JP2013077022A - 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

Abstract

【課題】所定面を均一な照度分布で照明できる照射光を生成できる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置は、所定面に照射するための照射光を生成する。光源装置は、レーザ光を射出するレーザ光源と、レーザ光源と所定面との間に配置され、レーザ光を回折させる回折光学素子と、レーザ光源と所定面との間に配置され、レーザ光が入射する入射面、及び入射面からのレーザ光が射出する射出面を有し、レーザ光を拡散させる拡散光学素子とを備える。拡散光学素子は、射出面でレーザ光を屈折させることによって拡散させ、射出面は、射出後のレーザ光が再入射しないように、レーザ光の進行方向を制御する形状を有する。
【選択図】図１

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。

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

プロジェクタにおいては、所望の画像を得るために、レーザ光により空間光変調装置の入射面を均一な照度分布で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均一な照度分布で照明するための光学系を構築することが重要である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所定面を均一な照度分布で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。

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。

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、平面的に配列されてなることを特徴とする光源装置が提供される。

本発明の第１の観点によれば、レーザ光源からのレーザ光を拡散光学素子で拡散することによって、所定面を均一な照度分布で照明できる照射光を生成できる。拡散光学素子は、入射面、射出面の少なくとも一方が、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、平面的に配列されてなる構成であるため、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。

本発明の光源装置において、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るように、前記単位構造体の形状が設定される構成を採用できる。これにより、レーザ光を良好に拡散できる。

本発明の光源装置において、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る構成を採用できる。これにより、所定面を所望状態で照明できる。

本発明の光源装置において、前記単位構造体が凹部、凸部の少なくとも一方を含む構成を採用できる。これにより、レーザ光を良好に拡散できる。

本発明の光源装置において、前記単位構造体が、前記射出面とほぼ平行な面に沿って平面的に規則的に配列される凹部、凸部の少なくとも一方を有する構成を採用できる。これにより、所定面を均一な照度分布で照明できる。

本発明の光源装置において、前記単位構造体は、表面が曲面状の凹部、凸部の少なくとも一方を有する構成を採用できる。これにより、所定面を均一な照度分布で照明できる。

本発明の光源装置において、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ている構成を採用できる。これにより、射出面から射出されるレーザ光を所定面に良好に到達させることができる。

本発明の光源装置において、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構成を採用できる。これにより、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。

本発明の第２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光源装置が提供される。

本発明の第２の観点によれば、レーザ光源からのレーザ光を拡散光学素子で拡散することによって、所定面を均一な照度分布で照明できる照射光を生成できる。拡散光学素子は、入射面でレーザ光を屈折させることによって拡散させ、その入射面は、入射後のレーザ光が射出面に向かうように、レーザ光の進行方向を制御する形状を有するので、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。

本発明の光源装置において、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構成を採用できる。これにより、回折光学素子で生成されたレーザ光の回折光が拡散光学素子で拡散されるので、所定面を均一な照度分布で照明できる。

本発明の光源装置において、前記レーザ光に対して前記拡散光学素子を移動する駆動装置を備えた構成を採用できる。これにより、レーザ光をさらに良好に拡散でき、所定面を均一な照度分布で照明できる。

本発明の光源装置において、前記入射面及び前記射出面の少なくとも一方に反射防止構造を備えた構成を採用できる。これにより、所定面に到達するレーザ光（照射光）の光量の減衰をさらに良好に抑制し、高い照度で所定面を照明できる。

本発明の光源装置は、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、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ことを特徴とする。
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。

本発明の光源装置において、前記拡散光学素子の射出面から射出される光の光軸と前記射出面の法線とのなす角度が１．２°以下である構成を採用できる。
これにより、高い照度で所定面を照明できる。

本発明の光源装置において、前記拡散光学素子を配置していないときに前記所定面における被照明領域（光を照射すべき領域）の中心に入射する光に対し、前記拡散光学素子による前記光の拡散範囲となる円の半径をｄ、前記所定面における被照明領域となる矩形の対角線の長さをＬとしたとき、２ｄ≦Ｌを満たす構成を採用できる。
これにより、光の損失を十分に抑制することができる。

本発明の光源装置において、前記拡散光学素子を配置していないときに前記所定面における被照明領域（光を照射すべき領域）の中心に入射する光に対し、前記拡散光学素子による前記光の拡散範囲となる円の半径をｄ、前記所定面における被照明領域となる矩形の短辺の長さをＳとしたとき、２ｄ≦Ｓを満たす構成を採用できる。
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。

本発明の第３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。

本発明の第３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。

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。

本発明の第４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。

本発明の第４の観点によれば、良好な画像を形成できる。

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照明装置が提供される。

本発明の第５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。

本発明の第６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。

本発明の第６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。

第１実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る光源装置を示す概略斜視図である。 回折光学素子の一例を説明するための模式図である。 回折光学素子の一例を説明するための模式図である。 第１実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した側面図である。 第１実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した斜視図である。 第１実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した側面図である。 拡散光学素子と所定面との位置関係を示す図である。 所定面の状態の一例を示す図である。 回折光学素子の輝度分布の一例を示す図である。 散乱部材の一例を示す図である。 第２実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した側面図である。 第３実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した側面図である。 第４実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した側面図である。 第５実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した側面図である。 第５実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した側面図である。 第６実施形態に係る拡散光学素子の一部を拡大した斜視図である。 第６実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。 光源装置の変形例を示す概略構成図である。 光源装置の変形例を示す概略構成図である。 光源装置の変形例を示す概略構成図である。 第７実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 第８実施形態に係る照明を示す図である。 第９実施形態に係るモニタ装置を示す図である。 拡散光学素子の凹凸形状を設計する手法説明するための図である。 同図である。 好ましい光の拡散範囲を説明するための図である。

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。

＜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。

本実施形態においては、回折光学素子５は、レーザ光源２と拡散光学素子８との間に配置され、拡散光学素子８は、回折光学素子５と所定面１１との間に配置されている。角度調整用光学素子９は、拡散光学素子８と所定面１１との間に配置されている。

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。また、本実施形態においては、複数のレーザ光源２は、一次元方向（図１の例ではＸ軸方向）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、回折光学素子５の入射面３にレーザ光を照射する。

回折光学素子５は、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、射出面４より射出する。本実施形態においては、回折光学素子５の入射面３には、レーザ光源２からのレーザ光が照射される。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。

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。

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。

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。

次に、拡散光学素子８について説明する。拡散光学素子８は、入射面６に入射したレーザ光を拡散して拡散光を生成し、射出面７より射出する。本実施形態においては、拡散光学素子８の入射面６には、回折光学素子５の射出面４から射出されたレーザ光が照射される。拡散光学素子８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。本実施形態においては、拡散光学素子８は、射出面７でレーザ光を屈折させることによって、そのレーザ光を拡散させる。

図５は、本実施形態に係る拡散光学素子８の一部を拡大した側面図、図６は、本実施形態に係る拡散光学素子８の一部を拡大した斜視図である。図５に示すように、拡散光学素子８は、射出面７でレーザ光を屈折させることによって拡散させる。

本実施形態の拡散光学素子８の射出面７は、射出後のレーザ光が再入射しないように、レーザ光の進行方向を制御する形状を有している。すなわち、本実施形態においては、射出面７より射出後のレーザ光が射出面７に再入射せずに、所定面１１（角度調整用光学素子９）に向かって進行するように、射出面７の形状が最適化されている。

射出面７（後述の溝７Ｍ）の形状は、その射出面７（溝７Ｍ）の複数位置のそれぞれから射出されるレーザ光の進行方向が互いに異なるように設定されている。射出面７の複数位置のそれぞれから射出されるレーザ光は、互いに異なる方向に進行するように、その射出面７において屈折する。

例えば、図５に示すように、入射面６の第１の位置６Ａにほぼ垂直に入射したレーザ光は、拡散光学素子８を通過した後、射出面７で屈折して、第１の方向に進行するように、その射出面７より射出される。第１の位置６Ａと異なる入射面６の第２の位置６Ｂにほぼ垂直に入射したレーザ光は、拡散光学素子８を通過した後、射出面７で屈折して、第１の方向と異なる第２の方向に進行するように、その射出面７より射出される。

このように、本実施形態においては、射出面７は、その射出面７の複数位置のそれぞれから射出するレーザ光の進行方向を互いに異ならせるように屈折させる形状を有する。また、射出面７は、射出後のレーザ光が再入射しないように、レーザ光の進行方向を制御し、射出面７において１回だけ屈折した後、所定面１１（角度調整用光学素子９）に向かって進行する。

本実施形態においては、射出面７は、凹凸構造を含み、射出面７の複数位置のそれぞれより射出するレーザ光は、凹部及び凸部の少なくとも一方を含む射出面７によって、互いに異なる方向に進行するように屈折する。

図５及び図６に示すように、本実施形態においては、射出面７は、その射出面７とほぼ垂直な断面において、所定面１１（角度調整用光学素子９）に対して凹む円弧状の溝７Ｍを含む。本実施形態の場合、溝７Ｍが特許請求の範囲における「単位構造体」に相当する。溝７Ｍは、射出面７とほぼ平行な面の所定方向に複数形成されている。図５及び図６においては、拡散光学素子８は、入射面６及び射出面７とＸＹ平面とがほぼ平行となるように配置されている。射出面７は、その射出面７とほぼ垂直なＸＺ平面において、所定面１１に対して凹む円弧状の溝７Ｍを有する。溝７Ｍは、Ｙ軸方向に長く、Ｘ軸方向に複数形成されている。

このように、本実施形態においては、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って、Ｙ軸方向に長いライン状であり、Ｘ軸方向に複数形成されている。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。

また、本実施形態においては、入射面６は、ＸＹ平面とほぼ平行な平面である。

図１に示すように、光源装置１は、レーザ光に対して拡散光学素子８を移動する駆動装置１２を備えている。駆動装置１２は、拡散光学素子８を回転可能な回転モータを含み、拡散光学素子８をθＺ方向に回転可能である。駆動装置１２により回転されることによって、拡散光学素子８は、所定面１１における照明領域の少なくとも一部の照度分布を均一化できる。なお、駆動装置１２は、拡散光学素子８を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、及びθＹ方向の少なくとも１つの方向に移動（微動、揺動）するようにしてもよい。

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。本実施形態においては、角度調整用光学素子９の入射面９Ａには、拡散光学素子８の射出面７から射出されたレーザ光が照射される。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。

本実施形態においては、角度調整用光学素子９は、複数のレーザ光源２のそれぞれから射出され、回折光学素子５及び拡散光学素子８を介したレーザ光で、所定面１１の所定領域を重畳的に照明するように、射出面９Ｂより射出するレーザ光（照射光）の射出角度を調整する。

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、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。

回折光学素子５の射出面４から射出されたレーザ光（回折光）は、拡散光学素子８の入射面６に入射し、その拡散光学素子８を通過した後、拡散光学素子８の射出面７より射出される。拡散光学素子８は、入射面６より入射したレーザ光により拡散光を生成し、射出面７より射出する。

拡散光学素子８の射出面７から射出されたレーザ光（拡散光）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。

本実施形態においては、回折光学素子５及び拡散光学素子８を含む光源装置１は、所定面１１を所定の照明領域で照明する。射出面７の形状は、回折光学素子５及び拡散光学素子８を介したレーザ光が、所定面１１の所定領域に対して所定の入射角度で入射するように設定されている。

図７は、拡散光学素子８の拡大図である。本実施形態においては、一例として、円弧状の溝７Ｍの曲率半径Ｒが約１３ｍｍ、隣り合う溝７Ｍ同士の距離（ピッチ）Ｐが約１．２ｍｍ、溝７Ｍの深さＤが約１３μｍに設定されている。ＸＹ平面とほぼ平行な入射面６に対してほぼ垂直に入射したレーザ光は、拡散光学素子８を通過した後、射出面７で屈折し、所定方向に進行する。射出面７より射出されるレーザ光の射出角度θ１は、射出面７の位置によって異なるが、本実施形態においては、射出角度θ１が−１．２°〜＋１．２°となるように、射出面７の形状が設定されている。ここで、射出角度θ１は、入射面６にほぼ垂直に入射するレーザ光の延長線、すなわちＺ軸となす角度である。なお、見やすくするために、図では、図面上の大きさ、角度と、実際の大きさ、角度とが異なるように図示してある。

図８は、拡散光学素子８と所定面１１を有する所定部材１０との位置関係を示す模式図、図９は、光源装置１により照射光が照射されている所定面１１を示す模式図である。図８に示すように、拡散光学素子８の射出面７と、所定部材１０の所定面１１とは、ＸＹ平面とほぼ平行である。図８に示す例では、拡散光学素子８の射出面７と所定部材１０の所定面１１との距離Ｔが約２５ｍｍに設定されている。

射出面７より射出角度θ１で射出されたレーザ光は、所定面１１に対して角度θ２で入射する。ここで、拡散光学素子８の射出面７と所定部材１０の所定面１１とは平行である。したがって、射出面７から射出されるレーザ光の射出角度θ１と、所定面１１に入射するレーザ光の入射角度θ２とはほぼ等しい。射出角度θ１は射出面７の形状を調整することによって制御可能なので、射出面７の形状を調整することによって、所定面１１に対するレーザ光の入射角度θ２も制御できる。このように、射出面７の形状を調整することによって、所定面１１に対するレーザ光の入射角度を設定可能である。なお、本実施形態においては、角度調整用光学素子９が配置されているので、その角度調整用光学素子９によっても、入射角度θ２を調整できる。

射出角度θ１が−１．２°〜＋１．２°の場合において、入射面６にほぼ垂直に入射するレーザ光の延長線と所定面１１とが交わる位置を基準点とした場合、図８に示すように、そのレーザ光に基づいて射出面７より射出されたレーザ光が所定面１１に到達する位置Ｓは、約−０．５ｍｍ〜＋０．５ｍｍの範囲となる。

図９において、本実施形態においては、光源装置１は、少なくとも所定面１１の矩形状（長方形状）の所定領域Ａ１（被照明領域）に照射光を照射する。回折光学素子５は、所定領域Ａ１にレーザ光が照射されるように設計されている。なお、本実施形態においては、所定領域Ａ１のＸ軸方向の大きさは１６ｍｍ、Ｙ軸方向の大きさは９ｍｍである。射出面７の形状は、回折光学素子５及び拡散光学素子８を介したレーザ光が、所定面１１の所定領域Ａ１に対して所定の入射角度θ２で入射するように設定されている。

図８等を参照して説明したように、レーザ光は、射出面７より射出角度θ１で射出される。射出面７より射出されるレーザ光の射出角度θ１は、射出面７の位置によって異なるので、射出面７の複数位置のそれぞれから射出されたレーザ光は、所定面１１において混ぜ合わせられ、所定領域Ａ１での照度が均一化される。本実施形態においては、少なくとも所定領域Ａ１での照度が均一化されるように、すなわち、射出面７の複数位置のそれぞれから射出されたレーザ光が、所定面１１の所定領域Ａ１において混ぜ合わせられるように、射出面７の形状（溝７Ｍの曲率半径Ｒ、ピッチＰ、深さＤを含む）、及び射出面７と所定面１１との距離Ｔが最適化されている。

なお、例えば射出面７の光射出領域のエッジ近傍から射出されたレーザ光など、射出面７の複数位置のそれぞれから射出されるレーザ光のうち、一部のレーザ光は、所定面１１で他のレーザ光と混ぜ合わせられないで、所定領域Ａ１よりも外側の領域Ａ３に照射される。すなわち、図９に示すように、本実施形態においては、光源装置１によって設定される照明領域Ａ２は、所定領域Ａ１を含むものであって、所定領域Ａ１よりも大きい。そして、その照明領域Ａ２のうち、少なくとも所定領域Ａ１に対応する一部の領域（領域Ａ３以外の領域）の照度が均一化される。本実施形態においては、照明領域Ａ２のうち、照明対象領域である所定領域Ａ１における照度が均一化されるように、射出面７の形状（溝７Ｍの曲率半径Ｒ、ピッチＰ、深さＤを含む）、及び射出面７と所定面１１との距離Ｔが最適化されている。

本実施形態においては、例えば回折光学素子５の射出面４から射出されるレーザ光の輝度分布に起因する所定面１１における照度分布の不均一性を、拡散光学素子８によって均一化できる。例えば、回折光学素子５を製造する際のプロセス等に起因して、図１０に示すように、回折光学素子５の射出面４から射出されるレーザ光の輝度分布に偏りが生じる虞がある。なお、図１０の横軸は、回折光学素子５のＸ軸方向の位置を正規化した値、縦軸は、輝度（照度）を正規化した値である。このように、たとえ、回折光学素子５の射出面４から射出されるレーザ光の輝度（照度）分布に偏りが生じても、本実施形態によれば、拡散光学素子８によって、所定面１１におけるレーザ光（照射光）の照度分布を均一化できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、レーザ光源２からのレーザ光を拡散光学素子８で拡散することによって、所定面１１を均一な照度分布で照明できる照射光を生成できる。拡散光学素子５は、射出面７でレーザ光を屈折させることによって拡散させ、その射出面７は、射出後のレーザ光が再入射しないように、レーザ光の進行方向を制御する形状を有するので、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１１を照明できる。

例えば、レーザ光を拡散させるために、従来のように、粗面を有する散乱部材を用いる場合、図１１の模式図に示すように、射出面７Ｊから射出されたレーザ光の進行方向が制御されないので、射出面７Ｊから射出後のレーザ光が、射出面７Ｊに再入射したり、射出と入射とを繰り返す可能がある。この場合、拡散部材から所定面１１に向けて進行するレーザ光の光量は減衰する。

本実施形態においては、射出面７から射出後のレーザ光は、射出面７に再入射しないように設定されているので、複数回、或いは１回の屈折又は反射による損失を抑制し、光量の減衰が抑制された状態で、所定面１１に向かって進行することができる。

そして、射出面７（溝７Ｍ）の複数位置のそれぞれにおけるレーザ光の進行方向が互いに異なるように、射出面７の形状が設定されているので、射出面７から射出されたレーザ光は、光量の減衰が抑制された状態で、良好に拡散される。

本実施形態の拡散光学素子８の射出面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を含む。射出面７をこのような形状にすることによって、拡散光学素子８を容易に製造できる。例えば、光学部材の表面に半球状のバイト（工具）を当てて、一方向に移動することで、複数の溝７Ｍを形成できる。また、本実施形態においては、駆動装置１２を用いて、拡散光学素子８を少なくともθＺ方向に回転するので、所定面１１における照明領域Ａ２のうち、少なくとも所定領域Ａ１に対応する一部の領域の照度分布を良好に均一化できる。

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上で重ね合わせることにより、スペックルパターンの発生を低減し、所定面１１上での照度分布をほぼ均一にすることができる。また、拡散光学素子８によって、スペックルパターンの発生をさらに抑制し、所定面１１をほぼ均一な照度分布で照明することができる。

なお、本実施形態においては、射出面７（溝７Ｍ）の複数位置のそれぞれから射出されたレーザ光を、所定面１１において混ぜ合わせることによって、所定面１１での照射光の照度分布が均一化されている。したがって、例えば、回折光学素子５の射出面４から射出されるレーザ光の輝度分布に起因する所定面１１における照度分布の不均一性が大きい場合（ムラが大きい場合）には、レーザ光同士の混ぜ合わせ領域を大きくすることによって、所定面１１における照度分布を均一化できる。レーザ光同士の混ぜ合わせ領域を大きくするためには、例えば拡散光学素子８からの射出角度θ１を大きくしたり、距離Ｔを大きくすればよい。なお、射出角度θ１を大きくしたり、距離Ｔを大きくすると、射出面７の複数位置のそれぞれから射出されるレーザ光のうち、所定面１１で他のレーザ光と混ぜ合わせられないで、所定領域Ａ１よりも外側の領域Ａ３に照射されるレーザ光の成分が多くなる。所定領域Ａ１の外側に照射されるレーザ光が多くなると、照明効率の劣化等をもたらすため、所定領域Ａ１において所望の照度分布を得られる範囲内で、射出角度θ１、距離Ｔなどを最適化することが望ましい。

＜第２実施形態＞
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。

図１２は、第２実施形態に係る拡散光学素子８を示す図である。図１２において、射出面７は、その射出面７とほぼ垂直な断面において、所定面１１に対して凹む円弧状の凹部（溝）７Ｍａを含む。本実施形態の場合、凹部７Ｍａが特許請求の範囲における「単位構造体」に相当する。凹部７Ｍａは、射出面７とほぼ平行な面の所定方向に複数形成されている。図１２においては、拡散光学素子８は、入射面６及び射出面７とＸＹ平面とがほぼ平行となるように配置されており、凹部７Ｍａは、ＸＺ平面において、所定面１１に対して凹む円弧状（曲面状）の表面を有する。凹部７Ｍａは、Ｙ軸方向に長いライン状であり、Ｘ軸方向に複数形成されている。

本実施形態においては、隣り合う凹部７Ｍａ同士の間には、所定面１１に対して突出する凸部７Ｔが形成される。凸部７Ｔは、ＸＺ平面において、所定面１１に対して突出する円弧状（曲面状）の表面を有する。凸部７Ｔは、Ｙ軸方向に長いライン状であり、凹部７Ｍａ同士の間において、Ｘ軸方向に複数形成されている。

本実施形態においては、射出面７は、全体として、ＸＺ平面においてサイン波状の表面を有する凹凸構造を含む。

本実施形態においても、射出面７から射出後のレーザ光は、射出面７に再入射しないようになっている。本実施形態においても、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１１を照明できる。

＜第３実施形態＞
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。

図１３は、第３実施形態に係る拡散光学素子８を示す図である。図１３において、拡散光学素子８の入射面６は、凹凸構造を含む。入射面６は、その入射面６とほぼ垂直な断面において、レーザ光源２に対して凹む円弧状の溝６Ｍを含む。本実施形態の場合、溝６Ｍが特許請求の範囲における「単位構造体」に相当する。溝６Ｍは、入射面６とほぼ平行な面の所定方向に複数形成されている。図１３においては、拡散光学素子８は、入射面６及び射出面７とＸＹ平面とがほぼ平行となるように配置されている。入射面６は、その入射面６とほぼ垂直なＸＺ平面において、レーザ光源２に対して凹む円弧状の溝６Ｍを有する。溝６Ｍは、Ｙ軸方向に長いライン状であり、Ｘ軸方向に複数形成されている。

また、本実施形態においては、射出面７は、ＸＹ平面とほぼ平行な平面である。

入射面６の形状は、射出面７（溝６Ｍ）の複数位置のそれぞれから射出されるレーザ光の進行方向が互いに異なるように、設定されている。入射面６の形状は、回折光学素子５及び拡散光学素子８を介したレーザ光が所定面１１の所定領域Ａ１に対して所定の入射角度で入射するように設定されている。

本実施形態においても、レーザ光源２からのレーザ光を拡散光学素子８で拡散することによって、所定面１１を均一な照度分布で照明できる照射光を生成できる。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、その入射面６は、入射後のレーザ光が、射出面７以外の領域に向かわずに、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ので、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。

なお、本実施形態において、入射面６の形状を、図１２の射出面７のようなサイン波状にしてもよい。

＜第４実施形態＞
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。

＜第５実施形態＞
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。

図１５は、第５実施形態に係る拡散光学素子８を示す図である。図１５において、光源装置１は、拡散光学素子８の入射面６に設けられた第１反射防止膜１３と、射出面７に設けられた第２反射防止膜１４とを備えている。本実施形態においては、第１反射防止膜１３は、多層膜であり、第２反射防止膜１４は、単層膜である。多層膜は、例えば誘電体多層膜である。単層膜は、例えばフッ化マグネシウムで形成される。第１、第２反射防止膜１３、１４は、干渉型の反射防止膜であって、第１反射防止膜１３は、入射面６に入射するレーザ光の反射を抑制し、第２反射防止膜１４は、射出面７から射出する際のレーザ光の反射を抑制する。

反射防止膜を設けることによって、所定面１１に到達するレーザ光（照射光）の光量の減衰をさらに良好に抑制し、高い照度で所定面１１を照明できる。

なお、図１５を用いた説明では、第１反射防止膜１３は多層膜であるが、単層膜でもよい。また、図１５を用いた説明では、第２反射防止膜１４は単層膜であるが、多層膜でもよい。また、第１反射防止膜１３を省略して、射出面７のみに反射防止膜１４を設けてもよいし、第２反射防止膜１４を省略して、入射面６のみに反射防止膜１３を設けてもよい。

また、図１６に示すように、例えば入射面６に、円錐状の微細な突起部材を複数周期的に配列した構造、所謂モスアイ構造を設けることによって、入射面６に入射するレーザ光の反射を防止するようにしてもよい。また、射出面７にモスアイ構造を形成してもよい。

＜第６実施形態＞
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。

図１７は、第６実施形態に係る光源装置１の概略構成図、図１８は、第６実施形態に係る射出面７の一部を拡大した斜視図である。図１８に示すように、拡散光学素子８の射出面７に設けられた凹凸構造は、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１５及び凸部１６を有する。凹部１５及び凸部１６の表面は、曲面状である。本実施形態の場合、凹部１５及び凸部１６が特許請求の範囲における「単位構造体」に相当する。

本実施形態においても、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１１を照明できる。また、拡散光学素子７は、レーザ光を良好に拡散できる。これにより、光源装置１は、所定面１１を均一な照度分布で照明できる。

また、本実施形態においては、図１８に示すように、駆動装置１２を省略しても、光源装置１は、所定面１１を均一な照度分布で照明できる。もちろん、本実施形態の拡散光学素子８を駆動装置１２で移動（回転）してもよい。

なお、上述の第１〜第６実施形態においては、回折光学素子５は、レーザ光源２と拡散光学素子８との間に配置され、拡散光学素子８は、回折光学素子５と所定面１１との間に配置され、角度調整用光学素子９は、拡散光学素子８と所定面１１との間に配置されているが、回折光学素子５、拡散光学素子８、及び角度調整用光学素子９の位置関係を変更してもよい。

例えば、図１９に示すように、レーザ光源２と所定面１１との間に、レーザ光源２から所定面１１に向かって、回折光学素子５、角度調整用光学素子９、及び拡散光学素子８の順に配置してもよい。

また、図２０に示すように、レーザ光源２と所定面１１との間に、レーザ光源２から所定面１１に向かって、拡散光学素子８、回折光学素子５、及び角度調整用光学素子９の順に配置してもよい。

また、図２１に示すように、角度調整用光学素子９を省略してもよい。図２１に示す例では、レーザ光源２と所定面１１との間に、レーザ光源２から所定面１１に向かって、回折光学素子５、及び拡散光学素子８の順に、各素子が配置されている。

なお、上述の第１〜第６実施形態においては、光源装置１は一次元方向（Ｘ軸方向）に複数並んだレーザ光源２を有しているが、二次元方向（ＸＹ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。

なお、上述の第１〜第６実施形態においては、光源装置１は複数のレーザ光源２を有しているが、レーザ光源２は１つであってもよい。

なお、上述の第１〜第６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。

ここで、屈折面となる拡散光学素子８の入射面、または射出面の凹凸形状を設計する手法の一例を説明する。
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。

このとき、拡散光学素子に対して垂直入射した光線の最大射出角度をθ１とすると、図２５のように入射面が平坦な場合と、図２６のように射出面が平坦な場合のいずれにおいても下記の（１）式でθ１が書き表せる。拡散光学素子の屈折率をｎとする。
θ１＝sin^-1（ｎ×sinα）−α ……（１）

所定面において、レーザ光の光軸に対して最大距離ｄ［ｍｍ］だけ光線を拡散させたい場合、所定面と拡散光学素子との距離Ｔに対し、下記の（２）式の関係が成り立つ。
ｄ＝Ｔ×tanθ１ ……（２）

つまり、（２）式を変形すると、最大距離ｄだけ拡散させたい場合の射出角度θ１は下記の（３）式で書き表せる。
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。

例えば、所定面において±０．５ｍｍ以内に光を拡散させたい場合、ｎ＝１．４９とすると、入射面が平坦な場合も射出面が平坦な場合も角度αは同一であり、角度αが約２．３°のときに条件を満たす。
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。

また、光の拡散範囲については、図２７（ａ）に示すように、拡散光学素子による光の拡散範囲は通常、円形となる。ただし、ここで示す「光の拡散範囲」とは、拡散光学素子を配置していないときに被照明領域の中心に入射する光に対する拡散範囲のことである。また、所定面の被照明領域として、後述する液晶ライトバルブの画像表示領域（通常、長方形状）を想定する。ここで、光の拡散範囲を示す円の半径をｄ、画像表示領域の長方形の対角線の長さをＬとすると、２ｄ≦Ｌを満たすことが望ましい。
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。

さらに、図２７（ｂ）に示すように、拡散光学素子による光の拡散範囲となる円の半径をｄ、画像表示領域を示す長方形の短辺の長さをＳとしたとき、２ｄ≦Ｓを満たすことがより望ましい。この場合、図２７（ａ）に比べて、光の損失をより十分に抑制することができる。

＜第７実施形態＞
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。

図２２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。

図２２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、図１０等を参照して説明したように、例えば、回折光学素子５を製造する際のプロセス等に起因して、回折光学素子５の射出面４から射出されるレーザ光の輝度に分布（ムラ）が生じる場合がある。その輝度のムラが発生している状態を放置したまま、プロジェクタＰＪでスクリーン１００に画像を表示すると、その画像は投射系２１によって拡大されたものであるため、回折光学素子５に起因する輝度ムラが、鑑賞者に把握されるまで大きくなる可能性がある。本実施形態においては、拡散光学素子８によって輝度ムラを修正しているので、上述の不都合を抑制できる。

なお、本実施形態においては、各光源装置１Ｒ、１Ｂ、１Ｇの拡散光学素子８の入射面７は、射出角度θ１（入射角度θ２）が、−２°〜＋２°になるような形状を有する。これにより、各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに所望状態で光が照射され、プロジェクタＰＪは、良好に画像を表示できる。

なお、図２２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。

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。

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。

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。

＜第８実施形態＞
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。

図２３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２３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。

＜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を応用したモニタ装置の一例について説明する。

図２４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２４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。

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。

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。

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。

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。

１…光源装置、２…レーザ光源、５…回折光学素子、６…入射面、６Ｍ…溝、７…射出面、７Ｍ…溝、８…拡散光学素子、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。

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るように、前記単位構造体の形状が設定され、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が提供される。

Claims (19)

1. 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、平面的に配列されてなることを特徴とする光源装置。
2. 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るように、前記単位構造体の形状が設定されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 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ることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記単位構造体が凹部、凸部の少なくとも一方を含む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。
5. 前記単位構造体が、前記射出面とほぼ平行な面に沿って平面的に規則的に配列される凹部、凸部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記単位構造体が、表面が曲面状の凹部、凸部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の光源装置。
7. 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ていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 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１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
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光源装置。
10. 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１〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
11. 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、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ことを特徴とする光源装置。
12. 前記拡散光学素子の射出面から射出される光の光軸と前記射出面の法線とのなす角度が１．２°以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
13. 前記拡散光学素子を配置していないときに前記所定面における被照明領域の中心に入射する光に対し、前記拡散光学素子による前記光の拡散範囲となる円の半径をｄ、前記所定面における被照明領域となる矩形の対角線の長さをＬとしたとき、２ｄ≦Ｌを満たすことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光源装置。
14. 前記拡散光学素子を配置していないときに前記所定面における被照明領域の中心に入射する光に対し、前記拡散光学素子による前記光の拡散範囲となる円の半径をｄ、前記所定面における被照明領域となる矩形の短辺の長さをＳとしたとき、２ｄ≦Ｓを満たすことを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
15. 請求項１〜請求項１４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。
16. 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１５に記載の画像表示装置。
17. 請求項１５又は請求項１６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。
18. 請求項１〜請求項１４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。
19. 請求項１〜請求項１４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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