JP5804101B2 - レーザ光源装置及び画像投影装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源を複数備えるレーザ光源装置に関し、また、レーザ光源装置を備える画像投影装置に関する。
従来、レーザ光源装置として、複数のレーザ光源から出射したレーザ光を光ファイバー等に入射するレーザ光源装置が、知られている（例えば、特許文献１）。そして、斯かるレーザ光源装置から出射した光を、露光用光源装置やプロジェクタ等の光源として用いる技術が知られている。斯かる技術において、レーザ光の照射面や観測者の網膜上に、スペックルノイズと呼ばれる光の強弱のあるノイズが発生する。
そこで、特許文献１においては、スペックルノイズを低減すべく、少なくとも１つのレーザ光源が他のレーザ光源と異なる波長の光を出射するレーザ光源装置が、提案されている。しかしながら、特許文献１に係るレーザ光源装置においては、使用できる波長の範囲にも限界があるため、充分なスペックルノイズの低減（「デスペックル効果」又は「スペックルコントラストの低減」ともいう）が得られない、という問題がある。
特開２００４−１４６７９３号公報
よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、充分なスペックルノイズの低減を得ることができるレーザ光源装置及び画像投影装置を提供することを課題とする。
本発明に係るレーザ光源装置は、レーザ光を出射する複数の光源部と、前記複数の光源部から出射されるレーザ光が入射される入射面を有する導光体と、を備え、前記複数の光源部は、レーザ光の光軸の前記入射面に対する入射角の大きさごとに、複数のレーザ光源群に区分され、前記レーザ光源群のレーザ光の入射角が大きいほど、当該レーザ光源群における前記入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角の平均値が小さい。
また、レーザ光源装置は、レーザ光を出射する複数の光源部と、前記複数の光源部から出射されるレーザ光が入射され、当該光を導光体の入射面に向けて出射する光学系と、を備え、前記複数の光源部は、レーザ光の光軸の前記入射面に対する入射角の大きさごとに複数のレーザ光源群に区分され、前記光源部及び前記光学系は、前記レーザ光源群のレーザ光の入射角が大きいほど、当該レーザ光源群における前記入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角の平均値が小さくなるように、構成される。
本発明に係るレーザ光源装置によれば、複数のレーザ光源群は、導光体の入射面に向けてレーザ光を出射する光源部を備えている。また、複数のレーザ光源群は、光源部から出射されるレーザ光の光軸の入射面に対する入射角の大きさごとに、区分されている。
ところで、レーザ光の入射角が大きいほど、導光体内の光路長が長くなるため、発散しているレーザ光においては、例えば、光軸部分と他部分との光路長差が大きくなる。また、同じ入射角においては、入射面に入射する際におけるレーザ光の集束角又は発散角が大きいほど、当該レーザ光においては、例えば、光軸部分と他部分との光路長差が大きくなる。このように、レーザ光における光軸部分と他部分との光路長差が大きくなることにより、コヒーレンスが低下する。その結果、スペックルノイズが低減する。
そこで、本発明に係るレーザ光源装置においては、レーザ光源群のレーザ光の入射角が大きいほど、当該レーザ光源群における入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角の平均値が小さくなっている。これにより、集束角又は発散角の小さいレーザ光においても、入射角を大きくすることにより、導光体内の光路長が長くなるため、例えば、レーザ光における光軸部分と他部分との光路長差が確保される。したがって、装置全体におけるレーザ光のコヒーレンスが低下するため、装置全体におけるスペックルノイズが低減する。
また、本発明に係るレーザ光源装置は、前記光源部のレーザ光の入射角が大きいほど、当該光源部における前記入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角が小さい、という構成でもよい。
斯かる構成によれば、光源部のレーザ光の入射角が大きいほど、当該光源部における入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角が小さい、即ち、レーザ光の集束角又は発散角が小さくなることに伴って、当該レーザ光の入射角が大きくなっている。したがって、装置全体におけるレーザ光のコヒーレンスが効果的に低下するため、装置全体におけるスペックルノイズが効果的に低減する。
また、本発明に係る画像投影装置は、前記のレーザ光源装置を少なくとも一つ備え、前記レーザ光源装置から出射される光を投射光として用いる。
以上の如く、本発明は、充分なスペックルノイズの低減を得ることができるという優れた効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る画像投影装置の概略構成図である。 同実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成図である。 同実施形態に係る光学系に入射される光の入射パターンを説明する図である。 同実施形態に係る導光体の入射面における光の入射角を説明する図である。 同実施形態に係る導光体の内部の光路長を説明する図である。 同実施形態に係る導光体の内部の光路長を説明する図である。 同実施形態に係る導光体の内部の光路長を説明する図である。 同実施形態に係る導光体の内部の光路長を説明する図である。 本発明の効果を検証する装置の概略構成図である。 本発明の効果の検証結果を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る光学系に入射される光の入射パターンを説明する図である。
以下、本発明に係るレーザ光源装置及び画像投影装置における一実施形態について、図１〜図１０を参酌して説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致していない。
図１に示すように、本実施形態に係る画像投影装置１は、それぞれ異なる色の光を出射する複数（本実施形態においては３つ）のレーザ光源装置２（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）と、レーザ光装置２から出射されたレーザ光が入射される光源側光学系１１とを備えている。また、画像投影装置１は、光源側光学系１１から出射されたレーザ光を入射して光画像を生成する画像光学系１２と、画像光学系１２から出射された光画像（レーザ光）を入射してスクリーン１００に投影する投影光学系（例えば、投影レンズ）１３とを備えている。
光源側光学系１１は、投影された照射面の照度を均一にすることを図るべく、例えばロッドインテグレータ等のインテグレータ光学系１１ａと、レーザ光源装置２Ｇから出射されたレーザ光を反射する反射ミラー１１ｂとを備えている。なお、図示していないが、光源側光学系１１は、インテグレータ光学系１１ａの出射面を画像光学系１２（具体的には、空間変調素子１２ａの入射面）に結像するためのレンズを備えている。
画像光学系１２は、光源側光学系１１から出射された光を変調することで、光画像にする空間変調素子１２ａと、全反射プリズム１２ｂと、ダイクロイックプリズム１２ｃとを備えている。本実施形態においては、各空間変調素子１２ａは、デジタルマイクロミラーデバイスである。なお、空間変調素子１２ａは、透過型液晶素子又は反射型液晶素子であってもよい。
レーザ光源装置２は、第１の色（例えば、赤色）のレーザ光を出射する第１のレーザ光源装置２Ｒと、第２の色（例えば、緑色）のレーザ光を出射する第２のレーザ光源装置２Ｇと、第３の色（例えば、青色）のレーザ光を出射する第３のレーザ光源装置２Ｂとを備えている。
図２に示すように、本実施形態に係るレーザ光源装置２は、レーザ光を出射する複数の光源部３と、複数の光源部３から出射された光が入射される光学系４と、光学系４から出射されるレーザ光が入射される入射面５１を有する導光体５とを備えている。そして、レーザ光源装置２は、導光体５から出射した光を光源側光学系１１に入射している。
光源部３は、レーザ光を出射する半導体レーザ３１と、半導体レーザ３１から出射されるレーザ光を略平行光（僅かに発散する光）にするコリメートレンズ３２とを備えている。そして、複数の光源部３は、出射する光の光軸Ａ３が少なくとも光学系４に入射される際に互いに平行となるように、配置されている。また、複数の光源部３は、出射する光の光軸Ａ３が光学系４の光学入射面４１で異なる位置となるように、配置されている。
光学系４は、複数の光源部３から出射された光を導光体５の入射面５１の中心に向けて集束させる集束レンズとしている。即ち、光学系４は、各光源部３から出射された光の光軸を導光体５の入射面５１の中心に向くように変えている（屈折させている）。
導光体５は、長尺に形成されており、平面状の入射面５１を一端に配置し、平面状の出射面５２を他端に配置している。そして、導光体５は、その側面で光を全反射することにより、入射面５１で入射された光の進行する角度を保持しつつ、長手方向に沿って光を伝搬するように構成されている。
本実施形態においては、導光体５は、芯となるコアと、コアの外側に配置され、コアよりも低い屈折率であるクラッドと、クラッドを覆う被覆とからなる光ファイバーとしている（コアのみ図示している）。即ち、入射面５１は、コアの一端側の面で構成されている。なお、導光体５は、光ファイバーに限られず、例えば、ロッドインテグレータ等でもよい。
ところで、図２〜図４に示すように、複数の光源部３は、複数のレーザ光源群６に区分されている。本実施形態においては、複数の光源部３は、二つの群、即ち、第１レーザ光源群６ａと第２レーザ光源群６ｂとに区分けされている。なお、各レーザ光源群６ａ，６ｂは、光源部３が同数（１２個）となるように、区分けされている。
第１レーザ光源群６ａは、光学系４の光学入射面４１における外側の位置に向けてレーザ光Ｌ３ａを出射する複数（１２個）の第１光源部３ａを備えている。また、第２レーザ光源群６ｂは、第１光源部３ａよりも、光学系４の光学入射面４１における内側の位置に向けてレーザ光Ｌ３ｂを出射する複数（８個）の第２光源部３ｂと、第２光源部３ｂよりも、光学系４の光学入射面４１における内側の位置に向けてレーザ光Ｌ３ｃを出射する複数（４個）の第３光源部３ｃとを備えている。
本実施形態においては、光学系４により、光源部３ａ〜３ｃからのレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃが導光体５の入射面５１の中心に向けて集束している。これにより、光学系４の光学入射面４１に対する各レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの入射位置が、当該光学入射面４１の中心から離れるほど、導光体５の入射面５１に対する当該レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの光軸Ａ３ａ〜Ａ３ｃの入射角θ１〜θ３は、大きくなる。なお、図３は、光学系４の光学入射面４１に対する、各レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの入射位置及びビーム径を示している。
したがって、第１光源部３ａが出射するレーザ光Ｌ３ａの光軸Ａ３ａが導光体５の入射面５１に入射する第１入射角θ１は、第２光源部３ｂが出射するレーザ光Ｌ３ｂの光軸Ａ
３ｂが導光体５の入射面５１に入射する第２入射角θ２よりも、大きい。また、第２入射角θ２は、第３光源部３ｃのレーザ光Ｌ３ｃの光軸Ａ３ｃが導光体５の入射面５１に入射する第３入射角θ３よりも、大きい。
これにより、第１レーザ光源群６ａにおけるレーザ光Ｌ３ａの光軸Ａ３ａの入射角θ１は、第２レーザ光源群６ｂにおけるレーザ光Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃの光軸Ａ３ｂ，Ａ３ｃの入射角θ２，θ３よりも、大きい。したがって、複数の光源部３は、レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの光軸Ａ３ａ〜Ａ３ｃが導光体５の入射面５１に入射する入射角θ１〜θ３の大きさごとに、複数のレーザ光源群６ａ，６ｂに区分されている。
ここで、各光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの発散角は、半導体レーザ３１とコリメートレンズ３２との離間距離により、変更できる。なお、「発散角」とは、発散光で、光パワー密度がビーム断面内の最大値に対してｅ-2（＝0.1353）になる点のうち、最も外側にある点を通る光線と光軸がなす角度の２倍のことをいう。また、「集束角」とは、集束光で、光パワー密度がビーム断面内の最大値に対してｅ-2（＝0.1353）になる点のうち、最も外側にある点を通る光線と光軸がなす角度の２倍のことをいう。また、ビームの断面形状が等方的（真円形状）でなく、楕円形状である場合には、当該レーザ光の発散角又は集束角は、楕円形状の各軸の発散角又は集束角の平均値とする。
そして、第１光源部３ａから出射されるレーザ光Ｌ３ａの光学系４に入射される際の発散角は、第２光源部３ｂから出射されレーザ光Ｌ３ｂの光学系４に入射される際の発散角よりも、小さくなっている。また、第２光源部３ｂから出射されるレーザ光Ｌ３ｂの光学系４に入射される際の発散角は、第３光源部３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ｃの光学系４に入射される際の発散角よりも、小さくなっている。
本実施形態においては、各光源部３ａ〜３ｃは、光学系４との距離が略等しくなるように、配置されているため、各光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの光学系４に入射される際の発散角は、光学系４に入射される際のビーム径と比例する。したがって、図３（図１０及び図１１も同様）において、光学系４に入射される各レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの発散角は、ビーム径が小さい順に、小さいことを示している。
本実施形態においては、光学系４により、光源部３ａ〜３ｃからのレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃが導光体５の入射面５１の中心に向けて集束している。具体的には、光学系４は、各レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの集光点近傍に導光体５の入射面５１が位置するように、各レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃを集束している。これにより、各光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの光学系４に入射される際の発散角と、当該レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃが導光体５の入射面５１に入射する際の集束角（又は発散角）とは、比例する。
したがって、導光体５の入射面５１に入射する際における第１光源部３ａのレーザ光Ｌ３ａの集束角（又は発散角）は、導光体５の入射面５１に入射する際における第２光源部３ｂのレーザ光Ｌ３ｂの集束角（又は発散角）よりも、小さい。また、導光体５の入射面５１に入射する際における第２光源部３ｂのレーザ光Ｌ３ｂの集束角（又は発散角）は、導光体５の入射面５１に入射する際における第３光源部３ｃのレーザ光Ｌ３ｃの集束角（又は発散角）よりも、小さい。
このように、光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの光軸Ａ３ａ〜Ａ３ｃの入射角θ１〜θ３が大きいほど、導光体５の入射面５１に入射する際における当該レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの集束角（又は発散角）が小さい。したがって、導光体５の入射面５１に入射する際における第１レーザ光源群６ａのレーザ光Ｌ３ａの集束角（又は発散角）は、導光体５の入射面５１に入射する際における第２レーザ光源群６ｂのレーザ光Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃの集束角（又は発散角）よりも、小さい。
次に、導光体５の入射面５１に対するレーザ光の入射角と、当該レーザ光における導光体５内の光路長との関係について、図５及び図６を参酌して説明する。
図５に示すように、集束角θ４１で集束されている第１のレーザ光Ｌ３ｄは、導光体５の入射面５１に入射角θ５１で入射され、導光体５の内部で、屈折角θ５２で且つ発散角θ４２で発散している。なお、空気の屈折率がｎ１で、導光体５の屈折率がｎ２である場合、θ４２＝（ｎ１／ｎ２）×θ４１及びθ５２＝（ｎ１／ｎ２）×θ５１となるが、図５は、理解しやすいように、ｎ１＝ｎ２、即ち、θ４１＝θ４２及びθ５１＝θ５２として、示している。
そして、当該第１のレーザ光Ｌ３ｄにおいては、光軸Ａ３ｄの部分の光路（図５において２点鎖線）と、外側Ｂ３ｄの部分の光路（図５において破線）とは、異なっている。例えば、光軸Ａ３ｄの部分が入射面５１から出射面５２まで進む際に、光軸Ａ３ｄの部分の光路と外側Ｂ３ｄの部分の光路との間に、光路長差Ｌ１が生じている。なお、図５において、光軸Ａ３ｄの部分が入射面５１の点Ｐ１から出射面５２の点Ｐ２まで進んだ際に、外側Ｂ３ｄの部分が入射面５１の点Ｐ１から導光体５の内部の点Ｐ３まで進むことを示している。
それに対して、図６に示すように、第２のレーザ光Ｌ３ｅは、第１のレーザ光Ｌ３ｄと同じ集束角θ４１で集束され、第１のレーザ光Ｌ３ｄの入射角θ５１より大きい入射角θ６１で、導光体５の入射面５１に入射されている。そして、該第２のレーザ光Ｌ３ｅは、導光体５の内部で、第１のレーザ光Ｌ３ｄの屈折角θ５２より大きい屈折角θ６２で且つ第１のレーザ光Ｌ３ｄの発散角θ４２と同じ発散角θ４２で発散している。なお、図６も、図５と同様に、ｎ１（空気の屈折率）＝ｎ２（導光体５の屈折率）、即ち、θ４１＝θ４２及びθ６１＝θ６２として、示している。
そして、当該第２のレーザ光Ｌ３ｅにおいては、光軸Ａ３ｅの部分が入射面５１から出射面５２まで進む際に、光軸Ａ３ｅの部分の光路（図６において２点鎖線）と外側Ｂ３ｅの部分の光路（図６において破線）との間に、光路長差Ｌ２が生じている。なお、図６において、光軸Ａ３ｅの部分が入射面５１の点Ｐ１から出射面５２の点Ｐ４まで進んだ際に、外側Ｂ３ｅの部分が入射面５１の点Ｐ１から導光体５の内部の点Ｐ５まで進むことを示している。
このとき、第２のレーザ光Ｌ３ｅにおける導光体５内の光路長は、第１のレーザ光Ｌ３ｄにおける導光体５内の光路長よりも、長い。したがって、同じ発散角θ４２（又は集束角θ４１）である第１及び第２のレーザ光Ｌ３ｄ，Ｌ３ｅにおいて、第２のレーザ光Ｌ３ｅにおける光路長差Ｌ２は、第１のレーザ光Ｌ３ｄにおける光路長差Ｌ１よりも、大きくなる。
即ち、レーザ光の入射角が大きいほど、導光体５内の光路長が長くなるため、発散している（又は集束している）レーザ光においては、光軸部分と他部分との光路長差が大きくなる。したがって、レーザ光の入射角が大きいほど、コヒーレンスが低下するため、スペックルノイズが発生し難くなる。
次に、導光体５の入射面５１に入射する際におけるレーザ光の集束角（又は発散角）と、当該レーザ光における導光体５内の光路長との関係について、図７及び図８を参酌して説明する。
図７に示すように、導光体５の入射面５１に入射角θ７１で入射されている第１のレーザ光Ｌ３ｆは、集束角θ８１で集束され、導光体５の内部で、屈折角θ７２で且つ発散角θ８２で発散している。なお、図７も、図５及び図６と同様に、ｎ１（空気の屈折率）＝ｎ２（導光体５の屈折率）、即ち、θ７１＝θ７２及びθ８１＝θ８２として、示している。
そして、当該第１のレーザ光Ｌ３ｆにおいては、光軸Ａ３ｆの部分の光路（図７において２点鎖線）と、外側Ｂ３ｆの部分の光路（図７において破線）とは、異なっている。例えば、光軸Ａ３ｆの部分が入射面５１から出射面５２まで進む際に、光軸Ａ３ｆの部分の光路と外側Ｂ３ｆの部分の光路との間に、光路長差Ｌ３が生じている。なお、図７において、光軸Ａ３ｆの部分が入射面５１の点６４から出射面５２の点７５まで進んだ際に、外側Ｂ３ｆの部分が入射面５１の点Ｐ６から導光体５の内部の点Ｐ８まで進むことを示している。
それに対して、図８に示すように、第２のレーザ光Ｌ３ｇは、第１のレーザ光Ｌ３ｆと同じ入射角θ７１で導光体５の入射面５１に入射され、第１のレーザ光Ｌ３ｆの集束角θ８１より大きい集束角θ９１で集束されている。そして、該第２のレーザ光Ｌ３ｇは、導光体５の内部で、第１のレーザ光Ｌ３ｆの屈折角θ７２と同じ屈折角θ７２で、且つ第１のレーザ光Ｌ３ｆの発散角θ８２より大きい発散角θ９２で発散している。なお、図８も、図５〜図７と同様に、ｎ１（空気の屈折率）＝ｎ２（導光体５の屈折率）、即ち、θ７１＝θ７２及びθ９１＝θ９２として、示している。
そして、当該第２のレーザ光Ｌ３ｇにおいては、光軸Ａ３ｇの部分が入射面５１から出射面５２まで進む際に、光軸Ａ３ｇの部分の光路（図８において２点鎖線）と外側Ｂ３ｇの部分の光路（図８において破線）との間に、光路長差Ｌ４が生じている。なお、図８において、光軸Ａ３ｇの部分が入射面５１の点Ｐ６から出射面５２の点Ｐ７まで進んだ際に、外側Ｂ３ｇの部分が入射面５１の点Ｐ６から導光体５の内部の点Ｐ９まで進むことを示している。
このとき、第２のレーザ光Ｌ３ｇにおける光軸Ａ３ｇの部分の光路長は、第１のレーザ光Ｌ３ｆにおける光軸Ａ３ｆの部分の光路長と、同じである。それに対して、第２のレーザ光Ｌ３ｇにおける外側Ｂ３ｇの部分の光路長は、第１のレーザ光Ｌ３ｆにおける外側Ｂ３ｆの部分の光路長よりも、長い。したがって、同じ入射角θ７１（又は屈折角θ７２）である第１及び第２のレーザ光Ｌ３ｆ，Ｌ３ｇにおいて、第２のレーザ光Ｌ３ｇにおける光路長差Ｌ４は、第１のレーザ光Ｌ３ｆにおける光路長差Ｌ３よりも、大きくなる。
即ち、導光体５の入射面５１に入射する際におけるレーザ光の集束角（又は発散角）が大きいほど、当該レーザ光における光軸部分と他部分との光路長差が大きくなる。したがって、導光体５の入射面５１に入射する際におけるレーザ光の集束角（又は発散角）が大きいほど、コヒーレンスが低下するため、スペックルノイズが発生し難くなる。
次に、本実施形態に係るレーザ光源装置２の作用効果について、図９及び図１０を参酌して、検証する。なお、図１０は、図３と同様に、光学系４の光学入射面４１に対する、各光の入射位置及びビーム径を示している。
検証するために、図９に示すように、レーザ光源装置２から出射された光を、ロッドインテグレータ１４、投影レンズ１５，１６の順に入射させ、ロッドインテグレータ１４の端面像をスクリーン１００に約１００倍で拡大投射した。そして、そのスクリーン１００をＣＣＤカメラ１７で撮影することで、スクリーン１００に投影された画像からスペックルコントラストを測定した。
なお、スペックルコントラストは、ＣＣＤカメラ１７の各ピクセルにおける光強度の標準偏差を各ピクセルにおける光強度の平均値で除したものである。そして、スペックルコントラストは、大きいほど光強度のバラツキ（スペックルノイズ）を有するという指標である。
図１０に示すように、光学系４の光学入射面４１において、第１のレーザ光Ｌ３ｈが、第２のレーザ光Ｌ３ｉよりも、中心から離れている場合について検証する。即ち、第１のレーザ光Ｌ３ｈの入射角（２０°）が、第２のレーザ光Ｌ３ｉの入射角（１０°）よりも、大きい場合について検証する。
まず、導光体５の入射面５１に入射する際における第１のレーザ光Ｌ３ｈの集束角（１０°）が、導光体５の入射面５１に入射する際における第２のレーザ光Ｌ３ｉの集束角（２０°）よりも、小さい場合、スペックルコントラストが１１．９％であった。反対に、導光体５の入射面５１に入射する際における第１のレーザ光Ｌ３ｈの集束角（２０°）が、導光体５の入射面５１に入射する際における第２のレーザ光Ｌ３ｉの集束角（１０°）よりも、大きい場合、スペックルコントラストが１４．０％であった。
これにより、導光体５の入射面５１に入射する際における集束角（又は発散角）が小さいレーザ光ほど、入射角を大きくすることで、スペックルノイズを低減することが検証できた。
以上より、本実施形態に係る画像投影装置１及びレーザ光源装置２によれば、複数のレーザ光源群６ａ，６ｂは、導光体５の入射面５１に向けてレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃを出射する光源部３ａ〜３ｃを備えている。また、複数のレーザ光源群６ａ，６ｂは、光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの光軸Ａ３ａ〜Ａ３ｃの入射面５１に対する入射角θ１〜θ３の大きさごとに区分されている。
ところで、レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの入射角θ１〜θ３が大きいほど、導光体５内の光路長が長くなるため、発散しているレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃにおいては、例えば、光軸部分と他部分との光路長差が大きくなる。また、同じ入射角においては、導光体５の入射面５１に入射する際におけるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの集束角又は発散角が大きいほど、当該レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃにおいては、例えば、光軸部分と他部分との光路長差が大きくなる。
このように、レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃにおける光軸部分と他部分との光路長差が大きくなることにより、コヒーレンスが低下する。その結果、スペックルノイズが低減する。そこで、本発明に係るレーザ光源装置２においては、レーザ光源群６ａ，６ｂのレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの入射角θ１〜θ３が大きいほど、当該レーザ光源群６ａ，６ｂにおける導光体５の入射面５１に入射する際のレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの集束角又は発散角の平均値が小さくなっている。
これにより、集束角又は発散角の小さいレーザ光Ｌ３ａにおいても、入射角θ１を大きくすることにより、光路長が長くなるため、例えば、レーザ光Ｌ３ａにおける光軸部分と他部分との光路長差が確保される。したがって、装置全体におけるレーザ光のコヒーレンスが低下するため、装置全体におけるスペックルノイズが低減する。
また、本実施形態に係る画像投影装置１及びレーザ光源装置２によれば、光源部３ａ〜３ｃのレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの入射角θ１〜θ３が大きいほど、当該光源部３ａ〜３ｃにおける導光体５の入射面５１に入射する際のレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの集束角又は発散角が小さい。即ち、レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの集束角又は発散角が小さくなることに伴って、当該レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの入射角θ１〜θ３が大きくなっている。したがって、装置全体におけるレーザ光のコヒーレンスが効果的に低下するため、装置全体におけるスペックルノイズが効果的に低減する。
なお、本発明は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
上記実施形態に係るレーザ光源装置２においては、光源部３ａ〜３ｃのレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの入射角θ１〜θ３が大きいほど、当該光源部３ａ〜３ｃにおける導光体５の入射面５１に入射する際のレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの集束角又は発散角が小さい、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置２は、斯かる構成に限られない。
例えば、本発明に係るレーザ光源装置２においては、図１１に示すように、複数のレーザ光のうち幾つかは、大きい入射角であるレーザ光の方が、入射面５１に入射する際の集束角又は発散角が大きい、という構成でもよい。図１１に係るレーザ光源装置２においては、第１レーザ光源群のレーザ光には、第１及び第２のレーザ光Ｌ３ｊ，Ｌ３ｋが存在し、第２レーザ光源群のレーザ光には、第３〜第７のレーザ光Ｌ３ｌ〜Ｌ３ｐが存在している。
そして、導光体５の入射面５１への入射角については、第１と第２とのレーザ光Ｌ３ｊ，Ｌ３ｋは、同じであり、第３〜第５のレーザ光Ｌ３ｌ，Ｌ３ｍ，Ｌ３ｎは、同じであり、第６と第７とのレーザ光Ｌ３ｏ，Ｌ３ｐ、同じである。なお、第１と第２とのレーザ光Ｌ３ｊ，Ｌ３ｋの入射角は、第３〜第５のレーザ光Ｌ３ｌ，Ｌ３ｍ，Ｌ３ｎの入射角よりも、大きく、第３〜第５のレーザ光Ｌ３ｌ，Ｌ３ｍ，Ｌ３ｎの入射角は、第６と第７とのレーザ光Ｌ３ｏ，Ｌ３ｐよりも、大きい。
また、導光体５の入射面５１に入射する際の集束角（又は発散角）については、第１と第３とのレーザ光Ｌ３ｊ，Ｌ３ｌは、同じであり、第２と第４と第６とのレーザ光Ｌ３ｋ，Ｌ３ｍ，Ｌ３ｏは、同じであり、第５と第７とのレーザ光Ｌ３ｎ，Ｌ３ｐは、同じである。なお、第１と第３とのレーザ光Ｌ３ｊ，Ｌ３ｌの集束角（又は発散角）は、第２と第４と第６とのレーザ光Ｌ３ｋ，Ｌ３ｍ，Ｌ３ｏの集束角（又は発散角）よりも、小さく、さらに、第２と第４と第６とのレーザ光Ｌ３ｋ，Ｌ３ｍ，Ｌ３ｏの集束角（又は発散角）は、第５と第７とのレーザ光Ｌ３ｎ，Ｌ３ｐの集束角（又は発散角）よりも、小さい。
そして、図１１に係るレーザ光源装置２によれば、第１レーザ光源群のレーザ光Ｌ３ｊ，Ｌ３ｋは、第２レーザ光源群のレーザ光Ｌ３ｌ〜Ｌ３ｐに対して、入射角が大きく、また、導光体５の入射面５１に入射する際の集束角（又は発散角）の平均値が小さい、という構成である。要するに、本発明に係るレーザ光源装置２においては、レーザ光源群６のレーザ光の入射角が大きいほど、当該レーザ光源群６における導光体５の入射面５１に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角の平均値が小さい、という構成であればよい。
また、上記実施形態に係るレーザ光源装置２においては、複数のレーザ光源群６ａ，６ｂは、光源部３が同数となるように、即ち、光源部３（レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃ）の数に基づいて、複数の光源部３を入射角の大きさごとに区分けされている、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。
例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、複数のレーザ光源群は、等間隔に区分された角度又は立体角に基づいて、複数の光源部３を入射角度の大きさごとに区分けされている、という構成でもよい。要するに、本発明に係るレーザ光源装置においては、複数のレーザ光源群は、複数の光源部３を入射角の大きさごとに区分けされている、という構成であればよい。
また、上記実施形態に係るレーザ光源装置２においては、レーザ光源群６ａ，６ｂは、二つ備える、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、レーザ光源群６は、三つ以上備える、という構成でもよい。
また、上記実施形態に係るレーザ光源装置２においては、光源部３は、コリメートレンズ３２を備えている、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、光源部３は、コリメートレンズ３２を備えておらず、外部共振器型半導体レーザである、という構成でもよい。なお、斯かる構成においては、外部共振器の共振器長を変化させることで、光源部３から出射されてレーザ光の光学系４に入射される際の発散角を変更できる。
また、上記実施形態に係るレーザ光源装置２は、光学系４を備えている、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置は、光学系４を備えておらず、光源部３から出射されたレーザ光が導光体５の入射面５１に直接入射される、という構成でもよい。
また、上記実施形態に係るレーザ光源装置２においては、各光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの発散角と、当該レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃが導光体５の入射面５１に入射する際の集束角（又は発散角）とは、比例する、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、各光源部３ａ〜３ｃが異なる光学系４に入射することにより、各光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの発散角と、当該レーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃが導光体５の入射面５１に入射する際の集束角（又は発散角）とが、比例しない、という構成でもよい。
また、上記実施形態に係るレーザ光源装置２においては、各光源部３ａ〜３ｃと光学系４との距離が略等しいため、各光源部３ａ〜３ｃから出射されるレーザ光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃの光学系４に入射される際の発散角は、光学系４に入射される際のビーム径と比例する、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、各光源部３と光学系４と距離が異なることにより、各光源部３から出射されるレーザ光Ｌ３の光学系４に入射される際の発散角が、光学系４に入射される際のビーム径と比例しない、という構成でもよい。
また、上記実施形態に係るレーザ光源装置２は、画像投影装置１に用いられるという構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置は、レーザ光を用いて露光を行う露光装置に用いられるという構成でもよい。
また、上記実施形態に係る画像投影装置１は、レーザ光源装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを三つ備える、という構成である。しかしながら、本発明に係る画像投影装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る画像投影装置は、レーザ光源装置２を一つ備える構成でもよく、レーザ光源装置２を二つ備える構成でもよく、さらに、レーザ光源装置２を四つ以上備える構成でもよい。
１…画像投影装置、２…レーザ光源装置、３，３ａ，３ｂ，３ｃ…光源部、４…光学系、５…導光体、６，６ａ，６ｂ…レーザ光源群、１１…光源側光学系、１１ａ…インテグレータ光学系、１１ｂ…反射ミラー、１２…画像光学系、１２ａ…空間変調素子、１２ｂ…全反射プリズム、１２ｃ…ダイクロイックプリズム、１３…投影光学系、１４…ロッドインテグレータ、１５，１６…投影レンズ、１７…ＣＣＤカメラ、３１…半導体レーザ、３２…コリメートレンズ、４１…光学入射面、５１…入射面、５２…出射面、１００…スクリーン

Claims (4)

  1. レーザ光を出射する複数の光源部と、
    前記複数の光源部から出射されるレーザ光が入射される入射面を有する導光体と、を備え、
    前記複数の光源部は、レーザ光の光軸の前記入射面に対する入射角の大きさごとに、複数のレーザ光源群に区分され、
    前記レーザ光源群のレーザ光の入射角が大きいほど、当該レーザ光源群における前記入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角の平均値が小さいレーザ光源装置。
  2. レーザ光を出射する複数の光源部と、
    前記複数の光源部から出射されるレーザ光が入射され、当該光を導光体の入射面に向けて出射する光学系と、を備え、
    前記複数の光源部は、レーザ光の光軸の前記入射面に対する入射角の大きさごとに複数のレーザ光源群に区分され、
    前記光源部及び前記光学系は、前記レーザ光源群のレーザ光の入射角が大きいほど、当該レーザ光源群における前記入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角の平均値が小さくなるように、構成されるレーザ光源装置。
  3. 前記光源部のレーザ光の入射角が大きいほど、当該光源部における前記入射面に入射する際のレーザ光の集束角又は発散角が小さい請求項１又は２に記載のレーザ光源装置。
  4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ光源装置を少なくとも一つ備え、前記レーザ光源装置から出射される光を投射光として用いる画像投影装置。
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