JP4992488B2 - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクタ、特に、レーザ光を用いる照明装置の技術に関する。

近年、プロジェクタの光源として、レーザ光源を用いる技術が提案されている。プロジェクタの光源として従来用いられているＵＨＰランプと比較すると、レーザ光源は、高い色再現性、瞬時点灯が可能、長寿命である等の利点がある。コヒーレント光であるレーザ光を拡散面に照射させると、明点及び暗点がランダムに分布するスペックルパターンと呼ばれる干渉模様が現れることがある。スペックルパターンは、拡散面の各点で拡散した光同士がランダムに干渉し合うことにより発生する。画像を表示する際にスペックルパターンが認識されると、ぎらぎらとするちらつき感を観察者へ与えるため、画像観賞へ悪影響を及ぼすこととなる。このため、レーザ光源を用いる場合、スペックルノイズへの対策を講じる必要がある。スペックルノイズを低減させるための技術として、例えば、レーザ光の位相を時間的、及び空間的に変化させる光変調部を用いるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。位相を変化させることによって生じる複数のスペックルパターンを重畳させ、特定のスペックルパターンを認識させにくくすることで、スペックルノイズを低減させる。

特開２００３−２７９８８９号公報

スペックルノイズを効果的に低減させるには、光変調部において不規則に位相を変化させることが望ましい。光変調部において単に位相をランダムに変化させると、光変調部で多くの光が散乱することとなる。光変調部での散乱が顕著であると、画像形成部や投写レンズとは異なる方向へ進行する光が多くなることで、光利用効率が低下することとなる。このように、従来の技術によると、スペックルノイズを低減させ、かつ高い光利用効率を実現することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、スペックルノイズを低減させ、かつ高い光利用効率を実現可能な照明装置、及び明るく高品質な画像を表示可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、コヒーレント光を供給する光源部と、前記コヒーレント光の位相及び振幅の少なくとも一方を変調して回折光を生じさせ、該回折光を被照射面の照明領域に入射させる光変調部と、を有し、前記光変調部は、前記照明領域の形状を整形するとともに、略一定の形状の前記照明領域において前記回折光に略一定の光量分布を生じさせる複数の変調パターンを順次切り換えることを特徴とする。

光変調部は、変調パターンに応じて光の波面を変換させる。複数の変調パターンを順次切り換えることにより、光変調部による光の振り分け方を順次変化させ、スペックルノイズを低減させることが可能となる。変調パターンを切り換えながら略一定の形状の照明領域において略一定の光量分布を生じさせることにより、光変調部における過度な散乱を防ぎ、高い光利用効率を実現できる。これにより、スペックルノイズを低減させ、かつ高い光利用効率を実現可能な照明装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調部は、照明領域において均一化された光量分布の光を供給することが望ましい。これにより、良好な光量分布の画像を表示するための照明装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調部は、液晶素子を備えることが望ましい。液晶素子を用いることで、電圧印加の制御によって容易にコヒーレント光の位相又は振幅を変化させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調部は、一次回折光を照明領域に入射させることが望ましい。一次回折光と比較してゼロ次回折光の光量が大きい場合、ゼロ次回折光と一次回折光が重なって、照明領域の一部のみが明るくなる場合がある。一次回折光を入射させる構成とすることで、光量分布を均一化させることが可能となる。これにより、照明領域においてさらに均一化された光量分布の光を供給することができる。

さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記の照明装置と、照明装置からの光を用いて画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。上記の照明装置を用いることにより、スペックルノイズを低減させ、かつ高い光利用効率を実現できる。これにより、明るく高品質な画像を表示可能なプロジェクタを得られる。

さらに、本発明に係るプロジェクタは、コヒーレント光を供給する光源部と、前記コヒーレント光の位相及び振幅の少なくとも一方を変調して回折光を生じさせ、該回折光を被照射面の表示領域に入射させる光変調部と、を有し、前記光変調部は、前記表示領域に表示させる画像を形成し、かつ略一定の前記画像を表示させる複数の変調パターンを順次切り換えることを特徴とする。

複数の変調パターンを順次切り換えることにより、光変調部による光の振り分け方を順次変化させ、スペックルノイズを低減させることが可能となる。変調パターンを切り換えながら略一定の画像を表示させることにより、光変調部における過度な散乱を防ぎ、高い光利用効率を実現できる。よって、スペックルノイズが低減され、高品質で明るい画像を表示することが可能となる。これにより、明るく高品質な画像を表示可能なプロジェクタを得られる。

さらに、本発明に係るプロジェクタは、コヒーレント光を供給する光源部と、前記コヒーレント光の位相及び振幅の少なくとも一方を変調して回折光を生じさせ、該回折光を被照射面の表示領域に入射させる光変調部と、を有し、前記光変調部は、前記表示領域において略一定の光量分布の光を供給する第１領域と、前記表示領域に表示させる画像を形成する第２領域と、を備え、前記第１領域では、前記表示領域の形状を整形するとともに、略一定の形状の前記表示領域において前記回折光に略一定の光量分布を生じさせる複数の変調パターンを順次切り換えることを特徴とする。

第１領域において複数の変調パターンを順次切り換えることにより、第１領域における光の振り分け方を順次変化させ、スペックルノイズを低減させることが可能となる。第１領域において変調パターンを切り換えながら照明領域の形状、及び光量分布を略一定にさせることにより、光変調部における過度な散乱を防ぎ、高い光利用効率を実現できる。よって、スペックルノイズが低減され、高品質で明るい画像を表示することが可能となる。これにより、明るく高品質な画像を表示可能なプロジェクタを得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調部は、第１領域により、表示領域において均一化された光量分布の光を供給することが望ましい。これにより、良好な光量分布の表示が可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調部は、第１領域の位置及び第２領域の位置を順次変化させることが望ましい。第１領域の位置及び第２領域の位置を順次変化させることで、光変調部による光の振り分け方をさらに不規則に変化させることが可能となる。これにより、さらにスペックルノイズを低減させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調部は、液晶素子を備えることが望ましい。液晶素子を用いることで、電圧印加の制御によって容易にコヒーレント光の位相又は振幅を変化させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調部は、一次回折光を表示領域に入射させることが望ましい。一次回折光と比較してゼロ次回折光の光量が大きい場合、ゼロ次回折光と一次回折光が重なって、表示領域の一部のみが明るくなる場合がある。一次回折光を入射させる構成とすることで、光量分布を均一化させることが可能となる。これにより、さらに良好な光量分布の画像を表示することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン１８に光を供給し、スクリーン１８で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、赤色（Ｒ）光用照明装置１１Ｒ、緑色（Ｇ）光用照明装置１１Ｇ、及び青色（Ｂ）光用照明装置１１Ｂを有する。

図２は、Ｒ光用照明装置１１Ｒ、Ｒ光用画像形成部１５Ｒ、及びクロスダイクロイックプリズム１６を示す。Ｒ光用照明装置１１Ｒは、Ｒ光を供給する照明装置である。Ｒ光用光源部１２Ｒは、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部であって、Ｒ光を出射させる半導体レーザである。Ｒ光用光源部１２Ｒから供給されるレーザ光は、特定の振動方向の偏光光、例えば、紙面に垂直に振動する偏光光である。ここでは、紙面に垂直に振動する偏光光をｓ偏光光とする。

Ｒ光用光源部１２Ｒからのレーザ光は、Ｒ光用光変調部１３Ｒへ入射する。Ｒ光用光変調部１３Ｒは、不図示の複数の液晶素子を備える液晶パネルである。Ｒ光用光変調部１３Ｒは、Ｒ光用光源部１２Ｒからのレーザ光の位相を変調して被照射面の照明領域へ入射させる光変調部である。被照射面は、Ｒ光用画像形成部１５Ｒの入射面である。Ｒ光用光変調部１３Ｒは、レーザ光の位相を変化させることにより、回折光を生じさせる。コヒーレント光であるレーザ光をＲ光用光変調部１３Ｒへ入射させるため、Ｒ光用光変調部１３Ｒにおいて良好な回折特性を得ることができる。

Ｒ光用光変調部１３Ｒからの回折光は、フィールドレンズ１４へ入射する。フィールドレンズ１４は、Ｒ光用光変調部１３Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用画像形成部１５Ｒへ入射させる。フィールドレンズ１４は、Ｒ光用光変調部１３Ｒから見て斜め前方であって、Ｒ光用光変調部１３Ｒからの一次回折光が入射する位置に設けられている。一次回折光と比較してゼロ次回折光の光量が大きい場合、ゼロ次回折光と一次回折光が重なって、照明領域の一部のみが明るくなる場合がある。一次回折光を入射させる構成とすることで、光量分布を均一化させることが可能となる。Ｒ光用光変調部１３Ｒにおいてゼロ次回折光を生じさせず一次回折光を出射させることで、効率良く光を供給することができる。なお、光量分布を十分均一化させることが可能であれば、Ｒ光用光源部１２ＲからＲ光用画像形成部１５Ｒまでの各構成を同じ光軸上に配置しても良い。

Ｒ光用画像形成部１５Ｒは、画像信号に応じてＲ光を変調する透過型の液晶表示装置であって、Ｒ光用照明装置１１Ｒからの光を用いて画像を形成する画像形成部である。Ｒ光用画像形成部１５Ｒに設けられた不図示の液晶パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入する。液晶パネルに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｐ偏光光に変換される。ここでｐ偏光光は、紙面に平行に振動する偏光光とする。Ｒ光用画像形成部１５Ｒは、変調によりｐ偏光光に変換されたＲ光を出射する。Ｒ光用画像形成部１５Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。クロスダイクロイックプリズム１６は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜１６ａ、１６ｂを有する。

図１に戻って、Ｇ光用照明装置１１Ｇは、Ｇ光を供給する照明装置である。Ｇ光用光源部１２Ｇは、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部であって、Ｇ光を出射させる半導体レーザである。Ｇ光用光源部１２Ｇから供給されるレーザ光は、特定の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光である。Ｇ光用光変調部１３Ｇは、不図示の液晶素子を備える液晶パネルである。Ｇ光用光変調部１３Ｇは、Ｇ光用光源部１２Ｇからのレーザ光の位相を変調して被照射面の照明領域へ入射させる光変調部である。被照射面は、Ｇ光用画像形成部１５Ｇの入射面である。

フィールドレンズ１４は、Ｇ光用光変調部１３Ｇからの光を平行化させ、Ｇ光用画像形成部１５Ｇへ入射させる。フィールドレンズ１４は、Ｇ光用光変調部１３Ｇから見て斜め前方であって、Ｇ光用光変調部１３Ｇからの一次回折光が入射する位置に設けられている。Ｇ光用画像形成部１５Ｇは、画像信号に応じてＧ光を変調する透過型の液晶表示装置であって、Ｇ光用照明装置１１Ｇからの光を用いて画像を形成する画像形成部である。Ｇ光用画像形成部１５Ｇは、変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。Ｇ光用画像形成部１５Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。

Ｂ光用照明装置１１Ｂは、Ｂ光を供給する照明装置である。Ｂ光用光源部１２Ｂは、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部であって、Ｂ光を出射させる半導体レーザである。Ｂ光用光源部１２Ｂから供給されるレーザ光は、特定の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光である。Ｂ光用光変調部１３Ｂは、不図示の液晶素子を備える液晶パネルである。Ｂ光用光変調部１３Ｂは、Ｂ光用光源部１２Ｂからのレーザ光の位相を変調して被照射面の照明領域へ入射させる光変調部である。被照射面は、Ｂ光用画像形成部１５Ｂの入射面である。

フィールドレンズ１４は、Ｂ光用光変調部１３Ｂからの光を平行化させ、Ｂ光用画像形成部１５Ｂへ入射させる。フィールドレンズ１４は、Ｂ光用光変調部１３Ｂから見て斜め前方であって、Ｂ光用光変調部１３Ｂからの一次回折光が入射する位置に設けられている。Ｂ光用画像形成部１５Ｂは、画像信号に応じてＢ光を変調する透過型の液晶表示装置であって、Ｂ光用照明装置１１Ｂからの光を用いて画像を形成する画像形成部である。Ｂ光用画像形成部１５Ｂは、変調によりｐ偏光光に変換されたＢ光を出射する。Ｂ光用画像形成部１５Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム１６の第１ダイクロイック膜１６ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜１６ｂは、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム１６は、それぞれ異なる側から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ１７の方向へ出射させる。投写レンズ１７は、クロスダイクロイックプリズム１６で合成された光をスクリーン１８へ投写させる。

各色光用光源部１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは、半導体レーザからのレーザ光の波長を変換する波長変換素子、例えば、第二高調波発生（Second-Harmonic Generation；ＳＨＧ）素子を用いる構成としても良い。各色光用光源部１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとしては、半導体レーザに代えて、半導体レーザ励起固体（Diode Pumped Solid State；ＤＰＳＳ）レーザや、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いても良い。

図３は、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに設けられる液晶素子２０の断面構成を示す。液晶素子２０は、第１透明基板２１及び第２透明基板２４により液晶層３２を封止して構成されている。第１透明基板２１と液晶層３２との間には、第１透明電極２２が形成されている。第１透明電極２２は、例えば金属酸化物であるＩＴＯやＩＺＯにより構成することができる。第１透明電極２２と液晶層３２との間の一部領域に、遮光層２３が設けられている。この他、ラビング処理が施された不図示の配向膜が形成されている。

第２透明基板２４上の一部領域には、半導体層２５、半導体層２５の上に形成されたゲート絶縁膜２６、ゲート絶縁膜２６の上に形成されたゲート電極２７が設けられている。かかる部分は、半導体層２５の一部をソース及びドレインとする薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する。第２透明基板２４及びＴＦＴの上には、酸化シリコン等からなる絶縁膜２８が形成されている。ＴＦＴの上には、絶縁膜２８を介して信号線２９が設けられている。信号線２９は、ＴＦＴのソースに接続されている。また、不図示の走査線は、ＴＦＴのゲートであるゲート電極２７に接続されている。

絶縁膜２８、信号線２９、及び走査線の上には、ＰＳＧ（Phosphosilicate glass）膜３０が形成されている。ＰＳＧ膜３０のうちＴＦＴに対応する部分以外の部分の上には、第２透明電極３１が設けられる。第２透明電極３１は、第１透明電極２２と同様、ＩＴＯやＩＺＯにより構成することができる。ＴＦＴ及び第２透明電極３１は、画素ごとに形成される。この他、第２透明基板２４側にも、配向膜が形成される。第２透明基板２４側の配向膜のラビング方向は、第１透明基板２１側の配向膜のラビング方向に対して平行かつ逆向きとされる。これにより、液晶素子２０は、全体として均一な配向状態を得ることができる。

液晶素子２０は、第１透明基板２１、第１透明電極２２、液晶層３２及び第２透明電極３１を順次透過した光を第２透明基板２４から出射させる。液晶素子２０は、第１透明基板２１へ入射するレーザ光の偏光方向が、第１透明基板２１側における液晶分子の配向方向に一致するように配置されている。これにより、液晶層３２へ効率良くレーザ光を入射させることができる。

各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、例えば、アクティブマトリクス方式により駆動される。液晶素子２０は、電界制御複屈折（Electrically Controlled Birefringence；ECB）方式を用いて駆動させることができる。ＥＣＢ方式では、電界によって液晶分子の配向を変化させ、液晶層３２の屈折率を変化させることにより、光の位相を変化させることができる。このようにレーザ光の位相を空間的に変化させることにより、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、回折光を生じさせる。また、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、レーザ光の位相を時間的に変化させる。

図４は、照明領域ＬＡの形状、及び照明領域ＬＡにおける光量分布について説明するものである。各色光用光源部１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂからのレーザ光は、略円形状のスポットを形成するビーム形状をなしている。これに対して、照明領域ＬＡは、横長の矩形形状をなしている。このように、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、照明領域ＬＡの整形を行う。

また、各色光用光源部１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂからのレーザ光は、スポットの中心にて光量が最大となり、スポットの中心から離れるに従い光量が低下するような光量分布を示す。これに対して、照明領域ＬＡにおける光量は、所定光量で均一化される。このように、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、照明領域ＬＡにおいて均一化された光量分布の光を供給する。

図５は、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂによる変調パターンの切り換えについて説明するものである。ここでは、Ｒ光用光変調部１３Ｒを代表例として説明を行うものとする。Ｒ光用光変調部１３Ｒは、位相変調パターンに応じて光の波面を変換させる。照明領域ＬＡを一定の矩形形状とし、かつ照明領域ＬＡの光量が均一になるように光量分布を一定にできれば、例えば、Ｒ光用光変調部１３Ｒの中心部からの光は、照明領域ＬＡの下部へ振り分けても良く、上部に振り分けても良い。照明領域ＬＡの形状を一定とし、かつ照明領域ＬＡの光量分布を略一定にするような光の振り分け方は、複数通り存在する。このような光の振り分け方は、Ｒ光用光変調部１３Ｒの位相変調パターンに応じて変化させることができる。照明領域ＬＡの形状を一定とし、かつ光量分布を略一定にするようなＲ光用光変調部１３Ｒの位相変調パターンは、複数存在することになる。Ｒ光用光変調部１３Ｒは、かかる複数の位相変調パターンを順次切り換えるように駆動する。Ｇ光用光変調部１３Ｇ、Ｂ光用光変調部１３Ｂも、Ｒ光用光変調部１３Ｒと同様に駆動する。以上のように、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、略一定の形状の照明領域ＬＡにおいて略一定の光量分布を生じさせる複数の変調パターンを順次切り換える。

照明領域ＬＡの形状、及び光量分布を最適化させるための位相変調パターンは、例えば反復フーリエ変換等、所定の演算手法（シミュレーション手法）を用いて得ることができる。プロジェクタ１０は、予めＬＵＴ（look up table）に格納されたデータを参照し、複数の変調パターンを順次切り換える構成とすることができる。各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂによる変調パターンの切り換えは、例えば、１秒間に６０回以上行うことが望ましい。これにより、人間が特定のスペックルパターンを認識するよりも早くスペックルパターンを変化させることを可能とし、スペックルの発生を十分に低減することが可能となる。

各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂによる光の振り分け方を順次変化させることで、複数のスペックルパターンを生じさせることができる。複数のスペックルパターンを重畳させることにより、スペックルノイズを低減させることが可能となる。変調パターンを切り換えながら照明領域ＬＡの形状、及び光量分布を略一定にさせることにより、各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂにおける過度な散乱を防ぎ、高い光利用効率を実現できる。これにより、スペックルノイズを低減させ、かつ高い光利用効率を実現することができるという効果を奏する。また、プロジェクタ１０により、明るく高品質な画像を表示することができる。

プロジェクタ１０は、画像形成部として透過型液晶表示装置を用いる構成に限られない。画像形成部としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いても良い。プロジェクタ１０は、色光ごとに画像形成部を備える構成に限られない。プロジェクタ１０は、一の画像形成部により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタ１０は、ガルバノミラー等の走査手段により照明装置からのレーザ光を走査することで被投写面へ画像を投写する、レーザスキャン型のプロジェクタとしても良い。走査手段は、照明装置からの光を用いて画像を形成する画像形成部である。レーザスキャン型のプロジェクタの場合、光変調部は、例えば、走査手段の出射側近傍に配置することができる。この場合、光変調部は、略一定の形状のスポットにおいて略一定の光量分布を生じさせる複数の変調パターンを順次切り換える。

各色光用照明装置１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、光を透過させる光変調部を用いる構成に限られない。図６に示す照明装置３５のように、光を反射させる光変調部３６を用いても良い。光変調部３６は、光を反射させる液晶素子を備える。光変調部３６は、Ｒ光用光源部１２Ｒからのレーザ光を反射させることで回折光を生じさせる。かかる光変調部３６を用いる場合も、スペックルノイズを低減させ、かつ高い光利用効率を実現することができる。

各色光用照明装置１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、レーザ光の位相を変調する光変調部を用いる構成に限られない。光変調部は、変調パターンに応じて光の波面を変換可能であれば良く、レーザ光の振幅を変調するものであっても良い。光変調部は、例えば、遮光パターンを変化させることにより、光の振幅を変化させることが可能である。光変調部は、レーザ光の位相及び振幅の少なくとも一方を変調することにより、複数の変調パターンを順次切り換えることができる。本発明の照明装置は、例えば、レーザ光を用いて露光を行う露光装置や、レーザ光により照明された像をモニタするモニタ装置等に適用することとしても良い。

図７は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ４０の概略構成を示す。図８は、Ｒ光用光源部１２Ｒ、Ｒ光用光変調部４１Ｒ等を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。Ｒ光用光源部１２Ｒからのレーザ光は、Ｒ光用光変調部４１Ｒへ入射する。Ｒ光用光変調部４１Ｒは、不図示の液晶素子を備える液晶パネルである。Ｒ光用光変調部４１Ｒは、Ｒ光用光源部１２Ｒからのレーザ光の位相を変調して被照射面の表示領域に入射させる光変調部である。被照射面は、スクリーン１８（図７参照）の入射面である。

また、Ｒ光用光変調部４１Ｒは、画像信号に応じてＲ光を変調することにより、被照射面の表示領域に表示させる画像を形成する。フィールドレンズ１４は、Ｒ光用光変調部４１Ｒから見て斜め前方であって、Ｒ光用光変調部４１Ｒからの一次回折光が入射する位置に設けられている。Ｒ光用光変調部４１Ｒからの回折光は、フィールドレンズ１４を透過した後、クロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。

図７に戻って、Ｇ光用光源部１２Ｇからのレーザ光は、Ｇ光用光変調部４１Ｇへ入射する。Ｇ光用光変調部４１Ｇは、不図示の液晶素子を備える液晶パネルである。Ｇ光用光変調部４１Ｇは、Ｇ光用光源部１２Ｇからのレーザ光の位相を変調して被照射面の表示領域に入射させる光変調部である。また、Ｇ光用光変調部４１Ｇは、画像信号に応じてＧ光を変調することにより、被照射面の表示領域に表示させる画像を形成する。フィールドレンズ１４は、Ｇ光用光変調部４１Ｇから見て斜め前方であって、Ｇ光用光変調部４１Ｇからの一次回折光が入射する位置に設けられている。Ｇ光用光変調部４１Ｇからの回折光は、フィールドレンズ１４を透過した後、クロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。

Ｂ光用光源部１２Ｂからのレーザ光は、Ｂ光用光変調部４１Ｂへ入射する。Ｂ光用光変調部４１Ｂは、不図示の液晶素子を備える液晶パネルである。Ｂ光用光変調部４１Ｂは、Ｂ光用光源部１２Ｂからのレーザ光の位相を変調して被照射面の表示領域に入射させる光変調部である。また、Ｂ光用光変調部４１Ｂは、画像信号に応じてＢ光を変調することにより、被照射面の表示領域に表示させる画像を形成する。フィールドレンズ１４は、Ｂ光用光変調部４１Ｂから見て斜め前方であって、Ｂ光用光変調部４１Ｂからの一次回折光が入射する位置に設けられている。Ｂ光用光変調部４１Ｂからの回折光は、フィールドレンズ１４を透過した後、クロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。各色光用光変調部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは、上記実施例１の各色光用光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂと同様の構成を有する。

特定の画像を形成するための各色光用光変調部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの位相変調パターンは、複数存在する。各色光用光変調部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは、略一定の画像を表示させる複数の変調パターンを順次切り換える。略一定の画像を形成するための位相変調パターンは、例えば反復フーリエ変換等、所定の演算手法（シミュレーション手法）を用いて得ることができる。位相変調パターンの演算には、高速な演算処理が可能な構成、例えばＧＰＵ（Graphics Processing Unit）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を用いることで、画像信号に応じたリアルタイムな演算処理が可能となる。

複数の変調パターンを順次切り換えることにより、各色光用光変調部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂによる光の振り分け方を順次変化させ、スペックルノイズを低減させることが可能となる。変調パターンを切り換えながら略一定の画像を表示させることにより、各色光用光変調部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂにおける過度な散乱を防ぎ、高い光利用効率を実現できる。よって、スペックルノイズが低減され、高品質で明るい画像を表示することが可能となる。これにより、明るく高品質な画像を表示できるという効果を奏する。

プロジェクタ４０は、光を透過させる光変調部を用いる構成に限られない。図９に示すように、光を反射させる光変調部４２を用いても良い。光変調部４２は、光を反射させる液晶素子を備える。光変調部４２は、Ｒ光用光源部１２Ｒからのレーザ光を反射させることで回折光を生じさせる。かかる光変調部４２を用いる場合も、スペックルノイズを低減させ、かつ高い光利用効率を実現することができる。本実施例においても、各色光用光変調部４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは、レーザ光の振幅を変調するものであっても良い。

図１０は、本実施例の変形例に係る光変調部４３について説明するものである。本変形例の光変調部４３は、上記のプロジェクタ４０に適用することができる。本変形例の光変調部４３は、第１領域ＡＲ１及び第２領域ＡＲ２を備える。第１領域ＡＲ１は、被照射面の表示領域において均一化された光量分布の光を供給する。第２領域ＡＲ２は、表示領域に表示させる画像を形成する。

図１１は、表示領域における表示について説明するものである。光変調部４３は、第１領域ＡＲ１を用いて、均一な光量分布の無地Ｐ１を形成する。光変調部４３は、第１領域ＡＲ１において、略一定の形状の表示領域において略一定の光量分布を生じさせる複数の変調パターンを順次切り換える。また、光変調部４３は、第２領域ＡＲ２を用いて、画像信号に応じた画像Ｐ２を形成する。光変調部４３は、表示領域において、無地Ｐ１と画像Ｐ２とを重畳させる。表示領域には、無地Ｐ１と画像Ｐ２とを重畳させた表示Ｐ１２がなされる。第１領域ＡＲ１によって均一化された光量分布の光を供給することで、良好な光量分布の表示Ｐ１２が可能となる。

第１領域ＡＲ１において複数の変調パターンを順次切り換えることにより、第１領域ＡＲ１における光の振り分け方を順次変化させ、スペックルノイズを低減させることが可能となる。第１領域ＡＲ１において変調パターンを切り換えながら表示領域の形状、及び光量分布を略一定にさせることにより、光変調部４３における過度な散乱を防ぎ、高い光利用効率を実現できる。よって、スペックルノイズが低減され、高品質で明るい画像を表示することが可能となる。これにより、明るく高品質な画像を表示することができる。本変形例の場合も、光を反射させる光変調部を用いても良い。

本変形例の場合も、上記実施例１の場合と同様に、予めＬＵＴに格納されたデータを参照し、複数の変調パターンを順次切り換える構成とすることができる。これにより、例えば、動画を表示する場合であっても高速な演算を不要とし、スペックルノイズを低減することが可能となる。第１領域ＡＲ１及び第２領域ＡＲ２の位置、形状及び面積は図１０に示すものに限られず、適宜設定することができる。

光変調部は、第１領域ＡＲ１の位置及び第２領域ＡＲ２の位置を順次変化させることとしても良い。例えば、図１２に示す光変調部４４は、第１領域ＡＲ１の位置を順次一定の向きである左向きに移動させる。第１領域ＡＲ１の移動に伴い、第２領域ＡＲ２の位置も変化する。第１領域ＡＲ１が光変調部４４の左端に到達した後、光変調部４４の右端から再び第１領域ＡＲ１を左向きに移動させる。

第１領域ＡＲ１の位置及び第２領域ＡＲ２の位置を順次変化させることで、光変調部４４による光の振り分け方をさらに不規則に変化させることが可能となる。これにより、さらにスペックルノイズを低減させることができる。第１領域ＡＲ１の位置及び第２領域ＡＲ２の位置を変化させる態様は、本変形例で説明するものに限られず、適宜設定することができる。さらに、第１領域ＡＲ１の位置及び第２領域ＡＲ２の位置は、ランダムに変化させることとしても良い。上記各実施例のプロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。

以上のように、本発明に係る照明装置及びプロジェクタは、レーザ光を用いて画像を表示する場合に有用である。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 Ｒ光用照明装置、Ｒ光用空間光変調装置等を示す図。 液晶素子の断面構成を示す図。 照明領域の形状、及び照明領域における光量分布について説明する図。 各色光用光変調部による変調パターンの切り換えについて説明する図。 光を反射させる光変調部を用いる構成を説明する図。 本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 Ｒ光用光源部、Ｒ光用光変調部等を示す図。 光を反射させる光変調部を用いる構成を説明する図。 実施例２の変形例に係る光変調部について説明する図。 表示領域における表示について説明する図。 第１領域の位置及び第２領域の位置を順次変化させる光変調部を示す図。

符号の説明

１０ プロジェクタ、１１Ｒ Ｒ光用照明装置、１１Ｇ Ｇ光用照明装置、１１Ｂ Ｂ光用照明装置、１２Ｒ Ｒ光用光源部、１２Ｇ Ｇ光用光源部、１２Ｂ Ｂ光用光源部、１３Ｒ Ｒ光用光変調部、１３Ｇ Ｇ光用光変調部、１３Ｂ Ｂ光用光変調部、１４ フィールドレンズ、１５Ｒ Ｒ光用画像形成部、１５Ｇ Ｇ光用画像形成部、１５Ｂ Ｂ光用画像形成部、１６ クロスダイクロイックプリズム、１６ａ 第１ダイクロイック膜、１６ｂ 第２ダイクロイック膜、１７ 投写レンズ、１８ スクリーン、２０ 液晶素子、２１ 第１透明基板、２２ 第１透明電極、２３ 遮光層、２４ 第２透明基板、２５ 半導体層、２６ ゲート絶縁膜、２７ ゲート電極、２８ 絶縁膜、２９ 信号線、３０ ＰＳＧ膜、３１ 第２透明電極、３２ 液晶層、ＬＡ 照明領域、３５ 照明装置、３６ 光変調部、４０ プロジェクタ、４１Ｒ Ｒ光用光変調部、４１Ｇ Ｇ光用光変調部、４１Ｂ Ｂ光用光変調部、４２ 光変調部、４３ 光変調部、ＡＲ１ 第１領域、ＡＲ２ 第２領域、４４ 光変調部

Claims (11)

1. コヒーレント光を供給する光源部と、
   前記コヒーレント光の位相及び振幅の少なくとも一方を変調して回折光を生じさせ、該回折光を被照射面の照明領域に入射させる光変調部と、を有し、
   前記光変調部は、前記照明領域の形状を整形するとともに、略一定の形状の前記照明領域において前記回折光に略一定の光量分布を生じさせる複数の変調パターンを順次切り換えることを特徴とする照明装置。
2. 前記光変調部は、前記照明領域において均一化された前記光量分布の光を供給することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光変調部は、液晶素子を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記光変調部は、一次回折光を前記照明領域に入射させることを特徴とする請求項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の照明装置と、
   前記照明装置からの光を用いて画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
6. コヒーレント光を供給する光源部と、
   前記コヒーレント光の位相及び振幅の少なくとも一方を変調して回折光を生じさせ、該回折光を被照射面の表示領域に入射させる光変調部と、を有し、
   前記光変調部は、前記表示領域に表示させる画像を形成し、かつ略一定の前記画像を表示させる複数の変調パターンを順次切り換えることを特徴とするプロジェクタ。
7. コヒーレント光を供給する光源部と、
   前記コヒーレント光の位相及び振幅の少なくとも一方を変調して回折光を生じさせ、該回折光を被照射面の表示領域に入射させる光変調部と、を有し、
   前記光変調部は、
   前記表示領域において略一定の光量分布の光を供給する第１領域と、
   前記表示領域に表示させる画像を形成する第２領域と、を備え、
   前記第１領域では、前記表示領域の形状を整形するとともに、略一定の形状の前記表示領域において前記回折光に略一定の光量分布を生じさせる複数の変調パターンを順次切り換えることを特徴とするプロジェクタ。
8. 前記光変調部は、前記第１領域により、前記表示領域において均一化された前記光量分布の光を供給することを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
9. 前記光変調部は、前記第１領域の位置及び前記第２領域の位置を順次変化させることを特徴とする請求項７又は８に記載のプロジェクタ。
10. 前記光変調部は、液晶素子を備えることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
11. 前記光変調部は、一次回折光を前記表示領域に入射させることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載のプロジェクタ。

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