JP2015114562A - 照明装置、投影型映像表示装置、光学装置及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な光走査部の構成で、スクリーン上で発生するスペックルを効果的に抑制することが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】本発明の照明装置は、コヒーレント光を出射するレーザー光源１１と、シリンドリカル形状の反射面を有するミラー１５５が複数設けられたポリゴンミラー１５１により、前記レーザー光源１１から出射されたコヒーレント光を走査する光走査部１５と、前記光走査部１５からの光を特定の被照射領域に照射する照明光学系と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レーザー光などのコヒーレント光を使用する照明装置、及び、コヒーレント光を光源に用いて空間光変調器を照明し、スクリーン上に映像を投射する投射型映像表示装置、そしてそれらに用いられる照明装置、光学装置及び光学素子に関するものである。

光源からの照明光を、液晶やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃｈａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）などの空間光変調器を用いて映像化し、スクリーンに投影するプロジェクタ（投射型映像表示装置）が知られている。このようなプロジェクタでは、その光源に高圧水銀ランプなどの白色光源を用いたものが知られており、液晶などの２次元空間光変調器を照明し得られた画像を投射光学系で拡大してスクリーン上に映像を投射している。

しかしながら、高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプは、寿命が比較的短くプロジェクタなどに利用した場合、頻繁にランプを交換する必要がある。また、装置自体が大型化してしまうという欠点もある。さらには、環境負荷の観点から水銀を使用する高圧水銀ランプの仕様は好ましいものとはいえない。このような欠点を解消するため、レーザー光を光源として使用するプロジェクタも提案されている。半導体レーザーは、高圧水銀ランプなどと比較して高寿命であり、また、装置全体の小型化を図ることも可能である。

このように、プロジェクタの次世代光源として期待されているレーザー光は直進性に優れるため、ＬＥＤなどと比較しても光入射効率の向上を図ることができると考えられる。しかしながら、レーザー光を光源として用いた場合、コヒーレンスの高さに起因するスペックルノイズが発生し、映像を見難くしてしまう欠点がある。

スペックルノイズは、コヒーレントなレーザー光を光源とした場合、照射対象表面の微少凹凸からの散乱光が干渉することで生ずる斑点状のノイズであって、プロジェクタで発生した場合には画質劣化の原因となるのみならず、観察者に対して生理的不快感をもたらすこともある。このスペックルノイズを低減するため、レーザー光が通過する拡散板を振動させる、レーザースペクトルの波長スペクトルを拡大する、レーザー光の照射対象となるスクリーン自体を振動させるなど、各種試みが行われている。このようなスペックルノイズ低減の試みとして、特許文献１には、コヒーレント光が通過する拡散素子を回転運動させることで、スペックルノイズの低減を図る無スペックル・ディスプレイ装置が開示されている。
特開平６−２０８０８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるスペックルノイズ低減方法では、拡散素子到達前に生じていたスペックルノイズ（干渉パターン）は平均化できるものの、拡散中心からスクリーンへの入射光線角度はスクリーン上のいずれの点においても不変であるため、スクリーン各点の光散乱特性も一定となり、結果としてスクリーン上で発生するスペックルノイズの除去効果は殆ど得られないという問題があった。

このような、コヒーレント光を原因として生ずるスペックルは、コヒーレント光を光源として使用する投射型映像表示装置（プロジェクタ）のみならず、コヒーレント光を使用する様々な照明装置において問題となっている。

本発明は、コヒーレント光を光源とした場合に生ずるスペックルの抑制を図る照明装置、及び、このような照明装置を利用した投射型映像表示装置を提供することを第１の目的としている。さらに、本発明では、このような照明装置、投射型映像表示装置において、被照明領域を効果的に照明し、光の利用効率を図ることを目的としている。さらに、被照明領域をほぼ同じ条件で照明することで、被照明領域全体を均一に照明することを目的とするものである。

本発明は以上のような課題を解決するためのものであり、本発明に係る照明装置は、コヒーレント光を出射するレーザー光源と、シリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーにより、前記レーザー光源から出射されたコヒーレント光を走査する走査部と、前記走査部からの光を特定の被照射領域に照射する照明光学系と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る照明装置は、前記照明光学系がホログラムを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る照明装置は、前記照明光学系がコンデンサレンズを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る照明装置は、前記照明光学系がレンズアレイを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る投影型映像表示装置は、前記に記載の照明装置を備える投影型映像表示装置であって、前記被照射領域に配される空間光変調器と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る投影型映像表示装置は、前記に記載の照明装置を備える投影型映像表示装置であって、前記被照射領域に配されるインテグレータロッドと、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光学装置は、シリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーにより、レーザー光源から出射されたコヒーレント光を走査する走査部と、前記走査部からの光を特定の領域に照射する照明光学系と、を有することを特徴とする光学装置。

また、本発明に係る光学素子は、レーザー光源から出射されたコヒーレント光を、シリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーを有する走査部により前記レーザー光源から出射されたコヒーレント光を走査し、前記走査部からの光を特定の被照射領域に照射することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子は、要素レンズを複数含むレンズアレイを備え、前記要素レンズに入射する光を発散光に変換する。

また、本発明に係る光学素子は、前記ポリゴンミラーからの光を入射光とし、出射光を特定の領域に照射するホログラム記録媒体を備える。

本発明の照明装置によれば、光走査部でコヒーレント光を走査することで、被照明領域
を時間的に異なる角度で照射することとなり、被照明領域で発生するスペックルを観察者に不可視の状態とさせることが可能となる。さらに、本発明の投射型映像表示装置では、スクリーンに対しても時間的に異なる角度で照射することで、スクリーン上で発生するスペックルを効果的に抑制することができる。

さらに本発明の照明装置（投射型映像表示装置）では、被照明領域（像形成領域）を照明することができ、被照明領域（像形成領域）の各点を略同じ条件で照明することが可能となり、例えば、被照明領域（像形成領域）全体を均一に照明することが可能となる。

また、本発明の照明装置、投影型映像表示装置及び光学装置によれば、光走査部ではシリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーを用いているので、光走査部の構成を簡略化することが可能となり、装置の小型化や、低価格化に資することができる。

本発明の実施形態に係る照明装置２０を備えた投射型映像表示装置１０の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る照明装置２０における光走査部１５の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る照明装置２０における光走査部１５のミラー１５５の拡大図である。 本発明の実施形態に係る照明装置２０の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る照明装置２０で使用するホログラム作成の様子を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る照明装置２０の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る照明装置２０を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る照明装置２０の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る照明装置２０を備えた投射型映像表示装置１０の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。

本実施形態の投射型映像表示装置１０は、照明装置２０と、映像を形成するための空間光変調器３１、空間光変調器３１で形成された映像をスクリーン４１に投射する投射光学系３２などを備えている。なお、図では、映像が投影されるスクリーン４１面をＸ−Ｙ平面、それに直交する軸をＺ軸としている。スクリーン４１には、スクリーン４１で反射された映像を観察する反射型スクリーン、あるいは、スクリーン４１を透過した映像を観察する透過型スクリーンどちらを使用することもできる。

本実施形態の照明装置２０は、光源１１、光走査部１５、照明光学系２１を有して構成されている。なお、この実施形態の照明装置２０において、光源１１を除いた他の構成にて、本発明でいう光学装置が構成される。また、本実施形態に係る照明装置２０の光学的機能は、本発明に係る光学素子として定義される。

光源１１は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置など各種レーザー装置が使用される。光源１１から出射されるコヒーレント光は、光走査部１５を照明する。

なお、光源１１から出射されるコヒーレント光に対して、その断面方向の強度分布の均一化を図るビーム成型手段を設けてもよい。

光走査部１５は、光源１１にて出射されたコヒーレント光の方向を時間的に変化させる光学素子である。本実施形態では、シリンドリカル形状の反射面を有するミラー１５５が複数設けられたポリゴンミラー１５１が用いられている。

図２は本発明の実施形態に係る照明装置２０における光走査部１５の構成を示す図であり、光源１１と光走査部１５と照明光学系２１の斜視図を示している。図２は光走査部１５で、ポリゴンミラー１５が、軸部１５３を中心として回転しつつ走査を行っている、ある時間を図示化したものである。また、図３は本発明の実施形態に係る照明装置２０における光走査部１５のミラー１５５の拡大図であり、ミラー１５５の反射面におけるコヒーレント光の反射の様子を示している。

ポリゴンミラー１５１は上方からみると、六角形をなしており、側面部には６つのミラー１５５が設けられている。なお、本発明の実施形態に係る照明装置２０に用い得るポリゴンミラー１５１として六角形のものに限定されるものではなく、任意の多角形状のポリゴンミラーを用いることができる。

ポリゴンミラー１５１のそれぞれのミラー１５５はシリンドリカル形状に凹んだ反射面を有しおり、例えば、光源１１からのビーム径φのコヒーレント光を図３に示すように反射することができるようになっており、これにより、ある時間において、照明光学系２１の一面において、Ｓ₁−Ｓ₂の線状の光が照射されるようになっている。

上記のような構成において、ポリゴンミラー１５１が時計回りに回転することにより、Ｓ₁−Ｓ₂の線状の照射光が、Ｘ方向に繰り返し照明光学系２１の面を走査することとなる。

本発明の実施形態に係る照明装置２０では、以上のような光走査部１５によって、照明光学系２１の面を２次元的に走査することができるようになっている。光走査部１５としては、ガルバノミラーやＭＥＭＳスキャナを用いることも考えられるが、本実施形態のように、シリンドリカル形状の反射面を有するミラー１５５が複数設けられたポリゴンミラー１５１を用いることで、光走査部１５の構成を簡略化することが可能となる。

光源１１から入射するコヒーレント光は、この光走査部１５にて時間的に方向が変化する走査光Ｌａとなり、照明光学系２１に入射する。図では、最外端付近の走査光Ｌａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の様子が示されているが、実際には、走査光Ｌａは、このＬａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の間を連続的に移動することとなる。

照明光学系２１は光走査部１５からの光を特定の被照射領域に集光する光学素子を含んでいる。本実施形態においては、照明光学系２１に含まれる光学素子として、ホログラム２１０を用いるようにしている。

図４は、図１の投射型映像表示装置における照明装置２０を部分的に取り出した図である。ここでは、光走査部１５による走査光Ｌａにて走査されるホログラム２１の機能について説明する。

ホログラム２１は、走査光Ｌａが入射されることで被照明領域、本実施形態においては空間光変調器３１の像形成領域全体を照明する光学素子であって本実施形態では透過型の
ホログラム２１０が用いられている。また、ホログラム２１０には、フォトポリマーや銀塩材料、屈折率異方性を有するフォトリフラクティブ材料または液晶材料を用いてもよい。

ホログラム２１０を採用したことで、走査光Ｌａの入射位置に因らず、常に同一の再生像を得ることが可能となり、被照明領域となる空間光変調器３１の像形成領域全体をムラ無く照明することができる。また、ホログラム２１０に入射させる走査光Ｌａのビーム断面形状、あるいは、その入射角度などに自由度を持たせることができ、装置のレイアウトなどを自在なものとすることができる。

本実施形態で使用するホログラム２１０は、記録された再生像として拡散板像２２ｉを再生する。光源１１から出射されたコヒーレント光は、光走査部１５において、回転するポリゴンミラー１５１で反射されることで走査光Ｌａとなりホログラム２１０の入射面上を繰り返し走査する。図にはある時刻ｔ１、ｔ２についての走査光Ｌａ（ｔ１）、Ｌａ（ｔ２）の様子が示されている。本実施形態のホログラム２１０は、所定の入射角を有する光（再生照明光）に対して再生像としての拡散板像２２ｉを形成する。光走査部１５にて走査された走査光Ｌａは、何れの走査位置においても、このホログラム２１０に対する再生照明光となるように設定されている。なお、本実施形態で使用するホログラム２１の作成については後で説明する。

図４に示されるように、時刻ｔ１のときの走査光Ｌａ（ｔ１）は、ホログラム２１０にて再生光としての照明光Ｌｂ（ｔ１）を回折し拡散板像２２ｉを形成する。また、時刻ｔ２のときの走査光Ｌａ（ｔ２）は、ホログラム２１０にて照明光Ｌｂ（ｔ２）を回折し拡散板像２２ｉを形成する。このように走査光Ｌａが走査されることで、ホログラム２１０の何れの入射位置を照射するときにも同一形状の拡散板像２２ｉが同じ位置に重なるように形成される。この拡散板像２２ｉが被照明領域全体を含むように位置させることで、何れの走査位置においても被照明領域全体を均一に照明することが可能となる。

図５は、本発明の実施形態に係る照明部で使用される透過型のホログラム２１を記録（作成）する際の構成（干渉露光）を示す図である。拡散板５２の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Ｏｂをホログラム記録材料５４の一方の面から入射させる。その際、拡散板５２の各点からの拡散光（物体光Ｏｂ）は、ホログラム記録材料５４の少なくとも再生時に使用する回折領域全面を照明するよう拡散させる。

そして、ホログラム記録材料２４の同じ面から、集光光学系５３にて集光した参照光Ｒが照射される。集光光学系５３の焦点位置Ａは、使用時の光走査部１５による基準点と一致するように配置されている。物体光Ｏｂと参照光Ｒを同時に入射させ、ホログラム記録材料５４中で干渉させる。なお、物体光Ｏｂと参照光とは干渉性を有する必要がある。そのため、同一の光源から発振されたレーザー光を分割して一方を物体光Ｏｂ、他方を参照光Ｒとして使用することなどが考えられる。

ホログラム記録材料５４は加熱、紫外線照射等の後処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する透過型のホログラム２１が作成される。ここで、記録時に用いられる物体光Ｏｂの照射には、オパールガラスやすりガラスといった通常の拡散板５２のみならず、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光拡散素子を用いることとしてもよい。なお、本実施形態では、物体光Ｏｂと参照光Ｒとを干渉させることで干渉縞の記録（干渉露光）を行うこととしたが、計算機にて計算された干渉縞を直接、ホログラム記録材料５４に記録する、いわゆる計算機合成ホログラムを採用するものであってもよい。

なお、本実施形態においては、照明光学系２１として、被照明領域を、ｔ１のとき照明光Ｌｂ（ｔ１）で照射し、ｔ２のとき照明光Ｌｂ（ｔ２）で照射するための構成として、ホログラム２１０を利用していたが、他の構成をとることもできる。図６は本発明の他の実施形態に係る照明装置２０の構成を示す図である。

図６に示す実施形態においては、走査光Ｌａが入射されることで、拡散光を出射するディフューザー２３０と、ディフューザー２３０により出射される拡散光を被照明領域に集光するコンデンサレンズ２４０を利用している。このような構成によっても、照明光学系２１を構成することができる。なお、ディフューザー２３０としては、例えば、すりガラスや、ホログラムなどの光学素子を利用することができる。

図１に戻り、ホログラム２１０の再生光である照明光Ｌｂは、被照明領域に配されている空間光変調器３１に入射する。空間光変調器３１は、映像信号に基づいて像が形成される像形成領域を有するディスプレイであって、本実施形態では透過型の液晶表示素子が用いられている。

空間光変調器３１としては、このような透過型のもの以外に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの反射型のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、或いはＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）なとも利用することも可能である。

なお、本実施形態では、被照明領域に配する構成として空間光変調器３１を例に挙げて説明しているが、反射型のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）用のインテグレータロッド方式を採用するような場合においては、被照明領域にはインテグレータロッドの入射面を配するようにするとよい。

ホログラム２１０からの照明光Ｌｂは、時間の経過に伴い入射角度を変化させつつ空間光変調器３１に入射し、像形成領域に表示される像に基づいて変調光Ｌｃに変換される。

投射光学系３２は、空間光変調器３１からの変調光Ｌｃを映像再生光Ｌｄに拡大変換してスクリーン４１に投射する。本実施形態としては、投射光学系３２として、プロジェクションレンズのみを用いている例に基づいて説明を行っているが、投射光学系３２の構成としては、このような構成限らず、他の構成を採用してもよい。例えば、空間光変調器３１からの変調光Ｌｃをフィールドレンズに入射させ、フィールドレンズの出射光をプロジェクションレンズに入射させることで、変調光Ｌｃを映像再生光に拡大変換してスクリーン４１に投射するようにしてもよい。

投射光学系３２で拡大され映像再生光Ｌｄとしてスクリーン４１上に投射され、反射、あるいは、透過される映像を観察者に観察させる。この投射光学系３２は、変調光Ｌｃが時間的に変化した場合においても、スクリーン４１上に像を結ぶように設定されている光学系である。

通常、スクリーン４１の面上に投射されたコヒーレント光は互いに干渉することでスペックルを生じさせる。しかしながら、本実施形態では、光走査部１５によってコヒーレント光が走査されるため、結果としてスクリーン４１に投射する映像再生光Ｌｄのスクリーンへ４１への入射角度を経時的に変化させ、このスペックルを極めて効果的に目立たなくしている。

例えば、図１に示されるスクリーン上の点Ｐ１においては、時刻ｔ１における映像再生光Ｌｄ（ｔ１）と、時刻ｔ２における映像再生光Ｌｄ（ｔ２）が異なる入射角度で照射さ
れることとなる。図に示す他の点Ｐ２や図示しない他の点においても同様であって、映像再生光Ｌｄは、入射角度を時間的に変化させつつスクリーン４１上に映像を投射する。したがって、ごく短い時間ではスクリーン上に形成されるスペックルも、映像再生光Ｌｄが時間によって異なる入射角度で照射されることで平均化され、スクリーン４１に投射される像を観察する観察者には十分に目立たない状態となる。

観察者によって観察されるスペックルには、このようにスクリーン４１上でのコヒーレント光の散乱を原因として発生するスペックルだけではなく、投射型映像表示装置１０の各種光学素子上で発生するものもある。このスペックルは、投射光学系３２を介してスクリーン４１に投影されることで観察者に観察される。本実施形態では、走査光Ｌａがホログラム２１を走査することで、被照明領域としてのＬＣＯＳ３１の像形成領域を照明する。すなわち被照明領域を、ホログラム２１の各点からの拡散光が時間的に分離するように照明することで、ホログラム２１より前の位相情報を乱すとともにホログラム２１の各点からの拡散光同士が干渉することも防ぐことができ、投射型映像表示装置１０の各種光学素子で発生するスペックルを十分に目立たない状態とすることが可能となる。

本発明の照明装置によれば、光走査部でコヒーレント光を走査することで、被照明領域を時間的に異なる角度で照射することとなり、被照明領域で発生するスペックルを観察者に不可視の状態とさせることが可能となる。さらに、本発明の投射型映像表示装置では、スクリーンに対しても時間的に異なる角度で照射することで、スクリーン上で発生するスペックルを効果的に抑制することができる。

さらに本発明の照明装置（投射型映像表示装置）では、被照明領域（像形成領域）を照明することができ、被照明領域（像形成領域）の各点を略同じ条件で照明することが可能となり、例えば、被照明領域（像形成領域）全体を均一に照明することが可能となる。

また、本発明の照明装置、投影型映像表示装置及び光学装置によれば、光走査部ではシリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーを用いているので、光走査部の構成を簡略化することが可能となり、装置の小型化や、低価格化に資することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図７は、他の実施形態に係る照明装置を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。

本実施形態の投射型映像表示装置１０は、照明装置２０と、映像を形成するための空
間光変調器３１、空間光変調器３１で形成された映像をスクリーン４１に投射する投射光学系３２などを備えている。なお、図では、映像が投影されるスクリーン４１面をＸ−Ｙ平面、それに直交する軸をＺ軸としている。スクリーン４１には、スクリーン４１で反射された映像を観察する反射型スクリーン、あるいは、スクリーン４１を透過した映像を観察する透過型スクリーンどちらを使用することもできる。

本実施形態の照明装置２０は、光源１１、光走査部１５、第１光路変換系２５１、レンズアレイ２５２、第２光路変換系２６３を有して構成されている。なお、この実施形態の照明装置２０において、光源１１を除いた他の構成にて、本発明でいう光学装置が構成される。ただし、第１光路変換系２５１については必須の構成ではない。

本実施形態においては、照明光学系２１は、第１光路変換系２５１、レンズアレイ２５２、第２光路変換系２６３によって構成される。

光源１１は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置など各種レーザー装置が使用される。光源１１から出射されるコヒーレント光は、光走査部１５を照明する。なお、光源１１から出射されるコヒーレント光に対して、その断面方向の強度分布の均一化を図るビーム成型手段を設けておくことが好ましい。設計例として、光走査部近傍の面で均一化されるようにビーム成型手段を設けるとともに、その面と光変調素子面を共役に設定することにより、被照明領域を均一な強度で照明することが可能となる。

光走査部１５は、光源１１にて出射されたコヒーレント光の方向を時間的に変化させる光学素子である。本実施形態では、先の実施形態同様、シリンドリカル形状の反射面を有するミラー１５５が複数設けられたポリゴンミラー１５１が用いられている。

光源１１から入射するコヒーレント光は、この光走査部１５にて時間的に方向が変化す
る走査光Ｌａとなり、第１光路変換系２５１を経て、レンズアレイ２５２に入射する。図では、最外端付近の走査光Ｌａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の様子が示されているが、実際には、走査光Ｌａは、このＬａ（ｔ１）とＬａ（ｔ２）の間を連続的に移動することとなる。

第１光路変換系２５１は、走査部１５からの走査光Ｌａがレンズアレイ２５２の入射
面に対して略垂直に入射するように変換する光学素子であって、集光機能を有する凸レンズなどを用いて構成される。このように変換された走査光Ｌａ’を、レンズアレイ２５２を構成する各要素レンズに対して垂直に入射させることで、各要素レンズに対して同じ条件で走査光Ｌａ’を入射させることとなる。そのためレンズアレイ２５２の各要素レンズの設計を等しくするなど、設計上の負担を削減することが可能となる。なお、この第１光路変換系２５１は、必ずしも設ける必要はなく、レンズアレイ２５２を構成する要素レンズやそれ以降の光学系を入射光の状態に応じて変更することなどにて対応することが可能である。

レンズアレイ２５２は、複数の要素レンズが、光走査部１５による光の走査位置（Ｘ−Ｙ面上）に配列された光学素子であって、各要素レンズに入射する走査光Ｌａ’を発散光Ｌｂに変換する。レンズアレイ２５２を構成する要素レンズの大きさ、形状は、必要に応じて適宜に設定することが可能であって、例えば、要素レンズの形状としてシリンドリカルレンズを用いたシリンドリカルレンズアレイを用いることや、極小さい大きさの要素レンズで構成されたマイクロレンズアレイを用いることとしてもよい。

さらに本実施形態では、各要素レンズが光軸方向（Ｚ軸方向）に複数段（２段）配列された構成を取っている。光源１１から出射されるコヒーレント光は、必ずしも平行光として出射されるとは限らず、平行な状態から幾分かずれた散乱成分を含む場合がある。本実施形態では、要素レンズを光軸方向に複数段配置することで、この散乱成分の抑制が図られる。光軸方向に配列される要素レンズは、同等の径を有するとともにその中心軸が光の進行方向に揃えられて配列される。なお、レンズアレイ２５２は、各要素レンズが光軸方向に１段で構成された形態のものを使用してもよい。

第２光路変換系２６３（本実施形態における「照明光学系２１」の一部）は、レンズ
アレイ２５２から出射される発散光Ｌｂにて、被照明領域としての像形成領域を照明する光学素子である。光走査部１５によって光走査されたレンズアレイ２５２の各点から出射される発散光Ｌｂは、この第２光路変換系２６３を経て、経時的に重なるように被照明領域を照明する。この第２光路変換系２６３は、レンズアレイ２５２から出射される発散光Ｌｂが、被照明領域としての空間光変調器３１の像形成領域を照明する集光機能を有することが好ましい。レンズアレイ２５２にて発散された発散光Ｌｂの発散角度を抑え、像形
成領域に集光させることで、光の利用効率の向上が図られる。さらに、第２光路変換系２６３は、発散光Ｌｂが平行光あるいは略平行光となるように変換することが好ましい。平行光あるいは略並行光として像形成領域を照明することで、像形成領域の各領域を略同条件にて照明することが可能となり、例えば、像形成領域全体を均一に照明することが可能となる。

なお、第２光路変換系２６３としては、発散角度を抑える機能を有すればよく、レンズや凹面鏡、ミラーやプリズムの組み合わせなどが用いられる。同等の機能を有するホログラム素子や回折素子などで実現してもよい。また、これらの組み合わせにより実現してもよい。

また、第２光路変換系２６３から出射される発散光Ｌｂ’は、各時点において、像形成領域の少なくとも一部を照明し、光走査部１５の走査によって像形成領域全体を照明することで足りるものであるが、発散光Ｌｂ’が各時点において像形成領域全体を照明することが好ましい。このような構成によれば、像形成領域における輝度分布の均一化を図ることが可能となる。

空間光変調器３１は、映像信号に基づいて像が形成される像形成領域を有するディスプレイであって、本実施形態では透過型の液晶表示素子が用いられている。空間光変調器３１としては、このような透過型のもの以外に、ＭＥＭＳなどの反射型のものを利用することも可能である。第２光路変換系２６３からの発散光Ｌｂ’は、時間の経過に伴い入射角度を変化させつつ空間光変調器３１に入射し、像形成領域に表示される像に基づいて変調光Ｌｃに変換される。

投射光学系３２は、空間光変調器３１からの変調光Ｌｃを映像再生光Ｌｄに拡大変換してスクリーン４１に投射する。本実施形態では、この投射光学系３２の後段に絞り３３が設けられている。この絞り３３（投射光学系の瞳面）と、レンズアレイの各要素レンズの焦点面とは、略共役に保たれることが好ましい。この構成により、すべての要素レンズからの光束に対し、結像の光学特性を、光変調素子の面内で均一にすることが可能となる。

では、この投射型映像表示装置１０において、スペックルを抑制するための主要構成である照明装置２０について、その原理などを詳細に説明する。図８は、本発明の実施形態に係る照明装置２０の構成を示す図であって、レンズアレイ２５２による照明の様子を示した図である。

図８に示されるように、時刻ｔ１のときの走査光Ｌａ（ｔ１）は、第１光路変換系２５１にて、レンズアレイ２５２の入射面に対して垂直に入射するように変換された後、レンズアレイ２５２に入射し、発散光Ｌｂ（ｔ１）を出射する。レンズアレイ２５２から出射される発散光Ｌｂ（ｔ１）は、第２光路変換系２６３にて空間光変調器３１における像形成領域の少なくとも一部の領域を照明するように変換された後、当該領域を照明する。時刻ｔ２のときの走査光Ｌａ（ｔ２）も同様に、第２光路変換系２６３から出射された発散光Ｌｂ’（ｔ２）に変換された後、像形成領域の少なくとも一部の領域を照明する。この図に示されるように照明装置２０は、被照明領域に対する入射角度を時間的に変化させつつ照明することとなる。

図７に戻り、空間光変調器３１で変調された変調光Ｌｃは、投射光学系３２で拡大され映像再生光Ｌｄとしてスクリーン４１上に投射され、反射、あるいは、透過される映像を観察者に観察させる。このときスクリーン４１の面上に投射されたコヒーレント光は互いに干渉することでスペックルを生じさせる。しかしながら、本実施形態では、光走査部１５によってコヒーレント光が走査されるため、結果としてスクリーン４１に投射する映像
再生光Ｌｄの入射角度を経時的に変化させ、このスペックルを極めて効果的に目立たなくしている。

図７に示されるスクリーン上の点Ｐ１において、例えば、時刻ｔ１における映像再生光Ｌｄ（ｔ１）と、時刻ｔ２における映像再生光Ｌｄ（ｔ２）が異なる入射角度で照射されることとなる。図に示す他の点Ｐ２や図示しない他の点においても同様であって、映像再生光Ｌｄは、入射角度を時間的に変化させつつスクリーン４１上に映像を投射する。したがって、ごく短い時間ではスクリーン上に形成されるスペックルも、映像再生光Ｌｄが時間によって異なる入射角度で照射されることで視覚の応答時間内で時間的に平均化され、スクリーン４１に投射される像を観察する観察者には十分に目立たない状態となる。

観察者によって観察されるスペックルには、このようにスクリーン４１上でのコヒーレント光の散乱を原因として発生するスペックルだけではなく、投射型映像表示装置１０の各種光学素子上で発生するものもある。このスペックルは、空間光変調器３１を介してスクリーン４１に投影されることで観察者に観察される。本実施形態では、走査光Ｌａがレンズアレイ２５２を走査することで、被照明領域としての空間光変調器３１の像形成領域を照明する。すなわち被照明領域を、レンズアレイ２５２の各点からの発散光が時間的に分離されるように照明することで、レンズアレイ２５２より前の位相情報を乱すとともにレンズアレイ２５２の各点からの発散光同士が干渉することも防ぐことができ、投射型映像表示装置１０の各種光学素子で発生するスペックルを十分に目立たない状態とすることが可能となる。

以上のような、他の実施形態によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１０・・・投射型映像表示装置
１１・・・光源
１５・・・光走査部
１５１・・・ポリゴンミラー
１５３・・・軸部
１５５・・・ミラー
２１・・・照明光学系
２１０・・・ホログラム
２３０・・・ディフューザー
２４０・・・コンデンサレンズ
２５１・・・第１光路変換系
２５２・・・レンズアレイ
２５３・・・要素レンズ
２６３・・・第２光路変換系
３１・・・空間光変調器
３２・・・投射光学系
３３・・・絞り
４１・・・スクリーン
５２・・・拡散板
５３・・・集光光学系
５４・・・ホログラム記録材料

Claims (10)

1. コヒーレント光を出射するレーザー光源と、
   シリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーにより、前記レーザー光源から出射されたコヒーレント光を走査する走査部と、
   前記走査部からの光を特定の被照射領域に照射する照明光学系と、を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記照明光学系がホログラムを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記照明光学系がコンデンサレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記照明光学系がレンズアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の照明装置を備える投影型映像表示装置であって、
   前記被照射領域に配される空間光変調器と、を有することを特徴とする投影型映像表示装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の照明装置を備える投影型映像表示装置であって、前記被照射領域に配されるインテグレータロッドと、を有することを特徴とする投影型映像表示装置。
7. シリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーにより、レーザー光源から出射されたコヒーレント光を走査する走査部と、
   前記走査部からの光を特定の領域に照射する照明光学系と、を有することを特徴とする光学装置。
8. レーザー光源から出射されたコヒーレント光を、
   シリンドリカル形状の反射面を有するミラーが複数設けられたポリゴンミラーを有する走査部により前記レーザー光源から出射されたコヒーレント光を走査し、
   前記走査部からの光を特定の被照射領域に照射することを特徴とする光学素子。
9. 要素レンズを複数含むレンズアレイを備え、
   前記要素レンズに入射する光を発散光に変換する請求項８に記載の光学素子。
10. 前記ポリゴンミラーからの光を入射光とし、出射光を特定の領域に照射するホログラム記録媒体を備える請求項８に記載の光学素子。

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