(57)【要約】【課題】スペックルノイズを低減することができ、振動音の発生が少なく、小型化に適したレーザ照明装置および映像表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ照明装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源２と、レーザ光の強度分布を均一化する均一化素子５と、レーザ光源２から出射されたレーザ光を均一化素子５に結合させる結合光学系１０とを備える。結合光学系１０は、レーザ光を透過し拡散させる拡散素子３を有する。【選択図】図１
2013195501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
レーザ光の強度分布を均一化する均一化素子と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記均一化素子に結合させる結合光学系と
を備え、
前記結合光学系が、レーザ光を透過し拡散させる拡散素子を有すること
を特徴とするレーザ照明装置。
【請求項２】
前記拡散素子は、複数のレンズセルが配列されたレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照明装置。
【請求項３】
前記均一化素子の入射面は、矩形状であり、
前記レンズアレイの各レンズセルは、前記均一化素子の前記入射面の長辺と光学的に平行な長辺を有する矩形状であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ照明装置。
【請求項４】
前記均一化素子の入射面と、前記レンズアレイの各レンズセルとは、略相似形であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ照明装置。
【請求項５】
前記レンズアレイの各レンズセルは、正のパワーを有することを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置。
【請求項６】
前記拡散素子は、前記結合光学系において最も広い光束が通過する光学素子の近傍に配置されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置。
【請求項７】
前記レーザ光源と前記結合光学系との間に、光ファイバを備えたことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置。
【請求項８】
前記レーザ光源と前記結合光学系との間に、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の強度分布を制御する光学系を備えたことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置。
【請求項９】
前記拡散素子は、複数のシリンドリカルレンズセルが配列されたシリンドリカルレンズアレイであることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源は、複数の発光部を一方向に配列したものであり、
前記シリンドリカルレンズアレイの各シリンドリカルレンズセルの軸方向は、前記レーザ光源の発光点の配列方向と平行であることを特徴とする請求項９に記載のレーザ照明装置。
【請求項１１】
前記均一化素子は、インテグレータロッドで構成されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置。
【請求項１２】
前記結合光学系は、レーザ光を前記均一化素子の入射面の手前側に集光させることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のレーザ照明装置と、
前記レーザ照明装置によって照明される映像表示デバイスと、
前記映像表示デバイスにより生成された映像光を投写する投写光学系と
を備えたことを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を用いたレーザ照明装置、およびこのレーザ照明装置を用いた映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタやリアプロジェクションディスプレイなどの映像表示装置には、レーザ光源を用いた照明装置を備えたものが開発されている。レーザ光源は単色性がよいため、色再現範囲を広くすることができ、色鮮やかな画像が得られる。また、光源面積が小さいため、スタック化（レーザスタック）することで高輝度化を実現することができる。さらに、ランプ光源と比較して信頼性が格段に高く、大型のプロジェクションシステムなどにおいては、メンテナンス性が良いというメリットもある。
【０００３】
しかしながら、レーザは可干渉性が高く、スペックルノイズと呼ばれる干渉パターンが発生して画質が低下するという問題がある。スペックルノイズには、光学系内の微小な凹凸により生じた干渉パターンが画像に重畳されるものと、スクリーンの粗面で散乱された光が鑑賞者の眼の中で干渉して生成される干渉パターンが網膜上で重畳されるものとがある。特に後者は低減が難しく、レーザ光源を用いる上での課題となっている。
【０００４】
このスペックルノイズの問題を解決するために、映像表示装置内の光路中の適当な箇所に拡散板を配置して、この拡散板を振動させる技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示された技術では、ライトトンネルの入射口に円錐プリズムを設け、その円錐プリズムによりレーザ光を集光させながらライトトンネルに導くと共に、円錐プリズムをライトトンネルの光軸方向に平行に振動させて、光束の光路を変化させることにより、異なる干渉パターンを生成させてスペックルノイズを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１６９２３号公報（段落００４９〜００５１、図１）
【特許文献２】特開２００８−９６７７７号公報（段落００１６、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示された従来の技術では、光路中に配置した円錐プリズムを振動させるため、振動音が発生するという問題がある。また、円錐プリズムを振動させるための機構部を設ける必要があるため、装置の小型化の妨げになるという問題もある。
【０００８】
また、レーザ光源はエタンデュが小さいため、高輝度化のためには均一化素子を用いることが望ましいが、可動部（円錐プリズム）を内部に設けるためには、均一化素子として中空のライトトンネルを用いる必要がある。しかしながら、中空のライトトンネルは、入射光のエネルギーが高い場合の信頼性がインテグレータロッドよりも低いという問題がある。中空のライトトンネルは、４枚のガラス板等を接着剤で貼り合わせて形成されることが多く、熱により接着力の変化が生じるためである。
【０００９】
また、特許文献２には、複数の発光点を有する光源（面発光レーザ等）と集光レンズとインテグレータロッドとを備えた照明装置において、インテグレータロッドの直前に、レーザ光の発散角を広げる拡散素子を配置してスペックルノイズを低減する技術が開示されているが、面発光レーザ等を用いることが前提となっており、それ以外のレーザ光源を用いた場合には、インテグレータロッドの入射面に所定の角度内でレーザ光を無駄なく入射させることが難しく、光の利用効率の点で改善の余地がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、スペックルノイズを低減することができるレーザ照明装置および映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】
【００１１】
本発明に係るレーザ照明装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の強度分布を均一化する均一化素子と、レーザ光源から出射されたレーザ光を均一化素子に結合させる結合光学系とを備え、結合光学系は、レーザ光を透過し拡散させる拡散素子を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る映像表示装置は、上記のレーザ照明装置と、レーザ照明装置によって照明される映像表示デバイスと、映像表示デバイスにより生成された映像光を投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、拡散素子によってレーザ光を拡散させることにより、スペックルノイズを低減することができる。また、レーザ光を、均一化素子の入射面上の広い領域に入射させることができるため、光強度をより均一化することができる。また、特許文献１のように可動部を振動させる必要がないため、騒音が生じず、装置の小型化にも資することができる。
【００１４】
さらに、特許文献２と異なり、結合光学系が、レーザ光を透過し拡散させる拡散素子を有しているため、均一化素子の入射面に所定の角度内でレーザ光を無駄なく入射させることができ、光の利用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ照明装置を含む映像表示装置の構成を示す図である。
【図２】結合光学素子としてのレンズの作用を説明するための概略図である。
【図３】実施の形態１におけるレーザ照明装置の構成を示す斜視図である。
【図４】レーザ光源から出射され、拡散素子の一つのセルに入射したレーザ光の光路を図示した図である。
【図５】レーザ光源から出射されたレーザ光全体の光路を示した図である。
【図６】インテグレータロッドの入射面でのレーザ光の面内強度分布を、拡散素子を設けない場合（Ａ）と拡散素子を設けた場合（Ｂ）のそれぞれについて示す模式図である。
【図７】インテグレータロッドの入射面でのレーザ光の角度強度分布を、拡散素子を設けない場合（Ａ）と拡散素子を設けた場合（Ｂ）のそれぞれについて示す模式図である。
【図８】インテグレータロッドの出射面でのレーザ光の角度強度分布を、拡散素子を設けない場合（Ａ）と拡散素子を設けた場合（Ｂ）のそれぞれについて示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２におけるレーザ照明装置を含む映像表示装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるレーザ照明装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ光源２を用いたレーザ照明装置１を備えた映像表示装置の構成を示す図である。映像表示装置は、レーザ光を出射するレーザ光源２と、拡散素子３と、レーザ光の光束断面内の強度分布を均一化する均一化素子としてのインテグレータロッド５と、レーザ光源２から出射されたレーザ光をインテグレータロッド５に結合するための結合光学素子としてのレンズ４とを有している。
【００１７】
映像表示装置は、また、インテグレータロッド５で強度分布が均一化されたレーザ光を非照明体（映像表示デバイス７）に照射する照明光学系としてのリレーレンズ６と、入射したレーザ光を空間的に変調して出力する反射型の映像表示デバイス７と、映像表示デバイス７によって変調されたレーザ光（映像光）を投写する投写光学系としての投写レンズ８と、投写レンズ８により映像光が投写されるスクリーン９とを備えている。
【００１８】
これらの光学要素のうち、レーザ光源２、拡散素子３、レンズ（結合光学素子）４およびインテグレータロッド（均一化素子）５は、レーザ照明装置１を構成している。
【００１９】
レーザ光源２は、例えばレーザダイオードであり、発光部２ａから発散状態のレーザ光を出射する。なお、高いエネルギーを得るためには、発光領域の大きいレーザダイオードを用いることが好ましく、また、大口径光ファイバに結合したレーザ光を用いても良い。
【００２０】
レーザ光源２の出射側には、拡散素子３とレンズ４とが配置されている。拡散素子３については、後述する。
【００２１】
レンズ４は、図２に模式的に示すように、レーザ光源２から出射されたレーザ光を、インテグレータロッド５の入射面５ａ上に集光する機能を有する。ここでは、レンズ４の光軸４ｃを、レーザ照明装置１の全体の光軸と規定する。なお、レンズ４は、単一のレンズで構成してもよく、複数のレンズで構成してもよい。
【００２２】
図１に戻り、インテグレータロッド５は、中実の角柱状の光学素子である。インテグレータロッド５の入射面５ａおよび出射面５ｂの形状、並びに軸方向に直交する断面形状は、いずれも、映像表示デバイス７の表示面７ａと略相似の矩形状であり、長辺と短辺を有している。
【００２３】
インテグレータロッド５は、入射面５ａから入射したレーザ光を内部で有限回数全反射し、断面内の強度分布を均一化したレーザ光を出射面５ｂから出射する。ここでは、インテグレータロッド５の中心軸５ｃは、レンズ４の光軸４ｃ（図２）と同軸上にある。また、入射面５ａには、反射防止膜（ＡＲコート）を形成してもよい。
【００２４】
リレーレンズ６は、インテグレータロッド５から出射されたレーザ光を映像表示デバイス７の表示面７ａに照射する。このとき、リレーレンズ６は、インテグレータロッド５の出射面５ｂの像を映像表示デバイス７の表示面７ａに形成することにより、映像表示デバイス７の表示面７ａを均一に照明する。
【００２５】
映像表示デバイス７（光変調素子、ライトバルブとも称する）は、例えば反射型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイスなどで構成される。デジタルマイクロミラーデバイスは、多数のマイクロミラーを平面的に配列したものであり、画像情報に応じて各マイクロミラーの傾角を変化させることで入射光を変調する。
【００２６】
投写レンズ８は、映像表示デバイス７により変調されたレーザ光（映像光）を、スクリーン９に拡大投写する。前面投写型（フロントプロジェクタ）の場合には、スクリーン９は微小な構造を有する粗面を有しており、投写レンズ８により投写された映像光が粗面で拡散反射され、鑑賞者が映像を鑑賞する。一方、背面投写型（リアプロジェクタ）の場合には、スクリーン９は、樹脂等の素材に拡散剤を分散させた透過型スクリーンで構成され、鑑賞者は透過光による映像を観賞する。
【００２７】
スクリーン９の表面と映像表示デバイス７の表示面７ａとは、互いに共役な位置に配置されている。また、映像表示デバイス７の表示面７ａと、インテグレータロッド５の出射面５ｂとは、互いに共役な位置に配置されている。
【００２８】
図３は、本実施の形態におけるレーザ照明装置１を示す斜視図である。図３に示すように、拡散素子３（光束分割素子）は、結合光学素子であるレンズ４の光路中に配置されている。ここでは、拡散素子３は、レンズ４の手前側（レーザ光源２側）に配置されているが、レンズ４のインテグレータロッド５側に配置されていてもよい。
【００２９】
拡散素子３は、多数の微小なセル（レンズセル）３ａを平面的に配列したレンズアレイである。各レンズセル３ａの形状（開口形状）は、インテグレータロッド５の矩形状の入射面５ａと略相似の矩形状である。
【００３０】
また、拡散素子３の各レンズセル３ａは、インテグレータロッド５の入射面５ａと光学的に平行である。すなわち、拡散素子３の各レンズセル３ａの長辺方向をＸ方向とし、短辺方向をＹ方向とすると、これらＸ方向およびＹ方向は、インテグレータロッド５の入射面５ａの長辺方向（Ｘ’方向）および短辺方向（Ｙ’方向）とそれぞれ光学的に平行である。なお、光学的に平行とは、例えば反射素子による光路の折り曲げがあった場合に、その光路の折り曲げを考慮して実質的に平行であることをいう。
【００３１】
拡散素子３の各レンズセル３ａは、正のパワーを有するレンズであり、ここでは入射面側（光源２側）に凸形状の球面レンズである。レンズセル３ａの正のパワーとレンズ４の作用により、レーザ光を集光する。すなわち、拡散素子３のレンズセル３ａおよびレンズ４は、レーザ光をインテグレータロッド５の入射面５ａに（所望の集光スポットが得られるように）入射させる結合光学系１０を構成している。
【００３２】
レンズセル３ａのＸ方向、Ｙ方向の大きさ（セルサイズ）は、数１０μｍである。また、拡散素子３は、例えば、Ｘ方向に１００個、Ｙ方向に１００個のレンズセル３ａを配列したものである。すなわち、拡散素子３は、入射したレーザ光を１００×１００程度の光束に分割して出射するよう構成されている。
【００３３】
次に、拡散素子３を用いることによる効果について説明する。図４は、レーザ光源２から出射され、拡散素子３の１つのレンズセル３ａに入射したレーザ光の光路を示す模式図であり、図４（Ａ）はＹ方向から見た図、図４（Ｂ）はＸ方向から見た図である。
【００３４】
図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、レーザ光源２から発散状態で出射されたレーザ光は、拡散素子３の１つのレンズセル３ａに入射し、インテグレータロッド５の入射面５ａと略相似な矩形断面を有する光束として出射される。
【００３５】
そして、拡散素子３の一つのレンズセル３ａを透過したレーザ光は、当該レンズセル３ａの正のパワーとレンズ４の作用により、インテグレータロッド５の入射面５ａの手前に集光する。レンズセル３ａの開口により集光ＮＡ（開口数）が規定され、インテグレータロッド５の入射面５ａ上では、レンズセル３ａの開口形状と略相似な矩形状に広がったレーザ光の集光分布が得られる。
【００３６】
拡散素子３のレンズセル３ａの分割数を多くすると、１つのレンズセル３ａに入射するレーザ光束の強度分布はほぼ一定に近くなり、そのため、インテグレータロッド５の入射面５ａ上での強度分布もほぼ一定となる。また、レンズセル３ａのレンズ曲率とＸＹ方向の大きさとを適宜設定することにより、インテグレータロッド５の入射面５ａ内に収まる略相似形状の集光スポット（入射領域）を形成することができる。その結果、光量損失を抑えつつ、レーザ光をインテグレータロッド５に結合させることができる。
【００３７】
図５は、レーザ光源２から出力されたレーザ光全体の光路を示す模式図である。レーザ光源２から出射されたレーザ光は、拡散素子３およびレンズ４を透過して、インテグレータロッド５の入射面５ａ上に集光スポットを形成する。この集光スポットは、拡散素子３の各レンズセル３ａを透過してインテグレータロッド５の入射面５ａ上に広がって入射した光束の重ね合わせになる。このような重ね合わせの結果、インテグレータロッド５の入射面５ａ上では、レーザ光全体として、矩形状の均一な強度分布（集光分布）が得られる。
【００３８】
図６は、インテグレータロッド５の入射面５ａでのレーザ光の面内強度分布を、拡散素子３を設けない場合（Ａ）と拡散素子３を設けた場合（Ｂ）のそれぞれについて示した図である。図６（Ａ）に示すように、拡散素子３を設けない場合には、レーザ光源２の発光領域を転写した矩形状の小さな集光スポットが、インテグレータロッド５の入射面５ａに形成される。これに対し、図６（Ｂ）に示すように、拡散素子３を設けた場合には、レーザ光源２の発光領域の形状・大きさに関わらず、インテグレータロッド５の入射面５ａの全体に矩形状に広がった均一な強度分布が得られる。
【００３９】
また、このように拡散素子３の各レンズセル３ａを通ったレーザ光がインテグレータロッド５の入射面５ａ上で重ね合わされるため、インテグレータロッド５の入射面５ａにおける任意の１点には、拡散素子３のほぼ全てのレンズセル３ａを透過した光が集光することになる。
【００４０】
図７は、インテグレータロッド５の入射面５ａ上の任意の１点における入射光の角度強度分布を示すグラフである。図７（Ａ）は、拡散素子３を設けない場合の角度強度分布を示し、図７（Ｂ）は、拡散素子３を設けた場合の角度強度分布を示す。図７の横軸は入射光の入射角度を示し、縦軸は強度を示す。
【００４１】
図７（Ｂ）では、図７（Ａ）と比較して、インテグレータロッド５の入射面５ａ上の１点における入射光の角度強度分布は離散的になっている。これは、拡散素子３の各レンズセル３ａによってレーザ光束が細分化されているためである。但し、拡散素子３のレンズセル３ａのサイズが数１０μｍと非常に小さく、入射したレーザ光を約１００×１００程度の光束に分割しているため、分布全体の形状は、レーザ光源２から出射された光の分布に近くなっている。
【００４２】
このように、結合光学系１０に拡散素子３を設けることによって、インテグレータロッド５の入射面５ａに広く分布した矩形の集光スポットが形成され、且つ、集光スポット上の各点は、レーザ光源２から出射された際のレーザ光の角度分布に近い分布を有することになる。  
【００４３】
レーザ光の角度強度分布は、ガウシアン分布などの中央が急峻に高い分布となっているため、インテグレータロッド５の有限な反射回数では均一化が難しい。インテグレータロッド５の内部を伝播中のレーザ光の反射回数を増せば改善できるが、インテグレータロッド５の長さは、映像表示装置の大きさに基づき、通常は約１００ｍｍ以下に制限される。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、結合光学系１０に拡散素子３を設けることで、インテグレータロッド５の入射面５ａでの強度分布を均一化している。これにより、短い長さのインテグレータロッド５を用いた場合でも、レーザ光の強度分布を均一化することができる。
【００４５】
また、映像表示装置では、インテグレータロッド５の出射面５ｂ、映像表示デバイス７の表示面７ａ、またはスクリーン９の粗面において、レーザ光の有する高い可干渉性に起因してスペックルノイズが発生する場合がある。これは、光路上の光学素子の表面の微小な凹凸や拡散粒子などによってレーザ光が部分的に微小な位相差を持ち、そのレーザ光が重なり合ったときの干渉により生じる。
【００４６】
これに対し、本実施の形態では、拡散素子３が多数の微細なレンズセル３ａを有しているため、拡散素子３を透過したレーザ光はセル数分の光束に分割され、それぞれ異なる位相差が付与される。このように異なる位相差が付与された光束は、干渉パターン（スペックルパターン）が互いに異なるため、これらの光束の重ね合わせによりスペックルノイズが低減される。
【００４７】
また、上記のようにスクリーン９の粗面の微小な凹凸に起因してレーザ光に位相差が付与されると、そのレーザ光が鑑賞者の眼の中で干渉して生成された干渉パターンが網膜上に結像されることによりスペックルノイズが形成され、不快な映像のちらつきやぎらぎらとして認識される。このようなスクリーンの粗面で発生するスペックルノイズは、以下で説明するように、投写されるレーザ光の角度多重によって低減される。
【００４８】
すなわち、スクリーン９の粗面のある一点に着目した場合、互いに異なる角度で粗面に入射するレーザ光には、互いに異なる位相差が付与されるため、発生する干渉パターンも互いに異なることとなる。従って、これらのレーザ光の重ね合わせにより、スペックルノイズを低減させることができる。
【００４９】
上述したように、スクリーン９の粗面と映像表示デバイス７の表示面７ａとは互いに共役であり、映像表示デバイス７の表示面７ａとインテグレータロッド５の出射面５ｂとは互いに共役である。そのため、スクリーン９上の１点に対応するインテグレータロッド５の出射面５ｂ上の１点の光の角度強度分布を、次のように制御すればよい。
【００５０】
図８は、インテグレータロッド５の出射面５ｂ上のある１点から出射されるレーザ光の角度強度分布を、拡散素子３を設けない場合（Ａ）と設けた場合（Ｂ）のそれぞれについて示す図である。拡散素子３を設けない場合には、有限な長さのインテグレータロッド５内でレーザ光が折り返されるため、図８（Ａ）に示すような強度分布となる。
【００５１】
インテグレータロッド５の製造上の制約や、映像表示装置内の配置上の制約から、インテグレータロッド５でのレーザ光の反射回数は約１０回以下であり、インテグレータロッド５の長手方向の折り返し回数はさらに少ない。そのため、インテグレータロッド５のある１点から出射されるレーザ光の強度分布は、反射回数分に対応する数のピークを有する離散的な分布となる。従って、スクリーン９の粗面上の１点に入射するレーザ光の入射角度の分布も離散的であり、その結果、異なる干渉パターンの重ね合わせが十分になされず、スペックルノイズが視認される。
【００５２】
これに対し、本実施の形態では、結合光学系１０に、微細なレンズセル３ａを有する拡散素子３を設けたことにより、拡散素子３により分割された多数の光束が、ほぼ同じ角度強度分布を持って、インテグレータロッド５の入射面５ａに位置を変えて入射する。それぞれの光束が出射面５ｂの微小領域から出射されるときには、（上述したインテグレータロッド５内部での反射により）離散的な角度分布を有しているが、それぞれの光束のインテグレータロッド５の入射面５ａ上の入射位置が異なるため、出射面５ｂ上では異なる離散的な角度分布の光束が多数足し合わされる。その結果、インテグレータロッド５の出射面５ｂ上の１点から出射されるレーザ光の強度分布は、図８（Ｂ）のような連続的に近い分布となる。
【００５３】
そのため、スクリーン９の粗面上の任意の１点には、インテグレータロッド５の出射面５ｂから出射された、様々な入射角度の光束が入射することになる（すなわち入射角度が多重化される）。その結果、異なる干渉パターンの重ね合わせが十分に行われ、スペックルノイズが十分に低減される。
【００５４】
以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、結合光学系１０が、レーザ光源２から出射されたレーザ光を透過し拡散させる拡散素子３を有しているため、位相差が付加された複数の光束の重ね合わせにより、スペックルノイズを低減することができる。また、均一化素子５の入射面５ａ上に、レーザ光の集光スポットを広く形成することができ、これにより光強度を均一化して、光の利用効率を向上することができる。
【００５５】
また、従来技術のように可動部を振動させる必要がないため、騒音が発生せず、また、振動用の機構部が不要であるため、映像表示装置の小型化に資することができる。
【００５６】
また、この実施の形態１では、拡散素子３が、入射したレーザ光を複数の光束に分割する素子（具体的には、複数のレンズセル３ａが配列されたレンズアレイ）で構成されているため、レーザ光を多数の光束に分割して均一化素子５の入射面５ａ上に矩形状の集光スポットを形成させる制御（拡散度の制御）を容易にすることができる。
【００５７】
また、レンズアレイ３の各レンズセル３ａの形状が、均一化素子５の矩形状の入射面５ａと略相似であり、長辺同士が光学的に平行になるように配置されているため、レーザ光の拡散度を均一化素子５の長辺・短辺方向で異ならせ、均一化素子５の入射面５ａに均一な集光スポットを広く形成することができる。
【００５８】
また、レンズアレイ３の各レンズセル３ａが正のパワーを有しているため、各レンズセル３ａが光束を所定の集光位置（例えば、均一化素子５の入射面５ａの手前）に集光させる機能を発揮することができる。これにより、レンズアレイ３を、結合光学系１０の一部として構成することができる。
【００５９】
また、拡散素子３が、結合光学系１０内の最も広い光束が通過する光学素子（レンズ４）の近傍に配置されているため、レーザ光を多数の光束に分割して均一化素子５の入射面５ａに入射させる際の光量損失を抑えることができる。
【００６０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図９は、実施の形態２における映像表示装置の構成を示す図である。実施の形態１で説明した構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付す。この実施の形態２では、レーザ光源２と結合光学系１０との間に、光ファイバ１１を設けている。また、レーザ光源２と光ファイバ１１との間に、ファイバ結合光学系１２（光整形手段）を設けている。
【００６１】
光ファイバ１１は、レーザ光源２側に入射端面１１ａを有し、結合光学系１０側に出射端面１１ｂを有する。出射端面１１ｂは、結合光学系１０の入射口に対応する位置、すなわち、実施の形態１（図１）におけるレーザ光源２の発光部２ａに相当する位置にある。
【００６２】
ファイバ結合光学系１２は、レーザ光源２から出射されたレーザ光を、光ファイバ１１に結合するものである。ファイバ結合光学系１２は、レーザ光源２から出射されたレーザ光の強度分布を、ガウシアン分布から略トップハット状の分布に変換するものである。このようなファイバ結合光学系１２としては、公知のビーム整形素子（例えば、特許第４６７０８７６号公報に開示されたもの等）を使用することができる。
【００６３】
拡散素子３は、レーザ光源２とインテグレータロッド５との間であればどこに配置してもよいが、結合光学系１０内において最も広い光束が通過する光学素子（ここではレンズ４）の近傍に配置することが望ましい。その理由は、以下の通りである。
【００６４】
すなわち、拡散素子３を、結合光学系１０内において狭い光束が通過する部分に配置した場合、インテグレータロッド５の入射面５ａ上の集光スポットを広く確保するためには、レンズセル３ａのレンズの曲率をきつく（曲率半径を小さく）しなければならない。この場合、拡散素子３のレンズセル３ａを透過した光束は大きく広がることになるため、光量損失が生じる。
【００６５】
これに対し、拡散素子３を、結合光学系１０内において最も広い光束が通過する光学素子（レンズ４）の近傍に配置すれば、光ファイバ１１から出射されたレーザ光の略トップハット状の強度分布を保ちながら、レーザ光束を細分化することができる。これにより、多数の干渉パターンを重畳させ、効果的にスペックルノイズを低減することができる。
【００６６】
なお、ここでは、光ファイバ１１を用いた構成について説明したが、必ずしも光ファイバ１１を用いなくともよく、結合光学系１０に入射するレーザ光の強度分布を略トップハット状に制御する光学系（例えばファイバ結合光学系１２）を設け、拡散素子３が当該強度分布を保つように構成されていればよい。
【００６７】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、拡散素子３によって、ファイバ結合光学系１２で略トップハット状に制御されたレーザ光の強度分布を保ちながら、多数の光束に分割することができる。そのため、光量損失を抑制しつつ、均一化素子５の入射面５ａ上に広い集光スポットを形成することができる。その結果、スペックルノイズを効果的に低減し、光強度の均一化を図ることができる。
【００６８】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図１０は、実施の形態３における映像表示装置のレーザ照明装置１を示す図である。実施の形態１で説明した構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付す。この実施の形態３におけるレーザ光源２は、複数の発光部２ａを一方向（ここではＸ方向）に配列した１次元アレイ光源として構成されている。図１０（Ａ）は、レーザ照明装置１をＹ方向から見た図であり、図１０（Ｂ）は、レーザ照明装置１をＸ方向から見た図である。
【００６９】
１次元レーザアレイ光源は、一般に、活性層の厚み方向のエタンデシュは小さく、発光部２ａの配列方向（アレイ方向）の幅と発散角から計算されるエタンデュは非常に大きい。そのため、拡散素子３を設けない状態で、レンズ４の集光作用によりインテグレータロッド５の入射面５ａに形成される集光スポットは、図２に示したような点にならず、入射面５ａに対してアレイ方向に有意な大きさを持つ場合がある。
【００７０】
このような場合には、実施の形態１，２で説明したように拡散素子３のレンズセルの形状（開口形状）をインテグレータロッド５の入射面５ａの形状と略相似にするのではなく、インテグレータロッド５の入射面５ａ上に形成される光源像の大きさを、インテグレータロッド５の入射面（開口）５ａの大きさに近付けるように、拡散素子３の開口形状を決定すればよい。
【００７１】
そこで、本実施の形態の拡散素子３は、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数のシリンドリカルレンズセル３ｂを有するシリンドリカルレンズアレイで構成されている。シリンドリカルレンズセル３ｂは、軸方向をＸ方向とする半円筒レンズであり、このシリンドリカルレンズセル３ｂがＹ方向に複数配列されている。
【００７２】
すなわち、本実施形態の拡散素子３は、アレイ方向（Ｘ方向）にはレーザ光を分割せず、アレイ方向に直交する方向（Ｙ方向）にのみレーザ光を分割して位相差を付与する。言い換えると、この拡散素子３は、インテグレータロッド５の入射面５ａの余裕のある方向（Ｙ方向）にのみ、レーザ光束を分割して位相差を付加する。このように構成することによって、光量損失を抑制しつつスペックルノイズを低減し、光強度の均一化を図ることができる。
【００７３】
なお、ここでは、レーザ光源２を１次元アレイ光源とした構成について説明したが、このような構成に限らず、複数の光ファイバを一列に配列してバンドル化した構成にも適用することができる。
【００７４】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態では、拡散素子３が、複数のシリンドリカルレンズセル３ｂを配列したシリンドリカルレンズアレイで構成されているため、１次元アレイ光源を用いた場合であっても、スペックルノイズを低減し、光強度の均一化を図ることができる。
【００７５】
上記の実施の形態１〜３では、スペックルノイズの低減や映像表示装置の小型化等の効果について説明したが、これらに加え、インテグレータロッド５の入射面５ａでの集光スポットを大きくできるため、入射面５ａにおけるエネルギー密度を低く抑えることができ、これにより入射面５ａの反射防止膜（ＡＲコート）の信頼性が向上するという効果も得られる。
【００７６】
上述した各実施の形態は、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、実施の形態１〜３では、拡散素子３として、複数のレンズセル３ａを有するレンズアレイを用いたが、その他に、例えば、異方性散乱特性を有するホログラム素子などの微細構造の拡散素子を用いてもよい。この場合も、レーザ光の拡散度を均一化素子５の入射面５ａの長辺方向と短辺方向とで異ならせることで、入射面５ａに広く均一な集光スポットを形成し、スペックルノイズを低減することができる。
【００７７】
また、実施の形態１〜３では、均一化素子としてインテグレータロッド５を用いたが、ライトトンネルを用いることも可能である。但し、インテグレータロッド５の方が、入射光のエネルギーが高い場合の信頼性が高いという利点がある。
【００７８】
また、実施の形態１〜３では、映像表示デバイス７を、反射型の液晶パネルまたはデジタルマイクロミラーデバイスと説明したが、投写型の液晶パネル等であってもよい。
【００７９】
本発明におけるレーザ照明装置は、例えば、プロジェクタやリアプロジェクションディスプレイなどの映像表示装置の照明装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  レーザ照明装置、  ２  レーザ光源、  ３  拡散素子、  ３ａ  レンズセル、  ３ｂ  シリンドリカルレンズセル、  ４  レンズ（結合光学素子）、  ５  インテグレータロッド（均一化素子）、  ５ａ  入射面、  ５ｂ  出射面、  ６  リレーレンズ（照明光学系）、  ７  映像表示デバイス、  ８  投写レンズ（投写光学系）、  ９  スクリーン、  １０  結合光学系、  １１  光ファイバ、  １１ａ  入射端面、  １１ｂ  出射端面、  １２  ファイバ結合光学系（光整形手段）。
【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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