JP2015114619A - 走査装置、照明装置、投射装置および光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を複雑化することなく、スペックルの低減効果を向上させる。
【解決手段】照明装置４０は、光学素子５０と、光学素子上を走査するようにして光学素子に光を照射する照射装置６０と、を有する。照射装置６０から照射されて光学素子５０の各領域に入射した光が、少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。照射装置６０は、光を射出する光源装置６１と、光源装置からの光を反射する第１反射面７１を有し、且つ、第１反射面の法線方向ｎｄ１に対して傾斜した第１回転軸Ｒａ１を中心として第１反射面を回転可能に保持した、第１反射デバイス７１と、第１反射面からの光を反射する第２反射面７４を有し、且つ、第２反射面の法線方向ｎｄ２に対して傾斜した第２回転軸Ｒａ２を中心として第２反射面を回転可能に保持した、第２反射デバイス７３と、を有する。第１反射面の回転周波数ｆ１は、第２反射面の回転周波数ｆ２と異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コヒーレント光を光源として用いる走査装置、照明装置、投射装置および光学素子に関する。

半導体レーザーの高出力化と価格の低下、およびコヒーレント光を反射させるのに用いられるＭＥＭＳミラーの性能向上などを背景として、半導体レーザーを光源として用いた投射装置が普及しつつある。

しかしながら、コヒーレント光源から出射されるコヒーレント光は、投射スクリーン上にスペックルを発生させるという問題がある。スペックル（speckle）は、レーザー光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、スクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラ（明るさのムラ）として観察され、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことによって生じるものとされている。

本発明者は、過去に、コヒーレント光で被照明領域ＬＺを照明する際に、走査装置にてコヒーレント光を走査させて光学素子に入射させ、光学素子にて被照明領域ＬＺを重ねて照明することで、被照明領域ＬＺ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を発明した（特許文献１参照）。

特開２０１２−５８４８１号公報

走査装置は、反射面を有するＭＥＭＳミラー等で構成されており、１軸または２軸方向に反射面を所定の振れ角で回動させて、コヒーレント光の反射方向を切り替えている。反射面で反射されたコヒーレント光は、直接または間接に光学素子に入射される。スペックルを低減する観点からは、コヒーレント光が光学素子上のできるだけ多くの位置を走査するのが望ましい。その方が、被照明領域ＬＺに入射されるコヒーレント光の入射方向を変化させることができるためである。ところが、コヒーレント光が光学素子上のできるだけ多くの位置を走査するには、走査装置の反射面を精密に回転駆動しなければならず、走査装置が大がかりになり、設備コストも嵩んでしまう。

また、走査装置の反射面の回動は、時計回りの回動と反時計回りの回動とを交互に繰り返すため、反射面の回動を制御する制御信号の波形は、ほぼ正弦波となる。正弦波は、各周期ごとに正のピークと負のピークを持っており、これらのピークでは、回転方向を切り替えるために反射面がいったん停止してしまう。これはすなわち、コヒーレント光の走査速度がほとんどゼロになる箇所が各走査周期で２回生じることを意味する。コヒーレント光の走査速度が緩やかになってほぼゼロになる期間では、スペックルの低減度合いが弱くなる。

このように、走査装置の反射面を所定の振り角で回動させると、スペックルの低減度合いが時間に応じて変化し、平均的なスペックルの低減効果を向上させることができない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、構造を複雑化することなく、スペックルの低減効果を向上させることが可能な走査装置、照明装置、投射装置および光学素子を提供することにある。

本発明による走査装置は、
入射光を反射する第１反射面を有し、且つ、前記第１反射面の法線方向に対して傾斜した第１回転軸を中心として前記第１反射面を回転可能に保持した、第１反射デバイスと、
前記第１反射面からの光を反射する第２反射面を有し、且つ、前記第２反射面の法線方向に対して傾斜した第２回転軸を中心として前記第２反射面を回転可能に保持した、第２反射デバイスと、を備え、
前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数と異なる。

本発明による照明装置は、
光学素子と、
前記光学素子上を走査するようにして前記光学素子に光を照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から照射されて前記光学素子の各領域に入射した光が、少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、
前記照射装置は、
光を射出する光源装置と、
前記光源装置からの光を反射する第１反射面を有し、且つ、前記第１反射面の法線方向に対して傾斜した第１回転軸を中心として前記第１反射面を回転可能に保持した、第１反射デバイスと、
前記第１反射面からの光を反射する第２反射面を有し、且つ、前記第２反射面の法線方向に対して傾斜した第２回転軸を中心として前記第２反射面を回転可能に保持した、第２反射デバイスと、を有し、
前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数と異なる。

本発明による照明装置において、
前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数より高くてもよい。

本発明による照明装置において、
前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数の整数倍ではなくてもよい。

本発明による照明装置において、
前記第２反射面の法線方向に対する前記第２回転軸の傾斜角度は、前記第１反射面の法線方向に対する前記第１回転軸の傾斜角度以上であってもよい。

本発明による照明装置において、前記光学素子は、光の進行方向を変化させるレンズアレイを含むようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記光学素子は、ホログラム記録媒体を含むようにしてもよい。

本発明による投射装置は、
上述した本発明による照明装置と、
前記照明装置からの光によって照明される空間光変調器と、を備える。

本発明による投射装置が、前記空間光変調器からの光を被投射体に上に向ける投射光学系を、さらに備えるようにしてもよい。

本発明による投射型表示装置は、
上述した本発明による投射装置のいずれかと、
前記投射装置から光を投射される被投射体と、を備える。

本発明による光学素子は、
前述した本発明による走査装置の前記第２反射面からの光を入射光とし、出射光が少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。

本発明による光学素子において、
複数の単位レンズを含むレンズアレイを備え、
前記複数の単位レンズのそれぞれに入射する光を、それぞれ、少なくとも被照明領域の全域に入射するように拡散させてもよい。

本発明による光学素子において、
ホログラム記録媒体を備え、
前記ホログラム記録媒体の各領域に入射した光は、それぞれ、前記ホログラム記録媒体で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明してもよい。

本発明によれば、構造を複雑化することなく、スペックルの低減効果を向上させることができる。

図１は、本発明による一実施の形態を説明するための図であって、投射装置および投射型表示装置の概略構成を示す図である。 図２は、図１の投射装置に含まれた照明装置の照射装置を示す斜視図である。 図３は、図１の投射装置に含まれた照明装置の光学素子を示す側面図である。 図４は、光学素子上を走査する光の軌跡の一例を示す図である。 図５は、傾斜角度θ２が傾斜角度θ１より大きい条件における光学素子上の走査領域を示す図である。 図６は、光学素子の一変形例を示す側面図である。 図７は、投射装置の一変形例を示す図である。 図８は、投射装置の他の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１に示す投射型映像表示装置１０は、スクリーン１５と、映像光を投射する投射装置２０と、を有している。投射装置２０は、仮想面上に位置する被照明領域ＬＺを照明する照明装置４０と、被照明領域ＬＺと重なる位置に配置され照明装置４０によって照明される空間光変調器３０と、空間光変調器３０からのコヒーレント光をスクリーン１５に投射する投射光学系２５と、を有している。すなわち、ここで説明する一実施の形態において、照明装置４０は、空間光変調器３０を照明するための照明装置として、投射装置２０に組み込まれている。とりわけ本実施の形態では、照明装置４０は、コヒーレント光によって被照明領域ＬＺを照明し、且つ、照明装置４０には、スペックルを目立たなくさせる工夫がなされている。

まず、照明装置４０について説明する。図１に示されているように、照明装置４０は、光の進行方向を被照明領域ＬＺへ向ける光学素子５０と、光学素子５０へ光、とりわけ本例ではコヒーレント光を照射する照射装置６０と、を有している。図１に示された例において、照射装置６０は、コヒーレント光が光学素子５０上を走査するようにして、光学素子５０へコヒーレント光を照射するようになっている。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を照射されている光学素子５０上の領域は、光学素子５０の表面の一部分となる。

照射装置６０は、特定波長帯域のコヒーレント光を射出する光源６１と、光源６１からの光の進行方向を光学素子５０に向ける走査装置７０と、を有している。光源６１は、例えばレーザー光源である。走査装置７０は、光源６１で生成されたコヒーレント光を光学素子５０へ入射させ、コヒーレント光が光学素子５０上を走査するようにする。

図示された具体例として、走査装置７０は、光源６１からの光を反射する第１反射面７２を有する第１反射デバイス７１と、第１反射面７２からの光を反射する第２反射面７４を有する第２反射デバイス７３と、を有している。第１反射デバイス７１の第１反射面７２の向きは、所定の可動範囲内において繰り返し変動可能となっている。同様に、第２反射デバイス７３の第２反射面７４の向きも、所定の可動範囲内において繰り返し変動可能となっている。第１反射面７２の向き及び第２反射面７４の向きが、繰り返し変動することにより、光源６１から照射された光が、光学素子５０上を走査するようになる。

ここで説明する走査装置７０では、第１反射デバイス７１の第１反射面７２の向きの変動と、第２反射デバイス７３の第２反射面７４の向きの変動は、非同期になっている。

図示された例において、第１反射デバイス７１は、第１反射面７２を有した反射部材７１ａと、反射部材７１ａを支持した軸部材７１ｂと、を有している。図２に示すように、軸部材７１ｂは、その軸線方向である第１回転軸Ｒａ１を中心として回転可能となっている。軸部材７１ｂが回転することにより、軸部材７１ｂに支持された反射部材７１ａも、第１回転軸Ｒａ１を中心として回転するようになっている。ただし、第１反射面７２は、第１回転軸Ｒａ１に対して直交していない。言い換えると、第１反射面７２の法線方向ｎｄ１は、第１回転軸Ｒａ１と非平行であり、第１回転軸Ｒａ１に対して傾斜している。したがって、反射部材７１ａが、第１回転軸Ｒａ１を中心として回転すると、第１反射面７２は、向きを変化させるようになる。このとき、反射部材７１ａの回転が定速であれば、第１反射面７２は、第１回転軸Ｒａ１と直交する第１仮想面Ｖｐ１を中心として、周期的に向きを変動させることになる。

図示された例において、第２反射デバイス７３は、第１反射デバイス７１と同様に構成されている。すなわち、第２反射デバイス７３は、第２反射面７４を有した反射部材７３ａと、反射部材７３ａを支持した軸部材７３ｂと、を有している。図２に示すように、軸部材７３ｂは、その軸線方向である第２回転軸Ｒａ２を中心として回転可能となっている。軸部材７３ｂが回転することにより、軸部材７３ｂに支持された反射部材７３ａも、第２回転軸Ｒａ２を中心として回転するようになっている。ただし、第２反射面７４は、第２回転軸Ｒａ２に対して直交していない。言い換えると、第２反射面７４の法線方向ｎｄ２は、第２回転軸Ｒａ２と非平行であり、第２回転軸Ｒａ２に対して傾斜している。したがって、反射部材７３ａが、第２回転軸Ｒａ２を中心として回転すると、第２反射面７４は、向きを変化させるようになる。このとき、反射部材７３ａの回転が定速であれば、第２反射面７４は、第２回転軸Ｒａ２と直交する第２仮想面Ｖｐ２を中心として、周期的に向きを変動させることになる。

また、第１反射面７２の回転周波数ｆ１は、第２反射面７４の回転周波数ｆ２と異なっている。ここでは、第１反射面７２の回転周波数ｆ１は、第２反射面７４の回転周波数ｆ２より高い場合について説明する。この場合、第１反射面７２の回転周波数ｆ１は、第２反射面７４の回転周波数ｆ２の整数倍ではないことが好ましい。

また、この場合、第２反射面７４の法線方向ｎｄ２に対する第２回転軸Ｒａ２の傾斜角度θ２は、第１反射面７２の法線方向ｎｄ１に対する第１回転軸Ｒａ１の傾斜角度θ１以上であることが好ましい。

このような走査装置７０を用いた場合、第１反射面７２へ入射する光源６１からの光の進行方向が常に一定であるため、周期的に向きを変動させる第１反射面７２で反射された光は、第２反射面７４上を、ほぼ円状に第１反射面７２の回転周波数ｆ１で回転する軌跡を描くようになる。そして、周期的に向きを変動させる第２反射面７４へ入射した光は、第２反射面７４で反射され、光学素子５０上において円状の領域内を複雑な軌跡で広範囲に走査するようになる。

次に、光学素子５０について説明する。光学素子５０は、各領域への入射光を当該領域の位置に応じた特定の方向に向ける光路制御機能を有している。ここで説明する光学素子５０は、各領域への入射光の進行方向を補正して所定の領域ＬＺに向ける。この領域が、被照明領域ＬＺとなる。すなわち、光学素子５０の入射面を平面分割してなる各領域に照射された照射装置６０からの光は、光学素子５０を経由した後に、少なくとも一部分において重なり合う領域を照明するようになる。つまり、光学素子５０は、走査装置７０の第２反射面７４からの光を入射光とし、出射光が少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。

一例として、図１及び図３に示された例において、光学素子５０は、照射装置６０からの光の入射方向に対応して形成されたレンズアレイ５１を含んで構成され得る。ここで「レンズアレイ」とは、単位レンズとも呼ばれる小さなレンズの集合体であり、屈折または反射によって光の進行方向を偏向させる素子として機能する。図示された例において、光学素子５０は、各単位レンズ５１ａに対応する各領域に入射する光を、それぞれ、少なくとも被照明領域ＬＺの全域に入射するように拡散させる。すなわち、光学素子５０は、各領域に照射装置６０から入射する光を拡散させることによって、同一の被照明領域ＬＺを照明する。

図３に示されたレンズアレイ５１は、凸レンズからなる単位レンズ５１ａを敷き詰めてなるフライアイレンズとして構成されている。各単位レンズ５１ａは、互いに同一に形成されている。単位レンズ５１ａは、その光軸が互いに平行となるようにして敷き詰められている。

また、図３に示された光学素子５０は、このようなレンズアレイ５１と、レンズアレイ５１に対向して配置されたコンデンサレンズ５２またはフィールドレンズと、を有している。図３の光学素子５０において、レンズアレイ５１が、光学素子５０の最入光側に配置されており、照射装置６０からの光を受ける。レンズアレイ５１をなす各単位レンズ５１ａは、入射する光を焦点に収束させる。そして、コンデンサレンズ５２は、各単位レンズ５１ａによる焦点によって画成される面上に配置され、各凸レンズからの光を、被照明領域ＬＺに向ける。とりわけ、コンデンサレンズ５２によれば、各凸レンズからの光を、同一の被照明領域ＬＺのみに向けることができ、各方向からの照明光を被照明領域ＬＺに重畳させる。

次に、空間光変調器３０について説明する。空間光変調器３０は、被照明領域ＬＺに重ねて配置される。そして、空間光変調器３０は、照明装置４０によって照明され、変調画像を形成する。照明装置４０からの光は、上述したように被照明領域ＬＺの全域のみを照明する。したがって、空間光変調器３０の入射面は、照明装置４０によって光を照射される被照明領域ＬＺと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からの光を、変調画像の形成に高い利用効率で利用することができるからである。

空間光変調器３０は、特に制限されることなく、種々の公知の空間光変調器を利用することができる。例えば、偏光を利用することなく変調画像を形成する空間光変調器、例えばデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）や、偏光を利用して変調画像を形成する透過型の液晶マイクロディスプレイや反射型のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を、空間光変調器３０として用いることができる。

図１に示された例のように、空間光変調器３０が、透過型の液晶マイクロディスプレイである場合、照明装置４０によって面状に照明される空間光変調器３０が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、空間光変調器３０をなすディスプレイの画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像は、最終的には、投射光学系２５によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン１５へ投射される。これにより、観察者は、スクリーン１５上に投射された当該画像を観察することができる。スクリーン１５は、透過型スクリーンとして構成されていてもよいし、反射型スクリーンとして構成されていてもよい。

次に、以上の構成からなる照明装置４０、投射装置２０および投射型映像表示装置１０の作用及び効果について説明する。

まず、照射装置６０は、光学素子５０上を走査するようにして、光学素子５０へコヒーレント光を照射する。具体的には、光源６１で一定方向に沿って進む特定波長帯域のコヒーレント光が生成され、このコヒーレント光が走査装置７０で進行方向を変えられる。走査デバイス７０は、周期的な動作を行っており、この結果、光学素子５０上でのコヒーレント光の入射位置も、周期的に変化するようになる。

光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子５０での光路調整機能により、被照明領域ＬＺに重畳されるようになる。すなわち、照射装置６０から光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子５０で拡散ないしは拡げられて、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ことができる。

図１に示すように、投射装置２０においては、照明装置４０の被照明領域ＬＺと重なる位置に空間光変調器３０が配置されている。このため、空間光変調器３０は、照明装置４０によって面状に照明され、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、映像を形成するようになる。この映像は、投射光学系２５によってスクリーン１５に投射される。スクリーン１５に投射されたコヒーレント光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。

ところで、スクリーン上に投射されたコヒーレント光は拡散によって干渉し、スペックルを生じさせることになる。一方、ここで説明する照明装置４０によれば、次に説明するように、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。

スペックルを目立たなくさせるには、偏光・位相・角度・時間といったパラメータを多重化し、モードを増やすことが有効であるとされている。ここでいうモードとは、互いに無相関なスペックルパターンのことである。例えば、複数のレーザー光源から同一のスクリーンに異なる方向からコヒーレント光を投射した場合、レーザー光源の数だけ、モードが存在することになる。また、同一のレーザー光源からのコヒーレント光を、時間を区切って異なる方向から、スクリーンに投射した場合、人間の目で分解不可能な時間の間にコヒーレント光の入射方向が変化した回数だけ、モードが存在することになる。そして、このモードが多数存在する場合には、光の干渉パターンが無相関に重ねられ平均化され、結果として、観察者の目によって観察されるスペックルが目立たなくなるものと考えられている。

上述した照明装置４０では、コヒーレント光が、光学素子５０上を走査するようにして、光学素子５０に照射される。また、照射装置６０から光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、同一の被照明領域ＬＺの全域をコヒーレント光で照明するが、当該被照明領域ＬＺを照明するコヒーレント光の照明方向は互いに異なる。そして、コヒーレント光が入射する光学素子５０上の領域が経時的に変化するため、被照明領域ＬＺへのコヒーレント光の入射方向も経時的に変化する。

被照明領域ＬＺを基準にして考えると、被照明領域ＬＺ内の各領域には絶えずコヒーレント光が入射してくるが、その入射方向は、図１に矢印Ａ１で示すように、常に変化し続けることになる。結果として、空間光変調器３０の透過光によって形成された映像の各画素をなす光が、図１に矢印Ａ２で示すように経時的に光路を変化させながら、スクリーン１５の特定の位置に投射されるようになる。

以上のことから、上述してきた照明装置４０を用いることによれば、映像を表示しているスクリーン１５上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り、結果として、人間の目には、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて観察されることになる。したがって、各散乱パターン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になる。これにより、スクリーン１５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。

なお、人間によって観察される従来のスペックルには、スクリーン１５上でのコヒーレント光の散乱を原因とするスクリーン側でのスペックルだけでなく、スクリーンに投射される前におけるコヒーレント光の散乱を原因とする投射装置側でのスペックルも発生し得る。この投射装置側で発生したスペックルパターンは、空間光変調器３０を介してスクリーン１５上に投射されることによって、観察者に認識され得るようにもなる。しかしながら、本実施の形態によれば、コヒーレント光が光学素子５０上を連続的に走査し、そして光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光が、それぞれ、空間光変調器３０が重ねられた被照明領域ＬＺの全域を照明するようになる。すなわち、光学素子５０が、スペックルパターンを形成していたそれまでの波面とは別途の新たな波面を形成し、複雑且つ均一に、被照明領域ＬＺ、さらには、空間光変調器３０を介してスクリーン１５を照明するようになる。このような光学素子５０での新たな波面の形成により、投射装置側で発生するスペックルパターンは不可視化されることになる。

ところで、ここで説明した照明装置４０では、光源６１からの光の光路を変化させる走査装置７０は、光源６１からの光を反射する第１反射面７２を有する第１反射デバイス７１と、第１反射面７２からの光を反射する第２反射面７４を有する第２反射デバイス７３と、を有している。そして、第１反射デバイス７１は、第１反射面７２の法線方向ｎｄ１に対して傾斜した第１回転軸Ｒａ１を中心として、第１反射面７２を回転可能に保持している。第２反射デバイス７３は、第２反射面７４の法線方向ｎｄ２に対して傾斜した第２回転軸Ｒａ２を中心として、第２反射面７４を回転可能に保持している。その上、第１反射面７２の回転周波数ｆ１は、第２反射面７４の回転周波数ｆ２と異なっている。これにより、走査装置７０から出射した光は、図４に示すように、光学素子５０上において円状の領域内を複雑な軌跡で広範囲に走査するようになる。

図４は、光学素子５０上を走査する光の軌跡の一例を示す図である。図４では、説明を明確化するために座標軸を表示しており、座標軸の横軸及び縦軸は任意の単位で長さを表す。また、この例では、第１反射面７２の回転周波数ｆ１は１９０Ｈｚであり、第２反射面７４の回転周波数ｆ２は６０Ｈｚである。また、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２は等しい。

図４に示すように、走査装置７０から出射した光は、座標軸の原点を中心とした半径１の仮想円上を回転周波数ｆ２（＝６０Ｈｚ）で回転する点を中心点として、回転周波数ｆ１（＝１９０Ｈｚ）で円状に回転する軌跡を描く。即ち、ある位置で第２反射面７４が固定された場合を仮定すると、走査装置７０から出射した光は、上記仮想円上のある点を中心点として半径１の円周上を回転する軌跡を描くようになっている。これにより、走査装置７０から出射した光は、第１反射面７２の回転周期ごとに、座標軸の原点を通過する。従って、走査装置７０から出射した光は、原点を中心とした半径２の円状の領域内を複雑な軌跡で広範囲に走査できる。

すなわち、簡易な構成の走査装置７０を用いながら、光学素子５０上での光の入射位置を、広範囲に分布させること、言い換えると、大きく広げることができる。これにより、光学素子５０の大きさを有効に利用して、被照明領域ＬＺの各位置へ向かう照明光の入射角度範囲を大きく広げることができる。結果として、スペックルをより目立たなくさせることができる。

また、円状の走査を組み合わせるようにしているので、１軸または２軸方向に反射面を回動させた場合のように、走査方向が切り替わる際に、走査速度がゼロに近づくようなことがない。よって、スペックルの低減度合いが時間に応じて変化しないので、平均的なスペックルの低減効果を向上させることができる。

その上で、図４の例のように第１反射面７２の回転周波数ｆ１が第２反射面７４の回転周波数ｆ２の整数倍ではないようにすることで、第２反射面７４の回転周期ごとに軌跡が異なるようになるため、円状の領域内の様々な位置を走査することができる。よって、スペックルの低減効果をより向上させることができる。これに対して、第１反射面７２の回転周波数ｆ１が第２反射面７４の回転周波数ｆ２の整数倍である場合には、回転周波数ｆ１，ｆ２に応じて予め決まる同一の軌跡を繰り返し走査することになる。この場合であっても、単に１軸または２軸方向に反射面を回動させた場合よりも広範囲に走査させることは可能であるが、より複雑な軌跡でより広範囲に走査させたい場合には、回転周波数ｆ１が回転周波数ｆ２の整数倍ではないことが好ましい。

さらに、第２回転軸Ｒａ２の傾斜角度θ２が第１回転軸Ｒａ１の傾斜角度θ１より大きいようにすることで、上記仮想円の半径が大きくなるため、光が光学素子５０上をドーナツ状に走査するようにできる。図５は、この条件における光学素子５０上の走査領域Ｒ１を示す図である。光学素子５０上に入射された光は、図５に示すドーナツ状の走査領域Ｒ１を複雑な軌跡で走査でき、走査領域Ｒ１の中心部の円形の非走査領域Ｒ２を走査しないようにできる。

また、第２回転軸Ｒａ２の傾斜角度θ２が第１回転軸Ｒａ１の傾斜角度θ１より小さい場合には、上記仮想円の半径が小さくなるため、第１反射面７２が１回転する間に、軌跡は座標軸の第１象限から第４象限の全てを通るようになる。よって、軌跡は、第１反射面７２の回転周期ごとに原点を通過しないようになる。

また、第１反射面７２の回転周波数ｆ１が第２反射面７４の回転周波数ｆ２より低い場合にも、図５に示すようなドーナツ状の走査領域Ｒ１を複雑な軌跡で走査でき、走査領域Ｒ１の中心部の円形の非走査領域Ｒ２を走査しないようにできる。

以上のように、本実施形態では、光源６１からの光を反射する第１反射面７２を、傾斜した第１回転軸Ｒａ１を中心として回転させ、第１反射面７２からの光を反射する第２反射面７４を、傾斜した第２回転軸Ｒａ２を中心として、第１反射面７２の回転周波数ｆ１と異なる回転周波数ｆ２で回転させるようにしている。これにより、光学素子５０上に入射された光が円状の領域内を複雑な軌跡で広範囲に走査するようにでき、光学素子５０上の多くの位置をレーザー光が走査することになる。よって、被照明領域ＬＺに入射されるレーザー光の入射方向がきめ細かく変化し、スペックルがより視認されにくくなる。

また、本実施形態では、第１反射面７２と第２反射面７４とを互いに異なる回転周波数で回転させるだけでよいため、走査装置７０の構造及び制御を簡略化できる。また、ＭＥＭＳミラーのような高価な部材も必要ないため、低コストで走査装置７０を作製できる。
従って、構造を複雑化することなく、スペックルの低減効果を向上させることができる。

上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

上述した実施の形態において、光学素子５０が、レンズアレイ５１を含んで構成される例を示したが、これに限られない。図６に示すように、光学素子５０が、ホログラム記録媒体５７を含むようにしてもよい。図６に示された例において、照射装置６０から照射されてホログラム記録媒体５７上を走査する光は、ホログラム記録媒体５７上の各領域に、当該ホログラム記録媒体５７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５７の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５７で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。図６に示された例では、照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５７で回折されて同一の被照明領域ＬＺを照明するようになっている。例えば、照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光が、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板の像を再生するようにしてもよい。

さらに上述した実施の形態では、照明装置４０によって照明される被照明領域ＬＺに空間光変調器３０が配置されていたが、この例に限られない。一例として、図７及び図８に示された例では、被照明領域ＬＺに均一化光学系３７の入射面３７ａが配置されている。すなわち、照明装置４０からの光は、均一化光学系３７に入射するようになる。均一化光学系３７に入射した光は、全反射を繰り返しながら均一化光学系３７内を伝搬して、均一化光学系３７から出射する。このような均一化光学系３７の出射面３７ｂ上の各位置での照度は、均一化されることになる。均一化光学系３７として、例えばインテグレーターロッドを用いることができる。

図７に示された例では、空間光変調器３０が、均一化光学系３７の出射面３７ｂに直面するようにして配置され、空間光変調器３０が均一な光量にて照明されるようになっている。一方、図８に示された例においては、均一化光学系３７と空間光変調器３０との間にリレー光学系３５が配置されている。リレー光学系３５によって、空間光変調器３０が配置されている位置は、均一化光学系３７の出射面３７ｂと共役な面となっている。このため、図８に示された例においても、空間光変調器３０は、均一な光量にて照明される。

さらに、上述した実施の形態において、照明装置４０が、投射装置２０及び投射型映像表示装置１０に組み込まれた例を示したが、これに限られず、スキャナ用の照明装置等、種々の用途に適用され得る。

なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

Ｒａ１ 第１回転軸
Ｒａ２ 第２回転軸
ｎｄ１ 第１反射面の法線方向
ｎｄ２ 第２反射面の法線方向
θ１ 傾斜角度
θ２ 傾斜角度
ＬＺ 被照明領域
１０ 投射型表示装置
１５ スクリーン
２０ 投射装置
２５ 投射光学系
３０ 空間光変調器
３５ リレー光学系
３７ 均一化光学系
４０ 照明装置
５０ 光学素子
５１ レンズアレイ
５１ａ 単位レンズ
５２ フィールドレンズ、コンデンサレンズ
５７ ホログラム記録媒体
６０ 照射装置
６１ 光源
７０ 走査装置
７１ 第１反射デバイス
７１ａ 反射部材
７１ｂ 軸部材
７１ 第１反射面
７３ 第２反射デバイス
７３ａ 反射部材
７３ｂ 軸部材
７４ 第２反射面

Claims (9)

1. 入射光を反射する第１反射面を有し、且つ、前記第１反射面の法線方向に対して傾斜した第１回転軸を中心として前記第１反射面を回転可能に保持した、第１反射デバイスと、
   前記第１反射面からの光を反射する第２反射面を有し、且つ、前記第２反射面の法線方向に対して傾斜した第２回転軸を中心として前記第２反射面を回転可能に保持した、第２反射デバイスと、を備え、
   前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数と異なる、走査装置。
2. 光学素子と、
   前記光学素子上を走査するようにして前記光学素子に光を照射する照射装置と、を備え、
   前記照射装置から照射されて前記光学素子の各領域に入射した光が、少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、
   前記照射装置は、
   光を射出する光源装置と、
   前記光源装置からの光を反射する第１反射面を有し、且つ、前記第１反射面の法線方向に対して傾斜した第１回転軸を中心として前記第１反射面を回転可能に保持した、第１反射デバイスと、
   前記第１反射面からの光を反射する第２反射面を有し、且つ、前記第２反射面の法線方向に対して傾斜した第２回転軸を中心として前記第２反射面を回転可能に保持した、第２反射デバイスと、を有し、
   前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数と異なる、照明装置。
3. 前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数より高い、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１反射面の回転周波数は、前記第２反射面の回転周波数の整数倍ではない、請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第２反射面の法線方向に対する前記第２回転軸の傾斜角度は、前記第１反射面の法線方向に対する前記第１回転軸の傾斜角度以上である、請求項３又は請求項４に記載の照明装置。
6. 請求項２から請求項５の何れかに記載された照明装置と、
   前記照明装置からの光によって照明される空間光変調器と、を備える、投射装置。
7. 請求項１に記載の走査装置の前記第２反射面からの光を入射光とし、出射光が少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する光学素子。
8. 単位レンズを含むレンズアレイを複数備え、
   前記単位レンズに入射する光を少なくとも被照明領域の全域に入射するように拡散させる請求項７に記載の光学素子。
9. ホログラム記録媒体を備え、
   前記ホログラム記録媒体の複数領域に入射した光は、前記ホログラム記録媒体で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する請求項７に記載の光学素子。

Images