照明装置および投写型映像表示装置
【課題】光変調素子上における照明光の照度ムラを円滑かつ効果的に抑制できる照明装置および投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】第１の方向に略一様な強度分布を有する光を出力する光源部（レーザ光源１１）と、この光が入射されるフライアイレンズ１２とを備え、フライアイレンズ１２におけるレンズセルの縦または横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くように光源部（レーザ光源１１）とフライアイレンズ１２を配置する。レンズセルの縦または横の配列方向に対し前記第１の方向が平行となるように光源部（レーザ光源１１）とフライアイレンズ１２を配置する場合に比べ、フライアイレンズ１２における重畳パターン数が増加し、光の均一化効果を高めることができる。
【解決手段】第１の方向に略一様な強度分布を有する光を出力する光源部（レーザ光源１１）と、この光が入射されるフライアイレンズ１２とを備え、フライアイレンズ１２におけるレンズセルの縦または横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くように光源部（レーザ光源１１）とフライアイレンズ１２を配置する。レンズセルの縦または横の配列方向に対し前記第１の方向が平行となるように光源部（レーザ光源１１）とフライアイレンズ１２を配置する場合に比べ、フライアイレンズ１２における重畳パターン数が増加し、光の均一化効果を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびそれを用いた投写型映像表示装置に関するものであり、特に、複数のレーザ光源を直線状に並べて配置する場合に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザ等の固体光源を用いた投写型映像表示装置（以下、「プロジェクタ」という）の開発が進められている。レーザ光源は、広い色空間を高輝度かつ高精細に表現する能力に優れており、次世代プロジェクタの光源として注目されている。
【０００３】
特許文献１には、複数のレーザ光源を２次元状に配置してアレイ化する構成が示されている。この構成によれば、照明光の高輝度化を実現することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、複数のレーザ光源を用いる場合に、各レーザ光源の出力不足や不点灯を検出し、その検出結果に応じて、照明光の不均一性を改善する構成が示されている。
【特許文献１】ＷＯ９９／４９３５８号公報（再公表公報）
【特許文献２】特開２００５−３３１９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のレーザ光源を互いに接近させて直線状に配列する場合、これらレーザ光源群から出射される照明光の照度分布は、配列方向に一様となりやすい。このため、上記特許文献１および２のように、レーザ光源の配列方向とフライアイレンズセルの配列方向が互いに平行となるようにフライアイレンズを配置すると、フライアイレンズによる照明光の重畳効果が薄れてしまい、光変調素子上における照明光の照度分布にムラが生じるとの問題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解消するためになされたものであり、光変調素子上における照明光の照度ムラを円滑かつ効果的に抑制できる照明装置および投写型映像表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る照明装置は、第１の方向に略一様な強度分布を有する光を出力する光源部と、前記光が入射されるフライアイレンズとを備え、前記フライアイレンズにおけるレンズセルの縦および横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くよう前記光源部と前記フライアイレンズが配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、レンズセルの縦または横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くようにして照明光がフライアイレンズに入射されるため、上記引用文献１、２の如くレンズセルの配列方向と前記第１の方向とが互いに平行となるように照明光がフライアイレンズに入射される場合に比べ、フライアイレンズによる照明光の重畳効果を高めることができる。よって、光変調素子上における照明光の照度ムラを抑制することができる。
【０００９】
本発明において、光源部は、前記第１の方向に配列された複数のレーザ光源を有する構成とすることができる。ここで、これら複数のレーザ光源を偏光方向が互いに同一となるよう配置すると、光変調素子上における照明光の偏光方向を一方向に揃えることができる。しかし、この場合、フライアイレンズセルの配列方向に対しレーザ光源の配列方向が傾いているため、光変調素子として液晶パネルを用いると、照明光の偏光方向が、液晶パネルにて適正とされる偏光方向に対して傾いてしまう現象が起こり得る。
【００１０】
これに対し、フライアイレンズを経由した後の光の偏光方向を光変調素子（液晶パネル）に適合するよう回転させるための偏光回転素子を配すると、液晶パネルに対し照明光を適正な偏光方向にて入射させることができる。この場合、偏光回転素子として、１／２波長板を用いることができる。すなわち、１／２波長板の光学軸を調整することにより、液晶パネル上における照明光の偏光方向を調整することができ、照明光の偏光方向を液晶パネルに適正となる方向に整合させることができる。
【００１１】
つまり、液晶パネルの入射側に配される偏光板の偏光方向に対して照明光の偏光方向がθ傾斜しているとすると、１／２波長板の光学軸をθ／２傾斜させて配置すれば、１／２波長板を透過した後の照明光の偏光方向は、照明光の偏光方向の回転方向と逆向きの方向にθ回転し、液晶パネル入射側の偏光方向と一致した方向となる。したがって、１／２波長板の光学軸の向きを調整して液晶パネルに対して適正化することにより、１／２波長板を透過した後の照明光の偏光方向を適正方向に整合させることができる。
【００１２】
なお、１／２波長板の光学軸の向きの適正化は、あらかじめ照明光の傾斜方向との関係において光学軸の向きが適正化された１／２波長板を光路中の所望の位置に設置する構成により行うこともできるが、微調整が必要な場合は、１／２波長板を光路中に配置した後光軸を軸として１／２波長板を回転させて行うこともできる。
【００１３】
本発明に係る投写型映像表示装置は、上記各構成を有する照明装置と、前記フライアイレンズによって重畳された前記光が照射される光変調素子とを備えることを特徴とする。この場合、上記各構成を有する照明装置による効果と同様の効果が奏され得る。
【発明の効果】
【００１４】
以上のとおり本発明によれば、光変調素子上における照明光の照度ムラを円滑かつ効果的に抑制できる照明装置および投写型映像表示装置を提供することができる。
【００１５】
本発明およびその他の構成例による効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１７】
まず、図１（ａ）に、実施の形態に係る光学系の基本構成を示す。同図において、１１はレーザ光源（半導体レーザ）である。ここでは、４つのレーザ光源１１が直線状に配列されアレイ化されている。レーザ光源１１の配列方向は、同図のＸ軸方向に対して所定の角度だけ傾いている。これらレーザ光源１１の発光点はＸ−Ｙ平面上に位置し、且つ、出射ビームの長軸方向がレーザ光源の配列方向に直交している。各レーザ光源から出射されるレーザ光の偏光方向は全て同一である。
【００１８】
これら３つのレーザ光源１１から出射されたレーザ光は、一対のフライアイレンズ１２に入射される。フライアイレンズ１２には、レンズセル群がマトリクス状に配置されている。レンズセル群の行方向は同図のＸ軸方向に平行である。
【００１９】
各レンズセルを通過したレーザ光は、コンデンサレンズ１３、１４と１／２波長板１５を経由して液晶パネル（光変調素子）１６の入射面上において重畳される。ここで、レーザ光は、１／２波長板１５を透過することにより、上記課題を解決するための手段の項にて述べた如く、偏光方向が液晶パネル１７に適合するよう調整される。
【００２０】
この構成において、仮に、レーザ光源１１の配列方向がＸ軸方向に平行であるとすると、フライアイレンズ１２に入射する際のレーザ光（以下、「照明光」という）の強度分布は、同図（ｂ）のようになる。図において、照明光の強度は黒色に近いほど高くなっている。したがって、照明光の強度分布は、Ｘ軸方向に略一様で、Ｙ軸方向においては、中心位置の強度が高く、中心位置からＹ軸方向に離れるにしたがって、強度が徐々に低くなる。
【００２１】
この場合、フライアイレンズ１２の行Ｌ１上にある５つのレンズセル群には、ほぼ同様の強度パターンにてレーザ光が入射される。また、行Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のレンズセル群にも、それぞれ、ほぼ同様の強度パターンにてレーザ光が入射される。したがって、これらレンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数は、レーザ光が入射するレンズセル群の行（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）の数と等しく、４パターンとなる。このため、フライアイレンズ１２による光の重畳効果は低くなり、液晶パネル１６上における照明光の均一化効果も低下する。
【００２２】
これに対し、本実施の形態では、レーザ光源１１の配列方向をＸ軸方向に対し所定角度だけ傾けたため、フライアイレンズ１２に入射する際の照明光の強度分布は、同図（ｃ）のようになる。この場合、行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４上のレンズセル群に入射する照明光の強度分布は、レンズセル毎に異なるようになる。したがって、これらレンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数は、照明光が入射するレンズセル群の数と等しくなる。同図（ｃ）では、２０個のレンズセルにレーザ光が入射するため、重畳パターン数は２０パターンとなる。
【００２３】
このように、本実施の形態では、レーザ光源１１の配列方向をＸ軸方向に対して所定角度だけ傾けたため、レーザ光源１１をＸ軸方向に平行に配列する場合に比べ、液晶パネル１６の入射面上におけるレーザ光の重畳パターン数が顕著に増加される。その結果、フライアイレンズ１２による照明光の重畳効果を顕著に向上させることができ、照明光の照度ムラを抑制することができる。
【００２４】
＜検証例＞
以下に、本実施の形態による照明光の均一化効果の検証例を示す。
【００２５】
本検証では、レーザ光源１１からフライアイレンズ１２に入射される際のレーザ光の強度分布として、図２（ａ）に示す強度分布を想定した。ここでは、黒に近いほどレーザ光の強度が高くなっている。
【００２６】
同図（ｂ）は、同図（ａ）の横軸（ｘ軸）上０ｍｍの位置（横軸方向の中心位置）における縦軸（ｙ軸）方向のレーザ光の強度分布である。また、同図（ｃ）は、同図（ａ）の縦軸（ｙ軸）上０ｍｍの位置（縦軸方向の中心位置）における横軸（ｘ軸）方向のレーザ光の強度分布である。なお、縦軸上０ｍｍ以外の位置における横軸方向のレーザ光の強度分布も、同図（ｃ）と同様の傾向となっている。すなわち、横軸方向の強度分布は、縦軸上０ｍｍの位置のみならず、その他の縦軸上の位置においても、−２０（ｍｍ）≦ Ｘ ≦２０（ｍｍ）の範囲において、略一様となっている。
【００２７】
本検証では、かかる強度分布をフライアイレンズ１２に対して回転させたときの、各回転位置における液晶パネル１６上の照明光の照度ムラを、光学シミュレーションソフトを用いて求めた。なお、光学系の基本構成は、図１（ａ）に示す構成と同様とした。
【００２８】
ここで、フライアイレンズ１２上における一つのレンズセルの大きさは、縦２．８０ｍｍ、横３．６４ｍｍとし、また、レンズセル数は、縦２３個×横１７個＝３９１個とした。すなわち、フライアイレンズ１２には、縦６４．４ｍｍ、横６１．９ｍｍの方形領域に、３９１個のレンズセルが縦方向および横方向に直線状に並ぶようにしてマトリクス状に配置されている。
【００２９】
本検証では、図２（ａ）の強度分布の中心位置（ｘ＝０、ｙ＝０の位置）がフライアイレンズ１２におけるレンズセルの配置領域（縦６４．４ｍｍ、横６１．９ｍｍの方形領域）の中心位置に整合するようにして、レーザ光がフライアイレンズ１２に入射されるものとした。また、図２（ａ）の横軸（ｘ軸）方向がフライアイレンズ１２の横方向に平行となるときの位置を基準位置（回転角度＝０°）とし、この基準位置から強度分布を時計方向に回転させたときの各回転位置における照明光の照度ムラを、光学シミュレーションソフトを用いて求めた。
【００３０】
図４に、検証結果を示す。横軸は強度分布の回転角度、縦軸は液晶パネル１６上における照度ムラである。ここでは、照度ムラの評価値として、照度の平均偏差（平均偏差＝液晶パネル１６上における照度の標準偏差／液晶パネル１６上における全領域の平均照度）が用いられている。
【００３１】
同図の検証結果を参照すると、基準位置から強度分布を回転させることにより、照度ムラが改善されていることが分かる。また、強度分布を基準位置から９０度回転させて、強度分布が一様となる方向（図２（ａ）の横軸方向）がフライアイレンズ１２の縦方向に整合すると、照度ムラが悪化していることが分かる。これは、強度分布を基準位置から９０度回転させると、フライアイレンズ１２上の縦方向１列分の各レンズセルに略同様の強度パターンにてレーザ光が入射されるため、図１（ｂ）の場合と同様、レンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数が低下することによるものである。
【００３２】
以上のとおり、強度分布が一様となる方向をフライアイレンズ１２のレンズセルの配列方向に対して傾けることにより、液晶パネル１６上における照明光の照度ムラを改善できることが、本検証において確認された。したがって、上記実施の形態のようにレーザ光源１１の配列方向をフライアイレンズ１２の横方向または縦方向に対して傾けることにより、フライアイレンズ１２による照明光の重畳効果を向上させることができ、液晶パネル１６上における照明光の照度ムラを抑制することができる。
【実施例】
【００３３】
図４に、上記実施の形態をさらに具体化した実施例を示す。
【００３４】
図において、レーザ光源１１から液晶パネル１６までの光学系は、上記図１の基本構成と同様である。ここで、レーザ光源１１は、たとえば、赤色波長帯のレーザ光（以下、「Ｒ光」という）を出射する。なお、同図には、４つのレーザ光源１１が図示されているが、レーザ光源１１の個数は４つに限らず、適宜、変更可能である。
【００３５】
これらレーザ光源１１は、上記実施の形態にて述べた如く、フライアイレンズ１２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されアレイ化されている。
【００３６】
これらレーザ光源１１から出射されたＲ光は、それぞれ、一対のフライアイレンズ１２に入射される。フライアイレンズ１２上の各レンズセルを通過したＲ光は、コンデンサレンズ１３、１４および１／２波長板１５を経由して、液晶パネル１６の入射面上において重畳される。重畳されたＲ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。また、液晶パネル１６に入射する際のＲ光は、１／２波長板１５によって、偏光方向が液晶パネル１６に適合するよう調整されている。
【００３７】
レーザ光源２１から液晶パネル２６までの光学系は、緑色波長帯のレーザ光（以下、「Ｇ光」という）のための光学系である。この光学系の構成は、上記図１の基本構成と同様である。
【００３８】
レーザ光源２１は、上記実施の形態にて述べた如く、フライアイレンズ２２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されアレイ化されている。各レーザ光源２１からは、出射ビームの長軸方向がレーザ光源２１の配列方向に直交するようにしてＧ光が出射される。
【００３９】
これらレーザ光源２１から出射されたＧ光は、一対のフライアイレンズ２２に入射される。フライアイレンズ２２上の各レンズセルを通過したＧ光は、コンデンサレンズ２３、２４および１／２波長板２５を経由して、液晶パネル２６の入射面上において重畳される。重畳されたＧ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。また、液晶パネル２６に入射する際のＧ光は、１／２波長板２５によって、偏光方向が液晶パネル２６に適合するよう調整されている。
【００４０】
レーザ光源３１から液晶パネル３６までの光学系は、青色波長帯のレーザ光（以下、「Ｂ光」という）のための光学系である。この光学系の構成は、上記図１の基本構成と同様である。
【００４１】
レーザ光源３１は、上記実施の形態にて述べた如く、フライアイレンズ３２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されアレイ化されている。各レーザ光源３１からは、出射ビームの長軸方向がレーザ光源３１の配列方向に直交するようにしてＧ光が出射される。
【００４２】
これらレーザ光源３１から出射されたＢ光は、それぞれ、一対のフライアイレンズ３２に入射される。フライアイレンズ３２上の各レンズセルを通過したＢ光は、コンデンサレンズ３３、３４および１／２波長板３５を経由して、液晶パネル３６の入射面上において重畳される。重畳されたＢ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。また、液晶パネル３６に入射する際のＢ光は、１／２波長板３５によって、偏光方向が液晶パネル３６に適合するよう調整されている。
【００４３】
液晶パネル１６、２６、３６には、それぞれ、入射側偏光板（図示せず）を介して、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が入射される。これらＲ光、Ｇ光およびＢ光は、それぞれ、液晶パネル１６、２６、３６によって変調された後、出射側偏光板（図示せず）を介して、ダイクロイックプリズム４０に入射される。
【００４４】
Ｒ光、Ｇ光およびＢ光は、ダイクロイックプリズム４０にて合成され、投写レンズ５０に入射される。投写レンズ５０は、投写光を被投写面上に結像させるためのレンズ群と、これらレンズ群の一部を光軸方向に変位させて投写画像のズーム状態およびフォーカス状態を調整するためのアクチュエータを備えている。
【００４５】
本実施例によれば、液晶パネル１６、２６、３６の入射面上における照明光の照度ムラが抑制されるため、投写画像のムラを効果的に抑制することができる。
【００４６】
なお、図４の光学系における１／２波長板１５、１６の配置位置には、ダイクロイックプリズム４０に対するＲ光とＢ光の反射特性を最適とするために、従前の光学系においても、１／２波長板が配されている場合がある。この場合、本実施例のようにレーザ光源１１、３１をフライアイレンズ１２、３２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置すると、この傾きによって、当該１／２波長板に対するＲ光とＢ光の偏光方向が適正方向から傾くこととなるため、かかる偏光方向の傾きを是正する必要がある。
【００４７】
かかる偏光方向の傾き是正は、上記実施例のように、別途、１／２波長板１５、１６を追加することによって行うこともできるが、部品点数の削減からは、もともと配されているＲ光、Ｂ光用の１／２波長板の光学軸を適宜調整することにより行うのが望ましい。具体的には、これら１／２波長板の光学軸を、適正方向に対するＲ光とＢ光の偏光方向の傾き角をそれぞれ半分に分割にする方向に整合させれば良い。
【００４８】
なお、かかる従前の光学系において、Ｇ光の光路中には、１／２波長板が配されていない。これは、Ｇ光は、ダイクロイックプリズム４０を透過するものであるため、特に偏光方向を調整せずともダイクロイックプリズム４０に対して最適の透過特性が得られるためである。しかし、本実施例では、レーザ光源２１がフライアイレンズ２２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されているため、この傾きによって、Ｇ光の偏光方向が適正方向から傾くこととなる。よって、Ｇ光に対しては、上記実施例のように別途１／２波長板２５を配置して、偏光方向を適正方向に整合させる必要がある。
【００４９】
なお、このように偏光方向が調整される場合、各色光の偏光方向は、ダイクロイックプリズム４０に対して最適化されると同時に、液晶パネル１６、２６、３６に対しても最適なものとなっている。すなわち、液晶パネル１６、２６、３６は、このようにダイクロイックプリズム４０に対するＲ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光方向が最適となるときに、これらＲ光、Ｇ光、Ｂ光が最適の偏光方向にて入射するよう構成されている。
【００５０】
以上、本発明に係る実施の形態および実施例について説明したが、本発明は、これらによって何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態および実施例も、上記以外に種々の変更が可能である。
【００５１】
たとえば、レーザ光源１１、２１、３１の配置は、一列に限らず、２列以上としても良い。
【００５２】
図５は、複数のレーザ光源１１を２列配置する場合の構成例である。同図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、レーザアレイ１１１、１１２の正面図および側面図である。ここでは、発光部が直線状に並ぶようにして、レーザ光源１１（レーザ素子）が基板１１１ａ、１１２ａ上に形成されアレイ化されている。また、基板１１１ａ、１１２ａは、冷却部材１１１ｂ、１１２ｂに装着されている。これらレーザ光源１１、基板１１１ａ、１１２ａおよび冷却部材１１１ｂ、１１２ｂからなるレーザアレイ１１１、１１２は、各列のレーザ光源１１の発光部が、出射光軸に垂直な平面上に位置する２つの平行直線Ｍ１、Ｍ２上に並ぶようにして、保持部材（図示せず）に保持されている。
【００５３】
図６（ａ）は、レーザアレイ１１１、１１２とフライアイレンズ１２の位置関係を示す図である。図示の如く、レーザアレイ１１１、１１２は、レーザ光源１１の配列方向（直線Ｍ１、Ｍ２）がフライアイレンズ１２の行方向（Ｘ軸方向）に対し一定角度だけ傾くようにして配置されている。
【００５４】
図６（ｂ）は、レーザ光源１１を点灯させたときの、フライアイレンズ１２上におけるレーザ光（Ｒ光）の強度分布を示す図である。図中、Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ、レーザアレイ１１１、１１２から出射されるレーザ光の強度分布を示している。１２ａはレンズセルである。
【００５５】
この場合も、直線Ｍ１、Ｍ２をＸ軸に平行とする場合に比べ、フライアイレンズ１２による重畳パターン数を顕著に増加させることができるため、フライアイレンズ１２による照明光の重畳効果を顕著に向上させることができ、照明光の照度ムラを抑制することができる。
【００５６】
なお、図５および図６には、レーザ光源１１について説明したが、図４におけるレーザ光源２１、３１も、図５および図６と同様に構成することができる。また、ここでは、レーザ光源１１を２列配置する場合について説明したが、レーザアレイの段数を増やすことにより、レーザ光源１１を３列以上配置するようにすることもできる。
【００５７】
上記実施例では、レーザ光源１１、２１、３１から出射されたレーザ光を直接フライアイレンズ１２、２２、３２に入射させるようにしたが、図７に示す如く、レーザ光源１１、２１、３１とフライアイレンズ１２、２２、３２の間に横長のシリンドリカルレンズ１７、２７、３７を配置し、レーザ光源１１、２１、３１から出射されたレーザ光をビーム長軸方向に収束させて平行光化した後、フライアイレンズ１２、２２、３２に入射させるようにしても良い。この場合、シリンドリカルレンズ１７、２７、３７は、レーザ光源１１、２１、３１と同様、フライアイレンズ１２、２２、３２の行方向（Ｘ軸方向）に対し傾いた状態で配置される。
【００５８】
図８は、レーザ光源１１を２列配置する場合のレーザアレイ１１１、１１２と、シリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂおよびフライアイレンズ１２の位置関係を示す図である。リンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂは、それぞれ、レーザアレイ１１１、１１２に対応して配置されている。
【００５９】
図６（ａ）の場合と同様、レーザアレイ１１１、１１２は、レーザ光源１１の配列方向（直線Ｍ１、Ｍ２）がフライアイレンズ１２の行方向（Ｘ軸方向）に対し一定角度だけ傾くようにして配置されている。また、シリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂも、レーザ光源１１の配列と同様、長辺方向がフライアイレンズ１２の行方向（Ｘ軸方向）に対し一定角度だけ傾くようにして配置されている。各レーザ光源１１からは、出射ビームの長軸方向がレーザ光源１１の配列方向（直線Ｍ１、Ｍ２）に直交するようにレーザ光が出射される。シリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂは、レーザ光を、ビーム長軸方向に収束させ平行光化する。
【００６０】
なお、ここでは、横長のシリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂを用いてレーザ光を平行光化したが、所定個数のレーザ光源毎に個別にシリンドリカルレンズを配置するようにしても良い。また、さらにレンズ系を追加して、ビーム長軸方向のみならず短軸方向にもレーザ光を収束させ平行光化するようにしても良い。
【００６１】
また、回折格子によって、レーザ光を収束させ平行光化するようにしても良い。この場合、スリット型の回折格子の他、たとえば、ブレーズ型の回折格子を用いることができる。これら回折格子には、レーザ光を収束および平行光化するための回折パターンが形成されている。
【００６２】
この他、図１および図４、図７の構成例では、コンデンサレンズ１４、２４、３４と液晶パネル１６、２６、３６の間に１／２波長板１５、２５、３５を配置するようにしたが、１／２波長板１５、２５、３５の配置位置はこれに限定されず、レーザ光源１１、２１、３１から液晶パネル１６、２６、３６の間の光路中の任意の位置に１／２波長板１５、２５、３５配置することができる。
【００６３】
なお、上記では、光変調素子として液晶パネル１６、２６、３６を用いたが、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス：米ＴＩ社のＤＬＰ方式光変調素子の名称）等、他の光変調素子を用いたプロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【００６４】
図９は、光変調素子としてＤＭＤを用いる場合の光学系の構成例である。
【００６５】
同図において、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を出射するレーザ光源が直線状に配置されたレーザアレイである。ここで、レーザ光源の配置は、１列であっても、２列以上であっても良い。
【００６６】
レーザアレイ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、ダイクロイックミラー２０２ａ、２０２ｂとミラー２０２ｃによって反射され、白色光に合成される。合成された白色光は、フライアイレンズ２０３に入射され、さらに、コンデンサレンズ２０４を介して、プリズム２０５に入射される。
【００６７】
レーザアレイ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、上記実施の形態および実施例と同様、レーザ光の強度分布が一様となる方向（レーザ光源の配列方向）がレンズセルの行方向または列方向に対し所定角度だけ傾く状態にてＲ光、Ｇ光、Ｂ光がフライアイレンズ２０３に入射するように配置されている。
【００６８】
プリズム２０５に入射した白色光は、プリズム２０５とプリズム２０６の境界にあるプリズム２０５の側面（以下、このようにエアギャップを介して対向する側面を「エアギャップ面」という）で全反射され、プリズム２０７に導かれる。プリズム２０７に入射した白色光は、プリズム２０７の出射面に配されたダイクロイックフィルタ面２０７ａでＢ光が反射され、Ｒ光及びＧ光はプリズム２０８に入射する。プリズム２０８に入射したＲ光とＧ光は、プリズム２０８の出射面に配されたダイクロイックフィルタ面２０８ａでＲ光が反射され、Ｇ光はプリズム２０９に入射する。
【００６９】
ダイクロイックフィルタ面２０７ａで反射されたＢ光は、プリズム２０５の側面に対向するプリズム２０７のエアギャップ面で全反射され、Ｂ光用の光変調素子であるＢ-ＤＭＤ２１０ｃに入射し、Ｂ光用の映像信号に応じて変調される。ダイクロイックフィルタ面２０８ａで反射されたＲ光は、プリズム２０７の側面に対向するプリズム２０８のエアギャップ面で全反射され、Ｒ光用の光変調素子であるＲ-ＤＭＤ２１０ａに入射し、Ｒ光用の映像信号に応じて変調される。プリズム２０９に入射したＧ光は、Ｇ光用の光変調素子であるＧ-ＤＭＤ２１０ｂに入射し、Ｇ光用の映像信号に応じて変調される。
【００７０】
Ｇ-ＤＭＤ２１０ｂで変調されたＧ光は、順次、プリズム２０８、２０７、２０５、２０６を通って投写レンズ５０へと導かれる。Ｒ−ＲＭＤ２１０ａで変調されたＲ光は、プリズム２０７の側面に対向するプリズム２０８のエアギャップ面で全反射され、さらに、ダイクロイックフィルタ面２０８ａで反射された後、順次、プリズム２０７、２０５、２０６を通って投写レンズ５０へと導かれる。Ｂ-ＤＭＤ２１０ｃで変調されたＢ光は、再度、プリズム２０５に対向するプリズム２０７のエアギャップ面で全反射され、さらに、ダイクロイックフィルタ面２０７ａで反射された後、順次、プリズム２０５、２０６を通って投写レンズ５０へと導かれる。
【００７１】
この様に、本方式の光学系では、白色入射光が各プリズム内で反射、全反射を繰り返しながらＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分離され、対応するＤＭＤへと導かれる。そして、これら光変調素子にて変調された後、各プリズム内で反射、全反射を繰り返しながら映像光として合成され、投写レンズ５０を介して図示しないスクリーン上に投写される。
【００７２】
図９の構成例では、光変調素子としてＤＭＤを用いるため、光変調素子に対してＲ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光方向を調整する必要がない。よって、この構成例では、図７の構成例のように１／２波長板１５、２６、３６を配する必要がなく、その分、部品点数が削減される。
【００７３】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施の形態に係る光学系の基本構成と、レーザ光源の配置状態とフライアイレンズ上におけるレーザ光の強度分布の関係を模式的に示す図
【図２】実施の形態の検証例に係るレーザ光の強度分布を示す図
【図３】実施の形態の検証結果を示す図
【図４】実施の形態をさらに具体化した実施例の構成を示す図
【図５】実施例の変更例（レーザ光源の変更）を示す図
【図６】実施例の変更例（レーザ光源の変更）を示す図
【図７】実施例の変更例（コリメートレンズを追加）を示す図
【図８】実施例の変更例（コリメートレンズを追加）を示す図
【図９】実施例の変更例（ＤＭＤを用いる場合の光学系の構成例）を示す図
【符号の説明】
【００７５】
１１、２１、３１ … レーザ光源
１２、２２、３２ … フライアイレンズ
１５、２５、３５ … １／２波長板
１６、２６、３６ … 液晶パネル
１７、２７、３７ … シリンドリカルレンズ
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ … レーザアレイ
２０２ａ、２０２ｂ … ダイクロイックミラー
２０２ｃ … ミラー
２０３ … フライアイレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびそれを用いた投写型映像表示装置に関するものであり、特に、複数のレーザ光源を直線状に並べて配置する場合に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザ等の固体光源を用いた投写型映像表示装置（以下、「プロジェクタ」という）の開発が進められている。レーザ光源は、広い色空間を高輝度かつ高精細に表現する能力に優れており、次世代プロジェクタの光源として注目されている。
【０００３】
特許文献１には、複数のレーザ光源を２次元状に配置してアレイ化する構成が示されている。この構成によれば、照明光の高輝度化を実現することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、複数のレーザ光源を用いる場合に、各レーザ光源の出力不足や不点灯を検出し、その検出結果に応じて、照明光の不均一性を改善する構成が示されている。
【特許文献１】ＷＯ９９／４９３５８号公報（再公表公報）
【特許文献２】特開２００５−３３１９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のレーザ光源を互いに接近させて直線状に配列する場合、これらレーザ光源群から出射される照明光の照度分布は、配列方向に一様となりやすい。このため、上記特許文献１および２のように、レーザ光源の配列方向とフライアイレンズセルの配列方向が互いに平行となるようにフライアイレンズを配置すると、フライアイレンズによる照明光の重畳効果が薄れてしまい、光変調素子上における照明光の照度分布にムラが生じるとの問題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解消するためになされたものであり、光変調素子上における照明光の照度ムラを円滑かつ効果的に抑制できる照明装置および投写型映像表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る照明装置は、第１の方向に略一様な強度分布を有する光を出力する光源部と、前記光が入射されるフライアイレンズとを備え、前記フライアイレンズにおけるレンズセルの縦および横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くよう前記光源部と前記フライアイレンズが配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、レンズセルの縦または横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くようにして照明光がフライアイレンズに入射されるため、上記引用文献１、２の如くレンズセルの配列方向と前記第１の方向とが互いに平行となるように照明光がフライアイレンズに入射される場合に比べ、フライアイレンズによる照明光の重畳効果を高めることができる。よって、光変調素子上における照明光の照度ムラを抑制することができる。
【０００９】
本発明において、光源部は、前記第１の方向に配列された複数のレーザ光源を有する構成とすることができる。ここで、これら複数のレーザ光源を偏光方向が互いに同一となるよう配置すると、光変調素子上における照明光の偏光方向を一方向に揃えることができる。しかし、この場合、フライアイレンズセルの配列方向に対しレーザ光源の配列方向が傾いているため、光変調素子として液晶パネルを用いると、照明光の偏光方向が、液晶パネルにて適正とされる偏光方向に対して傾いてしまう現象が起こり得る。
【００１０】
これに対し、フライアイレンズを経由した後の光の偏光方向を光変調素子（液晶パネル）に適合するよう回転させるための偏光回転素子を配すると、液晶パネルに対し照明光を適正な偏光方向にて入射させることができる。この場合、偏光回転素子として、１／２波長板を用いることができる。すなわち、１／２波長板の光学軸を調整することにより、液晶パネル上における照明光の偏光方向を調整することができ、照明光の偏光方向を液晶パネルに適正となる方向に整合させることができる。
【００１１】
つまり、液晶パネルの入射側に配される偏光板の偏光方向に対して照明光の偏光方向がθ傾斜しているとすると、１／２波長板の光学軸をθ／２傾斜させて配置すれば、１／２波長板を透過した後の照明光の偏光方向は、照明光の偏光方向の回転方向と逆向きの方向にθ回転し、液晶パネル入射側の偏光方向と一致した方向となる。したがって、１／２波長板の光学軸の向きを調整して液晶パネルに対して適正化することにより、１／２波長板を透過した後の照明光の偏光方向を適正方向に整合させることができる。
【００１２】
なお、１／２波長板の光学軸の向きの適正化は、あらかじめ照明光の傾斜方向との関係において光学軸の向きが適正化された１／２波長板を光路中の所望の位置に設置する構成により行うこともできるが、微調整が必要な場合は、１／２波長板を光路中に配置した後光軸を軸として１／２波長板を回転させて行うこともできる。
【００１３】
本発明に係る投写型映像表示装置は、上記各構成を有する照明装置と、前記フライアイレンズによって重畳された前記光が照射される光変調素子とを備えることを特徴とする。この場合、上記各構成を有する照明装置による効果と同様の効果が奏され得る。
【発明の効果】
【００１４】
以上のとおり本発明によれば、光変調素子上における照明光の照度ムラを円滑かつ効果的に抑制できる照明装置および投写型映像表示装置を提供することができる。
【００１５】
本発明およびその他の構成例による効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１７】
まず、図１（ａ）に、実施の形態に係る光学系の基本構成を示す。同図において、１１はレーザ光源（半導体レーザ）である。ここでは、４つのレーザ光源１１が直線状に配列されアレイ化されている。レーザ光源１１の配列方向は、同図のＸ軸方向に対して所定の角度だけ傾いている。これらレーザ光源１１の発光点はＸ−Ｙ平面上に位置し、且つ、出射ビームの長軸方向がレーザ光源の配列方向に直交している。各レーザ光源から出射されるレーザ光の偏光方向は全て同一である。
【００１８】
これら３つのレーザ光源１１から出射されたレーザ光は、一対のフライアイレンズ１２に入射される。フライアイレンズ１２には、レンズセル群がマトリクス状に配置されている。レンズセル群の行方向は同図のＸ軸方向に平行である。
【００１９】
各レンズセルを通過したレーザ光は、コンデンサレンズ１３、１４と１／２波長板１５を経由して液晶パネル（光変調素子）１６の入射面上において重畳される。ここで、レーザ光は、１／２波長板１５を透過することにより、上記課題を解決するための手段の項にて述べた如く、偏光方向が液晶パネル１７に適合するよう調整される。
【００２０】
この構成において、仮に、レーザ光源１１の配列方向がＸ軸方向に平行であるとすると、フライアイレンズ１２に入射する際のレーザ光（以下、「照明光」という）の強度分布は、同図（ｂ）のようになる。図において、照明光の強度は黒色に近いほど高くなっている。したがって、照明光の強度分布は、Ｘ軸方向に略一様で、Ｙ軸方向においては、中心位置の強度が高く、中心位置からＹ軸方向に離れるにしたがって、強度が徐々に低くなる。
【００２１】
この場合、フライアイレンズ１２の行Ｌ１上にある５つのレンズセル群には、ほぼ同様の強度パターンにてレーザ光が入射される。また、行Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のレンズセル群にも、それぞれ、ほぼ同様の強度パターンにてレーザ光が入射される。したがって、これらレンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数は、レーザ光が入射するレンズセル群の行（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）の数と等しく、４パターンとなる。このため、フライアイレンズ１２による光の重畳効果は低くなり、液晶パネル１６上における照明光の均一化効果も低下する。
【００２２】
これに対し、本実施の形態では、レーザ光源１１の配列方向をＸ軸方向に対し所定角度だけ傾けたため、フライアイレンズ１２に入射する際の照明光の強度分布は、同図（ｃ）のようになる。この場合、行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４上のレンズセル群に入射する照明光の強度分布は、レンズセル毎に異なるようになる。したがって、これらレンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数は、照明光が入射するレンズセル群の数と等しくなる。同図（ｃ）では、２０個のレンズセルにレーザ光が入射するため、重畳パターン数は２０パターンとなる。
【００２３】
このように、本実施の形態では、レーザ光源１１の配列方向をＸ軸方向に対して所定角度だけ傾けたため、レーザ光源１１をＸ軸方向に平行に配列する場合に比べ、液晶パネル１６の入射面上におけるレーザ光の重畳パターン数が顕著に増加される。その結果、フライアイレンズ１２による照明光の重畳効果を顕著に向上させることができ、照明光の照度ムラを抑制することができる。
【００２４】
＜検証例＞
以下に、本実施の形態による照明光の均一化効果の検証例を示す。
【００２５】
本検証では、レーザ光源１１からフライアイレンズ１２に入射される際のレーザ光の強度分布として、図２（ａ）に示す強度分布を想定した。ここでは、黒に近いほどレーザ光の強度が高くなっている。
【００２６】
同図（ｂ）は、同図（ａ）の横軸（ｘ軸）上０ｍｍの位置（横軸方向の中心位置）における縦軸（ｙ軸）方向のレーザ光の強度分布である。また、同図（ｃ）は、同図（ａ）の縦軸（ｙ軸）上０ｍｍの位置（縦軸方向の中心位置）における横軸（ｘ軸）方向のレーザ光の強度分布である。なお、縦軸上０ｍｍ以外の位置における横軸方向のレーザ光の強度分布も、同図（ｃ）と同様の傾向となっている。すなわち、横軸方向の強度分布は、縦軸上０ｍｍの位置のみならず、その他の縦軸上の位置においても、−２０（ｍｍ）≦ Ｘ ≦２０（ｍｍ）の範囲において、略一様となっている。
【００２７】
本検証では、かかる強度分布をフライアイレンズ１２に対して回転させたときの、各回転位置における液晶パネル１６上の照明光の照度ムラを、光学シミュレーションソフトを用いて求めた。なお、光学系の基本構成は、図１（ａ）に示す構成と同様とした。
【００２８】
ここで、フライアイレンズ１２上における一つのレンズセルの大きさは、縦２．８０ｍｍ、横３．６４ｍｍとし、また、レンズセル数は、縦２３個×横１７個＝３９１個とした。すなわち、フライアイレンズ１２には、縦６４．４ｍｍ、横６１．９ｍｍの方形領域に、３９１個のレンズセルが縦方向および横方向に直線状に並ぶようにしてマトリクス状に配置されている。
【００２９】
本検証では、図２（ａ）の強度分布の中心位置（ｘ＝０、ｙ＝０の位置）がフライアイレンズ１２におけるレンズセルの配置領域（縦６４．４ｍｍ、横６１．９ｍｍの方形領域）の中心位置に整合するようにして、レーザ光がフライアイレンズ１２に入射されるものとした。また、図２（ａ）の横軸（ｘ軸）方向がフライアイレンズ１２の横方向に平行となるときの位置を基準位置（回転角度＝０°）とし、この基準位置から強度分布を時計方向に回転させたときの各回転位置における照明光の照度ムラを、光学シミュレーションソフトを用いて求めた。
【００３０】
図４に、検証結果を示す。横軸は強度分布の回転角度、縦軸は液晶パネル１６上における照度ムラである。ここでは、照度ムラの評価値として、照度の平均偏差（平均偏差＝液晶パネル１６上における照度の標準偏差／液晶パネル１６上における全領域の平均照度）が用いられている。
【００３１】
同図の検証結果を参照すると、基準位置から強度分布を回転させることにより、照度ムラが改善されていることが分かる。また、強度分布を基準位置から９０度回転させて、強度分布が一様となる方向（図２（ａ）の横軸方向）がフライアイレンズ１２の縦方向に整合すると、照度ムラが悪化していることが分かる。これは、強度分布を基準位置から９０度回転させると、フライアイレンズ１２上の縦方向１列分の各レンズセルに略同様の強度パターンにてレーザ光が入射されるため、図１（ｂ）の場合と同様、レンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数が低下することによるものである。
【００３２】
以上のとおり、強度分布が一様となる方向をフライアイレンズ１２のレンズセルの配列方向に対して傾けることにより、液晶パネル１６上における照明光の照度ムラを改善できることが、本検証において確認された。したがって、上記実施の形態のようにレーザ光源１１の配列方向をフライアイレンズ１２の横方向または縦方向に対して傾けることにより、フライアイレンズ１２による照明光の重畳効果を向上させることができ、液晶パネル１６上における照明光の照度ムラを抑制することができる。
【実施例】
【００３３】
図４に、上記実施の形態をさらに具体化した実施例を示す。
【００３４】
図において、レーザ光源１１から液晶パネル１６までの光学系は、上記図１の基本構成と同様である。ここで、レーザ光源１１は、たとえば、赤色波長帯のレーザ光（以下、「Ｒ光」という）を出射する。なお、同図には、４つのレーザ光源１１が図示されているが、レーザ光源１１の個数は４つに限らず、適宜、変更可能である。
【００３５】
これらレーザ光源１１は、上記実施の形態にて述べた如く、フライアイレンズ１２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されアレイ化されている。
【００３６】
これらレーザ光源１１から出射されたＲ光は、それぞれ、一対のフライアイレンズ１２に入射される。フライアイレンズ１２上の各レンズセルを通過したＲ光は、コンデンサレンズ１３、１４および１／２波長板１５を経由して、液晶パネル１６の入射面上において重畳される。重畳されたＲ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。また、液晶パネル１６に入射する際のＲ光は、１／２波長板１５によって、偏光方向が液晶パネル１６に適合するよう調整されている。
【００３７】
レーザ光源２１から液晶パネル２６までの光学系は、緑色波長帯のレーザ光（以下、「Ｇ光」という）のための光学系である。この光学系の構成は、上記図１の基本構成と同様である。
【００３８】
レーザ光源２１は、上記実施の形態にて述べた如く、フライアイレンズ２２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されアレイ化されている。各レーザ光源２１からは、出射ビームの長軸方向がレーザ光源２１の配列方向に直交するようにしてＧ光が出射される。
【００３９】
これらレーザ光源２１から出射されたＧ光は、一対のフライアイレンズ２２に入射される。フライアイレンズ２２上の各レンズセルを通過したＧ光は、コンデンサレンズ２３、２４および１／２波長板２５を経由して、液晶パネル２６の入射面上において重畳される。重畳されたＧ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。また、液晶パネル２６に入射する際のＧ光は、１／２波長板２５によって、偏光方向が液晶パネル２６に適合するよう調整されている。
【００４０】
レーザ光源３１から液晶パネル３６までの光学系は、青色波長帯のレーザ光（以下、「Ｂ光」という）のための光学系である。この光学系の構成は、上記図１の基本構成と同様である。
【００４１】
レーザ光源３１は、上記実施の形態にて述べた如く、フライアイレンズ３２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されアレイ化されている。各レーザ光源３１からは、出射ビームの長軸方向がレーザ光源３１の配列方向に直交するようにしてＧ光が出射される。
【００４２】
これらレーザ光源３１から出射されたＢ光は、それぞれ、一対のフライアイレンズ３２に入射される。フライアイレンズ３２上の各レンズセルを通過したＢ光は、コンデンサレンズ３３、３４および１／２波長板３５を経由して、液晶パネル３６の入射面上において重畳される。重畳されたＢ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。また、液晶パネル３６に入射する際のＢ光は、１／２波長板３５によって、偏光方向が液晶パネル３６に適合するよう調整されている。
【００４３】
液晶パネル１６、２６、３６には、それぞれ、入射側偏光板（図示せず）を介して、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が入射される。これらＲ光、Ｇ光およびＢ光は、それぞれ、液晶パネル１６、２６、３６によって変調された後、出射側偏光板（図示せず）を介して、ダイクロイックプリズム４０に入射される。
【００４４】
Ｒ光、Ｇ光およびＢ光は、ダイクロイックプリズム４０にて合成され、投写レンズ５０に入射される。投写レンズ５０は、投写光を被投写面上に結像させるためのレンズ群と、これらレンズ群の一部を光軸方向に変位させて投写画像のズーム状態およびフォーカス状態を調整するためのアクチュエータを備えている。
【００４５】
本実施例によれば、液晶パネル１６、２６、３６の入射面上における照明光の照度ムラが抑制されるため、投写画像のムラを効果的に抑制することができる。
【００４６】
なお、図４の光学系における１／２波長板１５、１６の配置位置には、ダイクロイックプリズム４０に対するＲ光とＢ光の反射特性を最適とするために、従前の光学系においても、１／２波長板が配されている場合がある。この場合、本実施例のようにレーザ光源１１、３１をフライアイレンズ１２、３２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置すると、この傾きによって、当該１／２波長板に対するＲ光とＢ光の偏光方向が適正方向から傾くこととなるため、かかる偏光方向の傾きを是正する必要がある。
【００４７】
かかる偏光方向の傾き是正は、上記実施例のように、別途、１／２波長板１５、１６を追加することによって行うこともできるが、部品点数の削減からは、もともと配されているＲ光、Ｂ光用の１／２波長板の光学軸を適宜調整することにより行うのが望ましい。具体的には、これら１／２波長板の光学軸を、適正方向に対するＲ光とＢ光の偏光方向の傾き角をそれぞれ半分に分割にする方向に整合させれば良い。
【００４８】
なお、かかる従前の光学系において、Ｇ光の光路中には、１／２波長板が配されていない。これは、Ｇ光は、ダイクロイックプリズム４０を透過するものであるため、特に偏光方向を調整せずともダイクロイックプリズム４０に対して最適の透過特性が得られるためである。しかし、本実施例では、レーザ光源２１がフライアイレンズ２２の行方向に対して配列方向が傾くようにして直線状に配置されているため、この傾きによって、Ｇ光の偏光方向が適正方向から傾くこととなる。よって、Ｇ光に対しては、上記実施例のように別途１／２波長板２５を配置して、偏光方向を適正方向に整合させる必要がある。
【００４９】
なお、このように偏光方向が調整される場合、各色光の偏光方向は、ダイクロイックプリズム４０に対して最適化されると同時に、液晶パネル１６、２６、３６に対しても最適なものとなっている。すなわち、液晶パネル１６、２６、３６は、このようにダイクロイックプリズム４０に対するＲ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光方向が最適となるときに、これらＲ光、Ｇ光、Ｂ光が最適の偏光方向にて入射するよう構成されている。
【００５０】
以上、本発明に係る実施の形態および実施例について説明したが、本発明は、これらによって何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態および実施例も、上記以外に種々の変更が可能である。
【００５１】
たとえば、レーザ光源１１、２１、３１の配置は、一列に限らず、２列以上としても良い。
【００５２】
図５は、複数のレーザ光源１１を２列配置する場合の構成例である。同図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、レーザアレイ１１１、１１２の正面図および側面図である。ここでは、発光部が直線状に並ぶようにして、レーザ光源１１（レーザ素子）が基板１１１ａ、１１２ａ上に形成されアレイ化されている。また、基板１１１ａ、１１２ａは、冷却部材１１１ｂ、１１２ｂに装着されている。これらレーザ光源１１、基板１１１ａ、１１２ａおよび冷却部材１１１ｂ、１１２ｂからなるレーザアレイ１１１、１１２は、各列のレーザ光源１１の発光部が、出射光軸に垂直な平面上に位置する２つの平行直線Ｍ１、Ｍ２上に並ぶようにして、保持部材（図示せず）に保持されている。
【００５３】
図６（ａ）は、レーザアレイ１１１、１１２とフライアイレンズ１２の位置関係を示す図である。図示の如く、レーザアレイ１１１、１１２は、レーザ光源１１の配列方向（直線Ｍ１、Ｍ２）がフライアイレンズ１２の行方向（Ｘ軸方向）に対し一定角度だけ傾くようにして配置されている。
【００５４】
図６（ｂ）は、レーザ光源１１を点灯させたときの、フライアイレンズ１２上におけるレーザ光（Ｒ光）の強度分布を示す図である。図中、Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ、レーザアレイ１１１、１１２から出射されるレーザ光の強度分布を示している。１２ａはレンズセルである。
【００５５】
この場合も、直線Ｍ１、Ｍ２をＸ軸に平行とする場合に比べ、フライアイレンズ１２による重畳パターン数を顕著に増加させることができるため、フライアイレンズ１２による照明光の重畳効果を顕著に向上させることができ、照明光の照度ムラを抑制することができる。
【００５６】
なお、図５および図６には、レーザ光源１１について説明したが、図４におけるレーザ光源２１、３１も、図５および図６と同様に構成することができる。また、ここでは、レーザ光源１１を２列配置する場合について説明したが、レーザアレイの段数を増やすことにより、レーザ光源１１を３列以上配置するようにすることもできる。
【００５７】
上記実施例では、レーザ光源１１、２１、３１から出射されたレーザ光を直接フライアイレンズ１２、２２、３２に入射させるようにしたが、図７に示す如く、レーザ光源１１、２１、３１とフライアイレンズ１２、２２、３２の間に横長のシリンドリカルレンズ１７、２７、３７を配置し、レーザ光源１１、２１、３１から出射されたレーザ光をビーム長軸方向に収束させて平行光化した後、フライアイレンズ１２、２２、３２に入射させるようにしても良い。この場合、シリンドリカルレンズ１７、２７、３７は、レーザ光源１１、２１、３１と同様、フライアイレンズ１２、２２、３２の行方向（Ｘ軸方向）に対し傾いた状態で配置される。
【００５８】
図８は、レーザ光源１１を２列配置する場合のレーザアレイ１１１、１１２と、シリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂおよびフライアイレンズ１２の位置関係を示す図である。リンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂは、それぞれ、レーザアレイ１１１、１１２に対応して配置されている。
【００５９】
図６（ａ）の場合と同様、レーザアレイ１１１、１１２は、レーザ光源１１の配列方向（直線Ｍ１、Ｍ２）がフライアイレンズ１２の行方向（Ｘ軸方向）に対し一定角度だけ傾くようにして配置されている。また、シリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂも、レーザ光源１１の配列と同様、長辺方向がフライアイレンズ１２の行方向（Ｘ軸方向）に対し一定角度だけ傾くようにして配置されている。各レーザ光源１１からは、出射ビームの長軸方向がレーザ光源１１の配列方向（直線Ｍ１、Ｍ２）に直交するようにレーザ光が出射される。シリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂは、レーザ光を、ビーム長軸方向に収束させ平行光化する。
【００６０】
なお、ここでは、横長のシリンドリカルレンズ１７ａ、１７ｂを用いてレーザ光を平行光化したが、所定個数のレーザ光源毎に個別にシリンドリカルレンズを配置するようにしても良い。また、さらにレンズ系を追加して、ビーム長軸方向のみならず短軸方向にもレーザ光を収束させ平行光化するようにしても良い。
【００６１】
また、回折格子によって、レーザ光を収束させ平行光化するようにしても良い。この場合、スリット型の回折格子の他、たとえば、ブレーズ型の回折格子を用いることができる。これら回折格子には、レーザ光を収束および平行光化するための回折パターンが形成されている。
【００６２】
この他、図１および図４、図７の構成例では、コンデンサレンズ１４、２４、３４と液晶パネル１６、２６、３６の間に１／２波長板１５、２５、３５を配置するようにしたが、１／２波長板１５、２５、３５の配置位置はこれに限定されず、レーザ光源１１、２１、３１から液晶パネル１６、２６、３６の間の光路中の任意の位置に１／２波長板１５、２５、３５配置することができる。
【００６３】
なお、上記では、光変調素子として液晶パネル１６、２６、３６を用いたが、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス：米ＴＩ社のＤＬＰ方式光変調素子の名称）等、他の光変調素子を用いたプロジェクタに本発明を適用することも可能である。
【００６４】
図９は、光変調素子としてＤＭＤを用いる場合の光学系の構成例である。
【００６５】
同図において、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を出射するレーザ光源が直線状に配置されたレーザアレイである。ここで、レーザ光源の配置は、１列であっても、２列以上であっても良い。
【００６６】
レーザアレイ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、ダイクロイックミラー２０２ａ、２０２ｂとミラー２０２ｃによって反射され、白色光に合成される。合成された白色光は、フライアイレンズ２０３に入射され、さらに、コンデンサレンズ２０４を介して、プリズム２０５に入射される。
【００６７】
レーザアレイ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、上記実施の形態および実施例と同様、レーザ光の強度分布が一様となる方向（レーザ光源の配列方向）がレンズセルの行方向または列方向に対し所定角度だけ傾く状態にてＲ光、Ｇ光、Ｂ光がフライアイレンズ２０３に入射するように配置されている。
【００６８】
プリズム２０５に入射した白色光は、プリズム２０５とプリズム２０６の境界にあるプリズム２０５の側面（以下、このようにエアギャップを介して対向する側面を「エアギャップ面」という）で全反射され、プリズム２０７に導かれる。プリズム２０７に入射した白色光は、プリズム２０７の出射面に配されたダイクロイックフィルタ面２０７ａでＢ光が反射され、Ｒ光及びＧ光はプリズム２０８に入射する。プリズム２０８に入射したＲ光とＧ光は、プリズム２０８の出射面に配されたダイクロイックフィルタ面２０８ａでＲ光が反射され、Ｇ光はプリズム２０９に入射する。
【００６９】
ダイクロイックフィルタ面２０７ａで反射されたＢ光は、プリズム２０５の側面に対向するプリズム２０７のエアギャップ面で全反射され、Ｂ光用の光変調素子であるＢ-ＤＭＤ２１０ｃに入射し、Ｂ光用の映像信号に応じて変調される。ダイクロイックフィルタ面２０８ａで反射されたＲ光は、プリズム２０７の側面に対向するプリズム２０８のエアギャップ面で全反射され、Ｒ光用の光変調素子であるＲ-ＤＭＤ２１０ａに入射し、Ｒ光用の映像信号に応じて変調される。プリズム２０９に入射したＧ光は、Ｇ光用の光変調素子であるＧ-ＤＭＤ２１０ｂに入射し、Ｇ光用の映像信号に応じて変調される。
【００７０】
Ｇ-ＤＭＤ２１０ｂで変調されたＧ光は、順次、プリズム２０８、２０７、２０５、２０６を通って投写レンズ５０へと導かれる。Ｒ−ＲＭＤ２１０ａで変調されたＲ光は、プリズム２０７の側面に対向するプリズム２０８のエアギャップ面で全反射され、さらに、ダイクロイックフィルタ面２０８ａで反射された後、順次、プリズム２０７、２０５、２０６を通って投写レンズ５０へと導かれる。Ｂ-ＤＭＤ２１０ｃで変調されたＢ光は、再度、プリズム２０５に対向するプリズム２０７のエアギャップ面で全反射され、さらに、ダイクロイックフィルタ面２０７ａで反射された後、順次、プリズム２０５、２０６を通って投写レンズ５０へと導かれる。
【００７１】
この様に、本方式の光学系では、白色入射光が各プリズム内で反射、全反射を繰り返しながらＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分離され、対応するＤＭＤへと導かれる。そして、これら光変調素子にて変調された後、各プリズム内で反射、全反射を繰り返しながら映像光として合成され、投写レンズ５０を介して図示しないスクリーン上に投写される。
【００７２】
図９の構成例では、光変調素子としてＤＭＤを用いるため、光変調素子に対してＲ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光方向を調整する必要がない。よって、この構成例では、図７の構成例のように１／２波長板１５、２６、３６を配する必要がなく、その分、部品点数が削減される。
【００７３】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施の形態に係る光学系の基本構成と、レーザ光源の配置状態とフライアイレンズ上におけるレーザ光の強度分布の関係を模式的に示す図
【図２】実施の形態の検証例に係るレーザ光の強度分布を示す図
【図３】実施の形態の検証結果を示す図
【図４】実施の形態をさらに具体化した実施例の構成を示す図
【図５】実施例の変更例（レーザ光源の変更）を示す図
【図６】実施例の変更例（レーザ光源の変更）を示す図
【図７】実施例の変更例（コリメートレンズを追加）を示す図
【図８】実施例の変更例（コリメートレンズを追加）を示す図
【図９】実施例の変更例（ＤＭＤを用いる場合の光学系の構成例）を示す図
【符号の説明】
【００７５】
１１、２１、３１ … レーザ光源
１２、２２、３２ … フライアイレンズ
１５、２５、３５ … １／２波長板
１６、２６、３６ … 液晶パネル
１７、２７、３７ … シリンドリカルレンズ
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ … レーザアレイ
２０２ａ、２０２ｂ … ダイクロイックミラー
２０２ｃ … ミラー
２０３ … フライアイレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に略一様な強度分布を有する光を出力する光源部と、
前記光が入射されるフライアイレンズとを備え、
前記フライアイレンズにおけるレンズセルの縦および横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くよう前記光源部と前記フライアイレンズが配置されている、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光源部は、前記第１の方向に配列された複数のレーザ光源を有する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数のレーザ光源は偏光方向が互いに同一となるよう配置され、
前記フライアイレンズを経由した後の前記光の偏光方向を光変調素子に適合するよう回転させるための偏光回転素子をさらに有する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記偏光回転素子は、１／２波長板である、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の照明装置と、
前記フライアイレンズによって重畳された前記光が照射される光変調素子とを備える投写型映像表示装置。
【請求項１】
第１の方向に略一様な強度分布を有する光を出力する光源部と、
前記光が入射されるフライアイレンズとを備え、
前記フライアイレンズにおけるレンズセルの縦および横の配列方向に対し前記第１の方向が傾くよう前記光源部と前記フライアイレンズが配置されている、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光源部は、前記第１の方向に配列された複数のレーザ光源を有する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数のレーザ光源は偏光方向が互いに同一となるよう配置され、
前記フライアイレンズを経由した後の前記光の偏光方向を光変調素子に適合するよう回転させるための偏光回転素子をさらに有する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記偏光回転素子は、１／２波長板である、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の照明装置と、
前記フライアイレンズによって重畳された前記光が照射される光変調素子とを備える投写型映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−６３６１９（Ｐ２００９−６３６１９Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２８８３５（Ｐ２００７−２２８８３５）
【出願日】平成１９年９月４日（２００７．９．４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月４日（２００７．９．４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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