JP2000206449A - 照明装置、照明方法及び画像表示装置 - Google Patents
照明装置、照明方法及び画像表示装置Info
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- JP2000206449A JP2000206449A JP11009517A JP951799A JP2000206449A JP 2000206449 A JP2000206449 A JP 2000206449A JP 11009517 A JP11009517 A JP 11009517A JP 951799 A JP951799 A JP 951799A JP 2000206449 A JP2000206449 A JP 2000206449A
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コンパクトで産業的に大量生産可能な構成で
ありながら、空間コヒーレンスの低減あるいはスペック
ルの低減を可能にする。 【解決手段】 コヒーレント光を発する光源１１からの
出射光束を、透明光学素子１３により、複数の領域に分
割し分割された各領域が略々同一の被照射面１６を照明
するとともに、被照射面１６上の任意の一点に至る光源
１１からの光路差が複数の領域のうち少なくとも２つの
領域で異なっているようにする。
ありながら、空間コヒーレンスの低減あるいはスペック
ルの低減を可能にする。 【解決手段】 コヒーレント光を発する光源１１からの
出射光束を、透明光学素子１３により、複数の領域に分
割し分割された各領域が略々同一の被照射面１６を照明
するとともに、被照射面１６上の任意の一点に至る光源
１１からの光路差が複数の領域のうち少なくとも２つの
領域で異なっているようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置及びこれ
を具備した画像表示装置に関する。
を具備した画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、画像表示装置の一形態として、画
像を表示する液晶パネルを照明し、その反射光、あるい
は透過光をスクリーンに映し出すように構成された光学
式のプロジェクターがある。このようなプロジェクター
においては、通常、メタルハライド、ハロゲン、あるい
はキセノンといったランプが光源として用いられてい
る。しかしながら、このようなランプ光源には、次のよ
うな幾つかの難点があり、その利用価値を妨げるものと
なっている。
像を表示する液晶パネルを照明し、その反射光、あるい
は透過光をスクリーンに映し出すように構成された光学
式のプロジェクターがある。このようなプロジェクター
においては、通常、メタルハライド、ハロゲン、あるい
はキセノンといったランプが光源として用いられてい
る。しかしながら、このようなランプ光源には、次のよ
うな幾つかの難点があり、その利用価値を妨げるものと
なっている。
【０００３】第一に、ランプは寿命は短く、メタルハラ
イドランプの場合でも２，０００時間程度である。この
ため、着脱式のカートリッジに納めて交換可能とするな
どの構成上の工夫を施さなければならない。
イドランプの場合でも２，０００時間程度である。この
ため、着脱式のカートリッジに納めて交換可能とするな
どの構成上の工夫を施さなければならない。
【０００４】さらに、通常はランプからの白色光から光
の三原色を切り出して構成するため、そのための光学系
で体積が大きくなるという難点もあり、また、色再現領
域も制限され、光利用効率も低下する。
の三原色を切り出して構成するため、そのための光学系
で体積が大きくなるという難点もあり、また、色再現領
域も制限され、光利用効率も低下する。
【０００５】これらの問題点を解決するために、発光ダ
イオード、あるいは半導体レーザといった光半導体素子
を光源に用いる試みもなされている。例えば、発光ダイ
オードにおいては、寿命は、一般的には１０，０００時
間以上と優れている。しかしながら、一般に発光ダイオ
ードは、光の指向性が低く、発散して発光するため、光
の利用効率を向上させるのが容易ではない。
イオード、あるいは半導体レーザといった光半導体素子
を光源に用いる試みもなされている。例えば、発光ダイ
オードにおいては、寿命は、一般的には１０，０００時
間以上と優れている。しかしながら、一般に発光ダイオ
ードは、光の指向性が低く、発散して発光するため、光
の利用効率を向上させるのが容易ではない。
【０００６】この点で半導体レーザは、優れた指向性に
より放射される光を効率よく利用することができる。ま
た、半導体レーザも十分に長寿命であり、一般的にエネ
ルギー利用効率も発光ダイオードより大きい。さらに、
半導体レーザはその単色性により、色再現領域を大きく
取ることができる。
より放射される光を効率よく利用することができる。ま
た、半導体レーザも十分に長寿命であり、一般的にエネ
ルギー利用効率も発光ダイオードより大きい。さらに、
半導体レーザはその単色性により、色再現領域を大きく
取ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザを上述のプロジェクターのような光源として利用
する場合には、次に述べるような、スペックルノイズと
いう問題があった。
レーザを上述のプロジェクターのような光源として利用
する場合には、次に述べるような、スペックルノイズと
いう問題があった。
【０００８】一般に、レーザ光源を、例えば画像表示装
置の照明に用いたとき、像面、例えば観察者の網膜上で
は、物体面、例えばスクリーンの各点、各領域からの寄
与が集合されて像を形成すると考えることができる。こ
の際、物体表面には、波長程度以上の深さの凹凸がある
のが自然であるから、像面では複雑な位相関係の光束が
重なり合っており、それらの光束が互いに可干渉であれ
ば、干渉の結果、複雑な明暗のパターンを生じる。これ
が、スペックルであり、画像表示装置であれば、著しく
画質を損なう原因となる。半導体レーザの場合も、一般
的にスペックルノイズを生じさせるには十分な可干渉性
を有しており問題になる。
置の照明に用いたとき、像面、例えば観察者の網膜上で
は、物体面、例えばスクリーンの各点、各領域からの寄
与が集合されて像を形成すると考えることができる。こ
の際、物体表面には、波長程度以上の深さの凹凸がある
のが自然であるから、像面では複雑な位相関係の光束が
重なり合っており、それらの光束が互いに可干渉であれ
ば、干渉の結果、複雑な明暗のパターンを生じる。これ
が、スペックルであり、画像表示装置であれば、著しく
画質を損なう原因となる。半導体レーザの場合も、一般
的にスペックルノイズを生じさせるには十分な可干渉性
を有しており問題になる。
【０００９】また、レーザを用いた画像表示の別の方法
として、レーザ走査型の構成も知られているが、この場
合にもスペックルノイズが問題となる。一般的にレーザ
走査型の画像表示装置の基本構成は、レーザ光源からの
出射光をレンズで集光し、そのスポットをスクリーン上
の一点に投影し、光路中に配置した偏向器で集光スポッ
トをスクリーン上で２次元的に走査して画像を表示する
もので、人間はそのスクリーンからの透過光あるいは反
射光を見ることになる。
として、レーザ走査型の構成も知られているが、この場
合にもスペックルノイズが問題となる。一般的にレーザ
走査型の画像表示装置の基本構成は、レーザ光源からの
出射光をレンズで集光し、そのスポットをスクリーン上
の一点に投影し、光路中に配置した偏向器で集光スポッ
トをスクリーン上で２次元的に走査して画像を表示する
もので、人間はそのスクリーンからの透過光あるいは反
射光を見ることになる。
【００１０】このとき、網膜上の像面では、集光スポッ
ト内の光束がスクリーンでのランダムな位相変化を伴っ
て像点で重なることになる。こうして網膜上で重なる光
束の、光源からの光路長差は極めて小さく、互いに干渉
してスペックルが生じることになる。
ト内の光束がスクリーンでのランダムな位相変化を伴っ
て像点で重なることになる。こうして網膜上で重なる光
束の、光源からの光路長差は極めて小さく、互いに干渉
してスペックルが生じることになる。
【００１１】スペックルノイズは、半導体レーザに限ら
ず、高いコヒーレンスを有するレーザ光源に共通の問題
であり、従来より解決の試みが多く行われてきた。その
代表的な方法の一つは、回転拡散板を用いる方法であ
る。これは照明光源から被照明面の間に擦りガラスのよ
うなランダムな拡散板を挿入し、それを回転させること
により、像面に生じるスペックルパターンを時間的に変
動させ、受光系の応答速度内での積分効果によりパター
ンを平均化する方法である。例えば、人間の目の場合そ
の応答速度は３０ｍｓｅｃ程度といわれており、その時
間内にパターンが幾重にも変動するような十分な速度で
拡散板を回転させれば、人間の目には、スペックルパタ
ーンはほどんど認識できなくすることができる。
ず、高いコヒーレンスを有するレーザ光源に共通の問題
であり、従来より解決の試みが多く行われてきた。その
代表的な方法の一つは、回転拡散板を用いる方法であ
る。これは照明光源から被照明面の間に擦りガラスのよ
うなランダムな拡散板を挿入し、それを回転させること
により、像面に生じるスペックルパターンを時間的に変
動させ、受光系の応答速度内での積分効果によりパター
ンを平均化する方法である。例えば、人間の目の場合そ
の応答速度は３０ｍｓｅｃ程度といわれており、その時
間内にパターンが幾重にも変動するような十分な速度で
拡散板を回転させれば、人間の目には、スペックルパタ
ーンはほどんど認識できなくすることができる。
【００１２】しかしながら、回転拡散板は、本来、光を
発散させる作用を持つから、光学系に挿入した場合に
は、入射光の損失を生じることになる。特に、レーザ走
査型の場合には，回転拡散板を介した後に、スクリーン
上で集光できる光量に対し損失は大となる。また、モー
ターで回転させる回転拡散板は、体積をとるうえ、エネ
ルギーを消費し、駆動音を生じるなど、民生用の画像表
示装置として好ましくない。
発散させる作用を持つから、光学系に挿入した場合に
は、入射光の損失を生じることになる。特に、レーザ走
査型の場合には，回転拡散板を介した後に、スクリーン
上で集光できる光量に対し損失は大となる。また、モー
ターで回転させる回転拡散板は、体積をとるうえ、エネ
ルギーを消費し、駆動音を生じるなど、民生用の画像表
示装置として好ましくない。
【００１３】スペックルノイズを低減させる別の方法
は、ある程度のコヒーレンス長を有するコヒーレント光
を複数の光束に分割し、互いにコヒーレンス長程度以上
の光路差を与えた後、再び合流あるいは配列させる方法
である。この低減方法は、各々の光束間で非可干渉とな
るので、分割される光束数が多いほど、合流あるいは配
列されたコヒーレント光の空間的なコヒーレンス度を低
減することができる。具体的な既知の構成としては、フ
ァイバーバンドルが知られている。この方法において
は、複数のファイバーを束ね、各ファイバーの長さに、
入射する光源のコヒーレンス長より長い光路差を与えて
おく。ファイバーの両端は揃えておき、一端より光を入
射すると、他端ではそれぞれのファイバーからの出射光
は互いに非可干渉となり、全体としての空間コヒーレン
スは低減する。したがって、これを照明等の光源として
用いた場合は、被照射面のスペックルを低減させること
ができるという方法である。
は、ある程度のコヒーレンス長を有するコヒーレント光
を複数の光束に分割し、互いにコヒーレンス長程度以上
の光路差を与えた後、再び合流あるいは配列させる方法
である。この低減方法は、各々の光束間で非可干渉とな
るので、分割される光束数が多いほど、合流あるいは配
列されたコヒーレント光の空間的なコヒーレンス度を低
減することができる。具体的な既知の構成としては、フ
ァイバーバンドルが知られている。この方法において
は、複数のファイバーを束ね、各ファイバーの長さに、
入射する光源のコヒーレンス長より長い光路差を与えて
おく。ファイバーの両端は揃えておき、一端より光を入
射すると、他端ではそれぞれのファイバーからの出射光
は互いに非可干渉となり、全体としての空間コヒーレン
スは低減する。したがって、これを照明等の光源として
用いた場合は、被照射面のスペックルを低減させること
ができるという方法である。
【００１４】しかしながら、ファイバーバンドルを用い
る方法には以下のような問題点がある。例えば、５１本
の光ファイバーを束ねて各々の長さの差を１ｃｍとした
場合には、最短の光ファイバーと最長の光ファイバーと
の長さの差は５０ｃｍとなる。そして、その両端を揃え
て例えば画像表示装置内に納めるにほ大きな体積が必要
であり、画像表示装置の小型化を図る上での阻害要因と
なる。また、ファイバーバンドルの入射端の開口率は１
以下であるため、入射するコヒーレント光をファイバー
バンドルに結合する際に損失が生じる。さらに、出射端
では各ファイバーから光束が出射され、すなわち、出射
光は広がった面積をもった出射口の各点から発散する光
束で構成されることになり、後段の光学系で損失を生じ
る原因ともなる。さらに、ファイバーバンドルのような
装置を大量に生産するのは基本的に困難であり、これも
また、民生用の画像表示装置には不向きである。
る方法には以下のような問題点がある。例えば、５１本
の光ファイバーを束ねて各々の長さの差を１ｃｍとした
場合には、最短の光ファイバーと最長の光ファイバーと
の長さの差は５０ｃｍとなる。そして、その両端を揃え
て例えば画像表示装置内に納めるにほ大きな体積が必要
であり、画像表示装置の小型化を図る上での阻害要因と
なる。また、ファイバーバンドルの入射端の開口率は１
以下であるため、入射するコヒーレント光をファイバー
バンドルに結合する際に損失が生じる。さらに、出射端
では各ファイバーから光束が出射され、すなわち、出射
光は広がった面積をもった出射口の各点から発散する光
束で構成されることになり、後段の光学系で損失を生じ
る原因ともなる。さらに、ファイバーバンドルのような
装置を大量に生産するのは基本的に困難であり、これも
また、民生用の画像表示装置には不向きである。
【００１５】ところで、いかなる光路長差を生起する手
段を用いたとしても、シングルモードのパワースペクト
ラムを有するコヒーレント光光源から出射されるコヒー
レント光のコヒーレンス長は一般的に十分長いため、空
間コヒーレンスを低減するのには限界がある。例えば、
光源としてシングルモードの半導体レーザを用いる場
合、その典型的なスペクトラム幅は１００ＭＨｚであ
り、したがって、コヒーレンス長は３ｍ程度となる。こ
のように長い光路差を生起する光学系は、相当の体積を
要し、民生用の画像表示装置に用いる上での大きな阻害
要因である。
段を用いたとしても、シングルモードのパワースペクト
ラムを有するコヒーレント光光源から出射されるコヒー
レント光のコヒーレンス長は一般的に十分長いため、空
間コヒーレンスを低減するのには限界がある。例えば、
光源としてシングルモードの半導体レーザを用いる場
合、その典型的なスペクトラム幅は１００ＭＨｚであ
り、したがって、コヒーレンス長は３ｍ程度となる。こ
のように長い光路差を生起する光学系は、相当の体積を
要し、民生用の画像表示装置に用いる上での大きな阻害
要因である。
【００１６】そこで本発明は、上述の実情に鑑みて提案
されるものであって、コンパクトで産業的に大量生産可
能な構成でありながら、空間コヒーレンスの低減あるい
はスペックルの低減を可能にした照明装置及びこれを具
備した画像表示装置を提供しようとするものである。
されるものであって、コンパクトで産業的に大量生産可
能な構成でありながら、空間コヒーレンスの低減あるい
はスペックルの低減を可能にした照明装置及びこれを具
備した画像表示装置を提供しようとするものである。
【００１７】
【問題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る照明装置は、コヒーレント光を発する
光源からの出射光束を複数の領域に分割し分割された各
領域が略々同一の被照射面を照明する照明装置であっ
て、被照射面上の任意の一点に至る光源からの光路差が
複数の領域のうち少なくとも２つの領域で異なっている
ことを特徴とするものである。
め、本発明に係る照明装置は、コヒーレント光を発する
光源からの出射光束を複数の領域に分割し分割された各
領域が略々同一の被照射面を照明する照明装置であっ
て、被照射面上の任意の一点に至る光源からの光路差が
複数の領域のうち少なくとも２つの領域で異なっている
ことを特徴とするものである。
【００１８】また、本発明に係る照明方法は、コヒーレ
ント光を発する光源からの出射光束を複数の領域に分割
し分割された各領域により略々同一の被照射面を照明す
るにあたって、被照射面上の任意の一点に至る光源から
の光路差を複数の領域のうち少なくとも２つの領域で異
ならせることを特徴とするものである。
ント光を発する光源からの出射光束を複数の領域に分割
し分割された各領域により略々同一の被照射面を照明す
るにあたって、被照射面上の任意の一点に至る光源から
の光路差を複数の領域のうち少なくとも２つの領域で異
ならせることを特徴とするものである。
【００１９】そして、本発明に係る画像表示装置は、上
述の照明装置を備える画像表示装置であって、光源から
の出射光束を被照射面の各部に導く空間光変調素子ある
いは空間光偏向素子を備え、空間光変調素子あるいは空
間光偏向素子は、細分に区画された画素ごとに画像信号
に応じて透過率、透過方向、反射率、反射方向の少なく
ともいずれかを変化させる機能を有し、被照明面に反射
光あるいは透過光を投影して画像を表示することを特徴
とするものである。
述の照明装置を備える画像表示装置であって、光源から
の出射光束を被照射面の各部に導く空間光変調素子ある
いは空間光偏向素子を備え、空間光変調素子あるいは空
間光偏向素子は、細分に区画された画素ごとに画像信号
に応じて透過率、透過方向、反射率、反射方向の少なく
ともいずれかを変化させる機能を有し、被照明面に反射
光あるいは透過光を投影して画像を表示することを特徴
とするものである。
【００２０】また、本発明に係る画像表示装置は、屈折
率或いは厚みが空間的に分布する透明体と、集光レンズ
と、光源からの出射光束を被照射面の各部に導く空間光
偏向素子とを備え、空間光偏向素子は、被照明面に、反
射光あるいは透過光を投影して画像を表示し、光路中に
配設された透明体は、光源から照射点に至る光路長を透
明体の通過位置により異ならせることを特徴とするもの
である。
率或いは厚みが空間的に分布する透明体と、集光レンズ
と、光源からの出射光束を被照射面の各部に導く空間光
偏向素子とを備え、空間光偏向素子は、被照明面に、反
射光あるいは透過光を投影して画像を表示し、光路中に
配設された透明体は、光源から照射点に至る光路長を透
明体の通過位置により異ならせることを特徴とするもの
である。
【００２１】さらに、本発明に係る画像表示装置は、集
光レンズと、空間光偏向素子とを備え、空間光偏向素子
は、被照明面に反射光あるいは透過光を投影して画像を
表示し、集光レンズは、光軸を中心に半径方向に周期的
に厚み、あるいは、屈折率が変化するフレネルレンズで
あって、光源から被照射面の少なくとも光軸上の一点に
至る光束の光路差が集光レンズの透過位置によって異な
らせることを特徴とするものである。
光レンズと、空間光偏向素子とを備え、空間光偏向素子
は、被照明面に反射光あるいは透過光を投影して画像を
表示し、集光レンズは、光軸を中心に半径方向に周期的
に厚み、あるいは、屈折率が変化するフレネルレンズで
あって、光源から被照射面の少なくとも光軸上の一点に
至る光束の光路差が集光レンズの透過位置によって異な
らせることを特徴とするものである。
【００２２】上述した手段においては、入射するコヒー
レント光はその光軸に垂直な面内に２次元的に分割さ
れ、互いに光路差が生起された複数の光束となる。ま
た、各光束は、所定の間隔で２次元的に配列して、各々
レンズアレイを構成するレンズの一つを通過して出射さ
れる。出射された複数の光束は、略々同一の焦点位置を
有し、後段に配設された集光レンズにより被照射面へと
至る。その際、被照射面は、集光レンズの後側焦点位置
に配設され、すなわち、各分割された光束は、焦点面上
の略々同一の領域を照射されることになる。したがっ
て、被照射領域内の一点に至る光束は、互いに光路差の
生起された複数の光束の重ね合わせで構成されることに
なり、光路差を適当に選択することによって、互いにイ
ンコヒーレントとし、被照射面でのスペックルを低減す
ることができる。
レント光はその光軸に垂直な面内に２次元的に分割さ
れ、互いに光路差が生起された複数の光束となる。ま
た、各光束は、所定の間隔で２次元的に配列して、各々
レンズアレイを構成するレンズの一つを通過して出射さ
れる。出射された複数の光束は、略々同一の焦点位置を
有し、後段に配設された集光レンズにより被照射面へと
至る。その際、被照射面は、集光レンズの後側焦点位置
に配設され、すなわち、各分割された光束は、焦点面上
の略々同一の領域を照射されることになる。したがっ
て、被照射領域内の一点に至る光束は、互いに光路差の
生起された複数の光束の重ね合わせで構成されることに
なり、光路差を適当に選択することによって、互いにイ
ンコヒーレントとし、被照射面でのスペックルを低減す
ることができる。
【００２３】また、本発明では、さらに、光路中のレン
ズの少なくとも一つをフレネルレンズとすれば、それは
光路差を発生する光学素子と通常のレンズを組み合わせ
た作用を有するため、そのフレネルレンズの共役な２点
間での光路長が、透過するフレネルレンズの部分により
異なることを利用して、光路長差を発生し、構成要素の
数を増加させることなく、被照射面のスペックルノイズ
を低減させることができる。
ズの少なくとも一つをフレネルレンズとすれば、それは
光路差を発生する光学素子と通常のレンズを組み合わせ
た作用を有するため、そのフレネルレンズの共役な２点
間での光路長が、透過するフレネルレンズの部分により
異なることを利用して、光路長差を発生し、構成要素の
数を増加させることなく、被照射面のスペックルノイズ
を低減させることができる。
【００２４】また、本発明に係る照明装置を画像表示装
置に用いれば、スペックルの低減により、高品位の画像
を得ることが可能になる。
置に用いれば、スペックルの低減により、高品位の画像
を得ることが可能になる。
【００２５】ところで、入射するコヒーレント光が、複
数の異なる波長を有する、例えば光源にマルチモードの
半導体レーザを用いた場合には、以下に説明する作用を
得ることができる。特願平１０−１３７８２３号にその
詳細を示すように、一般にマルチモートレーザは、レー
ザの共振器長で決まる一定間隔の複数の発振周波数を有
し、パワースペクトラムから求まるコヒーレンス度も、
一走間隔の極大を示す。一般に距離の関数として表した
コヒーレンス度が、距離０での値に対して最初に１／２
になるまでの距離は、単一波長で発振する同様な媒体を
用いたレーザのコヒーレンス長よりも遙かに短い。ま
た、コヒーレンス度の周期性を利用すれば、コヒーレン
ス長よりも短い距離で２光束間のコヒーレンスを低減す
ることができる。したがって、同一の照明装置、あるい
は画像表示装置を構成したとき、コヒーレント光光源に
マルチモードレーザを用いた場合には、より効果的にス
ペックルを低減することができる。
数の異なる波長を有する、例えば光源にマルチモードの
半導体レーザを用いた場合には、以下に説明する作用を
得ることができる。特願平１０−１３７８２３号にその
詳細を示すように、一般にマルチモートレーザは、レー
ザの共振器長で決まる一定間隔の複数の発振周波数を有
し、パワースペクトラムから求まるコヒーレンス度も、
一走間隔の極大を示す。一般に距離の関数として表した
コヒーレンス度が、距離０での値に対して最初に１／２
になるまでの距離は、単一波長で発振する同様な媒体を
用いたレーザのコヒーレンス長よりも遙かに短い。ま
た、コヒーレンス度の周期性を利用すれば、コヒーレン
ス長よりも短い距離で２光束間のコヒーレンスを低減す
ることができる。したがって、同一の照明装置、あるい
は画像表示装置を構成したとき、コヒーレント光光源に
マルチモードレーザを用いた場合には、より効果的にス
ペックルを低減することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体レーザ等のコヒ
ーレント光を発する光源から出射されるコヒーレント光
を扱う照明装置及びこれを具備する画像表示装置に適用
することができる。
ーレント光を発する光源から出射されるコヒーレント光
を扱う照明装置及びこれを具備する画像表示装置に適用
することができる。
【００２７】以下、本発明を適用した実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００２８】〔実施の形態１〕本発明に係る照明装置
は、図１に示すように、コヒーレント光源からの出射光
の光軸上に各光学素子が配置されて構成されている。
は、図１に示すように、コヒーレント光源からの出射光
の光軸上に各光学素子が配置されて構成されている。
【００２９】コヒーレント光源には、図１１にそのスペ
クトラムを示すように、複数の波長で発振するいわゆる
マルチモードの半導体レーザ１１が用いられる。この半
導体レーザ１１からの出射光のコヒーレンス度は、パワ
ースペクトラムのフーリエ変換より求められ、一般的
に、図１２に示すように、周期的な極大を有する。コヒ
ーレンス度を距離を単位として表したときの第一の極大
波形の半値幅、すなわち、コヒーレンス度が、距離０で
の値に対して最初に１／２になるまでの距離をｌcと表
す。したがって、第１の極大波形の半値全幅は、２ｌc
となる。
クトラムを示すように、複数の波長で発振するいわゆる
マルチモードの半導体レーザ１１が用いられる。この半
導体レーザ１１からの出射光のコヒーレンス度は、パワ
ースペクトラムのフーリエ変換より求められ、一般的
に、図１２に示すように、周期的な極大を有する。コヒ
ーレンス度を距離を単位として表したときの第一の極大
波形の半値幅、すなわち、コヒーレンス度が、距離０で
の値に対して最初に１／２になるまでの距離をｌcと表
す。したがって、第１の極大波形の半値全幅は、２ｌc
となる。
【００３０】半導体レーザ光源１１を発した光束は、レ
ンズ１２によりコリメートされた後、透明光学素子１３
に至る。透明光学素子１３は、屈折率ｎの光学ガラスか
らなり、厚さが互いに△ｔづつ異なるＮ個の領域から構
成されている。透明光学素子１３の後段には、レンズア
レイ１４が配置されている。レンズアレイ１４は、焦点
位置が互いに等しいＮ個のエレメントレンズが並置され
構成されている。また、エレメントレンズの大きさは、
透明光学素子１３を構成する領域の大きさに略々等し
く、透明光学素子１３で分割された各々の領域が、エレ
メントレンズの一つに略々一対一に相当するよう配置さ
れている。
ンズ１２によりコリメートされた後、透明光学素子１３
に至る。透明光学素子１３は、屈折率ｎの光学ガラスか
らなり、厚さが互いに△ｔづつ異なるＮ個の領域から構
成されている。透明光学素子１３の後段には、レンズア
レイ１４が配置されている。レンズアレイ１４は、焦点
位置が互いに等しいＮ個のエレメントレンズが並置され
構成されている。また、エレメントレンズの大きさは、
透明光学素子１３を構成する領域の大きさに略々等し
く、透明光学素子１３で分割された各々の領域が、エレ
メントレンズの一つに略々一対一に相当するよう配置さ
れている。
【００３１】レンズアレイ１４の後段には、後側焦点距
離ｆを有するレンズ１５が配置され、さらにその後側焦
点位置には、被照射面１６が配置されている。したがっ
て、レンズアレイ１４により分割された光束は、被照射
面１６において同一の領域を照射するように重なること
になる。
離ｆを有するレンズ１５が配置され、さらにその後側焦
点位置には、被照射面１６が配置されている。したがっ
て、レンズアレイ１４により分割された光束は、被照射
面１６において同一の領域を照射するように重なること
になる。
【００３２】すなわち、逆に言えば、被照射面１６上の
一点に至る光束は、透明光学素子１３の各領域及ぴ各エ
レメントレンズを通過した光束の重ね合わせで構成され
る。ところで、被照射面の光軸上の点１７に至る各エレ
メントレンズからの光束には、透明光学素子１３を通過
することにより、それぞれ（ｎ−１）△ｔを単位とした
光路差が生じている。したがって、それがｌcより大で
あれば、各レンズアレイ１４からの光束は、インコヒー
レントに重なり、干渉しない。光軸外の被照射面上の点
でほ光路差は幾分異なってくるが、それらがコヒーレン
ス関数の極大に相当しなければ、互いインコヒーレント
である。このとき、被照射面１６全体として各レンズア
レイ１４からの光束の重ね合わせを互いにインコヒーレ
ントとして、スペックルノイズを低減することができ
る。△ｔ、Ｎ等は、ｌcが与えられたとき、スペックル
ノイズ低減の効果の程度、装置全体の大きさ等を勘案し
て定めることができる。例えば、ｌｃ＝０．２ｍｍのと
き、△ｔ＝０．５ｍｍとして透明光学素子にｎ＝１．８
４のガラスを用い、７×７の領域から構成させると、厚
さの最大部は、おおよそ２．５ｃｍとなる。各領域から
被照射面１６上の一点１７までの光路長には、０．４２
ｍｍを単位とした光路差が生じ、これらはｌcより大で
あり、互いにインコヒーレントである。したがって、被
照射面１６では、スペックルノイズを、概ね１／７に低
減することができる。
一点に至る光束は、透明光学素子１３の各領域及ぴ各エ
レメントレンズを通過した光束の重ね合わせで構成され
る。ところで、被照射面の光軸上の点１７に至る各エレ
メントレンズからの光束には、透明光学素子１３を通過
することにより、それぞれ（ｎ−１）△ｔを単位とした
光路差が生じている。したがって、それがｌcより大で
あれば、各レンズアレイ１４からの光束は、インコヒー
レントに重なり、干渉しない。光軸外の被照射面上の点
でほ光路差は幾分異なってくるが、それらがコヒーレン
ス関数の極大に相当しなければ、互いインコヒーレント
である。このとき、被照射面１６全体として各レンズア
レイ１４からの光束の重ね合わせを互いにインコヒーレ
ントとして、スペックルノイズを低減することができ
る。△ｔ、Ｎ等は、ｌcが与えられたとき、スペックル
ノイズ低減の効果の程度、装置全体の大きさ等を勘案し
て定めることができる。例えば、ｌｃ＝０．２ｍｍのと
き、△ｔ＝０．５ｍｍとして透明光学素子にｎ＝１．８
４のガラスを用い、７×７の領域から構成させると、厚
さの最大部は、おおよそ２．５ｃｍとなる。各領域から
被照射面１６上の一点１７までの光路長には、０．４２
ｍｍを単位とした光路差が生じ、これらはｌcより大で
あり、互いにインコヒーレントである。したがって、被
照射面１６では、スペックルノイズを、概ね１／７に低
減することができる。
【００３３】この照明装置を用いた画像表示装置は、図
２に示すように、図１に示した照明装置と同様の照明部
２１を有し、その被照明面に液晶の空間光変調器２２が
配置されている。液晶の空間変調器２２は、画像信号を
受けて画素ごとにその透過率を制御する働きを有し、そ
の透過光はプロジェクションレンズ２３によりスクリー
ン２４に投影される。
２に示すように、図１に示した照明装置と同様の照明部
２１を有し、その被照明面に液晶の空間光変調器２２が
配置されている。液晶の空間変調器２２は、画像信号を
受けて画素ごとにその透過率を制御する働きを有し、そ
の透過光はプロジェクションレンズ２３によりスクリー
ン２４に投影される。
【００３４】空間光変調器２２において、照明部２１
は、スペックルの低減された照明をし、したがって、そ
の投影であるスクリーンを見る場合においても、スペッ
クルノイズは低減され、高品位な画像を得ることができ
る。
は、スペックルの低減された照明をし、したがって、そ
の投影であるスクリーンを見る場合においても、スペッ
クルノイズは低減され、高品位な画像を得ることができ
る。
【００３５】〔実施の形態２〕この実施の形態では、半
導体レーザ光源３１と半導体レーザ光源３１からの出射
光をコリメートするレンズ３２、透明光学素子３３、レ
ンズ３４、ファイバー３５、及ぴレンズ３６を構成要素
としている。
導体レーザ光源３１と半導体レーザ光源３１からの出射
光をコリメートするレンズ３２、透明光学素子３３、レ
ンズ３４、ファイバー３５、及ぴレンズ３６を構成要素
としている。
【００３６】半導体レーザ光源３１、レンズ３２及び透
明光学素子３３は、上述の〔実施の形態１〕で示した半
導体レーザ光源１１、レンズ１２、及び透明光学素子１
３と基本的に同一の作用を有する。
明光学素子３３は、上述の〔実施の形態１〕で示した半
導体レーザ光源１１、レンズ１２、及び透明光学素子１
３と基本的に同一の作用を有する。
【００３７】半導体レーザ光源３１を発した光束は、レ
ンズ３２によりコリメートされた後、透明光学素子３３
に至る。光束は透明光学素子３３を透過することによ
り、その強度分布は変化をほとんど受けないものの光路
差の生じた複数の領域で構成されることになる。光束
は、さらに、レンズ３４により集光され、ファイバー３
５に導かれる。光束はファイバー３５の複数のモードに
結合し、出射光をレンズ３６により集光して被照射面３
７を照明するよう構成される。この際、透明光学素子の
各領域を透過した光束は、ファイバー３５を通過するこ
とにより、その出射光束内では混合されることになる。
すなわち、被照射面３７上の一点に至る光束は、透明光
学素子３３の複数の領域を通過した光束の重なりで構成
されることになる。
ンズ３２によりコリメートされた後、透明光学素子３３
に至る。光束は透明光学素子３３を透過することによ
り、その強度分布は変化をほとんど受けないものの光路
差の生じた複数の領域で構成されることになる。光束
は、さらに、レンズ３４により集光され、ファイバー３
５に導かれる。光束はファイバー３５の複数のモードに
結合し、出射光をレンズ３６により集光して被照射面３
７を照明するよう構成される。この際、透明光学素子の
各領域を透過した光束は、ファイバー３５を通過するこ
とにより、その出射光束内では混合されることになる。
すなわち、被照射面３７上の一点に至る光束は、透明光
学素子３３の複数の領域を通過した光束の重なりで構成
されることになる。
【００３８】したがって、透明光学素子１３において生
じる（ｎ−１）△ｔの光路差がｌcより大であれば、フ
ァイバー３５を導波することによる各モード間の光路差
は僅かであるとして、基本的に被照明面３７で各領域か
らの光束はインコヒーレントに重なり合い、スペックル
ノイズは低減されることになる。
じる（ｎ−１）△ｔの光路差がｌcより大であれば、フ
ァイバー３５を導波することによる各モード間の光路差
は僅かであるとして、基本的に被照明面３７で各領域か
らの光束はインコヒーレントに重なり合い、スペックル
ノイズは低減されることになる。
【００３９】この照明装置を用いたプロジェクション型
の画像表示装置は、図４に示すように、照明部４１は、
図３に示した照明装置と同様である。その被照明面に
は、液晶の空間変調器４２が配置されている。液晶の空
間変調器４２の透過光は、プロジェクションレンズ４３
によりスクリーン４４に投影され、画像を表示する。こ
の場合も、上述の〔実施の形態１〕で説明したのと同様
に、スペックルノイズの低減された高品位な画像を得る
ことができる。
の画像表示装置は、図４に示すように、照明部４１は、
図３に示した照明装置と同様である。その被照明面に
は、液晶の空間変調器４２が配置されている。液晶の空
間変調器４２の透過光は、プロジェクションレンズ４３
によりスクリーン４４に投影され、画像を表示する。こ
の場合も、上述の〔実施の形態１〕で説明したのと同様
に、スペックルノイズの低減された高品位な画像を得る
ことができる。
【００４０】上述の照明装置を用いたスキャン型の画像
表示装置は、図５に示すように、照明部５１は、図３に
示した照明装置と同様である。集光レンズ５２は、ファ
イバーの出射光をスクリーン５４上の一点を照射するよ
う配設されている。またレンズ５２とスクリーン５４と
の光路中には光偏向器５３が配置されており、その照射
スポットはスクリーン上で走査させることができる。
表示装置は、図５に示すように、照明部５１は、図３に
示した照明装置と同様である。集光レンズ５２は、ファ
イバーの出射光をスクリーン５４上の一点を照射するよ
う配設されている。またレンズ５２とスクリーン５４と
の光路中には光偏向器５３が配置されており、その照射
スポットはスクリーン上で走査させることができる。
【００４１】したがって、例えば３０Ｈｚのビデオ周波
数でスクリーンを走査させ映像信号にしたがって半導体
レーザの動作電流を制御すれば、画像を表示することが
できる。この場合、人間は目の積分時間範囲内にある照
射点を視覚して、画面全体を認識するのであるが、その
画面を構成する各画素のスペックルノイズは低減されて
おり、したがって画面全体に認識されるスペックルノイ
ズも低減させることができる。
数でスクリーンを走査させ映像信号にしたがって半導体
レーザの動作電流を制御すれば、画像を表示することが
できる。この場合、人間は目の積分時間範囲内にある照
射点を視覚して、画面全体を認識するのであるが、その
画面を構成する各画素のスペックルノイズは低減されて
おり、したがって画面全体に認識されるスペックルノイ
ズも低減させることができる。
【００４２】〔実施の形態３〕この実施の形態では、図
６に示すように、マルチモード半導体レーザ光源６１と
マルチモード半導体レーザ光源６１からの出射光をコリ
メートするレンズ６２、透明光学素子６３、レンズ６
４、及び光偏向器６５を構成要素としている。
６に示すように、マルチモード半導体レーザ光源６１と
マルチモード半導体レーザ光源６１からの出射光をコリ
メートするレンズ６２、透明光学素子６３、レンズ６
４、及び光偏向器６５を構成要素としている。
【００４３】半導体レーザ光源６１、レンズ６２及び透
明光学素子６３は、上述の〔実施の形態１〕で示した半
導体レーザ光源１１、レンズ１２、及び透明光学素子１
３と基本的に同一の作用を有する。
明光学素子６３は、上述の〔実施の形態１〕で示した半
導体レーザ光源１１、レンズ１２、及び透明光学素子１
３と基本的に同一の作用を有する。
【００４４】半導体レーザ光源６１を発した光束は、レ
ンズ６２によりコリメートされた後、透明光学素子６３
に至る。光束は、透明光学素子６３を透過することによ
り、その強度分布は変化をほとんど受けないものの、光
路差の生じた複数の領域で構成されることになる。光束
は、さらに、レンズ６４により、スクリーン上の一点で
略々焦点を結ぶよう構成されており、光偏向器６５によ
りその照射点が走査されることによって画像を表示す
る。光束は、透明光学素子６３の透過直後では、互いに
光路長差の生じた複数の領域が並置された分布となって
いるが、それがレンズ６４によりスクリーン上に略々焦
点を結び、微小な照射点となると、その照射点内を観察
することにより人間の網膜上に生じる光束の点像におい
ては、重なりを生じ、スペックルの低減効果を得ること
ができる。
ンズ６２によりコリメートされた後、透明光学素子６３
に至る。光束は、透明光学素子６３を透過することによ
り、その強度分布は変化をほとんど受けないものの、光
路差の生じた複数の領域で構成されることになる。光束
は、さらに、レンズ６４により、スクリーン上の一点で
略々焦点を結ぶよう構成されており、光偏向器６５によ
りその照射点が走査されることによって画像を表示す
る。光束は、透明光学素子６３の透過直後では、互いに
光路長差の生じた複数の領域が並置された分布となって
いるが、それがレンズ６４によりスクリーン上に略々焦
点を結び、微小な照射点となると、その照射点内を観察
することにより人間の網膜上に生じる光束の点像におい
ては、重なりを生じ、スペックルの低減効果を得ること
ができる。
【００４５】〔実施の形態４〕この実施の形態では、図
７に示すように、半導体レーザ光源７１と半導体レーザ
光源７１からの出射光をコリメートするレンズ７２、レ
ンズアレイ７３、及ぴフレネルレンズ７４を基本構成と
する。
７に示すように、半導体レーザ光源７１と半導体レーザ
光源７１からの出射光をコリメートするレンズ７２、レ
ンズアレイ７３、及ぴフレネルレンズ７４を基本構成と
する。
【００４６】ここで半導体レーザ光源７１、レンズ７２
及ぴレンズアレイ７３は基本的に上述の〔実施の形態
１〕で示した半導体レーザ光源１１、レンズ１２、及び
レンズアレイ１４と同一の作用を有する。
及ぴレンズアレイ７３は基本的に上述の〔実施の形態
１〕で示した半導体レーザ光源１１、レンズ１２、及び
レンズアレイ１４と同一の作用を有する。
【００４７】フレネルレンズ７４は、レンズアレイにて
分割される領域の大きさａに略々等しい周期でその厚さ
が変化し、各領域で平均の厚さは略々等しくなるように
設計されている。したがって、例えば光軸上に位置する
エレメントレンズ７５と、隣接するエレメントレンズ７
６からの光束の光路長には、被照射面７７の光軸上の点
７８では、 ａsin｛tan-1（ａ／ｆ）｝ の光路差が生じる。
分割される領域の大きさａに略々等しい周期でその厚さ
が変化し、各領域で平均の厚さは略々等しくなるように
設計されている。したがって、例えば光軸上に位置する
エレメントレンズ７５と、隣接するエレメントレンズ７
６からの光束の光路長には、被照射面７７の光軸上の点
７８では、 ａsin｛tan-1（ａ／ｆ）｝ の光路差が生じる。
【００４８】ここで、ｆは、フレネルレンズ７４と被照
射面７７間の距離であり、フレネルレンズ７４の焦点距
離に等しい。したがって、ａ及ぴｆを適当に選ぶことに
よって、被照射面７７上での光束をインコヒーレントな
光束の重ね合わせとし、スペックルノイズを低減するこ
とができる。
射面７７間の距離であり、フレネルレンズ７４の焦点距
離に等しい。したがって、ａ及ぴｆを適当に選ぶことに
よって、被照射面７７上での光束をインコヒーレントな
光束の重ね合わせとし、スペックルノイズを低減するこ
とができる。
【００４９】ところで、フレネルレンズ７４は、図１０
に示すように、階段状に厚さが変化する透明光学素子１
０１とレンズ１０２の一組と等価な作用を持つ。したが
って、図７に示した実施の形態におけるスペックル低減
は、図１に示す〔実施の形態１〕と基本的に同様の効果
を得られるようにしながら、構成部品点数を一点削減し
たものと考えることもできる。図７に示す実施の形態で
は、フレネルレンズ７４は、各領域で平均の厚さを持つ
ものとしたが、それに限られず、被照射面上７７での各
要素からの光路差がインコヒーレントとなるよう、最適
化された透明光学部品を組み含わせたのものと等価にな
るように設計することができる。さらに、フレネルレン
ズの周期は、レンズアレイの周期と必ずしも同一である
必要はない。
に示すように、階段状に厚さが変化する透明光学素子１
０１とレンズ１０２の一組と等価な作用を持つ。したが
って、図７に示した実施の形態におけるスペックル低減
は、図１に示す〔実施の形態１〕と基本的に同様の効果
を得られるようにしながら、構成部品点数を一点削減し
たものと考えることもできる。図７に示す実施の形態で
は、フレネルレンズ７４は、各領域で平均の厚さを持つ
ものとしたが、それに限られず、被照射面上７７での各
要素からの光路差がインコヒーレントとなるよう、最適
化された透明光学部品を組み含わせたのものと等価にな
るように設計することができる。さらに、フレネルレン
ズの周期は、レンズアレイの周期と必ずしも同一である
必要はない。
【００５０】また、フレネルレンズは、厚さの変化する
透明光学素子をレンズと一体化したものであるという考
えによれば、図７におけるフレネルレンズ７４の代わり
に、レンズ７２をフレネルレンズとする構成でも、同様
の効果が得られる。また、レンズ７２とフレネルレンズ
７４の両方をフレネルレンズとしても構わない。このよ
うに両方をフレネルレンズとすると、光学系の大きさを
略々同様としながらも、各光束間の光路差をより大とす
ることができる。
透明光学素子をレンズと一体化したものであるという考
えによれば、図７におけるフレネルレンズ７４の代わり
に、レンズ７２をフレネルレンズとする構成でも、同様
の効果が得られる。また、レンズ７２とフレネルレンズ
７４の両方をフレネルレンズとしても構わない。このよ
うに両方をフレネルレンズとすると、光学系の大きさを
略々同様としながらも、各光束間の光路差をより大とす
ることができる。
【００５１】さらに、本実施の形態の照明装置を用いた
画像表示装置も、基本的に図２にて示した画像表示装置
と略々同様にして構成することができる。すなわち、図
７に示す照明装置を図２における照明装置２１部分に用
いれば、同様にしてスペックルの低減されたプロジェク
ター型画像表示装置を構成することができる。
画像表示装置も、基本的に図２にて示した画像表示装置
と略々同様にして構成することができる。すなわち、図
７に示す照明装置を図２における照明装置２１部分に用
いれば、同様にしてスペックルの低減されたプロジェク
ター型画像表示装置を構成することができる。
【００５２】〔実施の形態５〕この実施の形態では、図
８に示すように、半導体レ一ザ光源８１とフレネルレン
ズ８２、８３、ファイバー８４、及ぴレンズ８５を構成
要素としている。半導体レーザ光源８１は、基本的に上
述の〔実施の形態１〕で示した半導体レーザ光源１１と
同一の特徴を有する。
８に示すように、半導体レ一ザ光源８１とフレネルレン
ズ８２、８３、ファイバー８４、及ぴレンズ８５を構成
要素としている。半導体レーザ光源８１は、基本的に上
述の〔実施の形態１〕で示した半導体レーザ光源１１と
同一の特徴を有する。
【００５３】コヒーレント光源８１を発した光束は、フ
レネルレンズ８２、８３により集光され、ファイバー８
４に導かれる。この際、半導体レーザ光源８１からファ
イバー入射端面８６に至る光路長は、フレネルレンズの
通過位置により異なる。すなわち、光軸を透過する光束
の光路長が最短となり、それに対してｄ離れたレンズ周
辺部を透過する光束の光路長は、 ｄ（sin｛tan-1（ｄ／ｆ1）｝＋sin｛tan-1（ｄ／
ｆ2）｝） だけ長いことになる。ここで、ｆ1、ｆ2は、それぞれ、
フレネルレンズ７２、７３の焦点距離である。したがっ
て、この光路差をｌcより十分に大とすれば、被照射面
に至る光束は、インコヒーレントな光束の重ね合わせと
なり、スペックルノイズを低減することができる。
レネルレンズ８２、８３により集光され、ファイバー８
４に導かれる。この際、半導体レーザ光源８１からファ
イバー入射端面８６に至る光路長は、フレネルレンズの
通過位置により異なる。すなわち、光軸を透過する光束
の光路長が最短となり、それに対してｄ離れたレンズ周
辺部を透過する光束の光路長は、 ｄ（sin｛tan-1（ｄ／ｆ1）｝＋sin｛tan-1（ｄ／
ｆ2）｝） だけ長いことになる。ここで、ｆ1、ｆ2は、それぞれ、
フレネルレンズ７２、７３の焦点距離である。したがっ
て、この光路差をｌcより十分に大とすれば、被照射面
に至る光束は、インコヒーレントな光束の重ね合わせと
なり、スペックルノイズを低減することができる。
【００５４】なお、図８ではフレネルレンズを二つ用い
る構成としたが、一方のみがフレネルレンズであって
も、また一つのフレネルレンズで光源の出射光をファイ
バー端面に結合させたとしても、同様の効果が得られ
る。また、フレネルレンズを多段に用いることもでき
る。
る構成としたが、一方のみがフレネルレンズであって
も、また一つのフレネルレンズで光源の出射光をファイ
バー端面に結合させたとしても、同様の効果が得られ
る。また、フレネルレンズを多段に用いることもでき
る。
【００５５】この図８に示す照明装置を用いて画像表示
装置を構成するには、上述の〔実施の形態３〕に倣うこ
とができる。すなわち、図４で示した照明装置４１部分
に用いれば、同様にしてスペックルノイズの低減された
プロジェクター型の画像表示装置を構成することができ
る。また、図５で示した照明装置５１部分に用いれば、
同様にしてスペックルノイズの低減されたスキャン型の
画像表示装置を構成することができる。
装置を構成するには、上述の〔実施の形態３〕に倣うこ
とができる。すなわち、図４で示した照明装置４１部分
に用いれば、同様にしてスペックルノイズの低減された
プロジェクター型の画像表示装置を構成することができ
る。また、図５で示した照明装置５１部分に用いれば、
同様にしてスペックルノイズの低減されたスキャン型の
画像表示装置を構成することができる。
【００５６】〔実施の形態６〕この実施の形態では、図
９に示すように、マルチモード半導体レーザ光源９１と
マルチモード半導体レーザ光源９１からの出射光をコリ
メートするフレネルレンズ９２、９３、さらに光偏向器
９４を構成要素としている。コヒーレント光源９１は、
上述の〔実施の形態１〕で示したコヒーレント光源１１
と基本的に同一の特徴を有する。
９に示すように、マルチモード半導体レーザ光源９１と
マルチモード半導体レーザ光源９１からの出射光をコリ
メートするフレネルレンズ９２、９３、さらに光偏向器
９４を構成要素としている。コヒーレント光源９１は、
上述の〔実施の形態１〕で示したコヒーレント光源１１
と基本的に同一の特徴を有する。
【００５７】半導体レーザ光源９１を発した光束は、フ
レネルレンズ９２、９３によりスクリーン９５上の一点
に略々焦点を結ぶよう構成されており、光路中の光偏向
器９４により照射点は走査されてスキャン型の画像表示
装置を構成する。したがって、半導体レーザ光源９１か
らスクリーン９５上の照射点に至る光束は、フレネルレ
ンズ９２、９３の透過位置により異なり、上述の〔実施
の形態３〕で述べたのと同様の効果によって、画像上の
スペックルノイズを低減することができる。
レネルレンズ９２、９３によりスクリーン９５上の一点
に略々焦点を結ぶよう構成されており、光路中の光偏向
器９４により照射点は走査されてスキャン型の画像表示
装置を構成する。したがって、半導体レーザ光源９１か
らスクリーン９５上の照射点に至る光束は、フレネルレ
ンズ９２、９３の透過位置により異なり、上述の〔実施
の形態３〕で述べたのと同様の効果によって、画像上の
スペックルノイズを低減することができる。
【００５８】なお、上述の各実施の形態の説明は、本発
明の照明装置及ぴ画像表示装置によるスペックル低減の
効果を説明するための基本構成を略線的に示した概略図
を用いた説明であり、その他の光学部品、例えば、半導
体レーザの楕円状の出射光束分布をより真円に近づける
ための、いわゆるアナモルフィックプリズム等を付加し
て、照明光源としてより効果的な構成とすることもでき
る。しかし、その場合でも、スべックルノイズは、上述
の実施の形態で示したのと本質的に同一の効果により低
減することができる。
明の照明装置及ぴ画像表示装置によるスペックル低減の
効果を説明するための基本構成を略線的に示した概略図
を用いた説明であり、その他の光学部品、例えば、半導
体レーザの楕円状の出射光束分布をより真円に近づける
ための、いわゆるアナモルフィックプリズム等を付加し
て、照明光源としてより効果的な構成とすることもでき
る。しかし、その場合でも、スべックルノイズは、上述
の実施の形態で示したのと本質的に同一の効果により低
減することができる。
【００５９】また、図２、図４、図５、図６及び図９に
示した画像表示装置は、簡単化のため、単一の光源の構
成のみを示している。一般的にカラーの画像表示装置に
は、光の３原色が必要であり、その場合は、各色の光源
を組み合わせて使用することとなる。しかし、その場合
も、各色の光源に対する基本構成は本発明にしたがい、
スペックルの低減された画像表示装置を構成することが
できる。
示した画像表示装置は、簡単化のため、単一の光源の構
成のみを示している。一般的にカラーの画像表示装置に
は、光の３原色が必要であり、その場合は、各色の光源
を組み合わせて使用することとなる。しかし、その場合
も、各色の光源に対する基本構成は本発明にしたがい、
スペックルの低減された画像表示装置を構成することが
できる。
【００６０】また、上述の実施の形態の半導体レーザ光
源を、複数のレーザストライプを有するいわゆるマルチ
ストライプレーザとすると、各ストライプからの出射光
間は一般にインコヒーレントであるため、さらに効果的
にスペックルを低減させることができる。あるいは、複
数の半導体レーザを光源に用いた場合でも、基本的に本
発明での照明装置を並置して、同様の効果により、スペ
ックルの低減を図ることができる。
源を、複数のレーザストライプを有するいわゆるマルチ
ストライプレーザとすると、各ストライプからの出射光
間は一般にインコヒーレントであるため、さらに効果的
にスペックルを低減させることができる。あるいは、複
数の半導体レーザを光源に用いた場合でも、基本的に本
発明での照明装置を並置して、同様の効果により、スペ
ックルの低減を図ることができる。
【００６１】また、上述の実施の形態では、複数の周波
数で発振するマルチモードの半導体レーザを光源として
示したが、マルチモード半導体レーザは、本来、複数の
発振波長を有するものでも良いし、本来、単一波長で発
振する半導体レーザの注入電流に高周波信号を重量させ
ることによっても得られる。このようなマルチモードの
半導体レーザは、一般的にｌcが小さく、上述したスペ
ックル低減の効果を得るための構成が比較的容易であ
る。しかしながら、コヒーレント光源としては、マルチ
モードの半導体レーザに限られるものではなく、同様の
原理を用いれば、コヒーレント光源であるレーザ一般に
適用できる。
数で発振するマルチモードの半導体レーザを光源として
示したが、マルチモード半導体レーザは、本来、複数の
発振波長を有するものでも良いし、本来、単一波長で発
振する半導体レーザの注入電流に高周波信号を重量させ
ることによっても得られる。このようなマルチモードの
半導体レーザは、一般的にｌcが小さく、上述したスペ
ックル低減の効果を得るための構成が比較的容易であ
る。しかしながら、コヒーレント光源としては、マルチ
モードの半導体レーザに限られるものではなく、同様の
原理を用いれば、コヒーレント光源であるレーザ一般に
適用できる。
【００６２】
【発明の効果】以上のように、本発明の照明装置及び画
像表示装置によれば、以下のような効果を得ることがで
きる。すなわち、コヒーレント光源からの光束が異なる
光路と光路長をもって被照射面上の一点に至り、かつそ
れらがインコヒーレントに重なるため、被照射面のスペ
ックルノイズを低減できる。また、光路差を発生させる
素子の作製に大きな手間を有することがなく、大量生産
が可能である。さらに、レンズの少なくとも一つをフレ
ネルレンズとする構成により、照明装置を構成する部品
点数を増やすことなく、光路差を発生させ、スペックル
ノイズを低減することができる。さらに、コヒーレント
光源を複数の波長で発振するマルチモードレーザとすれ
ば、生起させるべき光路差が比較的小さいので、全体の
光学系をコンパクトにすることができる。
像表示装置によれば、以下のような効果を得ることがで
きる。すなわち、コヒーレント光源からの光束が異なる
光路と光路長をもって被照射面上の一点に至り、かつそ
れらがインコヒーレントに重なるため、被照射面のスペ
ックルノイズを低減できる。また、光路差を発生させる
素子の作製に大きな手間を有することがなく、大量生産
が可能である。さらに、レンズの少なくとも一つをフレ
ネルレンズとする構成により、照明装置を構成する部品
点数を増やすことなく、光路差を発生させ、スペックル
ノイズを低減することができる。さらに、コヒーレント
光源を複数の波長で発振するマルチモードレーザとすれ
ば、生起させるべき光路差が比較的小さいので、全体の
光学系をコンパクトにすることができる。
【００６３】また、本発明による照明装置を用いて、プ
ロジェクター型あるいはレーザスキャン型の画像表示装
置を構成すれば、スペックルノイズの低減された高品位
な画像表示を得ることができる。
ロジェクター型あるいはレーザスキャン型の画像表示装
置を構成すれば、スペックルノイズの低減された高品位
な画像表示を得ることができる。
【図１】本発明に係る照明装置の構成を示す側面図であ
る。
る。
【図２】本発明に係る画像表示装置の構成を示す側面図
である。
である。
【図３】本発明に係る照明装置の構成の他の形態を示す
側面図である。
側面図である。
【図４】本発明に係る画像表示装置の構成の他の形態を
示す側面図である。
示す側面図である。
【図５】本発明に係る照明装置の構成のさらに他の形態
を示す側面図である。
を示す側面図である。
【図６】本発明に係る画像表示装置の構成のさらに他の
形態を示す側面図である。
形態を示す側面図である。
【図７】フレネルレンズを用いた本発明に係る照明装置
の構成を示す側面図である。
の構成を示す側面図である。
【図８】２枚のフレネルレンズを用いた本発明に係る照
明装置の構成を示す側面図である。
明装置の構成を示す側面図である。
【図９】２枚のフレネルレンズを用いた照明部を用いて
構成した画像表示装置を示す側面図である。
構成した画像表示装置を示す側面図である。
【図１０】フレネルレンズと通常のレンズの形状を示す
側面図である。
側面図である。
【図１１】半導体レーザの発振周波数を示すグラフであ
る。
る。
【図１２】半導体レーザのコヒーレンス度を示すグラフ
である。
である。
１１ 半導体レーザ光源、１３ 透明光学素子、１４
レンズアレイ、７４フレネルレンズ
レンズアレイ、７４フレネルレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/13 Ｇ０２Ｆ 1/13 ２Ｈ０８８ Ｇ０３Ｂ 15/05 Ｇ０３Ｂ 15/05 ９Ａ００１ 21/14 21/14 Ａ Ｆターム(参考） 2G020 CB23 CB26 CB43 CB54 CD35 2H037 AA03 BA03 CA00 CA12 2H038 AA52 BA01 2H053 CA00 CA12 2H087 KA00 KA06 LA24 NA00 PA03 PA17 PB03 RA00 RA26 RA45 RA47 2H088 EA14 EA15 EA18 9A001 BB06 GG11
Claims (31)
- 【請求項１】 コヒーレント光を発する光源からの出射
光束を複数の領域に分割し、分割された各領域が略々同
一の被照射面を照明する照明装置であって、 被照射面上の任意の一点に至る光源からの光路差が、上
記複数の領域のうち少なくとも２つの領域で異なってい
ることを特徴とする照明装置。 - 【請求項２】 光源と被照射面との光路中に、屈折率、
あるいは、厚みが空間的に分布する透明体が配置され、
この透明体を透過させることによって、被照射面上の任
意の一点に至る光源からの光路差が、複数の領域のうち
少なくとも２つの領域で異ならされていることを特徴と
する請求項１記載の照明装置。 - 【請求項３】 コヒーレント光を発する光源と、 複数の要素レンズが並置されたレンズアレイと、 屈折率或いは厚みが空間的に分布する透明体と、 集光レンズとを備え、 上記光源から出射したコヒーレント光が上記レンズアレ
イを通過して略々要素レンズの数に相当する複数の光束
に分割され、上記記集光レンズによって上記複数の光束
が集光レンズの焦点位置において略々同一の被照射領域
を照明し、上記光源から被照射面に至る光路中に上記透
明体を配置することにより、この透明体を透過した光束
の光軸に垂直な面内の少なくとも任意の２点において光
源からの光路長に差異を生じさせることを特徴とする照
明装置。 - 【請求項４】 透明体は複数の領域からなり、かつ、光
束の透過方向の厚さが各領域で異なり、各領域の透過光
とレンズアレイの複数の要素レンズの透過光が略々一対
一に対応するよう配置されていることを特徴とする請求
項３記載の照明装置。 - 【請求項５】 光源からのコヒーレンス光のコヒーレン
ス度を距離の関数として表したとき、コヒーレンス度が
光源からの距離０での値に対して最初に１／２になるま
での距離をｌcとし、透明体が屈折率ｎの透明媒体から
なり、複数の領域のうち光束の通過方向の厚さの最大値
をｄ1、最小値をｄ2とするとき、 （ｄ1−ｄ2）（ｎ−１）＞ｌc が満たされることを特徴とする請求項３記載の照明装
置。 - 【請求項６】 光源は、複数の異なる発振波長を有する
レーザであることを特徴とする請求項３記載の照明装
置。 - 【請求項７】 コヒーレント光を発する光源と、 屈折率或いは厚みが空間的に分布する透明体と、 集光レンズと、 ファイバーとを備え、 上記光源から出射したコヒーレント光が該光源から被照
射面に至る光路中に配置された上記透明体を透過するこ
とにより、光束の光軸に垂直な面内の少なくとも任意の
２点において光源からの光路長に差異を生じ、上記集光
レンズにより上記ファイバーに結合し、このファイバー
の出射光により被照射面を照射することを特徴とする照
明装置。 - 【請求項８】 入射光のコヒーレンス度を距離の関数と
して表したとき、コヒーレンス度が光源からの距離０で
の値に対して最初に１／２になるまでの距離をｌcと
し、フレネルレンズであるのが、第１の集光レンズ及び
第２の集光レンズのいずれか一方のみであり、フレネル
レンズである集光レンズの半径をｒ、焦点距離をｆとす
るとき、 ｒsin｛tan-1（ｒ／ｆ）｝＞ｌc が満たされることを特徴とする請求項７記載の照明装
置。 - 【請求項９】 光源は、複数の異なる発振波長を有する
レーザであることを特徴とする請求項７記載の照明装
置。 - 【請求項１０】 コヒーレント光を発する光源と、 上記光源からの出射光を集光する第１の集光レンズと、 複数の要素レンズが並置されて成るレンズアレイと、 上記レンズアレイの透過光を被照射面上に集光する第２
の集光レンズとを備え、 上記第１の集光レンズ、または、上記第２の集光レンズ
の少なくとも一方は、光軸を中心に半径方向に周期的に
厚み、あるいは、屈折率が変化するフレネルレンズであ
って、上記光源から被照射面の少なくとも光軸上の一点
に至る光束の光路差が、第１、または、第２の集光レン
ズの透過位置によって異なることを特徴とする照明装
置。 - 【請求項１１】 光源からのコヒーレンス光のコヒーレ
ンス度を距離の関数として表したとき、コヒーレンス度
が光源からの距離０での値に対して最初に１／２になる
までの距離をｌcとし、透明体が屈折率ｎの透明媒体か
らなり、複数の領域のうち光束の通過方向の厚さの最大
値をｄ1、最小値をｄ2とするとき、 （ｄ1−ｄ2）（ｎ−１）＞ｌc が満たされることを特徴とする請求項１０記載の照明装
置。 - 【請求項１２】 入射光のコヒーレンス度を距離の関数
として表したとき、コヒーレンス度が光源からの距離０
での値に対して最初に１／２になるまでの距離をｌcと
し、フレネルレンズであるのが、第１の集光レンズ及び
第２の集光レンズの両方であり、各集光レンズの半径を
それぞれｒ1、ｒ2、焦点距離をそれぞれｆ1、ｆ2とする
とき、 ｒ1sin｛tan-1（ｒ1／ｆ1）｝＋ｒ2sin｛tan-1（ｒ2／
ｆ2）｝＞ｌc が満たされることを特徴とする請求項１０記載の照明装
置。 - 【請求項１３】 光源は、複数の異なる発振波長を有す
るレーザであることを特徴とする請求項１０記載の照明
装置。 - 【請求項１４】 フレネルレンズは、同心円状に分割さ
れた複数の領域からなり、各領域内での平均的な厚さが
各領域間で略々一定であり、かつ、複数の領域の数が、
レンズアレイにおける要素レンズの数の１／２より大で
あることを特徴とする請求項１０記載照明装置。 - 【請求項１５】 コヒーレント光を発する光源と、 集光レンズと、 ファイバーとを備え、 上記集光レンズは、光軸を中心に半径方向に周期的に厚
み、あるいは、屈折率が変化するフレネルレンズであっ
て、上記光源からの出射光が該集光レンズにより上記フ
ァイバーに結合し、このファイバーからの出射光により
被照射面を照射し、該光源から該被照射面の少なくとも
光軸上の一点に至る光束の光路差が、該集光レンズの透
過位置によって異なることを特徴とする照明装置。 - 【請求項１６】 光源からのコヒーレンス光のコヒーレ
ンス度を距離の関数として表したとき、コヒーレンス度
が光源からの距離０での値に対して最初に１／２になる
までの距離をｌcとしたとき、光路長の差が、ｌcよりも
大であることを特徴とする請求項１５記載の照明装置。 - 【請求項１７】 光源は、複数の異なる発振波長を有す
るレーザであることを特徴とする請求項１５記載の照明
装置。 - 【請求項１８】 コヒーレント光を発する光源からの出
射光束を複数の領域に分割し、分割された各領域により
略々同一の被照射面を照明するにあたって、 被照射面上の任意の一点に至る光源からの光路差を、上
記複数の領域のうち少なくとも２つの領域で異ならせる
ことを特徴とする照明方法。 - 【請求項１９】 光源と被照射面との光路中に、屈折
率、あるいは、厚みが空間的に分布する透明体を配置
し、この透明体を透過させることによって、被照射面上
の任意の一点に至る光源からの光路差を、複数の領域の
うち少なくとも２つの領域で異ならせることを特徴とす
る請求項１８記載の照明方法。 - 【請求項２０】 コヒーレント光を発する光源と、複数
の要素レンズが並置されたレンズアレイと、屈折率或い
は厚みが空間的に分布する透明体と、集光レンズとを有
し、光源から出射したコヒーレント光がレンズアレイを
通過して略々要素レンズの数に相当する複数の光束に分
割され、集光レンズによって複数の光束が集光レンズの
焦点位置において略々同一の被照射領域を照明し、光源
から被照射面に至る光路中に上記透明体を配置すること
により、この透明体を透過した光束の光軸に垂直な面内
の少なくとも任意の２点において光源からの光路長に差
異を生じさせる照明装置と、 上記照明装置の被照射面配置された空間光変調素子ある
いは空間光偏向素子とを備え、 上記空間光変調素子あるいは空間光偏向素子は、細分に
区画された画素ごとに画像信号に応じて透過率、透過方
向、反射率、反射方向の少なくともいずれかを変化させ
る機能を有し、上記被照明面に、反射光あるいは透過光
を投影して画像を表示することを特徴とする画像表示装
置。 - 【請求項２１】 コヒーレント光を発する光源と、屈折
率或いは厚みが空間的に分布する透明体と、集光レンズ
と、ファイバーとを有し、集光レンズは、光軸を中心に
半径方向に周期的に厚み、あるいは、屈折率が変化する
フレネルレンズであって、光源から被照射面の少なくと
も光軸上の一点に至る光束の光路差が該集光レンズの透
過位置によって異なる照明装置と、 上記照明装置の被照射面配置された空間光変調素子ある
いは空間光偏向素子とを備え、 上記空間光変調素子あるいは空間光偏向素子は、細分に
区画された画素ごとに画像信号に応じて透過率、透過方
向、反射率、反射方向の少なくともいずれかを変化させ
る機能を有し、上記被照明面に、反射光あるいは透過光
を投影して画像を表示することを特徴とする画像表示装
置。 - 【請求項２２】 コヒーレント光を発する光源と、屈折
率或いは厚みが空間的に分布する透明体と、集光レンズ
と、ファイバーとを有し、集光レンズは、光軸を中心に
半径方向に周期的に厚み、あるいは、屈折率が変化する
フレネルレンズであって、光源から被照射面の少なくと
も光軸上の一点に至る光束の光路差が該集光レンズの透
過位置によって異なる照明装置と、 上記ファイバーの出射光の後段に配置されたレンズと、 光偏向器とを備え、 上記出射光は、上記レンズ及び上記光偏向器を経て被照
射面の一点を照射するとともに、該光偏向器により走査
されて画像を表示することを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項２３】 コヒーレント光を発する光源と、 屈折率或い厚みが空間的に分布する透明体と、 集光レンズと、 光偏向器とを備え、 上記光源からの光束は、上記集光レンズ及び上記光偏向
器を経て被照射面の一点を照射するとともに、該光偏向
器により走査されて画像を表示し、光路中に配設された
上記透明体により、上記光源から照射点に至る光路長
が、該透明体の通過位置により異なっていることを特徴
とする画像表示装置。 - 【請求項２４】 光源からのコヒーレンス光のコヒーレ
ンス度を距離の関数として表したとき、コヒーレンス度
が光源からの距離０での値に対して最初に１／２になる
までの距離をｌcとし、透明体が屈折率ｎの透明媒体か
らなり、複数の領域のうち光束の通過方向の厚さの最大
値をｄ1、最小値をｄ2とするとき、 （ｄ1−ｄ2）（ｎ−１）＞ｌc が満たされることを特徴とする請求項２３記載の画像表
示装置。 - 【請求項２５】 光源は、複数の異なる発振波長を有す
るレーザであることを特徴とする請求項２３記載の画像
表示装置。 - 【請求項２６】 コヒーレント光を発する光源と、この
光源からの出射光を集光する第１の集光レンズと、複数
の要素レンズが並置されて成るレンズアレイと、このレ
ンズアレイの透過光を被照射面上に集光する第２の集光
レンズとを有し、第１の集光レンズ、または、第２の集
光レンズの少なくとも一方が光軸を中心に半径方向に周
期的に厚み、あるいは、屈折率が変化するフレネルレン
ズであって、光源から被照射面の少なくとも光軸上の一
点に至る光束の光路差が第１、または、第２の集光レン
ズの透過位置によって異なる照明装置と、 上記照明装置の被照射面配置された空間光変調素子ある
いは空間光偏向素子とを備え、 上記空間光変調素子あるいは空間光偏向素子は、細分に
区画された画素ごとに画像信号に応じて透過率、透過方
向、反射率、反射方向の少なくともいずれかを変化させ
る機能を有し、上記被照明面に、反射光あるいは透過光
を投影して画像を表示することを特徴とする画像表示装
置。 - 【請求項２７】 コヒーレント光を発する光源と、集光
レンズと、ファイバーとを有し、集光レンズは、光軸を
中心に半径方向に周期的に厚み、あるいは、屈折率が変
化するフレネルレンズであって、光源から被照射面の少
なくとも光軸上の一点に至る光束の光路差が該集光レン
ズの透過位置によって異なる照明装置と、 上記照明装置の被照射面配置された空間光変調素子ある
いは空間光偏向素子とを備え、 上記空間光変調素子あるいは空間光偏向素子は、細分に
区画された画素ごとに画像信号に応じて透過率、透過方
向、反射率、反射方向の少なくともいずれかを変化させ
る機能を有し、上記被照明面に、反射光あるいは透過光
を投影して画像を表示することを特徴とする画像表示装
置。 - 【請求項２８】 コヒーレント光を発する光源と、集光
レンズと、ファイバーとを有し、集光レンズは、光軸を
中心に半径方向に周期的に厚み、あるいは、屈折率が変
化するフレネルレンズであって、光源から被照射面の少
なくとも光軸上の一点に至る光束の光路差が該集光レン
ズの透過位置によって異なる照明装置と、 上記ファイバーの出射光の後段に配置されたレンズと、 光偏向器とを備え、 上記出射光は、上記レンズ及び上記光偏向器を経て被照
射面の一点を照射するとともに、該光偏向器により走査
されて画像を表示することを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項２９】 コヒーレント光を発する光源と、 上記光源からの出射光を集光する少なくとも一の集光レ
ンズと、 光偏向器とを備え、 上記出射光は、上記レンズ及び上記光偏向器を経て被照
射面の一点を照射するとともに、該光偏向器により走査
されて画像を表示し、上記集光レンズの少なくとも一が
光軸を中心に半径方向に周期的に厚み、あるいは、屈折
率が変化するフレネルレンズであることにより、上記光
源から被照射面上の照射点に至る光束の光路差が該集光
レンズの透過位置によって異なることを特徴とする画像
表示装置。 - 【請求項３０】 光源からのコヒーレンス光のコヒーレ
ンス度を距離の関数として表したとき、コヒーレンス度
が光源からの距離０での値に対して最初に１／２になる
までの距離をｌcとしたとき、光路長の差が、ｌcよりも
大であることを特徴とする請求項２８記載の画像表示装
置。 - 【請求項３１】 光源は、複数の異なる発振波長を有す
るレーザであることを特徴とする請求項２８記載の画像
表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00951799A JP4182580B2 (ja) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | 照明装置及び画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00951799A JP4182580B2 (ja) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | 照明装置及び画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000206449A true JP2000206449A (ja) | 2000-07-28 |
| JP4182580B2 JP4182580B2 (ja) | 2008-11-19 |
Family
ID=11722462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00951799A Expired - Fee Related JP4182580B2 (ja) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | 照明装置及び画像表示装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4182580B2 (ja) |
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