JP6269016B2

JP6269016B2 - 照明装置、投射装置、照射装置および光学素子

Info

Publication number: JP6269016B2
Application number: JP2013258492A
Authority: JP
Inventors: 重牧夫倉
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: JP2015114621A

Description

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

半導体レーザ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（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃｈａｌＳｙｓｔｅｍ）ミラーの性能向上などを背景として、半導体レーザ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を照明する際に、光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を重ねて照明することで、被照明領域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、スクリーン上で発生するスペックルも目立たなくさせる投射装置とを発明した（特許文献１参照）。

特開２０１２−５８４８１号公報

投射装置では、投射スクリーンをできるだけ明るく照明する必要があり、半導体レーザ等のコヒーレント光を出射する光源を用いる場合には、例えば数十個の半導体レーザを並べたレーザアレイを用いることが多い。レーザアレイ上のすべての半導体レーザから出射されたレーザ光を光走査装置上の一点に収束させてから走査させるようにすれば、光走査装置の走査起点と各レーザ光の発散起点をほぼ同じにすることができるため、スペックルを目立たせなくしつつ、簡易な構成で照明輝度を上げることができる。

しかしながら、数十個の半導体レーザからのレーザ光を光走査装置の一点に収束させると、光走査装置に局所的に多大なエネルギーが付与されることになり、光走査装置が破損したり、焼き付きが起きるおそれがある。また、光走査装置の反射面に、高エネルギーに耐えられる高価な材料を用いなければならなくなり、コストアップになる。

そこで、レーザアレイから出射された各コヒーレント光を平行光のままで光走査装置に入射させて、各コヒーレント光を走査させることが考えられる。ところが、光走査装置から出射された各コヒーレント光をコリメートレンズに入射させる場合、コリメートレンズの前側焦点を光走査装置の走査起点に設定すると、それぞれのコヒーレント光のコリメートレンズ後の進行方向は角度的なばらつきを持ってしまう。これは光走査装置の走査起点上でレーザアレイから出射された各コヒーレント光が１点に集まらず、位置的な分布を持っていることによる。このため、コリメートレンズで平行化できなかったコヒーレント光は、光学素子の入射有効領域の一部にしか入射されなくなり、被照明領域の均一化照明が困難になる。光学素子の光拡散角度を十分に大きくとれば被照明領域の均一化照明は可能となるが、被照明領域の周辺も広く照明してしまうことになり、光の利用効率が大きく低下してしまう。

また、光走査装置が反射面を有するＭＥＭＳミラー等で構成されている場合、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。また、安定して長時間動作する光走査装置の場合、多くの場合、共振機構を設けているものが多く、制御信号の波形は、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、スペックルの低減効果が弱くなる。

このように、光走査装置の反射面を所定の振り角で回動させると、周期的にスペックルが視認されてしまうおそれがある。

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、所定領域を明るく均一に照明でき、かつスペックルも目立たせなくすることができる照明装置、投射装置、照射装置および光学素子を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、それぞれがコヒーレント光を出射する複数の光源部を有する光源アレイから出射された複数のコヒーレント光の進行方向を変化させる光走査部と、
前記光走査部で進行方向が変化された前記複数のコヒーレント光のそれぞれを平行光に変換する複数のコリメートレンズを有するコリメートレンズアレイと、
前記複数のコリメートレンズから出射されたコヒーレント光が入射されて、このコヒーレント光を拡散させる光学素子と、を備える照明装置が提供される。

前記複数のコリメートレンズのそれぞれは、前記複数の光源部のいずれか一つに対応づけて設けられてもよい。

前記光学素子は、前記複数のコリメートレンズから出射されたコヒーレント光が入射される複数の要素レンズを有するレンズアレイであってもよく、前記複数のコリメートレンズのそれぞれから出射されたコヒーレント光は、一つ以上の前記要素レンズに入射されてもよい。

前記光学素子は、参照部材の像を再生するための干渉縞が記録されたホログラム記録媒体であってもよい。

前記光走査部で進行方向が変化された前記複数のコヒーレント光のそれぞれは、円または楕円軌道を描いて、対応する前記コリメートレンズに入射されてもよい。

前記光走査部は、
前記複数の光源部から出射された複数のコヒーレント光を反射させる反射面と、
前記反射面を偏芯させて回転させる回転部材と、を有していてもよい。

前記反射面は、前記反射面の法線方向と異なる方向に回転軸を有する前記回転部材に接合されてもよい。

前記光走査部は、前記複数の光源部から出射された複数のコヒーレント光を１軸または２軸方向に走査させてもよい。

前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を集光して、所定領域を重ねて照明する第１集光光学系を備えていてもよい。

前記所定領域またはその光軸後方に配置され、入射されたコヒーレント光を内壁で全反射させながら伝搬させた後に出射する均一化光学系を備えていてもよい。

前記複数の光源部から出射される複数のコヒーレント光のそれぞれを集光して、前記光走査部にそれぞれ入射させる複数の第２集光光学系を備えていてもよい。

本発明の他の一態様では、上述したいずれかに記載の照明装置と、
前記所定領域またはその光軸後方に配置され、前記所定領域を通過するコヒーレント光で照明されて変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を所定の投射部材上に投射する投射光学系と、を備える投射装置が提供される。

また、本発明の他の一態様では、それぞれがコヒーレント光を出射する複数の光源部を有する光源アレイと、
前記複数の光源部から出射された複数のコヒーレント光の進行方向を変化させる光走査部と、
前記光走査部で進行方向が変化された前記複数のコヒーレント光のそれぞれを平行光に変換して、コヒーレント光を拡散させる光学素子のそれぞれ対応する領域に入射させる複数のコリメートレンズを有するコリメートレンズアレイと、を備える照射装置が提供される。

本発明の他の一態様では、それぞれがコヒーレント光を出射する複数の光源部を有する光源アレイから出射された複数のコヒーレント光の進行方向を光走査部により変化させ、
前記光走査部で進行方向が変化された前記複数のコヒーレント光のそれぞれを複数のコリメートレンズを有するコリメートレンズアレイにより平行光に変換し、
前記複数のコリメートレンズから出射されたコヒーレント光が入射されて、このコヒーレント光を拡散させる光学素子が提供される。

前記光学素子は、複数の要素レンズを含むレンズアレイでもよい。

前記光学素子は、ホログラム記録媒体でもよい。

本発明によれば、所定領域を明るく均一に照明でき、かつスペックルも目立たせなくすることができる。

本発明の一実施形態による照明装置を備えた投射装置の概略構成を示すブロック図。反射面６６を回転軸６７に対して偏芯しながら回転させる様子を示す図。図１の一変形例による投射装置の概略構成を示すブロック図。インテグレータロッド７６の出射面と投射光学系７０の間にリレー光学系７７を設けた投射装置の概略構成を示すブロック図。光学素子としてホログラム記録媒体を用いた投射装置の概略構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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、縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから適宜変更したり、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は本発明の一実施形態による照明装置を備えた投射装置の概略構成を示すブロック図である。図１の投射装置２０は、照射装置６０と、コリメートレンズアレイ９０と、光学素子５０と、コンデンサレンズ（第１集光光学系）７０と、光変調器３０と、投射光学系８０とを備えている。光学素子５０と照射装置６０にて照明装置４０が構成される。

照射装置６０は、レーザアレイ６１と走査デバイス（光走査部）６５とを有する。レーザアレイ６１は、それぞれがコヒーレント光（レーザ光）を出射する複数のレーザ光源（光源部）６２を、各レーザ光源６２の光軸と交差する面方向に並べて配置したものである。レーザアレイ６１内の複数のレーザ光源６２は、単一の波長（色）を発するものでもよいし、複数の波長（色）を発するレーザ光源６２を所定の順序で配置したものでもよい。複数のレーザ光源６２のそれぞれは、例えば半導体レーザである。また、複数のレーザ光源６２から出射された単一波長のレーザ光を、複数の光路に分岐させて、それぞれ異なる蛍光体に照射させることで、それぞれ異なる色の複数のレーザ光を生成してもよい。あるいは、複数のレーザ光源６２のそれぞれが白色光を出射するものであってもよい。この場合、カラーフィルタや蛍光体を設けることなく、被照明領域を白色光で照明できる。

また、各レーザ光源６２から出射されたレーザ光のビーム径を細くするために、図１のような集光レンズ（第２集光光学系）６３を設けてもよい。本実施形態では、各レーザ光源６２ごとに別個に集光レンズ６３を設けている。各レーザ光源６２から出射されたレーザ光のビーム径がすでに細い場合は、集光レンズ６３は不要である。

本実施形態において、単一のレーザ光源６２のみを用いるのではなく、複数のレーザ光源６２を有するレーザアレイ６１を用いる理由は、出力パワーを増大させて、被照明領域をより明るく照明するためである。必要な照度に応じて、レーザアレイ６１内のレーザ光源６２の数を設定すればよい。

本実施形態では、レーザアレイ６１内の各レーザ光源６２がそれぞれ平行にレーザ光を発することを念頭に置いている。これは、レーザアレイ６１内のすべてのレーザ光源６２からのレーザ光を走査デバイス６５上の一点に収束させたとすると、この収束点に多大なレーザエネルギーが付与されて、走査デバイス６５の破損や焼き付き等の不具合が生じるおそれがあるためである。

走査デバイス６５は、レーザアレイ６１内の複数のレーザ光源６２から出射された複数のレーザ光の進行方向を変化させる。走査デバイス６５は、例えば、コヒーレント光を全反射させる反射面６６を有し、この反射面６６は回転軸６７に偏芯して取り付けられている。よって、回転軸６７を所定の方向に回転させると、反射面６６は偏芯しながら回転する。したがって、図１に示すように、複数のレーザ光源６２から出射された複数のレーザ光が反射面６６に入射する入射角度は時間に応じて変化し、反射面６６での反射方向も時間に応じて変化する。ここで、偏芯とは、反射面６６の重心位置とは異なる位置に回転軸６７が取り付けられていることを意味し、回転軸６７を回転すると、反射面６６は振動しながら回転する。

図２は走査デバイス６５で反射されたレーザ光の軌跡を示す図である。図２では、簡略化のために、１つのレーザ光源６２から出射されたレーザ光の軌跡を示している。図２に示すように反射面６６が回転軸６７に対して偏芯しながら回転すると、各レーザ光源６２から出射されて反射面６６に入射された各レーザ光は、反射面６６で反射されて、各レーザ光に対応する軸の周りを回転するような軌跡を描きながら、コリメートレンズアレイ９０に入射される。したがって、反射面６６で反射されてコリメートレンズアレイ９０に入射される各レーザ光は、コリメートレンズアレイ９０上で、円または楕円軌道９２を描くようになる。円または楕円軌道９２の径は、反射面６６とコリメートレンズ９１との光学距離に依存し、距離が離れるほど径は大きくなる。

コリメートレンズアレイ９０は、複数のコリメートレンズ９１を各コリメートレンズ９１の光軸に交差する方向に並べたものである。各コリメートレンズ９１は、対応する一つのレーザ光源６２からのレーザ光に対応づけて設けられている。したがって、ｎ（ｎは１以上の整数）個のレーザ光源６２が設けられている場合は、コリメートレンズ９１もｎ個設けられることになる。

各コリメートレンズ９１は、走査デバイス６５の反射面６６で反射された複数のレーザ光のうち、対応するレーザ光を平行光に変換する。各コリメートレンズ９１で平行化されたレーザ光は、光学素子５０であるレンズアレイ５３に入射される。

本実施形態において、各レーザ光源６２に対応づけてコリメートレンズ９１を設ける理由は以下の通りである。複数のレーザ光源６２からのレーザ光を一つのコリメートレンズ９１に入射させたとすると、コリメートレンズ９１によって各レーザ光はそれぞれ平行化されるが、すべてのレーザ光は収束する方向に進み、結果としてレンズアレイ５３の一部の領域にのみレーザ光が入射されてしまう。これに対して、本実施形態のように、各レーザ光源６２ごとに別個にコリメートレンズ９１を設ければ、各コリメートレンズ９１が平行化したレーザ光は、それぞれ収束する方向に進むことなく、レンズアレイ５３の方向に進み、レーザアレイ６１の広い領域にレーザ光を入射させることができる。

なお、走査デバイス６５は、その反射面６６が回転軸６７に対して偏芯しながら回転する場合だけでなく、入射光を１軸または２軸方向に走査させるものでもよい。この場合、コリメートレンズ９１上を１軸または２軸方向にレーザ光が走査することになる。また、走査デバイス６５として、角度の異なる複数の反射面を有し、一定方向に回転するポリゴンミラーを用いてもよい。

図１の光学素子５０は、複数の要素レンズ５４からなるレンズアレイ５３を有する。複数の要素レンズ５４のそれぞれは例えば凹面レンズである。あるいは、複数の要素レンズ５４のそれぞれは凸面レンズでもよい。複数の凹面レンズまたは凸面レンズでレンズアレイ５３を構成する場合は、これら凹面レンズまたは凸面レンズを、各レンズの光軸に直交する面上に並べて配置すればよい。

コリメートレンズアレイ９０内の各コリメートレンズ９１で平行化されたレーザ光は、１個以上の要素レンズ５４に入射される。これにより、レンズアレイ５３内の各要素レンズ５４には、走査デバイス６５で反射されたレーザ光が入射されることになる。上述したように、走査デバイス６５の反射面６６は偏芯した状態で一方向に回転しているため、各コリメートレンズ９１および各要素レンズ５４に入射されるレーザ光は一方向に円または楕円軌道を描くことになる。

走査デバイス６５が反射面６６を所定の振れ角で一軸または二軸方向に回転駆動する場合、各コリメートレンズ９１上のレーザ光の走査方向および走査速度は所定の周期で変化し、特に正弦波での一方向の走査の開始および終了付近では、走査速度がほぼゼロになる。走査速度が遅くなるほどスペックルは視認されやすくなるため、反射面６６を一軸または二軸方向に回転駆動すると、スペックルが目立ちやすくなる時間帯が周期的に現れてしまう。これに対して、本実施形態では、走査デバイス６５の反射面６６で反射されたレーザ光は、対応するコリメートレンズ９１上で、常に同じ方向に同じ速度で円または楕円軌道を描くため、走査速度が常に一定であり、スペックルはより視認されにくくなる。

レンズアレイ５３の光軸後方には、必要に応じてコンデンサレンズ７０が設けられる。コンデンサレンズ７０は、レンズアレイ５３内の各要素レンズ５４が拡散したレーザ光を集光させる作用を行う。コンデンサレンズ７０が集光したレーザ光は、被照明領域を重ねて照明する。
なお、レンズアレイ５３の各要素レンズ５４が被照明領域ＬＺ全体を照明できるよう設計すれば、コンデンサレンズ７０を省略して、レンズアレイ５３での拡散光で直接被照明領域を照明してもよい。

以上のようにして、照射装置６０は、被照明領域ＬＺをレーザ光で重ねて照明する。例えば、レーザ光源６２がそれぞれ異なる色で発光する複数のレーザ光源６２を有する場合は、被照明領域ＬＺは、各色で照明される。したがって、これらレーザ光源６２が同時に発光する場合は、被照明領域ＬＺは３色が混ざり合った白色で照明されることになる。

上述した照射装置６０は、走査デバイス６５の反射面６６を偏芯させながら回転させることで、レーザ光がレンズアレイ５３内の複数の要素レンズ５４の表面上を円状に密に走査するようにしている。このため、レンズアレイを通って被照明領域ＬＺに入射される光の入射方向は連続的に変化する。ここで、光学素子５０から被照明領域ＬＺへのレーザ光の入射方向が僅か（例えば０．数°）だけ変化すれば、被照明領域ＬＺ上に生じるスペックルのパターンも大きく変化し、無相関なスペックルパターンが重畳されることになる。

本実施形態では、被照明領域ＬＺの各位置において時間的にレーザ光の入射方向を変化させており、且つ、この変化は、人間の目で分解不可能な速さである。したがって、仮に被照明領域ＬＺにスクリーンを配置したとすると、各入射角度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から、スクリーン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。本実施形態の場合は、被照明領域ＬＺの位置に重ねて光変調器３０を配置し、この光変調器３０から投射光学系８０を介して拡散スクリーン１５に投射しているが、この場合も同様であり、拡散スクリーン１５上で発生するスペックルが重ねられて平均化されるため、拡散スクリーン１５上で発生するスペックルは目立たなくなる。

光変調器３０は、被照明領域ＬＺの照明光を受けて変調画像を生成する。光変調器３０は、被照明領域ＬＺに重なるように配置されるか、あるいは被照明領域ＬＺの光軸後方側に配置される。

光変調器３０としては、反射型のマイクロディスプレイを用いることが可能である。この場合、光変調器３０での反射光によって変調画像が形成され、光変調器３０へ照明装置４０からコヒーレント光が照射される面と、光変調器３０で生成された変調画像の映像光（反射光）の出射面が同一の面となる。このような反射光を利用する場合、光変調器３０としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いることも可能である。

あるいは、光変調器３０として、透過型の液晶マイクロディスプレイ例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）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液晶マイクロディスプレイが、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、液晶マイクロディスプレイ上に変調画像が形成される。こうして得られた変調画像（映像光）は、投射光学系８０によって、必要に応じて変倍されて拡散スクリーン１５へ投射される。拡散スクリーン１５に投射される変調画像のスペックルパターンは時間的に変化するため、スペックルは不可視化される。

また、光変調器３０の入射面は、照明装置４０がコヒーレント光を照射する被照明領域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、拡散スクリーン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。

光変調器３０で生成された変調画像を拡散スクリーン１５に投射する投射光学系８０は、例えばプロジェクションレンズ８１を有し、光変調器３０で生成された変調画像は、プロジェクションレンズ８１で屈折されて拡散スクリーン１５上に変調画像を投射する。プロジェクションレンズ８１の径や、プロジェクションレンズ８１と光変調器３０との距離や、プロジェクションレンズ８１と拡散スクリーン１５との距離によって、拡散スクリーン１５に投影される変調画像のサイズを調整することができる。図１の拡散スクリーン１５は、透過型であり、投射された変調画像光を拡散する。なお、拡散スクリーン１５は、反射型でもよい。

光変調器３０では、種々の変調画像を生成可能であり、光変調器３０で変調画像を生成して、それを被照明領域ＬＺで照明することで、種々の変調画像を拡散スクリーン上に投射することができる。

カラーの変調画像を形成する場合には、種々の実現手法が考えられる。光変調器３０がＬＣＯＳなどで構成されていて、各画素ごとにカラーフィルタを有する場合には、被照明領域ＬＺを白色光とすることで、光変調器３０で生成される変調画像をカラー化することができる。

あるいは、例えば、赤色の変調画像を生成する光変調器３０と、緑色の変調画像を生成する光変調器３０と、青色の変調画像を生成する光変調器３０とを近接配置し、これら３つの光変調器３０のそれぞれを照明する３つの被照明領域ＬＺを、順次にレンズアレイ５３からの拡散光で照明するようにしてもよい。これにより、３つの光変調器３０で生成された３色の変調画像が合成されて、カラーの変調画像を生成可能となる。このような時分割駆動の代わりに、３つの光変調器３０で同時に生成した３色の変調画像をプリズム等を用いて合成して、カラーの変調画像を生成してもよい。

上述した投射光学系８０は、主には、光変調器３０の変調画像を拡散スクリーン１５に投影するために設けられている。拡散スクリーン１５を設けることで、スペックルが重ねられて平均化される結果、スペックルが目立たなくなる。

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レーザ光が入射してくるが、走査デバイス６５内の反射面を偏芯させながら常に回転させていることから、被照明領域ＬＺへのレーザ光の入射方向も常に変化し続けることになる。結果として、光変調器３０の透過光または反射光によって形成された変調画像光は、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、本実施形態による照明装置４０を用いれば、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レーザ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、相関の無いレーザ光の散乱パターンが多重化されて観察される。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。

このように、本実施形態によれば、被照明領域でのスペックルを視認されにくくするとともに、拡散スクリーン１５に投射される画像のスペックルも視認されにくくすることができる。

被照明領域内の照度分布をできるだけ均一化させるには、コンデンサレンズ７０と光変調器の間に均一化光学系７５を設けるのが望ましい。図３は図１の一変形例による投射装置２０の概略構成を示すブロック図である。図３の投射装置は、図１の構成に加えて、コンデンサレンズ７０と光変調器の間に配置される均一化光学系７５を備えている。

均一化光学系７５は、例えばインテグレータロッド７６を用いて構成可能である。インテグレータロッド７６は、筒状になっており、その入射面に入射されたコヒーレント光をロッドの内壁で全反射させながら出射面方向に伝搬させる。これにより、均一化光学系７５の出射面からは、出射面内の全域で光量が均一なコヒーレント光が出射される。ここで、均一化の程度は、個々の使用形態によって異なるが、概略的な目安としては、出射面での輝度分布のばらつきが１０%以内である。

インテグレータロッド７６は、レンズアレイ５３で拡散されたレーザ光の大半がロッドの内壁で全反射するようにコンデンサレンズ７０と光変調器３０の間で位置決めされる。

インテグレータロッド７６の出射面は、その全域での照度分布が均一である。よって、この出射面を被照明領域ＬＺとすればよく、この場合、光変調器３０はインテグレータロッド７６の出射面に近接して配置される。あるいは、図４に示すように、インテグレータロッド７６の出射面と投射光学系７０の間にリレー光学系７７を設けて、このリレー光学系７７のさらに後方に光変調器３０を設けてもよい。この場合、インテグレータロッド７６の出射面位置と光変調器３０の位置とは共役の関係になるように位置決めされる。

集光光学系７０は、光学素子５０で拡散されたコヒーレント光を集光する。均一化光学系７５は、集光光学系７０により集光されたコヒーレント光を全反射させながら伝搬させた後に出射面から出射する。均一化光学系７５の出射面は均一な光量で照明されるため、均一化光学系７５の出射面を面照明光として用いることができる。図１では、均一化光学系７５の出射面を被照明領域ＬＺとしている。均一化光学系７５を設けることで、被照明領域ＬＺ内の全域が均一な光量で照明されることになる。

図１では、光学素子５０としてレンズアレイ５３を用いる例を説明したが、レンズアレイ５３の具体例としては、拡散機能を有する全反射型または屈折型のフレネルレンズや、フライアイレンズなどを適応可能である。

また、光学素子５０は必ずしもレンズアレイ５３には限らず、例えばホログラム記録媒体を用いてもよい。図５は光学素子５０としてホログラム記録媒体５５を用いた投射装置２０の一例を示すブロック図である。図５のホログラム記録媒体５５には、被照明領域ＬＺに散乱板の像を再生し得る干渉縞が形成されている。ホログラム記録媒体５５に照射装置６０からのコヒーレント光が照射されると、干渉縞で回折されたコヒーレント光が発散光（拡散光）となって放射される。より詳細には、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、ホログラム記録媒体５５で回折されて、集光光学系７０を通過した後に、インテグレータロッド７６に入射される。

ホログラム記録媒体５５は、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラムでもよいし、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。また、光学素子５０は、透過型の体積型ホログラム記録媒体５５を含んでいてもよいし、レリーフ型（エンボス型）のホログラム記録媒体５５を含んでいてもよい。

あるいは、光学素子５０は、拡散板で構成することも可能である。拡散板としては、オパールガラスやすりガラス等のガラス部材、あるいは樹脂拡散板などが考えられる。拡散板は、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光を拡散させるため、ホログラム記録媒体５５やレンズアレイ５３を用いた場合と同様に、種々の方向から被照明領域ＬＺを照明することができる。なお、本実施形態における光学素子５０における「拡散」とは、入射光を所定の方向に角度的に拡げて出射することを指し、回折光学素子５０やレンズアレイ５３等による拡散角が十分に制御された場合のみならず、オパールガラス等の散乱粒子により出射角を拡げる場合も含まれるものとする。

このように、本実施形態では、複数のレーザ光源６２のそれぞれに対応づけてコリメートレンズ９１を設けるため、各レーザ光源６２から放射されて走査デバイス６５で反射された各レーザ光は、対応するコリメートレンズ９１で平行化されてレンズアレイ５３に入射されることになる。これにより、レンズアレイ５３の広い範囲にレーザ光を照射させることができ、被照明領域の照度を均一化できる。

また、走査デバイス６５にて、反射面６６を偏芯させながら回転させることで、レーザ光がコリメータレンズ上で円または楕円軌道を描くことになり、走査速度が常に一定となり、スペックルがより視認されにくくなる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１５拡散スクリーン、２０投射装置、３０光変調器、４０照明装置、５０光学素子、５３レンズアレイ、５４要素レンズ、６０照射装置、６１レンズ光源、６５走査デバイス、７０コンデンサレンズ、７５均一化光学系、７６インテグレータロッド、７７リレー光学系、８０投射光学系、８１プロジェクションレンズ、９０コリメートレンズアレイ、９１コリメートレンズ

Claims

それぞれがコヒーレント光を出射する複数の光源部を有する光源アレイから出射された複数のコヒーレント光の進行方向を変化させる光走査部と、
前記光走査部で進行方向が変化された前記複数のコヒーレント光のそれぞれを平行光に変換する複数のコリメートレンズを有するコリメートレンズアレイと、
前記複数のコリメートレンズから出射されたコヒーレント光が入射されて、このコヒーレント光を拡散させる光学素子と、を備える照明装置。
前記複数のコリメートレンズのそれぞれは、前記複数の光源部のいずれか一つに対応づけて設けられる請求項１に記載の照明装置。
前記光学素子は、前記複数のコリメートレンズから出射されたコヒーレント光が入射される複数の要素レンズを有するレンズアレイであり、
前記複数のコリメートレンズのそれぞれから出射されたコヒーレント光は、一つ以上の前記要素レンズに入射される請求項１または２に記載の照明装置。
前記光学素子は、参照部材の像を再生するための干渉縞が記録されたホログラム記録媒体である請求項１または２に記載の照明装置。
前記光走査部で進行方向が変化された前記複数のコヒーレント光のそれぞれは、円または楕円軌道を描いて、対応する前記コリメートレンズに入射される請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
前記光走査部は、
前記複数の光源部から出射された複数のコヒーレント光を反射させる反射面と、
前記反射面を偏芯させて回転させる回転部材と、を有する請求項５に記載の照明装置。
前記反射面は、前記反射面の法線方向と異なる方向に回転軸を有する前記回転部材に接合される請求項６に記載の照明装置。
前記光走査部は、前記複数の光源部から出射された複数のコヒーレント光を１軸または２軸方向に走査させる請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を集光して、所定領域を重ねて照明する第１集光光学系を備える請求項１乃至８のいずれかに記載の照明装置。
前記所定領域またはその光軸後方に配置され、入射されたコヒーレント光を内壁で全反射させながら伝搬させた後に出射する均一化光学系を備える請求項９に記載の照明装置。
前記複数の光源部から出射される複数のコヒーレント光のそれぞれを集光して、前記光走査部にそれぞれ入射させる複数の第２集光光学系を備える請求項１乃至１０のいずれかに記載の照明装置。
請求項１乃至１１のいずれかに記載の照明装置と、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光にて重ねて照明される所定領域、または前記所定領域の光軸後方に配置され、前記所定領域を通過するコヒーレント光で照明されて変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を所定の投射部材上に投射する投射光学系と、を備える投射装置。
それぞれがコヒーレント光を出射する複数の光源部を有する光源アレイと、
前記複数の光源部から出射された複数のコヒーレント光の進行方向を変化させる光走査部と、
前記光走査部で進行方向が変化された前記複数のコヒーレント光のそれぞれを平行光に変換して、コヒーレント光を拡散させる光学素子のそれぞれ対応する領域に入射させる複数のコリメートレンズを有するコリメートレンズアレイと、を備える照射装置。