JP6186843B2 - 照明装置、投射装置および投射型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射型の光学素子を用いた照明装置、投射装置および投射型映像表示装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、レンズアレイやホログラムからなる光学素子を用いた照明装置が知られている。このような照明装置によれば、光学素子への入射光の入射方向を予め調整しておくことによって、比較的高精度に所定の領域を照明することができるといった利点がある。しかしながら、光学素子が反射型の光学素子である場合、光学素子への入射光は、当該光学素子から照明光が進み出る側の面へ入射することになる。したがって、光学素子への入射光の光路を調整する素子等を、当該光学素子から進み出る照明光の光路を避けながら、配置する必要がある。このように光学素子の周囲において光学素子への入射光の光路を設計する上での制約があることから、反射型の光学素子を用いた照明装置では、装置が大型化してしまうといった問題が生じていた。

また昨今では、特許文献１に開示されているように、コヒーレント光が光学素子上を走査するようにして当該光学素子へコヒーレント光を照射することにより、光学素子からの照明光によって照明される領域上でのスペックルの発生を抑制することが研究されている。このような照明装置においては、走査デバイスの導入によって装置の大型化が進み、また、光学素子への入射光の光路設計もより制約される。

ＷＯ２０１２／０３３１７９Ａ１

本発明は、以上の点を考慮したなされたものであり、小型化された照明装置、並びに、この照明装置を有する投射装置および投射型映像表示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、
各位置に入射した光を拡散する光拡散部と、前記光拡散部によって周囲を取り囲まれた窓部と、を含む光学素子と、
光を照射する照射装置と、
前記照射装置からの光を前記光学素子へ誘導する折り返し光学系であって、前記照射装置からの光が入射する反射素子を有した折り返し光学系と、を備え、
前記照射装置からの光は、前記窓部を通過して一方の側から他方の側へと前記光学素子を透過し、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして前記反射素子の各位置に入射し、
前記光学素子の前記光拡散部は、前記折り返し光学系によって誘導されて前記他方の側から各位置に入射する光を拡散して前記他方の側へ進ませ、前記光学素子の各位置に入射して拡散された光が少なくとも一部分において互いに重なる領域をそれぞれ照明する。

本発明による照明装置において、前記発散光束の発散点が、前記窓部またはその近傍に位置するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記窓部は、レンズ、前記光学素子に形成された貫通孔、及び、互いに平行な一対の平坦面を有する部位のいずれかであるようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記照射装置は、照射した光が前記反射素子上を走査するように、光を照射するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記照射装置は、光を生成する光源と、前記光源からの光の進行方向を変化させて、前記光が前記反射素子上を走査するようにする走査デバイスと、を有するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記折り返し光学系は、前記反射素子で反射された光を受ける第２反射素子を有し、前記第２反射素子で反射された光が前記光学素子へ入射し、前記光学素子からの光は、前記反射素子と前記第２反射素子との間を通過するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記照射装置は、波長域が異なる複数の光を照射するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記複数の波長域の光は、同一光路を進む合成光として、前記照射装置から照射されるようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記光拡散部は、前記照射装置から照射される複数の波長域の光の各々に対応して複数の反射型のホログラム記録媒体を積層して含むようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記光拡散部は、反射型のホログラム記録媒体を含むようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記光拡散部は、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、
前記照明装置によって照明されるべき領域と重なる位置に配置され、前記照明装置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、前記空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系を、さらに備えるようにしてもよい。

本発明による投射型映像表示装置は、
上述した本発明による投射装置のいずれかと、
前記空間光変調器で得られた変調画像を投影されるスクリーンと、を備える。

本発明は、反射型の光学素子を用いた照明装置を小型化することができる。

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、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。 図２（ａ）は、光学素子を示す側断面図であり、図２（ｂ）は光学素子を示す平面図である。 図３は、図１の照明装置の光学素子をなすホログラム記録媒体を作製するための露光方法を説明するための図である。 図４は、図３の露光方法を経て作製されたホログラム記録媒体の作用を説明するための図である。 図５は、照明装置の折り返し光学系の一変形例を説明するための図である。 図６は、照明装置の折り返し光学系の他の変形例を説明するための図である。 図７は、照明装置の照射装置の一変形例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。

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。

空間光変調器３０としては、例えば、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いることができる。この場合、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、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、変調画像がスクリーン１５上に等倍で或いは変倍され、通常拡大されて表示され、観察者は当該画像を観察することができる。なお、空間光変調器３０としては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ素子等の反射型のマイクロディスプレイを用いることも可能である。

また、空間光変調器３０の入射面は、照明装置４０によってコヒーレント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からのコヒーレント光を、スクリーン１５への映像の表示に高い利用効率で利用することができるからである。

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。なお、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。この際、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。ただし、ここで説明する投射型映像表示装置１０では、以下に説明する照明装置４０が、時間的に角度変化するコヒーレント光で、空間光変調器３０が重ねられている被照明領域ＬＺを照明するようになっている。より具体的には、以下に説明する照明装置４０は、コヒーレント光からなる拡散光で被照明領域ＬＺを照明するが、この拡散光の入射角度が経時的に変化していく。この結果、スクリーン１５上でのコヒーレント光の拡散パターンも時間的に変化するようになり、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが時間的に重畳されて目立たなくなる。

次に、照明装置４０について説明する。図１に示された照明装置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、光を照射する照射装置６０と、照射装置６０からの光を光学素子５０に誘導する折り返し光学系７０と、を有している。

照射装置６０は、特定波長域のコヒーレント光を射出する光源機構６１と、光源機構６１からの光の進行方向を折り返し光学系７０に向ける偏向デバイス６４を有している。偏向デバイス６４は、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして光源機構６１で生成されたコヒーレント光を折り返し光学系７０へ入射させる。また、図１に示すように、照射装置６０から折り返し光学系７０へ向かう光の光路は、光学素子５０を横切っている。したがって、図示された実施の形態では、光学素子５０を基準とした一方の側に照射装置６０が配置され、光学素子５０を基準として一方の側とは逆側となる他方の側に折り返し光学系７０が配置されている。

具体的な構成として、偏向デバイス６４は、光源機構６１からのコヒーレント光の光路を経時的に変化させる走査デバイス６５として構成されている。走査デバイス６５は、光源機構６１からの光を反射させるミラーデバイス６６を有しており、ミラーデバイス６６の反射面６６ａの向きが経時的に変化するようになっている。図示された例では、ミラーデバイス６６が、軸線ＲＡを中心として回動するようになっている。この結果、照射装置６０から照射される光は、軸線ＲＡを中心とした発散光束をなす光線の光路をたどるようにして折り返し光学系７０へ向かう。

折り返し光学系７０は、照射装置６０からの光を反射する第１反射素子７１と、第１反射素子７１で反射された光をさらに反射して光学素子５０に向ける第２反射素子７２と、を有している。本実施の形態では、照射装置６０の走査デバイス６５が、光源機構６１からの光の進行方向を経時的に変化させる。したがって、照射装置６０から照射される光は、第１反射素子７１上を走査する。同様に、第１反射素子７１で光路を調整された光は、第２反射素子７２上を走査するようにして第２反射素子７２に入射し、第２反射素子７２で光路を調整された光は、光学素子５０上を走査するようにして光学素子５０に入射するようになる。

なお、本実施の形態において、第１反射素子７１は、凹面鏡として構成されており、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして入射してくる光を、反射して平行光化する。すなわち、第１反射素子７１から第２反射素子７２に向かう光は、平行光束をなす光線の光路をたどる。一方、第２反射素子７２は、平面鏡として形成されている。したがって、折り返し光学系７０から光学素子５０へ入射する光は、平行光束をなす光線の光路をたどるようになる。

次に、照明装置４０の光学素子５０について説明する。光学素子５０は、図１に示すように、各位置に入射した光を拡散させる光拡散部５３と、光拡散部５３に周囲を取り囲まれた窓部５２と、を含んでいる。光拡散部５３は、各位置に入射した光を被照明領域ＬＺ内の全域に広がるように拡散させる光拡散要素乃至は光拡散要素として機能する。光拡散部５３としては、例えばレンズアレイ等の既知の光拡散要素を用いることができる。以下に説明する本実施の形態においては、光拡散部５３は、ホログラム記録媒体５５から形成されている。一方、窓部５２は、光学素子５０から照射されて折り返し光学系７０へ向かう光の光路を確保する部位である。したがって、窓部５２は、後述する変形例のように、光路を調整するための偏向機能を有していても良いが、光拡散部５３と同様の光拡散機能を有している必要はない。

図示する例で光学素子５０をなしているホログラム記録媒体５５は、照射装置６０から照射されるコヒーレント光を再生照明光として受けて、当該コヒーレント光を高効率で回折することができる。とりわけ、ホログラム記録媒体５５は、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射するコヒーレント光を回折することによって、散乱板６の像５を再生することができるようになっている。

上述したように、照射装置６０及び折り返し光学系７０は、コヒーレント光が、光学素子５０のホログラム記録媒体５５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。したがって、ある瞬間に、コヒーレント光を照射されているホログラム記録媒体５５上の領域は、ホログラム記録媒体５５の表面の一部分であって、とりわけ図示する例では、点と呼ばれるべき微小領域となっている。

そして、ホログラム記録媒体５５上を走査するコヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５上の各位置に、当該ホログラム記録媒体５５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。とりわけ、図１に示すように、照射装置６０からホログラム記録媒体５５の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板６の像５を再生するようになっている。すなわち、照射装置６０からホログラム記録媒体５５の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子５０で拡げられて少なくとも一部分において重なる領域に進むようになり、この重なる領域が被照明領域ＬＺをなしている。

このような回折作用を可能にするホログラム記録媒体５５として、図示する例では、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラムが用いられている。このホログラム記録媒体５５は、図３に示すように、実物の散乱板６からの散乱光を物体光Ｌｏとして用いて作製されている。図３には、ホログラム記録媒体５５をなすようになる感光性を有したホログラム感光材料５８に、互いに干渉性を有したコヒーレント光からなる参照光Ｌｒと物体光Ｌｏとが露光されている状態が、示されている。

参照光Ｌｒは、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源からのレーザ光が用いられており、平行光束として一定の方向に沿って進みホログラム感光材料５８に入射する。一具体例として、レーザ光源から放出された直進光としてのレーザ光を、まず、スペイシャルフィルタ等で発散させ（拡げ）て発散光束に変換し、次に、コリーメータを用いて、所定のビーム断面積を有する平行光束に変換し、その後、ホログラム感光材料５８に入射させる。

次に、物体光Ｌｏは、たとえばオパールガラスからなる散乱板６からの散乱光として、ホログラム感光材料５８に入射する。ここでは作製されるべきホログラム記録媒体５５が反射型なので、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒとは反対側の面からホログラム感光材料５８へ入射する。物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと干渉性を有している必要がある。したがって、例えば、同一のレーザ光源から発振されたレーザ光を分割して、分割された一方を上述の参照光Ｌｒとして利用し、他方を物体光Ｌｏとして使用することができる。

図３に示す例では、散乱板６の板面への法線方向と平行な平行光束が、散乱板６へ入射して散乱され、そして、散乱板６を透過した散乱光が物体光Ｌｏとしてホログラム感光材料５８へ入射している。この方法によれば、通常安価に入手可能な等方性散乱板を散乱板６として用いた場合に、散乱板６からの物体光Ｌｏが、ホログラム感光材料５８の全域に概ね均一な光量分布で入射することが可能となる。またこの方法によれば、散乱板６による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料５８の各位置に、散乱板６の出射面６ａの全域から概ね均一な光量で参照光Ｌｒが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体５５の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板６の像５を同様の明るさで再生すること、および、再生された散乱板６の像５が概ね均一な明るさで観察されることが実現され得る。

以上のようにして、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏがホログラム記録材料５８に露光されると、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏが干渉してなる干渉縞が生成され、この光の干渉縞が、何らかのパターン（体積型ホログラムでは、一例として、屈折率変調パターン）として、ホログラム記録材料５８に記録される。その後、ホログラム記録材料５８の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録媒体５５が得られる。

図４には、図３の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体５５の回折作用（再生作用）が示されている。図４に示すように、図３のホログラム感光材料５８から形成されたホログラム記録媒体５５は、露光工程で用いられたレーザ光と同一波長の光であって、露光工程における参照光Ｌｒの光路を逆向きに進む光によって、そのブラッグ条件が満たされるようになる。すなわち、図４に示すように、ホログラム感光材料５８に対する平行光束としての参照光Ｌｒの進行方向と同一の方向に沿って逆向きに進む平行光束は、再生照明光Ｌａとして、当該ホログラム感光材料５８と同一位置に配置されたホログラム記録媒体５５に高効率で回折されるようになる。ホログラム記録媒体５５で回折された再生光Ｌｂは、露光工程時におけるホログラム感光材料５８に対する散乱板６の相対位置（図３参照）と同一の位置関係をなすようになるホログラム記録媒体５０に対する特定の位置に、散乱板６の再生像５を生成する。

この際、散乱板６の再生像５を生成する再生光Ｌｂ、すなわち再生照明光Ｌａをホログラム記録媒体５５で回折してなる光Ｌｂは、露光工程時に散乱板６からホログラム感光材料５８へ向かって進んでいた物体光Ｌｏの光路を逆向きに進む光として散乱板６の像５の各点を再生する。そして、上述したように、また図３に示すように、露光工程時に散乱板６の出射面６ａの各位置から出射する散乱光Ｌｏが、それぞれ、ホログラム感光材料５８の概ね全領域に入射するように拡散している。すなわち、ホログラム感光材料５８上の各位置には、散乱板６の出射面６ａの全領域からの物体光Ｌｏが入射し、結果として、出射面６ａ全体の情報がホログラム記録媒体５５の各位置にそれぞれ記録されている。このため、図４に示された、再生照明光Ｌａとして機能する平行光束をなす各光は、それぞれ単独で、ホログラム記録媒体５５の各位置に入射して互いに同一の輪郭を有した散乱板６の像５を、互いに同一の位置、すなわち被照明領域ＬＺに再生することができる。

すなわち、図１に示された投射装置２０の各構成要素の配置、及び、この配置にともなった光学素子５０への入射光の光路や光学素子５０と被照明領域ＬＺとの相対位置関係を予め考慮して、ホログラム感光材料５８への参照光の光路およびホログラム感光材料５８と散乱板６との相対位置関係を決定することにより、投射装置２０に適用され得る所望の回折特性を有したホログラム記録媒体５５を得ることができる。

なお、ホログラム感光材料５８の一部分を予め不感化処理しておくことにより、或いは、ホログラム感光材料５８の一部分に遮光層を設けておき当該一部分への参照光Ｌｒ及び物体光Ｌｏの露光を防止することにより、当該一部分によって形成された窓部５２を含むホログラム記録媒体５５を作製することができる。このようにして作製された窓部５２は、一対の平坦面を有する部位として形成され、透過光に対して積極的な光学作用を及ぼさないようにすることができる。また別の方法として、ホログラム記録媒体５５の一部分に貫通孔を設けることによっても、窓部５２を含むホログラム記録媒体５５を作製することができる。

なお、図示された実施の形態において、照射装置６０の光源機構６１は、互いに異なる波長域の複数のコヒーレント光を合成してなる合成光ＳＬを射出するように構成されている。図１に示された例では、照射装置６０は、第１波長域の第１コヒーレント光Ｌａと、第１波長域とは異なる第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂと、第１波長域および第２波長域の両方と異なる第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃと、を合成してなる合成光ＳＬを照射する。例えば、第１波長域が第１の原色成分（例えば、赤色成分）に対応し、第２波長域が第２の原色成分（例えば、緑色成分）に対応し、且つ、第３波長域が第３の原色成分（例えば、青色成分）に対応して、照射装置６０が、第１〜第３の原色成分の加法混色によって、白色光を照射することができる。

具体的な構成として、光源機構６１は、各コヒーレント光の波長域に対応した波長域のコヒーレント光をそれぞれ発振する複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃと、複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃからのコヒーレント光を合成する合成デバイス６２と、を有している。光源機構６１には、複数の光源として、第１波長域の第１コヒーレント光Ｌａを発振する第１光源６１ａと、第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂを発振する第２光源６１ｂと、第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃを発振する第３光源６１ｃと、が設けられている。一方、合成デバイス６２として、例えばハーフミラーといった、二つの光を合成する種々の部材、部品、装置等を用いることができる。

一方、図２（ａ）に示すように、光学素子５０の光拡散部５３は、照射装置６０から照射される複数の光の波長域の光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの各々に対応して複数の反射型のホログラム記録媒体５５ａ，５５ｂ，５５ｃを含んでいる。ホログラム記録媒体５５ａ，５５ｂ，５５ｃをなす反射型体積ホログラムは、波長選択性を有している。したがって、合成光ＳＬ中の各コヒーレント光５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、対応するホログラム記録媒体５５ａ，５５ｂ，５５ｃによって回折され、被照明領域ＬＺに進むことになる。

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６０は、コヒーレント光が折り返し光学系７０の第１反射素子７１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、光源機構６１で一定方向に沿って進む特定波長のコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの合成光ＳＬが生成され、このコヒーレント光が走査デバイス６５で進行方向を変えられる。走査デバイス６５は、周期的な回動動作を行っており、この結果、照射装置６０から射出される合成光ＳＬは、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして、折り返し光学系７０の第１反射素子７１上に入射する。

折り返し光学系７０は、第１反射素子７１及び第２反射素子７２での反射により、照射装置６０からのコヒーレント光を光学素子５０に誘導する。折り返し光学系７０によって誘導された合成光ＳＬは、光学素子５０上を走査するようにして光学素子５０上の各位置に入射する。この際、光学素子５０の光拡散部５３の各位置に入射したコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、光拡散部５３をなす対応するホログラム記録媒体５５ａ，５５ｂ、５５ｃのブラッグ条件を満たす。この結果、各位置に入射したコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、それぞれ、ホログラム記録媒体５５ａ，５５ｂ、５５ｃでの回折により、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板６の像５を再生する。すなわち、照射装置６０から折り返し光学系７０を介してホログラム記録媒体５５の各位置に入射したコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ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を合成光ＳＬで白色に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。ただし、この際、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得る。

しかしながら、本実施の形態による照明装置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の光拡散部５３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から光拡散部５３の各位置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拡散部５３上の位置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内の各位置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拡散部５３上を連続的に走査し、そして光拡散部５３の各位置に入射したコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ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、光拡散部５３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。このような光拡散部５３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。

また本実施の形態では、光学素子５０をなすホログラム記録媒体５５の各位置に入射するコヒーレント光が、互いに同一の位置に、散乱板６の像５を生成するとともに、当該像５に重ねて空間光変調器３０が配置されている。このため、ホログラム記録媒体５５で回折された光を、高効率で、映像形成のために利用することが可能となり、照射装置６０の光源機構６１からの光の利用効率の面においても優れる。

ところで、以上のような照明装置４０では、反射型の光学素子５０が用いられており、この光学素子５０への入射光は、当該光学素子５０のうちの被照明領域ＬＺを照明する照明光が進み出る側の面へ入射することになる。すなわち、光学素子５０への入射光の光路を制御する折り返し光学系７０は、当該光学素子５０から進み出る照明光の光路を避けながら、配置される必要がある。このように光学素子５０の周囲において光路設計に対する制約があることから、反射型の光学素子を用いた照明装置では、装置が大型化してしまうといった問題が生じていた。そして装置の大型化といった問題は、本実施の形態のように、照射装置６０が互いに異なる複数の波長域のコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを投射するようになっている装置、さらには、スペックル問題の解消のため、照射装置６０が走査デバイス６５を偏向デバイス６４として含んでいる装置においてより顕著となる。

この点に対し、本実施の形態では、照射装置６０から投射される光は、光学素子５０の窓部５２を通過して一方の側から他方の側へと光学素子を透過し、折り返し光学系７０に入射する。したがって、図示された実施の形態では、光学素子５０を基準とした一方の側に照射装置６０を配置し、光学素子５０を基準として一方の側とは逆側となる他方の側に折り返し光学系７０を配置することができる。すなわち、光学素子５０に照明光の整形に用いられない窓部５２を作製しておき、当該窓部５２を光路として利用することにより、光学素子５０の存在に起因した光路設計の制約を大幅に緩和することができる。これにより、光路設計の自由度が増し、照明装置４０、さらには投射装置２０及び投射型映像表示装置１０を小型化することが可能となる。

とりわけ本実施の形態によれば、照射装置６０から射出された光は、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして折り返し光学系７０の反射素子７１の各位置に入射している。このような本実施の形態によれば、折り返し光学系７０によって誘導されるコヒーレント光の光路幅ｗｂ１，ｗｃと比較して、格段に狭い光路幅ｗａにて、照射装置６０からの光ＳＬが光学素子５０を横切ることができる。すなわち、光学素子５０内における窓部５２の領域を非常に小さくすることが可能となる。

なお、折り返し光学系７０から光学素子５０のうちの窓部５２に進む光が迷光となることを回避するため、光源機構６１の各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃが、走査デバイス６５の動作タイミングに合わせて、コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの生成を停止するようにし、折り返し光学系７０が配置された他方の側から一方の側へと窓部５２を透過する光が生じないようにしてもよい。或いは、図１に二点鎖線で示すように、窓部５２の背面に光吸収体７５を設けておき、この光吸収体７５によって、折り返し光学系７０の第２反射素子７２から光学素子５０の窓部５２に進み、光学素子５０を透過した光を吸収するようにしてもよい。

図１に示された実施の形態では、折り返し光学系７０から光学素子５０への入射光の光軸ＯＡ２と光学素子５０への法線方向との両方に平行な面内において、すなわち図１において、照射装置６０から折り返し光学系７０の反射素子７１への入射光の光軸ＯＡ１と、折り返し光学系７０から光学素子５０への入射光の光軸ＯＡ２とは、光学素子５０の面方向を基準として逆側に傾斜している。言い換えると、図１の紙面において、上下方向に延びる光学素子５０の面方向に対して、光軸ＯＡ１は右上がりであるのに対して、光軸ＯＡ２は、光軸ＯＡ１とは逆の左上がりとなっている。このため、走査デバイス６５と干渉することなく、光吸収体７５の配置が可能となる。ここで、面方向とは、光学素子５０を全体的かつ大局的に観察した場合において光学素子５０によって画定される面と平行な方向のことを意味する。また、光軸とは、対象となる光線または光束が進む際に通過する領域の中心に位置する軸線のことを意味する。

また、本実施の形態では、上述したように、照射装置６０から射出された光が発散光束をなす光線の光路をたどるようにして折り返し光学系７０に進むが、この発散光束の発散点ｄｐが、光学素子５０の窓部５２の近傍に位置している。このため、照射装置６０からの光ＳＬが、より狭い光路幅ｗａにて窓部５２を透過するようになり、光学素子５０内における窓部５２の領域をより小さくすることが可能となる。また、図示された例とは異なり、走査デバイス走査デバイス６５の構成を適宜変更することにより、発散光束の発散点ｄｐが、光学素子５０の窓部５２の内部に位置するようにしてもよい。この場合、光学素子５０内における窓部５２の領域をさらに小さくすることができる。

さらに本実施の形態では、光学素子からの被照明領域ＬＺへ進む光は、折り返し光学系７０の第１反射素子７１と第２反射素子７２との間を通過する。このような構成によれば、第１反射素子７１および第２反射素子７２の配置に関する設計の自由度が増し、照明装置４０、投射装置２０及び投射型映像表示装置１０をより小型化することが可能となる。

なお、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、図面を適宜参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面では、上述した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ており、重複する説明を省略する。

上述した実施の形態にて説明した折り返し光学系７０の構成は一例に過ぎない。例えば図５に示すように、照射装置６０からの光が、平面鏡として構成された第１反射素子７１に入射して反射され、第１反射素子７１からの反射光が、凹面鏡として構成された第２反射素子７２にて一定の向きに反射されて光学素子５０に入射するようにしてもよい。或いは、図６に示すように、照射装置６０からの光が、凹面鏡として形成された第１反射素子７１に入射し、第１反射素子７１で一定の向きに反射されてそのまま光学素子５０に入射するようにしてもよい。また、図６の例において、第１反射素子７１が平面鏡として構成され、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして、光学素子５０上に光が入射するようにしてもよい。このような例では、窓部５２をなすホログラム記録媒体５５を作製する際の露光工程において、参照光Ｌｒとして、上述した平行光束に代えて、収束光束を用いることになる。

また、上述した実施の形態において、光学素子５０の窓部５２を、一対の平坦面を有する部位や、貫通孔として形成する例を示したが、これに限られない。例えば、図７に示すように、レンズとして構成されていてもよい。図７に示された例では、窓部５２が凹面レンズとして構成され、発散光束の発散点ｄｐを、走査デバイス６５をなすミラーデバイス６６の回動軸線ＲＡよりも実質的に接近させることができる。図７の例によれば、走査デバイス６５を光学素子５０から離間した位置に配置しながら、窓部５２を透過する光の光路幅ｗａを狭く維持することが可能となる。

さらに、上述した形態において、光学素子５０の光拡散部５３が、各位置に照射されたコヒーレント光を拡げて、当該拡げたコヒーレント光を用いて被照明領域ＬＺの全域を照明する光拡散素子乃至光拡散要素として、ホログラム記録媒体５５を、有している例を示したが、これに限られない。光学素子５０の光拡散部５３は、ホログラム記録媒体５５に代えて或いはホログラム記録媒体５５に加えて、各位置に照射されたコヒーレント光の進行方向を変化させるとともに拡散させて、被照明領域ＬＺの全域をコヒーレント光で照明する光拡散素子としてのレンズアレイを有するようにしてもよい。光拡散素子として機能するレンズアレイの一具体例として、拡散機能を付与された全反射型または屈折型のフレネルレンズやマイクロレンズ等を挙げることができる。

さらに、上述した実施の形態において、照射装置６０が複数波長域の合成光を照射する例を示したが、これに限られない。同様に、光学素子５０の光拡散部５３が、ホログラム記録媒体５５を一つのみ含むようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態において、照射装置６０がコヒーレント光を照射するようにした例を示したが、これに限られず、非コヒーレント光を照射するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態において、照射装置６０が偏向デバイス６４として、走査デバイス６５を有し、折り返し光学系７０及び光学素子５０に対して光が走査するようにして入射する例を示したが、これに限られない。例えば、偏向デバイス６４がスペイシャルフィルタとして形成され、整形された発散光束が照射装置６０から折り返し光学系７０へ照射されるようにしてもよい。

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。

５ 像
６ 散乱板
１０ 投射型映像表示装置
１５ スクリーン
２０ 投射装置
２５ 投射光学系
３０ 空間光変調器
４０ 照明装置
５０ 光学素子
５２ 窓部
５３ 光拡散部
５５ ホログラム記録媒体
５５ａ ホログラム記録媒体
５５ｂ ホログラム記録媒体
５５ｃ ホログラム記録媒体
５８ ホログラム感光材料
６０ 照射装置
６１ 光源機構
６１ａ 光源（第１光源）
６１ｂ 光源（第２光源）
６１ｃ 光源（第３光源）
６４ 偏向デバイス
６５ 走査デバイス
６６ ミラーデバイス（反射デバイス）
６６ａ ミラー（反射面）
７０ 折り返し光学系
７１ 第１反射素子
７２ 第２反射素子
７５ 光吸収体
ＬＺ 被照明領域
ＳＬ 合成光
Ｌａ コヒーレント光（第１コヒーレント光）
Ｌｂ コヒーレント光（第２コヒーレント光）
Ｌｃ コヒーレント光（第３コヒーレント光）

Claims (10)

1. 各位置に入射した光を拡散する光拡散部と、前記光拡散部によって周囲を取り囲まれた窓部と、を含む光学素子と、
   コヒーレント光を照射する照射装置と、
   前記照射装置からの光を前記光学素子へ誘導する折り返し光学系であって、前記照射装置からの光が入射する反射素子を有した折り返し光学系と、を備え、
   前記照射装置からの光は、前記窓部を通過して一方の側から他方の側へと前記光学素子を透過し、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして前記反射素子の各位置に入射し、
   前記光学素子の前記光拡散部は、前記折り返し光学系によって誘導されて前記他方の側から各位置に入射する光を拡散して前記他方の側へ進ませ、前記光学素子の各位置に入射して拡散された光が同一の領域をそれぞれ照明する、照明装置。
2. 前記窓部は、レンズ、前記光学素子に形成された貫通孔、及び、互いに平行な一対の平坦面を有する部位のいずれかである、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記照射装置は、照射した光が前記反射素子上を走査するように、コヒーレント光を照射する、請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記折り返し光学系は、前記反射素子で反射された光を受ける第２反射素子を有し、
   前記第２反射素子で反射された光が前記光学素子へ入射し、
   前記光学素子からの光は、前記反射素子と前記第２反射素子との間を通過する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記照射装置は、波長域が異なる複数の光を照射する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記光拡散部は、前記照射装置から照射される複数の波長域の光の各々に対応して複数の反射型のホログラム記録媒体を積層して含む、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記光拡散部は、反射型のホログラム記録媒体を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記光拡散部は、光の進行方向を変化させるレンズアレイを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 照明装置と、
   前記照明装置によって照明される空間光変調器と、を備え、
   前記照明装置は、
   各位置に入射した光を拡散する光拡散部と、前記光拡散部によって周囲を取り囲まれた窓部と、を含む光学素子と、
   コヒーレント光を照射する照射装置と、
   前記照射装置からの光を前記光学素子へ誘導する折り返し光学系であって、前記照射装置からの光が入射する反射素子を有した折り返し光学系と、を有し、
   前記照射装置からの光は、前記窓部を通過して一方の側から他方の側へと前記光学素子を透過し、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして前記反射素子の各位置に入射し、
   前記光学素子の前記光拡散部は、前記折り返し光学系によって誘導されて前記他方の側から各位置に入射する光を拡散して前記他方の側へ進ませ、前記光学素子の各位置に入射して拡散された光が空間光変調器の同一の領域をそれぞれ照明する、投射装置。
10. 照明装置と、
    前記照明装置によって照明される空間光変調器と、
    前記空間光変調器で得られた変調画像を投影されるスクリーンと、を備え、
    前記照明装置は、
    各位置に入射した光を拡散する光拡散部と、前記光拡散部によって周囲を取り囲まれた窓部と、を含む光学素子と、
    コヒーレント光を照射する照射装置と、
    前記照射装置からの光を前記光学素子へ誘導する折り返し光学系であって、前記照射装置からの光が入射する反射素子を有した折り返し光学系と、を有し、
    前記照射装置からの光は、前記窓部を通過して一方の側から他方の側へと前記光学素子を透過し、発散光束をなす光線の光路をたどるようにして前記反射素子の各位置に入射し、
    前記光学素子の前記光拡散部は、前記折り返し光学系によって誘導されて前記他方の側から各位置に入射する光を拡散して前記他方の側へ進ませ、前記光学素子の各位置に入射して拡散された光が空間光変調器の同一の領域をそれぞれ照明する、投射型映像表示装置。

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