照明装置、画像表示装置及びプロジェクタ
【課題】容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能とする照明装置、その照明装置を用いる画像表示装置、及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】コヒーレント光を射出する光源部であるレーザ光源１２Ｒと、光源部から射出したコヒーレント光を回折させ、被照射面Ｓ２へ回折光である一次回折光Ｌ１を進行させる回折光学素子１３Ｒと、を有し、回折光学素子１３Ｒは、回折光学素子１３Ｒを配置する基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎに対してコヒーレント光が斜めに入射するように配置され、回折光学素子１３Ｒから射出した光のうち、回折光以外の光であるゼロ次光Ｌ０を、被照射面Ｓ２以外の位置へ進行させる。
【解決手段】コヒーレント光を射出する光源部であるレーザ光源１２Ｒと、光源部から射出したコヒーレント光を回折させ、被照射面Ｓ２へ回折光である一次回折光Ｌ１を進行させる回折光学素子１３Ｒと、を有し、回折光学素子１３Ｒは、回折光学素子１３Ｒを配置する基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎに対してコヒーレント光が斜めに入射するように配置され、回折光学素子１３Ｒから射出した光のうち、回折光以外の光であるゼロ次光Ｌ０を、被照射面Ｓ２以外の位置へ進行させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、画像表示装置及びプロジェクタ、特に、レーザ光源を用いる照明装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの照明装置にレーザ光源を用いる技術が提案されている。被照射面においてレーザ光を重畳させる重畳手段には、例えば、回折光学素子を用いることができる。回折光学素子は、コヒーレント光であるレーザ光を回折させることにより、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。回折光学素子により複数の機能を果たすことで、照明装置は、少ない部品点数にでき、小型化、省スペース化が容易となる。回折光学素子からのゼロ次光と回折光とが被照射面に入射する場合、ゼロ次光と回折光とが重なることで、照射領域の一部のみが明るくなることがある。照射領域の一部のみが明るくなることで、良好な光量分布を得ることが困難になる。これに対しては、被照射面以外の位置へゼロ次光を進行させることで、照射領域における光量分布の均一化が容易となる。例えば、特許文献１には、光源部から射出したレーザ光の光線の延長線上の位置以外の位置に被照射面を設ける技術が提案されている。回折光学素子から射出したゼロ次光は、光源部から射出したレーザ光の光線の延長線上を進行し、被照射面以外の位置へ進行する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５８１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に提案される技術では、回折光学素子から射出する回折光の主光線は、回折光学素子を配置する基準面の垂線に対して大きく傾けられることになる。回折光学素子は、基準面の垂線に対して主光線が大きく傾けられた回折光について照射領域の整形や光量分布の均一化を実現するためには、高度な設計技術を要する。このため、従来の技術によると、照射領域の整形や、光量分布の均一化が困難となる場合があるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能とする照明装置、その照明装置を用いる画像表示装置、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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、コヒーレント光を射出する光源部と、光源部から射出したコヒーレント光を回折させ、被照射面へ回折光を進行させる回折光学素子と、を有し、回折光学素子は、回折光学素子を配置する基準面の垂線に対してコヒーレント光が斜めに入射するように配置され、回折光学素子から射出した光のうち、回折光以外の光であるゼロ次光を、被照射面以外の位置へ進行させることを特徴とする。
【０００６】
回折光学素子から射出したゼロ次光は、基準面の垂線に対して斜め方向へ進行する。基準面の垂線に対して斜め方向へゼロ次光を進行させることで、基準面の垂線と回折光の主光線とがなす角度を小さくすることが可能となる。基準面の垂線に対する回折光の主光線の傾きを小さくできるほど、容易に照射領域の整形、及び光量分布の均一化を可能とする回折光学素子を設計できる。これにより、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能とする照明装置を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、照明装置を構成する照明光学系の光軸に平行な方向へ被照射面を移動させたとした場合に、被照射面の軌跡によって形成される空間領域を所定領域とすると、少なくとも回折光学素子の一部が、所定領域に含まれることが望ましい。回折光学素子の一部が所定領域に含まれる場合、所定領域から離れた位置に回折光学素子が配置される場合に比較して、照明装置を用いる機器をコンパクトにできる。また、回折光学素子から射出する回折光の主光線を、被照射面に対してできるだけ垂直に近づけることができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、基準面は、光軸に略直交することが望ましい。これにより、基準面の垂線と回折光の主光線とがなす角度を最も小さくでき、照射領域の整形及び光量分布の均一化を最も容易にできる。また、回折光の主光線を、被照射面に対して最も垂直に近づけることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、回折光学素子からの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる平行化レンズを有することが望ましい。基準面の垂線に対する回折光の主光線の傾きを小さくできるほど、球面の一部と略同一の形状を備える球面レンズの中央部分を使用することが可能となる。球面レンズの中央部分を使用可能であることで、球面レンズの外縁部近傍の部分を使用する場合に比較して、球面レンズの収差の影響を低減できる。収差の影響を低減可能とすることで、照射領域の輝度ムラや、照射領域の歪曲（ディストーション）による光利用効率の低下を軽減できる。これにより、非球面レンズに対して容易に製造可能な球面レンズを用いて、輝度ムラ及び光利用効率低下を軽減できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、被照射面に沿う特定の方向を第１方向とし、被照射面に沿い、かつ第１方向に略直交する方向を第２方向とすると、被照射面のうち回折光が入射する領域である照射領域は、第１方向に対して第２方向へ長い形状をなし、回折光学素子へ入射するコヒーレント光の主光線は、垂線に対して第１方向へ傾けられることが望ましい。これにより、ゼロ次光の光線と、回折光の主光線とがなす角度をできるだけ小さくすることができる。ゼロ次光の光線と、回折光の主光線とがなす角度を小さくできるほど、回折光学素子における回折効率を高くでき、高い光利用効率を実現できる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の光源部を有することが望ましい。複数の光源部を用いることで、明るい光を供給することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の光源部は、照明装置を構成する照明光学系の光軸、或いは光軸を含む面に関して略対称に、コヒーレント光を進行させることが望ましい。これにより、被照射面以外の位置へ各ゼロ次光を進行させ、かつ、ゼロ次光の光線と、回折光の主光線とがなす角度を小さくできる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部から射出したコヒーレント光の主光線同士が、光源部及び回折光学素子の間の光路で最も接近することが望ましい。光源部及び回折光学素子の間で収束させた各コヒーレント光を回折光学素子へ入射させることで、各光源部から発散させたコヒーレント光を回折光学素子へ入射させる場合に比較して、小さい入射面の回折光学素子を用いることが可能となる。これにより、回折光学素子を小型にでき、回折光学素子の製造時間、及びコストを低減できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、回折光学素子から射出したゼロ次光の主光線同士が、回折光学素子及び被照射面の間の光路で最も接近することが望ましい。この場合も、回折光学素子を小型にできることで、回折光学素子の製造時間、及びコストを低減できる。さらに、光源部及び回折光学素子の間隔を短くできるため、照明装置の小型化も可能となる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部から射出したコヒーレント光を偏向させ、回折光学素子へ入射させる偏向素子を有することが望ましい。これにより、基準面の垂線に対して斜めに進行するコヒーレント光を回折光学素子へ入射させることができる。偏向素子を用いてレーザ光を適宜偏向させることで、光源部を高い自由度で配置することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、偏向素子は、コヒーレント光を屈折させることが望ましい。これにより、コヒーレント光を偏向させることができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、偏向素子は、コヒーレント光を回折させることが望ましい。これにより、コヒーレント光を偏向させることができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様としては、偏向素子と回折光学素子とが一体に構成されることが望ましい。これにより、照明装置の部品点数を低減させ、照明装置を簡易かつコンパクトにできる。
【００１９】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、上記の照明装置により供給された光を用いて画像を表示することを特徴とする。上記の照明装置を用いることにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布及び高い光利用効率を得ることができる。これにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布で明るい画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。
【００２０】
さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記の照明装置と、照明装置により供給された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置から射出した光を投写する投写光学系と、を有することを特徴とする。上記の照明装置を用いることにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布及び高い光利用効率を得ることができる。これにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布で明るい画像を表示することが可能なプロジェクタを得られる。空間光変調装置へ入射する光線がなす角度を抑制することができるため、高いコントラストの画像を表示することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の上面概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン（不図示）に光を投写させ、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、第１照明装置１１Ｒ、第２照明装置１１Ｇ、第３照明装置１１Ｂを有する。第１照明装置１１Ｒは、第１色光である赤色（Ｒ）光を供給する照明装置である。第２照明装置１１Ｇは、第２色光である緑色（Ｇ）光を供給する照明装置である。第３照明装置１１Ｂは、第３色光である青色（Ｂ）光を供給する照明装置である。プロジェクタ１０は、第１照明装置１１Ｒにより供給されたＲ光、第２照明装置１１Ｇにより供給されたＧ光、第３照明装置１１Ｂにより供給されたＢ光を用いて画像を表示する画像表示装置である。
【００２３】
第１照明装置１１Ｒは、Ｒ光を射出するレーザ光源１２Ｒを有する。レーザ光源１２Ｒは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部であって、例えば、半導体レーザを備える。回折光学素子１３Ｒは、レーザ光源１２ＲからのＲ光を回折させ、第１空間光変調装置１５Ｒの被照射面へ回折光を進行させる。回折光学素子１３Ｒは、第１空間光変調装置１５Ｒの被照射面上に、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。回折光学素子１３Ｒは、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。平行化レンズ１４は、回折光学素子１３Ｒからの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる。第１空間光変調装置１５Ｒは、第１照明装置１１Ｒにより供給されたＲ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第１空間光変調装置１５ＲからのＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。
【００２４】
第２照明装置１１Ｇは、Ｇ光を射出するレーザ光源１２Ｇを有する。レーザ光源１２Ｇは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部であって、例えば、半導体レーザを備える。回折光学素子１３Ｇは、レーザ光源１２ＧからのＧ光を回折させ、第２空間光変調装置１５Ｇの被照射面へ回折光を進行させる。回折光学素子１３Ｇは、第２空間光変調装置１５Ｇ上の被照射面上に、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。回折光学素子１３Ｇは、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。平行化レンズ１４は、回折光学素子１３Ｇからの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる。第２空間光変調装置１５Ｇは、第２照明装置１１Ｇにより供給されたＧ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第２空間光変調装置１５ＧからのＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１６のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００２５】
第３照明装置１１Ｂは、Ｂ光を射出するレーザ光源１２Ｂを有する。レーザ光源１２Ｂは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部であって、例えば、半導体レーザを備える。回折光学素子１３Ｂは、レーザ光源１２ＢからのＢ光を回折させ、第３空間光変調装置１５Ｂの被照射面へ回折光を進行させる。回折光学素子１３Ｂは、第３空間光変調装置１５Ｂの被照射面上に、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。回折光学素子１３Ｂは、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。平行化レンズ１４は、回折光学素子１３Ｂからの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる。第３空間光変調装置１５Ｂは、第３照明装置１１Ｂにより供給されたＢ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第３空間光変調装置１５ＢからのＢ光は、クロスダイクロイックプリズム１６のうちＲ光が入射する面、及びＧ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００２６】
回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとしては、例えば、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）を用いることができる。透過型液晶表示装置としては、例えば、高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High Temperature Poly-Silicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。
【００２７】
クロスダイクロイックプリズム１６は、互いに略直交させて配置された２つのダイクロイック膜１７、１８を有する。第１ダイクロイック膜１７は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜１８は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム１６は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ１９の方向へ射出する。投写レンズ１９は、各空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂから射出した光を投写する投写光学系として機能する。
【００２８】
図２は、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに形成された回折格子２０を模式的に表したものである。図３は、図２のＡＡ断面構成を示す。回折格子２０は、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂのうちレーザ光が入射する位置に形成されている。回折格子２０は、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの表面、例えば、光を射出する射出面に形成されている。回折格子２０は、矩形領域２２を単位として形成された複数の凹凸を備える。かかる凹凸は、図３に示す断面において矩形形状をなしている。図２において、各矩形領域２２に塗潰しやハッチング等を付すことで、紙面に垂直な方向への高低差が設けられていることを表している。
【００２９】
回折格子２０は、矩形領域２２ごとにレーザ光の位相を変化させる。回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、回折格子２０においてレーザ光の位相を空間的に変化させることにより、回折光を生じさせる。矩形領域２２のピッチ及び凹凸の高さを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに所定の機能を持たせることができる。回折格子２０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変換等、所定の演算手法（シミュレーション手法）を用いることができる。回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、断面において矩形形状をなす凹凸を備える回折格子２０を設ける他、断面において三角形状をなす凹凸を備える回折格子を設けることとしても良い。
【００３０】
例えば、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、所望の形状を備えるモールド（型）を形成した後、モールドの形状を基板に熱転写する、いわゆるナノインプリントの手法を用いて製造することができる。この他、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、所望の形状を形成可能であれば、従来用いられる他の手法により製造することとしても良い。
【００３１】
図４は、第１照明装置１１Ｒの側面概略構成を示す。第１照明装置１１Ｒ、第２照明装置１１Ｇ、第３照明装置１１Ｂは、供給する光の波長、及び配置する向きが異なる以外は同様の構成を有する。以下、第１照明装置１１Ｒの構成を代表例として説明する。回折光学素子１３Ｒ、平行化レンズ１４、第１空間光変調装置１５Ｒは、第１照明装置１１Ｒを構成する照明光学系の光軸ＡＸ上に設けられている。光軸ＡＸは、第１空間光変調装置１１Ｒの照射領域の中心を通る、被照射面に垂直な線であるとする。平行化レンズ１４の主軸は、光軸ＡＸと一致している。光軸ＡＸに平行な軸を、Ｚ軸とする。Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸である。
【００３２】
回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１、第１空間光変調装置１５Ｒの被照射面Ｓ２は、いずれも光軸ＡＸに略直交している。入射面Ｓ１及び被照射面Ｓ２は、いずれも、Ｘ軸及びＹ軸に略平行である。回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１は、回折光学素子１３Ｒを配置する基準面であるとする。回折光学素子１３Ｒの基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎは、光軸ＡＸに略平行である。レーザ光源１２Ｒは、垂線Ｎに対してレーザ光の主光線がＹ軸方向へ傾くように、垂線Ｎに対してレーザ光を斜めに進行させる。回折光学素子１３Ｒは、垂線Ｎに対してレーザ光が斜めに入射するように配置されている。
【００３３】
回折光学素子１３Ｒは、レーザ光源１２Ｒから射出したレーザ光を回折させ、被照射面Ｓ２へ一次回折光Ｌ１を進行させる。回折光学素子１３Ｒは、一次回折光Ｌ１を用いて、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。照射領域は、被照射面Ｓ２のうち一次回折光Ｌ１が入射する領域である。回折光学素子１３Ｒは、一次回折光Ｌ１以外の光であるゼロ次光Ｌ０を射出する。ゼロ次光Ｌ０は、回折光学素子１３Ｒで回折せず、回折光学素子１３Ｒをそのまま透過した光である。
【００３４】
回折光学素子１３Ｒから射出した一次回折光Ｌ１は、光軸ＡＸを中心として拡張する。回折光学素子１３Ｒから射出した一次回折光Ｌ１の主光線は、光軸ＡＸと略一致する。回折光学素子１３Ｒから射出したゼロ次光Ｌ０は、レーザ光源１２Ｒから射出したレーザ光の光線の延長線上を進行し、被照射面Ｓ２以外の位置へ進行する。被照射面Ｓ２以外の位置へゼロ次光Ｌ０を進行させることで、照射領域の一部が明るくなるようなムラの発生を低減させ、照射領域における光量分布の均一化が容易となる。
【００３５】
回折光学素子１３Ｒから射出したゼロ次光Ｌ０が入射する位置には、光吸収部２１が設けられている。回折光学素子１３Ｒから射出したゼロ次光Ｌ０は、光吸収部２１へ吸収される。光吸収部２１は、例えば、光吸収性樹脂部材を用いて構成されている。光吸収部２１を用いることにより、迷光の発生を低減させることができる。
【００３６】
図５は、本実施例の比較例に係る従来の照明装置２３、及び照明装置２３から投写レンズ１９までの各部の側面概略構成を示す。照明装置２３は、同一の光軸ＡＸ上に設けられたレーザ光源１２Ｒ、回折光学素子２４、及び平行化レンズ２５を有する。第１空間光変調装置１５Ｒ、クロスダイクロイックプリズム１６、及び投写レンズ１９は、光軸ＡＸから特定方向、例えばＹ軸方向へ移動させた位置に設けられている。レーザ光源１２Ｒは、垂線Ｎに略平行にレーザ光を進行させる。回折光学素子２４は、垂線Ｎに対してレーザ光が略平行に入射するように配置されている。
【００３７】
回折光学素子２４から射出したゼロ次光Ｌ０は、光軸ＡＸに略平行に進行し、被照射面Ｓ２以外の位置へ進行する。回折光学素子２４から射出した一次回折光Ｌ１は、被照射面Ｓ２へ進行する。回折光学素子２４から射出した一次回折光Ｌ１の主光線は、光軸ＡＸに対して傾いている。回折光学素子２４は、垂線Ｎに対して主光線が大きく傾けられた回折光について照射領域の整形や光量分布の均一化を実現するためには、高度な設計技術を要する。このため、本比較例に係る照明装置２３は、照射領域の整形や、光量分布の均一化が困難となる場合がある。
【００３８】
また、光軸ＡＸに対して主光線が傾けられた一次回折光Ｌ１を第１空間光変調装置１５Ｒへ入射させる構成とすることで、光軸ＡＸ上に第１空間光変調装置１５Ｒが配置される場合と比較して、プロジェクタ１０が大型化することにもなる。平行化レンズ２５は、外縁部近傍の部分を用いて、一次回折光Ｌ１の光束を平行化させる。
【００３９】
図６は、従来の照明装置２３を使用する場合における照射領域ＬＡについて説明するものである。例えば、平行化レンズ２５は、球面形状を備える球面レンズであるとする。球面レンズは、外縁部に近い部分を使用するほど、球面レンズの収差の影響が顕著となる。例えば、球面レンズの外縁部に近い部分を使用するほど像が縮むディストーションの影響が顕著であると、図示するように、矩形形状の画素領域ＰＡに対して照射領域ＬＡが歪曲することになる。照射領域ＬＡが矩形形状から大きく変形するほど、画素領域ＰＡ以外の位置へ入射することにより損失する光が増加し、光利用効率が低下することとなる。また、収差の影響により、照射領域ＬＡの輝度ムラが生じる場合がある。被照射面Ｓ２において、光軸ＡＸから離れるほど明るくなるような輝度ムラが生じると、画素領域ＰＡ以外の位置へ入射することにより損失する光がさらに増加することになる。このような収差の影響を低減させるために、平行化レンズ２５として非球面レンズを用いる場合、非球面レンズについて高い難易度の設計が必要となる。
【００４０】
図４に戻って、垂線Ｎに対して斜め方向へゼロ次光Ｌ０を進行させることで、垂線Ｎと一次回折光Ｌ１の主光線とがなす角度を小さくすることが可能となる。垂線Ｎに対する一次回折光Ｌ１の主光線の傾きを小さくできるほど、容易に照射領域の整形、及び光量分布の均一化を可能とする回折光学素子１３Ｒを設計できる。本実施例の第１照明装置１１Ｒは、回折光学素子１３Ｒの垂線Ｎと、一次回折光Ｌ１の主光線とを略一致させることで、照射領域の整形、及び光量分布の均一化が最も容易となる。以上により、各照明装置１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能にできるという効果を奏する。
【００４１】
光軸ＡＸ上に第１空間光変調装置１５Ｒを配置可能とすることで、プロジェクタ１０は、コンパクトな構成にできる。プロジェクタ１０は、コンパクトな構成により、良好な光量分布で明るい画像を表示することができる。また、被照射面Ｓ２に対してできるだけ垂直になるように一次回折光Ｌ１を進行させることもできる。第１空間光変調装置１５Ｒへ入射する一次回折光Ｌ１の光線がなす角度を抑制することができるため、高いコントラストの画像を表示することも可能となる。垂線Ｎと一次回折光Ｌ１の主光線とを略一致させることで、平行化レンズ１４は、光軸ＡＸを中心とする中央部分を使用して、一次回折光Ｌ１の光束を平行化させる。
【００４２】
図７は、本実施例に係る第１照明装置１１Ｒを使用する場合における照射領域ＬＡについて説明するものである。例えば、平行化レンズ１４は、球面形状を備える球面レンズであるとする。球面レンズの中央部分を使用可能であることで、球面レンズの外縁部近傍の部分を使用する場合に比較して、球面レンズの収差の影響を低減できる。収差の影響を低減可能とすることで、照射領域ＬＡの輝度ムラや、ディストーションによる光利用効率の低下を軽減できる。これにより、非球面レンズに対して容易に製造可能な球面レンズを用いて、輝度ムラ及び光利用効率低下を軽減できる。
【００４３】
図８は、回折光学素子１３Ｒへ入射する入射光線の延長線、及び回折光の光束がなす角度と、回折光学素子１３Ｒの回折効率との関係を表す。グラフの縦軸は任意単位の回折効率、横軸は入射光線の延長線及び回折光の光束がなす角度をそれぞれ表している。回折効率とは、回折光学素子１３Ｒへ入射する入射光の強度に対する、回折光学素子１３Ｒから射出する回折光の強度を示す値であるとする。第１照明装置１１Ｒは、回折光学素子１３Ｒの回折効率が高いほど、高い光利用効率を実現できる。回折光学素子１３Ｒは、入射光線の延長線と回折光の光束がなす角度を、設計に応じて適宜決定できる。入射光線の延長線と回折光の光束とがなす角度が５度付近から７.５度付近へ大きくなるに従って、回折光学素子１３Ｒの回折効率は低くなる。このことから、回折光学素子１３Ｒは、一次回折光Ｌ１を被照射面Ｓ２へ効率良く入射させるには、入射光線の延長線と一次回折光Ｌ１の光束とがなす角度をできるだけ小さく設定するのが望ましいといえる。
【００４４】
図９及び図１０は、本実施例において、高い回折効率を得るために望ましい構成について説明するものである。図９及び図１０では、レーザ光源１２Ｒ、回折光学素子１３Ｒ、及び第１空間光変調装置１５Ｒ以外の構成について図示を省略している。被照射面Ｓ２に形成される照射領域ＬＡは、Ｙ軸に略平行な短辺、及びＸ軸に略平行な長辺を備える矩形形状をなしている。Ｙ軸方向は、被照射面Ｓ２に沿う特定の方向であって、第１方向とする。Ｘ軸方向は、被照射面Ｓ２に沿い、かつ第１方向であるＹ軸方向に略直交する方向であって、第２方向とする。照射領域ＬＡは、第１方向であるＹ軸方向に対して、第２方向であるＸ軸方向へ長い形状をなしている。
【００４５】
図９は、回折光学素子１３Ｒへ入射するレーザ光の主光線が、垂線Ｎに対してＸ軸方向へ傾けられる場合について説明するものである。図９左は、ＸＺ面内におけるゼロ次光Ｌ０、一次回折光Ｌ１の振舞いを表している。回折光学素子１３Ｒから射出するゼロ次光Ｌ０の光線は、レーザ光源１２Ｒから回折光学素子１３Ｒへの入射光線の延長線に一致している。一次回折光Ｌ１の主光線Ｌ１Ｃとゼロ次光Ｌ０の光線とは、角度θ’をなしている。図９右は、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。
【００４６】
図１０は、回折光学素子１３Ｒへ入射するレーザ光の主光線が、垂線Ｎに対してＹ軸方向へ傾けられる場合について説明するものである。図１０左は、ＹＺ面内におけるゼロ次光Ｌ０、一次回折光Ｌ１の振舞いを表している。一次回折光Ｌ１の主光線Ｌ１Ｃとゼロ次光Ｌ０の光線とは、角度θをなしている。図１０右は、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。図９の場合における角度θ’、及び図１０の場合における角度θを比較すると、θ’＞θの関係が成り立つ。
【００４７】
このことから、回折光学素子１３Ｒは、高い回折効率を得るには、回折光学素子１３Ｒへ入射するレーザ光の主光線は、垂線Ｎに対してＸ軸方向よりもＹ軸方向へ傾けられるほうが望ましいといえる。このように、照射領域ＬＡの形状に応じて、ゼロ次光Ｌ０の光線と一次回折光Ｌ１の主光線Ｌ１Ｃとがなす角度をできるだけ小さくすることで、回折光学素子１３Ｒにおける回折効率を高くすることができる。回折光学素子１３Ｒにおける回折効率を高くすることで、プロジェクタ１０は、高い光利用効率を実現できる。
【００４８】
回折光学素子１３Ｒは、入射面Ｓ１が光軸ＡＸに直交するように配置する場合に限られない。図１１に示すように、回折光学素子１３Ｒは、光軸ＡＸに直交するＸＹ平面に対して入射面Ｓ１が傾くように配置することとしても良い。この場合、入射面Ｓ１の垂線Ｎは、光軸ＡＸに対して傾けられている。入射面Ｓ１の垂線Ｎと光軸ＡＸとがなす角度をできるだけ小さくすることにより、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能にできる。
【００４９】
また、回折光学素子１３Ｒは、光軸ＡＸ上に設けられる場合に限られない。回折光学素子１３Ｒは、少なくとも回折光学素子１３Ｒの一部が、図中破線で示す所定領域２７に含まれていれば良い。さらに、回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１においてレーザ光が入射する位置が、所定領域２７に含まれることが望ましい。所定領域２７は、光軸ＡＸに平行な方向へ被照射面Ｓ２を移動させたとした場合に、被照射面Ｓ２の軌跡によって形成される空間領域であるとする。回折光学素子１３Ｒの一部が所定領域２７に含まれる場合、所定領域２７から離れた位置に回折光学素子１３Ｒが配置される場合に比較して、プロジェクタ１０をコンパクトにできる。また、回折光学素子１３Ｒから射出する第１回折光Ｌ１の主光線を、被照射面Ｓ２に対してできるだけ垂直に近づけることができる。レーザ光源１２Ｒは、回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１の垂線Ｎに対してレーザ光を斜めに進行させるいずれの位置に配置しても良い。レーザ光源１２Ｒについても、少なくとも一部が所定領域２７に含まれるように配置することで、所定領域２７から離れた位置にレーザ光源１２Ｒを配置する場合に比較して、プロジェクタ１０をコンパクトにすることが可能となる。
【実施例２】
【００５０】
図１２は、本発明の実施例２に係る照明装置３０の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置３０は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例に係る照明装置３０は、３つのレーザ光源１２を有する。レーザ光源１２は、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部である。３つのレーザ光源１２は、Ｙ軸方向に並列している。各レーザ光源１２は、いずれも、回折光学素子３１を配置する基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎに対して斜めにレーザ光を進行させる。各レーザ光源１２から射出されたレーザ光は、略平行に進行する。
【００５１】
回折光学素子３１は、レーザ光源１２からの各レーザ光を回折させ、空間光変調装置１５の被照射面Ｓ２へ第１回折光Ｌ１を進行させる。回折光学素子３１は、各レーザ光が入射する位置に設けられた回折格子２０（図２参照）を用いて、各レーザ光を回折させる。空間光変調装置１５は、照明装置３０により供給されたレーザ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置である。
【００５２】
回折光学素子３１は、各レーザ光源１２からのレーザ光により生じた各一次回折光Ｌ１が被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。本実施例の照明装置３０は、複数のレーザ光源１２を用いることで、一つのレーザ光源１２を用いる場合と比較して明るい光を供給することができる。また、回折光学素子３１は、一次回折光Ｌ１以外の光であるゼロ次光Ｌ０を射出する。各レーザ光源１２からのレーザ光を回折光学素子３１へ入射させることにより生じた各ゼロ次光Ｌ０は、略平行に進行し、光吸収部２１へ入射する。
【００５３】
Ｙ軸方向へ並列させた複数のレーザ光を回折光学素子１３Ｒへ入射させる構成において、例えば、図１１に示すように、光軸ＡＸに対してＹ軸方向へ垂線Ｎを傾けて回折光学素子１３Ｒを配置する場合、各一次回折光Ｌ１の焦点距離に差が生じることになる。各一次回折光Ｌ１の焦点距離に差が生じると、平行化レンズ１４により一次回折光Ｌ１の光束を平行化することが困難になる。従って、本実施例の照明装置３０は、光軸ＡＸに対して垂線Ｎが略平行となるように回折光学素子１３Ｒを配置することが望ましい。
【００５４】
レーザ光源１２の数及び配置は、本実施例で説明する場合に限られない。照明装置３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に並列された複数のレーザ光源１２を有する構成であれば良い。
【実施例３】
【００５５】
図１３は、本発明の実施例３に係る照明装置３３の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置３３は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例２では、複数のレーザ光源から略平行にレーザ光を進行させるのに対して、本実施例は、複数のレーザ光源から互いに異なる方向へレーザ光を進行させる。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例に係る照明装置３３は、第１レーザ光源１２ａ、第２レーザ光源１２ｂを有する。第１レーザ光源１２ａ、第２レーザ光源１２ｂは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部である。第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂは、Ｙ軸方向に並列している。
【００５６】
第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂは、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に、レーザ光を進行させる。第１レーザ光源１２ａからのレーザ光、及び第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光は、Ｙ軸方向について互いに離れるように発散する。回折光学素子３４は、第１レーザ光源１２ａにより生じた一次回折光Ｌ１ａと、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光により生じた一次回折光Ｌ１ｂとが、被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。第１レーザ光源１２ａからのレーザ光により生じたゼロ次光Ｌ０ａと、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光により生じたゼロ次光Ｌ０ｂとは、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に進行する。第１レーザ光源１２ａからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ａが入射する位置、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ｂが入射する位置には、それぞれ光吸収部２１が設けられている。
【００５７】
図１４は、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称にレーザ光を進行させる利点について説明するものである。仮に、破線で示すように、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光を、第１レーザ光源１２ａからのレーザ光と略同一の方向へ進行させるとする。このとき、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ｂの主光線Ｌ１Ｃと、ゼロ次光Ｌ０ｂ’の光線とがなす角度がθ１’であるとする。第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ｂ’は、第１レーザ光源１２ａからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ａと交差する。角度θ１’は、平行化レンズ１４の手前においてゼロ次光Ｌ０ｂ’が一次回折光Ｌ１ａの光束を完全に貫くように設定される。
【００５８】
実線で示す本実施例の構成の場合に、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ｂの主光線Ｌ１Ｃと、ゼロ次光Ｌ０ｂの光線とがなす角度がθ１であるとする。この場合、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ｂは、第１レーザ光源１２ａからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ａとは交差しない。角度θ１は、ゼロ次光Ｌ０ｂが一次回折光Ｌ１ａの光束を貫く場合より小さく設定できる。従って、角度θ１’及び角度θ１を比較すると、θ１’＞θ１の関係が成り立つ。
【００５９】
以上により、本実施例の照明装置３３は、被照射面Ｓ２以外の位置へゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂを進行させ、かつゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂの光線と、一次回折光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとがなす角度を小さくできる。図８を用いて上述したように、回折光学素子３４は、入射光線の延長線と回折光の光束とがなす角度をできるだけ小さく設定することにより、高い回折効率を得ることができる。ゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂの光線と、一次回折光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとがなす角度を小さくできることで、回折光学素子３４における回折効率を高くすることができる。従って、照明装置３３は、高い光利用効率を実現できる。
【００６０】
図１５は、本実施例の変形例１について説明するものである。被照射面Ｓ２に形成される照射領域ＬＡは、Ｙ軸に略平行な短辺、及びＸ軸に略平行な長辺を備える矩形形状をなしている。照射領域ＬＡは、第１方向であるＹ軸方向に対して、第２方向であるＸ軸方向へ長い形状をなしている。
【００６１】
図１５上段は、第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂにより、光軸ＡＸを含むＸＺ平面Ｓ３に関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂの振舞いを表している。かかる構成は、本実施例に係る上記の照明装置３３に適用されている。図１５下段は、本変形例に係る照明装置の構成を示す。本変形例に係る照明装置は、第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂにより、光軸ＡＸを含むＹＺ平面Ｓ４に関して略対称にレーザ光を進行させる。照明装置は、図示するいずれの構成であっても良い。
【００６２】
なお、図９及び図１０を用いて説明した上記実施例１の場合と同様に、回折光学素子３４は、回折光学素子３４へ入射するレーザ光の主光線が、垂線Ｎに対してＸ軸方向よりもＹ軸方向へ傾けられるほうが、高い回折効率を得ることが可能となる。従って、本実施例の場合も、図１５上段に示す構成とする場合、図１５下段に示す構成とする場合に比較して、さらに高い回折効率を得ることが可能となる。
【００６３】
図１６は、本実施例の変形例２について説明するものである。本変形例に係る照明装置は、４つのレーザ光源を有する。４つのレーザ光源は、Ｘ軸方向に２つ、Ｙ軸方向に２つをそれぞれ並列させて配置されている。回折光学素子３６は、各レーザ光源からのレーザ光により生じた一次回折光が、被照射面Ｓ２の照射領域ＬＡにて重畳するように設計されている。
【００６４】
図１６上段は、各レーザ光源により、光軸ＡＸを含むＸＺ平面Ｓ３に関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。図１６中段は、各レーザ光源により、光軸ＡＸを含むＹＺ平面Ｓ４に関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。図１６下段は、各レーザ光源により、光軸ＡＸに関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表したものである。本変形例に係る照明装置は、図示するいずれの構成であっても良い。
【００６５】
ゼロ次光Ｌ０の光線と、一次回折光Ｌ１の主光線とがなす角度は、図１６の上段の場合が最も小さく、下段の場合が最も大きくなる。本変形例の場合、図１６の上段に示す構成、中段に示す構成、下段に示す構成の順に、高い回折効率を得ることが可能となる。なお、本実施例で説明する回折光学素子３４、３６の回折効率の高低は、回折光学素子３４、３６による再生像の形状に応じて変化する場合があるものとする。本実施例の照明装置は、光軸ＡＸ、或いは光軸ＡＸを含む面に関して略対称にレーザ光を進行させる構成であれば良く、レーザ光源の数や配置を適宜変更しても良い。
【実施例４】
【００６６】
図１７は、本発明の実施例４に係る照明装置４０の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置４０は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例の照明装置４０は、プリズム４１を有する。プリズム４１は、第１レーザ光源１２ａ、第２レーザ光源１２ｂから射出したレーザ光を偏向させ、回折光学素子３４へ入射させる偏向素子として機能する。
【００６７】
第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂは、いずれも、回折光学素子３４を配置する基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎに略平行にレーザ光を進行させる。プリズム４１は、回折光学素子３４の入射面Ｓ１に配置されている。プリズム４１は、透明部材を用いて構成されている。プリズム４１は、入射面Ｓ１に対して傾けて設けられた界面４２を有する。プリズム４１は、界面４２においてレーザ光を屈折させることで、レーザ光を偏向させる。第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光は、プリズム４１を用いた偏向により、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に進行する。プリズム４１を透過したレーザ光は、回折光学素子３４へ入射する。
【００６８】
光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称にレーザ光を進行させることで、本実施例の場合も、上記実施例３に係る照明装置と同様に、高い回折効率を得ることができる。本実施例の照明装置４０は、プリズム４１によりレーザ光を適宜偏向させることで、入射面Ｓ１の垂線Ｎに対して斜めに進行するレーザ光を回折光学素子３４へ入射させることができる。照明装置４０は、プリズム４１を用いることにより、レーザ光源１２ａ、１２ｂを高い自由度で配置することが可能となる。プリズム４１は、レーザ光を適宜偏向させることが可能であれば良く、いずれの形状であっても良い。プリズム４１は、回折光学素子３４の入射面Ｓ１に配置される場合に限られず、回折光学素子３４の入射面Ｓ１とは間隔を設けて配置することとしても良い。
【００６９】
図１８は、本実施例の変形例１に係る照明装置４４の側面概略構成を示す。本変形例の照明装置４４は、偏向素子として機能する凹レンズ４５を有することを特徴とする。凹レンズ４５は、第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂと、回折光学素子３４との間の光路中に設けられている。凹レンズ４５は、凹形状の凹面４６を有する。凹レンズ４５は、凹面４６においてレーザ光を屈折させることで、レーザ光を偏向させる。本変形例の場合も、レーザ光源１２ａ、１２ｂを高い自由度で配置することができる。なお、凹レンズ４５は、回折光学素子３４の入射面Ｓ１に設けることとしても良い。
【００７０】
レーザ光を屈折させる偏向素子としては、プリズム４１や凹レンズ４５の他、屈折率勾配を有する屈折率分布型レンズや、電界に応じて屈折率分布を変化させる電界光学素子等を用いても良い。偏向素子は、レーザ光を屈折させるものである場合に限られない。偏向素子は、レーザ光を回折させるものであっても良い。レーザ光を回折させる偏向素子として、例えば、図１９に示す回折格子４７を用いても良い。回折格子４７は、回折により光を偏向可能であれば良く、例えば、微細バイナリ構造を備える。微細バイナリ構造は、略一定の高さで形成された凸部と略一定の高さで形成された凹部が交互に形成された微細構造である。また、レーザ光を回折させる偏向素子として、図２０に示すブレーズ格子４８を用いても良い。偏向素子として、フレネルレンズを用いても良い。
【００７１】
図２１は、本実施例の変形例２に係る照明装置５０の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置５０は、ブレーズ格子５２と回折格子５３とが一体に構成された光学素子５１を有することを特徴とする。光学素子５１は、レーザ光源１２から射出されたレーザ光が入射する位置に設けられている。光学素子５１は、透明部材を用いて構成されている。ブレーズ格子５２は、光学素子５１のうち、レーザ光源１２からのレーザ光が入射する入射面に形成されている。ブレーズ格子５２は、レーザ光を回折させる偏向素子として機能する。
【００７２】
回折格子５３は、光学素子５１のうち、ブレーズ格子５２からの光を射出させる射出面に形成されている。回折格子５３は、ブレーズ格子５２からのレーザ光を回折させ、被照射面Ｓ２へ一次回折光Ｌ１を進行させる回折光学素子として機能する。回折格子５３は、ブレーズ格子５２からのレーザ光を入射させることにより生じた一次回折光Ｌ１が被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。また、ブレーズ格子５２からのレーザ光を回折格子５３へ入射させることにより生じたゼロ次光Ｌ０は、略平行に進行し、光吸収部２１へ入射する。
【００７３】
ブレーズ格子５２及び回折格子５３が一体に構成された光学素子５１を用いることにより、照明装置５０の部品点数を減少させ、照明装置５０を簡易かつコンパクトにできる。図１７に示す照明装置４０の場合も、回折光学素子３４の入射面Ｓ１にプリズム４１を設ける構成とすることで、本変形例と同様、照明装置４０を簡易かつコンパクトにできる。光学素子５１は、ブレーズ格子５２に代えて、微細バイナリ構造を備える回折格子や、光を屈折させるプリズムや凹レンズ等を設けても良い。
【００７４】
光学素子５１は、偏向素子として機能する構造を入射面に、回折光学素子として機能する構造を射出面に形成する場合に限られず、適宜変形しても良い。例えば、偏向素子として機能する構造を、光学素子５１の内部に形成することとしても良い。本実施例の各照明装置は、一つ又は複数のレーザ光源からのレーザ光を偏向素子により偏向させる構成であれば良く、レーザ光源の数や配置を適宜変更しても良い。
【実施例５】
【００７５】
図２２は、本発明の実施例５に係る照明装置６０の側面概略構成を示す。本実施例に係る照明装置６０は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。本実施例に係る照明装置６０は、レーザ光源１２から射出したレーザ光の主光線同士が、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路で最も接近することを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７６】
照明装置６０は、２つのレーザ光源１２を有する。各レーザ光源１２は、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に、レーザ光を進行させる。各レーザ光源１２からのレーザ光は、Ｙ軸方向について互いに近づくように収束し、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路にて交わる。各レーザ光は、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路で交差した後はＹ軸方向について互いに離れるように発散する。各レーザ光は、回折光学素子６１の入射面Ｓ１のうち、Ｙ軸方向について互いに異なる位置へ入射する。
【００７７】
回折光学素子６１は、各レーザ光源１２からのレーザ光を入射させることにより生じた一次回折光Ｌ１が、被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。各レーザ光源１２からのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０は、それぞれ光吸収部２１へ入射する。本実施例の場合も、上記実施例３に係る照明装置３３（図１３参照）の場合と同様に、ゼロ次光Ｌ０の光線と、一次回折光Ｌ１とがなす角度を小さくできることで、回折光学素子６１における回折効率を高くでき、高い光利用効率を実現できる。
【００７８】
レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間で収束させた各レーザ光を回折光学素子６１へ入射させることで、各レーザ光源１２から発散させたレーザ光を回折光学素子６１へ入射させる場合に比較して、小さい入射面Ｓ１の回折光学素子６１を用いることが可能となる。これにより、回折光学素子６１を小型にでき、回折光学素子６１の製造時間、及びコストを低減できる。例えば、レーザ光源１２が大型であって、各レーザ光源１２の射出位置を密にできないような場合、各レーザ光を平行に進行、或いは発散させると、回折光学素子６１を大型にせざるを得ない場合が生じる。本実施例に係る照明装置６０は、各レーザ光を収束させることで回折光学素子６１を小型にできるため、レーザ光源１２が大型である場合に有用である。なお、照明装置６０は、レーザ光の主光線同士がレーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路で最も接近する構成であれば良く、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路でレーザ光同士が交わる構成に限られない。
【００７９】
図２３は、本実施例の変形例に係る照明装置６５の側面概略構成を示す。本変形例に係る照明装置６５は、回折光学素子６６から射出したゼロ次光Ｌ０の主光線同士が、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で最も接近することを特徴とする。各レーザ光源１２からのレーザ光は、Ｙ軸方向について互いに近づくように収束する。各レーザ光は、回折光学素子６６の入射面Ｓ１のうち、Ｙ軸方向について互いに異なる位置へ入射する。回折光学素子６６は、各レーザ光源１２からのレーザ光を入射させることにより生じた一次回折光Ｌ１が、被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。
【００８０】
各レーザ光源１２からのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０は、回折光学素子６６へ入射するレーザ光の光線の延長線上を進行し、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で交わる。各ゼロ次光Ｌ０は、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で交差した後は、Ｙ軸方向について互いに離れるように発散し、それぞれ光吸収部２１へ入射する。本変形例の場合も、レーザ光源１２及び回折光学素子６６の間で収束させた各レーザ光を回折光学素子６６へ入射させることで、回折光学素子６６を小型にでき、回折光学素子６６の製造時間、及びコストを低減できる。さらに、上記の照明装置６０（図２２参照）と比較して、レーザ光源１２及び回折光学素子６６の間隔を短くできるため、照明装置６５の小型化も可能となる。なお、照明装置６５は、ゼロ次光の主光線同士が回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で最も接近する構成であれば良く、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路でゼロ次光同士が交わる構成に限られない。
【００８１】
本実施例に係る照明装置６０、６５は、いずれも、回折光学素子６１、６６の入射面Ｓ１のうち互いに異なる位置にレーザ光が入射することを要する。入射面Ｓ１のうちできるだけ近い位置に各レーザ光が入射する構成とすることで、回折光学素子６１、６６をできるだけ小型にすることが可能となる。
【００８２】
なお、上記各実施例の照明装置は、半導体レーザを備えるレーザ光源を用いる場合に限られず、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を備えるレーザ光源を用いても良い。照明装置は、光源部にレーザ光源を用いる場合に限られない。照明装置は、光源部として、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）等の固体光源を用いる構成としても良い。本発明に係るプロジェクタは、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いても良い。プロジェクタは、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタは、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタは、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。
【００８３】
本発明に係る照明装置は、画像表示装置以外の電子機器、例えば、照明装置からの光を用いて照明された被写体を撮像するモニタ装置等に適用しても良い。また、本発明に係る照明装置は、例えば、レーザ光を用いた露光のための露光装置やレーザ加工装置等の光学系に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係る照明装置は、プロジェクタ等の画像表示装置に用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの上面概略構成を示す図。
【図２】回折光学素子に形成された回折格子を模式的に表した図。
【図３】回折格子の一部の断面構成を示す図。
【図４】第１照明装置の側面概略構成を示す図。
【図５】従来の照明装置等の側面概略構成を示す図。
【図６】従来の照明装置を使用する場合における照射領域について説明する図。
【図７】第１照明装置を使用する場合における照射領域について説明する図。
【図８】入射光線の延長線及び回折光の光束がなす角度と回折効率の関係を表す図。
【図９】レーザ光の主光線が垂線に対してＸ軸方向へ傾けられる場合の図。
【図１０】レーザ光の主光線が垂線に対してＹ軸方向へ傾けられる場合の図。
【図１１】入射面の垂線を光軸に対して傾けて回折光学素子を配置する場合の図。
【図１２】本発明の実施例２に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１３】本発明の実施例３に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１４】略対称にレーザ光を進行させる利点について説明する図。
【図１５】実施例３の変形例１について説明する図。
【図１６】実施例３の変形例２について説明する図。
【図１７】本発明の実施例４に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１８】実施例４の変形例１に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１９】偏向素子として用いる回折格子を示す図。
【図２０】偏向素子として用いるブレーズ格子を示す図。
【図２１】実施例４の変形例２に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図２２】本発明の実施例５に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図２３】実施例５の変形例に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１０ プロジェクタ、１１Ｒ 第１照明装置、１１Ｇ 第２照明装置、１１Ｂ 第３照明装置、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ レーザ光源、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ 回折光学素子、１４ 平行化レンズ、１５Ｒ 第１空間光変調装置、１５Ｇ 第２空間光変調装置、１５Ｂ 第３空間光変調装置、１６ クロスダイクロイックプリズム、１７ 第１ダイクロイック膜、１８ 第２ダイクロイック膜、１９ 投写レンズ、２０ 回折格子、２２ 矩形領域、２１ 光吸収部、ＡＸ 光軸、Ｌ０ ゼロ次光、Ｌ１ 一次回折光、Ｎ 垂線、Ｓ１ 入射面、Ｓ２ 被照射面、２３ 照明装置、２４ 回折光学素子、２５ 平行化レンズ、ＬＡ 照射領域、ＰＡ 画素領域、Ｌ１Ｃ 主光線、２７ 所定領域、１２ レーザ光源、１５ 空間光変調装置、３０ 照明装置、３１ 回折光学素子、１２ａ、１２ｂ レーザ光源、３３ 照明装置、３４ 回折光学素子、Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ ゼロ次光、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 一次回折光、Ｓ３ ＸＺ平面、Ｓ４ ＹＺ平面、３６ 回折光学素子、４０ 照明装置、４１ プリズム、４２ 界面、４４ 照明装置、４５ 凹レンズ、４６ 凹面、４７ 回折格子、４８ ブレーズ格子、５０ 照明装置、５１ 光学素子、５２ ブレーズ格子、５３ 回折格子、６０ 照明装置、６１ 回折光学素子、６５ 照明装置、６６ 回折光学素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、画像表示装置及びプロジェクタ、特に、レーザ光源を用いる照明装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの照明装置にレーザ光源を用いる技術が提案されている。被照射面においてレーザ光を重畳させる重畳手段には、例えば、回折光学素子を用いることができる。回折光学素子は、コヒーレント光であるレーザ光を回折させることにより、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。回折光学素子により複数の機能を果たすことで、照明装置は、少ない部品点数にでき、小型化、省スペース化が容易となる。回折光学素子からのゼロ次光と回折光とが被照射面に入射する場合、ゼロ次光と回折光とが重なることで、照射領域の一部のみが明るくなることがある。照射領域の一部のみが明るくなることで、良好な光量分布を得ることが困難になる。これに対しては、被照射面以外の位置へゼロ次光を進行させることで、照射領域における光量分布の均一化が容易となる。例えば、特許文献１には、光源部から射出したレーザ光の光線の延長線上の位置以外の位置に被照射面を設ける技術が提案されている。回折光学素子から射出したゼロ次光は、光源部から射出したレーザ光の光線の延長線上を進行し、被照射面以外の位置へ進行する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５８１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に提案される技術では、回折光学素子から射出する回折光の主光線は、回折光学素子を配置する基準面の垂線に対して大きく傾けられることになる。回折光学素子は、基準面の垂線に対して主光線が大きく傾けられた回折光について照射領域の整形や光量分布の均一化を実現するためには、高度な設計技術を要する。このため、従来の技術によると、照射領域の整形や、光量分布の均一化が困難となる場合があるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能とする照明装置、その照明装置を用いる画像表示装置、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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、コヒーレント光を射出する光源部と、光源部から射出したコヒーレント光を回折させ、被照射面へ回折光を進行させる回折光学素子と、を有し、回折光学素子は、回折光学素子を配置する基準面の垂線に対してコヒーレント光が斜めに入射するように配置され、回折光学素子から射出した光のうち、回折光以外の光であるゼロ次光を、被照射面以外の位置へ進行させることを特徴とする。
【０００６】
回折光学素子から射出したゼロ次光は、基準面の垂線に対して斜め方向へ進行する。基準面の垂線に対して斜め方向へゼロ次光を進行させることで、基準面の垂線と回折光の主光線とがなす角度を小さくすることが可能となる。基準面の垂線に対する回折光の主光線の傾きを小さくできるほど、容易に照射領域の整形、及び光量分布の均一化を可能とする回折光学素子を設計できる。これにより、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能とする照明装置を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、照明装置を構成する照明光学系の光軸に平行な方向へ被照射面を移動させたとした場合に、被照射面の軌跡によって形成される空間領域を所定領域とすると、少なくとも回折光学素子の一部が、所定領域に含まれることが望ましい。回折光学素子の一部が所定領域に含まれる場合、所定領域から離れた位置に回折光学素子が配置される場合に比較して、照明装置を用いる機器をコンパクトにできる。また、回折光学素子から射出する回折光の主光線を、被照射面に対してできるだけ垂直に近づけることができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、基準面は、光軸に略直交することが望ましい。これにより、基準面の垂線と回折光の主光線とがなす角度を最も小さくでき、照射領域の整形及び光量分布の均一化を最も容易にできる。また、回折光の主光線を、被照射面に対して最も垂直に近づけることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、回折光学素子からの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる平行化レンズを有することが望ましい。基準面の垂線に対する回折光の主光線の傾きを小さくできるほど、球面の一部と略同一の形状を備える球面レンズの中央部分を使用することが可能となる。球面レンズの中央部分を使用可能であることで、球面レンズの外縁部近傍の部分を使用する場合に比較して、球面レンズの収差の影響を低減できる。収差の影響を低減可能とすることで、照射領域の輝度ムラや、照射領域の歪曲（ディストーション）による光利用効率の低下を軽減できる。これにより、非球面レンズに対して容易に製造可能な球面レンズを用いて、輝度ムラ及び光利用効率低下を軽減できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、被照射面に沿う特定の方向を第１方向とし、被照射面に沿い、かつ第１方向に略直交する方向を第２方向とすると、被照射面のうち回折光が入射する領域である照射領域は、第１方向に対して第２方向へ長い形状をなし、回折光学素子へ入射するコヒーレント光の主光線は、垂線に対して第１方向へ傾けられることが望ましい。これにより、ゼロ次光の光線と、回折光の主光線とがなす角度をできるだけ小さくすることができる。ゼロ次光の光線と、回折光の主光線とがなす角度を小さくできるほど、回折光学素子における回折効率を高くでき、高い光利用効率を実現できる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の光源部を有することが望ましい。複数の光源部を用いることで、明るい光を供給することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の光源部は、照明装置を構成する照明光学系の光軸、或いは光軸を含む面に関して略対称に、コヒーレント光を進行させることが望ましい。これにより、被照射面以外の位置へ各ゼロ次光を進行させ、かつ、ゼロ次光の光線と、回折光の主光線とがなす角度を小さくできる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部から射出したコヒーレント光の主光線同士が、光源部及び回折光学素子の間の光路で最も接近することが望ましい。光源部及び回折光学素子の間で収束させた各コヒーレント光を回折光学素子へ入射させることで、各光源部から発散させたコヒーレント光を回折光学素子へ入射させる場合に比較して、小さい入射面の回折光学素子を用いることが可能となる。これにより、回折光学素子を小型にでき、回折光学素子の製造時間、及びコストを低減できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、回折光学素子から射出したゼロ次光の主光線同士が、回折光学素子及び被照射面の間の光路で最も接近することが望ましい。この場合も、回折光学素子を小型にできることで、回折光学素子の製造時間、及びコストを低減できる。さらに、光源部及び回折光学素子の間隔を短くできるため、照明装置の小型化も可能となる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部から射出したコヒーレント光を偏向させ、回折光学素子へ入射させる偏向素子を有することが望ましい。これにより、基準面の垂線に対して斜めに進行するコヒーレント光を回折光学素子へ入射させることができる。偏向素子を用いてレーザ光を適宜偏向させることで、光源部を高い自由度で配置することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、偏向素子は、コヒーレント光を屈折させることが望ましい。これにより、コヒーレント光を偏向させることができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、偏向素子は、コヒーレント光を回折させることが望ましい。これにより、コヒーレント光を偏向させることができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様としては、偏向素子と回折光学素子とが一体に構成されることが望ましい。これにより、照明装置の部品点数を低減させ、照明装置を簡易かつコンパクトにできる。
【００１９】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、上記の照明装置により供給された光を用いて画像を表示することを特徴とする。上記の照明装置を用いることにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布及び高い光利用効率を得ることができる。これにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布で明るい画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。
【００２０】
さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記の照明装置と、照明装置により供給された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置から射出した光を投写する投写光学系と、を有することを特徴とする。上記の照明装置を用いることにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布及び高い光利用効率を得ることができる。これにより、コンパクトな構成により、良好な光量分布で明るい画像を表示することが可能なプロジェクタを得られる。空間光変調装置へ入射する光線がなす角度を抑制することができるため、高いコントラストの画像を表示することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の上面概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン（不図示）に光を投写させ、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、第１照明装置１１Ｒ、第２照明装置１１Ｇ、第３照明装置１１Ｂを有する。第１照明装置１１Ｒは、第１色光である赤色（Ｒ）光を供給する照明装置である。第２照明装置１１Ｇは、第２色光である緑色（Ｇ）光を供給する照明装置である。第３照明装置１１Ｂは、第３色光である青色（Ｂ）光を供給する照明装置である。プロジェクタ１０は、第１照明装置１１Ｒにより供給されたＲ光、第２照明装置１１Ｇにより供給されたＧ光、第３照明装置１１Ｂにより供給されたＢ光を用いて画像を表示する画像表示装置である。
【００２３】
第１照明装置１１Ｒは、Ｒ光を射出するレーザ光源１２Ｒを有する。レーザ光源１２Ｒは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部であって、例えば、半導体レーザを備える。回折光学素子１３Ｒは、レーザ光源１２ＲからのＲ光を回折させ、第１空間光変調装置１５Ｒの被照射面へ回折光を進行させる。回折光学素子１３Ｒは、第１空間光変調装置１５Ｒの被照射面上に、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。回折光学素子１３Ｒは、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。平行化レンズ１４は、回折光学素子１３Ｒからの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる。第１空間光変調装置１５Ｒは、第１照明装置１１Ｒにより供給されたＲ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第１空間光変調装置１５ＲからのＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。
【００２４】
第２照明装置１１Ｇは、Ｇ光を射出するレーザ光源１２Ｇを有する。レーザ光源１２Ｇは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部であって、例えば、半導体レーザを備える。回折光学素子１３Ｇは、レーザ光源１２ＧからのＧ光を回折させ、第２空間光変調装置１５Ｇの被照射面へ回折光を進行させる。回折光学素子１３Ｇは、第２空間光変調装置１５Ｇ上の被照射面上に、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。回折光学素子１３Ｇは、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。平行化レンズ１４は、回折光学素子１３Ｇからの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる。第２空間光変調装置１５Ｇは、第２照明装置１１Ｇにより供給されたＧ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第２空間光変調装置１５ＧからのＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１６のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００２５】
第３照明装置１１Ｂは、Ｂ光を射出するレーザ光源１２Ｂを有する。レーザ光源１２Ｂは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部であって、例えば、半導体レーザを備える。回折光学素子１３Ｂは、レーザ光源１２ＢからのＢ光を回折させ、第３空間光変調装置１５Ｂの被照射面へ回折光を進行させる。回折光学素子１３Ｂは、第３空間光変調装置１５Ｂの被照射面上に、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。回折光学素子１３Ｂは、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。平行化レンズ１４は、回折光学素子１３Ｂからの回折光の光束を平行化して被照射面へ進行させる。第３空間光変調装置１５Ｂは、第３照明装置１１Ｂにより供給されたＢ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第３空間光変調装置１５ＢからのＢ光は、クロスダイクロイックプリズム１６のうちＲ光が入射する面、及びＧ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００２６】
回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとしては、例えば、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）を用いることができる。透過型液晶表示装置としては、例えば、高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High Temperature Poly-Silicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。
【００２７】
クロスダイクロイックプリズム１６は、互いに略直交させて配置された２つのダイクロイック膜１７、１８を有する。第１ダイクロイック膜１７は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜１８は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム１６は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ１９の方向へ射出する。投写レンズ１９は、各空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂから射出した光を投写する投写光学系として機能する。
【００２８】
図２は、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに形成された回折格子２０を模式的に表したものである。図３は、図２のＡＡ断面構成を示す。回折格子２０は、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂのうちレーザ光が入射する位置に形成されている。回折格子２０は、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの表面、例えば、光を射出する射出面に形成されている。回折格子２０は、矩形領域２２を単位として形成された複数の凹凸を備える。かかる凹凸は、図３に示す断面において矩形形状をなしている。図２において、各矩形領域２２に塗潰しやハッチング等を付すことで、紙面に垂直な方向への高低差が設けられていることを表している。
【００２９】
回折格子２０は、矩形領域２２ごとにレーザ光の位相を変化させる。回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、回折格子２０においてレーザ光の位相を空間的に変化させることにより、回折光を生じさせる。矩形領域２２のピッチ及び凹凸の高さを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに所定の機能を持たせることができる。回折格子２０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変換等、所定の演算手法（シミュレーション手法）を用いることができる。回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、断面において矩形形状をなす凹凸を備える回折格子２０を設ける他、断面において三角形状をなす凹凸を備える回折格子を設けることとしても良い。
【００３０】
例えば、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、所望の形状を備えるモールド（型）を形成した後、モールドの形状を基板に熱転写する、いわゆるナノインプリントの手法を用いて製造することができる。この他、回折光学素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、所望の形状を形成可能であれば、従来用いられる他の手法により製造することとしても良い。
【００３１】
図４は、第１照明装置１１Ｒの側面概略構成を示す。第１照明装置１１Ｒ、第２照明装置１１Ｇ、第３照明装置１１Ｂは、供給する光の波長、及び配置する向きが異なる以外は同様の構成を有する。以下、第１照明装置１１Ｒの構成を代表例として説明する。回折光学素子１３Ｒ、平行化レンズ１４、第１空間光変調装置１５Ｒは、第１照明装置１１Ｒを構成する照明光学系の光軸ＡＸ上に設けられている。光軸ＡＸは、第１空間光変調装置１１Ｒの照射領域の中心を通る、被照射面に垂直な線であるとする。平行化レンズ１４の主軸は、光軸ＡＸと一致している。光軸ＡＸに平行な軸を、Ｚ軸とする。Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸である。
【００３２】
回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１、第１空間光変調装置１５Ｒの被照射面Ｓ２は、いずれも光軸ＡＸに略直交している。入射面Ｓ１及び被照射面Ｓ２は、いずれも、Ｘ軸及びＹ軸に略平行である。回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１は、回折光学素子１３Ｒを配置する基準面であるとする。回折光学素子１３Ｒの基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎは、光軸ＡＸに略平行である。レーザ光源１２Ｒは、垂線Ｎに対してレーザ光の主光線がＹ軸方向へ傾くように、垂線Ｎに対してレーザ光を斜めに進行させる。回折光学素子１３Ｒは、垂線Ｎに対してレーザ光が斜めに入射するように配置されている。
【００３３】
回折光学素子１３Ｒは、レーザ光源１２Ｒから射出したレーザ光を回折させ、被照射面Ｓ２へ一次回折光Ｌ１を進行させる。回折光学素子１３Ｒは、一次回折光Ｌ１を用いて、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。照射領域は、被照射面Ｓ２のうち一次回折光Ｌ１が入射する領域である。回折光学素子１３Ｒは、一次回折光Ｌ１以外の光であるゼロ次光Ｌ０を射出する。ゼロ次光Ｌ０は、回折光学素子１３Ｒで回折せず、回折光学素子１３Ｒをそのまま透過した光である。
【００３４】
回折光学素子１３Ｒから射出した一次回折光Ｌ１は、光軸ＡＸを中心として拡張する。回折光学素子１３Ｒから射出した一次回折光Ｌ１の主光線は、光軸ＡＸと略一致する。回折光学素子１３Ｒから射出したゼロ次光Ｌ０は、レーザ光源１２Ｒから射出したレーザ光の光線の延長線上を進行し、被照射面Ｓ２以外の位置へ進行する。被照射面Ｓ２以外の位置へゼロ次光Ｌ０を進行させることで、照射領域の一部が明るくなるようなムラの発生を低減させ、照射領域における光量分布の均一化が容易となる。
【００３５】
回折光学素子１３Ｒから射出したゼロ次光Ｌ０が入射する位置には、光吸収部２１が設けられている。回折光学素子１３Ｒから射出したゼロ次光Ｌ０は、光吸収部２１へ吸収される。光吸収部２１は、例えば、光吸収性樹脂部材を用いて構成されている。光吸収部２１を用いることにより、迷光の発生を低減させることができる。
【００３６】
図５は、本実施例の比較例に係る従来の照明装置２３、及び照明装置２３から投写レンズ１９までの各部の側面概略構成を示す。照明装置２３は、同一の光軸ＡＸ上に設けられたレーザ光源１２Ｒ、回折光学素子２４、及び平行化レンズ２５を有する。第１空間光変調装置１５Ｒ、クロスダイクロイックプリズム１６、及び投写レンズ１９は、光軸ＡＸから特定方向、例えばＹ軸方向へ移動させた位置に設けられている。レーザ光源１２Ｒは、垂線Ｎに略平行にレーザ光を進行させる。回折光学素子２４は、垂線Ｎに対してレーザ光が略平行に入射するように配置されている。
【００３７】
回折光学素子２４から射出したゼロ次光Ｌ０は、光軸ＡＸに略平行に進行し、被照射面Ｓ２以外の位置へ進行する。回折光学素子２４から射出した一次回折光Ｌ１は、被照射面Ｓ２へ進行する。回折光学素子２４から射出した一次回折光Ｌ１の主光線は、光軸ＡＸに対して傾いている。回折光学素子２４は、垂線Ｎに対して主光線が大きく傾けられた回折光について照射領域の整形や光量分布の均一化を実現するためには、高度な設計技術を要する。このため、本比較例に係る照明装置２３は、照射領域の整形や、光量分布の均一化が困難となる場合がある。
【００３８】
また、光軸ＡＸに対して主光線が傾けられた一次回折光Ｌ１を第１空間光変調装置１５Ｒへ入射させる構成とすることで、光軸ＡＸ上に第１空間光変調装置１５Ｒが配置される場合と比較して、プロジェクタ１０が大型化することにもなる。平行化レンズ２５は、外縁部近傍の部分を用いて、一次回折光Ｌ１の光束を平行化させる。
【００３９】
図６は、従来の照明装置２３を使用する場合における照射領域ＬＡについて説明するものである。例えば、平行化レンズ２５は、球面形状を備える球面レンズであるとする。球面レンズは、外縁部に近い部分を使用するほど、球面レンズの収差の影響が顕著となる。例えば、球面レンズの外縁部に近い部分を使用するほど像が縮むディストーションの影響が顕著であると、図示するように、矩形形状の画素領域ＰＡに対して照射領域ＬＡが歪曲することになる。照射領域ＬＡが矩形形状から大きく変形するほど、画素領域ＰＡ以外の位置へ入射することにより損失する光が増加し、光利用効率が低下することとなる。また、収差の影響により、照射領域ＬＡの輝度ムラが生じる場合がある。被照射面Ｓ２において、光軸ＡＸから離れるほど明るくなるような輝度ムラが生じると、画素領域ＰＡ以外の位置へ入射することにより損失する光がさらに増加することになる。このような収差の影響を低減させるために、平行化レンズ２５として非球面レンズを用いる場合、非球面レンズについて高い難易度の設計が必要となる。
【００４０】
図４に戻って、垂線Ｎに対して斜め方向へゼロ次光Ｌ０を進行させることで、垂線Ｎと一次回折光Ｌ１の主光線とがなす角度を小さくすることが可能となる。垂線Ｎに対する一次回折光Ｌ１の主光線の傾きを小さくできるほど、容易に照射領域の整形、及び光量分布の均一化を可能とする回折光学素子１３Ｒを設計できる。本実施例の第１照明装置１１Ｒは、回折光学素子１３Ｒの垂線Ｎと、一次回折光Ｌ１の主光線とを略一致させることで、照射領域の整形、及び光量分布の均一化が最も容易となる。以上により、各照明装置１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能にできるという効果を奏する。
【００４１】
光軸ＡＸ上に第１空間光変調装置１５Ｒを配置可能とすることで、プロジェクタ１０は、コンパクトな構成にできる。プロジェクタ１０は、コンパクトな構成により、良好な光量分布で明るい画像を表示することができる。また、被照射面Ｓ２に対してできるだけ垂直になるように一次回折光Ｌ１を進行させることもできる。第１空間光変調装置１５Ｒへ入射する一次回折光Ｌ１の光線がなす角度を抑制することができるため、高いコントラストの画像を表示することも可能となる。垂線Ｎと一次回折光Ｌ１の主光線とを略一致させることで、平行化レンズ１４は、光軸ＡＸを中心とする中央部分を使用して、一次回折光Ｌ１の光束を平行化させる。
【００４２】
図７は、本実施例に係る第１照明装置１１Ｒを使用する場合における照射領域ＬＡについて説明するものである。例えば、平行化レンズ１４は、球面形状を備える球面レンズであるとする。球面レンズの中央部分を使用可能であることで、球面レンズの外縁部近傍の部分を使用する場合に比較して、球面レンズの収差の影響を低減できる。収差の影響を低減可能とすることで、照射領域ＬＡの輝度ムラや、ディストーションによる光利用効率の低下を軽減できる。これにより、非球面レンズに対して容易に製造可能な球面レンズを用いて、輝度ムラ及び光利用効率低下を軽減できる。
【００４３】
図８は、回折光学素子１３Ｒへ入射する入射光線の延長線、及び回折光の光束がなす角度と、回折光学素子１３Ｒの回折効率との関係を表す。グラフの縦軸は任意単位の回折効率、横軸は入射光線の延長線及び回折光の光束がなす角度をそれぞれ表している。回折効率とは、回折光学素子１３Ｒへ入射する入射光の強度に対する、回折光学素子１３Ｒから射出する回折光の強度を示す値であるとする。第１照明装置１１Ｒは、回折光学素子１３Ｒの回折効率が高いほど、高い光利用効率を実現できる。回折光学素子１３Ｒは、入射光線の延長線と回折光の光束がなす角度を、設計に応じて適宜決定できる。入射光線の延長線と回折光の光束とがなす角度が５度付近から７.５度付近へ大きくなるに従って、回折光学素子１３Ｒの回折効率は低くなる。このことから、回折光学素子１３Ｒは、一次回折光Ｌ１を被照射面Ｓ２へ効率良く入射させるには、入射光線の延長線と一次回折光Ｌ１の光束とがなす角度をできるだけ小さく設定するのが望ましいといえる。
【００４４】
図９及び図１０は、本実施例において、高い回折効率を得るために望ましい構成について説明するものである。図９及び図１０では、レーザ光源１２Ｒ、回折光学素子１３Ｒ、及び第１空間光変調装置１５Ｒ以外の構成について図示を省略している。被照射面Ｓ２に形成される照射領域ＬＡは、Ｙ軸に略平行な短辺、及びＸ軸に略平行な長辺を備える矩形形状をなしている。Ｙ軸方向は、被照射面Ｓ２に沿う特定の方向であって、第１方向とする。Ｘ軸方向は、被照射面Ｓ２に沿い、かつ第１方向であるＹ軸方向に略直交する方向であって、第２方向とする。照射領域ＬＡは、第１方向であるＹ軸方向に対して、第２方向であるＸ軸方向へ長い形状をなしている。
【００４５】
図９は、回折光学素子１３Ｒへ入射するレーザ光の主光線が、垂線Ｎに対してＸ軸方向へ傾けられる場合について説明するものである。図９左は、ＸＺ面内におけるゼロ次光Ｌ０、一次回折光Ｌ１の振舞いを表している。回折光学素子１３Ｒから射出するゼロ次光Ｌ０の光線は、レーザ光源１２Ｒから回折光学素子１３Ｒへの入射光線の延長線に一致している。一次回折光Ｌ１の主光線Ｌ１Ｃとゼロ次光Ｌ０の光線とは、角度θ’をなしている。図９右は、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。
【００４６】
図１０は、回折光学素子１３Ｒへ入射するレーザ光の主光線が、垂線Ｎに対してＹ軸方向へ傾けられる場合について説明するものである。図１０左は、ＹＺ面内におけるゼロ次光Ｌ０、一次回折光Ｌ１の振舞いを表している。一次回折光Ｌ１の主光線Ｌ１Ｃとゼロ次光Ｌ０の光線とは、角度θをなしている。図１０右は、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。図９の場合における角度θ’、及び図１０の場合における角度θを比較すると、θ’＞θの関係が成り立つ。
【００４７】
このことから、回折光学素子１３Ｒは、高い回折効率を得るには、回折光学素子１３Ｒへ入射するレーザ光の主光線は、垂線Ｎに対してＸ軸方向よりもＹ軸方向へ傾けられるほうが望ましいといえる。このように、照射領域ＬＡの形状に応じて、ゼロ次光Ｌ０の光線と一次回折光Ｌ１の主光線Ｌ１Ｃとがなす角度をできるだけ小さくすることで、回折光学素子１３Ｒにおける回折効率を高くすることができる。回折光学素子１３Ｒにおける回折効率を高くすることで、プロジェクタ１０は、高い光利用効率を実現できる。
【００４８】
回折光学素子１３Ｒは、入射面Ｓ１が光軸ＡＸに直交するように配置する場合に限られない。図１１に示すように、回折光学素子１３Ｒは、光軸ＡＸに直交するＸＹ平面に対して入射面Ｓ１が傾くように配置することとしても良い。この場合、入射面Ｓ１の垂線Ｎは、光軸ＡＸに対して傾けられている。入射面Ｓ１の垂線Ｎと光軸ＡＸとがなす角度をできるだけ小さくすることにより、容易に照射領域の整形及び光量分布の均一化を可能にできる。
【００４９】
また、回折光学素子１３Ｒは、光軸ＡＸ上に設けられる場合に限られない。回折光学素子１３Ｒは、少なくとも回折光学素子１３Ｒの一部が、図中破線で示す所定領域２７に含まれていれば良い。さらに、回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１においてレーザ光が入射する位置が、所定領域２７に含まれることが望ましい。所定領域２７は、光軸ＡＸに平行な方向へ被照射面Ｓ２を移動させたとした場合に、被照射面Ｓ２の軌跡によって形成される空間領域であるとする。回折光学素子１３Ｒの一部が所定領域２７に含まれる場合、所定領域２７から離れた位置に回折光学素子１３Ｒが配置される場合に比較して、プロジェクタ１０をコンパクトにできる。また、回折光学素子１３Ｒから射出する第１回折光Ｌ１の主光線を、被照射面Ｓ２に対してできるだけ垂直に近づけることができる。レーザ光源１２Ｒは、回折光学素子１３Ｒの入射面Ｓ１の垂線Ｎに対してレーザ光を斜めに進行させるいずれの位置に配置しても良い。レーザ光源１２Ｒについても、少なくとも一部が所定領域２７に含まれるように配置することで、所定領域２７から離れた位置にレーザ光源１２Ｒを配置する場合に比較して、プロジェクタ１０をコンパクトにすることが可能となる。
【実施例２】
【００５０】
図１２は、本発明の実施例２に係る照明装置３０の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置３０は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例に係る照明装置３０は、３つのレーザ光源１２を有する。レーザ光源１２は、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部である。３つのレーザ光源１２は、Ｙ軸方向に並列している。各レーザ光源１２は、いずれも、回折光学素子３１を配置する基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎに対して斜めにレーザ光を進行させる。各レーザ光源１２から射出されたレーザ光は、略平行に進行する。
【００５１】
回折光学素子３１は、レーザ光源１２からの各レーザ光を回折させ、空間光変調装置１５の被照射面Ｓ２へ第１回折光Ｌ１を進行させる。回折光学素子３１は、各レーザ光が入射する位置に設けられた回折格子２０（図２参照）を用いて、各レーザ光を回折させる。空間光変調装置１５は、照明装置３０により供給されたレーザ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置である。
【００５２】
回折光学素子３１は、各レーザ光源１２からのレーザ光により生じた各一次回折光Ｌ１が被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。本実施例の照明装置３０は、複数のレーザ光源１２を用いることで、一つのレーザ光源１２を用いる場合と比較して明るい光を供給することができる。また、回折光学素子３１は、一次回折光Ｌ１以外の光であるゼロ次光Ｌ０を射出する。各レーザ光源１２からのレーザ光を回折光学素子３１へ入射させることにより生じた各ゼロ次光Ｌ０は、略平行に進行し、光吸収部２１へ入射する。
【００５３】
Ｙ軸方向へ並列させた複数のレーザ光を回折光学素子１３Ｒへ入射させる構成において、例えば、図１１に示すように、光軸ＡＸに対してＹ軸方向へ垂線Ｎを傾けて回折光学素子１３Ｒを配置する場合、各一次回折光Ｌ１の焦点距離に差が生じることになる。各一次回折光Ｌ１の焦点距離に差が生じると、平行化レンズ１４により一次回折光Ｌ１の光束を平行化することが困難になる。従って、本実施例の照明装置３０は、光軸ＡＸに対して垂線Ｎが略平行となるように回折光学素子１３Ｒを配置することが望ましい。
【００５４】
レーザ光源１２の数及び配置は、本実施例で説明する場合に限られない。照明装置３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に並列された複数のレーザ光源１２を有する構成であれば良い。
【実施例３】
【００５５】
図１３は、本発明の実施例３に係る照明装置３３の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置３３は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例２では、複数のレーザ光源から略平行にレーザ光を進行させるのに対して、本実施例は、複数のレーザ光源から互いに異なる方向へレーザ光を進行させる。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例に係る照明装置３３は、第１レーザ光源１２ａ、第２レーザ光源１２ｂを有する。第１レーザ光源１２ａ、第２レーザ光源１２ｂは、コヒーレント光であるレーザ光を射出する光源部である。第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂは、Ｙ軸方向に並列している。
【００５６】
第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂは、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に、レーザ光を進行させる。第１レーザ光源１２ａからのレーザ光、及び第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光は、Ｙ軸方向について互いに離れるように発散する。回折光学素子３４は、第１レーザ光源１２ａにより生じた一次回折光Ｌ１ａと、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光により生じた一次回折光Ｌ１ｂとが、被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。第１レーザ光源１２ａからのレーザ光により生じたゼロ次光Ｌ０ａと、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光により生じたゼロ次光Ｌ０ｂとは、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に進行する。第１レーザ光源１２ａからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ａが入射する位置、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ｂが入射する位置には、それぞれ光吸収部２１が設けられている。
【００５７】
図１４は、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称にレーザ光を進行させる利点について説明するものである。仮に、破線で示すように、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光を、第１レーザ光源１２ａからのレーザ光と略同一の方向へ進行させるとする。このとき、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ｂの主光線Ｌ１Ｃと、ゼロ次光Ｌ０ｂ’の光線とがなす角度がθ１’であるとする。第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ｂ’は、第１レーザ光源１２ａからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ａと交差する。角度θ１’は、平行化レンズ１４の手前においてゼロ次光Ｌ０ｂ’が一次回折光Ｌ１ａの光束を完全に貫くように設定される。
【００５８】
実線で示す本実施例の構成の場合に、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ｂの主光線Ｌ１Ｃと、ゼロ次光Ｌ０ｂの光線とがなす角度がθ１であるとする。この場合、第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０ｂは、第１レーザ光源１２ａからのレーザ光によって生じた一次回折光Ｌ１ａとは交差しない。角度θ１は、ゼロ次光Ｌ０ｂが一次回折光Ｌ１ａの光束を貫く場合より小さく設定できる。従って、角度θ１’及び角度θ１を比較すると、θ１’＞θ１の関係が成り立つ。
【００５９】
以上により、本実施例の照明装置３３は、被照射面Ｓ２以外の位置へゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂを進行させ、かつゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂの光線と、一次回折光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとがなす角度を小さくできる。図８を用いて上述したように、回折光学素子３４は、入射光線の延長線と回折光の光束とがなす角度をできるだけ小さく設定することにより、高い回折効率を得ることができる。ゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂの光線と、一次回折光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとがなす角度を小さくできることで、回折光学素子３４における回折効率を高くすることができる。従って、照明装置３３は、高い光利用効率を実現できる。
【００６０】
図１５は、本実施例の変形例１について説明するものである。被照射面Ｓ２に形成される照射領域ＬＡは、Ｙ軸に略平行な短辺、及びＸ軸に略平行な長辺を備える矩形形状をなしている。照射領域ＬＡは、第１方向であるＹ軸方向に対して、第２方向であるＸ軸方向へ長い形状をなしている。
【００６１】
図１５上段は、第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂにより、光軸ＡＸを含むＸＺ平面Ｓ３に関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂの振舞いを表している。かかる構成は、本実施例に係る上記の照明装置３３に適用されている。図１５下段は、本変形例に係る照明装置の構成を示す。本変形例に係る照明装置は、第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂにより、光軸ＡＸを含むＹＺ平面Ｓ４に関して略対称にレーザ光を進行させる。照明装置は、図示するいずれの構成であっても良い。
【００６２】
なお、図９及び図１０を用いて説明した上記実施例１の場合と同様に、回折光学素子３４は、回折光学素子３４へ入射するレーザ光の主光線が、垂線Ｎに対してＸ軸方向よりもＹ軸方向へ傾けられるほうが、高い回折効率を得ることが可能となる。従って、本実施例の場合も、図１５上段に示す構成とする場合、図１５下段に示す構成とする場合に比較して、さらに高い回折効率を得ることが可能となる。
【００６３】
図１６は、本実施例の変形例２について説明するものである。本変形例に係る照明装置は、４つのレーザ光源を有する。４つのレーザ光源は、Ｘ軸方向に２つ、Ｙ軸方向に２つをそれぞれ並列させて配置されている。回折光学素子３６は、各レーザ光源からのレーザ光により生じた一次回折光が、被照射面Ｓ２の照射領域ＬＡにて重畳するように設計されている。
【００６４】
図１６上段は、各レーザ光源により、光軸ＡＸを含むＸＺ平面Ｓ３に関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。図１６中段は、各レーザ光源により、光軸ＡＸを含むＹＺ平面Ｓ４に関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表している。図１６下段は、各レーザ光源により、光軸ＡＸに関して略対称にレーザ光を進行させる場合の、ＸＹ面内におけるゼロ次光Ｌ０の振舞いを表したものである。本変形例に係る照明装置は、図示するいずれの構成であっても良い。
【００６５】
ゼロ次光Ｌ０の光線と、一次回折光Ｌ１の主光線とがなす角度は、図１６の上段の場合が最も小さく、下段の場合が最も大きくなる。本変形例の場合、図１６の上段に示す構成、中段に示す構成、下段に示す構成の順に、高い回折効率を得ることが可能となる。なお、本実施例で説明する回折光学素子３４、３６の回折効率の高低は、回折光学素子３４、３６による再生像の形状に応じて変化する場合があるものとする。本実施例の照明装置は、光軸ＡＸ、或いは光軸ＡＸを含む面に関して略対称にレーザ光を進行させる構成であれば良く、レーザ光源の数や配置を適宜変更しても良い。
【実施例４】
【００６６】
図１７は、本発明の実施例４に係る照明装置４０の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置４０は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例の照明装置４０は、プリズム４１を有する。プリズム４１は、第１レーザ光源１２ａ、第２レーザ光源１２ｂから射出したレーザ光を偏向させ、回折光学素子３４へ入射させる偏向素子として機能する。
【００６７】
第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂは、いずれも、回折光学素子３４を配置する基準面である入射面Ｓ１の垂線Ｎに略平行にレーザ光を進行させる。プリズム４１は、回折光学素子３４の入射面Ｓ１に配置されている。プリズム４１は、透明部材を用いて構成されている。プリズム４１は、入射面Ｓ１に対して傾けて設けられた界面４２を有する。プリズム４１は、界面４２においてレーザ光を屈折させることで、レーザ光を偏向させる。第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂからのレーザ光は、プリズム４１を用いた偏向により、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に進行する。プリズム４１を透過したレーザ光は、回折光学素子３４へ入射する。
【００６８】
光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称にレーザ光を進行させることで、本実施例の場合も、上記実施例３に係る照明装置と同様に、高い回折効率を得ることができる。本実施例の照明装置４０は、プリズム４１によりレーザ光を適宜偏向させることで、入射面Ｓ１の垂線Ｎに対して斜めに進行するレーザ光を回折光学素子３４へ入射させることができる。照明装置４０は、プリズム４１を用いることにより、レーザ光源１２ａ、１２ｂを高い自由度で配置することが可能となる。プリズム４１は、レーザ光を適宜偏向させることが可能であれば良く、いずれの形状であっても良い。プリズム４１は、回折光学素子３４の入射面Ｓ１に配置される場合に限られず、回折光学素子３４の入射面Ｓ１とは間隔を設けて配置することとしても良い。
【００６９】
図１８は、本実施例の変形例１に係る照明装置４４の側面概略構成を示す。本変形例の照明装置４４は、偏向素子として機能する凹レンズ４５を有することを特徴とする。凹レンズ４５は、第１レーザ光源１２ａ及び第２レーザ光源１２ｂと、回折光学素子３４との間の光路中に設けられている。凹レンズ４５は、凹形状の凹面４６を有する。凹レンズ４５は、凹面４６においてレーザ光を屈折させることで、レーザ光を偏向させる。本変形例の場合も、レーザ光源１２ａ、１２ｂを高い自由度で配置することができる。なお、凹レンズ４５は、回折光学素子３４の入射面Ｓ１に設けることとしても良い。
【００７０】
レーザ光を屈折させる偏向素子としては、プリズム４１や凹レンズ４５の他、屈折率勾配を有する屈折率分布型レンズや、電界に応じて屈折率分布を変化させる電界光学素子等を用いても良い。偏向素子は、レーザ光を屈折させるものである場合に限られない。偏向素子は、レーザ光を回折させるものであっても良い。レーザ光を回折させる偏向素子として、例えば、図１９に示す回折格子４７を用いても良い。回折格子４７は、回折により光を偏向可能であれば良く、例えば、微細バイナリ構造を備える。微細バイナリ構造は、略一定の高さで形成された凸部と略一定の高さで形成された凹部が交互に形成された微細構造である。また、レーザ光を回折させる偏向素子として、図２０に示すブレーズ格子４８を用いても良い。偏向素子として、フレネルレンズを用いても良い。
【００７１】
図２１は、本実施例の変形例２に係る照明装置５０の側面概略構成を示す。本実施例の照明装置５０は、ブレーズ格子５２と回折格子５３とが一体に構成された光学素子５１を有することを特徴とする。光学素子５１は、レーザ光源１２から射出されたレーザ光が入射する位置に設けられている。光学素子５１は、透明部材を用いて構成されている。ブレーズ格子５２は、光学素子５１のうち、レーザ光源１２からのレーザ光が入射する入射面に形成されている。ブレーズ格子５２は、レーザ光を回折させる偏向素子として機能する。
【００７２】
回折格子５３は、光学素子５１のうち、ブレーズ格子５２からの光を射出させる射出面に形成されている。回折格子５３は、ブレーズ格子５２からのレーザ光を回折させ、被照射面Ｓ２へ一次回折光Ｌ１を進行させる回折光学素子として機能する。回折格子５３は、ブレーズ格子５２からのレーザ光を入射させることにより生じた一次回折光Ｌ１が被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。また、ブレーズ格子５２からのレーザ光を回折格子５３へ入射させることにより生じたゼロ次光Ｌ０は、略平行に進行し、光吸収部２１へ入射する。
【００７３】
ブレーズ格子５２及び回折格子５３が一体に構成された光学素子５１を用いることにより、照明装置５０の部品点数を減少させ、照明装置５０を簡易かつコンパクトにできる。図１７に示す照明装置４０の場合も、回折光学素子３４の入射面Ｓ１にプリズム４１を設ける構成とすることで、本変形例と同様、照明装置４０を簡易かつコンパクトにできる。光学素子５１は、ブレーズ格子５２に代えて、微細バイナリ構造を備える回折格子や、光を屈折させるプリズムや凹レンズ等を設けても良い。
【００７４】
光学素子５１は、偏向素子として機能する構造を入射面に、回折光学素子として機能する構造を射出面に形成する場合に限られず、適宜変形しても良い。例えば、偏向素子として機能する構造を、光学素子５１の内部に形成することとしても良い。本実施例の各照明装置は、一つ又は複数のレーザ光源からのレーザ光を偏向素子により偏向させる構成であれば良く、レーザ光源の数や配置を適宜変更しても良い。
【実施例５】
【００７５】
図２２は、本発明の実施例５に係る照明装置６０の側面概略構成を示す。本実施例に係る照明装置６０は、上記実施例１に係るプロジェクタ１０に適用することができる。本実施例に係る照明装置６０は、レーザ光源１２から射出したレーザ光の主光線同士が、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路で最も接近することを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７６】
照明装置６０は、２つのレーザ光源１２を有する。各レーザ光源１２は、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に関して略対称に、レーザ光を進行させる。各レーザ光源１２からのレーザ光は、Ｙ軸方向について互いに近づくように収束し、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路にて交わる。各レーザ光は、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路で交差した後はＹ軸方向について互いに離れるように発散する。各レーザ光は、回折光学素子６１の入射面Ｓ１のうち、Ｙ軸方向について互いに異なる位置へ入射する。
【００７７】
回折光学素子６１は、各レーザ光源１２からのレーザ光を入射させることにより生じた一次回折光Ｌ１が、被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。各レーザ光源１２からのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０は、それぞれ光吸収部２１へ入射する。本実施例の場合も、上記実施例３に係る照明装置３３（図１３参照）の場合と同様に、ゼロ次光Ｌ０の光線と、一次回折光Ｌ１とがなす角度を小さくできることで、回折光学素子６１における回折効率を高くでき、高い光利用効率を実現できる。
【００７８】
レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間で収束させた各レーザ光を回折光学素子６１へ入射させることで、各レーザ光源１２から発散させたレーザ光を回折光学素子６１へ入射させる場合に比較して、小さい入射面Ｓ１の回折光学素子６１を用いることが可能となる。これにより、回折光学素子６１を小型にでき、回折光学素子６１の製造時間、及びコストを低減できる。例えば、レーザ光源１２が大型であって、各レーザ光源１２の射出位置を密にできないような場合、各レーザ光を平行に進行、或いは発散させると、回折光学素子６１を大型にせざるを得ない場合が生じる。本実施例に係る照明装置６０は、各レーザ光を収束させることで回折光学素子６１を小型にできるため、レーザ光源１２が大型である場合に有用である。なお、照明装置６０は、レーザ光の主光線同士がレーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路で最も接近する構成であれば良く、レーザ光源１２及び回折光学素子６１の間の光路でレーザ光同士が交わる構成に限られない。
【００７９】
図２３は、本実施例の変形例に係る照明装置６５の側面概略構成を示す。本変形例に係る照明装置６５は、回折光学素子６６から射出したゼロ次光Ｌ０の主光線同士が、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で最も接近することを特徴とする。各レーザ光源１２からのレーザ光は、Ｙ軸方向について互いに近づくように収束する。各レーザ光は、回折光学素子６６の入射面Ｓ１のうち、Ｙ軸方向について互いに異なる位置へ入射する。回折光学素子６６は、各レーザ光源１２からのレーザ光を入射させることにより生じた一次回折光Ｌ１が、被照射面Ｓ２の照射領域にて重畳するように設計されている。
【００８０】
各レーザ光源１２からのレーザ光によって生じたゼロ次光Ｌ０は、回折光学素子６６へ入射するレーザ光の光線の延長線上を進行し、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で交わる。各ゼロ次光Ｌ０は、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で交差した後は、Ｙ軸方向について互いに離れるように発散し、それぞれ光吸収部２１へ入射する。本変形例の場合も、レーザ光源１２及び回折光学素子６６の間で収束させた各レーザ光を回折光学素子６６へ入射させることで、回折光学素子６６を小型にでき、回折光学素子６６の製造時間、及びコストを低減できる。さらに、上記の照明装置６０（図２２参照）と比較して、レーザ光源１２及び回折光学素子６６の間隔を短くできるため、照明装置６５の小型化も可能となる。なお、照明装置６５は、ゼロ次光の主光線同士が回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路で最も接近する構成であれば良く、回折光学素子６６及び被照射面Ｓ２の間の光路でゼロ次光同士が交わる構成に限られない。
【００８１】
本実施例に係る照明装置６０、６５は、いずれも、回折光学素子６１、６６の入射面Ｓ１のうち互いに異なる位置にレーザ光が入射することを要する。入射面Ｓ１のうちできるだけ近い位置に各レーザ光が入射する構成とすることで、回折光学素子６１、６６をできるだけ小型にすることが可能となる。
【００８２】
なお、上記各実施例の照明装置は、半導体レーザを備えるレーザ光源を用いる場合に限られず、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を備えるレーザ光源を用いても良い。照明装置は、光源部にレーザ光源を用いる場合に限られない。照明装置は、光源部として、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）等の固体光源を用いる構成としても良い。本発明に係るプロジェクタは、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いても良い。プロジェクタは、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタは、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタは、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。
【００８３】
本発明に係る照明装置は、画像表示装置以外の電子機器、例えば、照明装置からの光を用いて照明された被写体を撮像するモニタ装置等に適用しても良い。また、本発明に係る照明装置は、例えば、レーザ光を用いた露光のための露光装置やレーザ加工装置等の光学系に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係る照明装置は、プロジェクタ等の画像表示装置に用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの上面概略構成を示す図。
【図２】回折光学素子に形成された回折格子を模式的に表した図。
【図３】回折格子の一部の断面構成を示す図。
【図４】第１照明装置の側面概略構成を示す図。
【図５】従来の照明装置等の側面概略構成を示す図。
【図６】従来の照明装置を使用する場合における照射領域について説明する図。
【図７】第１照明装置を使用する場合における照射領域について説明する図。
【図８】入射光線の延長線及び回折光の光束がなす角度と回折効率の関係を表す図。
【図９】レーザ光の主光線が垂線に対してＸ軸方向へ傾けられる場合の図。
【図１０】レーザ光の主光線が垂線に対してＹ軸方向へ傾けられる場合の図。
【図１１】入射面の垂線を光軸に対して傾けて回折光学素子を配置する場合の図。
【図１２】本発明の実施例２に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１３】本発明の実施例３に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１４】略対称にレーザ光を進行させる利点について説明する図。
【図１５】実施例３の変形例１について説明する図。
【図１６】実施例３の変形例２について説明する図。
【図１７】本発明の実施例４に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１８】実施例４の変形例１に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図１９】偏向素子として用いる回折格子を示す図。
【図２０】偏向素子として用いるブレーズ格子を示す図。
【図２１】実施例４の変形例２に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図２２】本発明の実施例５に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【図２３】実施例５の変形例に係る照明装置の側面概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１０ プロジェクタ、１１Ｒ 第１照明装置、１１Ｇ 第２照明装置、１１Ｂ 第３照明装置、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ レーザ光源、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ 回折光学素子、１４ 平行化レンズ、１５Ｒ 第１空間光変調装置、１５Ｇ 第２空間光変調装置、１５Ｂ 第３空間光変調装置、１６ クロスダイクロイックプリズム、１７ 第１ダイクロイック膜、１８ 第２ダイクロイック膜、１９ 投写レンズ、２０ 回折格子、２２ 矩形領域、２１ 光吸収部、ＡＸ 光軸、Ｌ０ ゼロ次光、Ｌ１ 一次回折光、Ｎ 垂線、Ｓ１ 入射面、Ｓ２ 被照射面、２３ 照明装置、２４ 回折光学素子、２５ 平行化レンズ、ＬＡ 照射領域、ＰＡ 画素領域、Ｌ１Ｃ 主光線、２７ 所定領域、１２ レーザ光源、１５ 空間光変調装置、３０ 照明装置、３１ 回折光学素子、１２ａ、１２ｂ レーザ光源、３３ 照明装置、３４ 回折光学素子、Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ ゼロ次光、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 一次回折光、Ｓ３ ＸＺ平面、Ｓ４ ＹＺ平面、３６ 回折光学素子、４０ 照明装置、４１ プリズム、４２ 界面、４４ 照明装置、４５ 凹レンズ、４６ 凹面、４７ 回折格子、４８ ブレーズ格子、５０ 照明装置、５１ 光学素子、５２ ブレーズ格子、５３ 回折格子、６０ 照明装置、６１ 回折光学素子、６５ 照明装置、６６ 回折光学素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を射出する光源部と、
前記光源部から射出した前記コヒーレント光を回折させ、被照射面へ回折光を進行させる回折光学素子と、を有し、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子を配置する基準面の垂線に対して前記コヒーレント光が斜めに入射するように配置され、
前記回折光学素子から射出した光のうち、前記回折光以外の光であるゼロ次光を、前記被照射面以外の位置へ進行させることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記照明装置を構成する照明光学系の光軸に平行な方向へ前記被照射面を移動させたとした場合に、前記被照射面の軌跡によって形成される空間領域を所定領域とすると、
少なくとも前記回折光学素子の一部が、前記所定領域に含まれることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記基準面は、前記光軸に略直交することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記回折光学素子からの前記回折光の光束を平行化して前記被照射面へ進行させる平行化レンズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記被照射面に沿う特定の方向を第１方向とし、前記被照射面に沿い、かつ前記第１方向に略直交する方向を第２方向とすると、
前記被照射面のうち前記回折光が入射する領域である照射領域は、前記第１方向に対して前記第２方向へ長い形状をなし、
前記回折光学素子へ入射する前記コヒーレント光の主光線は、前記垂線に対して前記第１方向へ傾けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
複数の前記光源部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
複数の前記光源部は、前記照明装置を構成する照明光学系の光軸、或いは前記光軸を含む面に関して略対称に、前記コヒーレント光を進行させることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光源部から射出した前記コヒーレント光の主光線同士が、前記光源部及び前記回折光学素子の間の光路で最も接近することを特徴とする請求項６又は７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記回折光学素子から射出した前記ゼロ次光の主光線同士が、前記回折光学素子及び前記被照射面の間の光路で最も接近することを特徴とする請求項６又は７に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光源部から射出した前記コヒーレント光を偏向させ、前記回折光学素子へ入射させる偏向素子を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記偏向素子は、前記コヒーレント光を屈折させることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記偏向素子は、前記コヒーレント光を回折させることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記偏向素子と前記回折光学素子とが一体に構成されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明装置により供給された光を用いて画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置により供給された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置から射出した光を投写する投写光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１】
コヒーレント光を射出する光源部と、
前記光源部から射出した前記コヒーレント光を回折させ、被照射面へ回折光を進行させる回折光学素子と、を有し、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子を配置する基準面の垂線に対して前記コヒーレント光が斜めに入射するように配置され、
前記回折光学素子から射出した光のうち、前記回折光以外の光であるゼロ次光を、前記被照射面以外の位置へ進行させることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記照明装置を構成する照明光学系の光軸に平行な方向へ前記被照射面を移動させたとした場合に、前記被照射面の軌跡によって形成される空間領域を所定領域とすると、
少なくとも前記回折光学素子の一部が、前記所定領域に含まれることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記基準面は、前記光軸に略直交することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記回折光学素子からの前記回折光の光束を平行化して前記被照射面へ進行させる平行化レンズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記被照射面に沿う特定の方向を第１方向とし、前記被照射面に沿い、かつ前記第１方向に略直交する方向を第２方向とすると、
前記被照射面のうち前記回折光が入射する領域である照射領域は、前記第１方向に対して前記第２方向へ長い形状をなし、
前記回折光学素子へ入射する前記コヒーレント光の主光線は、前記垂線に対して前記第１方向へ傾けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
複数の前記光源部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
複数の前記光源部は、前記照明装置を構成する照明光学系の光軸、或いは前記光軸を含む面に関して略対称に、前記コヒーレント光を進行させることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光源部から射出した前記コヒーレント光の主光線同士が、前記光源部及び前記回折光学素子の間の光路で最も接近することを特徴とする請求項６又は７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記回折光学素子から射出した前記ゼロ次光の主光線同士が、前記回折光学素子及び前記被照射面の間の光路で最も接近することを特徴とする請求項６又は７に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光源部から射出した前記コヒーレント光を偏向させ、前記回折光学素子へ入射させる偏向素子を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記偏向素子は、前記コヒーレント光を屈折させることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記偏向素子は、前記コヒーレント光を回折させることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記偏向素子と前記回折光学素子とが一体に構成されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明装置により供給された光を用いて画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置により供給された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置から射出した光を投写する投写光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００９−１６２９８４（Ｐ２００９−１６２９８４Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３７２（Ｐ２００８−３７２）
【出願日】平成２０年１月７日（２００８．１．７）
【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２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月７日（２００８．１．７）
【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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