JP6322926B2 - 照明装置、投射装置及び投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに異なる波長域の第１光および第２光を射出する照射装置と、第１光及び第２光の光路を所望の方向に曲げる回折光学素子と、を有した照明装置に関する。また、本発明は、この照明装置を含んだ投射装置及び投射型表示装置に関する。

例えば特許文献１に示すように、複数波長域の光を用いた照明装置が広く用いられている。このような照明装置では、各波長域の光の光路を、回折光学素子を用いて調整している。しかしながら、ホログラム記録媒体に代表される回折光学素子での回折角度は、波長に応じて変化する。したがって、同一方向から回折光学素子に入射した異なる波長域の光は、異なる方向へ回折される。すなわち、各波長域の光によって照明される領域にずれが生じてしまう。結果として、照明装置によって照明される領域の周縁部において色味がついてしまう、さらには、特定の波長域の光によって被照明領域の全域を照明することができなくなることすら生じ得る。

また、特許文献１に示すように、照明装置は、空間光変調器を照明するための装置として用いられることがある。空間光変調器は、各波長域の光によって、その全域を照明される必要がある。このため、空間光変調器は、各波長域の光によって照明される領域の重複領域内に配置されなければならない。したがって、各波長域の光で照明される領域にずれが生じていると、光の利用効率が大幅に低下してしまうことになる。すなわち、空間光変調器を照明する照明装置においては、各波長域の光によって照明される領域にずれが生じてしまう問題が、より重要な問題となる。

さらに、昨今では、特許文献１に開示されているように、コヒーレント光がホログラム記録媒体上を走査するようにして当該ホログラム記録媒体へコヒーレント光を照射することにより、照明光によって照明される領域上でのスペックルの発生を抑制することが研究されている。このような照明装置においては、ホログラム記録媒体上の各位置に入射した光が、それぞれ、少なくとも一部分において重なる領域を照明するようになっている。この装置においては、各波長域の光によって照明される領域にずれが生じてしまう問題が、より顕著に生じてしまう可能性がある。

ＷＯ２０１２−０３３１７９Ａ１

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、第１光によって照明されるべき領域と、第１光とは異なる波長域の第２光によって照明されるべき領域と、のずれを効果的に緩和することができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明による照明装置は、
第１波長域の第１光および前記第１波長域とは異なる第２波長域の第２光を射出する照射装置と、
前記照射装置からの前記第１光及び前記第２光を回折する回折光学素子と、
頂部を形成する一対の主面と、前記頂部に対向して前記一対の主面間を延びる底部と、を有するプリズムであって、前記第１光及び前記第２光が前記一対の主面を通過するように配置されたプリズムと、を備え、
前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第１光及び前記第２光は、前記回折光学素子の法線方向に進み或いは前記プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第１光及び前記第２光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む。

本発明による照明装置において、前記プリズムは、前記照射装置から射出された前記第１光及び前記第２光の光路に沿って、前記回折光学素子よりも上流側に位置していてもよい。

本発明による照明装置において、前記プリズムは、前記照射装置から射出された前記第１光及び前記第２光の光路に沿って、前記回折光学素子よりも下流側に位置していてもよい。

本発明による照明装置において、前記照射装置は、前記第１光の平行光束を射出し且つ前記第２光の平行光束を射出するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記照射装置は、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した一方上を走査するように、前記第１光及び前記第２光を照射してもよい。

本発明による照明装置において、前記第１光及び前記第２光は、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に、一定の方向に沿って入射するようにしてもよい。

本発明による照明装置において、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に入射した前記第１光は、それぞれ、その後に前記回折光学素子で回折されて互いに少なくとも一部分において重なる領域を照明し、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に入射した前記第２光は、それぞれ、その後に前記回折光学素子で回折されて互いに前記一部分において重なる領域を照明するようにしてもよい。

本発明による照明装置が、頂部を画成する一対の主面と、前記頂部に対向して前記一対の主面間を延びる底部と、を有する第２プリズムであって、前記第１光及び前記第２光が前記一対の主面を通過するように配置された第２プリズム、をさらに備え、
前記第２プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向は、前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向と交差し、
前記第２プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第１光及び前記第２光は、前記回折光学素子の法線方向に進み或いは前記第２プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第１光及び前記第２光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進むようにしてもよい。

本発明による投射装置は、
上述した本発明による照明装置のいずれかと、
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を備える。

本発明による投射型表示装置は、
上述した本発明による投射装置のいずれかと、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備える。

本発明によれば、照明装置から投射される第１光の進行方向と、照明装置から投射される第１光とは異なる波長域の第２光の進行方向と、のずれを効果的に緩和することができる。この結果、第１光によって照明されるべき領域と、第２光によって照明されるべき領域と、のずれを効果的に緩和することができる。

図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、照明装置の一例を説明するための図である。 図２は、図１の照明装置の側面図であって、照明装置の作用を説明するための図である。 図３は、照明装置に含まれる回折光学素子の作用を説明するための図である。 図４は、照明装置に含まれるプリズムの作用を説明するための図である。 図５は、図２に対応する図であって、照明装置の一変形例を説明するための図である。 図６は、図１に対応する図であって、照明装置の他の変形例を説明するための図である。 図７は、図６の照明装置の上面図であって、図６の照明装置に含まれた第２プリズムの作用を説明するための図である。 図８は、照明装置のさらに他の変形例を示す図ある。 図９は、図８の照明装置を含む投射装置および投射型表示装置を示す図である。

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、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。

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。

図１乃至図９は本発明の一実施の形態及びその変形例を説明するための図である。このうち図１〜図４は、本発明による照明装置の一実施の形態を説明するための図である。図１は、照明装置の構成を模式的に示す斜視図であり、図２は、照明装置の側面図である。図３及び図４は、それぞれ、照明装置に含まれる回折光学素子およびプリズムを示す側面図である。

図１〜図４に示すように、照明装置１１は、光を射出する照射装置５１と、照射装置５１からの光を回折する回折光学素子２１と、照射装置５１からの光の光路を曲げるプリズム３１と、を有している。この照明装置１１は、図２に示すように、仮想面上に位置する被照明領域ＬＺを照明する装置である。図１及び図２に示すように、照射装置５１は、互いに異なる波長域の第１光Ｌ１１，Ｌ２１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２を少なくとも射出する。回折光学素子２１は、回折作用によって照射装置５１からの光の進行方向を曲げて、照射装置５１からの光を被照明領域ＬＺに向ける。一方、プリズム３１は、波長に基づく回折光学素子２１での回折作用の程度の差を解消すべく、波長毎に光の進行方向を補正する。このプリズム３１での作用により、ここで説明する照明装置１１は、第１光Ｌ１１，Ｌ２１によって照明されるべき領域と、第１光Ｌ１１，Ｌ２１とは異なる波長域の第２光Ｌ１２，Ｌ２２によって照明されるべき領域と、のずれを効果的に緩和するようになっている。このプリズム３１として、いわゆる頂角プリズムを用いることができる。以下、照明装置１１の各構成要素について説明する。

照射装置５１は、上述したように、互いに異なる複数の波長域の光を射出する。図示された例において、照射装置５１は、第１光Ｌ１１，Ｌ２１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２を射出しているが、これに限られない。例えば、赤色光、緑色光、青色光の三種類の波長帯域の光を射出することができるようにしてもよい。照射装置５１は、特定波長域の光を射出する光源、例えばコヒーレント光を射出するレーザ光源を含んで構成される。

回折光学素子２１は、回折作用により、光の進行方向を変化させる光学素子である。回折光学素子２１として、典型的にはホログラム記録媒体を例示することができる。図３には、回折光学素子２１の一例が示されている。図３の回折光学素子２１は、凹凸面２１ａを有した回折格子として形成されており、レリーフ型の透過型ホログラム記録媒体にも該当する。ただし、図３に示された例に限られず、透過型の体積型ホログラムを、回折光学素子２１として用いることもできる。

図３の示すように、回折光学素子２１での回折作用は、次の式（ａ）で表される。
ｄ×sinθ_ｘ＝λ ・・・式（ａ）
式（ａ）中におけるｄは、回折光学素子２１の凹凸面２１ａをなす単位構造の配列ピッチであり、θ_ｘは、回折光学素子２１の法線方向ｎｄに沿って当該回折光学素子２１に入射した光の回折角度であり、λは、回折光学素子２１で回折される光の波長である。回折光学素子２１の回折角度θ_ｘは、回折される光の波長に応じて変化する。すなわち、回折光学素子２１では、長波長の光の方が大きく進路を変更するようになる。そして、第１光の波長を第１波長域λ_１として、第２光の波長を第２波長域λ_２とすると、同一方向から回折光学素子２１に入射した第１波長域λ_１の第１光および第２波長域λ_２の第２光は、次の式（ｂ）で表される角度Δθ_ｘだけずれた方向に回折されることになる。
Δθ_ｘ＝ｓｉｎ^−１（λ_１／ｄ）−ｓｉｎ^−１（λ_２／ｄ） ・・・式（ｂ）

なお、「法線方向」とは、対象となる部材のシート面（板面、フィルム面）への法線方向を意味している。また、対象となる部材のシート面（板面、フィルム面）とは、全体的かつ大局的に見た場合において対象となる部材の平面方向と一致する面のことを指す。

プリズム３１は、頂角３２を画成する一対の主面３３ａ，３３ｂを有している。一対の主面３３ａ，３３ｂにおける一側に頂部３５が形成され、一対の主面３３ａ，３３ｂにおける他側に底部３４が形成されている。一対の主面３３ａ，３３ｂの間において、頂部３５と底部３４とは互いに対向して配置されている。図示された例において、頂角３２によって、頂部３５が形成されている。一対の主面３３ａ，３３ｂが、照射装置５１から投射されて回折光学素子２１を介して被照明領域ＬＺに向かう光の光路を横切るよう、プリズム３１は配置されている。すなわち、照射装置５１から投射された第１光及び第２光は、プリズム３１を通過する。一対の主面３３ａ，３３ｂは、非平行、すなわち交差している。したがって、図４に示すように、第１光及び第２光は、一対の主面３３ａ，３３ｂを通過してプリズム３１を透過する際に、屈折によってその進行方向を曲げる。

プリズム３１の頂角３２が十分に小さい場合、具体的には、頂角３２の角度をθとするとsinθ＝θと近似できる程度に小さい場合には、プリズム３１での屈折による進路変更作用は、次の式（ｃ）で考えればよい。
θ_ｙ＝（ｎ−１）×θ_ａ ・・・式（ｃ）
式（ｃ）中におけるｎは、プリズム３１の屈折率であり、θ_ａは、頂角３２の角度の値（すなわち、一対の主面３３ａ，３３ｂの相対傾斜角度の値）である。一方、θ_ｙは、プリズム３１への入射光とプリズム３１からの出射光との光路がなす角度の値であり、プリズム３１を透過する前後における光路のずれの大きさを表している。ただし、波長に応じて、プリズム３１の屈折率ｎは変化する。一般に、短波長の光に対する屈折率が高くなる。このため、プリズム３１では、短波長の光の方が大きく進路を変更するようになる。そして、第１光の波長を第１波長域λ_１として、第２光の波長を第２波長域λ_２とすると、同一方向からプリズム３１に入射した第１光および第２光は、次の式（ｄ）で表される角度Δθ_ｙだけずれた方向に向けて当該プリズム３１から出射する。
Δθ_ｙ＝（ｎ_λ２−ｎ_λ１）×θ_ａ ・・・式（ｄ）

なお、図示された例において、プリズム３１は、三角柱状に形成されている。したがって、プリズム３１は、実際に頂角３２を有しており、頂角３２が頂部３５をなしている。また、プリズム３１は、一対の主面３３ａ，３３ｂが接続する位置に形成された稜線３２ａを有する。しかしながら、この例に限られず、プリズム３１が、例えば台形柱状に形成されて現実の頂角３２を含まないようにしてもよい。頂角３２を含まないプリズム３１であっても、一対の主面３３ａ，３３ｂの相対傾斜角が調整されていれば、頂角３２を含むプリズム３１と同様の作用効果を発揮することができる。

本実施の形態では、照射装置５１からの光の光路を被照明領域ＬＺに向ける回折光学素子２１において必然的に生じてしまっていた波長分散現象、すなわち、回折された光の進行方向が波長毎に異なるようになる現象を、プリズム３１によって少なくとも緩和するようになっている。具体的には、図２に示すように、プリズム３１での波長分散現象、すなわち、プリズム３１を透過した光の進行方向が波長毎に異なるようになる現象によって、回折光学素子２１で波長分散現象を打ち消している。これにより、照射装置５１から射出された互いに異なる複数の波長域の光を、プリズム３１を透過し且つ回折光学素子２１で回折された後に、概ね同一の方向に進ませるようにしている。とりわけ、上述した式（ｃ）中のΔθ_ｘと式（ｄ）中のΔθ_ｙとが同一となるように回折光学素子２１及びプリズム３１を設計しておくことにより、被照明領域ＬＺに向かう第１光及び第２光の進行方向を平行にすることも可能となる。

なお、図２に示された例において、照射装置５１は、第１光Ｌ２１の平行光束を射出し且つ第２光Ｌ２２の平行光束を射出するようになっている。第１光Ｌ２１の平行光束及び第２光Ｌ２２の平行光束は、互いに平行な方向に進み且つ互いに同一の領域に向かって進む。また、プリズム３１は、照射装置５１から射出された第１光Ｌ２１及び第２光Ｌ２２の光路に沿って、回折光学素子２１よりも上流側に位置している。図２は、プリズム３１の頂部３５と底部３４とを結ぶ方向および回折光学素子２１の法線方向ｎｄの両方に直交する方向から、照明装置１１を示している。回折光学素子２１へ入射する第１光Ｌ２１及び第２光Ｌ２２は、回折光学素子２１の法線方向ｎｄに進み或いはプリズム３１の頂部３５の側（図２における紙面の上側）から底部３４の側（図２における紙面の下側）へ向かうように回折光学素子２１の法線方向ｎｄに対して一方の側へ傾斜した方向に進んでいる。回折光学素子２１で回折された第１光Ｌ２１及び第２光Ｌ２２は、回折光学素子２１の法線方向ｎｄに対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進むようになる。このような回折光学素子２１及びプリズム３１の配置によれば、回折光学素子２１で生じる波長に応じた回折方向のずれを、プリズム３１で生じる波長に応じた透過方向（屈折方向）のずれによって補正することができる。

以上のような本実施の形態によれば、第１光Ｌ１１，Ｌ２１及び第２光Ｌ２１，Ｌ２２の光路上にプリズム３１が設けられている。そして、プリズム３１の頂部３５と底部３４とを結ぶ方向および回折光学素子２１の法線方向ｎｄの両方と直交する方向からの観察において、回折光学素子２１へ入射する第１光Ｌ１１，Ｌ２１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２は、回折光学素子２１の法線方向ｎｄに進み或いはプリズム３１の頂部３５の側から底部３４の側へ向かうように回折光学素子２１の法線方向ｎｄに対して一方の側へ傾斜した方向に進み、回折光学素子２１で回折された第１光Ｌ１１，Ｌ２１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２は、回折光学素子２１の法線方向ｎｄに対して一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む。このような照明装置１１においては、同一の方向から回折光学素子２１に入射した際に生じる、当該回折光学素子２１での第１光Ｌ１１，Ｌ２１の回折方向と第２光Ｌ１２，Ｌ２２の回折方向とのずれを緩和させるよう、プリズム３１は、第１光Ｌ１１，Ｌ２１の進行方向および第２光Ｌ１２，Ｌ２２の進行方向を変化させる。この結果、照明装置１１から投射された照明光としての第１光Ｌ１１，Ｌ２１の進行方向と第２光Ｌ１２，Ｌ２２の進行方向とを効果的に揃えることが可能となる。したがって、照明装置１１から射出する第１光Ｌ１１，Ｌ２１によって照明される領域と、照明装置から射出する第２光Ｌ１２，Ｌ２２によって照明される領域と、を効果的に揃えることが可能となる。これにより、照明装置１１によって照明されるべき被照明領域ＬＺの全域を第１光Ｌ１１，Ｌ２１および第２光Ｌ１２，Ｌ２２によって照明することが可能となる。また、照明装置１１によって照明されるべき被照明領域ＬＺの外縁部に色むらが目立ってしまうことを効果的に防止することができる。

また、本実施の形態では、照射装置５１は、第１光Ｌ１１，Ｌ２１の平行光束を射出し且つ第２光Ｌ１２，Ｌ２２の平行光束を射出する。このような本実施の形態によれば、回折光学素子２１の各位置への第１光Ｌ１１，Ｌ２１の入射方向を揃えることが可能となり且つプリズム３１の各位置への第１光Ｌ１１，Ｌ２１の入射方向を揃えることが可能となる。この結果、照明装置１１から射出する第１光Ｌ１１，Ｌ２１の進行方向をプリズム３１によって均一に補正することができる。同様に、回折光学素子２１の各位置への第２光Ｌ１２，Ｌ２２の入射方向を揃えることが可能となり且つプリズム３１の各位置への第２光Ｌ１２，Ｌ２２の入射方向を揃えることが可能となる。この結果、照明装置１１から射出する第２光Ｌ１２，Ｌ２２の進行方向をプリズム３１によって均一に補正することが可能となる。結果として、照明装置１１から射出する第１光Ｌ１１，Ｌ２１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２の進行方向をより効果的に揃えることができる。

なお、上述した一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。

まず、上述した実施の形態において、プリズム３１は、照射装置５１から射出された第１光Ｌ１１，Ｌ２１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２の光路に沿って、回折光学素子２１よりも上流側に配置されていた。しかしながら、図５に示された照明装置１２にように、プリズム３１は、照射装置５１から射出された第１光Ｌ５１及び第２光Ｌ５２の光路に沿って、回折光学素子２１よりも下流側に配置されていてもよい。図５に示された照明装置１２によっても、上述した一実施の形態と同一の作用効果を得ることができる。

さらに、上述した実施の形態において、照明装置１１が、プリズム３１を一つだけ含んでいる例を示した。そして、上述した実施の形態では、プリズム３１の頂部３５と底部３４とを結ぶ一方向に沿って、回折光学素子２１による波長分散を緩和するようにしていた。しかしながら、図６及び図７に示された照明装置１３のように、プリズム３１に加えて、第２プリズム４１が設けられていてもよい。

図６及び図７に示す例において、第２プリズム４１は、プリズム３１と同様に、頂角４２を画成する一対の主面４３ａ，４３ｂを有している。一対の主面４３ａ，４３ｂにおける一側に頂部４５が形成され、一対の主面４３ａ，４３ｂにおける他側に底部４４が形成されている。一対の主面４３ａ，４３ｂの間において、頂部４５と底部４４とは互いに対向して配置されている。図示された例において、頂角４２によって、頂部４５が形成されている。一対の主面４３ａ，４３ｂが、照射装置５１から投射されて回折光学素子２１を介して被照明領域ＬＺに向かう光の光路を横切るよう、第２プリズム４１は配置されている。一対の主面４３ａ，４３ｂは、非平行である。この結果、図７に示すように、第１光Ｌ７１及び第２光Ｌ７２は、一対の主面４３ａ，４３ｂを通過して第２プリズム４１を透過する際に、屈折によってその進行方向を曲げる。

すなわち、第２プリズム４１は、プリズム３１と同様に、屈折によって光の進行方向を曲げる機能を有している。ただし、第２プリズム４１の頂部４５と底部４４とを結ぶ方向は、プリズム３１の頂部３５と底部３４とを結ぶ方向と非平行である。したがって、プリズム３１と第２プリズム４１とでは、照射装置５１からの光を曲げる方向が異なっている。

図７は、第２プリズム４１の頂部４５と底部４４とを結ぶ方向および回折光学素子２１の法線方向ｎｄの両方と直交する方向から、照明装置１３を示している。すなわち、図７は、図６の照明装置１３の上面図に相当する。回折光学素子２１へ入射する第１光Ｌ７１及び第２光Ｌ７２は、回折光学素子２１の法線方向ｎｄに進み或いは第２プリズム４１の頂部４５の側（図７における紙面の下側）から底部３４の側（図２における紙面の上側）へ向かうように回折光学素子２１の法線方向ｎｄに対して一方の側へ傾斜した方向に進んでいる。回折光学素子２１で回折された第１光Ｌ７１及び第２光Ｌ７２は、回折光学素子２１の法線方ｎｄに対して一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進むようになる。このような照明装置１３によれば、回折光学素子２１で生じる波長に応じた回折方向のずれを、上述したプリズム３１で生じる波長に応じた透過方向（屈折方向）のずれに加えて、第２プリズム４１で生じる波長に応じた透過方向（屈折方向）のずれによっても補正することができる。

すなわち、図６及び図７に示された例によれば、第１プリズム３１の頂部３５と底部３４とを結ぶ方向に沿って、照明装置１３から射出する第１光Ｌ７１によって照明される領域と照明装置１３から射出する第２光Ｌ７２によって照明される領域とを効果的に揃えることが可能となる。加えて、第２プリズム４１の頂部４５と底部４４とを結ぶ方向に沿って、照明装置１３から射出する第１光Ｌ７１によって照明される領域と照明装置１３から射出する第２光Ｌ７２によって照明される領域とを効果的に揃えることが可能となる。言い換えると、第１プリズム３１の頂部３５と底部３４とを結ぶ第１の方向に沿って、第１光Ｌ７１によって照明される領域と第２光Ｌ７２によって照明される領域とを揃えることができるとともに、第２プリズム４１の頂部４５と底部４４とを結ぶ前記第１の方向とは非平行な第２の方向に沿っても、第１光Ｌ７１によって照明される領域と第２光Ｌ７２によって照明される領域とを揃えることができる。これらの結果、第１光Ｌ７１によって照明される領域と、第２光Ｌ７２によって照明される領域と、を極めて効果的に揃えることが可能となる。

なお、図６及び図７に示された例において、第２プリズム４１、プリズム３１及び回折光学素子２１が、照射装置５１から射出された光の光路に沿って、この順番で配置されている。しかしながら、第２プリズム４１、プリズム３１及び回折光学素子２１の配置順は、特に限定されるものではない。また、図６及び図７に示された例において、第２プリズム４１は、三角柱状に形成されている。したがって、頂第２プリズム４１は、実際に頂角４２を有しており、頂角４２が頂部４５をなしている。また、第２プリズム４１は、一対の主面４３ａ，４３ｂが接続する位置に形成された稜線４２ａを有している。しかしながら、この例に限られず、第２プリズム４１は、上述したプリズム３１と同様に、例えば台形柱状に形成されて頂角４２を実際には含まないようにしてもよい。頂角４２を含まない第２プリズム４１であっても、一対の主面４３ａ，４３ｂの相対傾斜角が調整されていれば、頂角４２を含むプリズム４１と同様の作用効果を発揮することができる。

さらに、上述した実施の形態において、照射装置５１が、互いに異なる複数の波長域の光を平行光束として照射する例を示した。しかしながら、図８に示された照明装置１４のように、照射装置５４が、プリズム３１および回折光学素子２１のうちの複数の波長域の光の光路における上流側に位置した一方上を走査するように、光を照射してもよい。なお、図８に示された照明装置１４の照射装置５４は、少なくとも第１光および第２光を含む複数の波長域の光を射出するが、照射装置５４の構成の理解を容易にするため、図８及び図８に関連して後に言及する図９においては、波長毎に光を図示することを省略し、合成光ＳＬとしての光路を示している。

図８に示された例においては、照射装置５４は、プリズム３１に合成光を照射するようになっている。また、図８に示された例の照射装置５４は、特に限定される訳ではないが、一定の方向ｄｓに進む合成光ＳＬをプリズム３１上の各位置に照射するようになっている。言い換えると、照射装置５４は、仮想の平行光束をなす一光線の光路に沿って、プリズム３１の各位置に合成光ＳＬを照射するようになっている。

具体的な構成として、照射装置５４は、合成光を生成する光源６１と、光源６１からの合成光ＳＬの光路を変化させる走査デバイス６４と、を有している。光源６１は、第１波長域の第１光Ｌ８１を生成する第１光源６１ａと、第２波長域の第２光Ｌ８２を生成する第２光源６１ｂと、第１光Ｌ８１と第２光Ｌ８２とを合成する合成デバイスと６１ｃ、を含んでいる。走査デバイス６４は、合成光ＳＬの光路を経時的に変化させる。これにより、合成光ＳＬが、プリズム３１の主面３３ａ上を走査するようにして、当該プリズム３１に入射するようになる。図８に示された例において、照射装置５４の走査デバイス６４は、合成光ＳＬを反射する反射面６６ａであって少なくとも一つの軸線ＲＡを中心として回動可能な反射面６６ａを有した反射デバイス６６と、反射デバイス６６で反射された光の光路を一定の方向ｄｓと平行な方向に偏向させる偏向素子６７と、を有している。

図８に示された例において、反射デバイス６６は、一つの軸線ＲＡ１を中心として回動可能な反射面６６ａとしてのミラーを有したミラーデバイスとして、構成されている。このミラーデバイス６６は、ミラー６６ａの向きを変化させることによって、光源６１からの光の進行方向を変化させるようになっている。この際、図８に示すように、ミラーデバイス６６は、概ね、一定の位置（基準位置）ＳＰにおいて光源６１からの光ＳＬを受けるようになっている。このため、合成光ＳＬは、所定の角度範囲内において周期的に回動するミラーデバイス６６によって進行方向を変えられた後、基準位置ＳＰから発散する発散光束をなす光線の光路に沿って進むようになる。一方、偏向素子６７は、反射デバイス６６の以上の構成に対応して、基準位置ＳＰから発散する発散光束をコリメートして平行光束に変換し得るように、構成されている。具体的には、偏向素子６７は、レンズとして構成され、基準位置ＳＰから発散する発散光束をコリメートし得る位置に配置されている。このため、偏向素子６７で光路を調整された合成光ＳＬは、平行光束の一光線をなす光として、プリズム３１へ入射し得る。

図８に示された例において、プリズム３１へ入射した光は、プリズム３１で進行方向を変化させて、次に、回折光学素子２４に向かう。回折光学素子２４に入射した光は、回折光学素子２４で回折されて被照明領域ＬＺへ向かう。図８に示された照明装置１４におけるプリズム３１及び回折光学素子２４は、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

なお、上述した実施の形態では、回折光学素子２１の各位置に入射した光が、回折光学素子２１での回折作用により、単に進行方向を変化させる例を示した。このような回折光学素子２１が図８の照明装置１４に適用された場合であっても、走査デバイス６４による走査速度が、人間の目の分解不可能な程度にまで高速であれば、被照明領域ＬＺが面状に照明されているように認識され得る。

その一方で、図８に示された照明装置１４のように、回折光学素子２４が、各位置に入射した光を発散光束状に拡散させる拡散素子として、形成されていてもよい。図８に示された例において、プリズム３１および回折光学素子２４のうちの第１光及び第２光の光路における上流側に位置した一方上の各位置に入射した第１光Ｌ８１は、それぞれ、その後に回折光学素子２４で回折されて互いに少なくとも一部分において重なる領域を照明する。同様に、プリズム３１および回折光学素子２４のうちの第１光Ｌ８１及び第２光Ｌ８２の光路における上流側に位置した一方上の各位置に入射した第２光Ｌ８２は、それぞれ、その後に回折光学素子２４で回折されて互いに少なくとも一部分において重なる領域を照明する。この例では、回折光学素子２４の各位置で回折された第１光Ｌ８１によって照明される領域と、回折光学素子２４の各位置で回折された第２光Ｌ８２によって照明される領域とが、少なくとも一部分において重なり合うことにより、当該一部分を複数波長域の光によって照明することが可能となる。すなわち、当該一部分が被照明領域ＬＺとなる。図８に示された例では、照明装置１４が、回折光学素子２４の下流側に配置された光路補正手段１９を、さらに有している。図８に示された例では、光路補正手段１９で光路を補正されることにより、回折光学素子２４の各位置で回折された拡散光が、被照明領域ＬＺの全域に向かうよう、光路を修正される。図８に示された例において、光路補正手段１９は、レンズによって形成されている。

ところで、レーザ光などのコヒーレント光源を用いた照明装置では、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り、被照明領域ＬＺ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。一方、図８に示された照明装置１４では、照明装置１４が、時間的に角度変化する光で、被照明領域ＬＺを照明するようになっている。より具体的には、照明装置１４は、拡散光で被照明領域ＬＺを照明するが、この拡散光の入射角度が経時的に変化していく。この結果、被照明領域ＬＺ上に発生する光の拡散パターンも時間的に変化するようになり、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが時間的に平均化されて目立たなくなる。すなわち、図８に示された照明装置１４によればスペックルにも対応することができる。

さらに、以上に説明してきた照明装置１１，１２，１３，１４は、互いに異なる複数波長域の光を、より正確に、同一の被照明領域ＬＺ上に導くことができる。このような照明装置１１，１２，１３，１４は、空間光変調器７２を照明するための装置として好適に利用され得る。照明装置１１，１２，１３，１４と空間光変調器７２との組み合わせによれば、照明装置１１，１２，１３，１４が、空間光変調器７２上を高精度に照明することができるため、光の利用効率の面において好ましい。

図９には、一例として、図８に示された照明装置１４を用いて投射装置７０及び投射型表示装置８０を形成した例が示されている。図９に示された例において、投射装置７０は、照明装置１４と、照明装置１４によって照明される空間光変調器７２と、空間光変調器７２によって形成された変調画像を投射する投射光学系７４と、を有している。投射型表示装置８０は、投射装置７０と、投射装置７０から変調画像を投射されるスクリーン８２と、を有している。

空間光変調器７２は、照明装置１４によって照明される被照明領域ＬＺ上に配置されている。空間光変調器７２は、被照明領域ＬＺに配置される。そして、空間光変調器７２は、照明装置１４によって照明され、変調画像を形成する。上述したように、照明装置１４からの光は、被照明領域ＬＺの全域のみを高精度に照明する。したがって、空間光変調器７２の入射面は、照明装置１４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１４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。空間光変調器７２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。空間光変調器７２として、例えば、透過型の液晶マイクロディスプレイや、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ素子等の反射型のマイクロディスプレイを用いることができる。

スクリーン８２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。なお、スクリーン８２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。照明装置１４がコヒーレント光を利用している場合には、スクリーン上に投射されたコヒーレント光は拡散によって干渉し、スペックルを生じさせることになる。ただし、図９に示された投射型表示装置８０に含まれた照明装置１４は、時間的に角度変化するコヒーレント光で、空間光変調器７２が重ねられている被照明領域ＬＺを照明する。より具体的には、照明装置１４は、コヒーレント光からなる拡散光で被照明領域ＬＺを照明するが、この拡散光の入射角度が経時的に変化していく。この結果、スクリーン８２上でのコヒーレント光の拡散パターンも時間的に変化するようになり、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが時間的に重畳されて目立たなくすることができる。

なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

１１ 照明装置
１２ 照明装置
１３ 照明装置
１４ 照明装置
１９ 光路補正手段
２１ 回折光学素子
２１ａ 凹凸面
３１ プリズム、第１プリズム
３２ 頂角
３２ａ 稜線
３３ａ 主面
３３ｂ 主面
３４ 底部
３５ 頂部
４１ 第２プリズム
４２ 頂角
４２ａ 稜線
４３ｂ 主面
４３ｃ 主面
４４ 底部
４５ 頂部
５１ 照射装置
５４ 照射装置
６１ 光源
６１ａ 光源
６１ｂ 光源
６１ｃ 合成デバイス
６４ 走査デバイス
６６ ミラーデバイス
６６ａ 反射面
６７ 偏向素子
７０ 投射装置
７２ 空間光変調器
７４ 投射光学系
８０ 投射型表示装置
８２ スクリーン

Claims (8)

1. 第１波長域の第１光および前記第１波長域とは異なる第２波長域の第２光を射出する照射装置と、
   前記照射装置からの前記第１光及び前記第２光を回折する回折光学素子と、
   頂部を形成する一対の主面と、前記頂部に対向して前記一対の主面間を延びる底部と、を有するプリズムであって、前記第１光及び前記第２光が前記一対の主面を通過するように配置されたプリズムと、を備え、
   前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第１光のすべて及び前記第２光のすべては、前記プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第１光及び前記第２光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む、照明装置。
2. 前記照射装置は、前記第１光の平行光束を射出し且つ前記第２光の平行光束を射出する、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記照射装置は、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した一方上を走査するように、前記第１光及び前記第２光を照射する、請求項１に記載の照明装置。
4. 前記第１光及び前記第２光は、前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に、一定の方向に沿って入射する、請求項３に記載された照明装置。
5. 前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に入射した前記第１光は、それぞれ、互いに少なくとも一部分において重なる領域を照明し、
   前記プリズムおよび前記回折光学素子のうちの前記第１光及び前記第２光の光路における上流側に位置した前記一方上の各位置に入射した前記第２光は、それぞれ、互いに前記一部分において重なる領域を照明する、請求項３または４に記載の照明装置。
6. 頂部を画成する一対の主面と、前記頂部に対向して前記一対の主面間を延びる底部と、を有する第２プリズムであって、前記第１光及び前記第２光が前記一対の主面を通過するように配置された第２プリズム、をさらに備え、
   前記第２プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向は、前記プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向と交差し、
   前記第２プリズムの前記頂部と前記底部とを結ぶ方向および前記回折光学素子の法線方向の両方と直交する方向からの観察において、前記回折光学素子へ入射する前記第１光及び前記第２光は、前記回折光学素子の法線方向に進み或いは前記第２プリズムの前記頂部の側から前記底部の側へ向かうように前記回折光学素子の法線方向に対して一方の側へ傾斜した方向に進み、前記回折光学素子で回折された前記第１光及び前記第２光は、前記回折光学素子の法線方向に対して前記一方の側へ回折前よりも大きな角度で傾斜した方向に進む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を備える、投射装置。
8. 請求項７に記載の投射装置と、
   前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備える、投射型表示装置。

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