JP2013231940A5 - - Google Patents

Description

フィールドレンズ２２は、偏光ビームスプリッタ２３と反射型液晶素子２１との間の光路上に配置されている。このフィールドレンズ２２は、照明光をテレセントリックに反射型液晶素子２１に入射させることによって、光学系のコンパクト化を図るためのレンズである。

図７は、この擬似ＦナンバーＦ’の定義について説明するための模式図であり、レンズにおける射出瞳内の光量分布の一例を示している。ここで、レンズにおける射出瞳半径をＲｅとし、レンズにおける射出瞳内の光量分布において、半径方向に沿って射出瞳半径Ｒｅまで光量（図７中に示したＦの領域内での光量）を積算して得られる積算光量をＩとし、射出瞳内の光量分布において、その光量分布の重心Ｇを中心として半径方向に沿って所定の半径Ｒｅ’まで光量（図７中に示したφｆ内の領域での光量）を積算して得られる積算光量をＩ’（＝Ｉ／２）とする。このような射出瞳半径Ｒｅと、Ｉ’＝Ｉ／２を満たす半径Ｒｅ’とを用いると、レンズにおける擬似ＦナンバーＦ’は、以下の（１）式により定義される。このようにして定義される擬似ＦナンバーＦ’は、簡易的に通常の幾何ＦナンバーＦと同等の効果を与えることが、実験的に確認されている。
Ｆ’＝｛（２ＦＲｅ’）／Ｒｅ｝ ……（１）

ここで、図１１を参照して、このようにして生じる干渉縞のピッチ（干渉縞ピッチｐ）の計算手法について説明する。この図１１において、出射光Ｌ２out波長をλ、出射光Ｌ２outにおけるマージナル光線，一光線と光軸Ｚ０とのなす角度をθ，α、コンデンサレンズ１７の焦点距離，Ｆナンバーをｆｃ，Ｆ、フライアイレンズ１５２の単位セル数，単位セルピッチをｎ，ｐｆ、開口数をＮＡ、照明光学系を通過する光束の直径をＥＰＤ（Entrance Pupil Diameter）とする。すると、以下の（２）〜（４）式の関係を用いて、以下の（５）式によって干渉縞ピッチｐが規定されることになる。
ＮＡ＝ｓｉｎθ＝｛ＥＰＤ／（２×ｆｃ）｝＝１／（２×Ｆ） ……（２）
ｓｉｎα＝｛Ｐｆ／（２×ｆｃ）｝＝１／（２×ｎ×Ｆ） ……（３）
ｓｉｎα＝｛λ／（２×ｐ）｝ ……（４）
ｐ＝｛（ｎ×λ）／（２×ＮＡ）｝＝（ｎ×λ×Ｆ） ……（５）

そして、駆動部１４０は、この光学素子１４Ａとフライアイレンズ１５２との間の相対位置を変位させる。具体的には、本変形例では駆動部１４０は、例えば図１６中の矢印Ｐ１で示したように、光学素子１４Ａを、光軸Ｚ０と直交する面内におけるプリズム１４ｐの配列方向（Ｙ軸方向）に沿って振動させることにより、上記相対位置を変位させる。すなわち、上記した各プリズム１４ｐの傾斜面からの出射光（一対の傾斜面間で互いに位置が入れ替わるように出射された出射光）の位置も、例えば図１６中の矢印Ｐ２１，Ｐ２２で示したようにＹ軸方向に沿って変位（シフト）する。これにより、フライアイレンズ１５２の入射面上において、光学素子１４Ａ内の各プリズム１４ｐからの入射光によるビームスキャンがなされる。

具体的には、図２０（Ａ）に示した例では、光学素子１４Ｂの光入射面側での光学面延在軸Ａｓinと光出射面側での光学面延在軸Ａｓoutとが互いに異なっていることにより、２軸構成の光学素子１４Ｂとなっている。また、それに対応して、光学面延在軸Ａｓinの傾斜角αinと光学面延在軸Ａｓoutの傾斜角αoutとが互いに異なっており、２種類の傾斜角が設けられている。

また、図２０（Ｂ）に示した例では、光学素子１４Ｂの平面（光束通過面）上において、互いに傾斜角が異なる２つの光学面延在領域が設けられている（光束通過面が２つの光学面延在領域に分割されている）ことにより、２軸構成の光学素子１４Ｂとなっている。詳細には、この例では、傾斜角α１を示す光学面延在軸Ａｓ１を有する領域と、傾斜角α２を示す光学面延在軸Ａｓ２を有する領域とが、Ｘ軸方向に沿って設けられている。

更に、図２０（Ｃ）に示した例では、光学素子１４Ｂの光束通過面上において、互いに傾斜角が異なる４つの光学面延在領域が設けられている（光束通過面が４つの光学面延在領域に分割されている）ことにより、４軸構成の光学素子１４Ｂとなっている。詳細には、この例では、傾斜角α１を示す光学面延在軸Ａｓ１を有する領域と、傾斜角α２を示す光学面延在軸Ａｓ２を有する領域と、傾斜角α３を示す光学面延在軸Ａｓ３を有する領域と、傾斜角α４を示す光学面延在軸Ａｓ４を有する領域とが設けられている。

加えて、この照明装置１Ｆでは、光学素子１４Ｂ（１４，１４Ａ）がフライアイレンズ１５１，１５２の双方よりも後段側に配置されているため、照明装置１，１Ｃ〜１Ｅとは異なり、干渉縞の低減効果は得られるものの、スペックルノイズの低減効果が不十分となってしまう。つまり、照明装置１，１Ｃ〜１Ｅでは、フライアイレンズ１５１，１５２のいずれか一方よりも前段側に光学素子１４Ｂ（１４，１４Ａ）を配置してそれを振動させることで、反射型液晶素子２１上での大きな光重畳作用を生じさせ、スペックルノイズを十分に低減させることができる。これに対して照明装置１Ｆでは、そのような手法を適用することができないため、スペックルノイズの低減効果が不十分になってしまうのである。したがって、本変形例の構成では、他の手法を併用するなどして、スペックルノイズを十分に低減できるようにするのが望ましいと言える。

ここで、例えば図２４に示したように、光学素子１４Ｂ（１４，１４Ａ）が配置されていない場合について考える。この場合、平行光束である入射光Ｌ２inがフライアイレンズ１５２へと入射するため、このフライアイレンズ１５２の光出射側（出射光Ｌ２out）では、単位セルのピッチ＝Ｐｆの間隔で光源像が並ぶこととなる。このため、このピッチＰｆの間隔で、光源像が反射型液晶素子２１上で重畳される。このようにして間隔Ｐｆの光源像が重畳されるときになす角度（相対角）を、β１とする。

なお、図２９では、Ｘ軸方向の発散角が広いＦＦＰ，Ｙ軸方向の発散角が広いＦＦＰを有する各レーザ光が入射光Ｌ２inとして入射した場合における、出射光Ｌ２outの光量分布の例をそれぞれ、Ｌ２out（ｘ），Ｌ２out（ｙ）として示しており、以下同様である。

（本実施の形態）
これに対して本実施の形態の照明装置１Ｈ，１Ｉでは、受光素子１９が、フライアイレンズ１５１よりも後段側の光路上に配置されている。すなわち、フライアイレンズ１５１において光量分布の略均一化が図られた後に、受光素子１９において受光動作が行われることとなる。このため、例えば図３８（Ｂ），（Ｅ）あるいは図３８（Ｃ），（Ｆ）（図３５，図３６の例では、図３８（Ｂ），（Ｅ）に対応）に示したように、受光素子１９において受光される光束の光量分布（受光光量分布）は、上記比較例３とは異なり、略均一なものとなる。

これらの図３９〜図４９（特に図３９，図４０）に示した実施例１，２および比較例３により、以下のことが言える。すなわち、実施例１，２では比較例３と比べ、光量を安定して検出できる（受光光量の変動が抑えられる）ことが分かる。具体的には、比較例３では、レーザの発散角の違いや光軸倒れ、強度中心ずれ等による受光光量の変動が非常に大きい。例えば、図４０（Ａ）における比較例３に至っては、受光光量が８%から７４％までと約９倍も変動しまうことになる。つまり、この比較例３では、前述した高精度の光軸調整等が必要不可欠ということになる。一方、実施例１，２では、そのような高精度の光軸調整等を行わずとも受光光量がほとんど変動しないことから、そのような調整を必要としないことが分かる。このように、実施例１，２では高精度の光軸調整が不要となるため、製品設計時の作り込み作業（光軸調整作業）を飛躍的に改善することが可能となる。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部側からの光が入射する第１の均一化光学部材と、
前記第１の均一化光学部材側からの光が入射する第２の均一化光学部材と、
前記光源部からの出射光の光路上に配設された光学素子と、
前記光学素子を振動させる駆動部と
を備えた照明装置。
（２）
前記光学素子は、
入射したレーザ光を収束させつつ出射する第１光学面と、
入射したレーザ光を発散させつつ出射する第２光学面と
を有する上記（１）に記載の照明装置。
（３）
前記第１および第２の均一化光学部材はそれぞれ、２次元配列された複数の単位セルを有し、
前記第１光学面および前記第２光学面の延在方向と、前記単位セルの配列方向とが、互いに傾斜している
上記（２）に記載の照明装置。
（４）
前記第１光学面が凸状の曲面であり、前記第２光学面が凹状の曲面である
上記（２）または（３）に記載の照明装置。
（５）
前記第１光学面のピッチと前記第２光学面のピッチとが、互いに異なる
上記（２）ないし（４）のいずれかに記載の照明装置。
（６）
前記光学素子が、前記第１の均一化光学部材と前記第２の均一化光学部材との間の光路上に配置されている
上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の照明装置。
（７）
前記第２の均一化光学部材は、２次元配列された複数の単位セルを有し、
以下の［１］式を満たす
上記（６）に記載の照明装置。
｛６×ｆ×ｔａｎ（θｆ）｝＞Ｐｆ ……［１］
但し、
ｆ ：前記第２の均一化光学部材における単位セルの焦点距離
Ｐｆ：前記第２の均一化光学部材における単位セルのピッチ
θｆ：前記光学素子から出射して前記第２の均一化光学部材へ入射する光束におけるマージナル光線角度
（８）
前記第２の均一化光学部材における各単位セルが、長軸方向および短軸方向を有する異方性形状からなり、
前記長軸方向および前記短軸方向の双方について、前記（１）式を満たしている
上記（７）に記載の照明装置。
（９）
前記光学素子が、入射したレーザ光を収束させつつ出射する第１光学面と、入射したレーザ光を発散させつつ出射する第２光学面とを有し、
前記第１光学面および前記第２光学面の延在方向と前記単位セルの配列方向とが、傾斜角αにて互いに傾斜しており、
前記第２の均一化光学部材における単位セルの前記長軸方向のピッチを前記Ｐｆ、それらの単位セルにおけるアスペクト比をＸ：Ｙ（Ｘ＞Ｙ）としたとき、
以下の［２］式および［３］式を更に満たす
上記（８）に記載の照明装置。
｛６×ｆ×ｔａｎ（θｆ×ｓｉｎα）｝＞Ｐｆ ……［２］
｛６×ｆ×ｔａｎ（θｆ×ｃｏｓα）｝＞｛（Ｙ／Ｘ）×Ｐｆ｝ ……［３］
（１０）
以下の［４］式を更に満たす
上記（９）に記載の照明装置。
｛ｆ×ｔａｎ（θｆ×ｃｏｓα）｝＜｛（１／２）×（Ｙ／Ｘ）×Ｐｆ｝ ……［４］
（１１）
前記第１の均一化光学部材と前記第２の均一化光学部材との間の光路上に、正のパワーを有する一対のレンズが配設されており、
前記光学素子が、前記一対のレンズ間の光路上に配置されている
上記（６）ないし（１０）のいずれかに記載の照明装置。
（１２）
前記光学素子が、前記第１の均一化光学部材の光入射側の光路上、または、前記第２の均一化光学部材の光出射側の光路上に配置されている
上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の照明装置。
（１３）
前記第２の均一化光学部材が、その光入射面上に配列された複数の第１単位セルと、その光出射面上に配列された複数の第２単位セルとを個別に有し、
前記第１単位セルは、第１の方向を長軸方向とすると共に第２の方向を短軸方向とする異方性形状からなり、
前記第２単位セルは、前記第１および第２の方向の双方に沿って延出する形状からなる
上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の照明装置。
（１４）
前記第２単位セルが、前記第１単位セルと比べて、前記第１および第２の方向に沿った略等方的な形状からなる
上記（１３）に記載の照明装置。
（１５）
前記複数の第１単位セルが、前記光入射面上で隙間なく２次元配置されると共に、
前記複数の第２単位セルが、前記光出射面上で隙間なく２次元配置されている
上記（１３）または（１４）に記載の照明装置。
（１６）
前記第２の均一化光学部材では、その光入射面上の前記第１または第２の方向に沿って、隣接する第１単位セル列間での配置位置が交互にずれている
上記（１５）に記載の照明装置。
（１７）
互いに対向する前記第１単位セルと前記第２単位セルとの間で、それらの中心点の位置が略一致している
上記（１５）または（１６）に記載の照明装置。
（１８）
前記第１の均一化光学部材は、その光入射面側と光出射面側とで共通化された、複数の共通化単位セルを有する
上記（１３）ないし（１７）のいずれかに記載の照明装置。
（１９）
前記第１の均一化光学部材よりも後段側の光路上に配設された受光素子と、
前記受光素子により受光された光束の光量に基づいて、前記レーザ光源における出射光量を制御する制御部と
を更に備えた
上記（１）ないし（１８）のいずれかに記載の照明装置。
（２０）
前記受光素子が、前記第１の均一化光学部材と前記第２の均一化光学部材との間の光路上に配置されている
上記（１９）に記載の照明装置。
（２１）
前記受光素子が、前記光学素子よりも前段側に配置されている
上記（２０）に記載の照明装置。
（２２）
照明光を出射する照明装置と、
前記照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
を備え、
前記照明装置は、
レーザ光源を含む光源部と、
前記光源部側からの光が入射する第１の均一化光学部材と、
前記第１の均一化光学部材側からの光が入射する第２の均一化光学部材と、
前記光源部からの出射光の光路上に配設された光学素子と、
前記光学素子を振動させる駆動部と
を有する表示装置。
（２３）
前記光変調素子により変調された照明光を被投射面に対して投射する投射光学系を更に備えた
上記（２２）に記載の表示装置。

Claims (23)

1. レーザ光源を含む光源部と、
   前記光源部側からの光が入射する第１の均一化光学部材と、
   前記第１の均一化光学部材側からの光が入射する第２の均一化光学部材と、
   前記光源部からの出射光の光路上に配設された光学素子と、
   前記光学素子を振動させる駆動部と
   を備えた照明装置。
2. 前記光学素子は、
   入射したレーザ光を収束させつつ出射する第１光学面と、
   入射したレーザ光を発散させつつ出射する第２光学面と
   を有する請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１および第２の均一化光学部材はそれぞれ、２次元配列された複数の単位セルを有し、
   前記第１光学面および前記第２光学面の延在方向と、前記単位セルの配列方向とが、互いに傾斜している
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１光学面が凸状の曲面であり、前記第２光学面が凹状の曲面である
   請求項２または請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第１光学面のピッチと前記第２光学面のピッチとが、互いに異なる
   請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記光学素子が、前記第１の均一化光学部材と前記第２の均一化光学部材との間の光路上に配置されている
   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. 前記第２の均一化光学部材は、２次元配列された複数の単位セルを有し、
   以下の（１）式を満たす
   請求項６に記載の照明装置。
   ｛６×ｆ×ｔａｎ（θｆ）｝＞Ｐｆ ……（１）
   但し、
   ｆ ：前記第２の均一化光学部材における単位セルの焦点距離
   Ｐｆ：前記第２の均一化光学部材における単位セルのピッチ
   θｆ：前記光学素子から出射して前記第２の均一化光学部材へ入射する光束におけるマージナル光線角度
8. 前記第２の均一化光学部材における各単位セルが、長軸方向および短軸方向を有する異方性形状からなり、
   前記長軸方向および前記短軸方向の双方について、前記（１）式を満たしている
   請求項７に記載の照明装置。
9. 前記光学素子が、入射したレーザ光を収束させつつ出射する第１光学面と、入射したレーザ光を発散させつつ出射する第２光学面とを有し、
   前記第１光学面および前記第２光学面の延在方向と前記単位セルの配列方向とが、傾斜角αにて互いに傾斜しており、
   前記第２の均一化光学部材における単位セルの前記長軸方向のピッチを前記Ｐｆ、それらの単位セルにおけるアスペクト比をＸ：Ｙ（Ｘ＞Ｙ）としたとき、
   以下の（２）式および（３）式を更に満たす
   請求項８に記載の照明装置。
   ｛６×ｆ×ｔａｎ（θｆ×ｓｉｎα）｝＞Ｐｆ ……（２）
   ｛６×ｆ×ｔａｎ（θｆ×ｃｏｓα）｝＞｛（Ｙ／Ｘ）×Ｐｆ｝ ……（３）
10. 以下の（４）式を更に満たす
    請求項９に記載の照明装置。
    ｛ｆ×ｔａｎ（θｆ×ｃｏｓα）｝＜｛（１／２）×（Ｙ／Ｘ）×Ｐｆ｝ ……（４）
11. 前記第１の均一化光学部材と前記第２の均一化光学部材との間の光路上に、正のパワーを有する一対のレンズが配設されており、
    前記光学素子が、前記一対のレンズ間の光路上に配置されている
    請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載の照明装置。
12. 前記光学素子が、前記第１の均一化光学部材の光入射側の光路上、または、前記第２の均一化光学部材の光出射側の光路上に配置されている
    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。
13. 前記第２の均一化光学部材が、その光入射面上に配列された複数の第１単位セルと、その光出射面上に配列された複数の第２単位セルとを個別に有し、
    前記第１単位セルは、第１の方向を長軸方向とすると共に第２の方向を短軸方向とする異方性形状からなり、
    前記第２単位セルは、前記第１および第２の方向の双方に沿って延出する形状からなる
    請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の照明装置。
14. 前記第２単位セルが、前記第１単位セルと比べて、前記第１および第２の方向に沿った略等方的な形状からなる
    請求項１３に記載の照明装置。
15. 前記複数の第１単位セルが、前記光入射面上で隙間なく２次元配置されると共に、
    前記複数の第２単位セルが、前記光出射面上で隙間なく２次元配置されている
    請求項１３または請求項１４に記載の照明装置。
16. 前記第２の均一化光学部材では、その光入射面上の前記第１または第２の方向に沿って、隣接する第１単位セル列間での配置位置が交互にずれている
    請求項１５に記載の照明装置。
17. 互いに対向する前記第１単位セルと前記第２単位セルとの間で、それらの中心点の位置が略一致している
    請求項１５または請求項１６に記載の照明装置。
18. 前記第１の均一化光学部材は、その光入射面側と光出射面側とで共通化された、複数の共通化単位セルを有する
    請求項１３ないし請求項１７のいずれか１項に記載の照明装置。
19. 前記第１の均一化光学部材よりも後段側の光路上に配設された受光素子と、
    前記受光素子により受光された光束の光量に基づいて、前記レーザ光源における出射光量を制御する制御部と
    を更に備えた
    請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の照明装置。
20. 前記受光素子が、前記第１の均一化光学部材と前記第２の均一化光学部材との間の光路上に配置されている
    請求項１９に記載の照明装置。
21. 前記受光素子が、前記光学素子よりも前段側に配置されている
    請求項２０に記載の照明装置。
22. 照明光を出射する照明装置と、
    前記照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
    を備え、
    前記照明装置は、
    レーザ光源を含む光源部と、
    前記光源部側からの光が入射する第１の均一化光学部材と、
    前記第１の均一化光学部材側からの光が入射する第２の均一化光学部材と、
    前記光源部からの出射光の光路上に配設された光学素子と、
    前記光学素子を振動させる駆動部と
    を有する表示装置。
23. 前記光変調素子により変調された照明光を被投射面に対して投射する投射光学系を更に備えた
    請求項２２に記載の表示装置。