JP2014224974A

JP2014224974A - 照明装置、投射装置および光走査装置

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Publication number: JP2014224974A
Application number: JP2013270091A
Authority: JP
Inventors: 重牧夫倉; Makio Kurashige
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: JP6299207B2; WO2014171508A1

Abstract

【課題】低コストかつ簡易な構造で作製する。
【解決手段】照明装置は、各位置に入射されたコヒーレント光を、所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、コヒーレント光が光学素子の表面を走査するように、光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備える。照射装置は、コヒーレント光を発光する光源と、光源にて発光されたコヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を光学素子の表面上で走査させる光走査装置と、を有する。光走査装置は、光源にて発光されて入射されたコヒーレント光を反射または屈折させる光偏向部と、光偏向部にて反射または屈折されるコヒーレント光の反射方向または屈折方向が連続的または断続的に変化するように、光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に光偏向部を振動させる振動制御部と、を有する。光走査装置は、振動制御部による光偏向部の振動によって、光偏向部にて反射または屈折されたコヒーレント光を光学素子上で走査させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コヒーレント光を光学素子上で走査させる光走査装置と、光学素子から拡散されたコヒーレント光で照明を行う照明装置と、この種の照明装置を内蔵する投射装置とに関する。

本発明者は、過去に、コヒーレント光で被照明領域を照明する際に、光走査装置にてコヒーレント光を走査させて、被照明領域内でのスペックルを目立たなくさせる照明装置を発明するとともに、この種の照明装置を用いてスクリーン上に光変調画像を投射する際に、スクリーン上のスペックルも目立たなくさせる投射装置とを発明した（特許文献１参照）。

特開２０１２−５８４８１号公報

上述した特許文献１では、光走査装置の具体例として、一つの軸線を中心として回動可能な反射面を有する反射デバイスを開示している。反射デバイスが軸線を中心として回動すると、光源からのコヒーレント光の入射角度が変化し、それに応じて、反射デバイスからのコヒーレント光の反射角度も変化する。よって、反射デバイスを連続的に回動させることで、コヒーレント光を一方向に走査させることができる。また、反射デバイスの回動軸を２方向に設けることで、コヒーレント光を二方向に走査させることもできる。

レーザ光などのコヒーレント光を２軸方向に走査させる装置として、従来からガルバノスキャナやファーストステアリングミラーなどが知られている。ところが、これらの装置は、精密な位置制御を行うことを目的としており、装置自体が高額で、かつ装置構成も複雑で、小型化も容易ではなかった。

上述した特許文献１に開示された照明装置や投射装置に用いられる光走査装置は、スペックルを目立たなくするために設けられており、光学素子上でコヒーレント光を精度よく走査させる必要はない。よって、できるだけ簡易な構造で低コストで光走査装置を実現するのが望ましい。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストかつ簡易な構造で作製可能な光走査装置と、この光走査装置を内蔵する照明装置および投射装置とを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、各位置に入射されたコヒーレント光を、所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子の表面を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備える照明装置であって、
前記照射装置は、
コヒーレント光を発光する光源と、
前記光源にて発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる光走査装置と、を有し、
前記光走査装置は、
前記光源にて発光されて入射されたコヒーレント光を反射または屈折させる光偏向部と、
前記光偏向部にて反射または屈折されるコヒーレント光の反射方向または屈折方向が連続的または断続的に変化するように、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に前記光偏向部を振動させる振動制御部と、を有し、
前記光走査装置は、前記振動制御部による前記光偏向部の振動によって、前記光偏向部にて反射または屈折されたコヒーレント光を前記光学素子上で走査させることを特徴とする照明装置が提供される。

前記光偏向部は、その振動方向におけるコヒーレント光の反射方向または屈折方向が連続的または断続的に変化する形状を有していてもよい。

前記光偏向部は、互いに交差する２軸方向のそれぞれにおいて、曲率が連続的または断続的に変化する面を有し、
前記光源は、前記面上にコヒーレント光を照射してもよい。

前記振動制御部は、前記面に入射されて前記面で拡散されたコヒーレント光が前記光学素子上に形成する線状のビーム軌跡の延在方向と異なる方向に前記光偏向部を振動させてもよい。

前記面は、トーリック面でもよい。

前記光偏向部は、例えば、それぞれの光軸が異なる方向に配置された複数の光偏向部材を有し、前記振動制御部は、前記複数の光偏向部のそれぞれに入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に前記複数の光偏向部材のそれぞれを振動させてもよい。

前記振動制御部は、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる一方向に前記光偏向部を振動させてもよい。

前記振動制御部は、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる二方向に前記光偏向部を振動させてもよい。

前記光源にて発光されたコヒーレント光を、前記光偏向部上の所定の位置に集光させる集光光学系を有していてもよい。

前記光偏向部は、コヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向にコヒーレント光を屈折させて出射するレンズでもよい。

前記光偏向部は、コヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向にコヒーレント光を反射させるミラー部材でもよい。

前記光学素子は、参照部材の像を再生するための干渉縞が記録されたホログラム記録媒体でもよい。

本発明の一態様は、前記所定の領域と重なる位置に配置され、請求項１乃至９のいずれかに記載の照明装置によって照明されて、光変調画像を生成する空間光変調器と、
前記光変調画像を投射部材上に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする投射装置でもよい。

本発明の一態様は、位置が固定の所定の光軸に沿って入射されるコヒーレント光を屈折させて出射させる光偏向部と、
前記光偏向部の出射光軸と前記光偏向部に入射されるコヒーレント光の光軸との位置関係が時間に応じて連続的に変化するように、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に前記光偏向部を振動させる振動制御部と、を備えることを特徴とする光走査装置でもよい。

本発明によれば、低コストかつ簡易な構造でコヒーレント光を走査可能な光走査装置と、この光走査装置を内蔵する照明装置および投射装置とを実現できる。

本発明の一実施形態に係る光走査装置６５と照明装置４０を内蔵する投射装置２０の概略構成を示すブロック図。光偏向部としてミラー部材を用いた一例を示す図。光偏向部としてレンズを用いた一例を示す図。光偏向部６２を２つのレンズ６２ｂで構成した例を示す図。ホログラム記録媒体５５に散乱板６の像を干渉縞として形成する様子を説明する図。図５の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体５５に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図。トーリックレンズ６２ｃを用いて光偏向部６２を構成する例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光走査装置６５と照明装置４０を内蔵する投射装置２０の概略構成を示すブロック図である。図１の投射装置２０は、光学素子５０と、照射装置６０と、光変調器３０と、投射光学系２１とを備えており、光学素子５０と照射装置６０とにより照明装置４０を構成している。

照射装置６０は、コヒーレント光が光学素子５０の表面を走査するように、光学素子５０にコヒーレント光を照射する。照射装置６０は、コヒーレント光を放射するレーザ光源６１と、レーザ光源６１から放射されたコヒーレント光を光学素子５０の表面上で走査させる光走査装置６５とを有する。

光学素子５０は、例えばホログラム感光材料に干渉縞を記録して形成されるホログラム記録媒体５５を用いて構成されている。ホログラム記録媒体５５の詳細については後述する。光学素子５０としてホログラム記録媒体５５を用いる場合、ホログラム記録媒体５５には、光走査装置６５にて反射または屈折されたコヒーレント光が入射される。ホログラム記録媒体５５は干渉縞が記録された記録面を有し、この記録面にコヒーレント光が入射されると、干渉縞で回折されたコヒーレント光が発散光（拡散光）となって放射されて、被照明領域ＬＺを照明する。

なお、光学素子５０は、ホログラム記録媒体５５ではなく、レンズアレイでもよい。この場合、照射装置６０からのコヒーレント光はレンズアレイ上を走査し、レンズアレイによって進行方向を変えられたコヒーレント光は被照明領域ＬＺを照明する。

光走査装置６５は、レーザ光源６１からのコヒーレント光の反射角度を時間的に変化させる。これにより、光走査装置６５からのコヒーレント光は、光学素子５０上を走査することになる。例えば、光学素子５０として、干渉縞が記録されたホログラム記録媒体５５を用いる場合、光走査装置６５からのコヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５への入射角度および入射位置を時間的に変えながら、ホログラム記録媒体５５の記録面上の干渉縞により回折される。よって、被照明領域ＬＺには、入射角度や入射位置が時間的に変化するコヒーレント光が入射され、時間的に異なる角度で、かつ均一な光量で照明されることになる。

被照明領域ＬＺには、その位置に重なるように光変調器３０が配置されている。光変調器３０は、被照明領域ＬＺの照明光を利用して、変調画像を生成する。

光変調器３０としては、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子からなる反射型のマイクロディスプレイを用いることができる。あるいは、光変調器３０として透過型の液晶パネルを用いてもよい。

光変調器３０の入射面は、照明装置４０がコヒーレント光を照射する被照明領域ＬＺと同一の位置で、かつ同一の形状および大きさであることが好ましい。この場合、照明装置４０からのコヒーレント光を、拡散スクリーン２３への映像の表示に高い利用効率で利用することができるからである。

光変調器３０で生成された変調画像は投射光学系２１に入射される。投射光学系２１は、例えば複数枚のレンズ群で構成されたプロジェクションレンズ２２を有する。光変調器３０で生成された変調画像は、プロジェクションレンズ２２で屈折されて拡散スクリーン２３上に投射される。プロジェクションレンズ２２の径や、プロジェクションレンズ２２と光変調器３０との距離や、プロジェクションレンズ２２と拡散スクリーン２３との距離によって、拡散スクリーン２３に投影される変調画像のサイズを調整することができる。

図１では省略しているが、拡散スクリーン２３で拡散された変調画像を、不図示のハーフミラーに入射して、このハーフミラーで、拡散スクリーン２３で拡散された変調画像光の一部を反射させて変調画像の虚像を形成して、この虚像を外光とともにハーフミラーを介して観察者が視認できるようにしてもよい。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置を実現できる。この場合、ハーフミラーとして、例えば、車両のフロントガラスを用いることができ、観察者は運転席に座って前方を向くことで、フロントガラスを通して車外の景色を見ながら、虚像を視認できる。あるいは、ハーフミラーの代わりに、種々の光学素子５０やプリズムを用いてもよい。

光変調器３０では、種々の変調画像を生成可能であり、光変調器３０で変調画像を生成して、その変調画像を被照明領域ＬＺで照明することで、種々の変調画像を拡散スクリーン２３上に投射することができる。

なお、上述した照射装置６０と光学素子５０を備えた本実施形態を照明装置４０に適用する場合は、光学素子５０からの出射光により被照明領域ＬＺを照明できることから、光学素子５０からの出射光を照明光として利用でき、光変調器３０と投射光学系２１は不要である。

上述したように、被照明領域ＬＺは、時間的に異なる角度で照明され、この照明光を利用して光変調器３０で生成された変調画像が投射光学系２１で拡散スクリーン２３に投射される。このため、拡散スクリーン２３の入射角度も時間的に角度変化する。これにより、拡散スクリーン２３で生成されるスペックルパターンが時間的に変化し、観察者の目には不可視化される。

図１の投射装置２０は、被照明領域ＬＺに光変調器３０を配置しており、光変調器３０の照明領域のサイズは、被照明領域ＬＺのサイズに依存することになる。よって、例えば被照明領域ＬＺのサイズに見合ったサイズの光変調器３０を配置しなければならないという制約が生じる。

このような制約をなくすには、被照明領域ＬＺと光変調器３０との間に、被照明領域ＬＺのサイズ変換手段を設ければよい。このサイズ変換手段は、例えばリレー光学系で実現可能である。

光学素子５０として、干渉縞が記録されたホログラム記録媒体５５を用いる場合、ホログラム記録媒体５５は、照射装置６０から放射されるコヒーレント光を再生照明光Ｌａとして受けて、当該コヒーレント光を高効率で回折する。とりわけ、ホログラム記録媒体５５は、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射するコヒーレント光を回折することによって、散乱板の像を再生することができるようになっている。

一方、照射装置６０は、ホログラム記録媒体５５に照射されるコヒーレント光が、光走査装置６５によりホログラム記録媒体５５上を走査するようにしている。したがって、ある瞬間に、照射装置６０によってコヒーレント光が照射されたホログラム記録媒体５５上の領域は、ホログラム記録媒体５５の表面の一部分であって、とりわけ図示する例では、点と呼ばれるべき微小領域となっている。

そして、照射装置６０から放射されてホログラム記録媒体５５上を走査するコヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５上の各位置（各点または各領域（以下、同じ））に、当該ホログラム記録媒体５５の回折条件を満たすような入射角度で、入射するようになっている。照射装置６０からホログラム記録媒体５５の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５５で回折されて被照明領域ＬＺを照明する。

照射装置６０は、それぞれがコヒーレント光を生成するレーザ光源６１と、このレーザ光源６１からのコヒーレント光の進行方向を変化させる光走査装置６５と、を有する。

レーザ光源６１は、例えばそれぞれ異なる波長帯域のレーザ光を放射する複数のレーザ光源６１を用いてもよい。複数のレーザ光源６１を用いる場合は、各レーザ光源６１からのレーザ光が光走査装置６５上の同一点を照射するようにする。これにより、ホログラム記録媒体５５は、各レーザ光源６１の照明色が混ざり合った再生照明光で照明されることになる。

レーザ光源６１は、単色のレーザ光源６１でもよいし、発光色の異なる複数のレーザ光源６１でもよい。例えば、赤、緑、青の複数のレーザ光源６１を用いて構成してもよい。
複数のレーザ光源６１を用いる場合は、各レーザ光源６１からのコヒーレント光が光走査装置６５上の一点に照射されるように各レーザ光源６１を配置すれば、各レーザ光源６１からのコヒーレント光の入射角度に応じた反射角度で反射されて、ホログラム記録媒体５５上に入射され、ホログラム記録媒体５５から別個に回折されて、被照明領域ＬＺ上で重ね合わされて合成色になる。例えば、赤、緑、青の複数のレーザ光源６１を用いて構成して場合には白色になる。あるいは、各レーザ光源６１ごとに、別個の光走査装置６５を設けてもよい。

なお、例えば白色で照明する場合は、赤緑青以外の色で発光するレーザ光源６１、例えば、黄色で発光するレーザ光源６１を別個に設けた方が、より白色に近い色を再現できる場合もある。したがって、照射装置６０内に設けるレーザ光源６１の種類は、特に限定されるものではない。

カラーの変調画像を形成する場合には、種々の実現手法が考えられる。光変調器３０がＬＣＯＳなどで構成されていて、各画素ごとにカラーフィルタを有する場合には、被照明領域ＬＺを白色光とすることで、光変調器３０で生成される変調画像をカラー化することができる。

あるいは、例えば、赤色の変調画像を生成する光変調器３０と、緑色の変調画像を生成する光変調器３０と、青色の変調画像を生成する光変調器３０とを近接配置し、これら３つの光変調器３０のそれぞれを照明する３つの被照明領域ＬＺを、順次にホログラム記録媒体５５からの拡散光で照明するようにしてもよい。これにより、３つの光変調器３０で生成された３色の変調画像が合成されて、カラーの変調画像を生成可能となる。このような時分割駆動の代わりに、３つの光変調器３０で同時に生成した３色の変調画像をプリズム等を用いて合成して、カラーの変調画像を生成してもよい。

光走査装置６５は、コヒーレント光の進行方向を経時的に変化させ、コヒーレント光の進行方向が一定とはならないよう種々の方向へ向ける。この結果、光走査装置６５で進行方向を変化させられるコヒーレント光が、光学素子５０のホログラム記録媒体５５の入射面上を走査するようになる。

本実施形態に係る光走査装置６５は、図１に示すように、光偏向部６２と振動制御部６３とを有する。光偏向部６２には、レーザ光源６１で発光されたレーザ光すなわちコヒーレント光がその光軸を固定にしたまま入射される。そして、光偏向部６２は、入射されたコヒーレント光を反射または屈折させて出射する。振動制御部６３は、光偏向部６２にて反射または屈折されるコヒーレント光の反射方向または屈折方向が連続的または断続的に変化するように、光偏向部６２に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に光偏向部６２を振動させる。すなわち、振動制御部６３は、光偏向部６２の出射光軸と光偏向部６２に入射されるコヒーレント光の固定の光軸との位置関係が時間に応じて連続的にまたは断続的に変化するように、光偏向部６２を光偏向部６２の入射コヒーレント光の方向とは異なる方向に振動させる。ここで、連続的に変化とは、例えば凹レンズや凸レンズのように、コヒーレント光の入射面が滑らかに変化しており、この面で反射されるコヒーレント光の反射または屈折方向が絶えず変化することを指し、段階的に変化とは、例えば多角形形状のように、コヒーレント光の入射面が断続的に変化しており、この面で反射されるコヒーレント光の反射または屈折方向が不連続に変化することを指す。光偏向部６２の出射光軸と光偏向部６２に入射されるコヒーレント光の固定の光軸との位置関係を時間に応じて連続的に変化させる方が、光学素子５０上を途切れなく連続的に走査させることができるため、より望ましいが、被照明領域ＬＺ内とスクリーン２３上でのスペックルを目立たなくさせるという観点では、光偏向部６２の出射光軸と光偏向部６２に入射されるコヒーレント光の固定の光軸との位置関係を時間に応じて断続的に変化させても、同様の効果が得られる。

例えば、光偏向部６２は、入射光をその入射位置に応じた方向に反射させるミラー部材６２ａである。このミラー部材６２ａは、例えば図２に示すような凹面鏡６２ａで構成される。図２の凹面鏡６２ａは、振動制御部６３により、凹面鏡６２ａの入射コヒーレント光の方向とは異なる方向、すなわち凹面鏡６２ａの入射および出射光軸に直交する方向に振動している。図２の凹面鏡６２ａは、その振動に応じて、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）のように連続的に移動し、これに伴って、入射コヒーレント光の反射方向も連続的に変化する。このように、図２の凹面鏡６２ａをその入射コヒーレント光の方向とは異なる方向に振動させることで、入射コヒーレント光の光軸が固定であっても、凹面鏡６２ａでの反射方向を連続的に変化させることができる。

なお、光偏向部６２を構成するミラー部材６２ａの表面は、必ずしも凹面状でなくてもよいが、振動させたときに、入射コヒーレント光の反射方向が連続的または断続的に変化するような形状であればよい。例えば、上述したように、ミラー部材６２ａの表面は、その法線角度が微小な単位で変化する滑らかな曲線形状でもよいし、その法線角度が曲面形状よりも大きい角度単位で段階的に変化する多角形形状でもよい。また、格子状に分割された各格子単位ごとに、コヒーレント光の反射または屈折方向が異なるような構造や回折膜を設けてもよい。

本実施形態に係る光偏向部６２は、入射コヒーレント光を反射させるミラー部材６２ａだけでなく、入射コヒーレント光を屈折させて出射するレンズで構成してもよい。

図３は光偏向部６２に対応するレンズ６２ｂの一例を示す図である。図３のレンズ６２ｂは、振動制御部６３により、レンズ６２ｂの入射コヒーレント光の方向とは異なる方向、すなわちレンズ６２ｂの入射および出射光軸に直交する方向に振動している。図３のレンズ６２ｂは、その振動に応じて、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）のように連続的に移動し、これに伴って、入射コヒーレント光の屈折方向も連続的に変化する。このように、図３のレンズ６２ｂをその入射コヒーレント光の方向とは異なる方向に振動させることで、入射コヒーレント光の光軸が固定であっても、レンズ６２ｂでの屈折方向を連続的に変化させることができる。

図２と図３では、光偏向部６２を構成するミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを１軸方向にのみ振動させる例を示したが、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂをその入射コヒーレント光の方向とは異なる方向に位置する２軸方向に振動させてもよい。これにより、光走査装置６５から拡散されたコヒーレント光を、光学素子５０上を２次元方向に走査させることができる。

なお、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを１軸方向のみに振動させても、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂの表面形状を工夫することで、光学素子５０上を２次元方向に走査させることは可能である。例えば、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを１軸方向のみに振動させたときに、その方向に沿って、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂの表面形状が２次元方向に変化していれば、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂで反射または屈折されたコヒーレント光を２次元方向に走査させることができる。

また、光偏向部６２を、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを例えば２個組み合わせて構成し、それぞれを別の方向に振動させてもよい。図４は光偏向部６２を２つのレンズ６２ｂで構成した例を示す図である。図４の各レンズ６２ｂは、それぞれ別の方向に振動する。これにより、入射コヒーレント光の屈折方向を２軸方向に連続的に変化させることができる。

振動制御部６３は、例えば、アクチュエータ、ボイスコイル、またはエレクトロアクティブポリマー等を用いて、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを１軸または２軸方向に移動させる。

上述したように、本実施形態に係る光走査装置６５は、照明装置４０または投射装置２０に組み込んだときに、被照明領域ＬＺ内とスクリーン２３上でのスペックルを目立たなくすればよいため、コヒーレント光の走査精度はそれほど要求されない。よって、光偏向部６２を構成するミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂの加工精度はそれほど高くなくてもよく、また、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを均一に振動させる必要もないため、振動制御部６３の構成を簡略化してもよい。

本実施形態は、光偏向部６２のある固定の場所にレーザ光源６１からのコヒーレント光を入射することを想定している。その際、レーザ光源６１からのコヒーレント光をある程度絞り込んだ状態で、光偏向部６２に入射させるのが重要である。入射コヒーレント光のビーム径が大きいと、光偏向部６２からの発散点のビーム口径も大きくなり、光学素子５０に理想的なコヒーレント光を入射できなくなる。例えば、光学素子５０としてホログラム記録媒体５５を用いた場合、ホログラム記録媒体５５に干渉縞を記録する際に使用した記録光にできるだけ近い再生光を入射するのが理想的であるが、上述したように、光走査装置６５内の光偏向部６２への入射コヒーレント光のビーム径が大きいと、理想的な再生光をホログラム記録媒体５５に入射できない。そこで、図１に示すように、照射装置６０内の光源６１と光走査装置６５との間に集光レンズ６７を配置してもよい。集光レンズ６７は、光源６１からのコヒーレント光が光走査装置６５の１点に収束されるように位置決めされる。これにより、光走査装置６５の回転中心とコヒーレント光の発散中心が一致するため、光走査装置６５が回転する際にも、常に基準点ＳＰからの発散光をホログラム記録媒体５５に入射することができ、当初意図した通りに被照明領域ＬＺを照明できるようになる。

このように、本実施形態に係る光走査装置６５によれば、２軸のガルバノミラーよりも発散点を小さくできる。２軸のガルバノミラーは、各軸用の２つのミラーの発散点がそれぞれ異なるため、各発散点が完全には一致しない。よって、２軸のガルバノミラーを用いても、完全な平行光を作れない。これに対して、本実施形態に係る光走査装置６５は、発散点を極小化できるため、光走査装置６５で反射または屈折させたコヒーレント光を平行光にすることも可能である。

本実施形態では、コヒーレント光の回折作用を可能にするホログラム記録媒体５５として、フォトポリマーを用いた透過型の体積型ホログラムを用いることができる。

図５はホログラム記録媒体５５に散乱板６の像を干渉縞として形成する様子を説明する図である。ここで、散乱板６とは、光を散乱させる参照部材であり、参照部材の具体的な形態は問わない。

図５に示すように、ホログラム記録媒体５５は、実物の散乱板６からの散乱光を物体光Ｌｏとして用いて作製されている。図５には、ホログラム記録媒体５５をなすようになる感光性を有したホログラム感光材料５８に、互いに干渉性を有するコヒーレント光からなる参照光Ｌｒと物体光Ｌｏとが露光されている状態が示されている。

参照光Ｌｒとしては、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源６１からのレーザ光が用いられている。参照光Ｌｒは、レンズ６２ｂからなる集光素子７を透過してホログラム感光材料５８に入射する。図５に示す例では、参照光Ｌｒをなすようになるレーザ光が、集光素子７の光軸と平行な平行光束として、集光素子７へ入射する。参照光Ｌｒは、集光素子７を透過することによって、それまでの平行光束から収束光束に整形（変換）され、ホログラム感光材料５８へ入射する。この際、収束光束Ｌｒの焦点位置ＦＰは、ホログラム感光材料５８を通り過ぎた位置にある。すなわち、ホログラム感光材料５８は、集光素子７と、集光素子７によって集光された収束光束Ｌｒの焦点位置ＦＰと、の間に配置されている。

次に、物体光Ｌｏは、たとえばオパールガラスからなる散乱板６からの散乱光として、ホログラム感光材料５８に入射する。図５の例では、作製されるべきホログラム記録媒体５５が透過型であり、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと同じ側の面からホログラム感光材料５８へ入射する。物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと干渉性を有することが前提である。したがって、例えば、同一のレーザ光源６１から発振されたレーザ光を分光させて、分光された一方を上述の参照光Ｌｒとして利用し、他方を物体光Ｌｏとして使用することができる。

図５に示す例では、散乱板６の板面への法線方向と平行な平行光束が、散乱板６へ入射して散乱され、そして、散乱板６を透過した散乱光が物体光Ｌｏとしてホログラム感光材料５８へ入射している。この方法によれば、通常安価に入手可能な等方散乱板を散乱板６として用いた場合に、散乱板６からの物体光Ｌｏが、ホログラム感光材料５８に概ね均一な光量分布で入射することが可能となる。またこの方法によれば、散乱板６による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料５８の各位置に、散乱板６の出射面６ａの全域から概ね均一な光量で参照光Ｌｒが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体５５の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板６の像５を同様の明るさで再生すること、および、再生された散乱板６の像５が概ね均一な明るさで観察されることが実現され得る。

以上のようにして、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏがホログラム記録材料５８に露光されると、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏが干渉してなる干渉縞が生成され、この光の干渉縞が、何らかのパターン、体積型ホログラムでは、一例として、屈折率変調パターンとして、ホログラム記録材料５８に記録される。その後、ホログラム記録材料５８の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録材料５５が得られる。

図６は図５の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体５５に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図である。図６に示すように、図５のホログラム感光材料５８にて形成されたホログラム記録媒体５５は、露光工程で用いられたレーザ光と同一波長の光であって、露光工程における参照光Ｌｒの光路を逆向きに進む光によって、そのブラッグ条件が満たされるようになる。すなわち、図６に示すように、露光工程時におけるホログラム感光材料５８に対する焦点ＦＰの相対位置（図５参照）と同一の位置関係をなすようにしてホログラム記録媒体５５に対して位置する基準点ＳＰから発散し、露光工程時における参照光Ｌｒと同一の波長を有する発散光束は、再生照明光Ｌａとして、ホログラム記録媒体５５にて回折され、露光工程時におけるホログラム感光材料５８に対する散乱板６の相対位置（図５参照）と同一の位置関係をなすようになるホログラム記録媒体５５に対する特定の位置に、散乱板６の再生像５を生成する。

この際、散乱板６の再生像５を生成する再生光（再生照明光Ｌａをホログラム記録媒体５５で回折してなる光）Ｌｂは、露光工程時に散乱板６からホログラム感光材料５８へ向かって進んでいた物体光Ｌｏの光路を逆向きに進む光として散乱板６の像５の各点を再生する。そして、上述したように、また図５に示すように、露光工程時に散乱板６の出射面６ａの各位置から出射する散乱光Ｌｏが、それぞれ、ホログラム感光材料５８の概ね全領域に入射するように拡散している（広がっている）。すなわち、ホログラム感光材料５８上の各位置には、散乱板６の出射面６ａの全領域からの物体光Ｌｏが入射し、結果として、出射面６ａ全体の情報がホログラム記録媒体５５の各位置にそれぞれ記録されている。
このため、図６に示された、再生照明光Ｌａとして機能する基準点ＳＰからの発散光束をなす各光は、それぞれ単独で、ホログラム記録媒体５５の各位置に入射して互いに同一の輪郭を有した散乱板６の像５を、互いに同一の位置（被照明領域ＬＺ）に再生することができる。

ホログラム記録媒体５５に入射した光は、被照明領域ＬＺの方向に伝搬されるため、無駄な散乱光を効果的に抑制できる。したがって、ホログラム記録媒体５５に入射される再生照明光Ｌａをすべて、散乱板６の像を形成するために有効利用できる。

図４では、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを２個組み合わせて光偏向部６２を構成し、これら２個のミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを別々の方向に振動させることで、入射光を二次元方向に走査させているが、１個のミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂだけで、入射光を二次元方向に走査させることも可能である。

図７はトーリックレンズ（トロイダルレンズ）６２ｃを用いて光偏向部６２を構成する例を示す図である。ここで、トーリックレンズ６２ｃとは、円をその中心を通らない回転軸の周りに回転させたときに生じる曲面（トーリック面またはトロイダル面）を有するレンズである。トーリック面は、互いに交差する二軸方向のそれぞれにおいて、曲率が連続的に変化している。このようなトーリック面の任意の場所に入射されたコヒーレント光は、図７に示すように、線状に拡散して、光学素子５０上に線状ビーム軌跡５０ａを形成する。このとき、トーリックレンズ６２ｃを一軸方向に振動させると、線状ビーム光は、振動方向に沿って移動する。より詳細には、振動制御部６３は、線状ビーム軌跡５０ａの延在方向とは異なる方向にトーリックレンズ６２ｃからなる光偏向部６２を振動させる。これにより、光学素子５０上では、線状ビーム軌跡５０ａが振動方向に移動するような軌跡を描く。すなわち、光偏向部６２は、光学素子５０上でコヒーレント光を二次元方向に走査させることができる。

このように、トーリックレンズ６２ｃの所定箇所にコヒーレント光を照射して、トーリックレンズ６２ｃを一軸方向に振動させることで、トーリックレンズ６２ｃにて屈折されたコヒーレント光を二軸方向に走査させることができる。

なお、トーリック面を有するミラー部材６２ａであっても、同様に、このミラー部材６２ａを一軸方向に振動させることで、ミラー部材６２ａにて反射されたコヒーレント光を二軸方向に走査させることができる。

このように、本実施形態に係る光走査装置６５は、入射コヒーレント光を反射または屈折させて出射させる光偏向部６２と、この光偏向部６２をその入射コヒーレント光の方向とは異なる方向に振動させる振動制御部６３とを備えるため、光偏向部６２を振動させるだけで、光走査装置６５から出射されるコヒーレント光の方向を一軸方向または二軸方向に変化させることができる。よって、光走査装置６５の内部構成を簡略化でき、照明装置４０全体を小型化できる。

光偏向部６２は、２個のミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを組み合わせて構成できるが、トーリック面を有する１個のミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂだけでも構成できる。トーリック面を有する１個のミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂだけで光偏向部６２を構成した場合は、ミラー部材６２ａまたはレンズ６２ｂを一軸方向に振動させるだけでよいため、振動制御部６３の制御も容易になり、光走査装置６５を小型化できる。

また、本実施形態に係る光走査装置６５は、光源６１と光走査装置６５との間に集光光学系６７を設けることで、光偏向部６２での発散点をできるだけ小さくでき、光学素子５０に対して理想的なコヒーレント光を入射させることができる。よって、光学素子５０としてホログラム記録媒体５５を用いた場合は、ホログラム記録媒体５５に干渉縞を形成するのに用いた記録光に対応する理想的な再生光を照射でき、ホログラム記録媒体５５に記録するのに用いた散乱板の像を忠実に再現することができる。

また、本実施形態では、光走査装置６５、ホログラム記録媒体５５を含む光学素子５０、および光変調器３０を用いて変調画像を生成するため、例えば通常の液晶表示装置を用いて変調画像を生成する場合と比べて、変調画像を生成するまでのハードウェア構成を大幅に小型化できる。さらに、本実施形態では、光走査装置６５でホログラム記録媒体５５上をコヒーレント光で走査させ、かつ拡散スクリーン２３に変調画像を投射するため、コヒーレント光を用いながらも、スペックルを目立たせなくすることができ、高品質の画像表示が可能な投射装置２０を実現できる。また、拡散スクリーン２３を設けることで、視野角を広げることも可能となる。

光走査装置６５は、ホログラム記録媒体５５上の各位置に、当該位置でのブラッグ条件を満たす入射角度で、対応する特定波長のコヒーレント光を入射させる。この結果、各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５５に記録された干渉縞による回折により、被照明領域（所定の領域）ＬＺの全域に重ねて散乱板６の像５を再生する。すなわち、照射装置６０からホログラム記録媒体５５の各位置に入射したコヒーレント光はそれぞれ、光学素子５０で拡散されて、被照明領域ＬＺの全域に入射するようになる。

このようにして、照射装置６０は、被照明領域ＬＺをコヒーレント光で照明する。例えば、レーザ光源６１がそれぞれ異なる色で発光する複数のレーザ光源６１を有する場合は、被照明領域ＬＺは、各色で散乱板６の像５が再生される。したがって、これらレーザ光源６１が同時に発光する場合は、被照明領域ＬＺは３色が混ざり合った白色で照明されることになる。

また、本実施形態によれば、被照明領域ＬＺの各位置において時間的にコヒーレント光の入射方向が変化していき、且つ、この変化は、人間の目で分解不可能な速さである。したがって、仮に被照明領域ＬＺにスクリーン２３を配置したとすると、各入射角度に対応して生成されたスペックルが重ねられ平均化されて観察者に観察されることから、スクリーン２３に表示されている映像を観察する観察者に対して、スペックルを極めて効果的に目立たなくさせることができる。本実施形態の場合は、被照明領域ＬＺの位置に重ねて光変調器３０を配置し、この光変調器３０から投射光学系２１を介して拡散スクリーン２３に投射しているが、この場合も同様であり、拡散スクリーン２３上で発生するスペックルが重ねられて平均化されるため、拡散スクリーン２３上で発生するスペックルは目立たなくなる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

５像、６散乱板、７集光素子、２０投射装置、２１投射光学系、２２プロジェクションレンズ、２３拡散スクリーン、３０光変調装置、４０照射装置、５０
光学素子、５５ホログラム記録媒体、５８ホログラム感光材料、６０照射装置、６１レーザ光源、６２光偏向部、６２ａミラー部材（凹面鏡）、６２ｂレンズ、６３振動制御部、６５光走査装置

Claims

各位置に入射されたコヒーレント光を、所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子の表面を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備える照明装置であって、
前記照射装置は、
コヒーレント光を発光する光源と、
前記光源にて発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる光走査装置と、を有し、
前記光走査装置は、
前記光源にて発光されて入射されたコヒーレント光を反射または屈折させる光偏向部と、
前記光偏向部にて反射または屈折されるコヒーレント光の反射方向または屈折方向が連続的または断続的に変化するように、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に前記光偏向部を振動させる振動制御部と、を有し、
前記光走査装置は、前記振動制御部による前記光偏向部の振動によって、前記光偏向部にて反射または屈折されたコヒーレント光を前記光学素子上で走査させることを特徴とする照明装置。
前記光偏向部は、その振動方向におけるコヒーレント光の反射方向または屈折方向が連続的または断続的に変化する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記光偏向部は、互いに交差する２軸方向のそれぞれにおいて、曲率が連続的または断続的に変化する面を有し、
前記光源は、前記面上にコヒーレント光を照射する請求項２に記載の照射装置。
前記振動制御部は、前記面に入射されて前記面で拡散されたコヒーレント光が前記光学素子上に形成する線状のビーム軌跡の延在方向と異なる方向に前記光偏向部を振動させる請求項３に記載の照射装置。
前記面は、トーリック面である請求項３または４に記載の照明装置。
前記振動制御部は、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる一方向に前記光偏向部を振動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の照明装置。
前記光偏向部は、それぞれの光軸が異なる方向に配置された複数の光偏向部材を有し、
前記振動制御部は、前記複数の光偏向部のそれぞれに入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に前記複数の光偏向部材のそれぞれを振動させることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記振動制御部は、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる二方向に前記光偏向部を振動させることを特徴とする請求項１、２または７に記載の照明装置。
前記光源にて発光されたコヒーレント光を、前記光偏向部上の所定の位置に集光させる集光光学系を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の照明装置。
前記光偏向部は、コヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向にコヒーレント光を屈折させて出射するレンズであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の照明装置。
前記光偏向部は、コヒーレント光の入射位置および入射角度に応じた方向にコヒーレント光を反射させるミラー部材であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の照明装置。
前記光学素子は、参照部材の像を再生するための干渉縞が記録されたホログラム記録媒体であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の照明装置。
前記光学素子はレンズアレイを有し、
前記光走査装置は、前記光偏向部にて反射または屈折されたコヒーレント光を前記レンズアレイ上で走査させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の照明装置。
前記所定の領域と重なる位置に配置され、請求項１乃至１３のいずれかに記載の照明装置によって照明されて、光変調画像を生成する空間光変調器と、
前記光変調画像を投射部材上に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする投射装置。
位置が固定の所定の光軸に沿って入射されるコヒーレント光を屈折させて出射させる光偏向部と、
前記光偏向部の出射光軸と前記光偏向部に入射されるコヒーレント光の光軸との位置関係が時間に応じて連続的に変化するように、前記光偏向部に入射されたコヒーレント光の入射方向とは異なる方向に前記光偏向部を振動させる振動制御部と、を備えることを特徴とする光走査装置。