JP6476706B2 - 照明装置、光学モジュール及び投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子と、光学素子上を走査するように光学素子に光を照射する照射装置と、を備えた照明装置に関する。また、本発明は、この照明装置を有する投射装置に関する。さらに、本発明は、入射光の光路を変更する走査装置および光学モジュールに関する。

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。特許文献１に開示された照明装置では、光を射出する光源装置と、光源装置からの光の光路を周期的に変化させる走査装置と、を有した照射装置が設けられている。この照射装置は、光学素子上を走査するように光を当該光学素子へ照射する。光学素子の各領域に入射した光は、当該光学素子で整形されて所定の領域を照明するようになる。この照明装置によれば、所定の領域を経時的に異なる方向から照明することができ、当該所定の領域をより均一に照明することができる。また、特許文献１では、所定の領域を経時的に異なる方向から照明することに起因して、照明光によって照明される領域上でのスペックル、ならびに、照明された粗面、例えばスクリーンの光拡散によって生じるスペックルを抑制し得ることが報告されている。

特開２０１２−１２３３８１号公報

特許文献１に開示された照明装置は、スペックルの不可視化において有用であるが、装置が複雑化または大型化してしまうといった問題が生じ得る。本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置を簡易化及び小型化することを目的とする。

本発明による照明装置は、
光学素子と、
前記光学素子上を走査するように前記光学素子に光を照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置は、光を射出する光源装置と、前記光源装置からの光の進行方向を変化させる走査装置と、を含み、
前記走査装置は、前記光源装置からの光を反射する反射面を有した反射板と、回転可能な支持部を有した駆動装置と、前記反射面の法線方向が前記支持部の回転軸線に対して傾斜するように前記反射板を前記支持部に取り付ける接続手段と、を有する。

本発明による照明装置において、前記反射板は、一定の厚み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、前記支持部の前記反射板に対面する面は、前記反射面と非平行であってもよい。

本発明による照明装置において、前記接続手段は、前記回転軸線に直交する一軸方向に沿って厚みが漸次薄くなる接合層であってもよい。

本発明による照明装置において、前記接合層は、母材と、母材中に分散した粒子と、を含んでもよい。

本発明による照明装置において、前記接続手段は、前記反射板と前記駆動装置の前記支持部とを連結するヒンジと、前記反射板と前記駆動装置の前記支持部との相対位置を固定する固定具と、を有してもよい。

本発明による照明装置において、
前記走査装置は、前記反射板の前記反射面からの光を反射する第２反射面を含む第２反射板を、さらに有し、
前記第２反射板は、前記第２反射面の法線方向に対して傾斜した回転軸線を中心として回転可能であってもよい。

本発明による照明装置において、前記反射面と前記第２反射面とが平行に維持されるよう、前記反射板および前記第２反射板は回転可能であるようにしてもよい。

本発明による光学モジュールは、
光源装置から光を受ける光学モジュールであって、
光学素子と、
前記光源装置からの光の進行方向を変化させ、前記光学素子上を走査するように前記光学素子に光を入射させる走査装置と、を備え、
前記走査装置は、前記光源装置からの光を反射する反射面を有した反射板と、回転可能な支持部を有した駆動装置と、前記反射面の法線方向が前記支持部の回転軸線に対して傾斜するように前記反射板を前記支持部に取り付ける接続手段と、を有する。

本発明による光学モジュールが、前記光学素子からの光によって照明される空間光変調器を、さらに備えるようにしてもよい。

本発明による走査装置は、
入射光を反射する反射面を有した反射板と、
回転可能な支持部を有した駆動装置と、
前記反射面の法線方向が前記支持部の回転軸線に対して傾斜するように前記反射板を前記支持部に取り付ける接続手段と、を備える。

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光によって照明される空間光変調器と、を備える。

本発明によれば、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置を簡易化且つ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表示装置の概略構成を示す図である。 図２は、図１に示された照明装置の照射装置を示す斜視図である。 図３は、図２に示された照射装置の走査装置の一例を示す側面図である。 図４は、走査装置の他の例を示す側面図である。 図５は、照明装置の光学素子の一例を示す側面図である。 図６は、光学素子の他の例を示す側面図である。 図７は、図１に対応する図であって、走査装置の一変形例を示す図である。 図８は、図２に対応する図であって、図７の走査装置を示す斜視図である。 図９は、図７及び図８の走査装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。 図１０は、光学素子の一変形例を示す側面図である。 図１１は、投射装置の一変形例を示す図である。 図１２は、投射装置の他の変形例を示す図である。

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。

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。図示された例において、投射光学系２５は、フィールドレンズ２６とプロジェクションレンズ２７とを、光路に沿ってこの順番で含んでいる。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において、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、簡易および小型化可能な構成を有しながら、スペックルを目立たなくさせる工夫がなされている。

まず、照明装置４０について説明する。図１に示されているように、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、光学素子５０へ光、とりわけ本例ではコヒーレント光を照射する照射装置６０と、を有している。図１に示された例において、照射装置６０は、コヒーレント光が光学素子５０上を走査するように、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、照射装置６０によってコヒーレント光を照射されている光学素子５０上の領域は、光学素子５０の表面の一部分となる。

照射装置６０は、特定波長帯域のコヒーレント光を射出する光源装置６１と、光源装置６１からの光の進行方向を光学素子５０に向ける走査装置７０と、を有している。なお、走査装置７０、光学素子５０によって、光学モジュール４５が形成されている。また、上記光学モジュールの構成の他に、さらに空間光変調器３０等を含んでもよい。光源装置６１は、コヒーレント光を生成する光源６２、例えばレーザー光源６２を有している。

図示された具体例として、走査装置７０は、光源６２からの光を反射する反射面８９ａを有した反射デバイス８０と、反射デバイス８０に接続された制御器７２と、を有している。反射デバイス８０の反射面８９ａの向きは、所定の可動範囲内において繰り返し変動可能となっている。反射面８９ａの向きが、繰り返し変動することにより、光源装置６１から照射された光が、光学素子５０上を走査するようになる。

図示された例において、反射デバイス８０は、光源６２からの光を反射する反射面８９ａを有した反射板８９と、回転可能な支持部８４ａを有した駆動装置８１と、反射面８９ａが支持部８４ａの回転軸線Ｒａ１に対して傾斜するように反射板８９を支持部８４ａに接続する接続手段８５と、を有している。図２に示すように、駆動装置８１は、一例としてモータとして構成される。図示された駆動装置８１は、ステータとして機能するケーシング８２と、ロータとして機能する軸部材８３と、軸部材８３に取り付けられた支持部材８４と、を有している。軸部材８３は、その軸線によって画成される回転軸線Ｒａ１を中心として、支持部材８４とともに回転可能となっている。すなわち、支持部材８４は、軸部材８３と同期して回転可能となっている。

図示された駆動装置８１では、支持部材８４が支持部８４ａを構成している。したがって、接続手段８５は、駆動装置８１の支持部材８４に反射板８９を接続している。一例として、図３及び図４に示すように、フランジ材等からなる支持具７３を介して、支持部材８４は、軸部材８３に取り付けられ得る。図３に示すように、支持部８４ａの反射板８９に対面する面８４ａａは、回転軸線Ｒａ１と直交している。

反射板８９は、接続手段８５を介して駆動装置８１の支持部８４ａに接続されている。したがって、反射板８９は、駆動装置８１の軸部材８３とともに回転軸線Ｒａ１を中心として回転可能となっている。ただし、反射面８９ａは、回転軸線Ｒａ１に対して直交していない。言い換えると、図１に示すように、反射面８９ａの法線方向ｎｄ１は、回転軸線Ｒａ１と非平行であり、回転軸線Ｒａ１に対して傾斜している。したがって、反射板８９が、回転軸線Ｒａ１を中心として回転すると、反射面８９ａは、向きを変化させるようになる。このとき、反射板８９の回転が定速であれば、反射面８９ａは、回転軸線Ｒａ１と直交する第１仮想直交面Ｖｐ１を中心として、周期的に向きを変動させることになる。なお、図示された例において、反射板８９は、一定の厚さを有する板状の部材となっている。したがって、反射板８９の板面への法線方向は、反射面８９ａの法線方向ｎｄ１と平行になり、回転軸線Ｒａ１に対して直交していない。

図示された例において、反射デバイス８０の反射面８９ａは、反射面８９ａへの法線方向ｎｄからの観察において、円形状または楕円形状となっている。上述した光源装置６１から放出される光は、円形状または楕円形状の反射面８９ａ内に効率的に入射することができる。すなわち、駆動装置８１によって高速駆動される反射板８９を不必要に大きくすることなく、光源装置６１からの光を優れた利用効率で利用することが可能となる。反射デバイス８０の占有面積は、反射板８９の回転にともなって、大きく変更することはない。したがって、反射デバイス８０の占有面積を省スペースすること、これにともなって走査装置７０及び照明装置４０を小型化することが可能となる。

以上の構成の反射デバイス８０において、支持部８４ａの反射板８９に対面する対向面８４ａａは、反射板８９の支持部８４ａに対面する裏面８９ｂと非平行となっている。接続手段８５は、このような対向面８４ａａ及び裏面８９ｂの相対位置を保持している。

図３に示された例において、接続手段８５は、駆動装置８１の支持部８４ａと反射板８９とを接合する接合層８６からなっている。図３から明らかなように、接合層８６は、一定ではない厚みを有している。言い換えると、接合層８６の厚みは、変化している。図示された接合層８６の厚みは、反射板８９の回転軸線Ｒａ１とへ平行な断面において、とりわけ回転軸線Ｒａ１を通過し且つ回転軸線Ｒａ１と平行な図３に示された断面において、回転軸線Ｒａ１に直交する一軸方向ｄ１に沿って、漸次薄くなっている。

具体的な構成として、接合層８６は、母材８６ａと、母材８６ａ中に分散した粒子８６ｂと、を有している。母材８６ａは、例えば樹脂からなる。母材８６ａは、樹脂、硬化性モノマー、硬化剤等からなる硬化性樹脂の硬化物であるようにしてもよい。母材８６ａに分散している粒子８６ｂはプラスチック・金属など材料種や粒径の異なる複数の粒子から構成される。そして粒径の大きい粒子がより多く集合している領域と、粒径の小さい粒子がより多く集合している領域とが接合層の回転中心に対して対向するように配向性を持って分散している。粒子８６ｂを分散させる方法としてはディスペンサーによる塗布やインクジェット方式などが挙げられる。

また、図４に示された例において、接続手段８５は、反射板８９と駆動装置８１の支持部８４ａとを連結するヒンジ８７と、反射板８９と駆動装置８１の支持部８４ａとの相対位置を固定する固定具８８と、を有している。図４に示された例において、ヒンジ８７は、支持部材８４と反射板８９との相対傾斜角度が変化し得るように、支持部材８４と反射板８９とを連結している。固定具８８は、支持部材８４及び反射板８９にそれぞれ設けられたボルト支持具８８ｃと、一対のボルト支持具８８ｃを貫通して延びるボルト８８ａと、ボルト８８ａに取り付けられたナット８８ｂと、を有している。この固定具８８では、ボルト８８ａ上におけるナット８８ｂの位置を変更することにより、反射板８９の支持部材８４に対する傾斜角度を調節することができる。すなわち、図４に示された例では、駆動装置８１の支持部８４ａに対する反射板８９の傾斜角度を調整することができる。したがって、反射面８９ａの法線方向ｎｄ１が、反射面８９ａの回転軸線Ｒａ１に対してなす傾斜角度を調節することができる。

次に、光学素子５０について説明する。光学素子５０は、各領域への入射光を当該領域の位置に応じた特定の方向に向ける光路制御機能を有している。ここで説明する光学素子５０は、各領域への入射光の進行方向を補正して所定の領域ＬＺに向ける。この領域が、被照明領域ＬＺとなる。すなわち、光学素子５０の入射面を平面分割してなる各領域に照射された照射装置６０からの光は、光学素子５０を経由した後に、少なくとも一部分において重なり合う領域を照明するようになる。

一例として、図１及び図５に示された例において、光学素子５０は、照射装置６０からの光の入射方向に対応して形成されたレンズアレイ５１を含んで構成され得る。ここで「レンズアレイ」とは、単位レンズとも呼ばれる小さなレンズの集合体であり、屈折または反射によって光の進行方向を偏向させる素子として機能する。図示された例において、光学素子５０は、各単位レンズ５１ａに対応する各領域に入射する光を、それぞれ、少なくとも被照明領域ＬＺの全域に入射するように拡散させる。すなわち、光学素子５０は、各領域に照射装置６０から入射する光を拡散させることによって、同一の被照明領域ＬＺを照明する。

図５に示された一具体例において、光学素子５０は、凸レンズからなる単位レンズ５１ａを敷き詰めてなるフライアイレンズとして構成されたレンズアレイ５１と、レンズアレイ５１に対向して配置されたコンデンサレンズ５２またはフィールドレンズと、を有している。図５の光学素子５０において、レンズアレイ５１が、光学素子５０の最入光側に配置されており、照射装置６０からの光を受ける。レンズアレイ５１をなす各単位レンズ５１ａは、所定の発散光束をなす光線の光路をたどるようにして入射する光を、一点に収束させることができる。そして、コンデンサレンズ５２は、各単位レンズ５１ａによる収束点によって画成される面上に配置され、各凸レンズからの光を、被照明領域ＬＺに向ける。とりわけ、コンデンサレンズ５２によれば、各凸レンズからの光を、同一の被照明領域ＬＺのみに向けることができ、各方向からの照明光を被照明領域ＬＺに重畳させる。なお、照射装置６０から照射される発散光の発散角度を制御するため、レンズアレイ５１の入射前となる光路上にコリメータレンズ等の調整手段を設けるようにしてもよい。

また、図６に示された他の具体例において、光学素子５０は、図５に示されたレンズアレイ５１及びコンデンサレンズ５２に加えて、これらの間に配置された第２レンズアレイ５３をさらに有している。図６に示された例において、第２レンズアレイ５３も、レンズアレイ５１と同様に、凸レンズからなる単位レンズ５３ａを敷き詰めるようにして形成されたフライアイレンズとして構成されている。第２レンズアレイ５３は、レンズアレイ５１の各単位レンズ５１ａによる収束点上に各単位レンズ５３ａが位置するよう、配置されている。図６の光学素子５０において、第２レンズアレイ５３の各単位レンズ５３ａは、レンズアレイ５１からの光を発散させる。そして、第２レンズアレイ５３の各単位レンズ５３ａからの発散光は、コンデンサレンズ５２によって、被照明領域ＬＺに重畳される。

次に、空間光変調器３０について説明する。空間光変調器３０は、被照明領域ＬＺに重ねて配置される。そして、空間光変調器３０は、照明装置４０によって照明され、変調画像を形成する。照明装置４０からの光は、上述したように被照明領域ＬＺの全域のみを照明する。したがって、空間光変調器３０の入射面は、照明装置４０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４０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３０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。例えば、偏光を利用することなく変調画像を形成する空間光変調器、例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や、偏光を利用して変調画像を形成する透過型の液晶マイクロディスプレイや反射型のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を、空間光変調器３０として用いることができる。

図１に示された例のように、空間光変調器３０が、透過型の液晶マイクロディスプレイである場合、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、最終的には、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、観察者は、スクリーン１５上に投射された当該画像を観察することができる。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。

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、光学素子５０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、光源装置６１の光源６２で一定方向に沿って進む特定波長帯域のコヒーレント光が生成され、このコヒーレント光が走査装置７０で進行方向を変えられる。走査デバイス７０は、周期的な動作を行っており、この結果、光学素子５０上でのコヒーレント光の入射位置も、周期的に変化するようになる。

光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子５０での光路調整機能により、被照明領域ＬＺに重畳されるようになる。すなわち、照射装置６０から光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、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をコヒーレント光で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。

ところで、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。一方、ここで説明する照明装置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、複数のレーザー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、レーザー光源の数だけ、モードが存在することになる。また、同一のレーザー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上を走査するように光学素子５０に照射される。また、照射装置６０から光学素子５０の各領域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学素子５０上の領域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内の各領域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学素子５０上を連続的に走査し、そして光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光が、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、光学素子５０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。このような光学素子５０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。

ところで、光源装置６１からの光の光路を変化させる走査装置７０は、光源装置６１からの光を反射する反射板８９を含んだ反射デバイス８０を有している。反射板８９は、接続手段８５を介して、駆動装置８１の回転可能な支持部８４ａに接続されている。接続手段８５は、反射板８９の反射面８９ａの法線方向ｎｄ１が支持部８４ａの回転軸線Ｒａ１に対して傾斜するように、支持部８４ａと反射板８９とを連結している。すなわち、反射デバイス９０の反射板８９は、反射面８９ａの法線方向ｎｄ１と非平行な回転軸線Ｒａ１を中心として、回転するようになっている。したがって、反射板８９が回転すると、反射面８９ａの向きが経時的に変化し、且つ、反射面８９ａの向きの変化は周期性を持つようになる。このため、反射面８９ａで反射した光の進行方向は経時的に変化し、且つ、反射光の進行方向の変化は周期性を持つようになる。

このような反射デバイス８０によれば、コンパクトな構成及び簡易な制御により、光路を大きく変化させることができる。加えて、反射デバイス８０は、反射面８９ａの向きの変化にともなって、占有スペースを大きく変化させることはない。したがって、本実施の形態によれば、省スペースを図りながら、光学素子５０上の広い領域に亘った入射光の走査が可能となる。

また、図２から理解され得るように、図示された走査装置７０を用いた場合、照射装置６０から光学素子５０上に入射する光の光学素子５０上での走査経路は、矢印ＡＲｘで示すように、円形状となる。すなわち、簡易な構成の走査装置７０を用いながら、光学素子５０上での光の入射位置を広範囲に分布させること、言い換えると、大きく広げることができる。これにより、光学素子５０の大きさを有効に利用して、被照明領域ＬＺの各位置へ向かう照明光の入射角度範囲を大きく広げることができる。結果として、光学素子５０を小型化しながら、これにともなって照明装置４０を小型化しながら、スペックルを目立たなくさせることができる。

以上に説明してきたように、本実施の形態によれば、光源装置６１からの光の進行方向を、十分に小型化かつ簡易化した走査装置７０によって、高精度に制御することができる。この結果、スペックルを効果的に目立たなくさせながら、照明装置４０によって所望の領域ＬＺを所望の方向から高精度に照明することができる。

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。

上述した実施の形態において、走査装置７０が、一つの反射デバイス８０を有する例を示したが、これに限られない。一例として、主に図７〜図９を参照して以下に説明するように、走査装置７０が、上述した反射デバイス８０に加え、反射デバイス８０の反射面８９ａからの光を反射する第２反射面９９ａを含んだ第２反射デバイス９０を、さらに有するようにしてもよい。

図７〜図９に示された例において、第２反射デバイス９０は、上述した反射デバイス８０と同様に構成され得る。図７〜図９及び以下の説明では、反射デバイス８０の各構成に対応する第２反射デバイス９０の各構成に対し、反射デバイス８０に関連して用いた八十番台の符号を、九十番台の符号に変更して付している。すなわち、第２反射デバイス９０は、反射デバイス８０からの光を反射する第２反射面９９ａを有した第２反射板９９と、回転可能な支持部９４ａを有した第２駆動装置９１と、第２反射面９９ａの法線方向ｎｄ２が支持部９４ａの回転軸線Ｒａ２に対して傾斜するように支持部９４ａと第２反射面９９ａとを連結する接続手段９５と、を有している。図８に示すように、第２駆動装置９１は、ステータとして機能するケーシング９２と、ロータとして機能する軸部材９３と、軸部材９３に取り付けられた支持部材９４と、を有している。軸部材９３は、その軸線によって画成される回転軸線Ｒａ２を中心として、支持部材９４とともに回転可能となっている。すなわち、支持部材９４は、軸部材９３と同期して回転可能となっている。

図示された第２駆動装置９１では、支持部材９４が支持部９４ａを構成している。したがって、接続手段９５は、第２駆動装置９１の支持部材９４に第２反射板９９を接続している。第２反射板９９は、第２駆動装置９１の軸部材９３及び支持部材９４とともに回転軸線Ｒａ２を中心として回転可能となっている。ただし、第２反射面９９ａは、回転軸線Ｒａ２に対して直交していない。言い換えると、第２反射面９９ａの法線方向ｎｄ２（図７参照）は、回転軸線Ｒａ２と非平行であり、回転軸線Ｒａ２に対して傾斜している。したがって、第２反射板９９が、回転軸線Ｒａ２を中心として回転すると、第２反射面９９ａは、向きを変化させるようになる。このとき、第２反射板９９の回転が定速であれば、第２反射面９９ａは、回転軸線Ｒａ２と直交する第２仮想直交面Ｖｐ２を中心として、周期的に向きを変動させることになる。

その他、第２反射デバイス９０の第２駆動装置９１、接続手段９５及び第２反射板９９は、それぞれ、反射デバイス８０の駆動装置８１、接続手段８５及び反射板８９と同一に構成され得る。例えば、図７及び図８に示すように、第２反射板９９は、一定の厚さを有する板状の部材とすることができる。このとき、第２反射板９９の板面への法線方向は、第２反射面９９ａの法線方向ｎｄ２と平行になり、回転軸線Ｒａ２に対して直交していない。

ここで、反射デバイス８０の反射面８９ａの向きの変動と、第２反射デバイス９０の第２反射面９９ａの向きの変動が、同期するようにしてもよい。すなわち、反射面８９ａの向き及び第２反射面９９ａの向きの一方は、他方の向きに応じて所定の向きを向くようにしてもよい。とりわけ、反射面８９ａの向きと第２反射面９９ａの向きとが互いに平行となるよう、反射面８９ａと第２反射面９９ａとが動作するようにしてもよい。

図７及び図８に示された例において、反射面８９ａの回転軸線Ｒａ１と第２反射面９９ａの回転軸線Ｒａ２は平行となっている。また、反射面８９ａの回転軸線Ｒａ１を中心とした回転の向きと、第２反射面９９ａの回転軸線Ｒａ２を中心とした回転の向きは、同一の向きとなっている。そして、反射面８９ａの回転周期と第２反射面９９ａの回転周期は同一となっている。この結果、反射面８９ａと第２反射面９９ａは、互いに対して平行な状態に維持される。なお、反射面８９ａ，９９ａの回転軸線Ｒａ１，Ｒａ２を中心とした回転の向きは、回転軸線Ｒａ１，Ｒａ２に沿って一方の側から他方の側へ反射面８９ａ，９９ａを観察した場合における反射面８９ａ，９９ａの回転の向き（図８における矢印ＡＲ１）であり、第２反射面９９ａの回転軸線Ｒａ２を中心とした回転の向きは、回転軸線Ｒａ１と平行な回転軸線Ｒａ２に沿って前記一方の側から前記他方の側へ第２反射面９９ａを観察した場合における第２反射面９９ａの回転の向き（図８における矢印ＡＲ２）である。

図９には、制御器７２による、反射面８９ａ及び第２反射面９９ａの向きを制御する方法の一例が示されている。図９に示された例では、走査装置７０の動作が開始すると、まず、反射面８９ａを回転駆動する駆動装置８１の位相が検出される。同時に、第２反射面９９ａを回転駆動する第２駆動装置９１の位相が検出される。そして、制御器７２は、駆動装置８１の位相および第２駆動装置９１の位相のずれ量を特定する。制御器７２は、特定された位相のずれ量に基づき、駆動装置８１の位相および第２駆動装置９１の位相を同一にするよう、駆動装置８１及び第２駆動装置９１を調整する。これにより、反射デバイス８０の反射面８９ａと、第２反射デバイス９０の第２反射面９９ａとが、平行に保持されて、それぞれ対応する駆動装置８１，９１によって回転駆動される。

図９に示された制御方法では、走査装置７０の動作が終了するまでの間、例えば連続的に又は一定間隔をあけて、駆動装置８１の位相および第２駆動装置９１の位相が確認される。駆動装置８１，９１間で位相にずれが生じている場合には、当該ずれを解消して、駆動装置８１の位相および第２駆動装置９１の位相を合わせる。このようにして、反射面８９ａと第２反射面９９ａは、回転駆動されている間、互いに対して平行な状態に維持され得る。

以上のようにして、反射面８９ａと第２反射面９９ａが平行に維持されると、第２反射面９９ａから進み出る光の進行方向は、反射面８９ａへ入射する光の進行方向と平行になる。一方、光源装置６１のコリメートレンズアレイ６６が固定されており、光源装置６１から射出される光は、常に一定方向から反射デバイス８０へ向かう。すなわち、反射面８９ａへ入射する光源装置６１からの光の進行方向は、常に一定である。したがって、第２反射デバイス９０の第２反射面９９ａで反射された光は、常に一定の向きに進む。図示された例では、照射装置６０から光学素子５０へ向けて、常に一定の方向から光が入射している。すなわち、照射装置６０からの光は、平行光束をなす光線の光路を辿るようにして、光学素子５０へ入射することになる。

このように、照射装置６０からの出射光が一定の方向になると、当該出射光の取り扱い、例えば搬送が、非常に容易となる。また、発散光束の場合と異なり、照射装置６０からの出射光が通過することになる光路幅は一定であり、光路幅の変動が生じない。したがって、照明装置４０が大型化してしまうことを効果的に回避することができる。また、照射装置６０から光を照射される光学素子５０は、その各領域への入射光を異なる方向に曲げることによって、入射光を照明光として被照明領域ＬＺに誘導している。そして、光学素子５０への入射方向が一定となっていれば、光学素子５０の設計及び製造を簡易化することができる。

なお、装置の大型化を回避する観点からすれば、その法線方向ｎｄ１，ｎｄ２に対して傾斜した軸線Ｒａ１，Ｒａ２を中心として回転可能な反射面８９ａ，９９ａは、走査経路に対応して、円形状又は楕円形状の輪郭を有していることが好ましい。この例によれば、走査デバイス８０，９０の反射面８９ａ，９９ａを有効に利用しながら、走査装置７０の大型化を回避することができる。また、第２走査デバイス９０の第２反射面９９ａが、走査デバイス８０の反射面８９ａよりも大きくなっていることが好ましい。この例によれば、走査デバイス８０によって光路が拡大された光を、第２走査デバイス９０によって有効に反射することができる。すなわち、走査装置７０によって上述した有用な光路制御を可能にしながら、走査装置７０の大型化を回避することができる。

別の変形例として、上述した実施の形態において、光源装置６１は、単一の光源６２を有していた。しかしながら、この例に限られず、光源装置６１が、複数の光源を含むようにしてもよい。一例として、光源装置６１が、複数のレーザー光源を含むレーザーアレイとして構成されていてもよい。光源装置６１に含まれる複数の光源は、互いに異なる波長帯域の光を生成するようにしてもよいし、同一波長帯域の光を生成するようにしてもよい。異なる波長帯域の光源を用いた場合、加法混色により、単一の光源では生成することができない色の光によって、被照明領域ＬＺを照明することができる。また、光源が、赤色波長帯域の光、緑色波長帯域の光、青色波長帯域の光をそれぞれ生成する場合には、白色光にて被照明領域ＬＺを照明することができる。一方、同一の波長帯域の光源を用いた場合、高出力で被照明領域ＬＺを照明することが可能となる。

さらに上述した実施の形態において、光学素子５０が、レンズアレイ５１を含んで構成される例を示したが、これに限られない。図１０に示すように、光学素子５０が、ホログラム記録媒体５７を含むようにしてもよい。図１０に示された例において、照射装置６０から照射されてホログラム記録媒体５７上を走査する光は、ホログラム記録媒体５７上の各領域に、当該ホログラム記録媒体５７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。照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５７で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。図１０に示された例では、照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５７で回折されて同一の被照明領域ＬＺを照明するようになっている。例えば、照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光が、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板の像を再生するようにしてもよい。

さらに上述した実施の形態では、照明装置４０によって照明される被照明領域ＬＺに空間光変調器３０が配置されていたが、この例に限られない。一例として、図１１及び図１２に示された例では、被照明領域ＬＺに均一化光学系３７の入射面３７ａが配置されている。すなわち、照明装置４０からの光は、均一化光学系３７に入射するようになる。均一化光学系３７に入射した光は、全反射を繰り返しながら均一化光学系３７内を伝搬して、均一化光学系３７から出射する。このような均一化光学系３７の出射面３７ｂ上の各位置での照度は、均一化されることになる。均一化光学系３７として、例えばインテグレータロッドを用いることができる。

図１１に示された例では、空間光変調器３０が、均一化光学系３７の出射面３７ｂに直面するように配置され、空間光変調器３０が均一な光量にて照明されるようになっている。一方、図１２に示された例においては、均一化光学系３７と空間光変調器３０との間にリレー光学系３５が配置されている。この例において、リレー光学系３５は、第１のレンズ３５ａ及び第２のレンズ３５ｂを、光路に沿ってこの順で含んでいる。リレー光学系３５によって、空間光変調器３０が配置されている位置は、均一化光学系３７の出射面３７ｂと共役な面となっている。このため、図１２に示された例においても、空間光変調器３０は、均一な光量にて照明される。また、均一化光学系３７を用いずに、照明装置４０によって被照明領域ＬＺに中間像を形成し、中間像の位置は図１２のインテグレータロッド３７の出射面３７ｂに対応する位置であり、リレー光学系３５は、この中間像を空間光変調器３０に写像する態様も可能である。

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、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどのディスプレイ用途、建築物のライトアップなどの装飾照明用途、車両のヘッドライト、テールライトなどの移動体照明用途、測定機器や医療機器等に使用される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。

１０ 投射型表示装置
１５ スクリーン
２０ 投射装置
２５ 投射光学系
３０ 空間光変調器
３５ リレー光学系
３５ａ 第１のレンズ
３５ｂ 第２のレンズ
３７ 均一化光学系
４０ 照明装置
４５ 光学モジュール
５０ 光学素子
５１ レンズアレイ
５１ａ 単位レンズ
５２ コンデンサレンズ
５３ 第２レンズアレイ
５３ａ 単位レンズ
５７ ホログラム記録媒体
６０ 照射装置
６１ 光源装置
６２ 光源
７０ 走査装置
７２ 制御器
７３ 支持具
８０ 反射デバイス
８１ 駆動装置
８２ ケーシング
８３ 軸部材
８４ 支持部材
８４ａ 支持部
８４ａａ 面、対向面
８５ 接続手段
８６ 接合層
８６ａ 母材
８６ｂ 粒子
８７ ヒンジ
８８ 固定具
８８ａ ボルト
８８ｂ ナット
８８ｃ ボルト支持具
８９ 反射板
８９ａ 反射面
８９ｂ 面、裏面
９０ 第２反射デバイス
９１ 第２駆動装置
９２ ケーシング
９３ 軸部材
９４ 支持部材
９４ａ 支持部
９５ 接続手段
９９ 第２反射板
９９ａ 第２反射面
Ｒａ１，Ｒａ２ 回転軸線
ｎｄ１，ｎｄ２ 法線方向
Ｖｐ１，Ｖｐ２ 仮想面
ＬＺ 被照明領域

Claims (9)

1. 光学素子と、
   前記光学素子上を走査するように前記光学素子に光を照射する照射装置と、を備え、
   前記照射装置は、光を射出する光源装置と、前記光源装置からの光の進行方向を変化させる走査装置と、を含み、
   前記走査装置は、前記光源装置からの光を反射する反射面を有した反射板と、回転可能な支持部を有した駆動装置と、前記反射面の法線方向が前記支持部の回転軸線に対して傾斜するように前記反射板を前記支持部に取り付ける接続手段と、を有し、
   前記接続手段は、前記回転軸線に直交する一軸方向に沿って厚みが漸次薄くなる接合層であり、
   前記接合層は、母材と、母材中に分散した粒子と、を含み、
   前記接合層は、粒径の大きい粒子がより多く集合している領域と、粒径の小さい粒子がより多く集合している領域と、を有する、照明装置。
2. 粒径の大きい粒子がより多く集合している領域と、粒径の小さい粒子がより多く集合している領域は、回転軸線を間に挟んで位置している、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記支持部の前記反射板に対面する面は、前記反射面と非平行である、請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記走査装置は、前記反射板の前記反射面からの光を反射する第２反射面を含む第２反射板を、さらに有し、
   前記第２反射板は、前記第２反射面の法線方向に対して傾斜した回転軸線を中心として回転可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記走査装置は、前記反射面と前記第２反射面とが平行に維持されるよう、前記反射板および前記第２反射板が回転可能である、請求項４に記載の照明装置。
6. 光源装置から光を受ける光学モジュールであって、
   光学素子と、
   前記光源装置からの光の進行方向を変化させ、前記光学素子上を走査するように前記光学素子に光を入射させる走査装置と、を備え、
   前記走査装置は、前記光源装置からの光を反射する反射面を有した反射板と、回転可能な支持部を有した駆動装置と、前記反射面の法線方向が前記支持部の回転軸線に対して傾斜するように前記反射板を前記支持部に取り付ける接続手段と、を有し、
   前記接続手段は、前記回転軸線に直交する一軸方向に沿って厚みが漸次薄くなる接合層であり、
   前記接合層は、母材と、母材中に分散した粒子と、を含み、
   前記接合層は、粒径の大きい粒子がより多く集合している領域と、粒径の小さい粒子がより多く集合している領域と、を有する、光学モジュール。
7. 前記光学素子からの光によって照明される空間光変調器を、さらに備える、請求項６に記載の光学モジュール。
8. 入射光を反射する反射面を有した反射板と、
   回転可能な支持部を有した駆動装置と、
   前記反射面の法線方向が前記支持部の回転軸線に対して傾斜するように前記反射板を前記支持部に取り付ける接続手段と、を備え、
   前記接続手段は、前記回転軸線に直交する一軸方向に沿って厚みが漸次薄くなる接合層であり、
   前記接合層は、母材と、母材中に分散した粒子と、を含み、
   前記接合層は、粒径の大きい粒子がより多く集合している領域と、粒径の小さい粒子がより多く集合している領域と、を有する、走査装置。
9. 請求項１〜５のいずれか一項に記載された照明装置と、
   前記照明装置からの光によって照明される空間光変調器と、を備える、投射装置。

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