JP2008224889A - 照明光学装置及び画像投写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光源からの光を無駄なく光ファイバに結合させ、レーザ光源のコヒーレンスを低減し、光ファイバの出射面におけるスペックルを低減すること。
【解決手段】コヒーレント光を供給するレーザ光源１と、１つ以上のビームスプリッタ２，４および１つ以上の全反射ミラー３，５から構成され、レーザ光源１からの光束を光源の出射光軸に沿った複数の光束に分岐する光分岐手段と、入射した光束を均一化する光ファイバ８と、光分岐手段から出力される複数の光束を光ファイバ８の入射面に夫々異なる角度で集光させる集光レンズ６とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源から発生されるコヒーレント光のコヒーレンスを少ない損失で低減させることが可能な照明光学装置およびこの照明光学装置から発生された照明光を光変調素子により変調した像を拡大投写する画像投写装置に関する。

従来、画像投写装置の照明光の光源として、コストや、簡便性の面から、ハロゲンランプや、超高圧水銀ランプ等のランプ光源が用いられてきた。しかし、ランプ光源では一般に色再現領域が狭く、寿命が数千時間と短い。そこで、色再現領域の拡大と長寿命化を実現するために、半導体レーザ等のレーザ光源を画像投写装置の光源として用いる試みがなされている。レーザ光源は単色性が高く、色再現領域を大きくすることができる。また、レーザ光源は指向性に優れ、放射される光を効率良く利用できるため、エネルギー利用効率が高い。

しかし、レーザ光源はコヒーレンス（可干渉性）が高いため、スペックル（スペックルノイズ）が発生しやすい。スペックルは、スクリーン上に形成される空間的にランダムな干渉模様のことであり、可干渉性の高い光が粗い表面から反射したり透過したりするのに伴い発生し、表示画像の画質の低下を招く。

一般に、Ｎ個の互いにインコヒーレントで無相関なスペックルパターンを重ね合わせた時、その和は、各スペックルパターンの強度和となり、スペックルコントラストは、１／（Ｎ）^1/2になることが知られている。

したがって、レーザ光源からの光ビームをＮ個に分岐し、分岐された光ビームそれぞれの光路長差が可干渉性の無くなる距離（コヒーレント長）Ｌｃ以上であれば、Ｎ個の光ビーム間の干渉性を無視することができる。この時のスペックルは各光ビームのスペックルパターンの重ね合わせとなる。よってスペックルコントラストは１／（Ｎ）^1/2になる。

また、一般にレーザ光源等のコヒーレント光のコヒーレント長Ｌｃは以下のように定義される。
Ｌｃ＝λ0²／Δλ ……（１）
ここで、λ0は光源全体の波長分布における中心波長であり、Δλは光源全体の波長分布における半値全幅（半値幅）である。

スペックルを低減するために、例えば特許文献１では、長さが互いに異なる複数の多モード光ファイバを束ねた光ファイバーバンドルを介して、コヒーレント光のコヒーレンスを低減することが提案されている。特許文献１によれば、光源から出射された光ビームのコヒーレント長の６割以上の光路長差をつけた光ファイバをバンドルさせることにより、コヒーレンスを低減させている。

特開平１１−３２６６５３号公報（第１４頁、図１）

しかしながら、特許文献１のような従来の照明光学装置は、複数の光ファイバを束ねた構造であるために光源から出射された光ビームのうち、光ファイバ間のすき間、あるいは光ファイバのクラッドの部分に入射した光は損失光となってしまい、光源からの光が無駄に損失されるという問題がある。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、レーザからの光を無駄なく光ファイバに結合させ、レーザ光源のコヒーレンスを低減し、光ファイバの出射面におけるスペックルを低減することができる照明光学装置および画像投写装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る照明光学装置は、コヒーレント光を供給する光源と、１つ以上のビームスプリッタおよび１つ以上の全反射ミラーから構成され、前記光源からの光束を前記光源の出射光軸に沿った複数の光束に分岐する光分岐手段と、入射した光束を均一化する光ファイバと、前記光分岐手段から出力される複数の光束を前記光ファイバの入射面に夫々異なる角度で集光させる集光レンズとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、１つ以上のビームスプリッタおよび１つ以上の全反射ミラーから成る光分岐手段により光源からの光束を光源の出射光軸に沿った複数の光束に分岐して集光レンズに入射することにより、複数の光束を光ファイバの入射面に夫々異なる角度で集光させるようにしたので、光源からの光を無駄なく光ファイバに結合させることができるとともに、光ファイバを伝播する各光束間において光路長差を生起させ、コヒーレント光のコヒーレンスを低減し、光ファイバ出射面におけるスペックルを低減することができる。これにより、光ファイバ入射面における入射光の結合効率を低下させることなく、スクリーンに映し出される映像のスペックルを低減することができる。

以下に、本発明にかかる画像投写装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
以下、本発明に係る画像投写装置の実施の形態１の構成および動作について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る画像投写装置の構成を示す図である。この画像投写装置は、照明光学装置１９、照明光学系２５、光変調素子２４、投写光学系２６およびスクリーン２７を有して構成される。照明光学装置１９は、レーザ光源１、ビームスプリッタ２、全反射ミラー３、ビームスプリッタ４、全反射ミラー５、集光レンズ６、光ファイバ８で構成されている。照明光学装置１９におけるビームスプリッタ２、全反射ミラー３、ビームスプリッタ４および全反射ミラー５によって本実施の形態１の要部としての光路分岐手段を構成している。照明光学系２５は、光均一化素子２１及びリレー光学系２３を備えている。

まず、照明光学装置について説明する。図１において、レーザ光源１は略平行な光ビームを出射する。ビームスプリッタ２はレーザ光源１からの光軸Ａｘと該光軸Ａｘに直交する光軸Ａｙ1が交差する位置に、光軸Ａｘと光軸Ａｙ1に対して４５度の角度に配置され、レーザ光源１からの光ビームを反射光と透過光とに分離する。ビームスプリッタ２の透過光は、ビームスプリッタ４に入射される。ビームスプリッタ４は、レーザ光源１からの光軸Ａｘと該光軸Ａｘに直交する光軸Ａｙ2が交差する位置に、光軸Ａｘと光軸Ａｙ2に対して４５度の角度で配置され、ビームスプリッタ２の透過光を透過光と反射光とに分離する。ビームスプリッタ２により光軸Ａｙ1上に光路が変更されたレーザ光源１からの光ビームは、全反射ミラー３に入射される。全反射ミラー３は、光軸Ａｙ1上にビームスプリッタ２と略平行に配置されており、入射光を損失なく反射して、集光レンズ６に入射する。ビームスプリッタ４により光軸Ａｙ2上に光路が変更されたレーザ光源１からの光ビームは、全反射ミラー５に入射される。全反射ミラー５は、光軸Ａｙ2上にビームスプリッタ４と略平行に配置されており、入射光を損失なく反射して、集光レンズ６に入射する。ビームスプリッタ４の透過光は、集光レンズ６に入射される。

集光レンズ６に入射した光は集光レンズ６により集光され、光ファイバ８の入射面７に入射される。光ファイバ８に入射された光は、光ファイバ８の内面で全反射を繰り返し、均一化された光が光ファイバ８の出射面９から出射される。

光均一化素子２１及びリレー光学系２３は、照明光学装置からの光を光変調素子２４に照射する照明光学系２５を構成している。光均一化素子２１は、光ファイバ８の出射面９からの出射光を均一化する。リレー光学系２３は、光均一化素子２１の出射面２２からの出射光を光変調素子２４に伝達する。光均一化素子２１は、光変調素子２４の表示エリアと略相似な断面形状を有する角筒状体の内周面全体に反射膜を設けたライトパイプで構成されている。このライトパイプは、その一端の入射面２０から入射した光を、内周面の反射膜で全反射しながら出射面２２に導き、出射面２２から均一な強度分布の光として出射するものである。なお、光均一化素子２１は、光変調素子２４の表示エリアと略相似な断面形状を有する透明な角棒状体からなるロッドインテグレータであってもよい。ロッドインテグレータは、その一端の入射面２０から入射した光を、側面（すなわち空気層との界面）で全反射しながら出射面２２に導き、出射面２２から均一な強度分布の光として出射するものである。リレー光学系２３は、光均一化素子２１と光変調素子２４との間に配置され、光均一化素子２１の出射面２２と光変調素子２４とが共役な関係となるように結像させる機能を有する。

光変調素子２４は、リレー光学系２３からの光を光変調する。この場合は、光変調素子２４として反射型のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた場合の構成を示している。これに限らず、光変調素子２４として透過型の液晶パネル、または反射型の液晶パネル等を使用することもできる。また、光変調素子２４を１枚使用した単板式の他、３枚の光変調素子２４を使用した３板式等、複数の光変調素子２４を使用する構成が可能である。

投写光学系２６は、光変調素子２４からの出射光をスクリーン２７に拡大投写する。投写光学系２６は、光変調素子２４とスクリーン２７との間に配置され、光変調素子２４とスクリーン２７とが共役な関係になるように結像させる機能を有する。

リアプロジェクションタイプの画像投写装置の場合、スクリーン２７は透過型となる。この場合、スクリーン２７は、投写光学系２６側に配置されたフレネルレンズと、観察者側に配置されたレンチキュラーレンズとを有し（図示せず）、観察者側に映像を映し出す。フレネルレンズは投写光学系２６からの投写光を略平行光として出射する作用を有する。レンチキュラーレンズはフレネルレンズで略平行光となって入射した投写光を、並列されたシリンドリカルレンズ群の特性により視野角を広げて、観察者側に映像光として出射する作用を有する。

フロントプロジェクションタイプの画像投写装置の場合、スクリーン２７は反射型となる。この場合、スクリーン２７が略完全拡散面を有するようにし、投写光学系２６からの投写光を視野角を広げて、投写光学系２６側に映像光として反射するようにしてもよい。

かかる構成において、照明光学装置１９から出射された光は、光均一化素子２１の入射面２０に入射され、光均一化素子２１の内部で反射を繰り返すことにより均一化され、出射面２２から出射される。光均一化素子２１の出射面２２から出射された光は、リレー光学系２３により屈折や反射作用を受け、光変調素子２４に照射される。光変調素子２４は、入力された映像信号に応じて照射された光を変調し、その変調光は投写光学系２６により屈折や反射作用を受けて拡大され、スクリーン２７に投写されて、映像が映し出される。

なお、カラー画像を得るために、赤、緑、青の各色のレーザ光源を用いた照明光学装置１９を少なくとも１つずつ使用し、各照明光学装置１９の光ファイバ出射面９を光軸Ａｘ上に束ねて入射面２０に近接させ、各色のレーザ光源を周期的に発振させ、その周期毎に光変調素子２４によって変調を行うことにより実現できる。また、複数の光変調素子を用いる場合には異なる波長領域の光を合成するための合成プリズム等を設けてもよい。

本実施の形態１においては、ビームスプリッタ２、全反射ミラー３、ビームスプリッタ４、全反射ミラー５によって分岐した３つの光ビームを異なる角度で光ファイバ８の入射面７に入射させることにしているので、３つの光ビームが光ファイバ８内のコアとクラッドの界面で多重反射していく際に、これら３つの光ビームの光ファイバ８内を進行する光路長が異なり、光路長差が生起される。このようにして、光ファイバ８内においてコヒーレント長以上の光路長差を発生させることにより、スペックルコントラストを低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルを低減することができる。

また、本実施の形態１においてビームスプリッタ２の反射率を３３％、透過率を６６％、ビームスプリッタ４の反射率を５０％、透過率を５０％とすることが望ましく、このようにすることにより、分岐された３つの光ビームが均等な強度となるので、光ファイバ８の出射面９における照明領域のスペックルコントラストをより低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルをより低減することができる。

本実施の形態において、集光レンズ６により、光ファイバ８の入射面７に光ビームを集光する際、ビームスポットを光ファイバ８のコア径よりも小さくする必要がある。このようにすることにより、入射面７での反射損失以外の光は光ファイバ８に入射することができる。また光ファイバ８への入射光は、光ファイバのＮＡ（開口数）以下の入射角で入射させることが必要である。このようにすることにより、光ファイバ８に入射した光は、コア、クラッド界面での全反射条件を満たし、光ファイバ８内を進行することができる。

また本実施の形態におけるレーザ光源１が図２に示すように発光点としてのエミッタ１０が一方向に複数配列されている場合において、光ビームを分岐せずに光ファイバ８の入射面７のコア領域１２内に入射させた場合、図３のようになる。一方、本実施の形態における照明光学装置１９では、ビームスプリッタ２、全反射ミラー３、ビームスプリッタ４、全反射ミラー５によってレーザ光源１の光ビームを３つに分岐するようにしているので、図４に示すように光ファイバ８の入射面７のコア領域１２内に入射するビームスポット１１の数は３倍となる。また、本実施の形態において光ビームを分岐する方向をエミッタ１０の配列方向と垂直方向に分岐するのが望ましい。このようにすることによって光ファイバ８の入射面７におけるビームスポット位置を分散することができ、光ファイバ８の出射面９からの照明領域をより均一化することができるので、スクリーン２７に映し出される映像の輝度ムラを低減することができる。

ここで、光ファイバ８内での光路長差について具体例を挙げて説明する。図５に示すように、光ファイバ８内に異なる角度で入射させた場合、光ファイバ８内で進行する距離（光路長）が異なるため、光路長差が生まれる。コヒーレント長以上の光路長差が発生した時には各光ビームは無相関なコヒーレント光となり、光ファイバ８の出射面９におけるスペックルコントラストが低減される。

光ファイバ８の長さをＬf、コアの屈折率をｎ_coreとすると、光軸Ａｘと平行に進行する光ビームが光ファイバ中での進行距離（光路長）Ｌ0は、下記式（２）のように表すことができる。
Ｌ0＝ｎ_core×Ｌf …（２）

一方、空気の屈折率をｎ、光ファイバ８へ入射する光軸角度をθi、光ファイバ８中を進行する光軸角度をθrとすると、スネルの法則より、光ファイバ８中を進行する光軸角度θrは下記式（３）で求められる。

また、光ファイバ８中を光軸角度θrで進行するとき、光ファイバ８中での光路長Ｌθは、下記式（４）で表される。

よって、光軸Ａｘと平行に進行した時と進行角度θrで進行した時との光路長差ｄは、下記式（５）で表される。

レーザ光源１の中心波長λ0を６３５〔ｎｍ〕、レーザ光源１の半値幅Δλを２〔ｐｍ〕とすると、レーザ光源１のコヒーレント長Ｌｃの値は上記式（１）より２０〔ｃｍ〕となる。

光ファイバ８のＮＡが決まれば最大入射角度θiは下記式（６）によって求めることができる。

空気の屈折率ｎ＝１とし、コアの屈折率ｎ_core＝１．５、ＮＡ=０．３５の光ファイバ８を用いた場合、上記式（６）より最大入射角度θiは２０．５度となる。また上記式（３）より光ファイバ８中を進行する最大角度θrは１３．５度となる。分岐した光ビームを最大入射角度で入射させた場合、レーザ光源１のコヒーレント長２０〔ｃｍ〕の光路長差を得るためには、４．７〔ｍ〕の光ファイバを用いることにより実現できる。

本実施の形態における光ファイバ８においてＮＡの大きい光ファイバを用いることで最大入射角度を大きくすることができ、入射角度の違いによる光路長差が大きくなるので、より短い光ファイバでレーザ光源のコヒーレント長以上の光路長差を得ることができる。

本実施の形態における光ファイバ８としては、多モード光ファイバの他、シングルモード光ファイバを用いることができるが、多モード光ファイバを用いることが望ましい。これによって、異なる角度で入射した光ビーム間において光ファイバ８内で光路長差を発生させることができ、レーザ光のスペックルコントラストを低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルを低減することができる。

本実施の形態における光ファイバ８としては、ガラス材料、プラスティック材料の他に液体を材料とするものも使用することができる。また、光ファイバ８の入射面７、出射面９に反射防止膜を施すことにより、光の利用効率をより向上させることができる。

本実施の形態においては光ファイバを用いた場合の説明をしたが、光ファイバの代わりに角筒状体の内周面全体に反射膜を設けたライトパイプや、透明な角棒状体からなるロッドインテグレータを用いても良い。

このように実施の形態１によれば、ビームスプリッタ２、全反射ミラー３、ビームスプリッタ４、全反射ミラー５から成る光路分岐手段によって分岐した３つの光ビームを異なる角度で光ファイバ８の入射面７に入射させることにしているので、レーザ光源１からの光を無駄なく効率よく光ファイバ８に入射させることができるとともに、３つの光ビームが光ファイバ８内のコアとクラッドの界面で多重反射していく際に、これら３つの光ビームの光ファイバ８内を進行する光路長が異なり、光路長差が生起される。このようにして、レーザ光源からの光を無駄なく光ファイバに結合させるとともに、光ファイバ８内においてコヒーレント長以上の光路長差を発生させることにより、スペックルコントラストを低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルを低減することができる。

実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の構成および動作について説明する。図６は、実施の形態２に係る画像投写装置の構成を示す図である。この実施の形態２においては、照明光学装置２８は、レーザ光源１、ビームスプリッタ２、ビームスプリッタ４、全反射ミラー１３、全反射ミラー１４、全反射ミラー１５、全反射ミラー１６、全反射ミラー１７、全反射ミラー１８、集光レンズ６、光ファイバ８で構成されている。そして、照明光学装置２８におけるビームスプリッタ２、ビームスプリッタ４、全反射ミラー１３、全反射ミラー１４、全反射ミラー１５、全反射ミラー１６、全反射ミラー１７、全反射ミラー１８によって光路分岐手段を構成している。実施の形態２において、これ以外の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

図６において、レーザ光源１は略平行な光ビームを出射する。ビームスプリッタ２はレーザ光源１からの光軸Ａｘと光軸Ａｙ1が交差する位置に、光軸Ａｘと光軸Ａｙ1に対して４５度の角度に配置され、レーザ光源１からの光ビームを反射光と透過光とに分離する。ビームスプリッタ２の透過光は、ビームスプリッタ４に入射される。ビームスプリッタ４は、レーザ光源１からの光軸Ａｘと光軸Ａｙ2が交差する位置に、光軸Ａｘと光軸Ａｙ2に対して４５度の角度に配置されており、ビームスプリッタ２からの透過光を透過光と反射光とに分離する。ビームスプリッタ２の透過光は光軸Ａｘに平行な方向に沿って集光レンズ６に入射される。

ビームスプリッタ２によって光軸Ａｙ1上に光路が変更されたレーザ光源１からの光ビームは、全反射ミラー１３に入射される。全反射ミラー１３は、光軸Ａｙ1上にビームスプリッタ２と略平行に配置されており、入射光を損失なく光軸Ａｘに平行に反射する。全反射ミラー１３の反射光は、さらに全反射ミラー１４、全反射ミラー１５によって損失なく反射され、最終的に光軸Ａｘに平行な方向に沿って集光レンズ６に入射される。

一方ビームスプリッタ４により反射され、光路が変更されたレーザ光源１からの光ビームは、光軸Ａｙ2上にビームスプリッタ４と略平行に配置された全反射ミラー１６によって光軸Ａｘに平行に方向に損失なく反射される。全反射ミラー１６の反射光は、さらに全反射ミラー１７、全反射ミラー１８によって損失なく反射され、最終的に光軸Ａｘに平行に方向に沿って集光レンズ６に入射される。

このようにして、レーザ光源１のレーザビームは、ビームスプリッタ２、ビームスプリッタ４、全反射ミラー１３、全反射ミラー１４、全反射ミラー１５、全反射ミラー１６、全反射ミラー１７、全反射ミラー１８によって３つの光路に分岐されて集光レンズ６に入射される。集光レンズ６に入射した光は集光され、実施の形態１と同様、光ファイバ８の入射面７に入射される。光ファイバ８に入射された光は、光ファイバ８の内面で全反射を繰り返し、均一化された光が光ファイバ８の出射面９から出射される。これ以降の構成は、実施の形態１と同様である。すなわち、照明光学装置２８から出射された光は、光均一化素子２１の入射面２０に入射され、光均一化素子２１の内部で反射を繰り返すことにより均一化され、光均一化素子２１の出射面２２から出射される。光均一化素子２１の出射面２２から出射された光は、リレー光学系２３により屈折や反射作用を受け、光変調素子２４に照射される。光変調素子２４は、入力された映像信号に応じて照射された光を変調し、その変調光は投写光学系２６により屈折や反射作用を受けて拡大され、スクリーン２７に投写されて、映像が映し出される。

本実施の形態２において、ビームスプリッタ２を透過した光ビームがビームスプリッタ４を透過し光ファイバ８の出射面９に到達するまでの光路長と、ビームスプリッタ２で反射された光ビームが、光ファイバ８の出射面９に到達する光路長との差が、レーザ光源１のコヒーレント長と同等になるように全反射ミラー１３、及び全反射ミラー１４が設置されるのが望ましい。また、ビームスプリッタ２を透過した光ビームがビームスプリッタ４を透過し光ファイバ８の出射面９に到達するまでの光路長と、ビームスプリッタ２を透過しビームスプリッタ４で反射された光ビームが、光ファイバ８の出射面９に到達する光路長との差が、レーザ光源１のコヒーレント長の２倍となるように全反射ミラー１６、及び全反射ミラー１７が設置されるのが望ましい。

このようにすることにより、ビームスプリッタ２及びビームスプリッタ４を透過した光ビームと、ビームスプリッタ２で反射された光ビームと、ビームスプリッタ４で反射された光ビームとが互いに光ファイバ８の出射面９に到達するまでにコヒーレント長以上の光路長差を有するので、光ファイバ８の出射面９におけるスペックルコントラストを低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルを低減することができる。

本実施の形態２においても、ビームスプリッタ２の反射率を３３％、透過率を６６％、ビームスプリッタ４の反射率を５０％、透過率を５０％とすることが望ましく、このようにすることにより、分岐された３つの光ビームが均等な強度となるので、出射面９における照明領域のスペックルコントラストをより低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルをより低減することができる。

本実施の形態２においても、集光レンズ６により、光ファイバ８の入射面７に光ビームを集光する際、ビームスポットを光ファイバ８のコア径よりも小さくする必要がある。このようにすることにより、入射面７での反射損失以外の光は光ファイバ８に入射することができる。また光ファイバ８への入射光は、光ファイバのＮＡ（開口数）以下の入射角で入射させることが必要である。このようにすることにより、光ファイバ８に入射した光は、コア、クラッド界面での全反射条件を満たし、光ファイバ８内を進行することができる。

また本実施の形態２におけるレーザ光源１が図２に示したようにエミッタ１０が一方向に複数配列されている場合において、光ビームを分岐せずに光ファイバ８の入射面７のコア領域１２内に入射させた場合は、図３のようになる。一方、本実施の形態２における画像投写装置では、図４に示すように光ファイバ８の入射面７のコア領域１２内に入射するビームスポット１１の数は３倍となる。また、本実施の形態において光ビームを分岐する方向をエミッタ１０の配列方向と垂直方向に分岐するのが望ましい。このようにすることによって光ファイバ８の入射面７におけるビームスポット位置を分散することができ、光ファイバ８の出射面９からの照明領域をより均一化することができるので、スクリーン２７に映し出される映像の輝度ムラを低減することができる。

レーザ光源１の中心波長λ0を６３５〔ｎｍ〕、レーザ光源１の半値幅Δλを２〔ｐｍ〕とすると、レーザ光源のコヒーレント長Ｌｃの値は前記式（１）より２０〔ｃｍ〕となる。本実施の形態２において、空気の屈折率ｎ＝１とし、光ファイバ８のコアの屈折率ｎ_core＝１．５、ＮＡ=０．３５の光ファイバを用いた場合、前記式（６）より最大入射角度θiは２０．５度となる。また前記式（３）より光ファイバ８中を進行する最大角度θrは１３．５度となる。ビームスプリッタ２またはビームスプリッタ４で反射した光ビームを最大入射角度で長さ１．０〔ｍ〕の光ファイバを入射させた場合、前記式（５）より光ファイバのみで約４．３〔ｃｍ〕の光路長差を得ることができる。レーザ光源１のコヒーレント長２０〔ｃｍ〕の光路長差を得るためには、ビームスプリッタ２を透過した光ビームがビームスプリッタ４を透過し光ファイバ８の入射面７に到達するまでの光路長と、ビームスプリッタ２で反射された光ビームが光ファイバ８の入射面７に到達するまでの光路長との差が、約１５．７〔ｃｍ〕となるように全反射ミラー１３、全反射ミラー１４の位置を適切に設置すればよい。また、レーザ光源１のコヒーレント長２０〔ｃｍ〕の２倍である４０〔ｃｍ〕の光路長差を得るためには、ビームスプリッタ４を透過した光ビームが光ファイバ８の入射面７に到達するまでの光路長と、ビームスプリッタ４で反射された光ビームが光ファイバ８の入射面７に到達するまでの光路長との差が、約３５．７〔ｃｍ〕となるように全反射ミラー１６、全反射ミラー１７の位置を適切に設置すればよい。

本実施の形態２における光ファイバ８においてＮＡの大きい光ファイバを用いることで最大入射角度を大きくすることができ、入射角度の違いによる光路長差が大きくなるので、より短い光ファイバでレーザ光源のコヒーレント長以上の光路長差を得ることができる。

本実施の形態２における光ファイバ８としては、多モード光ファイバの他、シングルモード光ファイバを用いることができるが、多モード光ファイバを用いることが望ましい。これによって、異なる角度で入射した光ビーム間において光ファイバ８内で光路長差を発生させることができ、レーザ光のスペックルコントラストを低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルを低減することができる。

本実施の形態２における光ファイバ８としては、ガラス材料、プラスティック材料の他に液体を材料とするものも使用することができる。また、光ファイバ８の入射面７、出射面９に反射防止膜を施すことにより、光の利用効率をより向上させることができる。

本実施の形態２において光ファイバを用いた場合の説明をしたが、光ファイバの代わりに角筒状体の内周面全体に反射膜を設けたライトパイプや、透明な角棒状体からなるロッドインテグレータを用いても良い。

このように実施の形態２においては、ビームスプリッタ２、ビームスプリッタ４、全反射ミラー１３、全反射ミラー１４、全反射ミラー１５、全反射ミラー１６、全反射ミラー１７、全反射ミラー１８から成る光路分岐手段によって分岐した３つの光ビームを異なる角度で光ファイバ８の入射面７に入射させることにしているので、レーザ光源１からの光を無駄なく効率よく光ファイバ８に入射させることができるとともに、３つの光ビームが光ファイバ８内のコアとクラッドの界面で多重反射していく際に、これら３つの光ビームの光ファイバ８内を進行する光路長が異なり、光路長差が生起される。また、分岐された複数の光束が光ファイバ８の出射面９において互いにコヒーレント光のコヒーレント長以上の光路長差を有するように各ビームスプリッタ２、４と各全反射ミラー１３、１４、１５、１６、１７、１８が配置されるようにしたので、短い光ファイバ８を用いても各分岐光間にコヒーレント長以上の光路長差を生起することができる。このようにして、レーザ光源からの光を無駄なく光ファイバ８に結合させるとともに、光ファイバ８の出射面９までにコヒーレント長以上の光路長差を発生させることにより、スペックルコントラストを低減することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルを低減することができる。

本実施の形態１〜２では、ビームスプリッタを２つ用いて光ビームを３つに分岐する場合の説明をしたが、これに限らず、ビームスプリッタを１つ以上用いて、光ビームを２つ以上に分岐するようにしてもよい。分岐する光ビーム数を多くすることにより、光ファイバ８の出射面９からの照明領域をより均一化することができ、スクリーン２７に映し出される映像のスペックルを低減することができる。

上述した実施の形態１〜２では、レーザ光源として半導体レーザの他に、固体レーザ、気体レーザ、色素レーザ等を用いてもよい。また、光軸Ａｙ1、光軸Ａｙ2は光軸Ａｘに対して直交する方向に規定され、ビームスプリッタ２は、光軸Ａｘと光軸Ａｙ1に対して４５度の角度に設置され、ビームスプリッタ４は、光軸Ａｘと光軸Ａｙ2に対して４５度の角度に設置されると説明したが、ビームスプリッタ２、ビームスプリッタ４の設置角度がそれぞれ光軸Ａｘと光軸Ａｙ1とのなす角度、光軸Ａｘと光軸Ａｙ2とのなす角度に対し、適切に定められていればよい。

以上のように、本発明にかかる照明光学装置は、レーザ光源を光源として用いた画像投写装置に適用して好適である。

本発明の実施の形態１に係る画像投写装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るレーザ光源のエミッタ部の配置を示す図である。 比較例において光ビームを分岐せずに光ファイバに入射させた場合の光ファイバ入射面におけるビームスポットを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光ファイバ入射面におけるビームスポットを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光ファイバ内での光路長差を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る画像投写装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ ビームスプリッタ
３ 全反射ミラー
４ ビームスプリッタ
５ 全反射ミラー
６ 集光レンズ
７ 光ファイバ入射面
８ 光ファイバ
９ 光ファイバ出射面
１０ エミッタ
１１ ビームスポット
１２ コア領域
１３〜１８ 全反射ミラー
１９ 照明光学装置
２０ 光均一化素子入射面
２１ 光均一化素子
２２ 光均一化素子出射面
２３ リレー光学系
２４ 光変調素子
２５ 照明光学系
２６ 投写光学系
２７ スクリーン
２８ 照明光学装置

Claims (5)

1. コヒーレント光を供給する光源と、
   １つ以上のビームスプリッタおよび１つ以上の全反射ミラーから構成され、前記光源からの光束を前記光源の出射光軸に沿った複数の光束に分岐する光分岐手段と、
   入射した光束を均一化する光ファイバと、
   前記光分岐手段から出力される複数の光束を前記光ファイバの入射面に夫々異なる角度で集光させる集光レンズと、
   を備えたことを特徴とする照明光学装置。
2. 前記光分岐手段は、
   前記光源からの光束を前記光源からの出射光軸である第１光軸に沿って第１光束として透過させるとともに前記出射光軸に沿って入射する光束の一部を前記第１の光軸とは異なる方向の光軸に沿って第２光束として反射する１つ以上のビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタにより反射された前記第２光束を第１の光軸に対して平行に反射させる１つ以上の全反射ミラーと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記第２の光束は、２つ以上の異なる光路を有することを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
4. 前記複数の光束が、前記光ファイバの出射面において互いに前記コヒーレント光のコヒーレント長以上の光路長差を有するように前記ビームスプリッタおよび全反射ミラーが配置されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の照明光学装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の照明光学装置を有し、照明光を出力する照明光学系と、
   該照明光学系から入射した照明光を変調制御して画像を形成する光変調素子と、
   前記光変調素子からの光を拡大投写する投写光学系
   とを備えることを特徴とする画像投写装置。

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