JP2018097142A - スペックル解消光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光解消素子によるスペックル解消効果をより向上させることができるスペックル解消光学系を提供する。
【解決手段】スペックル解消光学系は、基板の少なくとも一方の表面側が、光に位相差を生じさせるサブ波長構造が形成された複数のサブ波長構造領域をもつ光学面となっている偏光解消素子と、前記偏光解消素子を前記光学面と同一平面内において駆動する駆動機構と、光源からの光を複数の光束に分割し、各光束を前記偏光解消素子の前記光学面における互いに異なる位置に入射させる光分割部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光解消素子を用いたスペックル解消光学系に関するものである。

偏光解消素子は、レーザプリンタなどで問題となる偏光を解消させるための光学部品として用いられたり、光学露光装置や光学測定機などの光学機器の光学系のスペックルの発生を低減させるスペックル低減素子として用いられたりしている。

レーザからの光をマイクロレンズアレイやフライアイレンズを通すことによってひとつの光束を複数の光束に分割する際、分割された光は偏光方向が同一方向に揃っており、スペックル解消光学系の中で特定の条件が整うと、分割された光がそれぞれ干渉発生の原因となって光学系の途中で光が強めあう点（スペックル）が生じる場合がある。スペックルは、レーザ光を使用するいろいろな光学系で発生することが知られており、これを解消する方法が種々提案されているが、有効な解決策は確立されていない。

スペックルを解消する方法のひとつとして、光の偏光状態が様々になったいわゆるランダム偏光状態にすることが挙げられる。偏光が不揃いであると、指向性の低い自然光の状態に近づくために光の干渉が起こりにくいからである。

偏光解消素子として、サブ波長構造（Sub-Wavelength Structures；ＳＷＳ）を備えたものが知られている（例えば特許文献１を参照。）。サブ波長構造は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝の周期構造である。

光の波長より短いピッチをもつ溝の周期構造は、周期をもつ方向ともたない方向で互いに異なる有効屈折率ｎＴＥ，ｎＴＭをもち、あたかも複屈折材料であるかのように振舞う（いわゆる構造複屈折構造である）。この有効屈折率の差によって各偏波方向の光の伝播速度に差ができるため、サブ波長構造を通過する光の偏光状態が変化する。サブ波長構造は、構造の設計によって複屈折やそれらの分散を自由に制御できる。サブ波長構造のこの特性を利用して、偏光板、波長板、波長分離素子など、様々な製品が展開されている。

サブ波長構造を利用した偏光解消素子は、光を透過させる部分が複数の領域に分割され、それらの各領域に種々の光学軸方向をもったサブ波長構造が形成されている。以下、この領域をサブ波長構造領域と称する。光学軸方向とは、サブ波長構造の溝の配列方向に直交する方向である。偏光解消素子は、各サブ波長構造領域を光が走査するように平面的に駆動される。これにより、該偏光解消素子を透過する光の偏光方向が時間によって種々の方向に変更され、それらを合成した光は種々の偏光方向をもった光となる。偏光解消素子を透過した光が種々の偏光方向をもつことにより、同じ偏光方向をもった光の干渉によるスペックルが緩和される。

特開２０１１−１８０５８１号公報

本発明は、偏光解消素子によるスペックル解消効果をより向上させることができるスペックル解消光学系を提供することを目的とするものである。

本発明に係るスペックル解消光学系は、基板の少なくとも一方の表面側が、光に位相差を生じさせるサブ波長構造が形成された複数のサブ波長構造領域をもつ光学面となっている偏光解消素子と、前記偏光解消素子を前記光学面と同一平面内において駆動する駆動機構と、光源からの光を複数の光束に分割し、各光束を前記偏光解消素子の前記光学面における互いに異なる位置に入射させる光分割部と、を備えている。

本発明のスペックル解消光学系は、前記偏光解消素子を経た光を１つの光束として合成する光合成部を備えていることが好ましい。そうすれば、偏光解消素子を経た後で、光分割部により複数の光束に分割された光を再び１つの光束として取り出し、利用することができる。

本発明における光分割部の一例として、前記光源からの光の一部を透過させ、残りの光を反射させる少なくとも１つの抽出ミラーと、前記抽出ミラーを透過した光及び前記抽出ミラーで反射した光のそれぞれを前記偏光解消素子の前記光学面の互いに異なる位置に導く導光光学系と、を備えたものが挙げられる。

偏光解消素子としては、光学軸方向が互いに異なる複数の前記サブ波長構造領域を備えたものを用いることができる。その場合、前記光分割部は、分割した光束を光学軸方向が互いに異なる前記サブ波長構造領域にわたって入射させるように構成されていることが好ましい。ここで、「分割した光束を光学軸方向が互いに異なるサブ波長構造領域にわたって入射させる」とは、光分割部により分割された光束のうちの少なくとも一部を、他の光束が入射するサブ波長構造領域の光学軸方向とは異なる光学軸方向をもつサブ波長構造領域に入射させることを意味する。光分割部により光を３つ以上の光束に分割する場合には、それらの光束のうちの２つ以上の光束を同じ光学軸方向をもつサブ波長構造領域又は同じサブ波長構造領域に入射させることを含む。なお、ここでは、例として詳しく述べていないが、光分割数は２以上の複数であればよい。

このように、光分割部により分割された光束のうちの少なくとも一部を、他の光束が入射するサブ波長構造領域の光学軸方向とは異なる光学軸方向をもつサブ波長構造領域に入射させれば、少なくともその一部の光束の偏光方向は偏光解消素子を経ることによって他の光束の偏光方向とは異なるようになるので、偏光解消素子によるスペックル解消効果が向上する。

さらに前記光分割部は、分割した光束のそれぞれを光学軸方向が互いに異なる前記サブ波長構造領域に入射させるように構成されていてもよい。そうすれば、光分割部によって分割された各光束の偏光方向が偏光解消素子を経ることによってすべて異なるようになるので、偏光解消素子によるスペックル解消効果がさらに向上する。

本発明の好ましい一実施形態は、前記偏光解消素子は円盤状基板からなり、前記サブ波長構造領域が前記円盤状基板の円周方向に並んで設けられており、前記駆動機構は前記偏光解消素子を回転駆動するものである。かかる構成にすることで、スペックル解消光学系の構成を簡単なものにすることができる。また、サブ波長構造領域が円盤状基板の円周方向に並んで設けられた偏光解消素子を回転駆動するように構成することで、偏光解消素子を経た光の偏光方向の時間分解機能が偏光解消素子の回転数の増加に伴って向上するので、スペックル解消効果の向上を容易に図ることができる。

本発明に係るスペックル解消光学系は、光源からの光を複数の光束に分割し、各光束を偏光解消素子の光学面における互いに異なる位置に入射させる光分割部を備えているので、光源からの光を分割して互いに光学軸方向が異なる複数のサブ波長構造領域に入射させることが可能になる。これにより、同時に偏光解消素子を経た光の中に複数の偏光方向をもった成分を含ませることができるので、偏光解消素子によるスペックル解消効果を向上させることができる。

スペックル解消光学系の一実施例を示す概略構成図である。 偏光解消素子の一例とその偏光解消素子に入射させる光束の配置の一例を示す偏光解消素子の平面図である。 同偏光解消素子を図２の状態から３０°回転させたときの状態を示す平面図である。 同偏光解消素子を図３の状態からさらに３０°回転させたときの状態を示す平面図である。 偏光解消素子の構造の一例を概略的に示す断面図である。 偏光解消素子の構造の他の例を概略的に示す断面図である。 偏光解消素子の構造のさらに他の例を概略的に示す断面図である。 偏光解消素子の構造のさらに他の例を概略的に示す断面図である。 偏光解消素子の構造のさらに他の例を概略的に示す断面図である。 偏光解消素子に入射させる光束の配置の他の例を示す偏光解消素子の平面図である。 同偏光解消素子を図１０の状態から３０°回転させたときの状態を示す平面図である。 同偏光解消素子を図１１の状態からさらに３０°回転させたときの状態を示す平面図である。 実施例のスペックル解消光学系を備えた光学機器の一例を示す概略構成図である。

以下、本発明に係るスペックル解消光学系の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１はスペックル解消光学系の一実施例を示す概略構成図である。

この実施例のスペックル解消光学系２は、例えばレーザ光源などの光源（図示は省略）から発せられた直線偏光の光の光束６を複数の光束に分割する光分割部４と、光分割部４によって分割された各光束の光路上に配置された偏光解消素子８と、偏光解消素子８を経た光を集光する集光レンズ１２と、集光レンズ１２によって集光された光を１つの光束１６として取り出す光ファイバ１４と、を備えている。

偏光解消素子８は、詳細については後述するが、複数のサブ波長構造領域が設けられている光学面を少なくとも一方の表面側に有し、駆動機構１０によってその光学面と同一平面内において平面運動させられる。偏光解消素子８が駆動機構１０によって平面運動させられることで、サブ波長構造領域が時間的に変位する。

この実施例の光分割部６は、１つの光束として入射した光６を３つの光束６ａ〜６ｃに分割して、各光束６ａ〜６ｃを偏光解消素子８の光学面における互いに異なる位置に入射させるように構成されている。なお、光分割部６による光分割数はこれに限らず、２つの光束、又は４つ以上の光束に分割するように構成されていてもよい。

この実施例では、光分割部４が光束６を３つの光束６ａ〜６ｃに分割するために、ミラー１８、２０、２２、２３、２４、２６、２８を備えている。ミラー１８の反射率は６７％程度であり、入射する光束６の約１／３の光束６ａを透過させ、残り約２／３の光束を反射させる。ミラー２０及び２２は全反射ミラーであり、ミラー１８を透過した光束６ａを反射させて偏光解消素子８の光学面の所定の位置に導くように配置されている。

ミラー２３はミラー１８で反射した光束の光路上に配置されている。ミラー２３の反射率は５０％程度であり、ミラー１８で反射した光束のうち約１／２、すなわち光束６の約１／３の光束６ｂを反射させ、残りの光束６ｃを透過させる。ミラー２４及び２６は全反射ミラーであり、ミラー２３で反射した光束を反射させて偏光解消素子８の光学面における光束６ａとは異なる位置に導くように配置されている。ミラー２８は全反射ミラーであり、ミラー２３を透過した光を偏光解消素子８の光学面の所定の位置に導くように配置されている。

この実施例において、ミラー１８及び２３は、入射した光の一部を透過させ、残りを反射させる抽出ミラーをなし、ミラー２０、２２、２４、２６及び２８は、各抽出ミラーによって抽出された光束６ａ〜６ｃを偏光解消素子８の互いに異なる位置へ導く導光光学系をなしている。

図１では、光分割部４で分割された各光束６ａ〜６ｃが偏光解消素子８を透過するように描かれているが、偏光解消素子８は透過型のものに限られず、反射型のものであってもよい。偏光解消素子８が反射型のものである場合には、偏光解消素子８で反射した光を集光するように集光レンズ１２が配置される。

また、この実施例では、偏光解消素子８を経た光束６ａ〜６ｃを１つの光束１６に合成するための光合成部として集光レンズ１２及び光ファイバ１４を備えているが、光合成部の構成はこれに限られず、１つの光束に合成することができるものであれば、いかなる構成であってもよい。

次に、図２〜図４を参照して、偏光解消素子８の一例及びその偏光解消素子８へ入射する光束６ａ〜６ｃの位置関係の一例について説明する。

この例の偏光解消素子８は円盤状基板からなり、その円盤状基板の少なくとも一表面が、４つのサブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄを有する光学面となっている。この例の偏光解消素子８は、駆動機構（図１参照）によって円盤状基板の中心を回転中心として回転させられる。４つのサブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄは、円盤状基板の主平面を均等に４分割した領域である。

各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄには、この偏光解消素子８へ入射する光６（図１参照）の波長よりも短いピッチをもつ連続的な凹凸周期構造（サブ波長構造）が形成されている。各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄのサブ波長構造は、各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄに入射した光に対して略１／２波長分の位相差を生じさせるように設計されている。

各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄに描かれた矢印は各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄの光学軸方向を示しており、それらの光学軸方向は互いに異なっている。サブ波長構造領域３０ｂはサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向から反時計回りに２２．５°回転した光学軸方向をもち、サブ波長構造領域３０ｃはサブ波長構造領域３０ｂの光学軸方向からさらに反時計回りに２２．５°回転した光学軸方向をもち、サブ波長構造領域３０ｄはサブ波長構造領域３０ｃの光学軸方向からさらに反時計回りに２２．５°回転した光学軸方向をもっている。

各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄは１／２波長板としての機能を有するため、各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄに入射した直線偏光の光の偏光方向は、その偏光方向と各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄの光学軸方向とがなす角度θの２倍の角度２θだけ回転した状態で偏光解消素子８から出射することとなる。

図２はある時間帯での偏光解消素子８の状態を示しており、サブ波長構造領域３０ａが右上、サブ波長構造領域３０ｂが左上、サブ波長構造領域３０ｃが左下、サブ波長構造領域３０ｄが右下に位置している。この状態において、光束６ａはサブ波長構造領域３０ａの中央の位置、すなわちサブ波長構造領域３０ａと３０ｄの境界線から４５°反時計回りへ回転した位置に入射している。光束６ｂはサブ波長構造領域３０ｂの中央の位置、すなわちサブ波長構造領域３０ａと３０ｂの境界線から４５°反時計回りへ回転した位置に入射している。光束６ｃはサブ波長構造領域３０ｃの中央の位置、すなわちサブ波長構造領域３０ｂと３０ｃの境界線から４５°反時計回りへ回転した位置に入射している。

各光束６ａ〜６ｃは１つの光束６を分割したものであるから、互いに同じ偏光方向をもっている。光束６ａ〜６ｃの偏光方向を図２の状態におけるサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向と同じ方向（図２〜図４において上下方向）とすると、光束６ａの偏光方向とサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向がなす角度θは０°、光束６ｂの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｂの光学軸方向がなす角度θは−２２．５°、光束６ｃの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｃの光学軸方向がなす角度θは−４５°である。したがって、各光束６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ０°、−４５°、−９０°回転させられた状態で偏光解消素子８から出射する。すなわち、偏光解消素子８から射出される光には入射時の偏光方向に対して０°、−４５°、−９０°の角度をなす偏光方向をもった成分が含まれることになり、光６の偏光方向が３方向に分解される。ただし、光の偏光方向の角度は時計回りを正とする。

偏光解消素子８を図２の状態から時計回りに３０°回転した状態が図３である。この状態でも、光束６ａはサブ波長構造領域３０ａに入射し、光束６ｂはサブ波長構造領域３０ｂに入射し、光束６ｃはサブ波長構造領域３０ｃに入射する。サブ波長構造領域３０ａ、３０ｂ及び３０ｃの光学軸方向はそれぞれ図２の状態から時計回りに３０°回転しているから、光束６ａの偏光方向とサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向がなす角度θは３０°、光束６ｂの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｂの光学軸方向がなす角度θは７．５°、光束６ｃの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｃの光学軸方向がなす角度θは−１５°である。したがって、各光束６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ６０°、１５°、−３０°回転させられた状態で偏光解消素子８から出射する。すなわち、偏光解消素子８から射出される光には入射時の偏光方向に対して６０°、１５°、−３０°の角度をなす偏光方向をもった成分が含まれることになる。

なお、図３の状態においてサブ波長構造領域３０ｄの光学軸方向は入射光の偏光方向（図において上下方向）に対して−３７．５°の角度をなしている。

偏光解消素子８を図３の状態から時計回りにさらに３０°回転した状態が図４である。この状態では、光束６ａはサブ波長構造領域３０ｂに入射し、光束６ｂはサブ波長構造領域３０ｃに入射し、光束６ｃはサブ波長構造領域３０ｄに入射する。サブ波長構造領域３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄの光学軸方向はそれぞれ図３の状態からさらに時計回りに３０°回転しているから、光束６ａの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｂの光学軸方向がなす角度θは４５°、光束６ｂの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｃの光学軸方向がなす角度θは１５°、光束６ｄの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｄの光学軸方向がなす角度θは−７．５°である。したがって、各光束６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ９０°、３０°、−１５°回転させられた状態で偏光解消素子８から出射する。すなわち、偏光解消素子８から射出される光には入射時の偏光方向に対して９０°、３５°、−１５°の角度をなす偏光方向をもった成分が含まれることになる。

このように、各光束６ａ、６ｂ、６ｃの偏光方向は偏光解消素子８の回転によって時間変化することになる。したがって、偏光解消素子８を経た光に含まれる３成分の偏光方向が時間変化する。したがって、この実施例のスペックル解消光学系２は、１つの偏光方向しかもたない直線偏光の光６を複数の光束６ａ〜６ｃに分割し、各光束６ａ〜６ｃの偏光方向を異なる角度で回転させるとともに、その回転角度を時間変化させるので、スペックル解消光学系２を経た光１６に含まれる偏光成分のランダム性が向上し、スペックル解消効果が向上する。

なお、光分割部４が光源からの光を２つの光束に分割するように構成されている場合には、分割後の各光束を同じサブ波長構造領域に入射させてもよいが、互いに異なる光学軸方向をもつサブ波長構造領域に入射させることで、より高いスペックル解消効果が得られる。その場合、偏光解消素子８に、光学軸方向が４５°ずつずれた複数のサブ波長構造領域を設け、分割後の２つの光束を互いの光学軸方向が直交する２つのサブ波長構造領域に入射させるようにしてもよい。そうすれば、偏光解消素子８を経ることによって出射光の偏光方向が９０°ずれた２成分の光を得ることができ、高いスペックル解消効果が得られる。

偏光解消素子８の構造型として種々のものが考えられるが、その例として図５に示されるような片面透過型、図６に示されるような両面透過型、図８や図９に示されるような反射型が挙げられる。

図５に示した片面透過型の偏光解消素子８は、例えば石英などの光透過性材料で構成された円盤状基板の一表面側にサブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄが設けられているものである。サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄには、図においてシボ及び矢印で示されるように、光の波長よりも短いピッチをもつ連続した凹凸構造からなり、通過する光に位相差を生じさせるサブ波長構造が設けられている。この偏光解消素子８が単体で１／２波長板をなす場合には、サブ波長構造が光に略１／２波長分の位相差を生じさせるように設計される。

このような片面透過型の偏光解消素子８では、サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄが形成されている面とは反対側の面に、図７に示されているように、マイクロレンズアレイやフライアイレンズなどの光拡散機能を有する構造３２を形成することもできる。このような構造は、例えば特開２０１１−１８０５８１に開示されており、これと同様の方法によって形成することができる。

また、偏光解消素子８のサブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄが形成されている面とは反対側の面に、構造３２の代わりに、使用波長以下の位相差発生機能構造や位相差発生膜構造などを設けてもよい。その場合、それらの構造によって光に生じさせる位相差の大きさがそれらの構造が設けられている位置によって異なるように、それらの構造が不均一に設けられていることが好ましい。そうすれば、そのような構造が偏光解消素子８に入射した各光束６ａ〜６ｃに与える位相差発生効果が、偏光解消素子８の駆動に伴って時間変化し、スペックル解消効果のさらなる向上を図ることができる。

図６に示した両面透過型の偏光解消素子８は、例えば石英などの光透過性材料で構成された円盤状基板の一方と他方の平面の両側にサブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄが設けられているものである。図においてシボ及び矢印で示されているように、光は円盤状基板の両面のサブ波長構造を通過する。そのため、この偏光解消素子８が単体で１／２波長板をなす場合には、一方の表面側のサブ波長構造と他方の表面側のサブ波長構造の合計で略１／２波長分の位相差を光に生じさせればよい。例えば、各表面側のサブ波長構造で略１／４波長分の位相差が生じるように設計すればよい。

なお、図５及び図６において、光束６ａ〜６ｃが偏光解消素子８の主平面に対して垂直に入射しているが、斜めに入射させてもよい。

図８に示した反射型偏光解消素子８は、円盤状基板の一方の表面側にサブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄが設けられ、各サブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄのサブ波長構造よりも下層側に反射層３４が設けられている。円盤状基板は光透過性材料で構成されていてもよいし、別の材料で構成されていてもよい。

この反射型偏光解消素子８の一方の表面に入射した光６ａ〜６ｃは、図中のシボ及び矢印で示されているように、サブ波長構造を通過した後、反射層３４で反射し、再びサブ波長構造を通過して射出される。したがって、光はサブ波長構造を２回通過することになる。そのため、この偏光解消素子８が単体で１／２波長板をなす場合には、光が１回通過したときに略１／４波長分の位相差が生じるようにサブ波長構造を設計すればよい。

図９に示した反射型偏光解消素子８は、光透過性材料からなる円盤状基板の一方の表面側にサブ波長構造領域３０ａ〜３０ｄが設けられ、その反対側の面に反射層３４が設けられている。これにより、一方の表面に入射した光６ａ〜６ｃはサブ波長構造を通過した後、他方の表面側の反射層３４で反射し、再び一方の平面側のサブ波長構造を通過して射出される。したがって、光はサブ波長構造を２回通過することになる。そのため、この偏光解消素子８が単体で１／２波長板をなす場合には、光が１回通過したときに略１／４波長分の位相差が生じるようにサブ波長構造を設計すればよい。

以上において説明した偏光解消素子８は、無機材料によって構成されたものであってもよいし、有機材料によって構成されたものであってもよい。

以上において説明した実施例は、微細構造による構造複屈折によって波長板としての機能を発現するものであるが、本発明の機能及び効果は、他の構造の光学素子によっても発現することができる。例えば、有機フィルムで製作された波長板や複屈折結晶材料などで構成された波長板であってもよい。

本発明者は、スペックル解消光学系１のスペックル解消効果について検証を行なった。その結果を表１に示す。

この検証では、株式会社オキサイドの標準型スペックルコントラスト測定光学装置で光分割部４による光分割数と偏光解消素子８の回転数を変更したときのスペックルコントラスト値（以下、Ｃｓ値）を測定した。Ｃｓ値はスペックルが多く現れるほど大きな値になるものであるため、測定されるＣｓ値が低いほどスペックル解消効果が高いと評価することができる。

表１において、光分割数が１とは、光源からの光６を光分割部４を介することなく偏光解消素子８に入射させて測定したことを意味する。光分割数が２とは、光源からの光６を２つの光束に分割し、それらの光束が互いに異なるサブ波長構造領域に入射するようにして測定したことを意味する。また、光分割数が３とは、上記図２〜図４を用いて説明した実施例と同様の条件で測定したことを意味する。光分割数が４とは、光源からの光を光分割部４によって４つの光束に分割し、それらの光束が互いに異なるサブ波長構造領域に入射するようにして測定したことを意味する。

この検証では、まず、光分割数が１〜４のどの場合においても、偏光解消素子８の回転数を上昇させることによってＣｓ値が改善することがわかった。さらに、光分割数を増加させることによってＣｓ値が改善することがわかった。したがって、この検証により、スペックル解消効果の向上には、偏光解消素子８の運動速度を上昇させることのほか、光分割数を増やすことが効果的であることが実証された。

また、この検証では、偏光解消素子８として、図５に示すような片面透過型の偏光解消素子８を用いた場合（ＭＬＡなし・ランダム位相差発生構造なし）、図７に示すような１／２波長板と光拡散板が一体化した偏光解消素子８を用いた場合（ＭＬＡあり）、さらには、光に位相差を発生させる位相差発生構造であってその位相差発生量がその構造の位置で異なるランダム位相差発生構造を、図７のＭＬＡに代えて１／２波長板の裏面に設けた偏光解消素子８を用いた場合（ランダム位相差発生構造あり）について、Ｃｓ値を測定した。その結果、１／２波長板と光拡散板が一体化した偏光解消素子８を用いた場合、１／２波長板の裏面にランダム位相差発生構造を設けた偏光解消素子８を用いた場合のそれぞれにおいてＣｓ値が改善する傾向があることがわかった。

以上において説明した実施例では、光分割部４によって分割した光束６ａ〜６ｃを互いに異なるサブ波長構造領域に入射させるように構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示されているように、偏光解消素子８の状態によっては、すべての光束６ａ〜６ｃが同じ微細構造領域に入射するようになっていてもよい。

図１０の例について説明すると、光分割部４によって分割された各光束６ａ〜６ｃは、偏光解消素子８の光学面の互いに異なる位置であって、偏光解消素子８の円周方向に互いに２２．５°ずつずれた位置に入射するように構成されている。

各光束６ａ〜６ｃの偏光方向をサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向と同じ方向（図において上下方向）であるとすると、図１０の状態では、各光束６ａ〜６ｃの偏光方向とサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向がなす角度は０°であるため、各光束６ａ〜６ｃは入射時の偏光方向と同じ偏光方向をもって偏光解消素子８から出射することになる。

図１１に示されているように、偏光解消素子８が図１０の状態から反時計回りに３０°回転すると、光束６ａと６ｂはサブ波長構造領域３０ａに入射し、光束６ｃはサブ波長構造領域３０ｂに入射する。サブ波長構造領域３０ａと３０ｂの光学軸方向はそれぞれ図１０の状態から時計回りに３０°回転しているから、光束６ａの偏光方向とサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向がなす角度θは３０°、光束６ｂの偏光方向とサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向がなす角度θは３０°、光束６ｃの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｂの光学軸方向がなす角度θは７．５°である。したがって、各光束６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ６０°、６０°、１５°回転させられた状態で偏光解消素子８から出射する。すなわち、偏光解消素子８から射出される光には入射時の偏光方向に対して６０°と１５°の角度をなす偏光方向をもった成分が含まれることになる。したがって、同時に偏光解消素子８から出射された光に２つの偏光方向をもった成分が含まれるので、光分割部４によって光を分割しないで偏光解消素子８へ光６を入射させた場合に比べて、スペックル解消効果の向上が見込める。

さらに、図１２に示されているように、偏光解消素子８が図１１の状態から反時計回りに３０°回転すると、光束６ａはサブ波長構造領域３０ａに入射し、光束６ｂと６ｃはサブ波長構造領域３０ｂに入射する。サブ波長構造領域３０ａと３０ｂの光学軸方向はそれぞれ図１１の状態からさらに時計回りに３０°回転しているから、光束６ａの偏光方向とサブ波長構造領域３０ａの光学軸方向がなす角度θは６０°、光束６ｂの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｂの光学軸方向がなす角度θは３７．５°、光束６ｃの偏光方向とサブ波長構造領域３０ｂの光学軸方向がなす角度θは３７．５°である。したがって、各光束６ａ、６ｂ、６ｃはそれぞれ１２０°、７５°、７５°回転させられた状態で偏光解消素子８から出射する。すなわち、偏光解消素子８から射出される光には入射時の偏光方向に対して１２０°と７５°の角度をなす偏光方向をもった成分が含まれることになる。

このように、光分割部４によって分割した光を、偏光解消素子８の光学面における近い位置に入射させた場合でも、時間帯によって出射光１６に複数の偏光方向成分を含ませることができ、出射光１６の偏光方向のランダム性を向上させる効果が得られる。

次に、光学機器に対する上記偏光解消光学系２の適用例について、図１３を用いて説明する。図１３はスクリーン投影装置の構成の一例を示す概略構成図である。

このスクリーン投影装置は、光源部３６、スペックル解消光学系２、ミラー４６、レンズ４８、ミラー５０、投影レンズ５２及びスクリーン５４を備えている。光源部３６は赤、緑、青の三色の光をそれぞれ発光するレーザーダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光源３８ａ，３８ｂ，３８ｃを備え、それらの光源３８ａ，３８ｂ，３８ｃから発せられる光をハーフミラー４０，４２によって合成し、レンズ４４を介して出射する。なお、光源部３６を構成する光源はＬＤやＬＥＤに限られず、他の光源であってもよい。

光源部３６から出射される光６は、以上において説明したスペックル解消光学系２に入射する。スペックル解消光学系２では、光６を光分割部４（図１参照）によって複数の光束に分割して偏光解消素子８（図１参照）へ入射させ、その偏光解消素子８を経た光を合成し、１つの光束１６として射出する。

スペックル解消光学系２から出射した光１６は、ミラー４６、レンズ４８、ミラー５０及び投影レンズ５２を経てスクリーン５４に投影される。ミラー５０はＭＥＭＳ素子からなるミラー（ＭＥＭＳミラー）ないしはＭＥＭＳミラーアレイであってもよい。なお、本発明では煩雑をさけるため、上記を総称してＭＥＭＳミラーと表記する。ＭＥＭＳミラーは、電気的に駆動することができる単独又は複数のマイクロミラーを備え、マイクロミラーの下部に設けられた電極の駆動のオン／オフによってマイクロミラーの傾斜状態を変化させることができる。したがって、ミラーを個別に駆動することにより、表示画素ごとに光の投射を制御することができる。

２ スペックル解消光学系
４ 光分割部
６ 光
６ａ〜６ｃ 分割された光束
８ 偏光解消素子
１０ 駆動機構
１２ 集光レンズ
１４ 光ファイバ
１６ 合成された光
１８，２０，２２，２３，２４，２６，２８ レンズ
３０ａ〜３０ｄ サブ波長構造領域
３２ 光拡散構造（マイクロレンズアレイ）
３４ 反射層

Claims (6)

1. 基板の少なくとも一方の表面側が、光に位相差を生じさせるサブ波長構造が形成された複数のサブ波長構造領域をもつ光学面となっている偏光解消素子と、
   前記偏光解消素子を前記光学面と同一平面内において駆動する駆動機構と、
   光源からの光を複数の光束に分割し、各光束を前記偏光解消素子の前記光学面における互いに異なる位置に入射させる光分割部と、を備えたスペックル解消光学系。
2. 前記偏光解消素子を経た光を１つの光束として合成する光合成部をさらに備えている請求項１に記載のスペックル解消光学系。
3. 前記光分割部は、前記光源からの光の一部を透過させ、残りの光を反射させる少なくとも１つの抽出ミラーと、前記抽出ミラーを透過した光及び前記抽出ミラーで反射した光のそれぞれを前記偏光解消素子の前記光学面の互いに異なる位置に導く導光光学系と、を備えている請求項１又は２に記載のスペックル解消光学系。
4. 前記偏光解消素子は、光学軸方向が互いに異なる複数の前記サブ波長構造領域を備えており、
   前記光分割部は、分割した光束を光学軸方向が互いに異なる前記サブ波長構造領域にわたって入射させるように構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のスペックル解消光学系。
5. 前記光分割部は、分割した光束のそれぞれを光学軸方向が互いに異なる前記サブ波長構造領域に入射させるように構成されている請求項４に記載のスペックル解消光学系。
6. 前記偏光解消素子は円盤状基板からなり、前記サブ波長構造領域が前記円盤状基板の円周方向に並んで設けられており、
   前記駆動機構は前記偏光解消素子を回転駆動するものである請求項１から５のいずれか一項に記載のスペックル解消光学系。

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