JP2015052761A

JP2015052761A - Illumination device and projection apparatus

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Publication number: JP2015052761A
Application number: JP2013186701A
Authority: JP
Inventors: 重牧夫倉; Makio Kurashige
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: JP6229929B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light utilization efficiency without complicating a configuration of an optical system.SOLUTION: An illumination device 40 comprises: an optical element 50; an irradiation unit 60 that irradiates the optical element with coherent light; and a prescribed area that is illuminated with the coherent light diffused by the optical element. The irradiation unit 60 comprises: a first scanning member that scan in a first direction with the coherent light; a second scanning member that scan in a second direction intersecting the first direction with the coherent light used for scanning by the first member; and a collimator optical system that collimates the coherent light used for scanning by the second scanning member to guide the light to the optical element. The prescribed area has a shape where a length in the first direction differs from a length in the second direction, and a front side focal position of the collimator optical system is arranged at a position closer to a scanning center position of the first or second scanning member that scans in a shorter direction than the scanning center position of the first or second scanning member that scans in a longer direction, based on the lengths in the first and second directions in the prescribed area.

Description

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。 The present invention relates to an illumination device and a projection device that use a plurality of element lenses.

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。 When scanning laser light in a two-dimensional direction, a scanning device such as a galvano scanner (galvano mirror) or a MEMS mirror is used (see Patent Document 1). In order to collect the laser light emitted from the scanning device, it is desirable to collimate the laser light emitted from the scanning device. For this reason, a collimator lens may be arranged behind the optical axis of the scanning device. On the rear side of the optical axis of the collimator lens, for example, a lens array and a field lens are sequentially arranged, and the illuminated area LZ is illuminated with laser light that has passed through the field lens.

特開２００８−２２４７６０号公報JP 2008-224760 A

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。 Since the MEMS mirror itself can scan the laser beam in the two-dimensional direction, the axial position for scanning the laser beam in the two-dimensional direction is not shifted, and the laser beam emitted from the MEMS mirror is collimated, that is, parallel. It can be easily made. On the other hand, the galvano scanner is provided with a galvanometer mirror separately in each of the two-dimensional axes, and the center of scanning, which is the divergence point of each axis, is slightly shifted for each axis. It is difficult to completely collimate with a collimator lens.

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。 For this reason, when, for example, a lens array and a field lens are arranged behind the optical axis of the scanning device, the illumination area condensed by the field lens does not necessarily coincide with the illuminated area LZ, and the laser beams overlap completely. As a result, the brightness of the illuminated area LZ becomes uneven, and uniform illumination cannot be realized.

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。 In addition, when the illuminated area LZ is rectangular, the vertical length and the horizontal length of the illuminated area LZ are generally different from each other. Therefore, the galvanometer mirror that scans the laser light in the vertical direction and the galvanometer mirror that scans in the horizontal direction. If the beam angle distribution of the light after being scanned by isotropic isotropic, there is a risk that the shorter one of the longitudinal length and the lateral length of the illuminated area LZ will illuminate the outside of the illuminated area LZ. Yes, the light utilization efficiency is degraded. This is a common problem when an optical element is arranged behind the optical axis of the scanning device.

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。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an illumination device and a projection device capable of improving the light utilization efficiency without complicating the configuration of the optical system. There is to do.

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。 In order to solve the above problems, in one embodiment of the present invention, an optical element that diffuses incident coherent light; and
An irradiation device for irradiating the optical element with the coherent light so that coherent light scans the optical element;
A predetermined area illuminated by coherent light diffused by the optical element,
The irradiation device includes:
A first scanning member that scans the coherent light in a first direction;
A second scanning member that scans coherent light scanned by the first scanning member in a second direction intersecting the first direction;
A collimator optical system that collimates the coherent light scanned by the second scanning member and guides it to the optical element;
The predetermined region has a shape in which the length in the first direction and the length in the second direction are different from each other;
The front focal position of the collimator optical system may be the first scanning member or the second scanning member that scans in a long direction among the length in the first direction and the length in the second direction in the predetermined region. There is provided an illuminating device that is arranged at a position closer to the scanning center position of the second scanning member or the first scanning member that scans in a direction of a shorter length than the scanning center position of the scanning member.

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。 Further, the ratio of the length in the first direction to the length in the second direction in the predetermined region is the length from the front focal position of the collimator optical system to the scanning center position of the first scanning member, It may be equal to the ratio of the length from the front focal position of the collimator optical system to the scanning center position of the second scanning member.

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。 Further, a condensing optical system that condenses the coherent light diffused by the optical element over the entire predetermined area may be provided.

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。 The optical element is
A plurality of first element lenses arranged close to each other on a plane orthogonal to the optical axis;
A plurality of second element lenses disposed in close proximity on a rear focal plane of the plurality of first element lenses,
The condensing optical system is disposed behind the optical axis of the plurality of second element lenses, has a focal length longer than the plurality of first element lenses and the plurality of second element lenses, and the plurality of second element lenses. The coherent light that has passed through the element lens may be condensed over the entire area within the predetermined area.

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。 The plurality of first element lenses may all have the same shape and the same size,
Each of the plurality of first element lenses may be similar to the predetermined region.

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。 A first lens array having the plurality of first element lenses;
A second lens array having the plurality of second element lenses,
The center position of the first lens array and the center position of the second lens array may be disposed on the same optical axis.

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。 The optical element may be a hologram recording medium.

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。 The predetermined area may be a rectangular area having a long axis extending in the first direction and a short axis extending in the second direction.

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。 Also, the lighting device described above,
An optical modulator disposed in the predetermined region and illuminated by coherent light passing through the predetermined region to generate a modulated image;
You may provide a projection apparatus provided with the projection optical system which projects the said modulation | alteration image on a diffusion surface.

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。 The present invention can improve the light utilization efficiency without complicating the configuration of the optical system.

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。The figure which shows schematic structure of the projection apparatus 20 incorporating the illuminating device 40 which concerns on one Embodiment of this invention. 光学素子５０の具体的な構成の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of an optical element 50. 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。The figure which shows the magnitude | size of the beam spot on the 2nd lens array 52 when the beam spot of the emitted light of the scanning device 65 is isotropic.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection device 20 incorporating an illumination device 40 according to an embodiment of the present invention. The projection apparatus 20 of FIG. 1 includes an optical element 50, an irradiation apparatus 60, a field lens (condensing optical system) 70, a light modulator 30, and a projection optical system 80. The illumination device 40 is configured by the optical element 50 and the irradiation device 60. More specifically, the illuminating device 40 is configured to include an illuminated region LZ that is disposed so as to overlap the irradiating device 60, the optical element 50, the field lens 70, and the light modulator 30.

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。 The irradiation device 60 irradiates the optical element 50 with coherent light and scans the optical element 50. The irradiation device 60 includes a laser light source 61 that emits coherent light, and a scanning device 65 that scans the surface of the optical element 50 with the coherent light emitted from the laser light source 61.

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。 The scanning device 65 varies the reflection angle of the incident coherent light at a constant period so that the reflected coherent light scans on the optical element 50. The scanning device 65 includes two types of scanning members that scan coherent light in different directions. The internal configuration of the scanning device 65 will be described later.

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。 The optical element 50 diffuses incident coherent light, and is composed of, for example, a hologram recording medium or a lens array. First, an example in which the optical element 50 is composed of a lens array will be described below.

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。 In the present embodiment, the coherent light is scanned in the biaxial direction by the scanning device 65, but in this case, it is difficult to completely collimate the coherent light emitted from the irradiation device 60. is there. When coherent light that has not been collimated is incident on the optical element 50, the irradiation range in the illuminated region (predetermined region) LZ is not constant, and illumination blur occurs. Therefore, when the optical element 50 is configured by a lens array, it is desirable to provide two types of lens arrays and to parallelize the optical axis of the coherent light by these lens arrays.

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。 Due to such circumstances, the optical element 50 of the present embodiment includes a first lens array 51 and a second lens array 52, as shown in FIG. The first lens array 51 includes a plurality of first element lenses 51a that are arranged close to each other on a surface orthogonal to the optical axis. The second lens array 52 includes a plurality of second element lenses 52 a that are arranged close to each other on the rear focal plane of the first lens array 51. The field lens 70 is disposed behind the optical axis of the second lens array 52. The center position of the first lens array 51 and the center position of the second lens array 52 are arranged on the same optical axis. Here, the close arrangement is ideally arranged in close contact with adjacent element lenses, but a gap may be provided between adjacent element lenses as long as the optical characteristics are not impaired. The rear focal plane is a focal plane on the outgoing light side of the corresponding lens array. Furthermore, the center position of the first lens array 51 (second lens array 52) refers to a position where the axis in the middle of the optical axis of each of the plurality of element lenses constituting each lens array passes through each lens array.

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。 The field lens 70 has a focal length longer than that of the first lens array 51 and the second lens array 52, and condenses the light that has passed through the second lens array 52 over the entire illuminated area LZ. .

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。 The scanning device 65 in the irradiation device 60 scans coherent light in a two-dimensional direction between the plurality of first element lenses 51 a in the first lens array 51. A collimator optical system 68 is provided in the scanning device 65 as will be described later, and coherent light close to parallel light is incident on the first lens array 51. However, it is not completely parallel light. Therefore, assuming that the field lens 70 is disposed at the rear focal position of the first lens array 51, the coherent light that has passed through each first element lens 51a in the first lens array 51 is on the field lens 70. The light is not necessarily collected at one point. When coherent light from one first element lens 51a is incident on a different location on the field lens 70, the field lens 70 cannot collect the coherent light over the entire illuminated area LZ, and the illuminated area Unevenness occurs in the brightness of LZ.

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。 Therefore, in the present embodiment, the second lens array 52 is disposed at the rear focal position of the first lens array 51, and the field lens is as close as possible to the rear side of the optical axis of the second lens array 52. 70 is arranged.

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。 As shown in FIG. 2, since coherent light that is not parallel light is also incident on the first lens array 51, the coherent light that has passed through the first lens array 51 is transmitted to a plurality of locations in the second lens array 52. It will be condensed. However, the second lens array 52 emits coherent light incident at any position within the same angular range. That is, the second lens array 52 is equivalent to the generation of light in which the principal rays are parallel (telecentric light). Therefore, if the field lens 70 is arranged as close as possible to the rear of the optical axis of the second lens array 52 as shown in FIG. 2, the field lens 70 can be illuminated regardless of the position of the coherent light incident thereon. The light can be condensed over the entire area in the LZ, and the illumination intensity of the illuminated area LZ can be made uniform.

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。 The coherent light diffused by the optical element 50 is illuminated by overlapping the illuminated area LZ via the field lens 70. The light modulator 30 is disposed at the position of the illuminated area LZ, and the light modulator 30 is illuminated by the illumination device 40.

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。 Next, the internal configuration of the scanning device 65 will be described. As shown in FIG. 1, the scanning device 65 includes a first scanning member 66, a second scanning member 67, and a collimator optical system 68. The first scanning member 66 scans coherent light from the laser light source 61 in the first direction. The second scanning member 67 scans the coherent light scanned by the first scanning member 66 in a second direction that intersects the first direction. The scanning center position of the first scanning member 66 is provided at a location different from the scanning center position of the second scanning member 67. Here, the scanning center position is a scanning reference point of the corresponding scanning member, and each scanning member scans in the scanning direction around the scanning reference point.

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。 The first direction and the second direction are, for example, directions orthogonal to each other, and coincide with the directions of the short axis and the long axis of the illuminated region LZ. The illuminated region LZ is, for example, rectangular, and the short axis direction of the rectangle is the first direction, and the long axis direction is the second direction. The minor axis direction of the illuminated region LZ may be the second direction, and the major axis direction may be the first direction. Further, the positional relationship between the first scanning member 66 and the second scanning member 67 in the scanning device 65 may be reversed. Furthermore, the shape of the illuminated region LZ is not necessarily rectangular, and may be, for example, elliptical. However, it is a precondition that the illuminated region LZ has a short-axis component and a long-axis component having different lengths. In the present specification, a shape having a short axis component and a long axis component having different lengths is referred to as an anisotropic shape.

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。 When the first scanning member 66 and the second scanning member 67 having different scanning center positions are provided, usually, the front focal position of the collimator optical system 68 is set to the intermediate position between these two scanning center positions. Thereby, the coherent light emitted from the scanning device 65 is diffused with an isotropic angular distribution in both the first direction and the second direction. The front focal position is a focal position on the incident light side of the collimator optical system 68.

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。 However, when the length in the first direction and the length in the second direction of the illuminated region LZ are different, the shapes of the incident surfaces of the first lens array 51 and the second lens array 52 are also different from the illuminated region LZ. If the beam spot of the light emitted from the scanning device 65 is isotropic, a part of the beam spot of the coherent light that illuminates the illuminated area LZ may protrude from the illuminated area LZ. There is.

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。 FIG. 3 is a diagram showing the size of the beam spot on the second lens array 52 when the beam spot of the emitted light from the scanning device 65 is isotropic. A rectangle a1 in FIG. 3 represents the shape of the incident surface of the second lens array 52, and a hatched area a2 in FIG. 3 represents a beam spot of the emitted light from the first lens array 51.

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。 When the beam spot of the emitted light from the first lens array 51 is sufficiently small, the entire beam spot is within the incident surface of the second lens array 52 as shown in FIG.
On the other hand, when the beam spot of the emitted light from the first lens array 51 becomes large, the beam spot straddles the boundary on the short axis side as shown in FIG. The coherent light applied to the portion outside the boundary is not used for illumination, and the use efficiency of the coherent light is reduced accordingly.

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。 3A and 3B show the front focal position of the collimator optical system 68 in the scanning device 65 as the scanning center position of the first scanning member 67 and the scanning center of the second scanning member 68. The case where it arrange | positions in the middle position with respect to a position is shown. In this case, since the beam spot of the emitted light from the first lens array 51 isotropically expands, a part of the beam spot extends from the minor axis direction of the second lens array 52 as shown in FIG. There is a risk that the light usage efficiency will be reduced.

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。 Thus, in the present embodiment, the front focal position of the collimator optical system 68 is not adjusted to the intermediate position between the scanning center positions of the first and second scanning members 66 and 67, but the first axis that scans the short axis side. The scanning member 66 is made as close as possible to the scanning center position. That is, in the present embodiment, the first scanning member 67 that scans the front focal position of the collimator optical system 68 in the long direction out of the length in the first direction and the length in the second direction in the illuminated area. Alternatively, the second scanning member 68 is arranged at a position closer to the scanning center position of the second scanning member 68 or the first scanning member 67 that scans in a direction shorter in length than the scanning center position of the second scanning member 68.

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。 As a result, the beam spot of the emitted light from the first lens array 51 has an elliptical shape with a shorter minor axis direction and a shorter minor axis direction, as shown in FIG. Within the plane of incidence.

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。 Therefore, according to the scanning device 65 according to the present embodiment, coherent light scanned by the scanning device 65 even if the illuminated region LZ has a rectangular shape in which the length in the first direction and the length in the second direction are different from each other. Can be incident on the optical element 50 without loss.

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。 The reason why the front focal position of the collimator optical system 68 is as close as possible to the scanning center position of the first scanning member 66 that scans the minor axis side is that the major axis side is closer to the second lens array 52 than the minor axis side. Since the allowable amount of the incident angle is large, the purpose is to prevent the short axis side from exceeding the allowable amount by bringing the front focal position of the collimator optical system 68 closer to the short axis side having a small allowable amount.

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。 In the present embodiment, when the front focal position of the collimator optical system 68 is determined, the following equation (1) may be satisfied.

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） Length in the major axis direction (second direction) of the illuminated region LZ: Length in the minor axis direction (first direction) = From the front focal position of the collimator optical system 68 to the scanning center position of the second scanning member 67 Distance: Distance from the front focal position of the collimator optical system 68 to the scanning center position of the first scanning member 66 (1)

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。 In the above description, an example in which two types of lens arrays 51 and 52 are used as the optical element 50 has been described. However, a hologram recording medium may be used instead of the lens array. It is necessary to form interference fringes on the hologram recording medium in advance. Thus, when coherent light is incident on the hologram recording medium, the coherent light diffracted by the interference fringes is emitted as divergent light (diffused light).

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。 Although it is not easy to arrange two hologram recording media side by side to make the chief ray of coherent light parallel, as in a lens array, even if one hologram recording medium is used as the optical element 50, the above-described formula (1) is used. By determining the front focal position of the collimator optical system 68 so as to satisfy the relationship, the beam spot due to the coherent light diffused from the hologram recording medium does not protrude from the illuminated region LZ, and the light utilization efficiency can be improved.

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。 In the case where a hologram recording medium is used as the optical element 50, the field lens 70 is not always essential.

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。 As the light modulator 30 in the present embodiment, for example, a transmissive liquid crystal micro display such as LCOS (Liquid Crystal on Silicon) can be used. In this case, the liquid crystal micro display illuminated in a planar shape by the illumination device 40 selects and transmits coherent light for each pixel, thereby forming a modulated image on the liquid crystal micro display. The modulated image (video light) obtained in this way is scaled as necessary by the projection optical system 80 and projected onto the diffusion screen 15. Since the speckle pattern of the modulated image projected on the diffusing screen 15 changes with time, the speckle is invisible.

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。 Alternatively, a reflective microdisplay can be used as the light modulator 30. In this case, a modulated image is formed by the reflected light from the light modulator 30, the surface on which the coherent light is irradiated from the illumination device 40 to the light modulator 30, and the image light (the modulated image generated by the light modulator 30 ( The exit surface of the (reflected light) is the same surface. When using such reflected light, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element such as DMD (Digital Micromirror Device) can be used as the optical modulator 30. In the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-224760 described above, a DMD is used as the optical modulator 30. In addition, a transmissive liquid crystal panel can be used as the optical modulator 30.

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。 Moreover, it is preferable that the incident surface of the light modulator 30 has the same shape and size as the illuminated region LZ where the illumination device 40 emits coherent light. In this case, it is because the coherent light from the illuminating device 40 can be used with high efficiency for displaying an image on the diffusion screen 15.

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。 The projection optical system 80 that projects the modulated image generated by the light modulator 30 onto the diffusing screen 15 includes, for example, a double-sided projection lens 81, and the modulated image generated by the light modulator 30 is the projection lens 81. And the modulated image is projected onto the diffusing screen 15. The size of the modulated image projected on the diffusion screen 15 can be adjusted by the diameter of the projection lens 81, the distance between the projection lens 81 and the light modulator 30, and the distance between the projection lens 81 and the diffusion screen 15. The diffusing screen 15 in FIG. 1 is a transmission type, and diffuses the projected modulated image light. The diffusing screen 15 may be a reflective type.

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。 The light modulator 30 can generate various modulated images. The light modulator 30 generates a modulated image and illuminates it in the illuminated area LZ, thereby projecting the various modulated images on the diffusion screen. can do.

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。 As the laser light source 61, for example, a plurality of laser light sources 61 that emit laser beams of different wavelength bands may be used. When a plurality of laser light sources 61 are used, the laser light from each laser light source 61 irradiates the same point on the scanning device 65. As a result, the first lens array 51 is illuminated with reproduction illumination light in which the illumination colors of the laser light sources 61 are mixed.

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。 The laser light source 61 may be a monochromatic laser light source 61 or a plurality of laser light sources 61 having different emission colors. For example, a plurality of laser light sources 61 of red, green, and blue may be used. In the case of using a plurality of laser light sources 61, if each laser light source 61 is arranged so that coherent light from each laser light source 61 is irradiated to one point on the scanning device 65, incidence of coherent light from each laser light source 61 is performed. The light is reflected at a reflection angle corresponding to the angle, is incident on the first lens array 51, is diffracted separately from the first lens array 51, and is superimposed on the illuminated region LZ to be a composite color.

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。 For example, when a plurality of laser light sources 61 of red, green, and blue are used, the color becomes white. Alternatively, a separate scanning device 65 may be provided for each laser light source 61.

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。 For example, when illuminating in white, it may be possible to reproduce a color closer to white by separately providing a laser light source 61 that emits light in a color other than red, green, and blue, for example, a laser light source 61 that emits light in yellow. . Therefore, the type of the laser light source 61 provided in the irradiation device 60 is not particularly limited.

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。 When forming a color modulation image, various realization methods can be considered. When the light modulator 30 is composed of LCOS or the like and has a color filter for each pixel, the modulated image generated by the light modulator 30 is colored by making the illuminated area LZ white light. can do.

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。 Alternatively, for example, an optical modulator 30 that generates a red modulated image, an optical modulator 30 that generates a green modulated image, and an optical modulator 30 that generates a blue modulated image are arranged close to each other. The three illuminated areas LZ that illuminate each of the light modulators 30 may be sequentially illuminated with diffused light from the first lens array 51. As a result, the three color modulation images generated by the three light modulators 30 are combined to generate a color modulation image. Instead of such time-division driving, three color modulation images generated simultaneously by the three optical modulators 30 may be combined using a prism or the like to generate a color modulation image.

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。 The projection optical system 80 described above is provided mainly for projecting the modulated image of the light modulator 30 onto the diffusing screen 15. By providing the diffusion screen 15, speckles are overlapped and averaged, and as a result, speckles are not noticeable.

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。 The scanning device 65 changes the traveling direction of the coherent light with time, and directs it in various directions so that the traveling direction of the coherent light is not constant. As a result, the coherent light whose traveling direction is changed by the scanning device 65 scans on the incident surface of the first lens array 51 of the optical element 50.

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。 In this way, the irradiation device 60 illuminates the illuminated area LZ with coherent light. For example, when the laser light source 61 has a plurality of laser light sources 61 that emit light of different colors, the illuminated region LZ is illuminated with each color. Therefore, when these laser light sources 61 emit light at the same time, the illuminated area LZ is illuminated with white in which three colors are mixed.

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。 The irradiation device 60 described above irradiates the optical element 50 with coherent light so that the coherent light scans on the surfaces of the plurality of first element lenses 51 a in the first lens array 51. Further, the coherent light incident on the arbitrary position in the first lens array 51 from the irradiation device 60 illuminates the entire illuminated area LZ, but the illumination directions of the coherent light illuminating the illuminated area LZ are mutually different. Different. Since the position on the first lens array 51 where the coherent light enters changes with time, the incident direction of the coherent light to the illuminated region LZ also changes with time.

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。 As described above, in this embodiment, coherent light continuously scans on the first lens array 51. Along with this, the incident direction of coherent light incident on the illuminated area LZ from the irradiation device 60 via the optical element 50 also changes continuously. Here, if the incident direction of the coherent light from the optical element 50 to the illuminated area LZ changes only slightly (for example, several degrees), the pattern of speckles generated on the illuminated area LZ also changes greatly, and is uncorrelated. A speckle pattern is superimposed.

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。 In the present embodiment, the incident direction of coherent light changes temporally at each position of the illuminated region LZ, and this change is at a speed that cannot be resolved by human eyes. Accordingly, if a screen is arranged in the illuminated area LZ, speckles generated corresponding to each incident angle are overlapped and averaged and observed by the observer, so that the image displayed on the screen Speckle can be made very inconspicuous for an observer who observes the above. In the case of the present embodiment, the light modulator 30 is arranged so as to overlap the position of the illuminated region LZ, and the light modulator 30 projects onto the diffusion screen 15 via the projection optical system 80. Similarly, since speckles generated on the diffusion screen 15 are overlapped and averaged, the speckles generated on the diffusion screen 15 become inconspicuous.

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。 Thus, in the present embodiment, the short axis of the two types of scanning center positions of the scanning member that scans the front focal position of the collimator optical system 68 in accordance with the major axis direction and the minor axis direction of the illuminated region LZ. Since it is made closer to the scanning center position of the scanning member that scans in the direction, the beam spot on the illuminated region LZ does not protrude in the minor axis direction, and the light utilization efficiency can be improved.

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。 The aspect of the present invention is not limited to the individual embodiments described above, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.

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 20 projection device, 30 light modulator, 40 illumination device, 50 optical element, 51 first lens array, 52 second lens array, 60 irradiation device, 61 laser light source, 65 scanning device, 66 first scanning member, 67 second scanning member, 68 collimator optical system, 70 field lens, 80 projection optical system

Claims

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。 An optical element for diffusing incident coherent light;
An irradiation device for irradiating the optical element with the coherent light so that coherent light scans the optical element;
A predetermined area illuminated by coherent light diffused by the optical element,
The irradiation device includes:
A first scanning member that scans the coherent light in a first direction;
A second scanning member that scans coherent light scanned by the first scanning member in a second direction intersecting the first direction;
A collimator optical system that collimates the coherent light scanned by the second scanning member and guides it to the optical element;
The predetermined region has a shape in which the length in the first direction and the length in the second direction are different from each other;
The front focal position of the collimator optical system may be the first scanning member or the second scanning member that scans in a long direction among the length in the first direction and the length in the second direction in the predetermined region. The illumination device arranged at a position near the scanning center position of the second scanning member or the first scanning member that scans in a direction shorter in length than the scanning center position of the scanning member.

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。 The ratio of the length in the first direction to the length in the second direction in the predetermined region is the length from the front focal position of the collimator optical system to the scanning center position of the first scanning member, and the collimator optics. The illumination device according to claim 1, wherein the illumination device has a ratio equal to a ratio from a front focal position of the system to a scanning center position of the second scanning member.

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。 The illumination device according to claim 1, further comprising a condensing optical system that condenses the coherent light diffused by the optical element over the entire predetermined area.

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。 The optical element is
A plurality of first element lenses arranged close to each other on a plane orthogonal to the optical axis;
A plurality of second element lenses disposed in close proximity on a rear focal plane of the plurality of first element lenses,
The condensing optical system is disposed behind the optical axis of the plurality of second element lenses, has a focal length longer than the plurality of first element lenses and the plurality of second element lenses, and the plurality of second element lenses. The illuminating device according to claim 3, wherein the coherent light that has passed through the element lens is condensed on the entire area within the predetermined region.

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。 The plurality of first element lenses are all the same shape and the same size,
5. The illumination device according to claim 4, wherein each of the plurality of first element lenses is similar to the predetermined region.

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。 A first lens array having the plurality of first element lenses;
A second lens array having the plurality of second element lenses,
6. The illumination device according to claim 4, wherein a center position of the first lens array and a center position of the second lens array are arranged on the same optical axis.

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。 The illumination device according to claim 1, wherein the optical element is a hologram recording medium.

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。 The lighting device according to claim 1, wherein the predetermined region is a rectangular region having a major axis extending in the first direction and a minor axis extending in the second direction.

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。 A lighting device according to any one of claims 1 to 8,
An optical modulator disposed in the predetermined region and illuminated by coherent light passing through the predetermined region to generate a modulated image;
A projection optical system that projects the modulated image onto a diffusion surface.