JP6331826B2 - 投射装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、コヒーレント光を光源として用いた投射装置および照明装置に関する。

レーザ光源からのレーザ光を回転ホイール上の蛍光層に入射させて励起させることにより、他の波長域の光を生成して、プロジェクタ用の光源光として用いる技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、蛍光層に高出力のレーザ光が照射されると、蛍光層が損傷したり、蛍光層の発光効率が低下する等の不具合が生じることから、光拡散部材でレーザ光を均一化した後に、回転ホイールに入射している。

特開２０１２−１０３６１５号公報

しかしながら、引用文献１の光拡散部材は、散乱粒子を含有する透明な樹脂の板材であり、この板材で拡散されたレーザ光の一部は、回転ホイールには入射されず、光の利用効率が低下してしまう。

また、引用文献１では、回転ホイールの蛍光層で励起された光をコリメート光学系やレンズアレイを用いて均一化しており、この均一化処理によっても、さらに光の利用効率が低下してしまう。

このように、引用文献１では、回転ホイールの前後に均一化光学系を備えており、光学系の構造が複雑化して、プロジェクタを小型化するのが困難になり、また装置コストも高くなる。

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、光学系の構成を簡略化でき、かつコヒーレント光の利用効率を向上可能な投射装置および照明装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、コヒーレント光を拡散する光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子上を走査するように、前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により照明される第１被照明領域内の光の波長変換と透過とを時分割で行う色生成器と、
前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光との進行方向を変化させて、第２被照明領域を照明する照明光を生成する一つ以上のリレー光学系と、
前記第２被照明領域の照明光に基づいて変調画像を生成する光変調器と、
前記光変調器で生成される変調画像を拡散面に投射する投射光学系と、を備え、
前記第１被照明領域と前記第２被照明領域とは光学的な共役関係にあり、
前記色生成器は、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により励起されて、当該光とは異なる波長域の光を生成する蛍光部と、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を拡散させずに透過させる透過部と、を有し、
前記色生成器は、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を前記蛍光部に入射させるか、前記透過部に入射させるかを、周期的に切り替える投射装置が提供される。

前記色生成器は、前記蛍光部が波長変換により生成した光を前記光学素子の方向に反射させ、
前記光学素子と前記色生成器との間の光路中に設けられ、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を前記色生成器に導光し、前記蛍光部で反射された光を前記光学素子とは異なる方向に導光する色分離光学系をさらに備えてもよい。

前記色生成器は、前記蛍光部が波長変換により生成した光を透過させて、前記透過部を透過した光とともに前記リレー光学系に入射させてもよい。

前記色生成器は、周方向に沿って前記蛍光部および前記透過部が配置されて、回転軸周りに回転自在な回転部材であってもよい。

前記照射装置は、単一波長域のコヒーレント光を前記光学素子に照射し、
前記蛍光部は、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により励起されて、それぞれ異なる２種類の波長域の光を生成してもよい。

前記照射装置は、それぞれ異なる波長域の２種類のコヒーレント光を前記光学素子に照射し、
前記蛍光部は、前記２種類のコヒーレント光のうち一方により励起されて、前記２種類のコヒーレント光の波長域とは異なる波長域の光を生成してもよい。

前記リレー光学系は、前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光とに基づいて、前記第１被照明領域と前記第２被照明領域との間の光路中に第３被照明領域を生成し、この第３被照明領域の照明光の進行方向を変化させて、前記第２被照明領域の照明光を生成してもよい。

前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光とを合成して、前記第３被照明領域の照明光を生成する色合成光学系を備えてもよい。

前記光変調器は、それぞれ異なる波長域の光を用いて、別個の変調画像を生成する複数の光変調部を有し、
前記リレー光学系は、前記複数の光変調部のそれぞれに対応づけて設けられる複数の前記第２被照明領域を照明してもよい。

本発明の他の一態様では、コヒーレント光を拡散する光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子上を走査するように、前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により照明される第１被照明領域内の光の波長変換と透過とを時分割で行う色生成器と、
前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光との進行方向を変化させて、第２被照明領域を照明する照明光を生成する一つ以上のリレー光学系と、を備え、
前記第１被照明領域と前記第２被照明領域とは光学的な共役関係にあり、
前記色生成器は、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により励起されて、当該光とは異なる波長域の光を生成する蛍光部と、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を拡散させずに透過させる透過部と、を有し、
前記色生成器は、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を前記蛍光部に入射させるか、前記透過部に入射させるかを、周期的に切り替える照明装置が提供される。

本発明によれば、光学系の構成を簡略化でき、かつコヒーレント光の利用効率を向上できる。

本発明の第１の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図。 第１の実施形態による回転ホイール１３の平面図。 本実施形態による光学素子２の詳細を示す図。 本発明の第２の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図。 第２の実施形態による回転ホイール１３の平面図。 本発明の第３の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図。 蛍光部１４の断面構造の一例を示す図。 本発明の第４の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図。 本発明の第５の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図。

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。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図である。図１では、投射装置１の主要な光学部材を図示しており、不図示の光学部材が投射装置１内に存在する場合もありうる。

図１の投射装置１は、光学素子２と、照射装置３と、色生成器４と、リレー光学系５と、色分離光学系６と、色合成光学系７と、光変調器８と、投射光学系９とを備えている。このうち、光学素子２と照射装置３にて照明装置１０が構成されている。

光学素子２は、照射装置３からのコヒーレント光を拡散する。光学素子２は、例えば、散乱板の像を再生可能な回折縞が記録された不図示のホログラム記録媒体で構成してもよいし、レンズアレイを用いて構成してもよい。本実施形態では、レンズアレイを用いた光学素子２の例を説明する。この場合の光学素子２の具体的な構成については後述する。

照射装置３は、特定の波長域のコヒーレント光を照射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から照射されたコヒーレント光を光学素子２の表面上で走査させる光走査装置１２とを有する。

レーザ光源１１を利用する理由は、他の光源に比べて長寿命であり、メンテナンスコストがかからないためと、光源自体を小型化できるためと、コヒーレント光は直進性に優れることから光の利用効率を向上できるためである。本実施形態では、青色の波長域のコヒーレント光を照射するレーザ光源１１を用いている。単一のレーザ光源１１だけでは、十分な光強度が得られない場合があるため、青色の波長域のコヒーレント光を照射する複数のレーザ光源１１を有するレーザユニットを設けてもよい。

光走査装置１２は、レーザ光源１１からのコヒーレント光の反射角度を一定周期で可変させることで、反射されたコヒーレント光を光学素子２の表面上で走査させる。これにより、光学素子２で拡散されるコヒーレント光は、後述する色生成器４の表面上に、時間的に異なる入射角度で入射されることになり、色生成器４の表面上では無相関なスペックルパターンが重畳されることになり、スペックルパターンが目立たなくなる。

光走査装置１２は、レーザ光源１１からのコヒーレント光が照射されるミラー部材をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等で振動させて、あるいは、モーターで回転させるなどして、ミラー部材に照射されたコヒーレント光の反射角度を一次元方向または二次元方向に変化させる。

本実施形態では、光学素子２が色生成器４の表面上に形成する均一光領域を第１被照明領域ＬＺ１と呼ぶ。上述したように、第１被照明領域ＬＺ１内に入射されるコヒーレント光の入射角度は時間的に変化しており、第１被照明領域ＬＺ１内ではスペックルパターンは視認されにくくなる。

第１被照明領域ＬＺ１は、後述する光変調器８の位置に重ねて配置される第２被照明領域ＬＺ２と共役関係にある。すなわち、第１被照明領域ＬＺ１と第２被照明領域ＬＺ２は相似形になる。よって、第１被照明領域ＬＺ１を照明するのに用いられるコヒーレント光が、リレー光学系５を通して第２被照明領域ＬＺ２を照明するのにも用いられることになり、光の利用効率が向上する。図１の投射装置１の光学系を設計する際には、色生成器４の表面上に形成される第１被照明領域ＬＺ１と、光変調器８の位置に重ねて配置される第２被照明領域ＬＺ２とが共役関係になるように、各光学部材を配置する。

色生成器４は、光学素子２で拡散されたコヒーレント光により照明される第１被照明領域ＬＺ１内の光の波長変換と透過とを時分割で行う。図１では、色生成器４の具体例として回転ホイール１３を用いている。

図２は回転ホイール１３の平面図である。図２の回転ホイール１３は、中心に配置された回転軸１３ａ周りに回転自在な円盤１３ｂを有し、この円盤１３ｂの表面には、周方向に沿って、蛍光部１４と透過部１５とが設けられている。蛍光部１４は、光学素子２で拡散されたコヒーレント光により励起されて、このコヒーレント光とは異なる波長域の光を生成する。透過部１５は、光学素子２で拡散されたコヒーレント光を拡散させずに透過させる。回転ホイール１３の回転によって、光学素子２で拡散されたコヒーレント光の蛍光部１４への入射と透過部１５への入射を周期的に切り替えることができる。

従来の回転ホイール１３は、回転ホイール１３に照射されたコヒーレント光を透過させる際に、すりガラスのような拡散層を設けて、意図的にコヒーレント光を拡散させていた。これは、拡散層にてコヒーレント光を拡散させてスペックルを視認されにくくするためである。これに対して、本実施形態では、上述したように、回転ホイール１３より前側でスペックル対策を行っており、回転ホイール１３上の第１被照明領域ＬＺ１内でスペックルが目立たなくしているため、すりガラスのような拡散層は不要である。そこで、本実施形態では、回転ホイール１３の周方向に沿って透過部１５を設けている。透過部１５では、光学素子２からのコヒーレント光をそのまま透過させるため、すりガラスのような拡散層を設ける場合と比べて、光がロスすることもなく、光の利用効率を向上できる。

回転ホイール１３上の蛍光部１４は、青色の波長域のコヒーレント光によって励起されて、赤色の波長域のコヒーレント光と緑色の波長域のコヒーレント光とを生成する。蛍光部１４で生成された赤色の波長域のコヒーレント光と緑色の波長域のコヒーレント光は、光学素子２からのコヒーレント光の入射方向に向かって出射される。すなわち、赤色と緑色のコヒーレント光は、回転ホイール１３で反射されて出射され、青色のコヒーレント光は、回転ホイール１３を透過して出射される。

リレー光学系５は、色生成器４で波長変換された光と色生成器４を透過した光との進行方向を変化させて、第２被照明領域ＬＺ２を照明する照明光を生成する。

リレー光学系５は、いくつかの異なるリレー光学系を組み合わせて構成可能である。図１では、色生成器４である回転ホイール１３を透過した青色のコヒーレント光の進行方向を変化させる第１リレー光学系５ａと、回転ホイール１３で波長変換された赤色と緑色のコヒーレント光の進行方向を変化させる第２リレー光学系５ｂと、後述する中間像から第２被照明領域ＬＺ２を照明する照明光を生成する第３リレー光学系５ｃとを有する。

第１〜第３リレー光学系５ａ〜５ｃはいずれも、入射光を反射させるミラーと、入射光を集光する凸レンズとを含んでいるが、それ以外の光学部材、例えば光を均一化する均一化光学系などを含めてもよい。

色分離光学系６は、ダイクロイックミラー１６を有する。このダイクロイックミラー１６は、光学素子２からのコヒーレント光を回転ホイール１３に導光するとともに、回転ホイール１３で反射された赤色と緑色のコヒーレント光の進行方向を９０°変化させる波長選択性のある誘電体多層膜により形成されている。

第２リレー光学系５ｂは、ダイクロイックミラー１６で分離された赤色と緑色のコヒーレント光の進行方向を切り替える。

第１リレー光学系５ａを通過した青色のコヒーレント光と、第２リレー光学系５ｂを通過した赤色および緑色のコヒーレント光とは、色合成光学系７にて合成されて、第３被照明領域ＬＺ３を照明する照明光が生成される。この第３被照明領域ＬＺ３は、中間像１７が形成される領域であり、この場所に光変調器８が配置されるわけではない。なお、中間像１７を設けるかどうかは任意であり、必須ではない。すなわち、第３被照明領域ＬＺ３の位置に光変調器８を配置してもよい。

中間像１７の位置にある第３被照明領域ＬＺ３の照明光は、第３リレー光学系５ｃに入射されて、光の進行方向が変更され、最終的に第２被照明領域ＬＺ２を照明する照明光が生成される。

上述したように、第２被照明領域ＬＺ２は光変調器８の位置に重ねて配置されるため、光変調器８は第２被照明領域ＬＺ２の照明光を受けて、変調画像を生成する。この変調画像は投射光学系９におけるプロジェクションレンズ９ａを介して、拡散スクリーン１８上に投射される。

光変調器８としては、例えば、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１０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９によって、必要に応じて変倍されて拡散スクリーン１８へ投射される。拡散スクリーン１８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。

あるいは、光変調器８として、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。この場合、光変調器８での反射光によって変調画像が形成され、光変調器８へ照明装置１０からコヒーレント光が照射される面と、光変調器８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８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。上述した特開２００８−２２４７６０号公報に開示された装置では、ＤＭＤが光変調器８として利用されている。

また、光変調器８の入射面は、第２被照明領域ＬＺ２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、レーザ光源１１からのコヒーレント光を、拡散スクリーン１８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。

上述した中間像１７に近接した位置にあるレンズ１９の射出瞳は、投射光学系９内のプロジェクションレンズ９ａの入射瞳と共役関係にある。これにより、レンズ１９の射出瞳を通過した中間像１７は、プロジェクションレンズ９ａを介して拡散スクリーン１８上に投影されることになる。拡散スクリーン１８は、透過型でも反射型でも構わない。

上述したように、本実施形態では、照射装置３内に設けた光走査装置１２にて、光学素子２上でコヒーレント光を走査させるため、拡散スクリーン１８上で発生するスペックルが時間に応じて重ねられて平均化され、拡散スクリーン１８上で発生するスペックルは目立たなくなる。

後述する別の実施形態で説明するように、図１の構成のうち、色合成光学系７は必須ではないし、複数のリレー光学系５を設ける必要もない。また、上述したように、中間像１７を形成することも必須ではない。

図３は本実施形態による光学素子２の詳細を示す図である。図３の光学素子２は、第１レンズアレイ２１と、第２レンズアレイ２２と、フィールドレンズ２３とを光軸に沿って順に並べた構成になっている。第１レンズアレイ２１は、複数の要素レンズを光軸に直交する面に沿って並べたものである。複数の要素レンズの径はいずれも同じであり、各要素レンズの焦点距離も同じである。第２レンズアレイ２２は、第１レンズアレイ２１の各要素レンズに対応づけて設けられる複数の要素レンズを、光軸に直交する面に沿って並べたものである。第２レンズアレイ２２の各要素レンズは、第１レンズアレイ２１の対応する要素レンズの焦点位置に設けられている。これにより、第１レンズアレイ２１の各要素レンズで集光した光は、第２レンズアレイ２２の対応する要素レンズ上に結像する。

第２レンズアレイ２２の各要素レンズを通過した光は、フィールドレンズ２３を通過して回転ホイール１３上の第１被照明領域ＬＺ１を照明する。図３に示すように、第２レンズアレイ２２の各要素レンズが第１被照明領域ＬＺ１全体を照明する。

光走査装置１２は、コヒーレント光を第１レンズアレイ２１上で走査させる。これにより、第１レンズアレイ２１内の各要素レンズから第２レンズアレイ２２内の対応する要素レンズに入射されるコヒーレント光の入射角度は時間に応じて変化する。よって、第２レンズアレイ２２からフィールドレンズ２３を通して回転ホイール１３上の第１被照明領域ＬＺ１を照明する照明光の入射角度も、時間に応じて変化することになり、第１被照明領域ＬＺ１のスペックルは視認されにくくなる。

このように、第１の実施形態では、光学素子２で光強度を均一化したコヒーレント光を回転ホイール１３に入射するため、回転ホイール１３の光軸後方側に光の均一化手段を設けなくて済み、光の利用効率を向上できるとともに、光学系の構成を簡略化できる。

また、本実施形態の光学素子２はホログラムやレンズアレイ等の光の利用効率の高い手法で光強度の均一化処理を行うため、回転ホイール１３の光軸前方でのコヒーレント光のロスを抑制できる。

さらに、本実施形態では、光走査装置１２と光学素子２でスペックルを視認されにくくした状態で回転ホイール１３にコヒーレント光を入射するため、回転ホイール１３にすりガラス等の拡散部材を設けなくても、第１被写体領域や第２被写体領域でスペックルが視認されにくくなる。よって、回転ホイール１３には透明部１５を設けて入射光をそのまま透過させればよくなることから、光の利用効率をさらに向上できる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、青色の波長域のコヒーレント光のみをレーザ光源１１から照射する例を示したが、以下に説明する第２の実施形態では、レーザ光源１１にて青色と赤色の波長域の２種類のコヒーレント光を照射するものである。

図４は本発明の第２の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図である。図４の投射装置１は、レーザ光源１１の構成が図１と異なる他は、図１と同様に構成されている。図４のレーザ光源１１は、青色の波長域のコヒーレント光を照射する第１光源部１１ａと、赤色の波長域のコヒーレント光を照射する第２光源部１１ｂとを有する。第１光源部１１ａと第２光源部１１ｂは、排他的にコヒーレント光を照射する。すなわち、第１光源部１１ａが青色のコヒーレント光を照射している間は、第２光源部１１ｂは照射を停止し、第２光源部１１ｂが赤色のコヒーレント光を照射している間は、第１光源部１１ａはコヒーレント光の照射を停止する。第１光源部１１ａから照射される青色のコヒーレント光は、回転ホイール１３にて緑色の光を生成するのにも利用されるため、第１光源部１１ａがコヒーレント光を照射する時間は、第２光源部１１ｂがコヒーレント光を照射する時間の２倍に設定される。

これら２種類のコヒーレント光は、光走査装置１２にて反射されて、光学素子２上を走査する。そして、光学素子２は、２種類のコヒーレント光を時分割で交互に拡散し、回転ホイール１３上の第１被照明領域ＬＺ１を照明する。

色生成器４である回転ホイール１３は、例えば、図５のように、周方向に沿って、透過部１５と１つ蛍光部１４とを有する。透過部１５は蛍光部１４の２倍の円弧長を有する。青色と赤色のコヒーレント光は透過部１５を透過して出射され、緑色のコヒーレント光は蛍光部１４で生成される。

レーザ光源１１が青色のコヒーレント光を照射すると、第１被照明領域ＬＺ１の照明光も青色のコヒーレント光になり、この光は回転ホイール１３の透過部１５を透過するか、あるいは蛍光部１４に入射される。蛍光部１４に青色のコヒーレント光が入射されると、蛍光部１４は励起されて、緑色の光が生成される。この緑色の光は、回転ホイール１３で反射されて、第２リレー光学系５ｂを介して色合成光学系７に入射される。

また、回転ホイール１３の透過部１５を透過した青色と赤色のコヒーレント光は、第１リレー光学系５ａを介して色合成光学系７に入射される。色合成光学系７は、第１リレー光学系５ａを通過した青色と赤色のコヒーレント光と、第２リレー光学系５ｂを通過した緑色のコヒーレント光とを合成して、第３被照明領域ＬＺ３に中間像１７を形成する。その後は、第１の実施形態と同様に、第３リレー光学系５ｃを介して、第２被照明領域ＬＺ２を照明する。

このように、第２の実施形態は、第１光源部１１ａと第２光源部１１ｂから時分割で青色および赤色のコヒーレント光を照射し、回転ホイール１３にて緑色のコヒーレント光を生成するため、３色を合成した色で、光変調器８に重ねて配置される第２被写体領域を照明できる。

また、第２の実施形態においても、光学素子２で光の均一化を行った後に、回転ホイール１３上の第１被照明領域ＬＺ１を照明するため、回転ホイール１３の光軸後方には光の均一化手段は不要である。さらに、光走査装置１２と光学素子２により、スペックルを目立たせなくしているため、回転ホイール１３の光軸後方でスペックル対策を行う必要もなくなり、投射装置１の光学系の構成を簡略化できる。

（第３の実施形態）
以下に説明する第３の実施形態は、回転ホイール１３の蛍光部１４で生成したコヒーレント光を反射ではなく、透過させるものである。

図６は本発明の第３の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図である。図６の投射装置１内のレーザ光源１１は、図１と同様に、青色の波長域のコヒーレント光を照射する。図６の回転ホイール１３は、図２と同様に蛍光部１４と透過部１５とを有するが、蛍光部１４は、励起により生成したコヒーレント光を、透過部１５と同方向に、回転ホイール１３を透過して出力する。

図７は蛍光部１４の断面構造の一例を示す図である。図７に示すように、蛍光部１４は、蛍光層１４ａの両面に誘電体多層膜１４ｂ，１４ｃを配置した積層構造になっている。蛍光層１４ａは、青色の波長域のコヒーレント光により励起されて、緑色の波長域の光を生成する。光学素子２に近い側の誘電体多層膜１４ｂは、緑色の波長域の光を反射させる性質を持っており、第１リレー光学系５ａに近い側の誘電体多層膜１４ｃは、青色の波長域の光を反射させる性質を持っている。これにより、蛍光層１４ａで生成された緑色の波長域の光は、誘電体多層膜１４ｃを通過して第１リレー光学系５ａに入射される。

図６の投射装置１では、赤、緑および青の波長域の光が回転ホイール１３を透過して第１リレー光学系５ａに入射されるため、図１や図４では必要であった第２リレー光学系５ｂと色合成光学系７が不要となる。

第１リレー光学系５ａは、赤色、緑色および青色の波長域の光の進行方向を、時分割で同じ方向に変化させて、中間像１７を生成する。そして、第３リレー光学系５ｃを介して、第２被照明領域ＬＺ２を照明する照明光を生成する。

第３の実施形態においても、中間像１７の生成は必須ではなく、第３リレー光学系５ｃを設けることも必須ではない。また、中間像１７の生成位置を第２被照明領域ＬＺ２としてもよい。

このように、第３の実施形態では、回転ホイール１３の蛍光部１４で生成した光も、回転ホイール１３を透過させて第１リレー光学系５ａに入射させるため、第２リレー光学系５ｂが不要となり、第１および第２の実施形態よりも投射装置１の光学系の構成を簡略化できる。

（第４の実施形態）
以下に説明する第４の実施形態では、第３の実施形態をさらに簡略化させて、中間像１７を生成することなしに第２被照明領域ＬＺ２を照明するものである。

図８は本発明の第４の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図である。図８の投射装置１では、第３の実施形態と同様に、回転ホイール１３を透過した赤色、緑色および青色の波長域のコヒーレント光を、時分割で第１リレー光学系５ａに入射させる。第１リレー光学系５ａを通過した光が直接、第２被照明領域ＬＺ２を照明し、この第２被照明領域ＬＺ２の位置に光変調器８が設けられる。

このように、第４の実施形態では、第１リレー光学系５ａを通過した光により、直接第２被照明領域ＬＺ２を照明するため、第２リレー光学系５ｂや第３リレー光学系５ｃが不要となり、中間像も形成しなくて済むため、第３の実施形態よりもさらに投射装置１の光学系を簡略化できる。

（第５の実施形態）
以下に説明する第５の実施形態は、光変調器８が各色ごとに分かれているものである。
図９は本発明の第５の実施形態による投射装置１の光学系の構成を示す図である。図９の投射装置１内の光変調器８は、赤色用の光変調器８ａと、緑色用の光変調器８ｂと、青色用の光変調器８ｃとを有する。これら３つの光変調器８ａ，８ｂ，８ｃと第１リレー光学系５ａとの間には、各色ごとに光の方向を切り替える光方向切替器３０が設けられている。光方向切替器３０は、例えば、複数の光学プリズムを組み合わせて構成されている。

図９の投射装置１は、レーザ光源１１から第１リレー光学系５ａまでは、図８と同様に構成されている。第１リレー光学系５ａを通過した光は、時分割で赤色、緑色または青色の波長域の光を含んでいるが、第１リレー光学系５ａを通過した光を光方向切替器３０に入射させることにより、赤色の光は赤色用の光変調器８の位置に重ねて配置される第２被照明領域ＬＺ２を照明し、緑色の光は緑色用の光変調器８の位置に重ねて配置される第２被照明領域ＬＺ２を照明し、青色の光は青色用の光変調器８の位置に重ねて配置される第２被照明領域ＬＺ２を照明する。また、これら３つの光変調器８が生成する変調画像は、光方向切替器３０を介して合成された状態で投射光学系９に入射される。

このように、各色ごとに別個の光変調器８を設ける場合であっても、第１リレー光学系５ａの光軸後方に光方向切替器３０を設けることで、各光変調器８を照明する照明光を生成できる。

また、上述した第３〜第５の実施形態においても、光学素子２で光の均一化を行った後に、回転ホイール１３上の第１被照明領域ＬＺ１を照明するため、回転ホイール１３の光軸後方には光の均一化手段は不要である。さらに、光走査装置１２と光学素子２により、スペックルを目立たせなくしているため、回転ホイール１３の光軸後方でスペックル対策を行う必要もなくなり、投射装置１の光学構成を簡略化できる。

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。

１ 投射装置、２ 光学素子、３ 照射装置、４ 色生成器、５ リレー光学系、５ａ 第１リレー光学系、５ｂ 第２リレー光学系、５ｃ 第３リレー光学系、６ 色分離光学系、７ 色合成光学系、８ 光変調器、９ 投射光学系、１０ 照明装置、１１ レーザ光源、１１ａ 第１光源部、１１ｂ 第２光源部、１２ 光走査装置、１３ 回転ホイール、１４ 蛍光部、１５ 透過部、１６ ダイクロイックミラー、２１ 第１レンズアレイ、２２ 第２レンズアレイ、２３ フィールドレンズ

Claims (10)

1. コヒーレント光を拡散する光学素子と、
   コヒーレント光が前記光学素子上を走査するように、前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、
   前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により照明される第１被照明領域内の光の波長変換と透過とを時分割で行う色生成器と、
   前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光との進行方向を変化させて、第２被照明領域を照明する照明光を生成する一つ以上のリレー光学系と、
   前記第２被照明領域の照明光に基づいて変調画像を生成する光変調器と、
   前記光変調器で生成される変調画像を拡散面に投射する投射光学系と、を備え、
   前記第１被照明領域と前記第２被照明領域とは光学的な共役関係にあり、
   前記色生成器は、
   前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により励起されて、当該光とは異なる波長域の光を生成する蛍光部と、
   前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を拡散させずに透過させる透過部と、を有し、
   前記色生成器は、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を前記蛍光部に入射させるか、前記透過部に入射させるかを、周期的に切り替える投射装置。
2. 前記色生成器は、前記蛍光部が波長変換により生成した光を前記光学素子の方向に反射させ、
   前記光学素子と前記色生成器との間の光路中に設けられ、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を前記色生成器に導光し、前記蛍光部で反射された光を前記光学素子とは異なる方向に導光する色分離光学系をさらに備える請求項１に記載の投射装置。
3. 前記色生成器は、前記蛍光部が波長変換により生成した光を透過させて、前記透過部を透過した光とともに前記リレー光学系に入射させる請求項１に記載の投射装置。
4. 前記色生成器は、周方向に沿って前記蛍光部および前記透過部が配置されて、回転軸周りに回転自在な回転部材である請求項１乃至３のいずれかに記載の投射装置。
5. 前記照射装置は、単一波長域のコヒーレント光を前記光学素子に照射し、
   前記蛍光部は、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により励起されて、それぞれ異なる２種類の波長域の光を生成する請求項１乃至４のいずれかに記載の投射装置。
6. 前記照射装置は、それぞれ異なる波長域の２種類のコヒーレント光を前記光学素子に照射し、
   前記蛍光部は、前記２種類のコヒーレント光のうち一方により励起されて、前記２種類のコヒーレント光の波長域とは異なる波長域の光を生成する請求項１乃至４のいずれかに記載の投射装置。
7. 前記リレー光学系は、前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光とに基づいて、前記第１被照明領域と前記第２被照明領域との間の光路中に第３被照明領域を生成し、この第３被照明領域の照明光の進行方向を変化させて、前記第２被照明領域の照明光を生成する請求項１乃至６のいずれかに記載の投射装置。
8. 前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光とを合成して、前記第３被照明領域の照明光を生成する色合成光学系を備える請求項７に記載の投射装置。
9. 前記光変調器は、それぞれ異なる波長域の光を用いて、別個の変調画像を生成する複数の光変調部を有し、
   前記リレー光学系は、前記複数の光変調部のそれぞれに対応づけて設けられる複数の前記第２被照明領域を照明する請求項１乃至８のいずれかに記載の投射装置。
10. コヒーレント光を拡散する光学素子と、
    コヒーレント光が前記光学素子上を走査するように、前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、
    前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により照明される第１被照明領域内の光の波長変換と透過とを時分割で行う色生成器と、
    前記色生成器で波長変換された光と前記色生成器を透過した光との進行方向を変化させて、第２被照明領域を照明する照明光を生成する一つ以上のリレー光学系と、を備え、
    前記第１被照明領域と前記第２被照明領域とは光学的な共役関係にあり、
    前記色生成器は、
    前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により励起されて、当該光とは異なる波長域の光を生成する蛍光部と、
    前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を拡散させずに透過させる透過部と、を有し、
    前記色生成器は、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を前記蛍光部に入射させるか、前記透過部に入射させるかを、周期的に切り替える照明装置。

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