JP2007114358A - 照明装置および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的な駆動を用いることなく、スペックルパターンを除去することが可能な照明装置１２を提供する。
【解決手段】 レーザ光９０を照射するレーザ光源１５と、入射したレーザ光９０の出射光路９１，９２を切り替えるホログラム構造体２１と、出射光路９１，９２を通って入射したレーザ光を拡散して出射する複数の回折光学素子４１，４２とを備え、複数の回折光学素子４１，４２は、それぞれの出射光９８，９９の少なくとも一部を重ねて光変調装置５０を照明する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明装置および画像表示装置に関するものである。

照明装置により光変調装置を照明し、その光変調装置から出射された画像光を投射レンズ等の投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクタが広く知られている。
そのプロジェクタの照明装置として、従来はメタルハライドランプやハロゲンランプ等が利用されていたが、近時では照明装置およびプロジェクタの小型化を図るため、半導体レーザ（ＬＤ）の利用が提案されている。レーザ光源の利点として、小型化以外にも、色再現性がよいことや、輝度およびコントラストの高い映像表示が可能であること、瞬時点灯が可能であることなどが挙げられる。
特開平６−２０８０８９号公報

しかしながら、レーザ光はコヒーレント光であるため、拡大投射された映像光には、明点および暗点がランダムに分布したスペックルパターンが生じる。スペックルパターンは、投射光学系の各点からの出射光が不規則な位相関係で干渉することによって生じるものである。このスペックルパターンを有する映像は、観察者にぎらぎらとしたちらつき感を与えるため問題である。

この問題を克服するため、特許文献１には、拡散素子を外力によって振動・回転させることにより、人間の知覚できる表示の書き換え時間より短い時間でスペックルパターンを変化させ、積分効果による平均化によって観察者の目がスペックルを視覚に留めないようにしたディスプレイ装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術では、拡散素子を振動・回転させるためモータ等の機械的な駆動部が必要になり、装置が大型になるとともにコストがかかる。また、駆動部から拡散素子に外力が作用するので、外力に対する耐久性の高い拡散素子が必要になり多くのコストがかかる。さらに、単純な往復運動では一旦停止するためにパターンの積分効果が小さくなり、平均化してもスペックルパターンが知覚されてしまう。なお、拡散素子の振動・回転は高速であるほどスペックルが知覚されにくくなるが、上記装置の拡散素子は相当の大きさを有するため、高速で振動させることは困難である。加えて、機械的に振動させると騒音が発生するという問題もある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、機械的な駆動を用いることなく、スペックルパターンを除去することが可能な、照明装置および画像表示装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、レーザ光を照射するレーザ光源と、入射した前記レーザ光の出射光路を切り替えるスイッチング素子と、前記出射光路を通って入射した前記レーザ光を拡散して出射する複数の拡散照明素子とを備え、前記複数の拡散照明素子は、それぞれの出射光の少なくとも一部を重ねて照明領域を照明することを特徴とする。
この構成において、スイッチング素子を用いてレーザ光の出射光路を切り替えれば、明点および暗点が異なる複数種類の光により照明領域を照明することが可能になる。これにより、照明光の明点および暗点が平均化されるので、スペックルパターンを抑制することができる。

また前記スイッチング素子は、複屈折性を有するポリマー部および液晶部を交互に積層配置した光学機能層と、前記光学機能層に対する電界印加装置とを備えたホログラム構造体であることが望ましい。
この構成によれば、機械的な駆動を用いることなく出射光路を切り替えることができるので、照明装置を小型化することが可能になり、製造コストを低減することができる。また高速な出射光路の切り替えが可能になり、騒音の発生も防止することができる。

また前記拡散照明素子は、回折光を生成する回折光学素子であることが望ましい。
この構成によれば、低コストで所望の拡散照明素子を形成することができる。

また前記複数の拡散照明素子は、それぞれの出射光の略全部を重ねて前記照明領域を照明することが望ましい。
この構成によれば、照明光の略全部について明点および暗点を平均化することが可能になり、スペックルパターンを効果的に抑制することができる。

また前記スイッチング素子は、前記レーザ光の光路上に複数設けられていてもよい。
この構成によれば、明点および暗点が異なる多種類の光により照明領域を照明することが可能になる。これにより、照明光の明点および暗点が平均化されるので、スペックルパターンを抑制することができる。

また前記レーザ光源は、複数設けられていることが望ましい。
この構成によれば、個々のレーザ光源はコヒーレントであるが、複数のレーザ光源は全体としてインコヒーレントであるから、明点および暗点が異なる複数種類のレーザ光により照明領域を照明することが可能になる。これにより、照明光の明点および暗点が平均化されるので、スペックルパターンを抑制することができる。

一方、本発明に係る画像表示装置は、上述した照明装置と、前記照明装置により照明される光変調装置と、前記光変調装置からの出射光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、スペックルパターンが抑制されて表示品質に優れた画像表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１実施形態）
最初に、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置につき、図１ないし図８を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。

（画像表示装置）
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１は、投射型の画像表示装置（プロジェクタ）である。その中央部には、矩形のクロスダイクロイックプリズム２が配置されている。クロスダイクロイックプリズム２の周囲の３方向には、赤色光学系１０Ｒ、緑色光学系１０Ｇおよび青色光学系１０Ｂが配置され、残りの１方向には投射光学系４が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム２には、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、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。そして、各色光学系１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから出射した各色画像光は、クロスダイクロイックプリズム２において合成され、投射光学系４に向けて出射される。投射光学系４は、合成された画像光をスクリーン８に向かって拡大投射する。これにより、スクリーン８においてカラー画像が表示されるようになっている。

各色光学系１０は、各色光を出射する照明装置１２と、照明装置１２からの出射光を平行化して光変調装置５０に入射させるフィールドレンズ５２と、入射光を変調して各色画像光を生成する光変調装置５０とを備えている。光変調装置５０は、液晶パネルと、液晶パネルを挟持する偏光板および位相差板とを備えた、液晶ライトバルブ等で構成されている。液晶パネルは、一対の基板により液晶層を挟持したものである。一対の基板のうち一方の基板には、マトリクス状に整列配置された画素電極と、各画素電極への通電を制御する薄膜トランジスタ等のスイッチング素子とが形成され、他方の基板には共通電極が形成されている。この画素電極と共通電極との間に電圧を印加して液晶を駆動することにより、画素ごとに入射光の透過率を変調することが可能になる。これにより、画像光を生成しうるようになっている。なお光変調装置５０として、透過型の液晶ライトバルブに限られず、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイスなどを採用することも可能である。

（照明装置）
図２は、第１実施形態に係る照明装置の概略構成図である。第１実施形態に係る照明装置は、レーザ光９０を照射するレーザ光源１５と、入射したレーザ光９０の出射光路９１，９２を切り替えるスイッチング素子２１と、出射光路９１，９２を通って入射したレーザ光を拡散して出射する複数の拡散照明素子４１，４２とを備え、複数の拡散照明素子４１，４２は、それぞれの出射光９８，９９の略全部を重ねて光変調装置５０の入射面を照明するものである。

（レーザ光源）
レーザ光源１５として、半導体レーザ（ＬＤ）が採用されている。半導体レーザは、半導体素子からの光を誘導放出により増幅して出射させるものである。赤色光を発光する半導体レーザは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成されている。そして、ＡｌＧａＩｎＰ等からなるクラッド層の間に、ＧａＩｎＰ等からなる活性層を挟み込んだダブルヘテロ構造が採用されている。これにより、バンドギャップの広いクラッド層の間にバンドギャップの狭い活性層が挟み込まれるので、活性層内に効率よく反転分布の状態を作り出すことができる。また、屈折率の小さいクラッド層の間に屈折率の大きい活性層が挟み込まれるので、活性層で発生した光がクラッド層との界面で全反射されて、光フィードバックを実現することができる。これにより、誘導放出が発生して光が増幅（レーザ発振）され、半導体レーザの端面からレーザ光が出射される。このレーザ光は、波長や位相が整った強い光となり、画像表示装置の明るさを確保することができる。

なお青色光を発光する半導体レーザは、サファイヤ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の基板上に、ＧａＩｎＮ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成されている。また緑色光を発光するレーザ光源は、ＤＰＳＳ（Diode Pomping Solid State）レーザ等によって構成することが可能である。ＤＰＳＳレーザは、励起レーザ（ポンピングレーザ）と、励起レーザにより励起される固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質で発生した光をレーザ発振させる発振器と、発振器により発振されたレーザ光を所望波長レーザ光に変換する波長変換素子とを備えたものである。

（スイッチング素子）
一方、本実施形態に係る照明装置１２には、レーザ光源１５から入射したレーザ光９０の出射光路９１，９２を切り替えるスイッチング素子２１が設けられている。なお本実施形態では、１個のスイッチング素子２１によりスイッチング装置２０が構成されている。スイッチング素子２１は、ホログラム構造体によって構成されている。このホログラム構造体として、高分子分散型ホログラム液晶（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal；ＨＰＤＬＣ）が採用されている。

図３はホログラム構造体の側面断面図であり、図３（ａ）は電界無印加時の状態であり、図３（ｂ）は電界印加時の状態である。図３（ａ）に示すように、このホログラム構造体２１には、ガラス等の透明材料からなる一対の基板２２が対向配置されている。各基板２２の内面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）等の透明導電性材料からなる電極２３と、ポリイミド等からなる配向膜２４とが順に積層されている。この配向膜２４の表面には、一定方向にラビング処理が施されている。

この一対の基板２２の間に、光学機能層２５が挟持されている。この光学機能層２５は、複屈折性を有する多数のポリマー部２７と、液晶部２６とを周期的に繰り返し積層配置した干渉縞構造を有している。また配向膜２４の作用により、ポリマー部２７を構成するポリマー前駆体と、液晶部２６を構成する液晶分子とが、ともに一定方向に配向している。ここで用いる液晶として、ネマティック液晶ＴＬ−２０２、Ｅ８（メルクジャパン社製）などを例示することができ、ポリマー前駆体として、ビフェニルメタクリレートなどを例示することができる。なおポリマー前駆体の混合割合は５〜３０ｗｔ％とすることが望ましい。

図４は、ホログラム構造体の製造方法の説明図である。上述したホログラム構造体は、２光束干渉露光装置７０を用いて作製する。この２光束干渉露光装置７０は、レーザ光源７１と、レーザ光Ｓを２つに分岐させるビームスプリッタ７２と、分岐した一方のレーザ光Ｓ１を物体波として構造体２１に導くミラー７４と、他方のレーザ光Ｓ２を参照波として構造体２１に導くミラー７６，７７とによって概略構成されている。

ポリマー前駆体が液晶とともに配向した状態の構造体２１に対して、上述した２光束干渉露光装置７０を用いて、２方向から所定の角度で光を照射する。すると、２方向の光の干渉により光強度（振幅）の大きい箇所でポリマー前駆体が重合し、図３（ａ）に示すポリマー部２７が形成されるとともに、複数のポリマー部２７が干渉縞構造を呈するようになる。これにより、ホログラム構造体２１が形成される。

図３（ａ）に戻り、電界無印加状態のホログラム構造体２１では、ポリマー部２７を構成するポリマー前駆体および液晶部２６を構成する液晶分子が同方向に配向している。そのため、液晶部２６の屈折率とポリマー部２７の屈折率とがほぼ一致している。したがって、一方の基板からの入射光は光学機能層２５を透過して他方の基板から出射する。すなわち図５（ａ）に示すように、ホログラム構造体２１への入射光９０は、それと同一直線上の出射光路９１に沿って出射することになる。

これに対して、図３（ｂ）に示すように、電界印加状態のホログラム構造体２１では、液晶部２６の液晶分子のみが電界方向に沿って配列し、ポリマー部２７による干渉縞構造が現れる。これにより、液晶部２６の屈折率とポリマー部２７の屈折率とが異なった状態になる。そのため、ポリマー部２７の干渉縞構造のピッチに対応した波長の光が、一方の基板に対して所定方向から入射すると、所定方向に反射されて他方の基板から出射する。具体的には、図４に示す参照波Ｓ２と同じ方向から入射した光が、物体波Ｓ１の出射光路Ｒの方向に反射されることになる。すなわち図５（ｂ）に示すように、ホログラム構造体２１への入射光９０は、それと同一直線上の出射光路９１とは異なる出射光路９２に沿って出射することになる。

そして、図２に示すレーザ光源１５とホログラム構造体２１との相対位置は、図４に示す参照波Ｓ２と同じ方向からレーザ光がホログラム構造体２１に入射するように設定されている。したがって、図２に示すホログラム構造体２１は、入射光９０の出射光路９１，９２を切り替えることができるようになっている。

なお本実施形態では、図３に示すようにポリマー部２７を構成するポリマー前駆体および液晶部２６を構成する液晶分子を一定方向に配向させる構成としたが、一対の基板２２間でねじれ（ツイスト）配向させる構成としても良い。具体的には、カイラル成分としてＲ１０１１（メルクジャパン社製）を光学機能層２５に微量添加することによって、ねじれ配向を実現することができる。ねじれ配向を採用することによって、干渉効果や散乱効果の偏光依存性を小さくすることができる。

また、電界無印加時に液晶分子をランダムに配列させ、液晶部の屈折率とポリマー部の屈折率とを異ならせるとともに、電界印加時に液晶分子を電界方向に配列させ、液晶部の屈折率とポリマー部の屈折率とを一致させてもよい。この場合、電界無印加時における入射光はホログラム構造体で屈折されて出射し、電界印加時における入射光はホログラム構造体をそのまま透過して出射することになる。
またスイッチング素子として、上述したホログラム構造体に代えて、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を用いたマイクロミラーデバイス等を採用してもよい。

（拡散照明手段）
図２に示すように、本実施形態に係る照明装置１２は、出射光路９１，９２を通って入射したレーザ光を拡散して出射する複数の拡散照明素子４１，４２を備えている。なお本実施形態では、２個の拡散照明素子４１，４２により拡散照明装置４０が構成されている。拡散照明素子４１は、回折光学素子によって構成されている。この回折光学素子として、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram;ＣＧＨ）が採用されている。

回折光学素子４１は、照明領域設定機能、拡散光生成機能（照度均一化機能）および拡大照明機能を有している。照明領域設定機能として、回折光学素子４１は、レーザ光源１５から照射されたレーザ光により回折光を生成し、その回折光で光変調装置５０の入射面を所定の照明領域で照明する。なお本実施形態においては、回折光学素子４１は、光変調装置５０の入射面上を矩形状の照明領域で照明する。また拡散光生成機能として、回折光学素子４１により生成される回折光は所定の領域を照明する拡散光であり、回折光学素子４１は、その拡散光（回折光）で光変調装置５０の入射面を所定の照明領域で照明し、照明領域での照度を均一化する。また拡大照明機能として、回折光学素子４１は、その回折光学素子４１の射出面から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で光変調装置５０の入射面を照明する。すなわち、回折光学素子４１は所謂拡大系（拡大照明系）である。

図６は回折光学素子の一例を示す模式図であって、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図６に示す回折光学素子は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）４Ｍを有している。凹部４Ｍは互いに異なる深さを有している。また、凹部４Ｍどうしの間の複数の凸部も互いに異なる高さを有している。そして、凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含む回折光学素子４１の表面条件を適宜調整することにより、回折光学素子４１に所定の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能および拡大照明機能）を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。

なお、回折光学素子４１としては、矩形の凹部４Ｍを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有するものであってもよい。例えば、回折光学素子４１としては、図７に示すような、斜面を有する三角形状の凹部を有するものであってもよい。また回折光学素子４１としては、図６に示したような矩形状の凹部４Ｍを有する領域と、図７に示したような三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有する回折光学素子４１を形成することができる。

図２に戻り、拡散照明装置４０は、複数の回折光学素子４１，４２を平面的に整列配置して構成されている。各回折光学素子４１，４２は、スイッチング素子２１からの複数の出射光路９１，９２に対応して配置されている。そして、各回折光学素子４１，４２から出射した拡散光の少なくとも一部が、光変調装置５０の入射面において重なるように設定されている。なお各回折光学素子４１，４２から出射した拡散光の略全部が、光変調装置５０の入射面において重なるように設定されていることが望ましい。この設定は、各回折光学素子４１，４２の前記表面条件を最適化することによって実現することが可能である。

なお拡散照明素子として、上述した回折光学素子に代えて、フライアイレンズアレイを採用してもよい。
本実施形態の画像表示装置および照明装置は、以上のように構成されている。

（画像表示方法）
次に、本実施形態に係る画像表示装置を使用した画像表示方法につき、図１および図２を用いて説明する。

図２に示すように、レーザ光源１５からレーザ光９０を照射する。ホログラム構造体２１の電界無印加時には、レーザ光９０がホログラム構造体２１を直進透過して出射光路９１から出射する。出射光路９１からの出射光は、拡散照明装置４０の回折光学素子４１に入射して拡散光９８に変換される。その拡散光９８は、フィールドレンズ５２により平行光に変換されて、光変調装置５０の入射面の略全体を照明する。

また、ホログラム構造体２１の電界印加時には、レーザ光９０がホログラム構造体２１で屈折して出射光路９２から出射する。出射光路９２からの出射光は、回折光学素子４２に入射して拡散光９９に変換される。その拡散光９９は、フィールドレンズ５２により平行光に変換されて、光変調装置５０の入射面の略全体を照明する。

そして図１に示すように、各色光学系１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの光変調装置５０から出射された各色画像光は、クロスダイクロイックプリズム２において合成され、投射光学系４に向けて出射される。投射光学系４は、合成された画像光をスクリーン８に向かって拡大投射する。これにより、スクリーン８にカラー画像が表示されるようになっている。

ところで、レーザ光源から照射されるレーザ光はコヒーレント光であるため、拡大投射された映像光には、明点および暗点がランダムに分布したスペックルパターンが生じる。スペックルパターンは、投射光学系の各点からの出射光が不規則な位相関係で干渉することによって生じるものである。このスペックルパターンを有する映像は、観察者にぎらぎらとしたちらつき感を与えるため問題である。

そこで、図２に示すスイッチング素子２１からの出射光路９１，９２を高速で切り替えることにより、拡散光９８および拡散光９９を高速で切り替えて光変調装置５０を照明する。出射光路９１，９２の切り替えは、光変調装置５０の照明光の切り替え時間が、人間の知覚できる表示切り替え時間より短くなるように行う。具体的には、光変調装置５０の照明光の切り替えが１秒間に約６０回以上行われるように、ホログラム構造体２１の電界印加の有無を約３０Ｈｚ以上の周波数で切り替えて、拡散光９８による照明と拡散光９９による照明とを１秒間に約３０回以上ずつ行う。このように、光変調装置５０の入射面を明点および暗点が異なる複数の拡散光９８，９９で繰り返し照明することにより、照明光の明点および暗点が積分効果により平均化される。したがって、スペックルパターンを抑制することができる。

図８は映像光の輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフであり、図８（ｂ）は本実施形態のようにホログラム構造体により出射光路の切り替えを行った場合であり、図８（ａ）は行わなかった場合である。各グラフの横軸は映像の位置を示し、各グラフの縦軸はピーク値で規格化した輝度を示している。なお映像の位置による輝度の変動が激しいため、各グラフには輝度の実質的な変動範囲を記載している。図８（ａ）に示すように、光路切り替えを行わなかった場合には、輝度が０〜１．０の範囲で変動している。なお輝度が１．０となる特異点を除けば、輝度の実質的な変動範囲は０〜０．７となっている。これに対して、図８（ｂ）に示すように、光路切り替えを行った場合には、輝度が０．１〜１．０の範囲で変動している。なお輝度が１．０となる特異点を除けば、輝度の実質的な変動範囲は０．１〜０．７５となっている。この結果から、出射光路の切り替えを行うことにより、著しい輝度の凹凸が緩和されて、変動範囲が狭くなっていることがわかる。すなわち、出射光路の切り替えを行うことにより、映像光の輝度が平均化されて、スペックルパターンが抑制されることになる。

以上に詳述したように、本実施形態に係る照明装置は、レーザ光を照射するレーザ光源と、入射したレーザ光の出射光路を切り替えるホログラム構造体と、出射光路を通って入射したレーザ光を拡散して出射する複数の回折光学素子とを備え、複数の回折光学素子は、それぞれの出射光の略全部を重ねて光変調装置を照明する構成とした。ホログラム構造体を用いてレーザ光の出射光路を切り替えれば、明点および暗点が異なる複数種類の光により光変調装置を照明することが可能になる。これにより、照明光の明点および暗点が平均化されるので、スペックルパターンを抑制することができる。その際、モータ等により拡散素子等を振動・回転させるなど機械的な駆動を用いないので、照明装置を小型化することが可能になり、製造コストを低減することができる。また高速な光路切り替えが可能になり、騒音の発生も防止することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る照明装置につき、図９を用いて説明する。
図９は、第２実施形態に係る照明装置の概略構成図である。第２実施形態に係る照明装置は、レーザ光の光路上に複数のスイッチング素子２１，３１が設けられている点で、第１実施形態と異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図９に示すように、レーザ光源１５の下流側には、第１実施形態と同様に、第１スイッチング素子２１を備えた第１スイッチング装置２０が配設されている。この第１スイッチング素子２１は、入射したレーザ光９０の出射光路９１，９２を切り替えるものである。

これに加えて第２実施形態では、第１スイッチング素子２１の下流側に、複数の第２スイッチング素子３１，３２を平面的に整列配置した第２スイッチング装置３０が設けられている。この第２スイッチング素子３１，３２は、第１実施形態と同様のホログラム構造体で構成されている。第１スイッチング素子２１からのレーザ光の出射光路９１上には、第１ホログラム構造体３１が配置されている。この第１ホログラム構造体３１は、入射するレーザ光の出射光路９３，９４を切り替えるものである。また第１スイッチング素子２１からのレーザ光の出射光路９２上には、第２ホログラム構造体３２が配置されている。この第２ホログラム構造体３２は、入射するレーザ光の出射光路９５，９６を切り替えるものである。

第２スイッチング装置３０の下流側には、拡散照明装置４０が配置されている。この拡散照明装置４０は、出射光路９３，９４，９５，９６を通って入射したレーザ光を拡散して出射する複数の拡散照明素子を平面的に整列配置して構成されている。拡散照明素子は、第１実施形態と同様の回折光学素子によって構成されている。そして、各回折光学素子から出射した拡散光の略全部が、光変調装置５０の入射面において重なるように設定されている。

上述した照明装置は、第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子３１，３２からの出射光路を高速で切り替えて使用する。出射光路の切り替えは、光変調装置５０の照明光の切り替えが１秒間に約６０回以上行われるように行う。すなわち、第１スイッチング装置２０を構成するホログラム構造体２１の電界印加の有無を約１５Ｈｚ以上の周波数で切り替えつつ、第２スイッチング装置３０を構成する第１ホログラム構造体３１および第２ホログラム構造体３２の電界印加の有無を約３０Ｈｚ以上の周波数で切り替える。これにより、４本の出射光路９３，９４，９５，９６を通った４種類の光による光変調装置５０の照明が１秒間に約１５回以上ずつ行われることになる。

このように、第２実施形態に係る照明装置では、レーザ光の光路上に複数のスイッチング素子が設けられている構成としたので、多種類の光により光変調装置５０を照明することが可能になる。本実施形態では２本の出射光路を切り替えるスイッチング素子を２段にわたって配設したので、４種類の光により光変調装置５０を照明することになるが、２本の出射光路を切り替えるスイッチング素子をｎ段にわたって配設すれば、２ｎ種類の光により光変調装置５０を照明することが可能になる。このように、明点および暗点が異なる多種類の光により光変調装置５０を照明すれば、画像光の明点および暗点をさらに平均化することが可能になる。したがって、スペックルパターンを効果的に抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る照明装置につき、図１０を用いて説明する。
図１０は、第３実施形態に係る照明装置の概略構成を示す斜視図である。第３実施形態に係る照明装置１２は、レーザ光源１５が複数設けられている点で、第１実施形態と異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、第３実施形態に係る照明装置は、複数のレーザ光源１５が整列配置されたレーザアレイ１６を備えている。このレーザアレイ１６を形成するには、同一の基板上に複数のレーザ光源を形成してもよいし、別個に形成されたレーザ光源を連結してもよい。なお、個々のレーザ光源１５はコヒーレントであるが、レーザアレイ１６全体としてはインコヒーレントである。

このレーザアレイ１６の下流側に、複数のスイッチング素子２１を平面的に整列配置したスイッチング装置２０が設けられている。スイッチング素子２１は、第１実施形態と同様のホログラム構造体で構成されている。各ホログラム構造体は、各レーザ光源１５から出射されるレーザ光の光路上に配置され、各レーザ光の出射光路を切り替えるようになっている。

スイッチング装置２０の下流側には、拡散照明装置４０が配置されている。この拡散照明装置４０は、複数の拡散照明素子を平面的に整列配置して構成されている。拡散照明素子は、第１実施形態と同様の回折光学素子によって構成されている。各回折光学素子は、スイッチング装置２０からの出射光路に対応して配置されている。そして、各回折光学素子から出射した拡散光の略全部が、光変調装置５０の入射面において重なるように設定されている。

上述した照明装置１２は、レーザアレイ１６を構成する複数のレーザ光源１５から同時にレーザ光を照射しつつ、スイッチング素子２１からの出射光路を高速で切り替えて使用する。出射光路の切り替えは、光変調装置５０の照明光の切り替えが１秒間に約６０回以上行われるように行う。すなわち、スイッチング素子２１を構成する複数のホログラム構造体における電界印加の有無を約３０Ｈｚ以上の周波数で切り替える。なお、各ホログラム構造体における電界印加の有無を、それぞれ異なる周波数で切り替えてもよい。また、少なくとも一つのホログラム構造体における電界印加の有無を約３０Ｈｚ以上の周波数で切り替えれば、他のホログラム構造体における電界印加の有無を約３０Ｈｚ未満の周波数で切り替えることも可能である。

このように、第３実施形態に係る照明装置では、複数のレーザ光源が設けられている構成とした。個々のレーザ光源はコヒーレントであるが、複数のレーザ光源は全体としてインコヒーレントであるから、明点および暗点が異なる複数種類のレーザ光により光変調装置５０を照明することができる。したがって、画像光の明点および暗点を積分効果により平均化することが可能になり、スペックルパターンを抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各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、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
本発明の照明装置は、フロント型またはリア型のプロジェクタ等の、空間光変調装置を照明して画像光を投射する投射型表示装置や、スライドプロジェクタ等の投射型表示装置に応用することが可能である。また本発明の照明装置は、投射型表示装置に限られず、レーザ光源を用いた露光装置等に応用することも可能である。

第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る照明装置の概略構成図である。 ホログラム構造体の側面断面図である。 ホログラム構造体の製造方法の説明図である。 ホログラム構造体の使用方法の説明図である。 回折光学素子の一例を示す模式図である。 回折光学素子の他の一例を示す側面断面図である。 映像光の輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 第２実施形態に係る照明装置の概略構成図である。 第３実施形態に係る照明装置の概略構成図である。

符号の説明

１…画像表示装置 ４…投射光学系 １２…照明装置 １５…レーザ光源 ２１…ホログラム構造体（スイッチング素子） ２５…光学機能層 ２６…液晶部 ２７…ポリマー部 ４１，４２…回折光学素子（拡散照明素子） ５０…光変調装置 ９０…レーザ光 ９１，９２…出射光路 ９８，９９…出射光

Claims (7)

1. レーザ光を照射するレーザ光源と、
   入射した前記レーザ光の出射光路を切り替えるスイッチング素子と、
   前記出射光路を通って入射した前記レーザ光を拡散して出射する複数の拡散照明素子とを備え、
   前記複数の拡散照明素子は、それぞれの出射光の少なくとも一部を重ねて照明領域を照明することを特徴とする照明装置。
2. 前記スイッチング素子は、複屈折性を有するポリマー部および液晶部を交互に積層配置した光学機能層と、前記光学機能層に対する電界印加装置とを備えたホログラム構造体であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記拡散照明素子は、回折光を生成する回折光学素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記複数の拡散照明素子は、それぞれの出射光の略全部を重ねて前記照明領域を照明することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記スイッチング素子は、前記レーザ光の光路上に複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記レーザ光源は、複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の照明装置と、
   前記照明装置により照明される光変調装置と、
   前記光変調装置からの出射光を投射する投射光学系と、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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