JP2011164151A - 照明装置および投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ簡易な構成で、干渉縞の視認性を低減することが可能な照明装置および投射型映像表示装置を提供する。
【解決手段】照明装置１ａは、レーザ光源１０と、レーザ光源１０からの出射光に基づく入射光を空間的に分割すると共に、分割した光を出射面に向けて所定の方向（多重化方向）に沿って多重化して出射する光学部材（例えばフライアイレンズ１２およびコンデンサレンズ１３）とを備える。フライアイレンズ１２への入射光において高干渉性を示す軸方向と、コンデンサレンズ１３による多重化方向とが相対的に異なることにより、フライアイレンズ１２により分割された光が、コンデンサレンズ１３において、高干渉性を示す軸方向に沿って多重化されることが防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にレーザ光等の干渉性において面内異方性を有する光を用いた照明装置および投射型映像表示装置に関する。

一般に、プロジェクタ等の投射型映像表示装置では、照明装置において、高圧水銀ランプやキセノンランプ等のランプ光源が用いられることが多いが、近年ではレーザ光源の高いエネルギー効率、色再現性、寿命、の特性が注目されランプ光源に代わる光源として開発が進められている。また、照明光の面内均一性を確保するために、フライアイレンズ等を用いた光学部材が設けられる。これにより、照明装置では、レーザ光源から出射された光束をフライアイレンズにより分割し、その分割した光をコンデンサレンズにより多重化することによって、均一照明を実現する。

ところが、干渉性の高いレーザ光に対し、上記のような光束の分割および多重化を行うと、その干渉性の高さゆえに被照射面において干渉縞が発生し易い。

そこで、レーザ光源とフライアイレンズとの間に偏向ミラーを設け、この偏向ミラーを回転駆動させることにより、被照射面に発生する干渉縞を移動（回転）させる手法が提案されている（特許文献１）。この手法では、干渉縞を移動させることによって蓄積光量が照射面全体で同等となるため、見かけ上は干渉縞が低減する。また、アレイレンズによって分割した光束毎に見かけの光路長を変化させるための光学部材を別途設け、その光路長差を利用して、干渉縞を低減する手法が提案されている（特許文献２）。

特開平１１−２７１２１３号公報 特開２００６−４９６５６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、偏向ミラーを回転駆動するための機構、上記特許文献２では、特殊な形状の光学部材がそれぞれ別途必要となり、装置構成が複雑になると共にコスト高になるという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、低コストかつ簡易な構成で、干渉縞を見えにくくすることが可能な照明装置および投射型映像表示装置を提供することにある。

本発明の照明装置は、干渉性において面内異方性を有する光を出射する光源と、光源からの出射光に基づく入射光を空間的に分割すると共に、分割した光を出射面に向けて複数の互いに異なる軸方向に沿って多重化して出射する光学部材とを備えたものである。ここで、光学部材への入射光における高干渉性を示す軸方向と、光学部材による多重化方向とは相対的に異なっている。

本発明の投射型映像表示装置は、上記本発明の照明装置を備えたものである。

本発明の照明装置および投射型映像表示装置では、光学部材において、光源からの出射光に基づく光が、光学部材へ入射すると、この光学部材において分割および多重化されることにより、面内輝度の均一化が図られる。このとき、光学部材への入射光において高干渉性を示す軸方向と、光学部材による多重化方向とが相対的に異なることにより、光学部材出射後の干渉性が見えにくくなる。

本発明の照明装置および投射型映像表示装置によれば、光学部材への入射光において高干渉性を示す軸方向と、光学部材における多重化方向とが相対的に異なるようにしたので、例えば光路上で偏向ミラーを回転駆動させるような機構や、分割した光束毎に見かけの光路長を変化させるような特殊な光学部材を別途設けることなく、光学部材出射後の干渉性を視認しにくくすることが可能となる。即ち、低コストかつ簡易な構成で、干渉縞を見えにくくすることができる。

本発明の一実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成を表す図である。 図１に示したシリンドリカルレンズの斜視図である。 ＸＹ平面内における（Ａ）光源出射光の面形状、（Ｂ）シリンドリカルレンズの配置および（Ｃ）フライアイレンズの配置を表す図である。 比較例に係る投射型表示装置の全体構成を表す図である。 フライアイレンズへの入射光における軸方向とフライアイレンズにおけるレンズ配列方向との配置関係および被照射面に発生する干渉縞の様子を表す図である。 変形例１に係る光源出射光とフライアイレンズとのＸＹ平面内での配置関係を表す図である。 変形例２に係る光源出射光とフライアイレンズとのＸＹ平面内での配置関係を表す図である。 変形例３に係る投射型表示装置の全体構成を表す図である。 ＸＹ平面内における（Ａ）光源出射光の面形状、（Ｂ）シリンドリカルレンズの配置および（Ｃ）ロッドインテグレータの配置を表す図である。 図８に示したロッドインテグレータの斜視図である。 図８に示したロッドインテグレータの原理を説明するための模式図である。 変形例３に係る光源出射光とロッドインテグレータとのＸＹ平面内での配置関係を表す図である。 変形例４に係る光源出射光とロッドインテグレータとのＸＹ平面内での配置関係を表す図である。 変形例５に係る投射型表示装置の全体構成を表す図である。 他の変形例について説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（レーザ光源とフライアイレンズとの間に、シリンドリカルレンズを傾斜配置した例）
２．変形例１，２（レーザ光源またはフライアイレンズを傾斜配置した例）
３．変形例３（レーザ光源とロッドインテグレータとの間に、シリンドリカルレンズを傾斜配置した例）
４．変形例４，５（レーザ光源またはロッドインテグレータを傾斜配置した例）
５．変形例６（反射型液晶パネルを用いた例）

＜実施の形態＞
［投射型表示装置１の構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る投射型表示装置１（投射型映像表示装置）の概略構成を表したものである。投射型表示装置１は、照明装置１ａとしてレーザ光源１０、シリンドリカルレンズ１１（円筒型レンズ）、フライアイレンズ１２およびコンデンサレンズ１３を備えたものである。この照明装置１ａの照明光を用いてスクリーン１８上へ映像投射を行う投射光学系として、ミラー１４Ａ〜１４Ｅ、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、ダイクロイックプリズム１６および投射レンズ１７が設けられている。

レーザ光源１０は、例えば赤色レーザ，緑色レーザおよび青色レーザを有し、これらの各レーザは、例えば半導体レーザや固体レーザ等からなる。また、複数のレーザ素子が一方向に配列してなるアレイレーザであることが望ましい。このようなレーザは、ＦＦＰ（Far Field Pattern）の形状が、例えば楕円形となるものである。即ち、レーザ光源１０から出射された光（以下、光源出射光という）は、干渉性（コヒーレンス性）において面内異方性を有している。

本実施の形態では、図３（Ａ）に示したように、光源出射光Ｌ０の形状が、ＸＹ平面内においてＸ方向に短軸、Ｙ方向に長軸をそれぞれ有する楕円形となっている。換言すると、光源出射光Ｌ０において、高干渉性を示す軸方向Ｄ_HがＸ方向、低干渉性を示す軸方向Ｄ_LがＹ方向にそれぞれ重なるように、レーザ光源１０が光軸Ｚ０上に配置されている。このようなレーザ光源１０の配置状態を、レーザ光源１０の「基準配置」として以下説明する。また、以下単にレーザ光の「面形状」といった場合には、ＸＹ平面における形状をいうものとする。

シリンドリカルレンズ１１は、例えば図２に示したように、一の軸方向Ｄ１に延在する半円筒型のレンズである。本実施の形態では、このシリンドリカルレンズ１１が、その軸方向Ｄ１と高干渉性を示す軸方向Ｄ_Hとが相対的に異なるように、斜めに傾いて配置されている。具体的には図３（Ｂ）に示したように、シリンドリカルレンズ１１は、その軸方向Ｄ１がＸ方向から所定の角度αの分、光軸Ｚ０を中心に回転した状態で配置されている。尚、この角度αは、０°より大きく１８０°未満（但し、９０°は除く）の値に適宜設定される。このようなシリンドリカルレンズ１１の配置状態を、シリンドリカルレンズ１１の「傾斜配置」と称して以下説明する。

フライアイレンズ１２は、基板上に複数のレンズが２次元配置されたものであり、これらのレンズの配列に応じて入射光束を空間的に分割して出射させるものである。ここでは、図３（Ｃ）に示したように、フライアイレンズ１２として、複数のレンズ１２ａが例えば互いに直交する２方向（Ｃ１，Ｃ２）に沿って配置（マトリクス状に配置）されたものを例に挙げて説明する。本実施の形態では、フライアイレンズ１２は、そのレンズ１２ａの配列方向Ｃ１，Ｃ２がＹ方向およびＸ方向にそれぞれ重なるように、光軸Ｚ０上に配置されている。このようなフライアイレンズ１２の配置状態を、フライアイレンズ１２の「基準配置」と称して以下説明する。

コンデンサレンズ１３は、フライアイレンズ１２により分割された光を、多重化する機能を有するものである。このコンデンサレンズ１３による多重化は、フライアイレンズ１２におけるレンズ１２ａの配列方向に沿ってなされる。つまり、本実施の形態では、コンデンサレンズ１３による多重化方向は、Ｘ方向およびＹ方向となる。

尚、これらのコンデンサレンズ１３およびフライアイレンズ１２が、本発明における光学部材の一具体例に相当する。これらのフライアイレンズ１２およびコンデンサレンズ１３を組み合わせて配置することにより、光源出射光Ｌ０に基づく入射光束の分割および多重化がなされ、面内輝度の均一化が図られる。

ミラー１４Ａ〜１４Ｅは、照明装置１ａから出射された光（照明光）を、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色光に分離すると共に、分離した各色光の光路変換を行い、対応する色の液晶パネル（透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ）へと導くためのものである。具体的には、ミラー１４Ａ，１４Ｅはそれぞれ、赤色光を反射により光路変換させ、透過型液晶パネル１５Ｒへと導くものである。同様に、ミラー１４Ｂは青色光を透過型液晶パネル１５Ｂへ、ミラー１４Ｃ，１４Ｄは緑色光を透過型液晶パネル１５Ｇへ、それぞれ導くものである。尚、これらのうちミラー１４Ａは、緑色光および青色光を選択的に透過させるようになっており、ミラー１４Ｂは、緑色光を選択的に透過させるようになっている。

透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂはそれぞれ、赤色光、緑色光および青色光を映像信号に基づいて変調し、表示用の映像光を色毎に生成するものである。これらの透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、図示はしないが、例えば対向する一対の基板間に液晶層が封止されたものであり、一対の基板の光入射側および光出射側にそれぞれ、偏光板が貼り合わせられている。液晶層に映像信号に応じた所定の電圧が印加されることにより、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂでは、液晶層を通過する各色光が変調され、映像光として出射される。

ダイクロイックプリズム１６は、例えばクロスダイクロイックプリズムなどの色合成プリズムであり、上記３色の映像光を合成するためのものである。投射レンズ１７は、ダイクロイックプリズム１６により合成された映像光をスクリーン１８上に拡大投射するものである。

［投射型表示装置１の作用・効果］
上記のような投射型表示装置１の作用および効果について、図１〜図５を参照して説明する。

投射型表示装置１では、まず照明装置１ａにおいて、レーザ光源１０から出射された光（光源出射光）Ｌ０は、シリンドリカルレンズ１１を通過した後、フライアイレンズ１２に入射すると、その入射光（後述の入射光Ｌ１）がレンズ１２ａの配列方向に応じて分割される。フライアイレンズ１２によって分割された光は、コンデンサレンズ１３において多重化されて出射する。これにより、照明装置１ａからの出射光（照明光）の面内輝度の均一化が図られる。この照明光は、ミラー１４Ａ〜１４Ｅにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光に分離され、それぞれ透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂへ入射する。これら３色の光はそれぞれ、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおいて変調され、映像光として出射される。各色の映像光はダイクロイックプリズムにおいて合成された後、投射レンズ１７によりスクリーン１８上へ拡大投射される。このようにして、映像表示がなされる。

ここで、図４および図５（Ａ）を参照して、比較例に係る投射型表示装置１００について説明する。図４は、比較例に係る投射型表示装置１００の全体構成を表したものであり、図５（Ａ）は、投射型表示装置１００における光源出射光（Ｌ１００）とフライアイレンズ１０２との配置関係および被照明面に発生する干渉縞の様子を表したものである。投射型表示装置１００は、光軸Ｚ０に沿って、レーザ光源１０１、フライアイレンズ１０２、コンデンサレンズ１０３、ミラー１０４Ａ〜１０４Ｅ、透過型液晶パネル１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ、ダイクロイックプリズム１０６および投射レンズ１０７を備えたものである。

投射型表示装置１００では、上記のような構成において、レーザ光源１０１およびフライアイレンズ１０２が、本実施の形態でいう「基準配置」となるようにそれぞれ配置されている。即ち、図５（Ａ）の上図に示したように、光源出射光Ｌ１００において高干渉性を示す軸方向Ｄ_HがＸ方向、低干渉性を示す軸方向Ｄ_LがＹ方向にそれぞれ重なるように、レーザ光源１０１が配置されている。また一方で、フライアイレンズ１０２は、レンズ１２ａの配列方向がＸ方向およびＹ方向と重なるように配置されている。ところが、レーザ光源１０およびフライアイレンズ１０２がいずれも基準配置となっている場合、光源出射光Ｌ１００における方向Ｄ_Hと、レンズ１０２ａの配列方向（コンデンサレンズ１０３による多重化方向）とが、Ｘ方向において重なってしまう。このような軸方向の重なりが生じると、光源出射光Ｌ１００の高干渉性を示す軸方向Ｄ_Hに沿って、多重化がなされることとなるため、コンデンサレンズ１０３を出射後の照明光は、被照射面において、図５（Ａ）の下図に示したように、干渉縞を発生し易くなる。

これに対し、本実施の形態では、レーザ光源１０とフライアイレンズ１２との間において、シリンドリカルレンズ１１が傾斜配置となっており、即ちシリンドリカルレンズ１１が軸方向Ｄ１を光軸中心に角度αだけ回転した状態で配置されている。これにより、光源出射光Ｌ０（図１中の光路Ａを進行する光）は、シリンドリカルレンズ１１を通過することにより、その面形状が角度αに応じて回転して出射される。そのため、シリンドリカルレンズ１１を出射後、フライアイレンズ１２へ入射する光Ｌ１（図１中の光路Ｂを進行する光）は、図５（Ｂ）の上図に示したように、その軸方向Ｄ_Hがレンズ配列方向Ｃ１，Ｃ２（ここではＸ方向，Ｙ方向に等しい）と互いに異なるものとなる。これにより、フライアイレンズ１２への入射光Ｌ１の軸方向Ｄ_Hと、コンデンサレンズによる多重化方向とが互いに異なるものとなるため、干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿った多重化が防止される。従って、コンデンサレンズ１３を出射後の照明光は、被照射面において、図５（Ｂ）の下図に示したように、干渉縞が見えにくくなる。

以上説明したように、本実施の形態では、光軸Ｚ０に沿って、レーザ光源１０、シリンドリカルレンズ１１、フライアイレンズ１２およびコンデンサレンズ１３をこの順に配置してなる照明装置において、レーザ光源１０およびフライアイレンズ１２を基準配置とし、シリンドリカルレンズ１１を傾斜配置とする。これにより、フライアイレンズ１２への入射光Ｌ１の軸方向Ｄ_Hと、コンデンサレンズによる多重化方向とを互いに異なるものとし、干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿って、光線が多重化されることを防ぐことができる。従って、被照射面における干渉縞を見えにくくすることができる。

ここで、従来は、上記のような光束の分割および多重化に起因する干渉縞の発生を抑制するために、例えばレーザ光源とフライアイレンズとの間において偏向ミラーを回転駆動させる機構を設けたり、分割した光束毎に見かけの光路長を変化させるための特殊な形状の光学部材等を設けていた。このため、コスト高になったり、装置構成が複雑となっていたが、本実施の形態では、そのような回転駆動機構や特殊な光学部材は不要であり、シリンドリカルレンズを光路上に傾斜配置させるだけでよい。即ち、低コストかつ簡易な構成で、干渉縞を見えにくくすることができる。

＜変形例＞
次に、上記実施の形態の変形例（変形例１〜６）について説明する。以下では、上記実施の形態の投射型表示装置１と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

（変形例１）
図６（Ａ），（Ｂ）は、変形例１に係る光源出射光Ｌ０と、フライアイレンズ１２とのＸＹ平面内での配置状態を表したものである。変形例１では、上記実施の形態と同様、照明装置において、レーザ光源１０からの出射光に基づき、フライアイレンズ１２およびコンデンサレンズ１３によって光束の分割および多重化を行うものである。また、コンデンサレンズ１３からの出射光は、上記実施の形態と同様の投射光学系（ミラー１４Ａ〜１４Ｅ、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、ダイクロイックプリズム１６および投射レンズ１７）の照明光として使用可能である。

但し、本変形例では、上記実施の形態と異なり、シリンドリカルレンズ１１を配置しておらず、光源出射光Ｌ０がフライアイレンズ１２へ直接入射する。また、レーザ光源１０は、その光源出射光Ｌ０において高干渉性を示す軸方向Ｄ_Hが、Ｘ方向およびＹ方向と異なる（図６（Ａ））ように、基準配置の状態から傾けて（光軸Ｚ０を中心に所定の角度だけ回転して）配置されている。このようなレーザ光源１０の配置状態を、以下ではレーザ光源１０の「傾斜配置」と称する。一方、フライアイレンズ１２は、基準配置となっている（図６（Ｂ））。

このように、シリンドリカルレンズ１１を用いずに、レーザ光源１０自体を傾斜配置としてもよい。これにより、光源出射光Ｌ０における軸方向Ｄ_Hが、フライアイレンズ１２におけるレンズ配列方向Ｃ１，Ｃ２（ここでは、Ｘ方向およびＹ方向に等しい）と互いに異なるものとなる。これにより、フライアイレンズ１２への入射する光の軸方向Ｄ_Hと、コンデンサレンズ１３（図６には図示せず）による多重化方向とが互いに異なるものとなるため、干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿って光線が多重化されることを防ぐことができる。よって、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、シリンドリカルレンズ１１を用いないため、部品点数の少ないより簡易な構成を実現できる。

（変形例２）
図７（Ａ），（Ｂ）は、変形例２に係る光源出射光Ｌ０と、フライアイレンズ１２とのＸＹ平面内での配置状態を表したものである。変形例２では、上記実施の形態と同様、照明装置において、レーザ光源１０からの出射光に基づき、フライアイレンズ１２およびコンデンサレンズ１３によって光束の分割および多重化を行うものである。また、コンデンサレンズ１３からの出射光は、上記実施の形態と同様の投射光学系（ミラー１４Ａ〜１４Ｅ、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、ダイクロイックプリズム１６および投射レンズ１７）の照明光として使用可能である。更に、本変形例では、上記変形例１と同様、シリンドリカルレンズ１１を配置しておらず、光源出射光Ｌ０がフライアイレンズ１２へ直接入射するような配置構成となっている。

但し、本変形例では、上記変形例１と異なり、レーザ光源１０が基準配置となっている（図７（Ａ））。また、上記実施の形態および上記変形例１と異なり、フライアイレンズ１２は、そのレンズ配列方向Ｃ１，Ｃ２がＸ，Ｙ方向と互いに異なるように、基準配置の状態から傾けて（光軸Ｚ０を中心に所定の角度だけ回転して）配置されている（図７（Ｂ））。このようなフライアイレンズ１２の配置状態を、以下ではフライアイレンズ１２の「傾斜配置」と称する。

このように、シリンドリカルレンズ１１を用いずに、フライアイレンズ１２自体を傾斜配置としてもよい。これにより、光源出射光Ｌ０における軸方向Ｄ_Hが、フライアイレンズ１２におけるレンズ配列方向Ｃ１，Ｃ２と互いに異なるものとなる。従って、フライアイレンズ１２への入射する光の軸方向Ｄ_Hと、コンデンサレンズ１３（図７には図示せず）による多重化方向とが互いに異なるものとなるため、干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿って光線が多重化されることを防ぐことができる。よって、上記実施の形態および上記変形例１と同等の効果を得ることができる。

尚、上記変形例１，２では、レーザ光源１０およびフライアイレンズ１２のうちのどちらか一方を傾斜配置とした場合を例に挙げたが、これらの両方をそれぞれ互いに異なる傾斜配置としてもよい。即ち、光源出射光Ｌ０とフライアイレンズ１２におけるレンズ配列方向Ｃ１，Ｃ２とが相対的に異なるように、レーザ光源１０およびフライアイレンズ１２とが光軸Ｚ０を中心として相対的に回転した状態で配置されていればよい。

（変形例３）
図８は、変形例３に係る投射型表示装置（投射型表示装置２）の全体構成を表したものである。投射型表示装置２は、上記実施の形態の投射型表示装置１と同様、レーザ光源１０からの出射光に基づく照明光を、照明装置２ａから、投射光学系（ミラー１４Ａ〜１４Ｅ、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、ダイクロイックプリズム１６および投射レンズ１７）へ向けて照明するものである。また、レーザ光源１０は基準配置（図９（Ａ））となっており、シリンドリカルレンズ１１が傾斜配置（図９（Ｂ））となっている。

但し、本変形例では、上記実施の形態と異なり、光束を分割および多重化する光学部材として、ロッドインテグレータ２０を用いている。即ち、シリンドリカルレンズ１１とミラー１４Ａとの間に、上記実施の形態におけるフライアイレンズ１２およびコンデンサレンズ１３の代わりに、ロッドインテグレータ２０を配置している。尚、ロッドインテグレータ２０の入射側にはコンデンサレンズ１３が配置されている。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、ロッドインテグレータ２０の一例を表したものである。ロッドインテグレータ２０としては、四角柱状のガラスロッド２０Ａよりなるものが挙げられる（図１０（Ａ））。ガラスロッド２０Ａは、互いに対向する光入射面２０Ａ１および光出射面２０Ａ２を有している。これらの光入射面２０Ａ１および光出射面２０Ａ２の面形状は、例えば矩形となっている。このような構造により、光入射面２０Ａ１より入射した光束を、入射光の発散角とロッドインテグレータ２０の長さ（Ｚ軸方向に沿った長さ）に応じた複数回の全反射により仮想的に分割した後、光出射面２０Ａ２へ向けて多重化するようになっている。これにより、出射光における面内輝度の均一化が図られる。

あるいは、ロッドインテグレータ２０として、内面が鏡面となっている四角筒状の中空体２０Ｂ（図１０（Ｂ））を用いてもよい。中空体２０Ｂは、互いに対向する光入射面（光入射口）２０Ｂ１および光出射面（光出射口）２０Ｂ２を有している。これらの光入射面２０Ｂ１および光出射面２０Ｂ２における面形状（開口形状）は、例えば矩形となっている。このような構造により、光入射面２０Ｂ１より入射した光束を、入射光の発散角とロッドインテグレータ２０の長さに応じた複数回の全反射により仮想的に分割した後、光出射面２０Ｂ２へ向けて多重化するようになっている。これにより、出射光における面内輝度の均一化が図られる。

ここで、図１１（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施の形態におけるロッドインテグレータ２０の原理について説明する。まず、ロッドインテグレータ２０を用いない場合、コンデンサレンズ１３へ入射したレーザ光（Ｌ２）は、コンデンサレンズ１３により集光された後、拡散される（図１１（Ａ）のレーザ光Ｌ１００）。一方、ロッドインテグレータ２０を用いた場合、レーザ光Ｌ２は、コンデンサレンズ１３により集光された後、ロッドインテグレータ２０へ入射し、その内部において全反射を複数回繰り返す（仮想的に複数の光線に分割される）。これにより、ロッドインテグレータ２０の出射面では、その出射面（開口）の大きさおよび形状に応じて光線が多重化される（図１１（Ｂ）のレーザ光Ｌ３）。

このロッドインテグレータ２０は、例えば図９（Ｃ）に示したように、その光入射面および光出射面に平行な面形状における長辺がＸ方向、短辺がＹ方向にそれぞれ沿うように、配置されている。ロッドインテグレータ２０における多重化方向は、その反射面（壁面）に沿った方向となる。即ち、ここでの多重化方向は、Ｘ方向およびＹ方向である。このようなロッドインテグレータ２０の配置状態を、以下ではロッドインテグレータ２０の基準配置と称する。

本変形例では、レーザ光源１０とロッドインテグレータ２０との間において、シリンドリカルレンズ１１が傾斜配置となっていることにより、光源出射光Ｌ０（図８中の光路Ａを進行する光）は、シリンドリカルレンズ１１において回転されて出射される。そのため、シリンドリカルレンズ１１を出射後、ロッドインテグレータ２０へ入射する光（図８中の光路Ｂを進行する光）は、その軸方向Ｄ_Hがロッドインテグレータ２０における多重化方向と互いに異なるものとなる。これにより、干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿って光線が多重化されることを防ぐことができる。よって、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。

（変形例４）
図１２（Ａ），（Ｂ）は、変形例４に係る光源出射光Ｌ０と、ロッドインテグレータ２０とのＸＹ平面内での配置状態を表したものである。変形例４では、上記変形例３と同様、照明装置において、レーザ光源１０からの出射光を、ロッドインテグレータ２０において分割および多重化するものである。また、ロッドインテグレータ２０からの出射光は、上記実施の形態と同様の投射光学系（ミラー１４Ａ〜１４Ｅ、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、ダイクロイックプリズム１６および投射レンズ１７）の照明光として使用可能である。

但し、本変形例では、上記実施の形態および上記変形例３と異なり、シリンドリカルレンズ１１を配置しておらず、光源出射光Ｌ０がロッドインテグレータ２０へ直接入射する。また、レーザ光源１０が傾斜配置となっている（図１２（Ａ））一方、ロッドインテグレータ２０は、基準配置となっている（図１２（Ｂ））。

このように、シリンドリカルレンズ１１を用いずに、レーザ光源１０自体を傾斜配置としてもよい。これにより、光源出射光Ｌ０における軸方向Ｄ_Hが、ロッドインテグレータ２０における多重化方向と互いに異なるものとなり、干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿って光線が多重化されることを防ぐことができる。よって、上記変形例３と同等の効果を得ることができる。また、シリンドリカルレンズ１１を用いないため、部品点数の少ないより簡易な構成を実現できる。

（変形例５）
図１３（Ａ），（Ｂ）は、変形例５に係る光源出射光Ｌ０と、ロッドインテグレータ２０とのＸＹ平面内での配置状態を表したものである。変形例５では、上記実施の形態と同様、照明装置において、レーザ光源１０からの出射光を、ロッドインテグレータ２０によって分割および多重化するものである。また、ロッドインテグレータ２０からの出射光は、上記実施の形態と同様の投射光学系（ミラー１４Ａ〜１４Ｅ、透過型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、ダイクロイックプリズム１６および投射レンズ１７）の照明光として使用可能である。更に、本変形例では、上記変形例４と同様、シリンドリカルレンズ１１を配置しておらず、光源出射光Ｌ０がロッドインテグレータ２０へ直接入射するような配置構成となっている。

但し、本変形例では、レーザ光源１０が基準配置となっている（図１３（Ａ））一方、ロッドインテグレータ２０が、その多重化方向がＸ，Ｙ方向と互いに異なるように、基準配置の状態から傾けて（光軸Ｚ０を中心に所定の角度だけ回転して）配置されている（図１３（Ｂ））。このようなロッドインテグレータ２０の配置状態を、以下ではロッドインテグレータ２０の「傾斜配置」と称する。

このように、シリンドリカルレンズ１１を用いずに、ロッドインテグレータ２０自体を傾斜配置としてもよい。これにより、光源出射光Ｌ０における軸方向Ｄ_Hが、ロッドインテグレータ２０による多重化方向と互いに異なるものとなり、干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿って光線が多重化されることを防ぐことができる。よって、上記変形例３および上記変形例４と同等の効果を得ることができる。

尚、上記変形例４，５では、レーザ光源１０およびロッドインテグレータ２０のうちのどちらか一方を傾斜配置とした場合を例に挙げたが、これらの両方をそれぞれ互いに異なる傾斜配置としてもよい。即ち、光源出射光Ｌ０とロッドインテグレータ２０における多重化方向とが相対的に異なるように、レーザ光源１０およびロッドインテグレータ２０とが光軸Ｚ０を中心として相対的に回転した状態で配置されていればよい。

（変形例６）
図１４は、変形例６に係る投射型表示装置（投射型表示装置３）の全体構成を表したものである。投射型表示装置３は、上記実施の形態の投射型表示装置１と同様の照明装置１ａを備えたものである。また、投射光学系におけるダイクロイックプリズム１６、投射レンズ１７およびスクリーン１８についても、上記実施の形態と同様となっている。但し、本変形例では、上記実施の形態と異なり、投射光学系における液晶パネルとして反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを用いている。また、照明装置１ａからの照明光を３色の色光に分離すると共に、反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂへと導くミラー２１Ａ〜２１Ｆが配置されている。

反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂはそれぞれ、照明装置１ａからの照明光を映像信号に基づいて変調させつつ反射させることにより、光入射側と同一の側へ映像光を出射するものである。これらの反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型の液晶素子を有する。

ミラー２１Ａ〜２１Ｄは、照明光を赤色光、緑色光および青色光へ分離すると共に、各色光に対応する反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂへと導くものである。これらのうちミラー２１Ａは、赤色光を選択的に反射させると共に、緑色光および青色光を選択的に透過させるものであり、ミラー２１Ｂは、緑色光を選択的に反射させると共に、青色光を選択的に透過させるものである。ミラー２１Ｅ〜２１Ｇは、特定の偏光（例えばｓ偏光）を選択的に透過させると共に、他方の偏光（例えばｐ偏光）を選択的に反射させるものである。ここで、反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、入射時と出射時における各偏光が異なるものとなるため、ミラー２１Ａ〜２１Ｄを通過した各色光は、まずミラー２１Ｅ〜２１Ｇを透過して、反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂへと入射する。この後、反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂから映像光として出射した各色光は、入射時と異なる偏光となっているため、ミラー２１Ｅ〜２１Ｇにより反射されて、ダイクロイックプリズムへ入射する。

本変形例では、上記実施の形態と同様、まず照明装置１ａにおいて、レーザ光源１０から出射された光は、シリンドリカルレンズ１１を通過し、フライアイレンズ１２において分割された後、コンデンサレンズ１３により多重化され、照明光として出射する。この照明光は、ミラー２１Ａ〜２１Ｇにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光に分離され、それぞれ反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂへ入射すると、反射型液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂにおいて変調され、映像光として出射する。各色の映像光はダイクロイックプリズムにおいて合成された後、投射レンズ１７によりスクリーン１８上へ拡大投射される。このようにして、映像表示がなされる。ここで、シリンドリカルレンズ１１が傾斜配置となっていることにより、フライアイレンズ１２への入射光（図１４中の光路Ｂを進行する光）におけるレンズ配列方向、即ち干渉性の高い軸方向Ｄ_Hに沿った多重化が防止される。従って、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、高干渉性を示す軸方向と多重化方向とを異ならせるために、光源と光分割多重部材との間に、シリンドリカルレンズを傾斜配置した場合を一例に挙げたが、このシリンドリカルレンズに替えて、他の部材を配置してもよい。例えば、いわゆるダブプリズムを配設して、レーザ光源１０からの出射光の面形状を回転させてもよい。この場合、ダブプリズムを通過することによって偏光方向が回転してしまうため、液晶デバイスに適用すると光量ロスが大きくなる。波長板を用いることで偏光方向の回転を補正することが可能であるが、その場合には、光学部品や保持部品が増加することによりコストが高くなってしまう。そのため、上記実施の形態等のような液晶パネルを用いた表示装置には、シリンドリカルレンズを用いることが望ましい。ダブプリズムを用いた場合に比べ光利用効率およびコスト面において有利である。

あるいは、レーザ光源１０と分割多重光学部材との間に、ミラーを配置することによっても、光源出射光の面形状を回転させることができる。この場合には、次のようなレーザ光の性質を利用して、その面形状を回転させる。即ち、図１５に示したように、入射光としてのレーザ光Ｌ４を、点ａ，ｂ，ｃ，ｄに向けてそれぞれミラー３０を用いて反射させた場合、点ａ，ｂ方向では面形状は回転しないが（Ｌ５）、点ｃ，ｄ方向では、面形状が傾く（回転する）（Ｌ６）。従って、レーザ光の面形状が傾くようにミラーを光路上に配設することで、上記シリンドリカルレンズを傾斜配置とした場合と同等の効果を得ることができる。また、ミラーとしては、一般的な全反射ミラーを用いることができ、偏光ミラー等の特殊なミラーを用いる必要はない。

更に、上記実施の形態等では、本発明の照明装置の用途として、投射光学系を備えた投射型映像表示装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、レーザ光を光源として使用する他の装置、例えばステッパ等の露光装置にも適用可能である。

１〜３…投射型表示装置、１ａ〜２ａ…照明装置、１０…レーザ光源、１１…シリンドリカルレンズ、１２…フライアイレンズ、１３…コンデンサレンズ、１４Ａ〜１４Ｅ，２１Ａ〜２１Ｇ…ミラー、１１０，１３０…劣化補正部、１１１…劣化率算出部、１１２，１３１…補正係数算出部、１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ…投射型液晶パネル、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ…反射型液晶パネル、１６…ダイクロイックプリズム、１７…投射レンズ、１８…スクリーン、２０…ロッドインテグレータ、Ｌ０…光源出射光、Ｌ１…フライアイレンズ入射光、Ｄ_H…（高干渉）軸方向、Ｄ_L…（低干渉）軸方向、Ｃ１，Ｃ２…レンズ配列方向、Ｚ０…光軸。

Claims (9)

1. 干渉性において面内異方性を有する光を出射する光源と、
   前記光源からの出射光に基づく入射光を空間的に分割すると共に、前記分割した光を出射面に向けて１または複数の軸方向に沿って多重化して出射する光学部材とを備え、
   前記光学部材への入射光における高干渉性を示す軸方向と、前記光学部材による多重化方向とが相対的に異なっている
   照明装置。
2. 前記光学部材は、
   基板上に２次元配置された複数のレンズを有するフライアイレンズと、
   前記フライアイレンズにより分割された光を、前記レンズの配列方向に沿って多重化するコンデンサレンズと
   を有する請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学部材は、入射光を出射面に向けて複数回に渡って全反射により仮想的に分割しつつ多重化するロッドインテグレータである
   請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光源と前記光学部材との間に、一軸に沿って延在する円筒型レンズを有し、
   前記円筒型レンズは、その延在方向が前記光源からの出射光において高干渉性を示す方向と相対的に異なるように配置されている
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記光源および前記光学部材が、光軸を中心として相対的に回転した状態で配置されている
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記光源と前記光学部材との間にダブプリズムが配置された
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記光源と前記光学部材との間にミラーが配置された
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 前記光源は、横マルチモードのレーザである
   請求項１に記載の照明装置。
9. 照明装置と、前記照明装置からの照明光に基づく映像を被照射面に向けて投射する投射光学系とを備え、
   前記照明装置は、
   干渉性において面内異方性を有する光を出射する光源と、
   前記光源からの光に基づく入射光を空間的に分割すると共に、前記分割した光を出射面に向けて１または複数の軸方向に沿って多重化して出射する光学部材とを有し、
   前記光学部材への入射光における高干渉性を示す軸方向と、前記光学部材による多重化方向とが相対的に異なっている
   投射型映像表示装置。

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