JP2018060055A - 照明装置および投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズへ入射する光の発散角が大きくなり、照明装置における光の利用効率が低下する事を防ぐ。【解決手段】光ファイバ３２を有した単位光射出部３５を複数含む光供給部３０と、光供給部３０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅を縮小させるアフォーカル光学系４０と、アフォーカル光学系４０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの進行方向を継時的に変更する走査装置５０と、走査装置５０からの光が走査するようにして入射する第１レンズアレイ６０と、第１レンズアレイ６０に対向して配置された第２レンズアレイ７０と、第２レンズアレイ７０に対向して配置された第２レンズアレイ７０からの光の進行方向を変更する偏向素子８０と、を備え、第１レンズアレイ６０に含まれる第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕、アフォーカル光学系４０から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、走査装置５０での走査角度β〔°〕は、α＋β≦θの関係を満たす、照明装置１０。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、複数の光ファイバから射出した光を用いて被照明領域を照明する照明装置に関する。また、本開示の実施形態は、このような照明装置を利用した投射装置に関する。

レーザ光などのコヒーレント光を射出する照明装置では、スペックルの発生という問題が生じる。スペックル（speckle）は、レーザ光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状の模様である。スペックルは、例えばスクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラ（明るさのムラ）として観察され、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。スペックル対策として、特許文献１に開示された照明装置では、照明光の散乱面への入射角が継時的に変化する。このため、コヒーレント光の拡散で生じる散乱面上でのスペックルが重畳されて時間的に平均化されて目立たなくなる。

具体的な構成として、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、走査装置と、第１レンズアレイと、第２レンズアレイと、コンデンサレンズとを、光路に沿ってこの順番で、有している。走査装置は、光源からの光を、第１レンズアレイ上を走査するようにして、第１レンズアレイに一定の方向から照射している。第１レンズアレイに含まれる単位レンズに照射された光は、その後、第２レンズアレイの対応する単位レンズに入射し、次に、コンデンサレンズで被照明領域に集められる。特許文献１に開示された照明装置では、被照明領域に向かう光のコンデンサレンズからの出射位置が継時的に変化する。この結果、被照明領域は、光学素子上の各領域に対応した種々の方向から照明され、これにより、スペックルを目立たなくさせている。

特開２０１２−２３７８１３号公報

ところで、高出力の照明装置は、通常、複数の光源を含んでいる。多くの場合、複数の光源から射出した光は、それぞれ光ファイバで誘導された後、レンズを用いた光学系（均一光学系）で合成される。

しかしながら、光ファイバから射出した光は、発散している。したがって、各光ファイバから射出した光のプロファイルを調整したとしても、調整後の光はエタンデュの保存則に従って発散角を持つ光となる。その結果、調整後の発散光の発散角が大きすぎると、光路のさらに下流の光学系に入射する際に、当該光学系に含まれるレンズの取り込み角以上の方向から入射することも想定される。このような光は当該光学系によって所望のように取り込まれず、有効に利用され得ない。この結果、照明装置における光の利用効率が悪くなってしまう。また、取り込むことのできなかった光が、迷光等になって、被表明領域を照明する際に悪影響をおよぼし得る。

さらに、特許文献１に開示された照明装置のように、スペックルノイズを低減することを目的として光路を継時的に変更する走査装置を用いた照明装置では、特に、第１レンズアレイに入射する光の角度分布が大きくなり、光の利用効率の低下を招いてしまう。

その上、照明装置の小型化を目的として、アフォーカル光学系を用いることもある。アフォーカル光学系で光路幅（スポット径）を縮小すると、エタンデュの保存則によって、レンズへ入射する光の発散角が大きくなり、照明装置における光の利用効率のさらなる低下を招いてしまう。

本開示の実施形態は、以上の点を考慮してなされたものであり、複数の光ファイバからの光を利用する（高出力の）照明装置において、光の利用効率を改善することを目的とする。

本開示の実施形態による照明装置は、
光ファイバと前記光ファイバから射出した光の発散角度を抑制するレンズとを有した単位光射出部を複数含む光供給部と、
前記光供給部からの光の光路幅を縮小させるアフォーカル光学系と、
前記アフォーカル光学系からの光の進行方向を継時的に変更する走査装置と、
前記走査装置からの光が走査するようにして入射する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイに対向して配置された第２レンズアレイと、
前記第２レンズアレイに対向して配置された第２レンズアレイからの光の進行方向を変更する偏向素子と、を備え、
前記第１レンズアレイの或る領域に入射した光、並びに、前記第１レンズアレイの前記或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、前記第１レンズアレイ、前記第２レンズアレイ及び前記偏向素子で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、
前記第１レンズアレイは、複数の第１単位レンズを含み、
前記第２レンズアレイは、前記第１レンズアレイの各第１単位レンズに対応して設けられた複数の第２単位レンズを含み、
前記第１単位レンズの取り込み角θ〔°〕、前記アフォーカル光学系から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、前記走査装置での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす。
α＋β≦θ

本開示の実施形態による照明装置において、各第２単位レンズの主点は、当該第２単位レンズに対応する第１単位レンズの後側焦点上に位置していてもよい。

本開示の実施形態による照明装置において、前記光の発散角度を抑制するレンズは、コリメートレンズであってもよい。

また、本開示の実施形態による投射装置は、
上述した本開示の実施形態による照明装置と、
前記照明装置からの光によって照明される空間光変調器と、を備える。

本開示によれば、複数の光ファイバからの光を利用する照明装置において、光の利用効率を改善することができる。

図１は、本開示の実施形態を説明するための図であって、投射装置および投射型表示装置の一例を説明するための図である。 図２は、図１の投射装置に含まれた走査装置を示す図である。 図３は、図２に示す走査装置から出射する光の進行方向の継時的な変更を説明するための図である。 図４は、図２に示す走査装置の一変形例を示す図である。 図５は、図４に示す走査装置から出射する光の進行方向の継時的な変更を説明するための図である。

以下、図面を参照して本開示の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、適宜縮尺及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。

さらに、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。

図１に示す投射型表示装置１は、スクリーン２と、映像光を投射する投射装置３と、を有している。投射装置３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１０と、被照明領域ＬＺと重なる位置に配置され照明装置１０からの光によって照明される空間光変調器２０と、空間光変調器２０からの光をスクリーン２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１０は、空間光変調器２０を照明するための照明装置として、投射装置３に組み込まれている。そして、この照明装置１０には、被照明領域ＬＺを明るく照明することができ、しかも、光の利用効率を改善するための工夫がなされている。

まず、照明装置１０について説明する。図１に示されているように、照明装置１０は、光を射出する光供給部３０と、光供給部３０から射出した光に作用するアフォーカル光学系４０、走査装置５０、第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０、及び偏向素子８０を有している。このうち、第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０及び偏向素子８０は、入射光を被照明領域に拡散または集光させる光路調整光学系５５をなしている。図１に示された例において、アフォーカル光学系４０、走査装置５０、第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０及び偏向素子８０は、光供給部３０からの光の光路に沿ってこの順で配置され、この順で光に対して作用する。

光供給部３０は、光ファイバ３２と光ファイバ３２から射出した光の発散角度を抑制するレンズ３３とを有した単位光射出部３５を複数含んでいる。図１に示された例において、光ファイバ３２は、レーザ光を発振する複数の光源部から入射した光を誘導する。各光ファイバ３２は、単一のレーザ光源で発振された光を誘導するようにしてもよいし、或いは、複数のレーザ光源で発振された光を誘導するようにしてもよい。また、図１に示された例において、光ファイバ３２から射出した光の発散角度を抑制するレンズ３３は、コリメートレンズである。図１に示す光供給部３０において、複数の単位光射出部３５は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の単位光射出部３５を並べて配置した光源モジュールであってもよい。光供給部３０は、一例として、赤色の発光波長域の光ｌａを射出する第１単位光射出部３５ａと、緑色の発光波長域の光ｌｂを射出する第２単位光射出部３５ｂと、青色の発光波長域の光ｌｃを射出する第３単位光射出部３５ｃと、を有している。この例によれば、複数の単位光射出部３５ａ，３５ｂ，３５ｃが発光した三つの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃを重ね合わせることで、白色の照明光を含む種々の色の照明光を生成することができる。

次に、アフォーカル光学系４０について説明する。アフォーカル光学系４０は、光供給部３０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅を縮小させるものである。とりわけ本実施の形態で用いられるアフォーカル光学系４０は、図１に示すように、入射する複数の光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの全体の光路幅Ｗ１を縮小させて、全体として光路幅Ｗ２の光ｌａ，ｌｂ，ｌｃとして射出する光学系である。図１に示された一具体例において、アフォーカル光学系４０は、光供給部３０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路における上流側に配置された第１レンズ４１と、当該光路における下流側に配置された第２レンズ４２と、を有している。

図１に示すように、第１レンズ４１及び第２レンズ４２は、それぞれの光軸が同一直線上に位置するよう、配置されている。特に図１に示された一具体例において、第１レンズ４１は凸レンズであり、第２レンズ４２は凹レンズであり、第１レンズ４１の後側焦点が第２レンズ４２の前側焦点に一致するように配置されている。このようにして、図示されたアフォーカル光学系４０は、第１レンズ４１に入射する複数の光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの全体の光路幅Ｗ１を光路幅Ｗ２に縮小させ、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃをその光軸ｌａｘ，ｌｂｘ，ｌｃｘが互いに平行な状態で第２レンズ４２から射出することができるようになっている。図１に示す照明装置１０においては、アフォーカル光学系４０によって光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅を縮小することによって、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路のさらに下流に位置する各光学系の寸法を小さくし得るようにしている。

一方で、エタンデュの保存則から、アフォーカル光学系４０における光供給部３０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅の縮小率、すなわち光路幅Ｗ１と光路幅Ｗ２との比、が大きいほど、アフォーカル光学系４０から進み出る光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの発散角度α〔°〕が大きくなってしまうことが知られている。アフォーカル光学系４０から進み出る光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの発散角度α〔°〕が大きいほど、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの第１レンズアレイ６０への入射角が大きくなってしまって、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが第１レンズアレイ６０に所望のように取り込まれない虞がある。したがって、アフォーカル光学系４０における光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅の縮小率は、換言すればアフォーカル光学系４０から進み出る光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの発散角度α〔°〕は、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの第１レンズアレイ６０への入射角及び後述する第１レンズアレイ６０の取り込み角θ〔°〕を考慮して、調整される。

次に、走査装置５０について説明する。走査装置５０は、アフォーカル光学系４０からの光の進行方向を継時的に変更するものである。図１乃至図３に示された具体例において、走査装置５０は、反射面５２を有した反射部材５１と、反射部材５１を支持した軸部材５３と、を有している。図２及び図３に示すように、軸部材５３は、その軸線方向である回転軸Ｒを中心として回転可能となっている。軸部材５３が回転することにより、軸部材５３に支持された反射部材５１も、回転軸Ｒを中心として回転するようになっている。ただし、反射面５２は、回転軸Ｒに対して直交していない。言い換えると、反射面５２の法線方向ｎｄは、回転軸Ｒと非平行であり、回転軸Ｒに対して傾斜している。したがって、反射部材５１が、回転軸Ｒを中心として回転すると、反射面５２は、向きを変化させるようになる。このとき、反射部材５１の回転が定速であれば、反射面５２は、回転軸Ｒと直交する仮想面Ｖｐを中心として、周期的に向きを変動させることになる。ここで、図２及び図３に示す走査装置５０において、一定方向から走査装置５０に入射して反射面５２で反射される光は、反射面５２の回転軸Ｒを中心とした回転に伴って、仮想面Ｖｐの法線方向を中心とした角度β〔°〕の角度範囲内の方向に進むようになる。この角度β〔°〕は、走査装置５０の走査角度に対応する。

もちろん、走査装置５０の構成はこれに限られず、例えば図４及び図５に示すような走査装置も採用可能である。図示された具体例において、走査装置５０ａは、反射面５２ａを有する反射部材５１ａであって、一つの回動軸Ｒａを中心として回動可能な反射部材５１ａを有している。そして、反射部材５１ａが回転軸Ｒａを中心として回転すると、反射面５２ａは、向きを変化させるようになる。図４及び図５に示す走査装置５０ａの場合、反射面５２ａは、回転軸Ｒａに平行な、ある仮想面Ｖｐａを中心として、周期的に向きを変動させるようになっている。図４及び図５に示された例においても、一定方向から走査装置５０ａに入射して反射面５２ａで反射される光は、反射面５２ａの回転軸Ｒａを中心とした回動に伴って、走査装置５０ａの走査角度に対応する角度β〔°〕の角度範囲内の方向に進むようになる。ここで、図４及び図５に示す走査装置５０ａを２つ組み合わせて、２軸走査を行うようにしてもよい。

なお、走査装置５０の走査角度β〔°〕は、上述したアフォーカル光学系４０から進み出る光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの発散角度α〔°〕と共に、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの第１レンズアレイ６０への入射角に影響を与える。したがって、走査装置５０の走査角度β〔°〕は、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの第１レンズアレイ６０への入射角及び後述する第１レンズアレイ６０の取り込み角θ〔°〕を考慮して、調整される。

次に、光路調整光学系５５について説明する。光路調整光学系５５は、第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０及び偏向素子８０を含んでいる。このうちまず、第１レンズアレイ６０及び第２レンズアレイ７０について説明する。

第１レンズアレイ６０は、走査装置５０からの光が走査するようにして入射するものであり、複数の第１単位レンズ６１を含んでいる。より詳細には、第１レンズアレイ６０は、凸レンズからなる第１単位レンズ６１を敷き詰めて形成されている。複数の第１単位レンズ６１は、光軸が互いに平行となるようにして、配置されている。また、複数の第１単位レンズ６１は、その光軸と直交する仮想面上に並べられている。

第２レンズアレイ７０は、第１レンズアレイ６０に対向して配置されており、第１レンズアレイ６０の各第１単位レンズ６１に対応して設けられた複数の第２単位レンズ７１を含んでいる。より詳細には、第２レンズアレイ７０は、第１レンズアレイ６０と同様に構成されており、凸レンズからなる第２単位レンズ７１を敷き詰めて形成されている。

すなわち、同一に構成された二つのレンズアレイを、第１レンズアレイ６０及び第２レンズアレイ７０として用いている。第１レンズアレイ６０及び第２レンズアレイ７０は、各レンズアレイ６０，７０に含まれる単位レンズ６１，７１の光軸が互いに平行となるようにして、配置されている。また、第２レンズアレイ７０に含まれた一つの第２単位レンズ７１は、第１レンズアレイ６０に含まれたいずれかの第１単位レンズ６１に対向して配置されている。より具体的には、単位レンズ６１，７１の光軸に沿った投影において、一つの第１単位レンズ６１と、当該第１単位レンズ６１に対応する一つの単位レンズ７１との外輪郭が重なるようにして、第１レンズアレイ６０及び第２レンズアレイ７０は配置されている。とりわけ、本実施の形態では、各第２単位レンズ７１の主点７２は、当該第２単位レンズ７１に対応する第１単位レンズ６１の後側焦点上に位置している。なお、「主点」とは、レンズの光学的な中心であり、焦点距離を定める中心点である。

次に、偏向素子８０について説明する。偏向素子８０は、第２レンズアレイ７０に対向して配置され、第２レンズアレイ７０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの進行方向を変更するものである。偏向素子８０は、コンデンサレンズ又はフィールドレンズとして機能するレンズから構成されている。そして、第１レンズアレイ６０の第１単位レンズ６１の光軸、第２レンズアレイ７０の第２単位レンズ７１の光軸、及び、偏向素子８０をなすレンズの光軸が平行となるよう、配置されている。

第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０及び偏向素子８０の上述の構成により、第１レンズアレイ６０の或る領域に入射した光、並びに、第１レンズアレイ６０の当該或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０及び偏向素子８０で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進むこととなる。とりわけ、第１レンズアレイ６０の各第１単位レンズ６１の全域に入射した光は、当該第１単位レンズ６１に対応する第２単位レンズ７１及び偏向素子８０で光路を変更されて、被照明領域ＬＺの全域に入射するようになる。すなわち、各第１単位レンズ６１の全域に入射した光が、それぞれ、光路を調整されて被照明領域ＬＺの全域を照明するようになる。

ところで、このような構成からなる照明装置１０において、アフォーカル光学系４０によって、光供給部３０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅Ｗ１が縮小されることにより、照明装置１０を小型化することが可能である。しかしながら、一方で、上述したように、エタンデュの保存則により、アフォーカル光学系４０における光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅の縮小率が大きいほど、すなわち光路幅Ｗ１と光路幅Ｗ２との比が大きいほど、アフォーカル光学系４０から進み出る光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの発散角度α〔°〕が大きくなってしまう。

さらに、走査装置５０が光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路を継時的に変更させるより、第１レンズアレイ６０に入射する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光軸ｌａｘ，ｌｂｘ，ｌｃｘは、第１レンズアレイ６０の第１単位レンズ６１の光軸に対して角度を持つようになる。このことは、発散角度α〔°〕で発散する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの第１単位レンズ６１への入射角度範囲の大きさをα〔°〕よりも大きい入射角度範囲α＋β〔°〕にし得ることを意味する。

ここで、図１に示すように、第１単位レンズ６１は取り込み角θ〔°〕を有する。第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕は、当該第１単位レンズ６１での屈折による光路調整によって、当該第１単位レンズ６１の光軸と平行な方向に向けられるようになる入射光の入射角度範囲の大きさである。したがって、第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕は、当該第１単位レンズ６１の光軸に沿って入射した平行光束を当該第１単位レンズ６１の焦点に向かう収束光束に変換した際における当該収束光束の光路角度範囲の大きさとも言える。また、図１に示された例においては、第１単位レンズ６１の光軸と平行な断面において、第１単位レンズ６１に対応する一つの第２単位レンズ７１の主点７２から一つの第１単位レンズ６１の両端に延びる二つの直線分ＬＳの間に形成される角度の大きさが、当該第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕に一致する。この場合、第１単位レンズ６１に入射する光の入射角度範囲の大きさが第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕を上回ると、当該光は入射した第１単位レンズ６１に対応する第２単位レンズに取り込まれず、有効に利用され得なくなってしまう可能性がある。すなわち、照明装置１０における光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの利用効率が悪くなってしまう。また、当該第２単位レンズに取り込まれなかった光が迷光等になって、被照明領域ＬＺの照明に、悪影響を及ぼし得る。

以上のことを考慮して、本実施の形態による照明装置１０においては、図１に示すように、走査装置５０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの入射角度範囲の大きさが、第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕以下となっている。すなわち、本実施の形態による照明装置１０においては、第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕、アフォーカル光学系４０から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、走査装置５０での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす。
α＋β≦θ

次に、空間光変調器２０について説明する。空間光変調器２０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２０は、照明装置１０からの光によって照明され、変調画像を形成する。照明装置１０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、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２０の入射面は、照明装置１０によって光ｌａ，ｌｂ，ｌｃ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１０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃ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。

空間光変調器２０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２０として用いることができる。

図１に示された例のように、空間光変調器２０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１０によって面状に照明される空間光変調器２０が、画素毎に光を選択して透過させることにより、空間光変調器２０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２へ投射される。これにより、観察者は、スクリーン２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２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。

次に、以上の構成からなる照明装置１０，投射装置３および投射型表示装置１の作用について説明する。

まず、図１に示すように、図示しないレーザ光源で発振された光が、光供給部３０の光ファイバ３２によって誘導されて、光ファイバ３２から射出する。光ファイバ３２から射出した光１ａ，ｌｂ，ｌｃは、発散してコリメートレンズ３３に向かう。このとき、光ファイバ３２から射出した光１ａ，ｌｂ，ｌｃの光軸ｌａｘ，ｌｂｘ，ｌｃｘは、互いに概ね平行である。コリメートレンズ３３に入射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、コリメートレンズ３３によってコリメートされて、平行度の高い光としてコリメートレンズ３３から射出する。

コリメートレンズ３３から射出した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、まず、アフォーカル光学系４０に向かい、第１レンズ４１に入射する。このとき、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの全体の光路幅は、光路幅Ｗ１である。光路幅Ｗ１で第１レンズ４１に入射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、その全体の光路幅を縮小しながら集光して第２レンズ４２に向かう。第２レンズ４２に入射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、その光軸ｌａｘ，ｌｂｘ，ｌｃｘが互いに平行になるようにその進行方向が調整されて、第２レンズ４２から射出する。このとき、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの全体の光路幅は、光路幅Ｗ２である。このようにして、アフォーカル光学系４０に入射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅は、光路幅Ｗ１から光路幅Ｗ２に縮小される。ここで、エタンデュの保存則により、第２レンズ４２から射出する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、アフォーカル光学系４０における光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅の縮小率、すなわち光路幅Ｗ１と光路幅Ｗ２との比、に対応する発散角度α〔°〕を有している。発散角度α〔°〕で第２レンズ４２から射出した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、走査装置５０に向かう。

走査装置５０に入射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、反射面５２における反射によってその進行方向を変えられて、光路調整光学系５５に向かう。反射面５２の向きは、軸部材５３が定速で回転することによって、周期的に変動しており、この結果、走査装置５０から出射する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの進行方向も、角度β〔°〕の角度範囲内で継時的に変更される。すなわち、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、走査装置５０によって、走査角度β〔°〕で走査される。

走査装置５０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、光路調整光学系５５の第１レンズアレイ６０に入射する。走査装置５０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、その進行方向が継時的に変更されていることにより、第１レンズアレイ６０への入射位置及び入射角を周期的に変化させながら、第１レンズアレイ６０を走査するように入射する。このとき、第１レンズアレイ６０の第１単位レンズ６１に入射する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの入射角度範囲の大きさは、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが発散角度α〔°〕を持っており、且つ、光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが走査角度β〔°〕で走査されていることにより、入射角度範囲α＋β〔°〕である。第１単位レンズ６１から出射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、第２レンズアレイ７０に向かう。

ここで、第１単位レンズ６１の取り込み角は角度θ〔°〕である。したがって、取り込み角θ〔°〕以下の方向から第１単位レンズ６１に入射した光は、入射した第１単位レンズ６１に対応する第２単位レンズ７１に向けられるが、取り込み角θ〔°〕を上回る方向から入射した光は、入射した第１単位レンズ６１に対応する第２単位レンズ７１に向けられず、有効に利用され得なくなってしまう可能性がある。この結果、照明装置１０における光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの利用効率が悪くなってしまう。また、取り込むことのできなかった光が、迷光等になって、被表明領域を照明する際に悪影響をおよぼし得る。

しかしながら、本実施の形態による照明装置１０においては、第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕、アフォーカル光学系４０から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、走査装置５０での走査角度β〔°〕がα＋β≦θの関係を満たすように、アフォーカル光学系４０における光の光路幅の縮小率、及び、走査装置５０の走査角度β〔°〕が調整されている。これにより、第１単位レンズ６１を出射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、当該第１単位レンズ６１に対応する第２単位レンズ７１に向かう。

第１単位レンズ６１からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、各第２単位レンズ７１の主点７２が当該第２単位レンズ７１に対応する第１単位レンズ６１の後側焦点上に位置していることにより、対応する第２単位レンズ７１の主点７２に向けて収束しながら、第２単位レンズ７１に入射する。第２単位レンズ７１に入射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、第２単位レンズ７１で拡散ないしは拡げられて、偏向素子８０に入射する。なお、第１及び第２レンズアレイ６０，７０に入射する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの入射位置が継時的に変化することにより、第１及び第２レンズアレイ６０，７０を介して偏向素子８０へ入射する偏向素子８０上での入射位置も周期的に変化する。そして、偏向素子８０の各領域へ入射した光ｌａ，ｌｂ，ｌｃは、偏向素子８０での光路調整機能により、照明領域ＬＺの全域を照明する照明光として被照明領域ＬＺに向けられる。

すなわち、光路調整光学系５５の各領域に入射した光は、それぞれ、光路調整光学系５５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。走査装置５０から光路調整光学系５５の各領域に入射した光は、それぞれ、光路調整光学系５５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、照明装置１０は、被照明領域ＬＺを光で照明することができる。そして、被照明領域ＬＺの各位置へ入射する光の入射方向は、継時的に変化する。すなわち、被照明領域ＬＺは、継時的に入射方向が変化する光によって照明される。

図１に示すように、投射装置３においては、照明装置１０の被照明領域ＬＺと重なる位置に空間光変調器２０が配置されている。このため、空間光変調器２０は、照明装置１０によって面状に照明され、画素毎に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２に投射される。スクリーン２に投射された光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。なお、被照明領域ＬＺは、第１レンズアレイ６０上の各領域に対応した種々の方向から照明され、これにともなって、スクリーン２の各位置には継時的に変化する方向から画像光が入射するようになる。このため、コヒーレント光としての画像光がスクリーン２で拡散することによって生じるスペックルが高速で重畳され、結果として、スペックルを目立たなくさせることができる。

以上のような本開示の実施形態によれば、照明装置１０は、光ファイバ３２と光ファイバ３２から射出した光の発散角度を抑制するレンズ３３、例えばコリメートレンズ、とを有した単位光射出部３５を複数含む光供給部３０と、光供給部３０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅を縮小させるアフォーカル光学系４０と、アフォーカル光学系４０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの進行方向を継時的に変更する走査装置５０と、走査装置５０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが走査するようにして入射する第１レンズアレイ６０と、第１レンズアレイ６０に対向して配置された第２レンズアレイ７０と、第２レンズアレイ７０に対向して配置された第２レンズアレイ７０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの進行方向を変更する偏向素子８０と、を備え、第１レンズアレイ６０の或る領域に入射した光、並びに、第１レンズアレイ６０の或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０及び偏向素子８０で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、第１レンズアレイ６０は、複数の第１単位レンズ６１を含み、第２レンズアレイ７０は、第１レンズアレイ６０の各第１単位レンズ６１に対応して設けられた複数の第２単位レンズ７１を含み、第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕、アフォーカル光学系４０から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、走査装置５０での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす。
α＋β≦θ

このような照明装置１０では、被照明領域を明るく照明するために複数の光ファイバ３２からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃを利用している一方、複数の光ファイバ３２からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅をアフォーカル光学系４０によって縮小することにより、照明装置１０の小型化が図られている。また、複数の光ファイバ３２からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの進行方向を、走査装置５０を用いて継時的に変更することにより、スペックルを目立たなくしている。その一方で、第１レンズアレイ６０には、エタンデュの法則によりアフォーカル光学系４０における光路幅の縮小率に対応する発散角度α〔°〕を有し、且つ、走査装置５０によって走査角度β〔°〕で走査される光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが入射することとなる。ただし、照明装置１０では、アフォーカル光学系４０から進み出る光の発散角度α〔°〕及び走査装置５０での走査角度β〔°〕は、第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕以下、すなわちα＋β≦θ、となるように調整されている。この結果、第１単位レンズ６１に入射する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが対応する第２単位レンズ７１に取り込まれずに有効に利用され得ない、という虞が低減される。すなわち、本開示の実施形態によれば、複数の光ファイバ３２からの光を利用する照明装置１０において、光の利用効率を改善することができる。

また、本開示の実施形態によれば、各第２単位レンズ７１の主点７２は、当該第２単位レンズ７１に対応する第１単位レンズ６１の後側焦点上に位置している。これにより、第１レンズアレイ６０、第２レンズアレイ７０及び偏向素子８０での光路調整をより高精度の行うことができ、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。

また、本開示の実施形態による投射装置３は、上述した本開示の実施形態による照明装置１０と、照明装置１０からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃによって照明される空間光変調器２０と、を備える。このような投射装置３の照明装置１０では、被照明領域を明るく照明するために複数の光ファイバ３２からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃを利用している一方、複数の光ファイバ３２からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの光路幅をアフォーカル光学系４０によって縮小することにより、照明装置１０の小型化が図られている。また、複数の光ファイバ３２からの光ｌａ，ｌｂ，ｌｃの進行方向を、走査装置５０を用いて継時的に変更することにより、スペックルを目立たなくしている。その一方で、第１レンズアレイ６０には、エタンデュの法則によりアフォーカル光学系４０における光路幅の縮小率に対応する発散角度α〔°〕を有し、且つ、走査装置５０によって走査角度β〔°〕で走査される光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが入射することとなる。ただし、照明装置１０では、アフォーカル光学系４０から進み出る光の発散角度α〔°〕及び走査装置５０での走査角度β〔°〕は、第１単位レンズ６１の取り込み角θ〔°〕以下、すなわちα＋β≦θ、となるように調整されている。この結果、第１単位レンズ６１に入射する光ｌａ，ｌｂ，ｌｃが対応する第２単位レンズ７１に取り込まれずに有効に利用され得ない、という虞が低減される。すなわち、本開示の実施形態によれば、複数の光ファイバ３２からの光を利用する照明装置１０を用いた投射装置３において、光の利用効率を改善しながらもスペックルノイズを低減した照明光を得ることができる。

本開示は、上述の実施形態及び変形例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が加えられた各種態様も含みうるものであり、本開示によって奏される効果も上述の事項に限定されない。したがって、本開示の技術的思想及び趣旨を逸脱しない範囲で、特許請求の範囲及び明細書に記載される各要素に対して種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１ 投射型表示装置
２ スクリーン
３ 投射装置
１０ 照明装置
２０ 空間光変調器
２５ 投射光学系
３０ 光供給部
３２ 光ファイバ
３３ コリメートレンズ
３５ 単位光射出部
４０ アフォーカル光学系
５０ 走査装置
６０ 第１レンズアレイ
６１ 第１単位レンズ
７０ 第２レンズアレイ
７１ 第２単位レンズ
８０ 偏向素子

Claims (4)

1. 光ファイバと前記光ファイバから射出した光の発散角度を抑制するレンズとを有した単位光射出部を複数含む光供給部と、
   前記光供給部からの光の光路幅を縮小させるアフォーカル光学系と、
   前記アフォーカル光学系からの光の進行方向を継時的に変更する走査装置と、
   前記走査装置からの光が走査するようにして入射する第１レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイに対向して配置された第２レンズアレイと、
   前記第２レンズアレイに対向して配置された第２レンズアレイからの光の進行方向を変更する偏向素子と、を備え、
   前記第１レンズアレイの或る領域に入射した光、並びに、前記第１レンズアレイの前記或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、前記第１レンズアレイ、前記第２レンズアレイ及び前記偏向素子で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、
   前記第１レンズアレイは、複数の第１単位レンズを含み、
   前記第２レンズアレイは、前記第１レンズアレイの各第１単位レンズに対応して設けられた複数の第２単位レンズを含み、
   前記第１単位レンズの取り込み角θ〔°〕、前記アフォーカル光学系から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、前記走査装置での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす、照明装置。
   α＋β≦θ
2. 各第２単位レンズの主点は、当該第２単位レンズに対応する第１単位レンズの後側焦点上に位置している、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記発散角度を抑制するレンズは、コリメートレンズである、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載された照明装置と、
   前記照明装置からの光によって照明される空間光変調器と、を備える、投射装置。

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