JP2008256823A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】０次光の著しい輝点が発生するのを回避するとともに、光利用効率を向上させることが可能な光源装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】所定の被照射面における対象照明領域を照明するための照明光を生成する光源装置１であって、光を射出する光源２と、該光源２から射出された入射した光を回折させ、０次光とは異なる方向に射出させるとともに、対象照明領域に向かう第１回折光Ｌ２と対象照明領域以外に向かう第２回折光Ｌ３とを含む回折光を射出する回折光学素子４と、第２回折光Ｌ３を対象照明領域に反射させる反射部材５とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクタに関する。

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（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載の照明装置は、光を射出する光源装置及び入射した光の照度分布を均一にする回折光学素子を備えている。これにより、光源装置から射出された光を回折光学素子により所定の照明エリアに回折させ照明する。そして、この照明装置を用いた投射型画像表示装置では、回折光学素子に対向してライトバルブを配置することにより、回折光学素子により生成された回折光でライトバルブを照明する。
特開２００７−３３５７６号公報

上記従来の技術には以下のような課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１に記載の照明装置では、均一な照度分布で照明するための手段として回折光学素子を用いるため、回折光学素子の作成時のプロセス誤差や、光源波長の設計時との誤差（温度変化等により生じる誤差）により０次光（回折光学素子において変換されない光）が発生し、光変調装置上の０次光が当たった位置に著しい輝点が発生するという問題が生じる。
さらに、回折光学素子は、設計上及び製造上の問題により−１次の回折光が発生するが、＋１次の回折光以外の回折光は光変調装置を照明しないため、光利用効率が低下する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、０次光の著しい輝点が発生するのを回避するとともに、光利用効率を向上させることが可能な光源装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光源装置は、所定の被照射面における対象照明領域を照明するための照明光を生成する光源装置であって、光を射出する光源と、該光源から射出された入射した光を回折させ、０次光とは異なる方向に射出させるとともに、前記対象照明領域を照明する第１回折光と前記対象照明領域以外に向かう第２回折光とを含む回折光を射出する回折光学素子と、前記第２回折光を前記対象照明領域に反射させる反射部材とを備えることを特徴とする。

本発明に係る光源装置では、光源から射出された光は、回折光学素子に入射し、第１回折光及び第２回折光を含む回折光として射出される。ここで本回折光学素子は、第１回折光及び第２回折光が０次光とは異なる方向に射出するように作成されている。そして、回折光学素子から射出された回折光のうち第２回折光は、反射部材により、対象照明領域に反射される。そして、第１回折光及び第２回折光により被照射面の対象照明領域が照明される。
すなわち、反射部材により、第１回折光だけでなく、第２回折光も対象照明領域を照射することができるため、光利用効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記対象照明領域が前記回折光学素子から射出された前記第１回折光の光路上に設けられていることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、対象照明領域が回折光学素子から射出された第１回折光の光路上に設けられているため、対象照明領域には０次光が入射することはない。したがって、０次光の著しい輝点の発生を抑えた照明光により被照射面の対象照明領域を照明することが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記第１回折光により照明される前記被照射面上の照明領域は、前記被照射面の対象照明領域より大きいことが好ましい。

本発明に係る光源装置では、第１回折光により照明される被照射面上の照明領域は所定の対象照明領域より大きいため、より確実に被照射面の対象照明領域を照射することが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記第１回折光と前記第２回折光とが、前記回折光学素子の光軸に対して対称に照射され、前記第１回折光により照明される前記被照射面上の照明領域が、前記回折光学素子の光軸から離れる側において前記被照射面の対象照明領域より大きいことが好ましい。

本発明に係る光源装置では、第２回折光は、回折光学素子の光軸に対して第１回折光と対称に照射されるため、光軸側から対象照明領域を照射される。このとき、第１回折光により照明される被照射面上の照明領域が、回折光学素子の光軸から離れる側に対して被照射面の対象照明領域より大きいため、第１回折光及び第２回折光によって、より確実に被照射面の対象照明領域を照明することが可能となる。
また、第２回折光による照明領域は光軸側に対して大きいことが好ましい。すなわち、第１回折光と第２回折光とを一致させて重ね合わせる場合に比較して、照明領域への照明光の入射角度を小さくすることができる。これにより、光源装置をプロジェクタに用いた場合、入射角度依存性を有する、例えば、液晶ライトバルブを照明するときに効果的である。すなわち、液晶ライトバルブに入射した光の光量の損失を抑えて射出することが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記対象照明領域が前記回折光学素子の光軸上に設けられ、前記第１回折光を前記対象照明領域に向かって反射させる他の反射部材を備えることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、他の反射部材により、第１回折光を対象照明領域に向かって反射させる。すなわち、対象照明領域が前記回折光学素子の光軸上に設けられている場合でも、他の反射部材により、第１回折光及び第２回折光で対象照明領域を照明することが可能である。また、対象照明領域が回折光学素子の光軸上に設けられているため、装置全体のコンパクト化を図ることができる。したがって、本発明は、光利用効率を向上させるとともに、対象照明領域が回折光学素子から射出された第１回折光の光路上に設けられている場合に比べて、省スペース化を図ることが可能となる。
また、０次光の光路上に遮光部を配置することによって、０次光を回避することができる。

また、本発明の光源装置は、前記反射部材により反射された前記第２回折光と前記他の反射部材により反射された前記第１回折光とが、前記対象照明領域の同一領域を照明することが好ましい。

本発明に係る光源装置では、例えば、第１回折光及び第２回折光により、対象照明領域上の同一領域が照明されるように、他の反射部材及び反射部材とを配置する。これにより、第１回折光あるいは第２回折光のみが照明される領域がないため、無駄になる光がないので、光の利用効率をさらに向上させることが可能となる。
なお、第１回折光と第２回折光とが同一領域を照明するように、回折光学素子を設計しても良い。

また、前記反射部材により反射された前記第２回折光と前記他の反射部材により反射された前記第１回折光とが、前記対象照明領域の異なる領域を照明するとともに、隣接していることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、反射部材により反射された第２回折光と他の反射部材により反射された第１回折光とが、異なる領域を照明するため、照明領域への照明光の入射角度を小さくすることができる。また、それぞれの回折光に対応した素子により、平行化し易くなる。また、第１回折光と第２回折光とが隣接しているため、効率良く対象照明領域を照明することが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記第１回折光及び前記第２回折光をそれぞれ平行光にする平行化手段を備えることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、平行化手段により、反射部材により反射された第２回折光と他の反射部材により反射された第１回折光とを平行光にする。すなわち、第２回折光と第１回折光とが隣接する位置に平行化手段が設けられているため、平行化した第１回折光及び第２回折光で対象照明領域をムラなく照明することができる。

また、本発明の光源装置は、前記回折光学素子がホログラム素子であることが好ましい。

本発明に係る光源装置では、ホログラム素子としては、例えば、ガラス基板に計算機で計算して人工的に作成した凹凸構造が形成された計算機合成ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）を用いることができる。このＣＧＨは回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である。特に位相変調型のＣＧＨは入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このように、ＣＧＨは均一な強度分布や単純な形状の強度分布を発生させることができるので、光源装置に好適に用いることができる。さらに、ＣＧＨは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。

本発明のプロジェクタは、上記の光源装置と、該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により形成された画像が、投射装置によって投射される。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、０次光の著しい輝点が発生するのを回避するとともに、光利用効率が高いため、明るくムラのない画像を被投射面に照射することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
本発明の光源装置の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１は第１実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。図１において、光源装置１は、照明対象物１０の照射面（被照射面）１１を照明するものであって、レーザ光源２と、回折光学素子４と、反射板５とを備えている。また、光源装置１が、照射面１１の対象照明領域Ｓに照射光を照射する場合を例にして説明する。また、照明対象物１０の照射面１１と対象照明領域Ｓとはほぼ同じ大きさとする。

レーザ光源（光源）２は、レーザ光Ｌ１を射出するものである。
回折光学素子４は、図２に示すように、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌ１が入射されるとともに、その入射されたレーザ光Ｌ１により＋１次回折光（第１回折光）Ｌ２及び−１次回折光（第２回折光）Ｌ３を生成する。この＋１次，−１次回折光Ｌ２，Ｌ３は、回折光学素子４の射出端面４ａと所定の回折角をなして射出される。ここで、本回折光学素子は、第１回折光及び第２回折光が０次光とは異なる方向に射出するように作成されている。
また、照明対象物１０は回折光学素子４の光軸Ｏから外れた位置に、すなわち、光軸Ｏに対して＋１次回折光Ｌ２の光路上（＋１次回折光Ｌ２の射出方向）に配置されている。これにより、回折光学素子４により回折された＋１次回折光Ｌ２は、照明対象物１０に向かい、照射面１１の対象照明領域Ｓを照明する。
なお、回折光学素子４により、±２次回折光以上の回折光も生成されるが、回折光学素子４から射出される回折光は主に±１次回折光Ｌ２，Ｌ３である。
また、回折光学素子４の光軸Ｏとは、後述する複数の凹部４Ｍが形成されている領域の中心であり、複数の凹部４Ｍが形成された平面に対して垂直な軸である。

回折光学素子４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４は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）である。
回折光学素子（ホログラム素子）４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４は、入射した光を回折させ、対象照明領域Ｓを照明する照射光を生成する。また、拡散光生成機能を有する回折光学素子４は、所定の領域の少なくとも一部の照度を均一化する。また、拡大照明機能を有する回折光学素子４は、回折光学素子４の射出端面４ａから光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で対象照明領域Ｓを照明する。具体的には、＋１次回折光Ｌ２による照明光は、照明対象物１０の上面１０ａ側（光軸Ｏから離れる側）に照射面１１の対象照明領域Ｓより大きくなっている。

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４は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）４Ｍを有している。凹部４Ｍは、互いに異なる深さを有している。また、凹部４Ｍ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４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含む回折光学素子４の表面条件を適宜調整することにより、回折光学素子４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。

なお、回折光学素子４としては、矩形の凹部４Ｍ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４としては、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。また回折光学素子４としては、図３に示したような矩形状の凹部４Ｍを有する領域と、三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有する回折光学素子４を形成することができる。

反射板（反射部材）５は、図２の側面図に示すように、＋１次回折光Ｌ２と光軸Ｏに対して対称な方向に回折された−１次回折光Ｌ３を照明対象物１０の下側（光軸Ｏ側）から照射面１１に反射させるものである。この反射板５は、回折光学素子４により生成された−１次回折光Ｌ３の光路上に設けられている。また、反射板５は、反射面５ａが回折光学素子４の光軸Ｏに対して略平行となるように、光軸Ｏから−１次回折光Ｌ３側に間隔をあけて配置されている。この光軸Ｏと反射板５との間隔Ｐは０．５ｍｍとなっている。

ここで、０次光の発生について説明する。
回折光学素子４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次回折光Ｌ２によって、均一な照度分布で照射面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４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４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４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４の射出端面４ａの法線方向（光軸Ｏ，Ｚ軸方向）に射出される場合が多い。

このため、反射板５を０次光が入射されない位置に配置することにより、回折光学素子４により生成された−１次回折光Ｌ３のみが反射される。これにより、図２に示すように、−１次回折光Ｌ３は、反射板５を設けていない場合、光軸Ｏに対して＋１次回折光Ｌ２と対称な位置に生成されるレーザ光Ｌａとなる（図２に示す二点鎖線）が、反射板５により光軸Ｏ側に折り返される（図２に示す破線）。すなわち、−１次回折光Ｌ３は、回折光学素子４の射出端面４ａの光軸Ｏの下方にずれた位置から、＋１次回折光Ｌ２と略平行に射出された光と同様のレーザ光Ｌｂとなる（図２に示す一点鎖線）。これにより、＋１次回折光Ｌ２と−１次回折光Ｌ３とは延長上で重なり、照射面１１の対象照明領域Ｓを照明する。
また、照明対象物１０の対象照明領域Ｓは、回折光学素子４の光軸Ｏから外れた＋１次回折光Ｌ２の光路上に配置されており、０次光は照射面１１に照射されないようになっている。

次に、照明対象物１０の照射面１１における照明について説明する。
まず、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓの大きさは、縦方向（ｘ方向）の長さが９ｍｍ（ｘ方向の長さ）、横方向（ｙ方向）の長さが１６ｍｍとなっている。また、回折光学素子４により回折された＋１次回折光Ｌ２の照射面１１における照明領域Ｓ１、いわゆる再生像は、縦方向（ｘ方向）の長さが９．５ｍｍ（ｘ方向の長さ）、横方向（ｙ方向）の長さが１６ｍｍとなっている。すなわち、＋１次回折光Ｌ２の照明領域Ｓ１が、対象照明領域Ｓを覆うとともに、照射面１１の対象照明領域Ｓの上側に０．５ｍｍずれた位置まで照明するように、回折光学素子４が設計されている。

一方、回折光学素子４により回折された−１次回折光Ｌ３の照射面１１における照明領域Ｓ２、いわゆる再生像も、縦方向（ｘ方向）の長さが９．５ｍｍ（ｘ方向の長さ）、横方向（ｙ方向）の長さが１６ｍｍとなっている。このとき、光軸Ｏと反射板５との間隔Ｐは０．５ｍｍとなっているため、−１次回折光Ｌ３の照明領域Ｓ２が、照射面１１の対象照明領域Ｓの下側に０．５ｍｍずれた位置まで照明することになる。
このように、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓより大きい第１照明領域Ｓ１及び第２照明領域Ｓ２をずらして照明することにより、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓは常に＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３により重畳照明されることが可能となる。

次に、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓに照射される回折光による光の利用効率について説明する。
照明効率は、（１６×９）／（１６×９．５）＝０．９５となり、９５％の効率で対象照明領域Ｓを照明可能となる。ここで、＋１次回折光Ｌ２の回折効率が８０％で、−１次回折光Ｌ３が１０％発生した場合は、従来の装置では、＋１次回折光Ｌ２のみを利用しているため、光の利用効率は８０％となっている。
本実施形態では、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３を利用しているため、光の利用効率は、（０．８＋０．１）×０．９５＝０．８５５（８５．５％）となり、従来の装置に比べて光の利用効率が向上する。

本実施形態に係る光源装置１では、反射板５により、＋１次回折光Ｌ２だけでなく、−１次回折光Ｌ３も利用し、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓを照射しているため、光利用効率が高く、かつ、均一な照明光を得ることができる。
また、＋１次回折光Ｌ２の光路上に対象照明領域Ｓが配置されているため、対象照明領域Ｓに０次光が入射することを抑えることができる。したがって、照明対象物１０の照射面１１において、０次光の著しい輝点が発生するのを回避することが可能となる。
つまり、本実施形態の光源装置１は、０次光の著しい輝点が発生するのを回避するとともに、光利用効率を向上させることができる。

また、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓより、＋１次回折光Ｌ２による照明領域Ｓ１，−１次回折光Ｌ３による照明領域Ｓ２を大きくすることで、確実に対象照明領域Ｓを照明することが可能となる。
また、−１次回折光Ｌ３は照射面１１の下面１０ｂ側から照明される。このとき、＋１次回折光Ｌ２により照明される照射面１１の照明領域Ｓ１を回折光学素子４の光軸Ｏから照明対象物１０の上面１０ａ側に対して照射面１１の対象照明領域Ｓより大きくすることにより、より確実に照射面１１の対象照明領域Ｓを照明することが可能となる。
さらに、反射板５は、反射面５ａが回折光学素子４の光軸Ｏに対して略平行となるように配置されているため、より平行化された−１次回折光Ｌ３を照射面１１に入射させることができる。

なお、第１照明領域Ｓ１及び第２照明領域Ｓ２の大きさ、照射位置等は上記のものに限らない。すなわち、例えば、対象照明領域Ｓと同一の大きさの第１照明領域Ｓ１及び第２照明領域Ｓ２で照明しても良い。
さらに、回折光学素子４と照明対象物１０との間に、照明対象物１０からはみ出した光を被照射面に集光させる素子を配置しても良い。この構成では、照明対象物１０からはみ出した光を照射面１１の全体に照射する素子であることが望ましい。これにより、光の利用効率をさらに高く、かつ、照射面１１を均一に照明することが可能となる。

また、反射板５は、回折光学素子４の光軸Ｏに対して略平行となるように配置させたが、光軸Ｏ方向に交差する方向に設けても良い。このように、反射板５を光軸Ｏに対して傾斜させることにより、＋１次回折光Ｌ２と−１次回折光Ｌ３とは平行ではなくなるが、照射面１１からはみ出してしまう＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３を抑えることができる。したがって、レーザ光源２から射出されたレーザ光の利用効率を向上させることが可能となる。
また、反射板５により、−１次回折光Ｌ３を反射させたが、正の高次回折光や負の高次回折光を反射させ、照射面１１の対象照明領域Ｓを照明させても良い。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る光源装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る光源装置２０では、照明対象物１０が光軸Ｏ上に配置されている点、他の反射部材２１を備える点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。

光源装置２０では、図４に示すように、照明対象物１０が回折光学素子４の光軸Ｏ上、すなわち、０次光の光路上に配置されている。
また、反射板５は、第１実施形態と同様に、−１次回折光Ｌ３の光路上に配置されており、−１次回折光Ｌ３による第２照明領域Ｓ２が照射面１１の対象照明領域Ｓを照明するように反射させる。

また、光源装置２０には、回折光学素子４により生成された＋１次回折光Ｌ２の光路上に反射板（他の反射部材）２１が設けられている。
反射板２１は、＋１次回折光Ｌ２を−１次回折光Ｌ３と交差する方向に反射させるものである。すなわち、反射板２１は、反射面２１ａが回折光学素子４の光軸Ｏに対して略平行となるように、光軸Ｏから＋１次回折光Ｌ２側に間隔をあけて、反射板５と光軸Ｏに対して対称な位置に配置されている。
これにより、反射板２１は、＋１次回折光Ｌ２よる第１照明領域Ｓ１が照射面１１の対象照明領域Ｓを照明するように反射する。したがって、反射板２１及び反射板５は、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３が対象照明領域Ｓの同一領域を照明するように配置されている。

さらには、光源装置２０には、回折光学素子４から射出された０次光を遮光する遮光部材２５が設けられている。この遮光部材２５は、回折光学素子４と照明対象物１０との間に設けられ、反射板５と反射板２１とにより挟持されている。
また遮光部材２５は、光軸Ｏ上に設けられた遮光部２５ａと、遮光部２５ａを保持する支持基板２５ｂとを有している。
この支持基板２５ｂは、透明のガラス基板からなっており、入射した光を透過するようになっている。遮光部２５ａは、図４に示すように、光源装置２０から射出され、回折光学素子４において回折されず照明対象物１０に射出される０次光を吸収する光吸収体である。遮光部２５ａの大きさは、０次光を吸収できる程度の大きさである。本実施形態では、レーザ光源２のレーザビームの直径が０．１ｍｍのものを用いているため、遮光部２５ａの直径は約０．１ｍｍとなっている。なお、この構成の場合、遮光部２５ａの直径は、０．５ｍｍ程度であれば、対象照明領域Ｓに影響を及ぼすことはない。また、遮光部２５ａの材料としては、低反射クロムや、樹脂ブラック等が使用可能であり、いずれを用いた場合においても、反射率は数％以下となっている。

次に、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓに照射される回折光による光の利用効率について説明する。
照明効率は、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３により、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓを照明している。ここで、＋１次回折光Ｌ２の回折効率が８０％で、−１次回折光Ｌ３が１０％発生した場合は、従来の装置では、＋１次回折光Ｌ２のみを利用しているため、光の利用効率は８０％となっている。
本実施形態では、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３を利用しているため、光の利用効率は、８０％＋１０％＝９０％となる。

本実施形態に係る光源装置２０では、第１実施形態の光源装置１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の光源装置２０では、反射板２１を備えることにより、＋１次回折光Ｌ２の照射面１１に入射するレーザ光の角度を変えることができるため、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３により同一領域を照明し易くなる。これにより、光の利用効率をさらに向上させることが可能となる。
また、回折光学素子４と照明対象物１０との間に遮光部材２５が配置されているので、照明対象物１０に向かう０次光が、遮光部材２５により吸収されることになる。したがって、照明対象物１０に０次光の著しい輝点が発生するのを回避するとともに、均一な照明光を照明対象物１０に照射することが可能となる。

なお、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３により同一領域（対象照明領域Ｓ）を照明したが、第１実施形態と同様に、対象照明領域Ｓより、＋１次回折光Ｌ２による照明領域Ｓ１，−１次回折光Ｌ３による照明領域Ｓ２を大きくしても良い。この構成では、確実に対象照明領域Ｓを照明することが可能となる。
また、対象照明領域Ｓの同一領域を照明するように、反射板５及び反射板２１を配置したが、これに限るものではない。例えば、反射板５及び反射板２１を光軸Ｏに対し傾斜させて配置し、且つ、対象照明領域Ｓの同一領域を照明するように、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３の回折角が設計された回折光学素子４を用いても良い。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図５を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置３０では、対象照明領域Ｓの照明の仕方及び平行化レンズ３１を備える点において第２実施形態と異なる。その他の構成においては第２実施形態と同様である。

光源装置３０には、図５に示すように、反射板２１により反射された＋１次回折光Ｌ２と反射板５により反射された−１次回折光Ｌ３との隣接する位置に平行化レンズ（平行化手段）３１が設けられている。また、光源装置３０には、第２実施形態と同様に、０次光を遮光する遮光部材２５が設けられている。
平行化レンズ３１は、凸形状の第１レンズ３１ａと、凸形状の第２レンズ３１ｂとを有している。そして、第１レンズ３１ａが＋１次回折光Ｌ２の光路上に配置され、第２レンズ３１ｂが−１次回折光Ｌ３の光路上に配置されている。これにより、第１レンズ３１ａにより平行化された＋１次回折光Ｌ２は、対象照明領域Ｓの半分の領域Ｓａを照明する。
一方、第２レンズ３１ｂにより平行化された−１次回折光Ｌ３は、対象照明領域Ｓの半分の領域Ｓｂを照明する。

次に、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓに照射される回折光による光の利用効率について説明する。
本実施形態では、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３により、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓを半分ずつ照明している。ここで、＋１次回折光Ｌ２の回折効率が８０％で、−１次回折光Ｌ３が１０％発生した場合は、従来の装置では、＋１次回折光Ｌ２のみを利用しているため、光の利用効率は８０％となっている。本実施例では、＋１次回折光Ｌ２の回折効率を４５％、−１次回折光Ｌ３の回折効率を４５％となるようにＣＧＨを設計する。＋１次回折光Ｌ１及び−１次回折光Ｌ３の対象照明領域が軸対称であることにより、前記回折効率の分配が容易に可能となる。これにより、本実施形態でも第２実施形態と同様に、光の利用効率は９０％となる。また、前記構成により、対象照明領域Ｓの照度分布を均一にすることも可能である。

本実施形態に係る光源装置３０では、第２実施形態の光源装置２０と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の光源装置３０では、＋１次回折光Ｌ２と−１次回折光Ｌ３との隣接する位置に平行化レンズ３１が設けられているため、平行化した＋１次，−１次回折光Ｌ２，Ｌ３により対象照明領域Ｓを効率良く照明することができる。
また、上述した第２実施形態では、対象照明領域Ｓに入射する＋１次回折光Ｌ２と−１次回折光Ｌ３の角度とが光軸Ｏを対称に異なるため、＋１次回折光Ｌ２と−１次回折光Ｌ３とを平行化させるのは難しい。しかしながら、本実施形態では、反射板２１により反射された＋１次回折光Ｌ２と、反射板５により反射された−１次回折光Ｌ３とが別の領域を照明するため、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３それぞれのレーザ光を略平行化することが可能となる。

なお、平行化手段として、第１レンズ３１ａと、第２レンズ３１ｂとを有する平行化レンズ３１を用いたが、＋１次回折光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ３をそれぞれ平行化できる部材であれば良く、例えば、ＣＧＨであっても良い。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した光源装置１を応用したプロジェクタの一例について説明する。

図６は、上述の第１実施形態で説明した光源装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）を備えたプロジェクタを示す概略構成図である。本実施形態においては、プロジェクタとして、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタを例にして説明する。

図６において、投射型のプロジェクタ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のプロジェクタＰＪは、スクリーン１００を反射型のスクリーンとし、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する。

投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で照射面１１を照明可能な第１光源装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で照射面１１を照明可能な第２光源装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で照射面１１を照明可能な第３光源装置１Ｂと、第１光源装置１Ｒで照明される入射面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第１空間光変調装置（光変調装置）４０Ｒと、第２光源装置１Ｇで照明される入射面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第２空間光変調装置（光変調装置）４０Ｇと、第３光源装置１Ｂで照明される入射面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第３空間光変調装置（光変調装置）４０Ｂと、空間光変調装置４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂにより変調された各基本色光を合成するダイクロイックプリズム（色合成手段）４１と、ダイクロイックプリズム４１で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系（投射装置）４２とを備えている。空間光変調装置４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ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。
なお、本実施形態では、上述した対象照明領域Ｓはライトバルブの画像形成領域である。

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。

第１光源装置１Ｒ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４０Ｒの入射面１１を照明する。

第２光源装置１Ｇ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４０Ｇの入射面１１を照明する。

第３光源装置１Ｂ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４０Ｂの入射面１１を照明する。

各ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、ダイクロイックプリズム４１で合成される。ダイクロイックプリズム４１はダイクロイックプリズムによって構成されており、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）はダイクロイックプリズム４１で合成されてフルカラー合成光となる。ダイクロイックプリズム４１から射出されたフルカラー合成光は投射系４２に供給される。投射系４２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４２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。

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４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系４２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。

本実施形態のプロジェクタＰＪの各ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ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。

なお、図６を用いた説明では、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射するフロント投射型のプロジェクタを例にして説明したが、投射ユニットＵと、スクリーン１００と、筐体とを有し、投射ユニットＵがスクリーン１００の背面側に配置され、スクリーン１００の背面側から透過型のスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する所謂リアプロジェクタに、上述の各実施形態の光源装置１を適用することもできる。

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。

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。

また、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、プロジェクタとしては、空間光変調装置を有していなくても良い。例えば、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）の面を光源装置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。
また、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。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る光源装置を示す斜視面図である。 図１の光源装置の光源から射出された光の光路を示す側面図である。 図１の光源装置に用いられる回折光学素子の構造を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す斜視面図である。 本発明の第３実施形態に係る光源装置を示す斜視面図である。 本発明の第４実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。

符号の説明

Ｌ２…＋１次回折光（第１回折光）、Ｌ３…−１次回折光（第２回折光）、Ｓ１…照明領域、Ｓ２…照明領域、１，２０，３０…光源装置、１１…被照射面、２５…遮光部材、４０Ｒ…第１空間光変調装置（光変調装置）、４０Ｇ…第２空間光変調装置（光変調装置）、４０Ｂ…第３空間光変調装置（光変調装置）、４２…投射系（投射装置）、

Claims (10)

1. 所定の被照射面における対象照明領域を照明するための照明光を生成する光源装置であって、
   光を射出する光源と、
   該光源から射出された入射した光を回折させ、０次光とは異なる方向に射出させるとともに、前記対象照明領域を照明する第１回折光と前記対象照明領域以外に向かう第２回折光とを含む回折光を射出する回折光学素子と、
   前記第２回折光を前記対象照明領域に反射させる反射部材とを備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記対象照明領域が前記回折光学素子から射出された前記第１回折光の光路上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１回折光により照明される前記被照射面上の照明領域は、前記被照射面の対象照明領域より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１回折光と前記第２回折光とが、前記回折光学素子の光軸に対して対称に照射され、
   前記第１回折光により照明される前記被照射面上の照明領域が、前記回折光学素子の光軸から離れる側において前記被照射面の対象照明領域より大きいことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記対象照明領域が前記回折光学素子の光軸上に設けられ、
   前記第１回折光を前記対象照明領域に向かって反射させる他の反射部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記反射部材により反射された前記第２回折光と前記他の反射部材により反射された前記第１回折光とが、前記対象照明領域の同一領域を照明することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記反射部材により反射された前記第２回折光と前記他の反射部材により反射された前記第１回折光とが、前記対象照明領域の異なる領域を照明するとともに、隣接していることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 前記第１回折光及び前記第２回折光をそれぞれ平行光にする平行化手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記回折光学素子がホログラム素子であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 請求項１または請求項９のいずれか１項に記載の光源装置と、
    該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
    該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。

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