照射装置及びプロジェクタ
【課題】光利用効率を低下させることなく、回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことが可能な回折光学素子、照射装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】所定の被照射面１１における対象照明領域Ｓを照明する第１照明光Ｓ１と、対象照明領域Ｓ以外の領域を照明し対象照明領域Ｓと第１照明光Ｓ１との相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の第２照明光Ｓ２とを生成することを特徴とする。
【解決手段】所定の被照射面１１における対象照明領域Ｓを照明する第１照明光Ｓ１と、対象照明領域Ｓ以外の領域を照明し対象照明領域Ｓと第１照明光Ｓ１との相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の第２照明光Ｓ２とを生成することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の投射型画像表示装置では、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的である。しかし、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現範囲が狭い、ランプから放射された紫外線が液晶ライトバルブを劣化させてしまうことがある等の課題がある。そこで、この問題を解決するために、放電ランプの代わりに、単色光を照射するレーザ光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載のレーザディスプレイ装置は、赤色，緑色，青色の半導体レーザと、各半導体レーザから射出されたレーザ光を平行光にする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行化された光の強度分布を均一化する複数のマイクロレンズ（回折光学素子）と、各マイクロレンズから射出された光を変調する空間光変調器とを備えている。そして、各空間光変調器を通過した光は、ダイクロイックミラーにより合成され、プロジェクタレンズによりスクリーンに表示されるようになっている。
また、ホログラム（回折光学素子）を用いて、入射した光を液晶セルに集光させる技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１―６４７８９号公報
【特許文献２】特開平９―６８７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、回折光学素子としては、回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である計算機合成ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）が挙げられる。特に、位相型のＣＧＨは、入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このようなＣＧＨは、均一な強度分布は単純な形状の強度分布を発生させることができるため、照明装置等に効果的に用いられている。
ここで、回折光学素子と対象照明領域Ｓを有する被照射面１０２との位置合わせとしては、例えば、図１０に示すように、回折光学素子により生成された照明領域Ｋ１と、対象照明領域Ｓとを外形で合わせる方法がある。この方法では、回折光学素子を用いた照明装置を組み立てるときの位置ずれを考慮して、回折光学素子は、対象照明領域Ｓより大きい照明領域Ｋ１を照明する照明光を生成するように設計されている。具体的には、回折光学素子は、対象照明領域Ｓの全周の外側まではみ出す照明マージンＫ２が生成されるように設計されている。この照明マージンＫ２には、対象照明領域Ｓを照明する照明光と同じ強度の照明光が照射される。そして、回折光学素子より生成された照明領域Ｋ１が対象照明領域Ｓを覆うように、回折光学素子と被照射面１０２との位置合わせを行う。
しかしながら、このような回折光学素子は、組立時の位置ずれを考慮して多くの照明マージンＫ２が必要となる。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことが可能な回折光学素子、照射装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の回折光学素子は、所定の被照射面における対象照明領域を照明する第１照明光と、前記対象照明領域以外の領域を照明し前記対象照明領域と前記第１照明光との相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の第２照明光とを生成することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る回折光学素子では、対象照明領域を照明する第１照明光と、位置合わせ用の第２照明光とを生成する。ここで、位置合わせ用の第２照明光が生成されるため、第１照明光に設けられる照明マージンを低減あるいは設けなくても良い。さらに、生成される照明光のうち、対象照明領域以外の領域に生成される第２照明光は位置合わせ用であるため、位置合わせ用の第２照明光の強度は低くて良い。したがって、従来のように、対象照明領域の全周に照明マージンを設ける場合に比べて、本発明では、対象照明領域外に生成される第２照明光の強度は非常に低くて済む。これにより、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことが可能となる。
【０００７】
また、本発明の照射装置は、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出された光を回折させる上記の回折光学素子とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る照射装置では、光源装置から射出された光は回折光学素子に入射する。そして、回折光学素子により回折された照明光は対象照明領域を照明する。このとき、上述したように、光利用効率を低下させることなく回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことができるため、光源から射出された光の利用効率を向上させることが可能となる。したがって、回折光学素子から射出される光の利用効率が高いため、明るい光を対象照明領域に照射することができる。
【０００９】
また、本発明の照射装置は、前記回折光学素子がホログラム素子であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る照射装置では、ホログラム素子としては、例えば、ホログラム原板に計算機で計算して人工的に作成した干渉縞が形成された計算機ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）を用いることができる。このＣＧＨは回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である。特に位相型のＣＧＨは入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このように、ＣＧＨは均一な強度分布や単純な形状の強度分布を発生させることができるので、照射装置に好適に用いることができる。さらに、ＣＧＨは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
【００１１】
本発明のプロジェクタは、上記の照射装置と、該照射装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備え、前記光変調装置の画像形成領域が前記対象照明領域であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るプロジェクタでは、照射装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により形成された画像が、投射装置によって投射される。ここで、照射装置は、上述したように、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことが可能である。これにより、例えば回折光学素子と光変調装置の画像形成領域（対象照明領域）との位置合わせを光利用効率を低下させることなく行うことができる。したがって、明るくムラのない画像を被投射面に照射することが可能となる。
【００１３】
また、本発明のプロジェクタは、前記光変調装置に設けられ、前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を検出する光検出部と、該光検出部により検出された前記位置合わせ用の第２照明光の強度に基づいて前記光源から射出される光の強度を制御する制御部とを備えるが好ましい。
【００１４】
本発明に係るプロジェクタでは、光検出部により検出された位置合わせ用の第２照明光の強度に基づいて、制御部により、光源から射出される光の強度を制御する。これにより、位置合わせ用の第２照明光を光検出部により検出することで、光源から射出された光の強度を所定の範囲内に保つことが可能となる。したがって、光源の経年変化により光強度が低減した場合や、光源から射出される光が所定値より大きい場合を検出することができるので、位置合わせ用の第２照明光を有効利用し、光源から射出される光の強度の正確な制御を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明のプロジェクタは、光が照射されることにより硬化し、前記回折光学素子を所定の位置に固定する接着部を備え、前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記第２照明光が照射される位置に設けられていることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るプロジェクタでは、第２の照明光で接着部を照射することが可能なので、簡易な構成で、回折光学素子を所定の位置に固定することができる。
【００１７】
また、本発明のプロジェクタは、前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を前記回折光学素子に向かって反射させる反射部材を備え、前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記反射部材によって反射された第２照明光が照射される位置に設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係るプロジェクタでは、回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光は、光変調装置に設けられた反射部材により回折光学素子に向かって反射させる。そして、反射部材において反射された位置合わせ用の第２照明光は、回折光学素子が所定の位置であるときに接着部に照射され、接着部が硬化する。これにより、回折光学素子が所定の位置に固定される。したがって、回折光学素子と光変調装置との位置合わせがされたと同時に接着部により回折光学素子の位置を固定するため、回折光学素子を所定の位置に効率良く固定することが可能となる。
なお、ここで言う所定の位置とは、第１照明光により対象照明領域を照明する位置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る回折光学素子、照射装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２０】
［第１実施形態］
本実施形態に係る照明装置（照射装置）１は、図１に示すように、レーザ光を射出するレーザ光源２と、このレーザ光源２から射出されたレーザ光を回折させる回折光学素子３とを備えている。また、回折光学素子３は、矩形状の照明対象物１０の照射面（被照射面）１１を照射する照明光を生成するものである。以下の説明においては、レーザ光源２から射出されるレーザ光Ｌの進行方向をＺ軸方向とし、このレーザ光Ｌの進行方向に直交する面をＸＹ平面とする。そして、照明対象物１０は、照射面１１がＸＹ平面とほぼ平行になるように配置されている。
【００２１】
回折光学素子３は、例えば石英（ガラス）、透明な合成樹脂等、レーザ光を透過可能な材料で形成されている。本実施形態の回折光学素子３は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）である。
【００２２】
回折光学素子（ホログラム素子）３は、照明領域設定機能、照度均一化機能、及び拡大照明機能を有する。照明領域設定機能を有する回折光学素子３は、入射した光を回折させ、照射面１１の対象照明領域Ｓを照明する照明光を生成する。また、照度均一化機能を有する回折光学素子３は、所定の領域の少なくとも一部の照度を均一化する。また、拡大照明機能を有する回折光学素子３は、回折光学素子３の射出端面３ｂから光が射出される射出領域よりも大きい矩形状の照明領域で照射面１１の対象照明領域Ｓを照明する。
【００２３】
図２は、回折光学素子の一例を示す模式図であって、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図２において、回折光学素子３は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）３Ｍと、複数の凹部３Ｍを保持し光透過性を有する額縁状の保持部３Ｈとを備えている。この凹部３Ｍは、互いに異なる深さを有している。また、凹部３Ｍに光を入射させることによって、回折光学素子３から射出されたレーザ光は、照明対象物１０の対象照明領域Ｓを照明する。ここで、この複数の凹部３Ｍが形成された領域を有効領域Ｐとする。
そして、凹部３Ｍどうしのピッチｄ及び凹部３Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含む回折光学素子３の表面条件を適宜調整することにより、回折光学素子３に所定の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能、及び拡大照明機能）を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。
【００２４】
なお、回折光学素子３としては、矩形の凹部３Ｍを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有するものであってもよい。例えば、回折光学素子３としては、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。また、回折光学素子３としては、図２に示したような矩形状の凹部３Ｍを有する領域と、三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有する回折光学素子３を形成することができる。
【００２５】
次に、回折光学素子３により生成させる照明光について説明する。
回折光学素子３は、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌが入射すると、図３に示すように、対象照明領域Ｓを照明する照明光（第１照明光）Ｓ１と、対象照明領域Ｓ以外の領域を照明するアライメント光（第２照明光）Ｓ２とを生成する。このアライメント光Ｓ２は、対象照明領域Ｓとの相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の照明光である。
照明光Ｓ１の照射面１１上の照明領域は、対象照明領域Ｓとほぼ同じ大きさの照明光である。また、アライメント光Ｓ２は、照明光Ｓ１の４つの角部を囲むようにして照明光Ｓ１と間隔をあけてそれぞれ生成されたアライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄを有している。このアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄは、対象照明領域Ｓの長手方向（Ｘ方向）に延びる領域と、対象照明領域Ｓの短手方向（Ｙ方向）に延びる領域とを有するＬ字状の光である。
また、アライメント光Ｓ２は、照明光Ｓ１に比べて非常に強度の低いレーザ光である。
【００２６】
また、照明対象物１０の照射面１１には、図４に示すように、対象照明領域Ｓの４つの角部を囲むようにして対象照明領域Ｓと間隔をあけてそれぞれアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４がそれぞれ形成されている。このアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４は、アライメント光Ｓ２と同様に、対象照明領域Ｓの長手方向（Ｘ方向）に延びる領域と、対象照明領域Ｓの短手方向（Ｙ方向）に延びる領域とを有するＬ字状のマークである。
そして、このアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４に、アライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄをそれぞれ合わせることにより、照明光Ｓ１により対象照明領域Ｓが照明される。
【００２７】
次に、以上の構成からなる本実施形態の回折光学素子３を用いて、回折光学素子３と照明対象物１０との位置合わせを行う方法について説明する。
レーザ光源２から回折光学素子３にレーザ光Ｌを照射すると、図４に示すように、照明光Ｓ１と対象照明領域Ｓとの位置ずれが起きる場合がある。このとき、アライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄとアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４とがそれぞれ一致するように、回折光学素子３を動かして位置合わせ行う。なお、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４とアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄとを合わせる位置は、全ても同じであるため、アライメントマークＡＭ１に対するアライメント光Ｓ２ａの位置合わせについてのみ説明する。
【００２８】
Ｘ方向の位置合わせは、図４に示すように、対象照明領域Ｓの長手方向（Ｘ方向）のアライメントマークＡＭ１の内側の辺Ａ１ａと、対象照明領域Ｓの長手方向のアライメント光Ｓ２ａの外側の辺Ｓａ１とを合わせる。
また、Ｙ方向の位置合わせは、対象照明領域Ｓの短手方向（Ｙ方向）のアライメントマークＡＭ１の内側の辺Ａ１ｂと、対象照明領域Ｓの短手方向のアライメント光Ｓ２ａの外側の辺Ｓａ２とを合わせる。
さらに、回折光学素子３をＺ方向に動かしアライメント光Ｓ２ａの大きさを調整する。
このようにして、図５に示すように、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４に、アライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄがそれぞれ合わされる。これにより、照明光Ｓ１により対象照明領域Ｓが照明される。
【００２９】
本実施形態に係る照明装置１では、回折光学素子３が、位置合わせ用のアライメント光Ｓ２を生成する。これにより、回折光学素子３は、生成される照明光Ｓ１に形成される照明マージンを低減あるいは設けなくても良く、さらには、従来の照明マージンの光強度に比べて非常に低い光強度のアライメント光Ｓ２を生成すれば良い。したがって、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子３と対象照明領域Ｓとの位置合わせを行うことが可能となる。
【００３０】
なお、照射面１１のアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４及びアライメント光Ｓ２をＬ字状としたが、これに限らず十字状等であっても良い。
また、回折光学素子３と対象照明領域Ｓとの位置合わせとして、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の調整を行ったが、これに限らず、θ方向（Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ軸としたあおり方向）の位置合わせをすることも可能である。
また、本実施形態では、照射装置として、照明対象物１０を照明する照明装置について説明したが、これに限らず、レーザ光源を用いた露光装置等であっても良い。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置１を応用したプロジェクタの一例について説明する。
【００３２】
図６は、上述の第１実施形態で説明した照明装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）を備えたプロジェクタを示す概略構成図である。本実施形態においては、プロジェクタとして、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタＰＪ１を例にして説明する。
【００３３】
図６において、投射型のプロジェクタＰＪ１は、スクリーン１００（表示面）上に画像情報を含む光を投射する投射ユニットＵを備えている。投射ユニットＵからスクリーン１００に対して光が投射されることにより、スクリーン１００上に画像が形成される。本実施形態の投射型のプロジェクタＰＪ１は、スクリーン１００を反射型のスクリーンとし、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する。
【００３４】
投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で照射面１１を照明可能な第１照明装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で照射面１１を照明可能な第２照明装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で照射面１１を照明可能な第３照明装置１Ｂと、第１照明装置１Ｒで照明される入射端面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第１空間光変調装置（光変調装置）５０Ｒと、第２照明装置１Ｇで照明される入射端面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第２空間光変調装置（光変調装置）５０Ｇと、第３照明装置１Ｂで照明される入射端面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第３空間光変調装置（光変調装置）５０Ｂと、空間光変調装置５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂにより変調された各基本色光を合成するダイクロイックプリズム（色合成手段）５１と、ダイクロイックプリズム５１で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系（投射装置）５２とを備えている。空間光変調装置５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂのそれぞれは液晶装置を含んで構成されている。以下の説明においては、空間光変調装置を適宜、ライトバルブ、と称する。
【００３５】
ライトバルブは、入射側偏光板と、一対のガラス基板どうしの間に封入された液晶を有するパネルと、射出側偏光板とを備えている。ガラス基板には画素電極や配向膜が設けられている。空間光変調装置を構成するライトバルブは、定められた振動方向の光のみを透過させるようになっており、ライトバルブに入射した基本色光は、ライトバルブを通過することによって光変調される。
また、ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１には、第１実施形態で示したアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４が形成されている。具体的には、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４は、入射端面１１の画像形成領域（対象照明領域）外に設けられている。
そして、回折光学素子３により生成されたアライメント光Ｓ２とアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４とが合うように、回折光学素子３の位置が調整されている。
【００３６】
第１照明装置１Ｒのレーザ光源（光源）２は、赤色（Ｒ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第１照明装置１Ｒは、赤色のレーザ光に基づいて、第１ライトバルブ５０Ｒの入射端面１１を照明する。
【００３７】
第２照明装置１Ｇのレーザ光源（光源）２は、緑色（Ｇ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第２照明装置１Ｇは、緑色のレーザ光に基づいて、第２ライトバルブ５０Ｇの入射端面１１を照明する。
【００３８】
第３照明装置１Ｂのレーザ光源（光源）２は、青色（Ｂ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第３照明装置１Ｇは、青色のレーザ光に基づいて、第３ライトバルブ５０Ｂの入射端面１１を照明する。
【００３９】
各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、ダイクロイックプリズム５１で合成される。ダイクロイックプリズム５１はダイクロイックプリズムによって構成されており、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）はダイクロイックプリズム５１で合成されてフルカラー合成光となる。ダイクロイックプリズム５１から射出されたフルカラー合成光は投射系５２に供給される。投射系５２はフルカラー合成光をスクリーン１００上に投射する。投射系５２は、入射側の画像を拡大してスクリーン１００上に投射する所謂拡大系である。
【００４０】
投射ユニットＵは、各照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのそれぞれで照明された各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系５２を用いてスクリーン１００上に投射することによって、スクリーン１００上にフルカラーの画像を形成する。鑑賞者は、投射ユニットＵによりスクリーン１００に対して投射された画像を鑑賞する。
【００４１】
本実施形態のプロジェクタＰＪ１では、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子３とライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの画像形成領域との位置合わせが行われている。したがって、明るくムラのない画像をスクリーン１００に照射することが可能となる。
また、回折光学素子３から射出されたアライメント光Ｓ２は、ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの画像形成領域外に生成されるため、表示される画像に影響を及ぼすことがない。したがって、スクリーン１００に鮮明な画像を表示することが可能となる。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置１を応用したプロジェクタＰＪ２の一例について説明する。
なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタＰＪ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ２では、位置合わせ用のアライメント光Ｓ２を利用してレーザ光源２を制御する点において第２実施形態と異なる。なお、全体構成においては図６に示す第２実施形態と同様である。
【００４３】
プロジェクタＰＪ２には、図７に示すように、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１上に矩形状のフォトダイオード（光検出部）６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂがそれぞれ設けられている。
このフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、入射端面１１上のアライメントマークＡＭ３の内側の辺Ａ３ａ，Ａ３ｂに接触して設けられている。また、フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、回折光学素子３により生成されたアライメント光Ｓ２ｃを検出するものである。さらに、フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの大きさは、回折光学素子３によって生成されたアライメント光Ｓ２ｃをすべて受光可能な大きさとなっている。
【００４４】
また、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに設けられたフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、制御部６５に接続されている。
制御部６５は、各フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂによって検出されたレーザ光の強度に基づいて各レーザ光源２から射出されるレーザ光の強度を調整する。すなわち、制御部６５は、レーザ光源２の正常動作時にフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが検出するレーザ光の光強度値を所定値として、フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが検出する光強度がこの所定値からずれた場合、レーザ光源２から射出されるレーザ光の強度を調整する。
【００４５】
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ２では、アライメント光Ｓ２ｃをフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂにより検出することで、レーザ光源２の経年変化により光強度が低減した場合や、レーザ光源２から射出される光が所定値より大きい場合を検出することができる。したがって、アライメント用のアライメント光Ｓ２を有効利用し、レーザ光源２から射出されるレーザ光の強度の正確な制御を行うことが可能となる。
なお、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂにはそれぞれフォトダイオード６１Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂを１つだけ設けたが、より正確な制御を行うために、２つ以上設けても良い。
【００４６】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置１を応用したプロジェクタＰＪ３の一例について説明する。
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ３では、位置合わせ用のアライメント光Ｓ２を利用して回折光学素子３の位置を固定する点において第２実施形態と異なる。なお、全体構成においては図６に示す第２実施形態と同様である。
【００４７】
プロジェクタＰＪ３の具体的な構成について説明する。
図８（ａ）は、本実施形態の回折光学素子を示す模式図であって、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図であり、図９は、回折光学素子から射出されたレーザ光の光路を示す図である。
プロジェクタＰＪ３には、光透過性を有し、回折光学素子３を所定の位置に固定する固定部材７２ａ，７２ｂが設けられている。
また、図８（ａ）に示すように、回折光学素子３上のアライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄが照射される領域には接着材（接着部）７１が設けられている。また、接着材７１は、光が照射されることにより硬化する光硬化性樹脂であり、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤や各種添加剤（安定剤、フィラー、顔料等）等から構成される組成物である。
そして、回折光学素子３は、接着材７１を介して固定部材７２ａ，７２ｂにより所定の位置に固定されるようになっている。
【００４８】
プロジェクタＰＪ３には、図９に示すように、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１上の第１実施形態で示したアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４の位置に楔形状の平面ミラー（反射部材）７３，７４，７５，７６が設けられている。
この平面ミラー７３〜７６の反射面７３ａ〜７６ａは、ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１に対して傾斜している。これにより、回折光学素子３により生成されライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに射出されたアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄ（図９に示す一点鎖線）を回折光学素子３に向かって反射させる。つまり、本実施形態では平面ミラー７３〜７６は、対象照明領域Ｓと照明光Ｓ１との位置が合ったときのみアライメント光Ｓ２を回折光学素子３に反射させる。また、平面ミラー７３，７４において反射されたアライメント光Ｓ２は、接着材７１上で結像するようになっている。
すなわち、回折光学素子３を動かし、照明光Ｓ１とライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの画像形成領域との位置が合わされると、平面ミラー７３〜７６によりアライメント光Ｓ２が回折光学素子３に向かって反射される。反射されたアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄは、固定部材７２ａ，７２ｂを透過し接着材７１上で結像する。そして、結像されたアライメント光Ｓ２により、接着材７１が硬化する。これにより、回折光学素子３は、接着材７１を介して固定部材７２ａ，７２ｂによって所定の位置、すなわち、照明光Ｓ１により対象照明領域Ｓを照明する位置に固定される。
【００４９】
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ３では、回折光学素子３とライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂとの位置合わせがされたと同時に接着材７１により回折光学素子３が所定の位置に固定されるため、回折光学素子３を効率良く固定することが可能となる。
なお、反射部材として平面ミラー７３，７４を用いたが、曲面ミラーであっても良い。また、本実施形態のＰＪ３が、第３実施形態のＰＪ２で用いたフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂを備えていても良い。
また、回折光学素子３上に接着材７１を塗布する目印となるマークが形成されていても良い。
【００５０】
なお、図６を用いた説明では、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射するフロント投射型のプロジェクタを例にして説明したが、投射ユニットＵと、スクリーン１００と、筐体とを有し、投射ユニットＵがスクリーン１００の背面側に配置され、スクリーン１００の背面側から透過型のスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する所謂リアプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置を適用することもできる。
また、上記実施形態では、平面ミラー（反射部材）を光変調装置に設けたが、その構成に限らず、回折光学素子の光射出側に反射部材を設ければ良い。例えば、色合成手段に反射部材を設けても良い。あるいは、光学部品（照明装置、光変調装置、等）を収納する光学部品筐体（いわゆる「光学エンジン」と呼ばれる筐体）に設けても良い。
また、上述の各実施形態においては、空間光変調装置として透過型の液晶装置（ライトバルブ）を用いているが、反射型の液晶装置を用いることもできるし、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型光変調装置（ミラー変調器）を用いてもよい。
【００５１】
なお、上述の実施形態のプロジェクタＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３は、各基本色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を射出可能なレーザ光源２をそれぞれ有する第１、第２、第３照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂを有しているが、赤色光（Ｒ）を射出する赤色レーザ光源、緑色光（Ｇ）を射出する緑色レーザ光源、及び青色光（Ｂ）を射出する青色レーザ光源をアレイ状に配置した構成を有する照明装置を１つ有する構成であってもよい。この場合、各基本色光を射出可能なレーザ光源のレーザ光射出動作を時分割で行い、その各レーザ光源のレーザ光射出動作に同期して、ライトバルブの動作を制御することにより、１つの照明装置及び１つのライトバルブでスクリーン１００上にフルカラー画像を表示することができる。
【００５２】
また、上述の実施形態のプロジェクタにおいては、照明装置１で空間光変調装置を照明し、その空間光変調装置を介した光によりスクリーン１００上に画像を表示しているが、プロジェクタとしては、空間光変調装置を有していなくても良い。例えば、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）の面を照明装置１で照明し、スクリーン上に画像情報を含む光を投射する、所謂スライドプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置１を適用することも可能である。
また、上述の各実施形態で説明した照明装置を、レーザ加工機の光源として用いることもできる。
【００５３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、回折光学素子として、ホログラム素子を例に挙げて説明したが、これに限るものではない。
また、照明対象物にアライメントマークを設けたが、アライメントマークを設けず、照明対象物の角部にアライメント光が位置するように、回折光学素子と照明対象物との位置合わせを行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図２】図１の照明装置の回折光学素子の構成を示す模式図である。
【図３】図１の回折光学素子により生成される照明光を示す図である。
【図４】図１の回折光学素子と対象照明物との位置合わせを説明する図である。
【図５】図１の回折光学素子と対象照明物との位置が合わされた状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの光変調装置を示す平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの回折光学素子を示す平面図である。
【図９】図８の回折光学素子により生成された照明光の光路を示す図である。
【図１０】従来の回折光学素子から生成される照明光を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
ＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３…プロジェクタ、Ｓ…対象照明領域、Ｓ１…照明光（第１照明光）、Ｓ２…アライメント光（第２照明光）、１…照明装置、２…光源、３…回折光学素子、１１…照射面（被照射面）、５０Ｒ…第１空間光変調装置（光変調装置）、５０Ｇ…第２空間光変調装置（光変調装置）、５０Ｂ…第３空間光変調装置（光変調装置）、５２…投射系（投射装置）、６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ…フォトダイオード（光検出部）、６５…制御部、７３，７４…平面ミラー（反射部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の投射型画像表示装置では、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的である。しかし、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現範囲が狭い、ランプから放射された紫外線が液晶ライトバルブを劣化させてしまうことがある等の課題がある。そこで、この問題を解決するために、放電ランプの代わりに、単色光を照射するレーザ光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載のレーザディスプレイ装置は、赤色，緑色，青色の半導体レーザと、各半導体レーザから射出されたレーザ光を平行光にする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行化された光の強度分布を均一化する複数のマイクロレンズ（回折光学素子）と、各マイクロレンズから射出された光を変調する空間光変調器とを備えている。そして、各空間光変調器を通過した光は、ダイクロイックミラーにより合成され、プロジェクタレンズによりスクリーンに表示されるようになっている。
また、ホログラム（回折光学素子）を用いて、入射した光を液晶セルに集光させる技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１―６４７８９号公報
【特許文献２】特開平９―６８７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、回折光学素子としては、回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である計算機合成ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）が挙げられる。特に、位相型のＣＧＨは、入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このようなＣＧＨは、均一な強度分布は単純な形状の強度分布を発生させることができるため、照明装置等に効果的に用いられている。
ここで、回折光学素子と対象照明領域Ｓを有する被照射面１０２との位置合わせとしては、例えば、図１０に示すように、回折光学素子により生成された照明領域Ｋ１と、対象照明領域Ｓとを外形で合わせる方法がある。この方法では、回折光学素子を用いた照明装置を組み立てるときの位置ずれを考慮して、回折光学素子は、対象照明領域Ｓより大きい照明領域Ｋ１を照明する照明光を生成するように設計されている。具体的には、回折光学素子は、対象照明領域Ｓの全周の外側まではみ出す照明マージンＫ２が生成されるように設計されている。この照明マージンＫ２には、対象照明領域Ｓを照明する照明光と同じ強度の照明光が照射される。そして、回折光学素子より生成された照明領域Ｋ１が対象照明領域Ｓを覆うように、回折光学素子と被照射面１０２との位置合わせを行う。
しかしながら、このような回折光学素子は、組立時の位置ずれを考慮して多くの照明マージンＫ２が必要となる。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことが可能な回折光学素子、照射装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の回折光学素子は、所定の被照射面における対象照明領域を照明する第１照明光と、前記対象照明領域以外の領域を照明し前記対象照明領域と前記第１照明光との相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の第２照明光とを生成することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る回折光学素子では、対象照明領域を照明する第１照明光と、位置合わせ用の第２照明光とを生成する。ここで、位置合わせ用の第２照明光が生成されるため、第１照明光に設けられる照明マージンを低減あるいは設けなくても良い。さらに、生成される照明光のうち、対象照明領域以外の領域に生成される第２照明光は位置合わせ用であるため、位置合わせ用の第２照明光の強度は低くて良い。したがって、従来のように、対象照明領域の全周に照明マージンを設ける場合に比べて、本発明では、対象照明領域外に生成される第２照明光の強度は非常に低くて済む。これにより、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことが可能となる。
【０００７】
また、本発明の照射装置は、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出された光を回折させる上記の回折光学素子とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る照射装置では、光源装置から射出された光は回折光学素子に入射する。そして、回折光学素子により回折された照明光は対象照明領域を照明する。このとき、上述したように、光利用効率を低下させることなく回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことができるため、光源から射出された光の利用効率を向上させることが可能となる。したがって、回折光学素子から射出される光の利用効率が高いため、明るい光を対象照明領域に照射することができる。
【０００９】
また、本発明の照射装置は、前記回折光学素子がホログラム素子であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る照射装置では、ホログラム素子としては、例えば、ホログラム原板に計算機で計算して人工的に作成した干渉縞が形成された計算機ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）を用いることができる。このＣＧＨは回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である。特に位相型のＣＧＨは入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このように、ＣＧＨは均一な強度分布や単純な形状の強度分布を発生させることができるので、照射装置に好適に用いることができる。さらに、ＣＧＨは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
【００１１】
本発明のプロジェクタは、上記の照射装置と、該照射装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備え、前記光変調装置の画像形成領域が前記対象照明領域であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るプロジェクタでは、照射装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により形成された画像が、投射装置によって投射される。ここで、照射装置は、上述したように、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子と対象照明領域との位置合わせを行うことが可能である。これにより、例えば回折光学素子と光変調装置の画像形成領域（対象照明領域）との位置合わせを光利用効率を低下させることなく行うことができる。したがって、明るくムラのない画像を被投射面に照射することが可能となる。
【００１３】
また、本発明のプロジェクタは、前記光変調装置に設けられ、前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を検出する光検出部と、該光検出部により検出された前記位置合わせ用の第２照明光の強度に基づいて前記光源から射出される光の強度を制御する制御部とを備えるが好ましい。
【００１４】
本発明に係るプロジェクタでは、光検出部により検出された位置合わせ用の第２照明光の強度に基づいて、制御部により、光源から射出される光の強度を制御する。これにより、位置合わせ用の第２照明光を光検出部により検出することで、光源から射出された光の強度を所定の範囲内に保つことが可能となる。したがって、光源の経年変化により光強度が低減した場合や、光源から射出される光が所定値より大きい場合を検出することができるので、位置合わせ用の第２照明光を有効利用し、光源から射出される光の強度の正確な制御を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明のプロジェクタは、光が照射されることにより硬化し、前記回折光学素子を所定の位置に固定する接着部を備え、前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記第２照明光が照射される位置に設けられていることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るプロジェクタでは、第２の照明光で接着部を照射することが可能なので、簡易な構成で、回折光学素子を所定の位置に固定することができる。
【００１７】
また、本発明のプロジェクタは、前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を前記回折光学素子に向かって反射させる反射部材を備え、前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記反射部材によって反射された第２照明光が照射される位置に設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係るプロジェクタでは、回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光は、光変調装置に設けられた反射部材により回折光学素子に向かって反射させる。そして、反射部材において反射された位置合わせ用の第２照明光は、回折光学素子が所定の位置であるときに接着部に照射され、接着部が硬化する。これにより、回折光学素子が所定の位置に固定される。したがって、回折光学素子と光変調装置との位置合わせがされたと同時に接着部により回折光学素子の位置を固定するため、回折光学素子を所定の位置に効率良く固定することが可能となる。
なお、ここで言う所定の位置とは、第１照明光により対象照明領域を照明する位置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る回折光学素子、照射装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２０】
［第１実施形態］
本実施形態に係る照明装置（照射装置）１は、図１に示すように、レーザ光を射出するレーザ光源２と、このレーザ光源２から射出されたレーザ光を回折させる回折光学素子３とを備えている。また、回折光学素子３は、矩形状の照明対象物１０の照射面（被照射面）１１を照射する照明光を生成するものである。以下の説明においては、レーザ光源２から射出されるレーザ光Ｌの進行方向をＺ軸方向とし、このレーザ光Ｌの進行方向に直交する面をＸＹ平面とする。そして、照明対象物１０は、照射面１１がＸＹ平面とほぼ平行になるように配置されている。
【００２１】
回折光学素子３は、例えば石英（ガラス）、透明な合成樹脂等、レーザ光を透過可能な材料で形成されている。本実施形態の回折光学素子３は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）である。
【００２２】
回折光学素子（ホログラム素子）３は、照明領域設定機能、照度均一化機能、及び拡大照明機能を有する。照明領域設定機能を有する回折光学素子３は、入射した光を回折させ、照射面１１の対象照明領域Ｓを照明する照明光を生成する。また、照度均一化機能を有する回折光学素子３は、所定の領域の少なくとも一部の照度を均一化する。また、拡大照明機能を有する回折光学素子３は、回折光学素子３の射出端面３ｂから光が射出される射出領域よりも大きい矩形状の照明領域で照射面１１の対象照明領域Ｓを照明する。
【００２３】
図２は、回折光学素子の一例を示す模式図であって、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図２において、回折光学素子３は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）３Ｍと、複数の凹部３Ｍを保持し光透過性を有する額縁状の保持部３Ｈとを備えている。この凹部３Ｍは、互いに異なる深さを有している。また、凹部３Ｍに光を入射させることによって、回折光学素子３から射出されたレーザ光は、照明対象物１０の対象照明領域Ｓを照明する。ここで、この複数の凹部３Ｍが形成された領域を有効領域Ｐとする。
そして、凹部３Ｍどうしのピッチｄ及び凹部３Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含む回折光学素子３の表面条件を適宜調整することにより、回折光学素子３に所定の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能、及び拡大照明機能）を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。
【００２４】
なお、回折光学素子３としては、矩形の凹部３Ｍを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有するものであってもよい。例えば、回折光学素子３としては、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。また、回折光学素子３としては、図２に示したような矩形状の凹部３Ｍを有する領域と、三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有する回折光学素子３を形成することができる。
【００２５】
次に、回折光学素子３により生成させる照明光について説明する。
回折光学素子３は、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌが入射すると、図３に示すように、対象照明領域Ｓを照明する照明光（第１照明光）Ｓ１と、対象照明領域Ｓ以外の領域を照明するアライメント光（第２照明光）Ｓ２とを生成する。このアライメント光Ｓ２は、対象照明領域Ｓとの相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の照明光である。
照明光Ｓ１の照射面１１上の照明領域は、対象照明領域Ｓとほぼ同じ大きさの照明光である。また、アライメント光Ｓ２は、照明光Ｓ１の４つの角部を囲むようにして照明光Ｓ１と間隔をあけてそれぞれ生成されたアライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄを有している。このアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄは、対象照明領域Ｓの長手方向（Ｘ方向）に延びる領域と、対象照明領域Ｓの短手方向（Ｙ方向）に延びる領域とを有するＬ字状の光である。
また、アライメント光Ｓ２は、照明光Ｓ１に比べて非常に強度の低いレーザ光である。
【００２６】
また、照明対象物１０の照射面１１には、図４に示すように、対象照明領域Ｓの４つの角部を囲むようにして対象照明領域Ｓと間隔をあけてそれぞれアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４がそれぞれ形成されている。このアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４は、アライメント光Ｓ２と同様に、対象照明領域Ｓの長手方向（Ｘ方向）に延びる領域と、対象照明領域Ｓの短手方向（Ｙ方向）に延びる領域とを有するＬ字状のマークである。
そして、このアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４に、アライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄをそれぞれ合わせることにより、照明光Ｓ１により対象照明領域Ｓが照明される。
【００２７】
次に、以上の構成からなる本実施形態の回折光学素子３を用いて、回折光学素子３と照明対象物１０との位置合わせを行う方法について説明する。
レーザ光源２から回折光学素子３にレーザ光Ｌを照射すると、図４に示すように、照明光Ｓ１と対象照明領域Ｓとの位置ずれが起きる場合がある。このとき、アライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄとアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４とがそれぞれ一致するように、回折光学素子３を動かして位置合わせ行う。なお、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４とアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄとを合わせる位置は、全ても同じであるため、アライメントマークＡＭ１に対するアライメント光Ｓ２ａの位置合わせについてのみ説明する。
【００２８】
Ｘ方向の位置合わせは、図４に示すように、対象照明領域Ｓの長手方向（Ｘ方向）のアライメントマークＡＭ１の内側の辺Ａ１ａと、対象照明領域Ｓの長手方向のアライメント光Ｓ２ａの外側の辺Ｓａ１とを合わせる。
また、Ｙ方向の位置合わせは、対象照明領域Ｓの短手方向（Ｙ方向）のアライメントマークＡＭ１の内側の辺Ａ１ｂと、対象照明領域Ｓの短手方向のアライメント光Ｓ２ａの外側の辺Ｓａ２とを合わせる。
さらに、回折光学素子３をＺ方向に動かしアライメント光Ｓ２ａの大きさを調整する。
このようにして、図５に示すように、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４に、アライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄがそれぞれ合わされる。これにより、照明光Ｓ１により対象照明領域Ｓが照明される。
【００２９】
本実施形態に係る照明装置１では、回折光学素子３が、位置合わせ用のアライメント光Ｓ２を生成する。これにより、回折光学素子３は、生成される照明光Ｓ１に形成される照明マージンを低減あるいは設けなくても良く、さらには、従来の照明マージンの光強度に比べて非常に低い光強度のアライメント光Ｓ２を生成すれば良い。したがって、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子３と対象照明領域Ｓとの位置合わせを行うことが可能となる。
【００３０】
なお、照射面１１のアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４及びアライメント光Ｓ２をＬ字状としたが、これに限らず十字状等であっても良い。
また、回折光学素子３と対象照明領域Ｓとの位置合わせとして、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の調整を行ったが、これに限らず、θ方向（Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ軸としたあおり方向）の位置合わせをすることも可能である。
また、本実施形態では、照射装置として、照明対象物１０を照明する照明装置について説明したが、これに限らず、レーザ光源を用いた露光装置等であっても良い。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置１を応用したプロジェクタの一例について説明する。
【００３２】
図６は、上述の第１実施形態で説明した照明装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）を備えたプロジェクタを示す概略構成図である。本実施形態においては、プロジェクタとして、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタＰＪ１を例にして説明する。
【００３３】
図６において、投射型のプロジェクタＰＪ１は、スクリーン１００（表示面）上に画像情報を含む光を投射する投射ユニットＵを備えている。投射ユニットＵからスクリーン１００に対して光が投射されることにより、スクリーン１００上に画像が形成される。本実施形態の投射型のプロジェクタＰＪ１は、スクリーン１００を反射型のスクリーンとし、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する。
【００３４】
投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で照射面１１を照明可能な第１照明装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で照射面１１を照明可能な第２照明装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で照射面１１を照明可能な第３照明装置１Ｂと、第１照明装置１Ｒで照明される入射端面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第１空間光変調装置（光変調装置）５０Ｒと、第２照明装置１Ｇで照明される入射端面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第２空間光変調装置（光変調装置）５０Ｇと、第３照明装置１Ｂで照明される入射端面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第３空間光変調装置（光変調装置）５０Ｂと、空間光変調装置５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂにより変調された各基本色光を合成するダイクロイックプリズム（色合成手段）５１と、ダイクロイックプリズム５１で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系（投射装置）５２とを備えている。空間光変調装置５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂのそれぞれは液晶装置を含んで構成されている。以下の説明においては、空間光変調装置を適宜、ライトバルブ、と称する。
【００３５】
ライトバルブは、入射側偏光板と、一対のガラス基板どうしの間に封入された液晶を有するパネルと、射出側偏光板とを備えている。ガラス基板には画素電極や配向膜が設けられている。空間光変調装置を構成するライトバルブは、定められた振動方向の光のみを透過させるようになっており、ライトバルブに入射した基本色光は、ライトバルブを通過することによって光変調される。
また、ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１には、第１実施形態で示したアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４が形成されている。具体的には、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４は、入射端面１１の画像形成領域（対象照明領域）外に設けられている。
そして、回折光学素子３により生成されたアライメント光Ｓ２とアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４とが合うように、回折光学素子３の位置が調整されている。
【００３６】
第１照明装置１Ｒのレーザ光源（光源）２は、赤色（Ｒ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第１照明装置１Ｒは、赤色のレーザ光に基づいて、第１ライトバルブ５０Ｒの入射端面１１を照明する。
【００３７】
第２照明装置１Ｇのレーザ光源（光源）２は、緑色（Ｇ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第２照明装置１Ｇは、緑色のレーザ光に基づいて、第２ライトバルブ５０Ｇの入射端面１１を照明する。
【００３８】
第３照明装置１Ｂのレーザ光源（光源）２は、青色（Ｂ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第３照明装置１Ｇは、青色のレーザ光に基づいて、第３ライトバルブ５０Ｂの入射端面１１を照明する。
【００３９】
各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、ダイクロイックプリズム５１で合成される。ダイクロイックプリズム５１はダイクロイックプリズムによって構成されており、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）はダイクロイックプリズム５１で合成されてフルカラー合成光となる。ダイクロイックプリズム５１から射出されたフルカラー合成光は投射系５２に供給される。投射系５２はフルカラー合成光をスクリーン１００上に投射する。投射系５２は、入射側の画像を拡大してスクリーン１００上に投射する所謂拡大系である。
【００４０】
投射ユニットＵは、各照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのそれぞれで照明された各ライトバルブ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系５２を用いてスクリーン１００上に投射することによって、スクリーン１００上にフルカラーの画像を形成する。鑑賞者は、投射ユニットＵによりスクリーン１００に対して投射された画像を鑑賞する。
【００４１】
本実施形態のプロジェクタＰＪ１では、光利用効率を低下させることなく、回折光学素子３とライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの画像形成領域との位置合わせが行われている。したがって、明るくムラのない画像をスクリーン１００に照射することが可能となる。
また、回折光学素子３から射出されたアライメント光Ｓ２は、ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの画像形成領域外に生成されるため、表示される画像に影響を及ぼすことがない。したがって、スクリーン１００に鮮明な画像を表示することが可能となる。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置１を応用したプロジェクタＰＪ２の一例について説明する。
なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタＰＪ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ２では、位置合わせ用のアライメント光Ｓ２を利用してレーザ光源２を制御する点において第２実施形態と異なる。なお、全体構成においては図６に示す第２実施形態と同様である。
【００４３】
プロジェクタＰＪ２には、図７に示すように、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１上に矩形状のフォトダイオード（光検出部）６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂがそれぞれ設けられている。
このフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、入射端面１１上のアライメントマークＡＭ３の内側の辺Ａ３ａ，Ａ３ｂに接触して設けられている。また、フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、回折光学素子３により生成されたアライメント光Ｓ２ｃを検出するものである。さらに、フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの大きさは、回折光学素子３によって生成されたアライメント光Ｓ２ｃをすべて受光可能な大きさとなっている。
【００４４】
また、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに設けられたフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、制御部６５に接続されている。
制御部６５は、各フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂによって検出されたレーザ光の強度に基づいて各レーザ光源２から射出されるレーザ光の強度を調整する。すなわち、制御部６５は、レーザ光源２の正常動作時にフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが検出するレーザ光の光強度値を所定値として、フォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが検出する光強度がこの所定値からずれた場合、レーザ光源２から射出されるレーザ光の強度を調整する。
【００４５】
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ２では、アライメント光Ｓ２ｃをフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂにより検出することで、レーザ光源２の経年変化により光強度が低減した場合や、レーザ光源２から射出される光が所定値より大きい場合を検出することができる。したがって、アライメント用のアライメント光Ｓ２を有効利用し、レーザ光源２から射出されるレーザ光の強度の正確な制御を行うことが可能となる。
なお、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂにはそれぞれフォトダイオード６１Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂを１つだけ設けたが、より正確な制御を行うために、２つ以上設けても良い。
【００４６】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置１を応用したプロジェクタＰＪ３の一例について説明する。
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ３では、位置合わせ用のアライメント光Ｓ２を利用して回折光学素子３の位置を固定する点において第２実施形態と異なる。なお、全体構成においては図６に示す第２実施形態と同様である。
【００４７】
プロジェクタＰＪ３の具体的な構成について説明する。
図８（ａ）は、本実施形態の回折光学素子を示す模式図であって、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図であり、図９は、回折光学素子から射出されたレーザ光の光路を示す図である。
プロジェクタＰＪ３には、光透過性を有し、回折光学素子３を所定の位置に固定する固定部材７２ａ，７２ｂが設けられている。
また、図８（ａ）に示すように、回折光学素子３上のアライメント光Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ２ｄが照射される領域には接着材（接着部）７１が設けられている。また、接着材７１は、光が照射されることにより硬化する光硬化性樹脂であり、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤や各種添加剤（安定剤、フィラー、顔料等）等から構成される組成物である。
そして、回折光学素子３は、接着材７１を介して固定部材７２ａ，７２ｂにより所定の位置に固定されるようになっている。
【００４８】
プロジェクタＰＪ３には、図９に示すように、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１上の第１実施形態で示したアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４の位置に楔形状の平面ミラー（反射部材）７３，７４，７５，７６が設けられている。
この平面ミラー７３〜７６の反射面７３ａ〜７６ａは、ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの入射端面１１に対して傾斜している。これにより、回折光学素子３により生成されライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに射出されたアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄ（図９に示す一点鎖線）を回折光学素子３に向かって反射させる。つまり、本実施形態では平面ミラー７３〜７６は、対象照明領域Ｓと照明光Ｓ１との位置が合ったときのみアライメント光Ｓ２を回折光学素子３に反射させる。また、平面ミラー７３，７４において反射されたアライメント光Ｓ２は、接着材７１上で結像するようになっている。
すなわち、回折光学素子３を動かし、照明光Ｓ１とライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの画像形成領域との位置が合わされると、平面ミラー７３〜７６によりアライメント光Ｓ２が回折光学素子３に向かって反射される。反射されたアライメント光Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄは、固定部材７２ａ，７２ｂを透過し接着材７１上で結像する。そして、結像されたアライメント光Ｓ２により、接着材７１が硬化する。これにより、回折光学素子３は、接着材７１を介して固定部材７２ａ，７２ｂによって所定の位置、すなわち、照明光Ｓ１により対象照明領域Ｓを照明する位置に固定される。
【００４９】
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ３では、回折光学素子３とライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂとの位置合わせがされたと同時に接着材７１により回折光学素子３が所定の位置に固定されるため、回折光学素子３を効率良く固定することが可能となる。
なお、反射部材として平面ミラー７３，７４を用いたが、曲面ミラーであっても良い。また、本実施形態のＰＪ３が、第３実施形態のＰＪ２で用いたフォトダイオード６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂを備えていても良い。
また、回折光学素子３上に接着材７１を塗布する目印となるマークが形成されていても良い。
【００５０】
なお、図６を用いた説明では、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射するフロント投射型のプロジェクタを例にして説明したが、投射ユニットＵと、スクリーン１００と、筐体とを有し、投射ユニットＵがスクリーン１００の背面側に配置され、スクリーン１００の背面側から透過型のスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する所謂リアプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置を適用することもできる。
また、上記実施形態では、平面ミラー（反射部材）を光変調装置に設けたが、その構成に限らず、回折光学素子の光射出側に反射部材を設ければ良い。例えば、色合成手段に反射部材を設けても良い。あるいは、光学部品（照明装置、光変調装置、等）を収納する光学部品筐体（いわゆる「光学エンジン」と呼ばれる筐体）に設けても良い。
また、上述の各実施形態においては、空間光変調装置として透過型の液晶装置（ライトバルブ）を用いているが、反射型の液晶装置を用いることもできるし、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型光変調装置（ミラー変調器）を用いてもよい。
【００５１】
なお、上述の実施形態のプロジェクタＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３は、各基本色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を射出可能なレーザ光源２をそれぞれ有する第１、第２、第３照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂを有しているが、赤色光（Ｒ）を射出する赤色レーザ光源、緑色光（Ｇ）を射出する緑色レーザ光源、及び青色光（Ｂ）を射出する青色レーザ光源をアレイ状に配置した構成を有する照明装置を１つ有する構成であってもよい。この場合、各基本色光を射出可能なレーザ光源のレーザ光射出動作を時分割で行い、その各レーザ光源のレーザ光射出動作に同期して、ライトバルブの動作を制御することにより、１つの照明装置及び１つのライトバルブでスクリーン１００上にフルカラー画像を表示することができる。
【００５２】
また、上述の実施形態のプロジェクタにおいては、照明装置１で空間光変調装置を照明し、その空間光変調装置を介した光によりスクリーン１００上に画像を表示しているが、プロジェクタとしては、空間光変調装置を有していなくても良い。例えば、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）の面を照明装置１で照明し、スクリーン上に画像情報を含む光を投射する、所謂スライドプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置１を適用することも可能である。
また、上述の各実施形態で説明した照明装置を、レーザ加工機の光源として用いることもできる。
【００５３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、回折光学素子として、ホログラム素子を例に挙げて説明したが、これに限るものではない。
また、照明対象物にアライメントマークを設けたが、アライメントマークを設けず、照明対象物の角部にアライメント光が位置するように、回折光学素子と照明対象物との位置合わせを行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図２】図１の照明装置の回折光学素子の構成を示す模式図である。
【図３】図１の回折光学素子により生成される照明光を示す図である。
【図４】図１の回折光学素子と対象照明物との位置合わせを説明する図である。
【図５】図１の回折光学素子と対象照明物との位置が合わされた状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの光変調装置を示す平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの回折光学素子を示す平面図である。
【図９】図８の回折光学素子により生成された照明光の光路を示す図である。
【図１０】従来の回折光学素子から生成される照明光を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
ＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３…プロジェクタ、Ｓ…対象照明領域、Ｓ１…照明光（第１照明光）、Ｓ２…アライメント光（第２照明光）、１…照明装置、２…光源、３…回折光学素子、１１…照射面（被照射面）、５０Ｒ…第１空間光変調装置（光変調装置）、５０Ｇ…第２空間光変調装置（光変調装置）、５０Ｂ…第３空間光変調装置（光変調装置）、５２…投射系（投射装置）、６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ…フォトダイオード（光検出部）、６５…制御部、７３，７４…平面ミラー（反射部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の被照射面における対象照明領域を照明する第１照明光と、
前記対象照明領域以外の領域を照明し前記対象照明領域と前記第１照明光との相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の第２照明光とを生成することを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
光を射出する光源装置と、
該光源装置から射出された光を回折させる請求項１に記載の回折光学素子とを備えることを特徴とする照射装置。
【請求項３】
前記回折光学素子がホログラム素子であることを特徴とする請求項２に記載の照射装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の照射装置と、
該照射装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備え、
前記光変調装置の画像形成領域が前記対象照明領域であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
前記光変調装置に設けられ、前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を検出する光検出部と、
該光検出部により検出された前記位置合わせ用の第２照明光の強度に基づいて前記光源装置から射出される光の強度を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
光が照射されることにより硬化し、前記回折光学素子を所定の位置に固定する接着部を備え、
前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記第２照明光が照射される位置に設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を前記回折光学素子に向かって反射させる反射部材を備え、
前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記反射部材によって反射された第２照明光が照射される位置に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。
【請求項１】
所定の被照射面における対象照明領域を照明する第１照明光と、
前記対象照明領域以外の領域を照明し前記対象照明領域と前記第１照明光との相対的な位置合わせを行う位置合わせ用の第２照明光とを生成することを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
光を射出する光源装置と、
該光源装置から射出された光を回折させる請求項１に記載の回折光学素子とを備えることを特徴とする照射装置。
【請求項３】
前記回折光学素子がホログラム素子であることを特徴とする請求項２に記載の照射装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の照射装置と、
該照射装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備え、
前記光変調装置の画像形成領域が前記対象照明領域であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
前記光変調装置に設けられ、前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を検出する光検出部と、
該光検出部により検出された前記位置合わせ用の第２照明光の強度に基づいて前記光源装置から射出される光の強度を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
光が照射されることにより硬化し、前記回折光学素子を所定の位置に固定する接着部を備え、
前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記第２照明光が照射される位置に設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記回折光学素子により生成された位置合わせ用の第２照明光を前記回折光学素子に向かって反射させる反射部材を備え、
前記接着部は、前記回折光学素子が所定の位置にあるときに、前記反射部材によって反射された第２照明光が照射される位置に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２６２０３０（Ｐ２００８−２６２０３０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０４６７０（Ｐ２００７−１０４６７０）
【出願日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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