光源装置、照明装置以及图像显示装置的制作方法

专利名称：光源装置、照明装置以及图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用激光等相干光(coherent light)(具有可干涉性的光)的光 源装置、照明装置以及图像显示装置。
背景技术：
激光光源等相干光源(生成相干光的光源)用于图像显示装置、测量设备、半导 体基板上的电路制作所利用的曝光/平版印刷装置等。与用于投影仪等的灯光光源相 比，使用激光的激光光源寿命长，发光效率高，方向性强，因此容易提高光利用效 率。此外，在作为图像显示装置利用的情况下，由于激光光源显示出单色性，因此 能够显示色彩再现区域大、鲜艳的图像。另一方面，在使用激光光源作为光源的图像显示装置、测量装置、曝光装置以及 照明装置中，会产生散斑杂讯(speckle noise)。例如，当观察者欣赏由图像显示装置 形成的虚像时，在观察者的视网膜上，来自屏幕的各区域的光重叠而形成图像。此 时，由于经过该屏幕上的不同区域的光线彼此以复杂的相位关系重叠，并且激光具 有高的相干性(可干涉性)，所以光线变得相互干涉。由于这样的干涉而形成干涉图 案(interference pattern),因此作为预期之外的光强度分布(散斑杂讯)而导致显 示图像的画质降低。同样，在使用激光光源作为测量装置或曝光装置用的光源的情 况下，由于激光的相干性，在对象物的面上光强度变得不均匀。上述的散斑杂讯是将具有相干性的激光作为图像显示装置、测量装置、曝光装置 等的光源来使用的情况下的共同的问题，迄今为止，已经做出了用于降低散斑杂讯 的各种尝试。例如，如日本专利公开公报特开2007—233371号、特开2004—144936号(以 下称作"专利文献1、 2")所记载的那样，提出了使用旋转漫射板的方案。在这些结 构中，漫射板被设置在从光源射出的激光的光路上，漫射板以高速旋转，激光透过 漫射板。通过使该漫射板高速旋转，由作为相干光的激光产生的干涉图案被分割， 并且通过让此千涉图案在屏幕上高速移动而使其平均化，从而降低散斑杂讯。艮P，在这些结构中，实际上干涉图案并未消失，而是通过多个不同的(相互无关的)干涉图案重合，看起来就像是散斑杂讯消失了一样。
但是，在这些结构中，需要大规模的机械旋转机构或振幅超过lOOpm的振动机
构等，因此会产生噪音。此外，由于驱动会消耗大量电力，所以作为装置整体的功
耗增大。

发明内容
本发明的目的在于提供一种噪音及功耗小、通过随时间改变照射面上的干涉图案从而能够持续地降低散斑杂讯的光源装置。
本发明所涉及的光源装置是用相干光照明被照明物体的光源装置，包括射出上述相干光的相干光源；和变动上述被照明物体的表面上的上述相干光的干涉图案的图案变动部，上述图案变动部包含设置在上述相干光源和上述被照明物体之间且在上述相干光的光路上，表现出光折射效应的光折射晶体；和变动入射到上述光折射晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一的变动部。
在上述的光源装置中，噪音及功耗小，通过随时间改变照射面上的干涉图案从而能够持续地降低散斑杂讯。


图1是表示本发明第一实施例的光源装置的结构的一个例子的概念图。图2是表示相干光的输出变动的一个例子的图。
图3是表示本发明第一实施例的光源装置的另一结构的一个例子的概念图。图4是表示相干光的光强度分布的变动的一个例子的图。图5是表示本发明第一实施例的光源装置的另一结构的一个例子的概念图。图6是表示本发明第一实施例的光源装置的另一结构的一个例子的概念图。图7是表示本发明第一实施例的光源装置的另一结构的一个例子的概念图。图8是表示本发明第二实施例的光源装置的结构的一个例子的概念图。图9是表示本发明第三实施例的图像显示装置的结构的一个例子的概念图。图10是表示本发明第四实施例的图像显示装置的结构的一个例子的概念图。图11是表示本发明第五实施例的图像显示装置的结构的一个例子的概念图。
具体实施方式
通过使用利用表现出声光效应(acousto-optic effect)、或者克尔效应(Kerr effect) 以及普克尔斯效应(Pockels effect)这样的电光效应(electeroptic effect)的晶体来使 相干光的偏振发生变动的变动部，能够变动被照射面上的相干光的干涉图案。由此， 不再需要会引起一直以来成为问题的噪音和功耗增加的大规模的旋转机构或振动机 构，也可降低散斑杂讯。但是，在使用它们的情况下，需要高电压或超声波的产生源。因此，更为理想的 是使用一种变动部，该变动部通过变动入射到晶体的相干光的光强度分布、强度(例 如，最大强度或平均强度)、偏振方向、以及波长的至少其中之一，使被照射面上的 相干光的干涉图案变动。另外，作为使光强度分布发生变动的方法，例如可以变动 相干光的入射位置，或者变动相干光自身的光强度分布。此外，也可以变动入射的 相干光自身的输出、偏振方向或波长。在此，作为通过变动入射到晶体的相干光的光强度分布、强度、偏振方向或波长 而使相干光的干涉图案变动的变动部，可使用利用了表现出以下效应的晶体的变动 部，例如，透镜能力(leiispower)随着入射光的强度发生变化的热透镜效应(thermal lens effect)、或者随着入射光的空间的光强度分布而产生折射率分布的光折射 (photorefractive)(以下称作"PR")效应等。通过使用利用了上述的热透镜效应或PR效应的变动部，能够使形成在照射面上 的干涉图案高速变化，从而使散斑杂讯降低。此外，通过使用利用了上述的热透镜 效应或PR效应的变动部，不需要在使用电光效应或声光效应时所必需的高电压或 超声波的产生源。此外，不再需要会引起一直以来成为问题的噪音和功耗增加的旋 转机构或大规模的振动机构，也可降低散斑杂讯。尤其是，PR效应即使对低功率的光也能产生较大的折射率变化，在使用大约数十迈W以下的低输出激光光源的图像显示装置、测量装置、曝光装置以及照明装置 中，降低散斑杂讯的效果比使用热透镜效应时更大，因此使用PR效应更为理想。 以下参照附图对使用了上述的PR效应或热透镜效应的本发明的实施例进行说明。(第一实施例)在本实施例中，示出在图像显示装置、测量装置、曝光装置以及照明装置等中通用的、能够降低在这些装置中成为问题的散斑杂讯的光源装置。
图1是表示本发明第一实施例的光源装置的结构的一个例子的概念图，本光源装置至少包括激光光源101和PR晶体102，此外，根据需要还包括聚光透镜103、场透镜104以及振动部105。从激光光源101射出的激光(相干光)通过聚光透镜103被聚光后，射入采用表现出PR效应的材料的PR晶体102,通过使PR晶体102产生PR效应，诱发激光的折射率的变化。通过该折射率的变化，照射面上的激光的干涉图案发生变动，从而散斑杂讯得以降低。
在此，作为激光光源101，无论使用半导体激光器、固体激光器、光纤激光器等何种激光器，只要使用对该激光器的波长表现出PR效应的PR晶体102，本实施例都发挥出上述的效果。
但是，如果让强度、波长、偏振方向以及光强度分布为恒定的光连续射入PR晶体的同一位置，则PR晶体内的折射率的变化量会随时间减少，最终折射率不再变化。其结果，散斑杂讯的降低效果也减少了。为此，本申请发明者们对折射率的变化量的减少进行了专心研究，其结果发现通过变动入射到PR晶体内的光的强度、波长、偏振方向以及光强度分布中的至少其中之一，能够恢复PR晶体内的折射率的变化量。关于这一点，后述的热透镜晶体等也是同样的。
在此，如果以折射率的变化量降低至初始变化量的10%以下为止的时间为PR饱和时间，则较为理想的是，以短于PR饱和时间的周期，变动入射到PR晶体内的光的强度、波长、偏振方向以及光强度分布中的至少其中之一。由此，不再需要会引起一直以来成为问题的噪音和功耗增加的旋转机构或大规模的振动机构，也可持续地取得充分降低散斑杂讯的效果。
此外，虽然入射到PR晶体的相干光的强度越大，PR效应会引起更高速的折射率的变化，取得散斑杂讯的更大的降低效果，但相应地PR饱和时间会变短，因此较为理想的是根据用途调整入射到PR晶体的相干光的强度。
此外，PR晶体与相干光的相互作用距离(从PR晶体的入射面到出射面的距离)越长，PR饱和时间越长，同时散斑杂讯的降低效果也越大。
此外，关于PR晶体，表现出PR效果的激光的波长、PR效果产生的折射率的变化量以及反应速度等不同，所以较为理想的是，根据用途(入射激光输出、波长、光强度分布、必要的反应速度等)选择能够取得散斑杂讯的足够降低效果的最佳PR晶体。以下，具体说明PR晶体102最适宜使用的PR晶体的例子。首先，像LiNb03或LiTa03这样的强电介质是对从可见区域到紫外区域的光表现出PR效果，产生非常大的折射率变化的PR晶体。而且，LiNb03与其他的PR晶体相比非常廉价，作为图像显示装置使用时尤其理想。此外，通过在LiNb03中掺杂Fe或Mn离子，LiNb03会表现出更高速的PR效应，因此，与未掺杂Fe或Mn离子的情况相比，能够提高降低散斑杂讯的效果。
在此，在LiNb03中掺杂Fe的情况下，掺杂浓度越高，折射率的变化量越大，而PR饱和时间越短，另一方面，掺杂浓度越低，折射率的变化量越小，而PR饱和时间越长。例如，若PR饱和时间在0.1ns以下，则必须使入射到PR晶体内的激光的强度、波长、偏振方向以及光强度分布以10MHz以上的频率变化，为调制而需要复杂的结构。
因此，较为理想的是，Fe的掺杂浓度小于0.1。/。，在此情况下，由于PR饱和时间超过lps，所以能够以较为简单的结构实现变动入射到PR晶体内的激光的强度、波长、偏振方向或者光强度分布的变动部。此外，较为理想的是Fe的掺杂浓度为0.002%以上，而在0.004%以上则更为理想，由此，能够得到可降低液晶显示器中的散斑杂讯的折射率变化量。此外，较为理想的是，Fe的掺杂浓度为0.01。/。以上，由此，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像显示装置中，也能得到足够的折射率变化量。
此外，若假设Fe的掺杂浓度为X%，则通过将入射的激光的强度设定为一0.1922'ln(X) — 0.1963(W/cm"以上，能够取得散斑杂讯的更大的降低效果。但是，使激光的强度小于23MW/cmS较为理想，由此能够抑制LiNb03的PR效应的经时劣化，从而实现2万小时以上的长寿命。此外，更为理想的是使激光的强度小于11MW/cm2,由此能够实现6万小时以上的长寿命。
其次，PVK:DMNPAA:ECZ:TNF、 PVK:TNF:DMNPAA:BisCzPR等有机材料是廉价并且能够容易地制作的PR晶体，对红色的波长域的光表现出PR效应，折射率的变化量较大，因此能够取得散斑杂讯的更大的降低效果。此外，采用上述的有机材料的PR晶体，其PR饱和时间也是ms级，能够以简单的结构实现使入射到PR晶体内的激光的强度、波长、偏振方向或光强度分布以kHz级的频率变动的变动部，并且能够持续散斑杂讯的降低效果。
此外，在使用采用上述的有机材料的PR晶体的情况下，较为理想的是，入射的激光的强度在入射面的至少一部分为1.2W/cma以上，此时，散斑杂讯的降低效果进一步增大，从而能够得到可降低液晶显示器中的散斑杂讯的折射率变化量。而且，更为理想的是，入射的激光的强度在入射面的至少一部分为3.1W/cn^以上，由此，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像显示装置中，也能够得到可降低散斑杂讯的折射率变化量。此外，为了抑制由经时劣化造成的PR效应的降低，入射的激光的强度小于200kW/cmS较为理想。
其次，像GaAs、 GaP、 GaN、 InP这样的化合物半导体、或Bi12SiO20(BSO)、B"2Ti02o(BTO)等的软铋矿型晶体(smenite-type crystal)也是对可见光具有PR效应的PR晶体，与LiNb03晶体相比，虽然产生的折射率变化量较小，但反应速度在从ms级到iis级的范围内，非常迅速，因此，尤其在作为测量装置以及曝光装置的光源来使用的情况下，散斑杂讯的降低效果较大。
此外，较为理想的是，PR晶体102的入射端IE (入射面)以及出射端EE (相对面)被施以光学研磨，使得入射端IE以及出射端EE对入射的激光的反射率为2%以下，并在入射端IE以及出射端EE上形成反射防止膜。由此，能够提高光的利用效率。
然而，较为理想的是在PR晶体102的出射端EE激光的一部分被反射，并且理想的是出射端EE的反射率至少高于入射端IE的反射率。由此，可将在PR晶体102的光损失抑制为最小限度，并且，由于PR晶体102内的折射率变化的影响光强度分布发生了变动的激光的一部分在出射端EE被反射，再次激发PR晶体102内的折射率变化，因此折射率的变化量增大。即，由于折射率的变化不会停止而长时间持续变动，因此能够更长时间地持续取得散斑杂讯的更大的降低效果。具体而言，较为理想的是出射端EE的反射率为1%以上且小于7%,由此，能够一边抑制光的利用效率的降低， 一边增大散斑杂讯的降低效果。
此外，较为理想的是，PR晶体102的除了入射端IE以及出射端EE以外的侧面将入射的激光全反射至PR晶体102内。在此情况下，通过由侧面反射激光，增加PR晶体102内的干涉效果，增大折射率的变化，因此能够得到散斑杂讯的更大的降低效果。
此外，在PR晶体内，由于入射的激光自身的光强度分布而使折射率发生变化，即使输出相同，也是晶体内的光强度坡度越陡峭，较大的折射率差越以高速变化。由此，散斑杂讯的降低效果也会增大。因此，较为理想的是，PR晶体102的入射端IE中的光强度坡度较大。为了满足此条 ，在本实施例中，例如使用聚光透镜103让激光聚光，以使PR晶体102的入射端IE附近具有聚光点。
在此情况下，若假设在与激光传播方向LP垂直的面内，从激光的强度达到最大的位置起到激光的强度达到其最大值的1/es的最近位置为止的距离为光束直径，则在PR晶体102的入射端IE的光束直径为lOOpm以下，较大的折射率差以高速变化，因此能够取得散斑杂讯的更大的降低效果。其结果是，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像显示装置中，能够实现散斑杂讯的降低。
但是，如果光束直径过小，则出射光的NA变得过大，因此光利用效率会降低。因此，较为理想的是，光束直径为2imi以上。此外，在PR晶体102的入射端IE即入射面的光束直径为50um以下时，较为理想的是，使PR晶体102的出射端EE即出射面成形为曲率半径为60mm以下的凸面，以减轻出射光的发散，由此能够实现光学系统的进一步小型化。
此外，通过在PR晶体内使入射的激光的光强度分布发生变化，能够进一步增大PR晶体内的折射率的变化，取得散斑杂讯的更大的降低效果。因此，在本实施例中，例如通过振动部105使PR晶体102在与激光传播方向LP垂直的方向上振动，从而使激光的入射位置发生变动。具体而言，PR晶体102在与激光传播方向LP垂直的方向可振动地受到支撑，作为振动部105，可以使用例如仅一轴振动的廉价的振动元件，例如压电元件。
在此，为了能够降低液晶显示器等中的散斑杂讯，较为理想的是，让射向PR晶体102的激光的入射位置在与激光传播方向LP垂直的方向变动光束直径的20%以上。此外，为了在斑噪声的降低较为困难的投影型的图像显示装置中也能有足够的折射率变化，较为理想的是，让射向PR晶体102的激光的入射位置在与激光传播方向LP垂直的方向变动光束直径的40。/。以上。
另外，不用说，光束直径越小，需要的振幅也越小，例如，在被聚光为大约10inn的光束直径的激光入射的情况下，基于上述理由，让射向PR晶体102的激光的入射位置在与激光传播方向LP垂直的方向上以2irni以上或者4pm以上的振幅振动较为理想。此外，被振动的部件并不特别限定于PR晶体102，例如，在让聚光透镜103振动的情况下，能够进一步减小所需要的振动幅度。
如上所述，本实施例中所使用的振幅与上述的专利文献1中漫射板的振幅相比较小，为十分之一左右，因此几乎不产生振动带来的噪音和功耗的增加。为了抑制该振动带来的噪音和功耗的增加，本实施例中的振动的振幅小于4Qiim较为理想。此外，在专利文献1使用的漫射板等中，仅在入射位置移动期间能取得散斑杂讯降低效果，而在本实施例的PR晶体102的情况下，入射位置移动后，即使振动停止，散斑杂讯降低效果也会持续一定时间。因此，在本实施例中，不需要专利文献l所示那样的高速振动。此外，在使用廉价的振动元件的仅沿一轴的振动中，由于在振幅达到最大的位置入射位置的移动速度降低，因此在使用漫射板的情况下散斑杂讯
的降低效果会减少，而在使用本实施例的PR晶体102的情况下，该问题也得到减轻。
此外，如下所述，通过使用完全不需要机械的动作机构的方法，也能进一步增大PR晶体102内的折射率变化。在此情况下，能够省略振动部105，将PR晶体102固定保持在指定位置，因此能够进一步简化装置的结构。
首先，可以变动从激光光源101入射到PR晶体102的激光的光强度分布。例如，使从激光光源101入射到PR晶体102的激光为横向多模(lateral multi-mode)的激光，激光光源101让该模式随时间变化。此外，作为激光光源101也可以使用多个激光光源，让来自多个激光光源的光入射到PR晶体102内的同一位置，使至少其中之一的激光输出随时间变动。由此，不再需要成为噪音和功耗增大的原因的机械的动作机构，也可降低散斑杂讯。
此外，也可以利用PR晶体102所具有的电光效应，通过对PR晶体102施加指定的电压，使PR晶体102内的激光的光强度分布发生变化。由此，不再需要成为噪音和功耗增大的原因的机械的动作机构，也可降低散斑杂讯。在此情况下，更为理想的是，使用像LiNb03晶体那样电光常数较大的晶体。
此外，还可以变动从激光光源101入射到PR晶体102的激光的强度。图2是表示相干光的输出变动的一个例子的图。作为相干光的输出变动，较为理想的是，如图2所示，变动激光的强度，变动幅度W1为平均强度A1的10%以上，由此，能够实现液晶显示器等中的散斑杂讯降低。此外，更为理想的是，变动幅度Wl为平均强度Al的30%以上，由此，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像显示装置中，也能够实现散斑杂讯降低。另外，相干光的输出变动的周期不一定必须是周期性的，在图2所示的例子中，第一次输出变动期间Cl与第二次输出变动期间C2大致相同，但与第三次以及第四次输出变动期间C3、 C4有较大不同，第三次输出变动期间C3与第四次输出变动期间C4不同。
此外，例如，也可以通过取代聚光透镜103而使用具有热透镜效应的晶体，并且间歇性驱动激光光源101，使激光的强度发生变动。由此，基于热透镜的透镜光学能力(lenspower)依赖于激光的输出变动而变动，PR晶体102内的光束直径发生变动，因此散斑杂讯的降低效果持续。由此，不再需要成为噪音和功耗增大的原因的机械的动作机构，也可降低散斑杂讯。
在此情况下，较为理想的是，变动激光的输出，并且激光的强度的变动幅度达到平均强度的5%以上，由此，能够得到散斑杂讯的更大的降低效果，能够实现液晶显示器等中的散斑杂讯降低。此外，更为理想的是，激光的强度的变动幅度为平均强度的15%以上，由此，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像显示装置中，也能实现散斑杂讯降低。
此外，还可以变动从激光光源101入射到PR晶体102的激光的偏振方向。图3是表示本发明第一实施例所示的光源装置的另一结构的一个例子的概念图。在图3所示的例子中，作为PR晶体102，使用像LiNb03晶体那样基于PR效应的折射率变化依赖于偏振的PR晶体，并在激光光源101与PR晶体102之间(聚光透镜103与PR晶体102之间)插入采用液晶801、 802的液晶设备800，让入射到PR晶体102的激光的偏振旋转，使偏振方向随时间变动。在此情况下，不再需要成为噪音和功耗增大的原因的机械的动作机构，也可降低散斑杂讯。
此夕卜，较为理想的是，液晶设备800至少由两个单元(cell)(两个液晶801、 802)组成，在每个单元偏振的旋转角不一致，由此，能够实现更有效的PR效应的恢复。另外，关于液晶产生的激光的偏振方向的变动方法，无论液晶是一个单元还是多个单元，只要偏振的旋转角以10。以上的幅度变动便可。此外，较为理想的是，在此情况下的变动周期也是与上述的输出变动同样的周期。
此外，也可以使用具有热透镜效应的晶体来变动激光的光强度分布。图4是表示相干光的光强度分布的变动的一个例子的图。如图4所示，在某一瞬间的PR晶体102入射面中的光强度分布为区域901，另一瞬间的光强度分布为区域902的情况下，两区域903、 904是两者不重叠的区域。
在此，两区域903、 904中的至少其中之一的面积最好是整体输出的面积(区域901、 902的面积)的30%以上。艮卩，若设区域901至904的面积为A1至A4，则最好是A3/A1X).3或者A4/A2X).3。在此情况下，由于激光的光强度分布发生变动，因此散斑杂讯的降低效果持续，能够取得与上述同样的效果。此外，较为理想的是，基于同样的理由，此情况下的变动周期也与上述变动周期同样。另外，变动光强度分布的方法并不特别限定于使用具有热透镜效应的晶体的方法，例如，也可 以通过使用多个激光光源使输出比发生变动。此外，在作为PR晶体102使用LiNbO3晶体的情况下，若将LiNb03晶体加热 至高温，则内部的PR效应会减少，因此，较为理想的是在100。C以下使用LiNbO3 晶体，而为了防止露水造成的光束散射，较为理想的是在0'C以上使用。此外，作为PR晶体102，使用表现出热透镜效应以及PR效应的晶体也能得到 同样的效果。例如，LiNb03等是在从可见光到紫外光的光入射时，通过吸收入射光 的很少一部分而表现出热透镜效应的PR晶体。在此情况下，仅通过变动来自激光 光源101的输出，散斑杂讯的降低效果便可持续。而且也不需要在PR晶体102与 激光光源101之间另外设置表现出热透镜效应的晶体。另外，在使用表现出热透镜 效应的PR晶体的情况下，为了进一步增大热透镜效应或PR效应，也可以同时使用 其他的热透镜晶体或PR晶体。作为激光光源101，也可以使用伴随着输出变动，使出射光的光束直径或光强度 分布发生变动的激光光源。在此情况下，也仅通过从激光光源101振荡具有输出变 动的激光，散斑杂讯的降低效果便可持续。由于不需要在PR晶体102与激光光源 101之间另外设置表现出热透镜效应的晶体，因此能够实现由部件数目减少带来的 低成本化和装置的小型化。此外，也可以在相干光的光轴上配置采用电光(EO)元件以及声光(AO)元件 中的至少其中之一的偏向元件，通过偏向元件变动相干光的入射位置。图5是表示 本发明第一实施例所示的光源装置的另一结构的一个例子的概念图。如图5所示，例如，可以在激光光源101与PR晶体102之间设置基于电场折 射率发生变化的LiNb03等电光元件106 (及/或基于应力折射率发生变化的声光元 件)，改变激光的偏振，让激光以PR晶体102内的光强度分布发生变化的幅度扫描。 由此，能够使散斑杂讯的降低效果得以持续。在此情况下，根据前述的理由，也使入射到PR晶体102的位置变动光束直径的 20%以上较为理想，而变动40%以上则更为理想的是。通常，仅通过电光元件或声 光元件产生较大的折射率变化比较困难，但在图5所示的例子中，由电光元件或声 光元件产生的较小变动会在PR晶体102内产生较大的复杂的折射率变化，因此降 低散斑杂讯的效果较大。此外，也可以取代一个PR晶体102，使用表现出相互不同的光折射效应的多个PR晶体。图6是表示本发明第一实施例的光源装置的另一结构的一个例子的概念图。在图6所示的例子中，激光光源101a使激光的强度发生变动，从激光光源101a射出并通过了 PR晶体102a的光向不同于PR晶体102a的另一 PR晶体102b入射。在此情况下，与PR晶体为一个的情况相比，散斑杂讯的降低效果进一步增大。另外，较为理想的是，第一个PR晶体102a和第二个PR晶体102b，其晶体的材料组成以及形状中的至少其中之一不同，表现出相互不同的光折射效果。例如，较为理想的是，作为第一个PR晶体102a使用ms级的反应速度慢的材料(PR饱和时间长的材料)，作为第二个PR晶体102b使用折射率变化量大的材料，由此，能够持续得到散斑杂讯的较大的降低效果。
再次参照图l，较为理想的是，在PR晶体102的入射端IE以及出射端EE中的至少其中之一设有细小的凹凸，在此情况下，既能够减低散斑杂讯，也能实现光强度的均匀化。例如，通过将入射端IE以及出射端EE的其中之一设成数imi级以下的细小凹凸面(砂面)，使激光的光强度达到均匀。此外，也可以将出射端EE加工成微透镜阵列(microlens array),或者将用其他材质形成的微透镜阵列与入射端IE或出射端EE贴在一起。在此情况下，能够任意调节被照射面上的照射区域，提高光利用效率。
此外，较为理想的是在入射端IE上设置凹凸面，在此情况下，入射到PR晶体102的激光的光强度分布成为更加细小的图案，光强度坡度也变得陡峭，因此基于PR效应的折射率变化会增大。此外，较为理想的是，将在入射端IE或出射端EE设置了 pm级的细小凹凸的多片PR晶体重叠加以使用，在此情况下，基于第一片PR晶体的光强度变动会使基于第二片PR晶体的光强度变动增加，因此散斑杂讯的降低效果会增大。
在使用上述的各方法的情况下，由于不需要机械的动作机构，因此未降低振动和功耗的增加。但是，在为了恢复折射率的变化而使入射到PR晶体内的激光的强度、偏振方向以及光强度分布发生变动的情况下，较为理想的是，考虑与使用本光源装置的装置的观测时间、曝光时间、测量时间等的关系，来确定强度、偏振方向以及光强度分布的变动周期。
例如，在用于测量装置等的情况下，在用照片胶巻、CCD照相机或CMOS照相机等拍摄图像时，只要拍摄时间内的激光的平均输出相同，光强度在面内均匀便可。此外，在作为曝光装置使用的情况下，只要曝光时间内的平均输出相同，光强度在面内均匀便可。S卩，较为理想的是，激光的强度、偏振方向以及光强度分布的变动 周期至少在拍摄时间以下或在曝光时间以下，较为理想的是，变动周期的整数倍为 拍摄时间或曝光时间。此外，在摄像等实时观测的情况下，或者在需要目视识别均匀性的程度的情况下， 较为理想的是，激光的强度、偏振方向以及光强度分布的变动周期作为最低限度在 与人的眼睛的反应速度30Hz左右对应的30周期/秒左右以上，即为30Hz以上，而 为了减少不均匀，更为理想的是为60Hz以上，为了在从数十cm起的近距离视听下 也能减轻散斑杂讯的影响，更加理想的是为120Hz以上，为了在长时间的视听下也 能够减轻散斑杂讯的影响，最为理想的是为300Hz以上。此外，在动画的帧频为300Hz以上的情况下，较为理想的是以该帧频的整数倍 或5倍以上的频率使激光的强度、偏振方向或光强度分布发生变动。由此，l帧内的 光强度在面内均匀，因此能够抑制画质的降低。在此，作为上述的变动周期，未必需要是完全周期性的，例如，在30Hz的情况 下，并不特别限定于所有的周期完全与30Hz—致的情况，即使包含小于30Hz的周 期或高于30Hz的周期，只要基本频率为30Hz便可，其他的频率也同样。例如，在 使激光的强度变动的情况下，以60Hz以上的频率进行10%以上的变动幅度所需要 的变动，可以是至少每l/60秒期间的变动幅度为10%以上的变动。此外，关于使光 强度分布和偏振方向变动的理想条件，不用说也是同样的。此外，在本光源装置中还使用场透镜104，以便扩散的光不会被过度扩大。在此 情况下，通过抑制过度的扩大，在作为图像显示装置、测量装置或者曝光装置使用 时，能使装置小型化。此外，由于入射到PR晶体102的光束直径越小，PR晶体 102的厚度越薄，越能够减轻光束质量的降低，因此能够使PR晶体102以后的光 学系统小型化。因此，较为理想的是PR晶体102的厚度为2mm以下，能够使光源装置小型化， 成为能够作为小型投影仪用的光源使用的尺寸。在此情况下，更为理想的是，作为 PR晶体102，使用即使薄也能实现充分的散斑杂讯降低效果的采用强电介质或有机 材料的PR晶体。而且在使用LiNb03晶体的情况下，较为理想的是通过掺杂Fe或 Mn离子，进一步增大基于PR效应的散斑杂讯的降低效果。而同时使用如前所述的 使PR晶体102振动等增大折射率变化的方法则更为理想。此外，也可以在从PR晶体射出的激光的光轴上配置导光部件，通过该导光部件抑制激光的漫射。图7是作为本发明第一实施例的光源装置的另一个例子，表示使用导光体的光源装置的结构的概念图。在图7所示的例子中，导光体201被配置在从PR晶体102射出的激光的光轴上。导光体201由棒形积分器(rod integrator)等构成，用来抑制光的漫射。在此情况下，在将本光源装置作为使用液晶设备等的空间调制元件的激光投影仪用的光源来使用时，能够提高光利用效率。
此外，也可以省略导光体201，并且取代PR晶体102而使用沿激光传播方向LP较长、并且与激光传播方向LP垂直的截面面积较小的PR晶体。在此情况下，通过由PR晶体的侧面激光被全反射，PR晶体自身也能起到棒形积分器的作用。而且，通过增长PR晶体长度，相干光受到的PR效应也增大，散斑杂讯的降低效果也会增加。
此外，通过使棒形积分器的截面面积变细，增加侧面的相干光的反射，从而增加PR晶体内的干涉效果，增大折射率的变化，因此能够得到散斑杂讯的更大的降低效果。在此，较为理想的是棒形积分器的截面面积为9mn^以下。在此情况下，也能实现液晶显示器等中的散斑杂讯降低。此外，较为理想的是棒形积分器的截面面积为lmn^以下。在此情况下，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像显示装置中，也能够实现散斑杂讯的降低。
此外，作为采用细长的PR晶体的导光体，也可以使用采用PR晶体的多模光纤(multi-mode fiber)。通过使用掺杂了表现出PR效应的材料的多模光纤，可实现低成本化。而且，还能够构成易于处理，不容易受到振动、热等外部环境的影响的光学系统。如前所述，较为理想的是，在棒形积分器或多模光纤的入射端附近使光束尽量会聚入射。此外，在使PR晶体与导光体(棒形积分器、多模光纤) 一体化的情况下，除了由光学部件数目的减少带来的低成本化以及小型化之外，还能够减少激光通过的端面的数目，因此也能够降低由端面反射带来的光损失。
(第二实施例)
在本实施例中，示出了在图像显示装置、测量装置、曝光装置以及照明装置等中通用的、利用热透镜效应能够降低在这些装置中成为问题的散斑杂讯的光源装置。
图8是表示本发明第二实施例的光源装置的结构的一个例子的概念图，本光源装置至少包括激光光源101a，和对从该激光光源振荡的具有指定波长的激光显示出热透镜效应的热透镜晶体501，此外，包括导光体201。通过使从激光光源101a射出的激光(相干光)入射到热透镜晶体501，在热透镜晶体501中，激光的一部分被吸收，由于产生的热带来的温度坡度而引起折射率分布。此外，通过由激光光源101a使激光的强度发生时间变动，所产生的温度分布和基于该温度分布的折射率分 布会发生变化，因此能够使被照射面的干涉图案发生变动。该热透镜效应能够通过会聚入射的激光的光束直径使干涉图案更加高速地变动， 并且折射率的变化仅通过输出变动便能持续，因此能够用简单的结构降低散斑杂讯。 此外，由于输出变动越大，折射率的变化量越大，因此在本实施例中，激光的强度 的变动幅度最好为平均强度的30%以上，由此，在液晶显示型图像显示装置中，能 够得到散斑杂讯的足够的降低效果。而更为理想的是，激光的强度的变动幅度为平 均强度的80%以上，由此，在投影型图像显示装置中，能够得到散斑杂讯的足够的 降低效果。此外，由于热透镜效应在光束路径(beampath)部分的温度分布稳定后会失去散 斑杂讯的降低效果，因此较为理想的是，使输出以比温度分布稳定的期间更短的时 间周期变动，由此，能够得到散斑杂讯的更大的减轻效果。此外，激光与热透镜晶体501的相互作用长度越长，能够产生越大的折射率变 化，散斑杂讯的降低效果也越大。而且，还能够增长到温度分布稳定为止的时间， 即使是周期更长的输出变动也能使较大的散斑杂讯降低效果持续。此外，通过使入射到热透镜晶体501内的激光的光强度分布发生变化，能够进 一步增大热透镜晶体501内的折射率的变化(温度分布变化)，例如，与第一实施例 同样，可以通过振动部振动热透镜晶体501，从而使入射位置发生变动。在此情况下，较为理想的是，以相当于光束直径的40%的距离以上的振幅使光 束中心发生变动，由此，散斑杂讯的降低效果增大，达到能够降低液晶显示器中的 散斑杂讯的折射率变化。另外，更为理想的是，以相当于光束直径的70%的距离以 上的振幅使光束中心发生变动，由此，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像 显示装置中，能够实现可降低散斑杂讯的折射率变化。此外，通过选择具有2光子吸收特性(two-photon absorption property)的热透 镜晶体作为热透镜晶体501，能够在更靠入射光束的中心附近处形成较大的折射率 坡度，而且，基于输出变动的折射率坡度的变化量也增大。因此，即使是更少的光 吸收量也能得到散斑杂讯的较大的降低效果。此外，由于光束直径越小，则理想的振幅可以越小，因此较为理想的是让被聚光为约10iim的光束直径的激光入射到热透镜晶体501，在此情况下，基于上述理由，使热透镜晶体501进行4pm以上的振幅的振动较为理想，而更为理想的是进行达到7iim以上的振幅的振动。如果是这种程度的振幅的振动，则即使不配备特殊的振动装置，也可以通过将用来冷却激光光源101的风扇等的振动传递给热透镜晶体501等而足以实现。在本实施例中理想的振幅与专利文献1中漫射板的振动相比较小，大约为百分之一，因此几乎不产生噪音和功耗的增加。另外，为了抑制功耗的增加，本实施例中的振动的振幅小于70pm较为理想。
此外，如下所述，通过使用完全不需要机械的动作机构的方法，也能进一步增大热透镜晶体501内的折射率变化。例如，也可以与图3所示的光源装置同样，使用像LiNb03晶体或LiTaOs晶体那样基于热透镜效应的折射率变化依赖于偏振的晶体作为热透镜晶体501，并在激光光源101与热透镜晶体501之间设置液晶设备等，使入射的激光的偏振方向随时间变化。
此外，也可以与图5所示的光源装置同样，在激光光源101与热透镜晶体501之间设置通过电场折射率发生变化的LiNb03等电光元件或声光元件，改变激光的偏振，让激光以可使热透镜晶体501内的光强度分布发生变动的幅度扫描，从而使入射到热透镜晶体501的激光的光强度分布发生变化。通常，仅通过电光元件或声光元件产生较大的折射率变化比较困难，但在本例中，由较小的折射率变动引起的移位在热透镜晶体501内会激发较大的折射率变化，因此能够降低散斑杂讯。此外，在使用声光元件的情况下也能取得同样的效果。
在使用了这些方法的情况下，不需要机械的动作机构，不产生噪音和功耗的增加的问题。但是，在为了增大折射率的变化而伴随输出变动或入射到热透镜晶体501内的光的强度、偏振方向以及光强度分布的变化的情况下，较为理想的是，考虑与使用本光源装置的装置的观测时间的关系，来确定强度、偏振方向以及光强度分布的变动周期。
例如，在用于测量装置等的情况下，在用照片胶巻、CCD照相机或CMOS照相机等拍摄图像时，只要拍摄时间内的激光的平均输出相同，光强度在面内均匀，就能实现高精度的测量。此外，在作为曝光装置使用的情况下，只要曝光时间内的平均输出相同，光强度在面内均匀，就能实现均匀曝光。即，较为理想的是，激光的强度、偏振方向以及光强度分布的变动周期至少在拍摄时间以下或在曝光时间以下，较为理想的是，变动周期的整数倍为拍摄时间或曝光时间。此外，在摄像等实时观测的情况下，或者在需要目视识别均匀性的程度的情况下，
作为最低限度，最好是与人的眼睛的反应速度30Hz左右对应的30周期/秒左右以上，而为了减少不均匀，更为理想的是为60周期/秒以上，为了在从数十cm起的近距离视听下也不给眼睛带来负担，更加理想的是为120周期/秒以上，为了在长时间的视听下也不给眼睛带来负担，最为理想的是为300周期/秒以上。此外，在希望加快动画的帧速时，最好以该帧频的整数倍或5倍以上的频率变动激光的强度、偏振方向或光强度分布，由此，每一帧的光强度分布变得均匀，能够抑制画质的降低。
在此，激光的强度、偏振方向或光强度分布的变动，完全不需要同样的变化进行周期性反复。例如，若以使激光的强度变动的情况为例，以60周期/秒以上10%的变动幅度所需要的变动，可以是至少每l/60秒期间的变动幅度为10%以上的变动。此外，关于使光强度分布和偏振方向变动的理想条件，不用说也是同样的。
此外，在将本光源装置作为使用液晶设备等的空间调制元件的激光投影仪用的光源来使用时，为了提高光利用效率，也可以与第一实施例同样，让从热透镜晶体501射出的激光入射到棒形积分器等的导光体201。
此外，也可以省略导光体201，并且取代热透镜晶体501而使用沿激光传播方向LP较长、并且与激光传播方向LP垂直的截面面积较小的热透镜晶体。在此情况下，通过由热透镜晶体的侧面激光被全反射，热透镜晶体自身也能起到棒形积分器的作用。而且，通过增长热透镜晶体长度，相干光受到的热透镜效应也增大，散斑杂讯的降低效果也会增加，并且热容量增大，温度变化(折射率的变化)达到饱和为止的时间变长。此外，作为采用细长的热透镜晶体的导光体，也可以使用采用热透镜晶体的多模光纤。
此外，较为理想的是棒形积分器的截面面积为3mm2以下。在此情况下，能够实现液晶显示器等中的散斑杂讯降低。此外，较为理想的是棒形积分器的截面面积为0.5mn^以下。在此情况下，在散斑杂讯的降低较为困难的投影型的图像显示装置中，也能够实现散斑杂讯的降低。
(第三实施例)
在本实施例中，示出了降低散斑杂讯的图像显示装置。另外，本实施例中使用的光源装置主要作为图像显示装置用的光源使用，但也能应用于照明装置等。
图9是表示本发明第三实施例的图像显示装置的结构的一个例子的概念图。如图9所示，本实施例的图像显示装置包括多个激光光源301a、 301b、 301c、多个 分色镜(dichroic mi證)302a、 302b、 302c、 PR晶体303、导光体304以及空间 调制元件305，多个激光光源301a、 301b、 301c、多个分色镜302a、 302b、 302c、 PR晶体303以及导光体304构成光源装置。作为多个激光光源301a、 301b、 301c，例如，在作为使用激光的图像显示装置 用光源来使用的情况下，能够提高其图像的色彩再现性，以使用红色(R)、绿色(G) 以及蓝色(B)的激光光源的情况为例，如下面所示。另外，激光光源的数目以及波 长并不特别限定于下面的例子，可以有使用2个或4个以上的激光光源等的各种变 更。红色激光光源301a、绿色激光光源301b以及蓝色激光光源301c分别射出红色、 绿色、蓝色(以下，称作RGB)的激光。用分色镜302a、 b、 c将三种颜色的激光 重合，并入射到PR晶体303。在此，分色镜302a至少反射从激光光源301a射出 的激光，分色镜302b让从激光光源301a射出的激光透过，并反射从激光光源301b 射出的激光。此外，分色镜302c让从激光光源301a、 301b射出的激光透过，并反 射从激光光源301c射出的激光。在本实施例中，三种颜色的激光入射到一个PR晶体303内，通过PR晶体303 内的折射率的变化使RGB的光漫射。例如，漫射的RGB的光入射到导光体304之 后，再入射到空间调制元件305，图像被投影到屏幕306上。其结果是，光利用效 率得到提高，能够实现功耗更低的图像显示装置。在此，如第一实施例所示的那样，也可以取代PR晶体303以及导光体304，使 用混入了作为PR晶体的材料的导光体。在此情况下，与第一实施例同样，通过部 件数目的减少效果，能够实现低成本化。此外，也可以取代PR晶体303以及导光 体304，将厚度较薄的PR晶体紧邻空间调制元件305而设置，或者贴附在空间调 制元件305上，在此情况下，能够使图像显示装置整体更加小型化。此外，空间调制元件305可以使用例如组合液晶设备与偏振片而得到的元件或 DMD (digital mirror device:数字镜器件)元件等。在图9中，记载的是透过型 的空间调制元件，但也可以为反射型。在此，在将RGB三种颜色的光入射到一个空间调制元件的图像显示装置中，为 了提高显示图像的色彩再现性，作为射出RGB三种颜色的光的方法，较为理想的是， 分别用占空比(duty)为33%以下的脉冲驱动，使至少一种颜色的激光的振荡时间与其他的至少一种颜色的激光的振荡时间不同。此外，较为理想的是，三种颜色分别采用占空比为30%以下的脉冲驱动，在RGB之间设置三种颜色均不振荡的瞬间，
由此，能够减轻空间调制元件的时间反应性的恶化引起的图像混乱。
此外，在本实施例中，由于对于RGB各自的波长的激光在PR晶体303内产生的折射率的分布不同，因此如上所述，入射到PR晶体303的光的波长随时间变化总是持续引起PR晶体内的折射率变化。因此，特别理想的是，RGB三种颜色的光在PR晶体303内的至少一部分中重合。在此情况下，通过让RGB三种颜色的光入射到PR晶体303，与RGB三种颜色的光分别单独入射的情况相比，能够使屏幕306中的激光的干涉图案的时间变化高速化，从而能够降低散斑杂讯。例如，最好是在PR晶体303的出射端的RGB三种颜色的光中第一激光(例如红色激光)与第二激光(例如蓝色激光)的重叠面积为第一激光或第二激光的全部面积的30%以上。
但是，在PR晶体303的入射面，较为理想的是，G (绿色)的光强度为最高的位置和B (蓝色)的光强度为最高的位置错开2!iin以上。由此，能够进一步增大PR效应，实现散斑杂讯的降低比较困难的投影型的图像显示装置的散斑杂讯降低。
此外，较为理想的是，在入射到同一PR晶体303的光中，波长最长的光的波长为波长最短的光的波长的1.14倍以上，在此情况下，可得到散斑杂讯的更大的降低效果。其结果是，在使用液晶设备或DMD元件这样的空间调制元件的投影型图像显示装置中，能够实现更为理想的散斑杂讯降低效果。此外，更为理想的是，波长最长的光的波长为波长最短的光的波长的1.32倍以上，在此情况下，使用0.2英寸以下的小型空间调制元件的投影型图像显示装置的散斑杂讯的降低也能够实现。
此外，通过使入射到PR晶体303的三种颜色的激光的光强度分布随时间变化，PR晶体303内产生的折射率的变化会进一步增加，因此，较为理想的是，RGB的激光中的至少其中之一以不同于其他两个的光强度分布入射到PR晶体303。例如，较为理想的是，RGB中的至少其中之一具有不同于其他两个的光束直径。此外，较为理想的是，RGB中的至少其中之一为多光束，在PR晶体303的入射端的轮廓(profile)(光强度分布)与其他的至少其中之一不同。此外，较为理想的是，在PR晶体303内，RGB中的至少其中之一具有与其他的至少其中之一不同的光束中心(光轴)。由此，能够进一步增大散斑杂讯降低效果。
此外，较为理想的是，从红色激光光源301a、绿色激光光源301b以及蓝色激光光源301c中的至少其中之一射出的激光的强度的变动幅度为其平均强度的10%以上。此外，较为理想的是，从红色激光光源301a、绿色激光光源301b以及蓝色 激光光源301c中的第一相干光源射出的激光和从与第一相干光源不同的第二相干 光源射出的激光的光强度分布、偏振方向以及强度中的至少其中之一不同。在这些 情况下，能够增大PR效应，散斑杂讯的降低比较困难的投影型的图像显示装置的 散斑杂讯降低能够实现。此外，在将本实施例的图像显示装置使用的光源装置作为照明装置用光源来使用 的情况下，较为理想的是，包括多个波长的激光光源，在此情况下，成为产生任意 色调的光的照明装置。另外，在本实施例中示出的是使用RGB激光光源作为图像显示装置用光源的光 源装置，不用说，即使激光光源的振荡波长或激光光源的个数不同，也能得到同样 的效果。例如，也可以从两个光源输出波长不同的两个激光，或者从一个光源输出 波长不同的两个以上的激光。但是，为了增加PR晶体303内的折射率的变化，较 为理想的是使用两个以上的激光光源，而更为理想的是使用具有两种以上的波长的 激光光源。此外，在将本实施例使用的光源装置作为图像显示装置或照明装置来使用、需要 目视识别均匀性的程度的情况下，入射到PR晶体303内的激光的光强度分布变动 或波长变动的周期作为最低限度，最好是在与人的眼睛的反应速度30Hz左右对应 的30周期/秒左右以上，而为了减少不均匀，更为理想的是为60周期/秒以上，为了 在从数十cm起的近距离视听下也不给眼睛带来负担，更加理想的是为120周期/秒 以上，为了在长时间的视听下也不给眼睛带来负担，最为理想的是为300周期/秒以 上。此外，为了降低散斑杂讯，较为理想的是，使用在动画的一帧的时间内折射率 的变动不会停止的PR晶体。此外，在本实施例中示出的是使用一个空间调制元件305的图像显示装置，不 用说，也可以使透过PR晶体303的三种颜色的光分离并分别入射到其他的空间显 示元件后，通过交叉棱镜(cross prism)等再次结合三种颜色的图像。此外，在本实 施例中示出的是使用PR晶体的例子，与第二实施例同样，也可以使用热透镜晶体， 在热透镜晶体的情况下，也通过让波长不同的光入射到同一热透镜晶体内，并使至 少一个波长的光强度变动，折射率的变动会不停地持续变化，因此散斑杂讯的降低 效果会增大。(第四实施例)
本实施例示出的是使用减轻观察者的视网膜上产生的散斑杂讯的屏幕部件的图像显示装置。图IO是表示本发明第四实施例的图像显示装置的结构的一个例子的概念图。
如图10所示，本实施例的图像显示装置包括投影仪401以及PR屏幕402，从使用激光光源等相干光源的投影仪401射出的光照射到作为表现出PR效应的屏幕部件的PR屏幕402。投影仪401除了省略内部的PR晶体这一点之外，包括具有与上述的第一、第二或第三实施例同样的结构的光源装置，光源装置射出红色、绿色、蓝色的激光，并且使至少一个激光的光强度分布以及偏振方向中的至少其中之一发生变动。PR屏幕402具备包含PR晶体的显示层402a，是通过例如在和以往一样的屏幕上形成包含PR晶体的显示层，或者将具有包含PR晶体的粒子的显示层涂敷在屏幕上来加以制造的部件。
PR屏幕402被设置在投影仪401与观察者的视网膜403之间的光路上，通过PR屏幕402表现出PR效应，能够降低作为在观察者的视网膜403上产生的干涉图案的散斑杂讯。此外，通过在屏幕上表现出PR效应，还能扩大作为图像显示装置的视角。
此外，在作为投影仪401而使用激光扫描型的激光投影仪的情况下，在本实施例中，散斑杂讯的降低较为困难的激光扫描型的激光投影仪的散斑杂讯降低也能够实现。激光扫描型的投影仪作为功耗小的投影仪尤其受到期待，但散斑杂讯的降低特别困难，从而成为较大的问题，因此本实施例的效果更大。此外，不用说，作为投影仪401，也可以使用利用空间调制元件形成图像的投影仪。在此情况下，能够实现高辉度的投影仪。
此外，在本实施例中，通过使用具备空间调制元件或激光扫描装置的投影仪，PR屏幕402上的光强度分布与动画的播放一起剧烈变动，因此折射率的变化量也会增加。其结果是，观察者的视网膜403上产生的干涉图案能够不断变化，因此能够得到使无数的干涉图案重合并平均化这样的效果，从而能够降低散斑杂讯。
另外，如果存在干涉图案的变化停止的瞬间，则相应地降低效果会下降，在本实施例中，较为理想的是干涉图案的变化不停地持续变动，例如，在图像显示装置中，通过在动画的一帧中使多个图案的干涉图案重合，散斑杂讯的降低效果会增大。
此外，本实施例示出的是作为投影仪用的屏幕而使用PR屏幕402的例子，不用说，例如，在液晶面板的表面上具备包含PR晶体的层的液晶显示器、或在屏幕的表面或背面上具备包含PR晶体的层的背部投影显示器，也能得到同样的效果。
但是，在将包含PR晶体的层用于这些用途的情况下，如果表现出PR效应的层的厚度过厚，则图像的鲜明度会下降，因此，较为理想的是，表现出PR效应的层的厚度为2mm以下，由此，在从距离屏幕约3m的位置观察图像时能够得到鲜明的图像。此外，为了在从距离屏幕约lm的位置观察图像时也能够得到鲜明的图像，较为理想的是在lmm以下，为了在作为携带用图像显示装置使用时也能显示鲜明的图像，较为理想的是在0.5mm以下。
(第五实施例)
本实施例示出的是使用具有与第一实施例或第二实施例所示的光源装置同样的结构的光源装置的图像显示装置以及照明装置。图ll是表示本发明第五实施例的图像显示装置的结构的一个例子的概念图。
如图11所示，液晶显示装置706包括作为空间调制元件的液晶显示面板707，和从背面侧照明液晶显示面板707的背光照明装置701，液晶显示面板707具备偏振片708以及液晶板709，背光照明装置701具备激光光源702、导光部703以及导光板705。
作为背光照明装置701的光源的激光光源702，具有与第一实施例或第二实施例的光源装置同样的结构，包括至少分别射出R (红色)、G (绿色)、B (蓝色)的激光的激光光源。
在此，红色激光光源使用波长为640nm的采用AlGalnP/GaAs材料的半导体激光器装置，蓝色激光光源使用波长为450nm的采用GaN材料的半导体激光器装置。此外，绿色激光光源由红外激光光源和非线性光学晶体构成，从红外激光光源射出的红外激光入射到非线性光学晶体，并转换为作为红外激光的第二谐波的绿色激光，由此，能够以高效率生成绿色光。
另外，各个激光光源的结构并不特别限定于上述的例子，可以有各种变更。此外，也可以不使用第一实施例或第二实施例的光源装置，而与第四实施例同样，使图像显示装置的观察者的视网膜上的激光的干涉图案发生变化。
在背光照明装置701中，来自激光光源702的三种颜色的激光被汇聚并通过导光部703被引导至导光板705，从导光板705的主面(未图示)射出激光。液晶显示面板707利用从背光照明装置701射出的光进行图像显示。其结果是，在本实施例中，散斑杂讯得到减轻，能够实现色彩再现性良好、低功耗的图像显示装置。 在此，作为使用激光光源的图像显示装置，示出的是将透过型的液晶面板作为空间调制元件来使用的液晶显示装置，不用说，将DMD镜或反射型LCOS作为空间 调制元件来使用的投影仪等图像显示装置也能得到同样的效果。此外，背光照明装 置701自身可实现使用第一实施例或第二实施例的光源装置的照明装置，并且通过 取代激光光源702而使用所期望的波长的激光光源，也能够作为测量装置或曝光装 置用的光源来使用。此外，不用说，在本说明书中，上述的各实施例所示的结构为一个例子，在不脱 离本发明的主旨的范围内可以有各种各样的变更。在本发明中，通过使被照射面中 的干涉图案不断地变化，能够取得无数的干涉图案重合并平均化这样的效果，从而 能够降低散斑杂讯。但是，如果存在干涉图案的变化停止的瞬间，则相应地降低效果会下降，而通过 使干涉图案的变化不停地持续变动，例如，在图像显示装置中，通过使干涉图案以 大于动画的帧速度的速度变化，多个图案的干涉图案重合，散斑杂讯的降低效果会 增大。此外，作为利用相干光的图像显示装置，虽然使用让被照射面上的光强度分布变 动的液晶设备这样的空间调制元件，但由于它们会使每帧图像的光强度分布固定， 因为干涉图案不变，因此散斑杂讯的降低效果较小。因此，除了图像显示用的空间 调制元件以外，还需要一个使被照射面中的千涉图案在图像的一帧之间也连续变化 的手段，来降低散斑杂讯。此外，在上述的说明中，主要对图像显示的用途进行了说明，不用说，本发明也 能适用于其他用途。S卩，通过使用本发明，在利用激光等相干光的各种光学测量、 图像形成等中，能够消除测量误差，或者改进不鲜明的图像的画质。因此，本发明 在利用激光的各种测量设备、图像/影像显示设备、半导体基板上的电路制作中所利 用的曝光/平版印刷装置、照明装置等中非常有用。根据上述的各实施例，将本发明归纳为如下。即，本发明所涉及的一种光源装置 是用相干光照明被照明物体的光源装置，包括射出上述相干光的相干光源；和变动 上述被照明物体的表面上的上述相干光的干涉图案的图案变动部，上述图案变动部包含设置在上述相干光源和上述被照明物体之间且在上述相干光的光路上，表现出光折射效应的光折射晶体；和变动入射到上述光折射晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一的变动部。
在该光源装置中，由于入射到光折射晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一发生变动，因此能够使光折射晶体内的折射率的变化量恢复。其结果是，噪音及功耗小，并且通过随时间改变照射面上的干涉图案从而能够持续地降低散斑杂讯。
较为理想的是，上述光折射晶体包含:表现出第一光折射效应的第一光折射晶体；和晶体的材料组成以及形状中的至少其中之一不同，表现出与上述第一光折射效应
不同的第二光折射效应的第二光折射晶体。
在此情况下，例如，通过使用对于光折射效应的降低的反应速度慢的材料作为第一光折射晶体，使用折射率的变化量较大的材料作为第二光折射晶体，能够持续取得散斑杂讯的较大的降低效果。
较为理想的是，上述光源装置还包括被设置在从上述光折射晶体射出的上述相干光的光轴上用来抑制上述相干光的扩散的导光部件。
在此情况下，由于相干光的漫射得到抑制，因此能够提高光利用效率。
较为理想的是，上述光折射晶体为掺杂了 Fe的LiNbOs的晶体，上述Fe的掺杂浓度为0.002%以上且小于0.1%。
在此情况下，能够得到可降低液晶显示器中的散斑杂讯的折射率变化量，并且到光折射效应降低为止的时间超过lps，因此能够用更为简单的结构实现变动部。
较为理想的是，上述变动部包含使上述光折射晶体中的上述相干光的入射位置振动的振动部，基于上述振动部的振动的振幅为入射到上述光折射晶体的相干光的光束直径的20%以上且小于40pm。
在此情况下，能够降低液晶显示器等中的散斑杂讯，并且能够抑制振动带来的噪音和功耗的增加。
较为理想的是，上述变动部包含设置在上述相干光的光轴上的偏向元件，上述偏向元件包含电光元件以及声光元件中的至少其中之一。
在此情况下，由于电光元件或声光元件带来的较小变动在光折射晶体内产生较大的复杂的折射率变化，因此能够充分降低散斑杂讯。
较为理想的是，上述光折射晶体在上述相干光入射的入射面和与上述入射面相对面的相对面上具备针对上述相干光的反射防止膜，上述入射面以及上述相对面以外的面反射上述相干光。在此情况下，能够提高激光的利用效率，并通过激光在晶体内部被反射，光折射 晶体内的干涉效果增加，折射率的变化增大，因此能够得到散斑杂讯的更大的降低 效果。较为理想的是，上述变动部以30Hz以上的周期变动上述相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一。在此情况下，能够将散斑杂讯降低至人的眼睛无法反应的程度。 较为理想的是，上述相干光源包含射出波长不同的多个相干光的多个相干光源， 上述多个相干光源通过将上述多个相干光入射到上述光折射晶体，使上述被照明物 体的表面上的上述相干光的干涉图案的时间变化比上述多个相干光分别单独入射时高速化。在此情况下，由于在一个光折射晶体内多个相干光重迭，对于波长不同的多个相 干光在光折射晶体内产生的折射率的分布不同，因此能够一直持续地引起光折射晶 体的折射率变化，从而能够持续降低散斑杂讯。较为理想的是，从上述多个相干光源中的至少其中之一射出的相干光的强度的变动幅度为其平均强度的10%以上。在此情况下，能够增大光折射效应，能够实现散斑杂讯的降低比较困难的投影型 的图像显示装置的散斑杂讯降低。较为理想的是，从上述多个相干光源中的第一相干光源射出的相干光和从与上述 第一相干光源不同的第二相干光源射出的相干光的光强度分布、偏振方向以及强度 中的至少其中之一不同。在此情况下，能够增大光折射效应，能够实现散斑杂讯的降低比较困难的投影型 的图像显示装置的散斑杂讯降低。较为理想的是，在从上述多个相干光源射出的多个相干光中，波长最长的相干光的波长为波长最短的相干光的波长的1.14倍以上。在此情况下，能够得到散斑杂讯的更大的降低效果。较为理想的是，上述光折射晶体包含表现出光折射效应以及热透镜效应的晶体。 在此情况下，由于光折射效应以及热透镜效应，晶体内的折射率较大地变化，因 此能够充分地降低散斑杂讯。本发明所涉及的另一种光源装置是用相干光照明被照明物体的光源装置，包括射出上述相干光的相干光源；和变动上述被照明物体的表面上的上述相干光的干涉图案的图案变动部，上述图案变动部包含设置在上述相干光源和上述被照明物体之间且在上述相干光的光路上，表现出热透镜效应的热透镜晶体；和变动入射到上述热透镜晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一的变动部。
在该光源装置中，由于入射到热透镜晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一发生变动，因此，热透镜晶体内的温度分布和由此产生的折射率分布发生变化。其结果是，噪音及功耗小，并且通过随时间改变照射面上的干涉图案从而能够持续地降低散斑杂讯。
本发明涉及的照明装置包括上述的光源装置和引导来自上述光源装置的光的光学系统。
在该照明装置中，噪音及功耗小，并且通过随时间改变照射面上的干涉图案从而能够持续地降低散斑杂讯。
本发明涉及的一种图像显示装置包括上述的光源装置、空间调制元件和将从上述光源装置射出的光引导至上述空间调制元件的光学系统。
在该图像显示装置中，噪音及功耗小，并且通过随时间改变射面上的干涉图案从而能够持续地降低散斑杂讯。
本发明所涉及的另一种图像显示装置，包括射出相干光的光源装置，以及被来自上述光源装置相干光照射、包含表现出光折射效应的光折射晶体的屏幕部件，上述光源装置变动照射上述屏幕部件的相干光的光强度分布以及偏振方向中的至少其中之一。
在该图像显示装置中，噪音及功耗小，且通过使观察者的视网膜上产生的干涉图案随时间变化能够持续地降低散斑杂讯，并且作为图像显示装置的视角也能被扩大。产业上的利用可能性
根据本发明，由于噪音及功耗小，并且通过随时间改变照射面上的干涉图案从而能够持续地降低散斑杂讯，因此，本发明在使用激光等相干光的光源装置、照明装置以及图像显示装置等中非常有用。
权利要求
1.一种光源装置，用相干光照明被照明物体，其特征在于包括相干光源，射出所述相干光；和图案变动部，变动所述被照明物体的表面上的所述相干光的干涉图案，其中，所述图案变动部包含，光折射晶体，被设置在所述相干光源和所述被照明物体之间且在所述相干光的光路上，表现出光折射效应；和变动部，变动入射到所述光折射晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一。
2. 根据权利要求l所述的光源装置，其特征在于，所述光折射晶体包括表现出第一光折射效应的第一光折射晶体；和晶体的材料组成以及形状的至少其中之一不同，表现出与所述第一光折射效应不同的第二光折射效应的第二光折射晶体。
3. 根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于还包括被配置在从所述光折射晶体射出的所述相干光的光轴上，用来抑制所述相干光的漫射的导光部件。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于所述光折射晶体为掺杂了 Fe的LiNb03的晶体，所述Fe的掺杂浓度为0.002%以上且小于0.1%。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的光源装置，其特征在于所述变动部包含使所述光折射晶体中的所述相干光的入射位置振动的振动部，基于所述振动部的振动的振幅为入射到所述光折射晶体的相干光的光束直径的20%以上且小于40pm。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的光源装置，其特征在于所述变动部包含配置在所述相干光的光轴上的偏向元件，所述偏向元件包含电光元件和声光元件中的至少其中之一。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的光源装置，其特征在于所述光折射晶体，在所述相干光入射的入射面和与所述入射面相对面的相对面上具备 针对所述相干光的反射防止膜，所述入射面以及所述相对面以外的面反射所述相干光。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的光源装置，其特征在于所述变动部以30Hz以上的周期变动所述相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的光源装置，其特征在于所述相干光源，包含射出波长不同的多个相干光的多个相干光源， 所述多个相干光源，通过将所述多个相干光入射到所述光折射晶体，使所述被照明物体的表面上的所述相干光的干涉图案的时间变化比所述多个相干光分别单独入射时高速化。
10. 根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于从所述多个相干光源中的至少其中之一射出的相干光的强度的变动幅度为其平均强度的10%以上。
11. 根据权利要求9或10所述的光源装置，其特征在于从所述多个相干光源中的第一相干光源射出的相干光和从与所述第一相干光源不同的第二相干光源射出的相干光，它 们的光强度分布、偏振方向以及强度中的至少其中之一不同。
12. 根据权利要求9至11中任一项所述的光源装置，其特征在于在从所述多个相干光源射出的多个相干光中，波长最长的相干光的波长为波长最短的相干光的波长的1.14倍以上。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的光源装置，其特征在于所述光折射晶体包含表现出光折射效应以及热透镜效应的晶体。
14. 一种光源装置，用相干光照明被照明物体，其特征在于包括相干光源，射出所述相干光；和图案变动部，变动所述被照明物体的表面上的所述相干光的干涉图案，其中，所述图案变动部包含，热透镜晶体，被设置在所述相干光源和所述被照明物体之间且在所述相干光的光路上，表现出热透镜效应；和变动部，变动入射到所述热透镜晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一。
15. —种照明装置，其特征在于包括如权利要求1至14中任一项所述的光源装置，以及引导来自所述光源装置的光的光学系统。
16. —种图像显示装置，其特征在于包括如权利要求1至14中任一项所述的光源装置；空间调制元件；以及将从所述光源装置射出的光引导至所述空间调制元件的光学系统。
17. —种图像显示装置，其特征在于包括-射出相干光的光源装置；和被来自所述光源装置的相干光照射，包含表现出光折射效应的光折射晶体的屏幕部件，其中，所述光源装置，变动照射所述屏幕部件的相干光的光强度分布以及偏振方向中的至少其中之一。
全文摘要
本发明提供的光源装置用相干光照明被照明物体，包括射出相干光的相干光源；和变动上述被照明物体的表面上的上述相干光的干涉图案的图案变动部，上述图案变动部包含设置在上述相干光源和上述被照明物体之间且在上述相干光的光路上，表现出光折射效应的光折射晶体；和变动入射到上述光折射晶体的相干光的光强度分布、偏振方向、波长以及强度中的至少其中之一的变动部。
文档编号G02F1/35GK101681078SQ200980000260
公开日2010年3月24日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年2月20日
发明者古屋博之, 山本和久, 楠龟弘一, 水内公典, 水岛哲郎, 门胁慎一 申请人:松下电器产业株式会社