JP2009192789A - 照明光学系および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 レーザアレイ光源2から入射した光をアレイ面内において平行光として出射するアレイ方向コリメート光学素子であるコリメートレンズ4と、レーザアレイ光源から入射した光をアレイ垂直面内において平行光として出射するアレイ垂直方向コリメート光学素子5と、入射した光を光軸Cに垂直な平面内においてマトリクス状に複数の光束に分割し、該分割した複数の光束をライトバルブ7の被照射面上で重なり合うよう照射するインテグレータ光学素子6と、を備え、アレイ方向コリメート光学素子4は、複数の発光点3から出射される発散性の光が重なりあって入射するようにレーザアレイ光源2から所定の間隔Lxをあけて配置されるように構成した。
【選択図】 図1
Description
図1に本実施の形態1における照明光学系1の全体構成を、図2に照明光学系1のうちレーザアレイ光源である1次元アレイ半導体レーザ2部分の構成を概念的に示す。以後、図1内に示したx軸方向をアレイ方向とし、z方向を光軸C方向とし、xyz軸に基づき、アレイ方向の軸と光軸Cからなる面をxz平面(アレイ面)、アレイ面に垂直な軸(y軸)と光軸Cからなる面をyz平面(アレイ垂直面)と呼ぶ。
アレイ方向において、1次元アレイ半導体レーザ2の20個の発光点3から出射された光は、それぞれ光軸Cに平行な方向に直進する。そして、光学距離Lx(100mm)を進む間にその発散性によってビーム径が広がり、コリメートレンズ4の入射面の全面において、光軸Cを中心とする有効角13度の範囲の光が重なった状態で入射する。この段階において、20個の発光点3からのビームが重畳されることになり、スペックルノイズは1/4以下(詳細は後述する)に低下する。また、発光点3から出射されるビームは、中心部での光の強度が強く、周縁部にいくほど光の強度は弱くなる。しかし、本実施の形態では、各発光点3からのビームがそれぞれの配置位置にしたがって、少しずつ(配置間隔dに従って0.2mmずつ)ビームの中心位置をずらしながら重なることになり、空間光強度分布も改善される。つまり、アレイ状に配列された各発光点3からの光を出射端2aから光学距離Lxをあけた位置でコリメートすることにより、インコヒーレントな光の重畳によるスペックルノイズ低減効果に加え、光強度の強いビームの中心位置をずらして重畳することによりアレイ方向での空間光強度分布の改善効果も得ることができる。
ビーム径=2×Lx×Tan(β)+b・・・(1)
A1(r,t)=u・exp(iφa(r,t)) ・・・(2)
A2(r,t)=u・exp[i(φa(r,t)+Δφa(r))] ・・・(3)
Ico(r)∝|A1+A2|2=2u2+2u2cosΔφa(r) ・・・(4)
Iinco(r)∝|A1|2+|A2|2=2u2 ・・・(5)
スペックルコントラスト=1/(n)1/2 ・・・(6)
1次元アレイレーザ光源2の各発光点3から射出されるレーザ光はガウシアン形状の空間光強度分布を有しており、光束中心の光強度が最も高く、中心から離れるにつれ光強度は指数関数的に低下する。この様な分布をフライアイインテグレータ6により十分に均一化するためには、ガウシアン分布を有するレーザ光をフライアイレンズ6a、6b内をできるだけ多数のレンズセルにより分割し、分割された光束ごとにライトバルブ7の被照射部に投射することによって空間光強度分布を均一化する必要がある。1次元アレイ半導体レーザ2のように発光点3が高密度で並んでいる場合、各発光点3から射出される光に対してそれぞれ対応するレンズセルを備えるためには微小なレンズセルを複数並列させる必要がある。例えば本実施の形態において用いた1次元アレイ半導体レーザ2は、ほぼ点光源とみなせる大きさ(b=0.04mm)で、アレイ方向での広がり角として半値半角10度の光を射出する発光点が200μmの間隔で配置されており、このような光源内の各発光点から射出される光に対して複数のレンズセルを配置できるフライアイレンズを作製することは技術的に容易ではない。
5,15 アレイ垂直方向コリメート光学素子、 5a,15a 1次元多段レンズ((アレイ垂直方向ビーム整形光学素子)、 5b,15b 平凸シリンドリカルレンズ(アレイ垂直方向コリメートレンズ)、
6 フライアイインテグレータ(インテグレータ光学素子)、 6a、6b フライアイレンズ(対)、 6c 球面レンズ、
7 ライトバルブ、 Lx、Ly 間隔(光学距離)
Claims (5)
- 複数の発光点がアレイ状に配列されるレーザアレイ光源と、
前記レーザアレイ光源の光軸とアレイ方向とで定義される面をアレイ面とすると、前記レーザアレイ光源から入射した光を前記アレイ面内において平行光として出射するアレイ方向コリメート光学素子と、
前記アレイ面に垂直な方向をアレイ垂直方向とし、前記アレイ垂直方向と前記光軸とで定義される面をアレイ垂直面とすると、前記レーザアレイ光源から入射した光を前記アレイ垂直面内において平行光として出射するアレイ垂直方向コリメート光学素子と、
前記アレイ方向コリメート光学素子および前記アレイ垂直方向コリメート光学素子を経て入射した光を前記光軸に垂直な平面内においてマトリクス状に複数の光束に分割し、該分割した複数の光束を被照射面上で重なり合うように照射するインテグレータ光学素子と、を備え、
前記アレイ方向コリメート光学素子は、前記複数の発光点から出射される発散性の光が重なりあって入射するように前記レーザアレイ光源から所定の間隔をあけて配置される照明光学系。 - 前記アレイ垂直方向コリメート光学素子は、
入射光を前記アレイ垂直面内において平行光に変換して出射するアレイ垂直方向コリメートレンズと、
前記レーザアレイ光源から入射した光を前記アレイ垂直方向で分割し、該分割した各光束を前記アレイ垂直方向コリメートレンズに重畳するように照射するアレイ垂直方向ビーム整形光学素子と、
を備えてなる請求項1に記載の照明光学系。 - 前記アレイ垂直方向ビーム整形光学素子は、複数のシリンドリカルレンズが前記アレイ垂直面内において前記発光点を中心とする円弧上に並列される1次元多段レンズであることを特徴とする請求項2に記載の照明光学系。
- 前記インテグレータ光学素子は、複数のレンズセルが前記光軸に垂直な平面内にマトリクス状に配列されるフライアイレンズ対と前記光軸に対して回転対称なレンズとからなるフライアイインテグレータであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の照明光学系。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の照明光学系と、
前記照明光学系から入射した照明光を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画像光を拡大投写する投写光学系と、
前記拡大投写された画像光を表示する画像表示部と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
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