JP6171392B2 - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

近年、半導体レーザーの高出力化や青色半導体レーザーの登場に伴い、レーザー光源を用いたプロジェクターが開発されている。この種のプロジェクターは、レーザー光源の波長域が狭いために色再現範囲を十分に広くすることができ、小型化や構成部品の削減も可能である。このことから、次世代のプロジェクターとして大きな可能性を秘めている。しかしながら、レーザー光源を用いたプロジェクターにおいて表示を行う際、スクリーン等の散乱体で光の干渉が生じることによって明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆる「スペックルノイズ」と呼ばれる現象が発生する場合がある。

スペックルノイズは、観察者に対してぎらつき感を与え、画像鑑賞時に不快感を与えるなどの悪影響を及ぼす原因となる。特にレーザー光は干渉性が高い光であることから、スペックルノイズが発生しやすい。ところが、レーザー光源に限らず、ランプ光源の場合でも近年は短アーク化によって光の干渉性が高くなっており、スペックルノイズを低減する技術が重要になってきている。そこで、以下のようなスペックルノイズを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、レーザー光源と、レーザー光源から出射される光ビームの進行方向を変化させるビーム偏向手段と、ビーム偏向手段から出射される光ビームの進行方向を時間的に変化させるためにビーム偏向手段を駆動する駆動手段と、ビーム偏向手段により偏向された光ビームを内部反射させつつ出射端に導くロッドインテグレーターと、ロッドインテグレーターから出射される光ビームを投影する第１の投影光学系と、第１の投影光学系から出射される光ビームを変調する二次元空間光変調素子と、二次元空間光変調素子から出射される光を所定の面上に投影する第２の投影光学系と、を備えたプロジェクターが開示されている。

特許文献１のプロジェクターでは、ビーム偏向手段、ロッドインテグレーターおよび第１投影光学系を用いて多数のスペックルパターン（光の干渉によって生じる明点と暗点のパターン）を形成している。スペックルパターンは、投写光学系の各点からの出射光が不規則な位相関係で干渉することによって生じるものである。特許文献１のプロジェクターでは、人間の知覚できる表示の書き換え時間より短い時間でスペックルパターンを変化させ、これらを時間的に積分して平均化することにより、スペックルノイズを低減している。

国際公開第２００６／０９０６８１号

特許文献１のプロジェクターでは、スペックルノイズの抑制と二次元空間光変調装置上での輝度の均一化を目的として、ビーム偏向手段、ロッドインテグレーターおよび第１投影光学系を用いている。しかしながら、この構成では、多数の光学部品によって照明光学系を構成するため、部品点数の増加や装置の大型化などの問題を生じるという課題がある。

本発明の目的は、簡素な構成でスペックルノイズを低減することが可能な照明装置およびプロジェクターを提供することにある。

本発明の一態様に係る照明装置は、光源装置と、第１の回折パターンを形成する第１のセルと、第１の回折パターンとは異なる第２の回折パターンを形成する第２のセルと、を含む複数のセルを備えた回折素子と、前記光源装置から射出された第１の光束と前記回折素子とによって形成される回折パターンが時間的に変化し、第１の時刻においては前記第１のセルによって回折された光が第１の方向に沿って被照明領域の所定の位置に入射し、第２の時刻においては前記第２のセルによって回折された光が、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って前記所定の位置に入射するように前記回折素子を揺動させる揺動装置と、を有する。
本発明の照明装置は、光源装置と、第１の回折パターンを形成する第１のセルと、第１の回折パターンとは異なる第２の回折パターンを形成する第２のセルと、を含む複数のセルを備えた回折素子と、前記光源装置から射出された第１の光束と前記回折素子とによって形成される回折パターンが時間的に変化するように前記回折素子を揺動させる揺動装置と、を有する。

本発明においては、時間的に変化する複数の回折パターンを積分することにより照明対象領域の全面を均一に照明する。この構成では、回折素子に入射する光束の位置が時間的に変化するため、照明対象物である光変調装置のある１点から眺めると、その１点に入射する光の入射角は、回折素子と光束との相対移動量に応じて時間的に変化する。スペックルパターンは光の入射角によって変化する。よって、これらのスペックルパターンを時間的に積分して平均化することにより、スペックルノイズを低減することができる。本発明においては、回折素子と光束との相対位置を時間的に変化させることにより、スペックルノイズの低減と光変調装置上での輝度の均一化を実現している。そのため、部品点数を従来よりも少なくすることができ、小型の照明装置が提供できる。

前記光源装置は、第２の光束をさらに射出し、被照明領域の所定の位置において、前記第１の光束と前記第１のセルとによって形成される回折パターンの少なくとも一部が、前記第２の光束と前記第２のセルとによって形成される回折パターンの少なくとも一部と時間的に重畳されるように構成されていてもよい。

この構成によれば、空間的に離れた２つのセルから入射した光が光変調装置上で重畳される。これらの光は大きく異なる入射角度で光変調装置に入射するため、これらの光によって生じるスペックルパターンも大きく異なったものとなる。よって、これらのスペックルパターンを積分して平均化すれば、スペックルノイズが大きく低減される。特に、本発明では、各セルの回折パターンを計算機ホログラム（Computer Generated Hologram : CGH）などの手法を用いて任意に設計できるため、例えば、各回折パターンを明部が離散的に配置されたパターンとすることにより、互いに重畳される複数の光の入射角度を大きく異ならせることができ、スペックルノイズの低減がより確実に行えるようになる。

前記光源装置を駆動する光源駆動装置を有し、前記光源駆動装置は、少なくとも前記第１の光束の光強度を断続的に変動させてもよい。

スペックルノイズは、重畳されるスペックルパターンの数が多いほど、低減しやすい。各レーザー光源の出力を断続的に変動させるタイミングを制御すれば、スペックルパターンのバリエーションが増えるため、スペックルノイズが低減しやすくなる。

前記第１の光束が、前記複数のセルのうち少なくとも２つのセルに同時に入射してもよい。

この構成においても、スペックルノイズを低減することができる。

前記光源装置を駆動する光源駆動装置を有し、前記光源装置は、第２の光束をさらに射出し、前記光源駆動装置は、前記第１の光束の光強度と前記第２の光束の光強度のうち少なくとも一方を断続的に変動させてもよい。

スペックルノイズは、重畳されるスペックルパターンの数が多いほど、低減しやすい。各レーザー光源の出力を断続的に変動させるタイミングを制御すれば、スペックルパターンのバリエーションが増えるため、スペックルノイズが低減しやすくなる。

本発明のプロジェクターは、本発明の照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、を有する。

この構成によれば、簡素な構成でスペックルノイズを低減することが可能なプロジェクターを提供することができる。

前記照明装置は、前記回折素子と前記光変調装置との間の光路上に、前記回折素子から射出された複数の回折パターンを前記光変調装置に入射させる重畳光学系を有していてもよい。

この構成によれば、回折素子を揺動させても、各回折パターンを時間的に重畳して得られる全体としての照明エリアは変動しない。重畳光学系に光が入射すれば、必ず光変調装置に光が導かれるので、光のロスはほとんど生じない。そのため、光源装置から射出された光を効率よく利用することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る照明装置を示す図である。 （ａ）、（ｂ）第１実施形態に係る照明装置の作用を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）照明装置によって被照明領域に形成される照射パターンを説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）照射パターンの変形例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）第２実施形態に係る照明装置及び重畳光学系の作用を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）第３実施形態に係る照明装置及び重畳光学系の作用を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施系形態に係るプロジェクター１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置２と、光変調装置７と、投射光学系８と、を備えている。
照明装置２は、光源装置３と、光源駆動装置４と、回折素子５と、揺動装置６と、を備えている。

図２は、第１実施形態に係る照明装置２を示す図である。
尚、図２においては、便宜上、光源駆動装置４及び揺動装置６の図示を省略している。
図２に示すように、光源装置３は、複数のレーザー光源３０と、複数のコリメートレンズ３１と、を備えている。

レーザー光源３０は、コヒーレント光であるレーザー光を射出する光源である。
尚、図２では、レーザー光源３０が３個配置されているが、レーザー光源３０の個数は３個に限定されず、適宜変更可能である。

コリメートレンズ３１は、レーザー光源３０と回折素子５との間の光路上に配置されている。コリメートレンズ３１は、凸レンズからなる。各コリメートレンズ３１は、各レーザー光源３０に対応する位置に配置されている。コリメートレンズ３１は、レーザー光を略平行化した状態で回折素子５に入射させる。
尚、図２では、コリメートレンズ３１が３個配置されているが、コリメートレンズ３１の個数は３個に限定されず、適宜変更可能である。

回折素子５は、複数のセル（セルＡ、セルＢ、セルＣ、セルＤ、セルＥ、セルＦ）を含む。セルＡ、セルＢ、セルＣ、セルＤ、セルＥ、セルＦ各々が形成する回折パターンは、互いに異なっている。各セルには、被照明領域上に所定の照射パターンを形成するように設計された計算機ホログラム（Computer Generated Hologram : CGH）が設けられている。

回折素子５において、セルＡ、セルＢ、セルＣ、セルＤ、セルＥ、セルＦは、回折素子５の一端からこの順に配置されている。回折素子５において複数のセルが配列されている方向をＸ軸方向とする。

図１に戻り、光源駆動装置４は、光源装置３に電気的に接続されている。光源駆動装置４は、各レーザー光源３０の出力を制御する。

揺動装置６は、回折素子５に接続されている。揺動装置６は、複数のレーザー光源３０のうち一のレーザー光源３０から射出された光束と回折素子５とによって形成される回折パターンが時間的に変化するように回折素子５を揺動させる。例えば、揺動装置６は、回折素子５をＸ軸と平行な方向に往復移動させる。

揺動装置６によって往復移動される回折素子５の移動距離（１ストローク）は、回折素子５の各セルの大きさ（各セルのＸ軸方向の長さ）よりも大きい。ここで、１ストロークは、回折素子５が揺動装置６によってＸ軸方向に移動するときの最上位置と最下位置との間の距離を意味する。

光変調装置７は、照明装置２から射出された光を画像情報に応じて変調するものであり、光変調装置７の画像形成領域は被照明領域である。

例えば、光変調装置７は、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて入射した光を変調する。

投射光学系８は、光変調装置７から射出された光をスクリーンＳＣＲに拡大投射する。

図３（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る照明装置２の作用を説明するための図である。
図３（ａ）は、揺動装置６の作用により、時刻ｔ＝ｔ１において回折素子５が−Ｘ方向に移動したときの様子を示す図である。
図３（ｂ）は、揺動装置６の作用により、時刻ｔ＝ｔ２において回折素子５が＋Ｘ方向に移動したときの様子を示す図である。
図３（ａ）、（ｂ）の左列の図は、光源装置３から射出された光が回折素子５を経由して光変調装置７に入射するまでの光路を示す図であり、図３（ａ）、（ｂ）の右列の図は、光変調装置７の光入射面（画像形成領域）の所定の位置（例えば、光入射面の中心ＣＰ）に入射する光を示す図である。
尚、図３（ａ）、（ｂ）においては、便宜上、３つのレーザー光源３０のうち上段に配置されたレーザー光源３０を「Ｌ１」で示し、中段に配置されたレーザー光源３０を「Ｌ２」で示し、下段に配置されたレーザー光源３０を「Ｌ３」で示している。本実施形態においては、例えば、中段に配置されたレーザー光源３０（Ｌ２）から射出される光束は第１の光束であり、上段に配置されたレーザー光源３０（Ｌ１）から射出される光束は第２の光束であり、セルＣは第１のセルであり、セルＢは第２のセルである。セルＣは第１の回折パターンを形成し、セルＢは、第１の回折パターンとは異なる第２の回折パターンを形成する。
光変調装置７の光入射面のうち上段の領域を「I」で示し、中段の領域を「II」で示し、下段の領域を「III」で示している。
また、図３（ａ）、（ｂ）においては、便宜上、光源駆動装置４及び揺動装置６の図示を省略している。

時刻ｔ＝ｔ１において、図３（ａ）の左列に示すように、レーザー光源Ｌ１から射出された光束はセルＡに入射し、レーザー光源Ｌ１から射出された光束とセルＡとによって形成される回折パターンによって、領域I及び領域IIIを照射する。レーザー光源Ｌ２から射出された光束はセルＣに入射し、レーザー光源Ｌ２から射出された光束とセルＣとによって形成される回折パターンによって、領域IIを照射する。レーザー光源Ｌ３から射出された光束はセルＥに入射し、レーザー光源Ｌ３から射出された光束とセルEとによって形成される回折パターンによって、領域I及び領域IIIを照射する。

時刻ｔ＝ｔ１において、図３（ａ）の右列に示すように、光変調装置７の光入射面の中心ＣＰに着目すると、光入射面の法線方向に光が入射している。この光は、３つのレーザー光源のうちレーザー光源Ｌ２から射出され、セルＣで回折された光に相当する。

時刻ｔ＝ｔ２において、図３（ｂ）の左列に示すように、レーザー光源Ｌ１から射出された光束はセルＢに入射し、レーザー光源Ｌ１から射出された光束とセルＢとによって形成される回折パターンによって、領域IIを照射する。レーザー光源Ｌ２から射出された光束はセルＤに入射し、レーザー光源Ｌ２から射出された光束とセルＤとによって形成される回折パターンによって、領域I及び領域IIIを照射する。レーザー光源Ｌ３から射出された光束はセルＦに入射し、レーザー光源Ｌ３から射出された光束とセルＦとによって形成される回折パターンによって、領域IIを照射する。

時刻ｔ＝ｔ２において、図３（ｂ）の右列に示すように、光変調装置７の光入射面の中心ＣＰに着目すると、光入射面と斜めに交差する方向に光が入射している。一方の光は、３つのレーザー光源のうちレーザー光源Ｌ１から射出され、セルＢで回折された光に相当する。他方の光は、レーザー光源Ｌ３から射出され、セルＦで回折された光に相当する。

このように、本発明に係る照明装置２は、揺動装置６によって回折素子５が揺動させられることによって、例えばレーザー光源Ｌ２から射出された第１の光束と回折素子５とによって形成される回折パターンが時間的に変化する。これにより、回折素子５の揺動に応じて、被照明領域の所定の位置に入射する光の角度分布が時間的に変化する。スペックルパターンは光の入射角によって変化する。よって、入射角が互いに異なる複数の光によって生じる複数のスペックルパターンを時間的に積分して平均化することにより、スペックルノイズを低減することができる。

特に本実施形態にかかる照明装置２は、複数のレーザー光源３０のうち一のレーザー光源３０から射出された光束と複数のセルのうち一のセルとによって形成される回折パターンの少なくとも一部が、複数のレーザー光源３０のうち他のレーザー光源３０から射出された光束と複数のセルのうち他のセルとによって形成される回折パターンの少なくとも一部と時間的に重畳されるように構成されている。具体的には、被照明領域の所定の位置（例えば、光入射面の中心ＣＰ）において、レーザー光源Ｌ２から射出された第１の光束とセルＣ（第１のセル）とによって時刻ｔ＝ｔ１において形成される回折パターンの少なくとも一部が、レーザー光源Ｌ１から射出された第２の光束と第２のセル（セルＢ）とによって時刻ｔ＝ｔ２において形成される回折パターンの少なくとも一部と時間的に重畳される。この構成によれば、被照明領域の所定の位置に入射する光の角度分布を確実に変えることができる。

また、時刻ｔ＝ｔ２では、被照明領域の所定の位置において、レーザー光源Ｌ１から射出された光束とセルＢとによって形成される回折パターンの少なくとも一部が、レーザー光源Ｌ３から射出された光束とセルＦとによって形成される回折パターンの少なくとも一部と重畳される。すなわち、例えば光入射面の中心ＣＰは、時刻ｔ＝ｔ１にはレーザー光源Ｌ２からの光が照射され、時刻ｔ＝ｔ２には、レーザー光源Ｌ１からの光とレーザー光源Ｌ３からの光とが照射される。時刻ｔ＝ｔ２には、２つの光束が互いに大きく異なる入射角度で同時に領域IIに入射するため、この構成によってもスペックルノイズを低減することができる。

ここでは、光変調装置７の光入射面の中心ＣＰを例にとって説明したが、光変調装置７の光入射面の他の位置においても同様である。光変調装置７の領域Iにおいては、レーザー光源Ｌ１から射出された光束とセルＡとによって時刻ｔ＝ｔ１において形成される回折パターンの少なくとも一部と、レーザー光源Ｌ２から射出された光束とセルＤとによって時刻ｔ＝ｔ２において形成される回折パターンの少なくとも一部と、が時間的に重畳される。これにより、回折素子５の揺動に応じて、光変調装置７の領域Iに入射する光の角度分布が時間的に変化する。同様に、回折素子５の揺動に応じて、光変調装置７の領域IIIに入射する光の角度分布が時間的に変化する。

このように、揺動装置６の作用により、光変調装置７の光入射面の所定の位置に入射する光の角度分布を時間的に変化させることができる。

尚、本実施形態にかかる回折素子５は６つのセルを備えているが、セルの数は適宜変更可能である。また、本実施形態にかかる光源装置３は３本の光束を射出するが、光束の数は適宜変更可能である。
例えば、任意の数の光束及び任意の数のセルを用いた場合、光変調装置７の光入射面の所定の位置において、ｊ番目の光束とｋ番目のセルとによって時刻ｔ＝ｔ１において形成された回折パターンの少なくとも一部が、ｖ番目の光束とｗ番目のセルとによって時刻ｔ＝ｔ２において形成された回折パターンの少なくとも一部と時間的に重畳される。ここで、ｊ≠ｖとした方が、光変調装置７の光入射面の所定の位置に入射する光の角度分布を時間的に大きく変えることができるため、好ましい。

図４（ａ）〜（ｃ）は、照明装置２によって被照明領域に形成される照射パターンを説明するための図である。
図４（ａ）は、第１の照射パターンＰＴ１１を示す図である。
図４（ｂ）は、第２の照射パターンＰＴ１２を示す図である。
図４（ｃ）は、第１の照射パターンＰＴ１１と第２の照射パターンＰＴ１２とを時間的に重ね合わせたパターンＰＴ１（以下、重ね合わせパターンと称する）を示す図である。

図４（ａ）に示すように、第１の照射パターンＰＴ１１は、光変調装置７の光入射面のうち領域I及び領域IIIを照射する照射パターンである。第１の照射パターンＰＴ１１は、横に伸びたストライプ状に形成されている。第１の照射パターンＰＴ１１は、セルＡ、セルＤ、セルＥによって光変調装置７の光入射面に形成される照明パターンである。具体的には、時刻ｔ＝ｔ１において、図３（ａ）に示したように、レーザー光源Ｌ１から射出された光束とセルＡとによって第１の照射パターンＰＴ１１が形成される。また、図３（ａ）に示したように、レーザー光源Ｌ３から射出された光束とセルＥとによっても、第１の照射パターンＰＴ１１が形成される。さらに、時刻ｔ＝ｔ２において、図３（ｂ）に示したように、レーザー光源Ｌ２から射出された光束とセルＤとによっても、第１の照射パターンＰＴ１１が形成される。

図４（ｂ）に示すように、第２の照射パターンＰＴ１２は、光変調装置７の光入射面のうち領域IIを照射する照射パターンである。第２の照射パターンＰＴ１２は、横に伸びたストライプ状に形成されている。第２の照射パターンＰＴ１２は、セルＢ、セルＣ、セルＦによって光変調装置７の光入射面に形成される照明パターンである。具体的には、時刻ｔ＝ｔ１において、図３（ａ）に示したように、レーザー光源Ｌ２から射出された光束とセルＣとによって、第２の照射パターンＰＴ１２が形成される。時刻ｔ＝ｔ２において、図３（ｂ）に示したように、レーザー光源Ｌ１から射出された光束とセルＢとによっても、第２の照射パターンＰＴ１２が形成される。さらに、図３（ｂ）に示したように、レーザー光源Ｌ３から射出された光束とセルＦとによっても、第２の照射パターンＰＴ１２が形成される。

図４（ｃ）に示すように、重ね合わせパターンＰＴ１は、光変調装置７の光入射面の全体（領域I、領域II及び領域III）に均一に形成されている。本実施形態においては、時間的に変化する照射パターン（第１の照射パターンＰＴ１１及び第２の照射パターンＰＴ１２）を時間的に積分することにより、光変調装置７の光入射面の全面を均一に照明する。

本実施形態においては、第１の照射パターンＰＴ１１と第２の照射パターンＰＴ１２は、重ね合わせパターンＰＴ１が光変調装置７の光入射面の全体（領域I、領域II及び領域III）に均一に形成されるよう、互いに異なる照射パターンを形成するように設計される。言い換えると、各照射パターンは、相補的に光変調装置７の光入射面の全体を照明する。このように、いずれのレーザー光源から射出される光束も、常に光変調装置７の照明に用いられているため、光源装置３からの光を有効に利用できる。

本発明においては、回折素子５と光束との相対位置を時間的に変化させることにより、スペックルノイズの低減と光変調装置７上での輝度の均一化を実現している。そのため、部品点数を従来よりも少なくすることができ、小型の照明装置２が提供できる。
また、簡素な構成でスペックルノイズを低減することが可能なプロジェクター１を提供できる。

特に、本発明では、各セルの回折パターンを計算機ホログラム（Computer Generated Hologram : CGH）などの手法を用いて任意に設計できるため、例えば、各回折パターンを明部が離散的に配置されたパターンとすることにより、互いに重畳される複数の光の入射角度を大きく異ならせることができ、スペックルノイズの低減がより確実に行えるようになる。

尚、光源駆動装置４は、少なくとも一のレーザー光源３０の出力を断続的に変動させてもよい。例えば図３（ａ）に示したように、例えば、レーザー光源Ｌ２から射出される光束がセルＣに入射している期間に、光源駆動装置４は、レーザー光源Ｌ２を点滅させてもよい。レーザー光源Ｌ２を点滅させるかわりに、レーザー光源Ｌ２の出力を、高出力状態と低出力状態との間で切り替えてもよい。つまり、レーザー光源Ｌ２から射出される光束がセルＣに入射している期間に、レーザー光源Ｌ２の出力を断続的に変動させてもよい。また、レーザー光源Ｌ２から射出される光束がセルＣからセルＤに移動している期間に、レーザー光源Ｌ２の出力を変動させてもよい。他のレーザー光源３０の出力を変動させてもよい。

光源駆動装置４によって出力を変動させるレーザー光源３０の数はこれに限らず、適宜変更可能である。複数のレーザー光源３０のうち常に同じレーザー光源の出力を断続的に変動させてもよいが、時間とともに異なるレーザー光源の出力を断続的に変動させることが好ましい。スペックルノイズは、重畳されるスペックルパターンの数が多いほど、低減しやすい。各レーザー光源３０の出力を変動させるタイミングを制御すれば、スペックルパターンのバリエーションが増えるため、スペックルノイズが低減しやすくなる。

複数のレーザー光源３０のうち一部のレーザー光源３０の出力を停止または低下させている時、複数のレーザー光源３０のうち他のレーザー光源３０の出力を増加させるとよい。これにより、光源装置３から射出される光の全体としての光量の変動を小さくすることができる。また、単位時間あたりに光源装置３から射出されるべき光の光量に基づいて、複数のレーザー光源３０のうち一部のレーザー光源の出力を停止または低下させることによって生じる光量の低下を補うように、他のレーザー光源３０から射出させる光の光量を増加させることが好ましい。これにより、光源装置３からの射出光量が一定となり、スペックル低減と同時に良好な画像表示が可能となる。

レーザー光源は、出力が停止した状態から発光させたとき、出力は瞬時には安定しない。そのため、レーザー光源の出力の応答性を考慮すれば、レーザー光源３０の出力を変動させる際、レーザー光源３０を点滅させるよりも、高出力状態と低出力状態との間でレーザー光源の出力を変動させる方が好ましい。

複数のレーザー光源３０のうち一部のレーザー光源３０の出力を断続的に変動させるという構成だけによってもスペックルをある程度低減させる効果が得られる。そのため、一部のレーザー光源３０の出力を断続的に変動させるならば、光変調装置７の光入射面の所定の位置に入射する光の角度分布の時間的変化は比較的小さくてもよい。

尚、本実施形態では、照射パターンＰＴ１１、照射パターンＰＴ１２のそれぞれが横に伸びたストライプ状に形成されている例を挙げて説明したが、これに限らない。照射パターンの形状は、適宜変更可能である。
図５（ａ）、（ｂ）は、照射パターンの変形例を説明するための図である。

図５（ａ）は、第１変形例に係る照射パターンＰＴ２１、照射パターンＰＴ２２を示す図である。
図５（ａ）の左列は、複数のセルのうち一のセルによる照射パターンＰＴ２１を示す図である。
図５（ａ）の右列は、複数のセルのうち他のセルによる照射パターンＰＴ２２を示す図である。

図５（ａ）の左列に示すように、照射パターンＰＴ２１は、縦に伸びたストライプ状に形成されているとともにグラデーションを有している。
図５（ａ）の右列に示すように、照射パターンＰＴ２２は、照射パターンＰＴ２１とは異なるパターンを有している。照射パターンＰＴ２２は、縦に伸びたストライプ状に形成されているとともにグラデーションを有している。
本変形例に係る照射パターンＰＴ２１、照射パターンＰＴ２２は、重ね合わせパターンが光変調装置７の光入射面の全体（領域I、領域II及び領域III）に均一に形成されるよう、互いに異なる照射パターンを形成するように設計される。

図５（ｂ）は、第２変形例に係る照射パターンＰＴ３１，・・・，ＰＴ３Ｎを示す図である。
図５（ｂ）の左列は、複数のセルのうち第１セルによる照射パターンＰＴ３１を示す図である。
図５（ｂ）の右列は、複数のセルのうち第Ｎセルによる照射パターンＰＴ３Ｎ（回折素子の上側からＮ番目に配置されたセルによる照射パターン）を示す図である。

図５（ｂ）の左列に示すように、照射パターンＰＴ３１は、矩形の明部が離散的に配置されたパターンを有している。
図５（ｂ）の右列に示すように、照射パターンＰＴ３Ｎは、照射パターンＰＴ３１とは異なるパターンを有している。照射パターンＰＴ３Ｎは、矩形の明部が離散的に配置されたパターンを有している。図示はしないが、第１セルから第Ｎセルの間に配置されたセルにおいても、矩形の明部が離散的に配置されたパターンを有している。
本変形例に係る照射パターンＰＴ３１，・・・，ＰＴ３Ｎは、照射パターンＰＴ３１，・・・，ＰＴ３Ｎの全てを重ね合わせた重ね合わせパターンが光変調装置７の光入射面の全体（領域I、領域II及び領域III）に均一に形成されるよう、互いに異なる照射パターンを形成するように設計される。

本変形例によれば、各照射パターンＰＴ３１，・・・，ＰＴ３Ｎを明部が離散的に配置されたパターンとすることにより、互いに重畳される複数の光の入射角度分布を大きく異ならせることができる。さらに、照射パターンの種類を増やすことにより、スペックルパターンのバリエーションを増やすことができる。よって、スペックルノイズの低減がより確実に行えるようになる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態に係る照明装置及び重畳光学系の作用について図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する

図６（ａ）、（ｂ）は、光源装置３から射出された光が回折素子５を経由して光変調装置７に入射するまでの光路を示す図である。
図６（ａ）は、揺動装置６の作用により、時刻ｔ＝ｔ１において回折素子５が−Ｘ方向に移動したときの様子を示す図である。
図６（ｂ）は、揺動装置６の作用により、時刻ｔ＝ｔ２において回折素子５が＋Ｘ方向に移動したときの様子を示す図である。

本実施形態に係る照明装置２Ａは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、回折素子５と光変調装置７との間の光路上に、回折素子５で形成された複数の回折パターンを光変調装置７に重畳させる重畳光学系９を有する。また、光源装置３から射出される光の光軸が光変調装置７の光入射面に対して斜めに配置されている。
その他の点は、第１実施形態に係る構成と同様であるので、第１実施形態で使用した図と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

重畳光学系９は、第１レンズ９０及び第２レンズ９１を備えている。第１レンズ９０及び第２レンズ９１は、それぞれ凸レンズからなる。尚、第１レンズ９０及び第２レンズ９１の形状は、上記形状に限定されるものではない。第１レンズ９０と第２レンズ９１とからなる重畳光学系が、回折素子５で形成された複数の回折パターンを光変調装置７の所定の位置に集光することができればよい。また、重畳光学系９を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。

この構成によれば、回折素子５を揺動させても、各回折パターンを時間的に重畳して得られる全体としての照明エリアは変動しない。重畳光学系９に光が入射すれば、必ず光変調装置７に光が導かれるので、光のロスはほとんど生じない。そのため、光源装置３から射出された光を効率よく利用することができる。

また、図示していないが、０次光が光変調装置７の光入射面に入射しないように、光源装置３から射出される光の光軸が光変調装置７の光入射面に対して斜めに配置されている。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係る照明装置及び重畳光学系の作用について図７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する

図７に、本発明の第３実施形態に係る照明装置２Ｂを示す。第１実施形態に係る照明装置２では、第１の光束は第１のセルに入射し、第２の光束は第２のセルに入射するように構成されていたが、第３実施形態に係る照明装置２Ｂでは、第１の光束が第１のセルと第２のセルとに入射する。その他の点は、第１実施形態に係る構成と同様であるので、第１実施形態で使用した図と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

照明装置２Ｂは、光源装置３と、光源駆動装置４（図示略）と、回折素子５Ｂと、揺動装置６（図示略）と、を備えている。光源装置３は、複数のレーザー光源３０と、複数のコリメートレンズ３１と、を備えている。回折素子５Ｂは複数のセル（セルＧ〜セルＵ）を含む。回折素子５Ｂにおいて複数のセルが配列されている方向をＸ軸方向とする。

図７（ａ）は、揺動装置６の作用により、時刻ｔ＝ｔ１において回折素子５Ｂが−Ｘ方向に移動したときの様子を示す図である。
図７（ｂ）は、揺動装置６の作用により、時刻ｔ＝ｔ２において回折素子５Ｂが＋Ｘ方向に移動したときの様子を示す図である。
図７（ａ）、（ｂ）の左列の図は、光源装置３が備える複数のレーザー光源３０のうち、レーザー光源３０（Ｌ１）から射出された光が回折素子５Ｂを経由して光変調装置７に入射するまでの光路を示す図であり、図７（ａ）、（ｂ）の右列の図は、光変調装置７の光入射面（画像形成領域）の所定の位置（例えば、光入射面の中心ＣＰ）に入射する光を示す図である。本実施形態においては、例えば、上段に配置されたレーザー光源３０（Ｌ１）から射出される光束は第１の光束であり、中段に配置されたレーザー光源３０（Ｌ２）から射出される光束は第２の光束であり、セルＨは第１のセルであり、セルＩは第２のセルである。セルＨは第１の回折パターンを形成し、セルＩは、第１の回折パターンとは異なる第２の回折パターンを形成する。

セルＧ、セルＩ、セルＫ、セルＬ、セルＮ、セルＰ、セルＱ、セルＳ、セルＵは、領域I及び領域IIIを照射するような回折パターンを形成し、セルＨ、セルＪ、セルＭ、セルＯ、セルＲ、セルＴは、領域IIを照射するような回折パターンを形成する。

時刻ｔ＝ｔ１において、図７（ａ）の左列に示すように、レーザー光源Ｌ１から射出された光束はセルＧ〜セルＪに入射する。領域I及び領域IIIは、セルＧおよびセルＩからの光によって照射され、領域IIは、セルＨおよびセルＪからの光によって照射される。図示していないが、レーザー光源Ｌ２から射出された光束はセルＬ〜セルＯに入射する。領域I及び領域IIIは、セルＬおよびセルＮからの光によって照射され、領域IIは、セルＭおよびセルＯからの光によって照射される。また、レーザー光源Ｌ３から射出された光束はセルＱ〜セルＴに入射する。領域I及び領域IIIは、セルＱおよびセルＳからの光によって照射され、領域IIは、セルＲおよびセルＴからの光によって照射される。

時刻ｔ＝ｔ２において、図７（Ｂ）の左列に示すように、レーザー光源Ｌ１から射出された光束はセルＨ〜セルＫに入射する。領域I及び領域IIIは、セルＩおよびセルＫからの光によって照射され、領域IIは、セルＨおよびセルＪからの光によって照射される。図示していないが、レーザー光源Ｌ２から射出された光束はセルＭ〜セルＰに入射する。領域I及び領域IIIは、セルＮおよびセルＰからの光によって照射され、領域IIは、セルＭおよびセルＯからの光によって照射される。また、レーザー光源Ｌ３から射出された光束はセルＲ〜セルＵに入射する。領域I及び領域IIIは、セルＳおよびセルＵからの光によって照射され、領域IIは、セルＲおよびセルＴからの光によって照射される。

このように、回折素子５Ｂと光源装置３との相対位置が時間的に変化することにより、第１の光束と回折素子５Ｂとによって形成される回折パターンが時間的に変化する。ここで、たとえば光変調装置７の光入射面の中心ＣＰに着目する。時刻ｔ＝ｔ１において、中心ＣＰへはセルＨ、セルＪ、セルＭ、セルＯ、セルＲ、セルＴからの光が入射する。時刻ｔ＝ｔ２においても、中心ＣＰへはセルＨ、セルＪ、セルＭ、セルＯ、セルＲ、セルＴからの光が入射する。しかし、例えば中心ＣＰとセルＨとの相対位置が時間的に変化するため、中心ＣＰに入射する光の角度分布が時間的に変化する。このように、回折素子５Ｂの揺動に応じて、光変調装置７の各領域に入射する光の角度分布が時間的に変化する。これにより、スペックルを低減することができる。

尚、第３実施形態においては、光源装置３は複数のレーザー光源を備えていたが、光源装置３は少なくとも１個のレーザー光源を備えていればよい。また、第１の光束が同時に４個のセルに入射するように構成されていたが、第１の光束が同時に少なくとも２個のセルに入射するように構成されていればよい。また、第２実施形態で説明した重畳光学系を組み合わせてもよい。

尚、上記実施形態におけるプロジェクターでは透過型の光変調装置を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、反射型の光変調装置を用いた場合にも、透過型の光変調装置を用いた場合と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態におけるプロジェクターは１つの光変調装置を用いた単板式のプロジェクターであるが、これに限定されるものではない。例えば、３つの光変調装置を用いた３板式のプロジェクターにも適用することができる。

また、上記実施形態におけるプロジェクターは、光変調装置における基板素子として高温ポリシリコンＴＦＴ液晶（ＨＴＰＳ）、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）等を用いることができる。

また、上記実施形態のプロジェクターでは、光変調装置として液晶パネルを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調素子等を利用してもよい。マイクロミラー型光変調素子としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

本発明は、投射画像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクターに適用する場合にも、投射画像を観察する側とは反対の側から投射するリア投射型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。

以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
その他、プロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

１…プロジェクター、２，２Ａ…照明装置、３…光源装置、４…光源駆動装置、５…回折素子、６…揺動装置、７…光変調装置、９…重畳光学系、３０…レーザー光源、５０…第１セル、５１…第２セル、ＰＴ１１，ＰＴ１２，ＰＴ２１，ＰＴ２２，ＰＴ３１，ＰＴ３Ｎ…回折パターン

Claims (7)

1. 光源装置と、
   第１の回折パターンを形成する第１のセルと、第１の回折パターンとは異なる第２の回折パターンを形成する第２のセルと、を含む複数のセルを備えた回折素子と、
   前記光源装置から射出された第１の光束と前記回折素子とによって形成される回折パターンが時間的に変化し、第１の時刻においては前記第１のセルによって回折された光が第１の方向に沿って被照明領域の所定の位置に入射し、第２の時刻においては前記第２のセルによって回折された光が、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って前記所定の位置に入射するように前記回折素子を揺動させる揺動装置と、
   を有する照明装置。
2. 前記光源装置は、第２の光束をさらに射出し、
   前記所定の位置において、前記第１の光束と前記第１のセルとによって形成される回折パターンの少なくとも一部が、前記第２の光束と前記第２のセルとによって形成される回折パターンの少なくとも一部と時間的に重畳されるように構成されている請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源装置を駆動する光源駆動装置を有し、
   前記光源駆動装置は、少なくとも前記第１の光束の光強度を断続的に変動させる請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１の光束が、前記複数のセルのうち少なくとも２つのセルに同時に入射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記光源装置を駆動する光源駆動装置を有し、
   前記光源装置は、第２の光束をさらに射出し、
   前記光源駆動装置は、前記第１の光束の光強度と前記第２の光束の光強度のうち少なくとも一方を断続的に変動させる請求項４に記載の照明装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   を有するプロジェクター。
7. 前記照明装置は、前記回折素子と前記光変調装置との間の光路上に、前記回折素子から射出された複数の回折パターンを前記光変調装置に入射させる重畳光学系を有する請求項６に記載のプロジェクター。