JP2010160356A - 照明光学装置および投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な振動や、光量の利用効率の低下、光量の不均一な分布等を生じることなく、低コストにてスペックルノイズの低減を実現することが可能な照明光学装置および投影装置を提供する。
【解決手段】側面に複数の貫通孔４３がランダムに配置された多角形筒体４２を、ライトトンネル４１の内部における入射端４１ａの側に同軸に配置して回転させ、多角形筒体４２の入射端４２ａから入射するレーザー光等の照明光２９を、多角形筒体４２の入射端４２ａから出射端４２ｂに至る全反射光２９ａと、貫通孔４３が出射する透過光２９ｂとに分散させて通過させ、多角形筒体４２の回転によって、ライトトンネル４１の出射端４１ｂから出射される照明光２９のスペックルを均一化して目立たなくする光学装置４０である。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、照明光学装置および投影装置に関する。

近年、画像を拡大投影する投影装置の光源としてレーザーを用いることが注目されている。レーザーを用いた投影装置は、色再現域が広いこと、低消費電力であること、光源としてエタンデューが小さいため、光の利用効率が高いこと、といった種々の利点がある。

しかし、レーザーはコヒーレンシー（可干渉性）が高いため、投影された画像にスペックルノイズ（斑点状の輝点）が混在してしまい、画質が低下するという技術的課題がある。

このスペックルノイズを除去する従来技術として特許文献１に開示された対策がある。しかし、この特許文献１の技術では、回転する不透明な動的散乱板を通過させるため、光のロスが多く、光の利用効率が低いという技術的課題がある。

また、別の従来技術として特許文献２が知られている。この特許文献２に開示された技術では、ライトトンネルの入口側に、頂点が位置するように同軸に配置された錐体プリズムを光軸方向に往復動させて振動させ、ライトトンネルに入射する部分光束の光路を経時的に変化させてスペックルノイズを解消しようとしている。

ところが、この特許文献２の場合には錐体プリズムを往復動させる機構の耐久性が懸念されるとともに、錐体プリズムの振動が投影装置の全体に伝わってしまうという技術的課題がある。すなわち、一般に、回転機構に比較して往復動機構は機構が複雑で振動対策も困難なことが予想されるからである。

また、この特許文献２では、形状の異なる複数の部分錐体を組み合わせた複合プリズムを回転させる方法も開示されている。
しかし、この複合プリズムは非常に複雑な形状であり、製造が困難で製造コストが高くなるという技術的課題がある。

また、他の特許文献３には、レーザー光の光路に介在する多角形ロッドを回転させて、スペックルを除去しようとする技術が開示されている。
しかし、この特許文献３の場合には、回転する多角形ロッドが視野内の光強度分布を均一化するためのロッドインテグレータとしての役目を兼ねている。

このため、回転する多角形ロッドを通過する光束断面において、ロッド断面の内接円の外側の領域（回転する多角形ロッドの角部が円を描く領域）の光量が中心部に比較して不足し、視野の周辺部で光量が不足してしまうという技術的課題が生じる。

特開平７−２９７１１１号公報 特開２００８−２１６９２３号公報 特許第３９７５５１４号公報

本発明の目的は、機械的な振動や、光量の利用効率の低下、光量の不均一な分布等を生じることなく、低コストにてスペックルノイズの低減を実現することが可能な照明光学装置および投影装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、ライトトンネルと、
前記ライトトンネルの内部に配置され、光源から入射端に到来する光を出射端に導くとともに、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を側面から前記ライトトンネルの内周面に射出する光学部材と、
を含む照明光学装置を提供する。

本発明の第２の観点は、第１の観点に記載の照明光学装置において、
前記光学部材は、前記ライトトンネルの光軸とほぼ平行な回転軸で回転する照明光学装置を提供する。

本発明の第３の観点は、第２の観点に記載の照明光学装置において、
前記光源はレーザー光源である照明光学装置を提供する。
本発明の第４の観点は、第１の観点に記載の照明光学装置において、
前記光学部材は、軸方向の両端に前記入射端および前記出射端が開口した多角形筒体からなり、前記多角形筒体の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する開口部が形成されている照明光学装置を提供する。

本発明の第５の観点は、第４の観点に記載の照明光学装置において、
複数の前記開口部が前記多角形筒体の側面にランダムに配置されている照明光学装置を提供する。

本発明の第６の観点は、第４の観点に記載の照明光学装置において、
前記開口部が前記多角形筒体の側面に螺旋状に配置されている照明光学装置を提供する。

本発明の第７の観点は、第１の観点に記載の照明光学装置において、
前記光学部材は、軸方向の両端が前記入射端および前記出射端をなし、前記光に対して透明な多角柱からなり、前記多角柱の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する凹部および凸部の少なくとも一方が形成されている照明光学装置を提供する。

本発明の第８の観点は、第７の観点に記載の照明光学装置において、
複数の前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が前記多角柱体の側面にランダムに配置されている照明光学装置を提供する。

本発明の第９の観点は、第７の観点に記載の照明光学装置において、
前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が、前記多角柱体の側面に螺旋状に配置されている照明光学装置を提供する。

本発明の第１０の観点は、第１の観点に記載の照明光学装置において、
前記ライトトンネルの光軸方向の長さをＬｔ、前記光学部材の光軸方向の長さをＬｒとしたとき、
３Ｌｒ≦Ｌｔ≦５Ｌｒ
の関係を満足する照明光学装置を提供する。

本発明の第１１の観点は、照明光学装置と、前記照明光学装置から到来する照明光を変調して投影する空間光変調器と、を含む投影装置であって、
前記照明光学装置は、
ライトトンネルと、
前記ライトトンネルの内部に配置され、光源から入射端に到来する光を出射端に導くとともに、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を側面から前記ライトトンネルの内周面に射出する光学部材と、
を含む投影装置を提供する。

本発明の第１２の観点は、第１１の観点に記載の投影装置において、
前記照明光学装置の前記光学部材は、前記ライトトンネルの光軸とほぼ平行な回転軸で回転する投影装置を提供する。

本発明の第１３の観点は、第１２の観点に記載の投影装置において、
前記光源は赤色レーザーおよび青色レーザーおよび緑色レーザーを含む投影装置を提供する。

本発明の第１４の観点は、第１１の観点に記載の投影装置において、
前記照明光学装置の前記光学部材は、軸方向の両端に前記入射端および前記出射端が開口した多角形筒体からなり、前記多角形筒体の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する開口部が形成されている投影装置を提供する。

本発明の第１５の観点は、第１４の観点に記載の投影装置において、
前記照明光学装置の複数の前記開口部が前記多角形筒体の側面にランダムに配置されている投影装置を提供する。

本発明の第１６の観点は、第１４の観点に記載の投影装置において、
前記開口部が前記多角形筒体の側面に螺旋状に配置されている投影装置を提供する。
本発明の第１７の観点は、第１１の観点に記載の投影装置において、
前記照明光学装置の前記光学部材は、軸方向の両端が前記入射端および前記出射端をなし、前記光に対して透明な多角柱からなり、前記多角柱の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する凹部および凸部の少なくとも一方が形成されている投影装置を提供する。

本発明の第１８の観点は、第１７の観点に記載の投影装置において、
複数の前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が前記多角柱体の側面にランダムに配置されている投影装置を提供する。

本発明の第１９の観点は、第１７の観点に記載の投影装置において、
前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が、前記多角柱体の側面にらせん状に配置されている投影装置を提供する。

本発明の第２０の観点は、第１１の観点に記載の投影装置において、
前記照明光学装置の前記ライトトンネルの光軸方向の長さをＬｔ、前記光学部材の光軸方向の長さをＬｒとしたとき、
３Ｌｒ≦Ｌｔ≦５Ｌｒ
の関係を満足する投影装置を提供する。

本発明によれば、機械的な振動や、光量の利用効率の低下、光量の不均一な分布等を生じることなく、低コストにてスペックルノイズの低減を実現することが可能な照明光学装置および投影装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態である照明光学装置を備えた投影装置の構成の一例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。 本発明の一実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。 本発明の一実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。 本発明の他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。 本発明の他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。 本発明の他の実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。 本発明の他の実施の形態である照明光学装置の作用を例示した概念図である。 本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の作用を説明する断面図である。 本発明の各実施の形態の光学装置で用いられる回転駆動部の構成例を示す側面図である。 本発明の各実施の形態の光学装置で用いられる回転駆動部の構成例を示す正面図である。

本実施の形態の一態様では、ライトトンネルの内部に光学部材が配置され、この光学部材を、光軸を回転軸にして回転する構成の光学装置を開示する。
光学部材は反射体からなる中空の多角形柱または、多角形柱のガラスロッドからなり、入射端と出射端を持っている。入射端から入った光源からの光は、一部は多角形柱の外周部に設けられた光を透過する部分から出射し、一部は出射端から出る。このとき、光学部材は回転しているため、各光線の経路は時間的に変化する。

光学部材から出射した光はライトトンネルに入り、ライトトンネルの内部で反射し、ライトトンネルの出射端から出る。ライトトンネルは光を重畳する働きがあり、出射端付近で光の強度が均一化されている。

以上の作用から、スペックルは時間的に積分され、目立たなくなるとともに、ライトトンネルの出射端では均一な強度の光が得られ、投影装置の照明系として好適なものとなる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である照明光学装置を備えた投影装置の構成の一例を示す概念図である。

図２Ａは、本発明の一実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。
図２Ｂは、本発明の一実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。

図２Ｃは、本発明の一実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。
図１に例示されるように、本実施の形態の投影装置１０は、照明光学系２０と、空間光変調器１１、制御装置１２、影光学系１３、を備えている。

図１では、空間光変調器１１は、たとえば、デジタルマイクロミラーデバイス等の反射型の空間光変調器が例示されているが、透過型の空間光変調器でもよい。
照明光学系２０は、レーザーコントローラ２１、赤色レーザー源２２、青色レーザー源２３、青色レーザー源２４、ミラー２５、ダイクロイックミラー２６、ダイクロイックミラー２７、光学装置４０、集光レンズ２８を備えている。

制御装置１２は、空間光変調器１１、レーザーコントローラ２１および回転駆動部３０の動作を制御する。
そして、照明光学系２０から出力される照明光２９は、光学装置４０、集光レンズ２８を介して空間光変調器１１に照射され、変調された後に影光学系１３を介して外部のスクリーン１００に投影される。

本実施の形態の投影装置１０では、光源としてレーザー光源を用い、光学装置４０は、後述のように、レーザー光からなる可干渉性の照明光２９を平均化して空間光変調器１１に照射する働きをする。

すなわち、本実施の形態の投影装置１０では、照明光学系２０において、レーザーコントローラ２１によって駆動される赤色レーザー源２２、青色レーザー源２３、青色レーザー源２４から出射される赤色レーザー光２２ｒ、青色レーザー光２３ｇ、青色レーザー光２４ｂを、ミラー２５、および複数のダイクロイックミラー２６、ダイクロイックミラー２７で照明光２９に合成して、本実施の形態の光学装置４０へ入射させる。

そして、光学装置４０から出た照明光２９は後述のようにスペックルが低減されており、この照明光２９は空間光変調器１１に照射され、制御装置１２の制御の下に画像信号により変調される。

空間光変調器１１で変調された照明光２９は、影光学系１３を通り、映像としてスクリーン１００に投影される。
次に、図２Ａから図２Ｃを参照して、本実施の形態の光学装置４０について説明する。

本実施の形態の光学装置４０は、断面が四角形の筒状のライトトンネル４１の内部の入射端４２ａの側に、多角形筒体４２（光学部材）を光軸ｋに同軸に配置し、回転駆動部３０によって光軸ｋを回転軸として回転させる構成となっている。

ライトトンネル４１は、内周面が鏡面加工され、入射端４１ａから入射する照明光２９を反射して出射端４１ｂに導く。
多角形筒体４２は、図２Ｃに例示されるように、たとえば、断面が六角形の筒体からなり、各壁面には、複数の貫通孔４３（開口部）がランダムな位置に開口している。

多角形筒体４２は、たとえばアルミニウム等で構成され、その内周面および外周面は鏡面加工され、照明光２９を反射する内ミラー面４２ｃおよび外ミラー面４２ｄを構成している。

この多角形筒体４２は、たとえば、貫通孔４３がランダムに穿設されたアルミ板材を折り曲げて六角形の筒状に成形することで究めて安価に製作できる。
ライトトンネル４１の入射端４１ａ側の近傍には、錐体プリズム４４および凸レンズ４５が同軸に配置されている。

赤色レーザー源２２〜青色レーザー源２４から到来する照明光２９は、錐体プリズム４４に入射し、リング状の平行光に変換される。この平行光は凸レンズ４５に入射し、リング状の発散光となり、ライトトンネル４１の内部に同軸に配置された回転する多角形筒体４２の入射端４２ａへ入射する。

そして、錐体プリズム４４および凸レンズ４５を通過してリング状に広がった照明光２９が多角形筒体４２の入射端４２ａに入射すると、照明光２９は、内部の内ミラー面４２ｃで反射を繰り返し、照明光２９の一部は貫通孔４３から透過光２９ｂとしてライトトンネル４１の内周面に対して出射端４１ｂの方向に傾斜した光路で出射され、ライトトンネル４１の内周面および多角形筒体４２の外ミラー面４２ｄにより出射端４１ｂに向かう方向に反射され、出射端４１ｂに至る。

また、照明光２９の一部は、全反射光２９ａとして多角形筒体４２の内ミラー面４２ｃでの反射を繰り返して出射端４２ｂから射出し、ライトトンネル４１の内部に入る。
照明光２９が多角形筒体４２を通過することで生成された、これらの全反射光２９ａおよび透過光２９ｂはライトトンネル４１の出射端４１ｂにおいて、独立のスペックルパターンを持つ。

したがって、この多角形筒体４２を回転させることによって、無数の全反射光２９ａおよび透過光２９ｂのスペックルが積算され、目立たないように平均化された照明光２９をライトトンネル４１の出射端４１ｂから出力することができる。

この結果、本実施の形態の投影装置１０においては、光学装置４０を通過することでスペックルが目立たないように平均化された照明光２９を空間光変調器１１で変調してスクリーン１００に投影される映像にはスペックルノイズが混在せず、良好な画質の映像をスクリーン１００に投影することができる。

また、ライトトンネル４１を回転させないので、ライトトンネル４１の出射端４１ｂから出射される照明光２９は、光量分布が、矩形のライトトンネル４１の断面の全体で均一になり、中心部よりも周辺部の光量が低下するような不都合も発生しない。

また、多角形筒体４２の入射端４２ａに入射する照明光２９は、当該多角形筒体４２やライトトンネル４１における反射を繰り返してライトトンネル４１の出射端４１ｂに至るため、照明光２９の光量損失も少なく、光学装置４０を備えた照明光学系２０から空間光変調器１１に照射される照明光２９の利用効率も向上する。

さらに、多角形筒体４２の変位は回転運動であるため、往復動に比較して、後述の回転駆動部３０の機構がはるかに簡素になるとともに、振動等も発生しない。
すなわち、投影装置１０や照明光学系２０の機械的な振動や、照明光２９の光量の利用効率の低下、光量の不均一な分布等を生じることなく、低コストにてスペックルノイズの低減を実現することが可能となる。

上述の説明では、多角形筒体４２の側面に孤立した貫通孔４３を配置した例を示したが、貫通孔４３の代わりに、多角形筒体４２の側面に連続したスリットを螺旋状に形成してもよい。

なお、ライトトンネル４１の光軸方向の長さをＬｔ、多角形筒体４２（光学部材）の光軸方向の長さをＬｒとしたとき、
３Ｌｒ≦Ｌｔ≦５Ｌｒ …… （１）
であることが望ましい。

Ｌｔが、この式（１）の下限を下回ると、ライトトンネル４１による光の重畳が十分に行われず、出射端４１ｂの付近での光の強度が均一にならない。
また、Ｌｔがこの式（１）の上限を上回ると、ライトトンネル４１の全長が長くなり、光学装置４０を含む照明光学系２０が大型になってしまう。

（実施の形態２）
図３Ａは、本発明の他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。

図３Ｂは、本発明の他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。
図３Ｃは、本発明の他の実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。

なお、光学装置５０以外の投影装置１０の構成は、上述の実施の形態１の場合と共通である。
この実施の形態２の光学装置５０は、ライトトンネル５１、ガラスロッド５２（多角柱）（光学部材）、および錐体プリズム５４を同軸に配置し、回転駆動部３０によって回転させる構成となっている。

すなわち、断面が矩形の筒状のライトトンネル５１における入射端５１ａの側には、ガラスロッド５２が同軸に収容され、上述の回転駆動部３０によって回転される構成となっている。

ライトトンネル５１は、内周面が鏡面加工され、入射端５１ａから入射する照明光２９を反射して出射端５１ｂに導く。
四角柱を呈するガラスロッド５２の側面には、螺旋状に三角プリズム５３（凸部）が配置されている。

ガラスロッド５２の入射端５２ａの近傍には錐体プリズム５４が配置されている。
赤色レーザー源２２〜青色レーザー源２４から出力される照明光２９は錐体プリズム５４に入射し、照明光２９は屈折させられて、リング状の発散光となり、回転しているガラスロッド５２の入射端５２ａへ入射する。

本実施の形態の場合、上述のように、このガラスロッド５２は側面に螺旋状に三角プリズム５３が配置されている。
この三角プリズム５３は、接着等の方法で容易かつ安価にガラスロッド５２の外周部に螺旋状に配置することができる。また、ガラスロッド５２に対する三角プリズム５３の配置精度も任意であり、高精度を必要としない。

すなわち、外周に螺旋状に三角プリズム５３が配置されたガラスロッド５２を安価に製作できる。
なお、ガラスロッド５２に三角プリズム５３を接着材等で貼りつけてもよいが、モールドガラス、または透明な樹脂等の素材を用い、三角プリズム５３の形状をガラスロッド５２と一体成形してもよい。

ガラスロッド５２は照明光２９に対して透明であり、入射端５２ａからガラスロッド５２に入射した照明光２９は、ガラスロッド５２の側面で全反射しながら出射端５２ｂに導かれる。

ただし、この場合、図４に例示されるように、ガラスロッド５２に入射した照明光２９は、三角プリズム５３が接着されている部分では全反射を起こさず、透過光２９ｂとしてガラスロッド５２の外へ射出し、ライトトンネル５１の内周の鏡面や、ガラスロッド５２の側面で反射されて出射端４１ｂに至る。

一方、ガラスロッド５２において三角プリズム５３が接着されていない部分では照明光２９は全反射を起こし、全反射光２９ａとしてガラスロッド５２の内部を伝播し、最終的にはガラスロッド５２の出射端５２ｂから射出する。

ガラスロッド５２外へ射出した照明光２９はライトトンネル５１へ入り、ライトトンネル５１の出射端５１ｂから射出する。
このように、本実施の形態の光学装置５０では、ガラスロッド５２の入射端５２ａに入射した照明光２９は、全反射光２９ａおよび透過光２９ｂとして最終的にライトトンネル５１の出射端５１ｂに至って空間光変調器１１に照射されるので、照明光２９の利用効率が向上する。

この場合、ガラスロッド５２の側面に配置された三角プリズム５３の頂角は９０°であり、出射端５２ｂの側に向いた斜面５３ａの傾きは、当該ガラスロッド５２の内部を伝搬する照明光２９の光軸ｋに対する傾きをθｍとするとき、θｍ＋９０°となっている。

この斜面５３ａの傾きθｍは、ガラスロッド５２の光軸ｋに平行な面に対するものである。
なお、ガラスロッド５２から三角プリズム５３を通って射出した透過光２９ｂがライトトンネル５１の内壁で反射し、一部の透過光２９ｂはガラスロッド５２の三角プリズム５３の斜面５３ｂ等で反射し、入射端５２ａの側へ戻るものもある。

そこで、本実施の形態の光学装置５０では、ライトトンネル５１における入射端５１ａの付近に、光軸ｋに垂直なミラー等からなる鍔部５１ｃを設けて、ライトトンネル５１の出射端５１ｂの側へ透過光２９ｂを反射させて戻している。

このようにして、本実施の形態の光学装置５０では、ガラスロッド５２に螺旋状に配置された三角プリズム５３の斜面５３ａからライトトンネル５１の内部に出る透過光２９ｂは、多数の独立したスペックルパターンを含んでいる。

したがって、ガラスロッド５２を回転させることによって、ライトトンネル５１の出射端５１ｂから出力される照明光２９ではスペックルが積算され、スペックルを目立たないようにすることができる。

この結果、本実施の形態の光学装置５０を通過した照明光２９を空間光変調器１１に照射することでスクリーン１００に投影される映像の画質が向上する。
（実施の形態３）
図５Ａは、本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。

図５Ｂは、本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。
図５Ｃは、本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。

この実施の形態３の光学装置６０では、上述の実施の形態２の光学装置５０におけるガラスロッド５２の代わりに、ライトトンネル５１の内部にガラスロッド６２（多角柱）（光学部材）を設けて回転駆動部３０で回転させる点が異なり、他は同様である。従って、共通する要素には同一の符号を付して重複した説明は割愛する。

本実施の形態３の光学装置６０の場合、図５Ｃに例示されるように、ライトトンネル５１の内部に配置され、四角柱を呈するガラスロッド６２の側面に、複数の三角プリズム６３（凸部）をランダムな位置に配置した構成となっている。

この場合、ガラスロッド６２の外周面に、複数の三角プリズム６３を接着することによって製作することができる。また、三角プリズム６３の配置位置や形状は必要以上に高精度を必要としない。

従って、三角プリズム６３を備えたガラスロッド６２を安価に製作することができる。
なお、ガラスロッド６２に三角プリズム６３を接着材等で貼りつけてもよいが、モールドガラス、または透明な樹脂等の素材を用い、三角プリズム６３の形状をガラスロッド６２と一体成形してもよい。

赤色レーザー源２２〜青色レーザー源２４から出射された照明光２９は、錐体プリズム５４に入射し、照明光２９は屈折させられて、リング状の発散光となり、ガラスロッド６２の入射端６２ａへ入射する。

上述のように四角柱のガラスロッド６２の側面には複数の三角プリズム６３がランダムな配置で接着されている。
個々の三角プリズム６３は二つの斜面６３ａおよび斜面６３ｂを、それぞれ、出射端６２ｂおよび入射端６２ａに向けて配置されている。

三角プリズム６３の配置部分を拡大して示した図４のように、ガラスロッド６２において、三角プリズム６３の配置部分からは照明光２９の一部の透過光２９ｂが出射し、ライトトンネル５１へ入る。

一方、ガラスロッド６２のそれ以外の側面では照明光２９は、全反射光２９ａとして全反射してガラスロッド６２の内部を伝播し、最終的にはガラスロッド６２の出射端６２ｂからライトトンネル６１の内部に射出する。

この場合、三角プリズム６３の頂角は９０°であり、出射端６２ｂの側に向いた斜面６３ａの傾きは、ガラスロッド６２の内部を伝搬する照明光２９の光軸ｋに対する傾きをθｍとするとき、θｍ＋９０°となっている。

なお、ガラスロッド６２の側面から三角プリズム６３を通って射出した透過光２９ｂがライトトンネル５１の内壁で反射し、一部の透過光２９ｂはガラスロッド６２の三角プリズム６３の斜面６３ｂ等で反射して入射端６２ａの側へ逆行するが、上述のように、ライトトンネル５１の入射端５１ａに設けられた鍔部５１ｃで反射され、ライトトンネル５１の出射端５１ｂの側へ戻される。

このようにして、本実施の形態の光学装置６０では、ガラスロッド６２の側面にランダムな位置に配置された複数の三角プリズム６３の配置部分からライトトンネル５１の内部に出る透過光２９ｂは多数の独立したスペックルパターンを含んでいる。

したがって、ガラスロッド６２を回転させることによって、ライトトンネル５１の出射端５１ｂから出射される照明光２９では、スペックルが積算され、スペックルの影響を目立たないようにすることができる。

（実施の形態４）
図６Ａは、本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸方向の断面図である。

図６Ｂは、本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一例を示す光軸に直交する方向の断面図である。
図６Ｃは、本発明のさらに他の実施の形態である照明光学装置の構成の一部を取り出して例示した斜視図である。

図７は、本実施の形態４の光学装置の作用を説明する断面図である。
この実施の形態４の光学装置７０は、上述の実施の形態３の光学装置６０におけるガラスロッド６２の代わりに、外面に複数の凹プリズム部７３（凹部）がランダムな位置に配置されたガラスロッド７２（多角柱）（光学部材）を用い、このガラスロッド７２を回転駆動部３０で回転させる点が異なっている。

すなわち、四角柱を呈するガラスロッド７２の外周面には、複数の凹プリズム部７３がランダムな位置に配置されている。
この凹プリズム部７３は、ガラスロッド７２の側面にＶ字形断面の溝として型成形等で一括して形成することができる。従って、凹プリズム部７３を備えたガラスロッド７２を安価に製作することができる。

図６Ａに例示されるように、本実施の形態の光学装置７０の場合、レーザー光源からの照明光２９が、錐体プリズム５４に入射し、照明光２９は屈折させられて、リング状の発散光となり、ガラスロッド７２の入射端７２ａへ入射する。

上述のように、四角柱のガラスロッド７２の側面に三角柱状の凹みからなる凹プリズム部７３がランダムな位置に配置されている。
そして、図７に例示されるように、凹プリズム部７３の部分から透過光２９ｂが出射し、ライトトンネル５１へ入る。

一方、ガラスロッド７２において、凹プリズム部７３以外の側面では照明光２９は、全反射光２９ａのように全反射してガラスロッド７２の内部を伝播し、最終的にはガラスロッド７２の出射端７２ｂから射出する。

ガラスロッド７２の側面に凹んで設けられた凹プリズム部７３を三角柱と考えたとき、その頂角は９０°であり、出射端７２ｂの側に向いた斜面７３ａの傾きは、ガラスロッド７２の内部を伝搬する照明光２９の光軸ｋに対する傾きをθｍとするとき、θｍ＋９０°となっている。

なお、ガラスロッド７２から凹プリズム部７３を通って射出した透過光２９ｂがライトトンネル５１の内壁で反射し、それがガラスロッド７２の凹プリズム部７３の斜面７３ｂで反射し、入射端７２ａの側に逆行する透過光２９ｂは、ライトトンネル５１の入射端５１ａに設けられた鍔部５１ｃで反射されて出射端５１ｂの側に戻される。

このように、本実施の形態の光学装置７０では、ガラスロッド７２の外周にランダムな位置に配置された複数の凹プリズム部７３の部分からライトトンネル５１の内部に出る透過光２９ｂは多数の独立したスペックルパターンを含んでいる。したがって、ガラスロッド７２を回転させることによって、ライトトンネル５１の出射端５１ｂから出射される照明光２９ではスペックルが積算され、空間光変調器１１に照射される照明光２９におけるスペックルを目立たないようにすることができる。

なお、凹プリズム部７３は、ガラスロッド７２の周囲に連続した螺旋状のＶ溝として形成してもよい。
次に、上述の各実施の形態で用いられる回転駆動部３０の具体的な構成例について説明する。

図８Ａは、本発明の各実施の形態の光学装置で用いられる回転駆動部の構成例を示す側面図である。
図８Ｂは、本発明の各実施の形態の光学装置で用いられる回転駆動部の構成例を示す正面図である。

本実施の形態で用いられる回転駆動部３０は、モータ３１、駆動プーリ３２、被動プーリ３３、ベルト３４を備えている。
被動プーリ３３は、光学装置６０（光学装置４０、光学装置５０、光学装置７０）におけるガラスロッド６２（多角形筒体４２、ガラスロッド５２、ガラスロッド７２）の入射端６２ａの外周部に同軸に固定されるとともに、光学装置または投影装置１０の図示しない筐体にベアリング等で回転自在に支持されている。

駆動プーリ３２は、モータ３１の出力軸に固定されている。
駆動プーリ３２と被動プーリ３３の間にはベルト３４が張架され、モータ３１によって回転する駆動プーリ３２のトルクが被動プーリ３３に伝達され、被動プーリ３３に固定されたガラスロッド６２（多角形筒体４２、ガラスロッド５２、ガラスロッド７２）を所望の速さで回転させる。

なお、上述の回転駆動部３０の構成は一例であり、たとえば、被動プーリ３３の代わりにモータの回転子を直接的にガラスロッド６２（多角形筒体４２、ガラスロッド５２、ガラスロッド７２）の外周部に固定して直接的に回転させる構成としてもよい。

上述の構成の本実施の形態の回転駆動部３０の場合には、ガラスロッド６２（多角形筒体４２、ガラスロッド５２、ガラスロッド７２）を回転駆動するため、往復駆動する場合に比較して、回転駆動部３０の構成が簡略化されるとともに、寿命も長くなり、さらに、振動の発生も低減できる。

従って、回転駆動部３０の振動の影響で、光学装置や投影装置１０の性能低下を招くことが防止される。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

（付記１） 投影装置の照明光学装置であり、ライトトンネルと、その内部の配置された光学部材からなり、光源から発した光は前記光学部材に入射し、前記光学部材から射出した光が前記ライトトンネルを通って射出することを特徴とする照明光学装置。

（付記２） ライトトンネル内部にある光学部材が光軸とほぼ平行な回転軸で回転することを特徴とする付記１記載の照明光学装置。
（付記３） コヒーレントな前記光源を有することを特徴とする付記２記載の照明光学装置。

（付記４） ライトトンネル内部にある部材が多角形柱であり、光の入射端と射出端に開口があり、内側は空間であり、外周部に光が透過する部分（開口）と光を内側に反射する部分とを備えたことを特徴とする付記１記載の照明光学装置。

（付記５） ライトトンネル内部にある部材が光を透過する多角形柱であり、外周部に光を透過する部分と、反射する部分を有することを特徴とする付記１記載の照明光学装置。

（付記６） ライトトンネル内部にある部材が光源からの光を透過または反射する部分が、部材上にランダムに配置されていることを特徴とする付記４または付記５記載の照明光学装置。

（付記７） ライトトンネル内部にある部材が光源からの光を透過または反射する部分が、部材上にらせん状に配置されていることを特徴とする付記４または付記５記載の照明光学装置。

（付記８） ライトトンネルの光軸方向の長さをＬｔ、前記光学部材の光軸方向の長さをＬｒとしたとき、
３Ｌｒ≦Ｌｔ≦５Ｌｒ
を満足することを特徴とする付記１記載の照明光学装置。

１０ 投影装置
１１ 空間光変調器
１２ 制御装置
１３ 影光学系
２０ 照明光学系
２１ レーザーコントローラ
２２ 赤色レーザー源
２２ｒ 赤色レーザー光
２３ 青色レーザー源
２３ｇ 青色レーザー光
２４ 青色レーザー源
２４ｂ 青色レーザー光
２５ ミラー
２６ ダイクロイックミラー
２７ ダイクロイックミラー
２８ 集光レンズ
２９ 照明光
２９ａ 全反射光
２９ｂ 透過光
３０ 回転駆動部
３１ モータ
３２ 駆動プーリ
３３ 被動プーリ
３４ ベルト
４０ 光学装置
４１ ライトトンネル
４１ａ 入射端
４１ｂ 出射端
４２ 多角形筒体
４２ａ 入射端
４２ｂ 出射端
４２ｃ 内ミラー面
４２ｄ 外ミラー面
４３ 貫通孔
４４ 錐体プリズム
４５ 凸レンズ
５０ 光学装置
５１ ライトトンネル
５１ａ 入射端
５１ｂ 出射端
５１ｃ 鍔部
５２ ガラスロッド
５２ａ 入射端
５２ｂ 出射端
５３ 三角プリズム
５３ａ 斜面
５３ｂ 斜面
５４ 錐体プリズム
６０ 光学装置
６１ ライトトンネル
６２ ガラスロッド
６２ａ 入射端
６２ｂ 出射端
６３ 三角プリズム
６３ａ 斜面
６３ｂ 斜面
７０ 光学装置
７２ ガラスロッド
７２ａ 入射端
７２ｂ 出射端
７３ 凹プリズム部
７３ａ 斜面
７３ｂ 斜面
１００ スクリーン
ｋ 光軸

Claims (20)

1. ライトトンネルと、
   前記ライトトンネルの内部に配置され、光源から入射端に到来する光を出射端に導くとともに、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を側面から前記ライトトンネルの内周面に射出する光学部材と、
   を含むことを特徴とする照明光学装置。
2. 請求項１記載の照明光学装置において、
   前記光学部材は、前記ライトトンネルの光軸とほぼ平行な回転軸で回転することを特徴とする照明光学装置。
3. 請求項２記載の照明光学装置において、
   前記光源はレーザー光源であることを特徴とする照明光学装置。
4. 請求項１記載の照明光学装置において、
   前記光学部材は、軸方向の両端に前記入射端および前記出射端が開口した多角形筒体からなり、前記多角形筒体の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する開口部が形成されていることを特徴とする照明光学装置。
5. 請求項４記載の照明光学装置において、
   複数の前記開口部が前記多角形筒体の側面にランダムに配置されていることを特徴とする照明光学装置。
6. 請求項４記載の照明光学装置において、
   前記開口部が前記多角形筒体の側面に螺旋状に配置されていることを特徴とする照明光学装置。
7. 請求項１記載の照明光学装置において、
   前記光学部材は、軸方向の両端が前記入射端および前記出射端をなし、前記光に対して透明な多角柱からなり、前記多角柱の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する凹部および凸部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする照明光学装置。
8. 請求項７記載の照明光学装置において、
   複数の前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が前記多角柱体の側面にランダムに配置されていることを特徴とする照明光学装置。
9. 請求項７記載の照明光学装置において、
   前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が、前記多角柱体の側面に螺旋状に配置されていることを特徴とする照明光学装置。
10. 請求項１記載の照明光学装置において、
    前記ライトトンネルの光軸方向の長さをＬｔ、前記光学部材の光軸方向の長さをＬｒとしたとき、
    ３Ｌｒ≦Ｌｔ≦５Ｌｒ
    の関係を満足することを特徴とする照明光学装置。
11. 照明光学装置と、前記照明光学装置から到来する照明光を変調して投影する空間光変調器と、を含む投影装置であって、
    前記照明光学装置は、
    ライトトンネルと、
    前記ライトトンネルの内部に配置され、光源から入射端に到来する光を出射端に導くとともに、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を側面から前記ライトトンネルの内周面に射出する光学部材と、
    を含むことを特徴とする投影装置。
12. 請求項１１記載の投影装置において、
    前記照明光学装置の前記光学部材は、前記ライトトンネルの光軸とほぼ平行な回転軸で回転することを特徴とする投影装置。
13. 請求項１２記載の投影装置において、
    前記光源は赤色レーザーおよび青色レーザーおよび緑色レーザーを含むことを特徴とする投影装置。
14. 請求項１１記載の投影装置において、
    前記照明光学装置の前記光学部材は、軸方向の両端に前記入射端および前記出射端が開口した多角形筒体からなり、前記多角形筒体の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する開口部が形成されていることを特徴とする投影装置。
15. 請求項１４記載の投影装置において、
    前記照明光学装置の複数の前記開口部が前記多角形筒体の側面にランダムに配置されていることを特徴とする投影装置。
16. 請求項１４記載の投影装置において、
    前記開口部が前記多角形筒体の側面に螺旋状に配置されていることを特徴とする投影装置。
17. 請求項１１記載の投影装置において、
    前記照明光学装置の前記光学部材は、軸方向の両端が前記入射端および前記出射端をなし、前記光に対して透明な多角柱からなり、前記多角柱の側面には、前記入射端から前記出射端に至る前記光の一部を外部に射出する凹部および凸部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする投影装置。
18. 請求項１７記載の投影装置において、
    複数の前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が前記多角柱体の側面にランダムに配置されていることを特徴とする投影装置。
19. 請求項１７記載の投影装置において、
    前記凹部および前記凸部の少なくとも一方が、前記多角柱体の側面にらせん状に配置されていることを特徴とする投影装置。
20. 請求項１１記載の投影装置において、
    前記照明光学装置の前記ライトトンネルの光軸方向の長さをＬｔ、前記光学部材の光軸方向の長さをＬｒとしたとき、
    ３Ｌｒ≦Ｌｔ≦５Ｌｒ
    の関係を満足することを特徴とする投影装置。

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