JP4893263B2 - 光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びこれを備えた画像表示装置に関する。

近年の投射型画像表示装置では、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的である。しかし、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現範囲が狭い、ランプから放射された紫外線が液晶ライトバルブを劣化させてしまうことがある等の課題がある。そこで、このような放電ランプの代わりに、単色光を照射するレーザ光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている。そして、このような投射型画像表示装置には、特許文献１〜３に記載されたようなレーザ光源を利用することが可能である。しかしながら、レーザ光源は、上記のような課題を持たない反面、干渉性を有するという欠点を持っている。そこで、レーザ光の干渉性を低減させたレーザ照明装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
この特許文献１に記載のレーザ照明装置は、レーザ光源と、レーザ光源から射出された光を複数の光に分割する分割光学素子と、分割した複数の光の進行方向を変え、かつ、複数の光の光路長をそれぞれ変える光学素子が集まったユニットとを備えている。レーザ光源から射出され、分割光学素子により分割された複数の光は、ユニット内の４５度で傾いたミラー面においてそれぞれ反射する。そして、ミラー面により反射した複数の光は、ユニットより平行光として射出される。このとき、当該ユニットによって複数の光の光路長をそれぞれ異ならせることで、レーザ光の干渉性を低減させている。
特開昭５９−１２８５２５号公報 特開平７−８６６６８号公報 米国特許第５，７６２，２２７号 特開２００３−３１８７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のレーザ照明装置では、レーザ光源から射出され、分割された複数のレーザ光の干渉性を抑えるためには、それぞれの光の光路長の差を干渉距離（コヒーレンス長）以上にする必要が生じる。ここで、レーザ光のコヒーレンス長は数ｃｍから数ｍである。つまり、特許文献１のレーザ照明装置では、複数の光に数ｃｍから数ｍ以上の光路差を与えることになる。したがって、特許文献１の照明装置は、非常に大型なものとなってしまう。
また、ユニットに設けられたミラー面においてそれぞれ反射した光は、平行光としてユニットから射出されるため、後段に配置される光学素子も大型化してしまい、コストが高くなってしまう。

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、簡易な構成、かつ、小型，低コストであるとともに、射出される光の干渉性を抑えることが可能な光源装置及び画像表示装置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、特定の振動方向の光を発光するレーザ光源と、該レーザ光源から射出された光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、該波長変換素子から射出された光のうち前記所定の波長に変換された光を透過させ、前記所定の波長に変換されなかった光を反射させて、前記レーザ光源の方へ戻す外部共振器と、を備え、該外部共振器から射出された光により、光学素子を介して光変調装置を照明する光源装置であって、前記レーザ光源と前記波長変換素子との間に配置されるとともに、前記外部共振器において反射された光のうち、前記レーザ光源の方へ向かう光路において、前記波長変換素子を通過することによって前記所定の波長に変換された光を反射させて前記レーザ光源とは異なる位置へ導くとともに、前記所定の波長に変換されなかった光を前記レーザ光源の方へ透過させる分離部と、該分離部において反射された光を前記光学素子に向けて反射させる反射部とを備え、前記外部共振器を透過して前記光学素子に向かう光の光路である第１光路、あるいは、前記分離部において反射され前記反射部を介して前記光学素子に向かう光の光路である第２光路上に、前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光に１／２波長の位相差を付与可能な偏光変換手段とを備え、前記外部共振器から射出された波長変換後の光と前記反射部で反射された波長変換後の光とが、互いに偏光方向が異なる状態となって前記光学素子にそれぞれ入射することを特徴とする。

本発明に係る光源装置では、レーザ光源から射出された光は波長変換素子を通過する。波長変換素子から射出された光のうち、所定の波長の光に変換された光は、外部共振器を透過し、光学素子に入射する。一方、波長変換素子から射出された光のうち所定の波長に変換されなかった光は、外部共振器において反射され、レーザ光源の方へ戻され、再度、波長変換素子を通過する。そして、その一部は、所定の波長に変換される。本発明は、このように、外部共振器において反射された光のうち、レーザ光源の方へ向かう光路において、波長変換素子を透過することによってし、所定の波長に変換された光を、分離部において反射させて、レーザ光源とは異なる位置へ導く。さらにその後、反射部において反射させることによって、光学素子へ入射させる。
さらに、本発明では、偏光変換手段により、第１光路を進行する光あるいは第２光路を進行する光に１／２波長の位相差が付与可能となっている。これにより、第１光路を進行する光あるいは第２光路を進行する光は、特定の振動方向と直交する振動方向の光となる。したがって、光学素子に入射する第１光路を進行する光と、第２光路を進行する光とは、偏光面が異なるため、干渉性が抑えられた光となる。その結果、光学素子において重ね合わされた第１光路を進行する光と第２光路を進行する光との干渉縞を抑えることが可能となる。したがって、本発明では、偏光変換手段を備えることにより、簡易な構成、かつ、装置全体を小型化するとともに、射出する光の干渉縞を抑えることが可能な光源装置を実現することができる。

また、本発明の光源装置は、前記偏光変換手段が、位相差板であることが好ましい。
本発明に係る光源装置では、偏光変換手段が位相差板であるため、第１光路あるいは第２光路上に配置することができる。したがって、第１光路を進行するレーザ光に位相差を付与したり、第２光路を進行するレーザ光に位相差を付与したりと、必要に応じて代えることができるため、偏光変換手段の配置の自由度が向上する。

また、本発明の光源装置は、前記位相差板を前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光の中心軸に対して垂直な面内で回転させる回転手段を備えることが好ましい。
本発明に係る光源装置では、回転手段により位相差板を回転させることにより、偏光変換手段より射出される光は、偏光面が回転する。これにより、レーザ光源から射出された光の偏光面と位相差板の光学軸とのズレが生じ、第１光路を進行する光と第２光路を進行する光との位相差が１／２波長でない場合でも、偏光面を回転させることで、光学素子から射出される光は、残像効果により時間積分されて、干渉性が低下することになる。その結果、ぎらつきが抑えられた光となる。したがって、簡易な構成により、光学素子から射出される光のぎらつきの発生を抑えることが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記位相差板が、前記反射部の反射面上に設けられていることが好ましい。
本発明に係る光源装置では、分離部において反射された光は、反射部において反射される際、偏光面が特定の振動方向と直交する振動方向の光に変換される。これにより、第１光路を進行し光学素子に入射する光は、特定の振動方向の光であり、第２光路を進行し光学素子に入射する光は、特定の振動方向と直交する振動方向の光であるため、光学素子から射出される光は、干渉縞が抑えられた光となる。また、反射部の反射面上に位相差板が設けられているため、占有スペースを必要としないので、装置全体の小型化を図ることが可能となる。

また、上述のように偏光変換手段が位相差板である代わりに、前記偏光変換手段が、前記レーザ光源から射出された光の偏光面を時間的に変化させる偏光回転素子であっても良い。
本発明に係る光源装置では、偏光回転素子により、第１光路を進行する光あるいは第２光路を進行する光に１／２波長の位相差が付与される。このとき、偏光回転素子から射出される光は、偏光面が時間的に変化しているので、ぎらつきのパターンが時間的に変化するため、光学素子から射出される光は、残像効果により時間積分されて、干渉性が低下することになる。すなわち、レーザ光源の振動方向に合わせて偏光回転素子の偏光軸を合せる必要がないため、組み立てが容易となる。

また、本発明の画像表示装置は、上記の光源装置と、該光源装置から射出された後、前記光学素子を介して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、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、上記光源装置から射出された後、光学素子を介して射出された光によって光変調装置を照明し、光変調装置により変調された画像が、投射装置を介して投射される。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、干渉縞が低減された光となっているので、良好な画像を表示することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置及び画像表示装置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］
本実施形態に係る光源装置１０は、レーザ光源１１より射出された光の波長を変換し、ロッドインテグレータ（光学素子）１５を介して液晶ライトバルブ（光変調装置）２０を照明するものである。具体的には、光源装置１０は、図１に示すように、単色光を発光するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から射出されたレーザ光の波長を変換する波長変換素子１３と、レーザ光源１１と波長変換素子１３との間に配置されたダイクロイックミラー（分離部）１２と、波長変換素子１３から射出されたレーザ光のうち、所定の波長の光を透過させ、それ以外の光を反射する外部共振器１４と、ダイクロイックミラー１２において反射したレーザ光をロッドインテグレータ１５に反射させる反射ミラー（反射部）１７と、反射ミラー１７とロッドインテグレータ１５との間に配置されたλ／２板（偏光変換手段：位相差板）１８とを備えている。

本実施形態において、レーザ光源１１から射出される光の波長は、青色のレーザ光を射出する青色レーザ光源装置の場合は９２０ｎｍ、緑色のレーザ光を射出する緑色レーザ光源装置の場合は１０６０ｎｍ、赤色のレーザ光を射出する赤色レーザ光源装置の場合は１２４０ｎｍの波長とする。ただし、この波長は単なる一例に過ぎない。レーザ光源１１としては、例えば単一の半導体レーザや、複数の半導体レーザがアレイ化されたものを用いることが可能である。
また、レーザ光源１１は、直線偏光を射出するものであり、本実施形態では、図１の矢印で示すように、Ｐ偏光のレーザ光を射出するものである。

波長変換素子（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）１３は、入射光を所定の波長に変換する光学素子である。本実施形態の場合は、レーザ光源１１から射出され、外部共振器１４に向かう光は、波長変換素子１３を通過することによって、ほぼ半分の波長の光に変換されるものとする。つまり、青色レーザ光源装置の場合は、レーザ光源から射出された光（９２０ｎｍ）は、波長変換素子によって４６０ｎｍの青色光に変換される。同様に、緑色レーザ光源装置の場合は、レーザ光源から射出された光（１０６０ｎｍ）が５３０ｎｍの緑色光に、赤色レーザ光源装置の場合は、レーザ光源から射出された光（１２４０ｎｍ）が６２０ｎｍの赤色光に変換される。ただし、波長変換素子１３の変換効率は４０〜５０％程度である。つまり、レーザ光源１１から射出された光のすべてが、約半分の波長のレーザ光に変換されるわけではない。よって、波長変換素子１３から射出されるレーザ光は、所定の波長に変換されたレーザ光と、変換されなかったレーザ光とが混ざったものとなる。波長変換素子１３による波長変換効率は、非線形の特性を有しており、例えば、波長変換素子に入射するレーザ光の強度が強いほど、変換効率は向上する。なお、レーザ光源１１から外部共振器１４に向かう光路を往路ＯＷとする。
ここでは、波長変換素子１３として、板形状の導波路型のものを用いている。このような導波路型の波長変換素子１３を採用した場合、その波長変換素子１３の厚みが薄いので、周期分極反転構造が作成し易く、波長変換効率を高め易く、製造コストを低減することができる。

外部共振器１４は、波長変換素子１３から射出されたレーザ光のうち所定の波長（本実施形態の場合は約半分の波長）に変換されたレーザ光を透過させ、所定の波長に変換されなかったレーザ光を反射させて前記波長変換素子１３の方へ戻すものである。本実施形態において、外部共振器１４は、波長変換素子１３から射出された光のうち、波長変換素子１３によって所定の波長に変換されなかった光のみを選択的に約９９％の高効率で反射する特性を備えている。波長変換素子１３によって所定の波長（青色レーザ光源の場合は９２０ｎｍ、緑色レーザ光源の場合は５３０ｎｍ、赤色レーザ光源の場合は６２０ｎｍ）に変換された光は、外部共振器１４を透過する。
外部共振器１４を透過したレーザ光は、そのままロッドインテグレータ１５に入射する。このように、外部共振器１４を透過してロッドインテグレータ１５に向かうレーザ光の光路を第１光路Ａ１とする。なお、本実施形態において、第１光路Ａ１とは、外部共振器１４を透過してロッドインテグレータ１５に向かうレーザ光の中心軸を示している。

一方、波長変換素子１３によって所定の波長に変換されなかった光（青色レーザ光源の場合は９２０ｎｍ、緑色レーザ光源の場合は５３０ｎｍ、赤色レーザ光源の場合は６２０ｎｍの波長の光）は、外部共振器１４で反射される。そして、再び波長変換素子１３を通過し、レーザ光源１１の方へ戻る。このように、外部共振器１４からレーザ光源１１の方へ向かう光路を復路ＨＷとする。一般的なレーザ光源装置では、このような光はレーザ光源１１にそのまま戻される。しかしながら、外部共振器１４からレーザ光源１１の方へ戻る過程で、波長変換素子１３によって所定の波長に変換される光も存在する。ここでいう「所定の波長」とは、外部共振器１４が透過させる光の波長と同一の波長（つまり、青色レーザ光源装置の場合は４６０ｎｍ、緑色レーザ光源装置の場合は５３０ｎｍ、赤色レーザ光源装置の場合は６２０ｎｍ）である。ダイクロイックミラー１２は、このようにして、復路で所定の波長に変換されたレーザ光が、そのままレーザ光源１１に戻らないようにするものである。具体的には、ダイクロイックミラー１２は、レーザ光源１１と波長変換素子１３との間に配置され、外部共振器１４において反射されたレーザ光のうち、レーザ光源１１の方へ向かう光路（復路ＨＷ）において、波長変換素子１３を通過することによって所定の波長に変換されたレーザ光を反射させてレーザ光源１１とは異なる位置へ導き、所定の波長に変換されなかったレーザ光をレーザ光源１１の方へ透過させるものである。ダイクロイックミラー１２の反射面は、復路ＨＷの光が４５度で入射するように配置されている。従って、復路ＨＷで所定の波長に変換されたレーザ光は、ダイクロイックミラー１２によって９０度折り曲げられる。

復路ＨＷで所定の波長に変換されなかった光は、ダイクロイックミラー１２を透過して、そのままレーザ光源１１へ戻される。このように、レーザ光源１１へ戻された光は、一部レーザ光源１１で吸収されて熱となってしまうが、大部分はレーザ光源１１のエネルギーとして用いられたり、レーザ光源１１で反射されて再度レーザ光源から射出されたりすることで有効に利用される。
反射ミラー１７は、ダイクロイックミラー１２によって反射された所定の波長のレーザ光をロッドインテグレータ１５に向けて反射させるものである。この反射ミラー１７の反射面は、ダイクロイックミラー１２によって反射されたレーザ光が、角度θ１で入射するように配置されている。このように、反射ミラー１７によって反射され、ロッドインテグレータ１５に向かうレーザ光の光路を第２光路Ａ２とする。なお、本実施形態において、第２光路Ａ２とは、反射ミラー１７によって反射され、ロッドインテグレータ１５に向かうレーザ光の中心軸を示している。

λ／２板１８は、入射するレーザ光にλ／２の位相差を付与し、レーザ光の偏光面（偏光方位）を回転させるものである。具体的には、反射ミラー１７において反射し、ロッドインテグレータ１５に向かって進行するＰ偏光のレーザ光をＳ偏光のレーザ光に変換するものである。すなわち、第1光路Ａ１を進行するレーザ光の偏光はＰ偏光であり、第２光路を進行するレーザ光の偏光はＳ偏光となる。これにより、ロッドインテグレータ１５には、Ｐ偏光のレーザ光とＳ偏光のレーザ光とが入射する。

ロッドインテグレータ１５は、その射出端面におけるレーザ光の面内照度分布をほぼ均一にするものである。第１光路Ａ１を進行するレーザ光と第２光路Ａ２を進行するレーザ光は、ロッドインテグレータ１５に入射し、その内部で反射される。そして、ロッドインテグレータ１５の射出端面において、面内照度分布がほぼ均一化された照明光となって射出される。このように面内照度分布が均一となったレーザ光によって、液晶ライトバルブ２０が照明される。

本実施形態に係る光源装置１０では、ロッドインテグレータ１５に入射する第１光路Ａ１を進行するレーザ光と、第２光路Ａ２を進行するレーザ光とは、偏光面が直交しているため、干渉性を抑えることができる。その結果、ロッドインテグレータ１５から射出されるレーザ光の干渉縞を抑えることが可能となる。
つまり、簡易な構成、かつ、小型，低コストであるとともに、射出される光の干渉性を抑えることが可能である。

なお、本実施形態では、λ／２板１８を第２光路Ａ２上に設けたが、第１光路Ａ１上に設けても良い。この構成の場合、第１光路Ａ１を進行するレーザ光をＳ偏光に変換し、第２光路Ａ２を進行するレーザ光はＰ偏光のままとなる。これにより、上記実施形態と同様に、ロッドインテグレータ１５から射出されるレーザ光の干渉性を抑えることが可能となる。このように、λ／２板１８を用いることにより、第１光路Ａ１を進行するレーザ光の偏光面を変換したり、第２光路Ａ２を進行するレーザ光の偏光面を変換したりと、必要に応じて代えることができる。さらには、ダイクロイックミラー１２と反射ミラー１７との間に設け、上記実施形態と同様に第２光路Ａ２の偏光面をＳ偏光に変換しても良い。すなわち、偏光変換手段が、位相差板であるため、配置の自由度が向上することになる。
また、反射ミラー１７の反射面１７ａに、λ／２板１８を設けても良い。

［第１実施形態の変形例］
光源装置１０は、図２に示すように、λ／２板１８を回転する回転部（回転手段）２６を備えた光源装置２５であっても良い。回転部２６は、λ／２板１８をレーザ光の軸（光路Ａ２）に対して垂直な面内で回転させるものである。この構成では、回転部２６により、λ／２板１８を回転させることにより、λ／２板１８から射出される偏光面は回転する。これにより、レーザ光源１１から射出された光の偏光面とλ／２板１８の軸とのズレが生じ、第１光路Ａ１を進行するレーザ光と第２光路Ａ２を進行するレーザ光との位相差が１／２波長でない場合でも、第２光路Ａ２から射出されるレーザ光の偏光面を回転させることで、ロッドインテグレータ１５に入射するレーザ光の偏光面は、０度から±９０度まで変化する。具体的には、図３（ａ）に示すように、第１光路Ａ１を進行するレーザ光がＰ偏光である場合、干渉縞を確実に抑えるためには、λ／２板１８から射出されるレーザ光は、図３（ｂ）の一点鎖線で示すように、Ｓ偏光であるのが理想である。しかしながら、λ／２板１８から射出されるレーザ光が、図３（ｂ）の実線に示すように、Ｓ偏光の振動方向とずれていた場合、λ／２板１８を回転させることで、λ／２板１８から射出されるレーザ光の偏光面を０度から±９０度まで変化することが可能となる。

すなわち、ロッドインテグレータ１５の内部において、第１光路Ａ１から入射したＰ偏光のレーザ光と第２光路Ａ２から入射した０度から±９０度まで偏光面が回転するレーザ光とが重ね合わされることになる。したがって、ロッドインテグレータ１５から射出される光は、残像効果により時間積分されて、干渉性が低下することになる。その結果、液晶ライトバルブ２０に照射される光は、ぎらつきが抑えられた光となる。
さらに、この構成では、レーザ光源１１から射出されるレーザ光の偏光方向と、λ／２板１８から射出される偏光方向とが、９０度異なるように、レーザ光源１１及びλ／２板１８の配置を規定する必要がないため、組み立てが容易となる。

［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４を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る光源装置１０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３０では、偏光変換手段が、レーザ光源１１から射出されたレーザ光の偏光面を時間的に変化させる液晶素子（偏光回転素子：偏光変換手段）３１である点において、第１実施形態と異なる。

液晶素子３１は、図４に示すように、第１電極３１ａ及び第２電極３１ｂにより液晶層３１ｃが挟持された構成になっている。また、第１，第２電極３１ａ，３１ｂは駆動回路３５に接続されている。この駆動回路３５は、液晶素子３１に印加する電圧を制御し、液晶素子３１から射出される光の偏光面を時間的に変化させるものである。具体的に、液晶層３１ｃは、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶が封入された液晶素子３１を用いる。そして、駆動回路３５からの出力が２０Ｖのときは、液晶素子３１に入射したレーザ光の偏光面は、射出後も変化せずにロッドインテグレータ１５の入射面１５ａに入射する。すなわち、液晶素子３１に入射したレーザ光が、本実施形態ではＰ偏光であるため、射出後もＰ偏光のレーザ光となっている。

また、駆動回路３５からの出力が０Ｖのときは、液晶素子３１に入射したレーザ光は、液晶素子３１を透過することにより、レーザ光の偏光面が液晶素子３１に入射する前に対して９０度回転し、ロッドインテグレータ１５の入射面１５ａに入射する。このとき、液晶素子３１を透過したレーザ光は、λ／２の位相差が付与されて射出される。
また、駆動回路３５から出力される電圧０Ｖと２０Ｖとの切り替え周波数は、人間が感知可能なフリッカの周波数よりも高い周波数、例えば、３０Ｈｚ以上、好ましくは６０Ｈｚ以上に設定されている。

次に、以上の構成からなる本実施形態の光源装置３０を用いて、液晶ライトバルブ２０を照明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Ｐ偏光のレーザ光は、図４に示すように、第１実施形態と同様に、Ｐ偏光のレーザ光が、ロッドインテグレータ１５に入射する。
一方、外部共振器１４において反射され、再び波長変換素子１３を透過することにより緑色に変換されたレーザ光は、ダイクロイックミラー１２及び反射ミラー１７において反射し、液晶素子３１に入射する。液晶素子３１に入射したレーザ光は、駆動回路３５における印加電圧が２０ＶのときはＰ偏光のレーザ光としてロッドインテグレータ１５に入射し、印加電圧が０Ｖのときはλ／２の位相差が付与されてロッドインテグレータ１５に入射する。このとき、液晶素子３１に印加する電圧を０Ｖ，２０Ｖに切り替えることにより、液晶素子３１から射出されるレーザ光は、０度から±９０度まで偏光面が回転する。
その後、第１実施形態の図３に示すように、ロッドインテグレータ１５の内部において、第１光路Ａ１から入射したＰ偏光のレーザ光と第２光路Ａ２から入射した０度から±９０度まで偏光面が回転するレーザ光とが重ね合わされることになる。

本実施形態に係る光源装置３０では、第１実施形態の光源装置１０と同様の効果を備えている。さらに、本実施形態に係る光源装置３０では、液晶素子３１から射出される光の偏光面が時間的に変化しているので、ロッドインテグレータ１５から射出される光は、残像効果により時間積分されて、干渉性が低下することになる。その結果、液晶ライトバルブ２０に照射される光は、ぎらつきが抑えられた光となる。
さらに、この構成では、レーザ光源１１から射出されるレーザ光の偏光方向と、液晶素子３１から射出される偏光方向とが、９０度異なるように、レーザ光源１１の偏光軸と液晶素子３１の光軸とを合わせる必要がないため、組み立てが容易となる。

なお、本実施形態において、駆動回路３５により、液晶素子３１に印加される電圧を切り替えたが、例えば、液晶素子３１に入射されるレーザ光がＰ偏光である場合、レーザ光は液晶素子３１を透過することによりＳ偏光に変換されるため、駆動回路３５により印加電圧を切り替えなくても良い。
また、偏光変換手段としては、鉛（Ｐｄ）、ランタン（Ｌａ）、ジルコン（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）を含む酸化物セラミックスであるＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）を用いても良い。ＰＬＺＴは、電気光学効果（Electro-optic Effect:ＥＯ効果）を有する材料であり、それらの結晶やセラミックスに電場を加えると屈折率の変化が生じる。このようにして、ＰＬＺＴの屈折率を変化させ、射出されるレーザ光の位相を変えることにより偏光面を回転させれば良い。
さらに、ダイクロイックミラー１２と反射ミラー１７との間に液晶素子３１を設け、本実施形態と同様に第２光路Ａ２の偏光面をＳ偏光に変換しても良い。また、液晶素子３１を外部共振器１４とロッドインテグレータ１５との間に配置し、第１光路Ａ１を進行するレーザ光の偏光面を時間的に変化させても良い。
また、本実施形態において、ＴＮモードの液晶を用いたが、垂直モードの液晶であっても良い。

［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５を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置４０では、反射ミラー１７の反射面１７ａに位相差膜（偏光変換手段：位相差板）４１が設けられている点において、第１実施形態と異なる。
位相差膜４１は、ダイクロイックミラー１２を反射したレーザ光にλ／２の位相差を付与し、レーザ光の偏光面を回転させ、Ｓ偏光のレーザ光に変換するものである。この位相差膜４１は、薄膜であり、反射ミラー１７の反射面１７ａに形成されている。

本実施形態に係る光源装置４０では、第１光路Ａ１を進行しロッドインテグレータ１５に入射する光は、Ｐ偏光のレーザ光であり、第２光路Ａ２を進行しロッドインテグレータ１５に入射する光は、Ｓ偏光となる。したがって、ロッドインテグレータ１５に入射する第１光路Ａ１を進行するレーザ光と、第２光路Ａ２を進行するレーザ光とは、偏光面が直交しているため、干渉性が抑えられた光となる。その結果、光学素子において重ね合わされた第１光路を進行する光と第２光路を進行する光との干渉性を抑えることが可能となる。また、位相差膜４１は、薄膜であるため、占有スペースを必要としないので、装置全体の小型化を図ることが可能となる。

［第４実施形態］
次に、本発明に係る第４実施形態について、図６を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置６０では、レーザ光源１１、ダイクロイックミラー１２、波長変換素子１３、外部共振器１４及び反射ミラー１７を収納する筐体６１を備える点において、第1実施形態と異なる。
筐体６１の外側面６１ａには、第２光路Ａ２上に、λ／２板１８が貼り付けられており、入射するレーザ光にλ／２の位相差を付与し、レーザ光の偏光面を回転させている。

本実施形態に係る光源装置６０では、筐体６１を備えることにより、λ／２板１８を筐体６１に設けることができるため、λ／２板１８の配置が容易となる。また、筐体６１内のレーザ光源１１、ダイクロイックミラー１２、波長変換素子１３、外部共振器１４及び反射ミラー１７に塵埃等が付着するのを防止することができるため、良質なレーザ光を射出することが可能となる。
なお、λ／２板１８は、筐体６１の内側面６１ｂであるとともに、第２光路Ａ２上に配置されていても良く、また、第１光路Ａ１上の外側面６１ａあるいは内側面６１ｂに配置されていても良い。さらには、筐体６１に嵌め込まれていても良い。

［第５実施形態］
次に、本発明に係る第５実施形態について、図７を参照して説明する。
本実施形態では、上記第１実施形態の光源装置１０を備えるプロジェクタ（画像表示装置）５００について説明する。

図７は、上記実施形態の光源装置を備えたプロジェクタ５００の説明図である。
プロジェクタ５００は、光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４と、クロスダイクロイックプリズム５２５と、投射レンズ（投射装置）５２６とを備えている。

図７のプロジェクタ５００は、緑色の光源装置１０Ｇ及び青色の光源装置１０Ｂとしては、第１実施形態の光源装置を用いている。赤色の光源装置１０Ｒはレーザ光源のみで構成されており、レーザ光源から射出される波長６２０ｎｍのレーザ光を波長変換を行わずにそのまま射出する。なお、緑色の光源装置１０Ｇおよび青色の光源装置１０Ｂの構成等については、第１実施形態で説明したため、詳細な説明を省略する。
また、それぞれの光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの後段（光路下流側）には、ロッドインテグレータ（光学素子：均一化手段）１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが設けられている。これらは、第１実施形態で説明したロッドインテグレータ１５と同様のものであるため、詳細な説明を省略する。

赤色の光源装置１０Ｒからの光束は、ロッドインテグレータ１５Ｒにおいて均一化された後、伝達レンズ５３５Ｒを透過して反射ミラー５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ２０Ｒに入射する。また、緑色の光源装置１０Ｇからの光束は、ロッドインテグレータ１５Ｇにおいて均一化された後、伝達レンズ５３５Ｇを透過して緑色光用液晶ライトバルブ２０Ｇに入射する。また、青色の光源装置１０Ｂからの光束は、ロッドインテグレータ１５Ｂにおいて均一化された後、伝達レンズ５３５Ｂを透過して反射ミラー５１６で反射され、青色の光用液晶ライトバルブ２０Ｂに入射する。伝達レンズ５３５Ｒ，Ｇ，Ｂは、いずれも、ロッドインテグレータ１５Ｒ，Ｇ，Ｂの射出端面の像を液晶ライトバルブの画像形成領域に伝達するためのものである。本実施形態では、ロッドインテグレータ１５Ｒ，Ｇ，Ｂと伝達レンズ５３５Ｒ，Ｇ，Ｂの作用により、液晶ライトバルブが均一に照明されるようになっている。なお、ロッドインテグレータ１５Ｒ，Ｇ，Ｂの射出端面の形状が液晶ライトバルブ２０Ｒ，Ｇ、Ｂの画像形成領域と同一であり、かつ、ロッドインテグレータ１５Ｒ，Ｇ，Ｂが液晶ライトバルブ２０Ｒ，Ｇ，Ｂに近接して配置される場合は、レンズ５３５Ｒ，Ｇ，Ｂを省略することも可能である。また、図７では、伝達レンズ５３５Ｒ，Ｇ，Ｂがほぼ同一形状のレンズとして図示されているが、伝達レンズ５３５Ｒ，Ｇ，Ｂの作用は、光源１０Ｒ，Ｇ，Ｂと液晶ライトバルブ２０Ｒ，Ｇ，Ｂの距離等に応じて最適化されるため、必ずしも同一形状になるとは限らない。

各液晶ライトバルブ２０Ｒ，Ｇ，Ｂの入射側および出射側には、偏光板（図示せず）が配置されている。そして、各光源装置１０Ｒ，Ｇ，Ｂからの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブに入射する。レーザ光は、基本的には偏光状態が揃った光（直線偏光）であるため、入射側偏光板を省略することも可能である。しかし、光源から液晶ライトバルブ２０Ｒ，Ｇ，Ｂに到達するまでに、ロッドインテグレータ１５Ｒ，Ｇ，Ｂや反射ミラー５１６，５１７等の光学要素を通過する際に、偏光状態が多少乱れてしまう可能性がある。よって、入射側偏光板を設けて偏光状態を揃えることにより、画像のコントラストを向上させることが可能となる。
また、入射側偏光板の前方に、または入射側偏光板の代わりに偏光変換手段（図示せず）を設けて、液晶ライトバルブ２０Ｒ，Ｇ，Ｂに入射する光を直線偏光に揃えるようにしてもよい。この場合、入射側偏光板の前方に偏光変換手段を設けた場合は、入射側偏光板で光が吸収または反射されることによる光の損失を低減することが可能となる。よって、光の利用効率を向上させることができる。入射側偏光板の代わりに偏光変換手段を設けた場合は、入射側偏光板の場合と同様、画像のコントラストを向上させることが可能となる。

各液晶ライトバルブ２０Ｒ，Ｇ，Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投射光学系である投射レンズ５２６により投射スクリーン５２７上に投射され、拡大された画像が表示される。

上述した本実施形態のプロジェクタ５００は、緑色の光源装置１０Ｇ，青色の光源装置１０Ｂより射出される光の干渉性が抑えられているので、投射レンズ５２６によって投射スクリーン５２７に投射されるレーザ光の干渉性も抑えられたものとなる。したがって、投射スクリーン５２７に良好な画像を表示することができる。
なお、本実施形態のプロジェクタにおいて、緑色及び青色の光源装置１０Ｇ，Ｂについて第１実施形態の光源装置１０を用いたものを説明したが、赤色の光源装置１０Ｒについても第１実施形態の光源装置１０を採用することが可能である。また、光源装置１０Ｒ，Ｇ，Ｂについて、第２〜第４実施形態（変形例を含む)の光源装置を用いることも可能である。
また、第１〜第４実施形態（変形例を含む）の光源装置は、光源装置１０Ｒ，Ｇ，Ｂのうち、最低１つに適用されていれば良い。さらに、光源装置１０Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、異なる実施形態の光源装置を採用することも可能である。

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、第１，第２実施形態において、ロッドインテグレータ１５の入射面１５ａや外部共振器１４の射出面に、λ／２板１８，液晶素子３１あるいは位相差膜４１を設けても良い。
また、上記各実施形態において、レーザ光源１１は、Ｐ偏光のレーザ光を射出するものとして説明したが、直線偏光のレーザ光を射出するものであれば良い。
また、上記各実施形態において、光学素子として、ロッドインテグレータ１５を用いたが、これに限らず、光ファイバやフライアレイレンズ等であっても良い。

さらには、上記各実施形態において、均一化手段として、ロッドインテグレータ１５等を用いたが、これに限らず、光ファイバやフライアレイレンズ等であっても良い。また、光源装置１０等と光変調装置２０等との間に配置される光学素子は、均一化手段に限られず、レンズやプリズム等他の光学素子であっても良い。また、上記実施形態では、光源装置１０等と光変調装置２０等との間に配置される光学素子の数は１つ（均一化手段のみ）であったが、２つ以上の光学素子を配置するようにしても良い。
また、上記実施形態では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いた例について説明したが、本発明は、液晶ライトバルブ以外の変調装置にも適用することが可能である。また、光変調装置には、透過型のものと反射型のものとがあるが、本発明はいずれのタイプにも適用可能である。
さらに、第５実施形態では、光変調装置を３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行うフロント型のものと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行うリア型のものとがあるが、本発明はいずれのタイプにも適用可能である。
また、第５実施形態では画像表示装置の一例としてプロジェクタを挙げて説明したが、本発明の光源装置はプロジェクタ以外の画像表示装置にも適用可能である。

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。 本発明の第１実施形態に係る光源装置の変形例を示す平面図である。 図４の光源装置の第１光路及び第２光路の偏光状態を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る光源装置を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る光源装置を示す平面図である。 本発明の光源装置を備えた画像表示装置を示す平面図である。

符号の説明

１０，２５，３０，４０，６０…光源装置、１１，１１Ｇ，１１Ｂ…レーザ光源、１２…ダイクロイックミラー（分離部）、１３…波長変換素子、１４…外部共振器、１５，１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ…ロッドインテグレータ（光学素子）、１７…反射ミラー（反射部）、１８…λ／２板（偏光変換手段：位相差板）、２０…液晶ライトバルブ（光変調装置）、２６…回転部（回転手段）、３１…液晶素子（偏光回転素子：偏光変換手段）、４１…位相差膜（位相差板：偏光変換手段）５００…プロジェクタ（画像表示装置）、５２６…投射レンズ（投射装置）

Claims (6)

1. 特定の振動方向の光を発光するレーザ光源と、
   該レーザ光源から射出された光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、
   該波長変換素子から射出された光のうち前記所定の波長に変換された光を透過させ、前記所定の波長に変換されなかった光を反射させて、前記レーザ光源の方へ戻す外部共振器と、を備え、
   該外部共振器から射出された光により、光学素子を介して光変調装置を照明する光源装置であって、
   前記レーザ光源と前記波長変換素子との間に配置されるとともに、前記外部共振器において反射された光のうち、前記レーザ光源の方へ向かう光路において、前記波長変換素子を通過することによって前記所定の波長に変換された光を反射させて前記レーザ光源とは異なる位置へ導くとともに、前記所定の波長に変換されなかった光を前記レーザ光源の方へ透過させる分離部と、
   該分離部において反射された光を前記光学素子に向けて反射させる反射部とを備え、
   前記外部共振器を透過して前記光学素子に向かう光の光路である第１光路、あるいは、前記分離部において反射され前記反射部を介して前記光学素子に向かう光の光路である第２光路上に、前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光に１／２波長の位相差を付与可能な偏光変換手段とを備え、
   前記外部共振器から射出された波長変換後の光と前記反射部で反射された波長変換後の光とが、互いに偏光方向が異なる状態となって前記光学素子にそれぞれ入射することを特徴とする光源装置。
2. 前記偏光変換手段が、位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記位相差板を前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光の中心軸に対して垂直な面内で回転させる回転手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記位相差板が、前記反射部の反射面上に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
5. 前記偏光変換手段が、前記レーザ光源から射出された光の偏光面を時間的に変化させる偏光回転素子であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光源装置と、
   該光源装置から射出された後、前記光学素子を介して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、
   該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。

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