JP5167789B2 - 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 - Google Patents
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Description
この構成によれば、拡散光学素子の入射面、射出面の少なくとも一方は、表面が曲面状の凹部、凸部の少なくとも一方を含む単位構造体が複数、平面的に配列されてなるものであるから、所定面に到達するレーザ光(照射光)の光量の減衰を抑制し、高い照度で所定面を照明できる。
これにより、高い照度で所定面を照明できる。
これにより、光の損失を十分に抑制することができる。
これにより、光の損失をより十分に抑制することができる。
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レーザ光源2と、レーザ光源2と所定面11との間に配置され、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、レーザ光を回折させる回折光学素子5と、レーザ光源2と所定面11との間に配置され、レーザ光が入射する入射面6、及び入射面6からのレーザ光が射出する射出面7を有し、レーザ光を拡散させる拡散光学素子8と、レーザ光源2と所定面11との間に配置され、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、レーザ光の射出角度を調整する角度調整用光学素子9とを備えている。
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。
また、隣り合う溝7M同士の境界は、所定面11(角度調整用光学素子9)に対して凸状であり、稜線を形成している。
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。
次に、第2実施形態について説明する。上述の第1実施形態においては、射出面7は、Y軸方向に長いライン状であって、X軸方向に複数形成された溝7Mを含み、その溝7Mは、XZ平面において所定面11に対して凹む円弧状であり、隣り合う溝7M同士の境界は、所定面11に対して凸状の稜線を形成している。本実施形態の特徴的な部分は、射出面7が、曲面状の凹部及び凸部を有する点にある。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。
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、拡散光学素子8は、入射面6でレーザ光を屈折させることによって拡散させ、入射面6は、入射後のレーザ光が射出面7に向かうように、レーザ光の進行方向を制御する形状を有する点にある。
次に、第4実施形態について説明する。図14は、第4実施形態に係る拡散光学素子8を示す図である。図14に示すように、入射面6及び射出面7の両方に、上述の実施形態で説明したような凹凸構造を設けてもよい。こうすることによっても、光源装置1は、所定面11に到達するレーザ光(照射光)の光量の減衰を抑制し、高い照度で所定面を照明できる。
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、入射面6及び射出面7の少なくとも一方に反射防止構造を備えた点にある。
次に、第6実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、射出面7に設けられた凹凸構造が、射出面7とほぼ平行なXY平面に沿って2次元的に規則的に配列される凹部及び凸部を有する点にある。
例えば図25に示す拡散光学素子の射出面に円弧状の溝を形成した形状(図25の上側)、サイン波状の形状(図25の下側)、図26に示す拡散光学素子の入射面に円弧状の凸部を形成した形状(図26の上側)、サイン波状の形状(図26の下側)においては、拡散光学素子に対して垂直に入射した光は入射位置によって射出角度が異なる。射出角度が最大となるのは、凹凸形状の接線と水平線とのなす角度αが最大となる位置に入射したときである。
θ1=sin−1(n×sinα)−α ……(1)
d=T×tanθ1 ……(2)
θ1=tan−1(d/T) ……(3)
よって、(1)式、(3)式を満足するように拡散光学素子の角度αを設定すれば、所望の拡散角を持った拡散光学素子が実現できる。
一方、本願発明者らの実験によれば、射出角度θ1は1.2°以下でレーザ光の減衰が十分に抑制され、高い照度を実現できるという結果が得られている。
この場合、光の拡散範囲を示す円は、画像表示領域を示す長方形の外接円となる。このとき、光の損失はある程度生じるものの、全くランダムな散乱パターンを持った従来の拡散板を用いたときと比べて十分に損失を抑制することができる。
次に、第7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。
次に、第8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。
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を応用したモニタ装置の一例について説明する。
Claims (9)
- 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レーザ光源と、
前記レーザ光源と前記所定面との間に配置され、前記レーザ光を回折させる回折光学素子と、
前記レーザ光源と前記所定面との間に配置され、前記レーザ光が入射する入射面、及び前記入射面からの前記レーザ光が射出する射出面を有し、前記レーザ光を拡散させる拡散光学素子と、を備え、
前記拡散光学素子の前記入射面、前記射出面の少なくとも一方は、前記拡散光学素子に対して垂直に入射する光を1回屈折させて前記所定面に向けて射出させる単位構造体が複数、平面的に配列され、
前記単位構造体の複数位置のそれぞれから射出される前記レーザ光の進行方向が異なり、前記回折光学素子及び前記拡散光学素子を介した前記レーザ光が前記所定面の所定領域に対して所定の入射角度で入射するように、前記単位構造体の形状が設定され、
前記単位構造体は、前記射出面とほぼ垂直な断面において前記所定面に対して凹む円弧状の溝を含み、前記溝は、前記射出面とほぼ平行な面の所定方向に複数形成され、
前記回折光学素子は、前記所定面に対応して照明領域が設定された光を射出することを特徴とする光源装置。 - 前記拡散光学素子は、前記入射面で前記レーザ光を屈折させることによって拡散させ、
前記入射面は、入射後の前記レーザ光が前記射出面に向かうように、前記レーザ光の進行方向を制御する形状を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記拡散光学素子は、前記回折光学素子と前記所定面との間に配置され、
前記回折光学素子からの前記レーザ光が前記拡散光学素子の前記入射面に入射することを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 - 複数の前記レーザ光源のそれぞれから射出され、前記回折光学素子及び前記拡散光学素子を透過したレーザ光で前記所定面の所定領域を重畳的に照明するように、射出面から射出されるレーザ光の射出角度を調整する角度調整用光学素子を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の光源装置。
- 請求項1ないし4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。
- 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5に記載の画像表示装置。
- 請求項5または6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。
- 請求項1ないし4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。
- 請求項1ないし4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。
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