JP2008152019A - Light source device, image display apparatus, projector, illumination apparatus and monitor apparatus - Google Patents

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Taisuke Yamauchi
泰介 山内
Takashi Takeda
高司 武田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device which can produce illumination light capable of efficiently illuminating a prescribed surface. <P>SOLUTION: The light source device which produces the illumination light for illuminating the prescribed surface comprises: a plurality of laser beam sources for emitting laser beams; a diffractive optical element which diffracts incident light and emits light for being supplied to the prescribed surface; and an optical system which allows a plurality of laser beams emitted from the respective laser beam sources to be made incident, condenses the plurality of laser beams made incident and makes condensed light incident to the diffractive optical element. The optical system condenses at least a part of the plurality of laser beams to the center side of the prescribed surface and makes light incident to the diffractive optical element. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光源装置、画像表示装置、プロジェクタ、照明装置、及びモニタ装置に関する。   The present invention relates to a light source device, an image display device, a projector, an illumination device, and a monitor device.

液晶装置等の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用いてスクリーン上に投射する投射型画像表示装置（プロジェクタ）において、レーザ光源を用いる技術が提案されている。
特開平１１−６４７８９号公報 特開２０００−１６２５４８号公報 A technique using a laser light source has been proposed in a projection-type image display device (projector) that projects color light including image information generated by a spatial light modulation device such as a liquid crystal device onto a screen using a projection system.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-64789 JP 2000-162548 A

プロジェクタにおいて、レーザ光により空間光変調装置の入射面を効率良く照明することが重要である。したがって、レーザ光により空間光変調装置の入射面を効率良く照明するための光学系を構築することが重要である。   In a projector, it is important to efficiently illuminate the incident surface of the spatial light modulator with laser light. Therefore, it is important to construct an optical system for efficiently illuminating the incident surface of the spatial light modulator with laser light.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所定面を効率良く照明できる照射光を生成できる光源装置を提供することを目的とする。また、光源装置からの照射光を用いて画像を表示する画像表示装置、プロジェクタを提供することを目的とする。また、光源装置からの照射光を用いる照明装置、モニタ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a light source device capable of generating irradiation light capable of efficiently illuminating a predetermined surface. It is another object of the present invention to provide an image display device and a projector that display an image using light emitted from a light source device. It is another object of the present invention to provide an illumination device and a monitor device that use light emitted from a light source device.

上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

本発明の第１の観点によると、所定面に照射するための照射光を生成する光源装置であって、レーザ光を射出する複数のレーザ光源と、入射した光を回折させ、前記所定面に供給するための光を射出する回折光学素子と、前記レーザ光源のそれぞれから射出された複数のレーザ光が入射されるとともに、該入射された複数のレーザ光を集光し、該集光した光を前記回折光学素子に入射させる光学系と、を備え、前記光学系は、前記複数のレーザ光の少なくとも一部を前記所定面の中央側に集光し、前記回折光学素子に光を入射させることを特徴とする光源装置が提供される。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a light source device that generates irradiation light for irradiating a predetermined surface, a plurality of laser light sources that emit laser light, and diffracting incident light to be incident on the predetermined surface. A diffractive optical element that emits light to be supplied and a plurality of laser beams emitted from each of the laser light sources are incident, the plurality of incident laser beams are condensed, and the collected light And an optical system that makes the light incident on the diffractive optical element, the optical system condensing at least a part of the plurality of laser beams on the center side of the predetermined surface and making the light incident on the diffractive optical element A light source device is provided.

本発明の第１の観点によれば、複数のレーザ光源を設けることによって、所定面を照明するための高い照度（輝度）を有する照射光を生成できるとともに、スペックルパターンの発生を抑制し、所定面を良好に照明できる。また、複数のレーザ光源のそれぞれから射出された複数のレーザ光を集光する光学系を設け、その光学系で集光した光を回折光学素子に入射させるようにしたので、所定面を効率良く照明できる照射光を生成できる。そして、複数のレーザ光を所定面の中央側に集光することによって、高い回折効率を実現でき、光利用効率の高い光源装置を実現できる。   According to the first aspect of the present invention, by providing a plurality of laser light sources, it is possible to generate irradiation light having high illuminance (luminance) for illuminating a predetermined surface, and suppress generation of speckle patterns, The predetermined surface can be well illuminated. In addition, an optical system for condensing a plurality of laser beams emitted from each of the plurality of laser light sources is provided, and the light condensed by the optical system is made incident on the diffractive optical element. Irradiation light that can be illuminated can be generated. Then, by condensing a plurality of laser beams on the center side of the predetermined surface, high diffraction efficiency can be realized, and a light source device with high light utilization efficiency can be realized.

本発明の光源装置において、前記光学系は、前記回折光学素子に入射させる前記複数のレーザ光を平行にする構成を採用できる。これにより、回折光学素子に入射する光の波面をフラットにすることができ、回折光学素子は、高い回折効率で、所望の回折光を良好に生成できる。また、回折光学素子に入射する光の波面をフラットにすることで、回折光学素子を設計するときの負担、及び光源装置を製造するときの負担を軽減できる。   In the light source device of the present invention, the optical system may employ a configuration in which the plurality of laser beams incident on the diffractive optical element are made parallel. Thereby, the wavefront of the light incident on the diffractive optical element can be made flat, and the diffractive optical element can generate desired diffracted light satisfactorily with high diffraction efficiency. In addition, by flattening the wavefront of light incident on the diffractive optical element, it is possible to reduce the burden when designing the diffractive optical element and when manufacturing the light source device.

本発明の光源装置において、前記回折光学素子は、入射部及び射出部を有し、前記入射部に入射した光を、前記射出部で回折させ、前記入射部に配置され、前記射出部に供給される前記複数のレーザ光を平行にするコリメート光学素子を有する構成を採用できる。これにより、部品点数の増大を抑制しつつ、高い回折効率で、所望の回折光を良好に生成できる。   In the light source device of the present invention, the diffractive optical element has an incident part and an emission part, diffracts the light incident on the incident part by the emission part, is arranged at the incident part, and is supplied to the emission part It is possible to adopt a configuration having a collimating optical element that collimates the plurality of laser beams. Thereby, desired diffracted light can be generated satisfactorily with high diffraction efficiency while suppressing an increase in the number of parts.

本発明の光源装置において、前記光学系は、該光学系の光軸が、前記所定面の所定領域と交差しないように配置される構成を採用できる。これにより、光学系から射出された光が所定面に直接的に供給されることを抑制できる。   In the light source device of the present invention, the optical system may employ a configuration in which the optical axis of the optical system is arranged so as not to intersect a predetermined region of the predetermined surface. Thereby, it can suppress that the light inject | emitted from the optical system is directly supplied to a predetermined surface.

本発明の光源装置において、前記回折光学素子は、該回折光学素子から発生する０次光が、前記所定面の所定領域に入射しないように配置される構成を採用できる。これにより、回折光学素子から０次光が発生しても、その０次光が所定面に入射することを抑制できる。したがって、所定面を所望状態で照明できる。   In the light source device of the present invention, the diffractive optical element can employ a configuration in which 0th-order light generated from the diffractive optical element is arranged so as not to enter a predetermined region of the predetermined surface. As a result, even if zero-order light is generated from the diffractive optical element, the zero-order light can be prevented from entering the predetermined surface. Therefore, the predetermined surface can be illuminated in a desired state.

本発明の光源装置において、前記光学系は、屈折レンズを含む構成を採用できる。これにより、光学系を構築する際の設計上、製造上の負担を軽減できる。   In the light source device of the present invention, the optical system can employ a configuration including a refractive lens. As a result, it is possible to reduce the manufacturing burden in designing the optical system.

本発明の光源装置において、前記光学系は、フレネルレンズを含む構成を採用できる。これにより、光学系を小型化できる。   In the light source device of the present invention, the optical system can employ a configuration including a Fresnel lens. Thereby, an optical system can be reduced in size.

本発明の光源装置において、前記回折光学素子は、前記光学系からの光が入射され、前記所定面に供給するための光をそれぞれ所定の回折効率で射出する複数のセル領域を有し、前記セル領域それぞれの回折効率はほぼ等しい構成を採用できる。これにより、高い回折効率を有する各セル領域のそれぞれから発生した光で、所定面を高い照度で効率良く照明できる。また、スペックルパターンの発生を抑え、所定面をほぼ均一な照度分布で照明できる。   In the light source device of the present invention, the diffractive optical element has a plurality of cell regions that receive light from the optical system and emit light for supplying the predetermined surface with predetermined diffraction efficiency, A configuration in which the diffraction efficiencies of the cell regions are approximately equal can be employed. Thereby, the predetermined surface can be efficiently illuminated with high illuminance by light generated from each cell region having high diffraction efficiency. Further, it is possible to suppress the generation of speckle patterns and illuminate a predetermined surface with a substantially uniform illuminance distribution.

本発明の光源装置において、前記回折光学素子は、前記光学系からの光が入射され、前記所定面に供給するための光をそれぞれ所定の回折効率で射出する複数のセル領域を有し、前記セル領域のそれぞれから前記所定面に供給される光によって形成される複数の照射領域は、前記所定面において合致する構成を採用できる。これにより、各セル領域から発生した光によって、所定面の所定領域を重畳的に照明できる。これにより、所定面を高い照度で効率良く照明できる。また、スペックルパターンの発生を抑え、所定面をほぼ均一な照度分布で照明できる。   In the light source device of the present invention, the diffractive optical element has a plurality of cell regions that receive light from the optical system and emit light for supplying the predetermined surface with predetermined diffraction efficiency, A plurality of irradiation regions formed by light supplied to the predetermined surface from each of the cell regions can adopt a configuration that matches the predetermined surface. Thereby, the predetermined area | region of a predetermined surface can be illuminated in a superimposed manner with the light generated from each cell area. Thereby, a predetermined surface can be efficiently illuminated with high illuminance. Further, it is possible to suppress the generation of speckle patterns and illuminate a predetermined surface with a substantially uniform illuminance distribution.

本発明の第２の観点によると、上記に記載の光源装置からの照射光が照射され、前記所定面を介した光により画像を表示することを特徴とする画像表示装置が提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an image display device characterized in that the irradiation light from the light source device described above is irradiated and an image is displayed by the light through the predetermined surface.

本発明の第２の観点によれば、所望状態で照明された所定面を介した照射光により所望の画像を得ることができる。   According to the second aspect of the present invention, a desired image can be obtained by irradiation light through a predetermined surface illuminated in a desired state.

本発明の画像表示装置において、前記所定面は、照射された照射光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置の入射面を含む構成を採用できる。これにより、所望の画像を表示することができる。   In the image display device of the present invention, the predetermined surface may include a light incident surface of a spatial light modulator that modulates the irradiated light according to an image signal. Thereby, a desired image can be displayed.

本発明の第３の観点によると、上記に記載の画像表示装置を含み、前記所定面を介した画像情報を含む光を表示面に投射する投射系を備えたことを特徴とするプロジェクタが提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a projector including the image display device described above, and including a projection system that projects light including image information via the predetermined surface onto the display surface. Is done.

本発明の第３の観点によれば、良好な画像を形成できる。   According to the third aspect of the present invention, a good image can be formed.

本発明の第４の観点によると、上記に記載の光源装置を備えたことを特徴とする照明装置が提供される。   According to the 4th viewpoint of this invention, the illuminating device provided with the light source device as described above is provided.

本発明の第４の観点によれば、高い照度の照射光で所定面を均一な照度分布で照明できる。   According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to illuminate a predetermined surface with a uniform illuminance distribution with irradiation light with high illuminance.

本発明の第５の観点によると、上記に記載の光源装置を備えたことを特徴とするモニタ装置が提供される。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a monitor device comprising the light source device described above.

本発明の第５の観点によれば、高い照度の照射光で物体を照明し、その物体を良好にモニタできる。   According to the fifth aspect of the present invention, an object can be illuminated with irradiation light with high illuminance, and the object can be monitored well.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The predetermined direction in the horizontal plane is the X-axis direction, the direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is the Y-axis direction, and the direction orthogonal to each of the X-axis direction and the Y-axis direction (that is, the vertical direction) is the Z-axis direction. To do. Further, the rotation (inclination) directions around the X axis, Y axis, and Z axis are the θX, θY, and θZ directions, respectively.

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光源装置１を示す概略構成図、図２は、図１を模式的に示す斜視図である。図１及び図２において、光源装置１は、所定部材１０の所定面１１に照射するための照射光を生成するものであって、レーザ光を射出する複数のレーザ光源２と、入射したレーザ光を回折させ、所定面１１に供給するためのレーザ光（回折光）を射出する回折光学素子５と、複数のレーザ光源２のそれぞれから射出された複数のレーザ光が入射されるとともに、その入射された複数のレーザ光を集光し、その集光した光を回折光学素子５に入射させる光学系８とを備えている。光学系８は、レーザ光源２からの複数のレーザ光の少なくとも一部を所定面１１の中央側（図中、−Ｘ側）に集光し、回折光学素子５に光を入射させる。本実施形態においては、所定面１１は、ＸＹ平面とほぼ平行である。以下の説明においては、光源装置１が、ＸＹ平面とほぼ平行な所定面１１の所定領域（照明領域）に照射光を照射する場合を例にして説明する。所定部材１０の所定面１１と照明領域とはほぼ同じ大きさとする。 <First Embodiment>
A first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a light source device 1 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing FIG. 1 and 2, a light source device 1 generates irradiation light for irradiating a predetermined surface 11 of a predetermined member 10, and includes a plurality of laser light sources 2 that emit laser light and incident laser light. Are diffracted and a plurality of laser beams emitted from each of a plurality of laser light sources 2 are incident and incident. And an optical system 8 for condensing the plurality of laser beams and making the collected light incident on the diffractive optical element 5. The optical system 8 condenses at least a part of the plurality of laser beams from the laser light source 2 on the center side (−X side in the drawing) of the predetermined surface 11 and makes the light enter the diffractive optical element 5. In the present embodiment, the predetermined surface 11 is substantially parallel to the XY plane. In the following description, a case where the light source device 1 irradiates a predetermined area (illumination area) of the predetermined surface 11 substantially parallel to the XY plane will be described as an example. The predetermined surface 11 of the predetermined member 10 and the illumination area have substantially the same size.

回折光学素子５は、レーザ光源２と所定面１１との間に配置されている。光学系８は、レーザ光源２と回折光学素子５との間に配置されている。また、本実施形態においては、回折光学素子５と所定面１１との間には、角度調整用光学素子９が配置されている。なお、図２においては、角度調整用光学素子９の図示を省略してある。   The diffractive optical element 5 is disposed between the laser light source 2 and the predetermined surface 11. The optical system 8 is disposed between the laser light source 2 and the diffractive optical element 5. In this embodiment, an angle adjusting optical element 9 is disposed between the diffractive optical element 5 and the predetermined surface 11. In FIG. 2, the angle adjusting optical element 9 is not shown.

レーザ光源２は、レーザ光を射出する。本実施形態においては、レーザ光源２は複数設けられており、各レーザ光源２の光射出面は、＋Ｚ側を向いている。各レーザ光源２は、＋Ｚ方向に向かって、Ｚ軸とほぼ平行なレーザ光を射出する。また、本実施形態においては、複数のレーザ光源２は、二次元方向（図１、図２の例ではＸＹ方向）に複数並べられている。複数のレーザ光源２のそれぞれは、光学系８にレーザ光を照射する。   The laser light source 2 emits laser light. In the present embodiment, a plurality of laser light sources 2 are provided, and the light emission surface of each laser light source 2 faces the + Z side. Each laser light source 2 emits laser light substantially parallel to the Z axis in the + Z direction. In the present embodiment, a plurality of laser light sources 2 are arranged in a two-dimensional direction (XY directions in the examples of FIGS. 1 and 2). Each of the plurality of laser light sources 2 irradiates the optical system 8 with laser light.

光学系８は、複数のレーザ光源２のそれぞれから射出された複数のレーザ光が照射されるとともに、その複数のレーザ光を集光し、集光したレーザ光を、回折光学素子５に入射させる。   The optical system 8 is irradiated with a plurality of laser beams emitted from each of the plurality of laser light sources 2, condenses the plurality of laser beams, and causes the collected laser beams to enter the diffractive optical element 5. .

本実施形態においては、光学系８は、レーザ光源２からのレーザ光が入射する入射面６Ａ、及び入射面６Ａからのレーザ光が射出する射出面６Ｂを有する第１光学素子６と、第１光学素子６からのレーザ光が入射する入射面７Ａ、及び入射面７Ａからのレーザ光が射出する射出面７Ｂを有する第２光学素子７とを有する。   In the present embodiment, the optical system 8 includes a first optical element 6 having an incident surface 6A on which the laser light from the laser light source 2 is incident, and an emission surface 6B on which the laser light from the incident surface 6A is emitted. The second optical element 7 includes an incident surface 7A on which the laser light from the optical element 6 is incident and an emission surface 7B on which the laser light from the incident surface 7A is emitted.

本実施形態においては、第１光学素子６及び第２光学素子７のそれぞれは、屈折レンズ（幾何光学的レンズ）である。第１光学素子６の入射面６Ａは、ＸＹ平面とほぼ平行な平面であり、射出面６Ｂは、＋Ｚ側（レーザ光源２と反対側）に向かって凸状の曲面である。すなわち、本実施形態の第１光学素子６は、所謂平凸レンズである。第２光学素子７の入射面７Ａは、ＸＹ平面とほぼ平行な平面であり、射出面７Ｂは、＋Ｚ側（レーザ光源２と反対側）に向かって凹む曲面である。すなわち、本実施形態の第２光学素子７は、所謂平凹レンズである。   In the present embodiment, each of the first optical element 6 and the second optical element 7 is a refractive lens (geometric optical lens). The incident surface 6A of the first optical element 6 is a plane substantially parallel to the XY plane, and the exit surface 6B is a curved surface that is convex toward the + Z side (the side opposite to the laser light source 2). That is, the first optical element 6 of the present embodiment is a so-called plano-convex lens. The incident surface 7A of the second optical element 7 is a plane substantially parallel to the XY plane, and the exit surface 7B is a curved surface that is recessed toward the + Z side (the side opposite to the laser light source 2). That is, the second optical element 7 of the present embodiment is a so-called plano-concave lens.

第１光学素子６及び第２光学素子７を含む光学系８は、レーザ光源２から入射された複数のレーザ光を集光して射出する。また、光学系８は、射出する複数のレーザ光（光線群）を平行にする。すなわち、本実施形態の光学系８は、入射した光を集光して射出する集光光学系としての機能と、射出する光を平行にするコリメート光学系（平行化光学系、視準光学系）としての機能とを有する。本実施形態においては、光学系８のうち、第１光学素子６が、主に集光機能を発揮し、第２光学素子７が、主にコリメート機能（平行化機能、視準機能）を発揮する。   The optical system 8 including the first optical element 6 and the second optical element 7 condenses and emits a plurality of laser beams incident from the laser light source 2. The optical system 8 collimates a plurality of emitted laser beams (light beam groups). That is, the optical system 8 of the present embodiment has a function as a condensing optical system that condenses and emits incident light, and a collimating optical system (a collimating optical system, a collimating optical system that collimates the emitted light. ) As a function. In the present embodiment, in the optical system 8, the first optical element 6 mainly exhibits a condensing function, and the second optical element 7 mainly exhibits a collimating function (a collimating function, a collimating function). To do.

光学系８は、レーザ光源２より射出され、回折光学素子５に入射させる複数のレーザ光（光線群）を集光し、平行化（視準化）し、その集光し、平行化（視準化）したレーザ光を、回折光学素子５に入射させる。   The optical system 8 condenses, collimates (collimates) a plurality of laser beams (light beam groups) emitted from the laser light source 2 and incident on the diffractive optical element 5, condenses them, and collimates them (views). The normalized laser beam is incident on the diffractive optical element 5.

光学系８は、レーザ光源２より射出されたレーザ光の少なくとも一部を所定面１１の中央側に集光させる。本実施形態においては、光学系８（及び回折光学素子５）は、所定部材１０の所定面１１に対して＋Ｘ側にずれるように配置されており、光学系８は、レーザ光源２より射出されたレーザ光の少なくとも一部を−Ｘ側に集光させる。   The optical system 8 condenses at least a part of the laser light emitted from the laser light source 2 on the center side of the predetermined surface 11. In the present embodiment, the optical system 8 (and the diffractive optical element 5) is disposed so as to be shifted to the + X side with respect to the predetermined surface 11 of the predetermined member 10, and the optical system 8 is emitted from the laser light source 2. At least a part of the laser beam is condensed on the −X side.

回折光学素子５は、光学系８からのレーザ光が入射する入射面３、及び入射面３からのレーザ光が射出する射出面４を有し、入射面３に入射したレーザ光を回折して回折光を生成し、所定面１１に供給するためのレーザ光を射出面４より射出する。   The diffractive optical element 5 has an incident surface 3 on which the laser light from the optical system 8 is incident and an emission surface 4 on which the laser light from the incident surface 3 is emitted, and diffracts the laser light incident on the incident surface 3. Laser light for generating diffracted light and supplying it to the predetermined surface 11 is emitted from the emission surface 4.

回折光学素子５の入射面３には、光学系８からの平行化されたレーザ光が照射される。本実施形態においては、回折光学素子５の入射面３は、ＸＹ平面とほぼ平行であり、光学系８は、Ｚ軸とほぼ平行なレーザ光を射出する。すなわち、本実施形態においては、回折光学素子５の入射面３には、光学系８からのレーザ光がほぼ垂直に入射する。また、本実施形態においては、回折光学素子５の射出面４も、ＸＹ平面とほぼ平行である。   The incident surface 3 of the diffractive optical element 5 is irradiated with collimated laser light from the optical system 8. In the present embodiment, the incident surface 3 of the diffractive optical element 5 is substantially parallel to the XY plane, and the optical system 8 emits laser light substantially parallel to the Z axis. That is, in the present embodiment, the laser light from the optical system 8 is incident on the incident surface 3 of the diffractive optical element 5 substantially perpendicularly. In the present embodiment, the exit surface 4 of the diffractive optical element 5 is also substantially parallel to the XY plane.

回折光学素子５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５は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram;ＣＧＨ）を含む。   The diffractive optical element 5 is made of a material that can transmit laser light, such as quartz (glass), transparent synthetic resin, or the like. The diffractive optical element 5 of this embodiment includes a computer generated hologram (CGH).

回折光学素子（ホログラム素子）５は、照明領域設定機能、拡散光生成機能（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５を含む光源装置１は、レーザ光源２から射出され、光学系８を介して供給されたレーザ光に基づいて、所定面１１を所定の照明領域で照明する。また、拡散光生成機能を有する回折光学素子５を含む光源装置１は、所定面１１の照明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５を含む光源装置１は、回折光学素子５の射出面４から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で所定面１１を照明する。   The diffractive optical element (hologram element) 5 has an illumination area setting function, a diffused light generation function (illuminance uniformity function), and an enlarged illumination function. A light source device 1 including a diffractive optical element 5 having an illumination area setting function illuminates a predetermined surface 11 with a predetermined illumination area based on laser light emitted from a laser light source 2 and supplied via an optical system 8. . Further, the light source device 1 including the diffractive optical element 5 having a diffused light generation function equalizes the illuminance of at least a part of the illumination area of the predetermined surface 11. Further, the light source device 1 including the diffractive optical element 5 having an enlarged illumination function illuminates the predetermined surface 11 with an illumination area larger than an emission area where light is emitted from the emission surface 4 of the diffractive optical element 5.

図３は、回折光学素子の一例を示す模式図であって、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図３において、回折光学素子５は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）５Ｍを有している。凹部５Ｍは、互いに異なる深さを有している。また、凹部５Ｍどうしの間の複数の凸部も互いに異なる高さを有している。そして、凹部５Ｍどうしのピッチｄ及び凹部５Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含む回折光学素子５の表面条件を適宜調整することにより、回折光学素子５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。   3A and 3B are schematic diagrams illustrating an example of a diffractive optical element, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 3, the diffractive optical element 5 has a plurality of rectangular recesses (uneven structure) 5M on its surface. The recesses 5M have different depths. The plurality of convex portions between the concave portions 5M also have different heights. Then, by appropriately adjusting the surface conditions of the diffractive optical element 5 including the pitch d between the concave parts 5M and the depth (height of the convex part) t of the concave parts 5M, a predetermined function (illumination area setting) is set in the diffractive optical element 5. Function, diffuse light generation function, and magnified illumination function). As a design method for optimizing the surface condition, a predetermined calculation method (simulation method) such as an iterative Fourier method is exemplified.

なお、回折光学素子５としては、矩形の凹部５Ｍ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５としては、図４に示すような、斜面を有する三角形状の凹部を有するものであってもよい。また回折光学素子５としては、図３に示したような矩形状の凹部５Ｍを有する領域と、図４に示したような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５を形成することができる。   Note that the diffractive optical element 5 is not limited to the one having the rectangular recess 5M, and may have a surface in which planes facing different directions are combined. For example, the diffractive optical element 5 may have a triangular recess having a slope as shown in FIG. Further, the diffractive optical element 5 may have a region having a rectangular recess 5M as shown in FIG. 3 and a region having a triangular recess as shown in FIG. . Then, by optimizing the surface conditions, the diffractive optical element 5 having a desired function can be formed.

図１に示すように、角度調整用光学素子９は、レーザ光が入射する入射面９Ａ、及び入射面９Ａからのレーザ光が射出する射出面９Ｂを有し、入射面９Ａより入射したレーザ光の射出角度を調整して、射出面９Ｂより射出する。本実施形態においては、角度調整用光学素子９は、回折光学素子５と所定面１１との間に配置されており、角度調整用光学素子９の入射面９Ａには、回折光学素子５からのレーザ光が入射する。本実施形態においては、角度調整用光学素子９は、屈折レンズ（フィールドレンズ）である。屈折レンズは、例えば球面レンズ、又は非球面レンズ等の光軸に対して回転対称な軸対象レンズを含む。あるいは、角度調整用光学素子９はフレネルレンズ等を含むものでもよい。角度調整用光学素子９は、射出面９Ｂから射出されるレーザ光の射出角度、ひいては所定面１１に対するレーザ光（照射光）の入射角度を調整可能である。   As shown in FIG. 1, the angle adjusting optical element 9 has an incident surface 9A on which laser light is incident and an exit surface 9B on which laser light from the incident surface 9A is emitted, and the laser light incident from the incident surface 9A. The injection angle is adjusted to be emitted from the emission surface 9B. In the present embodiment, the angle adjusting optical element 9 is disposed between the diffractive optical element 5 and the predetermined surface 11, and the incident surface 9 </ b> A of the angle adjusting optical element 9 is separated from the diffractive optical element 5. Laser light is incident. In the present embodiment, the angle adjusting optical element 9 is a refractive lens (field lens). The refractive lens includes an axial target lens that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, such as a spherical lens or an aspherical lens. Alternatively, the angle adjusting optical element 9 may include a Fresnel lens or the like. The angle adjusting optical element 9 is capable of adjusting the emission angle of the laser light emitted from the emission surface 9B, and hence the incident angle of the laser light (irradiation light) with respect to the predetermined surface 11.

図１及び図２に示すように、本実施形態においては、光学系８は、その光学系８の光軸が、所定面１１と交差しないように配置されている。換言すれば、ＸＹ平面において、光学系８の光軸と所定面１１とが重ならないように、それら光学系８と所定面１１とが、所定の位置関係で配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, the optical system 8 is arranged so that the optical axis of the optical system 8 does not intersect the predetermined surface 11. In other words, on the XY plane, the optical system 8 and the predetermined surface 11 are arranged in a predetermined positional relationship so that the optical axis of the optical system 8 and the predetermined surface 11 do not overlap.

本実施形態においては、光学系８の光軸とＺ軸とがほぼ平行であり、光学系８から射出される集光、平行化後のレーザ光は、光軸に沿って進行する。本実施形態においては、所定面１１は、光学系８から射出され、回折光学素子５に入射するレーザ光（集光、平行化後のレーザ光）の延長線上から外れた位置に設けられている。   In the present embodiment, the optical axis of the optical system 8 and the Z-axis are substantially parallel, and the condensed and collimated laser light emitted from the optical system 8 travels along the optical axis. In the present embodiment, the predetermined surface 11 is provided at a position off the extension line of the laser light (laser light after being condensed and collimated) emitted from the optical system 8 and incident on the diffractive optical element 5. .

また、回折光学素子５は、その回折光学素子５から発生する０次光が、所定面１１に入射しないように配置されている。換言すれば、入射面１１は、回折光学素子５から発生する０次光が入射されない位置に設けられている。そして、回折光学素子５は、発生した１次光で、角度調整用光学素子９を介して、所定面１１を照明する。   Further, the diffractive optical element 5 is arranged so that the 0th-order light generated from the diffractive optical element 5 does not enter the predetermined surface 11. In other words, the incident surface 11 is provided at a position where zero-order light generated from the diffractive optical element 5 is not incident. The diffractive optical element 5 illuminates the predetermined surface 11 with the generated primary light via the angle adjusting optical element 9.

上述のように、回折光学素子５と所定面１１との間には角度調整用光学素子９が設けられている。角度調整用光学素子９は、回折光学素子５からの１次光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する。角度調整用光学素子９は、回折光学素子５から照射された光の射出角度、ひいては所定面１１に対する光の入射角度を調整可能である。   As described above, the angle adjusting optical element 9 is provided between the diffractive optical element 5 and the predetermined surface 11. The angle adjusting optical element 9 is irradiated with the primary light from the diffractive optical element 5 and adjusts the emission angle of the emitted light. The angle adjusting optical element 9 can adjust the emission angle of light emitted from the diffractive optical element 5, and hence the incident angle of light with respect to the predetermined surface 11.

次に、光源装置１の動作の一例について説明する。複数のレーザ光源２のそれぞれから射出されたレーザ光は、光学系８の第１光学素子６に入射し、その第１光学素子６を通過した後、第２光学素子７に入射し、その第２光学素子７を通過して、光学系８より射出される。光学系８は、回折光学素子５に入射させる複数のレーザ光（光線群）を集光し、平行化する。光学系８より射出されたレーザ光は、回折光学素子５の入射面３に入射し、その回折光学素子５を通過した後、回折光学素子５の射出面４より射出される。回折光学素子５は、入射面３より入射したレーザ光により回折光を生成し、射出面４より射出する。   Next, an example of the operation of the light source device 1 will be described. The laser light emitted from each of the plurality of laser light sources 2 enters the first optical element 6 of the optical system 8, passes through the first optical element 6, enters the second optical element 7, and the first optical element 6. 2 Passes through the optical element 7 and is emitted from the optical system 8. The optical system 8 collects and collimates a plurality of laser beams (light beam groups) incident on the diffractive optical element 5. The laser light emitted from the optical system 8 is incident on the incident surface 3 of the diffractive optical element 5, passes through the diffractive optical element 5, and is then emitted from the emergent surface 4 of the diffractive optical element 5. The diffractive optical element 5 generates diffracted light by the laser light incident from the incident surface 3 and emits it from the exit surface 4.

回折光学素子３の射出面４から射出されたレーザ光（回折光、１次光）は、角度調整用光学素子９の入射面９Ａに入射し、その角度調整用光学素子９を通過した後、角度調整用光学素子９の射出面９Ｂより射出される。角度調整用光学素子９は、入射面９Ａより入射したレーザ光の射出角度を調整して、射出面９Ｂより射出する。角度調整用光学素子９の射出面９Ｂから射出されたレーザ光は、所定面１１に照射される。光学系８、回折光学素子５、及び角度調整用光学素子９を介したレーザ光は、所定面１１の所定領域（例えば矩形状の領域）に対して所定の入射角度で入射する。このように、本実施形態の光源装置１は、所定面１１を所定の照明領域（矩形状の照明領域）で照明する。   Laser light (diffracted light, primary light) emitted from the exit surface 4 of the diffractive optical element 3 is incident on the incident surface 9A of the angle adjusting optical element 9 and passes through the angle adjusting optical element 9. The light is emitted from the exit surface 9B of the angle adjusting optical element 9. The angle adjusting optical element 9 adjusts the emission angle of the laser beam incident from the incident surface 9A and emits the light from the emission surface 9B. The laser beam emitted from the emission surface 9B of the angle adjusting optical element 9 is applied to the predetermined surface 11. Laser light that has passed through the optical system 8, the diffractive optical element 5, and the angle adjusting optical element 9 is incident on a predetermined area (for example, a rectangular area) of the predetermined surface 11 at a predetermined incident angle. As described above, the light source device 1 of the present embodiment illuminates the predetermined surface 11 with the predetermined illumination area (rectangular illumination area).

以上説明したように、本実施形態によれば、複数のレーザ光源２を設けたので、所定面１１を照明するための高い照度（輝度）を有する照射光を生成でき、所定面１１を良好に照明できる。また、複数のレーザ光源２のそれぞれから射出された複数のレーザ光を所定面１１の中央側に集光する光学系８を設け、その光学系８で集光した光を回折光学素子５に入射させるようにしたので、所定面１１を効率良く照明できる照射光を生成できる。そして、複数のレーザ光を所定面１１の中央側に集光することによって、高い回折効率を実現でき、光利用効率の高い光源装置１を実現できる。   As described above, according to the present embodiment, since a plurality of laser light sources 2 are provided, irradiation light having high illuminance (luminance) for illuminating the predetermined surface 11 can be generated, and the predetermined surface 11 can be improved. Can be illuminated. In addition, an optical system 8 that condenses a plurality of laser beams emitted from each of the plurality of laser light sources 2 on the center side of the predetermined surface 11 is provided, and the light condensed by the optical system 8 enters the diffractive optical element 5. Therefore, it is possible to generate irradiation light that can efficiently illuminate the predetermined surface 11. Then, by condensing a plurality of laser beams on the center side of the predetermined surface 11, high diffraction efficiency can be realized, and the light source device 1 with high light utilization efficiency can be realized.

例えば、図５に示すように、光学系８を設けず、複数のレーザ光源２のそれぞれに対応するように回折光学素子５を複数設け、それら各回折光学素子５から発生した光で所定面１１を重畳的に照明する場合について考える。図５において、複数のレーザ光源２のうち、所定面１１に対して遠い位置に配置されたレーザ光源２Ｔに対応する回折光学素子５Ｔは、発生する回折光（１次光）で所定面１１を照明するために、その発生する回折光の角度（回折角）を大きくする必要がある。換言すれば、回折光学素子５Ｔは、回折角が大きくなるように設計される必要がある。   For example, as shown in FIG. 5, the optical system 8 is not provided, but a plurality of diffractive optical elements 5 are provided so as to correspond to the plurality of laser light sources 2, and the predetermined surface 11 is formed by light generated from each of the diffractive optical elements 5. Consider the case of illuminating in a superimposed manner. In FIG. 5, among the plurality of laser light sources 2, the diffractive optical element 5T corresponding to the laser light source 2T disposed at a position distant from the predetermined surface 11 causes the diffracted light (primary light) to be generated. In order to illuminate, it is necessary to increase the angle (diffraction angle) of the generated diffracted light. In other words, the diffractive optical element 5T needs to be designed so that the diffraction angle becomes large.

一般に、回折光学素子５から発生する回折光の角度（回折角）が小さいほど、回折効率（回折光学素子５に入射する光強度ＩＯと回折光学素子５より射出する光強度ＩＰとの比＝ＩＰ／ＩＯ）は大きくなる。したがって、図５に示す例では、回折光学素子５Ｔから発生する回折光の所定面１１での照度は、他の回折光学素子５から発生する回折光の所定面１１での照度よりも小さくなってしまう可能性がある。この場合、レーザ光源２Ｔの性能を十分に発揮することができず、照明効率が低下する。 The ratio of the general, diffraction as the angle of the diffracted light generated from the optical element 5 (diffraction angle) is small, the diffraction efficiency (the light intensity emitted from the diffractive optical element 5 and the light intensity I O that enters the diffractive optical element 5 I P = I P / I O ) increases. Therefore, in the example shown in FIG. 5, the illuminance on the predetermined surface 11 of the diffracted light generated from the diffractive optical element 5T is smaller than the illuminance on the predetermined surface 11 of the diffracted light generated from the other diffractive optical elements 5. There is a possibility. In this case, the performance of the laser light source 2T cannot be fully exhibited, and the illumination efficiency is lowered.

このように、複数のレーザ光源２のそれぞれに対応するように回折光学素子５を複数設け、それら各回折光学素子５から発生した光で所定面１１を重畳的に照明する場合において、所定面１１と各回折光学素子５との位置関係等によっては、複数の回折光学素子５のうち、ある回折光学素子５（図５においては回折光学素子５Ｔ）の回折角を大きくしなければならない状況が生じ、その回折光学素子５（５Ｔ）の回折効率の低下を招くおそれがある。   As described above, when a plurality of diffractive optical elements 5 are provided so as to correspond to each of the plurality of laser light sources 2 and the predetermined surface 11 is illuminated in a superimposed manner with the light generated from each of the diffractive optical elements 5, the predetermined surface 11 Depending on the positional relationship between the diffractive optical element 5 and the diffractive optical element 5, a situation occurs in which the diffraction angle of a certain diffractive optical element 5 (the diffractive optical element 5 T in FIG. 5) must be increased. The diffraction efficiency of the diffractive optical element 5 (5T) may be reduced.

本実施形態によれば、複数のレーザ光源２のそれぞれから射出された複数のレーザ光を光学系８で所定面１１の中央側に集光し、その集光した光を回折光学素子５に入射させるので、高い回折効率を実現できる。したがって、回折光学素子５の高い回折効率が得られるように光源装置１及び回折光学素子５を設計することによって、高い回折効率を有する回折光学素子５を含む光源装置１を用いて、高い照明効率で所定面１１を良好に照明できる。   According to this embodiment, a plurality of laser beams emitted from each of the plurality of laser light sources 2 are condensed on the center side of the predetermined surface 11 by the optical system 8, and the collected light is incident on the diffractive optical element 5. Therefore, high diffraction efficiency can be realized. Therefore, by designing the light source device 1 and the diffractive optical element 5 so that the high diffraction efficiency of the diffractive optical element 5 can be obtained, a high illumination efficiency can be obtained using the light source device 1 including the diffractive optical element 5 having high diffraction efficiency. Thus, the predetermined surface 11 can be illuminated well.

本実施形態においては、光学系８の光軸と所定面１１とが交差しない位置関係となる範囲内において、最も高い回折効率で、所定面１１を照明するための光（回折光、１次光）を回折光学素子５が発生できるように、光学系８、回折光学素子５、回折光学素子５と所定面１１との位置関係等が調整（最適化）されている。例えば、光学系８の光軸と所定面１１のエッジ（又はエッジの外側の近傍）とが交差するように光学系８及び回折光学素子５と所定面１１との位置関係が調整されるとともに、その位置関係で、最も高い回折効率で、所定面１１を照明するための光を回折光学素子５が発生できるように、光学系８及び回折光学素子５が調整される。   In the present embodiment, light for illuminating the predetermined surface 11 (diffracted light, primary light) with the highest diffraction efficiency within a range where the optical axis of the optical system 8 and the predetermined surface 11 do not intersect each other. ) Is adjusted (optimized) so that the diffractive optical element 5 can generate the optical system 8, the diffractive optical element 5, and the positional relationship between the diffractive optical element 5 and the predetermined surface 11. For example, the positional relationship between the optical system 8 and the diffractive optical element 5 and the predetermined surface 11 is adjusted so that the optical axis of the optical system 8 and the edge of the predetermined surface 11 (or the vicinity of the outside of the edge) intersect, In this positional relationship, the optical system 8 and the diffractive optical element 5 are adjusted so that the diffractive optical element 5 can generate light for illuminating the predetermined surface 11 with the highest diffraction efficiency.

また、本実施形態においては、光源装置１は複数のレーザ光源２を備えているので、スペックルパターンの発生を抑えることもできる。スペックルパターンとは、レーザ光のようなコヒーレント光で散乱面を照射し、その散乱光を観察したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様をいう。散乱面の各点で発生した散乱光は、互いにランダムな位相関係で干渉し、その結果複雑な干渉パターンを生じ、所定面１１を不均一な照度分布で照明する可能性がある。本実施形態では、光源装置１は複数のレーザ光源２を備えており、それら複数のレーザ光源２のそれぞれから射出されたレーザ光は互いにインコヒーレントであるため、互いに異なる照度分布（輝度分布）を持つ光で所定面１１を照明することとなる。そのため、それら各レーザ光に基づく照射光を所定面１１に照射することにより、見た目上のスペックルパターンを低減し、所定面１１での照度分布をほぼ均一にすることができる。   In the present embodiment, since the light source device 1 includes the plurality of laser light sources 2, generation of speckle patterns can be suppressed. The speckle pattern refers to a spotted pattern with high contrast generated in space when a scattering surface is irradiated with coherent light such as laser light and the scattered light is observed. Scattered light generated at each point on the scattering surface interferes with each other in a random phase relationship, resulting in a complicated interference pattern, which may illuminate the predetermined surface 11 with a non-uniform illumination distribution. In the present embodiment, the light source device 1 includes a plurality of laser light sources 2, and the laser beams emitted from each of the plurality of laser light sources 2 are incoherent with each other, and therefore have different illuminance distributions (luminance distributions). The predetermined surface 11 is illuminated with the light it has. Therefore, by irradiating the predetermined surface 11 with irradiation light based on these laser beams, the apparent speckle pattern can be reduced, and the illuminance distribution on the predetermined surface 11 can be made substantially uniform.

また、本実施形態においては、光学系８は、回折光学素子５に入射させる複数のレーザ光（光線群）を平行にするコリメート機能（平行化機能、視準機能）も有しているため、そのコリメートされたレーザ光が入射される回折光学素子５は、高い回折効率で、所望の回折光を良好に生成できる。また、回折光学素子５の入射面３に入射する光をコリメートし、回折光学素子５の入射面３に入射する光の波面をフラットにすることで、所望の回折光を発生させるための回折光学素子５を設計するときの負担、及び光源装置１を製造するときの負担を軽減できる。回折光学素子５に入射させる複数のレーザ光（光線群）を平行化しなくても、回折光学素子５で所望の回折光を生成できるが、その場合、所望の回折光を発生させるための回折光学素子５の設計が複雑になったり、製造が複雑になったり、光源装置１の製造が複雑になったりする可能性がある。回折光学素子５に入射させる複数のレーザ光（光線群）を平行化することによって、回折光学素子５を設計するときの負担、光源装置１を製造するときの負担を軽減できる。   In the present embodiment, the optical system 8 also has a collimating function (a collimating function, a collimating function) for collimating a plurality of laser beams (light beam groups) incident on the diffractive optical element 5. The diffractive optical element 5 on which the collimated laser light is incident can satisfactorily generate desired diffracted light with high diffraction efficiency. Further, the light incident on the incident surface 3 of the diffractive optical element 5 is collimated, and the wavefront of the light incident on the incident surface 3 of the diffractive optical element 5 is flattened to generate the desired diffracted light. The burden when designing the element 5 and the burden when manufacturing the light source device 1 can be reduced. The diffractive optical element 5 can generate desired diffracted light without parallelizing a plurality of laser beams (light beam groups) incident on the diffractive optical element 5, but in this case, diffractive optics for generating the desired diffracted light is used. There is a possibility that the design of the element 5 becomes complicated, the manufacture becomes complicated, and the manufacture of the light source device 1 becomes complicated. By collimating a plurality of laser beams (light beam groups) incident on the diffractive optical element 5, it is possible to reduce a burden when designing the diffractive optical element 5 and a burden when manufacturing the light source device 1.

また、本実施形態においては、光学系８の第１光学素子６及び第２光学素子７は、屈折レンズなので、光学系８を構築する際の設計上、製造上の負担を軽減できる。   In the present embodiment, since the first optical element 6 and the second optical element 7 of the optical system 8 are refractive lenses, the burden on manufacturing can be reduced in designing the optical system 8.

また、本実施形態においては、回折光学素子５は、その回折光学素子５から発生する０次光が、所定面１１に入射しないように配置される。これにより、たとえ、回折光学素子５から０次光が発生しても、その０次光が所定面１１に入射することを抑制できる。したがって、所定面１１を所望状態で照明できる。   In the present embodiment, the diffractive optical element 5 is arranged so that the 0th-order light generated from the diffractive optical element 5 does not enter the predetermined surface 11. Thereby, even if zero-order light is generated from the diffractive optical element 5, it is possible to suppress the zero-order light from entering the predetermined surface 11. Therefore, the predetermined surface 11 can be illuminated in a desired state.

本実施形態においては、回折光学素子５は、上述の反復フーリエ法等の所定の手法を用いて、０次光を発生させないように設計され、発生した１次光によって、均一な照度分布で所定面１１を照明できるように設計されているが、例えば回折光学素子５を製造するときの製造誤差（プロセス誤差）、レーザ光源２から射出されるレーザ光の波長誤差等に起因して、回折光学素子５より０次光が発生してしまう可能性がある。なお、レーザ光源２から射出されるレーザ光の波長の誤差（ぶれ）は、例えば温度変化に起因する。０次光は、回折光学素子５に入射するレーザ光の延長線上に形成される場合が多い。すなわち、図１においては、０次光は、回折光学素子５の射出面４の法線方向（Ｚ軸方向）に射出される場合が多い。そのような場合において、所定面１１が、回折光学素子５に入射するレーザ光の延長線上（本実施形態では、光学系８の光軸と交差する位置）に配置されている場合、所定面１１に、０次光が照射されてしまう可能性がある。所定面１１に０次光が照射された場合、所定面１１のうち、０次光が照射された部分の照度（輝度）が局所的に増大する場合がある。その場合、所定面１１を均一な照度分布の照射光で照明できなくなる。後述するように、所定面１１が、プロジェクタの空間光変調装置の入射面である場合、０次光に基づく照度（輝度）の局所的な増大により、形成される画像は不良となる。本実施形態では、所定面１１は、光学系８から回折光学素子５に入射するレーザ光の延長線上から外れた位置（光学系８の光軸と交差しない位置）に配置されるので、仮に回折光学素子５から０次光が発生しても、その０次光が所定面１１に照射されることを抑制することができる。したがって、所定面１１を均一な照度分布で照明できる。   In the present embodiment, the diffractive optical element 5 is designed so as not to generate zero-order light using a predetermined method such as the above-described iterative Fourier method, and is generated with a uniform illuminance distribution by the generated primary light. Although designed to illuminate the surface 11, for example, due to manufacturing errors (process errors) when manufacturing the diffractive optical element 5, wavelength errors of the laser light emitted from the laser light source 2, etc., diffractive optics There is a possibility that zero-order light is generated from the element 5. The error (blurring) in the wavelength of the laser light emitted from the laser light source 2 is caused by, for example, a temperature change. In many cases, the zero-order light is formed on an extension line of the laser light incident on the diffractive optical element 5. That is, in FIG. 1, the 0th-order light is often emitted in the normal direction (Z-axis direction) of the exit surface 4 of the diffractive optical element 5. In such a case, when the predetermined surface 11 is disposed on the extended line of the laser light incident on the diffractive optical element 5 (in the present embodiment, the position intersecting the optical axis of the optical system 8), the predetermined surface 11 In addition, zero-order light may be irradiated. When the predetermined surface 11 is irradiated with the 0th order light, the illuminance (luminance) of the portion of the predetermined surface 11 irradiated with the 0th order light may increase locally. In this case, the predetermined surface 11 cannot be illuminated with irradiation light having a uniform illuminance distribution. As will be described later, when the predetermined surface 11 is the incident surface of the spatial light modulation device of the projector, an image to be formed becomes defective due to local increase in illuminance (luminance) based on the 0th-order light. In the present embodiment, the predetermined surface 11 is disposed at a position off the extended line of the laser light incident on the diffractive optical element 5 from the optical system 8 (a position not intersecting with the optical axis of the optical system 8). Even if zero-order light is generated from the optical element 5, it is possible to suppress the zero-order light from being irradiated onto the predetermined surface 11. Therefore, the predetermined surface 11 can be illuminated with a uniform illuminance distribution.

また、ＸＹ平面において、光学系８の光軸と所定面１１とが重ならないように、それら光学系８と所定面１１との位置関係を調整することによって、光学系８から射出された光が所定面１１に直接的に供給されることを抑制できる。例えば、回折光学素子５を保持する保持部材等が劣化する等、何らかの理由で回折光学素子５が光学系８と所定面１１との間の所定位置から移動してしまったり、あるいは、何らかの理由で回折光学素子５が損傷してしまったりする状況が発生する可能性がある。その場合、光学系８の光軸と所定面１１とが交差するように、光学系８と所定面１１との位置関係が設定されていると、光学系８より射出されたレーザ光が、直接的に所定面１１に供給されてしまう状況が発生する可能性がある。この場合、所定面１１に、回折光学素子５を介していない（回折されていない）レーザ光が入射することとなり、所定面１１にダメージを与える可能性がある。本実施形態においては、光学系８は、その光軸が所定面１１と交差しないように配置されているので、上述の不具合の発生を抑制できる。   Further, in the XY plane, the light emitted from the optical system 8 is adjusted by adjusting the positional relationship between the optical system 8 and the predetermined surface 11 so that the optical axis of the optical system 8 and the predetermined surface 11 do not overlap. Direct supply to the predetermined surface 11 can be suppressed. For example, the diffractive optical element 5 may have moved from a predetermined position between the optical system 8 and the predetermined surface 11 for some reason, such as deterioration of a holding member that holds the diffractive optical element 5, or for some reason. There is a possibility that the diffractive optical element 5 may be damaged. In this case, if the positional relationship between the optical system 8 and the predetermined surface 11 is set so that the optical axis of the optical system 8 and the predetermined surface 11 intersect, the laser light emitted from the optical system 8 is directly Therefore, there is a possibility that a situation occurs in which the predetermined surface 11 is supplied. In this case, laser light that does not pass through the diffractive optical element 5 (not diffracted) enters the predetermined surface 11, which may damage the predetermined surface 11. In the present embodiment, the optical system 8 is arranged so that its optical axis does not intersect the predetermined surface 11, so that the occurrence of the above-described problems can be suppressed.

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。 <Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In the following description, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

図６は、第２実施形態に係る光源装置１を示す概略構成図である。上述の第１実施形態においては、光学系８は、その光軸が、所定面１１と交差しないように配置されているが、図６に示すように、光学系８の光軸と所定面１１とが交差するように、光学系８と所定面１１との位置関係を設定してもよい。また、所定面１１が、光学系８から射出され、回折光学素子５に入射するレーザ光（集光、平行化後のレーザ光）の延長線上に配置されていてもよい。上述の第１実施形態で述べた不具合の発生が十分に抑制されているならば、図６に示すような構成とすることにより、光源装置１のコンパクト化を図ることができる。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating the light source device 1 according to the second embodiment. In the first embodiment described above, the optical system 8 is arranged so that its optical axis does not intersect the predetermined surface 11, but as shown in FIG. 6, the optical axis of the optical system 8 and the predetermined surface 11 are arranged. The positional relationship between the optical system 8 and the predetermined surface 11 may be set so that. The predetermined surface 11 may be disposed on an extension line of laser light (laser light after being condensed and collimated) that is emitted from the optical system 8 and incident on the diffractive optical element 5. If generation | occurrence | production of the malfunction described in the above-mentioned 1st Embodiment is fully suppressed, the compaction of the light source device 1 can be achieved by setting it as a structure as shown in FIG.

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態に係る光学系８を示す図である。上述の実施形態においては、光学系８の第１光学素子６は、平凸レンズであり、第２光学素子７は、平凹レンズであったが、図７に示すように、第１光学素子６の入射面６Ａを、−Ｚ側（レーザ光源２側）に向かって凸状の曲面とし、射出面６Ｂを、ＸＹ平面とほぼ平行な平面としてもよい。図７に示す光学系８も、集光機能、及びコリメート機能を有する。 <Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram showing an optical system 8 according to the third embodiment. In the above-described embodiment, the first optical element 6 of the optical system 8 is a plano-convex lens and the second optical element 7 is a plano-concave lens. However, as shown in FIG. The incident surface 6A may be a curved surface convex toward the −Z side (laser light source 2 side), and the emission surface 6B may be a plane substantially parallel to the XY plane. The optical system 8 shown in FIG. 7 also has a light collecting function and a collimating function.

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。図８は、第４実施形態に係る光学系８を示す図である。上述の実施形態においては、光学系８の第１光学素子６及び第２光学素子７は、屈折レンズであったが、図８に示すように、第１光学素子６及び第２光学素子７のそれぞれを、フレネルレンズとしてもよい。本実施形態においては、第１光学素子６は、平凸型フレネルレンズであり、第２光学素子７は、平凹型フレネルレンズである。フレネルレンズを用いることにより、光学系８の小型化を図ることができる。図８に示す光学系８も、集光機能、及びコリメート機能を有する。 <Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram showing an optical system 8 according to the fourth embodiment. In the above embodiment, the first optical element 6 and the second optical element 7 of the optical system 8 are refractive lenses. However, as shown in FIG. Each may be a Fresnel lens. In the present embodiment, the first optical element 6 is a plano-convex Fresnel lens, and the second optical element 7 is a plano-concave Fresnel lens. By using the Fresnel lens, the optical system 8 can be downsized. The optical system 8 shown in FIG. 8 also has a light collecting function and a collimating function.

なお、第１光学素子６及び第２光学素子７の一方を屈折レンズとし、他方をフレネルレンズとしてもよい。また、第１光学素子６及び第２光学素子７の少なくとも一方を、回折光学素子としてもよい。すなわち、光学系８を、屈折レンズ、フレネルレンズ、及び回折光学素子の少なくとも１つを含むものとすることができる。   One of the first optical element 6 and the second optical element 7 may be a refractive lens, and the other may be a Fresnel lens. Further, at least one of the first optical element 6 and the second optical element 7 may be a diffractive optical element. That is, the optical system 8 can include at least one of a refractive lens, a Fresnel lens, and a diffractive optical element.

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。図９は、第５実施形態に係る光学系８を示す図である。図９に示すように、光学系８を、１つの屈折レンズ６Ｋで構成してもよい。図９に示す例では、光学系８を構成する屈折レンズ６Ｋの入射面は、−Ｚ側（レーザ光源２側）に向かって凸状の曲面であり、射出面は、ＸＹ平面とほぼ平行な平面である。図９に示す光学系８は、集光機能は有するが、コリメート機能は有さない。 <Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram showing an optical system 8 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 9, the optical system 8 may be composed of one refractive lens 6K. In the example shown in FIG. 9, the entrance surface of the refractive lens 6K constituting the optical system 8 is a curved surface convex toward the −Z side (laser light source 2 side), and the exit surface is substantially parallel to the XY plane. It is a plane. The optical system 8 shown in FIG. 9 has a light condensing function but does not have a collimating function.

図９に示す光学系８において、屈折レンズ６Ｋの焦点距離、屈折レンズ６Ｋと回折光学素子５の入射面３との位置関係（距離）等を調整することによって、回折光学素子５に入射させる複数のレーザ光（光線群）をほぼ平行にすることができる。例えば、屈折レンズ６Ｋの入射面に入射するレーザ光の光束の直径を９ｍｍとし、屈折レンズ６Ｋの焦点距離を１５０ｍｍとした場合、回折光学素子５の入射面３に対して、最大で１．７度の入射角度で、屈折レンズ６Ｋ（光学系８）からのレーザ光を入射させることができる。このように、長い焦点距離を有する屈折レンズ６Ｋを用いることにより、回折光学素子５の入射面３に入射する光の波面をフラットに近い状態にすることができる。   In the optical system 8 shown in FIG. 9, by adjusting the focal length of the refractive lens 6K, the positional relationship (distance) between the refractive lens 6K and the incident surface 3 of the diffractive optical element 5, a plurality of light incident on the diffractive optical element 5 is adjusted. Can be made substantially parallel to each other. For example, when the diameter of the laser beam incident on the incident surface of the refractive lens 6K is 9 mm and the focal length of the refractive lens 6K is 150 mm, the maximum is 1.7 with respect to the incident surface 3 of the diffractive optical element 5. The laser beam from the refractive lens 6K (optical system 8) can be incident at an incident angle of degrees. Thus, by using the refractive lens 6K having a long focal length, the wavefront of the light incident on the incident surface 3 of the diffractive optical element 5 can be brought into a nearly flat state.

＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態について説明する。図１０は、第６実施形態に係る光学系８を示す図である。図１０に示すように、光学系８を、１つのフレネルレンズ６Ｆで構成してもよい。図１０に示す光学系８は、集光機能は有するが、コリメート機能は有さない。 <Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram showing an optical system 8 according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 10, the optical system 8 may be composed of one Fresnel lens 6F. The optical system 8 shown in FIG. 10 has a light condensing function but does not have a collimating function.

本実施形態においても、上述の第５実施形態と同様、長い焦点距離を有するフレネルレンズ６Ｆを用いることにより、回折光学素子５の入射面３に入射する光の波面をフラットに近い状態にすることができる。   Also in the present embodiment, the wavefront of light incident on the incident surface 3 of the diffractive optical element 5 is made almost flat by using the Fresnel lens 6F having a long focal length, as in the fifth embodiment. Can do.

＜第７実施形態＞
次に、第７実施形態について説明する。図１１は、第７実施形態に係る光源装置１の一部を示す図、図１２は、図１１の回折光学素子５を示す拡大図である。なお、図１１においては、角度調整用光学素子９の図示を省略してある。 <Seventh embodiment>
Next, a seventh embodiment will be described. FIG. 11 is a view showing a part of the light source device 1 according to the seventh embodiment, and FIG. 12 is an enlarged view showing the diffractive optical element 5 of FIG. In addition, in FIG. 11, illustration of the optical element 9 for angle adjustment is abbreviate | omitted.

図１１及び図１２において、回折光学素子５は、入射部３Ｓ及び射出部４Ｓを有し、入射部３Ｓに入射した光を、射出部４Ｓで回折させる。本実施形態においては、回折光学素子５の入射部３Ｓには、射出部４Ｓに供給される複数のレーザ光（光線群）を平行にするコリメート光学素子６Ｃが配置されている。入射部３Ｓに配置されているコリメート光学素子６Ｃは、フレネルレンズを含む。また、射出部４Ｓには、表面レリーフ型ホログラム素子５Ｈが配置されている。回折光学素子５は、射出部４Ｓに配置されている表面レリーフ型ホログラム素子５Ｈによって、入射部３Ｓに入射され、その入射部３Ｓより射出部４Ｓに供給されたレーザ光を回折させる。   11 and 12, the diffractive optical element 5 has an incident part 3S and an emission part 4S, and diffracts the light incident on the incident part 3S by the emission part 4S. In the present embodiment, a collimating optical element 6 </ b> C that parallelizes a plurality of laser beams (light beam groups) supplied to the emitting unit 4 </ b> S is disposed in the incident unit 3 </ b> S of the diffractive optical element 5. The collimating optical element 6C disposed in the incident portion 3S includes a Fresnel lens. In addition, a surface relief hologram element 5H is disposed in the emission portion 4S. The diffractive optical element 5 is incident on the incident part 3S by the surface relief hologram element 5H arranged in the emission part 4S, and diffracts the laser light supplied from the incident part 3S to the emission part 4S.

図１１に示すように、本実施形態の光学系８は、１つの屈折レンズ６Ｋを有し、集光機能を有するものの、コリメート機能は有さない。本実施形態においては、光学系８が集光機能のみを有する場合であっても、回折光学素子５の入射部３Ｓに配置されたコリメート光学素子６Ｃによって、射出部４Ｓに配置されている表面レリーフ型ホログラム素子５Ｈに入射させる複数のレーザ光（光線群）を平行にすることができる。   As shown in FIG. 11, the optical system 8 of the present embodiment has one refractive lens 6K and has a condensing function, but does not have a collimating function. In the present embodiment, even when the optical system 8 has only a light collecting function, the surface relief disposed in the exit portion 4S by the collimating optical element 6C disposed in the entrance portion 3S of the diffractive optical element 5 is used. A plurality of laser beams (light beam groups) incident on the mold hologram element 5H can be made parallel.

本実施形態においては、部品点数の増大を抑制しつつ、高い回折効率で、所望の回折光を良好に生成できる。   In this embodiment, desired diffracted light can be satisfactorily generated with high diffraction efficiency while suppressing an increase in the number of parts.

＜第８実施形態＞
次に、第８実施形態について説明する。図１３は、第８実施形態に係る回折光学素子５を示す図である。本実施形態の特徴的な部分は、回折光学素子５が、光学系８からの光が入射され、所定面１１に供給するための光をそれぞれ所定の回折効率（回折角）で射出する複数のセル領域５Ｓを有する点にある。セル領域５Ｓのそれぞれは、回折光を生成可能である。なお、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）のそれぞれに示す回折光学素子５の入射面には、光学系８により、集光され、平行化されたレーザ光が入射される。光学系８は、レーザ光により、回折光学素子５の複数のセル領域５Ｓを一括して照明する。なお、セル領域５Ｓは、回折光学素子５の入射面（射出面）と平行なＸＹ平面において、１辺が例えば１ｍｍ程度の正方形状の領域である。 <Eighth Embodiment>
Next, an eighth embodiment will be described. FIG. 13 is a diagram showing a diffractive optical element 5 according to the eighth embodiment. A characteristic part of the present embodiment is that the diffractive optical element 5 receives a light from the optical system 8 and emits light to be supplied to the predetermined surface 11 with a predetermined diffraction efficiency (diffraction angle). The cell region 5S is provided. Each of the cell regions 5S can generate diffracted light. 13A and 13B, the laser beam condensed and collimated by the optical system 8 is incident on the incident surface of the diffractive optical element 5 shown in FIG. 13A and FIG. 13B. The optical system 8 collectively illuminates the plurality of cell regions 5S of the diffractive optical element 5 with laser light. The cell region 5S is a square region having one side of, for example, about 1 mm on the XY plane parallel to the incident surface (exit surface) of the diffractive optical element 5.

図１３（Ａ）においては、セル領域５Ｓのそれぞれから所定面１１に供給される光によって形成される複数の照射領域が、所定面１１において合致するように、回折光学素子５が調整（設計）されている。すなわち、図１３（Ａ）に示す例においては、回折光学素子５は、複数のセル領域５Ｓのそれぞれから発生したレーザ光で、所定面１１の所定領域を重畳的に照明する。   In FIG. 13A, the diffractive optical element 5 is adjusted (designed) so that a plurality of irradiation regions formed by light supplied to the predetermined surface 11 from each of the cell regions 5S coincide on the predetermined surface 11. Has been. That is, in the example shown in FIG. 13A, the diffractive optical element 5 illuminates a predetermined region of the predetermined surface 11 with laser light generated from each of the plurality of cell regions 5S.

図１３（Ａ）に示す例においては、光源装置１は、各セル領域５Ｓから発生した光によって、所定面１１の所定領域を重畳的に照明できるので、所定面１１を高い照度で効率良く照明できる。また、スペックルパターンの発生を抑え、所定面１１をほぼ均一な照度分布で照明できる。   In the example shown in FIG. 13A, the light source device 1 can illuminate the predetermined region of the predetermined surface 11 with light generated from each cell region 5S so that the predetermined surface 11 is efficiently illuminated with high illuminance. it can. Moreover, generation | occurrence | production of a speckle pattern can be suppressed and the predetermined surface 11 can be illuminated with substantially uniform illumination distribution.

図１３（Ｂ）においては、セル領域５Ｓそれぞれの回折効率がほぼ等しくなるように、回折光学素子５が調整（設計）されている。すなわち、図１３（Ｂ）に示す例においては、セル領域５Ｓのそれぞれから発生する回折光の角度（回折角）はほぼ等しい。これにより、各セル領域５Ｓは、高い回折効率で回折光を生成でき、所定面１１を高い照度で効率良く照明できる。また、スペックルパターンの発生を抑えることができる。   In FIG. 13B, the diffractive optical element 5 is adjusted (designed) so that the diffraction efficiencies of the cell regions 5S are substantially equal. That is, in the example shown in FIG. 13B, the angles (diffraction angles) of the diffracted light generated from each of the cell regions 5S are substantially equal. Thereby, each cell region 5S can generate diffracted light with high diffraction efficiency, and can efficiently illuminate the predetermined surface 11 with high illuminance. Moreover, generation | occurrence | production of a speckle pattern can be suppressed.

図１３（Ｂ）に示す例においては、複数のセル領域５Ｓのうち、一部のセル領域５Ｓから発生した回折光の一部は、所定面１１の外側に漏れる可能性があるが、セル領域５Ｓは、高い回折効率で、高い輝度を有する回折光を発生しているので、所定面１１を高い照度で照明できる。そして、各セル領域５Ｓから発生した回折光を、所定面１１で重ねることによって、所定面１１をほぼ均一な照度分布で照明できる。   In the example shown in FIG. 13B, some of the diffracted light generated from some cell regions 5S out of the plurality of cell regions 5S may leak outside the predetermined surface 11. Since 5S generates diffracted light having high diffraction efficiency and high luminance, the predetermined surface 11 can be illuminated with high illuminance. Then, by overlapping the diffracted light generated from each cell region 5S on the predetermined surface 11, the predetermined surface 11 can be illuminated with a substantially uniform illuminance distribution.

なお、上述の第１〜第８実施形態においては、光源装置１は二次元方向（ＸＹ方向）に複数並んだレーザ光源２を有しているが、一次元方向（例えばＸ軸方向）にアレイ状に配置されたレーザ光源２を備えていてもよい。   In the first to eighth embodiments described above, the light source device 1 has a plurality of laser light sources 2 arranged in a two-dimensional direction (XY direction), but is arrayed in a one-dimensional direction (for example, the X-axis direction). You may provide the laser light source 2 arrange | positioned in the shape.

なお、上述の第１〜第８実施形態においては、回折光学素子として透過型の回折光学素子（回折格子）のうち、位相変調型の回折光学素子を用いているが、振幅変調型の回折光学素子を用いることもできる。また、透過型の回折光学素子に限られず、反射型の回折光学素子を用いることもできる。また、例えば、透過型の回折光学素子と、反射型の回折光学素子とを組み合わせてもよい。そして、それら回折光学素子の表面条件を最適化することにより、その回折光学素子に所望の機能を持たせることができる。   In the first to eighth embodiments described above, among the transmission type diffractive optical elements (diffraction gratings), the phase modulation type diffractive optical element is used as the diffractive optical element, but the amplitude modulation type diffractive optical element is used. An element can also be used. Further, the invention is not limited to the transmission type diffractive optical element, and a reflection type diffractive optical element can also be used. Further, for example, a transmissive diffractive optical element and a reflective diffractive optical element may be combined. Then, by optimizing the surface conditions of these diffractive optical elements, the diffractive optical elements can have a desired function.

＜第９実施形態＞
次に、第９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光源装置１を応用した画像表示装置の一例について説明する。 <Ninth Embodiment>
Next, a ninth embodiment will be described. In the present embodiment, an example of an image display device to which the light source device 1 described in each of the above embodiments is applied will be described.

図１４は、上述の各実施形態で説明した光源装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）を備えた画像表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、画像表示装置として、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画像表示装置（プロジェクタ）を例にして説明する。   FIG. 14 is a schematic configuration diagram illustrating an image display device including the light source device 1 (1R, 1G, 1B) described in each of the above-described embodiments. In the present embodiment, a projection type image display device (projector) that projects color light including image information generated by a spatial light modulator on a screen via a projection system will be described as an example of the image display device.

図１４において、投射型画像表示装置ＰＪ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画像表示装置ＰＪは、スクリーン１００を透過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。   In FIG. 14, the projection type image display device PJ includes a projection unit U that projects light including image information on a screen 100 (display surface). An image is formed on the screen 100 by projecting light from the projection unit U onto the screen 100. The projection type image display device PJ of the present embodiment uses the screen 100 as a transmission screen and projects light including image information onto the screen 100 from the front side of the screen 100.

投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で所定面１１を照明可能な第１光源装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で所定面１１を照明可能な第２光源装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で所定面１１を照明可能な第３光源装置１Ｂと、第１光源装置１Ｒで照明される入射面（所定面）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１０Ｒと、第２光源装置１Ｇで照明される入射面（所定面）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１０Ｇと、第３光源装置１Ｂで照明される入射面（所定面）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１０Ｂと、空間光変調装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにより変調された各基本色光を合成する色合成系２０と、色合成系２０で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系２１とを備えている。空間光変調装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ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。   The projection unit U includes a first light source device 1R that can illuminate the predetermined surface 11 with the first basic color light (red light), and a second light source device that can illuminate the predetermined surface 11 with the second basic color light (green light). 1G, a third light source device 1B that can illuminate the predetermined surface 11 with the third basic color light (blue light), and an incident surface (predetermined surface) 11 that is illuminated by the first light source device 1R. It has a first spatial light modulator 10R that modulates light according to image information and an incident surface (predetermined surface) 11 that is illuminated by the second light source device 1G, and illuminates the illuminated light according to image information. A third spatial light modulator 10G having a second spatial light modulator 10G to be modulated and an incident surface (predetermined surface) 11 illuminated by the third light source device 1B, and which modulates the illuminated light in accordance with image information. 10B and the basic color light modulated by the spatial light modulators 10R, 10G, and 10B are combined. Synthesis system 20, the light generated by the color synthesizing system 20 and a projection system 21 for projecting on the screen 100. Each of the spatial light modulation devices 10R, 10G, and 10B includes a liquid crystal device. In the following description, the spatial light modulator is appropriately referred to as a light valve.

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。   The light valve includes an incident-side polarizing plate, a panel having a liquid crystal sealed between a pair of glass substrates, and an emission-side polarizing plate. A pixel electrode and an alignment film are provided on the glass substrate. The light valve constituting the spatial light modulator transmits only light in a predetermined vibration direction, and the basic color light incident on the light valve is light-modulated by passing through the light valve.

第１光源装置１Ｒの複数のレーザ光源２は、赤色（Ｒ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第１光源装置１Ｒは、赤色のレーザ光に基づいて、第１ライトバルブ１０Ｒの入射面１１を照明する。   The plurality of laser light sources 2 of the first light source device 1R each emit red (R) laser light. The first light source device 1R illuminates the incident surface 11 of the first light valve 10R based on the red laser light.

第２光源装置１Ｇの複数のレーザ光源２は、緑色（Ｇ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第２光源装置１Ｇは、緑色のレーザ光に基づいて、第２ライトバルブ１０Ｇの入射面１１を照明する。   The plurality of laser light sources 2 of the second light source device 1G each emit green (G) laser light. The second light source device 1G illuminates the incident surface 11 of the second light valve 10G based on the green laser light.

第３光源装置１Ｂの複数のレーザ光源２は、青色（Ｂ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第３光源装置１Ｇは、青色のレーザ光に基づいて、第３ライトバルブ１０Ｂの入射面１１を照明する。   The plurality of laser light sources 2 of the third light source device 1B each emit blue (B) laser light. The third light source device 1G illuminates the incident surface 11 of the third light valve 10B based on the blue laser light.

各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、色合成系２０で合成される。色合成系２０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）は色合成系２０で合成されてフルカラー合成光となる。色合成系２０から射出されたフルカラー合成光は投射系２１に供給される。投射系２１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２１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。   Each basic color light (modulated light) modulated by passing through each light valve 10R, 10G, 10B is synthesized by the color synthesis system 20. The color synthesis system 20 is configured by a dichroic prism, and the red light (R), the green light (G), and the blue light (B) are synthesized by the color synthesis system 20 to become full-color synthesized light. Full-color synthesized light emitted from the color synthesis system 20 is supplied to the projection system 21. The projection system 21 projects full-color synthesized light on the screen 100. The projection system 21 is a so-called enlargement system that enlarges an image on the incident side and projects it on the screen 100.

投射ユニットＵは、各光源装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのそれぞれで照明された各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系２１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。   The projection unit U projects full-color composite light including image information via the light valves 10R, 10G, and 10B illuminated by the light source devices 1R, 1G, and 1B onto the screen 100 using the projection system 21. As a result, a full-color image is formed on the screen 100. The viewer appreciates the image projected on the screen 100 by the projection unit U.

本実施形態のプロジェクタＰＪの各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、高い照明効率を有する各光源装置１Ｒ、１Ｂ、１Ｇにより、高い照度を有し、均一な照度分布を有する照射光で照明される。したがって、プロジェクタＰＪは、コントラストが高い良好な画像を表示できる。   The light valves 10R, 10G, and 10B of the projector PJ of the present embodiment are illuminated with irradiation light having high illuminance and uniform illuminance distribution by the light source devices 1R, 1B, and 1G having high illumination efficiency. . Therefore, the projector PJ can display a good image with high contrast.

なお、図１４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光源装置１を適用することもできる。   In the description using FIG. 14, the front projection type projector that projects light including image information onto the screen 100 from the front side of the screen 100 has been described as an example. However, the projection unit U, the screen 100, The projection unit U is disposed on the back side of the screen 100, and the so-called rear projector that projects light including image information onto the screen 100 from the back side of the screen 100. The device 1 can also be applied.

なお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。   In each of the above-described embodiments, a transmissive liquid crystal device (light valve) is used as the spatial light modulator, but a reflective liquid crystal device can also be used, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) or the like. A reflective light modulator (mirror modulator) may be used.

なお、上述の実施形態のプロジェクタＰＪ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光源装置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光源装置を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つの光源装置及び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。   In addition, the projector PJ of the above-described embodiment includes the first, second, and third light source devices 1R, 1G, and 1B each having the laser light source 2 that can emit each basic color light (R, G, and B). A light source device having a configuration in which a red laser light source emitting red light (R), a green laser light source emitting green light (G), and a blue laser light source emitting blue light (B) are arranged in an array The structure which has one may be sufficient. In this case, the laser light emission operation of the laser light source capable of emitting each basic color light is performed in a time-sharing manner, and one light source is controlled by controlling the operation of the light valve in synchronization with the laser light emission operation of each laser light source. A full color image can be displayed on the screen 100 with the device and one light valve.

なお、上述の実施形態のプロジェクタにおいては、光源装置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、画像表示装置（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よい。例えば、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）の面を光源装置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光源装置１を適用することも可能である。   In the projector of the above-described embodiment, the light source device 1 illuminates the spatial light modulation device, and the image is displayed on the screen 100 by light passing through the spatial light modulation device. ) May not have a spatial light modulator. For example, the light source device 1 of each embodiment described above is applied to a so-called slide projector that illuminates the surface of a slide (positive film) containing image information with the light source device 1 and projects light containing image information on a screen. It is also possible.

また、画像表示装置としては、投射系を有さず空間光変調装置の画像を直接観察する直視型の画像表示装置であってもよい。   The image display device may be a direct-view image display device that does not have a projection system and directly observes the image of the spatial light modulation device.

＜第１０実施形態＞
次に、第１０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光源装置１を応用した照明装置の一例について説明する。 <Tenth Embodiment>
Next, a tenth embodiment will be described. In the present embodiment, an example of an illumination device to which the light source device 1 described in each of the above embodiments is applied will be described.

図１５は、本実施形態に係る照明装置２００を示す概略構成図である。図１５に示すように、照明装置２００は、上述の各実施形態で説明した光源装置１を備えている。以上のように構成された照明装置２００によれば、所望の光量が得られ、長寿命化が図られた光源装置１を備えているので、照明装置２００自体も、低消費電力化及び長寿命化が図られたものとなる。   FIG. 15 is a schematic configuration diagram illustrating the illumination device 200 according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 15, the lighting device 200 includes the light source device 1 described in each of the above embodiments. According to the illuminating device 200 configured as described above, the illuminating device 200 itself includes the light source device 1 that can obtain a desired light amount and has a long life, and thus the illuminating device 200 itself has low power consumption and a long life. It will be the one that was made.

＜第１１実施形態＞
次に、第１１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光源装置１を応用したモニタ装置の一例について説明する。 <Eleventh embodiment>
Next, an eleventh embodiment will be described. In the present embodiment, an example of a monitor device to which the light source device 1 described in each of the above embodiments is applied will be described.

図１６は、本実施形態に係るモニタ装置４００を示す概略構成図である。図１６において、モニター装置４００は、装置本体４１０と、光伝送部４２０とを備える。装置本体４１０は、上述の各実施形態で説明した光源装置１を備える。   FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a monitor device 400 according to the present embodiment. In FIG. 16, the monitor device 400 includes a device main body 410 and an optical transmission unit 420. The apparatus main body 410 includes the light source device 1 described in the above embodiments.

光伝送部４２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド４２１、４２２を備える。各ライトガイド４２１、４２２は、多数本の光ファイバを束ねたもので、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド４２１の入射側には、光源装置１が配置され、その射出側には、拡散板４２３が配置されている。光源装置１から射出したレーザ光は、ライトガイド４２１を伝って、光伝送部４２０の先端に設けられた拡散板４２３に送られ、拡散板４２３により拡散されて被写体を照射する。   The light transmission unit 420 includes two light guides 421 and 422 on the light sending side and the light receiving side. Each of the light guides 421 and 422 is a bundle of a large number of optical fibers, and can send laser light to a distant place. The light source device 1 is disposed on the incident side of the light guide 421 that transmits light, and the diffusion plate 423 is disposed on the emission side thereof. The laser light emitted from the light source device 1 travels through the light guide 421, is sent to the diffusion plate 423 provided at the tip of the light transmission unit 420, is diffused by the diffusion plate 423, and irradiates the subject.

光伝送部４２０の先端には、結像レンズ４２４も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ４２４で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド４２２を伝って、装置本体４１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ４１１に送られる。この結果、光源装置１により射出したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ４１１で撮像することができる。   An imaging lens 424 is also provided at the tip of the light transmission unit 420, and reflected light from the subject can be received by the imaging lens 424. The received reflected light travels through the light guide 422 on the receiving side and is sent to a camera 411 as an imaging means provided in the apparatus main body 410. As a result, the camera 411 can capture an image based on the reflected light obtained by irradiating the subject with the laser light emitted from the light source device 1.

以上のように構成されたモニタ装置４００によれば、光源装置１により被写体を照射することができることから、カメラ４１１により得られる撮像画像の明るさを高めることができる。   According to the monitor device 400 configured as described above, the light source device 1 can irradiate the subject, so that the brightness of the captured image obtained by the camera 411 can be increased.

なお、上述の各実施形態で説明した光源装置１を、レーザ加工機の光源として用いることもできる。   Note that the light source device 1 described in each of the above embodiments can also be used as a light source of a laser processing machine.

第１実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light source device which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る光源装置を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the light source device which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る回折光学素子の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the diffractive optical element which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る回折光学素子の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the diffractive optical element which concerns on 1st Embodiment. 比較例としての光源装置を示す図である。It is a figure which shows the light source device as a comparative example. 第２実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light source device which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係る光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system which concerns on 4th Embodiment. 第５実施形態に係る光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system which concerns on 5th Embodiment. 第６実施形態に係る光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system which concerns on 6th Embodiment. 第７実施形態に係る光源装置の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of light source device which concerns on 7th Embodiment. 第７実施形態に係る回折光学素子を拡大した図である。It is the figure which expanded the diffractive optical element which concerns on 7th Embodiment. 第８実施形態に係る回折光学素子の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the diffractive optical element which concerns on 8th Embodiment. 第９実施形態に係る画像表示装置を示す図である。It is a figure which shows the image display apparatus which concerns on 9th Embodiment. 第１０実施形態に係る照明を示す図である。It is a figure which shows the illumination which concerns on 10th Embodiment. 第１１実施形態に係るモニタ装置を示す図である。It is a figure which shows the monitor apparatus which concerns on 11th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…光源装置、２…レーザ光源、３Ｓ…入射部、４Ｓ…射出部、５…回折光学素子、５Ｓ…セル領域、６…第１光学素子、６Ｃ…コリメート光学素子、７…第２光学素子、８…光学系、９…角度調整用光学素子、１０…所定部材（空間光変調装置）、１１…所定面（入射面）、１００…スクリーン（表示面）、ＰＪ…画像表示装置（プロジェクタ）、２００…照明装置、４００…モニタ装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source device, 2 ... Laser light source, 3S ... Incident part, 4S ... Ejection part, 5 ... Diffractive optical element, 5S ... Cell area | region, 6 ... 1st optical element, 6C ... Collimating optical element, 7 ... 2nd optical element DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Optical system, 9 ... Optical element for angle adjustment, 10 ... Predetermined member (spatial light modulation device), 11 ... Predetermined surface (incident surface), 100 ... Screen (display surface), PJ ... Image display device (projector) , 200 ... lighting device, 400 ... monitor device

Claims (14)

所定面に照射するための照射光を生成する光源装置であって、
レーザ光を射出する複数のレーザ光源と、
入射した光を回折させ、前記所定面に供給するための光を射出する回折光学素子と、
前記レーザ光源のそれぞれから射出された複数のレーザ光が入射されるとともに、該入射された複数のレーザ光を集光し、該集光した光を前記回折光学素子に入射させる光学系と、を備え、
前記光学系は、前記複数のレーザ光の少なくとも一部を前記所定面の中央側に集光し、前記回折光学素子に光を入射させることを特徴とする光源装置。 A light source device that generates irradiation light for irradiating a predetermined surface,
A plurality of laser light sources for emitting laser light;
A diffractive optical element that diffracts incident light and emits light to be supplied to the predetermined surface;
An optical system that receives a plurality of laser beams emitted from each of the laser light sources, collects the incident laser beams, and causes the collected light to enter the diffractive optical element; Prepared,
The optical system is characterized in that at least a part of the plurality of laser beams is condensed on the center side of the predetermined surface, and the light is incident on the diffractive optical element. 前記光学系は、前記回折光学素子に入射させる前記複数のレーザ光を平行にすることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the optical system collimates the plurality of laser beams incident on the diffractive optical element. 前記回折光学素子は、入射部及び射出部を有し、前記入射部に入射した光を、前記射出部で回折させ、
前記入射部に配置され、前記射出部に供給される前記複数のレーザ光を平行にするコリメート光学素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 The diffractive optical element has an incident part and an emission part, diffracts the light incident on the incident part by the emission part,
The light source device according to claim 1, further comprising: a collimating optical element that is arranged in the incident portion and collimates the plurality of laser beams supplied to the emission portion. 前記光学系は、該光学系の光軸が、前記所定面の所定領域と交差しないように配置され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光源装置。   The light source device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical system is arranged so that an optical axis of the optical system does not intersect a predetermined region of the predetermined surface. 前記回折光学素子は、該回折光学素子から発生する０次光が、前記所定面の所定領域に入射しないように配置さ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光源装置。   5. The diffractive optical element is disposed so that zero-order light generated from the diffractive optical element does not enter a predetermined region of the predetermined surface. 6. Light source device. 前記光学系は、屈折レンズを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。   The light source apparatus according to claim 1, wherein the optical system includes a refractive lens. 前記光学系は、フレネルレンズを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。   The light source apparatus according to claim 1, wherein the optical system includes a Fresnel lens. 前記回折光学素子は、前記光学系からの光が入射され、前記所定面に供給するための光をそれぞれ所定の回折効率で射出する複数のセル領域を有し、
前記セル領域それぞれの回折効率はほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。 The diffractive optical element has a plurality of cell regions that receive light from the optical system and emit light to be supplied to the predetermined surface with predetermined diffraction efficiency,
The light source device according to claim 1, wherein diffraction efficiency of each cell region is substantially equal. 前記回折光学素子は、前記光学系からの光が入射され、前記所定面に供給するための光をそれぞれ所定の回折効率で射出する複数のセル領域を有し、
前記セル領域のそれぞれから前記所定面に供給される光によって形成される複数の照射領域は、前記所定面において合致することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。 The diffractive optical element includes a plurality of cell regions that receive light from the optical system and emit light to be supplied to the predetermined surface with predetermined diffraction efficiency,
The light source device according to claim 1, wherein a plurality of irradiation regions formed by light supplied to the predetermined surface from each of the cell regions are coincident with each other on the predetermined surface. . 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の光源装置からの照射光が照射され、前記所定面を介した光により画像を表示することを特徴とする画像表示装置。   An image display device, wherein the light emitted from the light source device according to any one of claims 1 to 9 is irradiated, and an image is displayed by light passing through the predetermined surface. 前記所定面は、照射された照射光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置の入射面を含むことを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 10, wherein the predetermined surface includes an incident surface of a spatial light modulator that modulates the irradiated light according to an image signal. 請求項１０又は請求項１１に記載の画像表示装置を含み、前記所定面を介した画像情報を含む光を表示面に投射する投射系を備えたことを特徴とするプロジェクタ。   12. A projector comprising the image display device according to claim 10 or 11, further comprising a projection system that projects light including image information via the predetermined surface onto a display surface. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の光源装置を備えたことを特徴とする照明装置。   An illumination device comprising the light source device according to any one of claims 1 to 9. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の光源装置を備えたことを特徴とするモニタ装置。   A monitor device comprising the light source device according to claim 1.
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