低減したが、レーザー光を拡散させる光拡散手段を光路上に設けることにより、スペックルノイズを低減することが可能である。光拡散手段としては、微小凹凸を有するすりガラス等を用いることができる。また、フライアイレンズ対１３や集光レンズ２などの表面に微小凹凸を形成してもよい。
【００２１】
なお、以上の説明においては、インテグレート手段としてフライアイレンズ対を示したが、ロッドインテグレータを用いてもよいものである。また、ＬＤチップとしては、端面出射型に限らず、面発光レーザーを用いてもよい。また、単一基板上に複数のＬＤが形成されたものを用いることもできる。また、投写型映像表示装置においては、透過型の液晶表示パネルに限らず、反射型の液晶表示パネルを用いてもよいし、これら液晶表示パネルに代えて画素となる微小ミラーを個々に駆動するタイプの表示パネルを用いることとしてもよい。また、各色光を出射する３つの照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備えたが、白色光を出射する照明装置とし、ダイクロイックミラー等で分光したり或いは分光せずに単板のカラー表示パネルに導く構成としてもよい。白色光を出射する照明装置とする場合、赤色光と青色光と緑色光を出射するＬＤを適宜に並べた構成としてもよい。
【００２２】
また、図示はしていないが、集光レンズ２の手前位置などに偏光変換装置を設けておいてもよい。この偏光変換装置は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成される。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、フライアイレンズ対１３からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換される。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、半導体レーザを用いる場合に生じるスペックルノイズを低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。
【図２】図１の照明装置によるインテグレート作用を示した説明図である。
【図３】同図（ａ）は位相シフト板の側面図であり、同図（ｂ）は正面図である。
【図４】同図（ａ）は位相シフト板の側面図であり、同図（ｂ）は正面図である。
【図５】この発明の他の実施形態の照明装置の作用を示した説明図である。
【符号の説明】
１    照明装置
１１  ＬＤチップ
１２  光源
１３  フライアイレンズ対
１４  レンズセル
１５  位相シフト板
１６  位相シフト板
３    液晶表示パネル
【図１】
2004206004.tif 000003
【図２】
2004206004.tif 000004
【図３】
2004206004.tif 000005
【図４】
2004206004.tif 000006
【図５】
2004206004.tif 000007