JP4893264B2 - 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に記載のレーザディスプレイ装置は、赤色，緑色，青色の半導体レーザと、各半導体レーザから射出されたレーザ光を平行光にする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行化された光の強度分布を均一化する複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズから射出された光を変調する空間光変調器とを備えている。そして、各空間光変調器を通過した光は、ダイクロイックミラーにより合成され、プロジェクタレンズによりスクリーンに表示されるようになっている。このレーザディスプレイ装置は、マイクロレンズが光軸を回転軸として回転可能となっており、このマイクロレンズを回転させることによって空間光変調器を照射するレーザ光のスペックルノイズを低減もしくは消滅させるようになっている。
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に記載のレーザディスプレイ装置では、スペックルを低減させるために、マイクロレンズを回転させているので、回転駆動系等の機構部品が必要になり、コストが高くなってしまう。また、回転駆動系の回転に伴う騒音が生じたり、長期間使用することにより回転駆動系が劣化し、信頼性の低下が生じる。

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、簡易な構成でコストを抑え、射出される光のぎらつきの発生を抑えるとともに、信頼性を向上させ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、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、前記レーザ光源から射出され前記外部共振器を通過し前記光学素子に向かう光の光路である第１光路と、前記レーザ光源から射出され前記外部共振器において反射し前記分離部を介して前記反射部において反射し前記光学素子に向かう光の光路である第２光路と、のいずれか一方に、屈折率が空気と異なる光学部材が備えられたことにより、前記第１光路と前記第２光路との光路差が、前記レーザ光同士の干渉が低減する距離以上とされ、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、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、光源から射出され、外部共振器を通過し光学素子に向かう第１光路を進行する光と、外部共振器及び分離部において反射し光学素子に向かう第２光路を進行する光との光路差が、レーザ光同士の干渉が低減する距離以上であるため、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低下させることが可能となる。したがって、本発明では、従来のように回転駆動系を用いないため、簡易な構成であるため、コストが抑えられ、射出される光のぎらつきの発生を抑えることができる。さらに、本発明では長期間使用しても劣化が生じないので、信頼性を向上させることが可能となる。
また、第２光路を進行するレーザ光は、外部共振器において反射した光であるため、第１光路を進行する光とスペックルパターンが異なるものとなる。したがって、光学素子から射出される光のぎらつきをより抑えることが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記第１光路を進行する光を第３光路と第４光路とに分岐させる第１分岐部と、前記第２光路を進行する光を第５光路と第６光路とに分岐させる第２分岐部とを備え、前記第３光路を進行する光と前記第４光路を進行するレーザ光との光路差及び前記第５光路を進行するレーザ光と前記第６光路を進行するレーザ光との光路差は、それぞれレーザ光同士の干渉が低減する距離以上とすることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、第１分岐部により、外部共振器を透過した光を第３光路と第４光路とに分岐させる。また、分離部において反射し、反射部において反射した光を第２分岐部により、第５光路と第６光路とに分岐させる。このとき、それぞれレーザ光同士の干渉が低減する距離以上とすることにより、第１光路を進行する光と第２光路を進行する光とは干渉性が低下したものとなっているので、より干渉性が低下した光が光学素子に入射することになる。したがって、光学素子から射出される光のぎらつきを抑えることが可能となる。

本発明の光源装置は、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、前記レーザ光源から射出され前記外部共振器を通過し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、前記レーザ光源から射出され前記外部共振器において反射し前記分離部を介して前記反射部において反射し前記光学素子に向かう光の光路である第２光路上に設けられた空気と屈折率が異なる光学部材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、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、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、光学部材として、例えば、ガラスを用いることにより、第１光路あるいは第２光路を進行するレーザ光の光路長のうち光学部材が配置されている部分の光路長が光学部材の屈折率倍になる。したがって、第１光路を進行するレーザ光の光路長と第２光路を進行するレーザ光の光路長とに、光路差が生じるため、レーザ光同士の干渉性が減少する。これにより、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。すなわち、光学部材により、第１光路あるいは第２光路を進行するレーザ光の光路長を短い距離で長い光路長を得ることが可能となる。したがって、本発明では、装置全体を大型にすることなく、第1光路あるいは第２光路を進行する光の光路長を長くすることができるので、装置全体の小型化を実現することが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記光学部材が、前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光の位相を時間的に変化させる位相変化手段であることが好ましい。
本発明に係る光源装置では、第１光路あるいは第２光路を進行する光は、位相変化手段を透過する。このとき、位相変化手段から射出される光は、位相が時間的に変化しているので、スペックル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、干渉性が低下し、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、射出される光のぎらつきの発生を抑えるとともに、従来のように回転駆動系を用いないため、本発明では長期間使用しても劣化が生じないので、信頼性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、光学部材が位相変化手段である代わりに、前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光の屈折率を時間的に変化させる屈折率変化手段であっても良い。
本発明に係る光源装置では、第１光路あるいは第２光路を進行する光は、屈折率変化手段を透過する。このとき、屈折率変化手段から射出された光は、屈折率が変化するので、光学部材が配置されている部分の光路長が光学部材の屈折率倍になる。したがって、時間的に第１光路と第２光路の光路差を変化させることができるので、光路差をコヒーレンス長より長くせずに、短い光路差で干渉性によるぎらつきを目で感じにくくすることが可能となる。

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、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、光変調装置により変調された画像が、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、スペックルパターンの発生を抑え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。

なお、レーザ光源１１から射出され外部共振器１４において反射し、波長変換素子１３を透過しダイクロイックミラー１２を介して反射ミラー１７に向かうレーザ光の光路を第１復路Ｂ１とする。また、反射ミラー１７において反射し、ロッドインテグレータ１５に向かうレーザ光の光路を第２復路Ｂ２とする。このとき、レーザ光源１１から射出されたレーザ光は、レーザ光源１１と外部共振器１４との間を共振しているため、第１復路Ｂ１におけるダイクロイックミラー１２と外部共振器１４との光路長は第１復路Ｂ１に寄与しない。なお、本実施形態において、第１復路Ｂ１とは、ダイクロイックミラー１２によって反射され、反射ミラー１７に向かうレーザ光の中心軸を示している、また、第２復路Ｂ３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。

また、ダイクロイックミラー１２と反射ミラー１７との距離Ｌ１は、約５ｍｍとなっている。したがって、往路Ａ１の光路長と、第１復路Ｂ１と第２復路Ｂ２との光路長の和である復路Ｂ３（第２光路：Ｂ１＋Ｂ２）の光路長との光路差は、距離Ｌ１（５ｍｍ）となる。
この光路差Ｌ１（５ｍｍ）は、往路Ａ１を進行するレーザ光と、復路Ｂ３を進行するレーザ光との干渉を低減する距離となっている。

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往路Ａ１を進行するレーザ光と第２復路Ｂ２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、レーザ光源１１から射出され、往路Ａ１を進行するレーザ光と、復路Ｂ３を進行するレーザ光との光路差が、レーザ光同士の干渉が低減する距離Ｌ１となっているため、往路Ａ１を進行するレーザ光と復路Ｂ３を進行する光との干渉性を低下させることが可能となる。したがって、簡易な構成であるため、コストが抑えられ、射出される光のぎらつき（シンチレーション、スペックル）の発生を抑えるとともに、従来のように回転駆動系を用いないため、本発明では長期間使用しても劣化が生じないので、信頼性を向上させることが可能となる。また、復路Ｂ３を進行するレーザ光は、外部共振器１４において反射したレーザ光であるため、往路Ａ１を進行するレーザ光とスペックルパターンが異なるものとなる。したがって、ロッドインテグレータ１５から射出される光のぎらつきをより抑えることが可能となる。
なお、ダイクロイックミラー１２と反射ミラー１７との距離Ｌ１は、約５ｍｍとしたが、５ｍｍ以上であれば、往路Ａ１を進行するレーザ光と復路Ｂ３を進行するレーザ光との干渉を低減させることができる。すなわち、本実施形態では、レーザ光源１１から射出されたレーザ光と外部共振器１４において反射したレーザ光とのスペックルパターンが異なるため、レーザ光源１１のコヒーレンス長は数ｃｍ〜数ｍであるが、往路Ａ１と復路Ｂ３との光路差が約５ｍｍであっても干渉を低減させることが可能となる。なお、往路Ａ１の光路長と復路Ｂ３の光路長を長く取ることができる場合は、距離Ｌ１をレーザ光源１１のコヒーレンス長より長くすることで、ロッドインテグレータ１５から射出される光のぎらつきを確実に低減することが可能となる。

［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２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、往路Ａ１を進行するレーザ光及び復路Ｂ２を進行するレーザ光を分岐させる点において、第１実施形態と異なる。

光源装置３０は、ロッドインテグレータ３１と外部共振器１４との間に、往路Ａ１を進行するレーザ光を分岐するハーフミラー（第１分岐部）３２が設けられている。ハーフミラー３２は、外部共振器１４を透過した緑色のレーザ光を、所定の割合で、反射光と透過光とに分割する部材である。すなわち、ハーフミラー３２により、往路Ａ１を進行するレーザ光は、当該ハーフミラー３２を透過する第１往路（第３光路）Ｃ１と当該ハーフミラー３２を反射する第２往路（第４光路）Ｃ２とに分岐されるようになっている。
さらに、光源装置３０は、ハーフミラー３２において反射した第２往路Ｃ２を進行するレーザ光をロッドインテグレータ３１に反射させる反射ミラー３３を備えている。

また、ロッドインテグレータ３１と反射ミラー１７との間には、第２復路Ｂ２を進行するレーザ光を分岐するハーフミラー（第２分岐部）３７が設けられている。ハーフミラー３７は、反射ミラー１７を反射した緑色のレーザ光を、所定の割合で、反射光と透過光とに分割する部材である。すなわち、ハーフミラー３７により、第２復路Ｂ２を進行するレーザ光は、当該ハーフミラー３７を透過する第１復路（第５光路）Ｄ１と当該ハーフミラー３７反射する第２復路（第６光路）Ｄ２とに分岐されるようになっている。
さらに、光源装置３０は、ハーフミラー３７において反射した第２復路Ｄ２を進行するレーザ光をロッドインテグレータ３１に反射させる反射ミラー３８を備えている。

また、ハーフミラー３２と反射ミラー３３との距離Ｌ２及びハーフミラー３７と反射ミラー３８との距離Ｌ３は、それぞれ５ｍｍとなっている。これらにより、第１往路Ｃ１の光路長と第２往路Ｃ２の光路長との光路差は、距離Ｌ２となっている。同様に、第１復路Ｄ１の光路長と第２復路Ｄ２の光路長との光路差は、距離Ｌ３となっている。
この距離Ｌ２は、第１往路Ｃ１を進行するレーザ光と、第２往路Ｃ２を進行するレーザ光との干渉が低減する距離となっている。また、同様に、距離Ｌ３は、第１復路Ｄ１を進行するレーザ光と、第２復路Ｄ２を進行するレーザ光との干渉が低減する距離となっている。

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、第１往路Ｃ１を進行するレーザ光と第２往路Ｃ２を進行するレーザ光同士、及び、第１復路Ｄ１を進行するレーザ光と第２復路Ｄ２を進行するレーザ光同士の干渉が低減する距離となっているので、ロッドインテグレータ３１に入射するレーザ光の干渉をさらに低減させることが可能となる。したがって、ロッドインテグレータ３１から射出されるレーザ光は、ぎらつきが抑えられた光となる。

［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３及び図４を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置４０では、第１復路Ｂ１にガラス（光学部材）４１が設けられている点において、第1実施形態と異なる。
ガラス４１は、屈折率がｎであり、光軸Ｐに沿う寸法がｄとなっている。したがって、このガラス４１の光路長はｎｄとなるので、第１復路Ｂ１において、ガラス４１を透過するレーザ光の光路長は、ガラス４１の屈折率倍となる。なお、ガラス４１は、屈折率が高い材料からなることが好ましく、例えば、眼鏡レンズ用途の高屈折率ガラス材等を用いる。
また、ガラス４１の屈折率ｎ及び寸法ｄ（ガラス４１の光路長ｎｄ）は、往路Ａ１を進行するレーザ光と復路Ｂ３を進行するレーザ光との光路差が、レーザ光同士の干渉が低減する距離となるように設定されている。なお、屈折率ｎ及び寸法ｄは、往路Ａ１の光路長と復路Ｂ３の光路長との光路差が、レーザ光源１１のコヒーレンス長より長くなるように設定することが好ましい。

本実施形態に係る光源装置４０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４０では、ガラス４１により、第１復路Ｂ１の物理的な距離を短くしつつ、第１復路Ｂ１の物理的な距離を長くしたのと同等の実効的な光路長を得ることが可能となる。したがって、装置全体を大型にすることなく、復路Ｂ３を進行する光の光路長を長くすることができるので、装置全体の小型化を実現することが可能となる。

［第３実施形態の変形例］
なお、本実施形態において、第１復路Ｂ１にガラス４１を設けたが、図４に示すように、第２復路Ｂ２にガラス４１を設けた光源装置４５であっても良い。この構成では、第１復路Ｂ１の距離を短くすることができるので、ダイクロイックミラー１２と反射ミラー１７とを近接して配置することが可能となる。したがって、装置全体を小型にすることができる。
さらに、往路Ａ１を進行するレーザ光と第２復路Ｂ２を進行するレーザ光の間隔が、上記実施形態の光源装置４０に比べて狭くなるので、光源装置４５に用いられるロッドインテグレータ４６の開口を小さくすることができる。すなわち、ロッドインテグレータ１５に比べて小さいロッドインテグレータ４６で良いため、安価なロッドインテグレータ４６を用いることができる。すなわち、コストが低減された光源装置４５を提供す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５及び図６を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置５０では、第１復路Ｂ１に液晶素子（位相変化手段）５１が設けられている点において、第1実施形態と異なる。

液晶素子５１は、図５に示すように、第１電極５１ａ及び第２電極５１ｂにより液晶層５１ｃが挟持された構成になっている。また、第１，第２電極５１ａ，５１ｂは駆動回路５５に接続されている。この駆動回路５５は、液晶素子５１に印加する電圧を制御し、液晶素子５１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５１ｃは、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶が封入された液晶素子５１を用いる。そして、駆動回路５５からの出力が２０Ｖのときは、液晶素子５１に入射したレーザ光の位相が変調されてロッドインテグレータ１５の入射面１５ａに入射する。

また、駆動回路５５からの出力が０Ｖのときは、液晶素子５１に入射したレーザ光は、液晶素子５１を透過することにより、レーザ光の位相は変調されず反射ミラー１７に入射する。
また、駆動回路５５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。さらに、電圧変化は、規則的な周期を持つ波形ではなく、ランダムの波形（例えば、雑音から生成した波形）であることが好ましい。このように、ランダムの波形にすることで、ランダムなスペックルパターンが残像効果により時間積分されるため、ロッドインテグレータ１５から射出されるレーザ光のぎらつきをより抑えることが可能となる。

次に、以上の構成からなる本実施形態の光源装置５０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から射出されレーザ光は、第１実施形態と同様に、波長変換素子１３において波長変換された緑色のレーザ光が、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において反射し、液晶素子５１に入射する。駆動回路５５における印加電圧が２０Ｖのときは、液晶素子５１から射出されるレーザ光の位相は変化せず、ロッドインテグレータ１５に入射する。また、駆動回路５５における印加電圧が０Ｖのときは、液晶素子５１に入射したレーザ光の位相は変調してロッドインテグレータ１５に入射する。
ここで、印加電圧が０Ｖのとき及び印加電圧が２０Ｖのときの、液晶素子５１から射出されるレーザ光のスペックルパターンは、図６に示すように、異なるものとなる。そして、ロッドインテグレータ１５において、重なり合い、観察者の目には、印加電圧が０Ｖのときのスペックル及び印加電圧が２０Ｖのときのスペックルを積分した信号が検知されるため、スペックルパターンは減少して見える。

本実施形態に係る光源装置５０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５０では、従来のように回転駆動系を用いないため、本発明では長期間使用しても劣化が生じないので、信頼性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態において、第１復路Ｂ１に液晶素子５１を設けたが、第３実施形態の図４に示す光源装置４５と同様に、第２復路Ｂ２に液晶素子５１を設けても良い。この構成でも、第１復路Ｂ１の距離を短くすることができるので、装置全体を小型にすることができる。また、ロッドインテグレータ１５に比べて開口の小さいロッドインテグレータで良いため、安価なロッドインテグレータ１５を用いることができる。

また、光学部材としては、往路Ａ１あるいは復路Ｂ３を進行するレーザ光の屈折率を時間的に変化させる屈折率変化手段であっても良い。屈折率変化手段としては、例えば、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ることで、往路Ａ１を進行するレーザ光と復路Ｂ３を進行するレーザ光とに、時間的に光路差を与えることができる。
したがって、時間的に往路Ａ１と復路Ｂ３の光路差を変化させることができるので、光路差をコヒーレンス長より長くしなくて、短い光路差で干渉性によるぎらつきを目で感じにくくすることが可能となる。
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より射出される光は、スペックルパターンの発生を抑えた光となっているので、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縞の発生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、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１５，３１，４６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、第３，第４実施形態において、ガラス４１，液晶素子５１を復路Ｂ３に設けたが、往路Ａ１に設けて、往路Ａ１を進行するレーザ光と復路Ｂ３を進行する光とのレーザ光路差をレーザ光同士の干渉が低減する距離以上にしても良い。
また、光学素子としては、透明圧電素子であっても良い。この場合も、往路Ａ１を進行するレーザ光と復路Ｂ３を進行するレーザ光との光路差が生じるため、レーザ光の干渉性を低下させることが可能となる。

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３実施形態に係る光源装置の変形例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。 図５の光源装置の液晶素子から射出される光のスペックルパターンを示す図である。 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

Ａ１…往路（第１光路）、Ｂ３…復路（第２光路）、Ｃ１…第１往路（第３光路）、Ｃ２…第２往路（第４光路）、Ｄ１…第１復路（第５光路）、Ｄ２…第２復路（第６光路）、１０，３０，４０，４５，５０…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）、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）、３２…ハーフミラー（第１分岐部）、３７…ハーフミラー（第２分岐部）、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 (4)

1. 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、
   前記レーザ光源から射出され前記外部共振器を通過し前記光学素子に向かう光の光路である第１光路と、前記レーザ光源から射出され前記外部共振器において反射し前記分離部を介して前記反射部において反射し前記光学素子に向かう光の光路である第２光路と、のいずれか一方に、屈折率が空気と異なる光学部材が備えられたことにより、前記第１光路と前記第２光路との光路差が、前記レーザ光同士の干渉が低減する距離以上とされ、
   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. 前記光学部材が、前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光の位相を時間的に変化させる位相変化手段であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光学部材が、前記第１光路あるいは前記第２光路を進行する光の屈折率を時間的に変化させる屈折率変化手段であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 請求項１から請求項３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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