(57)【要約】【課題】被照射面までの距離を短縮しつつ簡易な構成で面状照明することができる照明装置を提供する。【解決手段】本発明に係る照明装置１０は、波長が互いに異なる複数の光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを射出する複数の光源１ａ、１ｂ及び１ｃと、複数の光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを合成光束Ｌｔとして射出する合成部３と、合成光束Ｌｔを第１の断面内において偏向する回転多面鏡４と、回転多面鏡４からの合成光束Ｌｔを第１の断面とは異なる第２の断面内において偏向する複数の反射面を含む反射部６と、反射部６からの合成光束Ｌｔを被照射面８に導光する偏向部材７とを有することを特徴とする。【選択図】  図１
2020106578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が互いに異なる複数の光束を射出する複数の光源と、
前記複数の光束を合成光束として射出する合成部と、
前記合成光束を第１の断面内において偏向する回転多面鏡と、
前記回転多面鏡からの前記合成光束を前記第１の断面とは異なる第２の断面内において偏向する複数の反射面を含む反射部と、
前記反射部からの前記合成光束を被照射面に導光する偏向部材とを有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第２の断面は、前記第１の断面に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記偏向部材は、前記合成光束を前記被照射面に垂直な方向に偏向することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記複数の光束の収束度を変換する複数の光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記複数の光学素子から出射した直後の前記複数の光束の収束度は、互いに等しいことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の光学素子は、前記複数の光束を平行光束に変換することを特徴とする請求項４または５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記回転多面鏡から前記偏向部材までの光路上には反射部材のみが設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の光束は、Ｒ色の光束、Ｇ色の光束及びＢ色の光束を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記複数の反射面は、第１の方向に一次元配列されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記複数の反射面それぞれの前記第１の方向の幅は、該反射面と前記回転多面鏡との間の距離が長くなるほど、大きいことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記複数の反射面は、前記一次元配列が第２の方向に複数配置されるように二次元配列されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記複数の反射面は、湾曲した方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記複数の反射面それぞれの寸法は、互いに等しいことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記複数の反射面は、前記配列が第２の方向に複数配置されるように二次元配列されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記回転多面鏡の少なくとも一つの偏向面は、前記第１の断面に対して非垂直であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記複数の反射面は、前記回転多面鏡によって偏向された前記合成光束を同期検知センサーに偏向する反射面を含むことを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記同期検知センサーによる前記複数の光源の発光タイミングの同期検知の周期は、外乱の周期より短いことを特徴とする請求項１６に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記複数の反射面の少なくとも一つの反射面は、曲面であることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８の何れか一項に記載の照明装置と、
前記被照射面の位置に配置される表示面を含む表示素子とを有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関し、特に液晶ディスプレイ等の画像表示装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイ等の画像表示装置において、色純度の高い、即ち再現できる色域が広域である三原色を作ることができるレーザーを光源として用いることを想定して作られたＢＴ．２０２０規格が実用域に入ってきており、これに対応できる光源の開発が行われている。
そして、そのような画像表示装置において、コントラスト向上のために、表示領域における複数の分割領域の各々に対応する光源の輝度を、各分割領域に表示される画像の統計値（階調値）に応じて制御する方法（ローカルディミング）が行われている。
【０００３】
特許文献１は、二次元走査部を用いて光ビームを二次元的に偏向することによって、液晶パネルを面状に照明する照明装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている照明装置では、二次元走査部としてポリゴンミラー及びガルバノミラーが用いられており、それらを同期制御することで二次元走査を行う必要があるため、装置全体が複雑化してしまう。
それに加え、液晶パネルまでの走査画角に応じた光路長差を低減するために、走査画角を小さくして液晶パネルまでの距離を十分に確保する必要があるため、照明装置を搭載する画像表示装置が大型化してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、被照射面までの距離を短縮しつつ簡易な構成で面状照明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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る照明装置は、波長が互いに異なる複数の光束を射出する複数の光源と、複数の光束を合成光束として射出する合成部と、合成光束を第１の断面内において偏向する回転多面鏡と、回転多面鏡からの合成光束を第１の断面とは異なる第２の断面内において偏向する複数の反射面を含む反射部と、反射部からの合成光束を被照射面に導光する偏向部材とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被照射面までの距離を短縮しつつ簡易な構成で面状照明することができる照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る照明装置の構成の模式図。
【図２】第一実施形態に係る照明装置を搭載した画像表示装置の模式図。
【図３】第一実施形態に係る照明装置による照明走査を模式的に示した図。
【図４】第一実施形態に係る照明装置においてマイクロミラーアレイが走査される様子を模式的に示した図。
【図５】第一実施形態に係る照明装置における同期検知を模式的に示した図。
【図６】第二実施形態に係る照明装置の構成の模式図。
【図７】第二実施形態に係る照明装置においてマイクロミラーアレイが走査される様子を模式的に示した図。
【図８】第二実施形態に係る照明装置におけるポリゴンミラーの一構成を模式的に示した図。
【図９】光源から出射した発散光束の状態が集光素子によって変換された際の様子を模式的に示した図。
【図１０】光源から出射し、集光素子によって状態を変換された光束によってマイクロミラーアレイが走査される様子を模式的に示した図。
【図１１】第三実施形態に係る照明装置の構成の模式図。
【図１２】第三実施形態に係る照明装置においてマイクロミラーアレイが走査される様子を模式的に示した図。
【図１３】第三実施形態に係る照明装置が搭載されるプロジェクタの構成の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態に係る照明装置について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
なお、以下の説明において、第１の方向は回転多面鏡の回転軸及び光学系の光軸に垂直な方向に対応し、第２の方向は回転多面鏡の回転軸に平行な方向に対応する。また、第１の断面は第２の方向に垂直な断面に対応し、第２の断面は第１の方向に垂直な断面に対応する。
【００１１】
本実施形態に係る照明装置は、波長が互いに異なる複数の光源から出射した各光束の収束度を変換し、変換された各光束を合成し、合成された合成光束を回転多面鏡に導光する入射光学系と、光束を偏向して被照射面を走査する回転多面鏡とを備えている。
また、本実施形態に係る照明装置は、表示パネルを照明するために、回転多面鏡によって偏向された合成光束を、複数の区間に分割され各々の角度に偏向するマイクロミラーアレイを備えている。さらに、本実施形態に係る照明装置は、マイクロミラーアレイの各区間に対応して設けられた分割領域を有し、マイクロミラーアレイによって偏向された合成光束を表示パネルに反射する反射シートを備えている。
【００１２】
液晶ディスプレイ等の表示装置には、照明として面状照明装置が用いられている。
また、液晶ディスプレイ等の表示装置においては、基準とする三原色をいかに純度の高い原色に設定することができるかによって再現できる色の範囲（色域）の広さが決定されるため、面状照明装置の光源としては、高輝度で色純度の高い発光体が求められている。
【００１３】
近年では、色純度の高い、即ち再現できる色域が広域である発光体として、ＬＥＤ、量子ドット、レーザー等の発光体が実用化されてきている。
そのため、これらの発光体の中で最も高純度の三原色を作ることができるレーザーを光源として用いることを想定して作られたＢＴ．２０２０規格が実用域に入ってきており、これに対応できる光源の開発が行われている。
【００１４】
また、表示装置のコントラスト向上のために、入力映像信号の内容に応じて面状照明装置の輝度を画面全体あるいは部分的に可変制御する方法が用いられる。
そして、表示装置の表示領域に設定される複数の分割領域の各々に対応する位置の輝度を、分割領域に表示される画像の統計値（階調値）に応じて制御する面状照明装置の制御方法が用いられており、一般にローカルディミングと呼ばれている。
そこで、より精細で忠実度の高い表示装置を得るためには、レーザーを光源として用いると共に、ローカルディミングが可能な面状照明装置の開発が重要となる。
【００１５】
［画像表示装置］
図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る照明装置を搭載した画像表示装置１００の模式的斜視図及び模式的上面図を示している。
【００１６】
画像表示装置１００は、液晶ディスプレイであり、画像表示装置１００の画像表示部１０１の周囲には、左側領域１０１Ｌ、右側領域１０１Ｒ、上側領域１０１Ｕ及び下側領域１０１Ｂから構成される枠部が設けられている。
また、図２（ｂ）は、画像表示装置１００における本実施形態に係る照明装置の配置も示している。図２（ｂ）に示されているように、左右に配置された二つの本実施形態に係る照明装置を用いて画像表示部１０１に設けられている液晶パネルや各種の光学シートを含む表示パネル８（表示素子）の表示面が背面から反射シート７を介して照明される（図１）。
【００１７】
［第一実施形態］
図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第一実施形態に係る照明装置１０の構成を模式的に示した図である。
【００１８】
本実施形態に係る照明装置１０は、面状照明装置であり、光源１ａ、１ｂ、１ｃ（第１、第２及び第３の光源）、集光素子２ａ、２ｂ、２ｃ（第１、第２及び第３の光学素子）、合成光学素子３（合成素子、合成部）を備えている。また、本実施形態に係る照明装置１０は、ポリゴンミラー４（回転多面鏡、偏向器）、折り返しミラー５（反射部材）、マイクロミラーアレイ６（反射部材、反射部）及び反射シート７（偏向部材、偏向部）を備えている。
【００１９】
光源１ａ、１ｂ及び１ｃはそれぞれ、発光主波長が赤色（Ｒ色）波長域にあるＲレーザー、緑色（Ｇ色）波長域にあるＧレーザー及び青色（Ｂ色）波長域にあるＢレーザーから構成される。ここで、赤色波長域、緑色波長域及び青色波長域とはそれぞれ、６００〜７００ｎｍ、５００〜６００ｎｍ及び４００〜５００ｎｍを指す。
集光素子２ａ、２ｂ及び２ｃはそれぞれ、光源１ａ、１ｂ及び１ｃから射出された光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃの収束度を変換する。
合成光学素子３は、集光素子２ａ、２ｂ及び２ｃによって変換された光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを合成光束Ｌｔに合成する。
【００２０】
図１（ａ）に示されているように、光源１ａ乃至１ｃから出射した発散光束Ｌａ乃至Ｌｃはそれぞれ、対応する集光素子２ａ乃至２ｃによって収束度（状態）が変換される。
そして、集光素子２ａ乃至２ｃによって収束度が変換された光束Ｌａ乃至Ｌｃは、集光素子２ａ乃至２ｃから出射した直後の収束度が揃った状態で合成光学素子３によって合成光束Ｌｔに合成され、ポリゴンミラー４に導光される。
【００２１】
なお、合成光束Ｌｔは、入射光学系内に設けられた絞り（不図示）によって成形される。絞りは、楕円形状、矩形形状、長円形状、菱形形状等の開口を有しており、使用される光源の波長や要求される光束の大きさや形状に応じて設計すればよい。
また、絞りを複数の部材（例えば、第１の方向の光束径を制限するスリット部材と、第２の方向の光束径を制限するスリット部材とを含む２つのスリット部材）に分割して設けても構わない。
【００２２】
本実施形態に係る照明装置１０では、光源１ａ、１ｂ、１ｃ、集光素子２ａ、２ｂ、２ｃ、合成光学素子３及び絞りによって、入射光学系７０が構成される。
【００２３】
ポリゴンミラー４は、複数の偏向反射面（偏向面）で構成されたポリゴンミラーであり、図示しない駆動系により回転軸を持って回転駆動され、合成光束Ｌｔを偏向する。
折り返しミラー５は、反射面が平面の板状部材であり、ポリゴンミラー４によって偏向された合成光束Ｌｔをマイクロミラーアレイ６へ反射する。なお、折り返しミラー５の反射面は、平面に限らず、非球面形状にすることによって合成光束Ｌｔの状態を制御するようにしても構わない。しかしながら、折り返しミラー５の反射面の形状は、第１の方向に連続した面とすることが好ましい。
また、下記のように、マイクロミラーアレイ６は複数の区間に分割されているため、アライメントの難易度が一気に増大することになるが、調整や制御によって折り返しミラー５をマイクロミラーアレイ化することも可能である。
【００２４】
マイクロミラーアレイ６は、互いに反射面の角度が異なるように分割された複数の区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３・・・が一次元状に配置（一次元配列）されている、第１の方向に延在した一次元ミラーアレイである。そして、マイクロミラーアレイ６は、ポリゴンミラー４によって偏向され折り返しミラー５によって反射された各合成光束Ｌｔを、反射シート７の対応する各領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３・・・へ互いに異なる角度で偏向する。
反射シート７は、複数の分割領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３・・・を有しており、マイクロミラーアレイ６によって各領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３・・・へ偏向された各合成光束Ｌｔを反射（偏向）して被照射面８に導光する。
【００２５】
なお、マイクロミラーアレイ６は、微小なミラーを貼り合わせたり、金属或いはガラスを切削して製造する他、金型にプラスチック樹脂を充填させ冷却後に金型から取り出す既知の成形技術によって製造することができる。
また、本実施形態に係る照明装置１０では、マイクロミラーアレイ６を構成する複数の反射面はそれぞれ平面で構成されているが、これに限らず、反射シート７に到達する各合成光束Ｌｔの状態を制御するために曲面や非球面形状で構成しても構わない。
【００２６】
図１（ａ）乃至（ｃ）に示されているように、入射光学系７０によって導光された合成光束Ｌｔは、回転駆動するポリゴンミラー４の任意の偏向反射面によって偏向される。そして、ポリゴンミラー４によって偏向された合成光束Ｌｔは、折り返しミラー５、マイクロミラーアレイ６及び反射シート７によって反射され、表示パネル８が照明走査される。
また、入射光学系７０及びポリゴンミラー４は、反射シート７を挟んで、表示パネル８とは反対側に配置されている。
そして、ポリゴンミラー４によって偏向された合成光束Ｌｔは、折り返しミラー５によって、表示パネル８と同じ側に設置されているマイクロミラーアレイ６へ反射される。
【００２７】
図３（ａ）は、本実施形態に係る照明装置１０に設けられているマイクロミラーアレイ６の機能を説明した図である。
図３（ａ）に示されているように、ポリゴンミラー４によって偏向された各合成光束Ｌｔのうち、例えばマイクロミラーアレイ６の区間Ｍ１−１に入射した合成光束Ｌｔは、反射シート７のＳ１−１領域へ反射される。また、マイクロミラーアレイ６の区間Ｍ１−２に入射した合成光束Ｌｔは、反射シート７のＳ１−２領域へ反射される。
このようにして、区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３、…、Ｍｖ−ｈ、…からなるマイクロミラーアレイ６は、ポリゴンミラー４によって偏向された各合成光束Ｌｔを、反射シート７の対応する各領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３、…、Ｓｖ−ｈ、…へ互いに異なる角度で偏向する。
換言すると、ポリゴンミラー４は、合成光束Ｌｔを第１の断面内において偏向し、マイクロミラーアレイ６は、合成光束Ｌｔを第１の断面とは異なる第２の断面内において偏向する。
【００２８】
図３（ｂ）は、画像表示装置１００の表示パネル８上における照明走査の様子を示した図である。
【００２９】
図２（ｂ）に示されているように、画像表示装置１００の内部において、ポリゴンミラー４及びマイクロミラーアレイ６によって、反射シート７上の複数の領域への各合成光束Ｌｔの離散的な偏向が行われる。
それにより、図３（ｂ）に示されているように、表示パネル８上の一列の領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３…が横方向に順次照明された後、一段下の列の領域Ｓ２−１…が同様に順次照明される。
これを繰り返すことによって、表示パネル８を面状に照明走査することができる。
【００３０】
なお、図１（ｃ）及び図２（ｂ）に示されているように、マイクロミラーアレイ６は、反射シート７を挟んで表示パネル８と同じ側に設けられており、画像表示部１０１全域を照明走査するためには、画像表示部１０１よりも面内において外側に配置することになる。
画像表示装置１００を小型化するためには、マイクロミラーアレイ６の形状は、画像表示部１０１の周囲に存在する枠部、例えば左側領域１０１Ｌに配置できるように棒状にするのがよい。
【００３１】
また、例えば反射シート７を挟んで表示パネル８と同じ側において、ポリゴンミラー４及びマイクロミラーアレイ６をそれぞれ右側領域１０１Ｒ及び左側領域１０１Ｌに配置する。それにより、画像表示部１０１の周囲に設けられた枠部にマイクロミラーアレイ６等を収納したまま、折り返しミラー５を省いた構成とすることもできる。
【００３２】
さらに、例えば反射シート７を挟んで表示パネル８とは反対側において、ポリゴンミラー４及びマイクロミラーアレイ６を設けた上で、反射シート７に光束を透過又は通過させる機能を付加することによって、折り返しミラー５を省いた構成とすることもできる。
なお、反射シート７を光束が透過する際に、屈折によって光線の向きを変えることはできるが、画像表示装置１００の厚みを抑えるためには、マイクロミラーアレイ６によって偏向された合成光束Ｌｔを表示パネル８に向けて大きく偏向する必要がある。そのため、反射シート７に反射の機能を持たせることは必須である。
【００３３】
図４は、ポリゴンミラー４によって偏向された各合成光束Ｌｔによってマイクロミラーアレイ６の各区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３…が走査される様子を模式的に示した図である。
【００３４】
図４に示されているように、ポリゴンミラー４によって偏向された各合成光束Ｌｔは、レンズ等を介さず直線状に進行するため、マイクロミラーアレイ６の端部区間と中央区間とでは、光路長差が生じる。
そのため、ポリゴンミラー４を一定速度で回転させた場合には、マイクロミラーアレイ６の光路長の長い端部では速く走査され、一方、光路長の短い中央部では遅く走査されることになる。
【００３５】
被照射面全体を均一な光量で照明走査する照明装置を得るためには、反射シート７上の各領域に到達する合成光束の積算光量、即ちマイクロミラーアレイ６の各区間における単位時間当たりの光量と時間との積を互いに均一にする必要がある。
【００３６】
一つの方法としては、マイクロミラーアレイ６において走査速度が遅い中央部を走査するときより走査速度が速い端部を走査するときに、光源１ａ乃至１ｃの発光量を高く設定する電気的な制御を行う。それにより、各領域における積算光量を互いに均一にすることができる。
また、別の方法としては、マイクロミラーアレイ６において走査速度が速い端部を走査するときより走査速度が遅い中央部を走査するときに、光源１ａ乃至１ｃの発光時間を短く設定する電気的な制御を行う。それにより、各領域における積算光量を互いに均一にすることができる。
または、図４に示されているように、マイクロミラーアレイ６において走査速度が遅い中央部よりも走査速度が速い端部における区間の走査方向の幅を長く設定する。それにより、光源１ａ、１ｂ及び１ｃの発光量及び発光時間を一定にしつつ、マイクロミラーアレイ６の反射面を有効に活用しながら積算光量を均一にすることができる。
【００３７】
本実施形態に係る照明装置１０では、ポリゴンミラー４からマイクロミラーアレイ６の各区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３…まで、さらには、各区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３…に対応した反射シート７の各領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３…までの各光路において、互いに光路長差が生じている。
そして、光路長差があっても、反射シート７の各領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３…に到達する各合成光束Ｌｔの状態を互いに揃えるために、光源１ａ、１ｂ及び１ｃから出射した光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを全て集光素子２ａ、２ｂ及び２ｃによって平行光束に変換している。なおここで、平行光束とは、厳密な平行光束だけでなく、弱発散光束や弱収束光束等の略平行光束を含むものとする。
【００３８】
例えば、マイクロミラーアレイ６を構成する各反射面又は折り返しミラー５の反射面を平面ではなく曲面や非球面にすることによって、光路長差に応じて反射シート７上の各領域に到達する合成光束Ｌｔの状態を制御するか、若しくは光路長差による合成光束Ｌｔの状態の差を許容できる場合には、光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを平行光束に変換する必要は無い。
しかしながら、各領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３…に到達する合成光束Ｌｔの色味を互いに均一にするためには、光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃ全ての収束度を互いに揃えておくべきである。
【００３９】
また、本実施形態に係る照明装置１０では、入射光学系７０内で光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを合成光束Ｌｔに合成しており、ポリゴンミラー４から反射シート７までの光路上の光学素子を全て反射素子で構成している。
ＲＧＢの複数の波長を含む合成光束Ｌｔがレンズ等の屈折素子を通過すると、色収差の発生によって反射シート７には白色光ではなく色ずれが生じた光が届いてしまう。
色収差の発生を抑制するためには複数のレンズからなるレンズ群が必要になるが、ポリゴンミラー４による偏向によってレンズ群への合成光束Ｌｔの入射角が連続的に大きく変化するため、色収差の発生の抑制は一層困難となり、レンズ群が複雑な構成になってしまう。
そのため、単純な構成とするためには、ポリゴンミラー４から反射シート７までの光路上の光学素子を全て反射素子で構成するのがよい。
【００４０】
一方、ＲＧＢの光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを入射光学系７０内で合成せずに、それぞれポリゴンミラー４で偏向した後、各光束に適した屈折素子で反射シート７に導光し、反射シート７上で合成させる方法も考えることができる。
しかしながら、本実施形態に係る照明装置１０のような面状照明装置では、例えば液晶ディスプレイ等の対象物を照明するため、見る角度によって色味の変化が起こる等の不都合が生じる可能性がある。
そのため、ＲＧＢの光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃは、入射光学系７０内で合成光束Ｌｔに合成し、各光束の収束度及び主光線の角度を互いに揃えた上で、ポリゴンミラー４で偏向し、ポリゴンミラー４から反射シート７までの光路上を全て反射素子で反射させるように構成するのがよい。
【００４１】
次に、本実施形態に係る照明装置１０における同期検知について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本実施形態に係る照明装置１０における同期検知を模式的に説明した図である。
【００４２】
図５（ａ）に示されているように、本実施形態に係る照明装置１０では、マイクロミラーアレイ６の走査領域よりも外側の領域に、マイクロミラーアレイ６を走査する際の光源１ａ乃至１ｃの発光タイミングを制御するための同期検知センサー５０を配置している。
そして、同期検知を行うことによって、ポリゴンミラー４の回転ムラや複数の反射面間の角度差、製造誤差等による偏向される光束のズレ等を解消することができる。
【００４３】
また、図５（ｂ）に示されているように、マイクロミラーアレイ６によって反射された合成光束Ｌｔを用いて同期検知を行うことによって、マイクロミラーアレイ６の配置誤差の影響を検知することもできる。
この場合、マイクロミラーアレイ６の区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３…の数は、同期検知用の区間を加えるため、反射シート７の領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３…の数よりも多くなる。
【００４４】
本実施形態に係る照明装置１０が用いられる、例えば液晶ディスプレイである画像表示装置１００は、安定した場所に据え付けられる他に、映像制作現場で所謂ロケバスに据え付けられたり、ナビゲーションシステムやエンターテイメント装置として自動車や飛行機に据え付けられたりする。さらには報道現場でヘリコプター内に持ち込まれる等、外部から振動や加速度が加えられる不安定な環境での利用も想定される。
【００４５】
本実施形態に係る照明装置１０では、ポリゴンミラー４として回転駆動するポリゴンモーターが用いられており、画像表示装置１００に搭載した際に、上記のような不安定な環境の下での外乱要因によって、ポリゴンモーターの回転数が瞬間的に不安定に揺らぎ、表示される画像が乱れる可能性がある。
【００４６】
そこで、本実施形態に係る照明装置１０では、そのような外乱要因の表示画像への影響を抑制するために、以下に示すような同期検知方法を採っている。
【００４７】
図５（ａ）及び（ｂ）に示されているように、同期検知センサー５０に向かう光束の進行方向と、その同期検知情報に基づいて走査するマイクロミラーアレイ６の走査終了端部へ向かう光束の進行方向との間の走査角度をθｂｄ［ｄｅｇ］とする。
また、照明装置１０の駆動周波数をＦＢ［Ｈｚ］、ポリゴンミラー４の面数をＮとするとき、制御有効時間ＴＥ［ｓｅｃ］は、以下の式（１）で定義される。
【数１】
2020106578.tif 000003
【００４８】
ここで、照明装置１０の駆動周波数ＦＢは、搭載される画像表示装置１００に求められる性能から決定される。
また、同期検知センサー５０に向かう光路を含む走査角度θｂｄについては、小型化等の走査効率の観点からなるべく大きくしたいが、上述のマイクロミラーアレイ６の端部と中央部とで生じる光路長差や、ケラれに関係するポリゴンミラー４のサイズ等、諸々の事情を勘案して決定される。
【００４９】
表１は、図５（ｂ）の構成における各パラメーターの値を示しており、制御有効時間ＴＥは、式（１）から２．３ｍｓｅｃと求められる。
【００５０】
【表１】
2020106578.tif 000004
【００５１】
一般に、自動車で荒れた路面を走行する際に、運転者に伝わる振動は３０Ｈｚ以下と言われている。従って、そのような振動の周期は３３．３ｍｓｅｃであり、本実施形態に係る照明装置１０では、その振動周期よりも短い周期で同期検知を行っているため、適切な制御を行うことができる。
【００５２】
一方、自動車の車載機器に対して行われる信頼性のランダム波試験では、５００Ｈｚまでの振動が想定されている。
この場合、振動の周期は２．０ｍｓｅｃとなるため、図５（ａ）及び（ｂ）に示されている構成では、外乱要因によって表示画像が乱される可能性が生じてくる。
【００５３】
制御有効時間ＴＥを短くするためには、ポリゴンミラー４の回転数を上げる、即ち照明装置１０の駆動周波数ＦＢを上げる方法がある。
しかしながら、上述のように、駆動周波数ＦＢは画像表示装置１００に求められる性能から決定されるため、その条件を維持しつつ制御有効時間ＴＥを短くする方法が必要となる。
【００５４】
そこで、図５（ｃ）に示されているように二つの同期検知センサー５０ａ及び５０ｂを設けることによって、制御有効時間ＴＥを短くすることができる。
具体的には、マイクロミラーアレイ６の中央部付近に同期検知センサー５０ｂへ光束を偏向するための区間をさらに設ける。そして、走査角度θｂｄをマイクロミラーアレイ６の走査開始端部から中央部までの走査角度θｂｄａ（＝θｂｄ／２）と中央部から走査終了端部までの走査角度θｂｄｂ（＝θｂｄ／２）とに分ける。
そして、マイクロミラーアレイ６の走査開始端部によって偏向された合成光束Ｌｔを同期検知センサー５０ａに入射させ、また、マイクロミラーアレイ６の中央部によって偏向された合成光束Ｌｔを同期検知センサー５０ｂに入射させる。
このようにして、同期検知センサー５０ａによって、マイクロミラーアレイ６の走査開始端部から中央部までの走査角度θｂｄａの範囲における同期検知を行う。また、同期検知センサー５０ｂによって、マイクロミラーアレイ６の中央部から走査終了端部までの走査角度θｂｄｂの範囲における同期検知を行う。
【００５５】
このような図５（ｃ）の構成における各パラメーターの値は、表２に示されており、制御有効時間ＴＥは、式（１）から１．１ｍｓｅｃと求められる。
【００５６】
【表２】
2020106578.tif 000005
【００５７】
このように同期検知の回数を増やすことにより、短い周期で同期検知を行うことで、周波数の高い振動等の外乱要因にも対応できるようになる。
【００５８】
以上に基づいて、外乱要因の周波数をＦＯ［Ｈｚ］とすると、以下の条件式（２）を満たすように走査角度θｂｄを設定するのがよい。
【数２】
2020106578.tif 000006
【００５９】
なお、図５（ｃ）に示されている構成では、同期検知用の合成光束Ｌｔをマイクロミラーアレイ６の中央部付近で同期検知センサー５０ｂに向けて反射させている。しかしながら、これに限らず、図５（ｄ）に示されているように、マイクロミラーアレイ６の中央部付近を透過又は通過させ、同期検知センサー５０ｂへ入射させることもできる。
また、同期検知に限らず、光源の発光量制御等の各種の検知に用いるための区間をマイクロミラーアレイ６に追加で設けても構わない。
【００６０】
また、本実施形態に係る照明装置１０は、ＲＧＢの三つの光源に限らず、波長が互いに異なる複数の光源を用いて構成しても構わない。
また、マイクロミラーアレイ６の代わりに、各反射面が別体で構成された複数の反射面を含む反射部を設けても構わないが、マイクロミラーアレイ６のように、複数の反射面は一体成型したほうが製造や小型化等の観点から好ましい。
【００６１】
以上に示した本実施形態に係る照明装置１０を採用することで、簡易な構成で、レーザーを光源としたローカルディミングが可能な面状照明装置を備えた、小型且つ精細で忠実度の高い表示装置を得ることができる。
【００６２】
［第二実施形態］
図６（ａ）は、第二実施形態に係る照明装置２０の構成を模式的に示した図である。
なお、本実施形態に係る照明装置２０は、第一実施形態に係る照明装置１０と同一の部材で構成されているため、同一の部材には同一の符番を付して、説明を省略する。
【００６３】
図１（ｃ）に示されている第一実施形態に係る照明装置１０と比較して、図６（ａ）に示されているように、本実施形態に係る照明装置２０では、マイクロミラーアレイ６が、ポリゴンミラー４によって走査される第１の方向に直交する第２の方向において、二つのマイクロミラーアレイ６ｕ及び６ｌに分割されている。
換言すると、マイクロミラーアレイ６は、一次元ミラーアレイ６ｕ及び６ｌが第２の方向に配列された多段ミラーアレイである。換言すると、本実施形態に係る照明装置２０に設けられたマイクロミラーアレイ６では、複数の反射面が第１の方向に一次元配列された一次元ミラーアレイ６ｕ及び６ｌが、第２の方向に複数配置（二次元配列）されている。
なお、マイクロミラーアレイ６ｕ及び６ｌは、一体成形されていてもよく、別部品として互いに物理的に分割されていても構わない。また、二つに限らず、三つ以上に分割されていても構わない。
【００６４】
図７（ａ）及び（ｂ）は、ポリゴンミラー４によって偏向された各合成光束Ｌｔによってマイクロミラーアレイ６の各区間が走査される様子を模式的に示した図である。
ここで、図７（ａ）及び（ｂ）に示されているように、マイクロミラーアレイ６の各区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３…の第１の方向の幅をＬ、マイクロミラーアレイ６に入射する合成光束Ｌｔの第１の方向の幅をＤとする。
【００６５】
合成光束Ｌｔによってマイクロミラーアレイ６が走査される際、合成光束Ｌｔが隣接する二つの区間を跨って照射するタイミングが発生する。
このとき、反射シート７上の互いに異なる領域が同時に照明されることになり、分割領域に表示される画像の統計値（階調値）に応じて可変するローカルディミングにおいては望ましくない状況である。
従って、コントラストを向上させるためには、第１の方向に沿って、隣接する二つの区間において合成光束Ｌｔが跨る範囲、具体的には、隣接する二つの区間の境界前後に幅Ｄ、即ち区間幅Ｌのうち２Ｄの幅において発光を避けることとなる。
【００６６】
一方、合成光束Ｌｔが隣接する二つの区間に跨った状態で照射されることで、反射シート７上の領域間の境界をぼかす等の演出に用いることもできるため、一律に発光を避けるべきともいえない。
また、明暗差を強調するために、二つの区間に跨る範囲で発光させないと、照明装置全体における光源の発光能力に対する照明効率の低下につながる。
【００６７】
そこで、照明効率を向上させるためには、区間幅Ｌに対する光束幅Ｄの比率を低下させればよい。
【００６８】
本実施形態に係る照明装置２０では、図６（ａ）に示されているように、合成光束Ｌｔによってマイクロミラーアレイ６が走査される第１の方向に直交する第２の方向において、マイクロミラーアレイ６をマイクロミラーアレイ６ｕ及び６ｌの二段構成に分割している。
これにより、一段のマイクロミラーアレイが担う反射シート７上の領域数が減り、それに伴い、一段のマイクロミラーアレイあたりの区間数を減らすことができる。
そのため、本実施形態に係る照明装置２０では、図７（ｂ）に示されているように、マイクロミラーアレイ６ｕ及び６ｌそれぞれの区間幅Ｌを大きく設定することができる。
【００６９】
このように、多段マイクロミラーアレイを用いることによって、本実施形態に係る照明装置２０の照明効率を向上させることができる。
【００７０】
また、図６（ａ）に示されているように、本実施形態に係る照明装置２０では、複数の入射光学系が設けられている。
すなわち、本実施形態に係る照明装置２０は、光源１ａｕ、１ｂｕ、１ｃｕ、１ａｌ、１ｂｌ、１ｃｌ、集光素子２ａｕ、２ｂｕ、２ｃｕ、２ａｌ、２ｂｌ、２ｃｌ、合成光学素子３ｕ、３ｌを備えている。
そして、光源１ａｕ、１ｂｕ、１ｃｕ、集光素子２ａｕ、２ｂｕ、２ｃｕ、合成光学素子３ｕ及び不図示の絞りによって入射光学系７０ｕが構成される。また、光源１ａｌ、１ｂｌ、１ｃｌ、集光素子２ａｌ、２ｂｌ、２ｃｌ、合成光学素子３ｌ及び不図示の絞りによって入射光学系７０ｌが構成される。
【００７１】
そして、光源１ａｕ乃至１ｃｕから出射した発散光束Ｌａｕ乃至Ｌｃｕはそれぞれ、対応する集光素子２ａｕ乃至２ｃｕによって収束度（状態）が変換された後、集光素子２ａｕ乃至２ｃｕから出射した直後の収束度が揃った状態で合成光学素子３ｕによって合成光束Ｌｔｕに合成される。そして、合成光束Ｌｔｕは、ポリゴンミラー４に第２の方向上側から斜入射する。
また、光源１ａｌ乃至１ｃｌから出射した発散光束Ｌａｌ乃至Ｌｃｌはそれぞれ、対応する集光素子２ａｌ乃至２ｃｌによって収束度（状態）が変換された後、集光素子２ａｌ乃至２ｃｌから出射した直後の収束度が揃った状態で合成光学素子３ｌによって合成光束Ｌｔｌに合成される。そして、合成光束Ｌｔｌは、ポリゴンミラー４に第２の方向下側から斜入射する。
【００７２】
そして、ポリゴンミラー４によって偏向された合成光束Ｌｔｕは、折り返しミラー５、マイクロミラーアレイ６ｕ及び反射シート７によって反射され、表示パネル８を照明走査する。
また、ポリゴンミラー４によって偏向された合成光束Ｌｔｌは、折り返しミラー５、マイクロミラーアレイ６ｌ及び反射シート７によって反射され、表示パネル８を照明走査する。
これにより、多段マイクロミラーアレイ６によって表示パネル８の異なる領域を同時に照明走査することができる。
【００７３】
一方、複数の入射光学系を配置するために空間を設けると、照明装置が搭載される画像表示装置全体のサイズアップを招く可能性がある。
【００７４】
図６（ｂ）は、本実施形態に係る照明装置２０の別の配置構成を模式的に示した図である。
この構成では、ポリゴンミラー４は、図８（ａ）及び（ｂ）に示されているように、入射光学系７０の光軸に垂直な断面から互いに異なる符号の角度だけ倒れた（第１の断面に対して非垂直な）複数の偏向面を含むように構成されている。
そして、入射光学系７０によって導光される合成光束Ｌｔをポリゴンミラー４の複数の偏向面でマイクロミラーアレイ６ｕ及び６ｌそれぞれへ偏向させることによって、それぞれ走査することができる。
【００７５】
この構成を用いることによって、搭載される画像表示装置全体のサイズアップを招くことなく、照明装置の照明効率を向上させることが可能である。
また、この構成を用いれば、最大でポリゴンミラー４の偏向面と同数の段数を有した多段マイクロミラーアレイを用いることができる。
【００７６】
また、以下に示すように光束幅Ｄを狭くすることによっても、区間幅Ｌに対する光束幅Ｄの比率を低下させることができる。
【００７７】
図９は、光源１ａから出射した発散光束Ｌａの状態が集光素子２ａによって変換された際の様子を模式的に示した図である。なお、以下の議論は、光源１ｂ及び１ｃそれぞれから出射した発散光束Ｌｂ及びＬｃについても同様である。
【００７８】
図９に示されているように、光源１ａから効率よく光束Ｌａを取り出すために、集光素子２ａとしてＦナンバーの明るいレンズを用いて、集光素子２ａの焦点距離を一定にすると、光束Ｌａがより太くなってしまう。
これは、マイクロミラーアレイ６における光束幅Ｄを広くすることにつながり、光源１ａからの光束の取り出し効率とマイクロミラーアレイ６における照明効率とは、相反する関係にあることがわかる。
そこで、光源１ａから効率よく光束Ｌａを取り出すために光束Ｌａを太くした後、不図示のビームコンプレッサー等を設けて光束Ｌａの光束幅を圧縮することによって、マイクロミラーアレイ６における光束幅Ｄを狭くすれば、全体の照明効率を向上させることができる。
【００７９】
また、光源１ａとして用いられる半導体レーザーでは、θ‖方向とθ⊥方向とで光束の広がる角度が異なっているため、光源１ａからの光束の取り出し効率を最大化すると、図１０（ａ）に示されているように、光束Ｌａは楕円形状になる。
この場合においても同様に、不図示のビームコンプレッサー等を設けて光束Ｌａの光束幅を圧縮する。
そして、図１０（ｂ）に示されているように、マイクロミラーアレイ６を走査する方向の光束幅Ｄが小さくなるように、マイクロミラーアレイ６上における光束Ｌａの楕円の向きを設定すると、全体の照明効率を最大化することができる。
【００８０】
さらに、上記のように光源１ａからの光束の取り出し効率を最大化した上で、光束Ｌａの状態を変換する際における収差の発生を抑えるために、集光素子２ａとして非球面レンズ等を用いる場合、例えば、非球面レンズをガラスモールド成形で製造した際には、部分的なクセ等の製造誤差による性能低下が生じることがある。
上記のような楕円形上の光束Ｌａに対して非球面レンズからなる集光素子２ａを用いると、光束Ｌａの長手方向においては集光素子２ａの広範囲を使用しているが、短手方向においては不使用領域が存在する。
【００８１】
集光素子２ａに用いる非球面レンズが光軸に対して回転対称な形状である場合には、製造誤差によって生じた性能低下領域を、そのような不使用領域に配置するように回転調整を行うことで、より良好な性能を得ることができる。
さらには、図１０（ｃ）に示されているように、不使用領域を切り落とした集光素子２ａを用いることによって、照明装置の大型化を回避しつつ照明効率を向上させることができる。
【００８２】
以上に示した本実施形態に係る照明装置２０を採用することで、レーザーを光源としたローカルディミングが可能で照明効率が良い面状照明装置を備えた、小型且つ精細で忠実度の高い表示装置を得ることができる。
【００８３】
［第三実施形態］
図１１（ａ）及び（ｂ）は、第三実施形態に係る照明装置３０の構成を模式的に示した図である。
なお、本実施形態に係る照明装置３０は、第一及び第二実施形態に係る照明装置１０及び２０と同一の部材で構成されているため、同一の部材には同一の符番を付して、説明を省略する。
【００８４】
図１１（ａ）に示されているように、本実施形態に係る照明装置３０では、マイクロミラーアレイ６として、湾曲した形状を有している湾曲ミラーアレイを用いている。
そのため、図１２に示されているように、ポリゴンミラー４からマイクロミラーアレイ６の端部区間までの光路とポリゴンミラー４からマイクロミラーアレイ６の中央区間までの光路との間における光路長差を低減させることができる。
これにより、マイクロミラーアレイ６において中央部から端部までの各区間の走査方向の幅（寸法）を互いに等しく設定することができる。
【００８５】
本実施形態に係る照明装置３０のように、マイクロミラーアレイ６が湾曲した形状を有していると、画像表示部１０１の周囲に存在する枠部、例えば左側領域１０１Ｌの背後に収納することができない。
そのため、図１１（ｂ）に示されているように、マイクロミラーアレイ６は、反射シート７を挟んで表示パネル８とは反対側、すなわちポリゴンミラー４と同じ側に配置されることになる。
【００８６】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示されているように、ポリゴンミラー４の任意の偏向反射面によって偏向された合成光束Ｌｔは、マイクロミラーアレイ６によって反射された後、反射シート７によって反射、透過若しくは通過し、表示パネル８を照明する。
そのため、本実施形態に係る照明装置３０のようにマイクロミラーアレイ６が湾曲した形状を有していると、ポリゴンミラー４からマイクロミラーアレイ６の各区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３…までの光路長差は低減することができる。しかしながら、マイクロミラーアレイ６の各区間Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３…から反射シート７上の対応する各領域Ｓ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３…までの光路長差は依然として残る。
【００８７】
図１３は、本実施形態に係る照明装置３０が搭載されるプロジェクタ３００の構成を模式的に示した図である。
【００８８】
本実施形態に係る照明装置３０のより適した使用例として、図１３に示されているようなプロジェクタ３００のような装置への展開が考えられる。
プロジェクタ３００では、図１３に示されているように、光源１ａ、１ｂ、１ｃからマイクロミラーアレイ６までの走査機構を設置する空間を確保することができ、且つマイクロミラーアレイ６の大きさに対して、反射シート７の領域が小さい。
【００８９】
なお、マイクロミラーアレイ６から表示パネル８（図１３では不図示）或いは投射光学系３１０を直接介してスクリーン３５０を照明すると、光束の角度が互いに不揃いになり画質の低下を招く。
そのため、本実施形態に係る照明装置３０をプロジェクタ３００に用いる際には、マイクロミラーアレイ６によって反射された各合成光束Ｌｔが反射シート７を介することによって、光束の角度を互いに揃える必要がある。
【００９０】
以上に示した本実施形態に係る照明装置３０を採用することで、簡易な構成で、レーザーを光源としたローカルディミングが可能な面状照明装置を備えた、小型且つ精細で忠実度の高い表示装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ａ、１ｂ、１ｃ  光源
３  合成光学素子（合成部）
４  ポリゴンミラー（回転多面鏡）
６  マイクロミラーアレイ（反射部）
７  反射シート（偏向部材）
８  表示パネル（被照射面）
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ  光束
Ｌｔ  合成光束
【図１】
2020106578.tif 000007
【図２】
2020106578.tif 000008
【図３】
2020106578.tif 000009
【図４】
2020106578.tif 000010
【図５】
2020106578.tif 000011
【図６】
2020106578.tif 000012
【図７】
2020106578.tif 000013
【図８】
2020106578.tif 000014
【図９】
2020106578.tif 000015
【図１０】
2020106578.tif 000016
【図１１】
2020106578.tif 000017
【図１２】
2020106578.tif 000018
【図１３】
2020106578.tif 000019