(57)【要約】【課題】スペックルを効果的に低減できる照明装置を提供する。【解決手段】照明装置（２ｂ）は、光源装置（７）と、光源装置からの光が入射する重畳光学系（１０）と、光源装置から射出された光の重畳光学系への入射位置を時間的に変化させる光路シフト装置（９）と、を備える。【選択図】図２
2014164175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置と、
前記光源装置からの光が入射する重畳光学系と、
前記光源装置から射出された光の前記重畳光学系への入射位置を時間的に変化させる光路シフト装置と、を備える照明装置。
【請求項２】
前記光路シフト装置は、
前記光源装置からの光を透過させ、前記重畳光学系の光軸の方向と交差する回転軸の周りに回転する第１プリズムを備える
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１プリズムは、前記光源装置からの光が入射する第１面と、前記第１面に平行な第２面とを有する
請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１プリズムは、その回転軸に直交する断面形状が正方形である
請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１プリズムは、その回転軸に直交する断面形状が長方形である
請求項３記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１プリズムの回転速度は、毎秒６回転以上である
請求項４または５記載の照明装置。
【請求項７】
前記光路シフト装置は、
前記第１プリズムからの光を透過させ、前記重畳光学系の光軸の方向と交差する回転軸の周りに回転する第２プリズムを備える
請求項２〜６のいずれか一項記載の照明装置。
【請求項８】
前記第２プリズムの回転軸は、前記第１プリズムの回転軸の方向と交差する
請求項７記載の照明装置。
【請求項９】
前記光源装置は、前記入射位置が変化する方向に対して交差する方向に配列された複数の光源を含む
請求項１〜８のいずれか一項記載の照明装置。
【請求項１０】
第１の期間において、前記複数の光源のうち第１の光源の発光量が前記複数の光源のうち他の光源の発光量と異なり、第２の期間において、前記複数の光源のうち第２の光源の発光量が前記第１の期間における前記第２の光源の発光量と異なるように、前記光源装置を制御する光源制御装置を備える
請求項９記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光源制御装置は、前記複数の光源のうち互いに隣り合う光源の発光量のそれぞれをともに減少または増加させる
請求項１０記載の照明装置。
【請求項１２】
前記光源制御装置は、前記複数の光源のうち互いに隣り合う光源の、一方の光源の発光量を減少させる際に、前記互いに隣り合う光源の他方の光源の発光量を増加させる
請求項１０記載の照明装置。
【請求項１３】
前記重畳光学系は、
前記光路シフト装置からの光が入射する複数のレンズ要素を含むレンズアレイと、
前記複数のレンズ要素のそれぞれからの光を前記被照明領域上で互いに重畳させる重畳レンズと、を含む
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記重畳光学系は、
光が入射する入射端面、及び該入射端面から入射した光が射出される射出端面を有する光学ロッドと、
前記光学ロッドの射出端面と前記被照明領域とを光学的に共役にするリレー系と、を含む
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光により画像を形成する画像形成系と、
前記画像形成系が形成した画像を投写する投写系と、を備えるプロジェクター。
【請求項１６】
前記画像形成系は、
前記被照明領域に配列される複数の画素のそれぞれに設けられた第１のマイクロレンズと、
前記第１のマイクロレンズとともにアフォーカル光学系を構成する第２のマイクロレンズとを含む
請求項１５に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示装置の一つとしてプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。プロジェクターは、例えば、照明装置からの光を光変調装置で変調することで画像を形成し、この画像を投写レンズなどでスクリーンに投写する。
【０００３】
照明装置の光源には、各種光源が用いられ、可干渉性を有する光（コヒーレント光）を発するコヒーレント光源が用いられることもある。コヒーレント光源は、レーザダイオード（ＬＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）などを用いた固体光源、短アークのランプ光源などである。例えば、レーザー光源を用いたプロジェクターは、レーザー光源の波長域が狭いために色再現範囲を十分に広くすることができ、小型化や構成部品の削減も可能である。
【０００４】
ところで、コヒーレント光源を用いたプロジェクターにより表示を行うと、画像を観察する観察者に、いわゆるスペックルが認識されることがある。スペックルは、光の干渉により明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布するパターンであり、観察者に対してぎらつき感を与え、画像鑑賞時に不快感を与えることがある。そのため、スペックルを認識されにくくする（以下、スペックルを「低減する」という）技術の案出が期待される。
【０００５】
スペックルを低減する技術の一つとして、特許文献１には、投写レンズの瞳面上に形成されるスポットを、この瞳面上で光軸周りに回転させる技術が提案されている。特許文献１の技術によれば、スクリーン上の各点に入射する光線の角度分布が時間的に変化し、スペックのパターンが時間的に変化することになる。結果として、観察者にはスペックルが時間的に重畳（積分）されて観察され、スペックルが低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１６８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の技術には、スペックルを効果的に低減する上で、改善の余地がある。例えば、瞳面上で瞳像を移動させる手法では、瞳像自体のパターンは変化しないのでスペックルを十分に低減できない。また、投写レンズの有効瞳（有効径）を大きくしなければならないため、投写レンズの大型化、高コスト化を招く。本発明は、スペックルを効果的に低減できる照明装置、及びプロジェクター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】
【０００８】
本発明の第１の態様の照明装置は、光源装置と、光源装置からの光が入射する重畳光学系と、光源装置から射出された光の重畳光学系への入射位置を時間的に変化させる光路シフト装置と、を備える。
【０００９】
この照明装置は、被照明領域上の各点に入射する光の角度分布が時間的に変化する。そのため、スペックルのパターンが時間的に変化し、スペックルのパターンが視認されにくくなる。
【００１０】
第１の態様の照明装置において、光路シフト装置は、光源装置からの光を透過させ、重畳光学系の光軸の方向と交差する回転軸の周りに回転する第１プリズムを備えていてもよい。
【００１１】
この照明装置は、第１プリズムの回転に伴って光源装置と均一化光学系との間の光路が変化するので、スペックルのパターンが視認されにくくなる。
【００１２】
第１の態様の照明装置において、第１プリズムは、光源装置からの光が入射する第１面と、第１面に平行な第２面とを有していてもよい。
【００１３】
この照明装置は、第１面に入射する際の光の光路と第２面から射出される際の光の光路とがほぼ平行になる。
【００１４】
第１の態様の照明装置において、第１プリズムは、その回転軸に直交する断面形状が正方形であってもよい。
【００１５】
この照明装置において、第１プリズムの各面に入射する際の光の光路と各面から射出される際の光の光路とがほぼ平行になる。また、この照明装置は、第１プリズムの断面形状が正方形であるので、この正方形の中心を通る軸周りでプリズムを回転させることで、回転に伴う振動の発生を抑制できる。
【００１６】
第１の態様の照明装置において、第１プリズムは、その回転軸に直交する断面形状が長方形であってもよい。
【００１７】
この照明装置において、第１プリズムの各面に入射する際の光の光路と各面から射出される際の光の光路とがほぼ平行になる。また、この照明装置は、第１プリズムの断面形状の長方形の長辺を含む面に光が入射する状態と、短辺を含む面に光が入射する状態とで光路の変化が異なる。そのため、この照明装置は、被照明領域の各点に入射する際の光の角度分布のバリエーションを増やすことができ、スペックルを格段に低減できる。
【００１８】
第１の態様の照明装置において、第１プリズムの回転速度は、毎秒６回転以上であってもよい。
【００１９】
第１プリズムの断面形状が正方形または長方形である場合に、光源装置からの光は、第１プリズムが１回転する間に４つの面のいずれかに入射する。そのため、この照明装置は、被照明領域に入射する光の角度分布が１／２４秒以下の期間に切り替わることになり、スペックルを格段に低減できる。
【００２０】
第１の態様の照明装置において、光路シフト装置は、第１プリズムからの光を透過させ、重畳光学系の光軸の方向と交差する回転軸の周りに回転する第２プリズムを備えていてもよい。
【００２１】
この照明装置において、光路シフト装置による光路のシフト量は、第１プリズムの回転角および第２プリズムの回転角に応じて変化する。そのため、この照明装置は、光路のバリエーションを増やすことができ、被照明領域の各点に入射する際の光の角度分布のバリエーションを増やすことができるので、スペックルを格段に低減できる。
【００２２】
第１の態様の照明装置において、第２プリズムの回転軸は、第１プリズムの回転軸の方向と交差していてもよい。
【００２３】
この照明装置は、第１プリズムの回転による光路のシフト方向と第２プリズムの回転による光路のシフト方向が異なるので、被照明領域の各点に入射する際の光の角度分布のバリエーションを増やすことができ、スペックルを格段に低減できる。
【００２４】
第１の態様の照明装置において、光源装置は、入射位置が変化する方向に対して交差する方向に配列された複数の光源を含んでいてもよい。
【００２５】
この照明装置において、光源装置から射出される光は、複数の光源の配列方向に分布することになる。この照明装置は、光源装置から射出される光が分布する方向と交差する方向に光路を変化させるので、被照明領域の各点に入射する際の光の角度分布の変化量を増すことができ、スペックルを格段に低減できる。
【００２６】
第１の態様の照明装置は、第１の期間において、複数の光源のうち第１の光源の発光量が複数の光源のうち他の光源の発光量と異なり、第２の期間において、複数の光源のうち第２の光源の発光量が第１の期間における第２の光源の発光量と異なるように、光源装置を制御する光源制御装置を備えていてもよい。
【００２７】
この照明装置は、光源装置から射出される光のパターンが第１の期間と第２の期間とで変化するので、被照明領域の各点に入射する際の光の角度分布のバリエーションを増すことができ、スペックルを格段に低減できる。
【００２８】
第１の態様の照明装置において、光源制御装置は、複数の光源のうち互いに隣り合う光源の発光量のそれぞれをともに減少または増加させてもよい。
【００２９】
この照明装置は、被照明領域の各点に入射する際の光の角度分布の変化量を増すことができ、スペックルを格段に低減できる。
【００３０】
第１の態様の照明装置において、光源制御装置は、複数の光源のうち互いに隣り合う光源の、一方の光源の発光量を減少させる際に、互いに隣り合う光源の他方の光源の発光量を増加させてもよい。
【００３１】
この照明装置は、スペックルを低減できるとともに、一方の光源の発光量の減少分を他方の光源の発光量の増加分で補うことができ、光源装置から射出される光の光量の変化を抑制できる。
【００３２】
第１の態様の照明装置において、重畳光学系は、光路シフト装置からの光が入射する複数のレンズ要素を含むレンズアレイと、複数のレンズ要素のそれぞれからの光を被照明領域上で互いに重畳させる重畳レンズと、を含んでいてもよい。
【００３３】
この照明装置は、光路シフト装置からの光をレンズアレイの複数のレンズ要素に空間的に振り分けるとともに、レンズ要素からの光を被照明領域にて重畳するので、被照明領域の照度分布を均一化できる。
【００３４】
第１の態様の照明装置において、重畳光学系は、光が入射する入射端面、及び該入射端面から入射した光が射出される射出端面を有する光学ロッドと、光学ロッドの射出端面と被照明領域とを光学的に共役にするリレー系と、を含んでいてもよい。
【００３５】
この照明装置は、光学ロッドの射出端面での照度分布が均一化され、この射出端面と被照明領域とが光学的に共役になるので、被照明領域での照度分布が均一化される。
【００３６】
本発明の第２の態様のプロジェクターは、第１の態様の照明装置の照明装置と、照明装置からの光により画像を形成する画像形成系と、画像形成系が形成した画像を投写する投写系と、を備える。
【００３７】
このプロジェクターは、画像の観察者にスペックルが視認されにくいので、画像を高品位で表現できる。
【００３８】
本発明の第２の態様のプロジェクターにおいて、画像形成系は、被照明領域に配列される複数の画素のそれぞれに設けられた第１のマイクロレンズと、第１のマイクロレンズとともにアフォーカル光学系を構成する第２のマイクロレンズとを含んでいてもよい。
【００３９】
このプロジェクターは、画像を示す光の角度分布が画像形成系で変化することが抑制されるので、画像が投写される投写面上の各点に入射する光の角度分布を高精度に制御でき、スペックルを効果的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態のプロジェクターを示す図である。
【図２】照明装置、画像形成装置、色合成系、及び投写系を示す図である。
【図３】フレネル回折式中のパラメータの定義を説明するための図である。
【図４】開口関数を時間的に変化させる原理を説明するための図である。
【図５】光路シフト装置による光路の変化を説明するための図である。
【図６】第１変形例の光路シフト装置の第１プリズムを示す図である。
【図７】第１プリズムの回転に伴う光路の変化を示す図である。
【図８】第２変形例による照明装置を示す図である。
【図９】第３変形例による照明装置を示す図である。
【図１０】第４変形例による照明装置を示す図である。
【図１１】第５変形例による照明装置の光源装置を示す図である。
【図１２】レーザー光源の制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図１３】点灯パターンと発光パターンの時間的な変化を説明するための図である。
【図１４】複数のレーザー光源の一部を消灯したときの瞳像の変化を示す図である。
【図１５】画像形成装置の一例を示す図である。
【図１６】画像形成装置の他の例を示す図である。
【図１７】画像形成装置の他の例を示す図である。
【図１８】画像形成装置の他の例を示す図である。
【図１９】第２実施形態の照明装置および画像形成系を示す図である。
【図２０】光学ロッドを示す図である。
【図２１】光学ロッドおよびリレー光学系を示す図である。
【図２２】光学ロッドの入射端面に形成される光源像のパターンの一例を示す図である。
【図２３】光源像のパターンに対応して形成される瞳像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。ここでは、まず、本実施形態のプロジェクターの概略を説明し、次いで照明装置などのプロジェクターの各部の詳細について説明する。
【００４２】
図１は、第１実施形態のプロジェクター１を示す図である。プロジェクター１は、ＤＶＤプレイヤー、ＰＣなどの信号源から供給される画像データに従って画像を形成し、形成した画像をスクリーンや壁などの投写面ＳＣ（表示画面）に投写する。
【００４３】
プロジェクター１は、照明系２と、照明系２からの照明光により画像を形成する画像形成系３と、画像形成系３が形成した画像を投写する投写系４と、プロジェクター１の各部を制御する制御系５とを備える。本実施形態のプロジェクター１は、いわゆる３板式のプロジェクターであり、赤緑青の各色の画像を個別に形成し、形成した３色の画像を色合成系６によって合成することで、フルカラーの画像を表現可能である。
【００４４】
照明系２は、赤色の照明光を射出する照明装置２ａと、緑色の照明光を射出する照明装置２ｂと、青色の照明光を射出する照明装置２ｃとを含む。これら照明装置は、いずれも同様の構成であり、それぞれ光源装置７及び照明光学系８を含む。
【００４５】
画像形成系３は、赤色の画像を形成する画像形成装置３ａと、緑色の画像を形成する画像形成装置３ｂと、青色の画像を形成する画像形成装置３ｃとを含む。照明系２の各色用の照明装置と画像形成装置とは、１対１で対応している。
【００４６】
各画像形成装置は、対応する各照明装置からの照明光により各色の画像を形成し、各色の画像に応じた画像光を射出する。例えば、赤色用の画像形成装置３ａは、赤色用の照明装置２ａからの照明光（赤色光）により、赤色の画像を形成する。画像形成装置３ａは、画像に応じた光（画像光）を射出する。赤以外の色用の画像形成装置についても、赤色用の画像形成装置３ａと同様に、形成した各色の画像に応じた各色の画像光を射出する。
【００４７】
画像形成系３から射出された各色の画像光は、色合成系６に入射する。色合成系６は、例えばダイクロイックプリズムであり、入射光の波長に応じて入射光を反射又は透過させる２つの波長分離膜を含む。１つの波長分離膜は、赤色光と緑色光とを透過させるとともに青色光を反射させる特性である。もう一つの波長分離膜は、緑色光と青色光とを透過させるとともに赤色光を反射させる特性である。
【００４８】
画像形成系３から色合成系６に入射した各色光は、波長分離膜での反射または透過により、進行方向が揃って色合成系６から出射する。色合成系６から出射した画像光は、投写系４に入射する。投写系４は、いわゆる投写レンズであり、画像形成系３が形成した画像を投写面ＳＣに拡大投写する。
【００４９】
次に、プロジェクター１の各部について、より詳しく説明する。本実施形態において、各色用の照明装置はいずれも同様の構成であり、各色用の画像形成装置はいずれも同様の構成である。そのため、緑色の画像に対応するシステムの構成を代表的に説明し、他色の画像に対応するシステムの説明を簡略化あるいは省略することがある。
【００５０】
図２は、照明装置２ｂ、画像形成装置３ｂ、色合成系６、及び投写系４を示す図である。照明装置２ｂは、画像形成装置３ｂにおける複数の画素が配列された領域を、ケーラー照明法などによりほぼ均一な明るさで照明する。照明装置２ｂは、被照明領域ＩＲの各点に入射する光の角度分布を時間的に変化させることで、スペックルが視認されることを抑制できる。
【００５１】
照明装置２ｂは、光源装置７、及び照明光学系８を備える。照明光学系８は、光源装置７からの光の照度分布を被照明領域ＩＲ（画像形成装置３ｂ）において均一化しつつ、被照明領域ＩＲ上の各点に入射する光の角度分布を時間的に変化させる。
【００５２】
光源装置７は、例えば、レーザー光源を含み、可干渉性を有する光として緑色のレーザー光を発する。
【００５３】
照明光学系８は、光路シフト装置９および重畳光学系１０を含む。本実施形態において、重畳光学系１０は、フライアイレンズ１３、フライアイレンズ１４、及び重畳レンズ１５を含む。光源装置７から射出された光は、光路シフト装置９を介して、重畳光学系１０に含まれているフライアイレンズ１３に入射する。光路シフト装置９は、光源装置７から射出された光のフライアイレンズ１３への入射位置を時間的に変化させる。光路シフト装置９の詳細については、後述する。重畳光学系１０は、光路シフト装置９を経由した光が入射する位置に配置され、被照明領域ＩＲでの照度分布を均一化する。また、重畳光学系１０は、重畳光学系１０の互いに異なる位置に入射した光を、被照明領域ＩＲ上の各点で互いに重畳させる。
【００５４】
フライアイレンズ１３は、所定面に二次元的に配列された複数のレンズ要素１３ａを含む。複数のレンズ要素１３ａが配列される所定面は、光源装置７において光が射出される光射出領域７ａを含む面とほぼ平行である。複数のレンズ要素１３ａが配列される所定面の法線方向を重畳光学系１０の光軸１５ａとする。
【００５５】
複数のレンズ要素１３ａのそれぞれは、光源装置７の光射出領域７ａを含む面と光学的に共役な面（以下、第１共役面１６という）を形成する。換言すると、レンズ要素１３ａのそれぞれは、第１共役面１６上に光源像（二次光源）を形成する。
【００５６】
フライアイレンズ１４は、二次元的に配列された複数のレンズ要素１４ａを含む。レンズ要素１４ａが配列される面は、フライアイレンズ１３が形成する第１共役面１６の位置またはその近傍に配置される。フライアイレンズ１４のレンズ要素１４ａのそれぞれには光源像が形成され、フライアイレンズ１４（第１共役面１６）には複数の光源像を含む発光パターンが形成される。
【００５７】
重畳レンズ１５は、フライアイレンズ１４のレンズ要素１４ａのそれぞれから射出された光を、ほぼ同一の領域（被照明領域ＩＲ）に重畳する。重畳レンズ１５は、例えば、球面レンズや非球面レンズのような所定軸周りで回転対称な１または２以上のレンズを含む。この所定軸は、重畳レンズ１５の光軸（照明光学系８の光軸）に相当し、光源装置７の光射出領域７ａ、フライアイレンズ１３が形成する第１共役面１６に対してほぼ垂直である。
【００５８】
本実施形態においては、フライアイレンズ１４と重畳レンズ１５との間の光路に、偏光変換素子１１が設けられている。この偏光変換素子１１は、画像形成装置３ｂに入射する光の偏光状態がほぼ直線偏光になるように、フライアイレンズ１４から入射した光の偏光状態を変換する。また、本実施形態においては、重畳レンズ１５と被照明領域ＩＲとの間の光路中には、フィールドレンズ１９が設けられている。
【００５９】
以上のような構成の照明光学系８は、光源装置７から射出されて光路シフト装置９を経由した光を、フライアイレンズ１３のレンズ要素１３ａごとに複数の部分光束に分割する。照明光学系８は、フライアイレンズ１３によって分割された複数の部分光束を、重畳レンズ１５によって被照明領域ＩＲ上にて重畳する。そのため、被照明領域ＩＲ上での照度分布が均一化される。
【００６０】
図２の画像形成装置３ｂは、例えば透過型の液晶ライトバルブであり、複数の画素を有する液晶パネル１７と、液晶パネル１７の入射側（光源装置７側）に配置された偏光板１８ａと、液晶パネル１７の射出側（投写系４側）に配置された偏光板１８ｂとを含む。偏光板１８ａの入射側における被照明領域ＩＲの近傍には、フィールドレンズ１９が配置されている。
【００６１】
入射側の偏光板１８ａは、液晶パネル１７において複数の画素が配列される面（以下、画素配置面という）に平行な第１方向の直線偏光を通し、第１方向に直交する第２方向の直線偏光を遮光（吸収）する。液晶パネル１７は、画像制御装置２０によって制御され、各画素に入射した光の偏光状態を画素ごとに変化させる（変調する）。画像制御装置２０は、例えば図１に示した制御系５の一部である。
【００６２】
射出側の偏光板１８ｂは、例えば、その透過軸が入射側の偏光板１８ａの透過軸と直交するように配置される。画像制御装置２０は、画像データに基づいて液晶パネル１７を制御して、各画素を通った光の偏光状態を制御することにより、偏光板１８ａと液晶パネル１７と偏光板１８ｂの透過率を画素ごとに制御する。このようにして、画像形成装置３ｂは、画像データに規定された画像を形成する。
【００６３】
図１を参照して説明したように、画像形成装置３ｂから出射した画像光は、色合成系６を介して投写系４に入射する。投写系４は、画像形成装置３ｂ（物体面）と光学的に共役な像面を形成し、この像面に配置される投写面ＳＣ上には、画像形成装置３ｂが形成した画像が投写される。
【００６４】
投写系４には、照明光の源になる光源像（フライアイレンズ１４）と光学的に共役な第２共役面２１が形成される。第２共役面２１は、いわゆる瞳面であり、第２共役面２１には、画像形成装置３ｂから射出された光の角度分布に応じたパターンのスポット（瞳像、角度像などとも呼ばれる）が形成される。
【００６５】
ところで、可干渉性を有する光を照明に用いて画像を形成する場合には、例えば投写面ＳＣを経由した画像光の干渉により、明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布するパターン（スペックル）が視認されることがある。スペックルが画像の観察者に視認されると、観察者にぎらつき感を与えることがあり、画像表示の品位が低下することがある。
【００６６】
スペックルを視認されにくくする方式の一つに、スクリーン上のスペックルのパターンを時間的に変化させる時間多重方式が挙げられる。この方式では、観察者が視認できないほどの周波数（例えば、２４Ｈｚ以上）でスペックルのパターンを変化させることで、時間積分されたスペックルのコントラストが低下し、観察者には特定の明暗のパターンが視認されにくい。例えば、無相関のパターンが１／２４秒以下の間にＮ回切り替わるとスペックルのコントラストは、１／√Ｎに低下する。
【００６７】
ここで、図３および下記の式（１）を参照しつつ、スペックルのパターンについて説明する。図３は、フレネル回折式（下記の式（１））中のパラメータの定義を説明するための図である。
【００６８】
【数１】
2014164175.tif 000003
【００６９】
図３において、符号ｘ、ｙは第２共役面２１（投写系４の瞳面）上の座標を示し、符号ｘ’、ｙ’は投写面ＳＣ（スクリーン）上の座標を示す。ここでは、説明の便宜上、第２共役面２１および投写面ＳＣがＸＹ平面（図２参照）と平行であるものとする。ＸＹ平面は光軸１５ａと直交する平面である。図３中の符号Ｒは、第２共役面２１から投写面ＳＣまでの距離を示す。
【００７０】
下記の式（１）は、いわゆるフレネル回折式であり、左辺のｕ（ｘ’，ｙ’）は投写面ＳＣ上の振幅分布、右辺のＡは振幅、ｉは虚数単位、ｋは波数（伝播定数）、λは画像光の波長、ｆ（ｘ，ｙ）は開口関数である。スペックルのパターンは、投写面ＳＣ上の振幅分布ｕ（ｘ’，ｙ’）と対応関係があることから、開口関数ｆ（ｘ，ｙ）に応じて変化すると類推される。本実施形態の照明装置は、第２共役面２１上での明暗のパターンを示す開口関数ｆ（ｘ，ｙ）を時間的に変化させることにより、スペックルのパターンを変化させ、スペックルを低減できる。
【００７１】
図４は、開口関数ｆ（ｘ，ｙ）を時間的に変化させる原理を説明するための図である。図４において、符号１３ａ１および符号１３ａ２は、それぞれ、フライアイレンズ１３の複数のレンズ要素１３ａから任意に選択される１つのレンズ要素を示す。同様に、符号１４ａ１および符号１４ａ２は、それぞれ、フライアイレンズ１４の複数のレンズ要素１４ａから任意に選択される１つのレンズ要素を示す。
【００７２】
レンズ要素１３ａ１から射出された光（以下、部分光束Ｌａという）は、レンズ要素１４ａ１を通って、被照明領域ＩＲの全体に照射される。レンズ要素１３ａ２から射出された光（以下、部分光束Ｌｂという）は、レンズ要素１４ａ２を通って、被照明領域ＩＲの全体に照射される。
【００７３】
ここで、部分光束Ｌａの光量と部分光束Ｌｂの光量の和が一定である状態においては、部分光束Ｌａの光量と部分光束Ｌｂの光量が変化した場合であっても、被照明領域ＩＲでの明るさが変化しない。一方で、被照明領域ＩＲ上の各点に入射する光の角度分布は、被照明領域ＩＲに対するレンズ要素１４ａ１の相対位置と、被照明領域ＩＲに対するレンズ要素１４ａ２の相対位置とが異なるので、部分光束Ｌａと部分光束Ｌｂの光量の変化に応じて変化する。
【００７４】
すなわち、フライアイレンズ１３に入射する際の光のパターン（光強度の空間分布）が時間的に変化することで、フライアイレンズ１４に形成される光源像のパターンが時間的に変化し、この光源像と光学的に共役な第２共役面２１（投写系４の瞳面）上での瞳像のパターンすなわち開口関数ｆ（ｘ，ｙ）が時間的に変化する。
【００７５】
本実施形態の照明系２（照明装置２ｂ）は、光源装置７とフライアイレンズ１３（重畳光学系１０）との間の光路上に光路シフト装置９を備える。光路シフト装置９は、光源装置７から射出された光のフライアイレンズ１３（重畳光学系１０）への入射位置を時間的に変化させる。これにより、フライアイレンズ１３に入射する光のパターンが時間的に変化し、結果として開口関数ｆ（ｘ，ｙ）が時間的に変化する。
【００７６】
次に、光路シフト装置９について詳しく説明する。図２に示すように、光路シフト装置９は、重畳光学系１０の光軸１５ａの方向と交差する回転軸５０の周りに回転する第１プリズム５１を備える。第１プリズム５１は、光軸１５ａに垂直な回転軸５０の周りで回転可能に設けられており、電動モーターなどの駆動部５２から供給されるトルクによって回転する。
【００７７】
第１プリズム５１は、光源装置７からの光が入射する位置に配置されており、光源装置７からの光を透過させる。第１プリズム５１は、光源装置からの光が入射する第１面５１ａと、第１面に平行な第２面５１ｂとを有する。本実施形態において、第１プリズム５１は、回転軸５０に直交する断面形状が正方形状であり、第１面５１ａに垂直な第３面５１ｃおよび第４面５１ｄを有する。第３面５１ｃと第４面５１ｄは、互いに平行である。回転軸５０は、例えば、第１プリズム５１の回転軸５０に直交する断面（正方形）の中心（重心）を通る軸である。
【００７８】
図５は、光路シフト装置９による光路の変化を説明するための図である。図５において、第１プリズム５１の回転角は、光源装置７からの光が第１面５１ａの法線方向から第１面５１ａに入射する回転位置を基準位置（０°）とした場合の、基準位置からの第１プリズム５１の回転位置を示す。
【００７９】
図５において、回転角が０°の状態において第１面５１ａに入射した光は、第１プリズム５１の内部を通って第２面５１ｂから射出される。回転角が０度の状態においては、第１面５１ａへ入射する光が第１面５１ａおよび第２面５１ｂで屈折しないので、第１面５１ａへの入射側の光路（以下、入射側光路Ｌｘ１という）と第２面５１ｂからの射出側の光路（以下、射出側光路Ｌｘ２という）とは、同軸である。
【００８０】
光源装置７からの光は、回転角が所定の角度以下（例えば、１５°）の状態において、そのほとんどが第１面５１ａに入射する。第１面５１ａに入射した光は、第１面５１ａと第２面５１ｂとで屈折して、第２面５１ｂから射出される。本実施形態において、第１面５１ａと第２面５１ｂは互いに平行であるので、入射側光路Ｌｘ１と射出側光路Ｌｘ２は、互いに平行である。また光軸１５ａ（Ｚ軸方向）の方向と交差する方向（ここではＸ軸方向）の位置が互いにずれている。つまり、射出側光路Ｌｘ２は入射側光路Ｌｘ１からＸ軸方向にシフトしている。
【００８１】
入射側光路Ｌｘ１と射出側光路Ｌｘ２とのシフト量（以下、光路シフト量ｄという）は、第１プリズム５１の屈折率と、第１面５１ａと第２面５１ｂとの間隔と、第１プリズム５１の回転角によって定まる。換言すると、光路シフト量は、第１プリズム５１の回転角に応じて変化し、第１プリズム５１の回転角が時間的に変化することで光路シフト量ｄも時間的に変化する。
【００８２】
回転角が所定の角度以上（例えば、３０°）になると、光源装置７からの光は、第１面５１ａと第３面５１ｃとに入射するようになる。光源装置７からの光のうち第１面５１ａに入射した光（以下、第１部分光Ｂａという）は、第１面５１ａおよび第２面５１ｂで屈折して、その射出側光路が第１部分光Ｂａの入射側光路に対してＸ軸方向にシフトする。光源装置７からの光のうち第３面５１ｃに入射した光（以下、第２部分光Ｂｂという）は、第３面５１ｃおよび第４面５１ｄで屈折して、その射出側光路が第２部分光Ｂｂの入射側光路に対してＸ軸方向にシフトする。第１部分光Ｂａの射出側光路と第２部分光Ｂｂの射出側光路は、Ｘ軸方向の位置が互いにずれており、ここでは互いに重複しない光路である。
【００８３】
回転角が所定の角度よりも大きくなるにつれて、第１面５１ａに入射する光の光量（光源装置７からの光に対する第１部分光Ｂａの割合）が減少するとともに、第３面５１ｃに入射する光の光量（光源装置７からの光に対する第２部分光Ｂｂの割合）が増加する。ここでは、回転角が４５°になると、光源装置７からの光の約半分が第１面５１ａに入射し、残りの約半分が第３面５１ｃに入射する。回転角が約４５°である状態において、第１部分光Ｂａの射出側光路と第２部分光Ｂｂの射出側光路は、第１プリズム５１の回転軸５０と光の進行方向を含む面に関して、対称的になる。
【００８４】
また、第１部分光Ｂａの射出側光路と第２部分光Ｂｂの射出側光路は、回転角が４５°から９０°まで変化する間に、回転角が０°から４５°まで変化する間の光路の変化の態様とＹＺ面に関して対称的に変化する。例えば、回転角が６０°（４５°＋１５°）である状態の第１部分光Ｂａの射出側光路は、３０°（４５°−１５°）である状態の第１部分光Ｂａの射出側光路に対し、ＹＺ面に関して対称的になる。回転角が９０°になると、光源装置７からの光が第３面５１ｃに対して法線方向から入射するようになり、回転角が０°の状態と同じ状態になる。このようにして、光路シフト装置９は、光源装置７から射出された光のフライアイレンズ１３（重畳光学系１０）への入射位置を時間的に変化させる。
【００８５】
光路シフト装置９は、回転角が９０°変化する間に、回転角が０°から９０°まで変化するときと同様に光源装置７から射出された光のフライアイレンズ１３（重畳光学系１０）への入射位置を変化させる。第１プリズム５１が１回転する間に４周期分の入射位置の変化を行う。そのため、第１プリズム５１の回転速度を毎秒６回転以上にすると、入射位置が１秒間に２４回以上（１周期が１／２４秒以下）変化し、被照明領域ＩＲの各点に入射する光の角度分布が１／２４秒以下の周期で変化する。その結果、スペックルのパターンが、人間が識別できる速度以上（周期が１／２４秒以下）で変化し、観察者に固定のパターンとして視認されにくくなる。
【００８６】
以上のような構成の本実施形態の照明装置２ｂは、光路シフト装置９により、重畳光学系１０に入射する光の位置すなわち照射パターンを時間的に変化させるので、瞳像のパターン（開口関数ｆ（ｘ，ｙ））を時間的に変化させることができ、スペックルを効果的に低減できる。また、この照明装置２ｂを備えるプロジェクター１は、画像の観察者にスペックルが視認されにくいので、画像の表示品質の低下を抑制できる。
【００８７】
また、プロジェクター１は、投写系４の外部の装置（照明装置２ｂ）により瞳像のパターンを時間的に変化させるので、投写される光の角度分布を調整する装置を投写系４に設ける場合と比較して、投写系４の大型化、高コスト化などを避けることができる。また、プロジェクター１は、投写面ＳＣの瞳面上で固定のパターンの瞳像を移動させる方式と比較して、投写系４の瞳面の有効径を広げる必要性が低いので、投写系４の大型化、高コスト化などを避けることができる。
【００８８】
次に、照明装置２ｂの変形例について説明する。
【００８９】
［第１変形例］
図６は、第１変形例の光路シフト装置９の第１プリズム５１を示す図である。本変形例において、第１プリズム５１は、その回転軸に直交する断面形状が長方形であり、断面形状の長辺の長さが短辺の長さと異なる。第１プリズム５１は、断面形状の長方形のうちの長辺を含む第１面５１ａおよび第２面５１ｂと、断面形状の長方形のうちの短辺を含む第３面５１ｃおよび第４面５１ｄとを有する。第１面５１ａと第２面５１ｂとの間隔は、断面形状の短辺の長さに相当し、第３面５１ｃと第４面５１ｄとの間隔は、断面形状の長辺の長さに相当する。
【００９０】
第１プリズム５１の入射側光路と射出側光路との光路シフト量は、第１プリズム５１において光が入射してくる面と、この面に入射した光が第１プリズム５１から射出される面との間隔に応じた量である。そのため、長辺を含む第１面５１ａに入射する光の光路シフト量ｄ１は、短辺を含む第３面５１ｃに入射する光の光路シフト量ｄ２と異なる。
【００９１】
図７は、第１プリズム５１の回転に伴う光路の変化を示す図である。図７（ａ）には、第１プリズム５１の回転軸に直交する断面形状が正方形である場合の光路変化を示し、図７（ｂ）には、第１プリズム５１の回転軸に直交する断面形状が長方形である場合の光路変化を示した。
【００９２】
図７（ａ）に示すように、第１プリズム５１の断面形状が正方形である場合の光路変化は、回転角が０°から４５°まで変化する間の態様（第１態様）と、回転角が４５°から９０まで変化する間の態様（第２態様）を含み、第１態様と第２態様は、前述したようにＹＺ面に平行な面に関して対称的である。
【００９３】
図７（ｂ）に示すように、第１プリズム５１の断面形状が長方形である場合の光路変化は、回転角が０°から４５°まで変化する間の態様と、回転角が４５°から９０まで変化する間の態様とが、ＹＺ面に平行な面に関して非対称的である。そのため、断面形状が正方形である場合よりも光路変化のバリエーションが多様になり、被照明領域ＩＲの各点に入射する光の角度分布の変化のバリエーションが多様になる。その結果、スペックルのパターンの変化のバリエーションが多様になり、スペックルを効果的に低減できる。
【００９４】
なお、第１プリズム５１の回転軸５０（図２参照）に直交する面における第１プリズム５１の断面形状は、矩形でなくてもよい。第１プリズム５１として互いに平行な面を有するものを用いる場合には、断面形状が矩形のプリズムの他に平行四辺形、ひし形、台形、六角形、八角形などの多角形のプリズム、また、多角形の角を丸めた形状のプリズムなどを用いることができる。また、第１プリズム５１として互いに平行な面を有していなくてもよく、第１プリズム５１の形状は、第１プリズム５１からの光を重畳光学系１０がのみこめるように適宜変更できる。
【００９５】
［第２変形例］
図８は、第２変形例による照明装置２ｂを示す図である。この照明装置２ｂにおいて、光路シフト装置９は、第１プリズム５１からの光が入射する位置に配置された第２プリズム５３を備える。
【００９６】
第２プリズム５３は、光軸１５ａの方向と交差する回転軸５４の周りで回転可能なように設けられている。第２プリズム５３は、電動モータ等の駆動部から供給されるトルクによって、回転軸５４の周りに回転する。本変形例において、第２プリズム５３の回転軸５４は、第１プリズム５１の回転軸５０とほぼ平行である。回転軸５４は、例えば、回転軸５４に直交する断面での第２プリズム５３の形状の中心（重心）を通るように設定される。回転軸５４に直交する面での第２プリズム５３の断面形状は、本変形例においては正方形であるが、第１変形例で説明したような長方形でもよいし、矩形以外の形状でもよい。
【００９７】
第２プリズム５３は、第１プリズム５１からの光を透過させる。第２プリズム５３は、第１プリズム５１と同様の原理により、第１プリズム５１と重畳光学系１０との間の光路を時間的に変化させる。本変形例において、重畳光学系１０に入射する光の入射位置が変化（シフト）する方向は、光軸１５ａ（Ｚ軸方向）に垂直、かつ第１プリズム５１の回転軸５０（Ｙ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸方向）である。
【００９８】
本変形例において、第２プリズム５３を介して重畳光学系１０に入射する際の光の光路は、第１プリズム５１の回転角および第２プリズム５３の回転角に応じて変化する。そのため、本変形例の照明装置２ｂは、光路変化のバリエーションが多様になり、被照明領域ＩＲの各点に入射する光の角度分布の変化のバリエーションが多様になる。結果として、スペックルのパターンの変化のバリエーションが多様になり、スペックルを効果的に低減できる。
【００９９】
なお、第２プリズム５３の回転角は、重畳光学系１０に入射する光の入射位置が時間的に変化するように、適宜設定される。例えば、第２プリズム５３の回転角は、第１プリズム５１の回転角と常に同じでもよい。例えば、第２プリズム５３は、図５と同様の定義の回転角が第１プリズム５１の回転角と同じ状態から、第１プリズム５１と同じ回転速度で回転すると、第１プリズム５１と回転角が常に同じになる。
【０１００】
また、第２プリズム５３の回転角は、回転中の一部で第１プリズム５１の回転角と異なっていてもよい。例えば、第２プリズム５３は、回転角が第１プリズム５１の回転角と同じ状態から、第１プリズム５１と異なる回転速度で回転すると、回転中の一部で第１プリズム５１と回転角が異なることになる。
【０１０１】
また、第２プリズム５３の回転角は、回転中に常に第１プリズム５１の回転角と異なっていてもよい。例えば、第２プリズム５３は、回転角が第１プリズム５１の回転角と異なる状態から、第１プリズム５１と同じ回転速度で回転すると、回転中に常に第１プリズム５１と回転角が異なることになる。
【０１０２】
［第３変形例］
図９は、第３変形例による照明装置２ｂを示す図である。この照明装置２ｂにおいて、光路シフト装置９の第２プリズム５３の回転軸５４が、重畳光学系１０の光軸１５ａの方向と第１プリズム５１の回転軸５０の方向と交差する。
【０１０３】
本変形例において、第１プリズム５１の回転によって光路がシフトする方向はＸ軸方向であり、第２プリズム５３の回転によって光路がシフトする方向はＹ軸方向である。すなわち、本変形例の照明装置２ｂは、重畳光学系１０に入射する光の入射位置を２方向に変化させることができる。そのため、本変形例の照明装置２ｂは、光路変化のバリエーションが多様になり、被照明領域ＩＲの各点に入射する光の角度分布の変化のバリエーションが多様になる。結果として、スペックルのパターンの変化のバリエーションが多様になり、スペックルを効果的に低減できる。
【０１０４】
なお、上述の実施形態、変形例においては、光路シフト装置９のプリズムが回転軸周りの正方向と逆方向のうち一方の方向に回転する例を説明したが、光路シフト装置９のプリズムは、正方向と逆方向の双方に回転する態様でもよい。
【０１０５】
［第４変形例］
図１０は、第４変形例による照明装置２ｂを示す図である。この照明装置２ｂにおいて、光路シフト装置９は、光源装置７からの光が入射するミラー５５と、ミラー５５で反射した光を重畳光学系１０に導くミラー５６と、ミラー５５を移動する移動部５７とを備える。
【０１０６】
ミラー５５は、光源装置７の光の射出方向１５ｂに対して、非垂直に傾いている。ミラー５６は、光軸１５ａに対して、非垂直に傾いている。ミラー５５とミラー５６は、例えば、互いにほぼ平行になるように配置される。移動部５７は、ミラー５５を、ミラー５５に垂直な面内の方向に沿って移動させる。例えば、移動部５７によるミラー５５の移動方向は、光源装置７の光の射出方向に垂直な方向である。
【０１０７】
本変形例において、光源装置７からの光は、移動部５７によるミラー５５の移動に伴ってミラー５５上の入射位置が時間的に変化し、ミラー５６上での入射位置が時間的に変化する。そのため、このような光路シフト装置９によっても、重畳光学系１０に入射する光の入射位置を光軸１５ａの方向と交差する方向に時間的に変化させることができる。
【０１０８】
なお、ミラー５５の移動方向は、光源装置７の光の射出方向と平行であってもよいし、交差していてもよい。また、光路シフト装置９は、ミラー５５を移動させる代わりにミラー５６を移動させる構成でもよいし、ミラー５５およびミラー５６を移動させる構成でもよい。ミラー５５およびミラー５６の双方を移動させる場合に、各ミラーの移動速度と、双方のミラーの相対位置は、重畳光学系１０に入射する光の入射位置が変化するように適宜設定できる。また、ミラー５５とミラー５６は、互いに平行でなくてもよい。光路シフト装置９は、ミラー５５とミラー５６の一方または双方を回転させることで光路をシフトする構成でもよく、ミラーの回転および併進移動の双方により光路をシフトする構成でもよい。
【０１０９】
［第５変形例］
図１１は、第５変形例による照明装置２ｂの光源装置７を示す図である。光源装置７は、可干渉性の光を射出する複数の光射出領域を有し、光射出領域のそれぞれから射出される光の光量（以下、セル光量という）を調整可能である。光源装置７は、いわゆるレーザー光源アレイであり、複数のレーザー光源６０を含む。光源装置７において、複数の光射出領域のそれぞれは、各レーザー光源６０の光射出口に相当する。
【０１１０】
光源装置７において、複数のレーザー光源６０は、二次元的に配列されている。しかし、少なくとも、光路が変化する方向（Ｘ軸方向）に対して交差する方向（Ｙ軸方向）に複数の光が並ぶように複数のレーザー光源６０を配置すればよい。本変形例においては、複数のレーザー光源６０は、少なくともＹ軸方向に配列されており、Ｙ軸方向に並ぶ複数のレーザー光源６０からの光線は、光路シフト装置９から射出される際にＹ軸方向に並んでいる。
【０１１１】
レーザー光源６０は、供給電力に応じた光量のレーザー光を発する固体光源である。そのため、光源装置７は、各レーザー光源６０への供給電力を調整することで、各光射出領域から射出される光の光量（セル光量）を調整可能である。
【０１１２】
なお、セル光量は０を含む概念であり、例えばレーザー光源６０に電力が供給されずにレーザー光源が消灯している状態では、セル光量は０である。すなわち、セル光量は、レーザー光源６０の点灯と消灯を切替えることで調整でき、またレーザー光源６０を点灯させたまま発光量を減らすことでも調整できる。
【０１１３】
光源装置７の各レーザー光源６０への供給電力は、光源制御装置６１によって制御される。光源制御装置６１は、本変形例において照明装置２ｂの一部であり、例えば光源装置７の一部である。光源制御装置６１は、各レーザー光源６０への供給電力を制御することにより、各レーザー光源６０（光射出領域）の発光量（すなわちセル光量）を制御する。例えば、光源制御装置６１は、レーザー光源６０への電力供給を開始させることで、このレーザー光源６０を消灯から点灯に切り替える。また、光源制御装置６１は、レーザー光源６０への電力供給を停止させることで、レーザー光源６０を点灯から消灯へ切り替える。
【０１１４】
また、光源制御装置６１は、レーザー光源６０の点灯時に、レーザー光源６０への供給電力を増減させることで、このレーザー光源６０の発光量を増減させる。レーザー光源６０がパルス駆動である場合に、供給電力を増減させる手法としては、レーザー光源６０へ供給される電流値（パルス振幅）を増減させる手法（例えば振幅変調）と、レーザー光源６０へ電流が供給される時間（パルス幅）を増減させる手法（パルス幅変調）の一方または双方を用いてもよい。
【０１１５】
図１２は、光源制御装置６１によるレーザー光源６０の制御の一例を示すタイミングチャートである。図１２において、第１〜第３のレーザー光源は、それぞれ、複数のレーザー光源６０から任意に選択され、例えばＹ軸方向に並ぶ３つのレーザー光源である。図１２において、横軸はレーザー光源が駆動されている間の時刻、縦軸はレーザー光源に供給される電力（電流値）のレベルを示す。符号ＰＨは供給電力のハイレベル、符号ＰＬは供給電力のローレベルを示す。例えば、レベルＰＨは、レーザー光源が所定の光量を発光する供給電力であり、レベルＰＬはレーザー光源が発光しない供給電力（端的には０）である。レベルＰＬは、レベルＰＨよりも少ない光量をレーザー光源が発光する供給電力でもよい。
【０１１６】
光源制御装置６１は、時刻ｔ０からｔ１までの期間Ｔ１（第１の期間）において、第１のレーザー光源への供給電力をレベルＰＬに維持することで、第１のレーザー光源を消灯状態に維持する。また、光源制御装置６１は、期間Ｔ１において、第２のレーザー光源及び第３のレーザー光源への供給電力をレベルＰＨに維持することで、第２のレーザー光源及び第３のレーザー光源を点灯状態に維持する。
【０１１７】
光源制御装置６１は、時刻ｔ１に、第１のレーザー光源への供給電力をレベルＰＨに切り替えることで第１のレーザー光源を点灯させ、かつ第２のレーザー光源への供給電力をレベルＰＬに切り替えることで第２のレーザー光源を消灯させる。光源制御装置６１は、時刻ｔ１からｔ２までの期間Ｔ２（第２の期間）において、第１のレーザー光源及び第３のレーザー光源を点灯状態に維持し、第２のレーザー光源を消灯状態に維持する。同様に、光源制御装置６１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ３（第３の期間）において、第１のレーザー光源及び第２のレーザー光源を点灯状態に維持し、第３のレーザー光源を消灯状態に維持する。
【０１１８】
以上のように、光源制御装置６１は、複数のレーザー光源６０のうち点灯状態にあるレーザー光源６０の組み合わせ（以下、点灯パターンという）が期間Ｔ１と期間Ｔ２とで変わるように、レーザー光源６０を制御する。換言すると、光源制御装置６１は、光源装置７から射出される光の空間分布（発光パターン）が期間Ｔ１と期間Ｔ２とで変わるように、レーザー光源６０を制御する。期間Ｔ１と期間Ｔ２のそれぞれの長さは、例えば、人間が画像の変化を知覚できる時間以下に設定され、１／２４秒以下であってもよいし、１／３０秒以下であってもよい。
【０１１９】
図１３は、光源装置７の点灯パターンと発光パターンの時間的な変化を説明するための図である。図１３（ｂ）は、レーザー光源アレイの発光パターンを模式的に表した図である。図１３（ａ）に示す点灯パターンにおいて複数のレーザー光源６０が全点灯しており、この状態に対応する図１３（ｂ）の発光パターンＬＰ１は、明部ＬＰ２で占められている。図１３（ｃ）に示す点灯パターンにおいて、一部のレーザー光源（符号６０ａで示す）が消灯しているとともに残りのレーザー光源（符号６０ｂで示す）が点灯しており、この状態に対応する図１３（ｄ）の発光パターンＬＰ３は、全点灯時の発光パターンＬＰ１と比較して、明部ＬＰ２よりも暗い暗部ＬＰ４を含むパターンになっている。このように、光源制御装置６１は、光源装置７の点灯パターンを時間的に変化させる。
【０１２０】
発光パターンが時間的に変化すると、光源装置７から射出された光の重畳光学系１０への入射位置が時間的に変化し、フライアイレンズ１４と光学的に共役な第２共役面２１（投写系４の瞳面）における光の強度分布（瞳像）が時間的に変化する。
【０１２１】
図１４は、複数のレーザー光源６０の一部を消灯したときの第２共役面２１における明るさ分布（瞳像）の変化の一例を示す図である。図１４（ａ）は複数のレーザー光源６０をすべて点灯した状態に対応し、図１４（ｂ）は複数のレーザー光源６０の一部を消灯した状態に対応する。第２共役面２１（投写系４の瞳面）は、光源像（フライアイレンズ１４）と光学的に共役であるので、第２共役面２１における明るさ分布（スポットの分布）は、フライアイレンズ１４における明るさの分布と対応関係がある。
【０１２２】
複数のレーザー光源６０をすべて点灯させた状態において、フライアイレンズ１４のレンズ要素１４ａのそれぞれには、光源像が形成される。複数のレーザー光源６０の一部を消灯させた状態においては、消灯させたレーザー光源６０に由来する光源像が形成されないことになり、第２共役面２１に暗部ＬＰ４ができる。このように、照明装置２ｂは、複数のレーザー光源６０のうち少なくとも１つを選択して点灯と消灯とを切り替え、選択するレーザー光源６０を時間経過とともに変えていくことで、瞳像を効果的に時間的に変化させることができる。
【０１２３】
本変形例の照明装置２ｂは、光路シフト装置９により重畳光学系１０へ入射する光の入射位置を時間的に変化させるだけでなく、光源制御装置６１により光源装置７の発光パターンを時間的に変化させることによっても重畳光学系１０へ入射する光の入射位置を時間的に変化させる。そのため、照明装置２ｂは、瞳像の変化のバリエーションを増やすことができ、スペックルを効果的に低減できる。
【０１２４】
例えば、光路シフト装置９は、重畳光学系１０へ入射する光の入射位置をＸ軸方向に時間的に変化させ、光源制御装置は、Ｙ軸方向に並ぶレーザー光源６０のうち点灯しているレーザー光源６０の組み合わせを時間的に変化させる。これにより、瞳像のパターンは、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに変化することになるので、照明装置２ｂは、スペックルを効果的に低減できる。
【０１２５】
なお、光源制御装置６１は、複数のレーザー光源６０のうち点灯状態にあるレーザー光源６０の数が期間Ｔ１と期間Ｔ２とで同じになるように、光源装置７を制御する。これにより、光源装置７から射出される光量が期間Ｔ１と期間Ｔ２とでほぼ同じになり、照明装置２ｂは、被照明領域ＩＲ（画像形成系３）を期間Ｔ１と期間Ｔ２とでほぼ同じ明るさで照明する。
【０１２６】
なお、光源装置７から光が射出される期間の各時刻に消灯状態に維持されるレーザー光源６０の数は、１つでもよいし、２以上でもよい。また、点灯状態にあるレーザー光源６０の数を期間Ｔ１と期間Ｔ２とで同じにする代わりに、光源装置７から射出される光の光量が期間Ｔ１と期間Ｔ２とでほぼ同じになるように、点灯させるレーザー光源６０の発光量を調整してもよい。また、照明装置２ｂは、例えばダイナミックレンジを広げるために、光源装置７から射出される光の光量を期間Ｔ１と期間Ｔ２とで異ならせてもよい。
【０１２７】
なお、複数のレーザー光源６０のうち、各期間に点灯状態に維持されるレーザー光源６０の組み合わせ（点灯パターン）は、適宜、変更できる。例えば、光源制御装置６１は、互いに隣接する少なくとも２つのレーザー光源のそれぞれへの供給電力を、ともに減少または増加させてもよい。すなわち、光源制御装置６１は、二次元的に配列された複数のレーザー光源６０のうち、行方向に並ぶ２以上のレーザー光源６０を一括して消灯状態にしてもよいし、列方向に並ぶ２以上のレーザー光源６０を一括して消灯状態にしてもよい。これにより、瞳像のパターンの変化量を増すことができるので、照明装置２ｂは、スペックルを効果的に低減できる。
【０１２８】
なお、光源制御装置６１は、複数のレーザー光源６０の少なくとも１部への供給電力を、複数のレーザー光源６０のうちで相対的に小さくするとともに、供給電力が相対的に小さいレーザー光源６０に隣接するレーザー光源６０への供給電力を、複数のレーザー光源６０のうちで相対的に大きくしてもよい。このような照明装置２ｂは、供給電力を減少させたレーザー光源６０の発光量の減少分を、供給電力を増加させたレーザー光源６０の発光量の増加分で補うことができる。また、供給電力を減少させたレーザー光源６０は発熱量が減少し、このレーザー光源６０に隣り合うレーザー光源６０の供給電力を増加させるので、供給電力を増加させるレーザー光源６０の放熱性を確保することができる。
【０１２９】
なお、図１２の例では、第１の期間（期間Ｔ１）と第２の期間（期間Ｔ２）は、重複していないが、第１の期間と第２の期間は、一部が重複し、かつ他の一部が重複しなくてもよい。この場合には、第１の期間のうち第２の期間に重複しない期間と、第１の期間のうち第２の期間に重複する期間と、第２の期間のうち第１の期間に重複しない期間とで、点灯パターンが異なることになり、第１の期間の開始から第２の期間の終了までの間に点灯パターンを３種類に変化させることができる。
【０１３０】
［第６変形例］
上記の実施形態では、画像形成装置３ｂとして透過型の液晶ライトバルブを用いている。透過型の液晶ライトバルブでは、画素Ｐの周辺部を覆う遮光層（ブラックマトリクス）が設けられている。遮光層の開口部が画素Ｐに対応する。遮光層は照明光の一部を遮光するために、照明光の利用効率が低下する。そのため、透過型の液晶ライトバルブにおいては、画素ごとにマイクロレンズを設ける場合がある。しかし、マイクロレンズの屈折力が大きい場合、本発明によるスペックル低減効果が低減される場合がある。そこで、本変形例では、画像形成装置３ｂがアフォーカル光学系を備えることで、スペックル低減効果の低減を抑えている。
【０１３１】
本変形例による画像形成装置３ｂの構成について説明する。図１５は、画像形成装置３ｂの一例を示す図である。画像形成装置３ｂは、アフォーカル光学系３０を備え、このアフォーカル光学系３０は、第１のマイクロレンズ３１ａおよび第２のマイクロレンズ３１ｂを含む。本例において、第１のマイクロレンズ３１ａと第２のマイクロレンズ３１ｂは、同じ光学部材上に設けられたレンズアレイであり、この光学部材は、液晶層３２の入射側に配置されている。
【０１３２】
本例のアフォーカル光学系３０は、いわゆるケプラー式であり、第１のマイクロレンズ３１ａおよび第２のマイクロレンズ３１ｂは、それぞれ正のパワー（屈折力）を有する凸レンズである。第１のマイクロレンズ３１ａは、画素Ｐごとに、液晶層３２に対する照明光の入射側に設けられている。第２のマイクロレンズ３１ｂは、第１のマイクロレンズ３１ａの焦点位置と液晶層３２との間に配置されている。
【０１３３】
画像形成装置３ｂは、画素Ｐの周辺部を覆う遮光層３３（ブラックマトリクス）を備え、アフォーカル光学系３０は、各画素Ｐに入射してくる光束が遮光層３３の開口部に収まるように、ビーム径を縮小する。そのため、画像形成装置３ｂでは、遮光層３３での光のロスが少なくなり、光の利用効率が高くなる。
【０１３４】
また、アフォーカル光学系３０は、各画素Ｐへ入射する光束を平行光束にするので、画像形成装置３ｂを通る光の角度分布に及ぼす画像形成装置３ｂの影響を減らすことができる。そのため、照明装置２ｂが時間的に変化させる光の角度分布を、第２共役面２１上での瞳像に反映させやすくなり、スペックルを視認されにくくする効果を高めることができる。
【０１３５】
図１６〜図１８は、それぞれ、画像形成装置３ｂの他の例を示す図である。図１６に示す画像形成装置３ｂにおいて、アフォーカル光学系３０は、いわゆるガリレオ式であり、第１のマイクロレンズ３１ａが正のパワーを有する凸レンズであり、第２のマイクロレンズ３１ｂが負のパワーを有する凹レンズである。ガリレオ式のアフォーカル光学系３０は、ケプラー式よりも光路長を短くできる。
【０１３６】
図１７に示す画像形成装置３ｂにおいて、アフォーカル光学系３０は、ケプラー式であり、第１のマイクロレンズ３１ａと第２のマイクロレンズ３１ｂがいずれも正のパワーを有する凸レンズである。本例において、第１のマイクロレンズ３１ａと第２のマイクロレンズ３１ｂは、それぞれ、別の光学部材に設けられたレンズアレイである。第１のマイクロレンズ３１ａは、液晶層３２に対する入射側に配置されており、その焦点位置が例えば液晶層３２の内部に配置される。第２のマイクロレンズ３１ｂは、液晶層３２に対する光の射出側に配置されている。
【０１３７】
ケプラー式のアフォーカル光学系３０を用いる場合に、本例のように、第１のマイクロレンズ３１ａと第２のマイクロレンズ３１ｂとの間の光路を液晶層３２の配置スペースに利用することで、例えば画像形成装置３ｂを薄型にできる。また、ケプラー式のアフォーカル光学系３０は、ガリレオ式と比較して、遮光層３３の開口を通る際の光のビーム径を絞りやすいので、遮光層３３での光のロスを減らしやすい。
【０１３８】
図１８に示す画像形成装置３ｂにおいて、アフォーカル光学系３０は、ガリレオ式であり、第１のマイクロレンズ３１ａが正のパワーを有する凸レンズ、第２のマイクロレンズ３１ｂが負のパワーを有する凹レンズである。第１のマイクロレンズ３１ａは、液晶層３２の入射側に配置されており、第２のマイクロレンズ３１ｂは、液晶層３２の射出側に配置されている。このような画像形成装置３ｂは、例えばケプラー式と比較して、格段に薄型にできる。
【０１３９】
本変形例の照明装置２ｂは、重畳光学系１０に入射する光の入射位置を光路シフト装置９により時間的に変化させるので、瞳像のパターンを時間的に変化させることができ、スペックルを効果的に低減できる。また、この照明装置２ｂを備えるプロジェクター１は、画像の観察者にスペックルが視認されにくいので、画像の表示品質の低下を抑制できる。
【０１４０】
また、本変形例のプロジェクター１は、投写系４の外部の装置（照明装置２ｂ）により瞳像のパターンを時間的に変化させるので、投写系４の大型化、高コスト化などを避けることができる。また、プロジェクター１は、投写面ＳＣの瞳面上で固定のパターンの瞳像を移動させる方式と比較して、投写系４の瞳面の有効径を広げる必要性が低いので、投写系４の大型化、高コスト化などを避けることができる。
【０１４１】
また、本変形例の画像形成装置３ｂはアフォーカル光学系３０を備えているので、画像形成装置３ｂを通る光の角度分布に及ぼす画像形成装置３ｂの影響を減らすことができる。そのため、照明装置２ｂが時間的に変化させる光の角度分布を、第２共役面２１上での瞳像に反映させやすくなり、スペックルを視認されにくくする効果をさらに高めることができる。
【０１４２】
［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。図１９は、第２実施形態の照明装置２ｂおよび画像形成系３（画像形成装置３ｂ）を示す図である。光路シフト装置９は、第１実施形態で説明した光路シフト装置と同じ構成を備えている。この照明装置２ｂは、重畳光学系１０ｂの構成が第１実施形態と異なっている。本実施形態において、重畳光学系１０は、インプットレンズ３５と光学ロッド３６、及びリレー光学系３７を含む。
【０１４３】
光路シフト装置９からの光はインプットレンズ３５に入射する。インプットレンズ３５は、光路シフト装置９からの光を、光学ロッド３６の入射端面３６ａに収まるように集光する。インプットレンズ３５は、例えば所定軸に関して軸対称なレンズを含む。
【０１４４】
図２０は、光学ロッド３６を示す図である。光学ロッド３６は、いわゆるロッドインテグレータ（ロッドレンズ）などである。光学ロッド３６の中心軸を重畳光学系１０の光軸８ａとする。光学ロッド３６は光軸８ａに平行な方向に延びる四角柱状の光学部材である。光学ロッド３６は、入射端面３６ａ、内面３６ｂ、及び射出端面３６ｃを有する。入射端面３６ａと射出端面３６ｃは、互いにほぼ平行であり、それぞれ光軸８ａとほぼ直交する。内面３６ｂは、入射端面３６ａと射出端面３６ｃとを結ぶ４つの側面の内面であり、光軸８ａとほぼ平行である。
【０１４５】
入射端面３６ａは、例えば、インプットレンズ３５により光源像が形成される位置又はその近傍に配置される。入射端面３６ａには、光源装置７から射出された光がインプットレンズ３５（図１９参照）を介して入射する。入射端面３６ａに入射する際の光の角度分布は、光路シフト装置９により時間的に変化する光路に応じた分布になる。
【０１４６】
例えば、光学ロッド３６の入射端面３６ａに入射する光のうち相対的に広がり角が大きい成分（広角成分）は、光軸８ａから相対的に遠い光路を通った光に相当する。また、光学ロッド３６の入射端面３６ａに入射する光のうち相対的に広がり角が小さい成分（望遠成分）は、光軸８ａから相対的に近い光路を通った光に相当する。
【０１４７】
光学ロッド３６の入射端面３６ａに入射した光は、内面３６ｂでの多重反射により射出端面３６ｃに導かれる。内面３６ｂでの光の反射回数は、角度成分ごとに異なっており、広角成分の反射回数は望遠成分の反射回数よりも多い。光学ロッド３６の射出端面３６ｃには、内面３６ｂでの反射回数が０回の光束と、図２０に示すような反射回数が１回の光束Ｌｂ、反射回数が２回の光束Ｌｃなどの反射回数が互いに異なる複数の光束が重畳され、これにより射出端面３６ｃでの照度分布が均一化される。
【０１４８】
図２１は、光学ロッド３６およびリレー光学系３７を示す図である。リレー光学系３７は、光学ロッド３６の射出端面３６ｃと光学的に共役な面（被照明領域ＩＲ）を形成する。光源装置７からの光の照度分布は、光学ロッド３６の射出端面３６ｃで均一化されるので、射出端面３６ｃと共役な被照明領域ＩＲにおいても均一化される。このように、重畳光学系１０は、光源装置７の複数の光射出領域（レーザー光源６０）からの光束を被照明領域ＩＲで互いに重畳することで、被照明領域ＩＲにおける照度分布を均一にする。
【０１４９】
ところで、リレー光学系３７には、インプットレンズ３５により形成される光源像と共役な第３共役面３８（いわゆる瞳面）が形成される。この第３共役面３８は、図２に示した投写系４の第２共役面２１とも光学的に共役である。照明装置２ｂは、重畳光学系１０に入射する際の光路を光路シフト装置９により時間的に変化させることで、第３共役面３８におけるスポットのパターンを時間的に変化させ、投写系４の第２共役面２１における瞳像のパターンを時間的に変化させる。
【０１５０】
図２２は、光学ロッド３６の入射端面３６ａに形成される光源像のパターンＬＰ５の一例を示す図である。図２３は、図２２の光源像のパターンに対応して第３共役面３８に形成されるスポットのパターンＬＰ５（瞳像）を示す図である。図２２において、符号４０ａ〜４０ｄは、それぞれ、光路シフト装置９を介して互いに異なる光路を通った光のスポットを示す。
【０１５１】
図２０に示したように、光学ロッド３６の射出端面３６ｃの各点には、内面３６ｂでの反射回数が異なる複数の光束が入射する。そのため、光学ロッド３６の射出側から観察すると、入射端面３６ａを含む面上に、光源像の実像Ｉｍ１と複数の虚像Ｉｍ２とが配列されているように見える。本例において、第３共役面３８は、入射端面３６ａとほぼ共役な関係にあるので、第３共役面３８上には、図２３に示すような実像Ｉｍ１に対応するパターン４１ａと虚像Ｉｍ２に対応する複数のパターン４１ｂとが配列される。パターン４１ａとパターン４１ｂは、光学ロッド３６の内面３６ｂに相当する境界線４２に関して線対称なパターン（鏡像、反転像）である。
【０１５２】
ここで、第３共役面３８上でスポット４０ａと共役な領域４３ａは、互いに交差する境界線４２ａおよび境界線４２ｂの近傍に配置されるものとする。境界線４２ａに関して領域４３ａと対称な領域４３ｂ、境界線４２ｂに関して領域４３ｂと対称な領域４３ｃ、境界線４２ａに関して領域４３ｃと対称な領域４３ｄは、それぞれ、スポット４０ａと共役な領域である。また、境界線４２ｃに関して領域４３ａと対称な領域４３ｅ、境界線４２ｄに関して領域４３ｅと対称な領域４３ｆ、境界線４２ｃに関して領域４３ｆと対称な４３ｇも、それぞれ、光射出領域４０ａと共役な領域である。そのため、スポット４０ａの明るさが変化すると、多数の領域（図２３の例では９個の領域）の明るさが一括して変化することになる。従って、第３共役面３８上の光源像のパターンの変化が大きくなる。
【０１５３】
本実施形態の照明装置２ｂは、光路シフト装置９により光路を時間的に変化させるので、インプットレンズ３５（重畳光学系１０）への光の入射位置が時間的に変化する。これにより、観察者にスペックルが視認されにくくなる。また、光路シフト装置９が時間的に変化させる光路の１つに対応する光源像（例えばスポット４０ａ）は、第３共役面３８上の複数の領域と対応関係になるので、光路シフト装置９による光路の変化に比べて、第３共役面３８上の瞳像のパターンの変化を大きくすることができ、スペックルを効果的に低減できる。
【０１５４】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることある。
【０１５５】
なお、上述の実施形態においては、画像形成装置ごとに照明装置が設けられているが、複数の画像形成装置に対して１つの照明装置が設けられていてもよい。例えば、照明装置は、複数の色光を含む光（端的には白色光）から各色光を分離し、各色光を各色用の画像形成装置に導く構成でもよい。白色光を発生させる光源装置としては、例えば、赤色のレーザー光を発するレーザー光源と、緑色のレーザー光を発するレーザー光源と、青色のレーザー光を発するレーザー光源とを備え、各色のレーザー光をダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーで合成する構成でよい。また、白色光を発生させる光源装置は、発光ダイオードなどの固体光源、メタルハライドランプなどの短アークのランプ光源などを含むものでものでもよい。
【０１５６】
なお、重畳光学系１０の少なくとも一部は、光源装置７の一部として設けられていてもよい。例えば、図２に示した照明装置２ｂにおいて、光源装置７は、フライアイレンズ１３およびフライアイレンズ１４を含む光学ユニットであってもよい。この場合に、光源装置７は、レーザー光源６０の発光量を調整することにより、フライアイレンズ１４のレンズ要素１４ａのそれぞれから射出される光の光量を調整可能である。そのため、この光源装置７は、フライアイレンズ１４のレンズ要素１４ａのそれぞれが光射出領域に相当する。
【０１５７】
なお、上記の実施形態において、プロジェクター１は、三板式の透過型液晶を備えたプロジェクターであるが、各色の画像を時間順次で投写し、各色の画像が時間的に積分されて観察されることでフルカラーの画像が表現される形態でもよい。プロジェクター１が表示する画像の色数に限定はなく、単色の画像を表示するものでもよいし、３色（３チャンネル）の色光でフルカラー画像を表現する代わりに２または４以上の色光で画像を表示するものでもよい。
【０１５８】
なお、画像形成装置に用いられる光変調器は、透過型の液晶装置の他に、反射型の液晶装置、デジタルミラーデバイス等であってもよい。光変調器は、ＨＴＰＳ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）技術、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）技術などによるライトバルブでもよく、図１６〜図１８に示したような遮光膜３３（ブラックマトリックス）を備えていなくてもよい。光変調器として液晶装置以外の光変調器を使用する場合は、フィールドレンズ１９を省略してもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
１  プロジェクター、２ａ〜２ｃ  照明装置、３ａ〜３ｃ  画像形成装置、４  投写系、７  光源装置、９  光路シフト装置、１０  重畳光学系、１３〜１４  フライアイレンズ、１５  重畳レンズ、３６  光学ロッド、３７  リレー光学系、５０  回転軸、５１  第１プリズム、５３  第２プリズム、５４  回転軸、ＩＲ  被照明領域、ＳＣ  投写面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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