JP6883224B2 - 照明装置、および表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ光源を含む照明装置、およびそのような照明装置を用いて映像表示を行う表示装置に関する。

近年、オフィスだけでなく、家庭でも、スクリーンに映像を投影するプロジェクタが広く利用されている。プロジェクタは、光源からの光をライトバルブ（光変調素子）で変調することにより画像光を生成し、スクリーンに投射して表示を行うものである。近年では、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などの固体発光素子を用いた、手のひらサイズの小型プロジェクタや、小型プロジェクタ内蔵の携帯電話機などが普及し始めている。

特開２０１３−８３９８８号公報 特開２０１３−２３１９４０号公報

プロジェクタでは一般に、照明装置から出射される照明光における輝度むら（照度むら）を低減し、表示画質を向上することが求められる。

照明光における輝度むらを低減することができるようにした照明装置、および表示装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係る照明装置は、レーザ光源を含む光源部と、周期構造を有し、光源部からの出射光の光路上に配置された光学素子と、光学素子の周期構造の周期方向に対して振動方向が傾斜するように光学素子を振動させる駆動部とを備え、光学素子が、互いに異なる第１の周期方向と第２の周期方向とに周期構造を有し、第１の周期方向と振動方向とのなす角と、第２の周期方向と振動方向とのなす角とが振動方向に対して非対称となっているものである。

本開示の一実施の形態に係る表示装置は、照明装置と、照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子とを含み、照明装置は、レーザ光源を含む光源部と、周期構造を有し、光源部からの出射光の光路上に配置された光学素子と、光学素子の周期構造の周期方向に対して振動方向が傾斜するように光学素子を振動させる駆動部とを備え、光学素子が、互いに異なる第１の周期方向と第２の周期方向とに周期構造を有し、第１の周期方向と振動方向とのなす角と、第２の周期方向と振動方向とのなす角とが振動方向に対して非対称となっているものである。

本開示の一実施の形態に係る照明装置、または表示装置では、光学素子の周期構造の周期方向に対して振動方向が傾斜するように光学素子が振動する。

本開示の一実施の形態に係る照明装置、または表示装置によれば、光学素子の周期構造の周期方向に対して光学素子の振動方向を傾斜させるようにしたので、照明光における輝度むらを低減することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の一構成例を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る照明装置の光学素子の一構成例を模式的に示す構成図である。 光学素子の表面形状の第１の例を示す部分拡大図である。 光学素子の表面形状の第２の例を示す構成図である。 フライアイレンズの周期構造の一例を示す構成図である。 光学素子およびフライアイレンズの一構成例を示す構成図である。 光学素子による疑似光源像の一例を示す説明図である。 比較例に係る光学素子の第１ないし第３の周期方向の一例を示す説明図である。 比較例に係る光学素子による疑似光源像の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る照明装置における光学素子に関する第１ないし第３の周期方向の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る照明装置における光学素子による疑似光源像の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る照明装置におけるフライアイレンズによる疑似光源像の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る照明装置における光学素子およびフライアイレンズに関する第１ないし第５の周期方向の一例を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る表示装置の一構成例を概略的に示す構成図である。 第２の実施の形態に係る照明装置におけるフライアイレンズの周期構造の一例を示す構成図である。 第２の実施の形態に係る照明装置におけるフライアイレンズによる疑似光源像の一例を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る照明装置における光学素子およびフライアイレンズに関する第１ないし第５の周期方向の一例を示す説明図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．比較例（図８〜図９）
１．第１の実施の形態（図１〜図７、図１０〜図１３）
１．１ 表示装置の全体説明
１．２ 光学素子および均一化光学部材の詳細説明（周期方向の説明）
１．３ 効果
２．第２の実施の形態（図１４〜図１７）
２．１ 表示装置の全体説明
２．２ 光学素子および均一化光学部材の詳細説明（周期方向の説明）
２．３ 効果
３．その他の実施の形態

＜０．比較例＞
プロジェクタの画質を決めるものの１つに、画面内の明るさや色などの照度の均一性がある。プロジェクタでは一般に、フライアイレンズ等を含むインテグレータを用いて、照明光の輝度むらの低減（照明光の輝度の均一化）を図っている。しかしながら、インテグレータを用いたとしても、特にレーザを光源に用いた場合、スペックルノイズやフライアイレンズなどの周期構造によって発生する干渉縞により、照明光の輝度むらを低減しきれない（輝度分布が一様にはならない）ことがあり得るため、さらなる改善が求められる。

特許文献１（特開２０１３−８３９８８号公報）では、スペックルノイズを低減するために、フライアイレンズに入射する光の入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方を変化させるような周期構造を有する光学素子を時間的に変位させている。特許文献２（特開２０１３−２３１９４０号公報）では、さらに周期構造によって発生する干渉縞を低減させるために、光学素子の周期構造の延在方向を複数軸持たせる構成を取っている。

上記特許文献に記載の光学素子の周期構造の周期方向は、後述する図８および図９に示すように、例えば水平方向に対して４５°（または１３５°）となっている。また、周期構造を有する光学素子に光が入射することで形成される疑似光源像の周期が、例えば水平方向に対して０°（または９０°）方向に配列され、フライアイレンズの周期（０°または９０°）に一致している。この光学素子を駆動させることでスペックルは低減するが、その振動方向が９０°の場合、９０°方向に発生する干渉縞に対しては平均化の効果が薄まり、照明光の輝度むらになり得る。

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 表示装置の全体説明］
［表示装置の全体構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る表示装置３の一構成例を示している。

表示装置３は、スクリーン３０（被投射面）に対して映像（映像光）を投射するプロジェクタであり、照明装置１と、照明装置１からの照明光を用いて映像表示を行う光学系（表示光学系）とを備えている。

なお、図１において、光軸Ｚ０に平行な軸をＺ軸とする。また、Ｚ軸に直交する断面内における水平軸（横軸）に平行な軸をＸ軸、Ｚ軸に直交する断面内における垂直軸（縦軸）に平行な軸をＹ軸とする。以降の他の図面についても同様であってもよい。

（照明装置１）
照明装置１は、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇ、青色レーザ１１Ｂ、カップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、ダイクロイックプリズム１３１，１３２、光学素子１４、駆動部１５、フライアイレンズ１７およびコンデンサレンズ１８を備えている。

赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、赤色レーザ光、緑色レーザ光または青色レーザ光を発する３種類の光源である。これらのレーザ光源により光源部が構成されている。これら３種類の光源はいずれもレーザ光源となっている。赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、例えば半導体レーザや固体レーザ等からなる。赤色レーザ１１Ｒによる赤色レーザ光の波長λｒは、約６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲、具体的には６４０ｎｍ程度であってもよい。緑色レーザ光の波長λｇは、例えば約５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の範囲、具体的には５２０ｎｍ程度であってもよい。青色レーザ光の波長λｂは、例えば約４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の範囲、具体的には４５０ｎｍ程度であってもよい。

カップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇは、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤色レーザ光および緑色レーザ１１Ｇから出射された緑色レーザ光をそれぞれコリメートして（平行光として）、ダイクロイックプリズム１３１と結合するためのレンズである。同様に、カップリングレンズ１２Ｂは、青色レーザ１１Ｂから出射されたレーザ光をコリメートして（平行光として）、ダイクロイックプリズム１３２と結合するためのレンズである。なお、これらのカップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって、ここでは入射した各レーザ光をコリメートしている（平行光としている）が、この場合には限られず、カップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによってコリメートしなくてもよい（平行光としてなくてもよい）。ただし、上記のようにコリメートしたほうが装置構成の小型化を図ることができるため、より望ましい。

ダイクロイックプリズム１３１は、カップリングレンズ１２Ｒを介して入射した赤色レーザ光を選択的に透過させる一方、カップリングレンズ１２Ｇを介して入射した緑色レーザ光を選択的に反射させるプリズムである。ダイクロイックプリズム１３２は、ダイクロイックプリズム１３１から出射した赤色レーザ光および緑色レーザ光を選択的に透過させる一方、カップリングレンズ１２Ｂを介して入射した青色レーザ光を選択的に反射させるプリズムである。これにより、赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光に対する色合成（光路合成）がなされるようになっている。

なお、ダイクロイックプリズム１３１，１３２に代えてダイクロイックミラーを用いてもよい。

光学素子１４は、光源部からの出射光の光路上に配置されている。光学素子１４は、光源部とフライアイレンズ１７との間の光路上、具体的には、ダイクロイックプリズム１３２とフライアイレンズ１７との間の光路上に配置されている。光学素子１４は、スペックルノイズ（干渉パターン）を低減するための素子であり、図中に示した光軸Ｚ０上を進行するレーザ光がこの光学素子１４を通過するようになっている。光学素子１４は、光入射面１４ｉｎと、光出射面１４ｏｕｔとを有している。

駆動部１５は、光学素子１４とフライアイレンズ１７との間の相対位置を変位させることにより、フライアイレンズ１７の入射面内において、レーザ光の入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方（入射位置、入射角度、または、入射位置および入射角度の双方）を変化させるものである。駆動部１５は、光学素子１４を振動（微小振動）させる。駆動部１５による光学素子１４の振動方向は、例えばＹ軸方向となっている。駆動部１５は、例えば、コイルおよび永久磁石（例えば、ネオジム（Ｎｄ）や鉄（Ｆｅ）、ホウ素（ボロン；Ｂ）等の材料からなる永久磁石）等を含んで構成されている。なお、上記した相対位置の変位と、入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方の変位としてはそれぞれ、例えば周期的な変位（変化）が挙げられるが、この場合には限られず他の変位（変化）手法であってもよい。また、この駆動部１５による駆動手法としては、例えば、所定の周波数（例えば１５Ｈｚ）以上の駆動周波数によって、上記相対位置を往復変位させる手法が挙げられる。

フライアイレンズ１７は、光源部からの出射光の光路上に配置され、光源部からの光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化する均一化光学部材である。

フライアイレンズ１７は、例えば、基板上に複数の単位レンズが２次元配置されたインテグレータであり、複数の単位レンズの配列に応じて入射光束を空間的に分割して出射させる。これにより、フライアイレンズ１７からの出射光が均一化され（面内の強度分布が均一化され）、照明光として出射される。

コンデンサレンズ１８は、フライアイレンズ１７により均一化されて入射した光（照明光）を集光するためのレンズである。

（表示光学系）
前述した表示光学系は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarization Beam Splitter）２２、反射型液晶素子２１および投射レンズ２３（投射光学系）を用いて構成されている。

偏光ビームスプリッタ２２は、特定の偏光（例えばｓ偏光）を選択的に反射させると共に、他方の偏光（例えばｐ偏光）を選択的に透過させる光学部材である。これにより、照明装置１からの照明光（例えばｓ偏光）が選択的に反射されて反射型液晶素子２１へ入射すると共に、この反射型液晶素子２１から出射した映像光（例えばｐ偏光）が選択的に透過し、投射レンズ２３へ入射するようになっている。

偏光ビームスプリッタ２２は、例えば、多層膜がコートされたプリズムを貼り合わせた構成であってもよい。また、偏光ビームスプリッタ２２は、偏光特性を有する素子（ワイヤグリッドや偏光フィルムなど）でもよいし、その素子をサンドしたプリズムに類するビームスプリッタでもよい。

反射型液晶素子２１は、照明装置１からの照明光を、図示しない表示制御部から供給される映像信号に基づいて変調しつつ反射させることにより、映像光を出射する光変調素子である。このとき、反射型液晶素子２１では、入射時と出射時とにおける各偏光（例えば、ｓ偏光またはｐ偏光）が異なるものとなるように、反射がなされる。このような反射型液晶素子２１は、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の液晶素子からなる。

投射レンズ２３は、反射型液晶素子２１により変調された照明光（映像光）を被投射面（スクリーン３０）に対して投射（拡大投射）する投射光学系である。

（表示動作）
表示装置３では、まず照明装置１において、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）が、カップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによってそれぞれコリメートされ、平行光となる。次いで、このようにして平行光とされた各レーザ光（赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光）は、ダイクロイックプリズム１３１，１３２によって色合成（光路合成）がなされる。光路合成がなされた各レーザ光は、光学素子１４を通過したのち、フライアイレンズ１７へ入射する。この入射光は、フライアイレンズ１７によって均一化（面内の強度分布の均一化）がなされて出射したのち、コンデンサレンズ１８によって集光される。このようにして、照明装置１から照明光が出射される。

次いで、この照明光は、偏光ビームスプリッタ２２によって選択的に反射され、反射型液晶素子２１へ入射する。反射型液晶素子２１では、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この反射型液晶素子２１では、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、反射型液晶素子２１から出射した映像光は選択的に偏光ビームスプリッタ２２を透過し、投射レンズ２３へと入射する。そして、この入射光（映像光）は、投射レンズ２３によって、スクリーン３０に対して投射（拡大投射）される。

この際、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、時分割的に順次発光（パルス発光）し、各レーザ光（赤色レーザ光，緑色レーザ光，青色レーザ光）を出射する。そして、反射型液晶素子２１では、各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置３においてなされる。

［１．２ 光学素子および均一化光学部材の詳細説明（周期方向の説明）］
（光学素子１４の構成）
図２は、光学素子１４の一構成例を模式的に示している。図３は、光学素子１４の表面形状の第１の例を示している。図４は、光学素子１４の表面形状の第２の例を示している。図５は、フライアイレンズ１７の周期構造の一例を示している。図６は、光学素子１４およびフライアイレンズ１７の一構成例を示している。

光学素子１４は、光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとの両面、または光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとのいずれか一方の面に、周期構造、例えば周期的な凹凸面を有している。光学素子１４は、互いに異なる第１の周期方向と第２の周期方向とに周期構造を有している。なお、図２は、光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとのいずれか一方の面に周期構造を有する例、図３は、光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとの両面に周期構造を有する例を示す。

図３は、光学素子１４における光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとの両面に周期構造を有する場合の面形状の例を示している、図３に示したように、光入射面１４ｉｎにおける第１の周期方向に周期構造を有し、かつ、光出射面１４ｏｕｔにおける第２の周期方向に周期構造を有していてもよい。

図４は、光学素子１４における光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとのいずれか一方の面に周期構造を有する場合の面形状の例を示している、図４に示したように、光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとのいずれか一方の面における第１の周期方向と第２の周期方向とに周期構造を有していてもよい。

光学素子１４は、入射したレーザ光を収束させつつ出射する第１光学面１４１と、入射したレーザ光を発散させつつ出射する第２光学面１４２とを有している。光学素子１４は、光入射面１４ｉｎおよび光出射面１４ｏｕｔの少なくとも一方の面に、第１光学面１４１と第２光学面１４２とを有している。

光学素子１４は、図６に示したように、第１光学面１４１から出射される収束光の光路と、第２光学面１４２から出射される発散光の光路とが連続的に変化するように、第１光学面１４１と第２光学面１４２とが接続されている。

光学素子１４において、第１光学面１４１のピッチと第２光学面１４２のピッチとが互いに異なっていてもよい。

ここで、図３の表面形状を有する場合を例に光学素子１４の構造を説明する。図３の表面形状の場合、光学素子１４は、凸状曲面からなる第１光学面１４１と凹状曲面からなる第２光学面１４２とを交互に配列（１次元配列）した構造を有している。ここで、図２および図６では、第１光学面１４１のピッチをＰｓ（＋）、第１光学面１４１の曲率半径をＲｓ（＋）、第２光学面１４２のピッチをＰｓ（−）、第２光学面１４２の曲率半径をＲｓ（−）として示している。この例では、第１光学面１４１のピッチＰｓ（＋）と、第２光学面１４２のピッチＰｓ（−）とが、互いに異なっている（ここでは、Ｐｓ（＋）＞Ｐｓ（−）となっている）。

図３の表面形状の場合、光学素子１４では、第１光学面１４１，第２光学面１４２はそれぞれ、同一方向に沿って延在している。

例えば図６に模式的に示したように、第１光学面１４１は、入射したレーザ光を収束させつつ出射する機能を有する一方、第２光学面１４２は、入射したレーザ光を拡散させつつ出射する機能を有している。そして、光学素子１４では、第１光学面１４１から出射される収束光の光路と、第２光学面１４２から出射される発散光の光路とが連続的（疎密的）に変化するように、これらの第１光学面１４１と第２光学面１４２とが滑らかに接続されている。なお、図６中に示したＦｓ（＋）は、第１光学面１４１における焦点距離を表し、Ｆｓ（−）は、第２光学面１４２における焦点距離を表している。また、ＬＰは、第１光学面１４１から出射される収束光の光束幅と第２光学面１４２から出射される発散光の光束幅とが互いに等しくなるとき（いずれもピッチＰｓとなるとき）の平面と、光学素子１４との間の距離を表している。

図３の表面形状の場合、上述したように、光学素子１４における光入射面１４ｉｎと光出射面１４ｏｕｔとの両面に周期構造を有する。この場合、光学素子１４の光入射面１４ｉｎ側での光学面延在軸Ａｓｉｎと光出射面１４ｏｕｔ側での光学面延在軸Ａｓｏｕｔとが互いに異なる。また、それに対応して、光学面延在軸Ａｓｉｎの傾斜角αｉｎと光学面延在軸Ａｓｏｕｔの傾斜角αｏｕｔとが互いに異なっており、２種類の傾斜角が設けられている。

（光学素子１４の周期方向と振動方向との関係）
図７は、光学素子１４による疑似光源像の一例を示している。図８は、比較例に係る光学素子の第１ないし第３の周期方向の一例を示している。図９は、比較例に係る光学素子による疑似光源像の一例を示している。図１０は、光学素子１４に関する第１ないし第３の周期方向の一例を示している。図１１は、光学素子１４による疑似光源像の一例を示している。

光学素子１４は、図１０および図１１に示したように、第１および第２の周期方向と光学素子１４の振動方向とが互いに傾斜するように配置されている。駆動部１５は、第１および第２の周期方向に対して振動方向が傾斜するように光学素子１４を振動させる。

図１０に示したように、第１の周期方向と振動方向とのなす角θａと、第２の周期方向と振動方向とのなす角θｂとが振動方向に対して非対称（θａ≠θｂ）となっている。

光学素子１４は、その出射面より少し離れた場所に、図７に示したように、疑似光源像を形成する。より詳しくは、光学素子１４は、図１０および図１１に示したように、第１および第２の周期方向と、第１および第２の周期方向とは異なる第３の周期方向とに周期的な疑似光源像（第１の疑似光源像）を形成する。ここで、第３の周期方向は、互いに異なる複数の第３の周期方向（１），（２）を含んでいる。駆動部１５は、第１ないし第３の周期方向のいずれに対しても振動方向が傾斜するように光学素子１４を振動させる。

ここで、図８および図９に示す比較例では、光学素子１４の周期構造の第１および第２の周期方向をそれぞれ、水平方向に対して４５°、１３５°とした例を示している。比較例では、第１の周期方向と振動方向とのなす角θａと、第２の周期方向と振動方向とのなす角θｂとが振動方向に対して対称的（θａ＝θｂ）となっている。

比較例では、疑似光源像の第３の周期方向（１），（２）がそれぞれ、水平方向に対して９０°，０°となっている。駆動部１５による光学素子１４の振動方向は、第３の周期方向（１）と一致している。このため、９０°方向に発生する干渉縞に対しては平均化の効果が薄まり、照明光の輝度むらになり得る。

これに対して、本実施の形態では、図１０および図１１に示したように、駆動部１５が、第１ないし第３の周期方向のいずれに対しても振動方向が傾斜するように光学素子１４を振動させるので、比較例に対して照明光の輝度むらを低減し得る。

（フライアイレンズ１７の周期方向と振動方向との関係）
図１２は、フライアイレンズ１７による疑似光源像の一例を示している。図１３は、光学素子１４およびフライアイレンズ１７に関する第１ないし第５の周期方向の一例を示している。

均一化光学部材としてのフライアイレンズ１７は、図５に示したように、第４の周期方向に周期構造を有している。フライアイレンズ１７は、図１２および図１３に示したように、第４の周期方向と第４の周期方向とは異なる第５の周期方向とに周期的な疑似光源像（第２の疑似光源像）を形成する。

ここで、フライアイレンズ１７の周期構造の第４の周期方向は、図５に示したように、互いに異なる複数の第４の周期方向（１），（２）を含む。フライアイレンズ１７による疑似光源像の第５の周期方向は、図１２および図１３に示したように、互いに異なる複数の第５の周期方向（１），（２）を含む。

本実施の形態では、第１ないし第３の周期方向と第４および第５の周期方向とが互いに異なるように、光学素子１４と均一化光学部材（フライアイレンズ１７）とが配置されている。駆動部１５は、第１ないし第３の周期方向と第５の周期方向とのいずれに対しても振動方向が傾斜するように光学素子１４を振動させる。

例えば、第４の周期方向（１）は０°、第４の周期方向（２）は９０°となっている。フライアイレンズ１７に入射した光が作る疑似光源像は、第４の周期方向（１），（２）に周期性を持ちつつ、さらに第５の周期方向（１）＝約３０°、および第５の周期方向（２）＝約１５０°にも周期性を持つ。光学素子１４は、駆動部１５により振動する方向＝９０°が、第４の周期方向（２）を除く、いずれの周期方向とも傾斜するように配置されている。

このように、光学素子１４の振動方向は、第４の周期方向（２）を除く、いずれの周期構造、および疑似光源像が作り出す周期性のいずれとも傾斜させて配置されている。この関係を満たすために、図１３に示したように、第１の周期方向のＸ軸方向に対する角度θ１と、第２の周期方向のＸ軸方向に対する角度θ２は、以下の範囲であることが望ましい。
３０°＜θ１＜９０°
９０°＜θ２＜１５０°

なお、各周期方向が振動方向に対して傾斜していればよく、各周期方向の角度の値は、上記した例に限定されるものではない。図１３に示した各周期方向の組み合わせ以外にも、他の組み合わせを取り得る。

［１．３ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、光学素子１４の周期構造の周期方向に対して光学素子１４の振動方向を傾斜させるようにしたので、照明光における輝度むらを低減することができる。

本開示の技術によれば、レーザ光特有の可干渉性起因で発生するスペックルノイズ、および干渉縞が改善される。光学素子１４の駆動方向自体をアスペクト比の小さい方向へ動かすことで、光学素子１４のサイズを最小化できる。以上のことにより、小型、軽量の電子機器への搭載が可能な、小型かつ高精細なレーザプロジェクタの実現が可能となる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。

＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１の実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

［２．１ 表示装置の全体説明］
［表示装置の全体構成］
図１４は、本開示の第２の実施の形態に係る表示装置３Ａの一構成例を示している。

表示装置３Ａは、スクリーン３０（被投射面）に対して映像（映像光）を投射するプロジェクタであり、照明装置１Ａと、照明装置１Ａからの照明光を用いて映像表示を行う光学系（表示光学系）とを備えている。

（照明装置１Ａ）
照明装置１Ａは、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇ、青色レーザ１１Ｂ、カップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、ダイクロイックプリズム１３１Ａ，１３２Ａ、光学素子１４、駆動部１５、フライアイレンズ１５１，１５２、サブコンデンサレンズ１６１，１６２およびコンデンサレンズ１１７を備えている。

カップリングレンズ１２Ｇは、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑色レーザ光をコリメートして（平行光として）、ダイクロイックプリズム１３１Ａと結合するためのレンズである。同様に、カップリングレンズ１２Ｂは、青色レーザ１１Ｂから出射された青色レーザ光をコリメートして、ダイクロイックプリズム１３１Ａと結合するためのレンズ（結合レンズ）である。また、カップリングレンズ１２Ｒは、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤色レーザ光をコリメートして、ダイクロイックプリズム１３２Ａと結合するためのレンズである。なお、これらのカップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって、ここでは入射した各レーザ光をコリメートしている（平行光としている）が、この場合には限られず、カップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによってコリメートしなくてもよい（平行光としてなくてもよい）。ただし、上記のようにコリメートしたほうが装置構成の小型化を図ることができるため、より望ましいと言える。

ダイクロイックプリズム１３１Ａは、カップリングレンズ１２Ｂを介して入射した青色レーザ光を選択的に透過させる一方、カップリングレンズ１２Ｇを介して入射した緑色レーザ光を選択的に反射させるプリズムである。ダイクロイックプリズム１３２Ａは、ダイクロイックプリズム１３１Ａから出射した青色レーザ光および緑色レーザ光を選択的に透過させる一方、カップリングレンズ１２Ｒを介して入射した赤色レーザ光を選択的に反射させるプリズムである。これにより、赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光に対する色合成（光路合成）がなされるようになっている。

なお、ダイクロイックプリズム１３１Ａ，１３２Ａに代えてダイクロイックミラーを用いてもよい。

光学素子１４は、光源部からの出射光の光路上に配置されている。光学素子１４は、２つのフライアイレンズ１５１，１５２の間（具体的には、一対のサブコンデンサレンズ１６１，１６２の間）の光路上に配置されている。

フライアイレンズ１５１，１５２はそれぞれ、光源部からの出射光の光路上に配置され、光源部からの光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化する均一化光学部材である。フライアイレンズ１５１，１５２はそれぞれ、例えば、基板上に複数の単位レンズが２次元配置されたインテグレータであり、複数の単位レンズの配列に応じて入射光束を空間的に分割して出射させる。フライアイレンズ１５１は、前述した光源部側からみて前段側のフライアイレンズであり、ダイクロイックプリズム１３２Ａと光学素子１４との間の光路上に配置されている。フライアイレンズ１５２は後段側のフライアイレンズであり、光学素子１４とコンデンサレンズ１１７との間の光路上に配置されている。フライアイレンズ１５１，１５２ではそれぞれ、分割された光束が重畳されるように出射される。これにより、フライアイレンズ１５２からの出射光Ｌ２ｏｕｔの均一化（面内の光量分布の均一化）が図られ、照明光として出射されるようになっている。フライアイレンズ１５１，１５２ではそれぞれ、斜入射光も効率良く照明光として利用するために、それらの光入射面側だけでなく光出射面側にも所定の曲率を有する単位レンズが形成されていてもよい。

フライアイレンズ１５１は、光源部側から入射光Ｌ１ｉｎが入射する光入射面Ｓ１ｉｎ側に、複数の単位レンズが配列されてなる入射側アレイＡ１ｉｎを有している。また、それとともに、フライアイレンズ１５１は、出射光が出射される光出射面Ｓ１ｏｕｔ側に、複数の単位レンズが配列されてなる出射側アレイＡ１ｏｕｔを有している。

フライアイレンズ１５２は、フライアイレンズ１５１側から入射光Ｌ２ｉｎが入射する光入射面Ｓ２ｉｎ側に、複数の単位レンズが配列されてなる入射側アレイＡ２ｉｎを有している。また、それとともに、フライアイレンズ１５２は、出射光が出射される光出射面Ｓ２ｏｕｔ側に、複数の単位レンズが配列されてなる出射側アレイＡ２ｏｕｔを有している。

サブコンデンサレンズ１６１，１６２はそれぞれ、２つのフライアイレンズ１５１，１５２の間の光路上に配置されている。具体的には、フライアイレンズ１５１側にサブコンデンサレンズ１６１が配置され、フライアイレンズ１５２側にサブコンデンサレンズ１６２が配置されている。これらのサブコンデンサレンズ１６１，１６２はそれぞれ、正のパワーを有するレンズであり、リレー光学系を構成している。具体的には、サブコンデンサレンズ１６１は、フライアイレンズ１５１からの出射光を集光し、光学素子１４へ入射させるためのレンズである。同様に、サブコンデンサレンズ１６２は、光学素子１４からの出射光を集光し、フライアイレンズ１５２へ入射させるためのレンズである。

コンデンサレンズ１１７は、フライアイレンズ１５２からの出射光Ｌ２ｏｕｔを集光し、照明光として出射させるためのレンズである。

（表示光学系）
前述した表示光学系は、偏光ビームスプリッタ２２、フィールドレンズ２４、反射型液晶素子２１および投射レンズ２３を用いて構成されている。

フィールドレンズ２４は、偏光ビームスプリッタ２２と反射型液晶素子２１との間の光路上に配置されている。このフィールドレンズ２４は、照明光をテレセントリックに反射型液晶素子２１に入射させることによって、光学系のコンパクト化を図るためのレンズである。

（表示動作）
表示装置３Ａでは、まず照明装置１Ａにおいて、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）が、カップリングレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによってそれぞれコリメートされ、平行光となる。次いで、このようにして平行光とされた各レーザ光（赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光）は、ダイクロイックプリズム１３１Ａ，１３２Ａによって色合成（光路合成）がなされる。光路合成がなされた各レーザ光は、フライアイレンズ１５１、サブコンデンサレンズ１６１、光学素子１４、サブコンデンサレンズ１６２、フライアイレンズ１５２およびコンデンサレンズ１１７をこの順に通過し、照明光として出射する。この際、フライアイレンズ１５１，１５２により、フライアイレンズ１５２からの出射光Ｌ２ｏｕｔの均一化（面内の光量分布の均一化）が図られる。このようにして、照明装置１Ａから照明光が出射される。

次いで、この照明光は、偏光ビームスプリッタ２２によって選択的に反射され、フィールドレンズ２４を介して反射型液晶素子２１へ入射する。反射型液晶素子２１では、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この反射型液晶素子２１では、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、反射型液晶素子２１から出射した映像光は選択的に偏光ビームスプリッタ２２を透過し、投射レンズ２３へと入射する。そして、この入射光（映像光）は、投射レンズ２３によって、スクリーン３０に対して投射（拡大投射）される。

この際、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、例えば、所定の発光周波数による間欠的な発光動作を行う。これにより、各レーザ光（赤色レーザ光，緑色レーザ光，青色レーザ光）が、時分割的に順次出射される。そして、反射型液晶素子２１では、各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。このようにして、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置３Ａにおいてなされる。

［２．２ 光学素子および均一化光学部材の詳細説明（周期方向の説明）］
光学素子１４の周期方向と振動方向との関係は、上記第１の実施の形態と略同様であってもよい。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の均一化光学部材（フライアイレンズ１７）に対して、光学素子１４よりも光源部側のフライアイレンズ１５１の周期構造が異なっている。なお、光学素子１４の光出射側のフライアイレンズ１５２については、上記第１の実施の形態の均一化光学部材と略同様であってもよい。

図１５は、フライアイレンズ１５１の周期構造の一例を示している。図１６は、フライアイレンズ１５１による疑似光源像の一例を示している。図１７は、光学素子１４およびフライアイレンズ１５１に関する第１ないし第５の周期方向の一例を示している。

フライアイレンズ１５１は、第４の周期方向に周期構造を有している。フライアイレンズ１５１は、第４の周期方向と第４の周期方向とは異なる第５の周期方向とに周期的な疑似光源像（第２の疑似光源像）を形成する。

図１５に示すように、フライアイレンズ１５１は６角形セルの周期構造を有している。そのため、フライアイレンズ１５１の周期構造の第４の周期方向は、図１５に示したように、互いに異なる複数の第４の周期方向（１），（２），（３）を含む。フライアイレンズ１５１による疑似光源像の第５の周期方向は、図１６および図１７に示したように、互いに異なる複数の第５の周期方向（１），（２），（３）を含む。

駆動部１５は、第１ないし第３の周期方向と、第４の周期方向と、第５の周期方向とのいずれに対しても振動方向が傾斜するように光学素子１４を振動させる。

例えば、フライアイレンズ１５１は、第４の周期方向（１）＝４５°、第４の周期方向（２）＝１０５°、および第４の周期方向（３）＝１６５°の周期構造を有する。フライアイレンズ１５１に入射した光が作る疑似光源像は、第４の周期方向（１），（２），（３）に周期性を持ちつつ、さらに第５の周期方向（１）＝約１５°、第５の周期方向（２）＝約７５°、および第５の周期方向（３）＝１３５°にも周期性を持つ。光学素子１４は、駆動部１５により振動する方向＝９０°が、これら周期方向のいずれとも傾斜するように配置されている。

このように、光学素子１４の振動方向は、いずれの周期構造、および疑似光源像が作り出す周期性のいずれとも傾斜させて配置されている。この関係を満たすために、図１７に示したように、第１の周期方向のＸ軸方向に対する角度θ１と、第２の周期方向のＸ軸方向に対する角度θ２は、以下の範囲であることが望ましい。
４５°＜θ１＜７５°
１３５°＜θ２＜１６５°

角度θ２は、図１３の関係を考慮すると、以下の範囲であることがより望ましい。
１３５°＜θ２＜１５０°

なお、各周期方向が振動方向に対して傾斜していればよく、各周期方向の角度の値は、上記した例に限定されるものではない。図１７に示した各周期方向の組み合わせ以外にも、他の組み合わせを取り得る。

［２．３ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、フライアイレンズ１５１と光学素子１４とにおけるいずれの周期構造、および疑似光源像の周期方向に対しても、光学素子１４の振動方向を傾斜させるようにしたので、照明光における輝度むらをより低減することができる。

その他の構成、動作、ならびに効果は、上記第１の実施の形態に係る表示装置３と略同様であってもよい。

＜３．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
（１）
レーザ光源を含む光源部と、
周期構造を有し、前記光源部からの出射光の光路上に配置された光学素子と、
前記光学素子の前記周期構造の周期方向に対して振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる駆動部と
を備える
照明装置。
（２）
前記光学素子は、互いに異なる第１の周期方向と第２の周期方向とに前記周期構造を有し、前記第１の周期方向と前記振動方向とのなす角と、前記第２の周期方向と前記振動方向とのなす角とが前記振動方向に対して非対称である
上記（１）に記載の照明装置。
（３）
前記光学素子は、光入射面と光出射面とを有し、
前記光入射面における前記第１の周期方向に前記周期構造を有し、
前記光出射面における前記第２の周期方向に前記周期構造を有する
上記（２）に記載の照明装置。
（４）
前記光学素子は、光入射面と光出射面とを有し、
前記光入射面と前記光出射面とのいずれか一方の面に前記第１の周期方向と前記第２の周期方向とに前記周期構造を有する
上記（２）に記載の照明装置。
（５）
前記光学素子は、前記第１および前記第２の周期方向と、前記第１および前記第２の周期方向とは異なる第３の周期方向とに周期的な第１の疑似光源像を形成し、
前記駆動部は、前記第１ないし前記第３の周期方向のいずれに対しても前記振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる
上記（２）ないし（４）のいずれか１つに記載の照明装置。
（６）
第４の周期方向に周期構造を有し、前記光源部からの出射光の光路上に配置され、前記第４の周期方向と前記第４の周期方向とは異なる第５の周期方向とに周期的な第２の疑似光源像を形成し、光の照度分布を均一化する均一化光学部材、
をさらに備え、
前記第１ないし前記第３の周期方向と前記第４および前記第５の周期方向とが互いに異なるように、前記光学素子と前記均一化光学部材とが配置され、
前記駆動部は、前記第１ないし前記第３の周期方向と前記第５の周期方向とのいずれに対しても前記振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる
上記（５）に記載の照明装置。
（７）
前記駆動部は、前記第４の周期方向に対しても前記振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる
上記（６）に記載の照明装置。
（８）
前記光学素子は、
入射したレーザ光を収束させつつ出射する第１の光学面と、
入射したレーザ光を発散させつつ出射する第２の光学面と
を有する
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の照明装置。
（９）
前記第１の光学面から出射される収束光の光路と、前記第２の光学面から出射される発散光の光路とが連続的に変化するように、前記第１の光学面と前記第２の光学面とが接続されている
上記（８）に記載の照明装置。
（１０）
前記第１の光学面は凸状の曲面であり、
前記第２の光学面は凹状の曲面である
上記（８）または（９）に記載の照明装置。
（１１）
前記光学素子は、光入射面と光出射面とを有し、
前記光入射面および前記光出射面の少なくとも一方の面に前記第１の光学面と前記第２の光学面とを有する
上記（８）ないし（１０）のいずれか１つに記載の照明装置。
（１２）
前記第１の光学面のピッチと前記第２の光学面のピッチとが、互いに異なる
上記（８）ないし（１１）のいずれか１つに記載の照明装置。
（１３）
照明装置と、
前記照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
を含み、
前記照明装置は、
レーザ光源を含む光源部と、
周期構造を有し、前記光源部からの出射光の光路上に配置された光学素子と、
前記光学素子の前記周期構造の周期方向に対して振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる駆動部と
を備える
表示装置。
（１４）
前記光変調素子により変調された前記照明光を被投射面に投射する投射光学系
をさらに含む
上記（１３）に記載の表示装置。

本出願は、日本国特許庁において２０１６年７月２２日に出願された日本特許出願番号第２０１６−１４４０９９号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (13)

1. レーザ光源を含む光源部と、
   周期構造を有し、前記光源部からの出射光の光路上に配置された光学素子と、
   前記光学素子の前記周期構造の周期方向に対して振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる駆動部と
   を備え、
   前記光学素子は、互いに異なる第１の周期方向と第２の周期方向とに前記周期構造を有し、前記第１の周期方向と前記振動方向とのなす角と、前記第２の周期方向と前記振動方向とのなす角とが前記振動方向に対して非対称である
   照明装置。
2. 前記光学素子は、光入射面と光出射面とを有し、
   前記光入射面における前記第１の周期方向に前記周期構造を有し、
   前記光出射面における前記第２の周期方向に前記周期構造を有する
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学素子は、光入射面と光出射面とを有し、
   前記光入射面と前記光出射面とのいずれか一方の面に前記第１の周期方向と前記第２の周期方向とに前記周期構造を有する
   請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光学素子は、前記第１および前記第２の周期方向と、前記第１および前記第２の周期方向とは異なる第３の周期方向とに周期的な第１の疑似光源像を形成し、
   前記駆動部は、前記第１ないし前記第３の周期方向のいずれに対しても前記振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる
   請求項１ないし３のいずれか１つに記載の照明装置。
5. 第４の周期方向に周期構造を有し、前記光源部からの出射光の光路上に配置され、前記第４の周期方向と前記第４の周期方向とは異なる第５の周期方向とに周期的な第２の疑似光源像を形成し、光の照度分布を均一化する均一化光学部材、
   をさらに備え、
   前記第１ないし前記第３の周期方向と前記第４および前記第５の周期方向とが互いに異なるように、前記光学素子と前記均一化光学部材とが配置され、
   前記駆動部は、前記第１ないし前記第３の周期方向と前記第５の周期方向とのいずれに対しても前記振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる
   請求項４に記載の照明装置。
6. 前記駆動部は、前記第４の周期方向に対しても前記振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる
   請求項５に記載の照明装置。
7. 前記光学素子は、
   入射したレーザ光を収束させつつ出射する第１の光学面と、
   入射したレーザ光を発散させつつ出射する第２の光学面と
   を有する
   請求項１ないし６のいずれか１つに記載の照明装置。
8. 前記第１の光学面から出射される収束光の光路と、前記第２の光学面から出射される発散光の光路とが連続的に変化するように、前記第１の光学面と前記第２の光学面とが接続されている
   請求項７に記載の照明装置。
9. 前記第１の光学面は凸状の曲面であり、
   前記第２の光学面は凹状の曲面である
   請求項７または８に記載の照明装置。
10. 前記光学素子は、光入射面と光出射面とを有し、
    前記光入射面および前記光出射面の少なくとも一方の面に前記第１の光学面と前記第２の光学面とを有する
    請求項７ないし９のいずれか１つに記載の照明装置。
11. 前記第１の光学面のピッチと前記第２の光学面のピッチとが、互いに異なる
    請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の照明装置。
12. 照明装置と、
    前記照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
    を含み、
    前記照明装置は、
    レーザ光源を含む光源部と、
    周期構造を有し、前記光源部からの出射光の光路上に配置された光学素子と、
    前記光学素子の前記周期構造の周期方向に対して振動方向が傾斜するように前記光学素子を振動させる駆動部と
    を備え、
    前記光学素子は、互いに異なる第１の周期方向と第２の周期方向とに前記周期構造を有し、前記第１の周期方向と前記振動方向とのなす角と、前記第２の周期方向と前記振動方向とのなす角とが前記振動方向に対して非対称である
    表示装置。
13. 前記光変調素子により変調された前記照明光を被投射面に投射する投射光学系
    をさらに含む
    請求項１２に記載の表示装置。

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