(57)【要約】【課題】構造を複雑化することなく、スペックルの低減効果を向上させることができる。【解決手段】照明装置４０は、異方性拡散面を有する拡散部材６７と、光源からのコヒーレント光が異方性拡散面上に照射された状態で異方性拡散面を回転させる回転軸部材６８と、異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光をさらに拡散させる光学素子５０と、を備え、異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光は線状に拡散し、この線状の拡散光線は異方性拡散面の回転に応じて光学素子上で一方向に回転する軌道を描く。【選択図】図１
2015114620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方性拡散面を有する拡散部材と、
光源からのコヒーレント光が前記異方性拡散面上に照射された状態で前記異方性拡散面を回転させる回転軸部材と、を備え、
前記異方性拡散面に照射されたコヒーレント光は、前記異方性拡散面から線状に拡散し、かつ前記異方性拡散面の回転に応じて、前記線状に拡散したコヒーレント光は所定の平面上で線状ビームを回転させた軌道を描く光走査装置。
【請求項２】
前記異方性拡散面は、第１軸方向に曲率が連続的に変化して、前記第１軸に交差する第２軸方向には曲率が一定の面である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記異方性拡散面は、シリンドリカル面である請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記回転軸部材は、前記異方性拡散面を偏芯させずに回転させる請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記回転軸部材は、前記異方性拡散面を偏芯させながら回転させる請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
異方性拡散面を有する拡散部材と、
光源からのコヒーレント光が前記異方性拡散面上に照射された状態で前記異方性拡散面を回転させる回転軸部材と、
前記異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光をさらに拡散させる光学素子と、を備え、
前記異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光は線状に拡散し、この線状の拡散光線は前記異方性拡散面の回転に応じて前記光学素子上で一方向に回転する軌道を描く照明装置。
【請求項７】
前記異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光を平行光に変換するコリメートレンズを備え、
前記コリメートレンズで変換された平行光が前記光学素子に入射される請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を集光して、所定領域を重ねて照明する集光光学系を備える請求項６または７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記所定領域またはその光軸後方に配置され、入射されたコヒーレント光を内壁で全反射させながら伝搬させた後に出射する均一化光学系を備える請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかに記載の照明装置と、
前記所定領域またはその光軸後方に配置され、前記所定領域を通過するコヒーレント光で照明されて変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を所定の投射部材上に投射する投射光学系と、を備える投射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置の前記異方性拡散面からの光を入射光として拡散させる光学素子。
【請求項１２】
複数の要素レンズを含むレンズアレイを備え、
前記複数の要素レンズのそれぞれは、前記異方性拡散面からの光を入射光として拡散させる請求項１１に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記異方性拡散面からの光を入射光として拡散させるホログラム記録媒体を備える請求項１１に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光を光源として用いる光走査装置、照明装置、投射装置および光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの高出力化と価格の低下、およびコヒーレント光を反射させるのに用いられるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｈａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーの性能向上などを背景として、半導体レーザを光源として用いた投射装置が普及しつつある。
【０００３】
しかしながら、コヒーレント光源から出射されるコヒーレント光は、投射スクリーン上にスペックルを発生させるという問題がある。スペックル（speckle）は、レーザ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、スクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラ（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。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことによって生じるものとされている。
【０００４】
本発明者は、過去に、コヒーレント光で被照明領域ＬＺを照明する際に、光走査装置にてコヒーレント光を走査させて光学素子に入射させ、光学素子にて被照明領域ＬＺを重ねて照明することで、被照明領域ＬＺ内でのスペックルを目立たなくさせる照明装置を発明するとともに、この種の照明装置を用いてスクリーン上に光変調画像を投射する際に、スクリーン上で発生するスペックルも目立たなくさせる投射装置とを発明した（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５８４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光走査装置は、反射面を有するＭＥＭＳミラー等で構成されており、１軸または２軸方向に反射面を所定の振れ角で回動させて、コヒーレント光の反射方向を切り替えている。反射面で反射されたコヒーレント光は、直接または間接に光学素子に入射される。スペックルを低減する観点からは、コヒーレント光が光学素子上をできるだけ密に走査するのが望ましい。その方が、被照明領域ＬＺに入射されるコヒーレント光の角度多重度、すなわち角度的な密度が大きくなり、入射方向を連続的に変化させる作用と併せることによりスペックルの低減効果を最大限に高めることができるためである。ところが、コヒーレント光が光学素子上をできるだけ密に走査するには、光走査装置の反射面を精密かつ高速に駆動しなければならず、光走査装置が大がかりになり、設備コストも嵩んでしまう。
【０００７】
また、安定して長時間動作する光走査装置の場合、多くの場合、共振機構を設けているものが多く、制御信号の波形は、ほぼ正弦波となる。正弦波は、各周期ごとに正のピークと負のピークを持っており、これらのピークでは、回転方向を切り替えるために反射面がいったん停止してしまう。これはすなわち、コヒーレント光の走査速度がほとんどゼロになる箇所が各走査周期で２回生じることを意味する。コヒーレント光の走査速度が緩やかになってほぼゼロになる期間では、スペックルの低減度合いが弱くなる。
【０００８】
このように、光走査装置の反射面を所定の振り角で回動させると、スペックルの低減度合いが時間に応じて変化し、平均的なスペックルの低減効果を向上させることができない。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、構造を複雑化することなく、スペックルの低減効果を向上させることが可能な光走査装置、照明装置、投射装置および光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、異方性拡散面を有する拡散部材と、
光源からのコヒーレント光が前記異方性拡散面上に照射された状態で前記異方性拡散面を回転させる回転軸部材と、を備え、
前記異方性拡散面に照射されたコヒーレント光は、前記異方性拡散面から線状に拡散し、かつ前記異方性拡散面の回転に応じて、前記線状に拡散したコヒーレント光は所定の平面上で線状ビームを回転させた軌道を描く光走査装置が提供される。
【００１１】
前記異方性拡散面は、第１軸方向に曲率が連続的に変化して、前記第１軸に交差する第２軸方向には曲率が一定の面でもよい。
【００１２】
前記異方性拡散面は、シリンドリカル面でもよい。
【００１３】
前記回転軸部材は、前記異方性拡散面を偏芯させずに回転させてもよい。
【００１４】
前記回転軸部材は、前記異方性拡散面を偏芯させながら回転させてもよい。
【００１５】
本発明の他の一態様では、異方性拡散面を有する拡散部材と、
光源からのコヒーレント光が前記異方性拡散面上に照射された状態で前記異方性拡散面を回転させる回転軸部材と、
前記異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光をさらに拡散させる光学素子と、を備え、
前記異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光は線状に拡散し、この線状の拡散光線は前記異方性拡散面の回転に応じて前記光学素子上で一方向に回転する軌道を描く照明装置が提供される。
【００１６】
前記異方性拡散面で拡散されたコヒーレント光を平行光に変換するコリメートレンズを備え、
前記コリメートレンズで変換された平行光が前記光学素子に入射されてもよい。
【００１７】
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を集光して、所定領域を重ねて照明する集光光学系を備えてもよい。
【００１８】
前記所定領域またはその光軸後方に配置され、入射されたコヒーレント光を内壁で全反射させながら伝搬させた後に出射する均一化光学系を備えてもよい。
【００１９】
請求項６乃至９のいずれかに記載の照明装置と、
前記所定領域またはその光軸後方に配置され、前記所定領域を通過するコヒーレント光で照明されて変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を所定の投射部材上に投射する投射光学系と、を備えてもよい。
【００２０】
本発明の他の一態様では、上述した光走査装置の前記異方性拡散面からの光を入射光として拡散させる光学素子が提供される。
【００２１】
複数の要素レンズを含むレンズアレイを備え、
前記複数の要素レンズのそれぞれは、前記異方性拡散面からの光を入射光として拡散させてもよい。
【００２２】
前記異方性拡散面からの光を入射光として拡散させるホログラム記録媒体を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、構造を複雑化することなく、スペックルの低減効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による照明装置を備えた投射装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】図１の走査デバイス６５によるレーザ光の走査を説明する図。
【図３】図２の線状レーザビームＬＢ１の軌跡を示す平面図。
【図４】シリンドリカル面６６を偏芯させながら回転させる走査デバイス６５を備えた投射装置の一例を示すブロック図。
【図５】図４の走査デバイス６５によるレーザ光の走査を説明する図。
【図６】図５の線状レーザビームＬＢ２の軌跡を示す平面図。
【図７】反射部材を設けた当社装置の概略構成を示すブロック図。
【図８】図１の一変形例による投射装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】図８にリレー光学系を追加した投射装置の概略構成を示すブロック図。
【図１０】光学素子５０としてホログラム記録媒体５５を用いた投射装置２０の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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、縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから適宜変更したり、誇張してある。
【００２６】
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。
【００２７】
図１は本発明の一実施形態による照明装置を備えた投射装置の概略構成を示すブロック図である。図１の投射装置２０は、照射装置６０と、コリメートレンズ９０と、光学素子５０と、コンデンサレンズ（集光光学系）７０と、光変調器３０と、投射光学系８０とを備えている。光学素子５０と照射装置６０にて照明装置４０が構成される。
【００２８】
光学素子５０は、例えばレンズアレイ５３で構成されている。なお、後述するように、光学素子５０はレンズアレイ５３以外の拡散素子、例えばホログラム記録媒体で構成してもよい。ホログラム記録媒体を用いる場合はコリメートレンズ９０は不要となりうる。また、光学素子５０としてレンズアレイ５３を用いる場合も、コリメートレンズ９０は必須ではないが、以下では、コリメートレンズ９０とレンズアレイ５３を用いる例を主に説明する。
【００２９】
照射装置６０は、コヒーレント光がレンズアレイ５３内の複数の要素レンズ５４の表面を走査するように、レンズアレイ５３にコヒーレント光を照射する。照射装置６０は、コヒーレント光を放射するレーザ光源６１と、レーザ光源６１から放射されたコヒーレント光をレンズアレイ５３内の複数の要素レンズ５４の表面上で走査させる走査デバイス６５とを有する。
【００３０】
照射装置６０内のレーザ光源６１は、例えばそれぞれ異なる波長帯域のレーザ光を放射する複数のレーザ光源６１を用いてもよい。複数のレーザ光源６１を用いる場合は、各レーザ光源６１からのレーザ光が走査デバイス６５上を照射するようにする。これにより、レンズアレイ５３は、各レーザ光源６１の照明色が混ざり合った再生照明光で照明されることになる。
【００３１】
レーザ光源６１は、単色のレーザ光源６１でもよいし、発光色の異なる複数のレーザ光源６１でもよい。例えば、赤、緑、青の複数のレーザ光源６１を用いて構成してもよい。複数のレーザ光源６１を用いる場合は、各レーザ光源６１からのコヒーレント光が走査デバイス６５上に照射されるように各レーザ光源６１を配置すれば、各レーザ光源６１からのコヒーレント光の入射角度に応じた反射角度で反射されて、レンズアレイ５３上に入射され、レンズアレイ５３から別個に集光・発散されて、被照明領域（所定領域）ＬＺ上で重ね合わされて合成色になる。例えば、赤、緑、青の複数のレーザ光源６１を用いて構成した場合には白色になる。あるいは、各レーザ光源６１ごとに、別個の走査デバイス６５を設けてもよい。
【００３２】
なお、例えば白色で照明する場合は、赤緑青以外の色で発光するレーザ光源６１、例えば、黄色で発光するレーザ光源６１を別個に設けた方が、より白色に近い色を再現できる場合もある。したがって、照射装置６０内に設けるレーザ光源６１の種類は、特に限定されるものではない。
【００３３】
レーザ光源６１から出射されるレーザ光のビーム径が大きい場合には、不図示の集光レンズでレーザ光のビーム径を絞った後に、走査デバイス６５に入射させてもよい。
【００３４】
走査デバイス６５は、入射されたレーザ光の反射角度を一定周期で可変させて、反射されたレーザ光がレンズアレイ５３上を走査するようにしている。より具体的には、走査デバイス６５は、異方性拡散を行うシリンドリカル面６６を有する拡散部材６７と、シリンドリカル面６６を偏芯させずに回転させる回転軸部材６８とを有する。回転軸部材６８は、拡散部材６７の底面に対して直交する方向に延びている。ここで、「偏芯させずに回転させる」とは、この回転軸部材６８が、レーザ光の走査を行っている間は、常に一定の方向に一定の回転速度でシリンドリカル面６６を回転させることをいう。
【００３５】
ここで、シリンドリカル面６６とは、第１軸方向に曲率が連続的に変化し、第１軸に交差する第２軸方向に曲率が一定の異方性拡散面である。レーザ光源６１からのレーザ光は、あるビーム径を持って、シリンドリカル面６６上の曲率が連続的に変化している箇所に入射される。レーザ光が入射される箇所は、シリンドリカル面６６上の曲率が連続的に変化している箇所であれば、どこでもよい。この箇所に入射されたレーザ光は、瞬時には線状に拡散する。そして、回転軸部材６８を回転させることで、この線状に拡散したレーザ光が回転する軌跡を描くようになる。線状に拡散とは、任意の線幅のビーム光の拡散を指し、矩形状の拡散や若干歪みのある拡散も含む概念である。また、曲率とは、曲面の曲がり具合を指す。
【００３６】
シリンドリカル面６６で線状に拡散したレーザ光は、直接または間接に、コリメートレンズ９０に入射される。ここで、間接とは、反射ミラー等で反射された後にコリメートレンズ９０に入射されることを意味する。
【００３７】
コリメートレンズ９０は、シリンドリカル面６６で線状に拡散したレーザ光を平行光に変換する。なお、コリメートレンズ９０は、必須の構成部材ではない。コリメートレンズ９０の光軸後方に配置される光学素子が平行光の入射を必要としない場合は、コリメートレンズ９０を省略することができる。
【００３８】
コリメートレンズ９０で平行化されたレーザ光、あるいはシリンドリカル面６６で線状に拡散したレーザ光は、光学素子５０に入射される。本実施形態による光学素子５０は、例えば複数の要素レンズ５４からなるレンズアレイ５３を有する。複数の要素レンズ５４のそれぞれは例えば凹面レンズである。あるいは、複数の要素レンズ５４のそれぞれは凸面レンズでもよい。複数の凹面レンズまたは凸面レンズでレンズアレイ５３を構成する場合は、これら凹面レンズまたは凸面レンズを、各レンズの光軸に直交する面上に並べて配置すればよい。複数の要素レンズ５４は、一次元方向に並べて配置してもよいし、二次元方向に並べて配置してもよい。
【００３９】
要素レンズ５４のそれぞれは、入射されたレーザ光を拡散させる。各要素レンズ５４で拡散されたレーザ光はコンデンサレンズ７０に入射される。コンデンサレンズ７０は、各要素レンズ５４で拡散されたレーザ光を集光させて、被照明領域ＬＺを重ねて照明する照明光を生成する。これにより、被照明領域ＬＺ内の全域が均一な光量で照明されることになる。
【００４０】
被照明領域ＬＺまたはその光軸後方に光変調器３０が配置されている。光変調器３０は、被照明領域ＬＺの照明光を受けて変調画像を生成する。
【００４１】
光変調器３０としては、反射型のマイクロディスプレイを用いることが可能である。この場合、光変調器３０での反射光によって変調画像が形成される。反射型のマイクロディスプレイでは、光変調器３０へ照明装置４０からレーザ光が照射される面と、光変調器３０で生成された変調画像の映像光（反射光）の出射面とが同一の面となる。このような反射光を利用する光変調器３０として、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いることも可能である。
【００４２】
あるいは、光変調器３０として、透過型の液晶マイクロディスプレイ例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を用いることができる。この場合、照明装置４０によって面状に照明される液晶マイクロディスプレイが、画素毎にレーザ光を選択して透過させることにより、液晶マイクロディスプレイ上に変調画像が形成される。こうして得られた変調画像（映像光）は、投射光学系８０によって、必要に応じて変倍されて拡散スクリーン１５へ投射される。拡散スクリーン１５に投射される変調画像のスペックルパターンは時間的に変化するため、スペックルは不可視化される。
【００４３】
また、光変調器３０の入射面は、照明装置４０がレーザ光を照射する被照明領域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からのレーザ光を、拡散スクリーン１５への映像の表示に高い利用効率で利用することができるからである。
【００４４】
光変調器３０で生成された変調画像を拡散スクリーン１５に投射する投射光学系８０は、プロジェクションレンズ８１を有し、光変調器３０で生成された変調画像は、プロジェクションレンズ８１で屈折されて拡散スクリーン１５上に変調画像を投射する。プロジェクションレンズ８１の径や、プロジェクションレンズ８１と光変調器３０との距離や、プロジェクションレンズ８１と拡散スクリーン１５との距離によって、拡散スクリーン１５に投影される変調画像のサイズを調整することができる。図１の拡散スクリーン１５は、透過型であり、投射された変調画像光を拡散する。なお、拡散スクリーン１５は、反射型でもよい。
【００４５】
光変調器３０では、種々の変調画像を生成可能であり、光変調器３０で変調画像を生成して、それを被照明領域ＬＺで照明することで、種々の変調画像を拡散スクリーン上に投射することができる。
【００４６】
カラーの変調画像を形成する場合には、種々の実現手法が考えられる。光変調器３０がＬＣＯＳなどで構成されていて、各画素ごとにカラーフィルタを有する場合には、被照明領域ＬＺを白色光とすることで、光変調器３０で生成される変調画像をカラー化することができる。
【００４７】
あるいは、例えば、赤色の変調画像を生成する光変調器３０と、緑色の変調画像を生成する光変調器３０と、青色の変調画像を生成する光変調器３０とを近接配置し、これら３つの光変調器３０のそれぞれを照明する３つの被照明領域ＬＺを、順次にレンズアレイ５３からの拡散光で照明するようにしてもよい。これにより、３つの光変調器３０で生成された３色の変調画像が合成されて、カラーの変調画像を生成可能となる。このような時分割駆動の代わりに、３つの光変調器３０で同時に生成した３色の変調画像をプリズム等を用いて合成して、カラーの変調画像を生成してもよい。
【００４８】
上述した投射光学系８０は、主には、光変調器３０の変調画像を拡散スクリーン１５に投影するために設けられている。拡散スクリーン１５を設けることで、スペックルが重ねられて平均化される結果、スペックルが目立たなくなる。
【００４９】
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レーザ光が入射してくるが、走査デバイス６５内のシリンドリカル面６６を常に回転させていることから、被照明領域ＬＺへのレーザ光の入射方向も常に変化し続けることになる。結果として、光変調器３０の透過光または反射光によって形成された変調画像光は、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。
【００５０】
以上のことから、本実施形態による照明装置４０を用いれば、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レーザ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、相関の無いレーザ光の散乱パターンが多重化されて観察される。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。
【００５１】
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上でのレーザ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レーザ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、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、本実施形態では、レーザ光が光学素子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レーザ光が、それぞれ、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、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。
【００５２】
図２は図１の走査デバイス６５によるレーザ光の走査を説明する図である。拡散部材６７のシリンドリカル面６６は、回転軸部材６８を回転軸中心として、一方向に一定の速度で回転している。レーザ光源６１の位置は固定であることから、レーザ光源６１からのレーザ光は、常に同じ方向から入射される。シリンドリカル面６６は、第１軸Ｘ方向には曲率が連続的に変化しており、シリンドリカル面６６を回転させると、シリンドリカル面６６に投射されるレーザ光のビームスポット位置の曲率も随時変化することになる。任意の曲率を持った面に入射されるレーザ光は、その曲率に応じた方向に線状に拡散する。シリンドリカル面６６のように、曲率が連続的に変化する面を回転させると、線状に拡散する線状レーザビームＬＢ１は、図２に示すように、その中心位置の周りを回転するような軌跡を描く。
【００５３】
図３はコリメータレンズ９０上での線状レーザビームＬＢ１の軌跡を示す平面図である。図３に示すように、各線状レーザビームＬＢ１は、中心位置を共通にして回転する軌跡を描いている。これにより、レーザ光はコリメートレンズ９０および光学素子５０の入射有効領域を密に走査することになる。コリメートレンズ９０および光学素子５０の入射有効領域をレーザ光が密に走査するほど、被照明領域ＬＺに入射されるレーザ光の入射方向がよりきめ細かく変化し、照明装置側のスペックルはより視認されにくくなる。
【００５４】
また、図２および図３からわかるように、線状レーザビームＬＢ１の軌跡は、常に同じ方向に同じ速度で回転している。よって、一軸または二軸方向に走査デバイス６５を走査させた場合のように、走査方向が切り替わる際に、走査速度がゼロに近づくようなことがなく、周期的にスペックルが視認される時間帯が生じるおそれもなくなる。
【００５５】
図１の走査デバイス６５では、シリンドリカル面６６を偏芯させずに回転させているが、シリンドリカル面６６を偏芯させながら回転させてもよい。図４はシリンドリカル面６６を偏芯させながら回転させる走査デバイス６５を備えた投射装置の一例を示すブロック図である。
【００５６】
図４の走査デバイス６５は、拡散部材６７のシリンドリカル面６６を偏芯させながら回転させる回転軸部材６８を有する。回転軸部材６８は、拡散部材６７の底面の法線方向とは異なる方向に延びている。ここで、「偏芯させながら回転させる」とは、回転軸部材６８を回転させると、シリンドリカル面６６は回転軸部材６８の回転方向に回転するだけでなく、面方向に対して上下にも振動するような動きをすることをいう。
【００５７】
図５は図４の走査デバイス６５によるレーザ光の走査を説明する図である。シリンドリカル面６６に照射されたレーザ光は、図２と同様に瞬時には線状に拡散する線状レーザビームＬＢ２となる。シリンドリカル面６６を偏芯させながら回転させると、図５に示すように、線状レーザビームＬＢ２の一端側の基準点を中心として円または楕円軌道の軌跡を描く。
【００５８】
図６は図５の線状レーザビームＬＢ２の軌跡を示す平面図である。図６に示すように、線状レーザビームＬＢ２は、基準点Ｏを中心として円または楕円軌道の軌跡を描くが、基準点側には線状レーザビームＬＢ２が走査しない円領域が設けられる。
【００５９】
このように、シリンドリカル面６６を偏芯させながら回転させると、線状レーザビームＬＢ２は、円または楕円の中心位置付近を除いて残りの円または楕円領域内を密に走査するような軌跡を描く。
【００６０】
図１および図４では、走査デバイス６５のシリンドリカル面６６で反射されたレーザ光を直接コリメートレンズ９０に入射させているが、図７に示すように、シリンドリカル面６６で反射されたレーザ光を反射ミラー等の反射部材９２で反射させた後に、コリメートレンズ９０に入射させてもよい。反射部材９２を設けることで、光学系の設計が容易になり、また走査デバイス６５とコリメートレンズ９０の配置場所を近づけることができ、投射装置２０を小型化できる場合がある。
【００６１】
ところで、被照明領域ＬＺ内の照度分布をできるだけ均一化させるには、コンデンサレンズ７０と光変調器３０の間に均一化光学系を設けるのが望ましい。図８は図１の一変形例による投射装置２０の概略構成を示すブロック図である。図８の投射装置２０は、図１の構成に加えて、コンデンサレンズ７０と光変調器３０の間に配置される均一化光学系７５を備えている。なお、図４のような偏芯させながら回転するシリンドリカル面６６を持った投射装置２０に均一化光学系７５を設けてもよい。また、図７と同様の反射部材９２を設けてもよい。
【００６２】
均一化光学系７５は、例えばインテグレータロッド７６を用いて構成可能である。インテグレータロッド７６は、筒状になっており、その入射面に入射されたレーザ光をロッド内部で全反射させながら出射面方向に伝搬させる。これにより、均一化光学系７５の出射面からは、出射面内の全域で光量が均一なレーザ光が出射される。ここで、均一化の程度は、個々の使用形態によって異なるが、概略的な目安としては、出射面での輝度分布のばらつきが１０%以内である。
【００６３】
インテグレータロッド７６は、レンズアレイ５３で拡散されたレーザ光の大半がロッド内部で全反射するようにコンデンサレンズ７０と光変調器３０の間で位置決めされる。
【００６４】
インテグレータロッド７６の出射面は、その全域での照度分布が均一である。よって、この出射面を被照明領域ＬＺとすればよく、この場合、光変調器３０はインテグレータロッド７６の出射面に近接して配置される。あるいは、図９に示すように、インテグレータロッド７６の出射面と投射光学系の間にリレー光学系７７を設けて、このリレー光学系７７のさらに後方に光変調器３０を設けてもよい。この場合、インテグレータロッド７６の出射面位置と光変調器３０の位置とは共役の関係になるように位置決めされる。
【００６５】
集光光学系７０は、光学素子５０で拡散されたレーザ光を集光する。均一化光学系７５は、集光光学系７０により集光されたレーザ光を全反射させながら伝搬させた後に出射面から出射する。均一化光学系７５の出射面は均一な光量で照明されるため、均一化光学系７５の出射面を面照明光として用いることができる。図１では、均一化光学系７５の出射面を被照明領域ＬＺとしている。均一化光学系７５を設けることで、被照明領域ＬＺ内の全域が均一な光量で照明されることになる。
【００６６】
図１では、光学素子５０としてレンズアレイ５３を用いる例を説明したが、レンズアレイ５３の具体例としては、拡散機能を有する全反射型または屈折型のフレネルレンズや、フライアイレンズなどを適応可能である。
【００６７】
また、光学素子５０は必ずしもレンズアレイ５３には限らず、例えばホログラム記録媒体を用いてもよい。図１０は光学素子５０としてホログラム記録媒体５５を用いた投射装置２０の一例を示すブロック図である。図１０のホログラム記録媒体には、被照明領域ＬＺに散乱板の像を再生し得る干渉縞が形成されている。ホログラム記録媒体に照射装置６０からのレーザ光が照射されると、干渉縞で回折されたレーザ光が発散光（拡散光）となって放射される。より詳細には、照射装置６０からホログラム記録媒体の各位置に入射したレーザ光は、それぞれ、ホログラム記録媒体で回折されて、集光光学系７０を通過した後に、インテグレータロッド７６に入射される。
【００６８】
ホログラム記録媒体は、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラムでもよいし、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。また、光学素子５０は、透過型の体積型ホログラム記録媒体を含んでいてもよいし、レリーフ型（エンボス型）のホログラム記録媒体を含んでいてもよい。
【００６９】
あるいは、光学素子５０は、拡散板で構成することも可能である。拡散板としては、オパールガラスやすりガラス等のガラス部材、あるいは樹脂拡散板などが考えられる。拡散板は、走査デバイス６５で反射されたレーザ光を拡散させるため、ホログラム記録媒体やレンズアレイ５３を用いた場合と同様に、種々の方向から被照明領域ＬＺを照明することができる。なお、本実施形態における光学素子５０における「拡散」とは、入射光を所定の方向に角度的に拡げて出射することを指し、回折光学素子５０やレンズアレイ５３等による拡散角が十分に制御された場合のみならず、オパールガラス等の散乱粒子により出射角を拡げる場合も含まれるものとする。
【００７０】
このように、本実施形態では、シリンドリカル面６６等の異方性拡散面でレーザ光を反射させて線状レーザビームＬＢ１を形成し、かつ異方性拡散面を一方向に回転させることで、線状レーザビームＬＢ１を回転させる。これにより、光学素子上に入射された線状レーザビームを一方向に回転させることができ、光学素子上を密にレーザ光が走査することになる。よって、被照明領域ＬＺに入射されるレーザ光の入射方向がきめ細かく変化し、投射装置側でのスペックルがより視認されにくくなる。
【００７１】
また、本実施形態では、シリンドリカル面６６を有する拡散部材６７を回転軸部材６８で回転させるだけでよいため、走査デバイス６５の構造を簡略化できる。また、ＭＥＭＳミラーのような高価な部材も必要ないため、安価なコストで走査デバイス６５を作製できる。
【００７２】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１５  拡散スクリーン、２０  投射装置、３０  光変調器３０、４０  照明装置、５０  光学素子、５３  レンズアレイ、５４  要素レンズ５４、６０  照射装置、６１  レンズ光源、６５  走査デバイス６５、７０  集光光学系、７５  均一化光学系７５、７６  インテグレータロッド、７７  リレー光学系、８０  投射光学系、８１  プロジェクションレンズ
【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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