(57)【要約】【課題】拡散部の駆動の高速化等を抑えることが可能であり、かつ、投影画像の輝度低下を抑えつつ拡散角度の制約を減らして、スペックルノイズの低減が可能な光出射装置を提供する。【解決手段】レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光に基づいてイメージ光を生成するイメージ光生成部と、イメージ光を拡散させ、第１拡散光として出射する第１拡散部と、第１拡散部と対向して配置され、第１拡散光を拡散させ、第２拡散光として出射する第２拡散部と、第１拡散部と第２拡散部の少なくとも一方を他方に対して相対的に駆動させる駆動部と、を備え、第１拡散部は第１焦点を有し、第２拡散部は第２焦点を有し、第２焦点は、第１拡散部の光軸に直交し、かつ、第１焦点を通る焦点面上に位置し、焦点面を介して、第１拡散部と第２拡散部が互いに対向して配置されている。【選択図】図１
2016114768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記レーザ光に基づいてイメージ光を生成するイメージ光生成部と、
前記イメージ光を拡散させ、第１拡散光として出射する第１拡散部と、
前記第１拡散部と対向して配置され、前記第１拡散光を拡散させ、第２拡散光として出射する第２拡散部と、
前記第１拡散部と前記第２拡散部の少なくとも一方を他方に対して相対的に駆動させる駆動部と、を備え、
前記第１拡散部は第１焦点を有し、前記第２拡散部は第２焦点を有し、
前記第２焦点は、前記第１拡散部の光軸に直交し、かつ、前記第１焦点を通る焦点面上に位置し、
前記焦点面を介して、前記第１拡散部と前記第２拡散部が互いに対向して配置されている
ことを特徴とする光出射装置。
【請求項２】
前記第１拡散部と前記第２拡散部は、それぞれ、マイクロレンズアレイ、ランダムピッチの凹凸パターンの表面形状を有する透明部材、及び、屈折率の異なる素材を部分的に有する透明部材のいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の光出射装置。
【請求項３】
前記第１拡散部及び前記第２拡散部は、複数の微小レンズが列状に配置されたマイクロレンズアレイからなり、
前記第１焦点は前記第１拡散部が有する前記複数の微小レンズのいずれかのレンズの焦点であり、
前記第２焦点は前記第２拡散部が有する前記複数の微小レンズのいずれかのレンズの焦点であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光出射装置。
【請求項４】
前記第１拡散部及び前記第２拡散部は、マイクロレンズアレイの前記微小レンズのピッチ又は配列が互いに一致しないように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光出射装置。
【請求項５】
前記第１拡散部及び前記第２拡散部は、それぞれ、空間的に異なる領域を通過する複数の光の進行方向が互いに異なるように偏向させる第１パターンと、空間的に異なる領域を通過する複数の光の位相が互いに異なるように位相差を付与する第２パターンとのいずれかを形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光出射装置。
【請求項６】
前記第１拡散部及び前記第２拡散部は、一方が前記第１パターンを形成し、他方が前記第２パターンを形成することを特徴とする請求項５に記載の光出射装置。
【請求項７】
前記第１拡散部及び前記第２拡散部は、前記第１パターンと前記第２パターンのいずれかの同じパターンを形成することを特徴とする請求項５に記載の光出射装置。
【請求項８】
前記第１拡散部と前記第２拡散部は、それぞれの光軸に直交する面内において移動するように駆動されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光出射装置。
【請求項９】
前記第１拡散部及び前記第２拡散部は、それぞれ、列状に配置された複数の微小レンズを有するマイクロレンズアレイであって、
前記第１拡散部は固定され、前記第２拡散部はその光軸に直交する面内で移動するように駆動され、
前記第２拡散部が前記第１拡散部に対して相対的に駆動されることによって、前記第２拡散部の前記複数の微小レンズが現すパターンの数が次式（１）で表される各行列成分の総和である
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光出射装置。
【数１】
2016114768.tif 000006
ここで、
前記第１拡散部と前記第２拡散部の光軸に直交する面が、互いに直交するＸ軸とＹ軸で定義され、
Δｔは、経過時間、
ｔｑは、１フレーム時間、
ｔｐは、前記第２拡散部が有する前記微小レンズがとなりの微小レンズの位置に重なるまで移動するのに要する時間、
Ｖｘは、前記Ｘ軸方向における前記第２拡散部の移動速度、
Ｐｘは、前記Ｘ軸方向における前記微小レンズの口径、
Ｖｙは、前記Ｙ軸方向における前記第２拡散部の移動速度、
Ｐｙは、前記Ｙ軸方向における前記微小レンズの口径
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージ光を拡散させて出射する光出射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、レーザ光源を用いた照明装置において、レーザ光のコヒーレント性に起因して投射映像に発生するスペックルノイズを抑えるために、レーザ光源からの光束を拡散する拡散光学素子と、この拡散光学素子を往復振動させる加振部とを備えた構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１６８９３６号号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５９８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の照明装置では、拡散光学素子を振動させることでレーザ光の照射位置をずらしているが、確実に照射位置をずらすためには振動の速度を高速にするなど、複雑な制御が必要となると同時に駆動系にかかる機械的な負荷が増大する。さらに、拡散光学素子の振動を高速とすると、振動に伴う騒音の発生、加振部としてのモータの寿命低下、拡散光学素子の振動に伴う装置全体の振動の発生など、多くの問題を有していた。
【０００５】
特許文献２は、レーザ光源からの出射光の光路上に、互いに対向する第１拡散部と第２拡散部とを配置し、光路の上流側に位置する第１拡散部を振動させ、光路の下流側に第２拡散部を固定したプロジェクタを開示している。このような構成とすることによって、特許文献１の照明装置のように拡散光学素子が１つのみである装置において、スペックルノイズを抑えるために必要となる振動の高速化が不要となるため、騒音の発生、高速駆動することによるモータの寿命低下、装置全体の振動の発生などを改善することができる。
【０００６】
しかし、特許文献２のプロジェクタにおいては、以下の問題点が存在する。
（１）第１・第２拡散部における光の散乱・吸収によって投影画像の輝度が減少する、
（２）投影光の拡散角度がガウシャン分布の円形にしか出来ない、
（３）拡散角度を意図する数値に収めることが困難である。
【０００７】
そこで本発明は、拡散部の駆動の高速化、高速化に伴う制御の複雑化と騒音の発生、拡散部の駆動系の寿命低下、及び、装置全体の振動の発生等を抑えることが可能であり、かつ、投影画像の輝度低下を抑えつつ拡散角度の制約を減らして、スペックルノイズの低減が可能な光出射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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光出射装置は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光に基づいてイメージ光を生成するイメージ光生成部と、イメージ光を拡散させ、第１拡散光として出射する第１拡散部と、第１拡散部と対向して配置され、第１拡散光を拡散させ、第２拡散光として出射する第２拡散部と、第１拡散部と第２拡散部の少なくとも一方を他方に対して相対的に駆動させる駆動部と、を備え、第１拡散部は第１焦点を有し、第２拡散部は第２焦点を有し、第２焦点は、第１拡散部の光軸に直交し、かつ、第１焦点を通る焦点面上に位置し、焦点面を介して、第１拡散部と第２拡散部が互いに対向して配置されていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、第１拡散部で拡散された光をさらに第２拡散部で拡散できるため、拡散条件のばらつきをランダマイズさせる効果を２つの拡散部に分担させることができ、これにより、各拡散部の駆動速度を抑えることができる。したがって、制御の複雑化、騒音の発生、拡散部の駆動系の寿命低下、及び装置全体の振動の発生等を抑えることができる。また、焦点面を介して、第１拡散部と第２拡散部が互いに対向して配置されているため、投影光の拡散角度の自由度を高めることができる。
【００１０】
本発明の光出射装置において、第１拡散部と第２拡散部は、それぞれ、マイクロレンズアレイ、ランダムピッチの凹凸パターンの表面形状を有する透明部材、及び、屈折率の異なる素材を部分的に有する透明部材のいずれかからなることが好ましい。
【００１１】
これにより、投影画像の輝度低下を抑えつつ、投影光の拡散角度の自由度を高めることができる。
【００１２】
本発明の光出射装置において、第１拡散部及び第２拡散部は、複数の微小レンズが列状に配置されたマイクロレンズアレイからなり、第１焦点は第１拡散部が有する複数の微小レンズのいずれかのレンズの焦点であり、第２焦点は第２拡散部が有する複数の微小レンズのいずれかのレンズの焦点であることが好ましい。
【００１３】
これにより、投影画像の輝度低下を抑えつつ、投影光の拡散角度の自由度を高めることができる。
【００１４】
本発明の光出射装置において、第１拡散部及び第２拡散部は、マイクロレンズアレイの微小レンズのピッチ又は配列が互いに一致しないように形成されていることが好ましい。
【００１５】
これにより、単位時間内に生成される異なるスペックルパターンの発生数を増大させる効果が期待でき、スペックルパターンをランダマイズさせる効果を高めることが可能となり、スペックルノイズを低減できる。
【００１６】
本発明の光出射装置において、第１拡散部及び第２拡散部は、それぞれ、空間的に異なる領域を通過する複数の光の進行方向が互いに異なるように偏向させる第１パターンと、空間的に異なる領域を通過する複数の光の位相が互いに異なるように位相差を付与する第２パターンとのいずれかを形成することが好ましい。
【００１７】
これにより、拡散条件のばらつきをランダマイズさせる効果をさらに高めることができる。
【００１８】
本発明の光出射装置において、第１拡散部及び第２拡散部は、一方が第１パターンを形成し、他方が第２パターンを形成することが好ましい。
【００１９】
本発明の光出射装置において、第１拡散部及び第２拡散部は、第１パターンと第２パターンのいずれかの同じパターンを形成することが好ましい。
【００２０】
本発明の光出射装置において、第１拡散部と第２拡散部は、それぞれの光軸に直交する面内において移動するように駆動されることが好ましい。
【００２１】
本発明の光出射装置において、第１拡散部及び第２拡散部は、それぞれ、列状に配置された複数の微小レンズを有するマイクロレンズアレイであって、第１拡散部は固定され、第２拡散部はその光軸に直交する面内で移動するように駆動され、第２拡散部が第１拡散部に対して相対的に駆動されることによって、第２拡散部の複数の微小レンズが現すパターンの数が次式（１）で表される各行列成分の総和であることが好ましい。
【００２２】
【数１】
2016114768.tif 000003
【００２３】
ここで、
第１拡散部と第２拡散部の光軸に直交する面が、互いに直交するＸ軸とＹ軸で定義され、
Δｔは、経過時間、
ｔｑは、１フレーム時間、
ｔｐは、第２拡散部が有する微小レンズがとなりの微小レンズの位置に重なるまで移動するのに要する時間、
Ｖｘは、Ｘ軸方向における第２拡散部の移動速度、
Ｐｘは、Ｘ軸方向における微小レンズの口径、
Ｖｙは、Ｙ軸方向における第２拡散部の移動速度、
Ｐｙは、Ｙ軸方向における微小レンズの口径
である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、投影画像の輝度低下を抑えつつ拡散角度の制約を減らして、スペックルノイズの低減が可能な光出射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態にかかる光出射装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる光出射装置の構成を示すブロック図である。
【図３】マイクロレンズアレイの構成例を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、Ｚ１−Ｚ２方向において対向する２枚のマイクロレンズアレイを用いた場合において、第１マイクロレンズアレイの微小レンズ及び第２マイクロレンズアレイの微小レンズの配置を示す平面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、マイクロレンズアレイが１枚である場合において、マイクロレンズアレイの微小レンズの配置を示す平面図である。
【図６】変形例にかかる第１拡散部及び第２拡散部の構成を示す平面図である。
【図７】別の変形例にかかる第１拡散部及び第２拡散部の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態に係る光出射装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は本実施形態にかかる光出射装置１０の構成を示す平面図、図２は、光出射装置１０の構成を示すブロック図、図３は、マイクロレンズアレイの構成例を示す斜視図である。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。図１に示すように、Ｚ１−Ｚ２方向は、第１拡散部４０の光軸４０ｃと第２拡散部５０の光軸５０ｃの方向に沿っており、Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。
【００２７】
図１に示すように、光出射装置１０は、レーザ光源２０と、位相変調部３０と、集光レンズ３１と、第１拡散部４０と、第２拡散部５０とを備える。位相変調部３０、集光レンズ３１、第１拡散部４０、及び第２拡散部５０は、レーザ光源２０側から順に配置されている。図２に示すように、光出射装置１０は、さらに、制御部７０と、メモリ７１と、モータドライバ７２と、レーザドライバ７４と、ＬＣＯＳドライバ７５とを備える。
【００２８】
レーザ光源２０は、可視領域のレーザ光を出射する光源であって、レーザドライバ７４から供給される電流量に応じた強度の光を出射する。レーザドライバ７４から供給される電流量は制御部７０によって制御される。
【００２９】
位相変調部３０は、図２に示す例では、反射型ＬＣＯＳである。ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）は、液晶層とアルミニウムなどの電極層とを有するパネルである。ＬＣＯＳは、液晶層に電界を与える電極が規則的に並んで複数のピクセルが構成されている。それぞれの電極に与えられる電界強度の変化により、液晶層内の結晶の層の厚さ方向への倒れ角度が変化し、透過するレーザ光はピクセル毎に位相が変化させられる。このようなピクセル毎の位相の変化は、ＬＣＯＳドライバ７５によって制御される。ＬＣＯＳドライバ７５には、予めメモリ７１に格納された画像データを読み出した制御部７０から、画像データに対応する指示信号が送出され、この指示信号にしたがって、ＬＣＯＳドライバ７５は、ＬＣＯＳのピクセル毎の位相変化を制御し、これにより所定の位相変調光が生成される。
【００３０】
この位相変調光は、フーリエ変換レンズ（ＦＴレンズ）としての集光レンズ３１に入射する。集光レンズ３１においては、位相変調光を集光するとともにフーリエ変換することにより、イメージ光を生成する。このイメージ光は、第１拡散部４０上に結像する。
【００３１】
ここで、位相変調部３０と集光レンズ３１は、レーザ光源２０から出射されたレーザ光に基づいてイメージ光を生成するイメージ光生成部を構成する。なお、位相変調部３０は、反射型ＬＣＯＳのほか、透過型ＬＣＯＳやその他の位相変調素子を用いても良い。また、イメージ光生成部としてガルバノミラーやポリゴンミラーを用い、レーザ光源２０からの出射光をガルバノミラーやポリゴンミラーでラインごとにスキャンすることによって、イメージ光を生成することも可能である。
【００３２】
第１拡散部４０及び第２拡散部５０はいずれも透光性のマイクロレンズアレイであって、図３に例示するマイクロレンズアレイ６０のように、同一形状の複数の微小レンズ６１がＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向にそれぞれ列状に一定の間隔で並んだ形態を有する。このマイクロレンズアレイ６０は、各微小レンズ６１の平面状の第１面が連なった平面部６０ａと、各微小レンズ６１の曲面状の第２面が並んだ曲面部６０ｂとを有する。複数の微小レンズ６１は、光軸６１ｃと焦点６１ｆをそれぞれ有しており、焦点６１ｆを結んだ面が焦点面６２を形成している。焦点面６２は、マイクロレンズアレイ６０の光軸６０ｃに直交している。ここで、光軸６０ｃは、マイクロレンズアレイ６０全体の中心を結ぶ直線であり、第１拡散部４０の光軸４０ｃ及び第２拡散部５０の光軸５０ｃも同様である。
【００３３】
図１に示すように、第１拡散部４０と第２拡散部５０は、それぞれの光軸４０ｃ、５０ｃがレーザ光源２０の光軸２０ｃ上に載るように配置されており、曲面部４０ｂ、５０ｂが互いに対向している。図１に示すように、第１拡散部４０の微小レンズ４１と第２拡散部５０の微小レンズ５１は、曲面状の第２面の曲率半径が異なる。第１拡散部４０においては、位相変調部３０からの出射光が平面部４０ａに入射して、曲面部４０ｂの各微小レンズ４１から拡散光が出射する。これらの拡散光は、第２拡散部５０の曲面部５０ｂの各微小レンズ５１に入射して、平面部５０ａから拡散光として出射する。図１に示すように、第２拡散部５０から出射する拡散光の拡散角度θ２は、第１拡散部４０から出射する拡散光の拡散角度θ１よりも大きい。
【００３４】
第１拡散部４０の微小レンズ４１と第２拡散部５０の微小レンズ５１は、レーザ光源２０の光軸２０ｃに直交するＸＹ平面において、ピッチ及び配列が互いに異なるように形成されている。ここで、ピッチとは各微小レンズの光軸の間隔であり、配列とは、ＸＹ平面において各微小レンズが並ぶ方向である。
【００３５】
第１拡散部４０は、各微小レンズ４１の後側（像側）の焦点４１ｆ（第１焦点）を結んだ焦点面４２を有し、第２拡散部５０は、その各微小レンズ５１の前側（レーザ光源２０側）の焦点（第２焦点）が焦点面４２に位置するように配置される。したがって、第１拡散部４０と第２拡散部５０は、焦点面４２を介して互いに対向するように配置されている。
【００３６】
第１拡散部４０は、モータドライバ７２によって駆動されるモータ７３の回転軸に接続されており、光軸４０ｃを中心として所定の速度で一定方向に回転する。モータドライバ７２は、制御部７０からの指示信号にしたがって、第１拡散部４０の回転速度に対応した電流をモータ７３に対して供給する。一方、第２拡散部５０は固定されているため、第１拡散部４０は第２拡散部５０に対して相対的に駆動されることとなる。
【００３７】
ここで、第１拡散部４０は、回転させるのではなく、光軸４０ｃに関して一定の角度範囲内で、光軸４０ｃを中心として回動させてもよい。また、第１拡散部４０を固定として、第２拡散部５０を光軸５０ｃを中心として回転又は回動させてもよい。
【００３８】
次に、図４と図５を参照して、対向する２つの拡散部として２枚のマイクロレンズアレイを用いた場合と、拡散部としてのマイクロレンズアレイが１枚である場合とにおける、スペックルノイズ低減に寄与する拡散パターン（スペックルパターン）の数の違いについて説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）は、光軸方向に沿ったＺ１−Ｚ２方向において対向する２枚のマイクロレンズアレイＤ１、Ｄ２を用いた場合において、第１マイクロレンズアレイＤ１の微小レンズＬ１１、Ｌ１２及び第２マイクロレンズアレイＤ２の微小レンズＬ２１、Ｌ２２の配置を示す平面図、図５（Ａ）、（Ｂ）は、マイクロレンズアレイが１枚である場合において、マイクロレンズアレイＤ１０の微小レンズＬ１１０、Ｌ１２０の配置を示す平面図である。図４（Ａ）と図５（Ａ）は、時間ｔ＝０における初期状態の微小レンズの配置を示し、図４（Ｂ）と図５（Ｂ）は、時間Δｔが経過した後の微小レンズの配置を示す図である。以下の説明において「＊」は乗算記号である。
【００３９】
図４（Ａ）、（Ｂ）においては、第１マイクロレンズアレイＤ１は固定されており、第２マイクロレンズアレイＤ２はＸＹ平面内で変位する。したがって、第１マイクロレンズアレイＤ１に対して第２マイクロレンズアレイＤ２が相対的に駆動されている。以下の説明は、図１に示すように、第１拡散部４０が駆動され、第２拡散部５０が固定される場合にも同様に成り立つものである。
【００４０】
図４（Ａ）から図４（Ｂ）への時間Δｔの経過において、第２マイクロレンズアレイＤ２のＸ１−Ｘ２方向における移動速度（変位速度）をＶｘとしたとき、図４（Ｂ）に示すように、第２マイクロレンズアレイＤ２の移動量はＶｘ＊Δｔとなる。よって、第１マイクロレンズアレイＤ１の１つのレンズＬ１１に対応するエリアＡ１１内に、微小レンズＬ２１、Ｌ２２に対応する２つのパターンが形成される。これは、レンズＬ１２に対応するエリアＡ１２についても同様である。これら２つのパターンのＸ１−Ｘ２方向における長さは、図４（Ｂ）に示すように、（Ｐｘ−Ｖｘ＊Δｔ）と（Ｖｘ＊Δｔ）になる。これらの長さを比率で表現すると、（１−（Ｖｘ＊Δｔ）／Ｐｘ）と（（Ｖｘ＊Δｔ）／Ｐｘ）になる。
【００４１】
第１マイクロレンズアレイＤ１の１つのレンズに対応するエリア内に、第２マイクロレンズアレイＤ２の２つの微小レンズに対応するパターンが形成するのは、Ｙ１−Ｙ２方向についても同様であり、１つのレンズのエリア内に形成される２つのパターンの長さの比率は、（１−（Ｖｙ＊Δｔ）／Ｐｙ）と（（Ｖｙ＊Δｔ）／Ｐｙ）になる。
【００４２】
以上より、スペックルノイズ除去に寄与するパターン数は次式で表すことができる。
【００４３】
【数２】
2016114768.tif 000004
【００４４】
ここで、
前記光源の光軸に直交する面が、互いに直交するＸ軸とＹ軸で定義され、
Δｔは、経過時間、
ｔｑは、１フレーム時間、
ｔｐは、第２マイクロレンズアレイＤ２が有する微小レンズがとなりの微小レンズの位置に重なるまで移動するのに要する時間、
Ｖｘは、Ｘ軸方向における第２マイクロレンズアレイＤ２の移動速度、
Ｐｘは、Ｘ軸方向における第２マイクロレンズアレイＤ２の微小レンズの口径、
Ｖｙは、Ｙ軸方向における第２マイクロレンズアレイＤ２の移動速度、
Ｐｙは、Ｙ軸方向における第２マイクロレンズアレイＤ２の微小レンズの口径
である。
【００４５】
なお、観察者とは、光出射装置１０から出射されるホログラム画像の観察者であり、１フレーム時間とは、イメージ光によって１フレーム分の画像が表示されるのに要する時間である。
【００４６】
一方、図５（Ａ）、（Ｂ）においては、マイクロレンズアレイＤ１０がＸＹ平面内で変位しているが、第２マイクロレンズアレイは設けられていない。図５（Ａ）から図５（Ｂ）への時間Δｔの経過においては、マイクロレンズアレイＤ１０のＸ１−Ｘ２方向における移動速度（変位速度）をＶｘとしたとき、図５（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイＤ１０の移動量はＶｘ＊Δｔとなる。しかしながら、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す場合では、拡散部としてのマイクロレンズアレイが１枚であるため、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す場合のように１つのレンズのエリア内に２つのパターンが形成されるということにはならず、単に同じパターンが移動しただけと考えられる。これは、Ｙ１−Ｙ２方向についても同様である。
【００４７】
以上より、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す場合において、スペックルノイズ除去に寄与するパターン数は次式で表すことができる。
【００４８】
【数３】
2016114768.tif 000005
【００４９】
ここで、
ｔｐはマイクロレンズアレイＤ１０が有する微小レンズがとなりの微小レンズの位置に重なるまで移動するのに要する時間、
Ｖｘは、Ｘ軸方向におけるマイクロレンズアレイＤ１０の移動速度、
Ｐｘは、Ｘ軸方向におけるマイクロレンズアレイＤ１０の微小レンズの口径、
Ｖｙは、Ｙ軸方向におけるマイクロレンズアレイＤ１０の移動速度、
Ｐｙは、Ｙ軸方向におけるマイクロレンズアレイＤ１０の微小レンズの口径
である。
【００５０】
上述の図４（Ａ）、（Ｂ）に示す場合のパターン数と、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す場合のパターン数とを比較すると、マイクロレンズアレイを２枚配置した、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す例の方が圧倒的にパターン数が多いことがわかる。
【００５１】
したがって、マイクロレンズアレイを２枚配置して一方を他方に対して相対的に駆動した形態の方が、マイクロレンズアレイが１枚のみの場合と比べて、拡散条件のばらつきがランダマイズされるため、スペックルノイズの除去のためには好ましい。また、マイクロレンズアレイが１枚のみの場合と比べて、マイクロレンズアレイを２枚用いた方が、低い回転速度で同等のパターン数を得られるため、マイクロレンズアレイの振動を抑えることができ、高速回転による騒音、駆動系の寿命低下、装置全体の振動の発生等を抑えることが可能となる。
【００５２】
以下に変形例について説明する。
上述の実施形態では、第１拡散部及び第２拡散部としてマイクロレンズアレイを用いたが、入射光を拡散させて出射することのできる光学部材として、例えば、ランダムピッチの凹凸パターンの表面形状を有する透明部材や、屈折率の異なる素材を部分的に有する透明部材を用いることができる。ここで、第１拡散部及び第２拡散部の両方を、上述の、マイクロレンズアレイ、ランダムピッチの凹凸パターンの表面形状を有する透明部材、及び、屈折率の異なる素材を部分的に有する透明部材のいずれか１種のみで構成してもよいし、組み合わせてもよい。
【００５３】
また、第１拡散部及び第２拡散部は、光強度の異なるパターン（第１パターン）を生成する部材、又は、位相差のあるパターン（第２パターン）を生成する部材とすることが好ましい。光強度の異なるパターンは、空間的に異なる領域を通過する複数の光の進行方向が互いに異なるように偏向させることによって生成するものであり、例えばマイクロレンズアレイにおいて液晶層内の結晶の層ごとに倒れ角度を変えることによって拡散光の光強度分布を変更することができる。また、位相差のあるパターンは、空間的に異なる領域を通過する複数の光の位相が互いに異なるように位相差を付与することによって生成するものであり、ランダムピッチの凹凸パターンの表面形状を有する透明部材や屈折率の異なる素材を部分的に有する透明部材を用いることによって、凹凸パターンや屈折率分布に応じて、領域毎に位相差が異なる拡散光を出射することが可能となる。
【００５４】
ここで、第１拡散部及び第２拡散部は、一方が光強度の異なるパターンを形成し、他方が位相差のあるパターンを形成するようにしてもよいし、第１拡散部及び第２拡散部の両方が、いずれかの同じパターンを形成するようにしてもよい。前者の例としては、図６に示すように、レーザ光源２０の光軸２０ｃ上に、レーザ光源２０側から順に、第１拡散部として光位相差のあるパターンを生成可能な透明スクリーン１４０と、第２拡散部として光強度の異なるパターンを生成可能なマイクロレンズアレイ１５０とを配置した構成がある。この構成によれば、レーザ光源２０から出射され、位相変調部３０で位相変調されることによって生成されたイメージ光は、透明スクリーン１４０によって領域ごとに位相差が生じた出射光となり、さらに、マイクロレンズアレイ１５０によって、領域毎に光強度の異なる拡散光となって外部へ出射する。これにより、拡散条件のばらつきがさらにランダマイズされるため、効果的にスペックルノイズを低減することができる。
【００５５】
また、図７に示すように、第１拡散部２８０として、第１スクリーン２６０と第１マイクロレンズアレイ２４０を組み合わせ、第２拡散部２９０として、第２マイクロレンズアレイ２５０と第２スクリーン２７０を組み合わせた構成も可能である。第１スクリーン２６０は、位相差のあるパターンを生成可能な透明スクリーンであり、第２スクリーン２７０は、光強度の異なるパターンを生成可能な透明スクリーンである。第１マイクロレンズアレイ２４０と第２マイクロレンズアレイ２５０は入射光を拡散して出射する。この構成によれば、レーザ光源２０から出射され、位相変調部３０で位相変調されて生成されたイメージ光は、第１スクリーン２６０によって領域ごとに位相差が生じた光となり、第１マイクロレンズアレイ２４０によって拡散光として出射される。この拡散光は第２マイクロレンズアレイ２５０でさらに拡散され、第２スクリーン２７０において光強度の異なる拡散光となって外部へ出射する。これにより、拡散条件のばらつきがさらにランダマイズされるため、効果的にスペックルノイズを低減することができる。
【００５６】
また、第１拡散部と第２拡散部の相対的な駆動は、上述の実施形態のように、ＸＹ平面内における回転や回動運動に限定されず、曲面状の運動とするとさらに拡散条件のばらつきをランダマイズできるため好ましく、この曲面形状をより複雑にすることによってスペックルノイズの低減効果を高めることができる。
【００５７】
以上のように構成されたことから、上記実施形態及び変形例によれば、次の効果を奏する。
【００５８】
（１）上述のように、互いに相対的に駆動される、第１拡散部４０と第２拡散部５０を配置したことにより、第１拡散部４０で拡散された光をさらに第２拡散部５０で拡散できるため、拡散条件のばらつきをランダマイズさせる効果を２つの拡散部に分担させることができ、これにより、各拡散部の駆動速度を低く抑えることができる。したがって、制御の複雑化、騒音の発生、拡散部の駆動系の寿命低下、及び装置全体の振動の発生等を抑えることができる。
【００５９】
（２）焦点面４２を介して、第１拡散部４０と第２拡散部５０が互いに対向して配置されているため、投影光の拡散角度の自由度を高めることができる。この効果は、第２拡散部５０のマイクロレンズアレイの焦点を焦点面４２上に配置することにより、さらに高めることができる。
【００６０】
（３）第１拡散部４０及び第２拡散部５０を、複数の微小レンズが列状に配置されたマイクロレンズアレイで構成したことにより、投影画像の輝度低下を抑えつつ、投影光の拡散角度の自由度を高めることができる。
【００６１】
（４）第１拡散部４０及び第２拡散部５０を構成する、マイクロレンズアレイの微小レンズのピッチ及び配列が互いに一致しないように形成することにより、拡散条件のばらつきをランダマイズさせる効果を高めることができる。
【００６２】
（５）第１拡散部及び第２拡散部において、それぞれ、空間的に異なる領域を通過する複数の光の進行方向が互いに異なるように偏向させる第１パターンと、空間的に異なる領域を通過する複数の光の位相が互いに異なるように位相差を付与する第２パターンとのいずれかを形成することにより、拡散条件のばらつきをランダマイズさせる効果をさらに高めることができる。
【００６３】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明に係る光出射装置は、拡散部の高速化等を抑えつつ、スペックルノイズを低減することができる点で有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１０    光出射装置
２０    レーザ光源
２０ｃ  光軸
３０    位相変調部（ＬＣＯＳ）
３１    集光レンズ
４０    第１拡散部
４０ｃ  光軸
４１    微小レンズ
４２    焦点面
５０    第２拡散部
５０ｃ  光軸
５１    微小レンズ
６０    マイクロレンズアレイ
６１    微小レンズ
６１ｆ  焦点
６２    焦点面
７０    制御部
１４０  透明スクリーン
１５０  マイクロレンズアレイ
２４０  第１マイクロレンズアレイ
２５０  第２マイクロレンズアレイ
２６０  第１スクリーン
２７０  第２スクリーン
２８０  第１拡散部
２９０  第２拡散部
Ｄ１    第１マイクロレンズアレイ
Ｄ２    第２マイクロレンズアレイ
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２  微小レンズ
【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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