JP2019184796A - 照明装置、照明システム及び投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対向して配置された各光源ユニットからの各光を合成することができ、従来技術に比較して出射光の出力強度を増大させる。【解決手段】第１及び第２のレーザー光源ユニットからの複数の出射光に対して傾斜するように配置され、複数の出射光のうちの第１の出射光を所定の出力光方向で反射する反射領域と、複数の出射光のうちの第２の出射光を透過する透過領域とを並置方向で交互に有する第１の反射部材と、第１の反射部材に対して直交するように配置され、複数の出射光のうちの第３の出射光を出力光方向で反射する反射領域と、複数の出射光のうちの第４の出射光を透過する透過領域とを、並置方向で交互に有する第２の反射部材とを備える。第２の反射部材は、所定の第１の間隙を有して、第１及び第２の反射部に２分割され、第１の反射部材は、第１の間隙を通過するように配置される。【選択図】図２

Description

本開示は、照明装置、照明システム及び投写型画像表示装置に関する。

投写型画像表示装置は固体光源技術の進歩により、その光源が従来の放電管ランプから長寿命であって水銀を含まず爆発しないなどの長所を有するＬＥＤ光源、もしくはレーザー光源に置き換わりつつある。特に、レーザー光源については、１つの個体からの光出力は小さいが、光出力でエタンデュが比較的小さいことから複数個アレイ状にユニット化されたものが光源として用いられており、５０００ルーメンを超えるような高出力のプロジェクタも商品化されている。

前記レーザー光源は筒状のパッケージに収納されているものが一般的であり、その出力や寿命確保の面から一定温度に納めるための冷却が求められるので、各レーザー光源は一定の間隔を持って２次元状に配列されている。

一方で、高出力化を実現する場合、使用するレーザー光源ユニットの数は多くなり、そのまま２次元状に配列すると非常に大きな面積を要するようになる。このことにより出射光を扱う光学系も大型化することで集光効率の低下、並びに、装置全体の大型化を招いてしまう問題があった。従って、小型化とレーザーユニットからの光束を高密度に集光する光学系を提供することが課題となっている。この課題を鑑み、従来より以下のような提案が成されている。

特許文献１では、ランプからの光束をリフレクタ及びレンズアレイに透過させた後、透過後の光束を複数の光束に分割する。そして、分割後の各光束に対して、反射及び透過を交互に行った後、ミラーにより合成する。

また、特許文献２では、出射光の波長の異なる複数のレーザー光源アレイからの光束を、波長選択性ミラーで一方向の光に合成することが提案されている。

特開２００１−２０１８０７号公報 特開２００８−１１６５８１号公報

特許文献１では、ある方向から入射するアレイ状に配置された光源からの入射光は、入射光に対して斜めに配置された平面ガラス上に帯状に設けられた反射域に入射し、反射される。一方で、前記方向と直交する方向から入射するアレイ状に配置された光源からの入射光は、前記平面ガラス上に帯状に設けられた透過域に入射し、透過される。これにより、前記２つの方向からの２つの光の出射方向を合わせて、出射光の出力強度を増大させる。しかし、対向して配置された光源ユニットからの光を合成することはできない。

また、特許文献２では、光源からの光の合成を入射光の波長により反射及び透過の作用を有するミラーを用いる。しかし、同じ波長の光を合成する場合には、出射光の出力強度を増大させることに関して有効では無かった。

本開示の目的は以上の問題点を解決し、対向して配置された各光源ユニットからの各光を合成することができ、従来技術に比較して出射光の出力強度を増大させる照明装置又は照明システム、並びに、当該照明装置又は照明システムを用いた投写型画像表示装置を提供することにある。

本開示の一態様にかかる照明装置は、
それぞれ複数のレーザー光源をアレイ形状で並置されて構成され、かつ、互いに対向するように設けられた第１及び第２のレーザー光源ユニットと、
前記第１及び第２のレーザー光源ユニットからの複数の出射光に対して傾斜するように配置され、前記複数の出射光のうちの第１の出射光を所定の出力光方向で反射する反射領域と、前記複数の出射光のうちの第２の出射光を透過する透過領域とを前記並置方向で交互に有する第１の反射部材と、
前記第１の反射部材に対して直交するように配置され、前記複数の出射光のうちの第３の出射光を前記出力光方向で反射する反射領域と、前記複数の出射光のうちの第４の出射光を透過する透過領域とを、前記並置方向で交互に有する第２の反射部材とを備えた照明装置であって、
前記第２の反射部材は、所定の第１の間隙を有して、第１及び第２の反射部に２分割され、
前記第１の反射部材は、前記第１の間隙を通過するように配置され、
前記第１の反射部材の透過領域を透過した第２の出射光及び前記第２の反射部材の透過領域を透過した第４の出射光はそれぞれ、前記第２の反射部材の反射領域及び前記第１の反射部材の反射領域により前記出力光方向で反射されることにより、前記各反射光は前記出力光方向で出射されることを特徴とする。

従って、本開示に係る照明装置等によれば、対向して配置された各光源ユニットからの同一の波長の各光を合成することができ、従来技術に比較して出射光の出力強度を増大させることができる。

実施形態１に係る照明装置に用いるレーザー光源ユニット１００の正面図である。 図１Ａのレーザー光源ユニット１００の透視側面図である。 実施形態１に係る照明装置の構成例を示す平面図である。 図２の照明装置１０４において、ミラー１０５と、ミラー１０６のミラー部１０６Ａ，１０Ｂとの配置関係を示す平面図である。 図２のミラー１０５の構成例を示す正面図である。 図２のミラー１０６の構成例を示す正面図である。 実施形態１の変形例に係る照明装置１１３の構成例を示す平面図である。 図６のミラー１１５の構成例を示す正面図である。 図６のミラー１１６の構成例を示す正面図である。 実施形態１で用いるレーザー光源から発光されるレーザー光の強度の、ビーム幅方向の位置特性を示すグラフである。 実施形態２に係る照明装置１２０の構成例を示す平面図である。 図１０の照明装置１２０を用いた投写型画像表示装置の構成例を示す平面図である。 実施形態３に係る照明装置１２０Ａの構成例を示す平面図である。 実施形態３の変形例に係る照明装置１６８の構成例を示す平面図である。 図１３の照明装置１１３Ａの各構成要素の配置関係を示す平面図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。本実施形態は、複数のレーザー光源ユニットからの光束を簡便な構成で高密度に配置することで小型の光源装置を実現する照明装置、並びに、当該照明装置を用いた投写型画像表示装置に関する。

（実施形態１）
図１Ａは実施形態１に係る照明装置１０４に用いるレーザー光源ユニット１００の正面図であり、図１Ｂは図１Ａのレーザー光源ユニット１００の透視側面図である。また、図２は実施形態１に係る照明装置１０４の構成例を示す平面図である。なお、ｘｙ平面を水平面とする。

図１Ａにおいて、レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂは互いに同一の構成を有し、熱伝導性の材料から成る筐体１０１の正面において、２次元（１次元でもよい）のアレイ形状で配置された複数の出射孔１００ｈを有する。図１Ｂにおいて透視して図示するように、筐体１０１内において、例えば青色光を発光するレーザー光源１０２と、レーザー光源１０２からの出射光を平行光に変換して出射孔１００ｈを介して出射するコリメートレンズ１０３とを一対として、当該複数対がアレイ形状に筐体１０１に固着して装着される。

図２において、実施形態１に係る照明装置１０４は、
（１）レーザー光源ユニット１００Ａと、
（２）レーザー光源ユニット１００Ａに対して対向して配置されたレーザー光源ユニット１００Ｂと、
（３）各レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂからの出射光に対して斜めに配置されて、入射される所定波長のレーザー光を反射する複数の反射領域１０７と、入射される所定波長のレーザー光を透過する透過領域１０８とを有する反射部材であるミラー１０５と、
（４）ミラー１０５と直交して配置され、複数の反射領域１０７及び複数の透過領域１０８とを有する反射部材であるミラー１０６と
を備える。

なお、ミラー１０６は、そのほぼ中央部で所定の間隙１０６Ｃを有して二分割されたミラー部１０６Ａ、１０６Ｂにより構成される。また、レーザー光源ユニット１００Ａの各レーザー光源１０２から出射されるレーザー光源の光軸と、レーザー光源ユニット１００Ｂの各レーザー光源１０２から出射されるレーザー光源の光軸とは、互いに平行であって、同一水平面（ビーム幅分を含む）上で一致せず重ならないように、各レーザー光源１０２の配置間隔の例えば１／２だけ水平の並置方向にシフトされて複数のレーザー光源１０２が配置される。

以上のように構成された照明装置においては、レーザー光源ユニット１００Ａの各レーザー光源１０２から出射されたレーザー光は＋ｙ方向に進み、
（１）ミラー１０５の透過領域１０８を透過した後、その透過光はミラー１０６のミラー部１０６Ａ又は１０６Ｂの反射領域１０７により９０度だけ反射され、もしくは、
（２）ミラー１０６のミラー部１０６Ａ又は１０６Ｂの反射領域１０７により９０度だけ反射された後、その反射光はミラー１０５の透過領域１０８を透過し、
次いで、前記透過光及び反射光はさらに＋ｘ方向に進む。

また、レーザー光源ユニット１００Ｂの各レーザー光源１０２から出射されたレーザー光は−ｙ方向に進み、
（１）ミラー１０６のミラー部１０６Ａ又は１０６Ｂの透過領域１０８を透過し又は透過せず、その後、その光はミラー１０５の反射領域１０７により９０度だけ反射され、もしくは
（２）ミラー１０５の反射領域１０７により９０度だけ反射された後、その反射光はミラー１０６のミラー部１０６Ａ又は１０６Ｂの透過領域１０８を透過し、
次いで、前記光及び反射光はさらに＋ｘ方向に進む。

以上のように構成された照明装置では、レーザー光源ユニット１００Ｂのレーザー光源１０２から出射された光のうち、ミラー部１０５の反射領域１０７により反射されて＋ｘ方向に導波されることを特徴としている。ここで、ミラー部１０６Ａとミラー部１０５の間には間隙１０６Ｃがあり、当該間隙１０６Ｃを光軸１１０に沿って通過する光は損失無く導波される。特に、この間隙１０６Ｃは以下の条件を満たす必要がある。

図３は、図２の照明装置１０４において、ミラー１０５と、ミラー１０６のミラー部１０６Ａ，１０Ｂとの配置関係を示す平面図である。なお、レーザー光の反射方向は、照明装置１０４の出力光方向である。図３において、以下のように定義する。

Ｍｄ：ミラー部１０６Ａの内側端面からミラー１０５の表面までの間隔；
Ｍｔ：ミラー部１０６Ａの板厚；
Ｗｌｄ：レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂのレーザー光の有効幅。

ここで、間隙１０６Ｃは次式（１）の条件を満たす必要がある。

間隙Ｍｄをさらに大きくする場合は、光軸１１１上を進む光の反射領域を損なうことにならないかについて確認することが必要である。また、ミラー部１０６Ｂの内側端面と、ミラー１０５の裏面間の間隙も確保されているが、レーザー光源ユニット１０１Ａの出射光のうち光軸１１２上を進む光を反射する反射領域１０７を最低限確保する必要がある。

図２の実施形態１では、ミラー１０６は、間隙１０６Ｃが、レーザー光源ユニット１００Ｂからの１つの出射光を反射する、ミラー１０５の反射領域１０７に位置するように配置されている。

図４は図２のミラー１０５の構成例を示す正面図であり、図５は図２のミラー１０６の構成例を示す正面図である。

図４において、ミラー１０５は鉛直方向に所定幅でストリップ形状で延在する複数の反射領域１０７を有し、当該隣接する反射領域１０７間に透過領域１０８を有する。なお、ミラー１０５の反射領域１０７は基板ガラス上に反射特性を有する蒸着膜を形成することで形成できる。具体的には、反射領域１０７のみに開口を有する治具にてマスキングして蒸着膜を形成することでミラー１０５を容易に製造可能である。

図４及び図５から明らかなように、反射領域１０７及び透過領域１０８は鉛直方向に対して長手方向を有するストリップ形状を有している。従って、レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂのレーザー光のビーム幅が、水平方向に比較して鉛直方向に大きい場合、レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂの各レーザー光源１０２の水平方向の隣接間隔を狭くして配置できる。これにより、照明装置１０４の小型化に寄与できる。

従来、１対の反射ミラーを直交するように配置する光学系はあった。しかし、交差部分の間隙を極力抑えて入射光の「けられ」を抑えながらも生産性を確保することが課題であった。本開示の実施形態１によれば、レーザー光源１０２が所定の間隔を有して離散的に配置され、かつレーザー光源１０２及びコリメートレンズ１０３の構成により出射光の拡散が小さく光線幅が所定幅以内に維持できるレーザー光源１００Ａ、１００Ｂである場合、直交するミラー１０５、１０６間の間隔幅を明確に確保することで上記生産性を実現できる。これによりレーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂを互いに対向して配置できることで、光学系を構成する自由度を従来技術に比較して増大させることができ、装置全体の小型化に貢献できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、対向して配置された各レーザー光源ユニットからの同一の波長の各光を合成することができ、従来技術に比較して出射光の出力強度を増大させることができる。

なお、レーザー光源ユニット１００Ａと、レーザー光源ユニット１００Ｂからの光はそれぞれミラー１０５，１０６の異なる反射領域１０７で反射されて合成される。それ故、各レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂからの光の波長は、反射領域１０７の特性に応じて適当に選択すれば、自由に設定することができる。

図６は実施形態１の変形例に係る照明装置１１３の構成例を示す平面図である。図６の実施形態１の変形例に係る照明装置１１３は、実施形態１に係る照明装置１０４に比較してさらに出力強度を上げるための構成例である。図６の実施形態１の変形例に係る照明装置１１３は、図２の実施形態１に係る照明装置１０４に比較して、
（１）照明装置１０４の出射側に、照明装置１１４を配置した。
（２）照明装置１１４の出射側に、レンズ１１９を配置した。
以下、当該相違点について詳述する。

図６において、照明装置１１４は、
（１）照明装置１０４のレーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂと同様に、互いに対向しかつ光軸が所定距離だけシフトされた１対のレーザー光源ユニット１００Ｃ，１００Ｄを備え、
（２）ミラー１０６のミラー部１０６Ａ，１０６Ｂと同様に、ミラー１１６のミラー部１１６Ａ，１１６Ｂを備え、
（３）ミラー１０７と同様に、ミラー１１７を備える。

ただし、ミラー１０６，１０７の反射領域１１７の形成領域が、図４及び図５とは以下の２点で異なる。図７は図６のミラー１１５の構成例を示す正面図であり、図８は図６のミラー１１６の構成例を示す正面図である。

（相違点１）ミラー１１５と、ミラー部１１６Ｂとの間には背面から入射する光が蹴られない間隔が確保される。
（相違点２）ミラー１１５と、ミラー１１６は、図７及び図８に示すように、鉛直方向で互いに隣接する反射領域１１７間に、照明装置１０４からの光が透過する、所定間隔ｌ１の複数の透過領域１１８Ａが形成される。なお、図７及び図８の反射領域１１７及び透過領域１１８の数は一例である。

以上のように構成された図６の照明装置１１３によれば、照明装置１０４の出力強度の２倍の出力強度を得ることができる。

図９は実施形態１で用いるレーザー光源１０２から発光されるレーザー光の強度の、ビーム幅方向の位置特性を示すグラフである。すなわち、図９は上記式（１）における幅Ｗｌｄを定義するものであり、レーザー光源のピーク強度の１／ｅ^２の強度となるビーム幅が幅Ｗｌｄである。ここで、ｅはネイピア数を示し、レーザー光を扱う場合一般に用いられる定義である。

上述のように、本実施形態によれば、ミラー１０５，１０６，１１５，１１６の反射領域１０７，１１７、透過領域１０８，１１８に依存して、レーザー光を反射又は透過した後、そのレーザー光を合成している。従って、使用するレーザー光源１０２からの光の波長は同じでも、異なる波長でも適用可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数のレーザー光源１０２をアレイ状に配置されたレーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂ（１００Ｃ，１００Ｄ）を対向して配置し、それらの間にミラー１０５，１０６（１１５，１１６）を配置する。これにより、照明装置１０４（１１３）を簡単な構成で全体的に小型にまとめることができ、しかも各部材は比較的安価なもので実現可能である照明装置１０４（１０３）を提供できる。また、当該照明装置１０４（１０３）を用いて小型投写型画像表示装置を実現できる。

（実施形態２）
図１０は実施形態２に係る照明装置１２０の構成例を示す平面図である。図１０において、実施形態２に係る照明装置１２０は、
（１）図１０の右上に図示された照明装置１１４Ａと、
（２）照明装置１１４Ａの後段に配置されるミラー１３０からロッドインテグレータ１３９までの光学系と
を備えたことを特徴とする。

図１０において、照明装置１１４Ａは、
（１）図６の照明装置１１４と同様の構成を有する、レーザー光源ユニット１００Ｃ，１００Ｄと、ミラー１１５，１１６とを備える照明装置１１４と、
（２）照明装置１１４の前段であって、図６の照明装置１０４の代わりに設けられたレーザー光源ユニット１００Ｅ（その光軸は、照明装置１０４の出力光軸と同様である）と、
（３）照明装置１１４の後段に設けられたレンズ１１９と
を備える。

なお、３個のレーザー光源ユニット１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅからのレーザー光は青色又はその近傍の波長を有し、ミラー１１５，１１６により反射又は透過された後、合成される。合成されたレーザー光は高い出力強度を有し、所定の限定された範囲に密度高く合成され、＋ｘ方向に出射される。

以下、照明装置１１４Ａの後段に配置されるミラー１３０からロッドインテグレータ１３９までの光学系について説明する。

照明装置１１４Ａから＋ｘ方向に出射された青色のレーザー光は、レンズ１１９からミラー１３０により反射された後、コンデンサレンズ１３１により略平行光となってダイクロイックミラー１３２に入射する。ダイクロイックミラー１３２は青色光を透過し、それ以外の色光は反射する特性を有する。従って、ダイクロミックミラー１３２は入射する青色光を通過させた後、コンデンサレンズ１３３，１３４を介して蛍光体ホイール装置１３５の蛍光体部１３６に入射する。

蛍光体ホイール装置１３５の蛍光体部１３６は、裏面に反射層を備えた熱伝導性材料から成る円形基板の外縁部に形成され、その円形基板は中心に備えられたモータ１３７により回動可能に構成される。青色光が蛍光体部１３６に入射することで、青色光が黄色光に変換された後、変換後の黄色光は前記円形基板の裏面の反射層に反射される。反射後の黄色光はコンデンサレンズ１３４及び１３３を介して、ダイクロイックミラー１３２に入射する。当該黄色光はダイクロミックミラー１３２により反射された後、レンズ１３８を介して矩形開口を持つロッドインテグレータ１３９の入射面に集光される。

一方、レーザー光源ユニット１００Ｃ〜１００Ｅと同一の構成を有するレーザー光源ユニット１００Ｆからの青色光は＋ｘ方向に出射された後、レーザー光源ユニット１００Ｆの前方に設けられたレンズ１４０で集光される。集光された青色光はレンズ１４１により略平行光に変換された後、拡散板１４２を介してダイクロイックミラー１３２に入射する。ダイクロイックミラー１３２は青色光を透過し、それ以外の色光を反射する。透過した青色光はレンズ１３８を経て矩形開口を持つロッドインテグレータ１３９の入射面に集光される。なお、拡散板１４２はレーザー光を拡散して出射光の光量不均一性、スペックルを改善するために設けられる。

以上のように構成された照明装置１２０では、ロッドインテグレータ１３９からの出射光は、黄色光と青色光が加算されることで白色光を得ることが可能となる。当該照明装置１２０の構成により、比較的高い効率を有するが出力強度が１つのレーザーユニットでは不足する青色半導体レーザー光源を複数用いて、複数のレーザー光源からの光を高効率で合成することで、大出力強度の照明装置を従来技術に比較してコンパクトに構成できる。また、本実施形態に係る照明装置１１４Ａのように、ミラー１１５，１１６にてなる合成ミラーユニットを用いることでさらに照明光の光密度を向上させることができる。

本実施形態では、励起光を青色光とし、蛍光体を黄色としたが、本開示はこれに限らず、最終的に求められる光の蛍光波長が得られる蛍光体を選択して、その蛍光体に対して好ましい波長の励起光を発する特性を有するレーザー光源ユニットを本実施形態において用いることも可能である。

図１１は図１０の照明装置１２０を用いた投写型画像表示装置の構成例を示す平面図である。

図１１において、照明装置１２０のロッドインテグレータ１３９からの出射光はリレーレンズ１４３，１４４を介して折り返しミラー１４５で反射された後、フィールドレンズ１４６を介して全反射プリズム１４８に入射する。全反射プリズム１４８は、プリズム１４９と、プリズム１５０とをわずかな間隙を維持して固定されて構成される。全反射プリズム１４８に入射した光は、プリズム１４９の面１５１により全反射された後、プリズム１４９の面１５２を介してカラープリズムユニッ１５３に入射する。

カラープリズムユニット１５３は、
（１）青色光を反射する特性を有するダイクロイックミラー面１５４を備えたプリズム１５５と、
（２）赤色光を反射する特性を有するダイクロイックミラー面１５６を備えたプリズム１５７と、
（３）プリズム１５８と
を接着固定して構成される。

ここで、各プリズム１５５，１５７，１５８の端面には、図１１に示すように、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）１５９Ｒ，１５９Ｇ，１５９Ｂが備えられる。各ＤＭＤ１５９Ｒ，１５９Ｇ，１５９Ｂは微少なミラーが２次元的に配置されてなり、外部からの映像信号に従ってその倒れ方向が２方向に制御される。例えば、オン制御信号時の倒れ角で、反射光はカラープリズムユニット１５３に対して入射角０°で戻り、オフ制御信号時は、所定の大きな角度を持って再度カラープリズムユニット１５３に入射する。ここで、ＤＭＤ１５９Ｂは青色光変調用ＤＭＤであり、ＤＭＤ１５９Ｒは赤色光変調用ＤＭＤであり、ＤＭＤ１５９Ｇは緑色光変調用ＤＭＤである。

ＤＭＤ１５９Ｒ，１５９Ｇ，１５９Ｂでそれぞれの各画素において白表示モードの光は再度カラープリズムユニット１５３に戻り、全反射プリズム１４８のプリズム１４９、１５０を介して投写レンズ１６１に入射した後、スクリーン（図示せず）に至る。このようにしてカラー表示を実現する投写型画像表示装置を得ることができる。

以上のように構成された投写型画像表示装置において光強度を向上するには、ＤＭＤのようなライトバルブの扱える光のボリューム（表示面積と扱える光の集光角の積）にどれだけ高密度にレーザー光源からの光を集光できるかによって制約される。従って、照明装置１２０に本開示による高密度にレーザー光を光学的に合成可能な技術を用いることは非常に有効である。また、上述のように入射する白色光をカラープリズムユニット１５３によって、赤色、青色、緑色の各色光に色分解し色合成を行っており、その色光路上にそれぞれ配置されたＤＭＤ（ライトバルブ）によって画素単位の変調を行うことを可能としている。

本開示に係る照明装置１２０を用いた投写型画像表示装置（プロジェクタ）は上記のような機能を果たすことが可能なデバイスを用いれば対応可能である。例えば、ダイクロイックミラーでの色分解、液晶表示装置のような表示デバイス、クロスタイプ色合成プリズムなどで構成される液晶方式でも実現可能である。また、本開示の本質では無いので詳細な説明は避けるが、上述のように赤色、青色、緑色の各色光毎に光強度変調を行う３チップ方式プロジェクタでは無く、白色光を高速に時分割で赤色、青色、緑色の各色光に分解し、その色光に合わせて映像信号を切り替えられる高速応答可能なライトバルブを用いた１チップ方式プロジェクタも応用可能である。

（実施形態３）
図１２は実施形態３に係る照明装置１２０Ａの構成例を示す平面図である。実施形態３においては、照明装置１２０Ａの光源波長を変えた場合の構成例及び展開性について説明する。図１２において、実施形態３に係る照明装置１２０Ａは、図１０の実施形態２に係る照明装置１２０に比較して以下の点が異なる。
（１）蛍光体ホイール装置１３５は、黄色蛍光体に代えて、緑色蛍光体を用いる。
（２）赤色レーザー光源ユニット１００Ｇと、レンズ１６４，１６５と、拡散板１６６と、ダイクロミックミラー１６７をさらに備える。
以下、相違点について詳述する。

図１２において、レーザー光源ユニット１００Ｇからの出射光は＋ｙ方向に出射され、レーザー光源ユニット１００Ｇの前方に備えられたレンズ１６４により集光された後、レンズ１６５で略平行光に変換される。当該略平行光は拡散板１６６を介してダイクロイックミラー１６７に入射する。ダイクロイックミラー１６７は、ダイクロイックミラー１３２とレンズ１３８間に配置され、レーザー光源ユニット１００Ｇからの赤色光を反射し、その他の色光を透過する。これにより、蛍光体ホイール装置１３５からの緑色光と、レーザー光源ユニット１００Ｆからの青色光と、レーザー光源ユニット１００Ｇからの赤色光とを同一の光軸上に合成して白色光を得ることが可能である。

図１３は実施形態３の変形例に係る照明装置１２０Ｂの構成例を示す平面図である。図１３の照明装置１２０Ｂは、蛍光体を用いずに白色光を得る構成例を示す。現在、レーザー光源は開発が進められており、効率及び出力強度ともに向上が図られつつある。しかし、出力強度は一般的に、青色レーザー光源＞赤色レーザー光源＞緑色レーザー光源の降順である。従って、ホワイトバランスを得るためには、緑色レーザー光源を最も多く用い、青色レーザー光源の数を最も少なく用いる構成が一般的である。

図１３において、各照明装置における各レーザー光源ユニットは以下のように設定される。
（１）照明装置１１３Ａは、緑色のレーザー光を発光するレーザー光源ユニット１００Ａ〜１００Ｄを用いる。
（２）照明装置１０４は、赤色のレーザー光を発光するレーザー光源ユニット１００Ａ〜１００Ｂを用いる。
（３）後段のレーザー光源ユニット１００Ｇは青色のレーザー光を発光する。

また、ダイクロミックミラー１７１，１７２からロッドインテグレータ１７８までの光学系を備える。

図１３において、照明装置１１３Ａからの合成された緑色光は＋ｘ方向に出射され、赤色光を反射し他の色光を透過する赤反射ダイクロイックミラー１７１を透過した後、青色光を反射する青色反射ダイクロイックミラー１７２を透過して、レンズ１７３に入射する。また、照明装置１０４からの赤色光はダイクロミックミラー１７１により反射された後、ダイクロミックミラー１７２を透過して、レンズ１７３に入射する。さらに、レーザー光源ユニット１００Ｇからの青色光は、ダイクロミックミラー１７２により反射された後、レンズ１７３に入射する。レンズ１７３で集光された３色光は、レンズ１７３と、アフォーカル系光学系を構成するレンズ１７４を透過した後、拡散板１７５を介してレンズ１７６に入射する。次いで、レンズ１７６によって、入射光は光軸１７７上に配置されたロッドインテグレータ１７８の入射面に集光し、ロッドインテグレータ１７８の出射面に均一性の高い照明光を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、蛍光体ホイール装置１３５を用いず、レーザー光源光ユニット１００Ａ〜１００Ｇのみの構成により、白色光を得ることができる。

図１４は図１３の照明装置１１３Ａの各構成要素の配置関係を示す平面図である。図１４において、出射したレーザー光のビーム幅を考慮して図示している。図１４において、以下のように定義される。
（１）Ｄｍ１：ミラー部１０６Ａの内側端面と、ミラー１０５の表面との間の間隔；
（２）Ｄｌｄ：ミラー１０５，１０６の反射面に対して垂直な面上における、レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂのレーザー光軸間の距離；
（３）Ｈｌｄ：ミラー１０５，１０６の反射面に対して垂直な面上における、レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂの各レーザー光有効幅。

ここで、間隔Ｄｍ１は次式のように設定される。

（他の実施形態）
以上の実施形態においては、インテグレータ１３９，１７８をロッド形式での構成例を示したが、本開示はこれに限らず、レンズを二次元に配置してなるレンズアレイを２つ同軸上に配して成るレンズアレイタイプでも可能である。

なお、実施形態に係る照明装置１２０，１２０Ａ，１２０Ｂを用いて、出射前方にレンズアレイ及び投写レンズを配することで、投写型画像表示装置を実現可能である。

以上の実施形態において、照明装置１０４，１１３，１１３Ａ，１１４，１１４Ａ，１２０，１２０Ａ，１２０Ｂについて説明しているが、本開示はこれに限らず、複数の照明装置を照明システムとしてもよい。

図１０及び図１１において、照明装置１１４Ａを用いて構成しているが、本開示はこれに限らず、図６の照明装置１１３等の他の照明装置を用いて構成してもよい。

なお、図１０、図１１、図１２、図１３のダイクロミックミラー１３２，１７１，１７２は複数の光を合成して出力する光合成器を構成する。

以上詳述したように、本開示によれば、対向して配置された各光源レーザーユニットからの同一の波長の各光を合成することができ、従来技術に比較して出射光の出力強度を増大させる照明装置及び、当該照明装置を用いた投写型画像表示装置を提供することができる。

１００，１００Ａ〜１００Ｇ レーザー光源ユニット
１０１ 筐体
１０１ｈ 出射孔
１０２ レーザー光源
１０３ コリメートレンズ
１０４，１１３，１１３Ａ，１１４，１１４Ａ，１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ 照明装置
１０５，１０６ ミラー（反射部材）
１０６Ａ，１０６Ｂ ミラー部、
１０６Ｃ 間隙
１０７，１１７，１２３ 反射領域
１０８，１１８，１１８Ａ，１２４ 透過領域
１１０，１１１，１１２ 光軸
１１５，１１６ ミラー（反射部材）
１１６Ａ，１１６Ｂ ミラー部
１１６Ｃ 間隙
１１９，１２９，１３８，１４０，１４１，１６４，１６５，１７３，１７４，１７６ レンズ
１２１ ミラー（反射部材）
１２２Ａ，１２２Ｂ ミラー部
１２２Ｃ 間隙
１３０，１４５ ミラー（反射部材）
１３１，１３３，１３４ コンデンサレンズ
１３２ ダイクロイックミラー
１３５ 蛍光体ホイール装置
１３６ 蛍光体部
１３７ モータ
１３９，１７８ ロッドインテグレータ
１４２，１６６，１７５ 拡散板
１４３，１４４ リレーレンズ
１４６ フィールドレンズ
１４８ 全反射プリズム
１４９，１５０ プリズム
１５１，１５２ プリズム面
１５３ カラープリズムユニット
１５４ ダイクロイックミラー面
１５５ プリズム
１５６ ダイクロイックミラー面
１５７，１５８ プリズム
１５９Ｒ，１５９Ｇ，１５９Ｂ ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）
１６１ 投写レンズ
１６２ 緑蛍光体
１６３，１７９ レーザー光源ユニット
１６７ ダイクロイックミラー
１６９ 照明装置
１７０ レーザー光源ユニット
１７１，１７２ ダイクロイックミラー

実施形態１に係る照明装置に用いるレーザー光源ユニット１００の正面図である。 図１Ａのレーザー光源ユニット１００の透視側面図である。 実施形態１に係る照明装置の構成例を示す平面図である。 図２の照明装置１０４において、ミラー１０５と、ミラー１０６のミラー部１０６Ａ，１０６Ｂとの配置関係を示す平面図である。 図２のミラー１０５の構成例を示す正面図である。 図２のミラー１０６の構成例を示す正面図である。 実施形態１の変形例に係る照明装置１１３の構成例を示す平面図である。 図６のミラー１１５の構成例を示す正面図である。 図６のミラー１１６の構成例を示す正面図である。 実施形態１で用いるレーザー光源から発光されるレーザー光の強度の、ビーム幅方向の位置特性を示すグラフである。 実施形態２に係る照明装置１２０の構成例を示す平面図である。 図１０の照明装置１２０を用いた投写型画像表示装置の構成例を示す平面図である。 実施形態３に係る照明装置１２０Ａの構成例を示す平面図である。 実施形態３の変形例に係る照明装置１２０Ｂの構成例を示す平面図である。 図１３の照明装置１１３Ａの各構成要素の配置関係を示す平面図である。

図１Ａにおいて、レーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂは互いに同一の構成を有し、熱伝導性の材料から成る筐体１０１の正面において、２次元（１次元でもよい）のアレイ形状で配置された複数の出射孔１０１ｈを有する。図１Ｂにおいて透視して図示するように、筐体１０１内において、例えば青色光を発光するレーザー光源１０２と、レーザー光源１０２からの出射光を平行光に変換して出射孔１０１ｈを介して出射するコリメートレンズ１０３とを一対として、当該複数対がアレイ形状に筐体１０１に固着して装着される。

なお、ミラー１０６は、そのほぼ中央部で所定の間隙１０６Ｃを有して二分割されたミラー部１０６Ａ、１０６Ｂにより構成される。また、レーザー光源ユニット１００Ａの各レーザー光源１０２から出射されるレーザー光の光軸と、レーザー光源ユニット１００Ｂの各レーザー光源１０２から出射されるレーザー光の光軸とは、互いに平行であって、同一水平面（ビーム幅分を含む）上で一致せず重ならないように、各レーザー光源１０２の配置間隔の例えば１／２だけ水平の並置方向にシフトされて複数のレーザー光源１０２が配置される。

図３は、図２の照明装置１０４において、ミラー１０５と、ミラー１０６のミラー部１０６Ａ，１０６Ｂとの配置関係を示す平面図である。なお、レーザー光の反射方向は、照明装置１０４の出力光方向である。図３において、以下のように定義する。

間隙Ｍｄをさらに大きくする場合は、光軸１１１上を進む光の反射領域を損なうことにならないかについて確認することが必要である。また、ミラー部１０６Ｂの内側端面と、ミラー１０５の裏面間の間隙も確保されているが、レーザー光源ユニット１００Ａの出射光のうち光軸１１２上を進む光を反射する反射領域１０７を最低限確保する必要がある。

図６において、照明装置１１４は、
（１）照明装置１０４のレーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂと同様に、互いに対向しかつ光軸が所定距離だけシフトされた１対のレーザー光源ユニット１００Ｃ，１００Ｄを備え、
（２）ミラー１０６のミラー部１０６Ａ，１０６Ｂと同様に、ミラー１１６のミラー部１１６Ａ，１１６Ｂを備え、
（３）ミラー１０５と同様に、ミラー１１５を備える。

ただし、ミラー１１５，１１６の反射領域１１７の形成領域が、図４及び図５とは以下の２点で異なる。図７は図６のミラー１１５の構成例を示す正面図であり、図８は図６のミラー１１６の構成例を示す正面図である。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数のレーザー光源１０２をアレイ状に配置されたレーザー光源ユニット１００Ａ，１００Ｂ（１００Ｃ，１００Ｄ）を対向して配置し、それらの間にミラー１０５，１０６（１１５，１１６）を配置する。これにより、照明装置１０４（１１３）を簡単な構成で全体的に小型にまとめることができ、しかも各部材は比較的安価なもので実現可能である照明装置１０４（１１３）を提供できる。また、当該照明装置１０４（１０３）を用いて小型投写型画像表示装置を実現できる。

ここで、各プリズム１５５，１５７，１５８の端面には、図１１に示すように、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）１５９Ｒ，１５９Ｂ，１５９Ｇが備えられる。各ＤＭＤ１５９Ｒ，１５９Ｂ，１５９Ｇは微少なミラーが２次元的に配置されてなり、外部からの映像信号に従ってその倒れ方向が２方向に制御される。例えば、オン制御信号時の倒れ角で、反射光はカラープリズムユニット１５３に対して入射角０°で戻り、オフ制御信号時は、所定の大きな角度を持って再度カラープリズムユニット１５３に入射する。ここで、ＤＭＤ１５９Ｂは青色光変調用ＤＭＤであり、ＤＭＤ１５９Ｒは赤色光変調用ＤＭＤであり、ＤＭＤ１５９Ｇは緑色光変調用ＤＭＤである。

Claims (14)

1. それぞれ複数のレーザー光源をアレイ形状で並置されて構成され、かつ、互いに対向するように設けられた第１及び第２のレーザー光源ユニットと、
   前記第１及び第２のレーザー光源ユニットからの複数の出射光に対して傾斜するように配置され、前記複数の出射光のうちの第１の出射光を所定の出力光方向で反射する反射領域と、前記複数の出射光のうちの第２の出射光を透過する透過領域とを前記並置方向で交互に有する第１の反射部材と、
   前記第１の反射部材に対して直交するように配置され、前記複数の出射光のうちの第３の出射光を前記出力光方向で反射する反射領域と、前記複数の出射光のうちの第４の出射光を透過する透過領域とを、前記並置方向で交互に有する第２の反射部材とを備えた照明装置であって、
   前記第２の反射部材は、所定の第１の間隙を有して、第１及び第２の反射部に２分割され、
   前記第１の反射部材は、前記第１の間隙を通過するように配置され、
   前記第１の反射部材の透過領域を透過した第２の出射光及び前記第２の反射部材の透過領域を透過した第４の出射光はそれぞれ、前記第２の反射部材の反射領域及び前記第１の反射部材の反射領域により前記出力光方向で反射されることにより、前記各反射光は前記出力光方向で出射されることを特徴とする照明装置。
2. 前記第２の反射部材は、前記第１の間隙が、前記第２のレーザー光源ユニットからの１つの出射光を反射する、前記第１の反射部材の反射領域に位置するように配置されたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記第１及び第２の反射部材の各反射領域は鉛直方向に延在し、かつ複数の反射領域が水平方向に並置されるように形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記複数のレーザー光源は、各レーザー光のビームの鉛直方向の幅が水平方向の幅よりも大きくなるように配置されることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
5. 前記第１の反射部と、前記第１の反射部材との間の距離Ｍｄは、第１の反射部の板厚をＭｔとし、前記各レーザー光源からのレーザー光の有効幅をＭ１ｄとしたとき、次式を満たすように設定される
   

   

   ことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の照明装置。
6. 前記各レーザー光源からのレーザー光の有効幅Ｍ１ｄは、当該レーザー光のピーク強度に対して１／ｅ^２（ｅはネイピア数である）に低下した強度での幅で定義されることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
7. 請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の照明装置と、
   複数のレーザー光源をアレイ形状であって、前記第１及び第２のレーザー光源ユニットの並置方向と直交する方向で並置されて構成された第３のレーザー光源ユニットとを備えた照明システムであって、
   前記第１及び第２の反射部材はさらに、前記第３のレーザー光源ユニットからの出射光を前記透過領域とは別の透過領域を介して透過させることを特徴とする照明システム。
8. 前記別の透過領域は、前記第１及び第２の反射部材の鉛直方向に対して所定の間隔を有して互いに離隔して形成されたことを特徴とする請求項７記載の照明システム。
9. 請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の照明装置である第１の照明装置と、
   前記第１の照明装置の後段に設けられた第２の照明装置とを備えた照明システムであって、
   前記第２の照明装置は、
   それぞれ複数のレーザー光源をアレイ形状で並置されて構成され、かつ、互いに対向するように設けられた第３及び第４のレーザー光源ユニットと、
   前記第３及び第４のレーザー光源ユニットからの複数の出射光に対して傾斜するように配置され、前記複数の出射光のうちの第５の出射光を所定の出力光方向で反射する反射領域と、前記複数の出射光のうちの第６の出射光及び前記第１の照明装置からの出射光を透過する透過領域とを前記並置方向で交互に有する第３の反射部材と、
   前記第１の反射部材に対して直交するように配置され、前記複数の出射光のうちの第７の出射光を前記出力光方向で反射する反射領域と、前記複数の出射光のうちの第８の出射光及び前記第１の照明装置からの出射光を透過する透過領域とを、前記並置方向及び前記並置方向に垂直な方向でともに交互に有する第４の反射部材とを備え、
   前記第３の反射部材は、所定の第２の間隙を有して、第３及び第４の反射部に２分割され、
   前記第３の反射部材は、前記第２の間隙を通過するように配置され、
   前記第３の反射部材の透過領域を透過した第６の出射光及び前記第２の反射部材の透過領域を透過した第８の出射光はそれぞれ、前記第４の反射部材の反射領域及び前記第３の反射部材の反射領域により前記出力光方向で反射されることにより、前記各反射光は前記出力光方向で出射されることを特徴とする照明システム。
10. 請求項７〜９のうちのいずれか１つに記載の照明システムにおいて、
    前記照明システムは、
    前記照明システムからの出射光を蛍光体に入射することで、別の色に変換して出射する蛍光体ホイール装置をさらに備えたことを特徴とする照明システム。
11. 請求項７〜９のうちのいずれか１つに記載の照明システムにおいて、
    前記照明システムは、
    複数のレーザー光源をアレイ形状で並置されて構成された少なくとも１個の第５のレーザー光源ユニットと、
    前記照明システムからの出射光と、前記第５のレーザー光源ユニットからの出射光とを合成して出力する光合成器とをさらに備えたことを特徴とする照明システム。
12. 請求項７〜９のうちのいずれか１つに記載の照明システムにおいて、
    前記照明システムは、
    前記照明システムからの出射光を蛍光体に入射することで、別の色に変換して出射する蛍光体ホイール装置と、
    複数のレーザー光源をアレイ形状で並置されて構成された少なくとも１個の第５のレーザー光源ユニットと、
    前記蛍光体ホイール装置からの出射光と、前記照明システムからの出射光と、前記第５のレーザー光源ユニットからの出射光とを合成して出力する光合成器とをさらに備えたことを特徴とする照明システム。
13. 請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。
14. 請求項７〜１２のうちのいずれか１つに記載の照明システムを備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。

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