JP5386821B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクタに関する。

近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まるなか、半導体レーザの高出力化、青色半導体レーザの登場に伴い、レーザ光源を使ったプロジェクタが開発されている。この種のプロジェクタは、光源の波長域が狭いために色再現範囲を十分に広くすることが可能であり、小型化や構成部材の削減も可能であることから、次世代の表示デバイスとして大きな可能性を秘めている。
しかしながら、レーザ光源を用いたプロジェクタにおいて、画像光による表示を行う際、スクリーン等の散乱体で光の干渉が生じることによって明点と暗点とが縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆる「シンチレーション（あるいは「スペックル」とも言う）」と呼ばれる現象が発生する場合がある。

シンチレーションは、観察者に対してぎらつき感を与え、画像鑑賞時に不快感を与えるなどの悪影響を及ぼす原因となる。特にレーザ光は干渉性が高い光であることから、シンチレーションが発生しやすい。ところが、ランプ光源の場合でも近年は短アーク化によって干渉性が高くなっており、シンチレーションを除去する技術が重要になり、スペックルノイズを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

特許文献１に記載のディスプレイ装置では、赤色レーザ光，緑色レーザ光，青色レーザ光は合成され、回転された拡散素子に通過させる。このとき、拡散素子を十分に速く回転させて、スペックルノイズを低減させることを可能とする。
また、特許文献２に記載の照明装置は、光を射出する光源装置及び入射した光の照度分布を均一にする回折光学素子を備えている。そして、回折光学素子により、光源装置から射出された光を矩形変換し、所定の照明エリアを照明する。この照明装置を用いた投射型画像表示装置では、回折光学素子に対向してライトバルブを配置することにより、回折光学素子により生成された回折光でライトバルブを照明する。
特開平６−２０８０８９号公報 特開２００７−３３５７６号公報

上記従来の技術には以下のような課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１に記載のディスプレイ装置では、拡散板により光を拡散させているため、光の利用効率が低下してしまう。
また、特許文献２に記載の照明装置では、回折光学素子により所定の照明エリアを照明する照明光を生成しているが、回折光学素子により生成される照明光には高周波ノイズが発生する場合がある。この場合、回折光学素子により、均一な強度分布を有する照明光を生成するのは困難である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、均一な強度分布を有し、光利用効率を向上させつつ、スペックルノイズを低減させることが可能な光源装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光源装置は、被照射面を照明するための照明光を生成する光源装置であって、光を射出する光源と、該光源から射出された光の中心軸に垂直な軸を中心に回転することにより、前記光源から射出された光の光路を変換する光路変換部材と、該光路変換部材から射出され、時間的に入射位置が異なる光を前記被照射面上で重畳させる重畳照明素子と、該光路変換部材を回転させる回転手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る光源装置では、光源から射出された光は光路変換部材の回転により光路が変換され、重畳照明素子に射出される。そして、重畳照明素子に入射した光は、重畳され被照射面を照明する。
このとき、回転手段により、光路変換部材が光源から射出された光の中心軸に垂直な軸を中心に回転するため、重畳照明素子に入射する光の入射位置が時間的に変化する。これにより、重畳照明素子から射出された光のスペックルパターンは時間的に変化するため、人間の眼の残像効果により時間積分され、スペックルノイズが抑えられた光となる。すなわち、本発明の光源装置は、従来のように拡散板を備えるのではなく、光路変換部材を回転させることにより、重畳照明素子から射出させる光のスペックルパターンを時間的に変化させている。これにより、光利用効率を低下させることなく、均一な強度分布を有するとともに、スペックルノイズが抑えられた光により、被照射面を照明することができる。
また、光路変換部材は回転しているため、死点（動きが一瞬止まる点）を持たないので、干渉が生じる瞬間を抑えることができる。したがって、簡易な構成で、フリッカ（スクリーンにおける画像のちらつき）的なスペックルの抑制の効果を連続的に持続することが可能となる。
さらに、重畳照明素子から射出された光の斑模様のパターンも時間的に変化するため、斑模様が抑えられた光により、被照射面を照明することが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記光路変換部材が、前記光源から射出された光を屈折させることにより、光路を変換することが好ましい。

本発明に係る光源装置では、光源から射出された光は、光路変換部材において屈折して、光路が変換され光路変換部材から射出される。この場合、例えば、反射部を備えて、光を反射させて光路を変換する場合に比べて、光の損失が少ないため、光源から射出された光の利用効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記光路変換部材が角柱形状であり、前記光路変換部材の辺の数が偶数からなることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、光路変換部材が角柱形状であり、光路変換部材の辺の数が偶数からなるため、光路変換部材の任意の面に入射した光を任意の面と異なる面から射出させる際、入射した光と平行に射出させることができる。すなわち、光源から重畳照明素子までの光学系を直線系にすることができるため、装置全体の組み立てが容易になる。

また、本発明の光源装置は、前記光路変換部材が四角柱であり、前記光路変換部材の１辺の長さをＡとし、前記光路変換部材の屈折率をｎとし、前記光路変換部材の回転中心軸に向かう光を基準とすると、該基準の光から下記式（１）を満たす距離ｈの範囲に光を入射させることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、基準の光から下記式（１）を満たす距離ｈの範囲に光を入射させることにより、光路変換部材に入射する光と光路変換部材から射出する光とを平行にすることが可能となる。

また、本発明の光源装置は、光路変換部材が正四角柱であることが好ましい。
本発明に係る光源装置では、光路変換部材が正四角柱であるため、上記式（１）を満たすｈの値を最も大きく取ることが可能となる。これにより、光路変換部材に対する光源の配置の自由度が増すことになり、装置全体の組み立てが容易になる。

また、本発明の光源装置は、前記重畳照明素子がホログラム素子であることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、重畳照明素子がホログラム素子であり、ホログラム素子としては、例えば、ガラス基板に計算機で計算して人工的に作成した凹凸構造が形成された計算機合成ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）を用いることができる。このＣＧＨは回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である。特に位相変調型のＣＧＨは入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このように、ＣＧＨは均一な強度分布や単純な形状の強度分布を発生させることができるので、光源装置に好適に用いることができる。さらに、ＣＧＨは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
また、重畳照明素子がホログラム素子である場合、ホログラム素子により生成される照明光には複数の高周波成分が発生する場合がある。そこで、光路変換部材を回転させ、ホログラム素子に入射する光の入射位置を時間的に変化させることにより、高周波ノイズが発生した場合でも、均一な強度分布の光を被照射面に照射することができる。

また、本発明の光源装置は、前記ホログラム素子による再生像の結像面が前記被照射面となるように、前記ホログラム素子を配置することが好ましい。

本発明に係る光源装置では、ホログラム素子による再生像の結像面が被照射面となるように、ホログラム素子を配置することにより、被照射面において高周波成分を有する光が重畳されるため、効率的にスペックルノイズを低減させることが可能となる。

本発明のプロジェクタは、被照射面を照明するための照明光を生成する光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により形成された画像を投射する投射手段とを備えるプロジェクタであって、前記光源装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出された光の中心軸に垂直な軸を中心に回転することにより、前記光源から射出された光の光路を変換する光路変換部材と、前記光路変換部材から射出され、時間的に入射位置が異なる光を前記被照射面上で重畳させる重畳照明素子と、前記光路変換部材を回転させる回転手段とを備えることを特徴とする。
本発明のプロジェクタにおいて、前記光路変換部材が、前記光源から射出された光を屈折させることにより、光路を変換することが好ましい。
また、本発明のプロジェクタにおいて、前記光路変換部材が角柱形状であり、前記光路変換部材の辺の数が偶数からなることが好ましい。
また、本発明のプロジェクタにおいて、前記光路変換部材が四角柱であり、前記光路変換部材の１辺の長さをＡとし、前記光路変換部材の屈折率をｎとし、前記光路変換部材の回転中心軸に向かう光を基準とすると、該基準の光から上記式（１）を満たす距離ｈの範囲に光を入射させることが好ましい。
また、本発明のプロジェクタにおいて、前記光路変換部材が正四角柱であることが好ましい。
また、本発明のプロジェクタにおいて、前記重畳照明素子がホログラム素子であることが好ましい。
また、本発明のプロジェクタにおいて、前記ホログラム素子による再生像の結像面が前記被照射面となるように、前記ホログラム素子を配置することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により形成された画像が、投射装置によって投射される。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、利用効率の低下が抑えられ、強度分布が均一であり、スペックルノイズ及び斑模様が抑えられた光となっているため、明るさのムラのない画像を被投射面に投射することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
本発明の光源装置の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
光源装置１は、図１に示すように、照明対象物２の照射面（被照射面）３を照明するものであって、レーザ光を射出するレーザ光源（光源）１１と、ロッド部材（光路変換部材）１２と、ホログラム素子１３と、屈折レンズ１４とを備えている。
なお、レーザ光源１１から射出された光の中心軸をＹ軸とし、後述するホログラム素子１３の左端１３ｂから右端１３ｃに向かう軸をＸ軸とし、ホログラム素子１３の下端１３ｅから上端１３ｄに向かう軸をＺ軸とする。

ロッド部材１２は、ガラス材からなる正四角柱である。このロッド部材１２は、レーザ光源１１とホログラム素子１３との間の光路上に設けられている。そして、レーザ光源１１から射出されたレーザ光は、ロッド部材１２を通過してホログラム素子１３に入射する。
また、ロッド部材１２は、レーザ光源１１から射出されたレーザ光Ｌ１の中心軸Ｏに垂直な軸（Ｚ軸）回り、すなわち、回転軸（回転中心軸）Ｐを中心に回転可能となっている。具体的には、図２に示すように、ロッド部材１２は、回転モータ（回転手段）２０により回転可能となっており、ロッド部材１２の下面１２ａには回転モータ２０に接続された連結部材２１が設けられている。この連結部材２１は、ロッド部材１２を回転軸Ｐまわりに回転可能に取り付けられており、回転モータ２０の駆動により、連結部材２１を介してロッド部材１２は回転軸Ｐを中心に右回りに回転される。

ロッド部材１２は、Ｚ軸回りに回転することにより、図３の破線で示す初期状態から時間の経過とともに、図３の実線で示す状態を経て回転する。このように、ロッド部材１２を回転させることにより、側面１２ｂに対するレーザ光Ｌ１の入射角θが時間的に変化するため、レーザ光Ｌ１の屈折角が刻々と変化する。これにより、ロッド部材１２から射出される射出光Ｌ２の位置が時間とともに変化する。具体的には、ロッド部材１２から射出される光の中心軸Ｏは、レーザ光Ｌａ（図３に示す破線）からレーザ光Ｌｂ（図３に示す２点鎖線）に、移動距離Ｔだけ平行移動する。このようにして、ロッド部材１２の側面１２ｂと反対の側面１２ｃから射出されるレーザ光Ｌ２の位置が時間的に変化する。

また、ロッド部材１２は正四角柱であり、辺の数が４つ（偶数）からなる正多角柱でるため、ロッド部材１２の側面１２ｂに入射した入射光Ｌ１を側面１２ｃから射出させる際、入射した光と略平行に射出光Ｌ２を射出させる。

ホログラム素子（重畳照明素子）１３は、図１に示すように、入射端面１３ａにレーザ光源１１から射出されたレーザ光が垂直に入射するように配置されている。ホログラム素子１３は、レーザ光源１１から射出され、入射端面１３ａから入射するレーザ光を回折して回折光を生成する。すなわち、ホログラム素子１３は、入射したレーザ光を矩形変換させ、照明対象物２の照射面３を照射する。

ホログラム素子１３は、例えば石英（ガラス）、透明な合成樹脂等、レーザ光を透過可能な材料で形成されている。本実施形態のホログラム素子１３は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）である。

ホログラム素子１３は、照明領域設定機能、照度均一化機能、及び拡大照明機能を有する。照明領域設定機能を有するホログラム素子１３は、入射した光を回折させ、照明対象物２の照射面３を照明する再生像を生成する。また、照度均一化機能を有するホログラム素子１３は、所定の領域の少なくとも一部の照度を均一化する。また、拡大照明機能を有するホログラム素子１３は、ホログラム素子１３の射出端面から光が射出される射出領域よりも大きい照射面３を照明する。また、ホログラム素子１３は、レーザ光の入射位置に寄らず、同一の箇所を照明（重畳）するように構成されている。本実施形態では、ホログラム素子１３は、時間的に入射位置が異なる光を照射面３上で重畳させる。

図４は、ホログラム素子の一例を示す模式図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図４において、ホログラム素子１３は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）１３Ｍを有している。凹部１３Ｍは、互いに異なる深さを有している。
そして、凹部１３Ｍどうしのピッチｄ及び凹部１３Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含むホログラム素子１３の表面条件を適宜調整することにより、ホログラム素子１３に所定の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能、及び拡大照明機能）を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。

なお、ホログラム素子１３としては、矩形の凹部１３Ｍを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有するものであってもよい。例えば、ホログラム素子１３としては、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。また、ホログラム素子１３としては、図４に示したような矩形状の凹部１３Ｍを有する領域と、三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有するホログラム素子１３を形成することができる。

ここで、ホログラム素子１３の任意の位置にレーザ光を入射させると、ホログラム素子１３による再生像の結像面が照明対象物２の照射面３となる。ホログラム素子１３の所定の位置にレーザ光が入射した場合に、その位置から射出されるレーザ光の照明対象物２の照射面３での強度分布は図５に示すようになり、複数の高周波成分からなる輝度スパイクを有している。これにより、ホログラム素子１３のみで均一な強度分布を有する再生像を形成することは難しく、レーザ光の干渉性に起因するスペックルも発生する。

屈折レンズ１４は、図１に示すように、入射端面１４ａより入射したレーザ光の射出角度を調整して、射出端面１４ｂより射出する。本実施形態においては、屈折レンズ１４は、ホログラム素子１３と照射面３との間に配置されており、屈折レンズ１４の入射端面１４ａには、ホログラム素子１３から射出されたレーザ光が入射する。本実施形態においては、屈折レンズ１４は、例えば球面レンズ、又は非球面レンズ等の光軸に対して回転対称な軸対称レンズを含んでいる。あるいは、屈折レンズ１４はフレネルレンズ等を含むものでもよい。屈折レンズ１４は、射出端面１４ｂから射出されるレーザ光の射出角度、すなわち、照射面３に対するレーザ光（照明光）の入射角度を調整可能である。

次に、以上の構成からなる本実施形態の光源装置１を用いて、照明対象物２の照射面３を照射する方法について説明する。
レーザ光源１１から射出されたレーザ光Ｌ１は、ロッド部材１２に入射してホログラム素子１３に向かう。そして、ホログラム素子１３に入射したレーザ光は回折し、照明対象物２の照射面３を重畳的に照明する。
このとき、ロッド部材１２は、回転モータ２０の駆動により、回転軸Ｐを中心に回転運動される。これにより、ロッド部材１２を通過したレーザ光は、ロッド部材１２の回転により、ホログラム素子１３の入射端面１３ａ上の入射位置が時間的に変化する。すなわち、図３に示すように、ロッド部材１２から射出され、ホログラム素子１３に入射する光の位置は、ホログラム素子１３の地点ａから地点ｂに向かって左端１３ｂ側から右端１３ｃ側に連続的に移動する。そして、地点ｂがホログラム素子１３に入射するレーザ光の最終端の位置である場合、ホログラム素子１３の地点ｂに達したレーザ光は地点ａに戻り、再び地点ａから地点ｂに向かって連続的に移動する。

このように、ホログラム素子１３に入射するレーザ光の入射位置が地点ａから地点ｂまで変化すると、入射位置に応じて再生像のパターンが異なる。そして、時間的に変化する再生像のパターンごとに輝度スパイクのパターンも異なるため、この輝度スパイクのパターンの異なるレーザ光が時間的に重畳されて、照明対象物２の照射面３を照射する。

以上より、本実施形態に係る光源装置１では、ロッド部材１２を回転させ、ホログラム素子１３に入射するレーザ光の入射位置を変化させているため、時間的に変化する再生像のパターンの輝度スパイクが重畳される。これにより、ホログラム素子１３から射出されたレーザ光のスペックルパターンは時間的に変化する。そして、人間の眼の残像効果により時間積分され、スペックルノイズが抑えられた光となる。すなわち、本実施形態の光源装置１は、従来のように拡散板を備えるのではなく、ロッド部材１２を回転させることにより、ホログラム素子１３から射出させる光のスペックルパターンを時間的に変化させている。これにより、光利用効率を低下させることなく、ホログラム素子１３により生成される再生像の強度分布を均一にし、スペックルノイズが抑えられた光により、照明対象物２の照射面３を照明することができる。
また、ロッド部材１２は回転しているため、死点（動きが一瞬止まる点）を持たないので、干渉が生じる瞬間を抑えることができる。したがって、簡易な構成で、フリッカ（スクリーンにおける画像のちらつき）的なスペックルの抑制の効果を連続的に持続することが可能となる。
さらに、ホログラム素子１３から射出された光の斑模様のパターンも時間的に変化するため、斑模様が抑えられた光となる。
つまり、本実施形態の光源装置１は、均一な強度分布を有し、光利用効率を向上させつつ、スペックルノイズを低減させることが可能である。

また、ロッド部材１２は正四角柱であり、辺の数が４つ（偶数）からなる正多角柱でるため、ロッド部材１２の側面１２ｂに入射した光を対向する側面１２ｃから射出させる際、入射した光と略平行に射出させることができる。すなわち、レーザ光源１１からホログラム素子１３までの光学系を直線系にすることができるため、装置全体の組み立てが容易になる。
さらに、ロッド部材１２は、正四角柱であるため、上記式（１）を満たすｈの値を最も大きく取ることが可能となる。これにより、ロッド部材１２に対するレーザ光源１１の配置の自由度が増すことになり、装置全体の組み立てが容易になる。

また、ホログラム素子１３として用いられているＣＧＨは均一な強度分布や単純な形状の強度分布を発生させることができるので、光源装置１に好適に用いることができる。さらに、ＣＧＨは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
また、ホログラム素子１３は、レーザ光の入射位置に寄らず、同一の箇所を照明（重畳）するように構成されているため、所望の照明領域外、すなわち、照明対象物２の照射面３以外を照射するレーザ光を減らすことが可能である。したがって、レーザ光源１１から射出されたレーザ光の利用効率を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では、ロッド部材１２として正四角柱を用いたが、四角柱であっても良い。また、四角柱である場合、対向する面同士が平行である構成の方が、射出光を入射光と平行にして射出させ易くなる。
また、ロッド部材１２を回転軸Ｐを中心に回転させ、ホログラム素子１３上の左端１３ｂから右端１３ｃまでレーザ光源１１から射出されたレーザ光Ｌ１を移動させたが、ロッド部材１２の回転は、レーザ光の中心軸Ｏに垂直な軸まわりに回転させれば良い。例えば、ロッド部材１２をＸ軸回りに回転させても良い。この構成では、ロッド部材１２により、ホログラム素子１３上の上端１３ｄから下端１３ｅまでレーザ光源１１から射出されたレーザ光の入射位置が移動するため、上記と同様の効果を得ることが可能となる。また、本実施形態では、ロッド部材１２を右回りに回転させたが左回りであっても良い。
また、屈折レンズ１４は必ずしも備えていなくても良い。また、回転手段として回転モータ２０を用いたが、これに限らず、ロッド部材１２を回転可能な手段であれば良い。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第１実施形態に係る光源装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る光源装置では、ロッド部材１２の側面１２ｂから入射するレーザ光の入射範囲を規定する点において、第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。

レーザ光源１１から射出されたレーザ光は、ロッド部材１２の入射する位置により、入射光Ｌ１と射出光Ｌ２とが平行にならない場合が生じる。
まず、図６（ａ）に示すように、ロッド部材１２が初期状態の位置である場合、ロッド部材１２は、入射するレーザ光Ｌ１の中心軸Ｏと側面１２ｂとが略垂直になるように配置されているため、入射するレーザ光Ｌ１は、側面１２ｂのどの位置から入射させても、ロッド部材１２の内部を透過して射出される射出光Ｌ２は、入射光Ｌ１と平行である。

次に、図６（ｂ）に示すように、ロッド部材１２を回転軸Ｐを中心に回転させた状態では、入射するレーザ光Ｌ１は、ロッド部材１２に入射する位置によって、射出光Ｌ２と平行になる場合と、平行にならない場合とが生じる。ここで、ロッド部材１２の回転軸Ｐに向かうレーザ光Ｌ１ｓを基準とする。
まず、ロッド部材１２に基準となるレーザ光Ｌ１ｓを入射させると、側面１２ｂと反対の側面１２ｃからレーザ光Ｌ１ｓと略平行なレーザ光Ｌ２ｓが射出される。
そして、基準となるレーザ光Ｌ１ｓに対して右側に離れた位置からレーザ光Ｌ１ａを入射させる。すなわち、図６（ｂ）に示す状態では、ロッド部材１２の側面１２ｄからレーザ光を入射させると、側面１２ｄと反対の側面１２ｅからレーザ光Ｌ１ａと略平行なレーザ光Ｌ２ａが射出される。同様に、基準となるレーザ光Ｌ１ｓに対して左側に離れた位置からレーザ光Ｌ１ｂを入射させる。すなわち、ロッド部材１２の側面１２ｂからレーザ光を入射させると、側面１２ｂと反対の側面１２ｃからレーザ光Ｌ１ｂと略平行なレーザ光Ｌ２ｂが射出される。
一方、レーザ光Ｌ１ｂよりさらに左側に離れた位置からレーザ光Ｌ１ｃを入射させる。すなわち、ロッド部材１２の側面１２ｂからレーザ光を入射させると、側面１２ｂと垂直な側面１２ｅからレーザ光Ｌ１ｃと平行ではないレーザ光Ｌ２ｃが射出される。

そこで、図６（ａ）に示すように、ロッド部材１２の上面１２ｆの１辺の長さをＡとし、ロッド部材１２の屈折率をｎとすると、ロッド部材１２に入射するレーザ光Ｌ１と射出されるレーザ光Ｌ２とを平行にするには、基準となるレーザ光Ｌ１ｓからの距離ｈが、下記式（１）を満たす範囲にレーザ光を入射させる必要がある。

具体的には、Ａ＝２０ｍｍ、ｎ＝１．４６のとき、ｈは６．３ｍｍとなり、ロッド部材１２に入射するレーザ光Ｌ１と射出されるレーザ光Ｌ２とを平行にするには、基準となるレーザ光Ｌ１ｓから左右側に±６．３ｍｍ以内にレーザ光源１１から射出された光をロッド部材１２に入射させる。

本実施形態に係る光源装置では、第１実施形態の光源装置１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の光源装置では、上記式（１）を満たす位置にレーザ光源１１を配置して、ロッド部材１２にレーザ光を入射させることにより、ロッド部材１２に入射するレーザ光Ｌ１と射出されるレーザ光Ｌ２とを確実に平行にすることが可能となる。すなわち、ロッド部材１２に入射するレーザ光Ｌ１と射出されるレーザ光Ｌ２とが平行でない場合、ホログラム素子１３に入射されないレーザ光や、入射端面１３ａに対して垂直ではない角度をなして入射するレーザ光が発生するため、光の利用効率が低下してしまう。しかしながら、本実施形態では、ロッド部材１２に入射するレーザ光Ｌ１と射出されるレーザ光Ｌ２とを略平行にすることができるため、レーザ光源１１から射出された略すべてのレーザ光をホログラム素子１３の入射端面１３ａに対して垂直に入射させることができる。したがって、レーザ光源１１から射出されたレーザ光の利用効率を向上させることが可能となる。

さらに、上記式（１）を満たす範囲外にレーザ光を入射させると、第１実施形態で示したホログラム素子１３に入射するレーザ光の連続的に移動する入射位置の範囲が、狭くなってしまう。これにより、ホログラム素子１３による再生像のパターンが多く得られないため、スペックルノイズを低減する効果が小さい。
そこで、上記式（１）を満たす範囲内にレーザ光を入射させると、ロッド部材１２から射出されホログラム素子１３に入射するレーザ光の連続的に移動する入射位置の範囲が広くなる。これにより、ホログラム素子１３に入射する光の入射位置に応じて、より多くの再生像のパターンの輝度スパイクが発生する。したがって、ホログラム素子１３により生成される再生像の強度分布を均一にし、スペックルノイズが抑えられた光により、照明対象物２の照射面３を照明することができる。
また、ロッド部材１２は、四角柱に限らず六角柱であっても良いが、辺の数は少ない方が望ましく、入射光Ｌ１と射出光Ｌ２とが平行であることが望ましい。この条件を満たすには、ロッド部材１２が正四角柱であることが最も望ましく、ロッド部材１２の側面１２ｂ〜１２ｅに入射させるレーザ光の入射位置の範囲±ｈを最も大きく取ることが可能となる。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。
本実施形態では、第１実施形態で示したように、ホログラム素子１３による再生像の結像面が照明対象物２の照射面３となるように、ホログラム素子１３が配置されている場合について説明する。
照明対象物２の照射面３における強度分布の断面図は、図７（ａ）に示すように、非常に多くの高周波成分からなる輝度スパイクを有している。
一方、ホログラム素子１３による再生像の結像面が照明対象物２の照射面３と一致しない場合、すなわち、図８に示すように、ホログラム素子１３と照明対象物２との距離Ｋ２が、図１に示すホログラム素子１３と照明対象物２との距離Ｋ１と異なっている場合、照明対象物２の照射面３における強度分布の断面図は、図７（ｂ）に示すように、高周波成分からなる輝度スパイクがほとんどなく、図７（ａ）に示すような高周波成分からなる輝度スパイクを発生させることが困難である。したがって、ホログラム素子１３による再生像の結像面が、照明対象物２の照射面３から外れると、ホログラム素子１３により照明されるレーザ光は、図７（ｂ）に示すように、高周波成分があまり含まれないため、輝度スパイクの間隔が広くなり、スペックルノイズを低減することが難しい。したがって、ホログラム素子１３による再生像の結像面が照明対象物２の照射面３となるように、ホログラム素子１３を配置することにより、照射面３において高周波成分からなる輝度スパイクを有するレーザ光が重畳されるため、効率的にスペックルノイズを低減させることが可能となる。

本実施形態に係る光源装置では、ホログラム素子１３による再生像は、照明対象物２の照射面３を結像面としているため、時間的に変化する再生像のパターンの非常に多くの高周波成分からなる輝度スパイクが重畳されたレーザ光により、照明対象物２の照射面３を照射する。したがって、人間の眼が知覚できない状態まで、スペックルノイズを低減させることが可能となる。すなわち、ホログラム素子１３による再生像の結像面が、照明対象物２の照射面３となるように、ホログラム素子１３と照明対象物２の照射面３との距離を調節する。これにより、スペックルノイズを効果的に低減させることが可能となる。
以上より、上記各実施形態において、ホログラム素子１３による再生像の結像面が照明対象物２の照射面３となるように、ホログラム素子１３を配置することが好ましい。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した光源装置１を応用したプロジェクタの一例について説明する。

図９は、上述の第１実施形態で説明した光源装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）を備えたプロジェクタを示す概略構成図である。本実施形態においては、プロジェクタとして、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタＰＪ１を例にして説明する。

投射型のプロジェクタＰＪ１は、図９に示すように、スクリーン１００（表示面）上に画像情報を含む光を投射する投射ユニットＵを備えている。投射ユニットＵからスクリーン１００に対して光が投射されることにより、スクリーン１００上に画像が形成される。本実施形態の投射型のプロジェクタＰＪ１は、スクリーン１００を反射型のスクリーンとし、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する。

投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で照射面３を照明可能な第１光源装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で照射面３を照明可能な第２光源装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で照射面３を照明可能な第３光源装置１Ｂとを備えている。

第１，第２，第３光源装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）は、図９に示すように、赤色光を射出する赤色レーザ光源（光源）１１Ｒと、緑色光を射出する緑色レーザ光源（光源）１１Ｇと、青色光を射出する青色レーザ光源（光源）１１Ｂと、第１実施形態と同様のロッド部材１２と、ホログラム素子１３と、屈折レンズ１４とを備えている。
また、第３光源装置１Ｂのホログラム素子１３から射出された青色光は、ミラー５１により光路が９０°変換されて屈折レンズ１４に入射する。同様に第１光源装置１Ｒのホログラム素子１３から射出された赤色光は、ミラー５２により光路が９０°変換されて屈折レンズ１４に入射する。

さらに、投射ユニットＵは、第１光源装置１Ｒで照明される入射面（被照射面）３を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第１空間光変調装置（光変調装置）５０Ｒと、第２光源装置１Ｇで照明される入射面（被照射面）３を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第２空間光変調装置（光変調装置）５０Ｇと、第３光源装置１Ｂで照明される入射面（被照射面）３を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第３空間光変調装置（光変調装置）５０Ｂと、空間光変調装置５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂにより変調された各基本色光を合成するダイクロイックプリズム（色光合成手段）５５と、ダイクロイックプリズム５５で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系（投射手段）６０とを備えている。空間光変調装置５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂのそれぞれは液晶装置を含んで構成されている。以下の説明においては、空間光変調装置を適宜、ライトバルブ、と称する。

また、第１，第２，第３光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに設けられたロッド部材１２は、回転モータ（図示略）により回転軸Ｐを中心に回転されている。そして、ロッド部材１２の回転により、各レーザ光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから射出されたレーザ光のホログラム素子１３における入射位置が移動する。
また、回転モータ（図示略）によるロッド部材１２の回転制御としては、すべてのロッド部材１２が回転していても良く、少なくとも１つのロッド部材１２が常時回転するように制御することが好ましい。これにより、必ず１つのロッド部材１２が回転しているため、３つのロッド部材１２が同時に静止していることはないので、スペックルノイズ及び斑模様の発生をより効果的に抑えることが可能となる。

ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂは、入射側偏光板と、一対のガラス基板どうしの間に封入された液晶を有するパネルと、射出側偏光板とを備えている。ガラス基板には画素電極や配向膜が設けられている。空間光変調装置を構成するライトバルブは、定められた振動方向の光のみを透過させるようになっており、ライトバルブに入射した基本色光は、ライトバルブを通過することによって光変調される。

各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、ダイクロイックプリズム５５で合成される。ダイクロイックプリズム５５は４つのダイクロイックプリズムによって構成されており、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）はダイクロイックプリズム５５で合成されてフルカラー合成光となる。ダイクロイックプリズム５５から射出されたフルカラー合成光は投射系６０に射出される。投射系６０はフルカラー合成光をスクリーン１００上に投射する。投射系６０は、入射側の画像を拡大してスクリーン１００上に投射する所謂拡大系である。

投射ユニットＵは、第１，第２，第３光源装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのそれぞれで照明された各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系６０を用いてスクリーン１００上に投射することによって、スクリーン１００上にフルカラーの画像を形成する。鑑賞者は、投射ユニットＵによりスクリーン１００に対して投射された画像を鑑賞する。

本実施形態のプロジェクタＰＪ１の各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、第１，第２，第３光源装置１Ｒ、１Ｂ、１Ｇにより、高い照度を有するとともに、スペックルノイズ及び斑模様の発生が抑えられた均一な照度分布を有する照明光で各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂが照明される。また、スペックルノイズ及び斑模様の発生を抑えるために拡散板を用いる場合、ライトバルブへの光線入射角が発散してしまうのに比べ、本実施形態のプロジェクタＰＪ１では、ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ，５０Ｂに入射する光線の角度を、ホログラム素子１３および屈折レンズ１４により設計された角度の光のみを入射させることが可能であるため、プロジェクタＰＪ１は、コントラストが高い良好な画像を表示できる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、ダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、重畳照明素子として、ホログラム素子を例に挙げて説明したが、フライアイレンズや、ロッドインテグレータ等の入射した光を重畳する素子であれば良い。
また、液晶ライトバルブを備えずに、例えば、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）の面を照明装置で照明し、スクリーン上に画像情報を含む光を投射する、所謂スライドプロジェクタに、上述の実施形態の照明装置を適用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る光源装置を示す平面図である。 図１のロッド部材の回転状態を示す斜視図である。 図１のロッド部材の回転状態を示す平面図である。 図１のホログラム素子を示す要部断面図である。 図１のホログラム素子から射出される光の強度分布である。 本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る光源装置のホログラム素子から射出される光の強度分布を示す説明図である。 図７（ｂ）の強度分布を有する光源装置を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを示す概略構成図である。

符号の説明

Ｐ…回転軸（回転中心軸）、ＰＪ１…プロジェクタ、１，３０…光源装置、３…照射面（被照射面）、１１…レーザ光源（光源）、１２…ロッド部材（光路変換部材）、１３…ホログラム素子（重畳照明素子）、２０…回転モータ（回転手段）、５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ…ライトバルブ（光変調装置）

Claims (6)

1. 被照射面を照明するための照明光を生成する光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置により形成された画像を投射する投射手段と、を備えるプロジェクタであって、
   前記光源装置は、
   光を射出する光源と、
   前記光源から射出された光の中心軸に垂直な軸を中心に回転することにより、前記光源から射出された光の光路を変換する光路変換部材と、
   前記光路変換部材から射出され、時間的に入射位置が異なる光によって前記被照射面上の同一の箇所を照明する重畳照明素子と、
   前記光路変換部材を回転させる回転手段と、を備え、
   前記光路変換部材が、前記光源から射出された光を屈折させることにより、該光路変換部材から射出された光が該光路変換部材に入射した光と略平行となる状態で光路を変換し、該光路変換部材から射出された光の前記重畳照明素子に対する入射位置を時間的に変化させ、
   前記重畳照明素子がホログラム素子であることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記光源がレーザ光源であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記光路変換部材が角柱形状であり、
   前記光路変換部材の辺の数が偶数からなることを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 前記光路変換部材が四角柱であり、前記光路変換部材の１辺の長さをＡとし、前記光路変換部材の屈折率をｎとし、前記光路変換部材の回転中心軸に向かう光を基準とすると、該基準の光から下記式（１）を満たす距離ｈの範囲に光を入射させることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
   

   
5. 前記光路変換部材が正四角柱であることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 前記ホログラム素子による再生像の結像面が前記被照射面となるように、前記ホログラム素子を配置することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクタ。

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