特許第6248381号(P6248381)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6248381光学系、偏光分離合波素子および表示装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6248381
(24)【登録日】2017年12月1日
(45)【発行日】2017年12月20日
(54)【発明の名称】光学系、偏光分離合波素子および表示装置
(51)【国際特許分類】
   G02B 27/48 20060101AFI20171211BHJP
   G02B 27/28 20060101ALI20171211BHJP
   G02B 27/18 20060101ALI20171211BHJP
   H04N 5/74 20060101ALI20171211BHJP
   G03B 21/14 20060101ALI20171211BHJP
   G03B 21/00 20060101ALI20171211BHJP
【FI】
   G02B27/48
   G02B27/28 Z
   G02B27/18 Z
   H04N5/74 H
   G03B21/14 Z
   G03B21/00 Z
【請求項の数】6
【全頁数】34
(21)【出願番号】特願2012-242836(P2012-242836)
(22)【出願日】2012年11月2日
(65)【公開番号】特開2014-92663(P2014-92663A)
(43)【公開日】2014年5月19日
【審査請求日】2015年2月3日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001357
【氏名又は名称】特許業務法人つばさ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大野 智輝
(72)【発明者】
【氏名】滝口 幹夫
(72)【発明者】
【氏名】福本 敦
【審査官】 山本 貴一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2009−258207(JP,A)
【文献】 特表2011−508286(JP,A)
【文献】 特開平04−250412(JP,A)
【文献】 特表2004−503923(JP,A)
【文献】 特開昭57−207219(JP,A)
【文献】 特開2010−169830(JP,A)
【文献】 特開平01−130104(JP,A)
【文献】 特開昭60−188901(JP,A)
【文献】 特開2004−170550(JP,A)
【文献】 米国特許第4511220(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 27/28,27/18,27/48
G02B 5/04,5/30
G03B 21/00,21/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のレーザ光を発する第1の半導体レーザ、および前記第1のレーザ光と同色であって前記第1のレーザ光のピーク波長と1nm以上異なるピーク波長を有する第2のレーザ光を発する第2の半導体レーザ、を含む光源部と、
前記光源部からの前記第1のレーザ光および前記第2のレーザ光が互いに実質的に同一の経路を辿って透過する偏光分離合波素子と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに平行をなすように対向する第1の反射面および第1の偏光分離面を含む第1の光学素子と、
互いに平行をなすように対向する第2の反射面および第2の偏光分離面を含む第2の光学素子と
を有し、
前記第1の反射面は、前記第1の偏光分離面からの前記第1のレーザ光および前記第2のレーザ光を前記第2の反射面へ向けて反射するものであり、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面からの前記第1のレーザ光および前記第2のレーザ光を前記第2の偏光分離面へ向けて反射するものである
光学系。
【請求項2】
前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光とを合波して合波光を形成したのち、その合波光を前記偏光分離合波素子に導く光学部材をさらに備える
請求項1記載の光学系。
【請求項3】
前記第1のレーザ光のピーク波長と前記第2のレーザ光のピーク波長との差分は6nm以下である
請求項1または請求項2に記載の光学系。
【請求項4】
第1のレーザ光を発する第1の半導体レーザ、および前記第1のレーザ光と同色であって前記第1のレーザ光のピーク波長と1nm以上異なるピーク波長を有する第2のレーザ光を発する第2の半導体レーザ、を含む光源部と、
前記光源部からの前記第1のレーザ光および前記第2のレーザ光が互いに実質的に同一の経路を辿って透過する偏光分離合波素子と、
前記偏光分離合波素子からの前記第1のレーザ光および前記第2のレーザ光を投影する投影部と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに平行をなすように対向する第1の反射面および第1の偏光分離面を含む第1の光学素子と、
互いに平行をなすように対向する第2の反射面および第2の偏光分離面を含む第2の光学素子と
を有し、
前記第1の反射面は、前記第1の偏光分離面からの前記第1のレーザ光および前記第2のレーザ光を前記第2の反射面へ向けて反射するものであり、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面からの前記第1のレーザ光および前記第2のレーザ光を前記第2の偏光分離面へ向けて反射するものである
表示装置。
【請求項5】
前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光とを合波して合波光を形成したのち、その合波光を前記偏光分離合波素子に導く光学部材をさらに備える
請求項記載の表示装置。
【請求項6】
前記第1のレーザ光のピーク波長と前記第2のレーザ光のピーク波長との差分は6nm以下である
請求項4または請求項5に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、例えばレーザ光を用いて映像表示を行う表示装置、およびそのような表示装置に適用される偏光分離合波素子および光学系に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、プロジェクタ(投射型表示装置)における照明光学系の光源として、LED(Light Emitting Diode)に代わりレーザが注目されている。光源としてレーザを用いることにより、色再現範囲が拡大し、かつ低消費電力が実現されるからである。
【0003】
ところがレーザはコヒーレント光であることから、拡散面に照射すると斑点状の干渉模様が観察されやすい。このような干渉模様はスペックルパタンと呼ばれ、拡散面で散乱された光が拡散面の微視的な凹凸に起因して干渉しあうために生じるものであり、映像品質の低下を招く。したがって、出来る限りスペックルパタンを視認されにくくすることが望ましい。
【0004】
このような問題を解決すべく、例えば1つのレーザビームから2つの偏光ビームに分離したのち、一方の偏光ビームに対して他方の偏光ビームが光路遅延を生じるように合波することでスペックルを低減する手法が報告されている(例えば特許文献1および2参照)。特許文献1では、レーザビームを第1の偏光ビームスプリッタでP偏光とS偏光とに分離したのち、S偏光を、折り返しプリズムを介して第2の偏光ビームスプリッタにおいてP偏光と合波する手法が報告されている。また、特許文献2では、レーザビームを偏光ビームスプリッタでP偏光とS偏光とに分離したのち、それらをミラーによってそれぞれ偏光ビームスプリッタへ反射させ、さらに偏光ビームスプリッタとミラーとの間に設けた1/4波長板によってS偏光とP偏光とを合波する手法が報告されている。これらの特許文献1,2では、P偏光とS偏光との光学遅延距離をコヒーレンス長以上にすることでスペックルを低減している。また、レーザビームをハーフミラーで分割する手法も報告されている(例えば特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−296503号公報
【特許文献2】特開2010−191173号公報
【特許文献3】特開昭63−73221号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、近年、レーザ光源を用いたレーザビーム走査型(LBS)プロジェクタにおいて高解像度化が進んでいる。ここで、レーザビームの集光位置をレーザ走査ピボットと仮定した場合、例えば水平解像度1280、水平光学振り角50°において、ピクセルの水平クロストークを50%と仮定するとレーザビームの発散角(全角)は1mrad(ミリラジアン)となる。あるいは、水平解像度1900、光学振り角80°において、ピクセルの水平クロストークを100%と改定するとレーザビームの発散角(全角)は1mradになる。すなわち、LBSプロジェクタにおいて、合波されたビームの角度精度が重要になる。
【0007】
LBSプロジェクタでは半導体レーザを直接電流変調することで、各ピクセルに対応した輝度を得ることができる。独立のレーザビームであればスクリーン上に投映されたレーザビームの位置ずれを考慮した電流を印加することで映像のブレを抑制することができる。しかしながら、一のビームを分岐後に合波する上記手法においては位置ずれに相当する映像のブレが発生する。上記光学系の角度ずれが1mradとすれば1ピクセルのブレに相当し、解像度が半減する。仮に30%のズレを許容とする場合のズレは0.3mradであり、上記特許文献1,3の手法では、第2の偏光ビームスプリッタの回転精度を0.15mrad、約30秒に相当する。2つの光学部品の実装精度で30秒を実現することは非常に難しく、また環境の温度変化に対して安定的に上記数字を保つことは困難である。また、上記特許文献2の手法ではミラーを方形の偏光ビームスプリッタの各面に備えることができるが、通常、倒れ加工精度は1mrad程度であり、上記した0.15mrad程度の回転精度を実現することは非常に難しく、コスト面でも不利である。
【0008】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な構成でありながら、スペックルを低減でき、より良好な画像表示性能を発揮し得る表示装置、ならびにそれに搭載される偏光分離合波素子および光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一実施形態としての光学系は、第1のレーザ光を発する第1の半導体レーザ、および第1のレーザ光と同色であって第1のレーザ光のピーク波長と1nm以上異なるピーク波長を有する第2のレーザ光を発する第2の半導体レーザ、を含む光源部と、その光源部からの第1のレーザ光および第2のレーザ光が互いに実質的に同一の経路を辿って透過する偏光分離合波素子とを備える。偏光分離合波素子は、互いに平行をなすように対向する第1の反射面および第1の偏光分離面を含む第1の光学素子と、互いに平行をなすように対向する第2の反射面および第2の偏光分離面を含む第2の光学素子とを有する。第1の反射面は、第1の偏光分離面からの第1のレーザ光および第2のレーザ光を第2の反射面へ向けて反射するものであり、第2の反射面は、第1の反射面からの第1のレーザ光および第2のレーザ光を第2の偏光分離面へ向けて反射するものである。
【0010】
本開示の一実施形態としての表示装置は、第1のレーザ光を発する第1の半導体レーザ、および第1のレーザ光と同色であって第1のレーザ光のピーク波長と1nm以上異なるピーク波長を有する第2のレーザ光を発する第2の半導体レーザ、を含む光源部と、その光源部からの第1のレーザ光および第2のレーザ光が互いに実質的に同一の経路を辿って透過する偏光分離合波素子と、偏光分離合波素子からの第1のレーザ光および第2のレーザ光を投影する投影部とを備える。偏光分離合波素子は、互いに平行をなすように対向する第1の反射面および第1の偏光分離面を含む第1の光学素子と、互いに平行をなすように対向する第2の反射面および第2の偏光分離面を含む第2の光学素子とを有する。第1の反射面は、第1の偏光分離面からの第1のレーザ光および第2のレーザ光を第2の反射面へ向けて反射するものであり、第2の反射面は、第1の反射面からの第1のレーザ光および第2のレーザ光を第2の偏光分離面へ向けて反射するものである。
【0011】
本開示の一実施形態としての偏光分離合波素子を備えた光学系および表示装置では、いずれも光源部から発せられる第1のレーザ光と第2のレーザ光とが互いに同色でありながら1nm以上異なるピーク波長を有し、それらが偏光分離合波素子における第1の光学素子と第2の光学素子とを互いに実質的に同一の経路を辿って透過するようにした。よって、相対スペックルコントラストが大幅に改善される。これは、波長多重によるスペックル低減効果と、偏光分離合波素子を採用したことによる低減効果とによるものである。
【発明の効果】
【0016】
本開示の偏光分離合波素子、光学系および表示装置によれば、簡素な構成でありながら、第1および第2の反射面と第1および第2の偏光分離面の相互の傾き角の精度を向上させ、P偏光とS偏光との所望の光学遅延を得ることができる。よって、大型化を伴うことなくスペックルを低減でき、より良好な画像表示性能を発揮するのに適する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1A】本技術の第1の実施の形態に係る表示装置の全体構成を表す図である。
図1B図1Aに示した表示装置の変形例の全体構成を表す図である(変形例1−1)。
図2A図1に示した光学系の一構成例を表す図である。
図2B図1に示した光学系の、光学素子と光源部との位置関係を表す図である。
図3図1に示した偏光分離合波素子の一構成例およびその作用を表す図である。
図4図1に示した偏光分離合波素子における他の光路を表す図である(変形例1−1)。
図5図1に示した表示装置に適用される変形例としての光学系の一構成例を表す図である(変形例1−2)。
図6A】本技術の第2の実施の形態に係る偏光分離合波素子の一構成例およびそれを通過する第1の光路を表す図である。
図6B】本技術の第2の実施の形態に係る変形例としての偏光分離合波素子の一構成例およびそれを通過する第1の光路を表す図である(変形例2−1)。
図7A図6Aに示した偏光分離合波素子における第2の光路を表す図である(変形例2−2)。
図7B図6Bに示した変形例としての偏光分離合波素子における第2の光路を表す図である(変形例2−3)。
図8A図6Aに示した偏光分離合波素子における第3の光路を表す図である(変形例2−4)。
図8B図6Bに示した変形例としての偏光分離合波素子における第3の光路を表す図である(変形例2−5)。
図9A図6Aに示した偏光分離合波素子における第4の光路を表す図である(変形例2−6)。
図9B図6Bに示した変形例としての偏光分離合波素子における第4の光路を表す図である(変形例2−7)。
図10A図6Aに示した偏光分離合波素子における第5の光路を表す図である(変形例2−8)。
図10B図6Bに示した変形例としての偏光分離合波素子における第5の光路を表す図である(変形例2−9)。
図11A図6Aに示した偏光分離合波素子における第6の光路を表す図である(変形例2−10)。
図11B図6Bに示した変形例としての偏光分離合波素子における第6の光路を表す図である(変形例2−11)。
図12図6に示した偏光分離合波素子を用いた光学系の一構成例を表す図である。
図13図6に示した偏光分離合波素子を用いた光学系の第1の変形例を表す図である(変形例2−12)。
図14A】実験例1−1に使用した光学系の概略構成図である。
図14B】実験例1−1に使用した光学系の他の概略構成図である。
図15A】実験例1−1においてスクリーンに投映された像の輝度分布を表す特性図である。
図15B】実験例1−2においてスクリーンに投映された像の輝度分布を表す特性図である。
図16】実験例2において光学遅延距離と相対スペックルコントラストとの関係を表す特性図である。
図17A】実験例3に使用した光学系の概略構成図である。
図17B】実験例3に使用した光学系の他の概略構成図である。
図18】実験例3における、2つのレーザ光の波長差と相対スペックルコントラストとの関係を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
<第1の実施の形態>
以下、本開示の第1の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
[表示装置]
図1Aは、本実施の形態の表示装置を表す。この表示装置は、例えば半導体レーザを光源としたレーザビーム走査型プロジェクタである。この表示装置は、図1Aに示したように、光源部10と、光源部10からのレーザ光が透過する偏光分離合波素子1と、走査部としてのMEMS(micro electro mechanical system)ミラー14とを備える。さらに、図1Bに示したように、偏光分離合波素子1と光源部10との間の光路上に1/4波長板15を備えていてもよい。
【0020】
[光学系]
図2Aは、図1Aに示した表示装置の光学系を表すものである。この光学系は、例えば光源部10と偏光分離合波素子1とを有する。光源部10は、レーザ光源11、コリメート部12、色合波部13を有する。レーザ光源11は、赤色レーザ11R、緑色レーザ11G、青色レーザ11Bを有し、コリメート部12は、コリメータレンズ12R,12G,12Bを有する。色合波部13は、反射ミラー13Rおよびダイクロイックプリズム13G,13Bを有する。
【0021】
赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bはそれぞれ、赤色レーザ光、緑色レーザ光または青色レーザ光を発する3種類の光源である。赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bはそれぞれ、例えば半導体レーザ等からなる。あるいは、スーパールミネッセンスダイオードであってもよい。レーザ光源11は、赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bをそれぞれ2つ以上有していてもよい。その場合、2以上の赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bは、それぞれ、互いに1nm以上異なるピーク波長を有する同色のレーザ光を発し、いずれも偏光分離合波素子1に入射することが望ましい。
【0022】
コリメータレンズ12R,12G,12Bは、赤色レーザ11Rから出射された赤色レーザ光、緑色レーザ11Gから出射された緑色レーザ光、青色レーザ11Bから出射された青色レーザ光をそれぞれ、コリメートしてほぼ平行な光とするためのレンズである。ここでいうほぼ平行な光とは、コリメート直後よりわずかに発散する光である。すなわち、僅かにデフォーカスされたもの、コリメート直後は平行光であってコヒーレンス光の回折により徐々にビームが発散するもの、あるいは、コリメート直後はわずかに集光されておりコリメータレンズ12R,12G,12Bを透過して数十cmから数mの位置で集光したのちに発散していくものをいう。本技術は、ほぼ平行な光を用いた際により優れた効果を発揮する。なお、以下の説明では、この「ほぼ平行な光」を単に平行光と記載する。
【0023】
反射ミラー13Rは、赤色レーザ11Rから出射され、コリメータレンズ12Rを通過して平行光となった赤色レーザ光を、ダイクロイックプリズム13Bへ向けて反射させる反射面131Rを有するものである。ダイクロイックプリズム13Bは、青色レーザ11Bから出射され、コリメータレンズ12Bにより平行光とされた青色レーザ光を選択的に反射させる一方、反射ミラー13Rからの赤色レーザ光を選択的に透過させるダイクロイック膜131Bを有するプリズムである。ダイクロイックプリズム13Gは、緑色レーザ11Gから出射され、コリメータレンズ12Gにより平行光とされた緑色レーザ光を選択的に反射させる一方、ダイクロイックプリズム13Bからの青色レーザ光および赤色レーザ光を選択的に透過させるダイクロイック膜131Gを有するプリズムである。これにより、赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光に対する色合波(光路合波)がなされるようになっている。
【0024】
MEMSミラー14は、偏光分離合波素子1を透過したレーザ光を反射し、例えばスクリーン17上を走査するものである。MEMSミラーとしては、低速の垂直ジンバルと高速の水平ジンバルとを備えた二次元方式のもの、あるいは、低速の垂直ミラーと高速の水平ミラーとを組み合わせた一次元方式のものが適用され得る。但し、MEMSミラー14はこれらに限定されるものではない。
【0025】
偏光分離合波素子1は、上記した光源部10とMEMSミラー14との間(ここでは、ダイクロイックプリズム13GとMEMSミラー14との間の光路上)に配置されている。赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bは、いずれも直線偏光であり、例えばTE偏光(図2Aの紙面に対して平行をなすP偏光)、もしくはTM偏光(図2Aの紙面に対して垂直をなすS偏光)である。図2Bに示したように、偏光分離合波素子1は、XY平面内において光源部10に対し光軸を中心軸として角度θ(ここではθ=45°)だけ傾いていることが望ましい。これら赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bから発せられる各レーザ光から、偏光分離合波素子1によって直交する2つの偏光を生成するためである。すなわち、XY平面に投影した場合に、光源部10における各色レーザ光の進行方向と、偏光分離合波素子1の内部における各色レーザ光の進行方向とが角度θ(ここではθ=45°)をなすようにするとよい。この結果、偏光分離合波素子1を透過する前後のレーザ光の偏光方向が角度θ(ここではθ=45°)だけ傾くことになる。この偏光分離合波素子1は、後述するスペックルノイズ(干渉パターン)を低減するためのものであり、例えば入射したレーザ光について直交する2つの偏光を生成し、それらの間の光路遅延を形成するものである。なお、偏光分離合波素子1と光源部10との間の光路上に1/4波長板15を配置する場合、赤色レーザ11R、緑色レーザ11G、青色レーザ11Bから発せられる各レーザ光が右回り円偏光あるいは左回り円偏光に変換されたのち偏光分離合波素子1へ入射する。このため、上記の角度θを0°あるいは180°に設定することで偏光分離合波素子1において直交する2つの偏光を生成することができる。
【0026】
[偏光分離合波素子の構成]
次に、図2に加えて図3を参照して、偏光分離合波素子1の詳細構成について説明する。図3図1に示した偏光分離合波素子1の詳細な一構成例を表す。
【0027】
偏光分離合波素子1は、光源部10からの各色レーザ光についてP偏光とS偏光とに分離して光路差を生じさせたのち、それらP偏光とS偏光とを合波して出射するものである。偏光分離合波素子1に入射されるレーザ光の偏光は、θ=45°もしくはθ=−45°の直線偏光であるか、右回り円偏光もしくは左回り円偏光である。なお、図3では、直線偏光(S偏光)の場合を例示する。偏光分離合波素子1は、一対の光学素子20,30を有している。
【0028】
光学素子20は、三角プリズム21および平行プリズム22を有する。平行プリズム22の、三角プリズム21の斜面と対向する面22S1には偏光分離膜2Lが形成されている。また、平行プリズム22の、面22S1と反対側の面22S2には、反射膜3Lが形成されている。これにより、光学素子20は互いに対向する偏光分離面(面22S1)および反射面(面22S2)を有することとなる。面22S1と面22S2とは互いに実質的に平行であることが望ましい。また、平行プリズム22は、平坦かつ互いに実質的に平行な表面および裏面を有する一の透明板から切り出されたものであるとよい。より間便に、高精度の平行度を有する面22S1および面22S2を含む平行プリズム22が得られるからである。透明板としては、SiO2 その他の光学ガラスからなるもののほか、透明な樹脂からなるものが適用される。また、ここでいう「透明」とは、可視光に対する透過性を有するものに限定されず、例えば赤外光に対する透過性をも含む意である。
【0029】
光学素子30は、三角プリズム31および平行プリズム32を有する。平行プリズム32の、三角プリズム31の斜面と対向する面32S1には偏光分離膜2Rが形成されている。また、平行プリズム32の、面32S1と反対側の面32S2には、反射膜3Rが形成されている。これにより、光学素子30は互いに対向する偏光分離面(面32S1)および反射面(面32S2)を有することとなる。面32S1と面32S2とについても、互いに実質的に平行であることが望ましい。また、平行プリズム32は、平坦かつ互いに実質的に平行な表面および裏面を有する一の透明板から切り出されたものであるとよい。上記した平行プリズム22と同様の理由からである。
【0030】
平行プリズム22は面22S1と面22S2とを繋ぐ端面22S3を有し、平行プリズム32は面32S1と面32S2とを繋ぐ端面32S3を有する。平行プリズム22および平行プリズム32は、端面22S3と端面32S3とが対向するように隣接配置されている。同様に、三角プリズム21および三角プリズム31は、斜面とは異なる面21S2および面31S2が対向するように隣接配置されている。ここで、端面22S3と端面32S3とは接していてもよいし、離間していてもよい。あるいは、接着されていてもよい。面21S2と面31S2との関係についても同様である。
【0031】
また、端面22S3と端面32S3とは互いに実質的に平行であり、端面22S3と面22S2とがなす角度θ22は、端面22S3と面32S2とがなす角度θ32と実質的に等しいことが望ましい。角度θ22,θ32は、例えば45°とするとよい。
【0032】
反射膜3L,3Rは、例えば誘電体多層膜からなる。なお、面22S2,32S2において入射したレーザ光が全反射する場合には、反射膜3L,3Rを設けなくともよい。また反射率の高い金属膜によって反射膜3L,3Rを構成してもよい。さらに、金属膜と誘電体膜(あるいは誘電体多層膜)との組み合わせであってもよい。本技術において、反射膜3L,3Rの構成はこれらのものに限定されず、他の態様をもとり得る。
【0033】
偏光分離膜2L,2Rは、それぞれ、例えば誘電体多層膜からなり、入射したレーザ光の中からP偏光(偏光分離膜2L,2Rの法線と入射光線とを含む面に平行な偏光方向をもつ直線偏光)を透過させ、S偏光(P偏光の偏光方向と直交する偏光方向をもつ直線偏光)を反射させる機能を有する。また、偏光分離膜2L,2Rはワイヤーグリッドからなるものであってもよい。本技術において偏光分離膜2L,2Rの構成はこれらのものに限定されず、他の態様をもとり得る。
【0034】
光学素子20における反射面である面22S2は、偏光分離面である面22S1からのレーザ光を、光学素子30における反射面である面32S2へ向けて反射する。面32S2は、面22S2からのレーザ光を、光学素子30における偏光分離面である面32S1へ向けて反射する。
【0035】
[表示装置の作用・効果]
(1.表示動作)
この表示装置では、まず、赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bからそれぞれ出射された光(レーザ光)が、コリメータレンズ12R,12G,12Bによってそれぞれコリメートされ、平行光となる。次いで、このようにして平行光とされた各色レーザ光は、色合波部13(反射ミラー13Rおよびダイクロイックプリズム13G,13B)において色合波(光路合波)がなされ、偏光分離合波素子1に向かう。具体的には、赤色レーザ11Rから出射された赤色レーザ光は、反射面131Rにおいて反射したのち、ダイクロイック膜131Bおよびダイクロイック膜131Gを順次透過し、偏光分離合波素子1へ向かう。青色レーザ11Bから出射された青色レーザ光は、ダイクロイック膜131Bにおいて反射したのちダイクロイック膜131Gを透過して偏光分離合波素子1へ向かう。緑色レーザ11Gから出射された緑色レーザ光は、ダイクロイック膜131Gにおいて反射したのち偏光分離合波素子1へ向かう。色合波部13において光路合波がなされたレーザ光は、偏光分離合波素子1を通過したのち、MEMSミラー14へ入射する。MEMSミラー14へ到達したレーザ光はMEMSミラー14において反射され、スクリーン17に投影される。MEMSミラー14は、偏光分離合波素子1からのレーザ光を走査してスクリーン17上に映像を形成する。
【0036】
この際、赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bはそれぞれ、時分割的に順次発光(パルス発光)し、赤色レーザ光,緑色レーザ光,青色レーザ光を出射する。そして、外部から供給される各色成分(赤色成分、緑色成分、青色成分)の映像信号に基づいて、赤色レーザ光,緑色レーザ光,青色レーザ光を個別に時分割的に順次、強度変調、パルス幅変調、あるいは強度変調およびパルス変調の双方がなされる。またこれらの映像信号に基づく変調に、高周波成分を重畳してもよい。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示がスクリーン17上においてなされる。なお、強度変調は、赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bの各々に対する注入電流を直接変調するとよい。
【0037】
(2.偏光分離合波素子の作用)
次に、偏光分離合波素子1の作用について、主に図3を参照して説明する。色合波部13を経由したレーザ光は、偏光分離合波素子1における光路を含む面(X'Z面)に対して45°傾斜したθ=+45°の直線偏光またはθ=−45°(θ=+135°)の直線偏光を有する。この直線偏光のレーザ光(図3では例えばY軸方向を偏光方向とするS偏光のレーザ光)は、例えば端面22S3と反対側の端面22S4から平行プリズム22へ入射する。この直線偏光(S偏光)は面22S4を透過して平行プリズム22へ入射したのち、面22S1において反射したS偏光と、面22S1を透過したP偏光とに分離される。この際、面22S1を反射したS偏光の偏光方向は45°回転して紙面に垂直なYY方向となり、一方の面22S1を透過したP偏光の偏光方向は45°回転して紙面に平行なXX方向となる。面22S1において反射したS偏光は面22S2へ向かう。そのS偏光は面22S2において反射したのち端面22S3および端面32S3を順次透過し、平行プリズム32へ進入する。さらに、S偏光は面32S2と面32S1とにおいて順次反射し、面32S4から外部へ出射される。一方、面22S1を透過したP偏光は面21S2,面31S2,面32S1を順次透過して直進し、S偏光と合波されて面32S4から外部へ出射される。これにより、S偏光はP偏光よりも長い光路長を経て偏光分離合波素子1から出射されることとなる。すなわち、S偏光とP偏光との間に光学遅延距離(光路長差)Dを生じさせることができる。このとき、面32S1上における、S偏光の反射する位置およびP偏光の透過する位置、すなわちS偏光の出射位置とP偏光の出射位置とが互いに実質的に一致することが望ましい。スペックルを十分に低減するためである。なお、XX方向およびYY方向は、Z軸を中心軸としてX軸およびY軸をそれぞれ45°回転させた方向である。
【0038】
光学遅延距離Dは、P偏光の光路とS偏光の光路との実距離差(実際の光路差)に光学屈折率をかけた値である。光学屈折率は、分散によりレーザ光の波長に応じて若干異なる性質ものであるから、必然的に光学遅延距離Dもレーザ光の波長に応じて若干異なる。レーザ光源11における赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bの各々に対して例えば以下の式(1)を満足することが望ましい。但し、neffはレーザ光に対する実効屈折率であり、Lは各レーザの共振器長であり、mは自然数である。
【0039】
2×neff×L×(m+0.20)≦D≦2×neff×L×(m+0.80)……(1)
【0040】
レーザ光源11は共振器を有し、マイケルソン干渉計で測定される可干渉性は2×neff×L(=Lc(ピーク周期))のピッチで大きな値を取る。したがって、S偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光とに分離された2つのレーザ光の光学遅延距離Dが可干渉性のピーク位置と異なるようにすることで2つのレーザ光の干渉性を抑えることができる。例えば、赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bにおける各々の2×neff×Lを、8mm,2.77mm,3.7mmとしたとき、光学遅延距離Dを例えば緑色レーザ11Gに対して12.5mmとする。なお光学遅延距離Dは材料の屈折率分散により赤色レーザ11Rに対して12.398mm、青色レーザ11Bに対して12.733mmとなり、光学遅延距離Dは、上記の2×neff×L=8mm,2.77mm,3.7mmの1.55倍、4.51倍、3.44倍にそれぞれ相当し、上記の式(1)を満足する。赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bをそれぞれ2以上設けた場合、それら2以上の同色のレーザは、互いに1nm以上異なるピーク波長を有するレーザ光を発するものとするとよい。すなわち、2以上の赤色レーザ11Rは、互いに1nm以上異なるピーク波長を有する赤色レーザ光を発し、2以上の緑色レーザ11Gは、互いに1nm以上異なるピーク波長を有する緑色レーザ光を発し、2以上の青色レーザ11Bは、互いに1nm以上異なるピーク波長を有する青色レーザ光を発するとよい。
【0041】
(3.効果)
このように、本実施の形態では、分離されたS偏光とP偏光との間に高精度の光路差を設けるようにしたので、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。偏光多重の自由度は最大で2であることから、理論上、すなわちS偏光とP偏光との相互相関を0(ゼロ)とすると、スペックルコントラストは、偏光多重を行わない場合を1としたとき偏光多重により1/√2に低減される。
【0042】
また、本実施の形態では、光学素子20において一体物である平行プリズム22が、対向する偏光分離面(面22S1)および反射面(面22S2)を有するようにした。このため、偏光分離面と反射面とを別々の物体に設け、配置した場合と比較して、偏光分離面(面22S1)と反射面(面22S2)との平行度を著しく向上させ、両者の角度ずれを極めて小さく(例えば数秒程度と)することができる。光学素子30においても同様の理由により同様の効果が得られる。よって、出射されるS偏光とP偏光との光軸ずれが極めて微少となる(例えば0.3mrad以内)。したがって、この表示装置によれば、簡素かつコンパクトな構成でありながら、スペックルを十分に低減でき、より良好な画像表示性能を発揮することができる。
【0043】
なお、本実施の形態では偏光分離合波素子1による偏光多重に加え、半導体レーザを高周波重畳駆動することがより望ましい。赤、緑、青の波長域では100MHz〜500MHz程度が適当であり、これにより半導体レーザの利得集中が抑制されスペクトル幅がDC駆動の2倍程度となり、波長多重の効果によりさらにスペックルを低減できる。各半導体レーザはMEMSミラー14と同期し、各ピクセルに対応して半導体レーザの強度とデューティ比を調整する。これにより例えば8ビットの階調を実現できる。MEMSミラー14で走査された軌跡は湾曲するので、光学系や信号処理により走査軌跡を長方形など所望の形状になるように補正するとよい。現状では、水平方向の解像度は1280以上、垂直方向の解像度は720以上がそれぞれ望まれているが、本実施の形態の表示装置によれば十分なビームスポットサイズを実現できる。またMEMSミラー14を出射する光学ビームの振り角は水平方向において45°以上が望ましい。そのような振り角を得るため、MEMSミラー14そのものの振り角を増加するほか、コンバージョンレンズを用いて光学振り角を広げてもよい。
【0044】
[変形例1−1]
偏光分離合波素子1に対するレーザ光の入射位置は、図3に示したものに限定されるものではなく、例えば図4のようにしてもよい。図4は、図1に示した偏光分離合波素子1を通過するレーザ光の他の光路を表す図である。但し、図4では偏光分離膜2L,2Rおよび反射膜3L,3Rの図示を省略している。図3では、光学素子20の平行プリズム22における端面22S4からS偏光のレーザ光を入射し、光学素子30の平行プリズム32における端面32S4からS偏光およびP偏光を合波したレーザ光を出射するようにした。これに対し、図4の本変形例では、光学素子20の三角プリズム21における面21S1からS偏光のレーザ光を入射し、光学素子30の三角プリズム31における面31S1からS偏光およびP偏光を合波したレーザ光を出射するようにした。
【0045】
具体的には、偏光分離合波素子1に入射されるレーザ光の偏光は、θ=45°の直線偏光もしくはθ=−45°の直線偏光、または右回り円偏光もしくは左回り円偏光である。なお、図4では、Y軸方向を偏光方向とする直線偏光(S偏光)を入射する場合を例示する。このS偏光のレーザ光は面21S1から三角プリズム21へ入射する。三角プリズム21へ入射したレーザ光は、面22S1において反射するS偏光と、面22S1を透過するP偏光とに分離される。面22S1を反射したS偏光は、端面21S2および端面31S2を順次透過し、三角プリズム31へ進入する。そののち、S偏光は面32S1において反射し、面31S1から外部へ出射される。一方、面22S1を透過したP偏光は、面22S2において反射したのち、端面22S3および端面32S3を順次透過し、平行プリズム32へ進入する。さらに、P偏光は面32S2において反射したのち面32S1を透過して直進し、S偏光と合波されて面31S1から外部へ出射される。これにより、P偏光はS偏光よりも長い光路長を経て偏光分離合波素子1から出射されることとなる。
【0046】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、分離されたS偏光とP偏光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0047】
[変形例1−2]
図5は、本実施の形態の表示装置に適用される第2の変形例としての光学系を表す構成図である(変形例1−2)。本変形例の光学系は、上記実施の形態の光学系(図2A)における光源部10を光源部10Aに置換したものである。
【0048】
光源部10Aは、レーザ光源11A、コリメート部12A、色合波部13Aを有する。レーザ光源11Aは、2つの赤色レーザ11R1,11R2と、1つの青色レーザ11Bと、2つの緑色レーザ11G1,11G2とを有する。赤色レーザ11R1はP偏光の赤色レーザ光を発する光源である。これはTE偏光の赤色レーザを紙面と水平に配置し、あるいはTM偏光の赤色レーザを紙面と垂直に配置したものである。一方、赤色レーザ11R2はS偏光の赤色レーザ光を発する光源である。これは、TE偏光の赤色レーザを紙面と垂直に配置し、あるいはTM偏光の赤色レーザを紙面と水平に配置したものである。青色レーザ11BはS偏光の青色レーザ光を発する光源である。緑色レーザ11G1はS偏光の緑色レーザ光を、緑色レーザ11G2はP偏光の緑色レーザ光をそれぞれ発する光源である。青色レーザ11B、緑色レーザ11G1,11G2の構成は、赤色レーザ11R1,11R2に準ずる。
【0049】
コリメート部12Aは、赤色レーザ11R1,11R2、青色レーザ11B、緑色レーザ11G1,11G2とそれぞれ対応して配置されたコリメータレンズ12R1,12R2,12B,12G1,12G2を有する。
【0050】
色合波部13Aは、反射ミラー13R1,13G1、偏光ビームスプリッタ(PBS)13R2,13G2、ダイクロイックプリズム13B,13G3を有する。具体的には、偏光分離合波素子1から最も遠い位置から偏光分離合波素子1へ近づくように、反射ミラー13R1、PBS13R2、ダイクロイックプリズム13B、ダイクロイックプリズム13G3が順に配列されており、それぞれ、コリメータレンズ12R1,12R2,12B,12G2に対応して配置されている。ダイクロイックプリズム13G3とコリメータレンズ12G2との間にはPBS13G2が設けられている。さらに、PBS13G2とコリメータレンズ12G1との間には反射ミラー13G1が設けられている。
【0051】
反射ミラー13R1は、赤色レーザ11R1から出射され、コリメータレンズ12R1を通過して平行光となったP偏光の赤色レーザ光を、PBS13R2へ向けて反射させる反射面131R1を有するものである。
【0052】
PBS13R2は、偏光分離面131R2を有する。偏光分離面131R2は、反射ミラー13R1からのP偏光の赤色レーザ光を透過すると共に、赤色レーザ11R2から出射されてコリメータレンズ12R2を通過して平行光となったS偏光の赤色レーザ光をダイクロイックプリズム13Gへ向けて反射させる。
【0053】
ダイクロイックプリズム13Bは、ダイクロイック膜131Bを有するプリズムである。ダイクロイック膜131Bは、青色レーザ11Bから出射されてコリメータレンズ12Bにより平行光とされたS偏光の青色レーザ光を選択的に反射させる一方、PBS13R2からの赤色レーザ光を選択的に透過させるものである。
【0054】
反射ミラー13G1は、反射面131G1を有する。反射面131G1は、緑色レーザ11G1から出射されてコリメータレンズ12G1を通過して平行光となったS偏光の緑色レーザ光を、PBS13G2へ向けて反射させるものである。
【0055】
PBS13G2は、偏光分離面131G2を有する。偏光分離面131G2は、反射ミラー13G1からのS偏光の緑色レーザ光をダイクロイックプリズム13G3へ向けて反射すると共に、緑色レーザ11G2から出射されてコリメータレンズ12G2を通過して平行光となったP偏光の緑色レーザ光を透過させるものである。
【0056】
ダイクロイックプリズム13G3は、ダイクロイック膜131G3を有するプリズムである。ダイクロイック膜131G3は、P偏光およびS偏光の緑色レーザ光を選択的に反射させる一方、ダイクロイックプリズム13Bからの赤色レーザ光および青色レーザ光を選択的に透過させるものである。
【0057】
このような構成の光源部10Aであっても赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光についての色合波(光路合波)を適切に行うことができる。
【0058】
<第2の実施の形態>
以下、本開示の第2の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0059】
図6Aは、第2の実施の形態としての偏光分離合波素子1Aの詳細な一構成例を表す。偏光分離合波素子1Aは上記第1の実施の形態における表示装置に適用されるが、偏光分離合波素子1と異なり、入射される直線偏光のレーザ光における偏光方向を、偏光分離合波素子1Aを透過するレーザ光の光路を含む面に対し傾けなくてよい。すなわち、角度θをθ=0°もしくは180°とすればよい。また、直線偏光ではなく、右回り円偏光もしくは左回り円偏光を偏光合波素子1Aに入射してもよい。なお、図6Aでは、直線偏光(P偏光)を入射する場合を例示する。偏光分離合波素子1Aは、例えばP偏光のレーザ光について偏光状態を維持しつつ2つのレーザ光に分離して光路差を生じさせたのち、一方のレーザ光の偏光を90°回転させ、偏光方向が互いに直交する2つのレーザ光を合波して出射するものである。以下、偏光分離合波素子1Aにおける偏光分離合波素子1と異なる点について主に説明し、偏光分離合波素子1における構成要素と実質的に同じものについては同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【0060】
[偏光分離合波素子の構成]
偏光分離合波素子1Aは、一対の光学素子20,30を有している。光学素子20における平行プリズム22の、三角プリズム21の斜面と対向する面22S1には無偏光分離膜5が形成されている。よって、光学素子20は互いに対向する無偏光分離面(面22S1)および反射面(面22S2)を有する。面22S1と面22S2とは互いに実質的に平行であることが望ましい。また、平行プリズム22は、平坦かつ互いに実質的に平行な表面および裏面を有する一のガラス平板から切り出されたものであるとよい。より間便に、高精度の平行度を有する面22S1および面22S2を含む平行プリズム22が得られるからである。光学素子30は、偏光分離合波素子1と同様のものである。
【0061】
無偏光分離膜5は、いわゆるハーフミラーであり、例えば誘電体や金属材料などを含む層を複数積層してなる多層膜である。無偏光分離膜5は、波長選択性を有さず、また偏光についての選択性も有さず、入射したレーザ光の約半分の光量のレーザ光を透過すると共に残り半分の光量のレーザ光を反射するものである。あるいは、無偏光分離膜5は、波長選択性を有するものであっても、使用される特定範囲の波長を有する入射したレーザ光について約半分の光量のレーザ光を透過すると共に残り半分の光量のレーザ光を反射するものであればよい。なお、無偏光分離膜5におけるレーザ光の透過光量と反射光量との割合は適宜選択すればよく、1対1の割合に限定されるものではない。
【0062】
また、光学素子20の端面22S3と、光学素子30の端面32S3との間には、半波長膜(1/2波長膜)6が設けられている。半波長膜6は、例えば端面22S3もしくは端面32S3の表面に蒸着させた多層膜である。あるいは、別体としての半波長板を光学素子20の端面22S3と、光学素子30の端面32S3との間に配置してもよい。
【0063】
光学素子20における反射面である面22S2は、偏光分離面である面22S1からのレーザ光を、光学素子30における反射面である面32S2へ向けて反射する。面32S2は、面22S2から出射して半波長膜6を透過したレーザ光を、光学素子30における偏光分離面である面32S1へ向けて反射する。
【0064】
[偏光分離合波素子の作用]
次に、偏光分離合波素子1Aの作用について、主に図6Aを参照して説明する。色合波部13において色合波(光路合波)がなされた各色レーザ光は、例えばP偏光およびS偏光のうちの少なくとも一方を有する。ここでは、P偏光を有するレーザ光を入射させる場合を例示して説明する。P偏光のレーザ光は、例えば端面22S4から平行プリズム22へ入射する。平行プリズム22へ入射したP偏光のレーザ光は、無偏光分離膜5が設けられた面22S1において一部が反射し面22S2へ向かう。面22S2に到達したP偏光のレーザ光は反射し、端面22S3、半波長膜6および端面32S3を順次透過し、平行プリズム32へ進入する。その際、半波長膜6によってP偏光のレーザ光はS偏光のレーザ光へ変換される。変換されたS偏光のレーザ光は面32S2と、面32S1とにおいて順次反射し、面32S4から外部へ出射される。一方、無偏光分離膜5が設けられた面22S1を透過したP偏光のレーザ光は面21S2,面31S2,面32S1を順次透過して直進し、上記S偏光のレーザ光と合波されて面32S4から外部へ出射される。これにより、同時に偏光分離合波素子1Aへ入射したP偏光のレーザ光の一部が、残りのP偏光のレーザ光よりも長い光路長を経たS偏光のレーザ光として偏光分離合波素子1Aから出射されることとなる。すなわち、S偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に光学遅延距離(光路長差)Dを生じさせることができる。このとき、面32S1上における、S偏光のレーザ光の反射する位置およびP偏光のレーザ光の透過する位置、すなわちS偏光のレーザ光の出射位置とP偏光のレーザ光の出射位置とが互いに実質的に一致することが望ましい。スペックルを十分に低減するためである。
【0065】
[効果]
このように、分離されたS偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けるようにしたので、本実施の形態においても偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0066】
また、本実施の形態では、光学素子20において一体物である平行プリズム22が、対向する無偏光分離面(面22S1)および反射面(面22S2)を有するようにした。このため、無偏光分離面と反射面とを別々の物体に設け、配置した場合と比較して、無偏光分離面(面22S1)と反射面(面22S2)との平行度を著しく向上させ、両者の角度ずれを極めて小さく(例えば数秒程度と)することができる。したがって、この偏光分離合波素子1Aを搭載した表示装置によれば、簡素な構成でありながら、スペックルを十分に低減でき、より良好な画像表示性能を発揮することができる。
【0067】
[変形例2−1]
図6Bは、本実施の形態における第1の変形例としての偏光分離合波素子1Bの一構成例、およびそれを通過する光路を表すものである。図6Aに示した偏光分離合波素子1Aでは、平行プリズム22の面22S3と平行プリズム32の面32S3との間に半波長膜6が設けられている。これに対し、本変形例の偏光分離合波素子1Bでは、面22S3と面32S3との間ではなく、三角プリズム21の面21S2と三角プリズム31の面31S2との間に半波長膜6が設けられている。
【0068】
本変形例では、偏光分離合波素子1Bの面22S4に入射される各レーザ光の偏光は例えばS偏光である。この場合、面22S1上の無偏光分離膜5を透過したS偏光のレーザ光は、面31S2を透過したのち半波長膜6によってP偏光のレーザ光に変換される。一方、面22S1上の無偏光分離膜5で反射されたレーザ光は、S偏光のまま面22S3および面32S3を順次透過したのち面32S2で反射される。以降は図6Aの偏光分離合波素子1Aと同様の経路を辿る。
【0069】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、S偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0070】
[変形例2−2]
偏光分離合波素子1Aに対するP偏光のレーザ光の入射位置は、図6Aに示したものに限定されるものではなく、例えば図7Aのようにしてもよい。図7Aは、偏光分離合波素子1Aを通過するレーザ光の他の光路を表す図である(変形例2−2)。但し、図7Aでは無偏光分離膜5、偏光分離膜2Rおよび反射膜3L,3Rの図示を省略している。図6では、光学素子20の平行プリズム22における端面22S4からレーザ光を入射し、光学素子30の平行プリズム32における端面32S4からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射するようにした。これに対し、図7Aの本変形例では、光学素子20の三角プリズム21における面21S1からP偏光のレーザ光を入射し、光学素子30の平行プリズム32における面32S4からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射するようにした。
【0071】
具体的には、P偏光のレーザ光は面21S1から三角プリズム21へ入射する。三角プリズム21へ入射したP偏光のレーザ光の一部は、無偏光分離膜5が設けられた面22S1において反射したのち、端面21S2および端面31S2を順次透過し、三角プリズム31へ進入する。そののち、面32S1をも透過して直進し、平行プリズム22の端面32S4から外部へ出射される。一方、三角プリズム21へ入射したP偏光のレーザ光のうち、面22S1において反射しなかった残りの部分は、面22S1を透過したのち、面22S2に到達する。面22S2に到達したP偏光は反射し、端面22S3、半波長膜6および端面32S3を順次透過し、平行プリズム32へ進入する。その際、半波長膜6によってP偏光のレーザ光はS偏光のレーザ光へ変換される。変換されたS偏光のレーザ光は面32S2と、面32S1とにおいて順次反射し、上記P偏光のレーザ光と合波されて面32S4から外部へ出射される。これにより、同時に偏光分離合波素子1Aへ入射したP偏光のレーザ光の一部が、残りのP偏光のレーザ光よりも長い光路を経たS偏光のレーザ光として偏光分離合波素子1Aから出射されることとなる。
【0072】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、分離されたS偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0073】
[変形例2−3]
図7Bは、図6Bに示した偏光分離合波素子1Bを通過するレーザ光についての他の光路を表すものである。
【0074】
本変形例では、偏光分離合波素子1Bの面21S1に入射される各レーザ光の偏光は例えばS偏光である。この場合、面22S1上の無偏光分離膜5を反射したS偏光のレーザ光は、面31S2を透過したのち半波長膜6によってP偏光のレーザ光に変換される。一方、面22S1上の無偏光分離膜5を透過したレーザ光は、S偏光のまま面22S2で反射したのち面22S3および面32S3を順次透過したのち面32S2で反射される。以降は図7Aの偏光分離合波素子1Aと同様の経路を辿る。
【0075】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、分離されたS偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0076】
[変形例2−4,2−5]
偏光分離合波素子1Aに対してS偏光のレーザ光を入射してもよい。例えば図8Aは、光学素子20における平行プリズム22の端面22S4からS偏光のレーザ光を入射し、光学素子30における三角プリズム31の面31S1からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−4)。一方、偏光分離合波素子1Bに対してはP偏光のレーザ光を入射してもよい。例えば図8Bは、平行プリズム22の端面22S4からP偏光のレーザ光を入射し、三角プリズム31の面31S1からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−5)。
【0077】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、分離されたS偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0078】
[変形例2−6,2−7]
図9Aは、偏光分離合波素子1Aにおいて、三角プリズム21の端面21S1からS偏光のレーザ光を入射し、三角プリズム31の面31S1からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−6)。また、図9Bは、偏光分離合波素子1Bにおいて、三角プリズム21の端面21S1からP偏光のレーザ光を入射し、三角プリズム31の面31S1からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−7)。
【0079】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、分離されたS偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0080】
[変形例2−8,2−9]
偏光分離合波素子1Aに対しては、1方向に限らず2方向からレーザ光を入射してもよい。例えば図10Aは、光学素子20における平行プリズム22の端面22S4および三角プリズム21の端面21S1の双方からP偏光のレーザ光を入射し、光学素子30における平行プリズム32の面32S4からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−8)。偏光分離合波素子1Bについても2方向からレーザ光を入射してもよい。例えば図10Bは、光学素子20における平行プリズム22の端面22S4および三角プリズム21の端面21S1の双方からS偏光のレーザ光を入射し、光学素子30における平行プリズム32の面32S4からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−9)。
【0081】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、分離されたS偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0082】
[変形例2−10,2−11]
図11Aは、偏光分離合波素子1Aにおいて、光学素子20における平行プリズム22の端面22S4および三角プリズム21の端面21S1の双方からS偏光のレーザ光を入射し、光学素子30における三角プリズム31の面31S1からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−10)。また、図11Bは、偏光分離合波素子1Bにおいて、平行プリズム22の端面22S4および三角プリズム21の端面21S1の双方からP偏光のレーザ光を入射し、光学素子30における三角プリズム31の面31S1からS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射する例を示している(変形例2−11)。
【0083】
このような経路を辿るようにした本変形例であっても、分離されたS偏光のレーザ光とP偏光のレーザ光との間に高精度の光路差を設けることができ、偏光多重によりスペックルを十分に低減することができる。
【0084】
[光学系]
図12は、図6Aに示した偏光分離合波素子1Aを用いた光学系の一構成例を表す概略図である。この光学系は、例えば光源部10Bと偏光分離合波素子1Aとを有する。光源部10Bは、レーザ光源11、コリメート部12、色合波部13を有する。レーザ光源11は、赤色レーザ11R、緑色レーザ11G、青色レーザ11Bを有し、コリメート部12は、赤色レーザ11R、緑色レーザ11G、青色レーザ11Bにそれぞれ対応したコリメータレンズ12R,12G,12Bを有する。色合波部13は、ダイクロイック膜131を有する単一のダイクロイックプリズムからなる。ダイクロイック膜131は、青色レーザ11Bから出射されてコリメータレンズ12Bを通過して平行光となった青色レーザ光を反射させる一方、赤色レーザ11Rから出射されてコリメータレンズ12Rを通過して平行光となった赤色レーザ光を選択的に透過させる。ダイクロイック膜131を反射した青色レーザ光およびダイクロイック膜131を透過した赤色レーザ光は、例えば面21S1から偏光分離合波素子1Aの内部へ入射される。なお、色合波部13は、例えば偏光分離合波素子1Aの面21S1と接合されていてもよい。また、コリメータレンズ12Gは、例えば端面22S4と対向して配置されている。このため、緑色レーザ11Gから出射されてコリメータレンズ12Gにより平行光とされた緑色レーザ光は、端面22S4から偏光分離合波素子1Aの内部へ入射される。このような構成により、全体のコンパクト化を実現しつつ、例えばS偏光の赤色レーザ光および青色レーザ光を面21S1から偏光分離合波素子1Aへ入射し、緑色レーザ光を端面22S4から偏光分離合波素子1Aへ入射することができる。その場合、図11Aに示した経路を辿り、光学素子30における三角プリズム31の面31S1から、分離されたS偏光のレーザ光およびP偏光のレーザ光を合波したレーザ光を出射することとなる。
【0085】
[変形例2−12
図13は、図6Aに示した偏光分離合波素子1Aを用いた光学系の他の一構成例を表す概略図である(変形例2−12)。本変形例の光学系は、上記実施の形態の光学系(図12)における光源部10Bを光源部10Cに置換したものである。
【0086】
光源部10Cは、レーザ光源11C、コリメート部12C、色合波部13Cを有する。レーザ光源11Aは、2つの赤色レーザ11R1,11R2と、1つの青色レーザ11Bと、2つの緑色レーザ11G1,11G2とを有する。赤色レーザ11R1,11R2は例えばS偏光の赤色レーザ光を、青色レーザ11Bは例えばS偏光の青色レーザ光を、緑色レーザ11G1,11G2はS偏光の緑色レーザ光をそれぞれ発する光源である。
【0087】
コリメート部12Cは、赤色レーザ11R1,11R2、青色レーザ11B、緑色レーザ11G1,11G2とそれぞれ対応して配置されたコリメータレンズ12R1,12R2,12B,12G1,12G2を有する。
【0088】
色合波部13Cは、反射ミラー19R1,19R2、ダイクロイックプリズム19B,19G1,19G2を有する。具体的には、例えば偏光分離合波素子1Aの面21S1と対向する位置に、ダイクロイックプリズム19Bが設けられている。ダイクロイックプリズム19Bを挟んで偏光分離合波素子1Aと反対側には、ダイクロイックプリズム19G1と反射ミラー19R1とが順に設けられている。ダイクロイックプリズム19B,19G1および反射ミラー19R1は、それぞれ、コリメータレンズ12B,12G1,12R1に対応して配置されている。偏光分離合波素子1Aの面22S4とコリメータレンズ12G2との間にはダイクロイックプリズム19G2が設けられている。さらに、ダイクロイックプリズム19G2とコリメータレンズ12R2との間には反射ミラー19R2が設けられている。
【0089】
反射ミラー19R1は、赤色レーザ11R1から出射されてコリメータレンズ12R1を通過して平行光となったS偏光の赤色レーザ光を、ダイクロイックプリズム19G1へ向けて反射させる反射面191R1を有するものである。
【0090】
ダイクロイックプリズム19G1は、ダイクロイック膜191G1を有するプリズムである。ダイクロイック膜191G1は、緑色レーザ11G1から出射されてコリメータレンズ12G1により平行光とされたS偏光の緑色レーザ光を選択的に反射させる一方、反射ミラー19R1からの赤色レーザ光を選択的に透過させるものである。
【0091】
ダイクロイックプリズム19Bは、ダイクロイック膜191Bを有するプリズムである。ダイクロイック膜191Bは、青色レーザ11Bから出射されてコリメータレンズ12Bにより平行光とされたS偏光の青色レーザ光を選択的に反射させる一方、ダイクロイックプリズム19G1からの緑色レーザ光および赤色レーザ光を選択的に透過させるものである。
【0092】
反射ミラー19R2は、反射面191R2を有する。反射面191R2は、赤色レーザ11R2から出射されてコリメータレンズ12R2を通過して平行光となったS偏光の赤色レーザ光を、ダイクロイックプリズム19G2へ向けて反射させるものである。
【0093】
ダイクロイックプリズム19G2は、ダイクロイック膜191G2を有するプリズムである。ダイクロイック膜191G2は、緑色レーザ11G2から出射されてコリメータレンズ12G2により平行光とされたS偏光の緑色レーザ光を選択的に透過させる一方、反射ミラー19R2からの赤色レーザ光を選択的に反射させるものである。
【0094】
このような構成の光源部10Cであっても赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光についての色合波(光路合波)を適切に行うことができる。
【0095】
なお、上記した実施の形態および変形例のいずれにおいても、平行プリズム22と平行プリズム32との高さは同じであることが望ましい。また、平行プリズム22および三角プリズム21は同じ材料からなり、平行プリズム32および三角プリズム31は同じ材料からなることが望ましい。一方で平行プリズム22および三角プリズム21の構成材料と、平行プリズム32および三角プリズム31の構成材料とは互いに異なっていてもよい。両者の構成材料を適宜変更することで、光学遅延距離Dを調整することができる。例えば2つの異なる波長分散をもつ材料を組み合わせることができる。
【実施例】
【0096】
以下、本技術の具体的な実施例について説明する。
【0097】
[実験例1]
(実験例1−1)
本実験例では、上記実施の形態の偏光分離合波素子1を含む光学系(図14A)を備えた表示装置を作製し、スペックルの低減効果の評価をおこなった。但し、光学素子20と光学素子30との間隔を可変とし、光学遅延距離Dを可変とした。なお、図14Aでは、色合波部13の図示を省略している。また、この光学系では、図14Bに示したように光軸と直交する面内において偏光分離合波素子1を光源部10に対し光軸を中心軸として45°傾けて配置した。すなわち、偏光分離合波素子1におけるレーザ光の光路を含む面を、直線偏光であるレーザ光の偏光軸に対して45°または135°をなすようにした。レーザ光源11としてはTE偏光の青色半導体レーザを用い、偏光方向を紙面と平行になるように配置した。半導体レーザはDC駆動とした。レーザ光は非球面を含むコリメータレンズ12で平行化され、偏光分離合波素子1を透過したのち、MEMSミラー(図示せず)によって二次元走査し、スクリーン(図示せず)上に投映した。
【0098】
スペックル低減の評価には、スペックルコントラストを用いた。スペックルコントラストはスクリーンに投映された像をカメラで取り込み、輝度の標準偏差を平均輝度で割った値である。使用するカメラレンズはスペックル最少スペックルパタンがCCD(電荷結合素子)のセルサイズよりも大きくなるように設定し、CCDのセルサイズを4.4μm、カメラのF値を11、焦点距離fを40mmとした。また、スクリーンとカメラとの距離は90cmとした。人が感じるスペックルパタンは時間積算されたものであり、露光時間は1フレームに相当する1/60秒とした。
【0099】
図15Aに、本実験例におけるスクリーンに投映された像の輝度分布を示す。但し、光学遅延距離D=23.5mmとした。このデータからバックグラウンドノイズを引いたのちの輝度の標準偏差は5.83、輝度平均は31.2となり、スペックルコントラストCs=18.8%が得られた。
【0100】
(実験例1−2)
上記実験例1−1に対する比較例として、偏光分離合波素子1を含まないことを除き、他は同一の構成の表示装置を作製し、同様のスペックルの観察をおこなった。
【0101】
図15Bに、本実験例におけるスクリーンに投映された像の輝度分布を示す。このデータからバックグラウンドノイズを引いたのちの輝度の標準偏差は9.54、輝度平均は40.1となった。これよりスペックルコントラストCs=23.8%が得られた。
【0102】
以上の実験例1−1と実験例1−2との比較により、相対スペックルコントラストは約79%(=18.8/23.8)となった。
【0103】
[実験例2]
次に、図14Aに示した光学系を含む表示装置について、相対スペックルコントラストと光学遅延距離Dとの関係を調査した。その結果を図16に示す。図16に示したように、相対スペックルコントラストは、光学遅延距離Dの変化に伴い、一定の周期でピークを示すことがわかった。
【0104】
使用したレーザ光の波長は445nmであり、半導体レーザの共振条件である2×neff×Lは約3.7mmである。図16に現れたピークの周期は2×neff×Lと一致している。マイケルソン干渉計を用いて測定される半導体レーザの可干渉性は2×neff×Lの整数倍で強くなることが知られており、本実験例においても同様であると考えられる。相対スペックルコントラストは、mを自然数とすると2×neff×L×(m+0.5)で最低値を取り、下記の式(2)を満たせば十分な効果が期待できる。なお、光学遅延距離D=12.5mmのとき、相対スペックルコントラストは80%であった。
【0105】
2×neff×L×(m+0.2)≦D≦2×neff×L×(m+0.8) ……(2)
【0106】
また、図14Aに示した光学系を含む表示装置において、偏光分離合波素子1を透過したレーザ光の発散角のずれは十分に抑制されており、目視ではそのずれを確認することができなかった。なお、偏光多重におけるスペックル低減の理論値は1/√2である。しかし、現実には、偏光分離合波素子1で分離された2つのビーム(P偏光およびS偏光)の相互相関を0にすることは困難であり、実験結果は相互相関が1/eの場合に対応していると考えられる。
【0107】
[実験例3]
次に、図17A,17Bに示した光学系を含む表示装置について、相対スペックルコントラストと波長差との関係を調査した。その結果を図18に示す。
【0108】
実験例1−1の光学系は一のレーザ光源を用いたものであり、全体構成がシンプルであり超小型化が求められる用途に適している。これに対し、本実験例の光学系は、2つのレーザ光源を用いるようにしたものであり、スペックルコントラストをよりいっそう低減するのに適している。現実には網膜の構成より特に赤、緑のスペックルコントラストを下げることが重要である。よって、本出願人は各色につき2つの半導体レーザを用いる構成を検討した。
【0109】
LBSプロジェクタではビームスポットが小さく角度多重の自由度に制約があるので、偏光多重と波長多重とを併用してスペックルを下げることが求められる。十分な波長多重を得るためには同色で波長が異なる2つの半導体レーザを用いるとよい。ところが同じ材料系の半導体レーザにおいて大きな波長差を有する2つのレーザ光を形成することは事実上困難であり、ダイクロックプリズムやダイクロックミラーで合波することが難しい。従って2つのレーザ光は偏光ビームスプリッタで合波される。理論上、2つの独立した光源における相互相関は0であり、例えばP偏光とS偏光とを用いて合波することにより約71%(=1/√2)のスペックルコントラストの低下が期待できる。また2つのレーザ光源に波長差を設けることでスペックルパタンに変化が生じ、最大で約71%(=1/√2)のスペックルコントラストの低下が期待できる。しかしながらこれらの組み合わせ(すなわち、波長および偏光のいずれもが相互に異なる2つの半導体レーザ)では偏光多重と波長多重とが縮退しており約71%(=1/√2)以上の効果が期待できない。そこで、本出願人は、上記実施の形態で説明した偏光分離合波素子を採用することにより、上述の縮退が解消されることを確認した。
【0110】
図17A,17Bに示した光学系では、637.3nmの波長を有する赤色レーザ光を発する一方の赤色半導体レーザ51Bを、その偏光方向が紙面に垂直となるように配置し、他方の赤色半導体レーザ51Aを、偏光方向が紙面と水平になるように配置した。それぞれの赤色半導体レーザ51A,51Bからの赤色レーザ光を非球面レンズ52A,52Bにより平行光束としたのち、反射ミラー53Bおよび偏光ビームスプリッタ(PBS)53Aを介して合波し、偏光分離合波素子1に入射した。ここで、赤色半導体レーザ51Aからのレーザ光については、温度を変えることにより636nm〜643.4nmの範囲で調整可能とした。偏光分離合波素子1を透過したのち、MEMSミラー(図示せず)によって二次元走査し、スクリーン(図示せず)上に投映した。なお、図17Bに示したように、この光学系においても、偏光分離合波素子1におけるレーザ光の光路を含む面が各レーザ光の偏光軸に対して45°または135°をなすように、偏光分離合波素子1を傾けて配置した。
【0111】
(実験例3−1)
図18では、横軸が赤色半導体レーザ51Aと赤色半導体レーザ51Bとの波長差を示し、縦軸が相対スペックルコントラストを示す。図18において、「●」は偏光多重および波長多重の縮退を示している。具体的には、「●」の相対スペックルコントラストは、偏光ビームスプリッタで合波した2つのレーザ光源を用いた場合のスペックルコントラストを、波長637.3nmの赤色レーザ光を発する1つのレーザ光源を用いた場合のスペックルコントラストで割った値である。波長差0において約71%が得られており、偏光多重がほぼ理論値まで低減したことが分かる。なお、2つのレーザ光源からのレーザ光に波長差を生じさせた場合であっても、相対スペックルコントラストは約71%となった。
【0112】
(実験例3−2)
また、図18における「■」は、図17Aの光学系を用いた場合のスペックルコントラストを、図17Aの光学系から偏光分離合波素子1を除いた光学系を用いた場合のスペックルコントラストで割ることで得られる相対スペックルコントラストを示す。図17Aの光学系を用いた場合とは、2つのレーザ光源からの2つのレーザ光を偏光ビームスプリッタで合波し、偏光分離合波素子1を透過させた場合である。図17Aの光学系から偏光分離合波素子1を除いた光学系を用いた場合とは、2つのレーザ光源からの2つのレーザ光を偏光ビームスプリッタで合波したが、偏光分離合波素子1を透過させなかった場合を意味する。偏光分離合波素子1を用いることにより、約80%程度の相対スペックルコントラストが得られることがわかった。
【0113】
(実験例3−3)
さらに、図18における「◆」は、図17Aの光学系を用いた場合のスペックルコントラストを、赤色レーザ光を発する1つのレーザ光源を用いた場合のスペックルコントラストで割ることで得られる相対スペックルコントラストを示す。2つのレーザ光の波長差が0(ゼロ)近傍においては実験例3−1の値と大きく変わらないが、波長差(の絶対値)が1nm以上となると相対スペックルコントラストが約57%にまで改善されることがわかった。これは波長多重によるスペックル低減効果(約71%(=1/√2))と、上記実験例3−2で示した偏光分離合波素子1を採用したことによる低減効果(約80%)との積と考えられる。
【0114】
このように、本技術の偏光分離合波素子を採用することにより、偏光多重と波長多重との縮退を解消することができ、さらなるスペックルコントラストの低減を図ることが可能なことが確認できた。
【0115】
以上、いくつかの実施の形態、変形例および実験例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、光源部の構成(例えばレーザ光源の種類、数など)および光源部と偏光分離合波素子との位置関係については、上記実施の形態等に示したものに限定されるものではない。
【0116】
また、上記実施の形態等では、レーザ光を走査する走査部としてMEMSミラーを例示して説明するようにしたが、本技術では、MEMSミラー以外の、例えば超音波モータを用いた低速の垂直ミラーや、ガルバノミラーなども用いることができる。
【0117】
また、上記実施の形態等では、直線偏光のレーザ光を用いる場合を例示して説明するようにしたが、本技術では、円偏光のレーザ光を用いることもできる。
【0118】
また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
(1)
互いに対向する第1の偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する第2の偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と
を備え、
前記第1の反射面は、前記第1の偏光分離面からの光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面からの光を前記第2の偏光分離面へ向けて反射し、
前記第1の偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記第2の偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
偏光分離合波素子。
(2)
前記第1の光学素子は前記第1の偏光分離面と前記第1の反射面とを繋ぐ第1の端面を有し、
前記第2の光学素子は前記第2の偏光分離面と前記第2の反射面とを繋ぎ、前記第1の端面と対向する第2の端面を有する
上記(1)記載の偏光分離合波素子。
(3)
前記第1の光学素子は、一の透明板から切り出され、かつ、前記第1の偏光分離面および第1の反射面を含む第1のプリズムを有し、
前記第2の光学素子は、前記一の透明板もしくは他の一の透明板から切り出され、かつ、前記第2の偏光分離面および第2の反射面を含む第2のプリズムを有する
上記(1)または(2)に記載の偏光分離合波素子。
(4)
前記第1の光学素子は、前記第1のプリズムの前記第1の偏光分離面と対向する斜面を含む第3のプリズムをさらに有し、
前記第2の光学素子は、前記第2のプリズムの前記第2の偏光分離面と対向する斜面を含む第4のプリズムをさらに有する
上記(3)記載の偏光分離合波素子。
(5)
互いに対向する無偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられた半波長素子と
を備え、
前記第1の反射面は、前記無偏光分離面において反射した光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面において反射したのち前記半波長素子を透過した光を前記偏光分離面へ向けて反射し、
前記偏光分離面は、前記無偏光分離面を透過したのち前記半波長素子を介することなく到達した光と、前記第2の反射面において反射した光とを合波し、
前記無偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
偏光分離合波素子。
(6)
前記第1の光学素子は前記無偏光分離面と前記第1の反射面とを繋ぐ第1の端面を有し、
前記第2の光学素子は前記偏光分離面と前記第2の反射面とを繋ぎ、前記第1の端面と対向する第2の端面を有する
上記(5)記載の偏光分離合波素子。
(7)
前記第1の光学素子は、一の透明板から切り出され、かつ、前記無偏光分離面および第1の反射面を含む第1のプリズムを有し、
前記第2の光学素子は、前記一の透明板もしくは他の一の透明板から切り出され、かつ、前記偏光分離面および第2の反射面を含む第2のプリズムを有する
上記(5)または(6)に記載の偏光分離合波素子。
(8)
前記第1の光学素子は、前記第1のプリズムの前記無偏光分離面と対向する斜面を含む第3のプリズムをさらに有し、
前記第2の光学素子は、前記第2のプリズムの前記偏光分離面と対向する斜面を含む第4のプリズムをさらに有する
上記(7)記載の偏光分離合波素子。
(9)
互いに対向する無偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられた半波長素子と
を備え、
前記第1の反射面は、前記無偏光分離面において反射した光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面において反射した光を前記偏光分離面へ向けて反射し、
前記偏光分離面は、前記無偏光分離面を透過したのち前記半波長素子を透過した光と前記第2の反射面において反射した光とを合波し、
前記無偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
偏光分離合波素子。
(10)
前記第1の光学素子は前記無偏光分離面と前記第1の反射面とを繋ぐ第1の端面を有し、
前記第2の光学素子は前記偏光分離面と前記第2の反射面とを繋ぎ、前記第1の端面と対向する第2の端面を有する
上記(9)記載の偏光分離合波素子。
(11)
前記第1の光学素子は、一の透明板から切り出され、かつ、前記無偏光分離面および第1の反射面を含む第1のプリズムを有し、
前記第2の光学素子は、前記一の透明板もしくは他の一の透明板から切り出され、かつ、前記偏光分離面および第2の反射面を含む第2のプリズムを有する
上記(9)または(10)に記載の偏光分離合波素子。
(12)
前記第1の光学素子は、前記第1のプリズムの前記無偏光分離面と対向する斜面を含む第3のプリズムをさらに有し、
前記第2の光学素子は、前記第2のプリズムの前記偏光分離面と対向する斜面を含む第4のプリズムをさらに有する
上記(11)記載の偏光分離合波素子。
(13)
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部からのレーザ光が透過する偏光分離合波素子と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに対向する第1の偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する第2の偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と
を有し、
前記第1の反射面は、前記第1の偏光分離面からの光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面からの光を前記第2の偏光分離面へ向けて反射する
前記第1の偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記第2の偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
光学系。
(14)
前記光源部は、前記レーザ光源として赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源、緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源および青色レーザ光を発する青色レーザ光源をそれぞれ1以上有し、
前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光の全てが一の前記偏光分離合波素 子に入射する
上記(13)記載の光学系。
(15)
前記レーザ光源は半導体レーザであって、
前記半導体レーザは、マイケルソン干渉計で測定される可干渉性のピーク周期Lcを有 し、
前記偏光分離合波素子における光学遅延距離Dは式(1)で表される
上記(13)記載の光学系。
Lc×(m+0.2)≦D≦Lc×(m+0.8) ……(1)
但し、mは自然数である。
(16)
前記光源部は、2以上の同色の前記半導体レーザを有し、
前記2以上の同色の半導体レーザは、互いに1nm以上異なるピーク波長を有するレーザ光を発し、前記偏光分離合波素子に入射する
上記(15)記載の光学系。
(17)
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部からのレーザ光が透過する偏光分離合波素子と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに対向する無偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられた半波長素子と
を有し、
前記第1の反射面は、前記無偏光分離面において反射した光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面において反射したのち前記半波長素子を透過した光を前記偏光分離面へ向けて反射し、
前記偏光分離面は、前記無偏光分離面を透過したのち前記半波長素子を介することなく到達した光と、前記第2の反射面において反射した光とを合波し、
前記無偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
光学系。
(18)
前記光源部は、前記レーザ光源として赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源、緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源および青色レーザ光を発する青色レーザ光源をそれぞれ1以上有し、
前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光の全てが一の前記偏光分離合波素 子に入射する
上記(17)記載の光学系。
(19)
前記レーザ光源は半導体レーザであって、
前記半導体レーザは、マイケルソン干渉計で測定される可干渉性のピーク周期Lcを有 し、
前記偏光分離合波素子における光学遅延距離Dは式(1)で表される
上記(18)記載の光学系。
Lc×(m+0.2)≦D≦Lc×(m+0.8) ……(1)
但し、mは自然数である。
(20)
前記光源部は、2以上の同色の前記半導体レーザを有し、
前記2以上の同色の半導体レーザは、互いに1nm以上異なるピーク波長を有するレーザ光を発し、前記偏光分離合波素子に入射する
上記(19)記載の光学系。
(21)
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部からのレーザ光が透過する偏光分離合波素子と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに対向する無偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられた半波長素子と
を備え、
前記第1の反射面は、前記無偏光分離面において反射した光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面において反射した光を前記偏光分離面へ向けて反射し、
前記偏光分離面は、前記無偏光分離面を透過したのち前記半波長素子を透過した光と前記第2の反射面において反射した光とを合波し、
前記無偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
光学系。
(22)
前記光源部は、前記レーザ光源として赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源、緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源および青色レーザ光を発する青色レーザ光源をそれぞれ1以上有し、
前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光の全てが一の前記偏光分離合波素 子に入射する
上記(21)記載の光学系。
(23)
前記レーザ光源は半導体レーザであって、
前記半導体レーザは、マイケルソン干渉計で測定される可干渉性のピーク周期Lcを有し、
前記偏光分離合波素子における光学遅延距離Dは式(1)で表される
上記(22)記載の光学系。
Lc×(m+0.2)≦D≦Lc×(m+0.8) ……(1)
但し、mは自然数である。
(24)
前記光源部は、2以上の同色の前記半導体レーザを有し、
前記2以上の同色の半導体レーザは、互いに1nm以上異なるピーク波長を有するレーザ光を発し、前記偏光分離合波素子に入射する
上記(23)記載の光学系。
(25)
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部からのレーザ光が透過する偏光分離合波素子と、
前記偏光分離合波素子を透過したレーザ光を走査する走査部と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに対向する第1の偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する第2の偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と
を有し、
前記第1の反射面は、前記第1の偏光分離面からの光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面からの光を前記第2の偏光分離面へ向けて反射し、
前記第1の偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記第2の偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
表示装置。
(26)
前記光源部は、前記レーザ光源として赤色レーザ光を発する赤色半導体レーザ、緑色レーザ光を発する緑色半導体レーザおよび青色レーザ光を発する青色半導体レーザをそれぞれ1以上有し、
前記赤色半導体レーザ、緑色半導体レーザおよび青色半導体レーザは、それぞれマイケルソン干渉計で測定される可干渉性のピーク周期Lcを有し、
前記偏光分離合波素子における光学遅延距離Dは式(1)で表され、
前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光の全てが一の前記偏光分離合波素子に入射する
上記(25)記載の表示装置。
Lc×(m+0.2)≦D≦Lc×(m+0.8) ……(1)
但し、mは自然数である。
(27)
前記光源部は、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する赤色レーザ光を発する2以上の前記赤色半導体レーザと、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する緑色レーザ光を発する2以上の前記緑色半導体レーザと、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する青色レーザ光を発する2以上の前記青色半導体レーザと
を有する
上記(26)記載の表示装置。
(28)
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部からのレーザ光が透過する偏光分離合波素子と、
前記偏光分離合波素子を透過したレーザ光を走査する走査部と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに対向する無偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられた半波長素子と
を有し、
前記第1の反射面は、前記無偏光分離面において反射した光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面において反射したのち前記半波長素子を透過した光を前記偏光分離面へ向けて反射し、
前記偏光分離面は、前記無偏光分離面を透過したのち前記半波長素子を介することなく到達した光と、前記第2の反射面において反射した光とを合波し、
前記無偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
表示装置。
(29)
前記光源部は、前記レーザ光源として赤色レーザ光を発する赤色半導体レーザ、緑色レーザ光を発する緑色半導体レーザおよび青色レーザ光を発する青色半導体レーザをそれぞれ1以上有し、
前記赤色半導体レーザ、緑色半導体レーザおよび青色半導体レーザは、それぞれマイケルソン干渉計で測定される可干渉性のピーク周期Lcを有し、
前記偏光分離合波素子における光学遅延距離Dは式(1)で表され、
前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光の全てが一の前記偏光分離合波素子に入射する
上記(28)記載の表示装置。
Lc×(m+0.2)≦D≦Lc×(m+0.8) ……(1)
但し、mは自然数である。
(30)
前記光源部は、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する赤色レーザ光を発する2以上の前記赤色半導体レーザと、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する緑色レーザ光を発する2以上の前記緑色半導体レーザと、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する青色レーザ光を発する2以上の前記青色半導体レーザと
を有する
上記(29)記載の表示装置。
(31)
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部からのレーザ光が透過する偏光分離合波素子と、
前記偏光分離合波素子を透過したレーザ光を走査する走査部と
を備え、
前記偏光分離合波素子は、
互いに対向する無偏光分離面および第1の反射面を有する第1の光学素子と、
互いに対向する偏光分離面および第2の反射面を有する第2の光学素子と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に設けられた半波長素子と
を備え、
前記第1の反射面は、前記無偏光分離面において反射した光を前記第2の反射面へ向けて反射し、
前記第2の反射面は、前記第1の反射面において反射した光を前記偏光分離面へ向けて反射し、
前記偏光分離面は、前記無偏光分離面を透過したのち前記半波長素子を透過した光と前記第2の反射面において反射した光とを合波し、
前記無偏光分離面および前記第1の反射面は互いに平行であり、
前記偏光分離面および前記第2の反射面は互いに平行である
表示装置。
(32)
前記光源部は、前記レーザ光源として赤色レーザ光を発する赤色半導体レーザ、緑色レーザ光を発する緑色半導体レーザおよび青色レーザ光を発する青色半導体レーザをそれぞれ1以上有し、
前記赤色半導体レーザ、緑色半導体レーザおよび青色半導体レーザは、それぞれマイケルソン干渉計で測定される可干渉性のピーク周期Lcを有し、
前記偏光分離合波素子における光学遅延距離Dは式(1)で表され、
前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光の全てが一の前記偏光分離合波素子に入射する
上記(31)記載の表示装置。
Lc×(m+0.2)≦D≦Lc×(m+0.8) ……(1)
但し、mは自然数である。
(33)
前記光源部は、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する赤色レーザ光を発する2以上の前記赤色半導体レーザと、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する緑色レーザ光を発する2以上の前記緑色半導体レーザと、
互いに1nm以上異なるピーク波長を有する青色レーザ光を発する2以上の前記青色半導体レーザと
を有する
上記(32)記載の表示装置。
【符号の説明】
【0119】
1…偏光分離合波素子、2(2L,2R)…偏光分離膜、3(3L,3R)…反射膜、5…無偏光分離膜、6…半波長膜、10…光源部、11…レーザ光源、12…コリメート部、13…色合波部、14…MEMSミラー、15…1/4波長板、17…スクリーン、20,30…光学素子、21,31…三角プリズム、22,32…平行プリズム。
図1A
図1B
図2A
図2B
図3
図4
図5
図6A
図6B
図7A
図7B
図8A
図8B
図9A
図9B
図10A
図10B
図11A
図11B
図12
図13
図14A
図14B
図15A
図15B
図16
図17A
図17B
図18