JP6322926B2 - Illumination device, projection device, and projection display device - Google Patents
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Description
本発明は、互いに異なる波長域の第1光および第2光を射出する照射装置と、第1光及び第2光の光路を所望の方向に曲げる回折光学素子と、を有した照明装置に関する。また、本発明は、この照明装置を含んだ投射装置及び投射型表示装置に関する。 The present invention relates to an illumination device having an irradiation device that emits first light and second light in different wavelength ranges, and a diffractive optical element that bends the optical paths of the first light and second light in a desired direction. The present invention also relates to a projection device and a projection display device including the illumination device.
例えば特許文献1に示すように、複数波長域の光を用いた照明装置が広く用いられている。このような照明装置では、各波長域の光の光路を、回折光学素子を用いて調整している。しかしながら、ホログラム記録媒体に代表される回折光学素子での回折角度は、波長に応じて変化する。したがって、同一方向から回折光学素子に入射した異なる波長域の光は、異なる方向へ回折される。すなわち、各波長域の光によって照明される領域にずれが生じてしまう。結果として、照明装置によって照明される領域の周縁部において色味がついてしまう、さらには、特定の波長域の光によって被照明領域の全域を照明することができなくなることすら生じ得る。 For example, as shown in Patent Document 1, illumination devices using light in a plurality of wavelength ranges are widely used. In such an illuminating device, the optical path of light in each wavelength region is adjusted using a diffractive optical element. However, the diffraction angle in a diffractive optical element typified by a hologram recording medium changes according to the wavelength. Therefore, light in different wavelength ranges incident on the diffractive optical element from the same direction is diffracted in different directions. That is, a shift occurs in the area illuminated by light in each wavelength range. As a result, the peripheral edge of the area illuminated by the illumination device may be tinted, and even the entire illuminated area may not be illuminated with light in a specific wavelength range.
また、特許文献1に示すように、照明装置は、空間光変調器を照明するための装置として用いられることがある。空間光変調器は、各波長域の光によって、その全域を照明される必要がある。このため、空間光変調器は、各波長域の光によって照明される領域の重複領域内に配置されなければならない。したがって、各波長域の光で照明される領域にずれが生じていると、光の利用効率が大幅に低下してしまうことになる。すなわち、空間光変調器を照明する照明装置においては、各波長域の光によって照明される領域にずれが生じてしまう問題が、より重要な問題となる。 Moreover, as shown in Patent Document 1, the illumination device may be used as a device for illuminating the spatial light modulator. The spatial light modulator needs to be illuminated over the entire area by light in each wavelength range. For this reason, the spatial light modulator must be arranged in an overlapping region of regions illuminated by light in each wavelength region. Therefore, if there is a shift in the area illuminated with light in each wavelength range, the light utilization efficiency will be significantly reduced. That is, in the illuminating device that illuminates the spatial light modulator, a problem that a shift occurs in an area illuminated by light in each wavelength band becomes a more important problem.
さらに、昨今では、特許文献1に開示されているように、コヒーレント光がホログラム記録媒体上を走査するようにして当該ホログラム記録媒体へコヒーレント光を照射することにより、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、ホログラム記録媒体上の各位置に入射した光が、それぞれ、少なくとも一部分において重なる領域を照明するようになっている。この装置においては、各波長域の光によって照明される領域にずれが生じてしまう問題が、より顕著に生じてしまう可能性がある。 Furthermore, recently, as disclosed in Patent Document 1, by irradiating the hologram recording medium with coherent light so that the coherent light scans on the hologram recording medium, the area illuminated by the illumination light is detected. Research has been conducted to suppress the generation of speckles in the sea. In such an illuminating device, light incident on each position on the hologram recording medium illuminates a region where the light overlaps at least partially. In this apparatus, there is a possibility that a problem that a shift occurs in an area illuminated by light in each wavelength band is more prominent.
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、第1光によって照明されるべき領域と、第1光とは異なる波長域の第2光によって照明されるべき領域と、のずれを効果的に緩和することができる照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and a deviation between a region to be illuminated by the first light and a region to be illuminated by the second light having a wavelength region different from that of the first light. It aims at providing the illuminating device which can relieve effectively.
本発明による照明装置は、
第1波長域の第1光および前記第1波長域とは異なる第2波長域の第2光を射出する照射装置と、
前記照射装置からの前記第1光及び前記第2光を回折する回折光学素子と、
頂部を形成する一対の主面と、前記頂部に対向して前記一対の主面間を延びる底部と、を有するプリズムであって、前記第1光及び前記第2光が前記一対の主面を通過するように配置されたプリズムと、を備え、
前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第1光及び前記第2光は、前記回折光学素子の法線方向に進み或いは前記プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第1光及び前記第2光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む。
The lighting device according to the present invention comprises:
An irradiation device that emits first light in a first wavelength region and second light in a second wavelength region different from the first wavelength region;
A diffractive optical element that diffracts the first light and the second light from the irradiation device;
A prism having a pair of main surfaces forming a top portion and a bottom portion facing the top portion and extending between the pair of main surfaces, wherein the first light and the second light pass through the pair of main surfaces. A prism arranged to pass through,
In observation from a direction orthogonal to both the direction connecting the top and bottom of the prism and the normal direction of the diffractive optical element, the first light and the second light incident on the diffractive optical element are: Proceeding in the direction normal to the diffractive optical element or in the direction inclined to one side with respect to the normal direction of the diffractive optical element so as to go from the top side to the bottom side of the prism, the diffraction The first light and the second light diffracted by the optical element travel in a direction inclined at a larger angle than before diffraction to the one side with respect to the normal direction of the diffractive optical element.
本発明による照明装置において、前記プリズムは、前記照射装置から射出された前記第1光及び前記第2光の光路に沿って、前記回折光学素子よりも上流側に位置していてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the prism may be positioned upstream of the diffractive optical element along the optical path of the first light and the second light emitted from the irradiation device.
本発明による照明装置において、前記プリズムは、前記照射装置から射出された前記第1光及び前記第2光の光路に沿って、前記回折光学素子よりも下流側に位置していてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the prism may be positioned downstream of the diffractive optical element along the optical path of the first light and the second light emitted from the irradiation device.
本発明による照明装置において、前記照射装置は、前記第1光の平行光束を射出し且つ前記第2光の平行光束を射出するようにしてもよい。 In the illumination device according to the present invention, the irradiating device may emit a parallel light flux of the first light and a parallel light flux of the second light.
本発明による照明装置において、前記照射装置は、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第1光及び前記第2光の光路における上流側に位置した一方上を走査するように、前記第1光及び前記第2光を照射してもよい。 In the illuminating device according to the present invention, the irradiating device scans the first one of the prism and the diffractive optical element that is located upstream in the optical path of the first light and the second light. You may irradiate light and said 2nd light.
本発明による照明装置において、前記第1光及び前記第2光は、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第1光及び前記第2光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に、一定の方向に沿って入射するようにしてもよい。 In the illuminating device according to the present invention, the first light and the second light are respectively on the one of the prism and the diffractive optical element that is located upstream in the optical path of the first light and the second light. You may make it inject into a position along a fixed direction.
本発明による照明装置において、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第1光及び前記第2光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に入射した前記第1光は、それぞれ、その後に前記回折光学素子で回折されて互いに少なくとも一部分において重なる領域を照明し、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第1光及び前記第2光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に入射した前記第2光は、それぞれ、その後に前記回折光学素子で回折されて互いに前記一部分において重なる領域を照明するようにしてもよい。 In the illuminating device according to the present invention, the first light incident on each position on the one of the prism and the diffractive optical element located on the upstream side in the optical path of the first light and the second light is respectively And then illuminating a region that is diffracted by the diffractive optical element and overlaps at least in part with each other, and the one of the prism and the diffractive optical element located on the upstream side in the optical path of the first light and the second light The second light incident on each of the upper positions may be diffracted by the diffractive optical element and then illuminate areas overlapping each other.
本発明による照明装置が、頂部を画成する一対の主面と、前記頂部に対向して前記一対の主面間を延びる底部と、を有する第2プリズムであって、前記第1光及び前記第2光が前記一対の主面を通過するように配置された第2プリズム、をさらに備え、
前記第2プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向は、前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向と交差し、
前記第2プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第1光及び前記第2光は、前記回折光学素子の法線方向に進み或いは前記第2プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第1光及び前記第2光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進むようにしてもよい。
The illumination device according to the present invention is a second prism having a pair of main surfaces defining a top portion and a bottom portion facing the top portion and extending between the pair of main surfaces, wherein the first light and the A second prism disposed so that the second light passes through the pair of main surfaces;
The direction connecting the top and the bottom of the second prism intersects the direction connecting the top and the bottom of the prism,
The first light and the second light incident on the diffractive optical element in observation from a direction orthogonal to both the direction connecting the top and the bottom of the second prism and the normal direction of the diffractive optical element Is in a direction inclined to one side with respect to the normal direction of the diffractive optical element so as to proceed in the normal direction of the diffractive optical element or from the top side to the bottom side of the second prism. The first light and the second light diffracted by the diffractive optical element travel in a direction inclined at a larger angle than before diffraction to the one side with respect to the normal direction of the diffractive optical element. Also good.
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コヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を備える。
The projection apparatus according to the present invention
Any of the lighting devices according to the invention described above;
A spatial light modulator disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.
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、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備える。
The projection display device according to the present invention is
Any of the projection devices according to the invention described above;
And a screen on which the modulated image obtained on the spatial light modulator is projected.
本発明によれば、照明装置から投射される第1光の進行方向と、照明装置から投射される第1光とは異なる波長域の第2光の進行方向と、のずれを効果的に緩和することができる。この結果、第1光によって照明されるべき領域と、第2光によって照明されるべき領域と、のずれを効果的に緩和することができる。 According to the present invention, the deviation between the traveling direction of the first light projected from the lighting device and the traveling direction of the second light in a wavelength region different from the first light projected from the lighting device is effectively reduced. can do. As a result, it is possible to effectively relieve the deviation between the region to be illuminated by the first light and the region to be illuminated by the second light.
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、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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for ease of understanding, the scale and the vertical / horizontal dimensional ratio are appropriately changed and exaggerated from those of the actual ones.
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。 In addition, as used in this specification, the shape and geometric conditions and the degree thereof are specified, for example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, length and angle values, etc. are strictly Without being bound by meaning, it should be interpreted including the extent to which similar functions can be expected.
図1乃至図9は本発明の一実施の形態及びその変形例を説明するための図である。このうち図1〜図4は、本発明による照明装置の一実施の形態を説明するための図である。図1は、照明装置の構成を模式的に示す斜視図であり、図2は、照明装置の側面図である。図3及び図4は、それぞれ、照明装置に含まれる回折光学素子およびプリズムを示す側面図である。 1 to 9 are diagrams for explaining one embodiment of the present invention and its modification. Among these, FIGS. 1-4 is a figure for demonstrating one Embodiment of the illuminating device by this invention. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the lighting device, and FIG. 2 is a side view of the lighting device. 3 and 4 are side views showing a diffractive optical element and a prism included in the illumination device, respectively.
図1〜図4に示すように、照明装置11は、光を射出する照射装置51と、照射装置51からの光を回折する回折光学素子21と、照射装置51からの光の光路を曲げるプリズム31と、を有している。この照明装置11は、図2に示すように、仮想面上に位置する被照明領域LZを照明する装置である。図1及び図2に示すように、照射装置51は、互いに異なる波長域の第1光L11,L21及び第2光L12,L22を少なくとも射出する。回折光学素子21は、回折作用によって照射装置51からの光の進行方向を曲げて、照射装置51からの光を被照明領域LZに向ける。一方、プリズム31は、波長に基づく回折光学素子21での回折作用の程度の差を解消すべく、波長毎に光の進行方向を補正する。このプリズム31での作用により、ここで説明する照明装置11は、第1光L11,L21によって照明されるべき領域と、第1光L11,L21とは異なる波長域の第2光L12,L22によって照明されるべき領域と、のずれを効果的に緩和するようになっている。このプリズム31として、いわゆる頂角プリズムを用いることができる。以下、照明装置11の各構成要素について説明する。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
照射装置51は、上述したように、互いに異なる複数の波長域の光を射出する。図示された例において、照射装置51は、第1光L11,L21及び第2光L12,L22を射出しているが、これに限られない。例えば、赤色光、緑色光、青色光の三種類の波長帯域の光を射出することができるようにしてもよい。照射装置51は、特定波長域の光を射出する光源、例えばコヒーレント光を射出するレーザ光源を含んで構成される。
As described above, the
回折光学素子21は、回折作用により、光の進行方向を変化させる光学素子である。回折光学素子21として、典型的にはホログラム記録媒体を例示することができる。図3には、回折光学素子21の一例が示されている。図3の回折光学素子21は、凹凸面21aを有した回折格子として形成されており、レリーフ型の透過型ホログラム記録媒体にも該当する。ただし、図3に示された例に限られず、透過型の体積型ホログラムを、回折光学素子21として用いることもできる。
The diffractive
図3の示すように、回折光学素子21での回折作用は、次の式(a)で表される。
d×sinθx=λ ・・・式(a)
式(a)中におけるdは、回折光学素子21の凹凸面21aをなす単位構造の配列ピッチであり、θxは、回折光学素子21の法線方向ndに沿って当該回折光学素子21に入射した光の回折角度であり、λは、回折光学素子21で回折される光の波長である。回折光学素子21の回折角度θxは、回折される光の波長に応じて変化する。すなわち、回折光学素子21では、長波長の光の方が大きく進路を変更するようになる。そして、第1光の波長を第1波長域λ1として、第2光の波長を第2波長域λ2とすると、同一方向から回折光学素子21に入射した第1波長域λ1の第1光および第2波長域λ2の第2光は、次の式(b)で表される角度Δθxだけずれた方向に回折されることになる。
Δθx=sin−1(λ1/d)−sin−1(λ2/d) ・・・式(b)
As shown in FIG. 3, the diffractive action of the diffractive
d × sin θ x = λ Formula (a)
In the formula (a), d is the arrangement pitch of the unit structures forming the concavo-
Δθ x = sin −1 (λ 1 / d) −sin −1 (λ 2 / d) Expression (b)
なお、「法線方向」とは、対象となる部材のシート面(板面、フィルム面)への法線方向を意味している。また、対象となる部材のシート面(板面、フィルム面)とは、全体的かつ大局的に見た場合において対象となる部材の平面方向と一致する面のことを指す。 The “normal direction” means a normal direction to the sheet surface (plate surface, film surface) of the target member. Further, the sheet surface (plate surface, film surface) of the target member refers to a surface that coincides with the planar direction of the target member when viewed as a whole and globally.
プリズム31は、頂角32を画成する一対の主面33a,33bを有している。一対の主面33a,33bにおける一側に頂部35が形成され、一対の主面33a,33bにおける他側に底部34が形成されている。一対の主面33a,33bの間において、頂部35と底部34とは互いに対向して配置されている。図示された例において、頂角32によって、頂部35が形成されている。一対の主面33a,33bが、照射装置51から投射されて回折光学素子21を介して被照明領域LZに向かう光の光路を横切るよう、プリズム31は配置されている。すなわち、照射装置51から投射された第1光及び第2光は、プリズム31を通過する。一対の主面33a,33bは、非平行、すなわち交差している。したがって、図4に示すように、第1光及び第2光は、一対の主面33a,33bを通過してプリズム31を透過する際に、屈折によってその進行方向を曲げる。
The
プリズム31の頂角32が十分に小さい場合、具体的には、頂角32の角度をθとするとsinθ=θと近似できる程度に小さい場合には、プリズム31での屈折による進路変更作用は、次の式(c)で考えればよい。
θy=(n−1)×θa ・・・式(c)
式(c)中におけるnは、プリズム31の屈折率であり、θaは、頂角32の角度の値(すなわち、一対の主面33a,33bの相対傾斜角度の値)である。一方、θyは、プリズム31への入射光とプリズム31からの出射光との光路がなす角度の値であり、プリズム31を透過する前後における光路のずれの大きさを表している。ただし、波長に応じて、プリズム31の屈折率nは変化する。一般に、短波長の光に対する屈折率が高くなる。このため、プリズム31では、短波長の光の方が大きく進路を変更するようになる。そして、第1光の波長を第1波長域λ1として、第2光の波長を第2波長域λ2とすると、同一方向からプリズム31に入射した第1光および第2光は、次の式(d)で表される角度Δθyだけずれた方向に向けて当該プリズム31から出射する。
Δθy=(nλ2−nλ1)×θa ・・・式(d)
When the apex angle 32 of the
θ y = (n−1) × θ a Formula (c)
N is in the formula (c), the refractive index of the
Δθ y = (n λ2 −n λ1 ) × θ a (formula (d))
なお、図示された例において、プリズム31は、三角柱状に形成されている。したがって、プリズム31は、実際に頂角32を有しており、頂角32が頂部35をなしている。また、プリズム31は、一対の主面33a,33bが接続する位置に形成された稜線32aを有する。しかしながら、この例に限られず、プリズム31が、例えば台形柱状に形成されて現実の頂角32を含まないようにしてもよい。頂角32を含まないプリズム31であっても、一対の主面33a,33bの相対傾斜角が調整されていれば、頂角32を含むプリズム31と同様の作用効果を発揮することができる。
In the illustrated example, the
本実施の形態では、照射装置51からの光の光路を被照明領域LZに向ける回折光学素子21において必然的に生じてしまっていた波長分散現象、すなわち、回折された光の進行方向が波長毎に異なるようになる現象を、プリズム31によって少なくとも緩和するようになっている。具体的には、図2に示すように、プリズム31での波長分散現象、すなわち、プリズム31を透過した光の進行方向が波長毎に異なるようになる現象によって、回折光学素子21で波長分散現象を打ち消している。これにより、照射装置51から射出された互いに異なる複数の波長域の光を、プリズム31を透過し且つ回折光学素子21で回折された後に、概ね同一の方向に進ませるようにしている。とりわけ、上述した式(c)中のΔθxと式(d)中のΔθyとが同一となるように回折光学素子21及びプリズム31を設計しておくことにより、被照明領域LZに向かう第1光及び第2光の進行方向を平行にすることも可能となる。
In the present embodiment, the wavelength dispersion phenomenon that has inevitably occurred in the diffractive
なお、図2に示された例において、照射装置51は、第1光L21の平行光束を射出し且つ第2光L22の平行光束を射出するようになっている。第1光L21の平行光束及び第2光L22の平行光束は、互いに平行な方向に進み且つ互いに同一の領域に向かって進む。また、プリズム31は、照射装置51から射出された第1光L21及び第2光L22の光路に沿って、回折光学素子21よりも上流側に位置している。図2は、プリズム31の頂部35と底部34とを結ぶ方向および回折光学素子21の法線方向ndの両方に直交する方向から、照明装置11を示している。回折光学素子21へ入射する第1光L21及び第2光L22は、回折光学素子21の法線方向ndに進み或いはプリズム31の頂部35の側(図2における紙面の上側)から底部34の側(図2における紙面の下側)へ向かうように回折光学素子21の法線方向ndに対して一方の側へ傾斜した方向に進んでいる。回折光学素子21で回折された第1光L21及び第2光L22は、回折光学素子21の法線方向ndに対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進むようになる。このような回折光学素子21及びプリズム31の配置によれば、回折光学素子21で生じる波長に応じた回折方向のずれを、プリズム31で生じる波長に応じた透過方向(屈折方向)のずれによって補正することができる。
In the example shown in FIG. 2, the
以上のような本実施の形態によれば、第1光L11,L21及び第2光L21,L22の光路上にプリズム31が設けられている。そして、プリズム31の頂部35と底部34とを結ぶ方向および回折光学素子21の法線方向ndの両方と直交する方向からの観察において、回折光学素子21へ入射する第1光L11,L21及び第2光L12,L22は、回折光学素子21の法線方向ndに進み或いはプリズム31の頂部35の側から底部34の側へ向かうように回折光学素子21の法線方向ndに対して一方の側へ傾斜した方向に進み、回折光学素子21で回折された第1光L11,L21及び第2光L12,L22は、回折光学素子21の法線方向ndに対して一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む。このような照明装置11においては、同一の方向から回折光学素子21に入射した際に生じる、当該回折光学素子21での第1光L11,L21の回折方向と第2光L12,L22の回折方向とのずれを緩和させるよう、プリズム31は、第1光L11,L21の進行方向および第2光L12,L22の進行方向を変化させる。この結果、照明装置11から投射された照明光としての第1光L11,L21の進行方向と第2光L12,L22の進行方向とを効果的に揃えることが可能となる。したがって、照明装置11から射出する第1光L11,L21によって照明される領域と、照明装置から射出する第2光L12,L22によって照明される領域と、を効果的に揃えることが可能となる。これにより、照明装置11によって照明されるべき被照明領域LZの全域を第1光L11,L21および第2光L12,L22によって照明することが可能となる。また、照明装置11によって照明されるべき被照明領域LZの外縁部に色むらが目立ってしまうことを効果的に防止することができる。
According to the present embodiment as described above, the
また、本実施の形態では、照射装置51は、第1光L11,L21の平行光束を射出し且つ第2光L12,L22の平行光束を射出する。このような本実施の形態によれば、回折光学素子21の各位置への第1光L11,L21の入射方向を揃えることが可能となり且つプリズム31の各位置への第1光L11,L21の入射方向を揃えることが可能となる。この結果、照明装置11から射出する第1光L11,L21の進行方向をプリズム31によって均一に補正することができる。同様に、回折光学素子21の各位置への第2光L12,L22の入射方向を揃えることが可能となり且つプリズム31の各位置への第2光L12,L22の入射方向を揃えることが可能となる。この結果、照明装置11から射出する第2光L12,L22の進行方向をプリズム31によって均一に補正することが可能となる。結果として、照明装置11から射出する第1光L11,L21及び第2光L12,L22の進行方向をより効果的に揃えることができる。
Moreover, in this Embodiment, the
なお、上述した一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。 Various modifications can be made to the above-described embodiment. Hereinafter, an example of modification will be described with reference to the drawings. In the following description and the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above embodiment are used for the parts that can be configured in the same manner as in the above embodiment. A duplicate description is omitted.
まず、上述した実施の形態において、プリズム31は、照射装置51から射出された第1光L11,L21及び第2光L12,L22の光路に沿って、回折光学素子21よりも上流側に配置されていた。しかしながら、図5に示された照明装置12にように、プリズム31は、照射装置51から射出された第1光L51及び第2光L52の光路に沿って、回折光学素子21よりも下流側に配置されていてもよい。図5に示された照明装置12によっても、上述した一実施の形態と同一の作用効果を得ることができる。
First, in the above-described embodiment, the
さらに、上述した実施の形態において、照明装置11が、プリズム31を一つだけ含んでいる例を示した。そして、上述した実施の形態では、プリズム31の頂部35と底部34とを結ぶ一方向に沿って、回折光学素子21による波長分散を緩和するようにしていた。しかしながら、図6及び図7に示された照明装置13のように、プリズム31に加えて、第2プリズム41が設けられていてもよい。
Furthermore, in the embodiment described above, an example in which the
図6及び図7に示す例において、第2プリズム41は、プリズム31と同様に、頂角42を画成する一対の主面43a,43bを有している。一対の主面43a,43bにおける一側に頂部45が形成され、一対の主面43a,43bにおける他側に底部44が形成されている。一対の主面43a,43bの間において、頂部45と底部44とは互いに対向して配置されている。図示された例において、頂角42によって、頂部45が形成されている。一対の主面43a,43bが、照射装置51から投射されて回折光学素子21を介して被照明領域LZに向かう光の光路を横切るよう、第2プリズム41は配置されている。一対の主面43a,43bは、非平行である。この結果、図7に示すように、第1光L71及び第2光L72は、一対の主面43a,43bを通過して第2プリズム41を透過する際に、屈折によってその進行方向を曲げる。
In the example shown in FIGS. 6 and 7, the
すなわち、第2プリズム41は、プリズム31と同様に、屈折によって光の進行方向を曲げる機能を有している。ただし、第2プリズム41の頂部45と底部44とを結ぶ方向は、プリズム31の頂部35と底部34とを結ぶ方向と非平行である。したがって、プリズム31と第2プリズム41とでは、照射装置51からの光を曲げる方向が異なっている。
That is, like the
図7は、第2プリズム41の頂部45と底部44とを結ぶ方向および回折光学素子21の法線方向ndの両方と直交する方向から、照明装置13を示している。すなわち、図7は、図6の照明装置13の上面図に相当する。回折光学素子21へ入射する第1光L71及び第2光L72は、回折光学素子21の法線方向ndに進み或いは第2プリズム41の頂部45の側(図7における紙面の下側)から底部34の側(図2における紙面の上側)へ向かうように回折光学素子21の法線方向ndに対して一方の側へ傾斜した方向に進んでいる。回折光学素子21で回折された第1光L71及び第2光L72は、回折光学素子21の法線方ndに対して一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進むようになる。このような照明装置13によれば、回折光学素子21で生じる波長に応じた回折方向のずれを、上述したプリズム31で生じる波長に応じた透過方向(屈折方向)のずれに加えて、第2プリズム41で生じる波長に応じた透過方向(屈折方向)のずれによっても補正することができる。
FIG. 7 shows the
すなわち、図6及び図7に示された例によれば、第1プリズム31の頂部35と底部34とを結ぶ方向に沿って、照明装置13から射出する第1光L71によって照明される領域と照明装置13から射出する第2光L72によって照明される領域とを効果的に揃えることが可能となる。加えて、第2プリズム41の頂部45と底部44とを結ぶ方向に沿って、照明装置13から射出する第1光L71によって照明される領域と照明装置13から射出する第2光L72によって照明される領域とを効果的に揃えることが可能となる。言い換えると、第1プリズム31の頂部35と底部34とを結ぶ第1の方向に沿って、第1光L71によって照明される領域と第2光L72によって照明される領域とを揃えることができるとともに、第2プリズム41の頂部45と底部44とを結ぶ前記第1の方向とは非平行な第2の方向に沿っても、第1光L71によって照明される領域と第2光L72によって照明される領域とを揃えることができる。これらの結果、第1光L71によって照明される領域と、第2光L72によって照明される領域と、を極めて効果的に揃えることが可能となる。
That is, according to the example shown in FIGS. 6 and 7, the region illuminated by the first light L <b> 71 emitted from the
なお、図6及び図7に示された例において、第2プリズム41、プリズム31及び回折光学素子21が、照射装置51から射出された光の光路に沿って、この順番で配置されている。しかしながら、第2プリズム41、プリズム31及び回折光学素子21の配置順は、特に限定されるものではない。また、図6及び図7に示された例において、第2プリズム41は、三角柱状に形成されている。したがって、頂第2プリズム41は、実際に頂角42を有しており、頂角42が頂部45をなしている。また、第2プリズム41は、一対の主面43a,43bが接続する位置に形成された稜線42aを有している。しかしながら、この例に限られず、第2プリズム41は、上述したプリズム31と同様に、例えば台形柱状に形成されて頂角42を実際には含まないようにしてもよい。頂角42を含まない第2プリズム41であっても、一対の主面43a,43bの相対傾斜角が調整されていれば、頂角42を含むプリズム41と同様の作用効果を発揮することができる。
In the example shown in FIGS. 6 and 7, the
さらに、上述した実施の形態において、照射装置51が、互いに異なる複数の波長域の光を平行光束として照射する例を示した。しかしながら、図8に示された照明装置14のように、照射装置54が、プリズム31および回折光学素子21のうちの複数の波長域の光の光路における上流側に位置した一方上を走査するように、光を照射してもよい。なお、図8に示された照明装置14の照射装置54は、少なくとも第1光および第2光を含む複数の波長域の光を射出するが、照射装置54の構成の理解を容易にするため、図8及び図8に関連して後に言及する図9においては、波長毎に光を図示することを省略し、合成光SLとしての光路を示している。
Furthermore, in the above-described embodiment, an example has been shown in which the
図8に示された例においては、照射装置54は、プリズム31に合成光を照射するようになっている。また、図8に示された例の照射装置54は、特に限定される訳ではないが、一定の方向dsに進む合成光SLをプリズム31上の各位置に照射するようになっている。言い換えると、照射装置54は、仮想の平行光束をなす一光線の光路に沿って、プリズム31の各位置に合成光SLを照射するようになっている。
In the example shown in FIG. 8, the
具体的な構成として、照射装置54は、合成光を生成する光源61と、光源61からの合成光SLの光路を変化させる走査デバイス64と、を有している。光源61は、第1波長域の第1光L81を生成する第1光源61aと、第2波長域の第2光L82を生成する第2光源61bと、第1光L81と第2光L82とを合成する合成デバイスと61c、を含んでいる。走査デバイス64は、合成光SLの光路を経時的に変化させる。これにより、合成光SLが、プリズム31の主面33a上を走査するようにして、当該プリズム31に入射するようになる。図8に示された例において、照射装置54の走査デバイス64は、合成光SLを反射する反射面66aであって少なくとも一つの軸線RAを中心として回動可能な反射面66aを有した反射デバイス66と、反射デバイス66で反射された光の光路を一定の方向dsと平行な方向に偏向させる偏向素子67と、を有している。
As a specific configuration, the
図8に示された例において、反射デバイス66は、一つの軸線RA1を中心として回動可能な反射面66aとしてのミラーを有したミラーデバイスとして、構成されている。このミラーデバイス66は、ミラー66aの向きを変化させることによって、光源61からの光の進行方向を変化させるようになっている。この際、図8に示すように、ミラーデバイス66は、概ね、一定の位置(基準位置)SPにおいて光源61からの光SLを受けるようになっている。このため、合成光SLは、所定の角度範囲内において周期的に回動するミラーデバイス66によって進行方向を変えられた後、基準位置SPから発散する発散光束をなす光線の光路に沿って進むようになる。一方、偏向素子67は、反射デバイス66の以上の構成に対応して、基準位置SPから発散する発散光束をコリメートして平行光束に変換し得るように、構成されている。具体的には、偏向素子67は、レンズとして構成され、基準位置SPから発散する発散光束をコリメートし得る位置に配置されている。このため、偏向素子67で光路を調整された合成光SLは、平行光束の一光線をなす光として、プリズム31へ入射し得る。
In the example shown in FIG. 8, the reflection device 66 is configured as a mirror device having a mirror as a
図8に示された例において、プリズム31へ入射した光は、プリズム31で進行方向を変化させて、次に、回折光学素子24に向かう。回折光学素子24に入射した光は、回折光学素子24で回折されて被照明領域LZへ向かう。図8に示された照明装置14におけるプリズム31及び回折光学素子24は、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
In the example shown in FIG. 8, the light incident on the
なお、上述した実施の形態では、回折光学素子21の各位置に入射した光が、回折光学素子21での回折作用により、単に進行方向を変化させる例を示した。このような回折光学素子21が図8の照明装置14に適用された場合であっても、走査デバイス64による走査速度が、人間の目の分解不可能な程度にまで高速であれば、被照明領域LZが面状に照明されているように認識され得る。
In the above-described embodiment, the example in which the light incident on each position of the diffractive
その一方で、図8に示された照明装置14のように、回折光学素子24が、各位置に入射した光を発散光束状に拡散させる拡散素子として、形成されていてもよい。図8に示された例において、プリズム31および回折光学素子24のうちの第1光及び第2光の光路における上流側に位置した一方上の各位置に入射した第1光L81は、それぞれ、その後に回折光学素子24で回折されて互いに少なくとも一部分において重なる領域を照明する。同様に、プリズム31および回折光学素子24のうちの第1光L81及び第2光L82の光路における上流側に位置した一方上の各位置に入射した第2光L82は、それぞれ、その後に回折光学素子24で回折されて互いに少なくとも一部分において重なる領域を照明する。この例では、回折光学素子24の各位置で回折された第1光L81によって照明される領域と、回折光学素子24の各位置で回折された第2光L82によって照明される領域とが、少なくとも一部分において重なり合うことにより、当該一部分を複数波長域の光によって照明することが可能となる。すなわち、当該一部分が被照明領域LZとなる。図8に示された例では、照明装置14が、回折光学素子24の下流側に配置された光路補正手段19を、さらに有している。図8に示された例では、光路補正手段19で光路を補正されることにより、回折光学素子24の各位置で回折された拡散光が、被照明領域LZの全域に向かうよう、光路を修正される。図8に示された例において、光路補正手段19は、レンズによって形成されている。
On the other hand, like the
ところで、レーザ光などのコヒーレント光源を用いた照明装置では、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、被照明領域LZ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。一方、図8に示された照明装置14では、照明装置14が、時間的に角度変化する光で、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、照明装置14は、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、被照明領域LZ上に発生する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平均化されて目立たなくなる。すなわち、図8に示された照明装置14によればスペックルにも対応することができる。
By the way, in an illuminating device using a coherent light source such as a laser beam, there arises a problem of speckle generation. A speckle is a speckled pattern that appears when a scattering surface is irradiated with laser light or other coherent light. When it occurs on the illuminated area LZ, it is observed as speckled luminance irregularity (brightness irregularity). It becomes a factor that adversely affects the observer physiologically. On the other hand, in the illuminating
さらに、以上に説明してきた照明装置11,12,13,14は、互いに異なる複数波長域の光を、より正確に、同一の被照明領域LZ上に導くことができる。このような照明装置11,12,13,14は、空間光変調器72を照明するための装置として好適に利用され得る。照明装置11,12,13,14と空間光変調器72との組み合わせによれば、照明装置11,12,13,14が、空間光変調器72上を高精度に照明することができるため、光の利用効率の面において好ましい。
Furthermore, the illuminating
図9には、一例として、図8に示された照明装置14を用いて投射装置70及び投射型表示装置80を形成した例が示されている。図9に示された例において、投射装置70は、照明装置14と、照明装置14によって照明される空間光変調器72と、空間光変調器72によって形成された変調画像を投射する投射光学系74と、を有している。投射型表示装置80は、投射装置70と、投射装置70から変調画像を投射されるスクリーン82と、を有している。
FIG. 9 shows an example in which the projection device 70 and the
空間光変調器72は、照明装置14によって照明される被照明領域LZ上に配置されている。空間光変調器72は、被照明領域LZに配置される。そして、空間光変調器72は、照明装置14によって照明され、変調画像を形成する。上述したように、照明装置14からの光は、被照明領域LZの全域のみを高精度に照明する。したがって、空間光変調器72の入射面は、照明装置14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14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72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。空間光変調器72として、例えば、透過型の液晶マイクロディスプレイや、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ができる。
The spatial
スクリーン82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82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。照明装置14がコヒーレント光を利用している場合には、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、図9に示された投射型表示装置80に含まれた照明装置14は、時間的に角度変化するコヒーレント光で、空間光変調器72が重ねられている被照明領域LZを照明する。より具体的には、照明装置14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82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することができる。
The
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。 In addition, although the some modification with respect to embodiment mentioned above was demonstrated above, naturally, it is also possible to apply combining several modifications suitably.
11 照明装置
12 照明装置
13 照明装置
14 照明装置
19 光路補正手段
21 回折光学素子
21a 凹凸面
31 プリズム、第1プリズム
32 頂角
32a 稜線
33a 主面
33b 主面
34 底部
35 頂部
41 第2プリズム
42 頂角
42a 稜線
43b 主面
43c 主面
44 底部
45 頂部
51 照射装置
54 照射装置
61 光源
61a 光源
61b 光源
61c 合成デバイス
64 走査デバイス
66 ミラーデバイス
66a 反射面
67 偏向素子
70 投射装置
72 空間光変調器
74 投射光学系
80 投射型表示装置
82 スクリーン
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記照射装置からの前記第1光及び前記第2光を回折する回折光学素子と、
頂部を形成する一対の主面と、前記頂部に対向して前記一対の主面間を延びる底部と、を有するプリズムであって、前記第1光及び前記第2光が前記一対の主面を通過するように配置されたプリズムと、を備え、
前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第1光のすべて及び前記第2光のすべては、前記プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第1光及び前記第2光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む、照明装置。 An irradiation device that emits first light in a first wavelength region and second light in a second wavelength region different from the first wavelength region;
A diffractive optical element that diffracts the first light and the second light from the irradiation device;
A prism having a pair of main surfaces forming a top portion and a bottom portion facing the top portion and extending between the pair of main surfaces, wherein the first light and the second light pass through the pair of main surfaces. A prism arranged to pass through,
All of the first light and the second light incident on the diffractive optical element in observation from a direction orthogonal to both the direction connecting the top and bottom of the prism and the normal direction of the diffractive optical element All of the prism travels in a direction inclined to one side with respect to the normal direction of the diffractive optical element so as to go from the top side to the bottom side of the prism, and is diffracted by the diffractive optical element. The lighting device, wherein the first light and the second light travel in a direction inclined to the one side at a larger angle than before diffraction with respect to the normal direction of the diffractive optical element.
前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第1光及び前記第2光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に入射した前記第2光は、それぞれ、互いに前記一部分において重なる領域を照明する、請求項3または4に記載の照明装置。 The first light that has entered each position on the one of the prism and the diffractive optical element that is located on the upstream side in the optical path of the first light and the second light overlaps each other at least partially. Illuminate the
The second light that has entered each position on the one of the prism and the diffractive optical element that is located upstream in the optical path of the first light and the second light overlaps each other in the portion. The illumination device according to claim 3 or 4, wherein the illumination device is illuminated.
前記第2プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向は、前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向と交差し、
前記第2プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第1光及び前記第2光は、前記回折光学素子の法線方向に進み或いは前記第2プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第1光及び前記第2光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の照明装置。 A second prism having a pair of main surfaces defining a top portion and a bottom portion facing the top portion and extending between the pair of main surfaces, wherein the first light and the second light are the pair of A second prism arranged to pass through the main surface,
The direction connecting the top and the bottom of the second prism intersects the direction connecting the top and the bottom of the prism,
The first light and the second light incident on the diffractive optical element in observation from a direction orthogonal to both the direction connecting the top and the bottom of the second prism and the normal direction of the diffractive optical element Is in a direction inclined to one side with respect to the normal direction of the diffractive optical element so as to proceed in the normal direction of the diffractive optical element or from the top side to the bottom side of the second prism. The first light and the second light diffracted by the diffractive optical element travel in a direction inclined at a larger angle than before diffraction to the one side with respect to the normal direction of the diffractive optical element; The illumination device according to any one of claims 1 to 5.
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を備える、投射装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 6,
And a spatial light modulator disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備える、投射型表示装置。 A projection device according to claim 7;
And a screen on which a modulated image obtained on the spatial light modulator is projected.
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