本発明は、投射型表示装置及び投射型表示装置を備えた作業装置に関する。The present invention relates to a projection display device and a work device equipped with a projection display device.
例えば特許文献１及び特許文献２に開示されているような作業装置が、種々の分野において使用されている。作業装置は、その全体または一部を移動させながら何らかの作業を行う。作業装置として、台車を牽引して物品の運搬を行う自動搬送機や、油圧ショベル等の作業機械が例示される。Working devices such as those disclosed in Patent Documents 1 and 2 are used in a variety of fields. Working devices perform some kind of work while moving in whole or in part. Examples of working devices include automatic conveying machines that tow carts to transport goods, and hydraulic excavators and other work machines.
昨今では、作業装置の利用に関して省人化や自動化が望まれている。このため、作業装置の周囲に注意喚起を行うための表示装置を、作業装置に搭載することが望まれている。表示装置は、作業装置の作業中に、周囲に対して作業装置の接近や可動領域を知らせる。In recent years, there has been a demand for labor-saving and automation in the use of work equipment. For this reason, it is desirable to equip work equipment with a display device that alerts people around the work equipment. The display device notifies people around the work equipment of its approach and range of movement while the work equipment is in operation.
このような表示装置として、作業装置が配置された路面や床面に光を照射することで表示を行う投射型表示装置が検討されている。投射型表示装置を用いて作業装置の接近や可動領域を知らせる表示を行う場合、作業装置に搭載された投射型表示装置は、作業装置が配置された路面や床面（したがって、投射型表示装置からある程度近い距離にある被照射面）のある程度広い領域を、鮮明に照明する必要がある。Projection display devices that project light onto the road or floor on which the work equipment is placed are being considered as such display devices. When using a projection display device to display information about the approach of the work equipment or its movable area, the projection display device mounted on the work equipment needs to clearly illuminate a fairly wide area of the road or floor on which the work equipment is placed (i.e., the illuminated surface that is at a certain distance from the projection display device).
本開示の実施形態は、被照射面のある程度広い領域を、鮮明に照明可能な投射型表示装置及び投射型表示装置付き作業装置を提供することを目的とする。An embodiment of the present disclosure aims to provide a projection-type display device and a work device equipped with a projection-type display device that can clearly illuminate a relatively wide area of the illuminated surface.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置は、
レーザー光源と、
前記レーザー光源から射出された光を回折する回折光学素子と、
前記回折光学素子で回折された光の光路上に設けられた第１光学系と、
を備え、
前記第１光学系は、
前記回折光学素子で回折された光が入射する正のパワーを持つ第１レンズ群と、
前記第１レンズ群から射出された光が入射する負のパワーを持つ第２レンズ群と、
を含み、
前記第１光学系の角倍率が１より大きい。 A projection display device according to an embodiment of the present disclosure includes:
A laser light source;
a diffractive optical element that diffracts the light emitted from the laser light source;
a first optical system provided on an optical path of light diffracted by the diffractive optical element;
Equipped with
The first optical system is
a first lens group having a positive power onto which light diffracted by the diffractive optical element is incident;
a second lens group having negative power onto which light emitted from the first lens group is incident;
Including,
The angular magnification of the first optical system is greater than 1.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置において、前記回折光学素子での前記光の回折角度が、０±１５°以下であってもよい。In a projection display device according to one embodiment of the present disclosure, the diffraction angle of the light at the diffractive optical element may be 0±15° or less.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置において、前記第１光学系は、結像光学系を形成していてもよい。In a projection display device according to one embodiment of the present disclosure, the first optical system may form an imaging optical system.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置において、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の光軸が同一直線上に位置するように、且つ、前記第１レンズ群の後側焦点が前記第２レンズ群の前側焦点に一致するように配置されていてもよい。In a projection display device according to one embodiment of the present disclosure, the first lens group and the second lens group may be arranged so that the optical axes of the first lens group and the second lens group are aligned on the same line, and so that the rear focal point of the first lens group coincides with the front focal point of the second lens group.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置は、前記レーザー光源から射出された光の進行方向を変化させることで、前記レーザー光源からの光を前記回折光学素子上で走査させる走査装置を更に備えていてもよい。A projection display device according to one embodiment of the present disclosure may further include a scanning device that changes the direction of travel of light emitted from the laser light source, thereby scanning the light from the laser light source over the diffractive optical element.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置において、前記レーザー光源は、レーザー光を発振する発光部と、前記発光部からの前記レーザー光をコリメートするコリメートレンズと、を含んでいてもよい。In a projection display device according to one embodiment of the present disclosure, the laser light source may include a light-emitting unit that oscillates laser light and a collimating lens that collimates the laser light from the light-emitting unit.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置において、前記回折光学素子は、複数の要素回折光学素子を含んでいてもよい。In a projection display device according to one embodiment of the present disclosure, the diffractive optical element may include multiple element diffractive optical elements.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置において、前記複数の要素回折光学素子は、前記レーザー光源からの光の回折角度が互いに異なる少なくとも２つの要素回折光学素子を含んでいてもよい。In a projection display device according to one embodiment of the present disclosure, the plurality of element diffractive optical elements may include at least two element diffractive optical elements that have different diffraction angles of light from the laser light source.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置において、前記複数の要素回折光学素子は、当該要素回折光学素子で回折される光の放射強度分布が互いに異なる少なくとも２つの要素回折光学素子を含んでいてもよい。In a projection display device according to one embodiment of the present disclosure, the plurality of element diffractive optical elements may include at least two element diffractive optical elements that differ from each other in the radiation intensity distribution of light diffracted by the element diffractive optical elements.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置は、前記レーザー光源からの光を平行光束に整形する第２光学系を更に備えていてもよい。A projection display device according to one embodiment of the present disclosure may further include a second optical system that shapes the light from the laser light source into a parallel beam.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置は、前記レーザー光源からの光を拡幅して平行光束に整形する第２光学系を更に備えていてもよい。A projection display device according to one embodiment of the present disclosure may further include a second optical system that widens the light from the laser light source and shapes it into a parallel beam.
本開示の一実施の形態による投射型表示装置付き作業装置は、
その一部または全体を移動させながら作業を行う作業装置と、
前記作業装置に取り付けられる上述した投射型表示装置と、
を備えている。 A working device with a projection-type display device according to an embodiment of the present disclosure includes:
A work device that performs work while moving a part or the whole of the work device;
the projection type display device described above attached to the working device;
It is equipped with:
本発明によれば、被照射面のある程度広い領域を、鮮明に照明可能な投射型表示装置及び投射型表示装置付き作業装置を提供することができる。The present invention provides a projection display device and a work device equipped with a projection display device that can clearly illuminate a relatively wide area of the illuminated surface.
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して本開示の第１の実施形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that in the drawings accompanying this specification, the scale and aspect ratios have been appropriately changed and exaggerated from those of the actual objects for the sake of ease of illustration and understanding.
本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「垂直」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に限定されることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈する。Terms used in this specification that specify shapes, geometric conditions, and their degrees, such as "parallel," "perpendicular," and "same," as well as length and angle values, are not limited to their strict meanings, but are interpreted to include the range of degrees to which similar functions can be expected.
本実施の形態における投射型表示装置付き作業装置１は、作業装置２と投射型表示装置１０とを備えている。作業装置２は、その一部または全体を移動させながら特定の作業を行う。作業装置２として、台車を牽引して物品の運搬を行う自動搬送機（図１参照）や、油圧ショベル（図２参照）等の作業機械が例示される。In this embodiment, the work device with a projection display device 1 comprises a work device 2 and a projection display device 10. The work device 2 performs a specific task while moving part or all of it. Examples of the work device 2 include an automatic transport vehicle (see Figure 1) that tows a cart to transport items, and work machines such as a hydraulic excavator (see Figure 2).
投射型表示装置１０は、作業装置２に取り付けられ、作業装置２の周囲の被照射面３（例えば作業装置２が設置された路面）上の被照明領域４を照明して情報を表示する。作業装置２が図１に示す自動搬送機である場合、投射型表示装置１０は、例えば、作業装置２が移動する路面を被照射面３とし、当該被照射面３上に屈曲線の形状をなす被照明領域４を照明して、立ち入り禁止領域を示す。この場合、屈曲線の形状をなす被照明領域４は、作業装置２の進行方向前方に表示され、被照明領域４よりも作業装置２に接近すると作業装置２が停止することを示す。これにより、作業装置２の周囲の者が意図せず作業装置２に接近して作業装置２が停止する、という虞が抑制される。The projection display device 10 is attached to the work device 2 and displays information by illuminating an illuminated area 4 on an illuminated surface 3 around the work device 2 (e.g., the road surface on which the work device 2 is installed). When the work device 2 is the automated transport vehicle shown in FIG. 1, the projection display device 10, for example, treats the road surface along which the work device 2 moves as the illuminated surface 3, and illuminates an illuminated area 4 in the shape of a curved line on the illuminated surface 3 to indicate a no-entry area. In this case, the illuminated area 4 in the shape of a curved line is displayed ahead of the work device 2 in the direction of travel, indicating that the work device 2 will stop if it approaches the illuminated area 4. This reduces the risk of someone around the work device 2 unintentionally approaching the work device 2 and causing it to stop.
また、作業装置２が図２に示す油圧ショベルである場合、投射型表示装置１０は、例えば、作業装置２が設置された路面を被照射面３とし、当該被照射面３上に屈曲線の形状をなす被照明領域４を照明して、立ち入り禁止領域を示す。この場合、屈曲線の形状をなす被照明領域４は、作業装置２のバケット５及びアーム６の可動範囲に対応した位置に表示され、被照明領域４よりも作業装置２に接近すると作業装置２のバケット５やアーム６に衝突する虞があることを示す。これにより、作業装置２の周囲の者が意図せず作業装置２に接近して怪我をする、という虞が抑制される。Furthermore, when the work implement 2 is a hydraulic excavator as shown in FIG. 2, the projection display device 10, for example, uses the road surface on which the work implement 2 is installed as the illuminated surface 3, and illuminates an illuminated area 4 in the shape of a curved line on the illuminated surface 3 to indicate a no-entry area. In this case, the illuminated area 4 in the shape of a curved line is displayed in a position corresponding to the range of motion of the bucket 5 and arm 6 of the work implement 2, indicating that if someone approaches the work implement 2 beyond the illuminated area 4, there is a risk of collision with the bucket 5 or arm 6 of the work implement 2. This reduces the risk of people around the work implement 2 unintentionally approaching the work implement 2 and being injured.
図１及び図２に示す例では、投射型表示装置１０は、被照明領域４を屈曲線の形状で照明しているが、これに限られない。投射型表示装置１０は、被照明領域４を直線または曲線の形状で照明してもよい。また、投射型表示装置１０は、被照明領域４を、屈曲線、直線、曲線、文字、絵柄、色模様、記号、マーク、イラスト、キャラクター、ピクトグラムのいずれか一以上を表す形状で照明してもよい。投射型表示装置１０は、被照明領域４の形状等に関連した情報を、被照射面３上に示す。In the example shown in Figures 1 and 2, the projection display device 10 illuminates the illuminated area 4 in the shape of a curved line, but this is not limited to this. The projection display device 10 may also illuminate the illuminated area 4 in the shape of a straight line or curved line. The projection display device 10 may also illuminate the illuminated area 4 in a shape representing one or more of a curved line, straight line, curved line, character, picture, color pattern, symbol, mark, illustration, character, or pictogram. The projection display device 10 displays information related to the shape of the illuminated area 4, etc., on the illuminated surface 3.
なお、作業装置２が設置される場所は路面上に限られず、投射型表示装置１０が照明する被照射面３は路面に限られない。作業装置２は、屋外及び屋内のいずれに設置されてもよい。また、投射型表示装置１０は、路面以外の地面や、床面、水面、壁面等を被照射面３として照明してもよい。例えば、作業装置２は下水管内に設置されてよく、この場合、投射型表示装置１０は下水管の壁面を照明してもよい。Note that the location where the work device 2 is installed is not limited to the road surface, and the illuminated surface 3 illuminated by the projection display device 10 is not limited to the road surface. The work device 2 may be installed either outdoors or indoors. The projection display device 10 may also illuminate the illuminated surface 3, such as the ground, floor, water surface, or wall surface, other than the road surface. For example, the work device 2 may be installed inside a sewer pipe, in which case the projection display device 10 may illuminate the wall surface of the sewer pipe.
図３に示す例では、投射型表示装置１０は、レーザー光源２０と、レーザー光源２０からの光を回折する回折光学素子３０と、回折光学素子３０から射出された光に作用する第１光学系４０と、を有する。投射型表示装置１０は、回折光学素子３０で回折された光を被照射面３に投射する。投射型表示装置１０によって照明される被照明領域４の形状は、回折光学素子３０の回折パターンに応じた形状である。言い換えると、投射型表示装置１０は、回折光学素子３０の回折パターンに応じた情報を、被照射面３上に示す。In the example shown in FIG. 3, the projection display device 10 has a laser light source 20, a diffractive optical element 30 that diffracts light from the laser light source 20, and a first optical system 40 that acts on the light emitted from the diffractive optical element 30. The projection display device 10 projects the light diffracted by the diffractive optical element 30 onto the illuminated surface 3. The shape of the illuminated area 4 illuminated by the projection display device 10 corresponds to the diffraction pattern of the diffractive optical element 30. In other words, the projection display device 10 displays information corresponding to the diffraction pattern of the diffractive optical element 30 on the illuminated surface 3.
レーザー光源２０は、レーザー光を発振する発光部２１を含む。発光部２１から射出されるレーザー光は高い指向性を有している。したがって、レーザー光源２０は、投射型表示装置１０からある程度離れた被照射面３を照明する投射型表示装置１０に好適である。発光部２１として、半導体レーザーを例示できる。図３に示す例において、レーザー光源２０は、単一の発光部２１を含んでいる。したがって、図３に示す例では、レーザー光源２０から射出されるレーザー光の波長域に対応した色のレーザー光で被照明領域４を照明する。The laser light source 20 includes a light-emitting unit 21 that emits laser light. The laser light emitted from the light-emitting unit 21 has high directionality. Therefore, the laser light source 20 is suitable for a projection display device 10 that illuminates an illuminated surface 3 that is some distance away from the projection display device 10. An example of the light-emitting unit 21 is a semiconductor laser. In the example shown in Figure 3, the laser light source 20 includes a single light-emitting unit 21. Therefore, in the example shown in Figure 3, the illuminated area 4 is illuminated with laser light of a color that corresponds to the wavelength range of the laser light emitted from the laser light source 20.
回折光学素子３０は、レーザー光源２０からの光の進行方向を変化させる。回折光学素子３０は、レーザー光源２０からの光を回折して、第１光学系４０向ける。第１光学系４０は、回折光学素子３０で回折された光に作用して、当該光を被照射面３上の被照明領域４に向ける。この結果、被照明領域４は、回折光学素子３０での回折パターンに応じた形状で照明される。The diffractive optical element 30 changes the direction of travel of light from the laser light source 20. The diffractive optical element 30 diffracts the light from the laser light source 20 and directs it toward the first optical system 40. The first optical system 40 acts on the light diffracted by the diffractive optical element 30 and directs the light toward the illuminated area 4 on the illuminated surface 3. As a result, the illuminated area 4 is illuminated in a shape that corresponds to the diffraction pattern of the diffractive optical element 30.
回折光学素子３０は、ホログラム素子であってもよい。回折光学素子３０としてホログラム素子を用いることにより、回折光学素子３０の回折特性を設計しやすくなる。被照射面３上における予め定めた位置、輪郭形状、大きさ、及び、向きとなっている所望領域の全域のみに光を投射し得るホログラム素子を設計できる。被照射面３上における光を照射される領域が、被照明領域４となる。The diffractive optical element 30 may be a hologram element. Using a hologram element as the diffractive optical element 30 makes it easier to design the diffraction characteristics of the diffractive optical element 30. It is possible to design a hologram element that can project light only over the entire desired area on the illuminated surface 3, which has a predetermined position, contour shape, size, and orientation. The area on the illuminated surface 3 that is illuminated with light becomes the illuminated area 4.
回折光学素子３０を設計する際、被照明領域４は、回折光学素子３０に対して予め定めた位置に、予め定めた輪郭形状、大きさ及び向きで、実空間に設定される。被照射面３上における被照明領域４の位置、輪郭形状、大きさ及び向きは、回折光学素子３０の回折特性に依存する。回折光学素子３０の回折特性を調整することで、被照射面３上における被照明領域４の位置、輪郭形状、大きさ及び向きを任意に調整できる。したがって、回折光学素子３０を設計する際には、まず被照射面３上の被照明領域４の位置、輪郭形状、大きさ及び向きを決定する。次に、決定した被照明領域４の全域に光を投射できるように、回折光学素子３０の回折特性を調整すればよい。When designing the diffractive optical element 30, the illuminated area 4 is set in real space at a predetermined position relative to the diffractive optical element 30, with a predetermined contour shape, size, and orientation. The position, contour shape, size, and orientation of the illuminated area 4 on the illuminated surface 3 depend on the diffraction characteristics of the diffractive optical element 30. By adjusting the diffraction characteristics of the diffractive optical element 30, the position, contour shape, size, and orientation of the illuminated area 4 on the illuminated surface 3 can be adjusted as desired. Therefore, when designing the diffractive optical element 30, the position, contour shape, size, and orientation of the illuminated area 4 on the illuminated surface 3 are first determined. Next, the diffraction characteristics of the diffractive optical element 30 are adjusted so that light can be projected over the entire illuminated area 4 that has been determined.
回折光学素子３０は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）として作製され得る。計算機合成ホログラムは、任意の回折特性を持つ構造をコンピュータ上で計算することによって作製される。したがって、計算機合成ホログラムを回折光学素子３０として採用することで、光源や光学系を用いた物体光及び参照光の生成や、露光によるホログラム記録材料への干渉縞の記録を不要にできる。投射型表示装置１０は、当該投射型表示装置１０に対して予め定めた位置に、予め定めた輪郭形状、大きさ及び向きの被照明領域４にレーザー光を照射することを想定されている。被照明領域４に関する情報をパラメータとしてコンピュータに入力することで、被照明領域４に回折光を投影可能な回折特性を持つ構造、例えば凹凸面を、コンピュータでの演算によって特定できる。特定された構造を、例えば樹脂賦型により形成することによって、計算機合成ホログラムとしての回折光学素子３０を、簡易な手順にて低コストで作製できる。The diffractive optical element 30 can be fabricated as a computer-generated hologram (CGH). A computer-generated hologram is created by calculating a structure with desired diffraction characteristics on a computer. Therefore, using a computer-generated hologram as the diffractive optical element 30 eliminates the need to generate object and reference light using a light source or optical system, or to record interference fringes on a hologram recording material by exposure. The projection display device 10 is designed to irradiate an illuminated area 4 with laser light at a predetermined position on the projection display device 10, with a predetermined contour shape, size, and orientation. By inputting information about the illuminated area 4 as parameters into a computer, a structure with diffraction characteristics capable of projecting diffracted light onto the illuminated area 4, such as a concave-convex surface, can be specified by computer calculation. By forming the specified structure, for example, by resin molding, the diffractive optical element 30 as a computer-generated hologram can be fabricated easily and at low cost.
回折光学素子３０の設計には、例えば反復フーリエ変換法を用いてもよい。反復フーリエ変換法を用いた場合、被照明領域４が回折光学素子３０からある程度遠方にあることを前提として処理し、被照射面３上に投影される像をフラウンホーファ回折像としてもよい。したがって、被照射面３は、回折光学素子３０の回折面と非平行であってもよい。The diffractive optical element 30 may be designed using, for example, the iterative Fourier transform method. When using the iterative Fourier transform method, processing may be performed assuming that the illuminated region 4 is located at a certain distance from the diffractive optical element 30, and the image projected onto the illuminated surface 3 may be a Fraunhofer diffraction image. Therefore, the illuminated surface 3 may be non-parallel to the diffractive surface of the diffractive optical element 30.
図３に示す例では、回折光学素子３０は、複数の要素回折光学素子３１，３２を含んでいる。個々の要素回折光学素子３１，３２は、例えばホログラム素子であり、上述した回折光学素子３０と同様に構成され得る。In the example shown in FIG. 3, the diffractive optical element 30 includes multiple element diffractive optical elements 31 and 32. Each element diffractive optical element 31 and 32 is, for example, a hologram element, and can be configured in the same manner as the diffractive optical element 30 described above.
各要素回折光学素子３１，３２は、互いに同一の回折特性を有するように構成されてもよい。ただし、より高精度な投射を実現する上で、各要素回折光学素子３１，３２が、当該要素回折光学素子３１，３２の回折光学素子３０内における配置位置に応じて、別個に設計された回折特性を付与されてもよい。Each element diffractive optical element 31, 32 may be configured to have the same diffraction characteristics. However, to achieve more accurate projection, each element diffractive optical element 31, 32 may be given diffraction characteristics that are individually designed depending on the placement position of that element diffractive optical element 31, 32 within the diffractive optical element 30.
例えば、個々の要素回折光学素子３１，３２の回折特性を設計して、投射型表示装置１０から被照明領域４の各位置に入射する光の入射角度や放射強度分布を制御してもよい。これにより、被照明領域４の形状やサイズをより高精度に調整可能である。また、これにより、被照明領域４の各位置での放射照度をより高精度に調整可能であり、例えば被照明領域４を均一な明るさで照明することができる。ここで、放射照度とは、単位面積当たりの受光量すなわち受光された光エネルギを指す。For example, the diffraction characteristics of each element diffractive optical element 31, 32 may be designed to control the angle of incidence and radiant intensity distribution of light incident from the projection display device 10 at each position in the illuminated area 4. This makes it possible to adjust the shape and size of the illuminated area 4 with greater precision. This also makes it possible to adjust the irradiance at each position in the illuminated area 4 with greater precision, allowing the illuminated area 4 to be illuminated with a uniform brightness, for example. Here, irradiance refers to the amount of light received per unit area, i.e., the received light energy.
ところで、回折光学素子を用いた投射型表示装置によれば、回折光学素子での回折により、被照明領域を回折光学素子での回折パターンに応じた形状で照明することができる。ただし、回折光学素子では、回折光として、１次回折光以外に２次以上の高次の回折光（以下、「高次回折光」とも称する）が生じる。また、光源からの光の一部は、回折光学素子で回折されることなく回折光学素子を透過し、いわゆる０次光となる。そして、回折光学素子での回折角度範囲が広くなると、０次光の強度が増大したり、高次回折光の強度が増大する。０次光の強度が増大すると、投射型表示装置のレーザー安全性を損なう。また、高次回折光の強度が増大すると、被照射面上において１次回折光による回折像以外に高次回折光による回折像（いわゆる「フレア」）が視認可能となる。さらに、０次光や高次回折光の強度が増大すると、被照明領域を明るく照明することができない。In a projection display device using a diffractive optical element, diffraction by the diffractive optical element can illuminate an illuminated area in a shape corresponding to the diffraction pattern of the diffractive optical element. However, in addition to first-order diffracted light, diffractive optical elements also produce second-order and higher-order diffracted light (hereinafter also referred to as "higher-order diffracted light"). Furthermore, a portion of the light from the light source passes through the diffractive optical element without being diffracted, becoming so-called zeroth-order light. As the diffraction angle range of the diffractive optical element widens, the intensity of the zeroth-order light and the intensity of the higher-order diffracted light increase. An increase in the intensity of the zeroth-order light compromises the laser safety of the projection display device. Furthermore, as the intensity of the higher-order diffracted light increases, diffracted images (so-called "flare") due to higher-order diffracted light become visible on the illuminated surface in addition to the diffracted image due to the first-order diffracted light. Furthermore, an increase in the intensity of the zeroth-order and higher-order diffracted light makes it difficult to illuminate the illuminated area brightly.
このような問題を解決するため、回折光学素子と被照射面との間に、０次光や高次回折光を遮断するマスクを配置することも考えられる。しかしながら、この場合、光源からの光の利用効率が低下する。To solve this problem, it is possible to place a mask between the diffractive optical element and the illuminated surface to block zero-order and higher-order diffracted light. However, this reduces the efficiency of light utilization from the light source.
このような点を考慮して、図示された例では、回折光学素子３０は、その光の回折角度が０±１５°以下、好ましくは０±１０°以下、より好ましくは０±５°以下であるように設計されている。回折光学素子３０の回折角度が上記範囲であることにより、０次光や高次回折光の強度の増大を抑制することができ、被照明領域４を鮮明に照明することができる。Taking these points into consideration, in the illustrated example, the diffractive optical element 30 is designed so that its light diffraction angle is 0±15° or less, preferably 0±10° or less, and more preferably 0±5° or less. By keeping the diffraction angle of the diffractive optical element 30 within this range, it is possible to suppress an increase in the intensity of zero-order light and higher-order diffracted light, and to clearly illuminate the illuminated area 4.
次に、第１光学系４０について説明する。第１光学系４０は、第１レンズ群４１と第２レンズ群４２とを含む。第２レンズ群４２は、第１レンズ群４１よりも、レーザー光源２０からの光の光路における下流側に配置されている。第１レンズ群４１は、回折光学素子３０で回折された光が入射するレンズ群であり、正のパワーを有する。第２レンズ群４２は、第１レンズ群４１から射出された光が入射するレンズ群であり、負のパワーを有する。第１光学系４０は、第１光学系４０に入射した光の光路幅を、第１レンズ群４１で縮小させ、第２レンズ群４２で拡幅する。これによりレーザー光源２０から射出されたレーザー光のビーム径に起因した被照明領域４のボケを抑制することができ、被照明領域４を鮮明に照明することができる。具体的には、図３に示す例では、被照明領域４においてボケが生じる領域は、参照符号９０で示される領域である。この領域９０は、回折光学素子３０からの回折光が第１光学系４０の作用を受けずに直接被照射面３に入射した場合に生じるボケの領域と比較して、著しく小さい。Next, the first optical system 40 will be described. The first optical system 40 includes a first lens group 41 and a second lens group 42. The second lens group 42 is located downstream of the first lens group 41 in the optical path of the light from the laser light source 20. The first lens group 41 is a lens group onto which light diffracted by the diffractive optical element 30 is incident and has positive power. The second lens group 42 is a lens group onto which light emitted from the first lens group 41 is incident and has negative power. The first optical system 40 reduces the optical path width of the light incident on the first optical system 40 with the first lens group 41 and widens it with the second lens group 42. This reduces blurring of the illuminated area 4 due to the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 20, thereby enabling the illuminated area 4 to be clearly illuminated. Specifically, in the example shown in FIG. 3, the area of the illuminated area 4 where blurring occurs is the area indicated by reference numeral 90. This area 90 is significantly smaller than the area of blur that would occur if the diffracted light from the diffractive optical element 30 were to directly impinge on the illuminated surface 3 without being affected by the first optical system 40.
なお、第１レンズ群４１および第２レンズ群４２は、それぞれ、単一のレンズから構成されていてもよいし、複数のレンズから構成されていてもよい。図３に示された一具体例において、第１レンズ群４１は、単一の凸レンズ４３から構成されている。また、第２レンズ群４２は、単一の凹レンズ４４から構成されている。Note that the first lens group 41 and the second lens group 42 may each be composed of a single lens or multiple lenses. In one specific example shown in Figure 3, the first lens group 41 is composed of a single convex lens 43. The second lens group 42 is composed of a single concave lens 44.
図３に示す例では、第１レンズ群４１をなす凸レンズ４３及び第２レンズ群４２をなす凹レンズ４４は、それぞれの光軸が同一直線上に位置するよう、配置されている。第１レンズ群４１をなす凸レンズ４３の後側焦点が第２レンズ群４２をなす凹レンズ４４の前側焦点に一致するように配置されている。第１光学系４０をこのように形成することにより、回折光学素子３０の射出面上の異なる点から射出されて第１光学系４０に入射した光を、互いに平行又は略平行な光束として第１光学系４０から射出することができる。したがって、投射型表示装置１０と被照射面３との距離に依存して被照明領域４のボケの領域９０の大きさが変化する、ということが抑制される。言い換えると、第１光学系４０の存在により、被照射面３が投射型表示装置１０から離れるほど被照明領域４のボケの領域９０が拡大する、ということが抑制される。In the example shown in FIG. 3 , the convex lens 43 of the first lens group 41 and the concave lens 44 of the second lens group 42 are arranged so that their optical axes are aligned on the same line. The rear focal point of the convex lens 43 of the first lens group 41 coincides with the front focal point of the concave lens 44 of the second lens group 42. By configuring the first optical system 40 in this manner, light emitted from different points on the exit surface of the diffractive optical element 30 and incident on the first optical system 40 can be emitted from the first optical system 40 as parallel or nearly parallel beams. This prevents the size of the blurred region 90 in the illuminated area 4 from changing depending on the distance between the projection display device 10 and the illuminated surface 3. In other words, the presence of the first optical system 40 prevents the blurred region 90 in the illuminated area 4 from expanding as the illuminated surface 3 moves farther away from the projection display device 10.
なお、図３に示す第１光学系４０は、平行光束が入射すると平行光束として射出し得るように設計可能である。すなわち、図３に示す第１光学系４０は、平行光束が入射する場合、アフォーカル光学系として機能し得る。The first optical system 40 shown in Figure 3 can be designed so that when a parallel light beam is incident on it, it can emit the parallel light beam. In other words, the first optical system 40 shown in Figure 3 can function as an afocal optical system when a parallel light beam is incident on it.
また、図３に示す例では、第１光学系４０の角倍率は１より大きい。これにより、第１光学系４０から射出される光は全体として発散する。この結果、被照射面３が投射型表示装置１０からある程度近い距離にある場合であっても、被照射面３を広範囲に照明することができる。In the example shown in Figure 3, the angular magnification of the first optical system 40 is greater than 1. This causes the light emitted from the first optical system 40 to diverge as a whole. As a result, even if the illuminated surface 3 is located at a relatively short distance from the projection display device 10, the illuminated surface 3 can be illuminated over a wide area.
また、投射型表示装置１０と被照明領域４との間の距離が予め決まっている場合は、回折光学素子３０（個々の要素回折光学素子３１，３２）の回折特性を設計することによって、ボケの領域９０をさらに抑制することができる。Furthermore, if the distance between the projection display device 10 and the illuminated area 4 is predetermined, the blurred area 90 can be further suppressed by designing the diffraction characteristics of the diffractive optical element 30 (individual element diffractive optical elements 31, 32).
＜第２の実施形態＞
次に、図４を参照して、本開示の第２の実施形態について説明する。図４に示す投射型表示装置１０Ａは、図３に示す投射型表示装置１０と比較して、第２光学系５０を有している点で異なっている。その他の構成は、図３に示す投射型表示装置１０と略同一である。図４に示す第２の実施形態において、図３に示す投射型表示装置１０と同様の部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 4. A projection-type display device 10A shown in Fig. 4 differs from the projection-type display device 10 shown in Fig. 3 in that it includes a second optical system 50. The other configurations are substantially the same as those of the projection-type display device 10 shown in Fig. 3. In the second embodiment shown in Fig. 4, parts that are the same as those of the projection-type display device 10 shown in Fig. 3 are designated by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.
第２光学系５０は、レーザー光源２０からの光の光路におけるレーザー光源２０と回折光学素子３０との間に配置されている。第２光学系５０は、レーザー光源２０から射出された拡散光を、平行光束に近づくように整形する。図示された例において、第２光学系５０は、コリメートレンズからなり、レーザー光源２０から射出されたレーザー光をコリメートして平行光束に近づける。これにより、平行化された光が回折光学素子３０に入射するので、回折光学素子３０で光を所望の方向に高精度に回折させることができる。The second optical system 50 is disposed between the laser light source 20 and the diffractive optical element 30 in the optical path of the light from the laser light source 20. The second optical system 50 shapes the diffused light emitted from the laser light source 20 so that it approaches a parallel beam. In the illustrated example, the second optical system 50 is made of a collimating lens, and collimates the laser light emitted from the laser light source 20 to approach a parallel beam. As a result, the parallelized light is incident on the diffractive optical element 30, which can diffract the light in the desired direction with high precision.
なお、第２光学系５０は、レーザー光源２０から十分に離れた位置に配置される。したがって、十分に拡散された光源光が第２光学系５０でコリメートされる。これにより、第２光学系５０で平行化された光が回折光学素子３０の広い領域に入射し、被照射面３を広く照明することができる。The second optical system 50 is positioned at a sufficient distance from the laser light source 20. Therefore, the sufficiently diffused light source light is collimated by the second optical system 50. As a result, the light collimated by the second optical system 50 is incident on a wide area of the diffractive optical element 30, allowing the illuminated surface 3 to be widely illuminated.
＜第３の実施形態＞
次に、図５を参照して、本開示の第３の実施形態について説明する。図５に示す投射型表示装置１０Ｂは、図３に示す投射型表示装置１０と比較して、レーザー光源２０Ｂがコリメートレンズ２２を有している点で異なっている。また、投射型表示装置１０Ｂが走査装置６０を含む点で異なっている。その他の構成は、図３に示す投射型表示装置１０と略同一である。図５に示す第３の実施形態において、図３に示す投射型表示装置１０と同様の部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 5. The projection display device 10B shown in Fig. 5 differs from the projection display device 10 shown in Fig. 3 in that the laser light source 20B has a collimating lens 22. The projection display device 10B also differs in that it includes a scanning device 60. The other configurations are substantially the same as those of the projection display device 10 shown in Fig. 3. In the third embodiment shown in Fig. 5, parts that are the same as those of the projection display device 10 shown in Fig. 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
コリメートレンズ２２は、発光部２１よりも、発光部２１からの光の光路における下流側に配置されている。コリメートレンズ２２は、発光部２１で発振されたレーザー光をコリメートして平行光束に近づける。これにより、平行化された光がレーザー光源２０Ｂから射出されて、回折光学素子３０に入射する。このため、回折光学素子３０で光を所望の方向に高精度に回折させることができる。The collimating lens 22 is positioned downstream of the light-emitting unit 21 in the optical path of the light from the light-emitting unit 21. The collimating lens 22 collimates the laser light emitted by the light-emitting unit 21, bringing it closer to a parallel beam. This causes the parallelized light to be emitted from the laser light source 20B and enter the diffractive optical element 30. This allows the diffractive optical element 30 to diffract the light in the desired direction with high precision.
レーザー光源２０Ｂのコリメートレンズ２２は、発光部２１の近傍に配置される。このため、レーザー光源２０Ｂから射出されるレーザー光の拡散を抑制することができ、当該光のビーム径に起因した被照明領域４のボケを抑制することができる。The collimating lens 22 of the laser light source 20B is positioned near the light emitter 21. This prevents the laser light emitted from the laser light source 20B from diffusing, thereby preventing blurring of the illuminated area 4 due to the beam diameter of the light.
次に、走査装置６０について説明する。走査装置６０は、レーザー光源２０Ｂからのレーザー光の光路を経時的に変化させることで、当該光を回折光学素子３０上で走査させる。この結果、回折光学素子３０上でレーザー光の入射位置が移動する。すなわち、レーザー光源２０からのレーザー光が入射する回折光学素子３０が、複数の要素回折光学素子３１，３２の間で変化する。図示された走査装置６０は、一つの軸線ＲＡを中心として回動可能な反射面を有している。このような走査装置６０として、ＭＥＭＳミラーやガルバノミラーを用いてもよい。Next, the scanning device 60 will be described. The scanning device 60 changes the optical path of the laser light from the laser light source 20B over time, causing the light to scan the diffractive optical element 30. As a result, the incident position of the laser light on the diffractive optical element 30 moves. In other words, the diffractive optical element 30 onto which the laser light from the laser light source 20 is incident changes between multiple element diffractive optical elements 31, 32. The illustrated scanning device 60 has a reflective surface that can rotate around a single axis RA. A MEMS mirror or a galvanometer mirror may also be used as such a scanning device 60.
図５に示す例において、複数の要素回折光学素子３１，３２は、光源光を回折し、互いに異なるプロファイル（特に輪郭）の光束を射出するものであってよい。この場合、回折光学素子３０上での光の入射位置に応じて、被照明領域４の形状を変更することができる。In the example shown in Figure 5, the multiple element diffractive optical elements 31, 32 may diffract light from the light source and emit light beams with different profiles (particularly contours). In this case, the shape of the illuminated area 4 can be changed depending on the incident position of the light on the diffractive optical element 30.
また、図５に示す例において、複数の要素回折光学素子３１，３２で回折された光は、互いに異なる被照明領域４ａ，４ｂに向けられてよい。この場合、各要素回折光学素子３１，３２で回折される光の回折角度範囲を狭くすることができる。また、この場合、回折光学素子３０上での光の入射位置に応じて、被照明領域を被照明領域４ａと被照明領域４ｂとの間で移動させることができる。In the example shown in FIG. 5, the light diffracted by the multiple element diffractive optical elements 31, 32 may be directed toward different illuminated regions 4a, 4b. In this case, the diffraction angle range of the light diffracted by each element diffractive optical element 31, 32 can be narrowed. In this case, the illuminated region can be moved between illuminated region 4a and illuminated region 4b depending on the incident position of the light on the diffractive optical element 30.
なお、走査装置６０が人間の視覚の分解能を超える速さで動作することによって、人間には、全ての被照明領域４ａ,４ｂが同時に照明され続けているように観察される。したがって、この場合、投射型表示装置１０Ｂの照明領域４は、全ての被照明領域４ａ,４ｂを合わせた領域となる。特に、図５に示す例では、レーザー光源２０Ｂがコリメートレンズ２２を有することにより、図１及び図２に示す投射型表示装置１０，１０Ａと比較して、レーザー光源２０Ｂからの光のビーム径に起因した被照明領域４ａ,４ｂのボケを抑制することができる一方で、各時点における回折光学素子３０上での光の入射領域は狭い。しかしながら、走査装置６０を人間の視覚の分解能を超える速さで動作させながら回折光学素子３０上での光の入射位置を変化させることにより、図１及び図２に示す投射型表示装置１０，１０Ａと同程度の大きさの被照明領域４を照明することができる。Note that because the scanning device 60 operates at a speed exceeding the resolution of human vision, humans perceive all illuminated areas 4a, 4b as being continuously illuminated simultaneously. Therefore, in this case, the illumination area 4 of the projection display device 10B is the combined area of all illuminated areas 4a, 4b. In particular, in the example shown in Figure 5, the laser light source 20B includes a collimating lens 22, which reduces blurring of the illuminated areas 4a, 4b due to the beam diameter of the light from the laser light source 20B compared to the projection display devices 10, 10A shown in Figures 1 and 2. However, the incident area of the light on the diffractive optical element 30 at each point in time is narrow. However, by changing the incident position of the light on the diffractive optical element 30 while operating the scanning device 60 at a speed exceeding the resolution of human vision, it is possible to illuminate an illuminated area 4 of approximately the same size as the projection display devices 10, 10A shown in Figures 1 and 2.
＜第４の実施形態＞
次に、図６を参照して、本開示の第４の実施形態について説明する。図６に示す投射型表示装置１０Ｃは、図５に示す投射型表示装置１０Ｂと比較して、第２光学系５０Ｃを有している点で異なっている。その他の構成は、図５に示す投射型表示装置１０Ｂと略同一である。図６に示す第４の実施形態において、図５に示す投射型表示装置１０Ｂと同様の部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 6. A projection-type display device 10C shown in Fig. 6 differs from the projection-type display device 10B shown in Fig. 5 in that it includes a second optical system 50C. The other configurations are substantially the same as those of the projection-type display device 10B shown in Fig. 5. In the fourth embodiment shown in Fig. 6, parts that are the same as those of the projection-type display device 10B shown in Fig. 5 are designated by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.
第２光学系５０Ｃは、レーザー光源２０Ｂから回折光学素子３０までの光路に沿った走査装置６０と回折光学素子３０との間に配置されている。第２光学系５０Ｃは、レーザー光源２０Ｂから射出された光を拡幅して、平行光束に整形する。図６に示す例では、第２光学系５０Ｃは、レーザー光源２０Ｂから射出した光の光路に沿った順で、レンズ５１およびコリメートレンズ５２を有している。レンズ５１は、レーザー光源２０Ｂから射出した光を発散光束に整形する。コリメートレンズ５２は、レンズ５１で生成された発散光束を、平行光束に整形し直す。The second optical system 50C is disposed between the scanning device 60 and the diffractive optical element 30 along the optical path from the laser light source 20B to the diffractive optical element 30. The second optical system 50C widens the light emitted from the laser light source 20B and shapes it into a parallel beam. In the example shown in FIG. 6, the second optical system 50C has, in order along the optical path of the light emitted from the laser light source 20B, a lens 51 and a collimating lens 52. The lens 51 shapes the light emitted from the laser light source 20B into a diverging beam. The collimating lens 52 reshapes the diverging beam generated by the lens 51 into a parallel beam.
このような第２光学系５０Ｃが走査装置６０と回折光学素子３０との間に配置されていることにより、回折光学素子３０の入射面上を走査する光の走査幅を拡大することができる。これにより、図５に示す投射型表示装置１０Ｂと比較して、より大きな被照明領域４ａ,４ｂを照明することができる。また、第２光学系５０Ｃにより平行化された光が回折光学素子３０に入射するので、回折光学素子３０で光を所望の方向に高精度に回折させることができる。By disposing this second optical system 50C between the scanning device 60 and the diffractive optical element 30, the scanning width of the light scanning the incident surface of the diffractive optical element 30 can be increased. This makes it possible to illuminate larger illuminated areas 4a, 4b compared to the projection-type display device 10B shown in Figure 5. Furthermore, because the light collimated by the second optical system 50C is incident on the diffractive optical element 30, the diffractive optical element 30 can diffract the light in the desired direction with high precision.
なお、走査装置６０によって、回折光学素子３０へのレーザー光の供給の有無を制御してもよい。The scanning device 60 may also control whether or not laser light is supplied to the diffractive optical element 30.
＜第５の実施形態＞
次に、図７を参照して、本開示の第５の実施形態について説明する。図７に示す投射型表示装置１０Ｄは、図６に示す投射型表示装置１０Ｃと比較して、第１光学系４０Ｄが回折光学素子３０で回折された光の像を結像させる結像光学系を形成している点で異なっている。その他の構成は、図６に示す投射型表示装置１０Ｃと略同一である。図７に示す第５の実施形態において、図６に示す投射型表示装置１０Ｃと同様の部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。Fifth Embodiment
Next, a fifth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 7. A projection-type display device 10D shown in Fig. 7 differs from the projection-type display device 10C shown in Fig. 6 in that a first optical system 40D forms an imaging optical system that forms an image of light diffracted by a diffractive optical element 30. The other configurations are substantially the same as those of the projection-type display device 10C shown in Fig. 6. In the fifth embodiment shown in Fig. 7, parts that are the same as those of the projection-type display device 10C shown in Fig. 6 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図７に示す例では、第１光学系４０Ｄが、回折光学素子３０を構成する複数の要素回折光学素子３１，３２の各々で回折された光を投射型表示装置１０Ｄから所定距離にある面に結像させる結像光学系を形成する。第１光学系４０Ｄは、回折光学素子３０で回折された光を、第１光学系４０Ｄよりもレーザー光源２０からの光の光路における下流側にある面に結像させる。この場合、投射型表示装置１０Ｄと被照射面３との距離を上記所定距離に一致させれば、或いは、投射型表示装置１０Ｄと被照射面３との距離を上記所定距離に近づければ、レーザー光源２０Ｂから射出されるレーザー光のビーム径に起因した被照明領域４のボケを、極めて効果的に抑制することができる。この結果、被照明領域４を極めて鮮明に照明することができる。In the example shown in FIG. 7 , the first optical system 40D forms an imaging optical system that images the light diffracted by each of the multiple element diffractive optical elements 31, 32 that make up the diffractive optical element 30 on a surface that is a predetermined distance from the projection display device 10D. The first optical system 40D images the light diffracted by the diffractive optical element 30 on a surface that is downstream of the first optical system 40D in the optical path of the light from the laser light source 20. In this case, by matching the distance between the projection display device 10D and the irradiated surface 3 to the predetermined distance, or by bringing the distance between the projection display device 10D and the irradiated surface 3 closer to the predetermined distance, blurring of the illuminated area 4 caused by the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 20B can be extremely effectively suppressed. As a result, the illuminated area 4 can be illuminated extremely clearly.
あるいは、この場合、投射型表示装置１０Ｄと被照射面３との距離を上記所定距離に一致させれば、或いは、投射型表示装置１０Ｄと被照射面３との距離を上記所定距離に近づければ、走査装置６０による回折光学素子３０上での光の入射位置の変化に応じた被照明領域４ａ、４ｂの移動を、抑制することができる。Alternatively, in this case, by matching the distance between the projection display device 10D and the illuminated surface 3 to the above-mentioned predetermined distance, or by bringing the distance between the projection display device 10D and the illuminated surface 3 closer to the above-mentioned predetermined distance, movement of the illuminated areas 4a, 4b in response to changes in the incident position of light on the diffractive optical element 30 caused by the scanning device 60 can be suppressed.
なお、図７に示す例で、被照射面３上に投影される像がフラウンホーファ回折像である場合、第１光学系４０Ｄによって結像される像はフーリエ変換像である。In the example shown in Figure 7, if the image projected onto the illuminated surface 3 is a Fraunhofer diffraction image, the image formed by the first optical system 40D is a Fourier transform image.
＜第６の実施形態＞
次に、図８を参照して、本開示の第６の実施形態について説明する。図８に示す投射型表示装置１０Ｅは、図６に示す投射型表示装置１０Ｃと比較して、投射型表示装置１０Ｅから射出された光の像のボケが投射型表示装置１０Ｅから所定距離にある面において最も小さくなる、というように回折光学素子３０Ｅが設計されている点で異なっている。その他の構成は、図６に示す投射型表示装置１０Ｃと略同一である。図８に示す第６の実施形態において、図６に示す投射型表示装置１０Ｃと同様の部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。Sixth Embodiment
Next, a sixth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 8 . The projection display device 10E shown in Fig. 8 differs from the projection display device 10C shown in Fig. 6 in that a diffractive optical element 30E is designed so that the blur of the image of light emitted from the projection display device 10E is minimized on a surface located a predetermined distance from the projection display device 10E. The other configurations are substantially the same as those of the projection display device 10C shown in Fig. 6 . In the sixth embodiment shown in Fig. 8 , parts similar to those of the projection display device 10C shown in Fig. 6 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図８に示す例では、回折光学素子３０Ｅを構成する複数の要素回折光学素子３１ｅ，３２ｅの各々の回折角度は、投射型表示装置１０Ｅから所定距離にある面において被照明領域４のボケの領域９０が最も小さくなる、というように決定されている。図８に示す例において、回折光学素子３０Ｅで回折された光は、非結像光学系である第１光学系４０に入射した後、第１光学系４０よりもレーザー光源２０からの光の光路における下流側にある被照射面３に入射する。この場合、投射型表示装置１０Ｅと被照射面３との距離を上記所定距離に一致させれば、或いは、投射型表示装置１０Ｅと被照射面３との距離を上記所定距離に近づければ、レーザー光源２０Ｂから射出されるレーザー光のビーム径に起因した被照明領域４のボケを、極めて効果的に抑制することができる。この結果、被照明領域４を極めて鮮明に照明することができる。In the example shown in FIG. 8, the diffraction angles of each of the multiple element diffractive optical elements 31e and 32e that make up the diffractive optical element 30E are determined so that the blurred area 90 in the illuminated area 4 is smallest on a surface located a predetermined distance from the projection display device 10E. In the example shown in FIG. 8, light diffracted by the diffractive optical element 30E enters the first optical system 40, which is a non-imaging optical system, and then enters the illuminated surface 3, which is located downstream of the first optical system 40 in the optical path of the light from the laser light source 20. In this case, by matching the distance between the projection display device 10E and the illuminated surface 3 to the predetermined distance, or by bringing the distance between the projection display device 10E and the illuminated surface 3 closer to the predetermined distance, blurring of the illuminated area 4 due to the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 20B can be extremely effectively suppressed. As a result, the illuminated area 4 can be illuminated extremely clearly.
あるいは、この場合、投射型表示装置１０Ｅと被照射面３との距離を上記所定距離に一致させれば、或いは、投射型表示装置１０Ｅと被照射面３との距離を上記所定距離に近づければ、走査装置６０による回折光学素子３０Ｅ上での光の入射位置の変化に応じた被照明領域４ａ、４ｂの移動を、抑制することができる。Alternatively, in this case, by matching the distance between the projection display device 10E and the illuminated surface 3 to the above-mentioned predetermined distance, or by bringing the distance between the projection display device 10E and the illuminated surface 3 closer to the above-mentioned predetermined distance, it is possible to suppress movement of the illuminated areas 4a, 4b in response to changes in the incident position of light on the diffractive optical element 30E caused by the scanning device 60.
さらに、この場合、図８に示すように、上記所定距離にある面が第１光学系４０の光軸に対して傾斜するように、回折光学素子３０Ｅを設計することもできる。具体的には、複数の要素回折光学素子３１ｅ，３２ｅでの光の回折角度を互いに異ならせることにより、第１光学系４０の光軸に対して傾斜した面上で、回折光学素子３０Ｅで回折された光による光像のボケを最も抑制することができる。この場合、被照射面３が第１光学系４０の光軸に対して傾斜していても、上述した被照明領域４のボケの抑制や被照明領域の移動の抑制という効果を得ることができる。Furthermore, in this case, as shown in Figure 8, the diffractive optical element 30E can also be designed so that the surface at the above-mentioned specified distance is inclined with respect to the optical axis of the first optical system 40. Specifically, by making the diffraction angles of light at the multiple element diffractive optical elements 31e, 32e different from each other, it is possible to minimize blurring of the optical image caused by light diffracted by the diffractive optical element 30E on a surface inclined with respect to the optical axis of the first optical system 40. In this case, even if the illuminated surface 3 is inclined with respect to the optical axis of the first optical system 40, it is possible to achieve the effects of suppressing blurring of the illuminated area 4 and suppressing movement of the illuminated area as described above.
以上に説明してきた第１～６実施形態において、投射型表示装置１０～１０Ｅは、レーザー光源２０；２０Ｂと、レーザー光源２０；２０Ｂから射出された光を回折する回折光学素子３０；３０Ｅと、回折光学素子３０；３０Ｅで回折された光の光路上に設けられた第１光学系４０；４０Ｄと、を備えている。第１光学系４０；４０Ｄは、回折光学素子３０；３０Ｅで回折された光が入射する正のパワーを持つ第１レンズ群４１と、第１レンズ群４１から射出された光が入射する負のパワーを持つ第２レンズ群４２と、を含んでいる。第１光学系４０の角倍率が１より大きい。このような投射型表示装置１０～１０Ｅによれば、レーザー光源２０から射出されたレーザー光のビーム径に起因した被照明領域４のボケを抑制することができ、被照明領域４を鮮明に照明することができる。また、投射型表示装置１０～１０Ｅからある程度近い距離にある被照射面３のある程度広い領域を、照明することができる。In the first to sixth embodiments described above, the projection display devices 10 to 10E include a laser light source 20; 20B, a diffractive optical element 30; 30E that diffracts light emitted from the laser light source 20; 20B, and a first optical system 40; 40D located on the optical path of the light diffracted by the diffractive optical element 30; 30E. The first optical system 40; 40D includes a first lens group 41 with positive power onto which the light diffracted by the diffractive optical element 30; 30E is incident, and a second lens group 42 with negative power onto which the light emitted from the first lens group 41 is incident. The angular magnification of the first optical system 40 is greater than 1. Such projection display devices 10 to 10E can suppress blurring of the illuminated area 4 due to the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 20, thereby enabling the illuminated area 4 to be clearly illuminated. Furthermore, a relatively wide area of the illuminated surface 3 located at a relatively close distance from the projection display devices 10 to 10E can be illuminated.
また、以上に説明してきた第１～６実施形態において、回折光学素子３０；３０Ｅでの光の回折角度が０±１５°以下である。これにより、０次光や高次回折光の強度の増大を抑制することができ、被照明領域４を鮮明に照明することができる。Furthermore, in the first to sixth embodiments described above, the diffraction angle of light at the diffractive optical element 30; 30E is 0±15° or less. This makes it possible to suppress an increase in the intensity of zero-order light and higher-order diffracted light, and to clearly illuminate the illuminated area 4.
また、以上に説明してきた第５の実施形態において、第１光学系４０Ｄは、結像光学系を形成する。これにより、レーザー光源２０Ｂから射出されるレーザー光のビーム径に起因した被照明領域４のボケを極めて効果的に抑制することができ、被照明領域４を極めて鮮明に照明することができる。Furthermore, in the fifth embodiment described above, the first optical system 40D forms an imaging optical system. This makes it possible to extremely effectively suppress blurring of the illuminated area 4 caused by the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 20B, and to illuminate the illuminated area 4 extremely clearly.
また、以上に説明してきた第１～４及び第６実施形態において、第１レンズ群４１及び第２レンズ群４２は、第１レンズ群４１及び第２レンズ群４２の光軸が同一直線上に位置するように、且つ、第１レンズ群４１の後側焦点が第２レンズ群４２の前側焦点に一致するように配置されている。これにより、特に第１～４実施形態において、被照射面３が投射型表示装置１０～１０Ｃ，１０Ｅから離れるほど被照明領域４のボケの領域が拡大する、ということが抑制される。Furthermore, in the first to fourth and sixth embodiments described above, the first lens group 41 and the second lens group 42 are arranged so that the optical axes of the first lens group 41 and the second lens group 42 are aligned on the same straight line, and so that the rear focal point of the first lens group 41 coincides with the front focal point of the second lens group 42. This prevents the blurred area of the illuminated area 4 from expanding as the illuminated surface 3 becomes farther away from the projection display devices 10 to 10C and 10E, particularly in the first to fourth embodiments.
また、以上に説明してきた第３～６実施形態において、投射型表示装置１０Ｂ～１０Ｅは、レーザー光源２０Ｂから射出された光の進行方向を変化させることで、レーザー光源２０Ｂからの光を回折光学素子３０；３０Ｅ上で走査させる走査装置６０を更に備えている。これにより、レーザー光源２０Ｂで射出されたレーザー光の光路を調節して、回折光学素子３０；３０Ｅを構成する複数の要素回折光学素子３１，３２；３１ｅ，３２ｅへのレーザー光の振り分けを制御することができる。また、走査装置６０によって、回折光学素子３０；３０Ｅへのレーザー光の供給の有無を制御することもできる。In addition, in the third to sixth embodiments described above, the projection display devices 10B to 10E further include a scanning device 60 that changes the direction of travel of light emitted from the laser light source 20B, causing the light from the laser light source 20B to scan the diffractive optical element 30; 30E. This adjusts the optical path of the laser light emitted by the laser light source 20B, and controls the distribution of the laser light to the multiple element diffractive optical elements 31, 32; 31e, 32e that make up the diffractive optical element 30; 30E. The scanning device 60 can also control whether or not laser light is supplied to the diffractive optical element 30; 30E.
また、以上に説明してきた第３～６実施形態において、レーザー光源２０Ｂは、レーザー光を発振する発光部２１と、発光部２１からのレーザー光をコリメートするコリメートレンズ２２と、を含む。これにより、レーザー光源２０Ｂからの光のビーム径に起因した被照明領域４ａ,４ｂのボケを抑制することができる。また、平行化された光が回折光学素子３０に入射するので、回折光学素子３０で光を所望の方向に高精度に回折させることができる。Furthermore, in the third to sixth embodiments described above, the laser light source 20B includes a light-emitting unit 21 that emits laser light and a collimating lens 22 that collimates the laser light from the light-emitting unit 21. This makes it possible to suppress blurring of the illuminated areas 4a and 4b caused by the beam diameter of the light from the laser light source 20B. Furthermore, because the collimated light is incident on the diffractive optical element 30, the diffractive optical element 30 can diffract the light in the desired direction with high precision.
また、以上に説明してきた第１～６実施形態において、回折光学素子３０；３０Ｅは、複数の要素回折光学素子３１，３２；３１ｅ，３２ｅを含む。これにより、各要素回折光学素子３１，３２；３１ｅ，３２ｅで回折される光の回折角度範囲を狭くすることができる。この結果、０次光や高次回折光の強度の増大を抑制することができ、被照明領域４を鮮明に照明することができる。Furthermore, in the first to sixth embodiments described above, the diffractive optical element 30; 30E includes multiple element diffractive optical elements 31, 32; 31e, 32e. This makes it possible to narrow the diffraction angle range of light diffracted by each element diffractive optical element 31, 32; 31e, 32e. As a result, it is possible to suppress an increase in the intensity of zero-order light and higher-order diffracted light, and it is possible to clearly illuminate the illuminated area 4.
また、以上に説明してきた第１～６実施形態において、複数の要素回折光学素子３１，３２；３１ｅ，３２ｅは、レーザー光源２０Ｂからの光の回折角度が互いに異なる少なくとも２つの要素回折光学素子３１，３２；３１ｅ，３２ｅを含む。これにより、第１光学系４０の光軸に対して傾斜した被照射面３上の被照明領域４を、鮮明に照明することができる。Furthermore, in the first to sixth embodiments described above, the multiple element diffractive optical elements 31, 32; 31e, 32e include at least two element diffractive optical elements 31, 32; 31e, 32e that have different diffraction angles of light from the laser light source 20B. This allows for clear illumination of the illuminated area 4 on the illuminated surface 3 that is tilted with respect to the optical axis of the first optical system 40.
また、以上に説明してきた第１～６実施形態において、複数の要素回折光学素子３１，３２；３１ｅ，３２ｅは、当該要素回折光学素子で回折される光の放射強度分布が互いに異なる少なくとも２つの要素回折光学素子３１，３２；３１ｅ，３２ｅを含んでいる。これにより、被照明領域４の各位置での放射照度をより高精度に調整可能であり、例えば被照明領域４を均一な明るさで照明することができる。Furthermore, in the first to sixth embodiments described above, the multiple element diffractive optical elements 31, 32; 31e, 32e include at least two element diffractive optical elements 31, 32; 31e, 32e in which the radiation intensity distribution of light diffracted by the element diffractive optical elements differs from each other. This makes it possible to adjust the irradiance at each position in the illuminated area 4 with greater precision, and, for example, to illuminate the illuminated area 4 with uniform brightness.
また、以上に説明してきた第２実施形態において、投射型表示装置１０Ａは、レーザー光源２０からの光を平行光束に整形する第２光学系５０を更に備えている。これにより、平行化された光が回折光学素子３０に入射するので、回折光学素子３０で光を所望の方向に高精度に回折させることができる。Furthermore, in the second embodiment described above, the projection display device 10A further includes a second optical system 50 that shapes the light from the laser light source 20 into a parallel beam. As a result, the parallelized light is incident on the diffractive optical element 30, which can diffract the light in the desired direction with high precision.
また、以上に説明してきた第４～６実施形態において、投射型表示装置１０Ｃ～１０Ｅは、レーザー光源２０Ｂからの光を拡幅して平行光束に整形する第２光学系５０Ｃを更に備えている。これにより、回折光学素子３０；３０Ｅの広い領域を照明することができ、被照射面３を広範囲に照明することができる。また、平行化された光が回折光学素子３０に入射するので、回折光学素子３０で光を所望の方向に高精度に回折させることができる。Furthermore, in the fourth to sixth embodiments described above, the projection display devices 10C to 10E further include a second optical system 50C that widens the light from the laser light source 20B and shapes it into a parallel beam. This makes it possible to illuminate a wide area of the diffractive optical element 30; 30E, and thus illuminate a wide area of the illuminated surface 3. Furthermore, because the parallelized light is incident on the diffractive optical element 30, the diffractive optical element 30 can diffract the light in the desired direction with high precision.
また、以上に説明してきた第１～６実施形態において、投射型表示装置付き作業装置１は、その一部または全体を移動させながら作業を行う作業装置２と、作業装置２に取り付けられる上述した投射型表示装置１０～１０Ｅと、を備えている。このような投射型表示装置付き作業装置１によれば、被照射面３のある程度広い領域を鮮明に照明して、作業装置２の周囲に所望の情報を表示することができる。In the first to sixth embodiments described above, the work device 1 with a projection-type display device comprises a work device 2 that performs work while moving part or all of it, and the above-mentioned projection-type display devices 10 to 10E that are attached to the work device 2. This type of work device 1 with a projection-type display device can clearly illuminate a fairly wide area of the illuminated surface 3 and display desired information around the work device 2.
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。Note that while several variations on the above-described embodiment have been described above, it is of course possible to combine multiple variations as appropriate.
１ 投射型表示装置付き作業装置
２ 作業装置
３ 被照射面
４ 被照明領域
１０～１０Ｅ 投射型表示装置
２０，２０Ｂ レーザー光源
２１ 発光部
２２ コリメートレンズ
３０，３０Ｅ 回折光学素子
３１，３２，３１ｅ，３２ｅ 要素回折光学素子
４０，４０Ｄ 第１光学系
５０，５０Ｃ 第２光学系
６０ 走査装置1 Working device with projection type display device 2 Working device 3 Irradiated surface 4 Illuminated area 10 to 10E Projection type display device 20, 20B Laser light source 21 Light emitting unit 22 Collimator lens 30, 30E Diffractive optical element 31, 32, 31e, 32e Element diffractive optical element 40, 40D First optical system 50, 50C Second optical system 60 Scanning device
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| US9977333B2 (en) | Illumination system for illuminating a mask in a microlithographic exposure apparatus | |
| US11112080B2 (en) | Illumination device including coherent light source to illuminate an illumination area | |
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| EP3633266B1 (en) | Illumination device | |
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