JP2015191043A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い利用効率で光源からの光を利用しながら、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置４０は、照射装置７０と、拡散素子５０と、第１レンズアレイ５５と、第２レンズアレイ６０と、偏向素子６５と、を光路に沿ってこの順番で含んでいる。拡散素子上の或る領域に入射して拡散された拡散光、並びに、拡散素子上の前記或る領域とは異なる別の領域に入射して拡散された拡散光は、それぞれ、少なくとも部分的に重なり合う領域に進む。拡散素子から出射する拡散光の拡散角θａが、第２レンズアレイ６０の第２単位レンズの主点６１ａから第１レンズアレイ５５の第１単位レンズの両端に延びる二つの線分ＬＳの間に形成される見込み角θｂ以下となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置および照明装置を有する投射装置に関する。
レーザー光などのコヒーレント光を射出する照明装置では、スペックルの発生という問題が生じる。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る。スペックルは、例えば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。スペックル対策として、特許文献１に開示された照明装置では、照明光の散乱面への入射角度が経時的に変化する。このため、コヒーレント光の拡散で生じる散乱面上でのスペックルが重畳されて時間的に平均化されて目立たなくなる。
具体的な構成として、特許文献１に開示された照明装置は、コヒーレント光を射出する光源と、第１レンズアレイと、第２レンズアレイと、コンデンサレンズとを、光路に沿ってこの順番で、有している。光源は、第１レンズアレイ上を走査するようにして、平行光束を第１レンズアレイに一定の方向から照射している。第１レンズアレイに含まれる単位レンズに照射された光は、その後、第２レンズアレイの対応する単位レンズに入射し、次に、コンデンサレンズで被照明領域に集められる。特許文献１に開示された照明装置では、被照明領域に向かうコヒーレント光のコンデンサレンズからの出射位置が経時的に変化する。この結果、被照明領域は、光学素子上の各領域に対応した種々の方向から照明されることになる。
特許文献１に開示された照明装置では、図１０に示すように、第１レンズアレイ１５５の単位レンズ１５６に入射した光は、当該単位レンズ１５６に対応する第２レンズアレイ１６０の単位レンズ１６１上で焦点を結び、その後、コンデンサレンズ１６５を介して被照明領域ＬＺに向かう。とりわけこの照明装置１４０では、光源からの光は、一定の方向から第１レンズアレイ１５５の単位レンズ１５６に入射する。このため、第１レンズアレイ１５５の各単位レンズ１５６に入射した光は、当該単位レンズ１５６に対応する第２レンズアレイ１６０の単位レンズ１６１上に位置する焦点ｆｐを通過する。このような照明装置では、光源からの光を高い利用効率で利用することが可能となる。とりわけ、スペックルを引き起こし得るコヒーレント光は、空間コヒーレンシーに優れる。したがって、コヒーレント光を用いた場合には、第２レンズアレイ１６０に入射する光を単位レンズ１６１の焦点ｆｐ上に精度良く集めることができ、利用効率の面で好ましい。
特開２０１２−２３７８１３号公報
しかしながら、特許文献１に開示された照明装置１４０では、第１レンズアレイ１５５の同一の単位レンズ１５６に入射した光は、すべて、第２レンズアレイ１６０上の所定の位置、つまり当該単位レンズ１５６の焦点ｆｐを通過することになる。この結果、コンデンサレンズ１６５から被照明領域に入射する光の入射方向は、段階的に変化し、連続的には変化しない。このため、スペックルを効果的に目立たなくさせることができない可能性がある。とりわけ、単位レンズ１６１の焦点ｆｐ上に精度良く集められ得るコヒーレント光を用いた場合、その可能性が高くなる。
さらに、図１１に示すように、或る瞬間に第１レンズアレイ１５５にコヒーレント光が入射している領域が、すなわち、光源からの光の第１レンズアレイ１５５上でのスポット領域（スポット径）が、一つの単位レンズ１５６の大きさよりも小さい場合には、光源からの光が第１レンズアレイ１５５に含まれる一つの単位レンズ１５６の一部分のみに入射し且つ当該一つの単位レンズ１５６上を走査している期間が生じる。この期間の間、被照明領域ＬＺは、概ね一定の方向のみから照明される。この場合、スペックル低減機能が低下する可能性が高くなる。
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、高い利用効率で光源からの光を利用しながらスペックルを効果的に目立たなくさせることができる照明装置を提供することを目的とする。
本発明による照明装置は、
拡散素子と、
前記拡散素子上を走査するようにして前記拡散素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、
前記拡散素子で拡散された拡散光の光路を変更する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイに対向して配置され且つ前記第１レンズアレイで光路を変更された光の光路を変更する第２レンズアレイと、
前記第２レンズアレイに対向して配置され且つ前記第２レンズアレイで光路を変更された光の光路を変更する偏向素子と、を備え、
前記拡散素子上の或る領域に入射して拡散された拡散光、並びに、前記拡散素子上の前記或る領域とは異なる別の領域に入射して拡散された拡散光は、それぞれ、前記第１レンズアレイ、前記第２レンズアレイ及び前記偏向素子で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、
前記第１レンズアレイは、複数の第１単位レンズを含み、
前記第２レンズアレイは、前記第１レンズアレイの各第１単位レンズに対応して設けられた複数の第２単位レンズを含み、
一つの第１単位レンズの光軸と平行であり当該一つの第１単位レンズを最大の幅を持つ部位で横切る面において、前記拡散素子から出射する拡散光の拡散角が、前記一つの第１単位レンズに対応する一つの第２単位レンズの主点から前記一つの第１単位レンズの両端に延びる二つの線分の間に形成される見込み角以下となる。
本発明による照明装置において、任意の瞬間に前記拡散素子からの拡散光が入射している前記第１レンズアレイ上の領域は、少なくとも一つの前記第１単位レンズを包含していてもよい。
本発明による照明装置において、各第２単位レンズの主点は、当該第２単位レンズに対応する第１単位レンズの後側焦点上に位置していてもよい。
本発明による照明装置において、前記拡散素子は、複数の凹レンズを含むレンズアレイを有するようにしてもよい。
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のいずれかと、
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。
本発明によれば、高い利用効率で光源からの光を利用しながら、スペックルを効果的に目立たなく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を示す図である。 図３は、図１の部分拡大図である。 図４は、図１の部分拡大図である。 図５は、照明装置の作用を説明するための図である。 図６は、図２に対応する図であって、照明装置の一変形例を示す図である。 図７は、図１に対応する図であって、照明装置の他の変形例を示す図である。 図８は、図１に対応する図であって、投射装置の一変形例を示す図である。 図９は、図１に対応する図であって、投射装置の他の変形例を示す図である。 図１０は、照明装置の一参考例の一部分を示す図である。 図１１は、図１０の部分拡大図である。
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」、「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をコヒーレント光で照明する照明装置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。そして、照明装置４０は、コヒーレント光によって被照明領域ＬＺを照明するが、この照明装置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、コヒーレント光を照射する照射装置７０と、照射装置７０からの光を所定の領域に向ける光路制御素子４５と、を有している。
この照明装置４０において、照射装置７０は、光路制御素子４５上を走査するようにして当該光路制御素子４５にコヒーレント光を照射する。したがって、ある瞬間に、照射装置７０によってコヒーレント光を照射されている光路制御素子４５上の領域は、光路制御素子４５の入射面の一部分となる。光路制御素子４５は、走査経路上の或る一つの領域に入射したコヒーレント光、並びに、走査経路上の前記或る一つの領域とは異なる一つの領域に入射したコヒーレント光が、それぞれ被照明領域ＬＺに入射するように、光路を調整する。とりわけ、以下に説明する実施の形態では、光路制御素子４５の入射面をなす拡散素子５０を平面分割してなる複数の領域にそれぞれに入射した光が、被照明領域ＬＺに入射して照明するよう、照射装置７０から光路制御素子４５に照射されたコヒーレント光の光路が調整される。
照射装置７０は、特定波長帯域のコヒーレント光を射出する光源装置７１と、光源装置７１からの光の進行方向を光路制御素子４５に向ける走査装置７５と、を有している。光源装置７１は、コヒーレント光を生成する光源７２、例えばレーザー光源７２を有している。
一方、走査装置７５は、光源７２からのコヒーレント光の光路を経時的に変化させるデバイスである。図示された具体例において、走査装置７５は、一つの回動軸Ｒａを中心として回動可能な光路変更部材を有している。光路変更部材は、それ自体、入射光の光路を変更する機能を有している。この光路変更部材が、一つの軸Ｒａを中心として回動する。すなわち、図示された照射装置７０は、一次元走査デバイスとして構成されている。光路変更部材としては、プリズム等を例示することもできるが、図示された例では、反射面７６ａを有した反射部材７６として構成されている。この反射部材７６は、反射面７６ａと平行な回動軸Ｒａを中心として回動可能に保持されている。このような走査装置７５は、一例として、共振ミラーデバイスから構成され得る。
次に、光路制御素子４５について説明する。光路制御素子４５は、上述したように、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。ここで説明する光路制御素子４５は、各領域への入射光の進行方向を変更して、被照明領域ＬＺに集める。すなわち、光路制御素子４５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７０からのコヒーレント光は、光路制御素子４５を経由した後に、被照明領域ＬＺに向かうようになる。
図１及び図２に示すように、光路制御素子４５は、光路制御素子４５の入射面をなす拡散素子５０と、拡散素子５０で拡散されたコヒーレント光の光路を変更する第１レンズアレイ５５と、第１レンズアレイ５５で光路を変更された光の光路を変更する第２レンズアレイ６０と、第２レンズアレイ６０で光路を変更された光の光路を変更する偏向素子６５と、を有している。光路制御素子４５をなすこれらの光学素子は、互いに対向するようにして配置されている。なお、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。
一例として、図１及び図２に示された例において、拡散素子５０は、照射装置７０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。図２に示された例において、レンズアレイ５１は、凹レンズからなる単位レンズ５２を敷き詰めて形成されている。レンズアレイ５１をなす複数の単位レンズ５２は、各単位レンズの光軸と直交する仮想面上に並べられている。そして、レンズアレイ５１は、各単位レンズ５２に対応する各領域に入射する光を拡散させる。
図２に示された例において、第１レンズアレイ５５は、凸レンズからなる第１単位レンズ５６を敷き詰めて形成されている。複数の第１単位レンズ５６は、光軸が互いに平行となるようにして、配置されている。また、複数の第１単位レンズ５６は、その光軸と直交する仮想面上に並べられている。第２レンズアレイ６０は、第１レンズアレイ５５と同様に構成されており、凸レンズからなる第２単位レンズ６１を敷き詰めて形成されている。すなわち、同一に構成された二つのレンズアレイを、第１レンズアレイ５５及び第２レンズアレイ６０として用いている。第１レンズアレイ５５及び第２レンズアレイ６０は、各レンズアレイ５５，６０に含まれる単位レンズ５６，６１の光軸が互いに平行となるようにして、配置されている。また、第２レンズアレイ６０に含まれた一つの第２単位レンズ６１は、第１レンズアレイ５５に含まれたいずれかの第１単位レンズ５６に対向して配置されている。とりわけ、本実施の形態では、単位レンズ５６，６１の光軸に沿った投影において、一つの第１単位レンズ５６と、当該第１単位レンズ５６に対応する一つの単位レンズ６１との外輪郭が重なるようにして、第１レンズアレイ５５及び第２レンズアレイ６０は配置されている。
一方、図２に示された一具体例において、偏向素子６５は、第２レンズアレイ６０に対向して配置されたコンデンサレンズ又はフィールドレンズとして機能するレンズから構成されている。そして、拡散素子５０の単位レンズ５２の光軸、第１レンズアレイ５５の第１単位レンズ５６の光軸、第２レンズアレイ６０の第２単位レンズ６１の光軸、及び、偏向素子６５をなすレンズの光軸が平行となるよう、光路制御素子４５をなす光学素子が配置されている。
このような構成からなる光路制御素子４５に或る程度のスポット径を持ったコヒーレント光が入射すると、拡散素子５０をなすレンズアレイ５１の単位レンズ５２での拡散により、第１レンズアレイ５５へ進むコヒーレント光は発散光束をなす。図２に示された例では、任意の瞬間において、拡散素子５０上のコヒーレント光が入射している領域は、少なくとも一つの単位レンズ５２を包含する、すなわち、少なくとも一つの単位レンズ５２の外輪郭を内部に含むようになっている。また、図２に示された例において、任意の瞬間に拡散素子５０からの拡散光が入射している第１レンズアレイ５０上の領域は、少なくとも一つの第１単位レンズ５６を包含する、すなわち、少なくとも一つの単位レンズ５２の外輪郭を内部に含むようになっている。さらに、当該少なくとも一つの単位レンズ５２での拡散によって整形された発散光束の光軸が、第１単位レンズ５６の光軸と平行となるように、拡散素子５０及び第１レンズアレイ５５は位置決めされている。ここで、「発散光束の光軸」または「拡散光の光軸」とは、発散光束又は拡散光が通過する領域の中心を辿る光路に沿った方向のことである。
図２に示すように、第１単位レンズ５６の光軸と平行であり第１単位レンズ５６を最大の幅を持つ部位で横切る断面において、拡散素子４５から出射する拡散光の拡散角θａが、第１単位レンズ５６に対応する一つの第２単位レンズ６１の主点６１ａから一つの第１単位レンズ５６の両端に延びる二つの直線分ＬＳの間に形成される見込み角θｂ以下となっている。すなわち、次の関係が成り立っている。
θａ ≦ θｂ
なお、「主点」とは、レンズの光学的な中心であり、焦点距離を定める中心点である。
加えて、図３に示すように、第２レンズアレイ６０の各第２単位レンズ６１の主点６１ａは、当該第２単位レンズ６１に対応する第１単位レンズ５６の後側焦点ｆｐ上に位置している。なお、図３に示された状態において、拡散素子５０からの発散光束の光軸は、第１レンズアレイ５５に含まれる一つの第１単位レンズ５６の光軸と一直線上に並んでいる。この発散光束に対して形成される第１単位レンズ５６の後側焦点ｆｐ上に、第２単位レンズ６１の主点６１ａが位置している。
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、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（登録商標））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の作用について説明する。
まず、照射装置７０は、光路制御素子４５の拡散素子５０上を走査するようにして、拡散素子５０へコヒーレント光を照射する。具体的には、光源装置７１の光源７２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７５で進行方向を変えられる。走査装置７５は、周期的な動作を行っており、この結果、拡散素子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。
拡散素子５０の各単位レンズ５２に入射したコヒーレント光は、それぞれ、拡散素子５０での拡散機能により拡散され、発散光束として、第１レンズアレイ５５に向かう。なお、図１〜図４に示された例において、拡散素子５０の各単位レンズ５２で整形された発散光束の光軸は、第１レンズアレイ５５の第１単位レンズ５６の光軸と平行になっている。第１レンズアレイ５５へ入射した光は、第１単位レンズ５６での光路調整機能によって光路を調整され、第２レンズアレイ６０に向かう。同様に、第２レンズアレイ６０へ入射した光は、第２単位レンズ６１での光路調整機能によって光路を調整され、偏向素子６５に向かう。
図１及び図２に示すように、照射装置７０は、拡散素子５０上への入射位置が経時的に変化するようにして、拡散素子５０上へコヒーレント光を投射する。このため、第１及び第２レンズアレイ５５，６０を介して偏向素子６５へ入射する偏向素子６５上での入射位置も周期的に変化する。そして、偏向素子６５の各領域へ入射したコヒーレント光は、偏向素子６５での光路調整機能により、被照明領域ＬＺの全域を照明する照明光として被照明領域ＬＺに向けられる。
すなわち、光路制御素子４５の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光路制御素子４５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。照射装置７０から光路制御素子４５の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光路制御素子４５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７０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。そして、コヒーレント光が経由する偏向素子６５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。
すなわち、照射装置７０から拡散素子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ことになるが、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拡散素子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路制御素子４５の拡散素子５０上を連続的に走査し、そして光路制御素子４５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、光路制御素子４５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。このような光路制御素子４５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。
とりわけ、本実施の形態による照明装置４０では、照射装置７０から照射されたコヒーレント光は、拡散素子５０で拡散されて発散光束として、第１レンズアレイ５５へ入射する。したがって、コヒーレント光の拡散素子５０上への入射領域が変化すると、第１レンズアレイ５５をなす一つの第１単位レンズ５６へ入射する拡散光の光軸ｏｄ１，ｏｄ２，ｏｄ３も変化する。
このような拡散光の光軸ｏｄ１，ｏｄ２，ｏｄ３の変化にともない、各第１単位レンズ５６を通過したコヒーレント光が、当該第１単位レンズ５６に対応する第２単位レンズ６１に入射する位置も変化し、とりわけ本実施の形態では当該第１単位レンズ５６に対応する第２単位レンズ６１上で収束する位置ｐ１，ｐ２，ｐ３も変化する。この結果、一つの第１単位レンズ５６を経て偏向素子６５へ入射するコヒーレント光の偏向素子６５上での入射位置も、照射装置７０から照射されたコヒーレント光の拡散素子５０上での入射位置の変化にともなって、変化することになる。この結果、偏向素子６５から被照明領域ＬＺへ入射する照明光の入射方向、すなわち照明方向を連続的に変化させることができる。この結果、図１０及び図１１を参照して説明した照明装置と比較して、スペックルを極め手効果的に目立たなくさせることができる。
なお、図６には、図１１と同様の条件のコヒーレント光を光学制御素子４５に照射した場合における光路が示されている。コヒーレント光が拡散素子５０によって拡散光束に整形されて第１単位レンズ５６に入射する図６の実施の形態によれば、図１１に示された従来の例よりも、被照明領域ＬＺへ入射する照明光の入射方向の変化が連続的となることが理解され得る。
また本実施の形態による照明装置４０では、図３に示すように、一つの第１単位レンズ５６の光軸ｏｄａと平行な面であり且つ当該一つの第１単位レンズ５６を最大の幅を持つ部位で横切る面において、拡散素子５０から出射する拡散光の拡散角θａが、一つの第１単位レンズ５６に対応する一つの第２単位レンズ６１の主点６１ａから一つの第１単位レンズ６１ａの両端に延びる二つの直線分ＬＳの間に形成される見込み角θｂ以下となっている。この場合、図４に示すように、拡散素子５０からの発散光束に含まれ、第１単位レンズ５６の光軸ｏｄａに対して最も傾斜した光Ｌ４１が、第１単位レンズ５６の幅方向における端部で光路を調整されて、当該第１単位レンズ５６に対応する第２単位レンズ６１に入射することが可能となる。したがって、拡散素子５０を設けることによって、光源７２で生成されるコヒーレント光の利用効率が大幅に低下することを防止することができる。
以上のような本実施の形態によれば、優れた利用効率で光源７２からの光を利用しながら、スペックルを極めて効果的に目立たなくすることができる。
また、上述した実施の形態では、任意の瞬間に拡散素子５０からの拡散光が入射している第１レンズアレイ５５上の領域は、少なくとも一つの第１単位レンズ５５を包含している。この少なくとも一つの第１レンズアレイ５５に拡散素子５０から入射した光は、すべて、対応する第２単位レンズ６１に入射するようになり、有効に利用され得る。さらに、この少なくとも一つの第１レンズアレイ５５に拡散素子５０から入射した光は、第２レンズアレイ６０及び偏向素子６５を経て、被照明領域ＬＺの全域に広げられる。したがって、明るさのむらを生じさせることなく被照明領域ＬＺを照明することができる。
さらに、上述した実施の形態では、第１単位レンズ５６の光軸ｏｄａと平行な光軸を有した照射装置７０からの発散光束が当該第１単位レンズ５６に入射した際に形成される後側焦点ｆｐ上に、当該第１単位レンズ５６に対応する第２単位レンズ６１の主点６１ａが位置するようになっている。これにより、光路制御素子４５での光路調整をより高精度の行うことができ、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。
さらに、上述した実施の形態において、拡散素子５０は、凹レンズを単位レンズ５２として含むレンズアレイ５１を有している。凹レンズからなる単位レンズ５２によれば、凸レンズのように一度焦点を結んだ後に拡散現象が生じるのではなく、入射光を入射直後に拡散させて光路幅を広げることができる。したがって、図６からも理解され得るように、拡散素子５０と第１レンズアレイ５５との間隔を短くして、照明装置４０及び投射装置２０の小型化を図ることができる。
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、拡散素子５０のレンズアレイ５１が、凹レンズからなる単位レンズ５２を有する例を示したが、これに限られない。図６に示すように、拡散素子５０のレンズアレイ５１が、凸レンズからなる単位凸レンズ５３を有するようにしてもよい。なお、図６中に点線で示したレンズアレイは、凹レンズからなる単位レンズ５２を含んだ図２のレンズアレイの配置を示している。
また上述した実施の形態において、光源装置７１は、単一の光源７２を有していた。しかしながら、この例に限られず、光源装置７１が、複数の光源を含むようにしてもよい。一例として、光源装置７１が、複数のレーザー光源を含むレーザーアレイとして構成されていてもよい。光源装置７１に含まれる複数の光源は、互いに異なる波長帯域の光を生成するようにしてもよいし、同一波長帯域の光を生成するようにしてもよい。異なる波長帯域の光を生成する複数の光源を用いた場合、加法混色により、単一の光源では生成することができない色の光によって、被照明領域ＬＺを照明することができる。また、複数の光源が、赤色波長帯域の光、緑色波長帯域の光、青色波長帯域の光をそれぞれ生成する場合には、白色光にて被照明領域ＬＺを照明することができる。一方、同一の波長帯域の光を生成する複数の光源を用いた場合、高出力で被照明領域ＬＺを照明することが可能となる。
さらに上述した実施の形態において、照射装置７０が、光源装置７１と、光源装置７１からの光の進行方向を光路制御素子４５に向ける走査装置７５と、を有している例を示した。そして、上述した実施の形態では、図１に示すように、照射装置７０からの光が、発散光束に含まれる光線の光路を辿るようにして、光路制御素子４５に向かうようになっていた。しかしながら、この例に限られず、照射装置７０からの光が、平行光束に含まれる光線の光路を辿るようにして、光路制御素子４５に向かうようにしてもよい。言い換えると、照射装置７０からの光が、平行光束に含まれる光線の光路を辿るようにして、光路制御素子４５に向かうようにしてもよい。このような変形例によれば、光路制御素子４５での光路調整機能がより高精度に発揮されるようになり、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。図７に示された例において、照射装置７０は、走査装置７５と光路制御素子４５との間に設けられたコリメータ７７を更に有している。コリメータ７７は、例えば凸レンズから構成される。
また、走査装置７５が、コヒーレント光の進行方向を反射によって変化させる一軸回動型のデバイスとして形成されている例を示したが、この例に限られない。走査装置７５は、反射部材７６の反射面７６ａが、回動軸線Ｒａだけでなく、当該回動軸線Ｒａと交差する第２の回動軸線を中心としても回動可能となっていてもよい。また、走査装置７５が、二以上の反射デバイスを含んでいてもよい。この場合、各反射デバイスの反射面が、単一の軸線を中心としてのみ回動可能であっても、走査装置７５は、拡散素子５０上での走査経路を二次元的な経路とすることができる。なお、走査装置７５に含まれる反射デバイスの具体例としては、ＭＥＭＳミラー等を挙げることができる。また、走査装置７５は、反射によってコヒーレント光の進行方向を変化させる反射デバイス以外のデバイスを含んで構成されていてもよい。例えば、走査装置７５が、屈折プリズムやレンズ等を含んでいていてもよい。
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８及び図９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、反射、とりわけ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、カライドスコープ、ライトパイプ等を用いることができる。
図８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９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９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、種々の用途に照明装置４０を用いることができる。一例として、上述した照明装置４０を、スキャナ用の照明装置等に用いることができる。
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。
Ｒａ 回動軸
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
３７ａ 入射面
３７ｂ 出射面
４０ 照明装置
４５ 光路制御素子
５０ 拡散素子
５１ レンズアレイ
５２ 単位レンズ
５３ 単位レンズ
５５ 第１レンズアレイ
５６ 第１単位レンズ
６０ 第２レンズアレイ
６１ 第２単位レンズ
６１ａ 主点
６５ 偏向素子
７０ 照射装置
７１ 光源装置
７２ 光源
７５ 走査装置
７６ 反射部材
７６ａ 反射面
７７ コリメータ

Claims (5)

  1. 拡散素子と、
    前記拡散素子上を走査するようにして前記拡散素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、
    前記拡散素子で拡散された拡散光の光路を変更する第１レンズアレイと、
    前記第１レンズアレイに対向して配置され且つ前記第１レンズアレイで光路を変更された光の光路を変更する第２レンズアレイと、
    前記第２レンズアレイに対向して配置され且つ前記第２レンズアレイで光路を変更された光の光路を変更する偏向素子と、を備え、
    前記拡散素子上の或る領域に入射して拡散された拡散光、並びに、前記拡散素子上の前記或る領域とは異なる別の領域に入射して拡散された拡散光は、それぞれ、前記第１レンズアレイ、前記第２レンズアレイ及び前記偏向素子で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、
    前記第１レンズアレイは、複数の第１単位レンズを含み、
    前記第２レンズアレイは、前記第１レンズアレイの各第１単位レンズに対応して設けられた複数の第２単位レンズを含み、
    一つの第１単位レンズの光軸と平行であり当該一つの第１単位レンズを最大の幅を持つ部位で横切る面において、前記拡散素子から出射する拡散光の拡散角が、前記一つの第１単位レンズに対応する一つの第２単位レンズの主点から前記一つの第１単位レンズの両端に延びる二つの線分の間に形成される見込み角以下となる、照明装置。
  2. 任意の瞬間に前記拡散素子からの拡散光が入射している前記第１レンズアレイ上の領域は、少なくとも一つの前記第１単位レンズを包含している、請求項１に記載の照明装置。
  3. 各第２単位レンズの主点は、当該第２単位レンズに対応する第１単位レンズの後側焦点上に位置している、請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 前記拡散素子は、複数の凹レンズを含むレンズアレイを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項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。
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