JP5327174B2

JP5327174B2 - スペックル低減装置およびプロジェクタ

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Publication number: JP5327174B2
Application number: JP2010219080A
Authority: JP
Inventors: 彰信菅
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: JP2012073477A

Description

本発明は、スペックル低減装置およびプロジェクタに関する。

レーザー光源のような可干渉性のある光で粗面を照明した場合に、粗面の各点で拡散された光束が互いに複雑な位相関係で干渉することによって生じる不規則な粒状の模様（スペックルノイズという）が生じる。スペックルは、レーザー光源を露光装置やプロジェクタなどの照明光として用いる際に悪影響を及ぼすことから、スペックルを低減する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２９６５０３号公報

従来技術では、異なる２つの光路長を得るためにＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２個と折り返しプリズム１個を必要とする。このため、光路スペースを確保する上で小型化が困難という問題があった。

請求項１の発明によるスペックル低減装置は、入射した光を第１の偏光成分の光と第２の偏光成分の光に分離し、前記第１の偏光成分の光を射出する第１の面と、前記第２の偏光成分の光を射出する第２の面と、前記第１の面と平行な第３の面とを有する偏光分離素子と、前記第１の面と平行に配置され、前記第１の面から射出された前記第１の偏光成分の光を反射して前記偏光分離素子へ再入射させる第１反射部材と、前記第１反射部材と前記第１の面との間に配され、前記第１反射部材との間で前記偏光分離素子へ再入射する光を多重反射させる第１部分反射部材と、前記第１部分反射部材と前記第１の面との間に配置され、前記第１の偏光成分の光を第２の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再入射させる第１変換部材と、前記第３の面と平行に配置され、前記第２の偏光成分の光に変換され、前記偏光分離素子へ再入射した光を反射して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２反射部材と、前記第３の面と前記第２反射部材との間に配置され、前記偏光分離素子へ再入射した前記第２の偏光成分の光を第１の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２変換部材とを備え、前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光は前記第２の面から射出されるスペックル低減装置を２つ備え、２つの前記スペックル低減装置の一方を第１のスペックル装置とし、他方を第２のスペックル低減装置とし、前記第２のスペックル低減装置は、前記第１のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子の前記第２の面から射出された前記第２の偏光成分の光を光軸とし、前記光軸回りに所定角度回転されて配置され、前記第２のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子は、前記第１のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子の前記第２の面から射出された、前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光とが入射され、前記第２の偏光成分の光を前記第１の面に射出することを特徴とする。
請求項２の発明によるスペックル低減装置は、入射した光を第１の偏光成分の光と第２の偏光成分の光に分離し、前記第１の偏光成分の光を射出する第１の面と、前記第２の偏光成分の光を射出する第２の面と、前記第１の面と平行な第３の面とを有する偏光分離素子と、前記第１の面と平行に配置され、前記第１の面から射出された前記第１の偏光成分の光を反射して前記偏光分離素子へ再入射させる第１反射部材と、前記第１反射部材と前記第１の面との間に配され、前記第１反射部材との間で前記偏光分離素子へ再入射する光を多重反射させる第１部分反射部材と、前記第１部分反射部材と前記第１の面との間に配置され、前記第１の偏光成分の光を第２の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再入射させる第１変換部材と、前記第３の面と平行に配置され、前記第２の偏光成分の光に変換され、前記偏光分離素子へ再入射した光を反射して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２反射部材と、前記第３の面と前記第２反射部材との間に配置され、前記偏光分離素子へ再入射した前記第２の偏光成分の光を第１の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２変換部材とを備え、前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光は前記第２の面から射出されるスペックル低減装置とを２つ備え、２つの前記スペックル低減装置の一方を第１のスペックル装置とし、他方を第２のスペックル低減装置とし、前記第１のスペックル低減装置と前記第２のスペックル低減装置との間に、前記第１の偏光成分の光を前記第２の偏光成分の光へ変換し、前記第２の偏光成分の光を前記第１の偏光成分の光へと変換する第３変換部材とをさらに備え、前記第２のスペックル低減装置は、前記第１のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子の前記第２の面から射出された、前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光とを、前記第３変換部材を介して前記第２のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子へ入射させるように配置され、前記第２のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子は、前記第３変換部材によって前記第２の偏光成分から前記第１の偏光成分へと変換された前記第１の偏光成分の光を前記第１の面に射出することを特徴とする。
請求項８の発明によるスペックル低減装置は、入射光を偏光分離部で第１成分光と第２成分光とに分離し、前記第１成分光と前記第２成分光とをそれぞれ異なる方向へ射出する偏光分離素子と、前記偏光分離素子から射出された第１の成分光を反射して前記偏光分離素子へ再入射させる第１反射部材と、前記第１反射部材と前記偏光分離素子との間に配され、前記第１反射部材との間で前記再入射させる光を多重反射させる第１部分反射部材と、前記第１部分反射部材と前記偏光分離素子との間に配され、前記再入射させる光を第２成分光へ変換する第１変換部材と、前記再入射後に前記偏光分離素子から射出された第２成分光を反射して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２反射部材と、前記第２反射部材と前記偏光分離素子との間に配され、前記再々入射させる光を第１成分光へ変換する第２変換部材とを備え、前記分離後の前記第２成分光と前記再々入射後の前記第１成分光とを略同一方向へ射出する第１及び第２のスペックル低減装置と、前記第１成分光と前記第２成分光との間で成分変換する第３変換部材とを備え、前記第１のスペックル低減装置から前記略同一方向へ射出された前記第１成分光および前記第２成分光を、前記第３変換部材を介して前記第２のスペックル低減装置へ入射させ、前記第１のスペックル低減装置と前記第２のスペックル低減装置との間で、前記第１反射部材、前記第１変換部材、前記第２反射部材、および前記第２変換部材がそれぞれ一体化構成されることを特徴とする。
請求項９の発明によるプロジェクタは、レーザー光源と、請求項１〜８のいずれか一項に記載のスペックル低減装置とを備え、前記レーザー光源から出射した光が前記スペックル低減装置へ入射することを特徴とする。

本発明によれば、小型化に適したスペックル低減装置が得られる。

本発明の一実施の形態によるスペックル低減装置を搭載したプロジェクタの光学系の要部構成図である。スペックル低減装置を拡大した図である。変形例１の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。変形例２の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。変形例３の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。変形例４の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。変形例５の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。変形例７の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態によるスペックル低減装置を搭載したプロジェクタの光学系の要部構成図である。図１において、プロジェクタは、レーザー光源装置１００と、スペックル低減装置２００と、集光光学系３００と、全反射プリズム４０１、４０２と、反射型表示素子５００と、投射光学系６００とを含む。

レーザー光源装置１００は、たとえば、緑色光を発する１チップタイプのＬＥＤと、赤色光を発するＬＥＤチップおよび青色光を発するＬＥＤチップを有する２チップタイプのＬＥＤとを含み、３原色光源を構成する。

スペックル低減装置２００は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を２つの反射ミラーで挟む構成を有することによって異なる２つの光路長を得る。異なる光路を経由した２パターンのスペックルを重畳することにより、スペックルノイズのコントラストを１/(√２)に低減する。図１の例では、２つの光路長を得る構成を２段並べることによって、スペックルノイズのコントラストを１/２に低減する。スペックル低減装置２００の詳細については後述する。

集光光学系３００は、レーザー光源装置１００からの光を集光した上で、反射型表示素子５００の被照射面において照明むらを抑えた均一性の高い照明光を得るように反射型表示素子５００の被照射面を照明する。全反射プリズムは、プリズム４０１およびプリズム４０２によって構成され、集光光学系３００からの照明光をプリズム４０１で反射して反射型表示素子５００に向けて射出する。

反射型表示素子５００は、たとえば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）によって構成される。ＤＭＤは、画素に対応する可動微小鏡面（マイクロミラー）を二次元に配列したものである。マイクロミラー下部に設けられる電極を駆動することにより、照明光を全反射プリズム４０１側へ反射する状態と、照明光を内部の吸収体へ向けて反射する状態とを切替える。各マイクロミラーを個別に駆動することにより、表示画素ごとに照明光の反射を制御する。

一般に、ＤＭＤは全反射プリズム４０１側へ反射する状態と、内部で吸収する状態との２値制御であるが、これら２値状態を高速で切替え、反射状態と吸収状態との時間比率を制御するパルス幅変調(ＰＷＭ)によって濃淡を表現する。レーザー光源装置１００内の各色のＬＥＤチップを色順次で発光させることにより、１個の反射型表示素子５００を用いてフルカラー表示を行う。プリズム４０１および４０２は、ＤＭＤからの変調光を透過して投射光学系６００へ射出する。投射光学系６００は、スクリーン７００上にフルカラー像を投射する。

本実施形態は、スペックル低減装置２００の構成に特徴を有するので、以降の説明は、スペックル低減装置２００を中心に行う。図２は、スペックル低減装置２００を拡大した図である。
＜第１ブロックの構成＞
スペックル低減装置２００（図１）の１段目に相当する第１ブロックについて説明する。図２において、第１のＰＢＳ２０１の上下にそれぞれ反射ミラー２０２および反射ミラー２０４が配設されている。第１のＰＢＳ２０１の上側では、第１のＰＢＳ２０１と反射ミラー２０２との間に部分反射ミラー２０６および１／４波長板２０３が配される。部分反射ミラー２０６には、たとえば無偏光ハーフミラーを用いることにより、偏光方向の違いに起因して反射率（透過率）に差異が生じないようにする。無偏光ハーフミラーは、透過率と反射率とが５０：５０でなくてもよく、たとえば、３０：７０でも６０：４０でもよい。部分反射ミラー２０６と反射ミラー２０２の間隔はΔｄ１である。一方、第１のＰＢＳ２０１の下側では該第１のＰＢＳ２０１と反射ミラー２０４との間に１／４波長板２０５のみが配される。

部分反射ミラー２０６と反射ミラー２０２の間隔Δｄ１は、光源光のコヒーレント長Lcとの間で次式（１）が成立するようにする。
Δｄ１≧Lc/２（１）
コヒーレント長Lcは、次式（２）で近似できる。
Lc＝λ^２/Δλ （２）
ただし、光源光の主波長をλ、波長幅をΔλとする。

たとえば、光源光の主波長λが５３０nmで、波長幅Δλが０．１nmの場合にはコヒーレント長Lcが約２．８mmとなる。この場合のΔｄ１は、１．４mm以上とすればよい。重畳する光束をインコヒーレントな関係にすることで、スペックルを効果的に低減できる。

＜第２ブロックの構成＞
スペックル低減装置２００（図１）の２段目に相当する第２ブロックについて説明する。第１のＰＢＳ２０１と第２のＰＢＳ２２１は同一である。第２のＰＢＳ２２１の上下にも、それぞれ反射ミラー２２２および反射ミラー２２４が配設されている。第２のＰＢＳ２２１の上側では、第２のＰＢＳ２２１と反射ミラー２２２との間に部分反射ミラー２２６および１／４波長板２２３が配される。部分反射ミラー２２６には、上述した無偏光ハーフミラーを用いる。偏光方向の違いに起因して反射率（透過率）に差異が生じないようにするためである。部分反射ミラー２２６と反射ミラー２２２の間隔はΔｄ３である。本実施形態ではΔｄ１≠Δｄ３とする。一方、第２のＰＢＳ２２１の下側では該第２のＰＢＳ２２１と反射ミラー２２４との間に１／４波長板２２５のみが配される。第１のＰＢＳ２０１と第２のＰＢＳ２２１との間には、１／２波長板２１１が配される。

部分反射ミラー２２６と反射ミラー２２２の間隔Δｄ３は、光源光のコヒーレント長Lcとの間で次式（３）が成立するようにする。
Δｄ３≧Lc/２（３）
コヒーレント長Lcは、上式（２）で近似できる。

たとえば、光源光の主波長λが５３０nmで、波長幅Δλが０．１nmの場合には、Δｄ３を１．４mm以上とすればよい。重畳する光束をインコヒーレントな関係にすることで、スペックルを効果的に低減できる。

第１のＰＢＳ２０１の左側面に、レーザー光源装置１００からの円偏光の光束を入射させる。レーザー光源装置１００からの光束が直線偏光の場合は、１／４波長板を介して円偏光に変換した上で第１のＰＢＳ２０１の左側面に入射させることにより、入射光束がＰ偏光成分とＳ偏光成分との双方を略等しく含む状態とする。

第１のＰＢＳ２０１内へ入射された光のうち、Ｐ偏光成分は偏光分離部２０１ａを透過して第１のＰＢＳ２０１の右側面から射出する。第１のＰＢＳ２０１内へ入射された光のうち、Ｓ偏光成分は偏光分離部２０１ａを反射して第１のＰＢＳ２０１の上面から射出する。

第１のＰＢＳ２０１の上面から射出した偏光成分の一部は、部分反射ミラー２０６で反射されて再び第１のＰＢＳ２０１の上面から入射する。一方、第１のＰＢＳ２０１の上面から射出した偏光成分の一部は、部分反射ミラー２０６を透過して反射ミラー２０２へ到達し、該反射ミラー２０２で反射されて再び部分反射ミラー２０６へ進む。部分反射ミラー２０６は、入射光の一部を透過して第１のＰＢＳ２０１の上面から第１のＰＢＳ２０１へ再入射する。部分反射ミラー２０６ではさらに、入射光の一部が再度反射する。このため、該部分反射ミラー２０６と反射ミラー２０２との間で反射が繰り返されながら、多重反射光が第１のＰＢＳ２０１の上面から第１のＰＢＳ２０１へ再入射する。このように反射を繰り返し生じさせることにより、インコヒーレントな光が増加する。

第１のＰＢＳ２０１の上面から再入射した偏光成分は、１／４波長板２０３を計２回透過することによってＳ偏光成分からＰ偏光成分へ変換されている。このため、該Ｐ偏光成分は偏光分離部２０１ａを透過して第１のＰＢＳ２０１の下面から射出する。

第１のＰＢＳ２０１の下面から射出した偏光成分は、反射ミラー２０４によって反射されて再び第１のＰＢＳ２０１の下面から入射する。再々入射した偏光成分は、１／４波長板２０５を計２回透過することによってＰ偏光成分からＳ偏光成分へ変換されている。このため、該Ｓ偏光成分は偏光分離部２０１ａを反射して第１のＰＢＳ２０１の右側面から射出する。

以上説明した構成により、第１のＰＢＳ２０１の右側面からはＰ偏光成分とＳ偏光成分の光が射出する。このうちＳ偏光成分の光路は、Ｐ偏光成分の光路に比べて少なくとも部分反射ミラー２０６と反射ミラー２０４との間を１往復した分（ｄとする）長くなる。さらに、上述したように反射ミラー２０６と反射ミラー２０２との間で多重反射を繰り返すので、ｄ＋２Δｄ１×ｎ（ｎ＝０，１，２，…）のように光路長が異なる無数のスペックルパターンが生成される。これにより、スペックルノイズのコントラストが低減する。

第１のＰＢＳ２０１の右側面から射出した光を、１／２波長板２１１を介して第２のＰＢＳ２０１の左側面に入射させる。１／２波長板２１０は、偏光方向を９０度回転させるので、第２のＰＢＳ２２１の偏光分離面２２１ａに対する入射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とが入れ替わる。これにより、無数のスペックルパターンを有するのはＰ偏光成分で、単一のスペックルパターンを有するのはＳ偏光成分である。

第２のＰＢＳ２２１の左側面に入射された光の光路は、第１のＰＢＳ２０１の場合と同様に、入射当初Ｓ偏光成分であった光の光路が入射当初Ｐ偏光成分であった光の光路に比べて少なくとも部分反射ミラー２２６と反射ミラー２２４との間を１往復した分（ｄとする）長くなる。さらに、上述したように反射ミラー２２６と反射ミラー２２２との間で多重反射を繰り返すので、ｄ＋２Δ３×ｎ（ｎ＝０，１，２，…）のように光路長が異なる無数のスペックルパターンが生成される。これにより、スペックルノイズのコントラストが低減する。

なお、図２においては、各ＰＢＳ２０１、２２１を直方形状に構成し、１／４波長板２０３、２０５、２２３、２２５、１／２波長板２１１、部分反射ミラー２０６、２２６および反射ミラー２０２、２０４、２２２、２２４をそれぞれ光軸に対して垂直に配置することにより、入射光および射出光が各デバイス面に対して垂直になるように構成する。この理由は、各ＰＢＳ２０１、２２１の偏光分離面２０１ａ、２２１ａによって一旦分離した各偏光成分の光を同じ光路上に合成する際の角度広がりを抑えるためである。

上述したスペックル低減装置２００は、２つの光路長を得る構成を２段並べる例を説明したが、１段構成であってもよい。ただし、段数が多い方がスペックルノイズのコントラスト低減に有利なことはいうまでもない。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）スペックル低減装置は、入射光を偏光分離部２０１ａで第１成分光（Ｓ偏光成分）と第２成分光（Ｐ偏光成分）とに分離し、該第１成分光（Ｓ偏光成分）と該第２成分光（Ｐ偏光成分）とをそれぞれ異なる方向へ射出するＰＢＳ２０１と、ＰＢＳ２０１から射出された第１の成分光（Ｓ偏光成分）を反射してＰＢＳ２０１へ再入射させる反射ミラー２０２と、反射ミラー２０２とＰＢＳ２０１との間に配され、反射ミラー２０２との間で再入射させる光を多重反射させる部分反射ミラー２０６と、部分反射ミラー２０６とＰＢＳ２０１との間に配され、再入射させる光を第２成分光（Ｐ偏光成分）へ変換する１／４波長板２０３と、再入射後にＰＢＳ２０１から射出された第２成分光（Ｐ偏光成分）を反射してＰＢＳ２０１へ再々入射させる反射ミラー２０４と、反射ミラー２０４とＰＢＳ２０１との間に配され、再々入射させる光を第１成分光（Ｓ偏光成分）へ変換する１／４波長板２０５とを備え、分離後の第２成分光（Ｐ偏光成分）と再々入射後の第１成分光（Ｓ偏光成分）とを同一方向へ射出するようにした。これにより、異なる光路長を得てスペックルを低減させるスペックル低減装置を小型化できる。

（２）上記（１）のスペックル低減装置において、反射ミラー２０２、１／４波長板２０３、反射ミラー２０４、および１／４波長板２０５に対し、それぞれ入射光が垂直に入射されるようにしたので、ＰＢＳ２０１の偏光分離面２０１ａによって一旦分離した各偏光成分の光を同じ光路上に合成する際の角度広がりが抑えられる。

上述した実施形態では、各ＰＢＳへの入射光のうちＳ偏光成分を対象に反射ミラーおよび部分反射ミラーで多重反射させる構成にした。この代わりに、入射光のうちＰ偏光成分を対象に反射ミラーおよび部分反射ミラーで多重反射させる構成にしてもよい。

（変形例１）
図３は、変形例１の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。図２の場合と比べて、第１のＰＢＳ２０１の下側において１／４波長板２０５と反射ミラー２０４との間に部分反射ミラー２０７が配される。部分反射ミラー２０７は、上述した無偏光ハーフミラーを用いることによって偏光方向の違いに起因して反射率（透過率）に差異が生じないようにする。部分反射ミラー２０７と反射ミラー２０２の間隔はΔｄ２である。

変形例１はさらに、第２のＰＢＳ２２１の下側においても１／４波長板２２５と反射ミラー２２４との間に部分反射ミラー２２７が配される。部分反射ミラー２２７も、上述した無偏光ハーフミラーを用いることによって偏光方向の違いに起因して反射率（透過率）に差異が生じないようにする。部分反射ミラー２２７と反射ミラー２２２の間隔はΔｄ４である。

ここで、間隔Δｄ２は、光源光のコヒーレント長Lcとの間で次式（４）が成立するようにする。
Δｄ２≧Lc/２（４）
また、間隔Δｄ４は、光源光のコヒーレント長Lcとの間で次式（５）が成立するようにする。
Δｄ４≧Lc/２（５）
コヒーレント長Lcは、上式（２）で近似できる。

変形例１ではΔｄ１〜Δｄ４が相互に異なるようにする。それぞれ重畳する光束をインコヒーレントな関係にすることで、スペックルをさらに効果的に低減できる。

（変形例２）
第１ブロックと第２ブロックとで反射ミラー等を共通に構成してもよい。図４は、変形例２の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。図２と比べて、反射ミラー２０２Ａ、反射ミラー２０４Ａ、部分反射ミラー２０６Ａ、１／４波長板２０３Ａ、および１／４波長板２０５Ａを、それぞれ第１ブロックと第２ブロックとで一体化構成する点において相違する。部分反射ミラー２０６Ａと反射ミラー２０２Ａの間隔はΔｄ１である。

変形例２によれば、第１ブロックと第２ブロックとで同一部材を共用することで、部品点数の削減や組立て製造時のコスト低減につながる。たとえば、ミラー蒸着した筐体の中に組み込む構成にすると、少ない組み立て工数ですむ。

（変形例３）
図５は、変形例３の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。図４と比べて、さらに部分反射ミラー２０７Ａを第１ブロックと第２ブロックとで共用する点において相違する。部分反射ミラー２０７Ａと反射ミラー２０４Ａの間隔はΔｄ２である。

変形例３によれば、変形例２と同様に第１ブロックと第２ブロックとで同一部材を共用することで、部品点数の削減や組立て製造時のコスト低減につながる。

（変形例４）
図２に例示した第２ブロックの構成を、第１ブロックの構成に対して光軸Ａｘの回りに略９０度回転させてもよい。この理由は、第１のＰＢＳ２０１の右側面から射出する光の偏光方向を、第２ブロックの第２のＰＢＳの偏光分離面に対して略９０度傾けるためである。図６は、変形例４の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。

変形例４によれば、第１ブロックの右側面から射出する複数パターンのスペックルを含む光束のＰ偏光成分とＳ偏光成分とが、第２のＰＢＳの偏光分離面に対して入れ替わる状態となるので、第１ブロックと第２ブロックとの間の１／２波長板を省略することができる。

（変形例５）
図３に例示した第２ブロックの構成を、第１ブロックの構成に対して光軸Ａｘの回りに略９０度回転させてもよい。この理由は、第１のＰＢＳ２０１の右側面から射出する光の偏光方向を、第２ブロックの第２のＰＢＳの偏光分離面に対して略９０度傾けるためである。図７は、変形例５の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。

変形例５によれば、第１ブロックの右側面から射出する複数パターンのスペックルを含む光束のＰ偏光成分とＳ偏光成分とが、第２のＰＢＳの偏光分離面に対して入れ替わる状態となるので、第１ブロックと第２ブロックとの間の１／２波長板を省略することができる。

（変形例６）
図２に例示した第１ブロックの構成と、図３に例示した第２ブロックの構成とを組み合わせてもよく、図３に例示した第１ブロックの構成と、図２に例示した第２ブロックの構成とを組み合わせてもよい。

（変形例７）
上述した説明では、スペックル低減装置２００として複数の光路長を得る構成を２段並べる例を説明したが、３段または４段並べる構成にしてもよい。この理由は、第２ブロックの第２のＰＢＳ２２１の右側面から射出する光の偏光方向を、第３ブロックの第３のＰＢＳの偏光分離面に対して略４５度傾けるためである。図８は、変形例７の場合のスペックル低減装置の光学系を例示する図である。

変形例７によれば、第２ブロックの右側面から射出する複数パターンのスペックルを含む光束が、第３ブロック側から見てそれぞれＰ偏光成分とＳ偏光成分との双方を略等しく含む状態となるので、両偏光成分の光がさらに二分割され、インコヒーレントな光の成分をさらに増加させるから、スペックルノイズのコントラストをさらに低減させることができる。

（変形例８）
上述した説明では、各ＰＢＳの端面と１／４波長板および反射ミラー（または部分反射ミラー）とを離して配設する例を説明したが、１／４波長板および反射ミラー（または部分反射ミラー）を各ＰＢＳ端面と接するように配置しても構わない。

（変形例９）
スペックル低減装置２００における偏光分離素子としてＰＢＳを用いる例を説明したが、ワイヤーグリッドを用いて構成してもよい。

（変形例１０）
プロジェクタのライトバルブとして反射型表示素子５００を用いる例を説明したが、透過型の表示素子を用いる構成にしてもよい。また、反射型表示素子５００としてＤＭＤを用いる例を説明したが、MEMS(微小電気機械システム)ミラー素子や反射型液晶表示素子を用いる構成にしてもよい。

なお、ライトバルブとして液晶表示素子を用いる場合は、スペックル低減装置２００と集光光学系３００との間に偏光変換素子を設ける。スペックル低減装置２００から射出されるＰ偏光成分とＳ偏光成分の光を偏光変換素子によって一方の偏光成分に揃えるためである。スペックル低減装置２００からの射出光のＮＡが非常に小さいため、偏光変換素子を介してもエタンデュー増加による光量低下がほとんど生じない。

（変形例１１）
以上の説明ではプロジェクタに搭載する照明光学系を例に説明したが、顕微鏡の照明光学系や、ステッパー露光装置における照明光学系にも適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

１００…レーザー光源装置
２００…スペックル低減装置
２０１、２２１…ＰＢＳ
２０２、２０４、２２２、２２４、２０２Ａ、２０４Ａ…反射ミラー
２０３、２０５、２２３、２２５、２０３Ａ、２０５Ａ…１／４波長板
２０６、２０７、２２６、２２７、２０６Ａ、２０７Ａ…部分反射ミラー
２１１…１／２波長板
３００…集光光学系
４０１、４０２…全反射プリズム
５００…反射型表示素子
６００…投射光学系
７００…スクリーン

Claims

入射した光を第１の偏光成分の光と第２の偏光成分の光に分離し、前記第１の偏光成分の光を射出する第１の面と、前記第２の偏光成分の光を射出する第２の面と、前記第１の面と平行な第３の面とを有する偏光分離素子と、
前記第１の面と平行に配置され、前記第１の面から射出された前記第１の偏光成分の光を反射して前記偏光分離素子へ再入射させる第１反射部材と、
前記第１反射部材と前記第１の面との間に配され、前記第１反射部材との間で前記偏光分離素子へ再入射する光を多重反射させる第１部分反射部材と、
前記第１部分反射部材と前記第１の面との間に配置され、前記第１の偏光成分の光を第２の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再入射させる第１変換部材と、
前記第３の面と平行に配置され、前記第２の偏光成分の光に変換され、前記偏光分離素子へ再入射した光を反射して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２反射部材と、
前記第３の面と前記第２反射部材との間に配置され、前記偏光分離素子へ再入射した前記第２の偏光成分の光を第１の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２変換部材とを備え、
前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光は前記第２の面から射出されるスペックル低減装置を２つ備え、
２つの前記スペックル低減装置の一方を第１のスペックル装置とし、他方を第２のスペックル低減装置とし、
前記第２のスペックル低減装置は、前記第１のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子の前記第２の面から射出された前記第２の偏光成分の光を光軸とし、前記光軸回りに所定角度回転されて配置され、
前記第２のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子は、前記第１のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子の前記第２の面から射出された、前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光とが入射され、前記第２の偏光成分の光を前記第１の面に射出することを特徴とするスペックル低減装置。
入射した光を第１の偏光成分の光と第２の偏光成分の光に分離し、前記第１の偏光成分の光を射出する第１の面と、前記第２の偏光成分の光を射出する第２の面と、前記第１の面と平行な第３の面とを有する偏光分離素子と、
前記第１の面と平行に配置され、前記第１の面から射出された前記第１の偏光成分の光を反射して前記偏光分離素子へ再入射させる第１反射部材と、
前記第１反射部材と前記第１の面との間に配され、前記第１反射部材との間で前記偏光分離素子へ再入射する光を多重反射させる第１部分反射部材と、
前記第１部分反射部材と前記第１の面との間に配置され、前記第１の偏光成分の光を第２の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再入射させる第１変換部材と、
前記第３の面と平行に配置され、前記第２の偏光成分の光に変換され、前記偏光分離素子へ再入射した光を反射して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２反射部材と、
前記第３の面と前記第２反射部材との間に配置され、前記偏光分離素子へ再入射した前記第２の偏光成分の光を第１の偏光成分の光に変換して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２変換部材とを備え、
前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光は前記第２の面から射出されるスペックル低減装置を２つ備え、
２つの前記スペックル低減装置の一方を第１のスペックル装置とし、他方を第２のスペックル低減装置とし、
前記第１のスペックル低減装置と前記第２のスペックル低減装置との間に、前記第１の偏光成分の光を前記第２の偏光成分の光へ変換し、前記第２の偏光成分の光を前記第１の偏光成分の光へと変換する第３変換部材とをさらに備え、
前記第２のスペックル低減装置は、前記第１のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子の前記第２の面から射出された、前記第２の偏光成分の光と前記偏光分離素子へ再々入射した前記第１の偏光成分の光とを、前記第３変換部材を介して前記第２のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子へ入射させるように配置され、
前記第２のスペックル低減装置に備わる前記偏光分離素子は、前記第３変換部材によって前記第２の偏光成分から前記第１の偏光成分へと変換された前記第１の偏光成分の光を前記第１の面に射出することを特徴とするスペックル低減装置。
請求項１または請求項２に記載のスペックル低減装置において、
前記第１反射部材、前記第１変換部材、前記第２反射部材、および前記第２変換部材に対し、それぞれ入射光が略垂直に入射されることを特徴とするスペックル低減装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のスペックル低減装置において、
前記偏光分離素子は、前記第２の偏光成分の光を、前記偏光分離素子に前記入射した光に対して略平行に射出することを特徴とするスペックル低減装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のスペックル低減装置において、
前記第１反射部材と前記第２反射部材とは、対向して配置されることを特徴とするスペックル低減装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のスペックル低減装置において、
前記第２反射部材と前記第２変換部材との間に配され、前記第２反射部材との間で前記偏光分離素子へ再々入射する光を多重反射させる第２部分反射部材をさらに備えることを特徴とするスペックル低減装置。
請求項６に記載のスペックル低減装置において、
前記第１反射部材および前記第１部分反射部材間の第１空気換算長、前記第２反射部材および前記第２部分反射部材間の第２空気換算長は、それぞれ前記偏光分離素子へ前記入射した光のコヒーレント長の半分より長いことを特徴とするスペックル低減装置。
入射光を偏光分離部で第１成分光と第２成分光とに分離し、前記第１成分光と前記第２成分光とをそれぞれ異なる方向へ射出する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子から射出された第１の成分光を反射して前記偏光分離素子へ再入射させる第１反射部材と、
前記第１反射部材と前記偏光分離素子との間に配され、前記第１反射部材との間で前記再入射させる光を多重反射させる第１部分反射部材と、
前記第１部分反射部材と前記偏光分離素子との間に配され、前記再入射させる光を第２成分光へ変換する第１変換部材と、
前記再入射後に前記偏光分離素子から射出された第２成分光を反射して前記偏光分離素子へ再々入射させる第２反射部材と、
前記第２反射部材と前記偏光分離素子との間に配され、前記再々入射させる光を第１成分光へ変換する第２変換部材とを備え、
前記分離後の前記第２成分光と前記再々入射後の前記第１成分光とを略同一方向へ射出する第１及び第２のスペックル低減装置と、
前記第１成分光と前記第２成分光との間で成分変換する第３変換部材とを備え、
前記第１のスペックル低減装置から前記略同一方向へ射出された前記第１成分光および前記第２成分光を、前記第３変換部材を介して前記第２のスペックル低減装置へ入射させ、
前記第１のスペックル低減装置と前記第２のスペックル低減装置との間で、前記第１反射部材、前記第１変換部材、前記第２反射部材、および前記第２変換部材がそれぞれ一体化構成されることを特徴とするスペックル低減装置。
レーザー光源と、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のスペックル低減装置とを備え、
前記レーザー光源から出射した光が前記スペックル低減装置へ入射することを特徴とするプロジェクタ。