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JP5700212B2 - Illumination device and projection-type image display device - Google Patents

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JP5700212B2
JP5700212B2 JP2011096307A JP2011096307A JP5700212B2 JP 5700212 B2 JP5700212 B2 JP 5700212B2 JP 2011096307 A JP2011096307 A JP 2011096307A JP 2011096307 A JP2011096307 A JP 2011096307A JP 5700212 B2 JP5700212 B2 JP 5700212B2
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Description

本発明は、レーザー光などのコヒーレント光を使用する照明装置、及び、コヒーレント光を用いてマイクロディスプレイを照明し、スクリーン上に映像を投射する投射型映像表示装置に関するものである。   The present invention relates to an illumination device that uses coherent light such as laser light, and a projection-type image display device that illuminates a micro display using coherent light and projects an image on a screen.

光源からの照明光を、液晶やMEMSなどの光変調素子(マイクロディスプレイ)を用いて映像化し、スクリーンに投影するプロジェクタ(投射型映像表示装置)が知られている。このようなプロジェクタでは、その光源に高圧水銀ランプなどの白色光源を用いたものが知られており、液晶などの2次元光変調素子を照明し得られた画像を投射光学系で拡大してスクリーン上に映像を投射している。   2. Description of the Related Art A projector (projection-type image display device) is known in which illumination light from a light source is imaged using a light modulation element (micro display) such as liquid crystal or MEMS and projected onto a screen. Among such projectors, a projector using a white light source such as a high-pressure mercury lamp as the light source is known, and an image obtained by illuminating a two-dimensional light modulation element such as a liquid crystal is magnified by a projection optical system. The image is projected above.

しかしながら、高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプは、寿命が比較的短くプロジェクタなどに利用した場合、頻繁にランプを交換する必要がある。また、装置自体が大型化してしまうという欠点もある。さらには、環境負荷の観点から水銀を使用する高圧水銀ランプの仕様は好ましいものとはいえない。このような欠点を解消するため、レーザー光を光源として使用するプロジェクタも提案されている。半導体レーザーは、高圧水銀ランプなどと比較して高寿命であり、また、装置全体の小型化を図ることも可能である。   However, high-intensity discharge lamps such as high-pressure mercury lamps have a relatively short life and need to be frequently replaced when used in projectors. In addition, there is a drawback that the apparatus itself is increased in size. Furthermore, the specification of a high-pressure mercury lamp that uses mercury is not preferable from the viewpoint of environmental load. In order to eliminate such drawbacks, a projector using laser light as a light source has been proposed. The semiconductor laser has a longer life than a high-pressure mercury lamp or the like, and the entire apparatus can be reduced in size.

このように、プロジェクタの次世代光源として期待されているレーザー光は直進性に優れるため、LEDなどと比較しても光入射効率の向上を図ることができると考えられる。しかしながら、レーザー光を光源として用いた場合、コヒーレンスの高さに起因するスペックルノイズが発生し、映像を見難くしてしまう欠点がある。   Thus, since the laser beam expected as the next-generation light source of the projector is excellent in straightness, it is considered that the light incident efficiency can be improved as compared with the LED or the like. However, when laser light is used as a light source, there is a drawback that speckle noise is generated due to high coherence and it is difficult to view an image.

スペックルノイズは、コヒーレントなレーザー光を光源とした場合、照射対象表面の微少凹凸からの散乱光が干渉することで生ずる斑点状のノイズであって、プロジェクタで発生した場合には画質劣化の原因となるのみならず、観察者に対して生理的不快感をもたらすこともある。このスペックルノイズを低減するため、レーザー光が通過する拡散板を振動させる、レーザースペクトルの波長スペクトルを拡大する、レーザー光の照射対象となるスクリーン自体を振動させるなど、各種試みが行われている。このようなスペックルノイズ低減の試みとして、特許文献1には、コヒーレント光が通過する拡散素子を回転運動させることで、スペックルノイズの低減を図る無スペックル・ディスプレイ装置が開示されている。   Speckle noise is speckled noise caused by interference of light scattered from minute irregularities on the surface of the irradiation object when coherent laser light is used as the light source. As well as causing physiological discomfort to the observer. In order to reduce this speckle noise, various attempts have been made, such as vibrating the diffusion plate through which the laser beam passes, expanding the wavelength spectrum of the laser spectrum, and vibrating the screen itself that is the target of the laser beam irradiation. . As an attempt to reduce such speckle noise, Patent Document 1 discloses a non-speckle display device that reduces speckle noise by rotating a diffusion element through which coherent light passes.

特開平6−208089号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-208089

しかしながら、特許文献1に開示されるスペックルノイズ低減方法では、拡散素子到達前に生じていたスペックルノイズ(干渉パターン)は平均化できるものの、拡散中心からスクリーンへの入射光線角度はスクリーン上のいずれの点においても不変であるため、スクリーン各点の光散乱特性も一定となり、結果としてスクリーン上で発生するスペックルノイズの除去効果は殆ど得られないという問題があった。   However, in the speckle noise reduction method disclosed in Patent Document 1, speckle noise (interference pattern) generated before reaching the diffusing element can be averaged, but the incident ray angle from the diffusion center to the screen is on the screen. Since it is invariant at any point, the light scattering characteristic of each point on the screen becomes constant, and as a result, there is a problem that the effect of removing speckle noise generated on the screen is hardly obtained.

このような、コヒーレント光を原因として生ずるスペックルは、コヒーレント光を光源
として使用するプロジェクタ(投射型映像表示装置)のみならず、コヒーレント光を使用する様々な照明装置において問題となっている。
Such speckle caused by coherent light is a problem not only in projectors (projection-type image display devices) that use coherent light as a light source, but also in various illumination devices that use coherent light.

ところで、光源に使用されるレーザーは、種類・状況によっては特定の振動方向の偏光成分に揃っていない、もしくは揃っていても振動方向が一定でない場合がある。例えば、ブリュースターウィンドウのないガスレーザー(偏光成分が揃っていない)や、面発光レーザー(ランダム偏光:偏光は揃っているが振動方向が変化する)等が挙げられる。このようなレーザーを光源に用いた場合、入射偏光が揃っている必要がある液晶パネルやLCOSなどの光変調素子、また、偏光成分ごとに視差画像を表示する3Dディスプレイ等の用途では光利用効率の低下、もしくは偏光成分のクロストークによる画質の低下等、様々な問題が生じる可能性がある。   By the way, the laser used for the light source may not be aligned with the polarization component of a specific vibration direction depending on the type and situation, or the vibration direction may not be constant even if they are aligned. For example, a gas laser without a Brewster window (polarized components are not aligned), a surface emitting laser (random polarized light: polarized light is aligned but the vibration direction is changed), and the like can be mentioned. When such a laser is used as a light source, light use efficiency is required in applications such as liquid crystal panels and LCOS such as LCOS that require uniform incident polarization, and 3D displays that display parallax images for each polarization component. Various problems such as a decrease in image quality or a decrease in image quality due to crosstalk of polarization components may occur.

本発明は、コヒーレント光を光源とした場合に生ずるスペックルを抑制するとともに、偏光方向の揃った照明光を出射する照明装置、及び、このような照明光を表示映像形成のために使用する投射型映像表示装置を提供することを目的としている。   The present invention suppresses speckles generated when coherent light is used as a light source and emits illumination light having a uniform polarization direction, and projection using such illumination light for display image formation It aims at providing a type image display device.

本発明に係る照明装置は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射したコヒーレント光を異なる方向に分離する偏光分離部と、
前記偏光分離部により分離されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記偏光分離部で分離された何れか一方のコヒーレント光の光路に配置され、前記偏光分離部で分離されたコヒーレント光の偏光方向を揃える波長板と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散し、各点から出射される拡散光が被照明領域を重ねて照明する光拡散素子と、を備え、
前記偏光分離部は、入射光を偏光の振動方向に応じて分離する複屈折性を有するデバイスであることを特徴とする。
The lighting device according to the present invention includes:
A light source that emits coherent light;
A polarization separator that separates coherent light emitted from the light source in different directions;
An optical scanning unit that scans coherent light separated by the polarization separation unit;
A wave plate disposed in the optical path of any one of the coherent lights separated by the polarization separation unit, and aligning the polarization direction of the coherent light separated by the polarization separation unit;
E Bei and a light diffusing element diffuses the scanned scanning light, diffusing light emitted from each point to illuminate overlapping the illuminated area by the light scanning unit,
The polarization separation unit is a device having birefringence that separates incident light according to a vibration direction of polarized light.

さらに本発明に係る照明装置において、前記複屈折性を有するデバイスは、光が入出射する面のうち少なくとも一面が、コヒーレント光の光軸と垂直な面から傾斜している複屈折性結晶素子であることを特徴とする。   Further, in the illumination device according to the present invention, the device having birefringence is a birefringent crystal element in which at least one of light incident / exiting surfaces is inclined from a plane perpendicular to the optical axis of the coherent light. It is characterized by being.

さらに本発明に係る照明装置において、前記複屈折性を有するデバイスは、2枚の透明基板間に複屈折性材料を封入し、
光が入射する側の透明基板の前記複屈折性材料側の面上に、コヒーレント光の光軸と垂直な面から傾斜した傾斜面を有するプリズムがアレイ状に配置されたデバイスであることを特徴とする。
Furthermore, in the illumination device according to the present invention, the device having birefringence encloses a birefringent material between two transparent substrates,
It is a device in which prisms having an inclined surface inclined from a surface perpendicular to the optical axis of coherent light are arranged in an array on the surface of the transparent substrate on which light is incident on the birefringent material side. And

さらに本発明に係る照明装置において、前記複屈折性を有するデバイスは、2枚の透明基板間に複屈折性材料を封入し、
光が入射する側の透明基板の前記複屈折性材料側の面上に、コヒーレント光の光軸と垂直な面から傾斜した傾斜面を有するプリズムがアレイ状に配置されたデバイスであることを特徴とする。
Furthermore, in the illumination device according to the present invention, the device having birefringence encloses a birefringent material between two transparent substrates,
It is a device in which prisms having an inclined surface inclined from a surface perpendicular to the optical axis of coherent light are arranged in an array on the surface of the transparent substrate on which light is incident on the birefringent material side. And

さらに本発明に係る照明装置において、前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする。   Furthermore, in the illumination device according to the present invention, the light diffusing element is a hologram.

さらに本発明に係る照明装置において、前記ホログラムは、第2の光拡散素子の像を記録したものであることを特徴とする。   Furthermore, the illumination device according to the present invention is characterized in that the hologram records an image of a second light diffusing element.

さらに本発明に係る照明装置において、前記ホログラムは、透過型ホログラム、反射型ホログラムの何れかであることを特徴とする。   Furthermore, in the illumination device according to the present invention, the hologram is any one of a transmission hologram and a reflection hologram.

さらに本発明に係る照明装置において、前記光拡散素子は、拡散板であることを特徴とする。   Furthermore, in the illumination device according to the present invention, the light diffusion element is a diffusion plate.

さらに本発明に係る照明装置において、前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする。   Furthermore, in the illumination device according to the present invention, the light diffusing element is a lens array.

また本発明に係る投写型映像表示装置は、
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射したコヒーレント光を異なる方向に分離する偏光分離部と、
前記偏光分離部により分離されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記偏光分離部で分離された何れか一方のコヒーレント光の光路に配置され、前記偏光
分離部で分離されたコヒーレント光の偏光方向を揃える波長板と、
像が形成される像形成領域を有する光変調素子と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散し、各点から出射される拡散光が前記像形成領域を重ねて照明する光拡散素子と、
前記光変調素子の像をスクリーンに投影する投射光学系と、を備え
前記偏光分離部は、入射光を偏光の振動方向に応じて分離する複屈折性を有するデバイスであることを特徴とする。
A projection display apparatus according to the present invention is also provided:
A light source that emits coherent light;
A polarization separator that separates coherent light emitted from the light source in different directions;
An optical scanning unit that scans coherent light separated by the polarization separation unit;
A wave plate disposed in the optical path of any one of the coherent lights separated by the polarization separation unit, and aligning the polarization direction of the coherent light separated by the polarization separation unit;
A light modulation element having an image forming region on which an image is formed;
A light diffusing element that diffuses the scanning light scanned by the light scanning unit, and diffused light emitted from each point illuminates the image forming region;
A projection optical system that projects an image of the light modulation element onto a screen ,
The polarization separation unit is a device having birefringence that separates incident light according to a vibration direction of polarized light.

本発明の照明装置によれば、光走査部でコヒーレント光を走査することで、光拡散素子の各点からの拡散光は、被照明領域を時間的に異なる角度で照射することとなり、被照明領域で発生するスペックルを時間的に変化させ、観察者に不可視の状態とさせることが可能となる。さらに、本発明の投射型映像表示装置では、スクリーンに対しても時間的に異なる角度で照射することで、スクリーン上で発生するスペックルを効果的に抑制することができる。   According to the illumination device of the present invention, by scanning the coherent light with the optical scanning unit, the diffused light from each point of the light diffusing element irradiates the illuminated region at different angles in time, It is possible to change speckles generated in the region with time to make the viewer invisible. Furthermore, in the projection type image display apparatus of the present invention, speckles generated on the screen can be effectively suppressed by irradiating the screen at different angles in time.

さらに、偏光分離部と波長板を用いて偏光成分を揃えることで、光変調素子やホログラムなど、偏光選択性を有する光学素子での光利用効率の向上を図ると共に、クロストークなどの画質劣化を抑制することが可能となる。また偏光変換はレーザービームの状態で行うことができるため光学系の小型化を図ることが可能となる。   Furthermore, by aligning the polarization components using the polarization separation unit and the wave plate, it is possible to improve the light utilization efficiency in optical elements having polarization selectivity, such as light modulation elements and holograms, and to reduce image quality such as crosstalk. It becomes possible to suppress. Since the polarization conversion can be performed in the state of a laser beam, the optical system can be miniaturized.

本発明の実施形態に係る照明装置を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the projection type video display apparatus provided with the illuminating device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る照明装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the illuminating device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る照明装置で使用するホログラム作成の様子を示す図The figure which shows the mode of the hologram creation used with the illuminating device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る光走査の様子を示す図The figure which shows the mode of the optical scanning which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る光走査の様子を示す図The figure which shows the mode of the optical scanning which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る偏光分離部の一例を示す図The figure which shows an example of the polarization separation part which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る偏光分離部の一例を示す図The figure which shows an example of the polarization separation part which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る偏光分離部の一例を示す図The figure which shows an example of the polarization separation part which concerns on embodiment of this invention 他の実施形態に係る照明装置(集光光学系無し)を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the projection type video display apparatus provided with the illuminating device (no condensing optical system) which concerns on other embodiment. 他の実施形態(集光光学系無し)における照明領域を示す図The figure which shows the illumination area | region in other embodiment (no condensing optical system) 他の実施形態に係る照明装置を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the projection type video display apparatus provided with the illuminating device which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係る照明装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the illuminating device which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係る照明装置で使用するホログラム作成の様子を示す図The figure which shows the mode of the hologram creation used with the illuminating device which concerns on other embodiment.

では、本発明の実施形態に係る照明装置、及び、投射型映像表示装置について図面を参照しつつ説明を行う。図1は、本発明の実施形態に係る照明装置を備えた投射型映像表示装置の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。   Now, an illumination device and a projection display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a projection-type image display device including an illumination device according to an embodiment of the present invention. Note that the drawings described below are schematic views and may differ from actual shapes, dimensions, and arrangements.

本実施形態の投射型映像表示装置10は、照明装置20と、映像を形成するための光変調素子31、光変調素子31で形成された映像をスクリーン41に投射する投射光学系32を備えている。なお、図では、映像が投影されるスクリーン41面をX−Y平面、それに直交する軸をZ軸としている。スクリーン41には、スクリーン41で反射された映像を観察する反射型スクリーン、あるいは、スクリーン41を透過した映像を観察する透過型スクリーンどちらを使用することもできる。   The projection-type image display device 10 of this embodiment includes a lighting device 20, a light modulation element 31 for forming an image, and a projection optical system 32 that projects an image formed by the light modulation element 31 onto a screen 41. Yes. In the figure, the screen 41 on which an image is projected is an XY plane, and an axis perpendicular to the XY plane is a Z axis. As the screen 41, either a reflective screen for observing an image reflected by the screen 41 or a transmissive screen for observing an image transmitted through the screen 41 can be used.

本実施形態の照明装置20は、光源11、偏光分離部12、λ/2波長板13(波長板)、集光光学系14、光走査部15、ホログラム21(光拡散素子)を有して構成されている。   The illumination device 20 of the present embodiment includes a light source 11, a polarization separation unit 12, a λ / 2 wavelength plate 13 (wavelength plate), a condensing optical system 14, an optical scanning unit 15, and a hologram 21 (light diffusing element). It is configured.

光源11は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置など各種レーザー装置が使用される。偏光分離部12は、複屈折性を有する光学デバイスであって、入射光を偏光の振動方向に応じて分離する。本実施形態では、光源11から出射される偏光成分が揃っていないコヒーレント光L0を、s偏光成分のコヒーレント光と、s偏光成分と振動方向が90°ずれたp偏光成分のコヒーレント光に分離して異なる方向に出射する。この偏光分離部12には、各種形態のものを利用することができるが、詳細は後で説明する。   As the light source 11, various laser devices such as a semiconductor laser device that emits laser light as coherent light are used. The polarization separation unit 12 is an optical device having birefringence, and separates incident light according to the polarization vibration direction. In the present embodiment, the coherent light L0 emitted from the light source 11 and having no uniform polarization component is separated into coherent light of s-polarization component and p-polarization component of coherent light whose vibration direction is shifted by 90 ° from the s-polarization component. And emit in different directions. Various types of forms can be used for the polarization separation unit 12, and details will be described later.

λ/2波長板13(波長板)は、偏光分離部12から出射される2つのコヒーレント光の偏光方向を揃えるために配置されたものであって、2本に分離されたコヒーレント光のどちらか一方の光路中に配置される。本実施形態では、偏光分離部12から出射された一方のコヒーレント光の光路中に配置されている。なお、この1/2波長板13を偏光分離部12の出射面に貼り付けることとしてもよい。λ/2波長板13と偏光分離部12を一体化することで、部品点数の数を少なくするとともにレイアウトの簡素化が図られている。   The λ / 2 wavelength plate 13 (wavelength plate) is arranged to align the polarization directions of the two coherent lights emitted from the polarization separation unit 12, and is one of the two coherent lights separated from each other. It arrange | positions in one optical path. In the present embodiment, the light is disposed in the optical path of one coherent light emitted from the polarization separation unit 12. The half-wave plate 13 may be attached to the exit surface of the polarization separation unit 12. By integrating the λ / 2 wavelength plate 13 and the polarization separation unit 12, the number of parts is reduced and the layout is simplified.

λ/2波長板13を透過したコヒーレント光L1は、偏光分離部12から出射されたもう一方のコヒーレント光L1’と偏光方向が揃えられる。このとき偏光方向は、後の光路中に配置される光変調素子31の偏光方向に一致させておくことが好ましい。さらに、光拡散素子21として偏光選択特性を有するホログラムを使用する場合には、その偏光方向も考慮した偏光方向とすることが好ましい。このように偏光方向が揃った2つのコヒーレント光L1、L1’は、その光路中に集光光学系14が配置されており、光走査部15の1点に集光するように構成されている。   The coherent light L1 transmitted through the λ / 2 wavelength plate 13 is aligned in polarization direction with the other coherent light L1 ′ emitted from the polarization separation unit 12. At this time, the polarization direction is preferably matched with the polarization direction of the light modulation element 31 disposed in the later optical path. Furthermore, when a hologram having polarization selection characteristics is used as the light diffusing element 21, it is preferable to set the polarization direction in consideration of the polarization direction. The two coherent lights L1 and L1 ′ having the same polarization direction are arranged in the optical path of the two coherent lights L1 and L1 ′, and are configured to be condensed at one point of the optical scanning unit 15. .

光走査部15は、回動中心Raを中心として反射面を回動させることのできるミラーデバイスであって、ポリゴンミラー、ガルバノスキャナ、MEMSスキャナのような可動ミラーを機械的に回動させるミラーデバイスが用いられる。この他、音響光学効果スキャナのような屈折率を変調させるものなど各種形態を採用することができる。   The optical scanning unit 15 is a mirror device that can rotate the reflection surface around the rotation center Ra, and mechanically rotates a movable mirror such as a polygon mirror, a galvano scanner, or a MEMS scanner. Is used. In addition, various forms such as an acousto-optic effect scanner that modulates the refractive index can be employed.

λ/2波長板13を透過した一方のコヒーレント光L1と他方のコヒーレント光L1’は、集光光学系14で集光され、光走査部15の反射面に入射されることとなるが、この
とき、両コヒーレント光L1、L1’を、光走査部15が回動運動する場合において位置変動が少ない反射面上の1点(以下、「基準点」とも呼ぶ)に集光させることが好ましい。このような基準点に両コヒーレント光L1、L1’を入射させることで、各コヒーレント光L1、L1’による光拡散素子21の走査範囲は異なることとなるが、このように共通の基準点を設けることで光拡散素子21の設計が容易になる。具体的には、光拡散素子21にホログラムを使用する場合、ホログラム作成時に使用した参照光の集光位置を、光走査部15の基準点に設定することが可能となり、記録されているホログラム再生像を確実に得ることも可能となる。
One coherent light L1 and the other coherent light L1 ′ transmitted through the λ / 2 wavelength plate 13 are condensed by the condensing optical system 14 and incident on the reflection surface of the optical scanning unit 15. At this time, it is preferable that both the coherent lights L1 and L1 ′ are condensed on one point (hereinafter also referred to as “reference point”) on the reflecting surface with little positional fluctuation when the optical scanning unit 15 rotates. By making both coherent lights L1 and L1 ′ incident on such a reference point, the scanning range of the light diffusing element 21 by each of the coherent lights L1 and L1 ′ becomes different. In this way, a common reference point is provided. This facilitates the design of the light diffusing element 21. Specifically, when a hologram is used for the light diffusing element 21, it is possible to set the condensing position of the reference light used when creating the hologram as a reference point of the optical scanning unit 15, and to reproduce the recorded hologram It is also possible to reliably obtain an image.

このように光走査部15で反射された2本のコヒーレント光L1、L1’は、走査光Laとなり、光拡散素子21の入射面上を時間的に位置を変えつつ走査する。図2は、本発明の実施形態に係る照明装置20の構成を示す図であって、光拡散素子21による照明の様子を示した図である。実際には、光走査部15では入射角度の異なる2本のコヒーレント光L1、L1’が反射されることとなるが、各図では説明を容易にするため、どちらか1本のコヒーレント光について時刻t1、t2における光線のみが示されている。本実施形態では、偏光分離部12で分離されたコヒーレント光L1、L1’は、異なる光路をとるが、光走査部15の基準点で反射され、光拡散素子21上の各点では同じ入射角度で入射するため支障はない。   The two coherent lights L 1 and L 1 ′ reflected by the light scanning unit 15 in this way become the scanning light La, and scan the incident surface of the light diffusing element 21 while changing its position temporally. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the illumination device 20 according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a state of illumination by the light diffusing element 21. Actually, the optical scanning unit 15 reflects the two coherent lights L1 and L1 ′ having different incident angles. However, in order to facilitate the explanation in each figure, the time of either one of the coherent lights is determined. Only the rays at t1 and t2 are shown. In the present embodiment, the coherent lights L1 and L1 ′ separated by the polarization separation unit 12 take different optical paths, but are reflected at the reference point of the optical scanning unit 15, and the same incident angle at each point on the light diffusing element 21. Because there is no incident, there is no problem.

ここで光走査部15による走査光にて走査される光拡散素子21について説明する。光拡散素子21は、走査光Laが入射されることで被照明領域、本実施形態の場合においては、光変調素子31の像形成領域全体を照明する光学素子であって、本実施形態では透過型ホログラムが用いられている。光拡散素子21としてホログラムを採用したことで、走査光Laの入射位置に因らず、常に同一の再生像を得ることが可能となり、被照明領域となる光変調素子31全体をムラ無く照明することができる。また、ホログラムに入射させる走査光Laのビーム断面形状、あるいは、その入射角度などに自由度を持たせることができ、装置のレイアウトなどを自在なものとすることができる。   Here, the light diffusing element 21 scanned with the scanning light by the optical scanning unit 15 will be described. The light diffusing element 21 is an optical element that illuminates the illuminated area, in the case of this embodiment, the entire image forming area of the light modulation element 31 when the scanning light La is incident thereon. In this embodiment, the light diffusing element 21 is transmissive. Type holograms are used. Employing a hologram as the light diffusing element 21 makes it possible to always obtain the same reproduced image regardless of the incident position of the scanning light La, and illuminates the entire light modulation element 31 serving as an illuminated area without unevenness. be able to. Further, the beam cross-sectional shape of the scanning light La incident on the hologram or the incident angle thereof can be given freedom, and the layout of the apparatus can be made flexible.

なお、光拡散素子21には、このようなホログラムに限ることなく、各点から出射される拡散光が被照明領域を照明できる光学素子であればよく、各点から出射される拡散光が被照明領域全体を照明することが好ましい。例えば、微細なレンズがアレイ状に配列されて構成されたレンズアレイ、あるいは、オパールガラス、すりガラス、樹脂拡散板など、いわゆる通常の拡散板を用いてもよい。なお、本発明における光拡散素子における「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、回折光学素子やレンズアレイ等によう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。   The light diffusing element 21 is not limited to such a hologram, but may be any optical element that allows the diffused light emitted from each point to illuminate the illuminated area. It is preferable to illuminate the entire illumination area. For example, a lens array in which fine lenses are arranged in an array, or a so-called normal diffusion plate such as opal glass, ground glass, or a resin diffusion plate may be used. Note that “diffusion” in the light diffusing element in the present invention means that incident light is angularly expanded in a predetermined direction and emitted, and the diffusion angle is sufficiently controlled like a diffractive optical element or a lens array. Not only the case but also the case where the emission angle is expanded by scattering particles such as opal glass is included.

本実施形態で使用する光拡散素子21としての透過型ホログラムは、記録された再生像として拡散板像22iを再生する。図2に示されるように、光走査部15で走査されたコヒーレント光L1は、回動する光走査部15で反射され、走査光Laとなり光拡散素子21の入射面上を往復して走査する。図にはある時刻t1、t2についての走査光La(t1)、La(t2)の様子が示されている。本実施形態の光拡散素子21は、所定の入射角を有する光(再生照明光)に対して、再生像を形成する透過型ホログラムが用いられている。光走査部15にて走査される走査光Laは、何れの走査位置においても、この透過型ホログラムに対する再生照明光となるように設定されている。なお、本実施形態で使用する透過型ホログラムの作成については後で説明する。   The transmission hologram as the light diffusing element 21 used in the present embodiment reproduces the diffusion plate image 22i as a recorded reproduction image. As shown in FIG. 2, the coherent light L <b> 1 scanned by the optical scanning unit 15 is reflected by the rotating optical scanning unit 15 and becomes a scanning light La to scan back and forth on the incident surface of the light diffusing element 21. . The figure shows the state of the scanning lights La (t1) and La (t2) at certain times t1 and t2. The light diffusing element 21 of the present embodiment uses a transmission hologram that forms a reproduced image with respect to light (reproduced illumination light) having a predetermined incident angle. The scanning light La scanned by the optical scanning unit 15 is set to be reproduction illumination light for the transmission hologram at any scanning position. The creation of a transmission hologram used in this embodiment will be described later.

図2に示されるように、時刻t1のときの走査光La(t1)は、光拡散素子21にて再生光としての照明光Lb(t1)を出射し拡散板像22iを形成する。また、時刻t2のときの走査光La(t2)は、光拡散素子21にて照明光Lb(t2)を出射し、同じ
拡散板像22iを形成する。このように走査光Laが走査されることで、光拡散素子21の何れの入射位置を照射するときにも拡散板像22iが形成される。この拡散板像22iが被照明領域全体を含むように位置させることで、何れの走査位置においても被照明領域全体を均一に照明することが可能となる。
As shown in FIG. 2, the scanning light La (t1) at time t1 emits illumination light Lb (t1) as reproduction light at the light diffusing element 21 to form a diffusion plate image 22i. Further, the scanning light La (t2) at time t2 emits the illumination light Lb (t2) by the light diffusing element 21 to form the same diffusing plate image 22i. By scanning the scanning light La in this way, a diffusion plate image 22i is formed when any incident position of the light diffusing element 21 is irradiated. By positioning the diffusion plate image 22i so as to include the entire illuminated area, the entire illuminated area can be illuminated uniformly at any scanning position.

図3は、本発明の実施形態に係る照明装置で使用される透過型ホログラムを記録(作成)する際の構成(干渉露光)を示す図である。拡散板2の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Obをホログラム記録材料24の一方の面から入射させる。その際、拡散板22の各点からの拡散光(物体光Ob)は、ホログラム記録材料24の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration (interference exposure) when recording (creating) a transmission hologram used in the illumination device according to the embodiment of the present invention. Laser light is irradiated from the back side of the diffusion plate 2, and the object light Ob diffused forward is incident from one surface of the hologram recording material 24. At that time, diffused light (object light Ob) from each point of the diffusion plate 22 is diffused so as to illuminate at least the entire use region of the hologram recording material 24.

そして、ホログラム記録材料24の同じ面から、集光光学系23にて集光した参照光Rが照射される。集光光学系23の焦点位置Aは、使用時の光走査部15による基準点と一致するように配置されている。物体光Obと参照光Rを同時に入射させ、ホログラム記録材料24中で干渉させる。なお、物体光Obと参照光とは干渉性を有する必要がある。そのため、同一の光源から発振されたレーザー光を分割して一方を物体光Ob、他方を参照光Rとして使用することなどが考えられる。   Then, the reference light R condensed by the condensing optical system 23 is irradiated from the same surface of the hologram recording material 24. The focal position A of the condensing optical system 23 is arranged so as to coincide with a reference point by the optical scanning unit 15 in use. The object light Ob and the reference light R are simultaneously incident and interfered in the hologram recording material 24. The object beam Ob and the reference beam need to have coherency. Therefore, it is conceivable to divide laser light oscillated from the same light source and use one as object light Ob and the other as reference light R.

ホログラム記録材料24は加熱、紫外線照射等の後処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する透過型ホログラム21が作成される。また、記録時に用いられる物体光Obの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板22のみならず、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子(光拡散素子21と峻別できるよう「第2の光拡散素子」と呼ぶ)を用いることとしてもよい。なお、本実施形態では、物体光Obと参照光Rとを干渉させることで干渉縞の記録(干渉露光)を行うこととしたが、計算機にて計算された干渉縞を直接、ホログラム記録材料21に記録する、いわゆる計算機合成ホログラムを採用するものであってもよい。   The hologram recording material 24 is subjected to post-processing such as heating and ultraviolet irradiation to produce a transmission hologram 21 that reproduces a diffusion plate image at the same position at each point on the surface. Further, for irradiation of the object light Ob used at the time of recording, not only the diffuser plate 22 such as an opal glass file, but also an optical element (light diffusing element 21) such as a lens array, which can illuminate the entire use area with diffused light from each point. (Referred to as “second light diffusing element”). In the present embodiment, interference fringes are recorded (interference exposure) by causing the object beam Ob and the reference light R to interfere with each other. However, the interference fringes calculated by the computer are directly recorded on the hologram recording material 21. A so-called computer-generated hologram may be used.

図2の光拡散素子21で再生される拡散板像22iは、図1において光変調素子31の像形成領域全体を照明するように位置される。図1において光変調素子31の像形成領域は、XY平面に2次元的に位置している。本実施形態では、光走査部15には、入射角度が異なる2本のコヒーレント光L1、L1’が入射することとなるが、両コヒーレント光L1、L1’の光走査部15での基準点を、ホログラム作成時の焦点位置Aと一致させておくことで、どちらのコヒーレント光L1、L1’によっても同じ拡散板像22iを形成させることが可能となる。   The diffuser plate image 22i reproduced by the light diffusing element 21 in FIG. 2 is positioned so as to illuminate the entire image forming region of the light modulating element 31 in FIG. In FIG. 1, the image forming area of the light modulation element 31 is two-dimensionally positioned on the XY plane. In the present embodiment, two coherent lights L1 and L1 ′ having different incident angles are incident on the optical scanning unit 15, but the reference points of the two coherent lights L1 and L1 ′ in the optical scanning unit 15 are used as the reference points. By making it coincide with the focal position A at the time of hologram creation, it is possible to form the same diffuser plate image 22i with either coherent light L1, L1 ′.

マイクロディスプレイなどの光変調素子31は、光拡散素子21からの照明光Lbにて照明され、画素毎に照明光を透過して映像を形成する。このとき照明光Lbの偏光方向は、偏光分離部12、λ/2波長板13にて偏光方向が揃えられており、この偏光方向を光変調素子31で使用される偏光方向と一致させておくことで、光変調素子31での光利用効率の向上、そして画質の向上を図ることが可能となる。   The light modulation element 31 such as a micro display is illuminated with the illumination light Lb from the light diffusion element 21 and transmits the illumination light for each pixel to form an image. At this time, the polarization direction of the illumination light Lb is aligned by the polarization separation unit 12 and the λ / 2 wavelength plate 13, and this polarization direction is made to coincide with the polarization direction used in the light modulation element 31. Thus, it is possible to improve the light use efficiency in the light modulation element 31 and improve the image quality.

光変調素子31で変調された変調光Lcは、投射光学系32で拡大され映像再生光Ldとしてスクリーン41上に投射され、反射、あるいは、透過される映像を観察者に観察させる。このときスクリーン41の面上に投射されたコヒーレント光は互いに干渉することでスペックルを生じさせる。しかしながら、本実施形態では、光走査部15によってコヒーレント光が走査されるため、結果としてスクリーン41に投射する映像再生光Ldを経時的に変化させ、このスペックルを極めて効果的に目立たなくしている。   The modulated light Lc modulated by the light modulation element 31 is magnified by the projection optical system 32 and projected onto the screen 41 as the image reproduction light Ld, and allows the observer to observe the reflected or transmitted image. At this time, the coherent light projected on the surface of the screen 41 interferes with each other to cause speckle. However, in the present embodiment, since the coherent light is scanned by the optical scanning unit 15, as a result, the video reproduction light Ld projected on the screen 41 is changed with time, and this speckle is made inconspicuous very effectively. .

例えば、図1に示されるスクリーン上の点P1においては、時刻t1における映像再生光Ld(t1)と、時刻t2における映像再生光Ld(t2)が異なる入射角度で照射さ
れることとなる。図に示す他の点P2や図示しない他の点においても同様であって、映像再生光Ldは、入射角度を時間的に変化させつつスクリーン41上に映像を投射する。したがって、ごく短い時間ではスクリーン上に形成されるスペックルも、映像再生光Ldが時間によって異なる入射角度で照射されることで平均化され、スクリーン41に投射される像を観察する観察者には十分に目立たない状態となる。
For example, at the point P1 on the screen shown in FIG. 1, the video reproduction light Ld (t1) at time t1 and the video reproduction light Ld (t2) at time t2 are irradiated at different incident angles. The same applies to other points P2 shown in the figure and other points not shown, and the image reproduction light Ld projects an image on the screen 41 while changing the incident angle with time. Therefore, speckles formed on the screen in a very short time are averaged by the image reproduction light Ld being irradiated at different incident angles depending on the time, and an observer who observes the image projected on the screen 41 is used. It becomes inconspicuous enough.

観察者によって観察されるスペックルには、このようにスクリーン41上でのコヒーレント光の散乱を原因として発生するスペックルだけではなく、投射型映像表示装置10の各種光学素子上で発生するものもある。このスペックルは、光変調素子31を介してスクリーン41に投影されることで観察者に観察される。本実施形態では、走査光Laが光拡散素子21を走査することで、被照明領域としての光変調素子31の像形成領域を照明する。すなわち被照明領域を、光拡散素子21の各点からの拡散光が時間的に分離されるように照明することで、光拡散素子21より前の位相情報をキャンセルするとともに光拡散素子21の各点からの拡散光同士が干渉することも防ぐことができ、投射型映像表示装置10の各種光学素子で発生するスペックルを十分に目立たない状態とすることが可能となる。   The speckles observed by the observer are not only speckles generated due to the scattering of coherent light on the screen 41 as described above, but also those generated on various optical elements of the projection display apparatus 10. is there. This speckle is projected on the screen 41 via the light modulation element 31 and is observed by the observer. In the present embodiment, the scanning light La scans the light diffusing element 21 to illuminate the image forming area of the light modulation element 31 as the illuminated area. That is, by illuminating the illuminated area so that diffused light from each point of the light diffusing element 21 is temporally separated, the phase information before the light diffusing element 21 is canceled and each of the light diffusing elements 21 is It is also possible to prevent the diffused light from the points from interfering with each other, and it is possible to make the speckles generated in the various optical elements of the projection display apparatus 10 inconspicuous.

以上、本発明の実施形態に係る照明装置、投射型映像表示装置について説明したが、この照明装置にて使用する各種構成の実施形態について説明する。前述の実施形態では、光走査部15の走査形態については詳細を説明しなかったが、光走査部15の走査は、1次元的、2次元的走査どちらを利用してもよい。何れの場合においても光拡散素子21上の各点からの拡散光が被照明領域全体を十分に照明できることが必要とされる。   As described above, the lighting device and the projection type image display device according to the embodiment of the present invention have been described. Embodiments of various configurations used in the lighting device will be described. Although the details of the scanning mode of the optical scanning unit 15 have not been described in the above-described embodiment, the scanning of the optical scanning unit 15 may use either one-dimensional or two-dimensional scanning. In any case, it is required that the diffused light from each point on the light diffusing element 21 can sufficiently illuminate the entire illuminated area.

図4には、1次元的に走査を行う光走査部15の実施形態が示されている。この形態では、光源部11から出射されたコヒーレント光は、1軸方向に共振振動する光走査部15の反射面上で反射し、光拡散素子21上をライン上に往復して走査する。光拡散素子21としてホログラムを用いた場合には、何れの走査位置においても拡散板像22iが形成される。このような実施形態では、走査領域がライン状で済むため、光拡散素子21を小型化することができる。ライン状の走査で十分に被照明領域を得るためには、ホログラムを用いることが好ましい。   FIG. 4 shows an embodiment of the optical scanning unit 15 that performs one-dimensional scanning. In this embodiment, the coherent light emitted from the light source unit 11 is reflected on the reflection surface of the optical scanning unit 15 that resonates and vibrates in one axial direction, and scans the light diffusion element 21 back and forth on the line. When a hologram is used as the light diffusing element 21, a diffusing plate image 22i is formed at any scanning position. In such an embodiment, the light diffusion element 21 can be reduced in size because the scanning region only needs to be a line. In order to obtain a sufficiently illuminated area by line-shaped scanning, it is preferable to use a hologram.

図5には、2次元的に走査を行う光走査部15の実施形態が示されている。この形態では、光源部11からのコヒーレント光は、2軸方向で共振振動する光走査部15の反射面上で反射し、光拡散素子21上を2次元的に走査する。この実施形態においても光拡散素子21からの拡散光は、被照明領域全体を十分に照明するものとなっており、特にホログラムを用いた場合には、被照明領域に合わせた形状の拡散板像22iを形成することが可能であり光の利用効率が高められる。このような実施形態は、オパールガラスのような通常の拡散板を用いた場合に有効である。各点からの拡散光の照度分布が一定でない場合であっても照度の平均化を図り、被照明領域全体を均一に照明することが可能となる。   FIG. 5 shows an embodiment of the optical scanning unit 15 that performs two-dimensional scanning. In this embodiment, the coherent light from the light source unit 11 is reflected on the reflection surface of the optical scanning unit 15 that resonates and oscillates in two axial directions, and scans the light diffusion element 21 two-dimensionally. Also in this embodiment, the diffused light from the light diffusing element 21 sufficiently illuminates the entire illuminated area, and in particular when a hologram is used, a diffuser plate image shaped to match the illuminated area. 22i can be formed, and the light use efficiency is increased. Such an embodiment is effective when a normal diffusion plate such as opal glass is used. Even if the illuminance distribution of diffused light from each point is not constant, the illuminance can be averaged and the entire illuminated area can be illuminated uniformly.

では、本発明の実施形態に係る偏光分離部12の各種形態について説明する。以下に説明する偏光分離部12は、何れも入射光を偏光の振動方向に応じて分離する複屈折性を有するデバイスである。このような複屈折性を有するデバイスでは、従来の偏光ビームスプリッター(キューブ型)などと比較して、加工や配置の点などにおいて優位性があり、小型の光学系において期待できる。   Now, various forms of the polarization separation unit 12 according to the embodiment of the present invention will be described. Each of the polarization separation units 12 described below is a device having birefringence that separates incident light according to the oscillation direction of polarized light. Such a device having birefringence has advantages in terms of processing and arrangement as compared with a conventional polarizing beam splitter (cube type), and can be expected in a small optical system.

図6は、本発明の実施形態に係る偏光分離部12の一例を示す図であって、この例では、複屈折性結晶素子161を使用したものとなっている。複屈折結晶素子161は、入射面あるいは出射面のうち少なくとも一面、図6に示す場合においては、出射面が入射光の光軸と垂直な面から傾斜している楔形形状を有している。光源11から出射されたコヒー
レント光L0を、その光軸と垂直な入射面に入射させることで、傾斜した射出面からは、s偏光成分のコヒーレント光とp偏光成分のコヒーレント光が出射される。本実施形態では、s偏光成分側にλ/2波長板13を配置することで、偏光方向の揃った2本のコヒーレント光L1、L1’を得ている。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the polarization separation unit 12 according to the embodiment of the present invention. In this example, a birefringent crystal element 161 is used. The birefringent crystal element 161 has a wedge shape in which at least one of the entrance surface and the exit surface, in the case shown in FIG. 6, the exit surface is inclined from a plane perpendicular to the optical axis of the incident light. By making the coherent light L0 emitted from the light source 11 incident on an incident surface perpendicular to the optical axis, coherent light of s-polarized component and coherent light of p-polarized component are emitted from the inclined emission surface. In the present embodiment, by arranging the λ / 2 wavelength plate 13 on the s-polarized component side, two coherent lights L1 and L1 ′ having the same polarization direction are obtained.

図7は、本発明の実施形態に係る偏光分離部12の一例を示す図であって、この例では、2枚の透明基板162aと162b間に液晶を封入したデバイスで構成されている。2枚の透明基板162は、透明なガラスやプラスチック等で構成される。この2枚の透明基板162の間には、液晶を封入するためのシール材163が設けられている。このシール材163は、透明基板162間の距離の規定するものとしても機能している。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the polarization separation unit 12 according to the embodiment of the present invention. In this example, the polarization separation unit 12 includes a device in which liquid crystal is sealed between two transparent substrates 162a and 162b. The two transparent substrates 162 are made of transparent glass, plastic, or the like. A sealing material 163 for enclosing liquid crystal is provided between the two transparent substrates 162. This sealing material 163 also functions as a means for defining the distance between the transparent substrates 162.

入射側の透明基板162bの液晶側の面上には、入射光の光軸と垂直な面から傾斜した傾斜面を有するプリズムがアレイ状に形成されている。このプリズムアレイ164は、インプリントなどで作成されたUV硬化樹脂や、エッチングで作成されたガラスなどで形成されている。このプリズムアレイ164と出射側の透明基板162aとの間には液晶が封入されている。封入される液晶は、透明基板162などに形成された配向膜、あるいは、図示しない電極から印加される電界によって、透明基板162の壁面と平行に配向されている。   On the liquid crystal side surface of the incident-side transparent substrate 162b, prisms having an inclined surface inclined from a surface perpendicular to the optical axis of incident light are formed in an array. The prism array 164 is formed of a UV curable resin created by imprint or the like, or glass created by etching. Liquid crystal is sealed between the prism array 164 and the transparent substrate 162a on the emission side. The liquid crystal to be sealed is aligned parallel to the wall surface of the transparent substrate 162 by an alignment film formed on the transparent substrate 162 or the like, or an electric field applied from an electrode (not shown).

このように配向された液晶は、偏光方向によって異なる屈折率を有する複屈折性(屈折率異方性)を有するものであって、例えば、s偏光の偏光成分に対してはプリズムアレイ164の屈折率npと略同じ常光屈折率noを、また、p偏光の偏光成分に対してはプリズムアレイ164の屈折率npと異なる異常光屈折率neとなるように設定されている。したがって、光源11から出射されたコヒーレント光L0について、s偏光成分は、プリズムアレイ164と液晶の界面を直進して透過し、p偏光成分は、界面にて屈折して異なる方向に出射される。前述の実施形態と同様、s偏光成分側にλ/2波長板13を配置することで、偏光方向の揃った2本のコヒーレント光L1、L1’が得られる。   The liquid crystal aligned in this way has birefringence (refractive index anisotropy) having a refractive index that varies depending on the polarization direction. The normal light refractive index no is substantially the same as the refractive index np, and the extraordinary light refractive index ne is different from the refractive index np of the prism array 164 for the polarization component of p-polarized light. Therefore, for the coherent light L0 emitted from the light source 11, the s-polarized component travels straight through the interface between the prism array 164 and the liquid crystal, and the p-polarized component is refracted at the interface and emitted in different directions. Similar to the above-described embodiment, by arranging the λ / 2 wavelength plate 13 on the s-polarization component side, two coherent lights L1 and L1 'having the same polarization direction can be obtained.

本実施形態では、複屈折性材料として、位置方向に配向した液晶を用いることとしたが、この形態に限られるものではなく、例えば、アモルファス高分子、低分子ガラス状化合物、両親媒性化合物など各種材料を使用することができる。   In this embodiment, the liquid crystal oriented in the position direction is used as the birefringent material. However, the liquid crystal is not limited to this form. For example, an amorphous polymer, a low-molecular glassy compound, an amphiphilic compound, and the like. Various materials can be used.

図8は、本発明の実施形態に係る偏光分離部12の一例を示す図であって、本実施形態の偏光分離部12においても、図7の実施形態と同様、複屈折性効果を利用したものとなっている。前実施形態と同様、2枚の透明基板162a、162bの間にはシール材163を介した空間が形成されている。この空間には、液晶分子を多く含む液晶リッチ層166Aと、ポリマー材料を多く含むポリマーリッチ層166Bが、コヒーレント光の光軸に対して傾斜して形成されている。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the polarization separation unit 12 according to the embodiment of the present invention. The polarization separation unit 12 of the present embodiment also uses the birefringence effect as in the embodiment of FIG. It has become a thing. As in the previous embodiment, a space through the sealing material 163 is formed between the two transparent substrates 162a and 162b. In this space, a liquid crystal rich layer 166A containing a large amount of liquid crystal molecules and a polymer rich layer 166B containing a large amount of polymer material are formed inclined with respect to the optical axis of the coherent light.

液晶リッチ層166Aは、偏光方向によって異なる屈折率を有する複屈折性を有するものであって、s偏光の偏光成分に対してはポリマーリッチ層166Bの屈折率npと略同じ常光屈折率noを、また、p偏光の偏光成分に対してはポリマーリッチ層166Bの屈折率npと異なる異常光屈折率neとなるように設定されている。したがって、光源11から出射されたコヒーレント光L0について、s偏光成分は、液晶リッチ層166Aとポリマーリッチ層166Bの界面を直進して透過し、p偏光成分は、界面にて回折して異なる方向に出射される。この場合においても、s偏光成分側にλ/2波長板13を配置することで、偏光方向の揃った2本のコヒーレント光L1、L1’が得られる。   The liquid crystal rich layer 166A has birefringence having a different refractive index depending on the polarization direction, and has an ordinary light refractive index no substantially equal to the refractive index np of the polymer rich layer 166B for the polarization component of s-polarized light. The p-polarized light component is set to have an extraordinary refractive index ne different from the refractive index np of the polymer rich layer 166B. Therefore, for the coherent light L0 emitted from the light source 11, the s-polarized component passes straight through the interface between the liquid crystal rich layer 166A and the polymer rich layer 166B, and the p-polarized component is diffracted at the interface in different directions. Emitted. Also in this case, by arranging the λ / 2 wavelength plate 13 on the s-polarization component side, two coherent lights L1 and L1 ′ having the same polarization direction can be obtained.

本実施形態の複屈折性材料についても液晶以外に各種材料を使用することができる。また、本実施形態の偏光分離部12の作成方法は、まず、複屈折性材料とモノマーからなる
混合物を透明基板162a、162b間にて封止しておき、干渉縞を露光させることで行われる。このとき、干渉縞の明部においてモノマーの光重合反応が始まり、液晶分子はその長軸方向を移動方向に配向させつつ、暗部に析出される(重合誘起相分離)こととなり、液晶リッチ層166Aとポリマーリッチ層166Bが形成されることとなる。
Various materials other than liquid crystal can be used for the birefringent material of the present embodiment. In addition, the method for creating the polarization separation unit 12 of the present embodiment is performed by first sealing a mixture of a birefringent material and a monomer between the transparent substrates 162a and 162b and exposing the interference fringes. . At this time, the photopolymerization reaction of the monomer starts in the bright part of the interference fringes, and the liquid crystal molecules are deposited in the dark part (polymerization-induced phase separation) while aligning the major axis direction in the movement direction, and the liquid crystal rich layer 166A. As a result, the polymer rich layer 166B is formed.

以上、3つの形態の偏光分離部12について説明したが、このような形態のみならず、異なる直線偏光成分に分離できるものであれば、各種形態を採用することができる。   Although the three forms of the polarization separation unit 12 have been described above, various forms can be adopted as long as the form can be separated into different linearly polarized light components.

図1で説明した照明装置20では、偏光分離部12で異なる方向に分離されたコヒーレント光L1、L1’を集光光学系14を用いて、光走査部15の基準点に集光させることとしていたが、集光光学系14を使用せず、分離されたコヒーレント光L1、L1’のそれぞれを光走査部15上の異なる点で反射させることとしてもよい。   In the illuminating device 20 described with reference to FIG. 1, the coherent lights L1 and L1 ′ separated in different directions by the polarization separation unit 12 are condensed on the reference point of the optical scanning unit 15 using the condensing optical system 14. However, instead of using the condensing optical system 14, the separated coherent lights L 1 and L 1 ′ may be reflected at different points on the optical scanning unit 15.

図9は、このような実施形態の照明装置を示す図であって、ちょうど図2で説明した照明装置において、集光光学系14を除外した実施形態となっている。この実施形態において図2と同様の点については説明を省略する。   FIG. 9 is a view showing the illumination device of such an embodiment, and is an embodiment in which the condensing optical system 14 is excluded from the illumination device described in FIG. In this embodiment, the description of the same points as in FIG. 2 will be omitted.

この実施形態では、偏光分離部12で分離された2本のコヒーレント光L1、L1’をそのまま光走査部15に入射させることとしている。このような形態では、光走査部15の反射面の2箇所において各コヒーレント光L1、L1’が反射されることとなる。そのため、光拡散素子21の各入射位置では、2本の走査光LaとLa’が異なる入射角度で入射されることとなる。そのため、角度選択性のあるホログラムを用いた場合には、光の利用効率が低下することがある。したがって、このような実施形態では、偏光分離部12で分離されるコヒーレント光の分離角度をできるだけ小さくすることや、偏光分離部12から光走査部15までの光路長を短くすることが好ましい。   In this embodiment, the two coherent lights L1 and L1 'separated by the polarization separation unit 12 are incident on the optical scanning unit 15 as they are. In such a form, the coherent lights L1 and L1 'are reflected at two locations on the reflection surface of the optical scanning unit 15. Therefore, at each incident position of the light diffusing element 21, the two scanning lights La and La ′ are incident at different incident angles. Therefore, when a hologram with angle selectivity is used, the light use efficiency may be reduced. Therefore, in such an embodiment, it is preferable to make the separation angle of the coherent light separated by the polarization separation unit 12 as small as possible, or shorten the optical path length from the polarization separation unit 12 to the optical scanning unit 15.

また、このような場合、光拡散素子21として、レンズアレイや、オパールガラスなどの通常の拡散板などを用いたときには、光拡散素子21の各点における入射角度の違いによって照明領域にずれが生じる場合がある。そのため、図10に示すようにコヒーレント光Laが入射したときの光拡散素子21による照明領域22iと、コヒーレント光La’が入射したときの光拡散素子21による照明領域22i’がどちらも被照明領域としての光変調素子31の像形成領域全体を照明することが均一な照明を行う上で好ましい。   Further, in such a case, when a lens array, a normal diffusing plate such as opal glass, or the like is used as the light diffusing element 21, a deviation occurs in the illumination area due to a difference in incident angle at each point of the light diffusing element 21. There is a case. Therefore, as shown in FIG. 10, both the illumination region 22i by the light diffusing element 21 when the coherent light La is incident and the illumination region 22i ′ by the light diffusing element 21 when the coherent light La ′ is incident are both illuminated regions. It is preferable to illuminate the entire image forming area of the light modulation element 31 as a uniform illumination.

図1の実施形態では、透過型の光拡散素子21を使用したが、光拡散素子21としては反射型のものを用いることとしてもよい。図11〜図13は、光拡散素子21として反射型ホログラムを使用したときの実施形態であって、各図は、それぞれ図1〜図3の透過型のものと対応した図となっている。   In the embodiment of FIG. 1, the transmissive light diffusing element 21 is used. However, as the light diffusing element 21, a reflective type may be used. FIGS. 11 to 13 show an embodiment in which a reflection hologram is used as the light diffusing element 21, and each drawing corresponds to the transmission type shown in FIGS.

図11は、投射型映像表示装置の構成を示す図であって、図12は、この投射型映像表示装置における照明装置部分を示した図である。本実施形態は、光拡散素子21として反射型ホログラムを使用したものとなっている。前述の実施形態と同様、光走査部15からの走査光Laは、光拡散素子21の入射面を時間的に位置を変えつつ走査を行う。反射型ホログラムでこの入射面が、反射面としても機能し、反射された再生像は、前実施形態と同様、被照明領域としての光変調素子31の像形成領域全体を照明する。光拡散素子21の何れの点を走査した場合にも、各点から出射される拡散光は、被照明領域を照明することで、被照明領域に対する入射角度を時間的に異ならせることが可能となる。したがって、前実施形態と同様、スクリーン41上で発生するスペックル、並びに、投射型映像表示装置10の各種光学素子で発生するスペックルを十分に目立たなくすることができる。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the projection type video display device, and FIG. 12 is a diagram illustrating an illumination device portion in the projection type video display device. In the present embodiment, a reflection hologram is used as the light diffusing element 21. Similar to the above-described embodiment, the scanning light La from the optical scanning unit 15 performs scanning while changing the position of the incident surface of the light diffusing element 21 in terms of time. In the reflection hologram, this incident surface also functions as a reflection surface, and the reflected reproduced image illuminates the entire image forming region of the light modulation element 31 as the illuminated region, as in the previous embodiment. Even when any point of the light diffusing element 21 is scanned, the diffused light emitted from each point can illuminate the illuminated area, thereby making it possible to vary the incident angle with respect to the illuminated area in terms of time. Become. Therefore, as in the previous embodiment, speckles generated on the screen 41 and speckles generated by various optical elements of the projection display apparatus 10 can be made sufficiently inconspicuous.

図13は、本実施形態で使用する反射型ホログラムを作成する際の構成(干渉露光)を
示した図である。拡散板2の背面側からレーザー光を照射し、前方に拡散した物体光Obをホログラム記録材料24の一方の面から入射させる。その際、拡散板22からの各点からの拡散光(物体光Ob)は、ホログラム記録材料24の少なくとも使用領域全面を照明するよう拡散させる。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration (interference exposure) when creating a reflection hologram used in the present embodiment. Laser light is irradiated from the back side of the diffusion plate 2, and the object light Ob diffused forward is incident from one surface of the hologram recording material 24. At that time, diffused light (object light Ob) from each point from the diffusion plate 22 is diffused so as to illuminate at least the entire use region of the hologram recording material 24.

そして、ホログラム記録材料24の他の面から、集光光学系23にて集光した参照光Rが照射される。集光光学系23の焦点位置Aは、使用時の光走査部15による照射光発散点(基準点)と一致するように配置されている。物体光Obと参照光Rを同時に入射させ、ホログラム記録材料24中で干渉させる。   Then, the reference light R condensed by the condensing optical system 23 is irradiated from the other surface of the hologram recording material 24. The focal position A of the condensing optical system 23 is arranged so as to coincide with the irradiation light divergence point (reference point) by the light scanning unit 15 in use. The object light Ob and the reference light R are simultaneously incident and interfered in the hologram recording material 24.

ホログラム記録材料24は加熱、紫外線照射等の後処理を経て面上の各点において、同じ位置に拡散板像を再生する反射型ホログラム21が作成される。なお、前実施形態と同様、物体光Obの照射には、オパールガラスやすりガラスといった拡散板22だけでなく、レンズアレイなど、各点からの拡散光が使用領域全面を照明できる光学素子(第2の光拡散素子)であればよい。また、この反射型ホログラムについても計算機合成ホログラムを使用することとしてもよい。   The hologram recording material 24 is subjected to post-processing such as heating and ultraviolet irradiation to produce a reflection hologram 21 that reproduces a diffuser plate image at the same position at each point on the surface. As in the previous embodiment, the object light Ob is irradiated not only with the diffuser plate 22 such as an opal glass file, but also with an optical element (second lens) such as a lens array that can illuminate the entire use area. Light diffusing element). Moreover, it is good also as using a computer-generated hologram also about this reflection type hologram.

以上、本実施形態によれば、スペックルノイズが目立つことなく、偏光方向の揃った照明光を出射する照明装置、並びに、この照明装置にて光変調素子を照明することでスペックルノイズが目立たない映像を提供することのできる投射型映像表示装置を提供することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, speckle noise is not noticeable, and the speckle noise is noticeable by illuminating the light modulation element with the illumination device that emits illumination light having a uniform polarization direction. It is possible to provide a projection-type image display device that can provide a non-image.

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。   Note that the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention.

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。   Note that the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention.

10…投射型映像表示装置
11…光源
12…偏光分離部
13…λ/2波長板
14…集光光学系
15…光走査部

161…複屈折結晶素子
162…透明基板
163…シール材
164…プリズムアレイ
165…液晶分子
166A…ポリマーリッチ層
166B…液晶リッチ層
17…λ/2波長板
20…照明装置
21…光拡散素子(ホログラム)
22i…拡散板像
23…集光光学系
24…ホログラム記録材料
31…光変調素子(マイクロディスプレイ)
31a…像形成領域
32…投射光学系
41…スクリーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Projection type image display apparatus 11 ... Light source 12 ... Polarization separation part 13 ... (lambda) / 2 wavelength plate 14 ... Condensing optical system 15 ... Optical scanning part

161 ... birefringent crystal element 162 ... transparent substrate 163 ... sealing material 164 ... prism array 165 ... liquid crystal molecule 166A ... polymer rich layer 166B ... liquid crystal rich layer 17 ... [lambda] / 2 wavelength plate 20 ... illumination device 21 ... light diffusing element (hologram) )
22i ... Diffuser plate image 23 ... Condensing optical system 24 ... Hologram recording material 31 ... Light modulation element (micro display)
31a ... Image forming area 32 ... Projection optical system 41 ... Screen

Claims (10)

コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射したコヒーレント光を異なる方向に分離する偏光分離部と、
前記偏光分離部により分離されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記偏光分離部で分離された何れか一方のコヒーレント光の光路に配置され、前記偏光分離部で分離されたコヒーレント光の偏光方向を揃える波長板と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散し、各点から出射される拡散光が被照明領域を重ねて照明する光拡散素子と、を備え、
前記偏光分離部は、入射光を偏光の振動方向に応じて分離する複屈折性を有するデバイスであることを特徴とする
照明装置。
A light source that emits coherent light;
A polarization separator that separates coherent light emitted from the light source in different directions;
An optical scanning unit that scans coherent light separated by the polarization separation unit;
A wave plate disposed in the optical path of any one of the coherent lights separated by the polarization separation unit, and aligning the polarization direction of the coherent light separated by the polarization separation unit;
E Bei and a light diffusing element diffuses the scanned scanning light, diffusing light emitted from each point to illuminate overlapping the illuminated area by the light scanning unit,
The illumination apparatus, wherein the polarization separation unit is a device having birefringence that separates incident light according to a vibration direction of polarized light .
前記複屈折性を有するデバイスは、光が入出射する面のうち少なくとも一面が、コヒーレント光の光軸と垂直な面から傾斜している複屈折性結晶素子であることを特徴とする
請求項1に記載の照明装置。
The device having birefringence is a birefringent crystal element in which at least one of light incident / exiting surfaces is inclined from a plane perpendicular to the optical axis of coherent light.
The lighting device according to claim 1 .
前記複屈折性を有するデバイスは、2枚の透明基板間に複屈折性材料を封入し、
光が入射する側の透明基板の前記複屈折性材料側の面上に、コヒーレント光の光軸と垂直な面から傾斜した傾斜面を有するプリズムがアレイ状に配置されたデバイスであることを特徴とする
請求項1に記載の照明装置。
The birefringent device encapsulates a birefringent material between two transparent substrates,
It is a device in which prisms having an inclined surface inclined from a surface perpendicular to the optical axis of coherent light are arranged in an array on the surface of the transparent substrate on which light is incident on the birefringent material side. Be
The lighting device according to claim 1 .
前記複屈折性を有するデバイスは、2枚の透明基板間に複屈折性材料を含む層と、モノマー材料もしくはポリマー材料を含む層が、コヒーレント光の光軸と垂直な面から傾斜して交互に積層されたデバイスであることを特徴とする
請求項1に記載の照明装置。
In the birefringent device, a layer containing a birefringent material and a layer containing a monomer material or a polymer material are alternately inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of coherent light between two transparent substrates. It is a stacked device
The lighting device according to claim 1 .
前記光拡散素子は、ホログラムであることを特徴とする
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の照明装置。
The illumination device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the light diffusion element is a hologram.
前記ホログラムは、第2の光拡散素子の像を記録したものであることを特徴とする
請求項5に記載の照明装置。
The hologram is a recording of an image of a second light diffusing element.
The lighting device according to claim 5 .
前記ホログラムは、透過型ホログラム、反射型ホログラムの何れかであることを特徴とする
請求項5または請求項6に記載の照明装置。
The hologram is any one of a transmission hologram and a reflection hologram
The illumination device according to claim 5 or 6 .
前記光拡散素子は、拡散板であることを特徴とする
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の照明装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the light diffusing element is a diffusion plate.
前記光拡散素子は、レンズアレイであることを特徴とする
請求項1から請求項4の何れかに記載の照明装置。
The lighting device according to claim 1, wherein the light diffusing element is a lens array.
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射したコヒーレント光を異なる方向に分離する偏光分離部と、
前記偏光分離部により分離されたコヒーレント光を走査する光走査部と、
前記偏光分離部で分離された何れか一方のコヒーレント光の光路に配置され、前記偏光
分離部で分離されたコヒーレント光の偏光方向を揃える波長板と、
像が形成される像形成領域を有する光変調素子と、
前記光走査部で走査された走査光を拡散し、各点から出射される拡散光が前記像形成領域を重ねて照明する光拡散素子と、
前記光変調素子の像をスクリーンに投影する投射光学系と、を備え
前記偏光分離部は、入射光を偏光の振動方向に応じて分離する複屈折性を有するデバイスであることを特徴とする
投射型映像表示装置。
A light source that emits coherent light;
A polarization separator that separates coherent light emitted from the light source in different directions;
An optical scanning unit that scans coherent light separated by the polarization separation unit;
A wave plate disposed in the optical path of any one of the coherent lights separated by the polarization separation unit, and aligning the polarization direction of the coherent light separated by the polarization separation unit;
A light modulation element having an image forming region on which an image is formed;
A light diffusing element that diffuses the scanning light scanned by the light scanning unit, and diffused light emitted from each point illuminates the image forming region;
A projection optical system that projects an image of the light modulation element onto a screen ,
The projection-type image display device, wherein the polarization separation unit is a device having birefringence that separates incident light in accordance with a polarization vibration direction .
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