JP2015114614A - Illumination device and projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コヒーレント光を用いて所定の領域を均一に照明可能な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 can uniformly illuminate a predetermined area using coherent light.
光学式投射装置(プロジェクタ)では、光源から照射された光でスクリーンを均一に照明することが重要である。スクリーンの均一照明を実現する手法として、液晶デバイス用のフライアイレンズ方式やDMD(Digital Micromirror Device)用のインテグレータロッド方式などが提案されている。 In an optical projection device (projector), it is important to uniformly illuminate a screen with light emitted from a light source. As a technique for realizing uniform illumination of the screen, a fly-eye lens system for liquid crystal devices, an integrator rod system for DMD (Digital Micromirror Device), and the like have been proposed.
従来は、プロジェクタ用の光源として、高圧水銀ランプなどの高輝度水銀ランプを用いていたが、この種のランプは寿命が短いことから、半導体レーザ等のコヒーレント光源を用いることが注目されている。 Conventionally, a high-intensity mercury lamp such as a high-pressure mercury lamp has been used as a light source for a projector. However, since this type of lamp has a short life, it is attracting attention to use a coherent light source such as a semiconductor laser.
しかしながら、コヒーレント光源から出射されるコヒーレント光は、スペックルを発生させるという問題がある。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、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、照明品質や画像品質の低下のほか、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことによって生じるものとされている。 However, the coherent light emitted from the coherent light source has a problem of generating speckle. Speckle is a speckled pattern that appears when a scattering surface is irradiated with coherent light such as laser light. When speckle is generated on a screen, it is observed as speckled brightness unevenness (brightness unevenness). In addition to degradation of quality and image quality, it becomes a factor that adversely affects the observer physiologically. The reason why speckles occur when coherent light is used is that coherent light reflected by each part of a scattering reflection surface such as a screen interferes with each other because of its extremely high coherence. .
本発明者は、過去に、コヒーレント光で被照明領域を照明する際に、光走査装置にてコヒーレント光を走査させて、被照明領域内でのスペックルを目立たなくさせる照明装置を発明するとともに、この種の照明装置を用いてスクリーン上に光変調画像を投射する際に、スクリーン上で発生するスペックルも目立たなくさせる投射装置とを発明した(特許文献1参照)。 In the past, the present inventors invented an illuminating device that scans coherent light with an optical scanning device and makes speckles in the illuminated region inconspicuous when illuminating the illuminated region with coherent light. The present inventors have invented a projection device that makes speckles generated on a screen inconspicuous when a light-modulated image is projected on the screen using this type of illumination device (see Patent Document 1).
投射装置用の照明装置では、均一な照度分布を持つ面光源が必要となる。従来から、この種の面光源には、インテグレータロッドが用いられてきた。インテグレータロッドは、入射面に入射された光を、筒状部材の内壁で全反射させながら伝搬させて、出射面の全域から均一な光を出射させることを意図している。ところが、入射光の角度的拡がりが小さいと、筒状部材の内部で拡散される光の範囲が小さくなり、結果として、出射面の全域で光量を均一化させることが困難になる。また、スペックルを低減させる観点では、インテグレータロッド出射面各点からの出射光は複雑かつ広い角度分布を持っていることが好ましいが、インテグレータロッド入射面の大きさが限られているため、必ずしも十分な角度分布を持った光束を効率よく入射させることは容易でなかった。 In the illumination device for the projection device, a surface light source having a uniform illuminance distribution is required. Conventionally, an integrator rod has been used for this type of surface light source. The integrator rod is intended to cause the light incident on the incident surface to propagate while being totally reflected by the inner wall of the cylindrical member, and to emit uniform light from the entire area of the output surface. However, if the angular spread of incident light is small, the range of light diffused inside the cylindrical member becomes small, and as a result, it becomes difficult to make the light quantity uniform over the entire exit surface. In addition, from the viewpoint of reducing speckles, it is preferable that the light emitted from each point of the integrator rod exit surface has a complicated and wide angular distribution, but the size of the integrator rod entrance surface is limited. It has not been easy to efficiently enter a light beam having a sufficient angular distribution.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、均一に照明する領域をできるだけ広げることが可能であり、かつ均一化光学系に十分な角度分布を持った光束を効率よく入射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 order to solve the above-described problems, and its purpose is to make it possible to widen the uniformly illuminated region as much as possible and to have a sufficient angular distribution in the uniformizing optical system. It is an object of the present invention to provide an illumination device and a projection device that can efficiently enter the projector.
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、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光されたコヒーレント光を全反射させながら伝搬させた後に出射する均一化光学系と、を備え、
前記均一化光学系の入射面は、前記集光光学系の後側焦点位置に配置され、
前記光学素子の発散点から前記集光光学系までの光学距離は、前記集光光学系から前記均一化光学系の入射面までの光学距離よりも長い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
A condensing optical system for condensing the coherent light diffused by the optical element;
A uniformizing optical system that emits the coherent light collected by the condensing optical system after being propagated while being totally reflected, and
The entrance surface of the homogenizing optical system is disposed at the rear focal position of the condensing optical system,
An illuminating device is provided in which the optical distance from the divergence point of the optical element to the condensing optical system is longer than the optical distance from the condensing optical system to the entrance surface of the uniformizing optical system.
前記光学素子の発散点から前記集光光学系までの光学距離は、前記集光光学系から前記均一化光学系の入射面までの光学距離の3倍より長くてもよい。 The optical distance from the divergence point of the optical element to the condensing optical system may be longer than three times the optical distance from the condensing optical system to the entrance surface of the uniformizing optical system.
前記光学素子が拡散面を有する拡散部材の場合、前記発散点は前記拡散面の位置であってもよい。 When the optical element is a diffusing member having a diffusing surface, the divergence point may be the position of the diffusing surface.
前記光学素子が凹面レンズを含む場合、前記発散点は前記凹面レンズの前側焦点位置であってもよい。 When the optical element includes a concave lens, the divergence point may be a front focal position of the concave lens.
前記光学素子は、複数の前記凹面レンズを、当該凹面レンズの光軸に直交する面上に並べたレンズアレイであってもよい。 The optical element may be a lens array in which a plurality of concave lenses are arranged on a surface orthogonal to the optical axis of the concave lens.
前記光学素子が凸面レンズを含む場合、前記発散点は前記凸面レンズの後側焦点位置であってもよい。 When the optical element includes a convex lens, the divergence point may be a rear focal position of the convex lens.
前記光学素子は、複数の前記凸面レンズを、当該凸面レンズの光軸に直交する面上に並べたレンズアレイであってもよい。 The optical element may be a lens array in which a plurality of convex lenses are arranged on a surface orthogonal to the optical axis of the convex lens.
前記光学素子は、参照部材の像を再生するための干渉縞が記録された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 on which interference fringes for reproducing an image of a reference member are recorded.
前記均一化光学系は、入射面に入射された前記集光光学系にて集光されたコヒーレント光を筒状筐体の内壁で全反射させながら伝搬させて、出射面の全域で光量が均一なコヒーレント光を出射させるインテグレータロッドを有していてもよい。 The homogenizing optical system propagates the coherent light collected by the condensing optical system incident on the incident surface while being totally reflected by the inner wall of the cylindrical housing, so that the amount of light is uniform throughout the exit surface. It is also possible to have an integrator rod that emits coherent light.
コヒーレント光を発光する光源と、
前記光源から発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる光走査装置と、を備えていてもよい。
A light source that emits coherent light;
An optical scanning device that changes a traveling direction of the coherent light emitted from the light source and scans the surface of the optical element with the coherent light.
請求項1乃至10のいずれかに記載の照明装置と、
前記均一化光学系から出射されたコヒーレント光で照明されて変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を所定の投射部材上に投射する投射光学系と、を備える投射装置でもよい。
A lighting device according to any one of claims 1 to 10,
An optical modulator that is illuminated with coherent light emitted from the homogenizing optical system to generate a modulated image;
And a projection optical system that projects the modulated image onto a predetermined projection member.
本発明によれば、均一に照明する領域をできるだけ広げることができる。また、本発明によれば、均一化光学系に十分な角度分布を持った光束を効率よく入射させることが可能となる。。 According to the present invention, it is possible to enlarge the region to be illuminated uniformly as much as possible. Further, according to the present invention, it is possible to efficiently enter a light beam having a sufficient angular distribution into the uniformizing optical system. .
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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、縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから適宜変更したり、誇張してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the drawings attached to the present specification, for convenience of illustration and understanding, the scale, the vertical / horizontal dimensional ratio, and the like are appropriately changed or exaggerated from those of the actual ones.
図1は本発明の一実施形態による照明装置40を備えた投射装置20の概略構成を示すブロック図である。図1の投射装置20は、照射装置60と、光学素子50と、集光光学系70と、均一化光学系75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。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a projection device 20 including an illumination device 40 according to an embodiment of the present invention. 1 includes an irradiation device 60, an optical element 50, a condensing optical system 70, a homogenizing optical system 75, 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.
光学素子50は、複数の要素レンズ54からなるレンズアレイ53を有する。複数の要素レンズ54のそれぞれは例えば凹面レンズである。あるいは、複数の要素レンズ54のそれぞれは凸面レンズでもよい。複数の凹面レンズまたは凸面レンズでレンズアレイ53を構成する場合は、これら凹面レンズまたは凸面レンズを、各レンズの光軸に直交する面上に並べて配置すればよい。 The optical element 50 has a lens array 53 including a plurality of element lenses 54. Each of the plurality of element lenses 54 is, for example, a concave lens. Alternatively, each of the plurality of element lenses 54 may be a convex lens. When the lens array 53 is configured by a plurality of concave lenses or convex lenses, these concave lenses or convex lenses may be arranged side by side on a plane orthogonal to the optical axis of each lens.
照射装置60は、コヒーレント光がレンズアレイ53内の複数の要素レンズ54の表面を走査するように、レンズアレイ53にコヒーレント光を照射する。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レンズアレイ53内の複数の要素レンズ54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 lens array 53 with coherent light so that the coherent light scans the surfaces of the plurality of element lenses 54 in the lens array 53. 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 plurality of element lenses 54 in the lens array 53 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レンズアレイ53上を走査するようにしている。 The scanning device 65 varies the reflection angle of the incident coherent light at a constant period so that the reflected coherent light scans the lens array 53.
集光光学系70は、光学素子50で拡散されたコヒーレント光を集光する。均一化光学系75は、集光光学系70により集光されたコヒーレント光を全反射させながら伝搬させた後に出射面から出射する。均一化光学系75の出射面は均一な光量で照明されるため、均一化光学系75の出射面を面照明光として用いることができる。図1では、均一化光学系75の出射面を被照明領域LZとしている。均一化光学系75を設けることで、被照明領域LZ内の全域が均一な光量で照明されることになる。 The condensing optical system 70 condenses the coherent light diffused by the optical element 50. The homogenizing optical system 75 propagates the coherent light collected by the condensing optical system 70 while totally reflecting it, and then emits it from the exit surface. Since the exit surface of the uniformizing optical system 75 is illuminated with a uniform amount of light, the exit surface of the uniformizing optical system 75 can be used as surface illumination light. In FIG. 1, the exit surface of the homogenizing optical system 75 is an illuminated area LZ. By providing the uniformizing optical system 75, the entire area within the illuminated area LZ is illuminated with a uniform light amount.
均一化光学系75は、例えばインテグレータロッド76を用いて構成可能である。インテグレータロッド76は、筒状になっており、その入射面に入射されたコヒーレント光を内壁で全反射させながら出射面方向に伝搬させる。これにより、均一化光学系75の出射面からは、出射面内の全域で光量が均一なコヒーレント光が出射される。ここで、均一化の程度は、個々の使用形態によって異なるが、概略的な目安としては、出射面での輝度分布のばらつきが10%以内である。 The homogenizing optical system 75 can be configured using, for example, an integrator rod 76. The integrator rod 76 has a cylindrical shape, and propagates the coherent light incident on the incident surface in the direction of the exit surface while totally reflecting the light on the inner wall. As a result, coherent light having a uniform amount of light is emitted from the exit surface of the uniformizing optical system 75 throughout the exit surface. Here, the degree of homogenization varies depending on each usage pattern, but as a rough guide, the variation in the luminance distribution on the exit surface is within 10%.
光変調器30は、被照明領域LZの照明光を受けて、変調画像を生成する。図1では、光変調器30をインテグレータロッド76の出射面に接するように配置する例を示しているが、図2に示すように、インテグレータロッド76よりも後方にリレー光学系77を設けて、このリレー光学系77のさらに後方に光変調器30を設けてもよい。この場合、インテグレータロッド76の出射面位置と光変調器30の位置とは共役の関係になるように位置決めされる。 The light modulator 30 receives the illumination light of the illuminated area LZ and generates a modulated image. FIG. 1 shows an example in which the light modulator 30 is disposed so as to contact the exit surface of the integrator rod 76, but as shown in FIG. 2, a relay optical system 77 is provided behind the integrator rod 76, The optical modulator 30 may be provided further behind the relay optical system 77. In this case, the exit surface position of the integrator rod 76 and the position of the optical modulator 30 are positioned so as to have a conjugate relationship.
光変調器30としては、反射型のマイクロディスプレイを用いることが可能である。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。 As the light modulator 30, a reflection type micro display can be used. 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.
あるいは、光変調器30として、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。 Alternatively, a transmissive liquid crystal micro display such as LCOS (Liquid Crystal on Silicon) can be used as the light modulator 30. 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.
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利用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 utilized with high utilization efficiency for displaying the 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71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71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 71 is projected onto the diffusion screen 15. The size of the modulated image 71 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.
照射装置60内のレーザ光源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上を照射するようにする。これにより、レンズアレイ53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 in the irradiation apparatus 60, 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 is irradiated on the scanning device 65. Thereby, the lens array 53 is illuminated with the 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、レンズアレイ53上に入射され、レンズアレイ53から別個に集光・発散されて、被照明領域LZ上で重ね合わされて合成色になる。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。 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 the coherent light from each laser light source 61 is irradiated onto the scanning device 65, the incident angle of the coherent light from each laser light source 61 is set. The light is reflected at a corresponding reflection angle, is incident on the lens array 53, is separately collected and diverges from the lens array 53, and is superimposed on the illuminated area LZ to be a composite color. 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、順次にレンズアレイ53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 lens array 53. 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のレンズアレイ53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 the incident surface of the lens array 53 of the optical element 50.
なお、走査デバイス65から出射されるコヒーレント光は、平行光であることが望ましい。平行光の場合は、レンズアレイ53内の要素レンズ54が集光光学系70の方向にコヒーレント光を集光させることができるためである。仮に、走査デバイス65から出射されるコヒーレント光が拡散光であったとすると、一つの要素レンズ54から集光光学系70の方向に向かうコヒーレント光が種々の方向に分散してしまい、集光光学系70への入射光量が減少する。そこで、走査デバイス65には、出射光を平行光にするための不図示のコリメータ光学系を設けるのが望ましい。あるいは、レンズアレイ53と集光光学系70の間に、別のレンズアレイを設けてもよい。 The coherent light emitted from the scanning device 65 is preferably parallel light. This is because in the case of parallel light, the element lens 54 in the lens array 53 can condense coherent light in the direction of the condensing optical system 70. If the coherent light emitted from the scanning device 65 is diffused light, the coherent light traveling from one element lens 54 toward the condensing optical system 70 is dispersed in various directions, and the condensing optical system. The amount of light incident on 70 is reduced. Therefore, it is desirable to provide the scanning device 65 with a collimator optical system (not shown) for making the emitted light parallel. Alternatively, another lens array may be provided between the lens array 53 and the condensing optical system 70.
以上のようにして、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。 As described above, 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、コヒーレント光がレンズアレイ53内の複数の要素レンズ54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からレンズアレイ53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レンズアレイ53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 the surfaces of the plurality of element lenses 54 in the lens array 53. In addition, coherent light incident on an arbitrary position in the lens array 53 from the irradiation device 60 illuminates the entire illuminated area LZ, but the illumination directions of the coherent light that illuminate the illuminated area LZ are different from each other. Since the position on the lens array 53 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、レンズアレイ53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 lens array 53. 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.
本実施形態では、インテグレータロッド76の入射面を集光光学系70の後側焦点位置に配置し、かつ光学素子50の発散点から集光光学系70までの光学距離を、集光光学系70の焦点距離よりも長くしている。 In the present embodiment, the incident surface of the integrator rod 76 is disposed at the rear focal position of the condensing optical system 70, and the optical distance from the divergence point of the optical element 50 to the condensing optical system 70 is set as the condensing optical system 70. It is longer than the focal length.
図3は光学素子50で拡散されたコヒーレント光が集光光学系70を通ってインテグレータロッド76に入射されるまでの光線経路を示す図である。図示のように、光学素子50からのコヒーレント光は、広がりをもって集光光学系70に入射されるが、集光光学系70はコヒーレント光を絞り込んでインテグレータロッド76に入射させる。これにより、インテグレータロッド76に入射されるコヒーレント光は、インテグレータロッド76の入射面の法線方向に対して大きな角度で入射されることになり、インテグレータロッド76の内壁で全反射しやすくなり、インテグレータロッド76の出射面の全域で均一な光量が得られる。 FIG. 3 is a diagram showing a light beam path until the coherent light diffused by the optical element 50 enters the integrator rod 76 through the condensing optical system 70. As shown in the figure, the coherent light from the optical element 50 is incident on the condensing optical system 70 with a spread, but the condensing optical system 70 narrows the coherent light and makes it incident on the integrator rod 76. As a result, the coherent light incident on the integrator rod 76 is incident at a large angle with respect to the normal direction of the incident surface of the integrator rod 76, and is easily totally reflected by the inner wall of the integrator rod 76. A uniform amount of light can be obtained over the entire exit surface of the rod 76.
図4(a)は第1比較例による光線経路を示す図、図4(b)は第2比較例による光線経路を示す図である。図4(a)の場合、光学素子50が集光光学系70に近接して配置されている。したがって、光学素子50を出たコヒーレント光は、それほど広がらずに集光光学系70に入射され、集光光学系70を出たコヒーレント光は発散したままインテグレータロッド76に入射される。すなわち、図4(a)のように、光学素子50が集光光学系70に近接して配置されると、集光光学系70は入射されたコヒーレント光を集光させることができない。よって、インテグレータロッド76への光入射効率を高めるには、集光光学系70を出たコヒーレント光は、インテグレータロッド76の入射面に拡散角度が小さいままでインテグレータロッド76に入射されることになる。この場合、インテグレータロッド76の内壁で全反射される光の角度的拡がりが少なくなり、出射面内での照度分布が不均一になりやすい。また、光学素子50の各点からの拡散光がインテグレータロッド76の出射面で重畳される割合も小さくなり、角度多重によるスペックル低減効果が不十分になってしまう。 FIG. 4A is a diagram illustrating a light beam path according to the first comparative example, and FIG. 4B is a diagram illustrating a light beam path according to the second comparative example. In the case of FIG. 4A, the optical element 50 is disposed close to the condensing optical system 70. Accordingly, the coherent light exiting the optical element 50 is incident on the condensing optical system 70 without spreading so much, and the coherent light exiting the condensing optical system 70 is incident on the integrator rod 76 while being diverged. That is, as shown in FIG. 4A, when the optical element 50 is disposed in the vicinity of the condensing optical system 70, the condensing optical system 70 cannot condense incident coherent light. Therefore, in order to increase the light incident efficiency to the integrator rod 76, the coherent light emitted from the condensing optical system 70 is incident on the integrator rod 76 with a small diffusion angle on the incident surface of the integrator rod 76. . In this case, the angular spread of the light totally reflected by the inner wall of the integrator rod 76 is reduced, and the illuminance distribution on the exit surface tends to be uneven. In addition, the ratio at which the diffused light from each point of the optical element 50 is superimposed on the exit surface of the integrator rod 76 becomes small, and the speckle reduction effect by angle multiplexing becomes insufficient.
また、図4(b)の場合、集光光学系70の前側焦点位置よりもさらに手前に光学素子50が設けられている。よって、光学素子50で拡散され集光光学系70に入射したコヒーレント光は、集光光学系70の出射面よりもインテグレータロッド76の入射面側で収束することになる。この場合、インテグレータロッド76への光入射効率を高くする、すなわち、インテグレータロッド76の入射面での光束面積を小さく保ったまま、インテグレータロッド76の内壁で全反射される光の角度的拡がりを大きくすることができ、出射面内での照度分布を均一に近づけることが可能となる。 In the case of FIG. 4B, the optical element 50 is provided in front of the front focal position of the condensing optical system 70. Accordingly, the coherent light diffused by the optical element 50 and incident on the condensing optical system 70 converges on the incident surface side of the integrator rod 76 with respect to the exit surface of the condensing optical system 70. In this case, the light incident efficiency to the integrator rod 76 is increased, that is, the angular spread of the light totally reflected by the inner wall of the integrator rod 76 is increased while the light beam area on the incident surface of the integrator rod 76 is kept small. Thus, the illuminance distribution in the exit surface can be made closer to uniform.
図3と図4からわかるように、集光光学系70を出たコヒーレント光の大部分がインテグレータロッド76の入射面での光束面積を小さく保ったまま、インテグレータロッド76の内壁で全反射される光の角度的拡がりを大きくするためには、光学素子50で拡散されたコヒーレント光が集光光学系70にできるだけ大きいビーム径で入射され、かつインテグレータロッド76の入射面にできるだけ小さいビーム径で入射される必要がある。 As can be seen from FIGS. 3 and 4, most of the coherent light emitted from the condensing optical system 70 is totally reflected by the inner wall of the integrator rod 76 while keeping the light beam area at the entrance surface of the integrator rod 76 small. In order to increase the angular spread of the light, the coherent light diffused by the optical element 50 is incident on the condensing optical system 70 with a beam diameter as large as possible, and is incident on the incident surface of the integrator rod 76 with a beam diameter as small as possible. Need to be done.
図5は、光学素子50、集光光学系70およびインテグレータロッド76の位置関係を示す図である。図5では、光学素子50の発散点から集光光学系70までの光学距離をf’、集光光学系70からインテグレータロッド76の入射面までの光学距離をfとしている。なお、インテグレータロッド76は、集光光学系70の後側焦点位置に配置されるため、集光光学系70からインテグレータロッド76の入射面までの光学距離fは、集光光学系70の焦点距離fに等しい。 FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship among the optical element 50, the condensing optical system 70, and the integrator rod 76. In FIG. 5, the optical distance from the divergence point of the optical element 50 to the condensing optical system 70 is f ′, and the optical distance from the condensing optical system 70 to the entrance surface of the integrator rod 76 is f. Since the integrator rod 76 is disposed at the rear focal position of the condensing optical system 70, the optical distance f from the condensing optical system 70 to the entrance surface of the integrator rod 76 is the focal length of the condensing optical system 70. equal to f.
光学素子50の発散点とは、光学素子50が拡散面を有する拡散部材の場合は、拡散面の位置である。また、光学素子50が複数の凹面レンズ54からなるレンズアレイ53の場合は、図6(a)に示すように凹面レンズ54の前側焦点位置が発散点となる。また、光学素子50が複数の凸面レンズ54からなるレンズアレイ53の場合は、図6(b)に示すように凸面レンズ54の後側焦点位置が発散点である。 The divergence point of the optical element 50 is the position of the diffusion surface when the optical element 50 is a diffusion member having a diffusion surface. When the optical element 50 is a lens array 53 composed of a plurality of concave lenses 54, the front focal position of the concave lens 54 is a divergence point as shown in FIG. When the optical element 50 is a lens array 53 including a plurality of convex lenses 54, the rear focal position of the convex lens 54 is a divergence point as shown in FIG. 6B.
図6(a)と図6(b)からわかるように、レンズアレイ53として凸面レンズ54を用いると、凸面レンズ54と集光光学系70との間で光線が交差することから、凸面レンズ54と集光光学系70との間の光学距離は、凸面レンズ54と集光光学系70との間の光学距離よりも長くなる。よって、装置の小型化の観点からは、レンズアレイ53に凹面レンズ54を用いる方が望ましい。 As can be seen from FIGS. 6A and 6B, when the convex lens 54 is used as the lens array 53, light rays intersect between the convex lens 54 and the condensing optical system 70. And the condensing optical system 70 are longer than the optical distance between the convex lens 54 and the condensing optical system 70. Therefore, it is desirable to use the concave lens 54 for the lens array 53 from the viewpoint of miniaturization of the apparatus.
図5では、光学素子50から拡散された光が集光光学系70に入射される範囲を示すビーム径をaとし、集光光学系70から出た光がインテグレータロッド76の入射面に入射される範囲を示すビーム径をbとしている。 In FIG. 5, the beam diameter indicating the range in which the light diffused from the optical element 50 is incident on the condensing optical system 70 is a, and the light emitted from the condensing optical system 70 is incident on the incident surface of the integrator rod 76. The beam diameter indicating the range is b.
上述したように、インテグレータロッド76の出射面の全域での照度分布を均一化するためには、b/aはできるだけ小さい方が望ましい。b/aが小さいということは、インテグレータロッド76の入射面に対する収束角度が大きいことを示している。この場合、インテグレータロッド76の内部でコヒーレント光の角度的拡がりが大きくなる。そこで、本発明者は、光学素子50の発散点から集光光学系70までの光学距離f’と、集光光学系70からインテグレータロッド76の入射面までの光学距離fとの最適な条件を検証した。 As described above, in order to make the illuminance distribution uniform throughout the exit surface of the integrator rod 76, it is desirable that b / a be as small as possible. The fact that b / a is small indicates that the convergence angle with respect to the incident surface of the integrator rod 76 is large. In this case, the angular spread of the coherent light is increased inside the integrator rod 76. Therefore, the present inventor sets the optimum condition of the optical distance f ′ from the divergence point of the optical element 50 to the condensing optical system 70 and the optical distance f from the condensing optical system 70 to the entrance surface of the integrator rod 76. Verified.
図7はf’/fとb/aとの関係を示すグラフであり、横軸はf’/f、縦軸はb/aである。図7のグラフは、f’/fが大きくなるにしたがって、b/aが減少する反比例の関係を示す。図7の丸で囲んだ領域r1を境として、b/aは急激に変化する。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between f '/ f and b / a, where the horizontal axis is f' / f and the vertical axis is b / a. The graph of FIG. 7 shows an inversely proportional relationship in which b / a decreases as f ′ / f increases. B / a changes abruptly with a region r1 surrounded by a circle in FIG. 7 as a boundary.
図8はb/aを(f’/f)で1回微分したグラフ、図9はb/aを(f’/f)で2回微分したグラフである。図8は図7のグラフの変化度合いを示しており、図9は図8のグラフの変化度合いを示している。 FIG. 8 is a graph obtained by differentiating b / a once by (f ′ / f), and FIG. 9 is a graph obtained by differentiating b / a twice by (f ′ / f). FIG. 8 shows the degree of change of the graph of FIG. 7, and FIG. 9 shows the degree of change of the graph of FIG.
図8のグラフは、f’/f=3を超えると傾きが急激に緩やかになっている。また、図9のグラフは、f’/f=3を超えると傾きがほぼ0に収束している。 In the graph of FIG. 8, when f ′ / f = 3 is exceeded, the inclination is drastically reduced. In the graph of FIG. 9, when f ′ / f = 3 is exceeded, the slope converges to almost zero.
これらの結果から、f’/f>3に設定すれば、b/aを実用上十分な程度にまで大きく設定できることがわかる。なお、f’/f≦3であっても、f’/f>1であれば、インテグレータロッド76の入射面の光束領域が多少大きくなる可能性はあるものの、照明装置40および投射装置20としては実用上問題なく使用できる。 From these results, it can be seen that if f ′ / f> 3, b / a can be set large enough to be practically sufficient. Even if f ′ / f ≦ 3, if f ′ / f> 1, the light flux area on the incident surface of the integrator rod 76 may be slightly increased, but the illumination device 40 and the projection device 20 are used. Can be used practically without problems.
通常、光学系の設計を行う場合は、装置の小型化のために、光学素子50と集光光学系70の距離f’を、集光光学系70とインテグレータロッド76の入射面との距離fより大きくすることはない。すなわち、当業者は、f’≦fとなるように配置することは想定できても、f’>fとなるように配置することは想定できないはずである。 Usually, when designing an optical system, in order to reduce the size of the apparatus, the distance f ′ between the optical element 50 and the condensing optical system 70 and the distance f between the condensing optical system 70 and the entrance surface of the integrator rod 76 are used. Never make it bigger. That is, a person skilled in the art should be able to assume that f ′ ≦ f, but it cannot be assumed that f ′> f.
これに対して、本発明者は、図7〜図9の検証により、f’>fとした方がインテグレータロッド76への入射光束面積を小さく保ったまま、出射面での均一範囲を広げられることを知得したものであり、この知得は当業者が通常用いる知識では決して想到しえないものである。 On the other hand, the present inventor can expand the uniform range on the exit surface while maintaining the incident light beam area to the integrator rod 76 small by setting f ′> f by the verification of FIGS. 7 to 9. This knowledge has never been conceived by knowledge normally used by those skilled in the art.
f’>fとすることで、装置全体の光学距離が長くなってしまい、装置の小型化の阻害になりうるが、インテグレータロッド76の出射面の光量の均一化領域は広くなるため、照明装置40として性能は確実に向上する。 By setting f ′> f, the optical distance of the entire apparatus becomes long, which can hinder downsizing of the apparatus, but the uniformizing region of the light amount on the exit surface of the integrator rod 76 becomes wide. Forty, the performance is improved.
本実施形態の走査デバイス65は、例えば、レーザ光源61からのコヒーレント光の反射角度を時間的に変化させるものである。これにより、走査デバイス65からのコヒーレント光は、光学素子50上を走査することになる。より詳しくは、走査デバイス65からのコヒーレント光は、光学素子50への入射位置を時間的に変えながら、光学素子50の持つ光拡散特性に応じて拡散される。したがって、均一化光学系75には、入射角度が時間的に変化するコヒーレント光が入射され、これらコヒーレント光が均一化光学系75内で全反射しながら出射面方向に伝搬するため、均一化光学系75の出射面は、時間的に異なる角度で、かつ均一な照度で照明されることになる。 For example, the scanning device 65 of the present embodiment changes the reflection angle of coherent light from the laser light source 61 with time. Thereby, the coherent light from the scanning device 65 scans on the optical element 50. More specifically, the coherent light from the scanning device 65 is diffused according to the light diffusion characteristics of the optical element 50 while temporally changing the incident position on the optical element 50. Accordingly, coherent light whose incident angle changes with time is incident on the uniformizing optical system 75, and these coherent light propagates in the direction of the exit surface while being totally reflected in the uniformizing optical system 75. The exit surface of the system 75 will be illuminated at different angles in time and with uniform illuminance.
なお、一部の波長域、例えば、青成分のコヒーレント光については、人間の目の視感度が低いため、スペックルがほとんど気にならない場合がある。したがって、照射装置60内に走査デバイス65を設けて、光学素子50上でコヒーレント光を走査させることは必ずしも必須ではない。 In some wavelength regions, for example, blue component coherent light, speckles may hardly be noticed because the visibility of human eyes is low. Therefore, it is not always essential to provide the scanning device 65 in the irradiation apparatus 60 and scan the coherent light on the optical element 50.
また、図1では、照射装置60内に走査デバイス65を設けて、コヒーレント光を光学素子50上で走査させる例を示したが、走査デバイス65を設ける代わりに、光学素子50を振動させてもよい。これにより、照射装置60からのコヒーレント光の照射位置が固定されていても、結果として、光学素子50上でコヒーレント光を走査させることができ、走査デバイス65を設けた場合と同様のスペックル低減効果が得られる。光学素子50を振動させるには、例えば振動モータやボイスコイルなどの振動機構を設ければよい。 Further, FIG. 1 shows an example in which the scanning device 65 is provided in the irradiation device 60 and the coherent light is scanned on the optical element 50. Instead of providing the scanning device 65, the optical element 50 may be vibrated. Good. Thereby, even if the irradiation position of the coherent light from the irradiation device 60 is fixed, as a result, the coherent light can be scanned on the optical element 50, and the speckle reduction is the same as when the scanning device 65 is provided. An effect is obtained. In order to vibrate the optical element 50, for example, a vibration mechanism such as a vibration motor or a voice coil may be provided.
図1では、光学素子50としてレンズアレイ53を用いる例を説明したが、レンズアレイ53の具体例としては、拡散機能を有する全反射型または屈折型のフレネルレンズや、フライアイレンズなどを適応可能である。 In FIG. 1, the example in which the lens array 53 is used as the optical element 50 has been described. However, as a specific example of the lens array 53, a total reflection type or refractive type Fresnel lens having a diffusion function, a fly-eye lens, or the like can be applied. It is.
また、光学素子50は必ずしもレンズアレイ53には限らず、例えばホログラム記録媒体を用いてもよい。この場合のホログラム記録媒体には、被照明領域LZに散乱板の像を再生し得る干渉縞が形成されている。ホログラム記録媒体に照射装置60からのコヒーレント光が照射されると、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。より詳細には、照射装置60からホログラム記録媒体の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体で回折されて、集光光学系70を通過した後に、インテグレータロッド76に入射される。 Further, the optical element 50 is not necessarily limited to the lens array 53, and for example, a hologram recording medium may be used. In the hologram recording medium in this case, interference fringes that can reproduce the image of the scattering plate are formed in the illuminated area LZ. When the hologram recording medium is irradiated with coherent light from the irradiation device 60, the coherent light diffracted by the interference fringes is emitted as divergent light (diffused light). More specifically, the coherent light incident on each position of the hologram recording medium from the irradiation device 60 is diffracted by the hologram recording medium, passes through the condensing optical system 70, and then enters the integrator rod 76.
ホログラム記録媒体は、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラムでもよいし、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。また、光学素子50は、透過型の体積型ホログラム記録媒体を含んでいてもよいし、レリーフ型(エンボス型)のホログラム記録媒体を含んでいてもよい。 The hologram recording medium may be a reflection type volume hologram using a photopolymer, or may include a type of volume hologram which is recorded using a photosensitive medium containing a silver salt material. The optical element 50 may include a transmission type volume hologram recording medium, or may include a relief type (emboss type) hologram recording medium.
あるいは、光学素子50は、拡散板で構成することも可能である。拡散板としては、オパールガラスやすりガラス等のガラス部材、あるいは樹脂拡散板などが考えられる。拡散板は、走査デバイス65で反射されたコヒーレント光を拡散させるため、ホログラム記録媒体やレンズアレイ53を用いた場合と同様に、種々の方向から被照明領域LZを照明することができる。なお、本実施形態における光学素子50における「拡散」とは、入射光を所定の方向に角度的に拡げて出射することを指し、回折光学素子50やレンズアレイ53等による拡散角が十分に制御された場合のみならず、オパールガラス等の散乱粒子により出射角を拡げる場合も含まれるものとする。 Alternatively, the optical element 50 can be configured by a diffusion plate. As the diffusion plate, a glass member such as an opal glass file or a resin diffusion plate can be considered. Since the diffusion plate diffuses the coherent light reflected by the scanning device 65, it is possible to illuminate the illuminated region LZ from various directions as in the case of using the hologram recording medium or the lens array 53. Note that “diffusion” in the optical element 50 in the present embodiment means that incident light is angularly expanded in a predetermined direction and emitted, and the diffusion angle by the diffractive optical element 50, the lens array 53, and the like is sufficiently controlled. This includes not only the case where the emission angle is increased, but also the case where the emission angle is expanded by scattering particles such as opal glass.
このように、本実施形態では、均一化光学系75の入射面を集光光学系70の後側焦点位置に配置し、光学素子50の発散点から集光光学系70までの光学距離を集光光学系70から均一光学系までの光学距離も長くするため、均一化光学系75に入射されたコヒーレント光を、均一化光学系75の内壁で効率よく全反射させながら伝搬させて出射でき、均一化光学系75の出射面の全域での出射光量を均一化できる。よって、サイズが大きくて光量の均一度の高い被照明領域LZを照明可能な照明装置40を実現できる。 As described above, in this embodiment, the incident surface of the uniformizing optical system 75 is disposed at the rear focal position of the condensing optical system 70, and the optical distance from the divergence point of the optical element 50 to the condensing optical system 70 is collected. Since the optical distance from the optical optical system 70 to the uniform optical system is also increased, the coherent light incident on the uniform optical system 75 can be propagated and emitted while being efficiently totally reflected by the inner wall of the uniform optical system 75, The amount of light emitted from the entire exit surface of the uniformizing optical system 75 can be made uniform. Therefore, the illuminating device 40 which can illuminate the illuminated area LZ having a large size and a high degree of uniformity in the amount of light can be realized.
また、走査デバイス65でコヒーレント光を光学素子50上で走査させることで、均一化光学系75の出射面でのコヒーレント光の出射角度が時間的に変化するようになる。よって、均一化光学系75の出射面でのコヒーレント光を投射光学系80に導くことで、拡散スクリーン15上に投影される、あるいは拡散スクリーン15上で発生するスペックルパターンを時間的に変化させることができ、観察されるスペックルが不可視化される。 In addition, by causing the scanning device 65 to scan the coherent light on the optical element 50, the emission angle of the coherent light on the emission surface of the homogenizing optical system 75 changes with time. Therefore, by guiding the coherent light on the exit surface of the homogenizing optical system 75 to the projection optical system 80, the speckle pattern projected on the diffusion screen 15 or generated on the diffusion screen 15 is temporally changed. And the observed speckle is made invisible.
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.
15 拡散スクリーン、20 投射装置、30 光変調器、40 照明装置、50 光学素子、53 レンズアレイ、54 要素レンズ、60 照射装置、61 レンズ光源、65 走査デバイス、70 集光光学系、75 均一化光学系、76 インテグレータロッド、77 リレー光学系、80 投射光学系、81 プロジェクションレンズ、 15 Diffusion screen, 20 Projection device, 30 Light modulator, 40 Illumination device, 50 Optical element, 53 Lens array, 54 Element lens, 60 Irradiation device, 61 Lens light source, 65 Scanning device, 70 Condensing optical system, 75 Uniformization Optical system, 76 integrator rod, 77 relay optical system, 80 projection optical system, 81 projection lens,
Claims (11)
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光されたコヒーレント光を全反射させながら伝搬させた後に出射する均一化光学系と、を備え、
前記均一化光学系の入射面は、前記集光光学系の後側焦点位置に配置され、
前記光学素子の発散点から前記集光光学系までの光学距離は、前記集光光学系から前記均一化光学系の入射面までの光学距離よりも長い照明装置。 An optical element for diffusing incident coherent light;
A condensing optical system for condensing the coherent light diffused by the optical element;
A uniformizing optical system that emits the coherent light collected by the condensing optical system after being propagated while being totally reflected, and
The entrance surface of the homogenizing optical system is disposed at the rear focal position of the condensing optical system,
The illuminating device, wherein an optical distance from the divergence point of the optical element to the condensing optical system is longer than an optical distance from the condensing optical system to an incident surface of the uniformizing optical system.
前記光源から発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる光走査装置と、を備える請求項1乃至9のいずれかに記載の照明装置。 A light source that emits coherent light;
An illumination apparatus according to claim 1, further comprising: an optical scanning device that changes a traveling direction of the coherent light emitted from the light source and scans the surface of the optical element with the coherent light. .
前記均一化光学系から出射されたコヒーレント光で照明されて変調画像を生成する光変調器と、
前記変調画像を所定の投射部材上に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする投射装置。 A lighting device according to any one of claims 1 to 10,
An optical modulator that is illuminated with coherent light emitted from the homogenizing optical system to generate a modulated image;
A projection optical system that projects the modulated image onto a predetermined projection member.
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