(57)【要約】 【課題】低コストで、かつ耐久性および信頼性に優れた光走査装置と、この光走査装置を備えた照明装置および投射装置とを提供する。【解決手段】光走査装置は、回転軸と、回転軸を回転駆動する駆動部と、を備え、回転軸の駆動部とは反対側の端面は、当該端面の法線方向が回転軸の軸方向から傾斜した傾斜面であり、かつ当該傾斜面への入射光を反射させる鏡面である。【選択図】図４
2016075857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸を回転駆動する駆動部と、を備え、
前記回転軸の前記駆動部とは反対側の端面は、当該端面の法線方向が前記回転軸の軸方向から傾斜した傾斜面であり、かつ当該傾斜面への入射光を反射させる鏡面である光走査装置。
【請求項２】
前記鏡面は、当該鏡面への入射光の反射方向を前記回転軸の回転に応じて変化させる請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記鏡面は、前記回転軸の前記駆動部とは反対側の端面を研磨処理した面である請求項１または２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記鏡面は、前記回転軸の前駆駆動部とは反対側の端面に金属蒸着した面または誘電多層膜である請求項１または２に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記回転軸の軸径は、前記駆動部側よりも前記鏡面側の方大きい請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
前記回転軸は、前記鏡面側ほど大きい軸径を有するテーパ形状である請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記回転軸は、
前記駆動部側に配置される第１軸部と、
前記鏡面を有し前記第１軸部よりも軸径が大きい第２軸部と、
前記第１軸部および前記第２軸部の間に配置され、前記第１軸部および前記第２軸部と共に回転する連結部と、を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項８】
前記駆動部により直接回転駆動される基端側回転軸と、
前記基端側回転軸の回転駆動力を前記鏡面を有する前記回転軸に伝達する軸受け支持体と、を備える請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項９】
前記駆動部に対して前記回転軸の回転数を指示する制御部を備える請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の光走査装置と、
前記光走査装置で反射されたコヒーレント光を所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、を備える光学モジュール。
【請求項１１】
各位置に入射されたコヒーレント光を、所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子の表面を走査するように、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、を備える照明装置であって、
前記照射装置は、
コヒーレント光を発光する光源と、
前記光源にて発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる請求項１乃至１０のいずれかに記載の光走査装置と、を有する照明装置。
【請求項１２】
前記所定の領域と重なる位置に配置され、請求項１１に記載の照明装置によって照明されて、光変調画像を生成する空間光変調器と、
前記光変調画像を投射部材上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、コヒーレント光を走査させる光走査装置、照明装置および投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、レンズアレイやホログラムからなる光学素子を用いた照明装置が知られている。特許文献１に開示された照明装置は、光を射出する光源と、光源からの光の光路を周期的に変化させる走査装置と、を有する照射装置を備えている。
【０００３】
特許文献１の走査装置９５は、図１１に示すように、一つの軸Ｒｘを中心として回動可能な反射デバイス９６と、反射デバイス９６からの光をレンズ効果によりコリメートする偏向素子９７と、を含んでいる。この照射装置９０からの光は、平行光束の光路を辿って、光学素子９９へ入射することになる。このような照射装置９０を用いた場合、光学素子への入射光が一方向からとなるため、光学素子の設計および製造を容易に行うことができる。また、発散光束とは異なり平行光束の光路に沿って光が進む場合、光路幅の変動が生じない。したがって、光の取り扱いが容易となり、また、装置を小型化することも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２３３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光源からの光、例えばレーザー光源からのレーザー光は、通常、偏向素子９７への入射時に或る程度のスポット径を持つ。このため、図１１に示すように、各瞬間において、入射光の光軸Ｌａｘ１を所定の方向に偏向することができたとしても、全ての光線の進行方向をコリメートすることはできない。コリメートされなかった光の進行方向は、光学素子の光路調整機能では、被照明領域に向けて高精度に調整され得ない。結果として、光源光を高い利用効率で利用しながら被照明領域を所望の方向から高精度に照明することができなくなる。
【０００６】
また、図１１の照射装置９０では、レーザー光によるスペックルを目立たせなくするために、反射デバイス９６でレーザー光の反射角度を連続的に切り替えて、光学素子９９上の各点におけるレーザー光の入射位置を時間に応じて変化させている。
【０００７】
スペックルを目立たせなくするには、偏光、位相、角度および時間などのパラメータを多重的に変化させることが有効である。反射デバイス９６の実装形態としては、ＭＥＭＳスキャナやガルバノスキャナなどの市販品を使用可能であるが、ガルバノスキャナは、大きな角度範囲で光を走査するのには適しているが、小さな角度範囲で光を走査するのには向いていない。また、ガルバノスキャナは、機構部材への負荷が大きいため、製品寿命が短いという問題がある。逆に、ＭＥＭＳスキャナは、サイズが小さいため、高出力のレーザー光を走査するのは困難である。
【０００８】
図１１の反射デバイス９６においては、入射光に対する反射方向を変化させてレーザー光を走査すればよく、複雑な走査機能や、速度および角度制御機能は必ずしも必要ではない。このため、低コストで、かつ耐久性および信頼性に優れた簡易な構成の反射デバイスが望まれている。
【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、低コストで、かつ耐久性および信頼性に優れた光走査装置と、この光走査装置を備えた照明装置および投射装置とを提供することである。
【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、回転軸と、
前記回転軸を回転駆動する駆動部と、を備え、
前記回転軸の前記駆動部とは反対側の端面は、当該端面の法線方向が前記回転軸の軸方向から傾斜した傾斜面であり、かつ当該傾斜面への入射光を反射させる鏡面である光走査装置が提供される。
【００１１】
前記鏡面は、当該鏡面への入射光の反射方向を前記回転軸の回転に応じて変化させてもよい。
【００１２】
前記鏡面は、前記回転軸の前記駆動部とは反対側の端面を研磨処理した面であってもよい。
【００１３】
前記鏡面は、前記回転軸の前駆駆動部とは反対側の端面に金属蒸着した面または誘電多層膜であってもよい。
【００１４】
前記回転軸の軸径は、前記駆動部側よりも前記鏡面側の方が大きくてもよい。
【００１５】
前記回転軸は、前記鏡面側ほど大きい軸径を有するテーパ形状であってもよい。
【００１６】
前記回転軸は、
前記駆動部側に配置される第１軸部と、
前記鏡面を有し前記第１軸部よりも軸径が大きい第２軸部と、
前記第１軸部および前記第２軸部の間に配置され、前記第１軸部および前記第２軸部と共に回転する連結部と、を有していてもよい。
【００１７】
前記駆動部により直接回転駆動される基端側回転軸と、
前記基端側回転軸の回転駆動力を前記鏡面を有する前記回転軸に伝達する軸受け支持体と、を備えてもよい。
【００１８】
前記駆動部に対して前記回転軸の回転数を指示する制御部を備えてもよい。
【００１９】
上述した光走査装置と、
前記光走査装置で反射されたコヒーレント光を所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、を備える光学モジュールが提供されてもよい。
【００２０】
各位置に入射されたコヒーレント光を、所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子の表面を走査するように、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、を備える照明装置であって、
前記照射装置は、
コヒーレント光を発光する光源と、
前記光源にて発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる上述した光走査装置と、を有する照明装置が提供されてもよい。
【００２１】
前記所定の領域と重なる位置に配置され、上述した照明装置によって照明されて、光変調画像を生成する空間光変調器と、
前記光変調画像を投射部材上に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする投射装置が提供されてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低コストで、かつ耐久性および信頼性に優れた光走査装置と、この光走査装置を備えた照明装置および投射装置とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による投写型映像表示装置１０の概略構成を示す図。
【図２】図１の投射装置に含まれる照明装置の照射装置を示す斜視図。
【図３】走査装置７０内に単一の反射デバイス７１を設けた投写型映像表示装置１０の概略構成を示す図。
【図４】（ａ）と（ｂ）は第１反射デバイス７１と第２反射デバイス７２の具体的な構造の一例を示す図。
【図５】（ａ）と（ｂ）は図４の第１変形例を示す図。
【図６】（ａ）と（ｂ）は図４の第２変形例を示す図。
【図７】（ａ）と（ｂ）は図４の第３変形例を示す図。
【図８】（ａ）と（ｂ）は光学素子５０の一例を示す図。
【図９】（ａ）と（ｂ）は光源装置６１が、複数の光源を含む例を示す図。
【図１０】（ａ）と（ｂ）は光学素子５０が、ホログラム記録媒体５７を含む例を示す図。
【図１１】（ａ）と（ｂ）は従来の走査装置を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。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、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００２５】
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。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態による投写型映像表示装置１０の概略構成を示す図、図２は図１の投射装置に含まれる照明装置の照射装置を示す斜視図である。
【００２７】
図１に示す投射型映像表示装置１０は、スクリーン１５と、映像光を投射する投射装置２０と、を有している。投射装置２０は、仮想面上に位置する被照明領域ＬＺを照明する照明装置４０と、被照明領域ＬＺと重なる位置に配置され照明装置４０によって照明される空間光変調器３０と、空間光変調器３０からのコヒーレント光をスクリーン１５に投射する投射光学系２５と、を有している。すなわち、ここで説明する一実施の形態において、照明装置４０は、空間光変調器３０を照明するための照明装置として、投射装置２０に組み込まれている。照明装置４０は、コヒーレント光によって被照明領域ＬＺを照明し、且つ、照明装置４０には、スペックルを目立たなくさせる工夫がなされている。
【００２８】
まず、照明装置４０について説明する。図１に示されているように、照明装置４０は、光の進行方向を被照明領域ＬＺへ向ける光学素子５０と、光学素子５０へ光、とりわけ本例ではコヒーレント光を照射する照射装置６０と、を有している。照射装置６０は、コヒーレント光を光学素子５０上で走査させる。したがって、ある瞬間に、照射装置６０によってコヒーレント光を照射されている光学素子５０上の領域は、光学素子５０の表面の一部分となる。
【００２９】
照射装置６０は、特定波長帯域のコヒーレント光を射出する光源装置６１と、光源装置６１からの光の進行方向を光学素子５０に向ける走査装置７０と、を有している。光源装置６１は、コヒーレント光を生成する光源６２、例えばレーザー光源６２を有している。走査装置７０は、平行光束をなす光線の光路をたどるようにして、光源装置６１の光源６２で生成されたコヒーレント光を光学素子５０へ入射させる。
【００３０】
走査装置７０は、光源６２からの光を反射する第１反射面７２を有する第１反射デバイス７１と、第１反射面７２からの光を反射する第２反射面７４を有する第２反射デバイス７３と、第１反射デバイス７１及び第２反射デバイス７３に接続された制御器７５と、を有している。第１反射デバイス７１の第１反射面７２の向きは、所定の可動範囲内において繰り返し変動可能となっている。同様に、第２反射デバイス７３の第２反射面７４の向きも、所定の可動範囲内において繰り返し変動可能となっている。第１反射面７２の向き及び第２反射面７４の向きが、繰り返し変動することにより、光源６２から照射された光は、光学素子５０上を走査する。制御器７５は、第１反射面７２の向き及び第２反射面７４の向きを制御する。
【００３１】
ここで説明する走査装置７０では、第１反射デバイス７１の第１反射面７２の向きの変動と、第２反射デバイス７３の第２反射面７４の向きの変動とを、同期させている。したがって、第１反射面７２の向き及び第２反射面７４の向きの一方は、他方の向きに応じて所定の向きを向くようになる。より具体的には、走査装置７０は、第１反射面７２の向きと第２反射面７４の向きとが互いに平行となるよう、第１反射面７２と第２反射面７４とを動作させる。
【００３２】
図示された例において、第１反射デバイス７１は、第１反射面７２を有した反射部材７１ａと、反射部材７１ａを支持した軸部材７１ｂと、軸部材７１ｂに接続された駆動装置７１ｃと、を有している。図２に示すように、軸部材７１ｂは、例えばモータからなる駆動装置７１ｃによって駆動されることにより、その軸線方向である第１回転軸Ｒａ１を中心として回転可能となっている。軸部材７１ｂが回転することにより、軸部材７１ｂに支持された反射部材７１ａも、第１回転軸Ｒａ１を中心として回転するようになっている。ただし、第１反射面７２は、第１回転軸Ｒａ１に対して直交していない。言い換えると、第１反射面７２の法線方向は、第１回転軸Ｒａ１と非平行であり、第１回転軸Ｒａ１に対して傾斜している。したがって、反射部材７１ａが、第１回転軸Ｒａ１を中心として回転すると、第１反射面７２は、向きを変化させるようになる。このとき、反射部材７１ａの回転が定速であれば、第１反射面７２は、第１回転軸Ｒａ１と直交する第１仮想面Ｖｐ１を中心として、周期的に向きを変動させることになる。
【００３３】
図示された例において、第２反射デバイス７３は、第１反射デバイス７１と同様に構成されている。すなわち、第２反射デバイス７３は、第２反射面７４を有した反射部材７３ａと、反射部材７３ａを支持した軸部材７３ｂと、軸部材７３ｂに接続された駆動装置７３ｃと、を有している。
【００３４】
図２に示すように、軸部材７３ｂは、例えばモータからなる駆動装置７３ｃによって駆動されることにより、その軸線方向である第２回転軸Ｒａ２を中心として回転可能となっている。軸部材７３ｂが回転することにより、軸部材７３ｂに支持された反射部材７３ａも、第２回転軸Ｒａ２を中心として回転する。ただし、第２反射面７４は、第２回転軸Ｒａ２に対して直交していない。言い換えると、第２反射面７４の法線方向は、第２回転軸Ｒａ２と非平行であり、第２回転軸Ｒａ２に対して傾斜している。したがって、反射部材７３ａが、第２回転軸Ｒａ２を中心として回転すると、第２反射面７４は向きを変化させる。このとき、反射部材７３ａの回転が定速であれば、第２反射面７４は、第２回転軸Ｒａ２と直交する第２仮想面Ｖｐ２を中心として、周期的に向きを変動させることになる。
【００３５】
また、図示された例では、第１反射面７２の第１回転軸Ｒａ１と第２反射面７４の第２回転軸Ｒａ２は平行となっている。また、第１反射面７２の第１回転軸Ｒａ１を中心とした回転の向きと、第２反射面７４の第２回転軸Ｒａ２を中心とした回転の向きは、同一の向きとなっている。そして、第１反射面７２の回転周期と第２反射面７４の回転周期は同一となっている。この結果、第１反射面７２と第２反射面７４は、互いに対して平行な状態に維持される。
【００３６】
なお、第１反射面７２の第１回転軸Ｒａ１を中心とした回転の向きは、第１回転軸Ｒａ１に沿って一方の側から他方の側へ第１反射面７２を観察した場合における第１反射面７２の回転の向き（図２における矢印ＡＲ１）であり、第２反射面７４の第２回転軸Ｒａ２を中心とした回転の向きは、第１回転軸Ｒａ１と平行な第２回転軸Ｒａ２に沿って前記一方の側から前記他方の側へ第２反射面７４を観察した場合における第２反射面７４の回転の向き（図２における矢印ＡＲ２）である。
【００３７】
なお、以上に説明した、第１反射面７２及び第２反射面７４の向きを制御する方法は、一例に過ぎず、他の制御方法を採用することも可能である。例えば、第１反射面７２及び第２反射面７４の向きを直接検出して、第１反射面７２及び第２反射面７４の向きを制御するようにしてもよい。
【００３８】
以上のような走査装置７０を用いた場合、第１反射面７２と第２反射面７４が平行に維持されることから、第２反射面７４から進み出る光の進行方向は、第１反射面７２へ入射する光の進行方向と平行になる。一方、光源装置６１の光源６２が固定されており、光源６２から射出される光は、常に一定方向から第１反射デバイス７１へ向かう。すなわち、第１反射面７２へ入射する光源６２からの光の進行方向は、常に一定である。したがって、第２反射デバイス７３の第２反射面７４で反射された光は、常に一定の向きに進む。図示された例では、照射装置６０から光学素子５０へ向けて、常に一定の方向から光が入射している。すなわち、照射装置６０からの光は、平行光束をなす光線の光路を辿るようにして、光学素子５０へ入射することになる。
【００３９】
このように、第１反射デバイス７１の第１反射面７２の向きの変動と、第２反射デバイス７３の第２反射面７４の向きの変動とを、同期させることで、光源６２からの光を精度よくコリメートできるようになる。ただし、照明装置４０や投射型映像表示装置１０の用途によっては、高精度のコリメートが不要な場合もありうる。よって、走査装置７０内に単一の反射デバイスを設けてもよい。
【００４０】
図３は走査装置７０内に単一の反射デバイス７１を設けた投写型映像表示装置１０の概略構成を示す図である。図３の例では、光源６２からのレーザ光は、反射デバイス７１の反射面７２で反射されて直接、光学素子５０に入射されることになる。反射デバイス７１は反射面７２の角度を変動させているため、光学素子５０への入射方向および入射位置は時間的に変化することになる。図３の場合、光学素子５０に入射される光はコリメートされた光ではないが、一般的な照明装置や投射装置への適用は十分に可能である。
【００４１】
図４は第１反射デバイス７１と第２反射デバイス７２の具体的な構造の一例を示す図である。第１反射デバイス７１と第２反射デバイス７２は、同一の構造を有するため、以下では、第１反射デバイス７１の構造を説明する。
【００４２】
図４に示す第１反射デバイス７１は、回転軸を構成する軸部材７１ｂを備えている。この軸部材７１ｂの一端部には駆動装置７１ｃが接続されており、駆動装置７１ｃの回転駆動力により軸部材７１ｂは回転する。
軸部材７１ｂの他端部側の端面は、鏡面７１ｃである。また、この鏡面７１ｃの法線方向は、軸部材７１ｂの軸方向から傾斜しており、傾斜面７１ｄをなしている。この傾斜面７１ｄが第１反射面７２に対応する。
【００４３】
図１や図２では、軸部材７１ｂの外径よりも、第１反射面７２の外径を大きくしているが、図４の例では、軸部材７１ｂの端面を、端面の法線方向が軸部材７１ｂの軸方向から傾斜するように切断して傾斜面７１ｄを形成しており、傾斜面７１ｄは軸部材７１ｂの側面に連なる端面となっている。これにより、反射部材７１ａ、軸部材７１ｂおよび第１反射面７２を一つの部材で一体成形でき、部材コストを削減できるとともに、軸部材７１ｂから第１反射面７２が形成された反射部材７１ａが脱離する等の不具合を防止できる。また、軸部材７１ｂと反射部材７１ａが別体であると、軸部材７１ｂの端面に所望の傾斜角度で反射部材７１ａを接合する処理が必要となり、製造工程が複雑になるが、図４の例では、単に軸部材７１ｂの端部を軸方向から傾斜するように切断すれば第１反射面７２が形成できるため、第１反射面７２を容易に製造できる。
【００４４】
図４（ａ）は軸部材７１ｂの外径と駆動装置７１ｃの軸径とが同じ例を示しているが、軸部材７１ｂの外径と駆動装置７１ｃの軸径とが同じであるとは限らない。図４（ｂ）は、軸部材７１ｂの軸径が駆動装置７１ｃの軸７１ｈの軸径よりも大きい例を示している。図４（ｂ）では、駆動装置７１ｃの軸７１ｈと軸部材７１ｂとの間に軸受け支持体７７を配置している。この軸受け支持体７７は、駆動装置７１ｃの軸に接続されるとともに、軸部材７１ｂに接続されており、駆動装置７１ｃの軸が回転すると、その回転に合わせて、軸受け支持体７７と軸部材７１ｂはともに回転する。
【００４５】
軸部材７１ｂの他端部側の端面を傾斜面７１ｄにして鏡面７１ｃにするには、軸部材７１ｂの端部を研磨して傾斜面７１ｄにするか、あるいは軸部材７１ｂを軸方向に対して斜めに切断して傾斜面７１ｄを形成し、この傾斜面７１ｄを研磨処理により鏡面７１ｃにすることが考えられる。あるいは、研磨または切断により傾斜面７１ｄを形成した後に、この傾斜面７１ｄに銀や銅などの金属を蒸着して鏡面７１ｃにしてもよい。あるいは、この鏡面７１は、傾斜面７１ｄに、蒸着等により形成した誘電多層膜でもよい。
【００４６】
走査装置７０の走査範囲を広げるには、できるだけ第１反射面７２と第２反射面７４の面積を大きくするのが望ましい。図４では、軸部材７１ｂの外径を一定にしており、傾斜面７１ｄの面積を広げるには、軸部材７１ｂの外径も大きくしなければならない。軸部材７１ｂの外径が大きいほど、軸部材７１ｂの重量も増すため、軸部材７１ｂの回転駆動時に駆動装置７１ｃにかかる負荷が大きくなり、駆動装置７１ｃの消費電力も増えてしまう。
【００４７】
そこで、図５の第１変形例に示すように、軸部材７１ｂをその断面積が他端部側ほど大きくなるようなテーパ形状にしてもよい。これにより、軸部材７１ｂの駆動装置７１ｃ側の外径を大きくせずに、傾斜面７１ｄの面積を大きくできる。なお、図５では、軸部材７１ｂをテーパ形状にしているが、図６の第２変形例に示すように、軸部材７１ｂの側面に段差を持たせて、軸部材７１ｂの外径を傾斜面７１ｄに近づくにつれて段階的に大きくしてもよい。ここで、図５（ａ）と図６（ａ）は軸部材７１ｂの駆動装置７１ｃ側の軸径が駆動装置７１ｃの軸７１ｈの軸径と同じ例を示し、図５（ｂ）と図６（ｂ）は軸部材７１ｂの駆動装置７１ｃ側の軸径が駆動装置７１ｃの軸７１ｈの軸径よりも大きいために軸受け支持体７７を設けて軸径の変換を行っている例を示している。
【００４８】
あるいは、図７の第３変形例に示すように、軸部材７１ｂを第１軸部７１ｅと第２軸部７１ｆに分けてもよい。図７の第１軸部７１ｅは、駆動装置７１ｃ側に配置されている。第２軸部７１ｆは、鏡面７１ｃになった傾斜面７１ｄを有し、第２軸部７１ｆの軸径は第１軸部７１ｅの軸径よりも大きくしている。また、第１軸部７１ｅと第２軸部７１ｆとは、連結部７１ｇにより連結されており、駆動装置７１ｃが回転すると、軸受け支持体７７、第１軸部７１ｅ、連結部７１ｇおよび第２軸部７１ｆが一体となって回転する。ここで、図７（ａ）は第１軸部７１ｅの駆動装置７１ｃ側の軸径が駆動装置７１ｃの軸径と同じ例を示し、図７（ｂ）は第１軸部材７１ｅの駆動装置７１ｃ側の軸径が駆動装置７１ｃの軸７１ｈの軸径よりも大きいために軸受け支持体７７を設けて軸径の変換を行っている例を示している。
【００４９】
図４〜図７の第１反射デバイス７１は、駆動装置７１ｃの回転軸に接続される軸受け支持体７７を備えているが、軸部材７１ｂの外径と駆動装置７１ｃの軸径とが同じであれば、軸受け支持体７７を省略してもよい。この場合、駆動装置７１ｃに直接軸部材７１ｂが接続されることになる。
【００５０】
駆動装置７１ｃは、図２に示した制御器７５からの制御信号により、軸部材７１ｃを回転駆動する。制御器７５は、軸部材７１ｃの回転周波数を複数通りに切替可能な制御信号を駆動装置７１ｃに供給してもよい。これにより、制御器７５は、第１反射デバイス７１と第２反射デバイス７３とを同期させて駆動でき、第１反射面７２と第２反射面７４を、互いに平行状態を維持しつつ回転させることができる。
【００５１】
回転軸の回転数や回転周波数を直接検出するセンサを設けて、このセンサでの検出信号に基づいて、駆動装置７１ｃは回転軸の回転周波数を制御するようにしてもよい。センサの具体的な形態は問わないが、例えば、回転数等を光学的に検出する光センサ、磁気的に検出するホールセンサ、機械的に検出するエンコーダなどが適用可能である。
【００５２】
このように、図４〜図７に示す第１反射デバイスおよび第２反射デバイスは、軸部材７１ｂ，７３ｂと一体的に傾斜面７１ｄからなる第１反射面７２および第２反射面７４を形成するため、軸部材７１ｂ，７３ｂとは別個に第１反射面７２および第２反射面７４を設けるよりも、構造を簡略化でき、部材コストの削減が図れるとともに、軸部材７１ｂ，７３ｂと第１反射面７２および第２反射面７４とを容易に製造できる。また、軸部材７１ｂ，７３ｂの材料として、金属などの耐久性に優れた材料を採用すれば、第１反射面７２および第２反射面７４も同じ材料で一体成形できることから、耐久性も大きく向上する。
【００５３】
なお、図４〜図７に示すように、軸部材７１ｂ，７３ｂを、端面の法線方向が軸部材７１ｂ、７３ｂの軸方向から傾斜するように切断して鏡面７１ｃからなる傾斜面７１ｄを形成した場合、軸部材７１ｂ，７３ｂを回転させたときに、回転中心に対して非対称形状となるため、経時変化により、軸部材７１ｂ，７３ｂが偏芯したり、異音や故障の原因になるおそれがある。このため、軸部材７１ｂ，７３ｂの一部を削る肉抜き加工を行って、軸部材７１ｂ，７３ｂの重心位置ができるだけ回転中心に近づくようにしてもよい。
【００５４】
次に、光学素子５０について説明する。光学素子５０は、各領域への入射光を当該領域の位置に応じた特定の方向に向ける光路制御機能を有している。ここで説明する光学素子５０は、各領域への入射光の進行方向を補正して所定の領域ＬＺに向ける。この領域が、被照明領域ＬＺとなる。すなわち、光学素子５０の入射面を平面分割してなる各領域に照射された照射装置６０からの光は、光学素子５０を経由した後に、少なくとも一部分において重なり合う領域を照明するようになる。
【００５５】
図８は光学素子５０の一例を示す図である。図８の光学素子５０は、照射装置６０からの光の入射方向に対応して形成されたレンズアレイ５１を有する。ここで「レンズアレイ」とは、単位レンズとも呼ばれる小さなレンズの集合体であり、屈折または反射によって光の進行方向を偏向させる素子として機能する。図示された例において、光学素子５０は、各単位レンズ５１ａに対応する各領域に入射する光を、それぞれ、少なくとも被照明領域ＬＺの全域に入射するように拡散させる。すなわち、光学素子５０は、各領域に照射装置６０から入射する光を拡散させることによって、同一の被照明領域ＬＺを照明する。
【００５６】
図示された例では、光学素子５０に入射する光は、一定の方向に沿って進む光である。
したがって、図８に示されたレンズアレイ５１は、凸レンズからなる単位レンズ５１ａを敷き詰めてなるフライアイレンズとして構成されている。各単位レンズ５１ａは、互いに同一に形成されている。単位レンズ５１ａは、その光軸が互いに平行となるようにして敷き詰められている。
【００５７】
また、図８に示された光学素子５０は、このようなレンズアレイ５１と、レンズアレイ５１に対向して配置されたコンデンサレンズ５２またはフィールドレンズと、を有している。図８の光学素子５０において、レンズアレイ５１が、光学素子５０の最入光側に配置されており、照射装置６０からの光を受ける。レンズアレイ５１をなす各単位レンズ５１ａは、平行光束をなす光線の光路をたどるようにして入射する光を、焦点に収束させる。そして、コンデンサレンズ５２は、各単位レンズ５１ａによる焦点によって画成される面上に配置され、各凸レンズからの光を、被照明領域ＬＺに向ける。図８のコンデンサレンズ５２によれば、各凸レンズからの光を、同一の被照明領域ＬＺのみに向けることができ、各方向からの照明光を被照明領域ＬＺに重畳させる。
【００５８】
次に、空間光変調器３０について説明する。空間光変調器３０は、被照明領域ＬＺに重ねて配置される。そして、空間光変調器３０は、照明装置４０によって照明され、変調画像を形成する。照明装置４０からの光は、上述したように被照明領域ＬＺの全域のみを照明する。したがって、空間光変調器３０の入射面は、照明装置４０によって光を照射される被照明領域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からの光を、変調画像の形成に高い利用効率で利用することができるからである。
【００５９】
空間光変調器３０は、特に制限されることなく、種々の公知の空間光変調器を利用することができる。例えば、偏光を利用することなく変調画像を形成する空間光変調器、例えばデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）や、偏光を利用して変調画像を形成する透過型の液晶マイクロディスプレイや反射型のＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ（登録商標））を、空間光変調器３０として用いることができる。
【００６０】
図１に示された例のように、空間光変調器３０が、透過型の液晶マイクロディスプレイである場合、照明装置４０によって面状に照明される空間光変調器３０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、空間光変調器３０をなすディスプレイの画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像は、最終的には、投射光学系２５によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン１５へ投射される。これにより、観察者は、スクリーン１５上に投射された当該画像を観察することができる。スクリーン１５は、透過型スクリーンとして構成されていてもよいし、反射型スクリーンとして構成されていてもよい。
【００６１】
次に、以上の構成からなる照明装置４０、投射装置２０および投射型映像表示装置１０の作用について説明する。
【００６２】
まず、照射装置６０は、光学素子５０上を走査するようにして、光学素子５０へコヒーレント光を照射する。具体的には、光源装置６１の光源６２で一定方向に沿って進む特定波長帯域のコヒーレント光が生成され、このコヒーレント光が走査装置７０で進行方向を変えられる。走査デバイス７０は、周期的な動作を行っており、この結果、光学素子５０上でのコヒーレント光の入射位置も、周期的に変化するようになる。
【００６３】
光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子５０での光路調整機能により、被照明領域ＬＺに重畳されるようになる。すなわち、照射装置６０から光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子５０で拡散ないしは拡げられて、被照明領域ＬＺの全域に入射するようになる。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ことができる。
【００６４】
図１に示すように、投射装置２０においては、照明装置４０の被照明領域ＬＺと重なる位置に空間光変調器３０が配置されている。このため、空間光変調器３０は、照明装置４０によって面状に照明され、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、映像を形成するようになる。この映像は、投射光学系２５によってスクリーン１５に投射される。スクリーン１５に投射されたコヒーレント光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。
【００６５】
上述した照明装置４０では、コヒーレント光が、光学素子５０上を走査するようにして、光学素子５０に照射される。また、照射装置６０から光学素子５０の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、同一の被照明領域ＬＺの全域をコヒーレント光で照明するが、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光学素子５０上の領域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。
【００６６】
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コヒーレント光が入射してくるが、その入射方向は、図１に矢印Ａ１で示すように、常に変化し続けることになる。結果として、空間光変調器３０の透過光によって形成された映像の各画素をなす光が、図１に矢印Ａ２で示すように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。
【００６７】
以上のことから、上述してきた照明装置４０を用いることによれば、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り、結果として、人間の目には、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて観察されることになる。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。
【００６８】
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上でのコヒーレント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コヒーレント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、空間光変調器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、本実施の形態によれば、コヒーレント光が光学素子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コヒーレント光が、それぞれ、空間光変調器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、空間光変調器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。
【００６９】
ところで、図１及び図２に示すように、光源６２から射出する光は、或る程度のスポット径を有することになる。このようなスポット径を有した光を、図１１に示すようにレンズ効果を持つ偏向素子９７を用いてコリメートしようとしても、光軸の向きを制御することしかできない。図１１に示された偏向素子９７では、スポット径内の各位置を通過するすべての光の光路を所望の方向に向けることは不可能である。一方、平行に維持される二枚の反射面７２，７４を有した走査装置７０によれば、スポット径の大小に関わらず、第１反射面７２に入射する光の光路と、第２反射面７４で反射した光の光路とを、平行にすることができる。すなわち、光源６２から射出した光のスポット径の大小に関わらず、照射装置６０は、平行光束をなす光線の光路を辿るようにして光を光学素子５０に照射することが可能となる。光学素子５０に入射した光は、光学素子５０によって予定した方向に高精度に光路を調整される。すなわち、ここで説明した走査装置７０及び照明装置４０によれば、被照明領域ＬＺを所望の方向から極めて高精度に照明することができる。
【００７０】
上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００７１】
上述した実施の形態において、光源装置６１は、単一の光源６２を有していた。しかしながら、この例に限られず、図９に示すように、光源装置６１が、複数の光源を含むようにしてもよい。一例として、光源装置６１が、複数のレーザー光源を含むレーザーアレイとして構成されていてもよい。光源装置６１に含まれる複数の光源６６，６７，６８は、互いに異なる波長帯域の光を生成するようにしてもよいし、同一波長帯域の光を生成するようにしてもよい。異なる波長帯域の光源６６，６７，６８を用いた場合、加法混色により、単一の光源では生成することができない色の光によって、被照明領域ＬＺを照明することができる。また、光源６６，６７，６８が、赤色波長帯域の光、緑色波長帯域の光、青色波長帯域の光をそれぞれ生成する場合には、白色光にて被照明領域ＬＺを照明することができる。一方、同一の波長帯域の光源６６，６７，６８を用いた場合、高出力で被照明領域ＬＺを照明することが可能となる。
【００７２】
また、上述した実施の形態において、光学素子５０が、レンズアレイ５１を含んで構成される例を示したが、これに限られない。図１０に示すように、光学素子５０が、ホログラム記録媒体５７を含むようにしてもよい。図１０に示された例において、照射装置６０から照射されてホログラム記録媒体５７上を走査する光は、ホログラム記録媒体５７上の各領域に、当該ホログラム記録媒体５７の回折条件を満たすような入射角度で、入射するようになっている。照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５７で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。図７に示された例では、照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５７で回折されて同一の被照明領域ＬＺを照明するようになっている。例えば、照射装置６０からホログラム記録媒体５７の各領域に入射した光が、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板の像を再生するようにしてもよい。
【００７３】
さらに上述した実施の形態では、照明装置４０によって照明される被照明領域ＬＺに空間光変調器３０が配置されていたが、この例に限られない。例えば、被照明領域ＬＺに均一化光学系の入射面が配置されていてもよい。この場合、均一化光学系に入射した光は、全反射を繰り返しながら均一化光学系内を伝搬して、均一化光学系から出射する。このような均一化光学系の出射面上の各位置での照度は、均一化されることになる。均一化光学系として、例えばインテグレーターロッドを用いることができる。空間光変調器３０は、例えば均一化光学系の出射面に直面して配置することができる。
【００７４】
さらに、上述した実施の形態において、照明装置４０が、投射装置２０及び投射型映像表示装置１０に組み込まれた例を示したが、これに限られず、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどのディスプレイ用途、建築物のライトアップなどの装飾照明用途、車両のヘッドライト、テールライトなどの移動体照明用途、測定機器や医療機器等に使用されるスキャナ用の照明装置等、種々の用途に適用され得る。
【００７５】
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】
【００７６】
１０  投射型表示装置、１５  スクリーン、２０  投射装置、２５  投射光学系、３０  空間光変調器、３５  リレー光学系、３７  均一化光学系、４０  照明装置、５０  光学素子、５１  レンズアレイ、５１ａ 単位レンズ、５２  フィールドレンズ、コンデンサレンズ、５７  ホログラム記録媒体、６０  照射装置、６１  光源装置、６２  光源、６６  第１光源、６７  第２光源、６８  第３光源、７０  走査装置、７１  第１反射デバイス、７１ａ 反射部材、７１ｂ 軸部材、７１ｃ 第１駆動装置、７１ｄ  傾斜面、７１ｅ  第１軸部、７１ｆ  第２軸部、７１ｇ  連結部、７２  第１反射面、７３  第２反射デバイス、７３ａ 反射部材、７３ｂ 軸部材、７３ｃ 第２駆動装置、７４  第２反射面、７５  制御器、９０  照射装置、９１  光源、９２  光源、９５  走査装置、９６  反射デバイス、９７  偏向素子、９９  光学素子
【図１】
2016075857.tif 000003
【図２】
2016075857.tif 000004
【図３】
2016075857.tif 000005
【図４】
2016075857.tif 000006
【図５】
2016075857.tif 000007
【図６】
2016075857.tif 000008
【図７】
2016075857.tif 000009
【図８】
2016075857.tif 000010
【図９】
2016075857.tif 000011
【図１０】
2016075857.tif 000012
【図１１】
2016075857.tif 000013