(57)【要約】【課題】光学部品を移動させる移動部材が必要となるので、構成が複雑になる。【解決手段】光学装置は、直線偏光のレーザ光を回折して出射する回折部と、前記回折部から出射された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に変換して出射する方向変換部とを備える。または、光学装置は、直線偏光のレーザ光の偏光方向を多方向に変調する入射側変調部と、前記入射側変調部が変調した光を第１方向に分割して、第１光及び第２光を出射する第１複屈折部と、前記第１複屈折部から出射された前記第１光及び前記第２光の偏光方向を多方向に変調する出射側変調部と、前記出射側変調部が変調した光を前記第１方向とは異なる第２方向で分割して、且つ、互いに平行に進行する光として出射する第２複屈折部とを備える。【選択図】図６
2016136165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光のレーザ光を回折して出射する回折部と、
前記回折部から出射された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に変換して出射する方向変換部と
を備える光学装置。
【請求項２】
前記方向変換部の出射側に設けられ、前記方向変換部が出射した光を直線偏光にする１／４波長板と、
前記１／４波長板から出射された前記直線偏光を前記回折部の回折方向と異なる方向に回折して出射する第２回折部と、
前記第２回折部によって回折された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に変換して出射する第２方向変換部と
を更に備える請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記回折部は、第１回折格子を含み、
前記方向変換部は、前記第１回折格子と同じ機能を有する第２回折格子を含む
請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記回折部は、第１回折格子を含み、
前記方向変換部は、前記第１回折格子の第１格子パターンと同じ構造を有し、且つ、平行に配置された第２格子パターンを有する第２回折格子を含む
請求項１から３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記方向変換部の出射側に設けられ、前記方向変換部が出射した光を直線偏光にする１／４波長板と、
前記１／４波長板から出射された前記直線偏光を前記回折部の回折方向と異なる方向に回折して出射する第３回折格子を含む第２回折部と、
前記第３回折格子と同じ機能を有する第４回折格子を含み、前記第２回折部によって回折された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に変換して出射する第２方向変換部と
を更に備える請求項３または４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記方向変換部の出射側に設けられ、前記方向変換部が出射した光を直線偏光にする１／４波長板と、
前記１／４波長板から出射された前記直線偏光を前記回折部の回折方向と異なる方向に回折して出射する第２回折部と、
前記第２回折部によって回折された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に変換して出射する第２方向変換部と
を更に備え、
前記第２回折部は、前記第１格子パターンと交差する第３格子パターンを有する第３回折格子を含み、
前記第２方向変換部は、前記第３格子パターンと同じ構造を有し、且つ、平行に配置された第４格子パターンを有する第４回折格子を含む
請求項４に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第１格子パターンは、前記第３格子パターンと直交する
請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記第１回折格子及び前記第２回折格子は、偏光を回折する液晶部を有する
請求項３から７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記方向変換部、または、前記第２方向変換部は、出射する光が互いに重なるように回折させる
請求項２に記載の光学装置。
【請求項１０】
直線偏光のレーザ光の偏光方向を多方向に変調する入射側変調部と、
前記入射側変調部が変調した光を第１方向に分割して、第１光及び第２光を出射する第１複屈折部と、
前記第１複屈折部から出射された前記第１光及び前記第２光の偏光方向を多方向に変調する出射側変調部と、
前記出射側変調部が変調した光を前記第１方向とは異なる第２方向で分割して、且つ、互いに平行に進行する光として出射する第２複屈折部と
を備える光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を光源とする装置において、光学部品を移動させることによってスペックルノイズを低減する光学装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献１］  特表２００４−５２９３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の装置では、光学部品を移動させる移動部材が必要となるので、構成が複雑になるといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、直線偏光のレーザ光を回折して出射する回折部と、前記回折部から出射された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に変換して出射する方向変換部とを備える光学装置を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、直線偏光のレーザ光の偏光方向を多方向に変調する入射側変調部と、前記入射側変調部が変調した光を第１方向に分割して、第１光及び第２光を出射する第１複屈折部と、前記第１複屈折部から出射された前記第１光及び前記第２光の偏光方向を多方向に変調する出射側変調部と、前記出射側変調部が変調した光を前記第１方向とは異なる第２方向で分割して、且つ、互いに平行に進行する光として出射する第２複屈折部とを備える光学装置を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】光学装置２４が設けられたプロジェクタ１０の全体構成図である。
【図２】光学装置２４の断面図である。
【図３】回折格子４２の概略断面図である。
【図４】液晶層６２の平面図である。
【図５】光学装置２４の回折格子に入射する偏光と、回折した光の関係を示す実験結果の写真である。
【図６】光学装置２４の分解斜視図である。
【図７】回折格子に入射する光の波長と、回折格子が出射する０次光の強度との関係を示すグラフである。
【図８】光学装置２４から出射される光のばらつきを説明する図である。
【図９】別の実施形態による光学装置１２４の分解斜視図である。
【図１０】基板４０、４４に対する回折格子４２、４６の配置を変更した形態を説明する断面図である。
【図１１】基板４０、４４に対する回折格子４２、４６の配置を変更した形態を説明する断面図である。
【図１２】基板４０、４４に対する回折格子４２、４６の配置を変更した形態を説明する断面図である。
【図１３】入射側から見た回折格子４２、４６の液晶層６２の分子６４の配向方向を説明する図である。
【図１４】入射側から見た回折格子４２、４６の液晶層６２の分子６４の配向方向を説明する図である。
【図１５】別の実施形態による光学装置２２４の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、光学装置２４が設けられたプロジェクタ１０の全体構成図である。図１に矢印で示す上下及び前をプロジェクタ１０の上下方向及び前方とする。プロジェクタ１０は、レーザ光源１２、１４、１６から出射されたレーザ光によって画像を生成して、スクリーン３０に投影する。
【００１０】
図１に示すように、プロジェクタ１０は、レーザ光源１２、１４、１６と、ダイクロイックミラー１８、２０と、ＭＥＭＳミラー２２と、光学装置２４と、投影部２６と、制御部２８とを備える。
【００１１】
レーザ光源１２は、ＭＥＭＳミラー２２に向けて、上下方向を偏光方向とする直線偏光のレーザ光である赤色光ＲＬを出射する。レーザ光源１４は、ダイクロイックミラー１８に向けて、上下方向を偏光方向とする直線偏光のレーザ光である緑色光ＧＬを出射する。レーザ光源１６は、ダイクロイックミラー２０に向けて、上下方向を偏光方向とする直線偏光のレーザ光である青色光ＢＬを出射する。
【００１２】
ダイクロイックミラー１８、２０は、一例として、誘電体多層膜を含む。ダイクロイックミラー１８、２０は、ダイクロイックプリズムであってもよい。
【００１３】
ダイクロイックミラー１８は、レーザ光源１４が出射する緑色光ＧＬの進路上に配置されている。ダイクロイックミラー１８は、緑色光ＧＬを反射して、その他の波長の光を透過する。従って、ダイクロイックミラー１８は、レーザ光源１２が出射した赤色光ＲＬを透過する。一方、ダイクロイックミラー１８は、レーザ光源１４が出射した緑色光ＧＬをＭＥＭＳミラー２２に向けて反射する。
【００１４】
ダイクロイックミラー２０は、レーザ光源１６が出射する青色光ＢＬの進路上に配置されている。ダイクロイックミラー２０は、青色光ＢＬを反射して、その他の波長の光を透過する。従って、ダイクロイックミラー２０は、レーザ光源１２が出射した赤色光ＲＬを透過する。また、ダイクロイックミラー２０は、レーザ光源１４が出射してダイクロイックミラー１８によって反射された緑色光ＧＬを透過する。一方、ダイクロイックミラー２０は、レーザ光源１６が出射した青色光ＢＬをＭＥＭＳミラー２２に向けて反射する。
【００１５】
ＭＥＭＳミラー２２は、レーザ光源１２から出射された赤色光ＲＬ、ダイクロイックミラー１８によって反射された緑色光ＧＬ、ダイクロイックミラー２０によって反射された青色光ＢＬの進路上に配置されている。ＭＥＭＳミラー２２は、２次元面内で移動する。ＭＥＭＳミラー２２は、移動しつつ光を反射することにより、スクリーン３０上に画像を投影する。
【００１６】
光学装置２４は、直線偏光である赤色光ＲＬ、緑色光ＧＬ、青色光ＢＬを回折して、スペックルノイズを低減する。光学装置２４の詳細は、後述する。
【００１７】
投影部２６は、画像を形成する光であって、光学装置２４から出射された光を拡大して、スクリーン３０へと画像を投影する。
【００１８】
制御部２８は、プロジェクタ１０の制御全般を司る。制御部２８の一例は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置である。制御部２８は、レーザ光源１２、１４、１６のオン・オフを切り替える。制御部２８は、ＭＥＭＳミラー２２の反射及び位置を制御して、画像を生成する。
【００１９】
上述したプロジェクタ１０では、制御部２８が、レーザ光源１２、１４、１６のいずれかをオンにして、レーザ光を出射させる。例えば、制御部２８が、レーザ光源１２をオンにして、赤色光ＲＬを出射させる。赤色光ＲＬは、ダイクロイックミラー１８、２０を透過して、ＭＥＭＳミラー２２に達する。投影する赤色の画像に対応させて、制御部２８は、ＭＥＭＳミラー２２の反射及び位置を制御する。これにより、ＭＥＭＳミラー２２は、赤色光ＲＬを光学装置２４の方向へと反射する。光学装置２４は、スペックルノイズを低減できる状態に赤色光ＲＬを変換して、投影部２６へと出射する。投影部２６は、赤色光ＲＬによって構成される画像をスクリーン３０へ拡大して投影する。同様に、制御部２８は、レーザ光源１４、１６を順次オン状態するとともに、ＭＥＭＳミラー２２の反射及び位置を制御することによって、緑色光ＧＬ及び青色光ＢＬによって構成される画像をスクリーン３０に投影する。これにより、プロジェクタ１０は、スペックルノイズを低減したカラー画像を投影することができる。
【００２０】
図２は、光学装置２４の断面図である。図２に矢印で前と示す方向を、光学装置２４に入射する光Ｌ０の進行方向である前方とする。光学装置２４に入射する光Ｌ００は、レーザ光源１２、１４、１６から出射されてＭＥＭＳミラー２２によって反射された上下方向を偏光方向とする直線偏光である。尚、入射する直線偏光は、上下方向でなくてもよい。換言すれば、光学装置２４の向きは、入射する直線偏光の偏光方向に対して、自由に設定できる。
【００２１】
図２に示すように、光学装置２４は、基板４０と、回折格子４２と、基板４４と、回折格子４６と、１／４波長板４８と、基板５０と、回折格子５２と、基板５４と、回折格子５６と、基板５８とを有する。図２においては、基板４０から基板５８までを貼り合わせているが、基板４０から基板５８までの一部または全てを離間させてもよい。
【００２２】
基板４０、４４、５０、５４、５８の一例は、光学的に等方なガラス基板である。基板４０、４４、５０、５４、５８の一例は、平面状で且つ光の進行方向から見て四角形状である。基板４０、４４、５０、５４、５８の厚みは、例えば、０．２１ｍｍである。基板４０、４４、５０、５４、５８の順で、ＭＥＭＳミラー２２によって反射された光Ｌ００の入射側から出射側に沿って配列されている。基板４０、４４、５０、５４、５８は、入射する光Ｌ００の進行方向に対して略垂直に配置されている。
【００２３】
回折格子４２、４６、５２、５６の一例は、液晶分子の配向方向が平面内で周期的に変化する液晶偏光回折格子である。即ち、回折格子４２、４６、５２、５６は、偏光状態に基づいて偏光を回析する。例えば、回折格子４２、４６、５２、５６は、偏光状態に基づいて、一の回折光（例えば、＋１次光）の強度を大きくして、他の回折光（例えば、−１次光）の強度を小さくする。また、回折格子４２、４６、５２、５６は、偏光状態を変調する。例えば、回折格子４２、４６、５２、５６は、直線偏光を円偏光に変調する。また、回折格子４２、４６、５２、５６は、右回りの円偏光を左回りの円偏光、または、左回りの円偏光を右回りの円偏光に変調する。
【００２４】
回折格子４２は、回折部の一例である。回折格子４２は、基板４０と、基板４４との間に配置されている。換言すれば、回折格子４２は、回折格子４２、４６、５２、５６のうち、最も光の入射側に配置されている。回折格子４２は、入射する直線偏光のレーザ光を回析して出射する。
【００２５】
回折格子４６は、方向変換部の一例である。回折格子４６は、基板４４と基板５０との間であって、１／４波長板４８の入射側の面に配置されている。回折格子４６は、回折格子４２よりも出射側に配置されている。回折格子４６は、回折格子４２から出射された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に変換した円偏光を出射する。
【００２６】
１／４波長板４８は、基板４４と基板５０との間であって、回折格子４６の出射側の面に設けられている。１／４波長板４８は、回折格子４２、４６と、回折格子５２、５６との間に配置されている。１／４波長板４８は、入射する偏光の偏光状態を変調する。例えば、１／４波長板４８は、入射する直線偏光を円偏光に変調して、また、入射する円偏光を直線偏光に変調する。従って、１／４波長板４８は、回折格子４６が出射した円偏光を直線偏光にして出射する。
【００２７】
回折格子５２は、第２回折部の一例である。回折格子５２は、基板５０と基板５４との間であって、回折格子４６及び１／４波長板４８の出射側に設けられている。回折格子５２は、回折格子５６の入射側に配置されている。回折格子５２は、１／４波長板４８から出射された直線偏光を回折格子４２の回折方向と異なる方向に回折して出射する。
【００２８】
回折格子５６は、第２方向変換部の一例である。回折格子５６は、基板５４と基板５８との間であって、回折格子５２の出射側に配置されている。換言すれば、回折格子５６は、回折格子４２、４６、５２、５６のうち、最も出射側に配置されている。回折格子５６は、回折格子５２によって回折された＋１次光の少なくとも一部と−１次光の少なくとも一部とを平行な方向に進行する円偏光に変換して出射する。また、回折格子５６は、出射する光が互いに重なるように出射する。
【００２９】
図３は、回折格子４２の概略断面図である。図４は、液晶層６２の平面図である。尚、回折格子４６、５２、５６も回折格子４２と同様の構成である。図３に示すように、回折格子４２は、基板４０上に形成された配向層６０と、配向層６０上に形成された液晶層６２とを有する。基板４０の法線方向において配列された液晶層６２の分子６４の配向は、互いに同じ方向である。図４は、基板４０から同じ距離、即ち、同じ層における液晶層６２の分子６４の配向方向を示す。図４に示すように、液晶層６２の分子６４の配向は、平面内で、即ち同じ層において徐々に且つ周期的に変化する。ここで、基板４０の法線方向から見た平面視において、同じ配向を有する分子６４が配列された方向を、ストライプが延びる方向とする。また、平面視において、分子６４の配向が変化する方向をストライプの周期性の方向とする。従って、ストライプが延びる方向は、ストライプの周期性の方向と直交する。これにより、液晶層６２は、入射した偏光を回析する。尚、回折された光、例えば、０次光及び±１次光は、ストライプの周期性の方向に沿って配列される。図３及び図４に示す回折格子４２は、ホログラフィ装置等によって、液晶層６２に異なる偏光、例えば、右回りの円偏光及び左回りの円偏光を異なる方向から照射して配向させることによって製造することができる。これにより、回折格子４２は、偏光の偏光状態を変調するとともに、偏光を回折することができる。
【００３０】
図５は、光学装置１２４の回折格子４２、４６、５２、５６に入射する偏光と、回折させた光の関係を示す実験結果の写真である。図５に示す回折格子は、回折格子４２、４６、５２、５６のうち、いずれか１枚に対応する。図５の上図は、光の進行方向と略垂直な面における投影された回折光の図である。図５の上図において、白丸が大きいほど対応する回折光の強度が大きいことを示す。図５の下図は、回折格子が回折した回折光の進路を示す平面図である。図５の下図において、線が太いほど回折光の強度が大きいことを示す。図５に示すように、光学装置１２４の回折格子に入射した光が、右回りの円偏光であった場合、回折格子は、−１次光の強度を最も大きくして、＋１次光の強度を略０にする。光学装置１２４の回折格子に入射した光が、直線偏光であった場合、回折格子は、±１次光の強度を略等しくするとともに、０次光の強度を小さくする。光学装置１２４の回折格子に入射した光が、左回りの円偏光であった場合、回折格子は、＋１次光の強度を最も大きくして、−１次光の強度を略０にする。
【００３１】
図６は、光学装置２４の分解斜視図である。図６において、前方及び上下方向の両方に平行な方向を水平方向とする。尚、図６では、基板４０、４４、５０、５４、５８を省略している。
【００３２】
図６に示すように、回折格子４２は、水平方向に平行なストライプを有する格子パターンＰＧ１を有する。尚、図６の回折格子４２の面内に記載の点線の延びる方向は、ストライプの延びる方向である。即ち、回折格子４２の格子パターンＰＧ１は、上下方向に沿って周期性を有する。
【００３３】
回折格子４６は、回折格子４２と同じであることが好ましい。回折格子４２及び回折格子４６が同じである一例は、互いに同じ機能を有する形態である。この場合、回折格子４２及び回折格子４６は、同じ波長の光が入射した場合、同じ方向に同じ偏光状態の偏光を回析させる。従って、回折格子４２及び回折格子４６が互いに異なる材料で形成されている場合、回折格子４２及び回折格子４６が同じであることは、機能が同じであれば厚み等の構造が異なる場合も含む概念である。回折格子４２及び回折格子４６が同じである他の例は、互いの格子パターンＰＧ１及び格子パターンＰＧ２が同じ構造を有し、格子パターンＰＧ１及び格子パターンＰＧ２のストライプを互いに平行に配置する形態である。ここでいう格子パターンが同じ構造を有する形態の一例は、格子パターンＰＧ１、ＰＧ２のストライプの周期、及び、格子パターンＰＧ１、ＰＧ２の厚みが同じである形態のことである。尚、ストライプの周期が同じであるとは、格子パターンＰＧ１、ＰＧ２を構成する液晶層６２の分子６４が同じ材料からなり、当該分子６４の配向方向のパターンが同じであることを意味する。ここで、格子パターンＰＧ１、ＰＧ２の構造が互いに同じで、且つ、互いにストライプが平行に配置されていれば、ストライプの延びる方向にずれていてもよい。即ち、例えば、入射側から見て、同じ領域で重なっている格子パターンＰＧ１、ＰＧ２の液晶層６２の分子６４の配向方向が互いに平行でなくてもよい。また、格子パターンＰＧ１、ＰＧ２の構造が互いに同じで、且つ、互いにストライプが平行に配置されていれば、一方の格子パターンＰＧ１を他方の格子パターンＰＧ２に対して、法線方向を回転軸として、１８０°回転させた状態で配置してもよい。この場合、液晶層６２の分子６４の配向方向が同じとは、互いの液晶層６２の分子６４の配向方向が鏡像の関係、即ち、同じ面に液晶層６２の分子６４を投影した場合、線対称の関係を含む。
【００３４】
回折格子５２は、上下方向に平行なストライプを有する格子パターンＰＧ３を有する。回折格子５２は、回折格子４２、４６の格子パターンＰＧ１、ＰＧ２と同じ格子パターンＰＧ３を有し、且つ、回折格子４２、４６の格子パターンＰＧ１、ＰＧ２のストライプと直交するストライプの格子パターンＰＧ３を有する。
【００３５】
回折格子５６は、回折格子５２の格子パターンＰＧ３と同じ格子パターンＰＧ４であって、格子パターンＰＧ３と平行に配置された格子パターンＰＧ４を有する。
【００３６】
次に、光学装置２４の動作について説明する。
【００３７】
まず、直線偏光のレーザ光である光Ｌ００が、回折格子４２に入射する。回折格子４２の格子パターンＰＧ１は、上下方向に周期性を有するので、回折格子４２は光Ｌ００を上下方向に回折する。これにより、回折格子４２は、前方に進行する０次光Ｌ１０と、斜め上方に進行する＋１次光Ｌ１１と、斜め下方に進行する−１次光Ｌ１２とを出射する。０次光Ｌ１０は上下方向を偏光方向とする直線偏光である。回折格子４２は液晶偏光回折格子なので、±１次光Ｌ１１、Ｌ１２を円偏光として出射する。±１次光Ｌ１１、Ｌ１２は、互いに逆回りの円偏光である。尚、±ｎ次光（ｎ≧２）は強度が弱くスペックルノイズによる影響も小さいので、説明を省略する。
【００３８】
回折格子４２が出射した光Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２は、回折格子４６に入射する。回折格子４６の格子パターンＰＧ２は、上下方向に周期性を有するので、回折格子４６は入射した光Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２を上下方向に回折する。ここで、回折格子４２及び回折格子４６は、互いに同じ格子パターンＰＧ１、ＰＧ２であって、互いに平行に配置された格子パターンＰＧ１、ＰＧ２を有する。従って、回折格子４６は、斜め上方に進行しつつ入射した＋１次光Ｌ１１の一部を回折して、回折格子４２に入射した光Ｌ００の進行方向と同じ前方に進行する−１次光Ｌ２２として出射する。尚、−１次光Ｌ２２は、＋１次光Ｌ１１の逆回りの円偏光である。また、回折格子４６は、斜め下方に進行しつつ入射した−１次光Ｌ１２の一部を回折して、回折格子４２に入射した光Ｌ００の進行方向と同じ前方に進行する＋１次光Ｌ２３として出射する。尚、＋１次光Ｌ２３は、−１次光Ｌ１２の逆回りの円偏光である。これにより、回折格子４６は、−１次光Ｌ２２及び＋１次光Ｌ２３を互いに平行な進行方向を有する光として出射する。尚、回折格子４６は、回折格子４２が出射した０次光Ｌ１０を上下方向に回折した光Ｌ２０、Ｌ２１を出射するが、当該光Ｌ２０、Ｌ２１の強度は弱いので説明を省略する。
【００３９】
回折格子４６が出射した光Ｌ２２、Ｌ２３は、１／４波長板４８に入射する。光Ｌ２２、Ｌ２３は、互いに逆回りの円偏光なので、１／４波長板４８は、光Ｌ２２、Ｌ２３を互いに偏光方向が直交する直線偏光Ｌ３０、Ｌ３１として出射する。例えば、１／４波長板４８は、−１次光Ｌ２２を上下方向に平行な偏光方向を有する直線偏光Ｌ３０として出射する。また、１／４波長板４８は、＋１次光Ｌ２３を水平方向に平行な偏光方向を有する直線偏光Ｌ３１として出射する。
【００４０】
１／４波長板４８が出射した直線偏光Ｌ３０、Ｌ３１は、回折格子５２に入射する。回折格子５２は、入射した光を回折する。ここで、回折格子５２の格子パターンＰＧ３は、水平方向に周期性を有するので、回折格子５２は、入射する直線偏光Ｌ３０、Ｌ３１を水平方向に回析して出射する。従って、回折格子５２は、上下方向を偏光方向とする直線偏光Ｌ３０を、０次光Ｌ４０と、水平方向に回析させた±１次光Ｌ４１、Ｌ４２とを出射する。より具体的には、回折格子５２は、偏光状態を維持したまま前方に進行する０次光Ｌ４０と、左斜め方向に進行する円偏光の＋１次光Ｌ４１と、右斜め前方に進行する円偏光の−１次光Ｌ４２とを出射する。尚、＋１次光Ｌ４１の円偏光の向きは、−１次光Ｌ４２の円偏光の向きと逆である。一方、回折格子５２は、水平方向を偏光方向とする直線偏光Ｌ３１を、０次光Ｌ４３と、水平方向に回折させた±１次光Ｌ４４、Ｌ４５とを出射する。より具体的には、回折格子５２は、偏光状態を維持したまま前方に進行する０次光Ｌ４３と、左斜め方向に進行する円偏光の＋１次光Ｌ４４と、右斜め前方に進行する円偏光の−１次光Ｌ４５とを出射する。尚、＋１次光Ｌ４４の円偏光の向きは、−１次光Ｌ４５の円偏光の向きと逆である。
【００４１】
回折格子５２が出射した光Ｌ４０、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４３、Ｌ４４、Ｌ４５は、回折格子５６に入射する。回折格子５６の格子パターンＰＧ４は、水平方向に周期性を有するので、回折格子５６は入射した光Ｌ４０、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４３、Ｌ４４、Ｌ４５を水平方向に回折する。回折格子５２及び回折格子５６は、互いに同じ格子パターンＰＧ３、ＰＧ４であって、互いに平行に配置された格子パターンＰＧ３、ＰＧ４を有する。従って、回折格子５６は、左斜め方向に進行しつつ入射した＋１次光Ｌ４１、Ｌ４４の一部を回折して、回折格子５２に入射した直線偏光Ｌ３０、Ｌ３１の進行方向と同じ前方に進行する−１次光Ｌ５２、Ｌ５６として出射する。−１次光Ｌ５２、Ｌ５６は、それぞれ＋１次光Ｌ４１、Ｌ４４の逆回りの円偏光である。また、回折格子５６は、右斜め方向に進行しつつ入射した−１次光Ｌ４２、Ｌ４５の一部を回析して、回折格子５２に入射した直線偏光Ｌ３０、Ｌ３１の進行方向と同じ前方に進行する＋１次光Ｌ５３、Ｌ５７として出射する。＋１次光Ｌ５３、Ｌ５７は、それぞれ−１次光Ｌ４２、Ｌ４５の逆回りの円偏光である。尚、回折格子５６は、上下方向または水平方向を偏光方向とする直線偏光である０次光Ｌ４０、Ｌ４３を回折して、左右斜め前方に進行する±１次光Ｌ５０、Ｌ５１、Ｌ５４、Ｌ５５として出射する。当該±１次光Ｌ５０、Ｌ５１、Ｌ５４、Ｌ５５は、強度が小さいので説明を省略する。これにより、光学装置２４は、入射した光Ｌ００を、水平方向及び上下方向に分割して、光Ｌ００よりも強度を弱くして、且つ、互いに重なりつつ、互いに平行に進行する４個の±１次光Ｌ５２、Ｌ５３、Ｌ５６、Ｌ５７として出射する。
【００４２】
図７は、回折格子に入射する光の波長と、回折格子が出射する０次光の強度との関係を示すグラフである。尚、図７の実験では、ストライプ間の間隔が３μｍの周期性を有する格子パターンの回折格子を用いた。図７に示すように、光学装置２４は、各回折格子が、５３２ｎｍの波長の光が入射した場合、０次光を最も弱めることができることが好ましい。これにより、人間の眼の感度の高い、緑色の光の０次光を弱めることができるので、光の斑を低減できる。
【００４３】
図８は、光学装置２４から出射される光のばらつきを説明する図である。図８において、細い点線で囲まれた領域が、１画素ＰＸである。１画素ＰＸには、停止したＭＥＭＳミラー２２が反射した光が、達する。ここで、光学装置２４は、ＭＥＭＳミラー２２が反射した光を４個の平行に進行する光に分割して、出射する。図８において、太線で示す４個の四角が、分割された光のうち、強度の大きい４個の光の到達領域を示す。４個の光のうち、画素ＰＸの対角線上に配置された２個の光は、互いに同じ方向回りの円偏光である。４個の光は、回折格子５６によって互いに重なるように出射される。４個の光は、画素ＰＸを１１０％拡大した領域の内部に収まることが好ましい。
【００４４】
分割された４個の光が画素ＰＸを１１０％拡大した領域に収まる具体例について説明する。基板４０、４４、５０、５４、５８は、０．２１ｍｍの厚みを有するガラス基板とする。この場合、光学装置２４の全体の厚みは、約１．１ｍｍとなる。回折格子４２、４６、５２、５６の格子パターンＰＧ１からＰＧ４のストライプの周期性は、５．４μｍとする。この場合、回折格子４２、４６、５２、５６は、５３２ｎｍの波長の光を５．６５６６ｄｅｇの回折角度で回析させた±１次光を出射する。このように構成した場合、スクリーン３０のサイズが１２ｉｎｃｈ、解像度が１２８０×７２０の条件下で、光学装置２４は、画素ＰＸを１１０％拡大した領域に、分割した４個の光を収めることができる。
【００４５】
上述したように、光学装置２４は、入射する直線偏光のレーザ光である光Ｌ００を、入射した領域を中心とする点対称の位置に分割し、互いに対称な偏光方向を有し、且つ、分割された光のうちで強度の強い±１次光Ｌ５２、Ｌ５３、Ｌ５６、Ｌ５７が互いに平行に進行するように出射する。このように光学装置２４は、光を分割することにより且つ互いに対称な偏光方向とすることにより強度を弱めることができる。また、光学装置２４は、入射した領域を中心とする点対称に分割した±１次光Ｌ５２、Ｌ５３、Ｌ５６、Ｌ５７を平行に進行させることによって、±１次光Ｌ５２、Ｌ５３、Ｌ５６、Ｌ５７が互いに大きく離れて１個の画素を形成することを抑制できる。この結果、光学装置２４は、画像の劣化を抑制しつつ、スペックルノイズを低減することができる。更に、光学装置２４は、回折格子４２、４６、５２、５６を駆動させる必要がないので、構成を簡略化できる。
【００４６】
図９は、別の実施形態による光学装置１２４の分解斜視図である。図９に示すように、光学装置１２４は、回折格子１４２と、回折格子１４６とを有する。回折格子１４２及び回折格子１４６は、上述した回折格子４２及び回折格子４６と同じ構成を有し、同じ向きに配置されている。尚、上述した実施形態と同様に、回折格子１４２及び回折格子１４６のそれぞれの面には、基板が設けられている。
【００４７】
光学装置１２４においても、回折格子１４２、１４６に直線偏光のレーザ光である光Ｌ００が入射する。この場合、回折格子１４２、１４６は、光Ｌ００の一部を回折して、前方に進行する円偏光である−１次光Ｌ２２及び＋１次光Ｌ２３として出射する。尚、回折格子１４６が出射する−１次光Ｌ２２及び＋１次光Ｌ２３の円偏光の回転方向は互いに逆向きである。これにより、光学装置１２４は、回折格子１４２の格子パターンが有する周期性の方向に光Ｌ００を分割することにより、スペックルノイズを低減することができる。また、光学装置１２４では、回折格子１４６が、分割した±１次光Ｌ２２、Ｌ２３を平行に出射することにより、±１次光Ｌ２２、Ｌ２３が離れることを抑制できるので、画像の劣化を抑制できる。
【００４８】
図１０、図１１、図１２は、基板４０、４４に対する回折格子４２、４６の配置を変更した形態を説明する断面図である。尚、図１０から図１２は、基板４０、４４及び回折格子４２、４６の図であるが、基板５０、５４及び回折格子５２、５６についても同様に変更してよい。図１０に示すように、回折格子４２、４６をそれぞれ基板４０、４４の入射側に配置してもよい。図１１に示すように、回折格子４２を基板４０の出射側に配置して、回折格子４６を基板４４の入射側に配置してもよい。図１２に示すように、回折格子４２を基板４０の入射側に、回折格子４６を基板４４の出射側に配置してもよい。
【００４９】
図１３、図１４は、入射側から見た回折格子４２、４６の液晶層６２の分子６４の配向方向を説明する図である。尚、図１３、図１４は、回折格子４２、４６の図であるが、回折格子５２、５６についても同様である。図１３、図１４は、説明上、回折格子４２、４６をずらして図示している。実際には、図１３、図１４において、回折格子４２の四隅と、回折格子４６の四隅は、一致するように配置されている。
【００５０】
図１３に示すように、回折格子４２の液晶層６２の分子６４を、回折格子４６の液晶層６２の分子６４と平行にしてもよい。例えば、図２、及び、図１０に示すように、基板４０、４４の同じ側、即ち、入射側または出射側に回折格子４２、４６の両方を配置する形態に有効である。これにより、同じ構造の回折格子及び基板を貼り合わせて光学装置を製造することができる。
【００５１】
一方、図１４に示すように、回折格子４２の液晶層６２の分子６４を、回折格子４６の液晶層６２の分子６４とストライプの周期性の方向を対称軸とする線対称、即ち、鏡像の関係にしてもよい。例えば、図１１、及び、図１２に示すように、基板４０、４４の異なる側、即ち、入射側と出射側、または、出射側と入射側に回折格子４２、４６のそれぞれを配置する形態に有効である。これにより、同じ構造の回折格子及び基板を貼り合わせて光学装置を製造することができる。
【００５２】
尚、回折格子４２、４６の液晶層６２の分子６４の配向方向は、適宜変更してよい。例えば、図１３、図１４において、回折格子４２、４６の分子の配向方向をストライプの周期性の方向を対称軸とする線対称の方向にしてもよい。
【００５３】
図１５は、別の実施形態による光学装置２２４の分解斜視図である。光学装置２２４には、上下方向を偏光方向とする直線偏光の光Ｌ００が入射する。図１５に示すように、光学装置２２４は、１／４波長板２４０と、入射側変調部の一例である複屈折部材２４２と、１／４波長板２４４と、出射側変調部の一例である複屈折部材２４６とを備える。複屈折部材２４２、２４６は、例えば、水晶等の材料によって構成される。
【００５４】
１／４波長板２４０は、光学装置２２４において、最も入射側に配置されている。１／４波長板２４０は、入射する直線偏光のレーザ光である光Ｌ００を円偏光Ｌ６０に変調させて、出射する。
【００５５】
複屈折部材２４２は、１／４波長板２４０の出射側に配置されている。複屈折部材２４２は、側面視において、前方から傾斜した光軸、例えば、４５°傾斜した光学軸を有する。ここでいう、光学軸は、遅相軸または進相軸のことである。光学軸は、水平方向を法線とする側面と平行である。複屈折部材２４２は、入射する円偏光Ｌ６０を上下方向に分割して、常光Ｌ７０及び異常光Ｌ７１を出射する。常光Ｌ７０は、光学軸と直交する水平方向を偏光方向とする直線偏光である。一方、異常光Ｌ７１は、光学軸と平行、即ち、側面と平行な上下方向を偏光方向とする直線偏光である。
【００５６】
１／４波長板２４４は、複屈折部材２４２の出射側に配置されている。１／４波長板２４４は、入射する直線偏光のレーザ光である常光Ｌ７０及び異常光Ｌ７１を円偏光Ｌ８０及び円偏光Ｌ８１に変調させて、出射する。円偏光Ｌ８０及び円偏光Ｌ８１は、互いに逆回りの円偏光である。
【００５７】
複屈折部材２４６は、平面視において、前方から傾斜した光軸、例えば、４５°傾斜した光学軸を有する。光学軸は、上下方向を法線とする上下面と平行である。複屈折部材２４６は、円偏光Ｌ８０及び円偏光Ｌ８１をそれぞれ左右方向に分割して、互いに平行に進行する常光Ｌ９０、異常光Ｌ９１、常光Ｌ９２、異常光Ｌ９３を出射する。即ち、複屈折部材２４６は、複屈折部材２４２が分割する方向と異なる方向である水平方向で光を分割する。常光Ｌ９０、Ｌ９２は、光学軸と直交する水平方向を偏光方向とする直線偏光である。一方、異常光Ｌ９１、Ｌ９３は、光学軸と平行、即ち、上下面と平行な上下方向を偏光方向とする直線偏光である。
【００５８】
このように、光学装置２２４は、常光Ｌ９０、異常光Ｌ９１、常光Ｌ９２、及び、異常光Ｌ９３が、一直線上に配置されないように分割する。これにより、光学装置２２４は、常光Ｌ９０、異常光Ｌ９１、常光Ｌ９２、及び、異常光Ｌ９３の位置のばらつきを小さくすることができるので、スペックルノイズを低減しつつ、画像の劣化を抑制できる。
【００５９】
尚、実施形態では、入射側変調部及び出射側変調部として、複屈折部材２４２、２４６を例に上げたが、入射側変調部及び出射側変調部は、入射する直線偏光の偏光方向を多方向に変調する構成であればよい。従って、入射側変調部及び出射側変調部は、入射する直線偏光の偏光方向を多方向に変調した円偏光及び自然光を出射する構成であってもよい。
【００６０】
上述した各実施形態における各構成の配置、形状、個数等の数値、機能は適宜変更してよい。また、各実施形態、及び、各実施形態の一部を組み合わせてもよい。
【００６１】
例えば、回折格子４２、４６の格子パターンＰＧ１、ＰＧ２のストライプは、格子パターンＰＧ３のストライプと直交してなくてもよく、交差していればよい。
【００６２】
回折格子の格子パターンの方向と、直線偏光の偏光方向の関係は適宜変更してよい。例えば、直線偏光Ｌ００の偏光方向は、格子パターンＰＧ１の周期性の方向に対して、傾斜していてもよく、平行であってもよい。この場合、±１次光は、格子パターンＰＧ１の周期性の方向に沿って、回折されて出射される。尚、他の回折格子の格子パターンについても同様である。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０  プロジェクタ
１２  レーザ光源
１４  レーザ光源
１６  レーザ光源
１８  ダイクロイックミラー
２０  ダイクロイックミラー
２２  ＭＥＭＳミラー
２４  光学装置
２６  投影部
２８  制御部
３０  スクリーン
４０  基板
４２  回折格子
４４  基板
４６  回折格子
４８  １／４波長板
５０  基板
５２  回折格子
５４  基板
５６  回折格子
５８  基板
６０  配向層
６２  液晶層
６４  分子
１２４  光学装置
１４２  回折格子
１４６  回折格子
２２４  光学装置
２４０  １／４波長板
２４２  複屈折部材
２４４  １／４波長板
２４６  複屈折部材
【図１】
2016136165.tif 000003
【図２】
2016136165.tif 000004
【図３】
2016136165.tif 000005
【図４】
2016136165.tif 000006
【図５】
2016136165.tif 000007
【図６】
2016136165.tif 000008
【図７】
2016136165.tif 000009
【図８】
2016136165.tif 000010
【図９】
2016136165.tif 000011
【図１０】
2016136165.tif 000012
【図１１】
2016136165.tif 000013
【図１２】
2016136165.tif 000014
【図１３】
2016136165.tif 000015
【図１４】
2016136165.tif 000016
【図１５】
2016136165.tif 000017