JP2003121791A - Illumination device using a plurality of beams and image display device - Google Patents

Illumination device using a plurality of beams and image display device

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JP2003121791A
JP2003121791A JP2001317830A JP2001317830A JP2003121791A JP 2003121791 A JP2003121791 A JP 2003121791A JP 2001317830 A JP2001317830 A JP 2001317830A JP 2001317830 A JP2001317830 A JP 2001317830A JP 2003121791 A JP2003121791 A JP 2003121791A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make uniform the intensity distribution of an illumination device using light beams from a plurality of lasers. SOLUTION: The illumination device 15 concerned with a grating light valve 20 divides the light beams from the plurality of the lasers into a plurality of beams having equal intensity. The divided beams having the equal intensity are spatially shifted by using birefringence and beams having no coherence are put one over another to obtain illumination light having a uniform intensity distribution. As a means for intensity division, a style using multiple reflection and a style using polarization are available, but the former style can increase the number of beam divisions and is advantageous in cost.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレーザービ
ームを用いた照明装置において強度分布の均一化を実現
するための技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for realizing a uniform intensity distribution in an illuminator using a plurality of laser beams.

【0002】[0002]

【従来の技術】プロジェクションディスプレイと称する
画像表示装置では、空間変調器として液晶パネルや、D
MD(Digital Micromirror Device)等が用いられてき
たが、近時、マイクロマシン技術によるアクティブ駆動
式のグレーティング(回折格子)を用いたディスプレイ
が開発されて注目を集めている。使用する回折格子型素
子の名前は、「グレーティングライトバルブ(Grating
Light Valve)」(以下、「GLV」と略記する。)と
呼ばれ、従来の空間変調器を使った場合に比べて、継ぎ
目のない(シームレス)鮮明で明るい画像を表示できる
こと及びマイクロマシン技術を用いて安価なコストで作
成できること、そして、高速動作が可能であること等の
特長を有している。
2. Description of the Related Art In an image display device called a projection display, a liquid crystal panel or a D is used as a spatial modulator.
MD (Digital Micromirror Device) and the like have been used, but recently, a display using an active drive type grating (diffraction grating) by a micromachine technology has been developed and attracted attention. The name of the diffraction grating type element used is "Grating light valve (Grating
Light Valve) "(hereinafter abbreviated as" GLV "), which is capable of displaying a clear (seamless) clear and bright image without using a conventional spatial modulator and uses micromachine technology. It has the features that it can be produced at low cost and that it can operate at high speed.

【0003】このGLVを用いて画像を形成するには、
回折光のうち、0次光を遮光して、±1次光だけを透過
させるシュリーレンフィルタリングが必要である。
To form an image using this GLV,
Of the diffracted light, Schlieren filtering that blocks the 0th order light and transmits only the ± 1st order light is necessary.

【0004】図13はシュリーレンフィルター光学系a
の要部について示したものである。図示しない光源から
の光が、シリンドリカルレンズL0により集光されてG
LVに照射され、その回折光がレンズL1、シュリーレ
ンフィルターF、レンズL2をこの順で透過して出射さ
れる。
FIG. 13 shows a Schlieren filter optical system a.
It shows the main part of. Light from a light source (not shown) is condensed by the cylindrical lens L0 and G
The LV is irradiated, and the diffracted light is transmitted through the lens L1, the schlieren filter F, and the lens L2 in this order and emitted.

【0005】尚、図中に示す光線「lt(+1)、lt
(0)、lt(−1)」はGLVによる回折光を表して
おり、「lt(+1)」が+1次回折光、「lt
(0)」が0次(回折)光、lt(−1)が−1次回折
光をそれぞれ示しており、シュリーレンフィルタリング
により0次光だけが遮光される。
The rays "lt (+1), lt shown in FIG.
“(0), lt (−1)” represents the diffracted light by GLV, “lt (+1)” is the + 1st-order diffracted light, and “lt
“(0)” indicates the 0th order (diffracted) light and lt (−1) indicates the −1st order diffracted light, and only the 0th order light is blocked by the Schlieren filtering.

【0006】GLVとしては反射型の素子が用いられて
おり、メンブレンと呼ばれる多数の微小リボンがエアギ
ャップをもって基板上に並列配置された構成を有してい
る。そして、GLVの状態のうち、第一の状態(ピクセ
ル消灯時)では全てのリボンの位相が揃えられる結果、
±1次回折光は発生しない(反射光のみ)が、第二の状
態(ピクセル点灯時)では、リボンが1つおきに静電気
力により基板側に引き付けられて反射型回折格子が形成
される結果、±1次回折光が発生する。そして、この±
1次回折光のみを選択するために、GLVのフーリエ面
で空間的フィルタリング(シュリーレンフィルタリン
グ)を行うことが必要とされる。
A reflection type element is used as the GLV, and has a structure in which a large number of minute ribbons called membranes are arranged in parallel on a substrate with an air gap. Then, of the GLV states, in the first state (when the pixels are turned off), the phases of all ribbons are aligned,
± 1st order diffracted light is not generated (only reflected light), but in the second state (when the pixel is lit), every other ribbon is attracted to the substrate side by the electrostatic force to form a reflection type diffraction grating. ± 1st order diffracted light is generated. And this ±
In order to select only the first-order diffracted light, it is necessary to perform spatial filtering (Schlieren filtering) in the Fourier plane of GLV.

【0007】尚、ここで、フィルタリングのコントラス
トを上げるためには、入射光線の回折方向の角度範囲を
充分に狭くしておくことが必要である。これは、入射光
線が広がりをもっていると、フィルタリング面上での光
線入射値について広がりができるため、消光時に漏れ光
が生じてしまうためである。
Here, in order to increase the filtering contrast, it is necessary to sufficiently narrow the angular range of the incident light in the diffraction direction. This is because if the incident light beam has a spread, the light beam incident value on the filtering surface can be spread, so that leakage light occurs at the time of extinction.

【0008】図14は上記光学系aのうち、GLVとレ
ンズL1、そしてシュリーレンフィルター面Fだけを取
り出して示したものであり、±1次回折光がフィルタリ
ングにより選択される様子について概念的に示している
(但し、GLVについては図示の便宜上、透過型素子と
して示している。)。
FIG. 14 shows only the GLV, the lens L1, and the schlieren filter surface F of the optical system a, taken out and shown conceptually as to how ± 1st order diffracted light is selected by filtering. (However, the GLV is shown as a transmissive element for convenience of illustration.)

【0009】このような光学系に対する光源として、例
えば、レーザーディスプレイ等のようにレーザーを用い
た場合には、スペックル(あるいはスペックルノイズ)
が問題視される。尚、スペックルは、レーザーからの位
相の揃ったコヒーレント光がランダムな位相面によって
散乱されることにより、物体での隣接した領域からの乱
れた波面が観察面上で干渉することに起因する現象であ
る。そして、粒状の光強度分布となって現出するスペッ
クルノイズを低減するための技術が必要不可欠とされ
る。特に、スペックルがスクリーンと観察者の目、つま
り網膜との間で生じることが、レーザーディスプレイに
おいては問題になる。
When a laser such as a laser display is used as a light source for such an optical system, speckle (or speckle noise) is generated.
Is a problem. Speckle is a phenomenon caused by coherent light from a laser whose phase is aligned and scattered by random phase planes, causing disturbed wavefronts from adjacent regions of an object to interfere on the observation plane. Is. Further, a technique for reducing speckle noise that appears as a granular light intensity distribution is indispensable. In particular, it is a problem in a laser display that speckles occur between the screen and the eyes of the observer, that is, the retina.

【0010】また、照明の均一性については、照明光学
系一般に要求されるために各種の方法が提案されてお
り、例えば、下記の方法が挙げられる。
Regarding the uniformity of illumination, various methods have been proposed because they are generally required for an illumination optical system. For example, the following methods can be mentioned.

【0011】(A)ビーム走査(スキャニング)による
方法 (B)強度分布の変換による方法。
(A) Method by beam scanning (scanning) (B) Method by conversion of intensity distribution.

【0012】先ず、(A)については、例えば、ガウシ
アンビーム(光強度分布がガウス分布に従うビーム)か
ら均一な強度分布を得るために、図15に示すように、
複数のビームを並列に配置し(この例では5個)、その
並列化の方向にビーム走査するのではなく、当該方向に
対して傾けた方向にビーム走査を行う方法が挙げられ
る。図には、5つの円で示すビームが左斜め上方から右
斜め下方に配列されており、個々のビームについては、
それぞれの左下に示すように、ガウシアン分布をもって
いる。そして、ビームの走査方向は、それぞれの矢印で
示すように、図の左方から右方に向かう方向となるよう
に規定されているので、右側に示すグラフ図のように各
ビームの分布曲線(破線で示す。)を合成した強度分布
(実線で示す。)を得ることができる。尚、この方法は
レーザー加工や露光等、露光量の積分値について均一性
が求められる用途で一般に良く用いられている。隣接す
るコヒーレントなビーム同士が重なり合えば干渉が生じ
るので、強度分布は不均一になるが、総露光量について
の均一化が求められる場合には、全てのビームが空間的
に重なっている必要がない(図のように各ビームが離れ
た配置を採れる)ので、このような方法でも問題ない。
First, for (A), for example, in order to obtain a uniform intensity distribution from a Gaussian beam (a beam whose light intensity distribution follows a Gaussian distribution), as shown in FIG.
There is a method of arranging a plurality of beams in parallel (five in this example) and performing beam scanning in a direction inclined with respect to the direction of parallelization instead of beam scanning. In the figure, the beams indicated by the five circles are arranged from diagonally upper left to diagonally lower right. For individual beams,
As shown in the lower left of each, they have a Gaussian distribution. The beam scanning direction is defined so as to go from the left side to the right side of the figure as indicated by the arrows, so that the distribution curve of each beam ( It is possible to obtain an intensity distribution (shown by the solid line) that is a combination of the broken lines. Incidentally, this method is generally well used in applications such as laser processing and exposure where uniformity of the integrated value of the exposure amount is required. Since interference occurs when adjacent coherent beams overlap with each other, the intensity distribution becomes non-uniform, but if uniformization of the total exposure amount is required, all beams must be spatially overlapped. Since there is no (each beam can be placed apart as shown in the figure), there is no problem even with such a method.

【0013】上記(B)については、例えば、非球面シ
リンドリカルレンズを用いて強度分布を変換する方法が
考えられ、光学的な設計技術を駆使することで、ガウシ
アン分布の入力ビームに対してプロファイル変換を行っ
て均一な強度分布を得るものである。
Regarding (B) above, for example, a method of converting the intensity distribution by using an aspherical cylindrical lens can be considered, and by making full use of an optical design technique, profile conversion is performed on an input beam having a Gaussian distribution. Is performed to obtain a uniform intensity distribution.

【0014】尚、このような照明又は露光用には、異な
る複数の光源を起源とするレーザービームを用いる形態
と、レーザー光について強度分割を行うことで複数のビ
ームを生成する形態とが挙げられ、以下では、後者を実
現するための要素技術として知られている下記事項につ
いて説明する。
For such illumination or exposure, there are a form using a laser beam originating from a plurality of different light sources, and a form generating a plurality of beams by performing intensity division on the laser light. The following will be described below, which is known as an elemental technology for realizing the latter.

【0015】(1)偏光による強度分割 (2)多重反射による強度分割。(1) Intensity division by polarized light (2) Intensity division by multiple reflection.

【0016】先ず、(1)の偏光を利用する場合につい
て説明するが、その際には入射レーザー光について直線
偏光を想定する。
First, the case of using the polarized light of (1) will be described. At that time, it is assumed that the incident laser light is linearly polarized light.

【0017】図16に示す構成例bのように、λ/2波
長板(2分の1波長板)と、複屈折性結晶を配置した光
学系に、図示しない光源からのレーザー光を入射させる
場合について考える。尚、図中の「lt1」は入射光、
「lt2」が波長板の透過光、「lt3」が複屈折性結
晶の透過光をそれぞれ示しており、それらの光について
は図の下方に示すように、両向き矢印によって偏光状態
(偏光方向)をそれぞれ示している。
As in configuration example b shown in FIG. 16, a laser beam from a light source (not shown) is made incident on an optical system in which a λ / 2 wavelength plate (half wavelength plate) and a birefringent crystal are arranged. Think about the case. In addition, "lt1" in the figure is incident light,
"Lt2" indicates the transmitted light of the wave plate, and "lt3" indicates the transmitted light of the birefringent crystal. For these lights, as shown in the lower part of the figure, the polarization state (polarization direction) is indicated by a double-headed arrow. Are shown respectively.

【0018】適当な方位に切断した複屈折性結晶に対し
て、λ/2波長板により偏光方向を適当な方位に回転さ
せたレーザー光(図の「lt2」)を入射させれば、直
交する偏光(つまり、直交関係にある2つの偏光)は空
間的に分離される。従って、偏光方向を適切に調整すれ
ば、強度の等しい2つの偏光(図の「lt3」を参
照。)をもつビームを生成することができる。尚、ここ
では、説明の便宜上、直交する2つの直線偏光への分離
方法について述べたが、これに限らず右回りと左回りの
円偏光であっても良い。また、複屈折性をもつ光学材料
としては誘電体結晶や液晶等が知られているが、使用す
る波長に対して透過率が高く、かつ十分な分離角を実用
的な厚みで得られるものを選定することが好ましい。
When a laser beam (“lt2” in the figure) whose polarization direction is rotated by a λ / 2 wave plate into an appropriate direction is incident on the birefringent crystal cut in the appropriate direction, they are orthogonal to each other. The polarized light (that is, the two polarized light having an orthogonal relationship) is spatially separated. Therefore, by appropriately adjusting the polarization direction, a beam having two polarizations having the same intensity (see "lt3" in the figure) can be generated. Here, for the sake of convenience of description, the method of separating into two linearly polarized light beams orthogonal to each other has been described, but the present invention is not limited to this, and circularly polarized light of clockwise and counterclockwise polarized light may be used. Dielectric crystals, liquid crystals, etc. are known as optical materials having birefringence, but materials that have a high transmittance for the wavelength used and a sufficient separation angle with a practical thickness should be used. It is preferable to select it.

【0019】このような目的のために作成された偏光光
学素子としては、ビオ=サバールの発明したサバール板
が挙げられ、これは、光学軸に対して45゜の方位をも
って切り出された1軸性結晶を、平行平板として研磨し
たものである。サバール板に対して垂直に入射した光
は、複屈折によって、互いに直交する偏光(常光線と異
常光線)に分離されるが、両光線については結晶中の伝
搬方向(つまり、エネルギー流の伝播方向を示すポイン
ティングベクトルの方向)が異なるため、結晶中を伝搬
するにつれて光線が分離される。但し、入射光線が垂直
入射する場合には、結晶中でも出射後においても、波面
の法線方向が常にサバール板に対して垂直であり、従っ
て、垂直入射した光線は、互い直交関係をもつ2偏光に
分離されて同じ方向に出射されることになる。
As a polarizing optical element produced for such a purpose, there is a Savart plate invented by Bio-Savart, which is a uniaxial optical element cut out at an azimuth of 45 ° with respect to an optical axis. The crystal was polished as a parallel plate. Light incident perpendicularly to the Savart plate is split into polarized light (ordinary ray and extraordinary ray) orthogonal to each other by birefringence. For both rays, the propagation direction in the crystal (that is, the propagation direction of the energy flow) Since the direction of the pointing vector indicating) is different, the rays are separated as they propagate through the crystal. However, when the incident light ray is vertically incident, the normal direction of the wavefront is always perpendicular to the Savart plate both in the crystal and after the emergence. Therefore, the vertically incident light ray has two polarizations that are orthogonal to each other. It will be separated into two and emitted in the same direction.

【0020】このときの、2偏光のシフト量(あるいは
位置ずれ量であり、これを「d」と記す。)は次式で与
えられる。
At this time, the shift amount of the two polarizations (or the positional shift amount, which will be referred to as "d") is given by the following equation.

【0021】[0021]

【数1】 [Equation 1]

【0022】尚、上式中で用いた各記号の意味は下記の
通りである。
The meanings of the symbols used in the above equation are as follows.

【0023】t;結晶の厚み φ;直交する2偏光についての結晶中の分離角 no;1軸性結晶の常光線屈折率 ne;1軸性結晶の異常光線屈折率 θ ;サバール板の入射面法線と光学軸との間になす角
度。
[0023] t; in the crystal for two orthogonal polarization separation angle n o;; crystal thickness φ uniaxial crystal extraordinary refractive index theta;; uniaxial ordinary refractive index n e of the crystals of the Savart plate The angle between the normal to the plane of incidence and the optical axis.

【0024】例えば、分離角を最大にするために、θ=
45゜とし、1軸性結晶として方解石を用いる場合に、
o=1.658、ne=1.486の各数値を上式に代
入することで、タンジェント項としてtanφ=0.1
09を得る。よって、t=10mm(ミリメートル)と
すると、d=1.09mmのシフト量をもって分離され
た出射光線を得ることができる。
For example, in order to maximize the separation angle, θ =
When using calcite as a uniaxial crystal at 45 °,
By substituting the numerical values of n o = 1.658 and n e = 1.486 into the above equation, tan φ = 0.1 as a tangent term.
To get 09. Therefore, when t = 10 mm (millimeter), it is possible to obtain separated outgoing light rays with a shift amount of d = 1.09 mm.

【0025】複屈折を用いた偏光分離のための素子に
は、ウォラストンプリズム等の様々なタイプの素子が知
られているが、入射光と出射光(常光線及び異常光線)
の各方向を全て一致させることが必要な場合には、サバ
ール板又はその改良品を用いるのが好ましい。尚、サバ
ール板についてはこれを単体で使用する例と、その変形
例として、サバール板を何枚も重ね合わせたもの等が良
く用いられるが、その機能としては同じである(よっ
て、以下の説明では、「サバール板」の概念には、複数
枚の構成をも含めることにする。)。また、上記の数値
例では方解石を挙げたが、これは天然の複屈折材料であ
って大型で良質のものを採掘するのが困難であるために
高価である。そこで、低コスト化のためには、人工水晶
等の安価な結晶を用いる必要がある。
Various types of elements such as a Wollaston prism are known as elements for polarization separation using birefringence. Incoming light and outgoing light (ordinary ray and extraordinary ray) are known.
When it is necessary to match all the directions of the above, it is preferable to use a Savart plate or its improved product. Regarding the Savart plate, an example of using this as a single unit and, as a modification thereof, a stack of several Savart plates and the like are often used, but the function is the same (henceforth, Then, the concept of "Savart plate" shall include a plurality of configurations.). Although calcite is mentioned in the above numerical examples, it is expensive because it is a natural birefringent material, and it is difficult to mine a large quality material. Therefore, in order to reduce the cost, it is necessary to use an inexpensive crystal such as artificial quartz.

【0026】次に、上記(2)の多重反射を用いた分割
方法について説明する。
Next, the division method using the above-mentioned multiple reflection (2) will be described.

【0027】図17は、多重反射板cの構成例について
示したものである。
FIG. 17 shows an example of the structure of the multiple reflection plate c.

【0028】平行平板の片面(図の左面)には、光線入
射用の窓部Wを除いて、全反射コート(強度反射率を
「R」とする。)が施されている。これに対して、反対
側の面(図の右面)には、多重反射の回数と位置に応じ
て、分割された複数の領域が設けられている。本例で
は、6つに分割された領域についてそれぞれに異なる強
度反射率(これらをそれぞれ「R1、R2、…、R6」と
する。)のコーティングが施されている(尚、後述する
ように、「R6=0」としているので図に示す分割数は
5である。)。
On one surface (the left surface in the figure) of the parallel plate, a total reflection coating (intensity reflectance is "R") is applied except for a window W for incidence of light rays. On the other hand, the opposite surface (the right surface in the figure) is provided with a plurality of divided regions according to the number and position of multiple reflections. In this example, the areas divided into six are coated with different intensity reflectances (these are respectively referred to as “R 1 , R 2 , ..., R 6 ”) (which will be described later). As described above, since "R 6 = 0" is set, the number of divisions shown in the figure is 5.)

【0029】図中に示す6本の光線「lt_n」(n=
0、1〜5)は出射光線をそれぞれ示しており、添え字
の「n」は出射面側での反射回数に相当する。
The six rays "lt_n" (n =
0, 1 to 5) respectively indicate outgoing rays, and the subscript “n” corresponds to the number of reflections on the outgoing surface side.

【0030】説明を簡単化するために、窓部Wについて
は強度損失がないものと仮定する(反射率0)と、各ビ
ームの出射強度(入射強度を「1」とする。)は下記の
ようになる。
To simplify the explanation, assuming that the window W has no intensity loss (reflectance 0), the emission intensity of each beam (incident intensity is "1") is as follows. Like

【0031】・「lt_0」に示すビーム(出射面側で
の反射なしに出射するビーム)の強度=「1−R1」 ・「lt_1」に示すビーム(出射面側で1回反射した
後に出射するビーム)の強度=「R・R1・(1−
2)」 ・「lt_2」に示すビーム(出射面側で2回反射した
後に出射するビーム)の強度=「R2・R1・R2・(1
−R3)」 ・「lt_3」に示すビーム(出射面側で3回反射した
後に出射するビーム)の強度=「R3・R1・R2・R3
(1−R4)」 ・「lt_4」に示すビーム(出射面側で4回反射した
後に出射するビーム)の強度=「R4・R1・R2・R3
4・(1−R5)」 ・「lt_5」に示すビーム(出射面側で5回反射した
後に出射するビーム)の強度=「R5・R1・R2・R3
4・R5・(1−R6)」。
[0031] - emitted after being reflected once by intensity = "1-R 1" beam in "lt_1" (exit surface of the beam shown in "lt_0" (beams emitted without reflection on the emission surface side) Beam intensity = “R · R 1 · (1-
R 2 ) ”・ The intensity of the beam shown in“ lt — 2 ”(the beam emitted after being reflected twice on the emission surface side) =“ R 2 · R 1 · R 2 · (1
-R 3 ) ”・ The intensity of the beam shown in“ lt — 3 ”(the beam emitted after being reflected three times on the emission surface side) =“ R 3 · R 1 · R 2 · R 3 ·
(1-R 4 ) ”・ The intensity of the beam shown in“ lt — 4 ”(the beam emitted after being reflected four times on the emitting surface side) =“ R 4 · R 1 · R 2 · R 3 ·.
R 4 · (1−R 5 ) ”・ The intensity of the beam shown in“ lt — 5 ”(the beam emitted after being reflected five times on the emitting surface side) =“ R 5 · R 1 · R 2 · R 3 ·. ”
R 4 · R 5 · (1-R 6 ) ”.

【0032】つまり、N回の反射後に出射するビームの
強度は、RのN乗と、それまでに反射が行われた領域に
亘る反射率の積、そして、出射領域の透過率を掛け合わ
せたものに等しい。
That is, the intensity of the beam emitted after N times of reflection is obtained by multiplying the Nth power of R by the product of the reflectance over the area that has been reflected up to that time and the transmittance of the emission area. Equal to one.

【0033】今、6本のビームを生成するものとして、
損失が最低であるためには6番目の領域についてARコ
ートをすることが好ましいが、以下に示す計算上、「R
6=0」とし、「R=1」と仮定する。また、平行平板
内部での吸収や散乱を無視できるとすれば、全ビームの
強度和が1に等しいという等値関係から下式が得られ
る。
Now, assuming that six beams are generated,
In order to minimize the loss, it is preferable to AR coat the 6th region, but in the calculation shown below, “R
6 = 0 ”and assume that“ R = 1 ”. If absorption and scattering inside the parallel plate can be ignored, the following equation can be obtained from the equivalence relation that the sum of the intensities of all beams is equal to 1.

【0034】[0034]

【数2】 [Equation 2]

【0035】また、全てのビームについて、それらの強
度を等しくすることが目的であるので、下式とおく(つ
まり、[数2]式における左辺の各項の値が全て等しい
ものとする。)。
Further, since the purpose is to make the intensities of all beams equal, the following formula is given (that is, the values of the respective terms on the left side of the formula [2] are all equal). .

【0036】[0036]

【数3】 [Equation 3]

【0037】つまり、[数2]式において各ビームが等
しい強度(1/6)をもつことから、[数3]式を用い
て各反射率を順次に求めていくことにより、最終的に下
式を得る。
That is, since the beams have the same intensity (1/6) in the formula [2], the reflectance is sequentially obtained using the formula [3], and finally Get the expression.

【0038】[0038]

【数4】 [Equation 4]

【0039】このような反射率をもつ各反射膜を、所望
の波長及び入射角に対して設計し、平行平板に対する成
膜工程を経て形成すれば良く、そのためにはマスキング
と反射コーティングの作業を繰り返すだけで済むので比
較的コストのかからない方法で実現できる。尚、平行平
板の厚みについては、入射ビーム径に対して多重反射光
の間隔を十分に取れるようにする。
Each reflection film having such a reflectance may be designed for a desired wavelength and incident angle, and may be formed through a film forming process on a parallel plate. For that purpose, masking and reflection coating operations are required. It can be implemented in a relatively inexpensive way as it only needs to be repeated. Regarding the thickness of the parallel plate, the interval between the multiple reflection lights should be set sufficiently with respect to the incident beam diameter.

【0040】上記のようなビームの等強度分割によらず
に、複数のレーザーを用いる場合(例えば、高輝度化の
要請を受けてレーザーディスプレイ等でレーザーの高出
力化を実現させたい場合等)には、各レーザーによるビ
ームを要領よくコンパクトに合波することが必要であ
る。また、複数のレーザーの使用は、各レーザー光がイ
ンコヒーレントな関係にあるため、上記したスペックル
ノイズについてのコントラスト低減にもつながるので有
効である。
When a plurality of lasers are used without depending on the equal intensity division of the beam as described above (for example, when it is desired to realize a high output laser in a laser display etc. in response to a request for high brightness). To achieve this, it is necessary to combine the beams from the lasers in a compact and efficient manner. Further, the use of a plurality of lasers is effective because each laser light has an incoherent relationship, which leads to a reduction in the contrast of the speckle noise described above.

【0041】[0041]

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザーを
光源とする照明装置に要求される事項として、照明の均
一性が高いこと、平行光が得られること、スペックルノ
イズがないこと(又は目立たないこと)が挙げられる
が、従来の照明装置にあってはこれらの事項の中でも、
特に均一性について充分に満足のいく特性が得られない
か又は所望の特性を得るまでに費やす労力の負担が大き
いことが問題となっている。
By the way, what is required of an illuminating device using a laser as a light source is that the uniformity of illumination is high, parallel light can be obtained, and there is no speckle noise (or it is inconspicuous). However, in the case of conventional lighting devices, among these items,
In particular, there is a problem in that a sufficiently satisfactory characteristic with respect to uniformity cannot be obtained, or the burden of labor required for obtaining a desired characteristic is large.

【0042】例えば、前記した方法(A)について、レ
ーザービームを空間的に合波しようとすれば、必然的に
ビーム間にギャップ(強度分布において低い部分)が生
じるので、このままではGLVのような線状領域を、隈
無く多数の平行光で分割して同時に照明することは困難
である。また、方法(B)において、非球面レンズ等を
用いる場合には、一般に非球面シリンドリカルレンズに
ついての設計、製造、評価が技術的に難しいことが問題
とされていることからも分かるように、その代替技術が
求められている。
For example, in the above-mentioned method (A), if a laser beam is spatially combined, a gap (a low portion in the intensity distribution) is inevitably generated between the beams. It is difficult to divide a linear region by a large number of parallel lights and illuminate them simultaneously. Further, in the method (B), when an aspherical lens or the like is used, it can be understood from the fact that it is generally technically difficult to design, manufacture, and evaluate an aspherical cylindrical lens. Alternative technologies are needed.

【0043】尚、均一性が悪いと効率の低下に繋がり、
高輝度化等への支障を来す原因となり、また、ディスプ
レイ装置等ではダイナミックレンジを充分にとれなくな
る等の弊害をもたらす虞がある。
If the uniformity is poor, it leads to a decrease in efficiency.
This may cause problems such as high brightness, and may bring about an adverse effect such that the display device or the like cannot have a sufficient dynamic range.

【0044】そこで、本発明は、複数のレーザーからの
光線を用いた照明装置において、強度分布の均一化を実
現することを課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to realize uniform intensity distribution in an illuminating device using light beams from a plurality of lasers.

【0045】[0045]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために、複数のレーザーからの光線を、強度
の等しい複数のビームに分割してから、複屈折を用いて
ビームを空間的にずらした上で重ね合わせることで、均
一化された光強度分布が得られるように構成したもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention divides a light beam from a plurality of lasers into a plurality of beams having equal intensities, and then uses birefringence to spatially divide the beams. It is configured such that a uniform light intensity distribution can be obtained by shifting the positions and overlapping them.

【0046】従って、本発明によれば、分割された強度
の等しい複数のビームに対して、複屈折を用いてビーム
を空間的にずらして、可干渉性をもたないビーム同士を
重ね合わせることによって、均一な強度分布をもった照
明光を得ることができる。
Therefore, according to the present invention, with respect to a plurality of divided beams having the same intensity, the beams are spatially shifted by using birefringence, and the beams having no coherence are superposed on each other. With this, it is possible to obtain illumination light having a uniform intensity distribution.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】本発明は、複数のレーザーからの
光線を用いるとともに、均一化された光強度分布の照明
光を得るための光学的構成に関するものである。例え
ば、画像表示装置への適用においては、フロントプロジ
ェクション(前面投射)型、リアプロジェクション(背
面投射)型のレーザーディスプレイ等が挙げられるが、
その他、レーザープリンタ、あるいはディジタル画像デ
ータから映画フィルムへの記録装置等、印刷や記録を含
む画像装置に広く用いることができる。勿論、レーザー
核融合、レーザーアニーリング等の加工や計測等の用途
において均一照明光を必要とする場合に適用することで
精度等の向上に寄与することが可能である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to an optical configuration for using light rays from a plurality of lasers and obtaining illumination light having a uniform light intensity distribution. For example, in application to an image display device, a front projection (front projection) type laser display, a rear projection (rear projection) type laser display, and the like are listed.
In addition, it can be widely used for an image device including printing or recording, such as a laser printer or a recording device for recording digital image data on a movie film. Of course, it is possible to contribute to the improvement of accuracy and the like by applying it when uniform illumination light is required in applications such as processing such as laser fusion and laser annealing, and measurement.

【0048】本発明に係る照明装置の具体的な構成につ
いて説明する前に、本発明の基本原理について説明す
る。
The basic principle of the present invention will be described before describing the specific structure of the lighting apparatus according to the present invention.

【0049】先ず、複数のレーザーからの光線を用いる
ことが前提とされる。これは、高輝度化の他、スペック
ルノイズの低減にも有効である。また、レーザー光の強
度がほぼ等しくなるように合わせておくことが好まし
い。
First, it is assumed that light beams from a plurality of lasers are used. This is effective not only for high brightness but also for reduction of speckle noise. In addition, it is preferable that the laser beams are matched so that they have almost the same intensity.

【0050】そして、強度の等しい複数のビームに分割
する手段をもつこと及び分割後には1回又は複数回の複
屈折を用いてビームを空間的にずらした上で重ね合わせ
ることが基本的事項である。即ち、並列化された複数の
ビームに対して、複屈折を利用してビームを空間的にシ
フトさせながら強度分割し、隣接した可干渉性をもたな
いビーム同士が空間的に重なり合うようにすることで、
均一な強度分布を生成することができる。このような照
明光を、例えば、GLV等の線状領域に対して照射する
ことにより均一な照明を行えるが、1次元照明(線状照
明)に限らず2次元の均一照明への適用が可能である。
Then, it is a basic matter to have a means for splitting into a plurality of beams having the same intensity, and after splitting, the beams are spatially shifted using one or a plurality of times of birefringence and then overlapped. is there. That is, with respect to a plurality of parallel beams, the beams are spatially shifted by utilizing birefringence and intensity-divided so that adjacent coherent beams spatially overlap with each other. By that,
A uniform intensity distribution can be generated. Uniform illumination can be performed by irradiating a linear region such as GLV with such illumination light, but it is not limited to one-dimensional illumination (linear illumination) and can be applied to two-dimensional uniform illumination. Is.

【0051】ビームの重ね合わせによる均一化方法につ
いては、重ね合わせに求められる条件についての考察を
要する。尚、以下の説明では主にガウシアンビームを想
定して説明するが、より一般的な強度分布をもつレーザ
ー光についても、以下に示す考え方を適用できることは
勿論である。
Regarding the homogenizing method by superimposing beams, it is necessary to consider the conditions required for superimposing. In the following description, a Gaussian beam is mainly assumed, but it is needless to say that the following idea can be applied to laser light having a more general intensity distribution.

【0052】複数のインコヒーレントかつ等強度のガウ
シアンビームを空間的に併置したときの強度分布例につ
いて示したものが図1及び図2である。
FIGS. 1 and 2 show examples of the intensity distribution when a plurality of incoherent Gaussian beams having the same intensity are spatially juxtaposed.

【0053】これらの図においては、ガウシアンビーム
のビーム半径(強度がピーク値のe -2になるときの
値。)を「1」とした場合における、各ビームの中心間
隔(これを「S」と記す。)を変化させたときの様子を
示しており、横軸にビームの配置方向における相対座標
(ビーム半径を「1」とする。)をとり、縦軸に相対強
度をとっている。
In these figures, the Gaussian beam
Beam radius (e at peak intensity) -2When
value. Between the center of each beam when) is set to "1"
When changing the distance (this is referred to as "S")
The horizontal axis shows the relative coordinates in the beam arrangement direction.
(Beam radius is "1".)
I am taking a degree.

【0054】図1では、ビームの中心間隔がS=2の状
態から、S=1.5、S=1.4、S=1.3、S=1
へと次第に狭まっていく場合の重なり具合をそれぞれ示
している。尚、本図では9本のビームの強度和について
実線で示し、個々のビームの強度については破線で示す
ことで両者の分布を区別している。
In FIG. 1, from the state where the beam center interval is S = 2, S = 1.5, S = 1.4, S = 1.3, S = 1.
It shows the degree of overlap in the case of gradually narrowing. In this figure, the sum of the intensities of the nine beams is shown by a solid line, and the intensities of the individual beams are shown by a broken line to distinguish the distributions of the two.

【0055】また、図2では、ビームの中心間隔をS=
2の状態から0.2刻みでS=1の状態まで順次に狭く
していったときの様子を示しており、各状態のグラフ曲
線(強度分布曲線)を1つにまとめて示したものであ
る。
Further, in FIG. 2, the beam center interval is S =
It shows the situation when the state is gradually narrowed from the state of 2 to the state of S = 1 in 0.2 steps, and the graph curve (intensity distribution curve) of each state is shown together. is there.

【0056】図から分かるように、ビームの重ね合わせ
によって総強度分布が均一化されることが分かるが、S
値が1.5以上ではビーム間に強度の不均一性が次第に
目立つようになる。つまり、S値の増加につれて強度分
布における山谷の差が大きくなる傾向が認められる。
As can be seen from the figure, the total intensity distribution is made uniform by the superposition of the beams.
When the value is 1.5 or more, the nonuniformity of the intensity becomes gradually noticeable between the beams. That is, there is a tendency that the difference between peaks and valleys in the intensity distribution increases as the S value increases.

【0057】また、S値が小さくなると、中心部での均
一性が向上する。しかし、S値が小さくなっていくと、
均一な部分の幅(図1や図2に示すグラフ図の横軸方向
の幅)が相対的に狭くなる傾向が認められ、従って、強
度和を示す分布曲線において裾部分の強度が相対的に増
加していくことが分かる(これは、均一部分の幅が狭く
なると、裾部分の占める割合が相対的に大きくなるため
である。)。実際に利用するのは強度分布において主に
均一な部分であるため、S値が小さすぎると光利用効率
の低下を招く原因となる虞がある。
Further, when the S value is small, the uniformity in the central portion is improved. However, as the S value becomes smaller,
The width of the uniform portion (width in the horizontal axis direction of the graphs shown in FIGS. 1 and 2) tends to be relatively narrow, and therefore, in the distribution curve indicating the strength sum, the strength of the skirt portion is relatively small. It can be seen that it increases (because the width of the uniform portion becomes narrower, the proportion of the bottom portion becomes relatively larger). Since what is actually used is mainly a uniform portion in the intensity distribution, if the S value is too small, it may cause a decrease in light utilization efficiency.

【0058】以上の考察からビーム半径に対するS値と
しては、1乃至1.5程度の範囲が実用上望ましいこと
が分かる。尚、S=1やS=1.5についてはビームの
重ね合わせにおいて一応の目安となる値であり、従っ
て、実際上はそれらの近傍値であっても構わない。
From the above consideration, it is understood that the S value with respect to the beam radius is practically desirable in the range of about 1 to 1.5. It should be noted that S = 1 and S = 1.5 are tentative values for beam superposition, and therefore, in practice, values near them may be used.

【0059】また、例えば、レーザーディスプレイ等の
照明用途としては、干渉による強度分布の不均一性は望
ましくないので、S値として約1乃至1.5程度の範囲
において、隣接する左右それぞれ3本程度のビームにつ
いて干渉が生じないようにすることが望ましい。例え
ば、複数のビームのうちコヒーレントな関係にあるビー
ムの中心間隔が全てガウシアンビーム半径の5倍(ピー
ク4個分のビーム幅に相当する。)以上となるように設
定して離隔させる。
Further, for illumination applications such as laser displays, for example, non-uniformity of intensity distribution due to interference is not desirable. Therefore, within an S value range of about 1 to 1.5, three adjacent left and right lines are provided. It is desirable to prevent interference between the beams. For example, the center distances of the coherent beams among the plurality of beams are all set to be 5 times or more the radius of the Gaussian beam (corresponding to the beam width of four peaks) and separated.

【0060】GLVに係る照明光学系では、照明領域が
GLV上の線上域に限られるので、前記方法(A)のよ
うに空間的にビームをずらしてスキャニングで重ね合わ
せることができない。従って、例えば、あるビームを中
心として、当該ビームに隣接する左右3本(自分自身を
含めて計7本)のビームについては、下記の事項が必要
とされる。
In the illumination optical system according to GLV, since the illumination area is limited to the linear area on the GLV, it is impossible to spatially shift the beams and superimpose them by scanning as in the method (A). Therefore, for example, the following matters are required for the right and left three beams (a total of seven beams including oneself) centering on a certain beam and adjacent to the beam.

【0061】(I)直交関係にある偏光状態(直線偏
光)あるいは右回り、左回りの円偏光のビームを用いる
こと (II)異なるレーザーからのビーム(起源をそれぞれ
異にするビーム)を用いること (III)(I)及び(II)の併用。
(I) Use of orthogonal polarization states (linear polarization) or right-handed and left-handed circularly polarized beams (II) Use beams from different lasers (beams of different origins) (III) A combination of (I) and (II).

【0062】これにより、ビーム間で干渉が起こらない
ようにすることができる。
As a result, it is possible to prevent interference between the beams.

【0063】また、レーザーディスプレイ等への適用に
おいてはスペックルの問題があり、スペックルのコント
ラストを低減させる上でも、上記(I)乃至(III)
が有効である。即ち、異なるレーザーのビームや、直交
する偏光のビームを重ね合わせることで、異なるスペッ
クルパターンを平均化してスペックルコントラストを低
減させることができる。その際には可干渉性がないビー
ム同士ができるだけ重なり合うようにしなければならな
いので、例えば、上記のように、隣接する7本のビーム
の非可干渉性(インコヒーレント)は均一性のみなら
ず、スペックルコントラストの低減にも必要である。
In addition, there is a problem of speckle in application to a laser display and the like, and also in reducing the contrast of speckle, the above (I) to (III)
Is effective. That is, by overlapping different laser beams and orthogonally polarized beams, different speckle patterns can be averaged to reduce the speckle contrast. In that case, since it is necessary to make beams having no coherence to overlap each other as much as possible, for example, as described above, incoherence of seven adjacent beams is not only uniform, It is also necessary to reduce speckle contrast.

【0064】尚、高輝度化にとっては、できるだけ複数
のビームを用いることが好ましいが、スペックルのコン
トラストを極力低減させるには、それらのビームを強度
分布変換系(本発明では強度分布を均一化させるための
光学系)に入射する以前に合波することが望ましい。即
ち、合波されたビームを1本のビームとみなせば、強度
分布の均一化に関しては上記の説明と同様に考えること
ができるからであり、例えば、レーザーディスプレイ等
への適用においては、照明領域内の全ての点にできるだ
け多くのインコヒーレントなビームが重ね合わされるよ
うにすることが望ましい。
It should be noted that it is preferable to use a plurality of beams as much as possible for higher brightness, but in order to reduce the speckle contrast as much as possible, these beams are intensity distribution conversion system (in the present invention, the intensity distribution is made uniform. It is desirable to combine the light before it enters the optical system). That is, if the combined beam is regarded as one beam, it is possible to consider the homogenization of the intensity distribution in the same manner as described above. For example, in application to a laser display or the like, an illumination area is used. It is desirable to have as many incoherent beams as possible superimposed on every point in.

【0065】以上の事項を踏まえた上で、ビーム構成の
具体例を示すと次のようになる。
Based on the above matters, a concrete example of the beam configuration is as follows.

【0066】例えば、異なる2つのレーザー(第一レー
ザー、第二レーザー)からのビームについてp偏光、s
偏光を想定した形態(異なるレーザーからの光及び異な
る偏光を利用した、上記(III)の場合)において、
N番目に位置するビームが第一レーザーによるp偏光で
あるとした場合には、下記のようになる。
For example, p-polarized light, s for beams from two different lasers (first laser, second laser)
In the form assuming polarization (in the case of (III) above, utilizing light from different lasers and different polarization),
When the Nth beam is p-polarized by the first laser, the following is obtained.

【0067】・N+4番目のビーム=第一レーザーから
のp偏光 ・N+3番目のビーム=第二レーザーからのs偏光 ・N+2番目のビーム=第一レーザーからのs偏光 ・N+1番目のビーム=第二レーザーからのp偏光 ・N−1番目のビーム=第二レーザーからのp偏光 ・N−2番目のビーム=第一レーザーからのs偏光 ・N−3番目のビーム=第二レーザーからのs偏光 ・N−4番目のビーム=第一レーザーからのp偏光。
N + 4th beam = p polarization from the first laserN + 3rd beam = s polarization from the second laserN + 2nd beam = s polarization from the first laserN + 1th beam = second P-polarized light from laser-N-1st beam = p-polarized light from second laser-N-2nd beam = s-polarized light from first laser-N-3rd beam = s-polarized light from second laser N-4th beam = p-polarized from the first laser.

【0068】この配置では、N番目のビームである第一
レーザーによるp偏光を中心として、一方の傍らに「N
+1」番目のビームが隣接され、さらにN+2乃至N+
4番目の各ビームが位置されており、これらとは反対側
には、N番目のビームの傍らに「N−1」番目のビーム
が隣接され、さらにN−2乃至N−4番目の各ビームが
位置されている。従って、N番目のビームに関して隣接
する3本のビーム(N+1乃至N+3番目、N−1乃至
N−3番目の各ビーム)と、中心のビーム(N番目のビ
ーム)とは干渉しないことが分かる。また、N−4番目
と、N+4番目の各ビームについては、中心のビームと
干渉し得るが、ビーム間隔が空間的に充分な距離をもっ
ていて各ビームがほぼ分離されている場合には、干渉の
影響は軽微である。
In this arrangement, p-polarized light by the first laser, which is the N-th beam, is the center, and "N
+1 ”th beams are adjacent to each other, and N + 2 to N +
Each of the fourth beams is located, and on the opposite side thereof, the "N-1" th beam is adjacent to the Nth beam, and each of the N-2 to N-4th beams. Is located. Therefore, it can be seen that the three adjacent beams (N + 1 to N + 3, N-1 to N-3) of the Nth beam do not interfere with the central beam (Nth beam). The N-4th beam and the N + 4th beam may interfere with the central beam, but if the beams are spatially separated from each other and the beams are substantially separated from each other, the interference is reduced. The impact is minor.

【0069】以上のようなビーム群の配置、即ち、複屈
折後に得られる複数のビーム配置が空間的に周期性を有
すること、そして、コヒーレントな関係にある2つのビ
ームの間にインコヒーレントな関係をもつ複数のビーム
が配列されるとともに、中心ビームに関して、これに隣
接する1周期内のビームが当該中心ビームと干渉しない
配置を採ることにより、均一かつ高効率であって、しか
もスペックルコントラストを充分に抑えた照明光学系を
構成することができる。
The arrangement of the beam groups as described above, that is, the arrangement of a plurality of beams obtained after the birefringence has a spatial periodicity, and the incoherent relationship between two beams having a coherent relationship. By arranging a plurality of beams each having a center beam, and by arranging the center beam so that the beams within one cycle adjacent to the center beam do not interfere with the center beam, uniform and high efficiency and a speckle contrast can be obtained. It is possible to configure an illumination optical system that is sufficiently suppressed.

【0070】尚、上記したビーム構成は、ほんの一例を
示すものであり、隣接するビーム同士の関係は、入射ビ
ームの間隔や結晶のもつ複屈折量によって配置が変るこ
とがあるので、各種の実施形態が可能である。つまり、
基本的には、同じレーザーからの直交関係にある偏光及
び異なるレーザーからの1組の偏光(直交関係にある偏
光等)を用いて、隣接する左右3本ずつのビームを並列
配置した構成を採れば良い。上記の例では、N番目のビ
ーム(中心ビーム)からN+4番目又はN−4番目のビ
ームの間隔を一周期として繰り返す周期的配置がとられ
ており、中心ビームとその直ぐ脇に隣接する別のレーザ
ーからのp偏光、さらに、中心ビームと同じレーザーか
らのs偏光、別のレーザーからのs偏光によって構成さ
れるビーム群を1単位する。ビーム配置の1周期につい
ては、勿論、これに限らず各種配置のビーム群を用いる
ことができる(例えば、左側又は右側に隣接する3本の
ビーム配置あるいは、あるビーム自身とその左側又は右
側に隣接する3本のビームを含む、合計4本のビーム配
置についてビームを適宜に入れ替える等。)。要は、あ
るビームを中心とした所定本数のビームについて当該中
心のビームとの間に干渉が極力生じないようにし、スペ
ックルコントラストを低減させつつ、均一な照明を行え
るように配置することが重要である。
The above-mentioned beam configuration is only an example, and the relationship between adjacent beams may change depending on the distance between incident beams and the amount of birefringence of the crystal. The form is possible. That is,
Basically, a configuration is used in which three adjacent beams are arranged in parallel by using polarized light beams having the orthogonal relationship from the same laser and one set of polarized light beams (polarized light having the orthogonal relationship) from different lasers. Good. In the above example, a periodic arrangement is adopted in which the interval between the Nth beam (center beam) and the N + 4th or N-4th beam is repeated as one cycle, and the center beam and another beam immediately adjacent to the center beam are arranged. One unit of a beam group constituted by p-polarized light from a laser, s-polarized light from the same laser as the central beam, and s-polarized light from another laser is used. Regarding one cycle of the beam arrangement, it is needless to say that the beam groups of various arrangements can be used (for example, three beam arrangements adjacent to the left side or the right side, or a certain beam itself and adjacent to the left side or the right side thereof). The beams are appropriately exchanged for a total of four beam arrangements including the three beams to be used.). In short, it is important to arrange a certain number of beams centered around a certain beam so that interference with the beam at the center does not occur as much as possible, and that speckle contrast is reduced and uniform illumination is possible. Is.

【0071】また、さらに多数のレーザーを用いること
により、例えば、平行平板等による強度分割の1単位と
なるビーム数を増やすようにしても良いが、スペックル
コントラストを考慮した場合には、各ビームをできるだ
け重ね合わせることが好ましい。
Further, by using a larger number of lasers, for example, the number of beams, which is one unit of intensity division by a parallel plate or the like, may be increased. Are preferably overlapped as much as possible.

【0072】次に、GLVに係る照明光学系において、
シュリーレンフィルタリングに関する注意点について説
明する。この光学系(図13参照)では、シュリーレン
フィルタリングを行うために、強度分布変換後の光線の
角度について十分な注意が必要であり、シュリーレンフ
ィルタリング後のコントラストを十分に高くとるために
は、GLVへの入射角度を±0.3度以下程度にするこ
とが実用上望ましい。
Next, in the illumination optical system according to GLV,
Points to note regarding schlieren filtering are explained. In this optical system (see FIG. 13), in order to perform Schlieren filtering, it is necessary to pay sufficient attention to the angle of the ray after the intensity distribution conversion, and in order to obtain a sufficiently high contrast after Schlieren filtering, it is necessary to use GLV. It is practically desirable to make the incident angle of ± 0.3 degrees or less.

【0073】例えば、図3に示す構成を考えると、半導
体レーザーアレイとしてのLD(レーザーダイオード)
アレイ(あるいはLDアレイバー)1から発せられた光
線が、マイクロレンズアレイ2を用いてコリメートさ
れ、その後に複屈折性結晶3、さらにはシリンドリカル
レンズ4を経てGLV5に照射される。尚、LDアレイ
1は多数のエミッター(出射源あるいは放射源)を同一
基板において一列に配列させたものである。尚、図の下
方には、各エミッターから出射されてマイクロレンズア
レイ2を透過した後(図の破線位置を参照)の各ビーム
の強度分布(ガウシアンビームを仮定している。)と、
複屈折性結晶3を透過した直後の分布(図の破線位置で
の分布であり、実線で示す分布曲線がp偏光に係る強度
分布を示し、一点鎖線で示す分布曲線がs偏光に係る強
度分布を示している。)、そして、GLV5の照射面
(線状領域)における強度分布をそれぞれ概念的に示し
ている。
For example, considering the structure shown in FIG. 3, an LD (laser diode) as a semiconductor laser array is used.
The light beam emitted from the array (or LD array bar) 1 is collimated by using the microlens array 2, and thereafter, the light is emitted to the GLV 5 through the birefringent crystal 3 and then the cylindrical lens 4. The LD array 1 has a large number of emitters (emission sources or radiation sources) arranged in a line on the same substrate. In the lower part of the figure, the intensity distribution of each beam (assuming a Gaussian beam) after being emitted from each emitter and passing through the microlens array 2 (see the broken line position in the figure),
Distribution immediately after passing through the birefringent crystal 3 (distribution at the position of the broken line in the figure, the distribution curve shown by the solid line shows the intensity distribution for p-polarized light, and the distribution curve shown by the alternate long and short dash line shows the intensity distribution for s-polarized light. , And the intensity distribution on the irradiation surface (linear region) of GLV5 is conceptually shown.

【0074】LDアレイ1の各エミッターからの光線は
互いにインコヒーレントであるため、マイクロレンズア
レイ2を用いてコリメートした各光線について、複屈折
性結晶3を用いて図の縦方向(光軸に直交する方向)に
ずらして重ね合わせるだけでも、強度分布をある程度は
均一化することが可能である。
Since the light rays from the respective emitters of the LD array 1 are incoherent to each other, the light rays collimated by the microlens array 2 are used in the vertical direction (orthogonal to the optical axis) of the figure by using the birefringent crystal 3. The intensity distribution can be made uniform to some extent only by shifting them in the direction of (1) and overlapping them.

【0075】しかしながら、GLVを使ったレーザーデ
ィスプレイ等の用途において、このような構成ではシュ
リーレンフィルタリングを考えた場合に充分でないとい
う事情がある。
However, in applications such as laser displays using GLV, such a configuration is not sufficient when considering Schlieren filtering.

【0076】LDアレイについて高出力化するために
は、LDアレイにおける発光領域を活性層方向について
数十μm(ミクロン)乃至数百μmにすることが求めら
れる。ここでは仮にエミッターの発光領域幅を50μm
とする。マイクロレンズアレイの焦点距離を1.5mm
(ミリメートル)とすると、光源が理想的な点光源でな
く大きさをもつことから、コリメート後の光線は±0.
95゜程度の分布幅をもつことになる。従って、図3に
示すような構成例のままでは、GLVレーザーディスプ
レイ用光学系としては、コントラストの観点から不適切
である(光線角度を小さくするために、ビーム全体を拡
大して、発散角を抑えなければならない。)。
In order to increase the output of the LD array, the light emitting region of the LD array is required to have a size of several tens μm (microns) to several hundreds μm in the direction of the active layer. Here, the width of the light emitting region of the emitter is assumed to be 50 μm.
And The focal length of the micro lens array is 1.5 mm
(Mm), the light source after collimation has a size of ± 0.
It has a distribution width of about 95 °. Therefore, the configuration example as shown in FIG. 3 is unsuitable as an optical system for a GLV laser display from the viewpoint of contrast (in order to reduce the ray angle, the entire beam is expanded and the divergence angle is increased). I have to hold back.)

【0077】また、図3の構成では照明領域の各点が少
数のエミッターからの光線によってのみ照明される(つ
まり、照射の対象点を特定した場合に当該点での明るさ
に寄与するエミッター数が少ない。)ので、スペックル
コントラストの低減という観点からも問題が残る。
Further, in the configuration of FIG. 3, each point in the illuminated area is illuminated only by light rays from a small number of emitters (that is, when the target point of irradiation is specified, the number of emitters contributing to the brightness at that point). However, there is still a problem from the viewpoint of reducing speckle contrast.

【0078】従って、LDアレイを用いる場合には、さ
らに工夫を必要とする。例えば、GLVへの入射角度を
抑えるには、複屈折性結晶3及びシリンドリカルレンズ
4による集光以前に全体のビームを充分に拡大して発散
角を小さくする。上記した数値例の場合では、角度倍率
を1/4程度にするためにビームを4倍に拡大すれば良
い。また、スペックルコントラストを低減させるには、
後述するように、図3の紙面に垂直な方向に複数のLD
アレイを並べて配置するか、あるいは複数のLDアレイ
を使って偏光結合により1つのビームが得られるように
構成する必要がある。
Therefore, when an LD array is used, further improvement is required. For example, in order to suppress the incident angle to the GLV, the entire beam is sufficiently expanded and the divergence angle is made small before the light is condensed by the birefringent crystal 3 and the cylindrical lens 4. In the case of the numerical example described above, the beam may be expanded four times in order to make the angular magnification about ¼. Also, to reduce the speckle contrast,
As will be described later, a plurality of LDs are arranged in a direction perpendicular to the plane of FIG.
It is necessary to arrange the arrays side by side, or to use a plurality of LD arrays so as to obtain one beam by polarization coupling.

【0079】次に、上記したようなビーム群の構成を得
るための具体的手段(光学的手段)について説明する。
Next, a concrete means (optical means) for obtaining the above-mentioned configuration of the beam group will be described.

【0080】前述したように、光強度についての分割方
法には、(1)偏光を利用した方法と、(2)多重反射
による方法とが挙げられるので、両者を組み合わせた方
法を以下に示す。
As described above, the methods for dividing the light intensity include (1) a method using polarized light and (2) a method using multiple reflection. Therefore, a method combining both methods will be shown below.

【0081】図4に示す構成例6では、図示しないレー
ザー光源から一本の入射ビーム「lb」が多重反射板7
(その構成については図17で説明した通りである。)
によって等強度とされる6本のビームに分割された後
に、λ/2波長板8を経てさらに複屈折性結晶9を透過
して出力される。
In the configuration example 6 shown in FIG. 4, one incident beam “lb” is emitted from the laser light source (not shown) as the multiple reflection plate 7.
(The configuration is as described in FIG. 17.)
After being divided into six beams of equal intensity by, the beam is further transmitted through the λ / 2 wave plate 8 and further transmitted through the birefringent crystal 9 to be output.

【0082】つまり、本光学系への入射ビームについて
は、上記したシュリーレンフィルタリングに関する事情
を考慮して充分にコリメートされた平行光であるとして
おり、この平行光(レーザー光)は、多重反射板7によ
って複数の平行なビームに分割される(図では6本から
なるビーム群の例を示す。)。そして、さらにビーム群
はλ/2波長板8により適当な方位をもつ直線偏光とし
て複屈折性結晶9に入射され、ここで直交する2偏光に
それぞれ分割された上で出射する。従って、図示のよう
に隣接するビーム同士(例えば、図に示す光線「lt_
p」と「lt_s」)については互いに直交関係をもっ
て偏光しているので干渉はしない。しかし、1つおきに
位置するビーム同士(例えば、図に示す光線「lt_p
1」と「lt_p2」)については同じ偏光状態であ
り、従って、ビーム間に干渉が生じる結果、強度分布が
不均一になる。
That is, the incident beam to the present optical system is assumed to be parallel light sufficiently collimated in consideration of the above-mentioned schlieren filtering, and the parallel light (laser light) is reflected by the multiple reflection plate 7. Is divided into a plurality of parallel beams (in the figure, an example of a beam group consisting of six beams is shown). Then, the beam group is further incident on the birefringent crystal 9 as linearly polarized light having an appropriate orientation by the λ / 2 wavelength plate 8, where it is divided into two orthogonal polarized lights and emitted. Therefore, as shown in the drawing, adjacent beams (for example, the light beam "lt_
Since "p" and "lt_s") are polarized in a mutually orthogonal relationship, they do not interfere with each other. However, every other beam (for example, the ray “lt_p
1 ”and“ lt_p2 ”) have the same polarization state, and therefore interference between the beams results in a non-uniform intensity distribution.

【0083】上述したように、ガウシアンビームを仮定
した場合に強度分布を均一化するためには、少なくとも
隣接する3本ずつのビームが干渉なしに重なり合うよう
ためのシフト量(図1や図2の横軸方向におけるずれ量
であり、S値に対応する。)を適度に与える必要があ
る。
As described above, in order to make the intensity distribution uniform in the case of assuming a Gaussian beam, at least a shift amount for overlapping three adjacent beams without interference (see FIG. 1 and FIG. 2). It is a shift amount in the horizontal axis direction and corresponds to the S value).

【0084】そこで、図5に示すように、複数のレーザ
ーからの光線を、多重反射板に入射させることで複数の
ビームに等強度分割し、さらに、それらのビームを、複
屈折性結晶を含む光学系に通してずらした上で重ね合わ
せる構成を採用する。
Therefore, as shown in FIG. 5, light beams from a plurality of lasers are made to enter a multi-reflecting plate to be equally divided into a plurality of beams, and these beams further include a birefringent crystal. A structure is adopted in which the optical system is shifted and then superposed.

【0085】即ち、この例では、異なるレーザーからの
2本の光線(図5には、「」、「」を付して区別し
ている。)を用いており、各光線が多重反射板7によっ
てそれぞれ分割されてから、λ/2波長板8を透過した
後に、複屈折性結晶9を経た光がp偏光又はs偏光とな
る(2本の各ビームが多重反射板7により等強度の6本
に分割され、さらに複屈折性結晶9によりp偏光、s偏
光にシフトして分かれるので、2×6×2=24本のビ
ームが得られる。)。そして、出射光を図6の上から順
番に並べると、例えば、「p、p、s、s」
(「、」は由来するそれぞれのレーザー光を示し、
「p」はp偏光、「s」はs偏光をそれぞれ示す。)を
1周期としたビーム配置が繰り返されることが分かる。
従って、例えば、「p」のビームを中心位置に設定す
ると、その直ぐ脇(第一隣接域)には「s」又は「
p」のビームがきて、その両脇(第二隣接域)には「
s」のビームが位置する。そして、さらにその両脇(第
三隣接域)には「p」又は「s」のビームが位置す
るので、中心のビーム(p)に関して当該ビームとそ
の両側に隣接するそれぞれ3本のビームとが干渉しない
ことは明らかである。
That is, in this example, two light beams from different lasers (in FIG. 5, marked with "" and "") are used, and each light beam is reflected by the multiple reflection plate 7. After being divided, after passing through the λ / 2 wave plate 8, the light passing through the birefringent crystal 9 becomes p-polarized light or s-polarized light. 2), and the birefringent crystal 9 shifts the light into p-polarized light and s-polarized light so that 2 × 6 × 2 = 24 beams can be obtained. When the emitted lights are arranged in order from the top of FIG. 6, for example, “p, p, s, s”
("," Indicates the respective laser light derived from
“P” indicates p-polarized light, and “s” indicates s-polarized light. It can be seen that the beam arrangement with (1) as one cycle is repeated.
Therefore, for example, if the beam of "p" is set at the center position, "s" or "
A "p" beam comes in, and on both sides (second adjacent area)
The beam of "s" is located. Further, since the beam of "p" or "s" is further located on both sides (third adjacent area), the beam concerned and the three beams adjacent to both sides thereof with respect to the central beam (p). It is clear that it does not interfere.

【0086】このように、図5には、隣接する左右3本
のビームが、異なるレーザーからの光線及び直交する2
偏光の組み合わせによって実現される場合の構成につい
て一例を示しており(前記のN乃至N−4の範囲に示し
たビーム配置を周期的に繰り返したのと同じ配列にな
る。)、あるビームを関して所定のビーム本数以内の範
囲ではビーム同士が干渉することがなく、当該範囲にお
いて各ビームを重ね合わせることができる。
As described above, in FIG. 5, the three adjacent right and left beams are orthogonal to the rays from different lasers.
An example of a configuration realized by a combination of polarized lights is shown (the same arrangement as the beam arrangement shown in the above range N to N-4 is periodically repeated), and a certain beam is concerned. Therefore, the beams do not interfere with each other in a range within a predetermined number of beams, and the beams can be overlapped in the range.

【0087】以上のように、偏光による強度分割、多重
反射による強度分割、そして複数のレーザーからの光を
用いることについて、それらの組み合わせにおいて注意
しなければならないのは、ビーム間にギャップが生じる
か否かということである。即ち、多重反射板だけを用い
ても、これにより生成される複数のビーム間には、ギャ
ップが不可避的に生じるため、空間的にビームを密に配
置するためには複屈折を用いることが必要である。ま
た、複数のレーザーからのビームを用いる場合には、ギ
ャップを埋めるためにそれぞれのレーザー光を偏光合波
する必要がある。
As described above, regarding the intensity division by polarization, the intensity division by multiple reflection, and the use of light from a plurality of lasers, it must be noted in the combination thereof whether a gap is generated between beams. It is not. That is, even if only the multiple reflection plate is used, a gap is inevitably generated between the plurality of beams generated by this, so it is necessary to use birefringence in order to densely arrange the beams spatially. Is. Further, when beams from a plurality of lasers are used, it is necessary to polarize and combine the laser beams to fill the gap.

【0088】また、強度分布について効率良く均一化す
るためには、前述したように多数のビームが必要となる
が、ビーム本数を増やすことが目的ならば多重反射を用
いた方がコスト的に有利であり、設計の自由度も高い。
つまり、複屈折による分離は、直交する2偏光への分離
に限られることが問題となるが、勿論、複数のサバール
板を用いてこれを多段に重ねた配置を採ることも可能で
ある。
Further, in order to efficiently make the intensity distribution uniform, a large number of beams are required as described above. However, if the purpose is to increase the number of beams, it is more cost effective to use multiple reflection. Also, the degree of freedom in design is high.
That is, separation by birefringence is limited to separation into two orthogonal polarizations, but of course, it is also possible to use a plurality of Savart plates and arrange them in multiple stages.

【0089】図6は、サバール板を多段(本例では2
段)に配置した構成例10を示したものであり、2本の
レーザー光は、λ/2波長板11、サバール板12を透
過した後、さらにλ/2波長板13、サバール板14を
透過してから重ね合わされる。尚、図の下方には、破線
で示す位置での偏光状態(偏光方向)について両矢印で
示しており(レーザー光の一方だけについて示す。)、
λ/2波長板11を通って偏った光がサバール板12に
より直交関係の2偏光にシフト分離され、さらに、これ
らがλ/2波長板13を通ることで偏ってからサバール
板14により直交関係の2偏光にシフト分離されるの
で、ビーム1本当たり4本のビームが得られることにな
る。
FIG. 6 shows the Savart plate in multiple stages (two in this example).
10 shows a configuration example 10 arranged in a tier), in which two laser beams are transmitted through the λ / 2 wave plate 11 and the Savart plate 12, and then further transmitted through the λ / 2 wave plate 13 and the Savart plate 14. Then they are overlaid. In the lower part of the figure, the polarization state (polarization direction) at the position indicated by the broken line is indicated by a double-headed arrow (only one of the laser beams is shown).
The light deflected through the λ / 2 wave plate 11 is shifted and separated into two orthogonal polarizations by the Savart plate 12, and further, these are polarized by passing through the λ / 2 wave plate 13 before being orthogonalized by the Savart plate 14. Since it is shift-separated into two polarized lights of 4 beams, 4 beams can be obtained for each beam.

【0090】本例では、サバール板14から出射される
各ビームについて、第一のレーザー光に由来するものを
「」、第二のレーザー光に由来するものを「」で区
別し、p偏光、s偏光をそれぞれ「p」、「s」で区別
することにすると、例えば、上から順に「p、s、
p、s」をビーム配置が繰り返されることが分かる
(従って、あるビームを中心としてこれに隣接する3本
のビームと、中心のビームとが干渉しない関係にあ
る。)。
In this example, among the beams emitted from the Savart plate 14, those originating from the first laser light are distinguished by "", those originating from the second laser light are distinguished by "", and p-polarized When s-polarized light is distinguished by “p” and “s”, for example, “p, s,
It can be seen that the beam arrangement for "p, s" is repeated (therefore, there is a relationship in which three beams adjacent to a certain beam as the center do not interfere with the central beam).

【0091】但し、サバール板の厚みや枚数の増加は、
実用的見地からはあまり魅力的でないため、図5に示す
構成のように、多重反射と複屈折とを組み合わせた構成
が、実用上最も有効な手段と考えられる。勿論、さらに
高出力化を必要とする場合等においては、これに加え
て、偏光合波を含めた複数のレーザー光の使用が有効で
あることに変わりはない。
However, the increase in the thickness and number of Savart plates is
Since it is not so attractive from a practical point of view, a configuration that combines multiple reflection and birefringence as shown in FIG. 5 is considered to be the most effective means for practical use. Of course, in the case where higher output is required, in addition to this, use of a plurality of laser beams including polarization multiplexing is still effective.

【0092】例えば、高輝度化のために、2台以上のレ
ーザーを用いる場合の照明装置の構成例15について図
7に示す(尚、多重反射板7及びそれ以降の構成につい
ては、複屈折性結晶9の後段にシリンドリカルレンズ1
9、さらにはGLV20が配置されている点を除いて、
図5の構成と同じである。)。
For example, FIG. 7 shows a constitutional example 15 of the illuminating device in the case of using two or more lasers in order to increase the brightness (note that the multireflecting plate 7 and the subsequent constitutions are birefringent. Cylindrical lens 1 after crystal 9
9, except that GLV20 is placed,
The configuration is the same as that of FIG. ).

【0093】本例では、第一のレーザーからの光lb1
及び第二のレーザーからの光lb2が偏光ビームスプリ
ッター(PBS)16を介してプリズムミラー18の頂
角部に照射され、当該ミラーでの反射により光路変更を
受けた光が多重反射板7に入射される。また、第三のレ
ーザーからの光lb3及び第四のレーザーからの光lb
4が偏光ビームスプリッター(PBS)17を介してプ
リズムミラー18に照射され、当該ミラーで光路変更を
受けた光が多重反射板7に入射される。従って、図5と
の関係においてはプリズムミラー18からの一方がの
ビームに相当し、他方がのビームに相当する。
In this example, the light lb1 from the first laser is used.
And the light lb2 from the second laser is applied to the apex angle portion of the prism mirror 18 via the polarization beam splitter (PBS) 16, and the light whose optical path is changed by the reflection on the mirror is incident on the multiple reflection plate 7. To be done. Also, the light lb3 from the third laser and the light lb from the fourth laser
4 is irradiated onto the prism mirror 18 via the polarization beam splitter (PBS) 17, and the light whose optical path is changed by the mirror is incident on the multiple reflection plate 7. Therefore, in the relationship with FIG. 5, one of the prism mirrors 18 corresponds to the beam of and the other corresponds to the beam of.

【0094】このような偏光ビームスプリッターによる
偏光合波や、ミラーによる合波等を用いて、(強度分布
変換系への入射以前に)ビームの合波を行えば良い。勿
論、3本以上の異なるレーザーからの光線について合波
の後に、上記の場合と同様に多重反射板にビームを入射
させても良いが、その際にはできるだけインコヒーレン
トな光線同士を重ね合わせることでスペックルコントラ
ストを低減するために、図7の構成と同様なビームの合
波を経た後で多重反射、さらには複屈折による分割を行
うことが望ましい。
Beams may be combined (before being incident on the intensity distribution conversion system) by using polarization combining by such a polarization beam splitter, combining by a mirror, or the like. Of course, after combining light beams from three or more different lasers, the beams may be incident on the multiple reflection plate as in the above case, but in that case, incoherent light beams should be overlapped with each other. Therefore, in order to reduce the speckle contrast, it is desirable to perform multiple reflection and further division by birefringence after the beams are combined in the same manner as in the configuration of FIG.

【0095】尚、図7では説明の便宜上、2台以上のレ
ーザーについて同じ平面上に配置されるものとしたが、
図の紙面に対して垂直な方向に複数のレーザーを並設す
るといった各種の形態が可能である。また、図7では、
GLV20(の線状領域)への照明を行うために、その
前段のシリンドリカルレンズ19を用いて複屈折性結晶
の透過後の光を集光している。そして、ビームスプリッ
ター等の合波手段については適宜組み合わせて用いるこ
とができる。
In FIG. 7, for convenience of explanation, it is assumed that two or more lasers are arranged on the same plane.
Various forms are possible in which a plurality of lasers are arranged side by side in a direction perpendicular to the plane of the drawing. In addition, in FIG.
In order to illuminate the GLV 20 (the linear region thereof), the light after passing through the birefringent crystal is condensed using the cylindrical lens 19 in the preceding stage. And, combining means such as a beam splitter can be appropriately combined and used.

【0096】本発明に使用するレーザー光源について
は、特定のものに限定されないので、様々なレーザーを
想定することができるが、ガウシアン分布のレーザー光
を念頭においた場合には、例えば、固体レーザー、ファ
イバーレーザーあるいはその波長変換を利用したものが
挙げられる。特に、ファイバーレーザーを使う場合に
は、高出力でコンパクトであること、そして、基盤(シ
リコン基板等)上に作成されたV溝アレイを用いて、出
射端について受動的にアライメントができる(つまり、
各ビームの相対的位置関係を設定できる)ので、本発明
のレーザー光源として適している。
The laser light source used in the present invention is not limited to a specific one, and various lasers can be envisioned. However, when a laser light having a Gaussian distribution is kept in mind, for example, a solid laser, A fiber laser or a laser utilizing its wavelength conversion can be used. In particular, when using a fiber laser, the output power is compact and the V-groove array formed on the substrate (silicon substrate or the like) can be used to passively align the emitting end (that is,
Since the relative positional relationship of each beam can be set), it is suitable as the laser light source of the present invention.

【0097】また、複数のレーザーを個別に並列配置さ
せる形態と、半導体レーザーアレイのように複数のレー
ザービームを得る形態が挙げられる。後者の場合には、
例えば、マイクロレンズアレイによりコリメートされる
LDアレイの使用が挙げられるが、この場合、半導体レ
ーザーの各エミッターの強度がガウシアン分布をもつこ
とが望ましい。ブロードエリア(発光領域幅が数十乃至
数百μmとされる。)のエミッターの場合には、強度分
布が多モードであることや、多重反射時における光線の
広がりによる、不均一性が問題となるので、それに対す
る補正(例えば、多重反射板における各コーティング領
域の反射率等を適正に設定して補正する等。)が必要と
なる。よって、その分、設計や製造が複雑になるが、上
記したビームの重ね合わせによる平均化自体は一般に通
用する原理であるため、ガウシアン分布から外れた分布
(例えば、分布関数が「exp(−xk)」(k≠2)
の場合)、あるいは不規則な強度分布をもつ光源の使用
に対しても、ある程度有効に働くことが期待できる。ま
た、多数のレーザーを並列化した配置で用いる場合に
は、個体間の平均化の効果も得られるため、全レーザー
についての強度和として応用上あるいは実用上許容し得
る範囲内であれば、特にガウシアン分布にこだわる必要
はない。
Further, there are a mode in which a plurality of lasers are individually arranged in parallel and a mode in which a plurality of laser beams are obtained like a semiconductor laser array. In the latter case,
For example, the use of an LD array collimated by a microlens array may be used. In this case, it is desirable that the intensity of each emitter of the semiconductor laser has a Gaussian distribution. In the case of an emitter in a broad area (the width of the light emitting region is set to several tens to several hundreds of μm), the non-uniformity due to the multimode intensity distribution and the spread of light rays at the time of multiple reflection poses a problem. Therefore, it is necessary to make a correction (for example, by appropriately setting the reflectance of each coating region in the multiple reflection plate to make correction). Therefore, although designing and manufacturing become complicated accordingly, averaging itself by superimposing the beams described above is a generally accepted principle, so that a distribution outside the Gaussian distribution (for example, the distribution function is “exp (−x k ) ”(k ≠ 2)
In the case of), or to the use of a light source having an irregular intensity distribution, it can be expected to work to some extent. Further, when a large number of lasers are used in a parallel arrangement, the effect of averaging between individuals can also be obtained, so that the sum of intensities of all lasers is within a range that is practically or practically acceptable. You don't have to stick to the Gaussian distribution.

【0098】[0098]

【実施例】次に、具体的な実施例について説明する。EXAMPLES Next, specific examples will be described.

【0099】先ず、YAGレーザーの第二高調波(波長
532nm)のレーザーを8台使用し、各レーザーの出
力はいずれも等しくて、そのビーム径(直径)を1mm
とする。8台のレーザーからの光については偏光合波に
より、2台ずつのレーザー光を1つに合波すると、4本
のビームを得ることができる。従って、図7の構成に示
すように第一乃至第四のビームlb1〜4を同一平面内
で配置しても良いが、ここでは、4つのビームのうち、
2つ(以下、これらを「ビーム3」、「ビーム4」と記
す。)については図7の紙面に垂直な方向から照射され
るように配置する。残る2つのビーム(以下、これらを
「ビーム1」、「ビーム2」と記す。)については図7
と同様に紙面内の配置とする。
First, eight lasers of the second harmonic (wavelength 532 nm) of the YAG laser were used, the outputs of the lasers were all equal, and the beam diameter (diameter) was 1 mm.
And The light from the eight lasers is polarized and combined, and when two laser lights are combined into one, four beams can be obtained. Therefore, as shown in the configuration of FIG. 7, the first to fourth beams lb1 to lb4 may be arranged in the same plane, but here, of the four beams,
Two of them (hereinafter referred to as "beam 3" and "beam 4") are arranged so as to be irradiated from a direction perpendicular to the paper surface of FIG. FIG. 7 shows the remaining two beams (hereinafter referred to as “beam 1” and “beam 2”).
As in the above, the layout should be within the page.

【0100】以下では、説明の簡単化のためにビーム
1、2についてのみ説明する(∵下記の説明においてビ
ーム3、4の場合に適宜に置換しても基本的な内容は同
じことであるから。)。
In the following, only the beams 1 and 2 will be described for simplification of the description (∵ the basic contents are the same even if the beams 3 and 4 are appropriately replaced in the following description). .).

【0101】複屈折の利用においてはサバール板を用い
ることにして、当該サバール板を出射した後のビームの
中心間隔が1.3mmとなるように(前記したS=1.
3の場合に相当する。)、多重反射板とサバール板の組
み合わせについて設計する。
When utilizing birefringence, a Savart plate is used so that the center distance between the beams after exiting the Savart plate is 1.3 mm (S = 1.
This corresponds to the case of 3. ), Design for a combination of multiple reflectors and Savart plates.

【0102】サバール板を出射した後のビーム群につい
ては、サバール板の厚みを薄くして低コスト化できるよ
うに、ビーム配置に関して、ビーム1の常光線、ビーム
1の異常光線、ビーム2の常光線、ビーム2の異常光線
の順に並べることにする。
Regarding the beam group after being emitted from the Savart plate, the ordinary ray of the beam 1, the extraordinary ray of the beam 1, and the ordinary ray of the beam 2 are arranged so that the thickness of the Savart plate can be reduced to reduce the cost. Rays and extraordinary rays of beam 2 are arranged in this order.

【0103】先ず、ビーム1とビーム2は、前記プリズ
ムミラー18での反射後に、ビーム間隔2.6mmをも
って平行な関係になるように調整する。それぞれのビー
ム径が1mmであるから、プリズムミラーの頂角側での
損失については当該頂角近傍での面取りを含めても充分
に小さく抑えることができる。
First, the beam 1 and the beam 2 are adjusted to have a parallel relationship with a beam interval of 2.6 mm after being reflected by the prism mirror 18. Since each beam diameter is 1 mm, the loss on the apex angle side of the prism mirror can be sufficiently suppressed even if chamfering near the apex angle is included.

【0104】サバール板として方解石を用いるとする
と、前記[数1]式から、1.3mmの偏光分離量を得
るための厚みを計算することができ、約11.3mmを
得る。尚、ここで、サバール板の光学軸は、入射面法線
に対して45゜傾いているとしている。
If calcite is used as the Savart plate, the thickness for obtaining the polarization separation amount of 1.3 mm can be calculated from the above [Formula 1], and about 11.3 mm is obtained. The optical axis of the Savart plate is assumed to be inclined by 45 ° with respect to the normal to the incident surface.

【0105】次に、多重反射板の設計に移るが、当該反
射板内部での反射後に出射される各ビームは、ビーム間
隔d=5.2mm(=1.3mm×4)をもってシフト
している必要がある。平行平板を構成する基盤の厚みを
「t」とし、屈折率を「n」とするとき、スネルの法則
と簡単な幾何学的関係の考察から下式が得られる。
Next, moving to the design of a multiple reflection plate, each beam emitted after reflection inside the reflection plate is shifted with a beam interval d = 5.2 mm (= 1.3 mm × 4). There is a need. When the thickness of the base plate forming the parallel plate is “t” and the refractive index is “n”, Snell's law and a simple geometrical relation give the following formula.

【0106】[0106]

【数5】 [Equation 5]

【0107】図8は、上式の導出について要部を示すも
のであり、「a」が入射角を示し、「b」が屈折角を示
す。尚、上式の第二式は、図の点P1及びP2を結ぶ線
分の長さにcosaを掛けたものがdに等しいことから
得られる。
FIG. 8 shows a main part of deriving the above equation, where "a" indicates the incident angle and "b" indicates the refraction angle. The second equation of the above equation is obtained because the length of the line segment connecting the points P1 and P2 in the figure multiplied by cosa is equal to d.

【0108】上式を連立させてtについて解くと、下式
のようになる。
When the above equations are combined and solved for t, the following equation is obtained.

【0109】[0109]

【数6】 [Equation 6]

【0110】尚、[数6]式の関係について一例を示し
たものが図9であり、横軸に入射角「a」(単位:degr
ee(゜))をとり、縦軸に厚み「t」(単位:mm)をと
って両者の関係を示している。
Incidentally, FIG. 9 shows an example of the relation of the [Equation 6], in which the incident angle "a" (unit: degr
ee (°)) and the vertical axis represents the thickness “t” (unit: mm) to show the relationship between the two.

【0111】基盤材料として、BK7(n=1.519
47)を用いることにし、厚みt=10mmとすると、
入射角a≒24.7゜とすればよいことが数値計算から
分かる(図9参照)。また、このときの屈折角はb≒1
5.96゜である。尚、実際の基盤厚みについては誤差
をもつが、これについては基盤への光の入射角度を調整
することで補償が可能である。
As a base material, BK7 (n = 1.519
47) and the thickness t = 10 mm,
It can be seen from the numerical calculation that the incident angle a should be approximately 24.7 ° (see FIG. 9). The refraction angle at this time is b≈1.
5.96 °. Although there is an error in the actual substrate thickness, this can be compensated by adjusting the incident angle of light to the substrate.

【0112】以上の幾何学的関係を考慮して、最終的に
等強度の6本のビームを得るには、図10に示すように
多重反射板の各領域について反射コーティング処理を施
せば良い。即ち、図の左方に示す入射面側については、
2つの領域に区分けして、光線入射用窓部W(幅5.7
2mm)についてはその反射率R0=0%とし、全反射
面(幅28.6mm)の反射率R=100%とする。そ
して、出射面側については、各領域の幅をそれぞれ5.
70mmにするとともに、それぞれの反射率については
前記[数4]式で求めたように、R1≒83.3%、R2
=80%、R3=75%、R4≒66.7%、R5=50
%とし、またR6については0%とする。
In consideration of the above geometrical relationships, in order to finally obtain six beams of equal intensity, each region of the multiple reflection plate may be subjected to a reflection coating treatment as shown in FIG. That is, for the incident surface side shown on the left side of the figure,
The light incident window W (width 5.7) is divided into two regions.
2 mm), its reflectance R 0 = 0%, and the reflectance R of the total reflection surface (width 28.6 mm) R = 100%. The width of each region is set to 5.
70 mm, and with respect to each reflectance, R 1 ≈83.3%, R 2 as calculated by the above [Formula 4].
= 80%, R 3 = 75%, R 4 ≈66.7%, R 5 = 50
%, And R 6 is 0%.

【0113】尚、図10において、各領域については
0.04mmの間隙をもって形成されている(図には、
すき間を誇張して示している。)。
In FIG. 10, each region is formed with a gap of 0.04 mm (in the figure,
The gap is exaggerated. ).

【0114】本例において、最終的に得られる照明領域
の高さ(幅)は、ビーム間隔×ビーム本数=5.2mm
×6=31.2mmとなり、これはGLVを照明するの
に充分な長さである。
In this example, the height (width) of the finally obtained illumination area is the beam interval × the number of beams = 5.2 mm.
X6 = 31.2 mm, which is long enough to illuminate the GLV.

【0115】図11は、出射光の強度分布例について概
略的に示したものである。
FIG. 11 schematically shows an example of the intensity distribution of outgoing light.

【0116】ビーム1、2のそれぞれの常光線、異常光
線は空間的にシフトされた配置を採り、それぞれの強度
分布を示す曲線(ガウシアン分布としている。)を図に
は4種類の線種の違いで区別している。
The ordinary ray and the extraordinary ray of each of the beams 1 and 2 have a spatially shifted arrangement, and a curve (Gaussian distribution) showing their respective intensity distributions is shown in FIG. Differentiate by the difference.

【0117】隣接するビームについては、そのピーク同
士の間隔が1.3mmとされ、また、同種のビームにつ
いては、それぞれの間隔が5.2mm(=1.3mm×
4)とされている。
The spacing between the peaks of adjacent beams is 1.3 mm, and the spacing between the peaks of the same type is 5.2 mm (= 1.3 mm ×).
4).

【0118】図12はGLVを用いた画像表示装置への
適用例21について構成の概略を示したものである。
FIG. 12 shows an outline of the configuration of an application example 21 to an image display device using GLV.

【0119】レーザー光源22からの光は、上記に説明
した強度分布変換系23(図には単レンズで代表的に示
しているが、多重反射板や複屈折性結晶等を含む光学系
である。)を介して均一化された上で空間変調器24
(例えば、GLV)に照射される。当該空間変調器によ
る回折光は、レンズ25、シュリーレンフィルター2
6、レンズ27を経た後、投影レンズ系28を透過して
ガルバノミラー29に達し、さらにはスクリーン30へ
と到達する。尚、GLVやガルバノミラー等の駆動制御
手段については図示及び説明を省略する。
The light from the laser light source 22 is an intensity distribution conversion system 23 described above (an optical system including a multi-reflecting plate, a birefringent crystal and the like, which is shown as a single lens as a representative in the figure). .), And the spatial modulator 24
(Eg GLV). The light diffracted by the spatial modulator is the lens 25 and the Schlieren filter 2
6. After passing through the lens 27, the light passes through the projection lens system 28, reaches the galvanometer mirror 29, and further reaches the screen 30. Illustration and description of the drive control means such as the GLV and the galvanometer mirror are omitted.

【0120】以上の説明では、各ビームについては偏光
合波によるビームと考えたが、偏光合波されたビームに
対して、多重反射板の全領域の各反射率がp偏光とs偏
光に対して等しくなければ、等強度のビームを出射する
ことができない。一般に入射角度が大きくなるとコーテ
ィングに要求される精度に関して偏光依存性が大きくな
るので、多重反射板への入射角度をできるだけ小さくす
ることが望ましい。しかし、図9に示したグラフ曲線か
らも分かるように、入射角度(a)を小さくすると基盤
の板厚(t)が厚くなる。従って、両者の妥協点を模索
して、実用上支障を来さない範囲で、入射角度を設定す
る必要がある。他方、入射角度が小さくなれば、各領域
(反射領域)の幅が狭くなることにも注意すべきであ
る。現実的には、各領域の間には多少のマージンを見込
む必要があるので入射角度をあまり小さくすることはで
きない。入射面と反射面との間隔を長くとるためには、
平行平板の両面に反射コーティングを施す代わりに、各
面について独立の基盤を用いることでそれぞれ別体の構
成として作成するとともに、各部材の調整を行うという
形態も考えられるが、精度出しのために調整を必要とす
ること及び部品点数が増えること等の事情を考慮する
と、偏光合波はできる限り避けて、例えば、図7の紙面
に垂直な方向に沿って同じ偏光状態のビームを多数並列
に配置する方法が望ましい。
In the above description, each beam is considered to be a beam by polarization multiplexing, but for the polarization-multiplexed beam, the reflectances of the entire area of the multiple reflection plate are p-polarized and s-polarized. If they are not equal to each other, a beam of equal intensity cannot be emitted. In general, the larger the incident angle, the greater the polarization dependency with respect to the accuracy required for the coating. Therefore, it is desirable to make the incident angle to the multiple reflection plate as small as possible. However, as can be seen from the graph curve shown in FIG. 9, when the incident angle (a) is made smaller, the board thickness (t) of the base becomes thicker. Therefore, it is necessary to seek a compromise between the two and set the incident angle within a range that does not hinder practical use. On the other hand, it should be noted that the smaller the incident angle, the narrower the width of each region (reflection region). In reality, since it is necessary to allow some margin between the regions, the incident angle cannot be made too small. To increase the distance between the incident surface and the reflective surface,
Instead of applying reflective coating on both sides of a parallel plate, it is possible to use separate bases for each side to create separate structures and adjust each member, but for accuracy Considering the circumstances such as the need for adjustment and the increase in the number of parts, polarization multiplexing is avoided as much as possible, and for example, a large number of beams with the same polarization state are arranged in parallel along the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Arrangement method is desirable.

【0121】また、小型化の観点からは、複屈折性結晶
の両面にコーティングをそれぞれ施すような構成形態も
挙げられるが、複屈折性結晶中の多重反射は複雑であっ
て設計が困難であることや、結晶の耐湿性や耐温度特性
等を考えた場合には、複数回のコーティングを行うこと
は困難であり、あまり実用的ではない。
Further, from the viewpoint of miniaturization, there may be mentioned a configuration in which coating is applied to both sides of the birefringent crystal, but multiple reflection in the birefringent crystal is complicated and difficult to design. In consideration of the moisture resistance and temperature resistance of the crystal, it is difficult to perform coating a plurality of times, and it is not very practical.

【0122】上記した実施例では、使用される全てのビ
ームがほぼ点光源とみなせる固体レーザーの高調波(S
HGによる第二高調波)であるため、充分なコリメーシ
ョンが可能である。つまり、全てのビームを互いに平行
な光とすることができる(平行度が高い)ので、GLV
に係るシュリーレンフィルタリング後のコントラストに
おいても良好な特性を得ることが可能になる。
In the above embodiment, all the beams used are harmonics (S
Since it is the second harmonic due to HG), sufficient collimation is possible. In other words, all the beams can be made parallel to each other (the degree of parallelism is high).
It is possible to obtain good characteristics even in the contrast after the schlieren filtering according to the above.

【0123】尚、複数のレーザーを用いる場合に、各レ
ーザーの出力が大きく相違すると、全てのビームを合成
した後で強度分布に不均一性が生じることになる。そこ
で、これに対する補正を行えるように、例えば、各レー
ザーについて出力の調整をそれ自身で電気的に行えるよ
うにするか、あるいは各レーザーの外部に強度調整のた
めの手段を設けること、例えば、外部にレーザーの透過
光の強度を調整するための手段等を講じることが望まし
い。このような外部に設けられる出力調整手段として
は、例えば、レーザー光が直線偏光である場合に、2分
の1波長板と偏光子とを組み合わせる形態等が挙げられ
る。
When a plurality of lasers are used and the outputs of the lasers greatly differ, the intensity distribution becomes nonuniform after all the beams are combined. Therefore, in order to correct this, for example, the output of each laser can be electrically adjusted by itself, or a means for adjusting the intensity is provided outside each laser, for example, It is desirable to take measures to adjust the intensity of laser transmitted light. Examples of such output adjusting means provided outside include a mode in which a half-wave plate and a polarizer are combined when the laser light is linearly polarized light.

【0124】以上の説明では、GLVのように1次元の
空間変調器を想定して、線状領域に対して均一な照明を
行う場合について述べてきたが、2次元の空間変調器等
への照明を行う場合にも本発明を適用することができ
る。即ち、1次元照明用に設けられた多重反射板とは別
に、もう一枚の多重反射板を使って、多重反射が図5や
図7の紙面に垂直な方向においても行われるように構成
すれば、2次元への拡張は容易である(面的な広がりを
もってビームの重ね合わせを行える。)。勿論、このこ
とは、方位を変えたサバール板をもう一枚用いて、2次
元に拡張しても同じことである。
In the above description, a case has been described in which a one-dimensional spatial modulator such as GLV is assumed and uniform illumination is performed on a linear region, but a two-dimensional spatial modulator or the like is described. The present invention can also be applied to lighting. That is, in addition to the multiple reflection plate provided for one-dimensional illumination, another multiple reflection plate may be used so that multiple reflection is performed even in the direction perpendicular to the paper surface of FIGS. 5 and 7. For example, extension to two dimensions is easy (beams can be superposed with a planar spread). Of course, this is the same even if it expands two-dimensionally by using another Savart plate whose orientation is changed.

【0125】しかして、上記した構成によれば、スペッ
クルノイズや干渉ノイズが十分に抑圧された均一な照明
を、2台以上のレーザーを用いて高い効率をもって実現
することができる。しかも、構成が比較的簡単であるた
めに、装置の小型化やコスト低減に好適である。例え
ば、上記した照明装置を画像表示装置に適用すること
で、色再現性に優れた高品位画像の表示が可能なレーザ
ーディスプレイ等を実現できる。
According to the above arrangement, however, uniform illumination in which speckle noise and interference noise are sufficiently suppressed can be realized with high efficiency by using two or more lasers. Moreover, since the structure is relatively simple, it is suitable for downsizing of the device and cost reduction. For example, by applying the above-mentioned illumination device to an image display device, a laser display or the like capable of displaying a high-quality image with excellent color reproducibility can be realized.

【0126】[0126]

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項1や請求項7に係る発明によれば、分割され
た等強度のビームに対して、複屈折を用いて各ビームを
空間的にずらして、可干渉性をもたないビーム同士を重
ね合わせることによって、均一性に優れた照明光を得る
ことができるので、高効率化やスペックルの低減等が可
能になる。そして、非球面シリンドリカルレンズ等を必
要としない比較的簡易な構成で済むため、小型化及び低
コスト化に適している。
As is apparent from the above description, according to the inventions according to claims 1 and 7, each beam is spatially divided by using birefringence with respect to the divided beams of equal intensity. By displacing the beams without coherence and superimposing the beams having no coherence, it is possible to obtain illumination light with excellent uniformity, so that it is possible to improve efficiency and reduce speckle. Since a relatively simple structure that does not require an aspherical cylindrical lens or the like is sufficient, it is suitable for downsizing and cost reduction.

【0127】請求項2や請求項8に係る発明によれば、
多重反射板を用いることでビーム分割数を多くすること
ができ、低コスト化の面でも有利である。
According to the inventions of claims 2 and 8,
By using the multiple reflection plate, the number of beam divisions can be increased, which is also advantageous in terms of cost reduction.

【0128】請求項3や請求項4に係る発明によれば、
ビーム群について空間的に規則的な配置をとることがで
き、また、中心位置のビームが、それと隣接関係にある
別のビームと干渉しないように配列させることで、均一
化及びスペックルコントラストの低減に有効である。特
に、異なるレーザーからの光及び異なる偏光状態の光を
用いることにより、各種のビーム配置を採ることができ
るので、設計上の自由度が高い。
According to the inventions of claims 3 and 4,
The group of beams can be spatially arranged regularly, and by arranging the beam at the center position so as not to interfere with another beam adjacent to it, homogenization and reduction of speckle contrast can be achieved. Is effective for. In particular, by using lights from different lasers and lights with different polarization states, various beam arrangements can be adopted, so that the degree of freedom in design is high.

【0129】請求項5に係る発明によれば、半導体レー
ザーアレイからの出射後に、マイクロレンズアレイによ
りコリメートされた光を利用でき、コンパクトで簡素な
構成にすることができる。
According to the fifth aspect of the invention, the light collimated by the microlens array can be used after the light is emitted from the semiconductor laser array, and a compact and simple structure can be obtained.

【0130】請求項6に係る発明によれば、ビーム半径
とビームの中心間隔との関係を適切に設定することによ
り、ビーム間に強度の不均一性が生じないようにし、か
つ、重ね合わせ後の強度分布において均一な部分の幅が
狭すぎないようにすることができる。
According to the invention of claim 6, by appropriately setting the relationship between the beam radius and the center interval of the beams, non-uniformity of intensity does not occur between the beams, and after the superposition, It is possible to prevent the width of the uniform portion in the intensity distribution of 1 from being too narrow.

【0131】請求項9や請求項10に係る発明によれ
ば、GLVを用いた画像表示装置への適用において、高
輝度化やコントラスト及び画質の向上を実現することが
できるので、高品位化に適している。
According to the ninth and tenth aspects of the present invention, when applied to an image display device using a GLV, it is possible to realize high brightness and improvement of contrast and image quality. Are suitable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図2とともに、ガウシアンビームを重ね合わせ
ることで得られる強度分布についての説明図であり、本
図は、ビーム半径に対して、2倍、1.5倍、1.4
倍、1.3倍、1倍のビーム中心間隔をもつ場合につい
て示す。
FIG. 1 is an explanatory view of an intensity distribution obtained by overlapping Gaussian beams together with FIG. 2, and this figure shows a beam radius of 2 times, 1.5 times, and 1.4 times.
The case where the beam center intervals are 1 times, 1.3 times, and 1 time will be described.

【図2】ビーム半径に対して、2倍から1倍まで0.2
刻みでビーム中心間隔を変えていった場合について示す
図である。
FIG. 2 is a beam radius of 2 to 1 times 0.2.
It is a figure shown about the case where a beam center space | interval is changed in steps.

【図3】半導体レーザーアレイとマイクロレンズアレイ
を用いた構成についての説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration using a semiconductor laser array and a microlens array.

【図4】図5とともに多重反射板と複屈折性結晶を用い
た強度分布変換光学系の構成例を示すものであり、本図
はビーム数が1つの場合を示す。
FIG. 4 shows an example of the configuration of an intensity distribution conversion optical system using a multiple reflection plate and a birefringent crystal together with FIG. 5, and this figure shows the case where the number of beams is one.

【図5】ビーム数が2つの場合について一例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an example when the number of beams is two.

【図6】サバール板を多段構成とした例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the Savart plate has a multi-stage configuration.

【図7】照明装置の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a lighting device.

【図8】図9、図10とともに多重反射板の設計例につ
いて説明するための図であり、本図は諸元について幾何
光学的な関係を示す説明図である。
8 is a diagram for explaining a design example of a multiple reflection plate together with FIGS. 9 and 10, and this diagram is an explanatory diagram showing a geometrical-optical relationship regarding specifications. FIG.

【図9】入射角度と基盤厚との関係を例示したグラフ図
である。
FIG. 9 is a graph illustrating the relationship between the incident angle and the substrate thickness.

【図10】多重反射板における各部の反射率について説
明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the reflectance of each part of the multiple reflection plate.

【図11】出射光の強度分布について説明するための図
である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the intensity distribution of emitted light.

【図12】画像表示装置の構成例を概略的に示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration example of an image display device.

【図13】図14とともにシュリーレンフィルター光学
系について説明するための図であり、本図は光学系を概
略的に示す斜視図である。
13 is a diagram for explaining the Schlieren filter optical system together with FIG. 14, and this diagram is a perspective view schematically showing the optical system.

【図14】光学系の要部を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing a main part of an optical system.

【図15】ビーム走査による均一化法について説明する
ための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining a homogenizing method by beam scanning.

【図16】偏光による強度分割法について説明するため
の図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining an intensity division method using polarized light.

【図17】多重反射による強度分割法について説明する
ための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining an intensity division method by multiple reflection.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザーアレイ、2…マイクロレンズアレ
イ、3、9、12、14…複屈折性結晶、5、20…グ
レーティングライトバルブ、7…多重反射板、15…照
明装置、21…画像表示装置、24…空間変調器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser array, 2 ... Microlens array, 3, 9, 12, 14 ... Birefringent crystal, 5, 20 ... Grating light valve, 7 ... Multiple reflection plate, 15 ... Illumination device, 21 ... Image display device, 24 ... Spatial modulator

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のレーザーからの光線を用いて均一
化された強度分布が得られるように構成された、複数の
ビームを用いた照明装置において、 複数のレーザーからの光線を、強度の等しい複数のビー
ムに分割してから、複屈折を用いてビームを空間的にず
らした上で重ね合わせるようにしたことを特徴とする複
数のビームを用いた照明装置。
1. An illumination device using a plurality of beams, which is configured to obtain a uniform intensity distribution by using the beams from a plurality of lasers, wherein the light beams from the plurality of lasers have the same intensity. An illumination device using a plurality of beams, characterized by dividing the beams into a plurality of beams, spatially shifting the beams using birefringence, and superimposing the beams.
【請求項2】 請求項1に記載した複数のビームを用い
た照明装置において、 複数のレーザーからの光線を、多重反射板によって複数
のビームに分割するとともに、それらのビームを、複屈
折性結晶を含む光学系に通した上で重ね合わせるように
したことを特徴とする複数のビームを用いた照明装置。
2. A lighting device using a plurality of beams according to claim 1, wherein light beams from a plurality of lasers are divided into a plurality of beams by a multiple reflection plate, and the beams are birefringent crystal. An illuminating device using a plurality of beams, wherein the illuminating device is configured to pass through an optical system including a laser beam and superposed on each other.
【請求項3】 請求項1に記載した複数のビームを用い
た照明装置において、 複屈折後に得られる複数のビーム配置が空間的に周期性
をもっており、コヒーレントな関係にある2つのビーム
の間に、インコヒーレントな関係をもつ複数のビームが
配列されるとともに、あるビームを中心としてこれに隣
接する1周期内のビームが当該中心のビームと干渉しな
い配置とされていることを特徴とする複数のビームを用
いた照明装置。
3. An illuminator using a plurality of beams according to claim 1, wherein the plurality of beam arrangements obtained after birefringence have spatial periodicity and are between two beams having a coherent relationship. , A plurality of beams having an incoherent relationship are arranged, and a beam centered on a certain beam and adjacent to the beam within one period is arranged so as not to interfere with the beam at the center. Lighting device using a beam.
【請求項4】 請求項3に記載した複数のビームを用い
た照明装置において、 1周期分を構成する複数のビームが、異なるレーザーか
らの光であってかつ異なる偏光状態とされることを特徴
とする複数のビームを用いた照明装置。
4. The illumination device using a plurality of beams according to claim 3, wherein the plurality of beams forming one cycle are lights from different lasers and have different polarization states. A lighting device using a plurality of beams.
【請求項5】 請求項1に記載した複数のビームを用い
た照明装置において、 レーザー光源として、半導体レーザーアレイ及びマイク
ロレンズアレイを用いたことを特徴とする複数のビーム
を用いた照明装置。
5. The illumination device using a plurality of beams according to claim 1, wherein a semiconductor laser array and a microlens array are used as a laser light source.
【請求項6】 請求項1に記載した複数のビームを用い
た照明装置において、 入射される各ビームの強度分布がほぼガウシアン分布を
有しており、最終的に並列配置されるビームについて隣
接するビームの中心間隔が、ガウシアンビーム半径のほ
ぼ1倍乃至1.5倍の範囲に規定されていることを特徴
とする複数のビームを用いた照明装置。
6. The illumination device using a plurality of beams according to claim 1, wherein the intensity distribution of each of the incident beams has a Gaussian distribution, and the beams finally arranged in parallel are adjacent to each other. An illuminating device using a plurality of beams, characterized in that the center interval of the beams is defined in a range of approximately 1 to 1.5 times the Gaussian beam radius.
【請求項7】 複数のレーザーからの光線を用いて均一
化された強度分布が得られるように構成された照明装置
と、これによって照明される空間変調器を用いた画像表
示装置において、 複数のレーザーからの光線を、強度の等しい複数のビー
ムに分割してから、複屈折を用いてビームを空間的にず
らした上で重ね合わせ、それにより均一化された光が上
記空間変調器に照射されることを特徴とする画像表示装
置。
7. An illumination device configured to obtain a uniform intensity distribution using light beams from a plurality of lasers, and an image display device using a spatial modulator illuminated by the illumination device. The beam from the laser is split into multiple beams of equal intensity, then the beams are spatially offset using birefringence and then superposed, so that the homogenized light is applied to the spatial modulator. An image display device characterized by the above.
【請求項8】 請求項7に記載の画像表示装置におい
て、 複数のレーザーからの光線を、多重反射板によって複数
のビームに分割するとともに、それらのビームを、複屈
折性結晶を含む光学系に通した上で重ね合わせるように
したことを特徴とする画像表示装置。
8. The image display device according to claim 7, wherein the light beams from the plurality of lasers are divided into a plurality of beams by a multiple reflection plate, and the beams are made into an optical system including a birefringent crystal. An image display device characterized in that it is passed through and then superposed.
【請求項9】 請求項7に記載の画像表示装置におい
て、 空間変調器としてグレーティングライトバルブを用いた
ことを特徴とする画像表示装置。
9. The image display device according to claim 7, wherein a grating light valve is used as the spatial modulator.
【請求項10】 請求項8に記載の画像表示装置におい
て、 空間変調器としてグレーティングライトバルブを用いた
ことを特徴とする画像表示装置。
10. The image display device according to claim 8, wherein a grating light valve is used as the spatial modulator.
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