JP5097473B2 - レーザモジュール、照明装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザモジュール、照明装置および投写型映像表示装置に関し、特に、複数のレーザ光源を用いて高輝度化を図る際に用いて好適なものである。

近年、半導体レーザ等の固体レーザ光源を用いた投写型映像表示装置（以下、「プロジェクタ」という）の開発が進められている。レーザ光源は、広い色空間を高輝度かつ高精細に表現する能力に優れており、次世代プロジェクタの発光源として注目されている。

その一方、レーザ光源は、ランプに比べて熱の総発生量が大きく、また、温度変化に対する出力変動が起こり易い。このため、レーザ光源を用いる場合には、冷却効率の向上と厳格な温度管理が要求される。これまでに、レーザ光源を冷却するための方法が種々提案されている（特許文献１〜２）。これらの手法では、ヒートシンク、ペルチェ素子または液冷システムを用いてレーザ光源の冷却が行われている。

また、近年の大画面化に伴い、プロジェクタに搭載される照明装置では、高光量化が求められている。これに対し、以下の特許文献３では、レーザ光源を２次元状もしくは３次元状に配置してアレイ化することにより、照明装置の高光量化が図られている。

なお、レーザ光源としてエッジエミッタ方式の半導体レーザを用いる場合には、出射ビームの立体角がかなり大きくなる。このため、レーザ光を後段の光学系（フライアイレンズ等）に円滑に導くために、シリンドリカルレンズ等によって、適宜、レーザ光を平行光化する必要がある。ここでは、ビーム長軸方向における広がり角が大きいため、少なくともビーム長軸方向において、レーザ光を平行光化する必要がある。
特開平１１−１０３１３２号公報 特開２００６−３１９０１１号公報 ＷＯ９９／４９３５８号公報（再公表公報）

複数のレーザ光源を配置して照明装置を構成する場合には、上記の如くレーザ光源に冷却構造が装着される関係から、レーザ光源間の距離が大きくなってしまう。このため、各レーザ光源からのレーザ光をシリンドリカルレンズ等によって平行光化して照明光を生成すると（たとえば、図２（ｂ）参照）、生成された照明光のサイズはかなり大きくなり、後段側の光学系に入射する際のEtendue値が大きくなってしまう。その結果、照明光を光変調素子（液晶パネル等）に円滑に取り込み難くなり、光の利用効率が低下するとの問題が起こり得る。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、照明光のサイズを円滑かつ効果的に縮小できるレーザモジュール、照明装置およびこれらを搭載した投写型プロジェクタを提供することを目的とする。加えて、この問題を解消する際に、レーザ光源の寿命低下を適正に抑制できるようにすることを目的とする。

なお、以下の実施の形態には、さらに、レーザ光源とシリンドリカルレンズの相対位置を円滑に調整するための構成が示されている。

第１の発明に係る光源モジュールは、第１のレーザ光源と当該第１のレーザ光源が装着された第１の冷却部とを有する第１の発光ユニットと、第２のレーザ光源と当該第２のレーザ光源が装着された第２の冷却部とを有する第２の発光ユニットと、前記第１および第２の発光ユニットの間に配された絶縁体とを備え、前記第１および第２の発光ユニットは、前記第１および第２のレーザ光源が接近し前記第１および第２の冷却部が離間するよう配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２のレーザ光源が接近し第１および第２の冷却部が離間するように第１および第２の発光ユニットが配置されているため、第１のレーザ光源と第２のレーザ光源の間の距離を小さくすることができる。よって、これらレーザ光源からのレーザ光をもとに生成される照明光のサイズを抑制することができ、後段側の光学系に入射する際の照明光のEtendue値を抑制することができる。したがって、照明光の高光量化と利用効率の向上を同時に実現することができる。

また、本発明では、第１の発光ユニットと第２の発光ユニットの間に絶縁体が配されているため、このように第１の発光ユニットと第２の発光ユニットを配置しても、第１のレーザ光源と第２のレーザ光源が電気的に接触することはない。よって、たとえば、シリンドリカルレンズに対する各発光ユニットの位置調整を行っているような場合に、誤って第１のレーザ光源が第２のレーザ光源に当接しても、これらレーザ光源が不所望な通電によって破損することはなく、レーザ光源の寿命低下を抑制することができる。

本発明において、第１および第２の発光ユニットには、それぞれ、複数の第１および第２のレーザ光源が一列に並ぶようにこれらレーザ光源を配置することができる。こうすると、偏光方向を揃えた状態での出射が可能となる。

また、本発明に係る光源モジュールと、第１および第２のレーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも一方向において平行光化する光学素子とを組み合わせて照明装置を構成することができる。なお、本発明に係る光源モジュール、または、これを組み込んだ照明装置を投写型映像表示装置に搭載することにより、投写光量の向上を図ることができ、高品質な画像を表示することができる。

第２の発明に係る光源モジュールは、第１のレーザ光源と当該第１のレーザ光源が装着された第１の冷却部とを有する第１の発光ユニットと、第２のレーザ光源と当該第２のレーザ光源が装着された第２の冷却部とを有するとともに前記第２のレーザ光源が前記第１のレーザ光源に接近し前記第２の冷却部が前記第１の冷却部から離間するよう配置された第２の発光ユニットと、前記第１および第２の発光ユニットの間に配された絶縁体と、前記第１のレーザ光源から出射されたレーザ光をビーム長軸方向に収束させて平行光化する第１のシリンドリカルレンズと、前記第２のレーザ光源から出射されたレーザ光をビーム長軸方向に収束させて平行光化する第２のシリンドリカルレンズとを有することを特徴とする。

この発明においても、第１および第２のレーザ光源が接近し第１および第２の冷却部が離間するように第１および第２の発光ユニットが配置されているため、第１のレーザ光源と第２のレーザ光源の間の距離を小さくすることができ、これらレーザ光源からのレーザ光をもとに生成される照明光のサイズを抑制することができる。

また、第１の発光ユニットと第２の発光ユニットの間に絶縁体が配されているため、このように第１の発光ユニットと第２の発光ユニットを配置しても、第１のレーザ光源と第２のレーザ光源が電気的に接触することはなく、不所望な通電によるレーザ光源の寿命低下を抑制することができる。

この発明において、絶縁体は、第１の発光ユニットと第２の発光ユニットの両方または何れか一方に装着するのが好ましい。こうすると、たとえば、絶縁体がフィルム状のものであり容易に撓みまたは変形するようなものであっても、別途、これを保持する部材なしに、絶縁体を第１の発光ユニットと第２の発光ユニットの間に適正に介在させることができる。なお、絶縁体が保持部材に保持されその配置位置が固定されている場合には、たとえば、シリンドリカルレンズに対する各発光ユニットの配置位置を調整する際にこれら発光ユニットが移動すると、何れかのレーザ光源が絶縁体に当接してこれを押し破る等の事態が起こり得るが、上記のように絶縁体を第１の発光ユニットと第２の発光ユニットの両方または何れか一方に装着すると、発光ユニットの移動に伴って絶縁体が移動するため、絶縁体が発光ユニットによって押し破られる等の事態を回避することができる。

以上のとおり本発明によれば、照明光のサイズを円滑かつ効果的に縮小することができ、加えて、レーザ光源の寿命低下を適正に抑制することができる。

本発明およびその他の構成例による効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

図１に、実施例１に係る光源モジュールの構成を示す。同図（ａ）は光源モジュールの正面図、同図（ｂ）は光源モジュールの左側面図である。図示の如く、光源モジュールは、２つの発光ユニット１００、２００を備えている。これら発光ユニット１００、２００は、それぞれ、冷却部１０１、２０１と、レーザ光源１０２、２０２と、絶縁素子３００を備えている。

冷却部１０１、１０２は、レーザ光源１０２、２０２で発生した熱を取り除くためのもので、ペルチェ素子や、冷却液が循環することにより除熱される構造体（液冷ジャケット）、ヒートパイプ等、あるいは、これらの素子の組み合わせによって構成される。ここで、冷却部１０１、１０２を、ペルチェ素子と液冷ジャケットを重ね合わせた構造体や、ペルチェ素子とヒートパイプを重ね合わせた構造体から構成すると、レーザ光源１０２、２０２に対する冷却効率を高めることができ、レーザ出力を安定化させることができる。

レーザ光源１０２、２０２は、熱伝導特性が高く且つ導電性の基板（銅板等）１０２ａ、２０２ａにエッジエミッタ方式の半導体レーザ素子１０２ｂ、２０２ｂを装着することにより構成されている。さらに、この基板１０２ａ、２０２ａを冷却部１０１、２０１に装着することにより、レーザ光源１０２、２０２が冷却部１０１、２０１に装着されている。

本実施例では、冷却部１０１、１０２に対する熱伝導を高めるため、基板１０２ａ、２０２ａのサイズが半導体レーザ素子１０２ｂ、２０２ｂよりも大きくなっている。基板１０２ａ、２０２ａは、半導体レーザ素子１０２ｂ、２０２ｂが装着された領域の外側の領域を、たとえば冷却部１０１、２０１にネジ止めすることにより、冷却部１０１、２０１に装着される。

なお、同図では、半導体レーザ素子１０２ｂ、２０２ｂの底面(基板側)が陽極となっており、天面が陰極となっている。これらレーザ光源１０２、２０２は、冷却部１０１、２０１を保持部材（図示せず）に装着することにより、図示の如く、天面側が互いに接近する状態で配置される。ここで、保持部材は、発光ユニット１００、２００をそれぞれＹ軸方向に位置調整するためのアクチュエータを備えている。また、レーザ光源１０２、２０２からは断面が楕円形状となる広がり角をもってレーザ光が出射され、この楕円形状の長軸と短軸は、それぞれ、同図Ｙ軸とＸ軸に平行となっている。

絶縁素子３００は、たとえば、数μｍ〜数１００μｍ程度の厚みを有するシート状部材によって構成される。ここで、絶縁素子３００は、ポリマー素材やシリコーン素材等の樹脂系材料や、ゴム材料によって形成される。あるいは、磁器素材から絶縁素子を形成しても良い。

なお、同図では、レーザ素子１０２ｂ、２０２ｂの天面から絶縁素子３００が離間するように図示されているが、絶縁素子３００を粘着性のシート等によって、レーザ素子１０２ｂ、２０２ｂの両方または何れか一方の天面に貼り付けても良い。こうすると、別途絶縁素子３００を配置するための部材が不要となるため、部品点数の削減とコストの低減が図られる。また、発光ユニット１０１、２０１の位置調整時に、絶縁素子３００がレーザ素子１０２ｂ、２０２ｂの天面によって押し破られるといった不具合も回避できる。この他、絶縁性の物質をレーザ素子１０２ｂ、２０２ｂの両方または何れか一方の天面に塗布するようにしても良い。

図２（ａ）は、図１の光源モジュールにシリンドリカルレンズ１１１、２１１を組み合わせて照明装置を構成した状態を示す図である。

一般に、エッジエミッタタイプの半導体レーザでは、ビーム長軸方向に８０°、ビーム短軸方向に２０°の広がり角をもってレーザ光が出射される。シリンドリカルレンズ１１１、２１１は、レーザ光源１０２、２０２から出射されたレーザ光を、ビーム長軸方向（同図のＹ軸方向）において収束させ平行光化する。これらシリンドリカルレンズ１１１、２１１によって平行光化されたレーザ光は、照明光として、後段側の光学素子（フライアイレンズ等）へと導かれる。

図２（ｂ）は、冷却部１０１とレーザ光源１０２が互いに接近するようにして発光ユニット１００、２００を配置した場合の構成例を示す図である。この場合、レーザ光源１０２と２０２の間に、発光ユニット１００の冷却部１０１が介在するため、レーザ光源１０２、２０２間の距離が大きくなる。このため、シリンドリカルレンズ１１１、２１１のサイズが大きくなり、また、Ｙ軸方向における照明光のサイズＤ２もかなり大きくなる。

これに対し、本実施例では、同図（ａ）に示す如く、レーザ光源１０２、２０２が互いに接近するように発光ユニット１００、２００が配置されているため、同図（ｂ）の構成例に比べ、シリンドリカルレンズ１１１、２１１の大きさを顕著に小さくすることができ、また、Ｙ軸方向における照明光のサイズＤ１を顕著に縮小することができる。よって、後段側の光学系に入射する際の照明光のEtendue値を抑制することができ、照明光の利用効率の向上を図ることができる。

なお、本実施例のように、シリンドリカルレンズ１１１、２１１によってレーザ光を平行光化する場合には、シリンドリカルレンズ１１１、２１１の光軸に対するレーザ光源１０２、２０２の位置を適正化する必要がある。図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、レーザ光源１０２の出射光軸がシリンドリカルレンズ１１１の光軸に整合する場合と整合しない場合のレーザ光の光路を示す図である。同図（ｂ）のように、レーザ光源１０２の出射光軸がシリンドリカルレンズ１１１の光軸からずれると、レーザ光が所望の場所に照射されなくなる。

この場合、両光軸が僅かにずれただけで、レーザ光の照射位置は所期の照射位置から大きくずれる。ところが、この照射位置にフライアイレンズが配される場合、フライアイレンズに取り込み可能とされる光の広がり角は適正な広がり角に対して数度の誤差しか許容されないため、このようにレーザ光の照射位置が初期の照射位置からずれると、フライアイレンズによって取り込まれる光の光量が大きく減少し、光の利用効率が大きく低下する。

かかる不具合を回避するために、シリンドリカルレンズ１１１、２１１とレーザ光源１０２、２０２の相対位置を高精度に調整するための手段が必要となる。本実施例では、シリンドリカルレンズ１１１、２１１は位置が固定されており、レーザ光源１０２、２０２の方の位置を、保持機構内のアクチュエータによって調整することとしている。なお、調整用のアクチュエータは、たとえば、図６（実施例２）のアクチュエータを転用することができる。

本実施例は、発光ユニット１００、２００内に、偏光方向が乱れないような状態で複数のレーザ光源を直線状に配置する場合のものである。

図４（ａ）は、本実施例に係る光源モジュールの構成を示す図（正面図）である。また、図４（ｂ）は、光源モジュールにシリンドリカルレンズを組み合わせて照明装置を構成したときの構成を示す図（左側面図）である。

同図（ａ）に示す如く、本実施例では、複数のレーザ光源１０２、２０２がＸ軸方向に直線状に配置され、これらが冷却部１０１、２０１に装着されている。上記実施例１と同様、各レーザ光源１０２、２０２からは、ビーム長軸方向がＹ軸方向となるように、レーザ光が出射される。なお、本実施例では、発光ユニット１００側の全てのレーザ光源１０２からのレーザ光を一様に平行光化する一つのシリンドリカルレンズ１２１が配され、また、発光ユニット２００側の全てのレーザ光源２０２からのレーザ光を一様に平行光化する一つのシリンドリカルレンズ２２１が配されている。

発光ユニット１００側の全てのレーザ光源１０２と発光ユニット２００側の全てのレーザ光源２０２の間には、絶縁素子３００が配されている。上記実施例と同様、絶縁素子３００は、粘着性のシート等によって、各レーザ光源１０２、２０２の両方または何れか一方に貼り付けても良く、あるいは、レーザ光源１０２、２０２の両方または何れか一方の天面に塗布するようにしても良い。

図５（ａ）はレーザ光源１０２の構成例を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部拡大図である。便宜上、同図（ａ）では、半導体レーザ素子１０２ｂが見えるよう、前部を切り欠いた状態で図示されている。なお、同図には、レーザ光源１０２の構成が示されているが、レーザ光源２０２もこれと同様の構成となっている。

図示の如く、本実施例では、複数の半導体レーザ素子１０２ｂを半導体層中に形成することにより複数のレーザ光源１０２が構成されている。半導体層の天面には、陰極となる導電板（銅板等）１０２ｃが配されており、各半導体レーザ素子１０２ｂの陰極（天面）が、ワイヤーボンディングによって、導電板１０２ｃに接続されている。また、各半導体レーザ素子１０２ｂの底面（陽極）は、上記実施例１と同様、基板１０２ａに装着されている。

導電板１０２ｃには、基板１０２ａへと至る孔が形成されており、この孔を通って導電性のネジ１０２ｄが基板１０２ａに螺合している。よって、ネジ１０２ｄは、半導体レーザ素子１０２ｂの陽極に電気的に接続されている。ここで、ネジ１０２ｄと孔の間には、絶縁部材１０２ｅが介在している。各半導体レーザ素子１０２ｂには、ネジ１０２ｄを介して正の電位が供給され、また、導電板１０２ｃを介して負の電位が供給される。

上記実施例１と同様、基板１０２ａは、冷却部１０１に対する熱伝導を高めるため、半導体層よりもサイズが大きくなっている。基板１０２ａは、半導体層の配置領域の外側の領域を、ネジ１０２ｆを介して冷却部１０１にネジ止めすることにより、冷却部１０１に装着される。

図６は、発光ユニット１００、２００を保持する保持部材の構成を示す図である。同図（ａ）は保持部材の正面図、同図（ｂ）は保持部材の左側面図である。なお、同図では、発光ユニット２００側のレーザ光源２００の天面に絶縁素子３００が装着されている。ここで、発光ユニット２００が図５の構成を有する場合、絶縁素子３００は、たとえば、導電板１０２ｃとネジ１０２ｄにそれぞれ引き出し線を接続した後、導電板１０２ｃの天面全領域（ネジ１０２ｄの部分を含む）に絶縁性の物質を塗布することにより形成される。

図示の如く、保持部材は、ベース４０１と、第１の可動枠４０２と、ネジ４０３と、第２の可動枠４０４と、ネジ４０５から構成されている。ベース４０１は、断面Ｌ字状の形状を有し、壁４０１ａにネジ４０３と螺合するネジ孔（図示せず）が形成されている。第１の可動枠４０２の下面には、下方向に延びる壁４０２ａが形成され、さらに、この壁４０２ａには、上下方向に延びる２つのガイド孔４０２ｂが形成されている。これらガイド孔４０２ｂの幅は、ネジ４０３のネジ部の径よりも僅かだけ大きくなっている。

２つのネジ４０３は、ガイド孔４０２ｂを介して壁４０１ａのネジ孔に螺合している。２つのネジ４０３を締め付けることにより、ベース４０１に対して第１の可動枠４０２が固定される。また、２つのネジ４０３を緩めることにより、ベース４０１に対して第１の可動枠４０２を上下方向（矢印Ａ方向）に変位させることができる。

さらに、第１の可動枠４０２の側部にはＹ軸方向に延びる壁４０２ｃが形成され、この壁４０２ｃには、２つのネジ４０５とそれぞれ螺合する２つのネジ孔（図示せず）が形成されている。これらネジ４０５によって第２の可動枠４０４が第１の可動枠４０２に装着される。

第２の可動枠４０４は断面Ｌ字状の形状を有し、壁４０４ａには、上下方向に延びる２つのガイド孔４０４ｂが形成されている。これらガイド孔４０４ｂの幅は、ネジ４０５のネジ部の径よりも僅かだけ大きくなっている。

２つのネジ４０５は、ガイド孔４０４ｂを介して壁４０２ｃのネジ孔に螺合している。２つのネジ４０５を締め付けることにより、第１の可動枠４０２に対して第２の可動枠４０４が固定される。また、２つのネジ４０５を緩めることにより、第１の可動枠４０２に対して第２の可動枠４０４を上下方向（矢印Ｂ方向）に変位させることができる。

発光ユニット１００は、第２の可動枠４０４の保持板部４０４ｃの下面に装着され、また、発光ユニット２００は、第１の可動枠４０２の保持板部４０２ｄの上面に装着されている。ここで、保持板部４０４ｃの下面と保持板部４０２ｄの上面は、水平方向（Ｘ−Ｚ平面方向）に平行となっている。

図４（ｂ）に示すシリンドリカルレンズ１２１、２２１に対する発光ユニット１００、２００の位置調整は、たとえば、次の手順で行われる。まず、ベース４０１を光源装置内の所定の部位に装着した後、２つのネジ４０３を緩めて第１の可動枠４０２を移動可能にし、シリンドリカルレンズ２２１に対する発光ユニット２００の位置調整を行う。発光ユニット２００が適正位置にある状態で２つのネジ４０３を締め付け、第１の可動枠４０２を固定する。次に、２つのネジ４０５を緩めて第２の可動枠４０４を移動可能にし、シリンドリカルレンズ１２１に対する発光ユニット１００の位置調整を行う。発光ユニット１００が適正位置にある状態で２つのネジ４０５を締め付け、第２の可動枠４０４を固定する。これにより、シリンドリカルレンズ１２１、２２１に対する発光ユニット１００、２００の位置調整が終了する。

本実施例によれば、複数のレーザ光源が直線状に配置されアレイ化された２つの発光ユニットを、レーザ光源が互いに接近するようにして配置するようにしたので、上記実施例１よりもさらに高密度で、且つ、Etendue値の小さい照明装置を実現することができる。また、各レーザ光源間には絶縁素子が介在しているため、シリンドリカルレンズに対するレーザ光源の位置調整時等に上下のレーザ光源が電気的に接触することはなく、よって、不所望な電気的接触によるレーザ光源の寿命低下を抑制することができる。

なお、図６の構成例では、ネジ４０３とネジ４０５をそれぞれＺ軸方向とＸ軸方向から締め付けて第１の可動枠４０２と第２の可動枠４０４を固定するようにしたが、ネジ４０３、４０５の締め付け方向はこれに限定されるものではなく、第１の可動枠４０２と第２の可動枠４０４の構造の変更に応じて適宜変更され得る。ただし、第１の可動枠４０２と第２の可動枠４０４は、発光ユニット１００、２００から出射されるレーザ光を遮らない構造とする必要がある。

本実施例は、複数の光源モジュールを組み合わせて照明光を生成する際の照明装置の構成例である。

図７は、照明装置の構成を示す図である。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、照明装置の上面図、背面図（同図（ａ）を矢印Ｐ方向から見た図）、左側面図（同図（ａ）を矢印Ｑ方向から見た図）および右側面図（同図（ａ）を矢印Ｒ方向から見た図）である。

本実施例における照明装置は、６つの光源モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０と、各光源モジュールに対応して配置された６つのシリンドリカルレンズ１１、２１、３１、４１、５１、６１と、これらシリンドリカルレンズを保持して照明装置内に固定するレンズ保持具７１、７２、７３と、光源モジュール１０、２０からのレーザ光を正面方向に反射するプリズムミラー８１と、光源モジュール３０、４０からのレーザ光を正面方向に反射するプリズムミラー８２とを備えている。

光源モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０には、上記実施例１または２と同様、絶縁素子を介してレーザ光源が互いに接近するようにして、２つの光源ユニットが配置されている。また、光源モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０は、図６と同様の保持部材を備えている。なお、光源モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０は、それぞれ、対応するシリンドリカルレンズを経由した後の各光源モジュールからのレーザ光が、互いに重なり合うことなく、且つ、プリズムミラー８１、８２によって遮られることのないように配置されている。

シリンドリカルレンズ１１、２１、３１、４１、５１、６１は、光源モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０を構成する２つの光源ユニットからのレーザ光をビーム長軸方向において平行光化する。なお、上記実施例１、２にて示したとおり、一つの光源モジュールを構成する２つの光源ユニットについて２つのシリンドリカルレンズが必要となるが、ここでは、これら２つのシリンドリカルレンズが一体的に形成されている。

レンズ保持具７１は、シリンドリカルレンズ１１、３１を保持して光源装置内の所定の位置に配置する。レンズ保持具７２は、シリンドリカルレンズ２１、４１を保持して光源装置内の所定の位置に配置する。レンズ保持具７３は、シリンドリカルレンズ５１、６１を保持して光源装置内の所定の位置に配置する。

光源モジュール１０、２０は互いに正対向するように配置されており、これら光源モジュール１０、２０からのレーザ光の光路中に、プリズムミラー８１が配置されている。同図（ｂ）に示す如く、プリズムミラー８１は、背面側から見て、光源モジュール６０とシリンドリカルレンズ６１の配置位置よりも左方向にずれた位置に配置されている。光源モジュール１０、２０から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１１、２１によって平行光化された後、プリズムミラー８１の各ミラー面によって、正面方向に反射される。

光源モジュール３０、４０は互いに正対向するように配置されており、これら光源モジュール３０、４０からのレーザ光の光路中に、プリズムミラー８２が配置されている。同図（ｂ）に示す如く、プリズムミラー８２は、背面側から見て、光源モジュール５０とシリンドリカルレンズ５１の配置位置よりも右方向にずれた位置に配置されている。光源モジュール３０、４０から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ３１、４１によって平行光化された後、プリズムミラー８２の各ミラー面によって、正面方向に反射される。

同図（ｂ）に示す如く、レーザモジュール６０からのレーザ光は、シリンドリカルレンズ６１によって平行光化された後、背面側から見てプリズムミラー８１の右側のスペースを通って前方へと進む。また、レーザモジュール５０からのレーザ光は、シリンドリカルレンズ５１によって平行光化された後、背面側から見てプリズムミラー８２の左側のスペースを通って前方へと進む。

図８は、照明装置を正面から見たときの図である。

同図（ａ）を参照して、レーザモジュール１０、２０から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１１、２１を通ってプリズムミラー８１の２つのミラー面へと導かれて反射され前方へと導かれる。同図（ｂ）を参照して、レーザモジュール３０、４０から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ３１、４１を通ってプリズムミラー８２の２つのミラー面へと導かれて反射され前方へと導かれる。同図（ｃ）を参照して、レーザモジュール５０、６０（同図では図示省略）から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ５１、６１を通った後、プリズムミラー８２の右側のスペースと、プリズムミラー８１の左側のスペースを通って前方へと導かれる。

このように、光源モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０から出射されたレーザ光は、プリズムミラー８１、８２を経由して、あるいは、これを経由することなく、それぞれ、照明装置の正面方向へと導かれ、全体として照明光とされる。

図９は、本実施例における照明装置を搭載したプロジェクタの光学系を示す図である。図中、５０１が本実施例に係る照明装置である。なお、照明装置５０１内には、赤、青、緑の波長帯のレーザ光をそれぞれ出射するレーザ光源が配置されており、照明装置５０１からは、各色が混在する状態でレーザ光が発光される。ここで、上記図７および図８に示す光源モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０には、それぞれ、同一色のレーザ光源を配置しても良く、あるいは、異なる色のレーザ光源を混在させても良い。

照明装置５０１からの光は、フライアイレンズ５０２を介して、コンデンサレンズ５０３に入射される。フライアイレンズ５０２は、蝿の目状のレンズセル群を備え、液晶パネル５０８、５１２、５１６に入射する際の光量分布が均一となるよう、照明装置５０１から入射される光を重畳する。

コンデンサレンズ５０３によって集光された光は、ダイクロイックミラー５０４に入射する。ダイクロイックミラー５０４は、コンデンサレンズ５０３から入射された光のうち、赤色波長帯の光（以下、「Ｒ光」という）のみを透過し、青色波長帯（以下、「Ｂ光」という）と緑色波長帯（以下、「Ｇ光」という）を反射する。

ダイクロイックミラー５０４を透過したＲ光は、２つのレンズ５０５、５０７とミラー５０６を経由して液晶パネル５０８へと導かれ、入射側偏光板（図示せず）を介して液晶パネル５０８に入射される。液晶パネル５０８は、赤色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてＲ光を変調する。液晶パネル５０８によって変調されたＲ光は、出射側偏光板（図示せず）を介して、ダイクロイックプリズム５１７に入射される。

ダイクロイックミラー５０４によって反射されたＢ光とＧ光は、レンズ５０９を介して、ダイクロイックミラー５１０に入射する。このうち、Ｇ光は、ダイクロイックミラー５１０によって反射され、レンズ５１１に入射される。その後、Ｇ光は、入射側偏光板（図示せず）を介して液晶パネル５１２に入射される。液晶パネル５１２は、緑色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてＧ光を変調する。液晶パネル５１２によって変調されたＧ光は、出射側偏光板（図示せず）を介して、ダイクロイックプリズム５１７に入射される。

ダイクロイックミラー５１０を透過したＢ光は、２つのミラー５１３、５１４を介してレンズ５１５に入射される。その後、Ｂ光は、入射側偏光板（図示せず）を介して液晶パネル５１６に入射される。液晶パネル５１６は、青色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてＢ光を変調する。液晶パネル５１６によって変調されたＢ光は、出射側偏光板（図示せず）を介して、ダイクロイックプリズム５１７に入射される。

ダイクロイックプリズム５１７は、液晶パネル５０８，５１２、５１６によって変調されたＲ光、Ｇ光およびＢ光を色合成し、投写レンズ５１８へと入射させる。投写レンズ５１８は、投写光を被投写面上に結像させるためのレンズ群と、これらレンズ群の一部を光軸方向に変位させて投写画像のズーム状態およびフォーカス状態を調整するためのアクチュエータを備えている。ダイクロイックプリズム５１７によって色合成されたカラー映像光は、投写レンズ５１８によって、スクリーン上に拡大投写される。

図９の構成例では、光変調素子として透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いた光学系とすることもできる。

図１０は、反射型の液晶パネルを用いる場合の構成例である。なお、図中、照明装置５２１からコンデンサレンズ５２３までの構成は、図９の照明装置５０１からコンデンサレンズ５０３までの構成と同様である。

コンデンサレンズ５２３を透過した光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５２５の偏光面に対してＳ偏光となっている。この光のうち、Ｇ光は、波長選択性の１／２波長板５２４によってＰ偏光に変換される。したがって、Ｇ光はＰＢＳ５２５を透過し、Ｂ光とＲ光はＰＢＳ５２５によって反射される。

ＰＢＳ５２５によって反射されたＢ光とＲ光のうち、Ｒ光は、波長選択性の１／２波長板５２６によってＰ偏光に変換される。したがって、Ｂ光とＲ光のうち、Ｂ光はＰＢＳ５２７によって反射され、Ｒ光はＰＢＳ５２７を透過する。

ＰＢＳ５２７によって反射されたＢ光は、１／４波長板５２８によって円偏光に変換された後、反射型の液晶パネル５２９に入射する。ここで、Ｂ光は、液晶パネル５２９を往復することにより、たとえば、ＯＮ状態の画素位置においてのみ円偏光の旋回方向が反転する。したがって、再度、１／４波長板５２８を通過することにより、Ｂ光は、ＯＮ状態の画素位置ではＰ偏光となり、ＯＦＦ状態の画素位置ではＳ偏光となる。このうち、ＯＮ状態の画素位置に対するＰ偏光の光みが、ＰＢＳ５２７を透過し、１／２波長板５３２を介してＰＢＳ５３３へ入射する。

同様に、１／２波長板５２６を透過した後ＰＢＳ５２７を透過したＲ光は、１／４波長板５３０と反射型の液晶パネル５３１を往復することにより、ＯＮ状態の画素位置に対応する部分のみがＰＢＳ５２７によって反射され波長選択性の１／２波長板５３２へと導かれる。このＲ光は、波長選択性の１／２波長板５３２によってＰ偏光に変換された後、ＰＢＳ５３３に入射する。

このようにして、液晶パネル５２９、５３１によって変調されたＢ光およびＲ光は、共に、同一の偏光方向にてＰＢＳ５３３に入射する。ここで、ＰＢＳ５３３はこれら光がＰ偏光となるよう構成されているため、これらの光は、共に、ＰＢＳ５３３を透過する。

ＰＢＳ５２５を透過したＧ光は、ＰＢＳ５３４によって反射され、その後、１／４波長板５３５と反射型の液晶パネル５３６を往復することにより、ＯＮ状態の画素位置に対応する部分のみがＰＢＳ５３４を透過してＰＢＳ５３３へ入射する。このＧ光は、Ｓ偏光の状態でＰＢＳ５３３に入射するため、ＰＢＳ５３３によって反射される。

以上の如く液晶パネル５２９、５３１、５３６によって変調されたＢ光、Ｒ光およびＧ光は、ＰＢＳ５３３を経由することにより合成される。そして、１／２波長板５３７により偏光方向が９０度回転された後、偏光板５３８を経由して投写レンズ５１８に入射され、投写レンズ５１８によって、スクリーン上に拡大投写される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態によって何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も上記の他に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子の陽極を基板に装着するようにしたが、半導体レーザ素子の陽極を基板に装着するようにしても良い。また、上記実施の形態では、ビーム長軸方向をシリンドリカルレンズによって平行光化するようにしたが、さらにシリンドリカルレンズを追加して、ビーム長軸方向も平行光化するようにしても良い。また、レーザ光の平行光化を、シリンドリカルレンズに替えて、集光レンズ、円筒レンズ屈折率分布レンズ、回折素子等の少なくとも一つあるいはその組み合わせによって行っても良い。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施例１に係る光源モジュールの構成を示す図 実施例１に係る光源モジュールの効果を説明する図 レーザ光源が適正位置からずれたときの問題を説明する図 実施例２に係る光源モジュールの構成を示す図 実施例２に係るレーザ光源の構成例を示す図 実施例２に係る保持部材の構成を示す図 実施例３に係る光源装置の構成を示す図 実施例３に係る光源装置の動作を説明する図 実施例３に係るプロジェクタの光学系を示す図 実施例３に係るプロジェクタの光学系の変更例を示す図

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０、６０ … 光源モジュール
１１、２１、３１、４１、５１、６１ … シリンドリカルレンズ
１０１ … 冷却部
１０２ … レーザ光源
１１１ … シリンドリカルレンズ
２０１ … 冷却部
２０２ … レーザ光源
２１１ … シリンドリカルレンズ
３００ … 絶縁素子
５０１ … 光源装置

Claims (4)

1. 第１方向に１段目と２段目とが配列されると共に第２方向に１列目と２列目と３列目とが配列される少なくとも６領域を有し、前記６領域からレーザ光を出射するように構成された照明装置であって、
   前記領域から出射されるレーザ光は、第１のレーザ光源と当該第１のレーザ光源が装着された第１の冷却部とを有する第１の発光ユニットと、第２のレーザ光源と当該第２のレーザ光源が装着された第２の冷却部とを有するとともに前記第２のレーザ光源が前記第１のレーザ光源に接近し前記第２の冷却部が前記第１の冷却部から離間するよう配置された第２の発光ユニットと、前記第１および第２の発光ユニットの間に配された絶縁体とにより構成される光源モジュールから出射されるように構成されており、
   前記第１のレーザ光源から出射されたレーザ光は、第１のシリンドリカルレンズによってビーム長軸方向が収束されて平行光化されると共に、前記第２のレーザ光源から出射されたレーザ光は、第２のシリンドリカルレンズによってビーム長軸方向が収束されて平行光化され、
   前記６領域のうち１段目１列目および２段目３列目の領域から出射されるレーザ光は、正面方向に配置された光源モジュールから出射されるように構成されており、
   前記６領域のうち１段目２列目および２段目１列目の領域から出射されるレーザ光は、前記正面方向に対して垂直に設けられた一方の面に配置された光源モジュールからミラーを介して出射されるように構成されており、
   前記６領域のうち１段目３列目および２段目２列目の領域から出射されるレーザ光は、前記正面方向に対して垂直に設けられると共に前記一方の面に正対向するように設けられた他方の面に配置された光源モジュールからミラーを介して出射されるように構成されることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、
   前記第１および第２の発光ユニットには、複数の前記第１および第２のレーザ光源がそれぞれ一列に並ぶように配されることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または２に記載の照明装置において、
   前記絶縁体は、前記第１の発光ユニットと前記第２の発光ユニットの両方または何れか一方に装着されることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置を有することを特徴とする投写型映像表示装置。

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