(57)【要約】【課題】光学系の構成を複雑化することなく、光の利用効率を向上させる。【解決手段】照明装置４０は、光学素子５０と、光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置６０と、光学素子で拡散されたコヒーレント光により照明される所定の領域と、を備える。照射装置６０は、コヒーレント光を第１方向に走査させる第１の走査部材と、第１の走査部材で走査されたコヒーレント光を、第１方向に交差する第２方向に走査させる第２の走査部材と、第２の走査部材で走査されたコヒーレント光をコリメートして、光学素子に導光するコリメータ光学系と、を備え、所定の領域は、第１方向の長さと第２方向の長さとが互いに異なる形状を有し、コリメータ光学系の前側焦点位置は、所定の領域における第１方向の長さと第２方向の長さとのうち、長い長さの方向に走査する第１の走査部材または第２の走査部材の走査中心位置よりも、短い長さの方向に走査する第２の走査部材または第１の走査部材の走査中心位置に近い位置に配置される。【選択図】図１
2015052761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射されたコヒーレント光を拡散させる光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により照明される所定の領域と、を備え、
前記照射装置は、
前記コヒーレント光を第１方向に走査させる第１の走査部材と、
前記第１の走査部材で走査されたコヒーレント光を、前記第１方向に交差する第２方向に走査させる第２の走査部材と、
前記第２の走査部材で走査されたコヒーレント光をコリメートして、前記光学素子に導光するコリメータ光学系と、を備え、
前記所定の領域は、前記第１方向の長さと前記第２方向の長さとが互いに異なる形状を有し、
前記コリメータ光学系の前側焦点位置は、前記所定の領域における前記第１方向の長さと前記第２方向の長さとのうち、長い長さの方向に走査する前記第１の走査部材または前記第２の走査部材の走査中心位置よりも、短い長さの方向に走査する前記第２の走査部材または前記第１の走査部材の走査中心位置に近い位置に配置される照明装置。
【請求項２】
前記所定の領域における前記第１方向の長さと前記第２方向の長さとの比は、前記コリメータ光学系の前側焦点位置から前記第１の走査部材の走査中心位置までの長さと、前記コリメータ光学系の前側焦点位置から前記第２の走査部材の走査中心位置までの長さとの比に等しい請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を、前記所定の領域内の全域に集光する集光光学系を備える請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光学素子は、
光軸に直交する面上に近接配置される複数の第１要素レンズと、
前記複数の第１要素レンズの後側焦点面上に近接配置される複数の第２要素レンズと、を有し、
前記集光光学系は、前記複数の第２要素レンズの光軸後方に配置され、前記複数の第１要素レンズおよび前記複数の第２要素レンズよりも長い焦点距離を持ち、前記複数の第２要素レンズを通過したコヒーレント光を、前記所定の領域内の全域に集光する請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記複数の第１要素レンズは、いずれも同一形状および同一サイズであり、
前記複数の第１要素レンズのそれぞれは、前記所定の領域と相似形である請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の第１要素レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第２要素レンズを有する第２のレンズアレイと、を有し、
前記第１のレンズアレイの中心位置と前記第２のレンズアレイの中心位置とは、同じ光軸上に配置される請求項４または５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光学素子は、ホログラム記録媒体である請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
前記所定の領域は、前記第１方向に延びる長軸と、前記第２方向に延びる短軸とを有する矩形領域である請求項１乃至７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の照明装置と、
前記所定の領域に配置され、前記所定の領域を通過するコヒーレント光によって照明されて、変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を拡散面に投射する投射光学系と、を備える投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の要素レンズを利用する照明装置および投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を二次元方向に走査させる際には、ガルバノスキャナ（ガルバノミラー）やＭＥＭＳミラー等の走査デバイスが用いられる（特許文献１参照）。走査デバイスから出射されたレーザ光を集光させるためには、走査デバイスから出射されたレーザ光をコリメートすなわち平行化するのが望ましい。このため、走査デバイスの光軸後方側にコリメータレンズを配置する場合がある。コリメータレンズの光軸後方側には、例えばレンズアレイとフィールドレンズが順に配置されて、フィールドレンズを通過したレーザ光にて、被照明領域ＬＺが照明される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２４７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥＭＳミラーは、それ単体で二次元方向にレーザ光を走査させることができるため、二次元方向にレーザ光を走査させる軸位置がずれることがなく、ＭＥＭＳミラーから出射されたレーザ光をコリメートすなわち平行化することも容易に行える。一方、ガルバノスキャナは、二次元の各軸方向に別個にガルバノミラーを設けており、各軸の発散点である走査中心位置が各軸ごとにわずかにずれることから、走査デバイスから出射された光をコリメータレンズで完全にコリメートすることは困難である。
【０００５】
このため、走査デバイスの光軸後方に例えばレンズアレイとフィールドレンズを配置する場合、フィールドレンズにて集光される照明領域は、必ずしも被照明領域ＬＺと一致せず、各レーザ光が完全に重なり合わなくなるため、被照明領域ＬＺの明るさにムラが生じ、均一化照明が実現できなくなる。
【０００６】
また、被照明領域ＬＺが矩形状の場合、被照明領域ＬＺの縦方向の長さと横方向の長さが一般に異なるため、レーザ光を縦方向に走査させるガルバノミラーと横方向に走査させるガルバノミラーにより走査された後の光の光線角度分布を等方的にすると、被照明領域ＬＺの縦方向長さと横方向長さのうち、短い方については被照明領域ＬＺ外を照明してしまうおそれがあり、光の利用効率が悪くなる。このことは、走査デバイスの光軸後方に何らかの光学素子を配置した場合に共通の課題となる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学系の構成を複雑化することなく、光の利用効率を向上させることが可能な照明装置および投射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、入射されたコヒーレント光を拡散させる光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光により照明される所定の領域と、を備え、
前記照射装置は、
前記コヒーレント光を第１方向に走査させる第１の走査部材と、
前記第１の走査部材で走査されたコヒーレント光を、前記第１方向に交差する第２方向に走査させる第２の走査部材と、
前記第２の走査部材で走査されたコヒーレント光をコリメートして、前記光学素子に導光するコリメータ光学系と、を備え、
前記所定の領域は、前記第１方向の長さと前記第２方向の長さとが互いに異なる形状を有し、
前記コリメータ光学系の前側焦点位置は、前記所定の領域における前記第１方向の長さと前記第２方向の長さとのうち、長い長さの方向に走査する前記第１の走査部材または前記第２の走査部材の走査中心位置よりも、短い長さの方向に走査する前記第２の走査部材または前記第１の走査部材の走査中心位置に近い位置に配置される照明装置が提供される。
【０００９】
また、前記所定の領域における前記第１方向の長さと前記第２方向の長さとの比は、前記コリメータ光学系の前側焦点位置から前記第１の走査部材の走査中心位置までの長さと、前記コリメータ光学系の前側焦点位置から前記第２の走査部材の走査中心位置までの長さとの比に等しくてもよい。
【００１０】
また、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を、前記所定の領域内の全域に集光する集光光学系を備えていてもよい。
【００１１】
また、前記光学素子は、
光軸に直交する面上に近接配置される複数の第１要素レンズと、
前記複数の第１要素レンズの後側焦点面上に近接配置される複数の第２要素レンズと、を有し、
前記集光光学系は、前記複数の第２要素レンズの光軸後方に配置され、前記複数の第１要素レンズおよび前記複数の第２要素レンズよりも長い焦点距離を持ち、前記複数の第２要素レンズを通過したコヒーレント光を、前記所定の領域内の全域に集光してもよい。
【００１２】
また、前記複数の第１要素レンズは、いずれも同一形状および同一サイズでもよく、
前記複数の第１要素レンズのそれぞれは、前記所定の領域と相似形であってもよい。
【００１３】
また、前記複数の第１要素レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第２要素レンズを有する第２のレンズアレイと、を有していてもよく、
前記第１のレンズアレイの中心位置と前記第２のレンズアレイの中心位置とは、同じ光軸上に配置されてもよい。
【００１４】
また、前記光学素子は、ホログラム記録媒体であってもよい。
【００１５】
また、前記所定の領域は、前記第１方向に延びる長軸と、前記第２方向に延びる短軸とを有する矩形領域であってもよい。
【００１６】
また、上述した照明装置と、
前記所定の領域に配置され、前記所定の領域を通過するコヒーレント光によって照明されて、変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を拡散面に投射する投射光学系と、を備える投射装置を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、光学系の構成を複雑化することなく、光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る照明装置４０を組み込んだ投射装置２０の概略構成を示す図。
【図２】光学素子５０の具体的な構成の一例を示す図。
【図３】走査デバイス６５の出射光のビームスポットが等方的である場合第２レンズアレイ５２上のビームスポットの大きさを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る照明装置４０を組み込んだ投射装置２０の概略構成を示す図である。図１の投射装置２０は、光学素子５０と、照射装置６０と、フィールドレンズ（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。より詳細には、照明装置４０は、照射装置６０、光学素子５０、フィールドレンズ７０、および光変調器３０に重ねて配置される被照明領域ＬＺを含むように構成されている。
【００２０】
照射装置６０は、光学素子５０にコヒーレント光を照射して、光学素子５０上を走査させる。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光学素子５０の表面上で走査させる走査デバイス６５とを有する。
【００２１】
走査デバイス６５は、入射されたコヒーレント光の反射角度を一定周期で可変させて、反射されたコヒーレント光が光学素子５０上を走査するようにしている。走査デバイス６５は、コヒーレント光をそれぞれ異なる方向に走査させる２種類の走査部材を備えている。走査デバイス６５の内部構成については後述する。
【００２２】
光学素子５０は、入射されたコヒーレント光を拡散させるものであり、例えばホログラム記録媒体やレンズアレイで構成されるが、以下では、まず、光学素子５０をレンズアレイで構成する例を説明する。
【００２３】
本実施形態では、コヒーレント光を走査デバイス６５にて２軸方向に走査させることを念頭に置いているが、この場合、照射装置６０から出射されるコヒーレント光を完全に平行化することは困難である。平行化していないコヒーレント光を光学素子５０に入射させると、被照明領域（所定の領域）ＬＺでの照射範囲が一定にならず、照明ボケが生じてしまう。よって、光学素子５０をレンズアレイで構成する場合には、２種類のレンズアレイを設けて、これらレンズアレイによってコヒーレント光の光軸を平行化するのが望ましい。
【００２４】
このような事情から、本実施形態の光学素子５０は、図２に示すように、第１のレンズアレイ５１と、第２のレンズアレイ５２とを有する。第１のレンズアレイ５１は、光軸に直交する面上に近接配置される複数の第１要素レンズ５１ａを有する。第２のレンズアレイ５２は、第１のレンズアレイ５１の後側焦点面上に近接配置される複数の第２要素レンズ５２ａを有する。フィールドレンズ７０は、第２のレンズアレイ５２の光軸後方に配置されている。第１レンズアレイ５１の中心位置と第２レンズアレイ５２の中心位置は、同じ光軸上に配置されている。ここで、近接配置とは、理想的には、隣接する要素レンズを密着配置することであるが、光学特性が損なわれない範囲で、隣接する要素レンズの間に隙間を設けてもよい。また、後側焦点面とは、対応するレンズアレイの出射光側の焦点面である。さらに、第１レンズアレイ５１（第２レンズアレイ５２）の中心位置とは、各レンズアレイを構成する複数の要素レンズそれぞれの光軸の真ん中にある軸が各レンズアレイを通過する位置を指す。
【００２５】
フィールドレンズ７０は、第１のレンズアレイ５１と第２のレンズアレイ５２よりも長い焦点距離を持っており、第２のレンズアレイ５２を通過した光を被照明領域ＬＺ内の全域に集光する。
【００２６】
照射装置６０内の走査デバイス６５は、第１のレンズアレイ５１内の複数の第１要素レンズ５１ａ間で、コヒーレント光を二次元方向に走査させる。走査デバイス６５内には、後述するようにコリメータ光学系６８が設けられており、第１のレンズアレイ５１には、平行光に近いコヒーレント光が入射される。といっても、完全な平行光ではない。このため、第１のレンズアレイ５１の後側焦点位置にフィールドレンズ７０を配置したとすると、第１のレンズアレイ５１内のそれぞれの第１要素レンズ５１ａを通過したコヒーレント光は、フィールドレンズ７０上の１点に集光されるとは限らない。一つの第１要素レンズ５１ａからのコヒーレント光がフィールドレンズ７０上の異なる場所に入射されると、フィールドレンズ７０は被照明領域ＬＺの全域にコヒーレント光を集光させることができなくなり、被照明領域ＬＺの明るさにムラが生じてしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態では、第１のレンズアレイ５１の後側焦点位置に第２のレンズアレイ５２を配置し、かつ、第２のレンズアレイ５２の光軸後方側に、できるだけ近接してフィールドレンズ７０を配置している。
【００２８】
図２に示すように、第１のレンズアレイ５１には、平行光でないコヒーレント光も入射されるため、第１のレンズアレイ５１を通過したコヒーレント光は、第２のレンズアレイ５２の複数箇所に集光することになる。ところが、第２のレンズアレイ５２は、どの位置に入射されたコヒーレント光であっても、同じ角度範囲で出射する。これはすなわち、第２のレンズアレイ５２は、主光線が平行な光（テレセントリックな光）を生成していることと等価である。したがって、図２のような第２のレンズアレイ５２の光軸後方にできるだけ近づけてフィールドレンズ７０を配置すれば、フィールドレンズ７０は、どの位置に入射されたコヒーレント光であっても、被照明領域ＬＺ内の全域に集光させることができ、被照明領域ＬＺの照明強度を均一化できる。
【００２９】
光学素子５０が拡散させたコヒーレント光は、フィールドレンズ７０を介して被照明領域ＬＺを重ねて照明する。被照明領域ＬＺの位置には光変調器３０が配置されており、光変調器３０は、照明装置４０によって照明されることになる。
【００３０】
次に、走査デバイス６５の内部構成を説明する。図１に示すように、走査デバイス６５は、第１の走査部材６６と、第２の走査部材６７と、コリメータ光学系６８とを有する。第１の走査部材６６は、レーザ光源６１からのコヒーレント光を第１方向に走査させる。第２の走査部材６７は、第１の走査部材６６で走査されたコヒーレント光を、第１方向に交差する第２方向に走査させる。第１の走査部材６６の走査中心位置は、第２の走査部材６７の走査中心位置とは異なる場所に設けられている。ここで、走査中心位置とは、対応する走査部材の走査基準点であり、この走査基準点を中心として、各走査部材はそれぞれの走査方向に走査する。
【００３１】
第１方向と第２方向は、例えば互いに直交する方向であり、被照明領域ＬＺの短軸と長軸の方向に合致する。被照明領域ＬＺは、例えば矩形状であり、その矩形の短軸方向が第１方向であり、長軸方向が第２方向である。なお、被照明領域ＬＺの短軸方向が第２方向で、長軸方向が第１方向でもよい。また、走査デバイス６５内の第１の走査部材６６と第２の走査部材６７との位置関係を逆にしてもよい。さらに、被照明領域ＬＺの形状は必ずしも矩形状でなくてもよく、例えば楕円形でもよい。ただし、被照明領域ＬＺは、長さの異なる短軸成分と長軸成分を有することが前提条件である。本明細書では、長さの異なる短軸成分と長軸成分を有する形状を、異方性形状と呼ぶ。
【００３２】
走査中心位置が互いに異なる第１の走査部材６６と第２の走査部材６７を設ける場合、通常は、これら２つの走査中心位置の中間位置に、コリメータ光学系６８の前側焦点位置を合わせる。これにより、走査デバイス６５から出射されるコヒーレント光は、第１方向と第２方向の双方に等方的な角度分布で拡散される。前側焦点位置とは、コリメータ光学系６８の入射光側の焦点位置である。
【００３３】
ところが、被照明領域ＬＺの第１方向の長さと第２方向の長さが異なっている場合は、第１のレンズアレイ５１と第２のレンズアレイ５２の入射面の形状も被照明領域ＬＺと相似形になっており、走査デバイス６５の出射光のビームスポットが等方的であるとすると、被照明領域ＬＺを照明するコヒーレント光のビームスポットの一部が被照明領域ＬＺからはみ出してしまうおそれがある。
【００３４】
図３は走査デバイス６５の出射光のビームスポットが等方的である場合第２レンズアレイ５２上のビームスポットの大きさを示す図である。図３の矩形ａ１は第２のレンズアレイ５２の入射面の形状を表し、図３のハッチ領域ａ２は第１のレンズアレイ５１の出射光のビームスポットを表している。
【００３５】
第１のレンズアレイ５１の出射光のビームスポットが十分に小さい場合は、図３（ａ）に示すように、このビームスポットの全体は第２のレンズアレイ５２の入射面内に収まる。
一方、第１のレンズアレイ５１の出射光のビームスポットが大きくなると、図３（ｂ）に示すように、短軸側の境界をビームスポットがまたいでしまう。この境界よりも外側の部分に照射されたコヒーレント光は、照明に利用されないものであり、その分、コヒーレント光の利用効率が低下してしまう。
【００３６】
なお、図３（ａ）と図３（ｂ）は、走査デバイス６５内のコリメータ光学系６８の前側焦点位置を、第１の走査部材６７の走査中心位置と第２の走査部材６８の走査中心位置との中間位置に配置した場合を示している。この場合、第１のレンズアレイ５１の出射光のビームスポットは等方的に広がるため、図３（ｂ）に示すように、ビームスポットの一部が第２のレンズアレイ５２の短軸方向からはみ出してしまい、光の利用効率が低下してしまうおそれがある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、コリメータ光学系６８の前側焦点位置を、第１および第２の走査部材６６，６７の各走査中心位置の中間位置に合わせるのではなく、短軸側を走査する第１の走査部材６６の走査中心位置にできるだけ近づける。すなわち、本実施形態では、コリメータ光学系６８の前側焦点位置を、被照明領域における第１方向の長さと第２方向の長さのうち、長い長さの方向に走査する第１の走査部材６７または第２の走査部材６８の走査中心位置よりも、短い長さの方向に走査する第２の走査部材６８または第１の走査部材６７の走査中心位置に近い位置に配置する。
【００３８】
これにより、第１のレンズアレイ５１の出射光のビームスポットは、図３（ｃ）に示すように、短軸方向がより短く、短軸方向がより長い楕円形状となり、第２のレンズアレイ５２の入射面内に収まる。
【００３９】
よって、本実施形態に係る走査デバイス６５によれば、被照明領域ＬＺが第１方向の長さと第２方向の長さが互いに異なる矩形形状であっても、走査デバイス６５で走査させたコヒーレント光をロスなく、光学素子５０に入射させることができる。
【００４０】
コリメータ光学系６８の前側焦点位置を、できるだけ短軸側を走査する第１の走査部材６６の走査中心位置に近づける理由は、長軸側は短軸側よりも、第２のレンズアレイ５２への入射角度の許容量が大きいため、コリメータ光学系６８の前側焦点位置を許容量の少ない短軸側により近づけることで、短軸側が許容量を超えないようにする趣旨である。
【００４１】
なお、本実施形態では、コリメータ光学系６８の前側焦点位置を決めるにあたって、以下の（１）式を満たすようにすればよい。
【００４２】
被照明領域ＬＺの長軸方向（第２方向）の長さ：短軸方向（第１方向）の長さ
＝コリメータ光学系６８の前側焦点位置から第２の走査部材６７の走査中心位置までの距離：コリメータ光学系６８の前側焦点位置から第１の走査部材６６の走査中心位置までの距離    …（１）
【００４３】
上述した説明では、光学素子５０として２種類のレンズアレイ５１，５２を用いる例を説明したが、レンズアレイの代わりにホログラム記録媒体を用いることも可能である。ホログラム記録媒体には、予め干渉縞を形成しておく必要がある。これにより、ホログラム記録媒体にコヒーレント光が入射されると、干渉縞で回折されたコヒーレント光が発散光（拡散光）となって放射される。
【００４４】
ホログラム記録媒体は、レンズアレイのように、２つ並べてコヒーレント光の主光線平行化するのは容易でないが、光学素子５０として１つのホログラム記録媒体を用いたとしても、上述した（１）式の関係を満たすようにコリメータ光学系６８の前側焦点位置を定めることで、ホログラム記録媒体から拡散されたコヒーレント光によるビームスポットが被照明領域ＬＺからはみ出さなくなり、光の利用効率を向上できる。
【００４５】
なお、光学素子５０としてホログラム記録媒体を用いる場合は、フィールドレンズ７０は必ずしも必須ではない。
【００４６】
本実施形態における光変調器３０としては、例えば、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、画素毎にコヒーレント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。
【００４７】
あるいは、光変調器３０として、反射型のマイクロディスプレイを用いることも可能である。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、光変調器３０へ照明装置４０からコヒーレント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）の出射面が同一の面となる。このような反射光を利用する場合、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。上述した特開２００８−２２４７６０号公報に開示された装置では、ＤＭＤが光変調器３０として利用されている。この他、光変調器３０としては、透過型の液晶パネルを用いることも可能である。
【００４８】
また、光変調器３０の入射面は、照明装置４０がコヒーレント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からのコヒーレント光を、拡散スクリーン１５への映像の表示に高い効率で利用することができるからである。
【００４９】
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、例えば両面凸形状の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。
【００５０】
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。
【００５１】
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上の同一点を照射するようにする。これにより、第１のレンズアレイ５１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。
【００５２】
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上の一点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、第１のレンズアレイ５１上に入射され、第１のレンズアレイ５１から別個に回折されて、被照明領域ＬＺ上で重ね合わされて合成色になる。
【００５３】
例えば、赤、緑、青の複数のレーザ光源６１を用いて構成して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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、順次に第１のレンズアレイ５１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。
【００５７】
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。
【００５８】
走査デバイス６５は、コヒーレント光の進行方向を経時的に変化させ、コヒーレント光の進行方向が一定とはならないよう種々の方向へ向ける。この結果、走査デバイス６５で進行方向を変化させられるコヒーレント光が、光学素子５０の第１のレンズアレイ５１の入射面上を走査するようになる。
【００５９】
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。例えば、レーザ光源６１がそれぞれ異なる色で発光する複数のレーザ光源６１を有する場合は、被照明領域ＬＺは、各色で照明される。したがって、これらレーザ光源６１が同時に発光する場合は、被照明領域ＬＺは３色が混ざり合った白色で照明されることになる。
【００６０】
上述した照射装置６０は、コヒーレント光が第１のレンズアレイ５１内の複数の第１要素レンズ５１ａの表面上を走査するように、光学素子５０にコヒーレント光を照射する。また、照射装置６０から第１のレンズアレイ５１内の任意の位置に入射したコヒーレント光は、被照明領域ＬＺの全域を照明するが、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第１のレンズアレイ５１上の位置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。
【００６１】
上述したように、本実施形態では、コヒーレント光は、第１のレンズアレイ５１上を連続的に走査する。これに伴って、照射装置６０から光学素子５０を介して被照明領域ＬＺに入射されるコヒーレント光の入射方向も連続的に変化する。ここで、光学素子５０から被照明領域ＬＺへのコヒーレント光の入射方向が僅か（例えば０．数°）だけ変化すれば、被照明領域ＬＺ上に生じるスペックルのパターンも大きく変化し、無相関なスペックルパターンが重畳されることになる。
【００６２】
本実施形態では、被照明領域ＬＺ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る。したがって、仮に被照明領域ＬＺにスクリーンを配置したとすると、各入射角度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から、スクリーン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。本実施形態の場合は、被照明領域ＬＺの位置に重ねて光変調器３０を配置し、この光変調器３０から投射光学系８０を介して拡散スクリーン１５に投射しているが、この場合も同様であり、拡散スクリーン１５上で発生するスペックルが重ねられて平均化されるため、拡散スクリーン１５上で発生するスペックルは目立たなくなる。
【００６３】
このように、本実施形態では、コリメータ光学系６８の前側焦点位置を、被照明領域ＬＺの長軸方向と短軸方向に合わせて走査させる２種類の走査部材の走査中心位置のうち、短軸方向に走査させる走査部材の走査中心位置により近づけるようにしたため、被照明領域ＬＺ上のビームスポットが短軸方向にはみ出さなくなり、光の利用効率を向上できる。
【００６４】
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】
【００６５】
２０  投射装置、３０  光変調器、４０  照明装置、５０  光学素子、５１  第１のレンズアレイ、５２  第２のレンズアレイ、６０  照射装置、６１  レーザ光源、６５  走査デバイス、６６  第１の走査部材、６７  第２の走査部材、６８  コリメータ光学系、７０  フィールドレンズ、８０  投射光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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