(57)【要約】      （修正有）【解決手段】回折光学素子４０は、被照明領域に向けて入射光を回折する第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを有する。第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂは、入射光の位相または振幅を変調する複数の単位ピクセルを有する。第１要素回折光学素子４１Ａにおける複数の単位ピクセルの配列方向ｄ１，ｄ２は、第２要素回折光学素子４１Ｂにおける複数の単位ピクセルの配列方向と非平行である。【効果】被照明領域内における明るさのむらを効果的に目立たなくさせることができる。【選択図】図２
2020118902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の位相または振幅を変調する複数の単位ピクセルを有し、被照明領域に向けて入射光を回折する第１要素回折光学素子と、
入射光の位相または振幅を変調する複数の単位ピクセルを有し、前記被照明領域に向けて入射光を回折する第２要素回折光学素子と、を備え、
前記第１要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向は、前記第２要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向と非平行である、回折光学素子。
【請求項２】
前記第１要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向は、前記第２要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向に対して、２２．５°より大きく６７．５より小さい角度だけ傾斜している、請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記第１要素回折光学素子の向きは、前記第２要素回折光学素子の向きと異なる、請求項１又は２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記第１要素回折光学素子の外輪郭は、前記第２要素回折光学素子の外輪郭と異なる、請求項１又は２に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記第１要素回折光学素子は、或る一つの領域内に複数設けられ、
前記第２要素回折光学素子は、前記或る一つの領域とは異なる他の一つの領域内に複数設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記第１要素回折光学素子は、前記或る一つの領域内に規則的に配列され、
前記第２要素回折光学素子は、前記他の一つの領域内に規則的に配列されている、請求項５に記載の回折光学素子。
【請求項７】
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
請求項１〜６のいずれか一項に記載された回折光学素子であって、整形光学系で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子と、を備える、照明装置。
【請求項８】
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
請求項１〜６のいずれか一項に記載された回折光学素子であって、整形光学系で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子と、
前記被照明領域に重ねて配置され、前記回折光学素子で回折された前記コヒーレント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。
【請求項９】
請求項８に記載の投射装置と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投射されるスクリーンと、を備える、投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回折光学素子、照明装置、投射装置および投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されているように、光源および回折光学素子を含んだ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、回折光学素子が光源からの光を回折することで、投影面上に位置する被照明領域を所望のパターンで照明することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３２７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回折光学素子として、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）が知られている。計算機合成ホログラムは、任意の回折特性を持つ構造をコンピュータ上での計算によって設計することで作製される。一具体例として、被照明領域として照明すべき所望のパターンを点像の集合体と考え、各点像からの発散光と回折光学素子への入射を予定された光とによる干渉パターンを計算し、干渉パターンに対応した構造を作製することで、回折光学素子が得られる。
【０００５】
このようにして作製された回折光学素子によって再生される像は、厳密には、各点像を再生する再生像の集合である。回折光学素子は、入射光の位相または振幅を変調する単位ピクセルを多数有している。そして、回折光学素子に含まれる単位ピクセルの配列を微細化し且つ単位ピクセルの数を増やすと、点像を高密度で近接して再生することができる。しかしながら、計算機での計算量等の制約から、点像を高密度で近接して配置することには限界がある。この結果、被照明領域内には点像の配列に対応した明暗が生じてしまい、被照明領域を均一な明るさで照明することができない。
【０００６】
本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、被照明領域内における明るさのむらを目立たなくさせることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示による回折光学素子は、
入射光の位相または振幅を変調する複数の単位ピクセルを有し、被照明領域に向けて入射光を回折する第１要素回折光学素子と、
入射光の位相または振幅を変調する複数の単位ピクセルを有し、前記被照明領域に向けて入射光を回折する第２要素回折光学素子と、を備え、
前記第１要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向は、前記第２要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向と非平行である。
【０００８】
本開示による回折光学素子において、
前記第１要素回折光学素子の複数の単位ピクセルは、第１方向および第２方向の両方向に配列され、
前記第２要素回折光学素子の複数の単位ピクセルは、第４方向および第５方向の両方向に配列され、
前記第１方向は、前記第４方向と非平行であり且つ前記第５方向と非平行であり、
前記第２方向は、前記第４方向と非平行であり且つ前記第５方向と非平行であるようにしてもよい。
【０００９】
本開示による回折光学素子において、前記第１要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向は、前記第２要素回折光学素子における複数の単位ピクセルの配列方向に対して、２２．５°より大きく６７．５より小さい角度だけ傾斜していてもよい。
【００１０】
本開示による回折光学素子において、前記第１要素回折光学素子の向きは、前記第２要素回折光学素子の向きと異なるようにしてもよい。
【００１１】
本開示による回折光学素子において、前記第１要素回折光学素子の外輪郭は、前記第２要素回折光学素子の外輪郭と異なるようにしてもよい。
【００１２】
本開示による回折光学素子において、
前記第１要素回折光学素子は、或る一つの領域内に複数設けられ、
前記第２要素回折光学素子は、前記或る一つの領域とは異なる他の一つの領域内に複数設けられていてもよい。
【００１３】
本開示による回折光学素子において、
前記第１要素回折光学素子は、前記或る一つの領域内に規則的に配列され、
前記第２要素回折光学素子は、前記他の一つの領域内に規則的に配列されていてもよい。
【００１４】
本開示による照明装置は、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
上述した本開示による回折光学素子のいずれかであって、整形光学系で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子と、を備える。
【００１５】
本開示による投射装置は、
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系と、
上述した本開示による回折光学素子のいずれかであって、整形光学系で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子と、
前記被照明領域に重ねて配置され、前記回折光学素子で回折された前記コヒーレント光によって照明される空間光変調器と、を備える。
【００１６】
本開示による投射型表示装置は、
上述した本開示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射されるスクリーンと、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、被照明領域内における明るさのむらを効果的に目立たなくさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、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を示す平面図である。
【図２】図２は、図１の照明装置に含まれる回折光学素子の一例を示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２の回折光学素子に含まれる第１要素回折光学素子の一例を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示された第１要素回折光学素子とともに用いられる第２要素回折光学素子の一例を示す平面図である。
【図４】図４は、図３Ａ及び図３ＢのＺ−Ｚ線に沿った断面図である。
【図５】図５は、反復フーリエ変換法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６Ａ】図６Ａは、第１要素回折光学素子によって照明された被照明領域を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第２要素回折光学素子によって照明された被照明領域を示す平面図である。
【図７】図７は、第１要素回折光学素子及び第２要素回折光学素子を含む回折光学素子によって照明された被照明領域を示す平面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、回折光学素子の一変形例を説明するための図であって、回折光学素子を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの回折光学素子に含まれる第２要素回折光学素子の一例を示す平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、回折光学素子の他の変形例を説明するための図であって、回折光学素子を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの回折光学素子に含まれる第２要素回折光学素子の一例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、回折光学素子の更に他の変形例を説明するための図であって、回折光学素子を示す平面図である。
【図１１】図１１は、回折光学素子の更に他の変形例を説明するための図であって、回折光学素子を示す平面図である。
【図１２】図１２は、照明装置の一変形例を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、照明装置の他の変形例を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、照明装置の更に他の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本開示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。
【００２０】
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。
【００２１】
図１〜図１４は、一実施の形態およびその変形例を説明するための図である。このうち、図１は照明装置を示す平面図である。また、図２〜図５は照明装置に組み込まれる回折光学素子を説明するための図である。さらに、図６Ａ〜図７は、照明装置を用いて、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺを照明している状態を示している。
【００２２】
本実施の形態による照明装置２０は、コヒーレント光源２５と、コヒーレント光源２５から射出したコヒーレント光を整形する整形光学系３０と、整形光学系３０で整形されたコヒーレント光を回折する回折光学素子４０と、を有している。この照明装置２０は、回折光学素子４０でコヒーレント光を回折して複数の単位像ＵＩを被照射面ＩＰに照射することで、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺを照明する。とりわけ本実施の形態による照明装置２０では、被照明領域ＬＺを一様な明るさで照明するための工夫が成されている。以下、図示された具体例を参照しながら、一実施の形態による照明装置２０について説明していく。
【００２３】
図１に示された例において、照明装置２０は、投射型表示装置１０及び投射装置１５に適用されている。照明装置２０は、空間光変調器５０とともに投射装置１５を構成している。また、投射装置１５は、スクリーン１２とともに投射型表示装置１０を構成する。すなわち、図示された例において、照明装置２０は、空間光変調器５０の入射面を被照明領域ＬＺとして照明する。この例において、被照明領域ＬＺは例えば矩形形状とすることができる。
【００２４】
空間光変調器５０は、被照明領域ＬＺに配置される。そして、空間光変調器５０は、照明装置２０によって照明され、変調画像を形成する。好ましくは、照明装置２０からの光は、被照明領域ＬＺの全域のみを照明する。そして、空間光変調器５０の入射面は、照明装置２０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２０からの光を、変調画像の生成に高い利用効率で利用することができるからである。
【００２５】
空間光変調器５０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、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、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（登録商標））を、空間光変調器５０として用いることができる。
【００２６】
図１に示された例のように、空間光変調器５０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２０によって面状に照明される空間光変調器５０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５０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１３によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン１２へ投射される。これにより、変調画像がスクリーン１２上に等倍で或いは変倍されて表示され、観察者は当該画像を観察することができる。スクリーン１２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。
【００２７】
次に、照明装置２０について説明する。上述したように、照明装置２０は、コヒーレント光源２５、整形光学系３０および回折光学素子４０を有している。また、照明装置２０は、コヒーレント光源２５、整形光学系３０および回折光学素子４０を収容するケーシングを、更に有していてもよい。
【００２８】
コヒーレント光源２５は、波長及び位相が揃ったコヒーレント光を射出することができる。コヒーレント光源２５として、種々の型式の光源を用いることができる。典型的には、コヒーレント光源２５として、レーザー光を発振するレーザー光源を用いることができる。一具体例として、図示されたコヒーレント光源２５は、半導体レーザー光源として構成され、例えば回路基板上に支持される。図１に示された例において、コヒーレント光源２５は、単一の光源を含んでいる。したがって、図示された例では、コヒーレント光源２５から発振されるコヒーレント光の波長域に対応した色で、被照明領域ＬＺ照明する。
【００２９】
ただし、コヒーレント光源２５が複数のコヒーレント光源２５を含み、各コヒーレント光源２５から射出した光が重ね合わされた後、整形光学系３０及び回折光学素子４０に向かうようにしてもよい。また、図１２に示された変形例のように、各コヒーレント光源２５から射出したコヒーレント光が、当該コヒーレント光源２５に対応して設けられた整形光学系３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ及び回折光学素子４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを経て、その後に被照明領域ＬＺ上で重ね合わされるようにしてもよい。このような例において、照明装置２０に含まれる複数のコヒーレント光源２５は、同一の波長域のコヒーレント光を射出するようにしてもよいし、互いに異なる波長域のコヒーレント光を射出するようにしてもよい。照明装置２０が同一の波長域の光を射出する複数のコヒーレント光源２５を含むことで、被照射領域ＩＡを明るく照明することが可能となる。
【００３０】
一方、図１２に示す例において、コヒーレント光源２５は、互いに異なる波長域のコヒーレント光を射出する第１コヒーレント光源２５Ａ、第２コヒーレント光源２５Ｂ及び第３コヒーレント光源２５Ｃを有している。各コヒーレント光源２５Ａ〜２５Ｃからのコヒーレント光の射出、より具体的には射出の発停および射出出力を調節することで、被照明領域ＬＺの照明色や明るさを制御するようにしてもよい。
【００３１】
整形光学系３０は、コヒーレント光源２５から射出したコヒーレント光を整形する。言い換えると、整形光学系３０は、コヒーレント光の光軸に直交する断面での形状や、コヒーレント光の光束の立体的な形状を整形する。典型的には、整形光学系３０は、コヒーレント光の光軸に直交する断面でのコヒーレント光の光束断面積を拡大させる。
【００３２】
図示された例において、整形光学系３０は、コヒーレント光源２５から射出したコヒーレント光を拡幅した平行光束に整形する。すなわち、整形光学系３０は、コリメート光学系として機能する。図１に示すように、整形光学系３０は、コヒーレント光の光路に沿った順で、第１レンズ３１及び第２レンズ３２を有している。第１レンズ３１は、コヒーレント光源２５から射出したコヒーレント光を発散光束に整形する。第２レンズ３２は、第１レンズ３１で生成された発散光束を、平行光束に整形し直す。すなわち、第２レンズ３２は、コリメートレンズとして機能する。
【００３３】
整形光学系３０による整形精度を向上させる観点において、整形光学系３０が、少なくとも一つの凹レンズと少なくとも一つの凸レンズとを含んでいることが好ましい。図１に示された例では、第１レンズ３１及び第２レンズ３２の両方が凸レンズとして構成されているが、第１レンズ３１及び第２レンズ３２のいずれか一方を凹レンズとしてもよい。凹レンズ及び凸レンズは、正負が逆のパワーを有していることから、お互いの収差の影響を緩和するようになる。すなわち、凹レンズと凸レンズとを組み合わせることで、レンズで生じる収差の影響を緩和することができる。これにより、被投射領域に対してさらに高精度に光を投射することができる。また、図示された例において、整形光学系３０は、二つのレンズを含んでいるが、この例に限られず、三以上のレンズを含むようにしてもよい。
【００３４】
また、整形光学系３０が凹レンズ及び凸レンズを含むことに代えて、整形光学系３０は、非球面レンズを含むようにしてもよい。正パワーを有した部分および負パワーを有した部分の両方を含む非球面レンズを用いることで、レンズで生じる収差の影響を緩和することができる。これにより、被照射面ＩＰ上の所望の領域に対してさらに高精度に光を投射することが可能となる。
【００３５】
なお、整形光学系３０に含まれるレンズは、当該レンズの光軸方向からの観察において、矩形形状となっていることが好ましい。レンズの不要部分をトリミングすることで、照明装置２０を小型軽量化することができる。
【００３６】
次に、回折光学素子４０について説明する。回折光学素子４０は、コヒーレント光源２５から射出した光に対して回折作用を及ぼす素子である。回折光学素子４０は、コヒーレント光源２５からのコヒーレント光を回折して、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺに向ける。したがって、図１に示すように、被照明領域ＬＺは、回折光学素子４０の回折光によって、照明されることになる。
【００３７】
図２に示すように、回折光学素子４０は複数の要素回折光学素子４１を有している。複数の要素回折光学素子４１は、例えば同一平面上に配置される。各要素回折光学素子４１が、コヒーレント光源２５から射出したコヒーレント光に対して回折作用を及ぼすことができる。各要素回折光学素子４１は、コヒーレント光源２５からのコヒーレント光を回折して被照明領域ＬＺに向ける。
【００３８】
本実施の形態において、回折光学素子４０は、複数の要素回折光学素子４１の各々として、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを含んでいる。第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂは、互いに異なる回折構造を有している。ただし、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂは、コヒーレント光源２５からのコヒーレント光を回折して同一の被照明領域ＬＺに向ける。そして、第１要素回折光学素子４１Ａで回折されたコヒーレント光と、第２要素回折光学素子４１Ｂで回折されたコヒーレント光は、被照明領域ＬＺにおいて重なる。
【００３９】
図示された例において、第１要素回折光学素子４１Ａは回折光を被照明領域ＬＺの全域に照射し、第２要素回折光学素子４１Ｂも同様に回折光を被照明領域ＬＺの全域に照射する。また、図２に示された例において、回折光学素子４０は、複数の第１要素回折光学素子４１Ａ及び複数の第２要素回折光学素子４１Ｂを含んでいる。複数の第１要素回折光学素子４１Ａは千鳥配列され、複数の第２要素回折光学素子４１Ｂは千鳥配列されている。第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂは、回折光学素子４０が画成する面に沿った第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２のそれぞれに沿って、交互に配列されている。
【００４０】
図示された例において、各要素回折光学素子４１は平面視において、四角形状、より詳しくは正方形形状または長方形形状となっている。とりわけ、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂは、平面視において、同一形状を有している。ただし、第２要素回折光学素子４１Ｂの向きは、第１要素回折光学素子４１Ａを４５°回転させた向きとなっている。第２要素回折光学素子４１Ｂの角部は、隣り合う第１要素回折光学素子４１Ａの直線状の縁部に接触している。
【００４１】
なお、図面間での方向関係を明確化するため、いくつかの図面には、第１方向ｄ１、第２方向ｄ２、第３方向ｄ３、第４方向ｄ４及び第５方向ｄ５を図面間で共通する方向として示している。第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２は、互いに直交している。第４方向ｄ４及び第５方向ｄ５は、互いに直交している。第３方向ｄ３は、第１方向ｄ１に直交し且つ第２方向ｄ２に直交している。すなわち、第３方向ｄ３は、回折光学素子４０が画成する面に直交している。また、第３方向ｄ３は、第４方向ｄ４に直交し且つ第５方向ｄ５に直交している。
【００４２】
要素回折光学素子４１は、典型的には、ホログラム素子である。要素回折光学素子４１としてホログラム素子を用いることで、ホログラム素子の回折特性を設計しやすくなる。予め定めた位置、サイズおよび形状の被照明領域ＬＺの全域のみにコヒーレント光を投射し得るホログラム素子の設計は、比較的容易に行うことができる。
【００４３】
被照明領域ＬＺは、要素回折光学素子４１に対して予め定めた位置に、予め定めたサイズおよび形状を有するよう、例えば角度空間に設定される。被照明領域ＬＺの位置、サイズおよび形状は、要素回折光学素子４１の回折特性に依存しており、要素回折光学素子４１の回折特性を調整することで、被照明領域ＬＺの位置、サイズおよび形状を任意に調整することができる。従って、要素回折光学素子４１を設計する際には、まず被照明領域ＬＺの位置、サイズおよび形状を決定して、決定した被照明領域ＬＺの全域にコヒーレント光を投射できるように、要素回折光学素子４１の回折特性を調整すればよい。
【００４４】
要素回折光学素子４１は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）として、作製され得る。計算機合成ホログラムは、任意の回折特性を持つ構造をコンピュータ上で計算することによって作製される。したがって、計算機合成ホログラムを利用して要素回折光学素子４１を作製することで、コヒーレント光源や光学系を用いた物体光及び参照光の生成や、露光によるホログラム記録材料への干渉縞の記録を不要とすることができる。照明装置２０は、例えば図１に示すように、要素回折光学素子４１に対して予め定めた位置に、予め定めたサイズおよび形状の被照明領域ＬＺを照明することを想定されている。被照明領域ＬＺに関する情報をパラメータとしてコンピュータに入力することで、この被照明領域ＬＺを照明可能な回折特性を実現するための構造、例えば凹凸面を、コンピュータでの演算によって特定することができる。特定された構造を、例えば樹脂賦型により形成することで、計算機合成ホログラムとしての要素回折光学素子４１を、簡易な手順にて低コストで作製することができる。
【００４５】
回折光学素子４０の要素回折光学素子４１は、図６Ａ〜図７に示すように、整形光学系３０からのコヒーレント光を回折して、複数の単位像ＵＩを被照射面ＩＰ上に再生する。被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺは、複数の単位像ＵＩの集合体によって、照明されることになる。この要素回折光学素子４１は、次のようにして設計される。まず、図６Ａに示すように、要素回折光学素子４１によってコヒーレント光を照射可能な点像ＰＩを被照射面ＩＰ上に配列してなる点像パターンを設定する。次に、被照射面ＩＰ上に被照明領域ＬＺの形状を設定する。その後、実際にコヒーレント光を照射すべき位置として、被照明領域ＬＺに位置する点像ＰＩを選択する。コヒーレント光を照射されるべき点像は、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺ内に敷き詰められている、或いは、分散されている。コヒーレント光を照射されるべき点像の配列パターンの外輪郭が、被照明領域ＬＺの外輪郭に概ね一致するようになる。
【００４６】
次に、要素回折光学素子４１への入射光と、各コヒーレント光を照射されるべき点像から要素回折光学素子４１に向かう発散光と、を設定する。ここで、「要素回折光学素子４１への入射光」は、要素回折光学素子４１が照明装置２０に組み込まれた状態において整形光学系３０から当該要素回折光学素子４１へ入射するようになる光と同一の光路を進む光とする。「各点像から要素回折光学素子４１に向かう発散光」は、照明装置２０の実際の使用時に、要素回折光学素子４１の各位置で回折されて各点像の位置に向かうようになる回折光の光路を逆向きに進んで、点像の位置から要素回折光学素子４１内の各位置へ入射する光とする。その後、要素回折光学素子４１への入射光と各点像から要素回折光学素子４１に向かう発散光とによって形成される要素回折光学素子４１上での干渉パターンを特定し、この干渉パターンに対応した微細構造を作製する。干渉パターンの計算は、「要素回折光学素子４１への入射光」や「各点像から要素回折光学素子４１に向かう発散光」のモデル設計を含め、計算機によって実行され得る。
【００４７】
要素回折光学素子４１は、位相型の回折光学素子であってもよいし、振幅型の回折光学素子であってもよい。更に、要素回折光学素子４１は、図１に示された例において透過型として構成されているが、反射型として構成されてもよい。要素回折光学素子４１が位相型の回折光学素子として構成される場合、要素回折光学素子４１をなす微細構造は、コヒーレント光の入射位置に応じて光路長が変化する凹凸パターン構造や、コヒーレント光の入射位置に応じて屈折率が異なるパターン構造を採用することができる。凹凸パターンからなる微細構造は、フォトリソグラフィー技術を利用した樹脂成形により、量産することができる点において好ましい。また、要素回折光学素子４１が振幅型の回折光学素子として構成される場合、要素回折光学素子４１をなす微細構造は、コヒーレント光の入射位置に応じて透過率が異なる構造を採用することができる。
【００４８】
ここで、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を参照して、要素回折光学素子４１の具体例について更に説明する。図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示された要素回折光学素子４１は、位相変調型のフーリエ変換ホログラムとして構成されている。位相変調型のフーリエ変換ホログラムは、フーリエ変換像の位相情報を多値化した深さとして媒体、すなわち表面層に記録することで作製される凹凸面を有するホログラムであり、媒体の光路長差に基づく回折現象を利用して再生光から原画像の光像を再生する。
【００４９】
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ一つの要素回折光学素子４１を示す平面図である。具体例として、図３Ａは、一つの第１要素回折光学素子４１Ａを示しており、図３Ｂは、一つの第２要素回折光学素子４１Ｂを示している。これらの要素回折光学素子４１は、複数の単位ピクセル４５を有している。単位ピクセル４５は、入射光に及ぼす変調量を調節する最小単位である。図示された位相型の要素回折光学素子４１では、単位ピクセル４５毎に異なる量で入射光の位相を変調することができる。図４は、図３ＡのＺ−Ｚ線に沿った断面の一例および図３ＢのＺ−Ｚ線に沿った断面の一例を示している。図４に示された要素回折光学素子４１では、単位ピクセル４５が、第３方向ｄ３に沿って８段階の高さのいずれかに設定されている。したがって、図示された要素回折光学素子４１では、入射光に与える位相変調量を８段階で制御することができる。ただし、単位ピクセル４５の段数は特に限定されるものではない。
【００５０】
多数の単位ピクセル４５に分割された要素回折光学素子４１では、多数の単位ピクセル４５に周期的な構造を付与することで、当該要素回折光学素子４１への入射光を回折することができる。単位ピクセル４５の配列方向に沿った周期構造のピッチをＰ〔ｎｍ〕とし入射光の波長をλ〔ｎｍ〕とすると、要素回折光学素子４１は、次の式で表される回折角度θ〔ｒａｄ〕だけ、入射光の進行方向を曲げて、回折光が進む位置が単位ピクセル４５の配列方向にそってずれるようにすることができる。
Ｓｉｎθ＝λ／Ｐ
【００５１】
この要素回折光学素子４１での最小の回折角度θminは、周期構造のピッチが要素回折光学素子４１の一辺の長さＡ〔ｎｍ〕と等しくなる場合であり、具体的には、Ｓｉｎ−１（λ／Ａ）〔ｒａｄ〕となる。一方、要素回折光学素子４１を連続的に並列配置することを考慮すると、要素回折光学素子４１での周期構造のピッチは、自然数ｋを用いて、Ａ／ｋ〔ｎｍ〕となる。周期構造のピッチがＡ／ｋ〔ｎｍ〕の場合、回折角度θｋは、Ｓｉｎ−１（ｋ×λ／Ａ）〔ｒａｄ〕となる。ここで、「λ／Ａ」が十分に小さい場合、回折角度θｋは、最小の回折角度θminのｋ倍となる。したがって、要素回折光学素子４１が一方向に配列された十分な数の単位ピクセル４５を有する場合、回折角度を一方向に沿って同一角度間隔で量子的に変化させることが可能となる。
【００５２】
ここで、図３Ａに示された第１要素回折光学素子４１Ａの例において、単位ピクセル４５は、第１方向ｄ１に配列され、また第２方向ｄ２にも配列されている。この第１要素回折光学素子４１Ａでの回折作用により、入射光の進行方向が０次光の進行方向に対して曲げられ、回折光の入射位置を、０次光が入射するべき位置から、第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２のそれぞれにずらすことができる。図６Ａは、例えば角度空間において、図３Ａに示された第１要素回折光学素子４１Ａによって照射可能な点像の配列パターンを示す平面図である。図６Ａに示された例において、第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２に配列された点像ＰＩのうち、被照明領域ＬＺ内に位置する点像ＰＩの位置に単位像ＵＩが再生されている。
【００５３】
一方、図３Ｂに示された第２要素回折光学素子４１Ｂの例において、単位ピクセル４５は、第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２と非平行な第４方向ｄ４に配列され、且つ第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２と非平行な第５方向ｄ５に配列されている。この第２要素回折光学素子４１Ｂでの回折作用により、入射光の進行方向が０次光の進行方向に対して曲げられ、回折光の入射位置を、０次光が入射するべき位置から、第４方向ｄ４及び第５方向ｄ５のそれぞれにずらすことができる。図６Ｂは、例えば角度空間において、図３Ｂに示された第２要素回折光学素子４１Ｂによって照射可能な点像の配列パターンを示す平面図である。図６Ｂに示された例において、第４方向ｄ４及び第５方向ｄ５に配列された点像ＰＩのうち、被照明領域ＬＺ内に位置する点像ＰＩの位置に単位像ＵＩが再生されている。
【００５４】
また、図７に示すように、第１要素回折光学素子４１Ａからの回折光で照明される被照明領域ＬＺと、第２要素回折光学素子４１Ｂからの回折光で照明される被照明領域ＬＺは、一致させている。すなわち、第１要素回折光学素子４１Ａの回折特性を設計する際の被照明領域ＬＺと、第２要素回折光学素子４１Ｂの回折特性を設計する際の被照明領域ＬＺは、例えば同一の角度空間において同一の位置にある。これにより、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂは、同一の被照明領域ＬＺに向けて入射光を回折するようになる。
【００５５】
なお、要素回折光学素子４１の一辺の長さＷＡは、数μｍ〜数ｍｍとすることができる。例えば、要素回折光学素子４１の平面形状を２ｍｍ四方の正方形とすることができる。単位ピクセル４５の一辺の長さＷＢは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲にあることが好ましく、５０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲にあることがより好ましく、１００ｎｍ以上２μｍ以下の範囲にあることが更に好ましい。また、要素回折光学素子４１をなす凹凸構造の凹凸深さ、すなわち第３方向ｄ３における最大高低差ＨＢは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下の範囲にあることが好ましく、８０ｎｍ以上１５μｍ以下の範囲にあることがより好ましく、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲にあることが更に好ましい。
【００５６】
要素回折光学素子４１の設計には、例えば反復フーリエ変換法が用いられる。図５は反復フーリエ変換法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図５の処理手順は、被照射面ＩＰ上に得られる回折像をフラウンホーファ回折像として、実施される。
【００５７】
まず、要素回折光学素子４１への入射光の放射強度分布を設定するとともに、ランダムな位相分布を準備する（ステップＳＴ１）。次に、ステップＳＴ１で設定した放射強度分布とランダムな位相分布とを組み合わせた複素振幅分布を生成する（ステップＳＴ２）。その後、得られた複素振幅分布に対して逆フーリエ変換（ＩＦＴ）を施して、被照射面ＩＰ上での複素振幅分布を生成する（ステップＳＴ３）。
【００５８】
得られた複素振幅分布は、ランダムな位相分布を用いて計算されたものであり、当該ランダムな位相分布を反映している。次に、要素回折光学素子４１での回折によって得られるべき放射強度分布に基づき、ステップＳＴ３で得られた被照射面ＩＰ上での複素振幅分布の実部を修正する（ステップＳＴ４）。その後、ステップＳＴ４で実部を修正された複素振幅分布に対してフーリエ変換を施して、要素回折光学素子４１上での複素振幅分布を計算する（ステップＳＴ５）。次に、ステップＳＴ１で設定した要素回折光学素子４１への入射光の放射強度分布に基づき、ステップＳＴ５で得られた要素回折光学素子４１上での複素振幅分布の実部を修正する（ステップＳＴ６）。
【００５９】
その後、ステップＳＴ６で生成した複素振幅分布を用いて、ステップＳＴ３以降の処理を繰り返す。ステップＳＴ３〜ＳＴ６の処理を繰り返すうちに、要素回折光学素子４１上での複素振幅分布の実部が、ステップＳＴ１で設定した放射強度分布に近づいていく。
【００６０】
以上のようにして、所望の回折特性を実現するための要素回折光学素子４１の構造を設計することができる。なお、回折光学素子４０には複数の要素回折光学素子４１が含まれる。複数の要素回折光学素子４１の間での僅かな配置位置の相違を無視して、複数の要素回折光学素子４１を同一に設計してもよいし、或いは、複数の要素回折光学素子４１の間での僅かな配置位置の相違を考慮して、複数の要素回折光学素子４１を別々に設計してもよい。
【００６１】
上述したように、本実施の形態における要素回折光学素子４１は、複数の要素回折光学素子４１の各々として、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを含んでいる。第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂは、互いに異なる回折構造を有している。具体的には、第１要素回折光学素子４１Ａを設計する際における原画像となる点像ＰＩの配列方向と、第２要素回折光学素子４１Ｂを設計する際における原画像となる点像ＰＩの配列方向と、を非平行としている。これにより、第１要素回折光学素子４１Ａにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２は、第２要素回折光学素子４１Ｂにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５と非平行となる。
【００６２】
第１要素回折光学素子４１Ａにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２は、第２要素回折光学素子４１Ｂにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５と、１０°以上異なっていることが好ましく、２２．５°より大きく異なっているとより好ましい。図３Ａ及び図３Ｂは、特に好ましく、第１要素回折光学素子４１Ａにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２は、第２要素回折光学素子４１Ｂにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５に対して４５°傾斜している。
【００６３】
以上のような構成からなる照明装置２０では、コヒーレント光源２５から射出したコヒーレント光が、整形光学系３０で整形される。図示された具体例において、コヒーレント光は、光束断面積を拡大された平行光束に整形される。整形光学系３０で整形されたコヒーレント光は、回折光学素子４０に入射する。コヒーレント光は、入射位置に応じて、回折光学素子４０の第１要素回折光学素子４１Ａまたは第２要素回折光学素子４１Ｂによって回折される。
【００６４】
第１要素回折光学素子４１Ａで回折されたコヒーレント光は、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺ内に向かう。第１要素回折光学素子４１Ａで回折されたコヒーレント光は、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺ内に想定された点像ＰＩの位置に投射され、単位像ＵＩを再生する。同様に、第２要素回折光学素子４１Ｂで回折されたコヒーレント光は、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺ内に向かう。第２要素回折光学素子４１Ｂで回折されたコヒーレント光は、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺ内に想定された点像ＰＩの位置に投射され、単位像ＵＩを再生する。すなわち、本実施の形態による照明装置２０では、単位像ＵＩの集合体として、被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺが所定のパターンにて照明される。
【００６５】
図１に示された例では、被照明領域ＬＺが、空間光変調器５０の入射面によって形成されている。照明装置２０によってコヒーレント光を照射された空間光変調器５０は、変調画像を形成する。変調画像は、投射光学系１３を経てスクリーン１２上に投射される。スクリーン１２上には、観察者によって観察される画像が表示される。
【００６６】
ところで、回折光学素子は、入射光の位相または振幅を変調する複数の単位ピクセルを有している。そして、要素回折光学素子４１の一辺の長さＷＡを大きくすることで、単位像ＵＩの原像となる点像ＰＩを高密度で近接して配置することができる。すなわち、単位像ＵＩを高密度で近接して再生することが可能となる。しかしながら、計算機での計算量、装置サイズ等の制約から、単位ピクセル４５で照明され得る点像ＰＩを高密度で近接して配置することには限界がある。この結果、従来の照明装置では、被照明領域内に単位像の配列に応じた明暗が視認されることがあった。
【００６７】
このような不具合に対処するため、本実施の形態の照明装置２０に含まれる回折光学素子４０では、第１要素回折光学素子４１Ａにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２が、第２要素回折光学素子４１Ｂにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５に非平行であり、とりわけ傾斜している。したがって、第１要素回折光学素子４１Ａによって照射可能な点像ＰＩの配列方向は、第２要素回折光学素子４１Ｂによって照射可能な点像ＰＩの配列方向と非平行で傾斜する。この結果、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂからの回折光を利用して同一の被照明領域ＬＺを照明する場合、被照明領域ＬＺをより均一な明るさで照明して、明るさのむらを目立たなくさせることができる。
【００６８】
より具体的には、図７に示すように、第１要素回折光学素子４１Ａからの回折光によって再生される単位像ＵＩの配列方向は、第２要素回折光学素子４１Ｂからの回折光によって再生される単位像ＵＩの配列方向と非平行となり傾斜する。このため、被照明領域ＬＺにおいて、第１要素回折光学素子４１Ａからの回折光によって再生される単位像ＵＩの位置と、第２要素回折光学素子４１Ｂからの回折光によって再生される単位像ＵＩの位置が、被照明領域ＬＺにおいてずれやすくなる。例えば、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂの間で、要素回折光学素子４１の一辺の長さＷＡが一致し、且つ、単位ピクセル４５の一辺の長さＷＢが一致している場合、単位ピクセル４５の配列方向が相違することで、第１要素回折光学素子４１Ａによる単位像ＵＩの位置と第２要素回折光学素子４１Ｂによる単位像ＵＩの位置は、少なくとも部分的にずれる。これにより、同一数の要素回折光学素子４１を用いた場合、被照明領域ＬＺのより多くの面積に単位像ＵＩを再生することが可能となり、被照明領域ＬＺ内における明るさのむらを効果的に目立たなくさせることができる。
【００６９】
なお、第１要素回折光学素子４１Ａでの単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２は、第２要素回折光学素子４１Ｂでの単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５に対して、４５°傾斜していることが非常に好ましい。また、第１要素回折光学素子４１Ａでの単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２が、第２要素回折光学素子４１Ｂでの単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５に対して、２２．５°より大きく６７．５°より小さく傾斜していることが優位な条件といえる。第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂの一辺の長さＷＡや単位ピクセル４５の一辺の長さＷＢにも依存するが、このように第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂの間で単位ピクセル４５の配列方向を調節することで、第１要素回折光学素子４１Ａによる単位像ＵＩの位置と第２要素回折光学素子４１Ｂによる単位像ＵＩの位置とがずれ易くなり、被照明領域ＬＺ内における明るさのむらを効果的に目立たなくさせることができる。
【００７０】
以上に説明してきたように、本実施の形態における回折光学素子４０は、入射光の位相または振幅を変動させる複数の単位ピクセル４５を有し被照明領域ＬＺに向けて入射光を回折する第１要素回折光学素子４１Ａと、入射光の位相または振幅を変動させる複数の単位ピクセル４５を有し被照明領域ＬＺに向けて入射光を回折する第２要素回折光学素子４１Ｂと、を有している。そして、第１要素回折光学素子４１Ａにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２は、第２要素回折光学素子４１Ｂにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５と非平行である。このような本実施の形態によれば、第１要素回折光学素子４１Ａで回折されて被照明領域ＬＺ内に照射される単位像ＵＩの位置と、第２要素回折光学素子４１Ｂで回折されて被被照明領域ＬＺ内に照射される単位像ＵＩの位置を、ずらすことができる。したがって、被照明領域ＬＺをより多くの単位像ＵＩによって照明することができる。これにより、被照明領域ＬＺをより均一な明るさで照明して、被照明領域ＬＺにおける明るさのむらを目立たなくさせることができる。
【００７１】
なお、レーザー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、レーザー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、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。本実施の形態によれば、第１要素回折光学素子４１Ａで回折されたコヒーレント光と第２要素回折光学素子４１Ｂで回折されたコヒーレント光とが被照明領域ＬＺで重なり合うことで、スペックルを目立たなくさせることが可能となる。
【００７２】
上述した一実施の形態の一具体例において、第１要素回折光学素子４１Ａの向きは第２要素回折光学素子４１Ｂの向きと異なっている。例えば第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを同一の外輪郭を有するようにしてもよい。このような具体例によれば、簡易な構成を有する回折光学素子４０を用いて、被照明領域ＬＺ内の明るさのむらを効果的に目立たなくさせることができる。
【００７３】
一実施の形態を複数の具体例により説明してきたが、これらの具体例が一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、追加を行うことができる。
【００７４】
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、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例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とともに、重複する説明を省略する。
【００７５】
例えば、上述した一具体例において、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂが同一の外輪郭を有する例を示したが、この例に限られない。図８Ａに示すように、第１要素回折光学素子４１Ａの外輪郭が、第２要素回折光学素子４１Ｂの外輪郭と異なるようにしてもよい。図８Ａに示された例において、第１要素回折光学素子４１Ａは、正方形形状または長方形形状となっている。一方、第２要素回折光学素子４１Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、正方形形状または長方形形状の四隅を取り除いた外輪郭を有している。この例において、第２要素回折光学素子４１Ｂは八角形形状の外輪郭を有している。図８Ｂには、第２要素回折光学素子４１Ｂに重ねて、第１要素回折光学素子４１Ａの外輪郭を二点鎖線で示している。図８Ｂに示すように、第２要素回折光学素子４１Ｂは、第１要素回折光学素子４１Ａの外輪郭に内接する外輪郭を有している。この結果、図８Ａに示すように、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを高密度で配置することができ、回折光学素子４０を小型化することができる。なお図８Ｂに示された第２要素回折光学素子４１Ｂは、図３Ｂに示された第２要素回折光学素子４１Ｂの四隅を切断することで作製することができる。
【００７６】
さらに、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂが同一の外輪郭を有するとともに、向きも同一にしてもよい。同一の外輪郭を有し且つ向きを同一とした第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂによれば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを高密度で配置することができ、回折光学素子４０を小型化することができる。
【００７７】
また、上述した一具体例において、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂが入り交じって配置される例を示したが、この例に限られない。図１０に示す例において、回折光学素子４０は第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を含んでいる。第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２は重なりあっていない。図示された例において、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２は接触しているが、この例に限られず第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２は互いから離間していてもよい。
【００７８】
第１領域Ａ１には複数の第１要素回折光学素子４１Ａが配置されている。複数の第１要素回折光学素子４１Ａは同一の外輪郭を有している。したがって、複数の第１要素回折光学素子４１Ａを、第１領域Ａ１内に規則的に配列して、高密度に配置することができる。典型的には、複数の第１要素回折光学素子４１Ａを第１領域Ａ１内に隣接して隙間なく敷き詰めることができる。同様に、第２領域Ａ２には複数の第２要素回折光学素子４１Ｂが配置されている。複数の第２要素回折光学素子４１Ｂは同一の外輪郭を有している。したがって、複数の第２要素回折光学素子４１Ｂを、第２領域Ａ２内に規則的に配列して、高密度に配置することができる。典型的には、複数の第２要素回折光学素子４１Ｂを第２領域Ａ２内に隣接して隙間なく敷き詰めることができる。この結果、図１０に示すように、第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを高密度で配置することができ、回折光学素子４０を小型化することができる。
【００７９】
また、上述した一具体例において、回折光学素子４０が第１要素回折光学素子４１Ａ及び第２要素回折光学素子４１Ｂを有する例を示したが、図１１に示すように、回折光学素子４０が、入射光の位相または振幅を変調する複数の単位ピクセル４５を有し且つ被照明領域ＬＺに向けて入射光を回折する第３要素回折光学素子４１Ｃを更に有するようにしてもよい。この例において、第３要素回折光学素子における複数の単位ピクセル４５の配列方向が、第１要素回折光学素子４１Ａにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ１，ｄ２の少なくとも一つと非平行であり、且つ、第２要素回折光学素子４１Ｂにおける複数の単位ピクセル４５の配列方向ｄ４，ｄ５の少なくとも一つと非平行であるようにしてもよい。この例によれば、第１〜第３要素回折光学素子からの単位像ＵＩの重ね合わせによって、被照明領域ＬＺ内における明るさのむらを更に効果的に目立たなくさせることができる。
【００８０】
さらに、上述した一具体例として、被照明領域ＬＺが矩形形状からなる例を示したが、この例に限られない。被照明領域ＬＺが、文字、絵柄、色模様、記号、マーク、イラスト、キャラクター、ピクトグラムのいずれか一以上を表すパターンを含むようにしてもよい。要素回折光学素子４１を用いることで被照明領域ＬＺの形状を高い自由度で変更することができる。これにより、多様な演出効果を実現することができる。
【００８１】
さらに、空間光変調器５０が被照明領域ＬＺに重ねて配置される例を示したがこの例に限られない。照明装置２０が、直接または投射光学系を介し、スクリーン１２上に単位像ＵＩを再生するようにしてもよい。すなわち、この例では、スクリーン１２が被照射面ＩＰ上に設けられる。また、別の例として、図１３に示すように、路面を被照射面ＩＰとして、整形光学系３０が路面上の被照明領域ＬＺを照明するようにしてもよい。或いは、路面以外の地面や、ビル等の構造物、湖面や海面等の水面等を被照射面ＩＰとして、照明装置２０がこれらの被照射面ＩＰ上の被照明領域ＬＺを照明するようにしてもよい。
【００８２】
さらに、図１４に示すように、照明装置２０は携帯型の装置として構成されてもよい。図１４に示された照明装置２０は、円柱状の外形状を有し、片手で把持できるようになっている。この照明装置２０はケーシング２１を有している。コヒーレント光源２５、整形光学系３０及び回折光学素子４０は、ケーシング２１によって保持されている。回折光学素子４０は、コヒーレント光の出射面をなし、ケーシング２１の端面に保持されている。コヒーレント光源２５及び整形光学系３０は、図示しない電源等とともに、ケーシング２１内に収容されている。ケーシング２１の外面には、照明装置２０を制御するためのスイッチ２２が設けられている。
【符号の説明】
【００８３】
１０    投射型表示装置
１２    スクリーン
１３    投射光学系
１５    投射装置
２０    照明装置
２１    ケーシング
２２    スイッチ
２５    コヒーレント光源
２５Ａ  第１コヒーレント光源
２５Ｂ  第２コヒーレント光源
２５Ｃ  第３コヒーレント光源
３０    整形光学系
３１    第１レンズ
３２    第２レンズ
４０    回折光学素子
４１    要素回折光学素子
４１Ａ  第１要素回折光学素子
４１Ｂ  第２要素回折光学素子
４５    単位ピクセル
５０    空間光変調器
ＵＩ    単位像
ＰＩ    点像
ＩＰ    被照射面
ＬＺ    被照明領域
ｄ１    第１方向
ｄ２    第２方向
ｄ３    第３方向
ｄ４    第４方向
ｄ５    第５方向
【図１】
2020118902.tif 000003
【図２】
2020118902.tif 000004
【図３Ａ】
2020118902.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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