JP2004206004A - 照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【構成】照明装置1は、複数のLD(レーザーダイオード)チップ11…を配置して成る光源12と、各LDチップ11の光出射側に設けられたレンズセル14と、フライアイレンズ対13…と、位相シフト板15とから成る。位相シフト板15は、各LDチップ11のレーザー光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成る。平板透明部を光が透過するとき、その屈折率に比例して光の距離が変化することになり、各平板透明部の厚みは異なるから光の距離も異なることとなり、各平板透明部を透過するレーザー光の位相が異なってくる。これにより、LDチップ11のレーザー光の位相は互いに不均一になる。
【選択図】図2
Description
【産業上の利用分野】
この発明は、照明装置及び投写型映像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶プロジェクタなどに用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプと、その照射光を平行光化するパラボラリフレクタから成るものが一般的である。また、かかる照明装置においては、照射面の光量むらを軽減するために、一対のフライアイレンズによるインテグレート機能(光学デバイスにより平面内にサンプリング形成された所定形状の複数照明領域を照明対象物上に重畳集光する機能をいう)を持たせたものがある。更に、近年においては、軽量小型化や長寿命化等の観点から、発光ダイオード(LED)を光源として用いることも試みられている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−186507号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光ダイオードを用いて実用的な照明装置を得るには至っていないのが実情である。また、発光ダイオードに代えて半導体レーザ(LD)を用いることが考えられるが、同一波長光を出射する複数の半導体レーザ(LD)を用いる場合においては、その位相が揃っているゆえにスペックルノイズ(レーザ光のような非常に干渉性の高い光で、粗面、不均質媒質を照射し、その散乱光を観察したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様。照射面がギラついて見えてしまう)が発生するという不都合がある。
【0005】
この発明は、上記事情に鑑み、半導体レーザを用いる場合に生じるスペックルノイズを低減できる照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明の照明装置は、半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の位相を互いに不均一にする位相シフト手段と、を備えたことを特徴とする。
【0007】
上記の構成であれば、半導体レーザを複数配置した光源とするため、光量の増大を図ることができると共に、各半導体レーザから出射されたレーザー光は照明対象物へインテグレートされて導かれるため、照明対象物上に半導体レーザ配置に対応した明暗ができてしまうのを防止することができる。更に、半導体レーザから出射されたレーザー光の位相を互いに不均一にする位相シフト手段を備えたので、スペックルノイズを低減することができる。
【0008】
位相シフト手段は、各半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成るものでもよい。また、位相シフト手段は、各半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された互いに誘電率が異なる複数の平板透明部から成るものでもよい。また、位相シフト手段は、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された楔状光学素子としてもよい。
【0009】
また、この発明の照明装置は、半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の拡散させる光拡散手段と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
上記の構成であれば、半導体レーザを複数配置した光源とするため、光量の増大を図ることができると共に、各半導体レーザから出射されたレーザー光は照明対象物へインテグレートされて導かれるため、照明対象物上に半導体レーザ配置に対応した明暗ができてしまうのを防止することができる。更に、半導体レーザから出射されたレーザー光を拡散させる光拡散手段を備えたので、スペックルノイズを低減することができる。光拡散手段としては微小凹凸を有する光学素子を用いることができる。
【0011】
また、この発明の投写型映像表示装置は、上述したいずれかの照明装置を備えたことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の照明装置及び投写型映像表示装置を図1乃至図5に基づいて説明していく。
【0013】
図1は3板式の投写型映像表示装置の光学系を示した図である。この投写型映像表示装置は3つの照明装置1R,1G,1Bを備える(以下、個々の照明装置を特定しないで示すときには、符号”1”を用いる)。照明装置1Rは赤色光を出射し、照明装置1Gは緑色光を出射し、照明装置1Bは青色光を出射する。各照明装置1から出射された光は、集光レンズ2によって各色用の液晶表示パネル3R,3G,3Bに導かれる(以下、個々の液晶表示パネルを特定しないで示すときには、符号”3”を用いる)。各液晶表示パネル3は、入射側偏光板と、一対のガラス基板(画素電極や配向膜を形成してある)間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶表示パネル3R,3G,3Bを経ることで変調された変調光(各色映像光)は、ダイクロイックプリズム4によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ5によって拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。
【0014】
照明装置1は、LD(レーザーダイオード)チップ11…がアレイ状に配置され且つ各LDチップ11の光出射側にレンズセル14…を配置して成る光源12と、各LDチップ11から出射されて前記レンズセル14にて平行化されたレーザー光を液晶表示パネル3へインテグレートして導くフライアイレンズ対13とから成る。このように、LDチップ11…をアレイ状に配置するため、光量の増大を図ることができる。
【0015】
フライアイレンズ対13は、図2にも示しているように、一対のレンズ群13a,13bにて構成されており、個々のレンズ対が各LDチップ11から出射されたレーザー光を液晶表示パネル3の全面へ導くようになっている。すなわち、LDチップ11から出射されたレーザー光は液晶表示パネル3へインテグレートされて導かれるため、液晶表示パネル3上(スクリーンの映像上)にアレイ状の明暗ができてしまうのを防止することができる。
【0016】
フライアイレンズ対13と集光レンズ2との間には、位相シフト板15が設けられている。位相シフト板15は、図3(a)(b)に示しているように、各LDチップ11のレーザー光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成る。各平板透明部の両面は光軸に対して直交する。平板透明部に光が透過するとき、その屈折率に比例して光の距離(光学距離(n×d:nは屈折率、dは媒質厚み))が変化することになる。各平板透明部の厚みは異なるから光の距離(光学距離)も異なることとなり、各平板透明部を透過するレーザー光の位相が異なってくる。これにより、LDチップ11から出射された各レーザー光は各々異なる位相を有することになり、液晶表示パネル3上で重畳された各LEDチップ11からの位相は不均一になり、スペックルノイズを低減することができる。
【0017】
なお、上記の構成例では、位相シフト板15をフライアイレンズ対13と集光レンズ2との間に設けたが、これに限るものではなく、LDチップ11から液晶表示パネル3までの間のいずれかの箇所に配置すればよい。
【0018】
図4には、位相シフト板16を示している。この位相シフト板16は、同図(a)に示しているように、厚みが同じである複数の平板透明部(複数の平板透明領域)から成る。各平板透明部(各平板透明領域)は、各LDチップ11から出射されたレーザー光の光路上に配置される。各平板透明部は、その厚みは同じであるが、同図(b)に示しているように、その屈折率(屈折率は誘電率に対応する)nは、n0 ,n1 ,n2 ,…のごとく、互いに異なっている。平板透明部をレーザー光が透過するとき、その屈折率に比例して光の距離(光学距離)が変化することになるから各平板透明部を透過するレーザー光の位相が異なってくる。これにより、LDチップ11から出射されたレーザー光それ自体の光内での位相は同じであるものの他のLDチップ11のレーザー光の位相とは異なることになり、液晶表示パネル3上では位相は互いに不均一になり、スペックルノイズを低減することができる。
【0019】
図5には、照明装置1の変形例を示している。この図5に示している照明装置は、光源12から出射されたレーザー光の光路上に、板形楔状のプリズム17を配置している。板形楔状のプリズム17にレーザー光が入射するとき、プリズム17の厚み変化方向において光の距離(光学距離)は異なってくるから、LDチップ11から出射されたレーザー光それ自体の光内での位相が変化する。また、厚み変化方向に並ぶLDチップ11…についてはそれらのレーザー光の位相は互いに異なることになる。これにより、スペックルノイズを低減することができる。なお、一つのLDチップ11に対して一つの板形楔状のプリズム17を対応させて配置するのが良く、更には、各板形楔状のプリズム17の楔の程度(角度)を変えることとするのがより良い。
【0020】
以上の例では、各LDチップ11のレーザー光の位相をシフトさせることでスペックルノイズを低減したが、レーザー光を拡散させる光拡散手段を光路上に設けることにより、スペックルノイズを低減することが可能である。光拡散手段としては、微小凹凸を有するすりガラス等を用いることができる。また、フライアイレンズ対13や集光レンズ2などの表面に微小凹凸を形成してもよい。
【0021】
なお、以上の説明においては、インテグレート手段としてフライアイレンズ対を示したが、ロッドインテグレータを用いてもよいものである。また、LDチップとしては、端面出射型に限らず、面発光レーザーを用いてもよい。また、単一基板上に複数のLDが形成されたものを用いることもできる。また、投写型映像表示装置においては、透過型の液晶表示パネルに限らず、反射型の液晶表示パネルを用いてもよいし、これら液晶表示パネルに代えて画素となる微小ミラーを個々に駆動するタイプの表示パネルを用いることとしてもよい。また、各色光を出射する3つの照明装置1R,1G,1Bを備えたが、白色光を出射する照明装置とし、ダイクロイックミラー等で分光したり或いは分光せずに単板のカラー表示パネルに導く構成としてもよい。白色光を出射する照明装置とする場合、赤色光と青色光と緑色光を出射するLDを適宜に並べた構成としてもよい。
【0022】
また、図示はしていないが、集光レンズ2の手前位置などに偏光変換装置を設けておいてもよい。この偏光変換装置は、偏光ビームスプリッタアレイ(以下、PBSアレイと称する)によって構成される。PBSアレイは、偏光分離膜と位相差板(1/2λ板)とを備える。PBSアレイの各偏光分離膜は、フライアイレンズ対13からの光のうち例えばP偏光を通過させ、S偏光を90°光路変更する。光路変更されたS偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したP偏光はその前側(光出射側)に設けてある前記位相差板によってS偏光に変換されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はS偏光に変換される。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、半導体レーザを用いる場合に生じるスペックルノイズを低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。
【図2】図1の照明装置によるインテグレート作用を示した説明図である。
【図3】同図(a)は位相シフト板の側面図であり、同図(b)は正面図である。
【図4】同図(a)は位相シフト板の側面図であり、同図(b)は正面図である。
【図5】この発明の他の実施形態の照明装置の作用を示した説明図である。
【符号の説明】
1 照明装置
11 LDチップ
12 光源
13 フライアイレンズ対
14 レンズセル
15 位相シフト板
16 位相シフト板
3 液晶表示パネル
Claims (7)
- 半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射された光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射された光の位相を互いに不均一にする位相シフト手段と、を備えたことを特徴とする照明装置。
- 請求項1に記載の照明装置において、位相シフト手段は、各半導体レーザから出射された光の光路上に配置された互いに厚みが異なる複数の平板透明部から成ることを特徴とする照明装置。
- 請求項1に記載の照明装置において、位相シフト手段は、各半導体レーザから出射された光の光路上に配置された互いに誘電率が異なる複数の平板透明部から成ることを特徴とする照明装置。
- 請求項1に記載の照明装置において、位相シフト手段は、前記半導体レーザから出射されたレーザー光の光路上に配置された楔状光学素子であることを特徴とする照明装置。
- 半導体レーザを複数配列してなる光源と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を照明対象物へインテグレートして導くインテグレート手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザー光を拡散させる光拡散手段と、を備えたことを特徴とする照明装置。
- 請求項5に記載の照明装置において、光拡散手段は微小凹凸を有する光学素子であることを特徴とする照明装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
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