WO2014199485A1 - 照明光学系、プロジェクターおよびプロジェクターシステム - Google Patents

照明光学系、プロジェクターおよびプロジェクターシステム Download PDF

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庄司　英策
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Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3161—Modulator illumination systems using laser light sources

Definitions

  • the present invention relates to a projector provided with a laser light source.
  • Some recent projectors are equipped with a laser light source.
  • laser light output from a laser light source is irradiated onto a display device made of a liquid crystal panel or DMD (Digital Micromirror Device), and image light formed by the display device is projected onto a projection surface by a projection lens.
  • DMD Digital Micromirror Device
  • speckle noise When laser light is irradiated to the diffusion surface, the light diffused at each point on the diffusion surface interferes with each other, thereby generating a speckle-shaped interference pattern (interference pattern) called speckle noise.
  • speckle noise due to the coherence (coherence) of the laser light occurs on the projection surface (diffusion surface). This speckle noise is an obstacle when observing a display image, and deteriorates the image quality.
  • Patent Document 1 describes a projector that can reduce speckle noise.
  • the projector described in Patent Document 1 includes a first light source that outputs red laser light, a second light source that outputs green laser light, a third light source that outputs blue laser light, and a first light source.
  • the first liquid crystal panel irradiated with the red laser light output from the light source, the second liquid crystal panel irradiated with the green laser light output from the second light source, and the output from the third light source
  • a third liquid crystal panel irradiated with the blue laser light, a cross dichroic prism for synthesizing red, green, and blue light beams (image light) transmitted through the first to third liquid crystal panels, and a cross dichroic
  • a projection lens configured to project a light beam (image light) synthesized by the prism; and first to third diffusing portions provided on the emission surface side of each of the first to third liquid crystal panels.
  • Each of the first to third diffusing parts includes a circular diffusing plate and a rotating mechanism that supports the central portion of the diffusing plate and rotates the diffusing plate. Since the red light beam (coherent light) transmitted through the first liquid crystal panel is diffused by the first diffusion unit, the spatial and temporal coherence can be weakened, so that speckle noise can be reduced. .
  • Speckle noise can also be reduced by diffusing the green laser light transmitted through the second liquid crystal panel and the blue laser light transmitted through the third liquid crystal panel by the second and third diffusion units. it can.
  • Patent Document 1 also discloses a configuration in which the rod integrator for uniformizing the luminance distribution of the laser light from the light source is provided in each of the first to third light sources in the projector.
  • Spectra noise can be reduced because the rod integrator can also weaken the spatial and temporal coherence. Speckle noise can be further reduced by the synergistic effect of the diffusion plate and rod integrator.
  • An object of the present invention is to provide an illumination optical system, a projector, and a projector system that can reduce speckle noise and suppress an increase in cost and size of the apparatus.
  • the first laser beam emitted from the first optical fiber is incident on one surface, and the second laser beam emitted from the second optical fiber and having a color different from that of the first laser beam is incident on the other surface.
  • a dichroic mirror that transmits the first laser light and reflects the second laser light in the same direction so as to overlap the transmitted first laser light;
  • a columnar light guide unit is provided, one of both end surfaces of the light guide unit being an incident surface and the other being an output surface, and the first and second laser beams from the dichroic mirror are guided from the incident surface.
  • an illumination optical system having a diffuser plate that diffuses light disposed so as to face the entrance surface or the exit surface of the rod integrator.
  • the above illumination optical system Display means for spatially modulating laser light from the illumination optical system to form image light; There is provided a projector having a projection lens that projects the image light formed by the display means.
  • the above illumination optical system Color separation means for separating laser light from the illumination optical system into red light, blue light, and green light; A first display element that spatially modulates the red light separated by the color separation means to form red image light; A second display element that spatially modulates the green light separated by the color separation means to form green image light; A third display element that spatially modulates the blue light separated by the color separation means to form blue image light; There is provided a projector having a projection lens that projects the red image light, the green image light, and the blue image light formed by the first to third display elements.
  • a light source device for outputting red laser light, green laser light and blue laser light, and A first optical fiber for guiding the green laser light and blue laser light output from the light source device to the projector; And a second optical fiber for guiding the red laser light output from the light source device to the projector.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an illumination optical system according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination optical system 10 is used in a projector and includes lenses 1 and 2, a dichroic mirror 3, a rod integrator 4, and diffusion plates 5 and 6.
  • the lens 1 condenses the first laser light emitted from the optical fiber 101.
  • the lens 2 condenses the second laser light emitted from the optical fiber 102 and having a color different from that of the first laser light.
  • the optical fibers 101 and 102 have the same structure.
  • the optical axis of the lens 1 is orthogonal or substantially orthogonal to the optical axis of the lens 2, and the dichroic mirror 3 is provided at the intersection of these optical axes.
  • the first laser beam from the lens 1 is incident on one surface of the dichroic mirror 3 at an incident angle of approximately 45 °.
  • the second laser light from the lens 2 is incident on the other surface of the dichroic mirror 3 at an incident angle of approximately 45 °.
  • the dichroic mirror 3 is a composite optical element that synthesizes the first laser light from the lens 1 and the second laser light from the lens 2 in one direction, and transmits the first laser light from the lens 1.
  • the second laser light from the lens 2 is reflected toward the direction in which the first laser light is transmitted.
  • the dichroic mirror 3 reflects red light and emits green and blue light. It is comprised from the reflective film which has the spectral reflection characteristic which permeate
  • the reflection film having such spectral reflection characteristics can be formed of a dielectric multilayer film.
  • the first laser light condensed by the lens 1 and the second laser light condensed by the lens 2 are supplied to one end face of the rod integrator 4 via the dichroic mirror 3 and the diffusion plate 5.
  • the rod integrator 4 is composed of a columnar light guide (for example, a quadrangular prism-shaped glass structure), and one of both end faces of the light guide is an entrance surface and the other is an exit surface.
  • the central axis of the rod integrator 4 coincides with the optical axis of the lens 1.
  • the lens 1 forms an image (light source image) of the exit surface of the optical fiber 101 on the incident surface of the rod integrator 4, and the lens 2 forms an image (light source image) of the exit surface of the optical fiber 102 on the entrance surface of the rod integrator 4.
  • Image on top That is, the entrance surface of the rod integrator 4 and the exit surfaces of the optical fibers 101 and 102 are in a conjugate relationship.
  • the diffusion plate 5 is provided so as to face the emission surface of the rod integrator 4. If the laser beam from the dichroic mirror 3 can be incident on the rod integrator 4, the diffusion plate 5 may be disposed anywhere between the dichroic mirror 3 and the rod integrator 4. From the viewpoint of miniaturization, It is desirable that the diffuser plate 5 is disposed in the vicinity of the incident surface of the rod integrator 4 (a position conjugate to the respective exit surfaces of the optical fibers 101 and 102 via the lenses 1 and 2). The distance between the diffusion plate 5 and the incident surface of the rod integrator 4 is, for example, about 1 mm.
  • the diffuser plate 5 diffuses the first and second laser beams from the dichroic mirror 3 and has a fine uneven structure for diffusing incident light on at least one of the incident surface and the exit surface thereof.
  • the diffusion plate 5 for example, frosted glass can be used.
  • the diffusion plate 6 is provided to face the emission surface of the rod integrator 4. From the viewpoint of miniaturization, it is desirable to dispose the diffusion plate 6 in the vicinity of the exit surface of the rod integrator 4.
  • the distance between the diffusion plate 6 and the exit surface of the rod integrator 4 is, for example, about 1 mm.
  • the diffusion plate 6 diffuses the laser light emitted from the rod integrator 4. Similar to the diffusing plate 5, a fine concavo-convex structure for diffusing incident light is formed on at least one of the incident surface and the emitting surface of the diffusing plate 6. As the diffusion plate 6, for example, frosted glass can be used.
  • the first and second laser beams emitted from the optical fibers 101 and 102 are synthesized by the dichroic mirror 3, and the synthesized laser beam is diffused by the diffusion plate 5. Due to the diffusion at the diffusion plate 5, the coherence of the synthetic laser beam is weakened, and as a result, speckle noise is reduced.
  • the diffused light from the diffusion plate 5 enters the rod integrator 4.
  • the light incident from the incident surface propagates through the rod while being repeatedly reflected on the inner surface of the rod, and then is emitted from the exit surface. Due to the multiple reflection in the propagation process in the rod, the brightness of the light is made uniform and the coherence is weakened. Thereby, speckle noise is further reduced.
  • the light emitted from the rod integrator 4 is diffused by the diffusion plate 6. Due to the diffusion at the diffusion plate 6, coherence is weakened and speckle noise is further reduced.
  • speckle noise is reduced by the combination of the two diffusion plates 5 and 6 and one rod integrator 4.
  • speckle noise is reduced by a combination of three diffusion plates each having a mechanism for rotating the diffusion plate and three rod integrators.
  • the number of diffusion plates and rod integrators are both smaller than those described in Patent Document 1, so that the cost and size can be reduced.
  • FIG. 2 is an external view of a projector system provided with the illumination optical system of the present embodiment
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the projector system.
  • the projector system includes a projector main body 20, a laser light source device 30, and optical fibers 101 and 102 for supplying laser light from the laser light source device 30 to the projector main body 20.
  • the laser light source device 30 has laser light sources 31 and 32.
  • the laser light sources 31 and 32 are made of a semiconductor laser or the like.
  • the laser light source 31 has a green laser light source unit that outputs green laser light and a blue laser light source unit that outputs blue laser light.
  • the green and blue laser beams emitted from the laser light source 31 are supplied to the projector main body 20 via the optical fiber 101.
  • the laser light source 32 has a red laser light source unit that outputs red laser light.
  • the red laser light emitted from the laser light source 32 is supplied to the projector main body 20 via the optical fiber 102.
  • the projector body 20 includes lenses 1, 2, dichroic mirror 3, rod integrator 4, diffuser plates 5 and 6, lens group 15, mirror 16, TIR prism 7, Philips prism 8, DMD 9, and projection lens 11.
  • Lenses 1, 2, dichroic mirror 3, rod integrator 4, and diffusion plates 5, 6 are the same as those shown in FIG.
  • the green and blue laser beams emitted from the optical fiber 101 enter the lens 1.
  • the red laser light emitted from the optical fiber 102 enters the lens 2.
  • the green and blue laser lights are collected by the lens 1, and the red laser light is collected by the lens 2.
  • the green and blue laser lights collected by the lens 1 are transmitted through the dichroic mirror 3 and diffused by the diffusion plate 5.
  • the red laser beam condensed by the lens 2 is reflected by the dichroic mirror 3 and diffused by the diffusion plate 5.
  • the red, green and blue laser beams diffused by the diffusion plate 5 are supplied to one end face of the rod integrator 4.
  • the red, green, and blue laser beams emitted from the rod integrator 4 are diffused by the diffusion plate 6.
  • the red, green, and blue laser light diffused by the diffusion plate 6 is irradiated to the DMD 9 through the lens group 15, the mirror 16, the TIR prism 7, and the Philips prism 8.
  • the lens group 15 is disposed at a position facing the exit surface of the rod integrator 4.
  • the optical axis of the lens 1, the optical axis of the lens group 15, and the central axis of the rod integrator 4 coincide.
  • the lens group 15 includes a relay optical system, and forms an image (light source image) of the exit surface of the rod integrator 4 on the display surface of the DMD 9. That is, the exit surface of the rod integrator 4 and the display surface of the DMD 9 are in a conjugate relationship.
  • the diffusion plate 6 is provided in the vicinity of the exit surface of the rod integrator 4 (a position conjugate with the display surface of the DMD 9 via the lens group 15).
  • the mirror 16 reflects the red, green and blue laser beams emitted from the lens group 15 toward the TIR prism 7.
  • the TIR prism 7 includes two triangular prisms 7a and 7b, and a part of the inclined surface of the triangular prism 7a is bonded to the inclined surface of the triangular prism 7b.
  • the triangular prism 7a When the triangular prism 7a is viewed from the side, the triangular prism 7a has two surfaces adjacent to the inclined surface, and red, green and blue laser beams from the mirror 16 enter the prism from one surface.
  • the laser beam incident on the prism is totally reflected in a region other than the region in contact with the inclined surface of the triangular prism 7b among the inclined surfaces, and the reflected light is emitted from the other surface.
  • the red, green and blue laser beams emitted from the other surface of the triangular prism 7a are incident on the Philips prism 8.
  • the laser light emitted from the other surface of the triangular prism 7a is separated into red, green and blue light fluxes and emitted from different surfaces.
  • DMD 9 is a display element for green, and is arranged so as to face the emission surface of the green light beam of the Philips prism 8.
  • the red and blue display elements are arranged so as to face the emission surface of the red light beam and the emission surface of the blue light beam of the Philips prism 8, respectively.
  • the display elements for red and blue are made of DMD.
  • the green DMD 9 spatially modulates the green light beam from the Philips prism 8 to form green image light.
  • the red DMD spatially modulates the red light beam from the Philips prism 8 to form red image light.
  • the blue DMD spatially modulates the blue light beam from the Philips prism 8 to form blue image light.
  • the Philips prism 8 functions as a color synthesizing element that synthesizes red, green, and blue image light.
  • the incident red, green, and blue image light enters the triangular prism 7b from a region covered by the inclined surface of the triangular prism 7b among the inclined surfaces of the triangular prism 7a.
  • the triangular prism 7b When the triangular prism 7b is viewed from the side, the triangular prism 7b has two surfaces adjacent to the inclined surface, and the red, green and blue laser beams incident from the triangular prism 7a are emitted from one surface.
  • Image light (red + green + blue) emitted from one surface of the triangular prism 7b is projected on a projection surface (not shown) by the projection lens 11.
  • the illumination optical system includes lenses 1 and 2, dichroic mirror 3, rod integrator 4, diffuser plates 5 and 6, and lens group 15. Also in this illumination optical system, the effect of reducing speckle noise by the rod integrator 4 and the diffusion plates 5 and 6 as described above can be obtained, and the effect of reducing the cost and downsizing of the apparatus can be obtained.
  • the laser light source 31 may have a plurality of green laser light sources and a plurality of blue laser light sources.
  • the optical fiber 101 includes a plurality of optical fibers corresponding to the plurality of green laser light sources and a plurality of optical fibers corresponding to the plurality of blue laser light sources, respectively.
  • the laser light source 32 may have a plurality of red laser light sources.
  • the optical fiber 102 includes a plurality of optical fibers corresponding to the plurality of red laser light sources.
  • the optical fiber 101 may include six blue optical fibers and six green optical fibers
  • the optical fiber 102 may include twelve red optical fibers.
  • the blue and green optical fibers may be arranged in two horizontal rows on the entrance surface or the exit surface of the optical fiber 101.
  • red optical fibers may be arranged in two horizontal rows on the incident surface or the output surface of the optical fiber 102.
  • the first row may be a blue optical fiber row and the second row may be a green optical fiber row. Further, the blue optical fibers and the green optical fibers may be arranged alternately or in a staggered manner.
  • the blue optical fiber and the green optical fiber By arranging the blue optical fiber and the green optical fiber in a staggered manner, the blue light beam emitted from each blue optical fiber and the green light beam emitted from the green optical fiber can be regarded as one light beam.
  • the projector system shown in FIGS. 2 and 3 has a three-plate structure including three DMDs, a red DMD, a green DMD, and a blue DMD, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention may have a single-plate structure in which red image light, green image light, and blue image light are formed in a time division manner using one DMD.
  • the flip prism 8 is not necessary.
  • a reflective liquid crystal display device may be used instead of the DMD 9.
  • one of the diffusion plate 5 and the diffusion plate 6 may be removed. Thereby, cost reduction and size reduction can be further achieved.
  • the rod integrator takes up space.
  • the diffusion plate is arranged in the vicinity of the conjugate position from the viewpoint of miniaturization.
  • the entrance surface of the rod integrator 4 and the exit surfaces of the optical fibers 101 and 102 are arranged at conjugate positions via the lenses 1 and 2. It is arranged close to the incident surface.
  • the diffusion plate 5 by arranging the diffusion plate 5 at the conjugate position, the size of the diffusion plate 5 can be reduced.
  • the effect of reducing speckle noise when the diffusion plate 5 is arranged at the conjugate position is larger than when the diffusion plate 5 is arranged at a place other than the conjugate position.
  • the diffusion plate 6 can also be arranged at the conjugate position to reduce the size and increase the speckle noise reduction effect.

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Abstract

　照明光学系（１０）は、光ファイバー（１０１）より出射した第１のレーザー光が一方の面に、光ファイバー（１０２）より出射した、第１のレーザー光とは色が異なる第２のレーザー光が他方の面に、それぞれ４５度の入射角で入射するように設けられたダイクロイックミラー（３）と、ダイクロイックミラー（３）からの第１および第２のレーザー光が供給されるロッドインテグレータ（４）と、ダイクロイックミラー（３）とロッドインテグレータ（４）の間に設けられた拡散板（５）と、を有する。

Description

照明光学系、プロジェクターおよびプロジェクターシステム
　本発明は、レーザー光源を備えたプロジェクターに関する。
　最近のプロジェクターには、レーザー光源を備えたものがある。このプロジェクターでは、レーザー光源から出力されたレーザー光を液晶パネルやＤＭＤ（Digital　Micromirror　Device）よりなる表示デバイスに照射し、表示デバイスで形成された画像光を投写レンズによって投写面上に投写する。
　レーザー光を拡散面に照射すると、拡散面の各点で拡散した光が相互に干渉し合うことにより、スペックルノイズと呼ばれる斑点状の干渉模様（干渉パターン）が生じる。上記のレーザー光源を備えたプロジェクターにおいても、投写面（拡散面）上で、レーザー光のコヒーレンス（干渉性）に起因するスペックルノイズが生じる。このスペックルノイズは、表示画像を観察する時に目障りであり、画質を低下させてしまう。
　特許文献１には、スペックルノイズを低減することができるプロジェクターが記載されている。
　特許文献１に記載のプロジェクターは、赤色のレーザー光を出力する第１の光源と、緑色のレーザー光を出力する第２の光源と、青色のレーザー光を出力する第３の光源と、第１の光源から出力された赤色のレーザー光が照射される第１の液晶パネルと、第２の光源から出力された緑色のレーザー光が照射される第２の液晶パネルと、第３の光源から出力された青色のレーザー光が照射される第３の液晶パネルと、第１乃至第３の液晶パネルそれぞれを透過した赤色、緑色、青色の光束（画像光）を合成するクロスダイクロイックプリズムと、クロスダイクロイックプリズムで合成された光束（画像光）を投写する投写レンズと、第１乃至第３の液晶パネルそれぞれの出射面側に設けられた第１乃至第３の拡散部とを有する。
　第１乃至第３の拡散部はいずれも、円形状の拡散板と、拡散板の中心部を支持し、拡散板を回転する回転機構とから構成される。第１の液晶パネルを透過した赤色の光束（コヒーレント光）を第１の拡散部で拡散することで、空間的および時間的なコヒーレンスを弱めることができるため、スペックルノイズを低減することができる。
　第２の液晶パネルを透過した緑色のレーザー光および第３の液晶パネルを透過した青色のレーザー光についても、第２及び第３の拡散部により拡散することで、スペックルノイズを低減することができる。
　また、特許文献１には、上記プロジェクターにおいて、第１乃至第３の光源それぞれに、光源からのレーザー光の輝度分布を均一化するためのロッドインテグレータを設けた構成も開示されている。
　ロッドインテグレータによっても、空間的および時間的なコヒーレンスを弱めることができるため、スペックルノイズを低減することができる。拡散板とロッドインテグレータの相乗効果により、スペックルノイズをさらに低減することができる。
特開２００８－１２２８２３号公報
　特許文献１に記載のプロジェクターにおいて、回転機構を備えた拡散部やロッドインテグレータはスペースをとるため、装置が大型化するという問題がある。加えて、拡散部やロッドインテグレータをそれぞれ３つ設ける必要があるため、装置コストが増大するという問題がある。
　本発明の目的は、スペックルノイズを低減することができ、装置のコスト増大や大型化を抑制することができる、照明光学系、プロジェクターおよびプロジェクターシステムを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
　第１の光ファイバーより出射した第１のレーザー光が一方の面に入射し、第２の光ファイバーより出射した、前記第１のレーザー光とは色が異なる第２のレーザー光が他方の面に入射するように設けられ、前記第１のレーザー光を透過させ、該透過した第１のレーザー光と重なるように同じ方向に前記第２のレーザー光を反射するダイクロイックミラーと、
　柱状の導光部を備え、該導光部の両端面の一方が入射面、他方が出射面とされ、前記ダイクロイックミラーからの前記第１および第２のレーザー光が前記入射面より前記導光部内に入射し、該入射した第１および第２のレーザー光が、前記導光部内を伝搬して前記出射面より出射されるロッドインテグレータと、
　前記ロッドインテグレータの前記入射面または前記出射面と対向するように配置された光を拡散する拡散板と、を有する、照明光学系が提供される。
　本発明の別の態様によれば、
　上記の照明光学系と、
　前記照明光学系からのレーザー光を空間的に変調して画像光を形成する表示手段と、
　前記表示手段で形成された前記画像光を投写する投写レンズと、を有する、プロジェクターが提供される。
　本発明のさらに別の態様によれば、
　上記の照明光学系と、
　前記照明光学系からのレーザー光を、赤色の光、青色の光、および緑色の光に分離する色分離手段と、
　前記色分離手段により分離された前記赤色の光を空間的に変調して赤色画像光を形成する第１の表示素子と、
　前記色分離手段により分離された前記緑色の光を空間的に変調して緑色画像光を形成する第２の表示素子と、
　前記色分離手段により分離された前記青色の光を空間的に変調して青色画像光を形成する第３の表示素子と、
　前記第１乃至第３の表示素子により形成された、前記赤色画像光、緑色画像光および青色画像光を投写する投写レンズと、を有する、プロジェクターが提供される。
　本発明の他の態様によれば、
　上記のプロジェクターのいずれかと、
　赤色レーザー光、緑色レーザー光および青色レーザー光をそれぞれ出力する光源装置と、
　前記光源装置から出力された前記緑色レーザー光および青色レーザー光を前記プロジェクターに導くための第１の光ファイバーと、
　前記光源装置から出力された前記赤色レーザー光を前記プロジェクターに導くための第２の光ファイバーと、を有する、プロジェクターシステムが提供される。
本発明の一実施形態である照明光学系の構成を示す模式図である。 本発明の照明光学系を備えたプロジェクターシステムの外観図である。 本発明の照明光学系を備えたプロジェクターシステムの構成を示す模式図である。
１、２　レンズ
３　ダイクロイックミラー
４　ロッドインテグレータ
５、６　拡散板
１０　照明光学系
１０１、１０２　光ファイバー
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態である照明光学系の構成を示す模式図である。
　図１を参照すると、照明光学系１０は、プロジェクターに用いられるものであって、レンズ１、２、ダイクロイックミラー３、ロッドインテグレータ４および拡散板５、６を有する。
　レンズ１は、光ファイバー１０１より出射した第１のレーザー光を集光する。レンズ２は、光ファイバー１０２より出射した、第１のレーザー光とは色が異なる第２のレーザー光を集光する。光ファイバー１０１、１０２は同じ構造のものである。
　レンズ１の光軸はレンズ２の光軸と直交または略直交しており、ダイクロイックミラー３は、これら光軸の交点に設けられている。
　レンズ１からの第１のレーザー光は、略４５°の入射角でダイクロイックミラー３の一方の面に入射する。レンズ２からの第２のレーザー光は、略４５°の入射角でダイクロイックミラー３の他方の面に入射する。
　ダイクロイックミラー３は、レンズ１からの第１のレーザー光とレンズ２からの第２のレーザー光とを一方向に合成する合成光学素子であって、レンズ１からの第１のレーザー光を透過させ、レンズ２からの第２のレーザー光を、第１のレーザー光が透過した方向に向けて反射する。
　第１のレーザー光が青色のレーザー光および緑色のレーザー光を含み、第２のレーザー光が赤色のレーザー光である場合、ダイクロイックミラー３は、赤色の光を反射し、緑色および青色の光を透過させるような分光反射特性を有する反射膜より構成される。このような分光反射特性を有する反射膜は、誘電体多層膜により形成することができる。
　レンズ１により集光された第１のレーザー光およびレンズ２により集光された第２のレーザー光は、ダイクロイックミラー３および拡散板５を介してロッドインテグレータ４の一方の端面に供給される。
　ロッドインテグレータ４は、柱状の導光部（例えば、四角柱形状のガラス構造部）よりなり、該導光部の両端面の一方が入射面、他方が出射面とされる。ロッドインテグレータ４の中心軸は、レンズ１の光軸と一致している。
　レンズ１は、光ファイバー１０１の出射面の像（光源像）をロッドインテグレータ４の入射面上に結像し、レンズ２は、光ファイバー１０２の出射面の像（光源像）をロッドインテグレータ４の入射面上に結像する。すなわち、ロッドインテグレータ４の入射面と光ファイバー１０１、１０２の各出射面とは共役関係にある。
　拡散板５は、ロッドインテグレータ４の出射面と対向するように設けられている。ダイクロイックミラー３からのレーザー光をロッドインテグレータ４に入射させることができるのであれば、拡散板５は、ダイクロイックミラー３とロッドインテグレータ４の間のどこに配置されてもよいが、小型化の観点から、拡散板５を、ロッドインテグレータ４の入射面（レンズ１、２を介して光ファイバー１０１、１０２の各出射面と共役関係にある位置）近傍に配置することが望ましい。拡散板５とロッドインテグレータ４の入射面との間隔は、例えば１ｍｍ程度である。
　拡散板５は、ダイクロイックミラー３からの第１および第２のレーザー光を拡散するものであって、その入射面および出射面の少なくとも一方に、入射光を拡散させるための微細な凹凸構造を有する。拡散板５として、例えば、曇りガラスを用いることができる。
　拡散板６は、ロッドインテグレータ４の出射面と対向して設けられている。小型化の観点から、拡散板６をロッドインテグレータ４の出射面近傍に配置することが望ましい。拡散板６とロッドインテグレータ４の出射面との間隔は、例えば１ｍｍ程度である。
　拡散板６は、ロッドインテグレータ４より出射したレーザー光を拡散する。拡散板５と同様、拡散板６の入射面および出射面の少なくとも一方に、入射光を拡散するための微細な凹凸構造が形成されている。拡散板６として、例えば、曇りガラスを用いることができる。
　本実施形態の照明光学系によれば、光ファイバー１０１、１０２より出射した第１および第２のレーザー光はダイクロイックミラー３で合成され、その合成レーザー光が、拡散板５により拡散される。この拡散板５での拡散により、合成レーザー光のコヒーレンスが弱まり、その結果、スペックルノイズが低減する。
　また、拡散板５からの拡散光は、ロッドインテグレータ４に入射する。ロッドインテグレータ４では、入射面より入射した光は、ロッド内面で反射を繰り返しつつロッド内を伝搬し、その後、射出面より出射される。ロッド内の伝搬過程での多重反射により、光の輝度が均一化され、かつ、コヒーレンスが弱まる。これにより、スペックルノイズがさらに低減する。
　さらに、ロッドインテグレータ４より出射した光は、拡散板６により拡散される。この拡散板６での拡散により、コヒーレンスが弱まり、スペックルノイズがさらに低減する。
　また、本実施形態の照明光学系によれば、２枚の拡散板５、６と１つのロッドインテグレータ４の組合せでスペックルノイズを低減する。一方、特許文献１に記載のものでは、それぞれが拡散板を回転する機構を備えた３つの拡散板と３つのロッドインテグレータとの組合せでスペックルノイズを低減する。このように、本実施形態の照明光学系においては、拡散板およびロッドインテグレータの数はいずれも特許文献１に記載のものよりも少ないので、低コスト化および小型化を図ることができる。
　加えて、拡散板を回転する機構を持たないので、低コスト化および小型化をさらに図ることができる。
　次に、本実施形態の照明光学系を備えたプロジェクターシステムについて説明する。
　図２は、本実施形態の照明光学系を備えたプロジェクターシステムの外観図、図３は、そのプロジェクターシステムの構成を示す模式図である。
　図２および図３を参照すると、プロジェクターシステムは、プロジェクター本体２０と、レーザー光源装置３０と、レーザー光源装置３０からのレーザー光をプロジェクター本体２０に供給するための光ファイバー１０１、１０２とを有する。
　レーザー光源装置３０は、レーザー光源３１、３２を有する。レーザー光源３１、３２は、半導体レーザー等よりなる。
　レーザー光源３１は、緑色のレーザー光を出力する緑色レーザー光源部と、青色のレーザー光を出力する青色レーザー光源部とを有する。レーザー光源３１より出射した緑色および青色のレーザー光は、光ファイバー１０１を介してプロジェクター本体２０に供給される。
　レーザー光源３２は、赤色のレーザー光を出力する赤色レーザー光源部を有する。レーザー光源３２より出射した赤色のレーザー光は、光ファイバー１０２を介してプロジェクター本体２０に供給される。
　プロジェクター本体２０は、レンズ１、２、ダイクロイックミラー３、ロッドインテグレータ４、拡散板５、６、レンズ群１５、ミラー１６、ＴＩＲプリズム７、フィリップスプリズム８、ＤＭＤ９、および投写レンズ１１を有する。
　レンズ１、２、ダイクロイックミラー３、ロッドインテグレータ４および拡散板５、６は、図１に示したものと同じである。
　光ファイバー１０１より出射した緑色および青色のレーザー光は、レンズ１に入射する。光ファイバー１０２より出射した赤色のレーザー光は、レンズ２に入射する。緑色および青色のレーザー光はレンズ１により集光され、赤色のレーザー光はレンズ２により集光される。
　レンズ１により集光された緑色および青色のレーザー光は、ダイクロイックミラー３を透過し、拡散板５で拡散される。レンズ２により集光された赤色のレーザー光は、ダイクロイックミラー３で反射され、拡散板５で拡散される。
　拡散板５で拡散された赤色、緑色および青色のレーザー光は、ロッドインテグレータ４の一方の端面に供給される。ロッドインテグレータ４より出射した赤色、緑色および青色のレーザー光は、拡散板６で拡散される。
　拡散板６で拡散された赤色、緑色および青色のレーザー光は、レンズ群１５、ミラー１６、ＴＩＲプリズム７、およびフィリップスプリズム８を介してＤＭＤ９に照射される。
　レンズ群１５は、ロッドインテグレータ４の出射面に対向する位置に配置されている。レンズ１の光軸とレンズ群１５の光軸とロッドインテグレータ４の中心軸は一致している。レンズ群１５は、リレー光学系を含み、ロッドインテグレータ４の出射面の像（光源像）をＤＭＤ９の表示面上に結像する。すなわち、ロッドインテグレータ４の出射面とＤＭＤ９の表示面とは共役関係にある。拡散板６は、ロッドインテグレータ４の出射面（レンズ群１５を介してＤＭＤ９の表示面と共役関係にある位置）近傍に設けられている。
　ミラー１６は、レンズ群１５より出射した赤色、緑色および青色のレーザー光をＴＩＲプリズム７に向けて反射する。
　ＴＩＲプリズム７は、２個の三角プリズム７ａ、７ｂからなり、三角プリズム７ａの斜面の一部が三角プリズム７ｂの斜面と貼り合わせられている。
　三角プリズム７ａを側面から見た場合、三角プリズム７ａは、斜面と隣接する２つの面を備え、ミラー１６からの赤色、緑色および青色のレーザー光が一方の面からプリズム内に入射する。プリズム内に入射したレーザー光は、斜面のうち、三角プリズム７ｂの斜面と接する領域以外の領域で全反射され、その反射光が、他方の面より出射される。
　三角プリズム７ａの他方の面から出射した赤色、緑色および青色のレーザー光は、フィリップスプリズム８に入射する。
　フィリップスプリズム８では、三角プリズム７ａの他方の面より出射されたレーザー光は、赤色、緑色および青色の光束に分離され、それぞれ異なる面より出射される。
　ＤＭＤ９は、緑色用の表示素子であり、フィリップスプリズム８の緑色光束の出射面に対向するように配置されている。なお、図３には示されていないが、赤色用および青色用の表示素子がそれぞれフィリップスプリズム８の赤色光束の出射面および青色光束の出射面に対向するように配置されている。ここで、赤色用および青色用の表示素子はＤＭＤよりなる。
　緑色用のＤＭＤ９は、フィリップスプリズム８からの緑色光束を空間的に変調して緑色画像光を形成する。赤色用のＤＭＤは、フィリップスプリズム８からの赤色光束を空間的に変調して赤色画像光を形成する。青色用のＤＭＤは、フィリップスプリズム８からの青色光束を空間的に変調して青色画像光を形成する。
　赤色、緑色および青色の画像光は、フィリップスプリズム８を介してＴＩＲプリズム７の三角プリズム７ａの他方の面に入射する。ここで、フィリップスプリズム８は、赤色、緑色および青色の画像光を合成する色合成素子として機能する。
　三角プリズム７ａでは、入射した赤色、緑色および青色の画像光は、三角プリズム７ａの斜面のうちの、三角プリズム７ｂの斜面で覆われた領域から、三角プリズム７ｂ内に入射する。
　三角プリズム７ｂを側面から見た場合、三角プリズム７ｂは、斜面と隣接する２つの面を備え、三角プリズム７ａから入射した赤色、緑色および青色のレーザー光が一方の面より出射される。
　三角プリズム７ｂの一方の面より出射された画像光（赤色＋緑色＋青色）は、投射レンズ１１により不図示の投写面上に投写される。
　上述したプロジェクターシステムにおいて、照明光学系は、レンズ１、２、ダイクロイックミラー３、ロッドインテグレータ４、拡散板５、６およびレンズ群１５からなる。この照明光学系においても、前述したような、ロッドインテグレータ４および拡散板５、６によるスペックルノイズの低減効果を得られるとともに、装置のコストの削減や小型化の効果を得ることができる。
　なお、レーザー光源３１は、複数の緑色レーザー光源と複数の青色レーザー光源とを有していてもよい。この場合は、光ファイバー１０１は、複数の緑色レーザー光源それぞれに対応する複数の光ファイバーと、複数の青色レーザー光源それぞれに対応する複数の光ファイバーとを含む。
　同様に、レーザー光源３２も、複数の赤色レーザー光源を有していてもよい。この場合は、光ファイバー１０２は、複数の赤色レーザー光源それぞれに対応する複数の光ファイバーを含む。
　例えば、光ファイバー１０１は、６本の青色用光ファイバーと、６本の緑色用光ファイバーとを含み、光ファイバー１０２は、１２本の赤色用光ファイバーを含んでいてもよい。
　上記の場合、光ファイバー１０１の入射面または出射面において、青色用および緑色用の光ファイバーは、横２列に配置されてもよい。同様に、光ファイバー１０２の入射面または出射面において、赤色用光ファイバーも横２列に配置されてもよい。
　光ファイバー１０１において、１列目が青色用光ファイバーの列とされ、２列目が緑色用光ファイバーの列とされてもよい。また、青色用光ファイバーと緑色用光ファイバーは、交互に、または、千鳥状に配置されてもよい。
　青色用光ファイバーと緑色用光ファイバーを千鳥状に配置することで、各青色用光ファイバーより出射した青色光束と緑色用光ファイバーより出射した緑色光束とを、１つ光束と見做すことができる。
　図２および図３に示したプロジェクターシステムは、赤色用ＤＭＤ、緑色用ＤＭＤおよび青色用ＤＭＤの３つのＤＭＤを備えた３板式の構造であるが、本発明は、これに限定されない。例えば、本発明は、１つのＤＭＤにより赤色画像光、緑色画像光、青色画像光を時分割で形成する単板式の構造のものであってもよい。
　単板式の構造としては、例えば、図３に示した構成において、ロッドインテグレータ４の入射面側または出射面側に、入射光束を赤色光束、緑色光束および青色光束に時分割で分割するカラーホイールを配置する構造がある。この場合、フリッププリズム８は不要である。
　また、図３に示した構成において、ＤＭＤ９に代えて、反射型の液晶表示デバイスを用いてもよい。
　さらに、図１や図３に示した構成において、拡散板５および拡散板６の一方を取り除いてもよい。これにより、低コスト化および小型化をさらに図ることができる。
　なお、拡散板とロッドインテグレータを組み合わせた構成において、ロッドインテグレータはスペースをとるため、本実施形態では、小型化の観点から、拡散板は、共役位置近傍に配置されている。
　具体的に説明すると、ロッドインテグレータ４の入射面と光ファイバー１０１、１０２それぞれの出射面とは、レンズ１、２を介して共役関係の位置に配置されており、拡散板５は、ロッドインテグレータ４の入射面に近接して配置されている。このように、拡散板５を共役位置に配置することで、拡散板５のサイズを小さくすることが可能となる。
　また、拡散板５を共役位置に配置した場合のスペックルノイズの低減効果は、拡散板５を共役位置以外の場所に配置した場合よりも大きい。
　拡散板５と同様、拡散板６についても、共役位置に配置することで、小型化やスペックルノイズの低減効果の増大を図ることができる。

Claims (10)

  1. 　第１の光ファイバーより出射した第１のレーザー光が一方の面に入射し、第２の光ファイバーより出射した、前記第１のレーザー光とは色が異なる第２のレーザー光が他方の面に入射するように設けられ、前記第１のレーザー光を透過させ、該透過した第１のレーザー光と重なるように同じ方向に前記第２のレーザー光を反射するダイクロイックミラーと、
    　柱状の導光部を備え、該導光部の両端面の一方が入射面、他方が出射面とされ、前記ダイクロイックミラーからの前記第１および第２のレーザー光が前記入射面より前記導光部内に入射し、該入射した第１および第２のレーザー光が、前記導光部内を伝搬して前記出射面より出射されるロッドインテグレータと、
    　前記ロッドインテグレータの前記入射面または前記出射面と対向するように配置された光を拡散する拡散板と、を有する、照明光学系。
  2. 　前記第１の光ファイバーより出射した前記第１のレーザー光を集光する第１のレンズと、
    　前記第２の光ファイバーより出射した前記第２のレーザー光を集光する第２のレンズと、をさらに有し、
    　前記第１および第２のレンズは、互いの光軸が直交するように配置され、
    　前記ダイクロイックミラーは、前記第１および第２のレンズの各光軸が直交する位置に設けられ、
    　前記ロッドインテグレータの前記入射面と前記第１および第２の光ファイバーそれぞれの出射面とは、前記第１および第２のレンズを介して、共役関係の位置に配置され、
    　前記拡散板は、前記ロッドインテグレータの前記入射面に近接して配置されている、請求項１に記載の照明光学系。
  3. 　前記ロッドインテグレータの前記出射面と対向するように設けられた光を拡散する第２の拡散板を、さらに有する、請求項２に記載の照明光学系。
  4. 　前記ロッドインテグレータの前記出射面側に形成される光源像を所定の面上に結像するレンズ群を、さらに有し、
    　前記拡散板は、前記ロッドインテグレータの前記出射面に近接して設けられている、請求項１に記載の照明光学系。
  5. 　前記ロッドインテグレータの前記入射面と対向するように設けられた光を拡散する第２の拡散板を、さらに有する、請求項４に記載の照明光学系。
  6. 　前記第１の光ファイバーより出射した前記第１のレーザー光を集光する第１のレンズと、
    　前記第２の光ファイバーより出射した前記第２のレーザー光を集光する第２のレンズと、をさらに有し、
    　前記第１および第２のレンズは、互いの光軸が直交するように配置され、
    　前記ダイクロイックミラーは、前記第１および第２のレンズの各光軸が直交する位置に設けられ、
    　前記ロッドインテグレータの前記入射面と前記第１および第２の光ファイバーそれぞれの出射面とは、前記第１および第２のレンズを介して、共役関係の位置に配置され、
    　前記第２の拡散板は、前記ロッドインテグレータの前記入射面に近接して配置されている、請求項５に記載の照明光学系。
  7. 　前記第１のレーザー光は、緑色のレーザー光および青色のレーザー光を含み、前記第２のレーザー光は、赤色のレーザー光を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系と、
    　前記照明光学系からのレーザー光を空間的に変調して画像光を形成する表示手段と、
    　前記表示手段で形成された前記画像光を投写する投写レンズと、を有する、プロジェクター。
  9. 　請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系と、
    　前記照明光学系からのレーザー光を、赤色の光、青色の光、および緑色の光に分離する色分離手段と、
    　前記色分離手段により分離された前記赤色の光を空間的に変調して赤色画像光を形成する第１の表示素子と、
    　前記色分離手段により分離された前記緑色の光を空間的に変調して緑色画像光を形成する第２の表示素子と、
    　前記色分離手段により分離された前記青色の光を空間的に変調して青色画像光を形成する第３の表示素子と、
    　前記第１乃至第３の表示素子により形成された、前記赤色画像光、緑色画像光および青色画像光を投写する投写レンズと、を有する、プロジェクター。
  10. 　請求項８または９に記載のプロジェクターと、
    　赤色レーザー光、緑色レーザー光および青色レーザー光をそれぞれ出力する光源装置と、
    　前記光源装置から出力された前記緑色レーザー光および青色レーザー光を前記プロジェクターに導くための第１の光ファイバーと、
    　前記光源装置から出力された前記赤色レーザー光を前記プロジェクターに導くための第２の光ファイバーと、を有する、プロジェクターシステム。
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