專利名稱：非相干化器件和使用它的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)構(gòu)件(非相干化器件)和使用它的光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
使用色彩的三原色即R、G、B這3個(gè)波長的光源的投影機(jī)、顯示器等的光學(xué)設(shè)備正在廣泛普及并滲透。作為光源，一般主要使用的是發(fā)光二極管(LED)，但在投射或顯示圖像、映像的用途中，強(qiáng)烈要求有更明亮的圖像，因此相比LED，激光器(LD)的使用更受青睞。若激光器與LED比較，則具有光強(qiáng)度高、波長寬度窄、干涉性高的特征。因此，能夠得到明亮的圖像的另一面是，例如若作為投影機(jī)的光源使用，則由于屏幕等上的微小凹凸等帶來的散射光干涉，導(dǎo)致被稱為散斑(speckle)的干擾出現(xiàn)在投射圖像上，存在容易使畫質(zhì)劣化這樣的課題。 為了降低這些散斑，至今為止提出有幾個(gè)提案。一個(gè)提案利用的原理是，在時(shí)間上使激光束高速變動(dòng)，使人的眼睛感知不到散斑。例如，在專利文獻(xiàn)I中提出有一種方法，其將透明基材上形成有深度不同的多個(gè)凹部的衍射型透鏡元件用于照明裝置，通過使所述衍射型透鏡元件旋轉(zhuǎn)來降低散斑。另夕卜，在專利文獻(xiàn)2中，公開有一種散斑去除器件，其采用通過使提供半波的奇整數(shù)倍的補(bǔ)償(retardation)的光延遲器機(jī)械地旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)或使液晶驅(qū)動(dòng)的方式。另一方面，作為不采用這樣的機(jī)械或電氣驅(qū)動(dòng)的散斑降低手段，有向激光束內(nèi)給予超過激光光源的相干長度(可干涉距離)的光程差的方法。例如，在專利文獻(xiàn)3中公開有一種方法，其是在激光束的光程中設(shè)置具有光程差的光纖束。另外，在專利文獻(xiàn)4、5中公開有一種方法，其是通過使用無源部件而使小型化成為可能。圖12表示專利文獻(xiàn)4所公開的光學(xué)裝置。從平行平面板120的入射孔121以規(guī)定角度入射的激光束，發(fā)生折射由第一反射面122反射后，又由第二反射面123反射，在此第一、第二反射面122、123中交替地重復(fù)反射。在第一反射面122上部分性地設(shè)有透射孔(未圖示)，通過使透過這些透射孔的激光光束的光程差比激光光源的可干涉距離長，使透過相鄰的透射孔的光束彼此非相干化。另外，圖13表示專利文獻(xiàn)5所公開的照明裝置的光學(xué)系統(tǒng)。在圖13中，光束分離器130由在石英板的兩面貼有反射膜的平行板構(gòu)成，反射面a、b、C、d、e的反射率分別為75 %、66. 5 %、50 %、O %、100 %。若激光束入射光束分離器130，則強(qiáng)度大致相同的光束被輸出4條。各個(gè)光束的光程差設(shè)定得比可干涉距離大，因此這4條光束彼此非相干。此外，經(jīng)由配置在后方的雙折射晶體131,各個(gè)光束被分割成偏振光垂直的兩條光束，因?yàn)榫哂邢嗷ゴ怪钡钠窆獾墓馐g互不干涉，所以合計(jì)8條光束不發(fā)生干涉，即被非相干化。另外，在專利文獻(xiàn)6中公開有一種方法，其是在調(diào)制從光源入射的光的空間調(diào)制裝置中，通過使用衍射光學(xué)元件使光擴(kuò)散，且使光的擴(kuò)散角比入射前大，從而降低散斑。先行技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :特開2002-267825號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :特開2009-258738號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :特開平6-167640號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4 :特開平1-292821號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :特開平1-290276號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 :特開2010-39137號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種不具有機(jī)械或電氣的驅(qū)動(dòng)部分、且小型并可以控制出射光束的光強(qiáng)度分布的光學(xué)構(gòu)件(非相干化器件)，和使用它的光學(xué)設(shè)備。本實(shí)施方式的光學(xué)構(gòu)件，具備如下全反射鏡，其具有反射激光束的反射面；濾光片，其具有使所述激光束的一部分透射、且使剩余部分反射的部分透射面，并且按照與所述反射面對置的方式配置所述部分透射面；衍射光柵，其入射所述激光束，并且使所述入射的激光束衍射、且使之入射到所述全反射鏡或所述部分透射濾光片。根據(jù)本發(fā)明，通過調(diào)整衍射光柵的光柵間隔和部分透射濾光片的透射率與反射率的比值，能夠自由地設(shè)計(jì)從光學(xué)構(gòu)件出射的光束的大小、和光束內(nèi)的光強(qiáng)度的分布。此外，能夠使光學(xué)構(gòu)件相對于入射的光垂直地配置。另外，能夠使從光學(xué)構(gòu)件出射的光，相對于入射光學(xué)構(gòu)件的光的中心軸呈軸對稱分布。因此，可以實(shí)現(xiàn)小型化。


圖IA是表示實(shí)施的方式I的非相干化器件11的剖面圖和俯視圖。圖IB是放大表示實(shí)施的方式I的入射孔15的剖面圖。圖2(a)是表示實(shí)施的方式2的非相干化器件21的剖面圖，(b)是放大表示實(shí)施的方式2的入射孔25的剖面圖。圖3是表示衍射光柵與空氣接觸時(shí)的一級(jí)衍射效率的波長依存性通過模擬計(jì)算出的結(jié)果的曲線圖。圖4是表示衍射光柵與保護(hù)膜接觸時(shí)的一級(jí)衍射效率的波長依存性通過模擬計(jì)算出的結(jié)果的曲線圖。圖5(a)是表示實(shí)施的方式3的非相干化器件51的剖面圖，(b)是放大表示實(shí)施的方式3的入射孔55的剖面圖。圖6(a)是表示實(shí)施的方式4的非相干化器件61的剖面圖，(b)是放大表示實(shí)施的方式4的反射形衍射部610的剖面圖。圖7(a)至(e)是本發(fā)明的實(shí)施方式的入射激光束的剖面圖和衍射光柵形狀的正視圖。圖8是表示實(shí)施的方式5的非相干化器件81的剖面圖和俯視圖。圖9A是表示實(shí)施的方式6的非相干化器件91的剖面圖和俯視圖。圖9B是放大表不實(shí)施的方式6的入射孔95的剖面圖。圖10(a)是表示實(shí)施的方式6的變形例的非相干化器件的剖面圖和俯視圖，(b)是放大表示實(shí)施的方式6的變形例的入射孔105的剖面圖。圖11是表示本發(fā)明的光學(xué)裝置的實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。圖12是表示專利文獻(xiàn)4所公開的現(xiàn)有的光學(xué)裝置的剖面圖。圖13是表示專利文獻(xiàn)5所公開的現(xiàn)有的照明裝置的光學(xué)系統(tǒng)的剖面圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施方式的光學(xué)構(gòu)件具備如下全反射鏡，其具有反射激光束的反射面；濾光片，其具有透射所述激光束的一部分、反射剩余部分的部分透射面，且按照以與所述反射面對置的方式配置所述部分透射面；衍射光柵，其入射所述激光束，使所述入射的激光束發(fā)生衍射，且使之入射到所述全反射鏡或所述部分透射濾光片。也可以還具備在所述全反射鏡和所述部分透射濾光片之間所設(shè)置的透明構(gòu)件，所述衍射光柵也可以設(shè)于所述透明構(gòu)件的表面。 也可以還具備覆蓋所述衍射光柵的表面的保護(hù)膜。所述衍射光柵的材料和所述保護(hù)膜的材料之中的、任意一方的材料，也可以具有比另一方的材料的折射率高、且阿貝數(shù)大的性質(zhì)。所述衍射光柵和所述保護(hù)膜由樹脂構(gòu)成，在構(gòu)成所述衍射光柵和所述保護(hù)膜之中的至少任意一方的樹脂中，也可以分散有無機(jī)粒子。所述保護(hù)膜也可以由在光固化樹脂中分散有氧化鋯、氧化釔和氧化鋁之中的至少任意一種粒子的材料構(gòu)成。從所述光學(xué)構(gòu)件出射的所述激光束的截面，也可以具有相對于所述截面的中心各向同性的形狀。所述激光束的截面具有長軸和短軸時(shí)，也可以所述衍射光柵由如下方式對所述激光束進(jìn)行衍射，即，使從所述光學(xué)構(gòu)件出射的所述激光束中的所述短軸對所述長軸的長度的比，大于入射所述衍射光柵的所述激光束中的所述短軸對所述長軸的長度的比。所述衍射光柵也可以具有分別朝不同方向衍射的多個(gè)分區(qū)。所述衍射光柵具有多個(gè)衍射段差時(shí)，所述多個(gè)衍射段差也可以具有以相同的點(diǎn)為中心的橢圓的平面形狀，所述多個(gè)衍射段差之中相鄰的兩個(gè)衍射段差的間隔，也可以是相比所述橢圓的長軸方向，在所述橢圓的短軸方向較小。所述全反射鏡，也可以具有用于使所述激光束入射所述衍射光柵的孔徑，所述激光束相對于所述孔徑垂直入射。由所述衍射光柵衍射的所述激光束入射所述全反射鏡時(shí)，所述激光束也可以由所述全反射鏡反射而入射所述部分透射濾光片，由所述衍射光柵衍射的所述激光束入射所述部分透射濾光片時(shí)，所述激光束之中的一部分也可以透過所述部分透射濾光片，所述激光束這一的剩余部分也可以由所述部分透射濾光片反射而入射所述全反射鏡。從所述光學(xué)構(gòu)件出射的所述激光束的截面，也可以比入射所述光學(xué)構(gòu)件的所述激光束的截面大。本實(shí)施方式的光學(xué)裝置具備如下激光光源；調(diào)制從所述激光光源出射的激光束的空間光調(diào)制元件；將所述空間光調(diào)制元件所調(diào)制的光作為圖像進(jìn)行投射的投射光學(xué)系統(tǒng)；在所述激光光源和所述空間光調(diào)制元件之間所配置的本實(shí)施方式的光學(xué)構(gòu)件。
所述激光光源，也可以含有紅色波長激光光源、綠色波長激光光源和藍(lán)色波長激光光源。根據(jù)本發(fā)明者的研究可知，專利文獻(xiàn)I 6所公開的方法具有以下這樣的課題。在專利文獻(xiàn)1、2的公開例中，需要機(jī)械或電氣性地驅(qū)動(dòng)透鏡元件等。即，需要復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和電源供給等，所以不優(yōu)選將專利文獻(xiàn)1、2的發(fā)明適用于要求小型化和便攜性的設(shè)備。另外，因?yàn)椴⒉皇且档腿肷涞募す馐母缮嫘?，所以對于使激光的聚光性降低的用途中沒有效果。例如，在使RGB的激光會(huì)聚到人的視網(wǎng)膜上而顯示出彩色圖像的視網(wǎng)膜掃描型顯示器中，需要籌劃的是，通過降低激光的強(qiáng)度、且降低激光的聚光性的機(jī)構(gòu)來防止視網(wǎng)膜的損傷。降低激光的干涉性、即非相干化，是降低聚光性的有效的手段之一，但專利文獻(xiàn)1,2的公開例并不是進(jìn)行非相干化，不適合這樣的用途。專利文獻(xiàn)3的公開例，需要確保用于光纖束的空間，因此不適于小型化。另外，光 向光纖入射時(shí)發(fā)生光損耗，因此光強(qiáng)度降低。另外，在專利文獻(xiàn)4和5中，使入射的光線折射，無論在專利文獻(xiàn)4、專利文獻(xiàn)5中，出射光線的分離個(gè)數(shù)均為數(shù)個(gè)左右。在專利文獻(xiàn)4和5中增加光線數(shù)量有困難，這些方法缺乏擴(kuò)張性、通用性。另外，使出射光線的強(qiáng)度分布對稱并不容易。此外，需要使專利文獻(xiàn)4的平行平面板、專利文獻(xiàn)5的光束分離器相對于激光束傾斜，因此需要使光學(xué)系統(tǒng)大型化、且進(jìn)行部件的調(diào)整。另外，在專利文獻(xiàn)6所公開的方法中，因?yàn)槭褂醚苌涔鈱W(xué)元件的擴(kuò)散，所以存在多個(gè)級(jí)次的衍射，存在無法有效利用的級(jí)次的衍射光，因此光線的利用效率差，損耗發(fā)生。以下，說明能夠解決這樣的課題的實(shí)施的方式。(實(shí)施的方式I)圖IA是表示本發(fā)明的非相干化器件的實(shí)施的方式I的剖面圖和俯視圖。本實(shí)施方式的非相干化器件11具備如下全反射鏡14 ;與所述反射面對置的部分透射濾光片13 ；在全反射鏡14的入射孔15所設(shè)置的衍射光柵18。在全反射鏡14和部分透射濾光片13之間設(shè)有厚度t的透明基板12。全反射鏡14、部分透射濾光片13和入射孔15各自具有圓形的平面形狀。入射孔15其中心配置在與激光束16的中心軸10 —致的位置。衍射光柵18設(shè)置在透明基板12的表面之中的從入射孔15露出的部分。圖IB是放大表示入射孔15的內(nèi)部的剖面圖。在入射孔15的內(nèi)部所配置的衍射光柵18具有以入射孔15的中心軸10為中心的同心圓狀的刻線衍射段差部18a，和位于入射孔15的中心部的平坦部18?？叹€衍射段差部18a的各個(gè)段差的深度為dl，鄰接的段差的間隔即間距為P?？叹€衍射段差部18a的段差的間距P可以固定，也可以不固定。通過改變段差的間距P，能夠改變發(fā)散光束17的截面強(qiáng)度分布。從投影機(jī)等的光源發(fā)射的激光束16，對于入射孔15垂直(例如從相對于入射孔的垂直方向5度以內(nèi))入射，到達(dá)入射孔15內(nèi)的衍射光柵18。入射衍射光柵18之中平坦部18b的光直線傳播。另一方面，入射刻線衍射段差部18a的光被衍射，沿著遠(yuǎn)離入射孔15的中央軸10的方向(從直線傳播方向朝外側(cè)以角度Θ傾斜的方向)行進(jìn)，到達(dá)部分透射濾光片13。此光的一部分透過部分透射濾光片13而被引出到外部，一部分由部分透射濾光片13反射而入射全反射鏡14的全反射面14a。入射全反射面14a的光被朝向部分透射濾光片13反射。如此，入射非相干化器件11的光，被部分透射濾光片13和全反射鏡14反射，由此在內(nèi)部往返。在此過程中，到達(dá)部分透射濾光片13的光的一部分依次透過，由此，從在非相干化器件11中與入射孔15相反側(cè)的面,發(fā)散光束17被出射。本實(shí)施方式的衍射光柵18，使入射到刻線狀衍射段差部18a的光向外側(cè)衍射，因此發(fā)散光束17的光束直徑(和截面積)，比入射的激光束16的光束直徑(和截面積)大。但是，發(fā)散光束17的光束直徑也可以不必比入射的激光束16的光束直徑大。另外，在本實(shí)施方式中，從非相干化器件11出射的激光束16的截面具有相對于截面的中心各向同性的形狀(圓形)。經(jīng)由刻線衍射段差部18a，光被折曲的角度Θ —般被稱為衍射角，具有下式的關(guān)系O算式I1sin Θ = m · λ /P在此m是衍射級(jí)次，λ是入射的激光束16的波長。衍射級(jí)次m的衍射光的衍射效率理論上達(dá)到100%的衍射段差的深度d，由下式表
/Jn ο算式2d = m · λ/|η1_η2|在此nl是刻線衍射段差部18a的折射率，n2是與閃耀衍射光柵接觸的介質(zhì)的折射率。在本實(shí)施的方式中，因?yàn)榭叹€衍射段差部18a與空氣接觸，所以n2的值為I?？叹€衍射段差部18a在透明基材12上被一體化形成?？叹€衍射段差部18a能夠通過蝕刻等的半導(dǎo)體工藝或利用模具的鑄模等的公知的工藝規(guī)程來形成。刻線衍射段差部18a不一定非要與透明基材12是相同的材料，也可以由其他材料構(gòu)成。另外，作為透明基材12或衍射光柵18的材料，能夠采用各種光學(xué)玻璃和各種光學(xué)樹脂。如圖IA所示，使衍射的光束被部分透射濾光片13和全反射鏡14交替反射這一情況反復(fù)，并且衍射光束的一部分透過部分透射濾光片13，而相鄰的透射光束之間發(fā)生的光程差Λ由下式表示。算式3Δ = 2t (1-cos Θ )/cos Θ以使該值比入射的激光束16的可干涉距離大的方式，決定衍射級(jí)次m、衍射角Θ、透明基材12的厚度t，由此輸出非相干化的出射光束17。S卩，根據(jù)(算式2)的關(guān)系，決定圖IA的衍射段差的深度為dl時(shí)高效率衍射的衍射光的級(jí)次m，根據(jù)(算式I)、(算式3)的關(guān)系決定光程差Δ。如此根據(jù)本實(shí)施的方式的非相干化器件，通過調(diào)整衍射段差的深度dl、衍射光柵的間距P、透明基材的厚度t的參數(shù)，能夠自由地設(shè)定相鄰的光束間的光程差。在專利文獻(xiàn)4和5的公開的光學(xué)元件中，隨著反射次數(shù)增多，光束的強(qiáng)度變?nèi)?，因此確保出射光束的強(qiáng)度分布的對稱性困難。另外，因?yàn)樾枰鄬τ诩す馐鴥A斜設(shè)置光學(xué)元件，所以在光軸方向需要距離，光學(xué)系統(tǒng)的小型化有困難。另一方面，本實(shí)施的方式的非相干化器件，能夠使出射光束17的強(qiáng)度相對于中心軸10呈軸對稱分布。此外，因?yàn)槟軌蛳鄬τ谌肷涞募す馐?6垂直配置，所以有利于光學(xué)系統(tǒng)的小型化。另外，通過設(shè)定部分透射濾光片13的透射率與反射率的比值和衍射光柵的段差(光柵)的間隔，能夠自由地設(shè)計(jì)出射光束的強(qiáng)度分布和光束的尺寸。另外，因?yàn)橐话愕耐哥R光學(xué)系統(tǒng)為軸對稱，所以不使用特殊的光學(xué)系統(tǒng)，就能夠出射具有相對于光軸軸對稱的強(qiáng)度分布的光束。因此，有利于光學(xué)系統(tǒng)的簡單化。就部分透射濾光片13而言，例如，由2種以上的電介質(zhì)材料所構(gòu)成的多層膜構(gòu)成。例如，使用交替層疊氧化鈦和氧化硅的多層膜即可。通過恰當(dāng)選擇部分透射濾光片13的膜的構(gòu)成和材料，不論光束的偏振方向，都能夠以自由的比率分配透射率、反射率。另外，能夠降低由部分透射濾光片13造成的光的吸収。 如此根據(jù)本實(shí)施方式，通過使用衍射光柵，小型并容易控制出射光束的光強(qiáng)度分布就成為可能。還有，本實(shí)施方式的全反射鏡14和入射孔15設(shè)于透明基材12的平面，在與之對置的平面上設(shè)有部分透射濾光片13，但若使它們?yōu)榍妫瑒t附加透鏡作用也可。(實(shí)施的方式2)圖2(a)是表示本發(fā)明的非相干化器件的實(shí)施的方式2的剖面圖。在本實(shí)施方式的非相干化器件21中，與實(shí)施的方式I的非相干化器件11的不同點(diǎn)是，在入射孔25內(nèi)的衍射光柵28的表面設(shè)有保護(hù)膜29。其他構(gòu)成要素共通。以下，對于共通的構(gòu)成的詳細(xì)說明省略。圖2(b)是放大表示入射孔25的剖面圖。在入射孔25的內(nèi)部所配置的衍射光柵28具有以入射孔25的中心軸20為中心的同心圓狀的刻線衍射段差部28a ;和位于入射孔25的中心部的平坦部28b?？叹€衍射段差部28a的各個(gè)段差的深度為d2，鄰接的段差的間隔即間距為P。在衍射光柵28的刻線衍射段差部28a和平坦部28b的表面，設(shè)有保護(hù)膜29。還有,在圖2(a)、(b)中,保護(hù)膜29設(shè)于衍射光柵18的表面的整體,但也可以僅在一部分設(shè)置。從投影機(jī)等的光源發(fā)射的激光束26，沿著中心軸20，對于入射孔25大致垂直入射。激光束26的光束截面例如為圓形。激光束26之中的、中心軸20鄰域的部分沿著中心軸20直線傳播，但其周邊的光束由同心圓狀的衍射光柵衍射，在遠(yuǎn)離中心軸20的方向(從直線傳播方向朝外側(cè)以角度Θ傾斜的方向)行進(jìn)。使各個(gè)衍射光束由部分透射濾光片23和全反射鏡24交替反射這一情況重復(fù)，并且衍射光束的一部分從入射孔25的相反側(cè)的面出射。本實(shí)施方式的衍射光柵28，使入射刻線狀衍射段差部28a的光朝向外側(cè)衍射，因此發(fā)散光束27的光束直徑比入射的激光束126的光束直徑大。通過恰當(dāng)組合刻線衍射段差部28a和保護(hù)膜29的折射率，以及它們的波長色散性，可以消除衍射效率的波長依存性。 衍射級(jí)次m的衍射光的衍射效率在理論上達(dá)到100 %的衍射段差的深度d由上述的(算式2)表示。如實(shí)施的方式1，閃耀衍射光柵與空氣接觸時(shí)的衍射效率如圖3。圖3是表不一級(jí)衍射效率的波長依存性通過模擬計(jì)算出的結(jié)果的曲線圖。在該計(jì)算中所設(shè)定的衍射光柵的衍射段差的深度為O. 86 μ m。如圖3所示，一級(jí)衍射效率在特定的波長(圖3中為波長550nm附近)下示出較高的值，但在比之短的波長或比之長的波長側(cè)則降低。一級(jí)衍射效率的降低量為作為其他衍射級(jí)次的零級(jí)和二級(jí)等的衍射光。在本實(shí)施方式中，通過設(shè)置保護(hù)膜29，能夠抑制一級(jí)衍射效率依賴于激光束的波長而降低。即，在(算式2)中，右邊與激光束的波長λ無關(guān)而保持一定，設(shè)置滿足(算式2)的深度d的衍射段差即可。為了降低衍射效率的波長依存性，優(yōu)選衍射光柵28的材料和保護(hù)膜29的材料之中具有如下性質(zhì)，即任意一方的材料比另一方的材料具有更高的折射率，并且波長色散性低(阿貝數(shù)大)。通過具有這樣的性質(zhì)，一級(jí)衍射效率達(dá)到最大的d就不依賴使用波長而固定。作為這樣的材料的組合，可列舉玻璃和樹脂等的組合，在樹脂材料中均勻分散有無機(jī)材料的微粒子的納米復(fù)合材料與樹脂的組合。具體來說，在作為衍射光柵28 (即透明基板22)使用低折射率高波長分散材料，作為保護(hù)膜29使用高折射率低波長分散材料時(shí)，作為衍射光柵28使用聚碳酸酯(d線折射率I. 585，阿貝數(shù)27. 9)，作為保護(hù)膜29使用在丙烯酸系的紫外線固化樹脂中分散有粒徑為IOnm以下的氧化鋯的納米復(fù)合樹脂(d線折射率為I. 623，阿貝數(shù)40)即可。除了氧化鋯以外，也可以使用氧化釔和氧化鋁之中的任意一個(gè)或其混合物。若透明基材22、衍射光柵28、保護(hù)膜29全部由樹脂形成，則生產(chǎn)率高，也容易輕量化。圖4是表示由聚碳酸酯和納米復(fù)合樹脂構(gòu)成閃耀衍射光柵和保護(hù)膜時(shí)的一級(jí)衍射效率的波長依存性的曲線圖。在此計(jì)算中設(shè)定的衍射段差的深度d2為14.9 μ m。如圖4所示，在本實(shí)施方式的非相干化器件21中，在可視波長全域示出95%以上的較高的一級(jí)衍射效率。同樣，對于在使衍射段差的深度為2倍的29. 8 μ m時(shí)二級(jí)衍射光、在為3倍的44. 7 μ m時(shí)三級(jí)衍射光，則在可視波長全域可以同樣提高衍射效率。根據(jù)本實(shí)施方式，通過設(shè)置保護(hù)膜29，則能夠提高R、G、B這3個(gè)波長區(qū)域，所謂的可視波長全域的光利用效率。衍射光柵28在透明基材22上被一體化形成。衍射光柵28能夠通過蝕刻等的半導(dǎo)體工藝或利用模具的鑄模等的公知的工藝規(guī)程來形成。衍射光柵28與透明基材22未必需要相同的材料，也可以由其他材料構(gòu)成。本實(shí)施的方式的非相干化器件，能夠使出射光束27的強(qiáng)度相對于中心軸10呈軸對稱分布。此外，因?yàn)槟軌蛳鄬τ谌肷涞募す馐?6垂直配置，所以有利于光學(xué)系統(tǒng)的小型化?！?br> 通過設(shè)定部分透射濾光片23的透射率與反射率的比值和衍射光柵的段差(光柵)的間隔，能夠控制出射光束的強(qiáng)度分布和光束的尺寸。因?yàn)橐话愕耐哥R光學(xué)系統(tǒng)為軸對稱，所以不使用特殊的光學(xué)系統(tǒng)，就能夠出射具有相對于光軸軸對稱的強(qiáng)度分布的光束。因此，有利于光學(xué)系統(tǒng)的簡單化。特別是，本實(shí)施方式的非相干化器件在可視波長全域，不依賴波長而具有高衍射效率，因此在R、G、B各個(gè)波長的全部入射激光束26中，能夠由I個(gè)構(gòu)成得到高的衍射效率。具有R、G、B的波長的激光束26，能夠通過光學(xué)系統(tǒng)合成R、G、B各自的波長的激光束而生成。還有，本實(shí)施方式的全反射鏡24和入射孔25設(shè)于透明基材22的平面，在與之對置的平面設(shè)有部分透射濾光片23，但若使它們?yōu)榍?，則附加透鏡作用也可。
(實(shí)施的方式3)圖5(a)是表示本發(fā)明的非相干化器件的實(shí)施的方式3的剖面圖。在本實(shí)施方式的非相干化器件51中，與實(shí)施的方式2的非相干化器件21不同的，僅是入射孔55內(nèi)的衍射光柵58的形狀。其他的構(gòu)成要素均共通。以下，對于共通的構(gòu)成的詳細(xì)的說明省略。圖5(b)是放大表示入射孔55的剖面圖。在入射孔55的內(nèi)部所配置的衍射光柵58具有如下位于入射孔55的中心部的平坦部58B ;以入射孔55的中心軸50為中心的同心圓狀的二元衍射段差部58A。平坦部58B是配置在入射孔55的中心部的凸部58b的上表面，其平面形狀為圓形。二元衍射段差部58A，由如下構(gòu)成具有以入射孔55的中心軸50為中心的圓周形的平面形狀的凸部58a ；2個(gè)凸部58a、58b之間的凹部58c。在圖5 (a)、(b)中，為了易懂，示出的是僅設(shè)有I個(gè)圓周形的凸部58a的衍射光柵58，但圓周形的凸部58a設(shè)置多個(gè)也可。與實(shí)施的方式2同樣,在衍射光柵58的材料和保護(hù)膜59材料之中，具有任意一方 的材料比另一方的材料有更高的折射率、并且波長色散性低的性質(zhì)。通過具有這樣的性質(zhì)，特定級(jí)次的衍射效率達(dá)到最大的衍射段差的深度就不依賴使用波長而保持固定。以下，說明實(shí)施的方式2的閃耀衍射光柵28與本實(shí)施方式的二元衍射光柵58的差異。圖2(b)所示的閃耀衍射光柵28的截面為鋸齒狀，衍射段差的深度d滿足(算式2)時(shí)，理論上m次的衍射效率為100%。特別是，在實(shí)施方式2中，選定λ/|η1-η2|的值不依賴波長λ而大致固定的閃耀衍射光柵、保護(hù)膜的材料。另一方面，圖5(b)所不的本實(shí)施方式的衍射光柵58,是截面凹凸?fàn)畹亩Ｑ苌涔鈻拧＿@時(shí)，將衍射段差的深度d5的2倍作為(算式2)的d代入，滿足(算式2)時(shí)，在理論上一級(jí)和負(fù)一級(jí)的衍射效率約40%。負(fù)一級(jí)的衍射是在與一級(jí)左右相反的方向上發(fā)生衍射的光。在圖5(a)中，實(shí)線的衍射光56a(衍射角Θ ’朝向紙面向左衍射的衍射光)為一級(jí)衍射光，虛線的衍射光56b (衍射角Θ ’朝向紙面向右衍射的衍射光)是負(fù)一級(jí)衍射光。根據(jù)本實(shí)施方式，在可視波長全域，一級(jí)、負(fù)一級(jí)的衍射效率不依賴波長而固定。但是，保護(hù)膜59未必一定設(shè)置也可。本實(shí)施的方式的非相干化器件，能夠使出射光束57的強(qiáng)度相對于中心軸50呈軸對稱分布。此外，能夠相對于入射的激光束56垂直地配置，因此有利于光學(xué)系統(tǒng)的小型化。另外，通過設(shè)定部分透射濾光片53的透射率與反射率的比值和衍射光柵的段差(光柵)的間隔，能夠控制出射光束的強(qiáng)度分布和光束的尺寸。因?yàn)橐话愕耐哥R光學(xué)系統(tǒng)為軸對稱，所以不使用特殊的光學(xué)系統(tǒng)，就能夠出射具有相對于光軸軸對稱的強(qiáng)度分布的光束。因此，有利于光學(xué)系統(tǒng)的簡單化。特別是，本實(shí)施方式的非相干化器件在可視波長全域，不論波長而具有同等的衍射效率，并且，在零級(jí)以外的其他級(jí)次下衍射，幾乎沒有損耗的光線，因此，對于R、G、B各個(gè)波長的入射激光束56全部，由I個(gè)構(gòu)成就能夠得到高衍射效率。具有R、G、B的波長的激光束26，能夠通過由光學(xué)系統(tǒng)合成R、G、B各個(gè)波長的激光束而生成。還有，本實(shí)施方式的全反射鏡54和入射孔55設(shè)于透明基材52的平面，在與之對置的平面上設(shè)有部分透射濾光片53，但若使它們?yōu)榍?，則附加透鏡作用也可。(實(shí)施的方式4)
圖6(a)是表示本發(fā)明的非相干化器件的實(shí)施的方式4的剖面圖。本實(shí)施方式的非相干化器件61，具備如下全反射鏡64 ;在全反射鏡64所設(shè)置的入射孔65 ;在與入射孔65相對的位置上所設(shè)置的反射型衍射部610 ;與全反射鏡64對置，且與反射型衍射部610鄰接而設(shè)置的第一部分透射濾光片63。反射型衍射部610具有如下同心圓狀的刻線衍射段差部68 ;刻線衍射段差部68之中與入射孔65對置的面相反側(cè)的面(非相干化器件的光出射面?zhèn)?接觸的第二部分透射濾光片611。第一部分透射濾光片63在俯視下，以包圍圓形的反射型衍射部610的周囲的方式設(shè)置。在實(shí)施的方式I中，透過型的衍射光柵18設(shè)于光的入射側(cè)，但在本實(shí)施方式中，反射型衍射部610設(shè)于光的出射側(cè)。在全反射鏡64和部分透射濾光片63之間設(shè)有厚度t的透明基板62。入射非相干化器件61的激光束66的中心軸60，與入射孔65的中心和反射型衍射部610的中心一致。沿著中心軸60垂直入射入射孔65的激光束66的光束截面為圓形。激光束66在 透明基材62之中直線傳播，到達(dá)反射型衍射部610。圖6(b)是放大表示反射型衍射部610的剖面圖。如上述,反射型衍射部610具有刻線衍射段差部68和第二部分透射濾光片611?？叹€衍射段差部68的各個(gè)段差的深度為d6，鄰接的段差的間隔即間距為P。在反射型衍射部610的表面設(shè)有保護(hù)膜69。但是，保護(hù)膜69未必一定設(shè)置也可。在本實(shí)施方式中，通過透明基材62的激光束66，通過刻線衍射段差部68，到達(dá)第二部分透射濾光片611。到達(dá)第二部分透射濾光片611的激光束66的一部分，透過第二部分透射濾光片611而直線傳播，出射到非相干化器件61的外部。到達(dá)第二部分透射濾光片611的激光束66的一部分，在第二部分透射濾光片611中反射，再次通過閃耀衍射光柵68。如此兩次通過閃耀衍射光柵68的光成為衍射的光束，在遠(yuǎn)離入射孔15的中央軸10的方向(從直線傳播方向以角度Θ朝外側(cè)傾斜的方向)上行進(jìn)。使衍射光束由全反射鏡64和第一部分透射濾光片63交替反射這一情況重復(fù)，并且衍射光束的一部分透過第一部分透射濾光片63。本實(shí)施方式的反射型衍射部610，使入射刻線衍射段差部68的光朝向外側(cè)衍射，因此發(fā)散光束67的光束直徑比入射的激光束66的光束直徑大。在本實(shí)施的方式中使用反射型衍射部610。這種情況下，衍射級(jí)次m的衍射光的衍射效率在理論上達(dá)到100%的衍射段差的深度dr，由下式表示。算式4dr = m · λ/2|η1_η2|在此nl是閃耀衍射光柵的折射率，n2是與閃耀衍射光柵接觸的介質(zhì)的折射率。S卩，若與實(shí)施的方式2比較，則衍射段差的深度為一半時(shí)，可以使相同級(jí)次的衍射光發(fā)生。閃耀衍射光柵68的材料和保護(hù)膜69材料之中的、任意一方的材料，具有比另一方的材料有更高的折射率、并且波長色散性低的性質(zhì)。通過具有這樣的性質(zhì)，特定級(jí)次的衍射效率達(dá)到最大的衍射段差的深度就不依賴使用波長而保持固定。在本實(shí)施方式中，對于與實(shí)施的方式I或2同樣的構(gòu)成省略詳細(xì)的說明。本實(shí)施的方式的非相干化器件，能夠使出射光束67的強(qiáng)度相對于中心軸60呈軸對稱分布。此外，因?yàn)槟軌蛳鄬τ谌肷涞募す馐?6垂直配置,所以有利于光學(xué)系統(tǒng)的小型化。通過設(shè)定第一、第二部分透射濾光片63、610各自的透射率與反射率的比值和衍射光柵的段差(光柵)的間隔，能夠控制出射光束的強(qiáng)度分布和光束的尺寸。因?yàn)橐话愕耐哥R光學(xué)系統(tǒng)為軸對稱，所以不使用特殊的光學(xué)系統(tǒng)，就能夠出射具有相對于光軸軸對稱的強(qiáng)度分布的光束。因此，有利于光學(xué)系統(tǒng)的簡單化。
特別是，本實(shí)施方式的非相干化器件在可視波長全域不論波長都具有高的衍射效率，因此對于R、G、B各個(gè)波長的入射激光束66的全部，由I個(gè)構(gòu)成就能夠得到高衍射效率。具有R、G、B的波長的激光束66，能夠通過由光學(xué)系統(tǒng)合成R、G、B各個(gè)波長的激光束而生成。還有，在本實(shí)施的方式中，全反射鏡64和入射孔65設(shè)于透明基材62的平面，在與之對置的平面設(shè)有反射型衍射部610和第一部分透射濾光片63，但若使它們?yōu)榍?，則附加透鏡作用也可。(實(shí)施的方式5)在實(shí)施的方式I至4中，光束截面形狀以圓形的情況為對象，但以下，說明以光束截面形狀和強(qiáng)度分布為非軸對稱的入射激光束為對象的非相干化器件。圖7(a)表示截面形狀為圓形的入射激光束。對于這樣的入射激光束，通過采用在實(shí)施的方式I 4使用的衍射光柵、即圖7(b)所示這樣的同心圓狀的衍射光柵78，能夠出射具有圓形的截面的出射光束。但是，作為激光光源被廣泛使用的半導(dǎo)體激光器具有薄膜狀的活性層，因此從其端面發(fā)射的光束會(huì)反映活性層的形狀、且在與活性層的厚度方向垂直的方向上大幅擴(kuò)展。即，從活性層的端面發(fā)射的光束的遠(yuǎn)場截面，成為圖7(c)所示這樣的橢圓形狀。為了將這樣的橢圓形狀的光束轉(zhuǎn)換成圖7(a)的圓形截面的光束，需要光束成形的光學(xué)系統(tǒng)，就無法避免部件件數(shù)的增加和光學(xué)系統(tǒng)的尺寸的增大。在本實(shí)施方式中，對于具有橢圓形的截面的光束，使用圖7(d)所示這樣的具有橢圓的平面形狀的衍射光柵88。圖7(d)所示的衍射光柵88具有位于衍射光柵88的中央的平坦部88b ;和位于平坦部88b的外側(cè)的衍射段差部88a。衍射段差部88a具有多個(gè)輪帶(相鄰的2個(gè)衍射段差之間的區(qū)域)88c、88d、88e、88f，使各個(gè)輪帶的短軸方向(朝向紙面的上下方向)的寬度(2個(gè)衍射段差的間隔)，比此輪帶的長軸方向的(朝向紙面的左右方向)的寬度(2個(gè)衍射段差的間隔)小。例如，在圖7(d)中，輪帶88e在短軸方向的寬度Ps比在長軸方向的寬度Pl小。如(算式I)所示，若衍射段差的間距變小，則衍射角Θ變大，因此激光束的截面在衍射段差的間距相對小的方向上得到更大地拉伸。因此，若使用圖7(d)所示這樣的衍射光柵88，則出射的激光束比入射的激光束更接近圓形。如此根據(jù)本實(shí)施方式，通過根據(jù)入射激光束86的截面形狀來調(diào)整橢圓的長軸方向和短軸方向的衍射段差的間距比率，能夠使出射光束的截面形狀形成為圓形。圖8中示出本實(shí)施方式的非相干化器件81。在圖8所示的非相干化器件81中，不僅是衍射光柵88，入射孔85也具有以中心軸80為中心的橢圓的平面形狀。但是，只要入射孔85是能夠使激光束86整體入射的形狀，則是什么樣的平面形狀都可以。因?yàn)榻?jīng)由衍射光柵88而使激光束86的短軸側(cè)拉伸，所以全反射鏡84和部分透射濾光片83也可以具有以入射激光束86的中心軸80為中心的圓形的平面形狀。除這一點(diǎn)以外均與實(shí)施的方式2相同，因此其詳細(xì)的說明省略。在本發(fā)明中，衍射光柵的圖案并不限定為同心圓狀和橢圓形狀，如圖7(e)所示，也可以是將衍射光柵70分割成多個(gè)分區(qū)，按照符合入射的激光束的形狀和強(qiáng)度分布的方式，變更各分區(qū)的衍射光柵形狀的間距和排列方向。圖7(e)所示的衍射光柵70，作為分區(qū)具有中央部70a和在中央部70a的兩側(cè)所配置的側(cè)部70b。中央部70a和側(cè)部70b，分別具有多個(gè)衍射段差74。側(cè)部70b根據(jù)衍射段差74的方向被分成第一側(cè)部70bl和第二側(cè)部70b2。入射的激光束具有橢圓的截面時(shí)，例如，使激光束的長軸方向與衍射光柵70的長邊方向一致，如此使激光束入射。激光束相對于設(shè)有衍射光柵70的衍射光柵的面垂直入射。這種情況下，激光束沿相對于各區(qū)域的衍射段差垂直的方 向被衍射。因此，在中央部70a，激光束沿方向A(衍射光柵70的短邊方向)被衍射。在第一側(cè)部70bl、第二側(cè)部70b2，激光束分別沿方向BI、方向B2被衍射。方向B1、B2是從衍射光柵70的短邊和長邊方向傾斜的方向。如此，通過在衍射光柵內(nèi)設(shè)置沿不同的方向引導(dǎo)激光束的多個(gè)分區(qū)，調(diào)整各分區(qū)的面積和衍射段差的間隔，能夠調(diào)整從非相干化器件出射的光的形狀。在圖7(d)和圖7(e)所示的構(gòu)成中，能夠使從非相干化器件出射的激光束的短軸對長軸的長度的比，大于入射衍射光柵的激光束的短軸對長軸的長度的比，如此衍射激光束。圖7 (d)、(e)所示的構(gòu)成，也能夠適用于實(shí)施的方式I至4任意一種方式。如此，不僅是激光束的非相干化，同時(shí)一并具有成形激光束的功能的本實(shí)施方式非常有用。以下，一邊與圖12所示的現(xiàn)有的器件進(jìn)行比較，一邊說明本實(shí)施方式的衍射光柵中得到的效果。在圖12所示的現(xiàn)有的器件中，通過相對于器件的入射面的法線使入射光束傾斜，在器件內(nèi)光束被折射，朝向面125出射。為了說明，將面125設(shè)為與y-z平面平行的面。由于在器件內(nèi)光的折射被重復(fù)，致使形成于面125的光束的截面的y方向的寬度，比入射到器件的光束的y方向的寬度有所擴(kuò)大。另一方面，認(rèn)為在面125所形成的光束的截面的z方向的寬度，與入射到器件的光束的z方向的寬度大致相同。橢圓形的截面的光束入射到圖12所示的現(xiàn)有的器件時(shí)，為了將其截面修正成圓形，相對于入射面使光束傾斜的方向及其傾斜角被限定為僅I個(gè)。因此，只能通過使器件的厚度t變化來改變光程長度差。如此，在圖12所示的器件中設(shè)計(jì)布局的變更困難。相對于此，在本實(shí)施方式中，與器件的入射面的法線平行入射的入射光束由衍射光柵衍射，出射光束的截面比入射光束的截面有所擴(kuò)大。如實(shí)施的方式I至5，非相干化器件的配置相對于入射的激光束的中心軸呈軸對稱時(shí)，如圖7(d)所示，通過調(diào)整衍射光柵的段差的間距，能夠?qū)⒕哂袡E圓的截面的激光束的截面修正成圓形。此外，如后述，非相干化器件的配置相對于入射的激光束的中心軸為非對稱時(shí)(實(shí)施的方式6)，通過使用圖7(e)所示的衍射光柵，也能夠修正激光束的截面。例如，如圖7(e)通過使形成衍射段差的方向按部分區(qū)域不同，能夠按各部分區(qū)域使光彎曲的方向改變。如圖7(c)這樣的橢圓光束入射時(shí),使光束在短軸方向上大幅擴(kuò)展,而使在這一方向上彎曲的衍射光柵圖案區(qū)域的面積比率增大，從而能夠使出射光束成為圓形。另外，通過調(diào)整衍射光柵的各段差的間距，也能夠自由控制光束內(nèi)的光程長度差。如此，本實(shí)施方式的衍射光柵，具有設(shè)計(jì)布局的自由度高這樣的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本實(shí)施方式的衍射光柵，不用伴隨器件尺寸的變更，就能夠進(jìn)行光束形狀的控制和可干涉性的調(diào)控。實(shí)施的方式6)圖9A是表示本發(fā)明的非相干化器件的實(shí)施的方式6的剖面圖。本實(shí)施方式的非相干化器件91具有半圓形的平面形狀。衍射光柵98、全反射鏡94和部分透射濾光片93具有以同一點(diǎn)為中心的半圓的平面形狀。其他的構(gòu)成均與實(shí)施的方式I相同，因此其詳細(xì)的說明省略。如圖9B所示，衍射光柵98具有多個(gè)衍射段差，各個(gè)段差的高度為dl，各個(gè)段差的間距為P。在本實(shí)施方式中，不僅實(shí)施的方式1，也可以使用實(shí)施的方式2至5的任一種非相干化器件的一部分。本實(shí)施方式的非相干化器件9的平面形狀為半圓形，但也可以具有其他的形狀(例如直線狀)。
圖10(a)是表示實(shí)施的方式6的變形例的剖面圖，圖10(b)是放大表示圖10(a)的衍射光柵108的圖。本變形例的非相干器件101，具有使前述的非相干化器件91的全反射鏡94和部分透射濾光片93的位置互換的構(gòu)成。即，部分透射濾光片103在非相干化器件101中設(shè)置在激光束100入射一側(cè)。在部分透射濾光片103設(shè)有入射孔105，在入射孔105內(nèi)配置衍射光柵108。入射到入射孔105的激光束100，由衍射光柵108衍射而成為衍射光束，到達(dá)全反射鏡104。使衍射光束由部分透射濾光片103和全反射鏡104交替反射這一*清況重復(fù)，并且衍射光束的一部分從部分透射濾光片103出射。在本實(shí)施方式中，發(fā)散光束107從激光束100入射的面處于同一側(cè)的面出射。但是，因?yàn)榘l(fā)散光束107被衍射和反射，所以嚴(yán)格地說，則發(fā)散光束107出射的方向大多與激光束100入射的方向不同。還有，在實(shí)施的方式I至5中，也如本變形例，也可以發(fā)散光束從激光束入射的面處于同一側(cè)的面出射。如此根據(jù)本實(shí)施方式，通過使用衍射光柵，光的利用效率高，可以實(shí)現(xiàn)小型并容易控制出射光束的光強(qiáng)度分布。(實(shí)施的方式7)圖11是表示本發(fā)明的光學(xué)裝置的實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的光學(xué)裝置是在屏幕上投射圖像的光學(xué)裝置，在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)具備實(shí)施的方式I 6的非相干化器件
111。以下，對于本光學(xué)裝置的操作進(jìn)行說明。從藍(lán)色波長激光光源112出射的藍(lán)色波長激光由反射鏡115反射，從紅色波長激光光源113和綠色波長激光光源出射的紅色波長激光和綠色波長激光分別被分色濾光片116、117波長選擇性地反射。各激光在相同的光軸上被合成而入射非相干化器件111。從非相干化器件111輸出的光束入射到透鏡光學(xué)系統(tǒng)118,在透鏡光學(xué)系統(tǒng)118中進(jìn)行光束強(qiáng)度的均勻化和光束尺寸調(diào)整。其后，光束到達(dá)偏振光分束器119。偏振光分束器119是在可視波長全域S偏振光(與紙面垂直的偏振光)大約反射100%、且P偏振光(在紙面內(nèi)的偏振光)大致透射100%的光學(xué)兀件。S偏振光的激光束從藍(lán)色波長激光光源112、紅色波長激光光源113和綠色波長激光光源114出射,在非相干化器件111中也維持S偏振光。由偏振光分束器反射后的光到達(dá)空間光調(diào)制器1110。其由反射型的液晶面板構(gòu)成，將RGB的各圖像信息提供給藍(lán)色波長、紅波長和綠色波長的各激光束。如此，由空間光調(diào)制器1110調(diào)制的光同時(shí)從S偏振光被轉(zhuǎn)換成P偏振光，再次到達(dá)偏振光分束器119，通過其之后，由投射透鏡光學(xué)系統(tǒng)1111在屏幕1112上投影圖像作為非相干化器件111使用圖IA所示的。使衍射光柵的段差dl為I. 76 μ m，衍射光柵的間距P為8 μ m，衍射級(jí)次為二級(jí)。此外，使相鄰的光線的光程差為比從各激光光源發(fā)射的光的波長大的數(shù)100 μ m,由此能夠使出射激光束非相干化。首先，在光學(xué)系統(tǒng)不包含非相干化器件111的狀態(tài)下，使進(jìn)入其他透鏡光學(xué)系統(tǒng)而到達(dá)偏振光分束器119的光束尺寸適當(dāng)化之后，驅(qū)動(dòng)空間光調(diào)制器1110，在屏幕1112上顯示圖像時(shí)，作為散斑干擾最大可見35%左右的亮度變動(dòng)。該散斑干擾，是在 目視觀測下也構(gòu)成問題的散斑干擾水平。接著如圖11所示，插入非相干化器件111，重新驅(qū)動(dòng)空間光調(diào)制器1110，在屏幕1112上顯示圖像時(shí)，散斑干擾被抑制到最大5%左右的亮度的變動(dòng)，降低到在目視觀測下也幾乎不構(gòu)成問題的散斑干擾水平。還有，如果擴(kuò)大激光光源的單色性、即擴(kuò)大相對于波長的峰值線寬，則可干涉距離變小，能夠減小散斑干擾。為了使光學(xué)系統(tǒng)的小型化，也可以根據(jù)激光光源的波長寬度決定非相干化器件的規(guī)格。就本發(fā)明的光學(xué)裝置而言，作為光源使用激光，因此與使用LED光源的情況比較，能夠得到具有數(shù)倍的照度的圖像，并且不必使用特別的機(jī)械的、電氣的驅(qū)動(dòng)要素就能夠降低散斑干擾。在本實(shí)施的方式中使用實(shí)施的方式I的非相干化器件，但如果使用其他的實(shí)施的方式2等的非相干化器件，則在可視波長全域具有高的光效率，因此可以實(shí)現(xiàn)顯示出更明亮鮮明的圖像的光學(xué)裝置。以上，說明了在屏幕上投射圖像的光學(xué)裝置，但實(shí)施的方式的非相干化器件不僅有散斑干擾降低效果，而且還具有通過使激光束的干涉性降低而使激光的聚光點(diǎn)的強(qiáng)度降低的效果。實(shí)施的方式的非相干化器件也能夠適用于在人的視網(wǎng)膜上掃描RGB各波長的激光、且顯示視網(wǎng)膜上的圖像的頭戴式顯示器。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)小型且沒有機(jī)械的、電氣的驅(qū)動(dòng)要素這樣的并能夠活用實(shí)施的方式的非相干化器件的特性的便攜的光學(xué)裝置。在上述的實(shí)施的方式I至6中，透明基板也不一定非要設(shè)置。這種情況下，例如，也可以在入射孔內(nèi)設(shè)置衍射透鏡，在部分透射濾光片和全反射鏡之間也可以是空氣。但是，需要用于使部分透射濾光片與全反射鏡的位置關(guān)系得以固定的構(gòu)件。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的非相干化器件，能夠用于投射顯示明亮的圖像、映像的用途，特別是移動(dòng)型的投影機(jī)和顯示器。符號(hào)的說明10，20，50，60，80 中心軸11,21,51,61,81,91,101 非相干化器件12,22,52,62,82,92,102 透明基材13，23，53，63，611，83，93，103 部分透射濾光片14，24，54，64，84，94，104 全反射鏡15,25,55,65,85,95,105 入射孔16,26,56,66,86,90,100 入射激光束
17，27，57，67，87，97，107 出射激光束18a，28a，68，88，98，108 閃耀衍射光柵18b、28b，78b，708b 平坦部29，59，69 保護(hù)膜58 二兀衍射光柵610反射型衍射部78a同心圓狀的衍射光柵708a橢圓形狀的衍射光柵 112藍(lán)色波長激光光源113紅色波長激光光源114綠色波長激光光源115反射鏡116,117分色濾光片118透鏡光學(xué)系統(tǒng)119偏振光分束器1110空間光調(diào)制器1111投射透鏡光學(xué)系統(tǒng)1112 屏幕120平行平面板122，123 反射面130光束分離器131雙折射晶體
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)構(gòu)件，其中，具備 全反射鏡，其具有反射激光束的反射面； 濾光片，其具有使所述激光束的一部分透過、且使剩余部分反射的部分透射面，并且按照與所述反射面對置的方式配置所述部分透射面； 衍射光柵，其入射所述激光束，并且使所述入射的激光束衍射、且入射到所述全反射鏡或所述部分透射濾光片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 還具備在所述全反射鏡和所述部分透射濾光片之間所設(shè)置的透明構(gòu)件，所述衍射光柵設(shè)置在所述透明構(gòu)件的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 還具備覆蓋所述衍射光柵的表面的保護(hù)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 所述衍射光柵的材料和所述保護(hù)膜的材料之中的、任意一方的材料，具有比另一方的材料的折射率更高、且阿貝數(shù)更大的性質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)構(gòu)件,其中， 所述衍射光柵和所述保護(hù)膜由樹脂構(gòu)成，在構(gòu)成所述衍射光柵和所述保護(hù)膜之中的至少任意一方的樹脂中，分散有無機(jī)粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 所述保護(hù)膜，由在光固化樹脂中分散有氧化鋯、氧化釔和氧化鋁之中的至少任意I個(gè)粒子的材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 從所述光學(xué)構(gòu)件出射的所述激光束的截面，具有相對于所述斷面的中心各向同性的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 所述激光束的截面具有長軸和短軸， 所述衍射光柵，按照從所述光學(xué)構(gòu)件出射的所述激光束中的所述短軸對所述長軸的長度的比、大于入射所述衍射光柵的所述激光束中的所述短軸對所述長軸的長度的比的方式，使所述激光束衍射。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 所述衍射光柵具有分別在不同方向衍射的多個(gè)分區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 所述衍射光柵具有多個(gè)衍射段差， 所述多個(gè)衍射段差具有以同一點(diǎn)為中心的橢圓的平面形狀， 所述多個(gè)衍射段差之中相鄰的2個(gè)衍射段差的間隔，在所述橢圓的短軸方向比所述橢圓的長軸方向更小。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 所述全反射鏡具有用于使所述激光束入射所述衍射光柵的孔徑， 所述激光束相對于所述孔徑垂直入射。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中，在由所述衍射光柵衍射的所述激光束入射到所述全反射鏡的情況下，所述激光束由所述全反射鏡反射后入射所述部分透射濾光片， 在由所述衍射光柵衍射的所述激光束入射到所述部分透射濾光片的情況下，所述激光束之中的一部分透過所述部分透射濾光片，所述激光束之中的剩余部分由所述部分透射濾光片反射后入射所述全反射鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件，其中， 從所述光學(xué)構(gòu)件出射的所述激光束的截面，大于入射所述光學(xué)構(gòu)件的所述激光束的截面。
14.一種光學(xué)裝置，其中，具備 激光光源； 對所述激光光源所出射的激光束進(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制元件； 將所述空間光調(diào)制元件所調(diào)制的光作為圖像進(jìn)行投射的投射光學(xué)系統(tǒng)；和在所述激光光源和所述空間光調(diào)制元件之間所配置的權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)裝置，其中， 所述激光光源包括紅色波長激光光源、綠色波長激光光源和藍(lán)色波長激光光源。
全文摘要
一種光學(xué)構(gòu)件，具備如下全反射鏡(14)，其具有反射激光束(16)的反射面(14a)；濾光片(13)，其具有透過激光束(16)的一部分、且反射剩余部分的部分透射面(13a)，并且按照與反射面(14a)對置的方式配置部分透射面(13a)；和衍射光柵(18)，其入射激光束(16)，并使入射的激光束(16)發(fā)生衍射，且使之入射全反射鏡(14)或部分透射濾光片(13)。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK102918431SQ201280001448
公開日2013年2月6日 申請日期2012年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者是永繼博 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社