(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を出射する光源と、
第１の入射領域に入射する光を第１の直線偏光方向に揃えるとともに、第２の入射領域に入射する光を前記第１の偏光方向と直交する第２の直線偏光方向に揃える偏光変換部と、
前記光源から出射したコヒーレント光を、前記第１の入射領域または前記第２の入射領域において走査させる光走査部と、
前記偏光変換部からの出射光を拡散させ、各点から出射される拡散光が被照明領域を重ねて照明する光拡散素子と、を備え、
前記光走査部は、前記第１の入射領域における走査と、前記第２の入射領域における走査を交互に実行し、
前記偏光変換部は、偏光素子と、波長板を備え、前記偏光素子は、入射する光を前記第１の直線偏光方向の光と前記第２の直線偏光方向の光に分離し、互いに隣接した前記第１の入射領域に対向する第１の出射領域と前記第２の入射領域に対向する第２の出射領域より出射し、
前記波長板は前記第１の出射領域または前記第２の出射領域から出射される光に位相差を生じさせ、出射される光をいずれか一方の直線偏光方向に揃え、
前記偏光素子は、偏光分離が可能な複屈折性素子を積層してなることを特徴とする
照明装置。
【請求項２】
前記複屈折性素子は、等方性屈折率を有する層と異方性屈折率を有する層を有す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】
前記等方性屈折率を有する層は屈折率等方性ポリマーであり、前記異方性屈折率を有する層は液晶であることを特徴とする
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記ホログラムは、第２の光拡散素子の像を記録したものであることを特徴とする
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記ホログラムは、透過型ホログラム、反射型ホログラムの何れかであることを特徴とする
請求項４または請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記ホログラムは、前記偏光変換部から前記第１の直線偏光方向に揃えられた光を入射し、第１の再生像を形成する第１の要素ホログラムと、
前記偏光変換部から前記第２の直線偏光方向に揃えられた光を入射し、第２の再生像を形成する第２の要素ホログラムと、を有することを特徴とする
請求項４から請求項６の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光拡散素子は、拡散板であることを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
コヒーレント光を出射する光源と、
第１の入射領域に入射する光を第１の直線偏光方向に揃えるとともに、第２の入射領域に入射する光を前記第１の直線偏光方向と直交する第２の直線偏光方向に揃える偏光変換部と、
前記光源から出射したコヒーレント光を、前記第１の入射領域または前記第２の入射領域において走査させる光走査部と、
像が形成される像形成領域を有する光変調素子と、
前記偏光変換部からの出射光を拡散させ、各点から出射される拡散光が像形成領域を重ねて照明する光拡散素子と、
前記光変調素子の像をスクリーンに投影する投射光学系と、を備え、
前記光走査部は、前記第１の入射領域における走査と、前記第２の入射領域における走査を交互に実行し、
前記偏光変換部は、偏光素子と、波長板を備え、前記偏光素子は、入射する光を前記第１の直線偏光方向の光と前記第２の直線偏光方向の光に分離し、互いに隣接した前記第１の入射領域に対向する第１の出射領域と前記第２の入射領域に対向する第２の出射領域より出射し、
前記波長板は前記第１の出射領域または前記第２の出射領域から出射される光に位相差を生じさせ、出射される光をいずれか一方の直線偏光方向に揃え、
前記偏光素子は、偏光分離が可能な複屈折性素子を積層してなることを特徴とする
投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光などのコヒーレント光を使用する照明装置、及び、コヒーレント光を用いてマイクロディスプレイを照明し、スクリーン上に映像を投射する投射型映像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源からの照明光を、液晶やＭＥＭＳなどの光変調素子（マイクロディスプレイ）を用いて映像化し、スクリーンに投影するプロジェクタ（投射型映像表示装置）が知られている。このようなプロジェクタでは、その光源に高圧水銀ランプなどの白色光源を用いたものが知られており、液晶などの２次元光変調素子を照明し得られた画像を投射光学系で拡大してスクリーン上に映像を投射している。
【０００３】
しかしながら、高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプは、寿命が比較的短くプロジェクタなどに利用した場合、頻繁にランプを交換する必要がある。また、装置自体が大型化してしまうという欠点もある。さらには、環境負荷の観点から水銀を使用する高圧水銀ランプの仕様は好ましいものとはいえない。このような欠点を解消するため、レーザー光を光源として使用するプロジェクタも提案されている。半導体レーザーは、高圧水銀ランプなどと比較して高寿命であり、また、装置全体の小型化を図ることも可能である。
【０００４】
このように、プロジェクタの次世代光源として期待されているレーザー光は直進性に優れるため、ＬＥＤなどと比較しても光入射効率の向上を図ることができると考えられる。しかしながら、レーザー光を光源として用いた場合、コヒーレンスの高さに起因するスペックルノイズが発生し、映像を見難くしてしまう欠点がある。
【０００５】
スペックルノイズは、コヒーレントなレーザー光を光源とした場合、照射対象表面の微少凹凸からの散乱光が干渉することで生ずる斑点状のノイズであって、プロジェクタで発生した場合には画質劣化の原因となるのみならず、観察者に対して生理的不快感をもたらすこともある。このスペックルノイズを低減するため、レーザー光が通過する拡散板を振動させる、レーザースペクトルの波長スペクトルを拡大する、レーザー光の照射対象となるスクリーン自体を振動させるなど、各種試みが行われている。このようなスペックルノイズ低減の試みとして、特許文献１には、コヒーレント光が通過する拡散素子を回転運動させることで、スペックルノイズの低減を図る無スペックル・ディスプレイ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されるスペックルノイズ低減方法では、拡散素子到達前に生じていたスペックルノイズ（干渉パターン）は平均化できるものの、拡散中心からスクリーンへの入射光線角度はスクリーン上のいずれの点においても不変であるため、スクリーン各点の光散乱特性も一定となり、結果としてスクリーン上で発生するスペックルノイズの除去効果は殆ど得られないという問題があった。
【０００８】
このような、コヒーレント光を原因として生ずるスペックルは、コヒーレント光を光源
として使用するプロジェクタ（投射型映像表示装置）のみならず、コヒーレント光を使用する様々な照明装置において問題となっている。
【０００９】
ところで、光源に使用されるレーザーは、種類・状況によっては特定の振動方向の偏光成分に揃っていない、もしくは揃っていても振動方向が一定でない場合がある。例えば、ブリュースターウィンドウのないガスレーザー（偏光成分が揃っていない）や、面発光レーザー（ランダム偏光：偏光は揃っているが振動方向が変化する）等が挙げられる。このようなレーザーを光源に用いた場合、入射偏光が揃っている必要がある液晶パネルやＬＣＯＳなどの光変調素子、また、偏光成分ごとに視差画像を表示する３Ｄディスプレイ等の用途では光利用効率の低下、もしくは偏光成分のクロストークによる画質の低下等、様々な問題が生じる可能性がある。
【００１０】
さらに、両眼用の視差画像を異なる偏光で出力し、偏光フィルターを備えた観察具にて立体映像を出力するための３次元映像出力装置においては、異なる偏光で映像を出力するために偏光ごとに別々の光学系を用いなくてはならず、光学系全体の大型化が必要である問題があった。一方、一つの光学系であるが液晶デバイスを用いて偏光を時分割で切り替えて出射する場合は、例えば汎用的に用いられているＴＮ液晶デバイスの場合、応答速度が十分でない場合が多く、光利用効率の低下や視差画像のクロストークが生じる問題があった。
【００１１】
本発明は、コヒーレント光を光源とした場合に生ずるスペックルを抑制するとともに、偏光方向を自在に制御可能な照明光を出射する照明装置、及び、このような照明光を表示映像形成のために使用する投射型映像表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そのため、本発明に係る照明装置は、
コヒーレント光を出射する光源と、
第１の入射領域に入射する光を第１の直線偏光方向に揃えるとともに、第２の入射領域に入射する光を前記第１の偏光方向と直交する第２の直線偏光方向に揃える偏光変換部と、
前記光源から出射したコヒーレント光を、前記第１の入射領域または前記第２の入射領域において走査させる光走査部と、
前記偏光変換部からの出射光を拡散させ、各点から出射される拡散光が被照明領域を重ねて照明する光拡散素子と、を備え、
前記光走査部は、前記第１の入射領域における走査と、前記第２の入射領域における走査を交互に実行し、
前記偏光変換部は、偏光素子と、波長板を備え、前記偏光素子は、入射する光を前記第１の直線偏光方向の光と前記第２の直線偏光方向の光に分離し、互いに隣接した前記第１の入射領域に対向する第１の出射領域と前記第２の入射領域に対向する第２の出射領域より出射し、
前記波長板は前記第１の出射領域または前記第２の出射領域から出射される光に位相差を生じさせ、出射される光をいずれか一方の直線偏光方向に揃え、
前記偏光素子は、偏光分離が可能な複屈折性素子を積層してなることを特徴とする。
【００１７】
さらに本発明に係る照明装置において、前記複屈折性素子は、等方性屈折率を有する層と異方性屈折率を有する層を有することを特徴とする。
【００１８】
さらに本発明に係る照明装置において、前記等方性屈折率を有する層は屈折率等方性ポリマーであり、前記異方性屈折率を有する層は液晶であることを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明に係る照明装置において、前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする。
【００２０】
さらに本発明に係る照明装置において、前記ホログラムは、第２の光拡散素子の像を記録したものであることを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明に係る照明装置において、前記ホログラムは、透過型ホログラム、反射型ホログラムの何れかであることを特徴とする。
【００２２】
さらに本発明に係る照明装置において、前記ホログラムは、前記偏光変換部から前記第１の直線偏光方向に揃えられた光を入射し、第１の再生像を形成する第１の要素ホログラムと、
前記偏光変換部から前記第２の直線偏光方向に揃えられた光を入射し、第２の再生像を形成する第２の要素ホログラムと、を有することを特徴とする。
【００２３】
さらに本発明に係る照明装置において、
前記光拡散素子は、拡散板であることを特徴とする。
【００２４】
さらに本発明に係る照明装置において、前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする。
【００２５】
また本発明に係る投射型映像表示装置は、
コヒーレント光を出射する光源と、
第１の入射領域に入射する光を第１の直線偏光方向に揃えるとともに、第２の入射領域に入射する光を前記第１の直線偏光方向と直交する第２の直線偏光方向に揃える偏光変換部と、
前記光源から出射したコヒーレント光を、前記第１の入射領域または前記第２の入射領域において走査させる光走査部と、
像が形成される像形成領域を有する光変調素子と、
前記偏光変換部からの出射光を拡散させ、各点から出射される拡散光が像形成領域を重ねて照明する光拡散素子と、
前記光変調素子の像をスクリーンに投影する投射光学系と、を備え、
前記光走査部は、前記第１の入射領域における走査と、前記第２の入射領域における走査を交互に実行し、
前記偏光変換部は、偏光素子と、波長板を備え、前記偏光素子は、入射する光を前記第１の直線偏光方向の光と前記第２の直線偏光方向の光に分離し、互いに隣接した前記第１の入射領域に対向する第１の出射領域と前記第２の入射領域に対向する第２の出射領域より出射し、
前記波長板は前記第１の出射領域または前記第２の出射領域から出射される光に位相差を生じさせ、出射される光をいずれか一方の直線偏光方向に揃え、
前記偏光素子は、偏光分離が可能な複屈折性素子を積層してなることを特徴とする。
【００２６】
本発明の照明装置によれば、光走査部でコヒーレント光を走査することで、光拡散素子の各点からの拡散光は、被照明領域を時間的に異なる角度で照射することとなり、被照明領域で発生するスペックルを時間的に変化させ、観察者に不可視の状態とさせることが可能となる。さらに、本発明の投射型映像表示装置では、スクリーンに対しても時間的に異なる角度で照射することで、スクリーン上で発生するスペックルを効果的に抑制することができる。
【００２７】
さらに、偏光変換部にて偏光成分を揃えることで、光変調素子やホログラムなど、偏光選択性を有する光学素子での光利用効率の向上を図ると共に、クロストークなどの画質劣
化を抑制することが可能となる。また偏光変換はレーザービームの状態で行うことができるため光学系の小型化を図ることが可能となる。さらに、偏光変換部への入射位置を変更することで、異なる偏光方向の直線偏光成分を選択的に得ることができ、投射型映像表示装置などにおいて立体用視差画像を時分割で表示するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る照明装置を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図
【図２】本発明の実施形態に係る照明装置の構成を示す図
【図３】本発明の実施形態に係る照明装置で使用するホログラム作成の様子を示す図
【図４】本発明の実施形態に係る光走査の様子を示す図
【図５】本発明の実施形態に係る偏光分離部の一例（偏光ビームスプリッターアレイを使用）を示す図
【図６】本発明の実施形態に係る偏光分離部の一例（複屈折素子を使用）を示す図
【図７】本発明の実施形態の偏光分離部複屈折素子の例を示す図
【図８】他の実施形態に係る照明装置を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図
【図９】他の実施形態に係る照明装置の構成を示す図
【図１０】他の実施形態に係る照明装置で使用するホログラム作成の様子を示す図
【図１１】他の実施形態に係る光拡散素子照明の応用例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
では、本発明の実施形態に係る照明装置、及び、投射型映像表示装置について図面を参照しつつ説明を行う。図１は、本発明の実施形態に係る照明装置を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なっている。
【００３０】
本実施形態の投射型映像表示装置１０は、照明装置２０と、映像を形成するための光変調素子３１、光変調素子３１で形成された映像をスクリーン４１に投射する投射光学系３２を備えている。なお、図では、映像が投影されるスクリーン４１面をＸ−Ｙ平面、それに直交する軸をＺ軸としている。スクリーン４１には、スクリーン４１で反射された映像を観察する反射型スクリーン、あるいは、スクリーン４１を透過した映像を観察する透過型スクリーンどちらを使用することもできる。
【００３１】
本実施形態の照明装置２０は、光源１１、光走査部１５、照明光学系２５、偏光変換部２６、光拡散素子２１（ホログラム）を有して構成されている。
【００３２】
光源１１は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置など各種レーザー装置が使用される。光走査部１５は、回動中心Ｒａを中心として反射面を回動させることのできるミラーデバイスであって、ポリゴンミラー、ガルバノスキャナ、ＭＥＭＳスキャナのような可動ミラーを機械的に回動させるミラーデバイスが用いられる。この他、音響光学効果スキャナのような屈折率を変調させるものなど各種形態を採用することができる。
【００３３】
光走査部１５にて時間的に走査されたコヒーレント光は、照明光学系２５に入射される。この照明光学系２５は、光走査部１５で走査されたコヒーレント光を平行光に変換する光学系であって、１ないし複数枚の光学レンズで構成される。なお、照明光学系２５は、必ずしも設ける必要はないが、偏光変換部２６における偏光変換を行うことを考慮すると、平行光に変換した方が好ましい。
【００３４】
偏光変換部２６は、偏光素子としてのビームスプリッターアレイ、λ／２波長板（波長
板）を構成要素として有し、光走査部１５にて走査されたコヒーレント光が入射された際、直交する２つの直線偏光成分（ｐ偏光成分、ｓ偏光成分）の何れかを出力するように設計された光学デバイスである。特に、本実施形態では、偏光変換部２６の入射面における入射領域に応じて、どちらかの直線偏光成分が出力される。例えば、第１の入射領域に入射された場合にはｐ偏光成分のみが、また、第２の入射領域に入射された場合にはｓ偏光成分のみが偏光変換部２６の出射面から出力される。この偏光変換部２６の具体的構成例については、後で詳しく説明する。
【００３５】
図２は、図１の投射型映像表示装置における照明装置２０を部分的に取り出した図である。ここでは、光走査部１５による走査光にて走査される光拡散素子２１について説明する。光拡散素子２１は、走査光Ｌａが入射されることで被照明領域、本実施形態においては、光変調素子３１の像形成領域全体を照明する光学素子であって、本実施形態では透過型ホログラムが用いられている。光拡散素子２１としてホログラムを採用したことで、走査光Ｌａの入射位置に因らず、常に同一の再生像を得ることが可能となり、被照明領域となる光変調素子３１全体をムラ無く照明することができる。また、ホログラムに入射させる走査光Ｌａのビーム断面形状、あるいは、その入射角度などに自由度を持たせることができ、装置のレイアウトなどを自在なものとすることができる。
【００３６】
なお、光拡散素子２１には、このようなホログラムに限ることなく、各点から出射される拡散光を重ねて照明できる光学素子であればよく、各点から出射される拡散光が被照明領域全体を照明することが好ましい。例えば、微細なレンズがアレイ状に配列されて構成されたレンズアレイ、あるいは、オパールガラス、すりガラス、樹脂拡散板など、いわゆる通常の拡散板を用いてもよい。なお、本発明における光拡散素子における「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、回折光学素子やレンズアレイ等によう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。
【００３７】
本実施形態で使用する光拡散素子２１としての透過型ホログラムは、記録された再生像として拡散板像２７ｉを再生する。コヒーレント光Ｌ１は、回動する光走査部１５で反射され、照明光学系２５で平行光に変換されるとともに、偏光変換部２６でどちらか一方向の直線偏光に揃えられた走査光Ｌａとなり光拡散素子２１の入射面上を往復して走査する。図にはある時刻ｔ１、ｔ２についての走査光Ｌａ（ｔ１）、Ｌａ（ｔ２）の様子が示されている。なお、偏光変換部２６の出射面側にλ／４波長板を配置し、偏光変換部２６から出射された直線偏光状態を円偏光状態に変換することとしてもよい。本実施形態の光拡散素子２１は、所定の入射角を有する光（再生照明光）に対して、再生像を形成する透過型ホログラムが用いられている。光走査部１５にて走査される走査光Ｌａは、何れの走査位置においても、この透過型ホログラムに対する再生照明光となるように設定されている。なお、本実施形態で使用する透過型ホログラムの作成については後で説明する。
【００３８】
図２に示されるように、時刻ｔ１のときの走査光Ｌａ（ｔ１）は、光拡散素子２１にて再生光としての照明光Ｌｂ（ｔ１）を出射し拡散板像２７ｉを形成する。また、時刻ｔ２のときの走査光Ｌａ（ｔ２）は、光拡散素子２１にて照明光Ｌｂ（ｔ２）を出射し、同じ拡散板像２７ｉを形成する。このように走査光Ｌａが走査されることで、光拡散素子２１の何れの入射位置を照射するときにも拡散板像２７ｉが形成される。この拡散板像２７ｉが被照明領域全体を含むように位置させることで、何れの走査位置においても被照明領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００３９】
図３は、本発明の実施形態に係る照明装置で使用される透過型ホログラムを記録（作成）する際の構成（干渉露光）を示す図である。拡散板２８の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Ｏｂをホログラム記録材料２９の一方の面から入射させる。そ
の際、拡散板２８の各点からの拡散光（物体光Ｏｂ）は、ホログラム記録材料２９の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。
【００４０】
そして、ホログラム記録材料２９の同じ面から参照光Ｒ（平行光）が照射される。物体光Ｏｂと参照光Ｒを同時に入射させ、ホログラム記録材料２９中で干渉させる。なお、物体光Ｏｂと参照光とは干渉性を有する必要がある。そのため、同一の光源から発振されたレーザー光を分割して一方を物体光Ｏｂ、他方を参照光Ｒとして使用することなどが考えられる。
【００４１】
ホログラム記録材料２９は加熱、紫外線照射等の後処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する透過型ホログラム２１が作成される。また、記録時に用いられる物体光Ｏｂの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板２８のみならず、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子（光拡散素子２１と峻別できるよう「第２の光拡散素子」と呼ぶ）を用いることとしてもよい。なお、本実施形態では、物体光Ｏｂと参照光Ｒとを干渉させることで干渉縞の記録（干渉露光）を行うこととしたが、計算機にて計算された干渉縞を直接、ホログラム記録材料２１に記録する、いわゆる計算機合成ホログラムを採用するものであってもよい。
【００４２】
マイクロディスプレイなどの光変調素子３１は、光拡散素子２１からの照明光Ｌｂにて照明され、画素毎に照明光を透過して映像を形成する。このとき照明光Ｌｂの偏光方向は、偏光変換部２６で直交する２つの偏光方向のどちらかに揃えられている。また、２つの直線偏光方向は、偏光変換部２６の入射領域を変更することで変更可能とされている。本実施形態では、偏光変換部２６への入射領域を光走査部１５で異ならせることで、２つの直線偏光方向を選択することができる。
【００４３】
例えば、光拡散素子２１がｓ偏光の照明光Ｌｂを出射するときには光変調素子３１にて右眼用の像を形成し、光拡散素子２１がｐ偏光の照明光Ｌｂを出射するときには光変調素子３１にて左眼用の像を形成することで、スクリーン４１に視差画像による立体観察用映像を投射することが可能となる。観察者は、偏光機能、あるいは、シャッター機能を有する眼鏡を用いることで立体像を観察することができる。また、従来のＴＮ液晶デバイスを用いた立体映像再生では、十分でなかった応答速度の向上を図ることができ、光利用効率を向上させると共に、クロストークなどの画質低下を抑えることが可能となる。
【００４４】
光変調素子３１で変調された変調光Ｌｃは、投射光学系３２で拡大され映像再生光Ｌｄとしてスクリーン４１上に投射され、反射、あるいは、透過される映像を観察者に観察させる。このときスクリーン４１の面上に投射されたコヒーレント光は互いに干渉することでスペックルを生じさせる。しかしながら、本実施形態では、光走査部１５によってコヒーレント光が走査されるため、結果としてスクリーン４１に投射する映像再生光Ｌｄを経時的に変化させ、このスペックルを極めて効果的に目立たなくしている。
【００４５】
例えば、図１に示されるスクリーン上の点Ｐ１においては、時刻ｔ１における映像再生光Ｌｄ（ｔ１）と、時刻ｔ２における映像再生光Ｌｄ（ｔ２）が異なる入射角度で照射されることとなる。図に示す他の点Ｐ２や図示しない他の点においても同様であって、映像再生光Ｌｄは、入射角度を時間的に変化させつつスクリーン４１上に映像を投射する。したがって、ごく短い時間ではスクリーン上に形成されるスペックルも、映像再生光Ｌｄが時間によって異なる入射角度で照射されることで平均化され、スクリーン４１に投射される像を観察する観察者には十分に目立たない状態となる。
【００４６】
観察者によって観察されるスペックルには、このようにスクリーン４１上でのコヒーレント光の散乱を原因として発生するスペックルだけではなく、投射型映像表示装置１０の
各種光学素子上で発生するものもある。本実施形態では、走査光Ｌａが光拡散素子２１を走査することで、光拡散素子２１の異なる点からの拡散光が異なるスペックルパターンを生成し、それらがスクリーン４１上で無相関に重ね合わせられることで十分に目立たない状態とすることが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態に係る照明装置、投射型映像表示装置について説明したが、この照明装置にて使用する各種構成の実施形態について説明する。前述の実施形態では、光走査部１５の走査形態については詳細を説明しなかったが、光走査部１５の走査は、出射する２つの直線偏光方向それぞれについて１次元的、２次元的に走査してもよい。何れの場合においても光拡散素子２１上の各点からの拡散光が被照明領域全体を十分に照明できることが必要とされる。
【００４８】
図４には、各直線偏光方向について１次元的に走査を行う場合の光走査部１５の実施形態（図２を立体的に示したもの）が示されている。本実施形態の光走査部１５は直交する２軸回転可能とされており、光源１１からのコヒーレント光を照明光学系２５上で走査する。この走査は、照明光学系２５上に示す実線と破線の矢印の２方向について行われる。偏光変換部２６、光拡散素子２１上にも同様の矢印が示されているが、これらは、照明光学系２５上での実線、破線の矢印に対応している。すなわち、偏光変換部２６において、実線で示される走査を行うときには第１の直線偏光方向に揃える第１の領域が走査され、破線で示される走査を行うときには、第１の直線偏光方向と直交する第２の直線偏光方向に揃える第２の領域が走査される。例えば、実線の矢印の走査ではｐ偏光方向のコヒーレント光が、破線の矢印の走査ではｓ偏光方向のコヒーレント光が偏光変換部２６から出射される。
【００４９】
偏光変換部２６から出射された実線矢印（第１の直線偏光方向）の走査光は、光拡散素子２１としての透過ホログラムへと入射する。光拡散素子２１上には、×印（走査終了付近）における拡散板像２８ｉ形成の様子が記載されている。この×印のみならず、実線矢印の何れの点においても光拡散素子２１は、同一の拡散板像２８ｉを形成する。一方、偏光変換部２６から出射された破線矢印（第２の直線偏光方向）の走査光は、光拡散素子２１としての透過ホログラムへと入射する。この破線矢印についても×印（走査終了付近）における拡散板像２８ｉ形成の様子が記載されており、破線矢印の何れの点においても光拡散素子２１は、同一の拡散板像２８ｉを形成する。
【００５０】
このように本実施形態では、偏光変換部２６の第１の入射領域と、第２の入射領域をそれぞれ、光走査部１５にて走査することで偏光方向が直交する２本のコヒーレント光を得、そして光拡散素子２１、すなわち本実施形態においては透過型ホログラムにて同一の拡散板像を得ることができる。なお、本実施形態では、それぞれの直線偏光方向について１本の走査ラインで走査することとしたが、このような場合、走査領域がライン状で済むため、光拡散素子２１を小型化することができる。ライン状の走査で十分に被照明領域を得るためには、ホログラムを用いることが好ましい。
【００５１】
このような形態に限らず、各直線偏光方向について、複数本の走査ライン、あるいは、面上の走査領域で走査することとしてもよい。このような実施形態は、オパールガラスのような通常の拡散板を用いた場合に有効である。各点からの拡散光の照度分布が一定でない場合であっても照度の平均化を図り、被照明領域全体を均一に照明することが可能となる。
【００５２】
では、次に本発明の実施形態に係る偏光変換部２６の詳細について図５〜図７を用いて説明を行う。本実施形態における偏光変換部２６は、偏光素子としてのビームスプリッターアレイ、λ／２波長板（波長板）を構成要素として有し、光走査部１５にて走査された
コヒーレント光が入射された際、直交する２つの直線偏光成分（ｐ偏光成分、ｓ偏光成分）の何れかを出力するように設計された光学デバイスである。偏光変換部２６の入射面における入射領域に応じて、どちらかの直線偏光成分が出力される。例えば、第１の入射領域に入射された場合にはｐ偏光成分のみが、また、第２の入射領域に入射された場合にはｓ偏光成分のみが偏光変換部２６の出射面から出力される。
【００５３】
図５に記載の偏光変換部２６は、偏光ビームスプリッターアレイ２６１を使用した実施形態である。偏光ビームスプリッターアレイ２６１は、プリズムで挟まれた複数の薄膜２６０を有し、各薄膜２６０は入射面に対して傾斜した構成となっている。入射光は、薄膜２６０にて入射光をｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離する。また、隣接する薄膜２６０は分離された一方のコヒーレント光を出射面に導く光反射素子として機能する。
【００５４】
また、偏光ビームスプリッターアレイ２６１の出射側には、λ／２波長板２６２が走査方向に沿って短冊状に配設されており、薄膜２６０を透過した出射光、もしくは、薄膜２６０にて回折した出射光の一方を、他方の出射光の偏光方向に揃える。なお、このλ／２波長板２６２を偏光ビームスプリッターアレイ２６１の出射面に貼り付けることとしてもよい。λ／２波長板２６２と偏光ビームスプリッターアレイ２６１を一体化することで、部品点数の数を少なくするとともにレイアウトの簡素化が図られる。
【００５５】
また、本実施形態の偏光ビームスプリッターアレイ２６１は、２種類の入射領域（入射領域Ａ、入射領域Ｂ）が設けられており、入射光が入射する入射領域の違いによって、偏光変換部２６、すなわち、偏光ビームスプリッターアレイ２６１とλ／２波長板２６２を介して出射される出射光の偏光方向が制御される。
【００５６】
図５（ａ）の場合では、入射領域Ａに光が入射した場合であって、この場合、直進光はｐ偏光方向の直線偏光、反射光はｓ偏光方向の直線偏光に分離されるが、直進光はλ／２波長板２６２にて反射光と位相が揃えられ、出射光はｓ偏光方向の直線偏光となる。一方、図５（ｂ）の場合では、入射領域Ｂに光が入射した場合であって、この場合、直進光はｐ偏光方向の直線偏光、反射光はｓ偏光方向の直線偏光に分離されるが、反射光がλ／２波長板２６２にて直進光と位相が揃えられ、出射光はｐ偏光方向の直線偏光となる。
【００５７】
以上が、偏光ビームスプリッターアレイ２６１とλ／２波長板２６２の組み合わせで構成した偏光変換部２６の例であるが、図６に示される形態は、直線偏光方向によって屈折率が異なる複屈折性素子２６３を用いた実施形態となっている。このような複屈折性を有するデバイスでは、前述の偏光ビームスプリッターなどと比較して、加工や配置の点などにおいて優位性があり、小型の光学系において期待できる。
【００５８】
図６に示されるように本実施形態の偏光変換部２６は、２枚の複屈折性素子２６３ａ、２６３ｂを接合したものとなっている。まず、１つの複屈折性素子２６３について図７を用いて説明する。
【００５９】
図７は、図６で説明した複屈折性素子２６３示す図であって、直線偏光方向によって屈折率が異なる複屈折性効果を利用したものとなっている。２枚の透明基板２７１ａ、２７１ｂの間にはシール材２７２を介した空間が形成されている。この空間には、液晶分子を多く含む液晶リッチ層２７４Ａと、ポリマー材料を多く含むポリマーリッチ層２７４Ｂが、コヒーレント光の光軸に対して傾斜して形成されている。
【００６０】
液晶リッチ層２７４Ａは、直線偏光方向によって異なる屈折率を有する複屈折性を有するものであって、ｓ偏光の偏光成分に対してはポリマーリッチ層２７４Ｂの屈折率ｎｐと略同じ常光屈折率ｎｏを、また、ｐ偏光の偏光成分に対してはポリマーリッチ層２７４Ｂ
の屈折率ｎｐと異なる異常光屈折率ｎｅとなるように設定されている。したがって、光源１１から出射されたコヒーレント光について、ｓ偏光成分は、液晶リッチ層２７４Ａとポリマーリッチ層１６６Ｂの界面を直進して透過し、ｐ偏光成分は、界面にて回折して異なる方向に出射される。
【００６１】
本実施形態の複屈折性材料についても液晶以外に各種材料を使用することができる。また、本実施形態の複屈折性素子２６３の作成方法は、まず、複屈折性材料とポリマー（モノマーでもよい）からなる混合物を透明基板２７１ａ、２７２ｂ間にて封止しておき、干渉縞を露光させることで行われる。このとき、干渉縞の明部においてポリマーの光重合反応が始まり、液晶分子はその長軸方向を移動方向に配向させつつ、暗部に析出される（重合誘起層分離）こととなり、液晶リッチ層２７４Ａとポリマーリッチ層２７４Ｂが形成されることとなる。
【００６２】
本実施形態では、複屈折性材料として、液晶を用いることとしたが、この形態に限られるものではなく、例えば、アモルファス高分子、低分子ガラス状化合物、両親媒性化合物など各種材料を使用することができる。
【００６３】
図６に戻り、本実施形態では、このような界面において、所定の偏光方向、すなわち本実施形態においてはｐ偏光方向のみを回折する複屈折性素子２６３を２枚接合することで、偏光方向が異なるとともに平行光とされた２本の出射光が得られる。この実施形態においても後段の複屈折素子２６３ｂの出射側には、走査方向に沿った短冊状のλ／２波長板２６４が配置（出射面に貼り付けてもよい）されており、偏光方向が揃えられている。
【００６４】
図６（ａ）の場合では、入射領域Ａに光が入射した場合であって、この場合、直進光はｓ偏光方向の直線偏光、回折光はｐ偏光方向の直線偏光に分離されるが、回折光はλ／２波長板２６４にて回折光と位相が揃えられ、出射光はｓ偏光方向の直線偏光となる。一方、図６（ｂ）の場合では、入射領域Ｂに光が入射した場合であって、この場合、直進光はｓ偏光方向の直線偏光、回折光はｐ偏光方向の直線偏光に分離されるが、直進光がλ／２波長板２６４にて回折光と位相が揃えられ、出射光はｐ偏光方向の直線偏光となる。
【００６５】
以上、２つの形態の偏光変換部２６について説明したが、このような形態のみならず、入射領域に応じて異なる直線偏光成分を出射できる光学素子であれば、楔形の複屈折結晶を複数組み合わせて構成するなど、各種形態を採用することができる。
【００６６】
図１の実施形態では、透過型の光拡散素子２１を使用したが、光拡散素子２１としては反射型のものを用いることとしてもよい。図８〜図１０は、光拡散素子２１として反射型ホログラムを使用したときの実施形態であって、各図は、それぞれ図１〜図３の透過型のものと対応した図となっている。
【００６７】
図８、図９は、それぞれ投射型映像表示装置、照明装置の構成を示す図であって、光拡散素子２１として反射型ホログラムを使用した実施形態となっている。前述の実施形態と同様、光走査部１５からの走査光Ｌａは、光拡散素子２１の入射面を時間的に位置を変えつつ走査を行う。反射型ホログラムでこの入射面が、反射面としても機能し、反射された再生像は、前実施形態と同様、被照明領域としての光変調素子３１の像形成領域全体を照明する。光拡散素子２１の何れの点を走査した場合にも、各点から出射される拡散光は、被照明領域を重ねて照明することで、被照明領域に対する入射角度を時間的に異ならせることが可能となる。したがって、前実施形態と同様、スクリーン４１上で発生するスペックル、並びに、投射型映像表示装置１０の各種光学素子で発生するスペックルを十分に目立たなくすることができる。
【００６８】
図１０は、本実施形態で使用する反射型ホログラムを作成する際の構成（干渉露光）を示した図である。拡散板２８の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Ｏｂをホログラム記録材料２９の一方の面から入射させる。その際、拡散板２８からの各点からの拡散光（物体光Ｏｂ）は、ホログラム記録材料２９の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。
【００６９】
そして、ホログラム記録材料２９の他の面から参照光Ｒ（平行光）が照射される。物体光Ｏｂと参照光Ｒを同時に入射させ、ホログラム記録材料２９中で干渉させる。
【００７０】
ホログラム記録材料２９は加熱、紫外線照射等の後処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する反射型ホログラム２１が作成される。なお、前実施形態と同様、物体光Ｏｂの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板２８だけでなく、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子（第２の光拡散素子）であればよい。また、この反射型ホログラムについても計算機合成ホログラムを使用することとしてもよい。
【００７１】
図１１は、本発明の他の実施形態に係る照明装置の構成の一部（偏光変換２６と光拡散素子２１）を示した図であって、光拡散素子２１には領域毎に異なる再生像が記録された透過型ホログラムが使用されている。
【００７２】
前述したように本実施形態の光拡散素子２１は、入射領域に応じて異なる偏光方向の出射光を出力することができる。また、図６で説明した場合には、偏光変換部の出射面側においても出射領域毎に異なる偏光方向を出力することが可能である。このような場合、偏光変換部２６の出射領域に応じて透過型ホログラムの再生像を異ならすことができる。すなわち、偏光変換部２６への入射領域を変更することで、光拡散素子２１による再生像を変更することが可能となる。
【００７３】
図１１（ａ）は、偏光変換部２６の入射領域Ａに光が入射した場合であって、この場合、ｐ偏光方向に揃えられた出射光が出力される。この出射光は、光拡散素子２１としての透過型ホログラムの入射領域ａに入射させるよう配置するとともに、入射領域ａに対応する領域には第１の拡散板像２８ｉ_ａを記録しておく。したがって、入射領域Ａが走査さ
れたときには、入射領域ａを記録した部分が走査されることで第１の拡散板像２８ｉ_ａ
が再生される。
【００７４】
一方、図１１（ｂ）は、偏光変換部２６の入射領域Ｂに光が入射した場合であって、この場合、ｓ偏光方向に揃えられた出射光が出力される。この出射光は、透過型ホログラムの入射領域ｂに入射させるよう配置するとともに、入射領域ｂに対応する領域には第２の拡散板像２８ｉ_ｂを記録しておく。したがって、入射領域Ｂが走査されたときには、入
射領域ｂを記録した部分が走査されることで第２の拡散板像２８ｉ_ｂが再生される。
【００７５】
このような実施形態では、第１の拡散板像２８ｉ_ａと第２の拡散板像２８ｉ_ｂの再生位置を異ならせておくことで、例えば第１の拡散板像２８ｉ_ａの位置、第２の拡散板像
２８ｉ_ｂの位置にそれぞれ右眼用、左眼用の光変調素子３１を配置することで、立体映
像を再生出力することができる。このような場合、図１で説明した実施形態のように光走査部１５の走査位置に応じて、光変調素子３１の出力映像を異ならせる必要が無いため映像再生の制御が簡略化できる。また、それぞれの光変調素子３１で常に像を形成することができるため、映像の時間解像度を向上させることも可能となる。
【００７６】
以上、本実施形態によれば、スペックルノイズが目立つことなく、偏光方向を選択的に出射可能な照明装置、並びに、この照明装置にて光変調素子を照明することでスペックル
ノイズが目立たない映像を提供することのできる投射型映像表示装置を提供することが可能となる。
【００７７】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００７８】
１０…投射型映像表示装置
１１…光源
１５…光走査部
２０…照明装置
２５…照明光学系
２６…偏光変換部
２６１…偏光ビームスプリッターアレイ
２６２…λ／２波長板
２６３…複屈折素子
２６４…λ／２波長板
２７１…透明基板
２７２…シール材
２７３…液晶分子
２７４Ａ…ポリマーリッチ層
２７４Ｂ…液晶リッチ層
２８…拡散板
２８ｉ…拡散板像
２９…ホログラム記録材料
【図１】
0005751410.tif 000002
【図２】
0005751410.tif 000003
【図３】
0005751410.tif 000004
【図４】
0005751410.tif 000005
【図５】
0005751410.tif 000006
【図６】
0005751410.tif 000007
【図７】
0005751410.tif 000008
【図８】
0005751410.tif 000009
【図９】
0005751410.tif 000010
【図１０】
0005751410.tif 000011
【図１１】
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