JP2022053290A

JP2022053290A - 照明装置および投射型画像表示装置

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Publication number: JP2022053290A
Application number: JP2020160046A
Authority: JP
Inventors: 成多山岸; Narumasa Yamagishi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-04-05
Also published as: WO2022064879A1; US20230152677A1

Abstract

【課題】複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、高輝度の照明光を照射する。【解決手段】照明装置２０は、複数のレーザ素子を含み、第１の光束ＬＦ１を第１の方向に出射する第１の光源ユニット７０と、複数のレーザ素子を含み、第２の光束ＬＦ２を第１の方向に出射するように且つ第１の光源ユニット７０に対して第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離Ｄ１をあけて配置された第２の光源ユニット７２と、第２の光源ユニット７２から出射された第２の光束ＬＦ２を第１の光束ＬＦ１に向かって反射する第１の反射面８４ａと、第１の反射面８４ａに対して平行であって且つ第１の反射面８４ａによって反射された第２の光束ＬＦ２を第１の光束ＬＦ１に対して第１の距離Ｄ１に比べて小さい第２の距離Ｄ２をあけて平行になるように反射する第２の反射面８４ｂとを備える光路シフト光学系８４と、を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、照明装置およびそれを備える投射型画像表示装置に関する。

特許文献１に記載するように、投射型画像表示装置に使用され、ＬＥＤやレーザ素子などの複数の光源からの出射光を高密度に集合させることによって高輝度の照明光を照射する照明装置が知られている。特許文献１に記載された照明装置の場合、複数の光源をそれぞれ含む複数の光源ユニットそれぞれからの光束をミラーなどの光学要素を介して高密度に集合させることにより、高輝度な照明光の照射を実現している。

特開２０１７－２１１６０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載する照明装置のように、複数の光源をそれぞれ含む複数の光源ユニットの光束を高密度に集合させて高輝度の照明光の照射を実現する場合、光源ユニットのサイズや形状、冷却装置などの光源ユニットのオプションのサイズや形状などにより、光源ユニットの接近配置が制限され、それにより光束の高密度の集合が制限される場合がある。

そこで、本開示は、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、
互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、
前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束を前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する照明装置が提供される。

また、本開示の別の態様によれば、
少なくとも１つの照明装置を含む照明部、
前記照明部からの照明光を変調して画像光として出力する画像表示部、および、
前記画像光を拡大投射する投射光学系と、を含み、
前記照明装置が、
互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、
互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、
前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束を前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する投射型画像表示装置が提供される。

本開示によれば、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

本開示の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の概略的な構成図実施の形態１に係る照明装置の斜視図実施の形態１に係る照明装置の正面図実施の形態１に係る照明装置の側面図実施の形態１に係る照明装置の上面図第１の光束の像と第２の光束の像とを示す図本開示の実施の形態２に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図本開示の実施の形態３に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図本開示の実施の形態４に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図実施の形態４に係る照明装置の上面図本開示の実施の形態５に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図実施の形態５に係る照明装置の上面図本開示の別の実施の形態に係る投射型画像表示装置の概略的な構成図複数の光束の像を示す図別例の光源ユニットの別例の上面図３つの光源ユニットを備える別例の照明装置の正面図

本開示の一態様の照明装置は、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束を前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する。

このような態様によれば、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

例えば、前記光路シフト光学系が、平行四辺形状のプリズムであって、前記プリズムが、前記第１の反射面、前記第２の反射面、前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束が透過する第１の透過面、および前記第１の透過面に対して平行であって且つ前記第２の反射面によって反射された第２の光束が透過する第２の透過面を備えてもよい。

例えば、前記光路シフト光学系が、前記第１の反射面を備える第１のミラーと、前記第２の反射面を備える第２のミラーを含んでいてもよい。

例えば、前記第１および第２の光源ユニットそれぞれの複数のレーザ素子が、半導体レーザ素子であって、前記第１および第２の光源ユニットが、前記半導体レーザ素子それぞれに対して設けられたコリメートレンズを含んでいてもよい。

例えば、前記第１および第２の光源ユニットが、前記複数の半導体レーザ素子の配列ピッチと同一の配列ピッチで前記複数のコリメートレンズが配列されて一体化されたものであるコリメートレンズアレイを含んでいてもよい。

例えば、照明装置は、前記第１および第２の光源ユニットが取り付けられる第１の伝熱面と前記第１の伝熱面に対して反対側の第２の伝熱面とを備える伝熱板と、前記伝熱板の前記第２の伝熱面に取り付けられる冷却装置と、をさらに有してもよい。

例えば、前記冷却装置が、前記伝熱板を挟んで前記第１の光源ユニットに対向配置される第１の冷却装置と、前記伝熱板を挟んで前記第２の光源ユニットに対向配置される第２の冷却装置とを含んでいる。

例えば、照明装置は、前記伝熱板の前記第２の伝熱面に当接する吸熱面と前記第１の冷却装置が取り付けられる放熱面とを備える第１の熱電素子と、前記伝熱板の前記第２の伝熱面に当接する吸熱面と前記第２の冷却装置が取り付けられる放熱面とを備える第２の熱電素子と、をさらに有してもよい。

例えば、前記第１の方向視で、前記第１の光源ユニットが前記第１の熱電素子の前記吸熱面の中央部分に配置されているとともに、前記第２の光源ユニットが前記第２の熱電素子の前記吸熱面の中央部分に配置されてもよい。

例えば、前記伝熱板が、前記第１の光源ユニットが取り付けられるとともに前記第１の熱電素子と当接する第１の伝熱板と、前記第２の光源ユニットが取り付けられるとともに前記第２の熱電素子と当接する第２の伝熱板とを含んでいてもよい。

例えば、前記半導体レーザ素子が、赤色レーザ光を出射してもよい。

本開示の別の態様の投射型画像表示装置は、少なくとも１つの照明装置を含む照明部、前記照明部からの照明光を変調して画像光として出力する画像表示部、および、前記画像光を拡大投射する投射光学系と、を含み、前記照明装置が、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束を前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する。

このような態様によれば、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える、投射型画像表示装置の照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本開示の一実施の形態に係る投射型画像表示装置を概略的な構成図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る投射型画像表示装置１０は、いわゆるＤＬＰ方式のプロジェクタであって、照明部１２と、照明部１２からの照明光の少なくとも一部を変調して画像光を出力する画像表示部１４と、画像表示部１４から出力された画像光を拡大投射する投射光学系１６とを含んでいる。

投射型画像表示装置１０の照明部１２は、赤色光を照射する照明装置２０と、緑色光を照射する照明装置２２と、青色光を照射する照明装置２４とを含んでいる。さらに、照明部１２は、照明装置２２からの緑色光と照明装置２４からの青色光を重ね合わせて出射する緑色選択反射ミラー２６と、緑色選択反射ミラー２６から出射された光と照明装置２０からの赤色光を重ね合わせて出射する赤色選択反射ミラー２８と、赤色選択反射ミラー２８から出射された光が集光するロッドインテグレータ３０とを含んでいる。さらに、照明部１２は、赤色選択反射ミラー２８とロッドインテグレータ３０との間に配置された、レンズ３２、ミラー３４、およびレンズ３６を含んでいる。なお、照明装置２０、２２、および２４は、照射光の色が異なる点を除いて実質的に同一の構成を備えており、その詳細については後述する。

照明部１２からの照明光は、リレーレンズ３８、４０、ミラー４２、およびフィールドレンズ４４を介して画像表示部１４に到達する。

画像表示部１４は、照明部１２からの照明光を全反射する全反射プリズム４６を備える。全反射プリズム４６は、三角プリズム４８と、三角プリズム４８との間にエアギャップを形成する三角プリズム５０とから構成されている。照明光は、エアギャップに接する三角プリズム４８の表面４８ａで全反射され、表面４８ｂを透過してカラープリズムユニット５２に入射する。

画像表示部１４のカラープリズムユニット５２は、全反射プリズム４６によって反射された照明光を三つに分光し、分光した光それぞれを対応するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）５４Ｒ、５４Ｇ、および５４Ｂに出射し、ＤＭＤ５４Ｒ、５４Ｇ、および５４Ｂからの反射光を合成して全反射プリズム４６に向かって出射するように構成されている。

具体的には、カラープリズムユニット５２は、青色光を反射するダイクロイックミラー面５６ａを備えた第１のプリズム５６と、赤色光、青色光を反射するダイクロイックミラー面５８ａを備えた第２のプリズム５８と、第３のプリズム６０とから構成されている。なお、第１のプリズム５６と第２のプリズム５８との間には全反射のためのエアギャップが設けられている。カラープリズムユニット５２は、赤色光をＤＭＤ５４Ｒに出射し、緑色光をＤＭＤ５４Ｇに出射し、青色光をＤＭＤ５４Ｂに出射する。

ＤＭＤ５４Ｒ、５４Ｇ、および５４Ｂは、実質的に同一の構成であって、概略、ベース部と、傾き角度が二者択一で変更可能に且つマトリックス状にベース部に設けられた複数のマイクロミラーとを含むデバイスである。マイクロミラーの傾き角度は、外部からの映像信号に基づいて変更される、例えば、マイクロミラーは、その反射光がゼロ度の入射角でカラープリズムユニット５２に入射する第１の傾き角度と、その反射光がゼロ度に比べて大きい角度でカラープリズムユニット５２に入射する第２の傾き角度で、選択的に傾く。このような構成により、ＤＭＤ５４Ｒは少なくとも部分的に変調された赤色光（赤色画像光）を出力し、ＤＭＤ５４Ｇ、５４Ｂも同様に緑色画像光、青色画像光を出力する。

ＤＭＤ５４Ｒ、５４Ｇ、および５４Ｂからの赤色画像光、緑色画像光、および青色画像光は、カラープリズムユニット５２によって合成され、合成後の画像光（カラー画像光）が、全反射プリズム４６に向かって出射される。カラー画像光は、全反射プリズム４６を透過し、投射レンズなどを含む投射光学系１６を介して、スクリーンなどに拡大投射される。

ここからは、投射型画像表示装置１０の照明部１２の照明装置２０、２２、および２４の詳細について説明する。なお、照明装置２０、２２、および２４は、照明光の色が異なる点を除いて、実質的に同一の構成を備える。したがって、照明装置２０について説明し、残りの照明装置２２、２４については説明を省略する。

図２は、実施の形態１に係る照明装置の斜視図である。また、図３は、実施の形態１に係る照明装置の正面図である。さらに、図４は、実施の形態１に係る照明装置の側面図である。そして、図５は、実施の形態１に係る照明装置の上面図である。なお、図に示すＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系は、本開示の理解を容易にするためのものであって、本開示を限定するものではない。Ｚ軸方向は、照明装置の照射光の照射方向を示している。

図２および図３に示すように、本実施の形態１に係る照明装置２０は、第１および第２の光源ユニット７０、７２を有する。なお、本実施の形態１の場合、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、同一の構成を備える。

図５に示すように、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、互いの光軸が平行に（Ｚ軸方向に延在し）且つマトリックス状に（Ｘ－Ｙ平面上で）配列された複数のレーザ素子７４を含んでいる。レーザ素子７４は、例えば半導体レーザ素子である。本実施の形態１の場合、第１および第２の光源ユニット７０、７２それぞれには、２０個のレーザ素子７４が５×４のマトリックス状に配列されている。

なお、本実施の形態１の場合、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、レーザ素子７４がそれぞれに設けられ、レーザ素子７４からのレーザ光を実質的に平行光にするコリメートレンズ７６を含んでいる。また、本実施の形態１の場合、複数のコリメートレンズ７６は、一体化され、コリメートレンズアレイ７８を構成している。コリメートレンズアレイ７８において、複数のコリメートレンズ７６は、レーザ素子７４の配列ピッチと同一の配列ピッチで配列されている。

図３に示すように、複数のレーザ素子７４を含む第１および第２の光源ユニット７０、７２は、複数の平行光線からなる第１および第２の光束ＬＦ１、ＬＦ２を出射する。第１および第２の光束Ｌ１、ＬＦ２を同一方向（Ｚ軸方向）に出射するように、第１および第２の光源ユニット７０、７２は配置されている。本実施の形態１の場合、照明装置２０は、銅などの熱伝導率が高い材料から作製された伝熱板８０を有し、その伝熱板８０の平面状の第１の伝熱面８０ａに、第１および第２の光源ユニット７０、７２はねじにより取り付けられている。

伝熱板８０は、第１および第２の光束ＬＦ１、ＬＦ２の出力によって発生した第１および第２の光源ユニット７０、７２から熱を奪うための部材である。なお、第１および第２の光源ユニット７０、７２から伝熱板８０への熱伝達効率を向上させるために、これらの間に熱伝導グリースなどの熱伝達促進部材が配置されてもよい。

本実施の形態１の場合、図２～図４に示すように、照明装置２０はさらに、伝熱板８０を冷却する冷却装置８２を有する。冷却装置８２は、第１および第２の光源ユニット７０、７２が取り付けられた第１の伝熱面８０ａの反対側の第２の伝熱面８０ｂにねじなどを介して取り付けられている。本実施の形態１の場合、冷却装置８２は、例えばその冷却面８２ａに接触する部材（本実施の形態１の場合には伝熱板８０）を液体（冷媒）で冷却する装置であって、冷媒が流入する流入管８２ｂと、冷媒が流出する流出管８２ｃと、冷媒の流れを発生させるポンプ（図示せず）とを有する。この冷却装置８２によって伝熱板８０を介して冷却されることにより、第１および第２の光源ユニット７０、７２の高出力化とともに長寿命化を図ることができる。なお、図５に示すように、照明装置１０の上面視（Ｚ軸方向視）で、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、冷却性を考慮すると、冷却面８２ａの輪郭内に位置するのが好ましい。

図３および図５に示すように、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、第１の距離Ｄ１をあけて配置されている。具体的には、可能な限り接近させているものの、そのサイズや形状などの制約を受けて、第１および第２の光束ＬＦ１、ＬＦ２の出射方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｙ軸方向）に第１の距離Ｄ１をあけて第１および第２の光源ユニット７０、７２は並列配置されている。

図３に示すように、第１および第２の光源ユニット７０、７２が第１の距離Ｄ１をあけて配置されていると、当然ながら、第１および第２の光束ＬＦ１、ＬＦ２も、第１の距離Ｄ１をあけて出射される。その結果、照明装置２０から照射された照明光の像は、中央部分が暗くて外側部分が明るい輝度ムラが生じ、画質を損なう。そこで、照明装置２０から照射される照明光を輝度ムラの発生を抑えて高密度化するために、照明装置２０は、光路シフト光学系８４を有する。

本実施の形態１の場合、光路シフト光学系８４は、図２および図３に示すように、平行四辺形状のプリズムである。具体的には、第１および第２の光束ＬＦ１、ＬＦ２の出射方向（Ｚ軸方向）および第１および第２の光源ユニット７０、７２の並列方向（Ｙ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）視で、光路シフト光学系８４は、平行四辺形状を成す。

図３に示すように、平行四辺形状のプリズム８４は、光が透過可能であって高温でも変形しにくい材料、例えばガラスから作製されている。プリズム８４は、第２の光源ユニット７２から出射された第２の光束ＬＦの全てを第１の光束ＬＦ１に向かって第１および第２の光源ユニット７０、７２の並列方向（Ｙ軸方向）に反射する第１の反射面８４ａを備える。また、プリズム８４は、第１の反射面８４ａに対して平行であって、且つ、第１の反射面８４ａによって反射された第２の光束ＬＦ２を第１の光束ＬＦ１に対して第１の距離に比べて小さい第２の距離Ｄ２をあけて平行になるように反射する第２の反射面８４ｂを備える。さらに、プリズム８４は、第１の反射面８４ａによって反射される前の第２の光束ＬＦ２の全てが透過する第１の透過面８４ｃと、第１の透過面８４ｃに対して平行であって且つ第２の反射面８４ｂによって反射された第２の光束ＬＦが透過する第２の透過面８４ｄとを備える。なお、プリズム８４は、例えば、伝熱板８０を保持する照明装置２０の筺体（図示せず）によって保持される。

このような光路シフト光学系（プリズム）８４によれば、第２の光束ＬＦ２を、第１および第２の光源ユニット７０、７２の間の第１の距離Ｄ１に比べて小さい第２の距離Ｄ２まで、第１の光束ＬＦ１に接近させることができる。それにより、第１および第２の光束ＬＦ１、ＬＦ２が高密度に集合する。

なお、第１の光束ＬＦ１は、光路シフト光学系(プリズム）８４に関係しない。すなわち、第１の光束ＬＦ１は、光路シフト光学系８４によって反射されることなくまたは光路シフト光学系８４を透過することなく、第１の光源ユニット７０から伝播する。

図６は、第１の光束の像と第２の光束の像とを示す図である。

図６に示すように、光路シフト光学系８４が存在する場合、第２の光束ＬＦ２の像Ｉｍ２(実線）は、光路シフト光学系８４が存在しない場合（点線）に比べて、第１の光束ＬＦ１の像Ｉｍ１に接近する。それにより、照明装置２０における光路域Ｐａ（実線）を、光路シフト光学系８４が存在しない場合（点線）に比べて小さくすることができる。その結果、照明装置２０の照明光は、輝度ムラが抑制されるとともに、高密度化される。また、投射型画像表示装置１０内のレンズなどの光学要素を小型化することも可能になり、その結果として、投射型画像表示装置１０を小型化することができる。

以上のような本実施の形態１によれば、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２に係る投射型画像表示装置は、照明装置における光路シフト光学系が異なる点で、上述の実施の形態１と異なる。したがって、その異なる点を中心に、本実施の形態２について説明する。なお、上述の実施の形態１の構成要素と実質的に同一の本実施の形態２の構成要素には、同一の符号が付されている。

図７は、本開示の実施の形態２に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図である。

図７に示すように、本実施の形態２に係る照明装置１２０は、上述の実施の形態１と同様に、第１の距離Ｄ１をあけて配置された第１および第２の光源ユニット７０、７２を有する。第２の光源ユニット７２の第２の光束ＬＦ２を第１の光源ユニット７０の光束ＬＦ１に接近させるために、照明装置１２０は、光路シフト光学系を有する。

本実施の形態２の場合、光路シフト光学系は、第１および第２のミラー１８４Ａ、１８４Ｂを含んでいる。第１のミラー１８４Ａは、第２の光源ユニット７２から出射された第２の光束ＬＦの全てを第１の光束ＬＦ１に向かって第１および第２の光源ユニット７０、７２の並列方向（Ｙ軸方向）に反射する第１の反射面１８４Ａａを備える。第２のミラー１８４Ｂは、第１のミラー１８４Ａの反射面１８４Ａａに対して平行であって、且つ、その反射面１８４Ａａによって反射された第２の光束ＬＦ２を第１の光束ＬＦ１に対して第１の距離Ｄ１に比べて小さい第２の距離Ｄ２をあけて平行になるように反射する第２の反射面１８４Ｂａを備える。

以上のような本実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様に、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３に係る投射型画像表示装置は、照明装置における第１および第２の光源ユニットの間の距離が異なり、それにより冷却装置が異なる点で、上述の実施の形態１と異なる。したがって、その異なる点を中心に、本実施の形態３について説明する。なお、上述の実施の形態１の構成要素と実質的に同一の本実施の形態３の構成要素には、同一の符号が付されている。

図８は、本開示の実施の形態３に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図である。

図８に示すように、本実施の形態３に係る照明装置２２０において、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、上述の実施の形態１に比べて大きい距離Ｄ３（＞Ｄ１）をあけて配置されている。その理由は、照明装置２２０における冷却装置が、上述の実施の形態１の冷却装置と異なるからである。

具体的には、上述の実施の形態１の場合、図３に示すように、１つの冷却装置８２が、第１および第２の光源ユニット７０、７２に対して共通に使用される。一方、本実施の形態３の場合、図８に示すように、第１および第２の光源ユニット７０、７２それぞれに対して第１および第２の冷却装置２８２Ａ、２８２Ｂが互いに最大限接近した状態で設けられている。第１の冷却装置２８２Ａは、伝熱板２８０を挟んで第１の光源ユニット７０に対向配置されている。また、第２の冷却装置２８２Ｂは、伝熱板２８０を挟んで第２の光源ユニット７２に対向配置されている。

照明装置２２０の上面視（Ｚ軸方向視）で第１および第２の冷却装置２８２Ａ、２８２Ｂの冷却面２８２Ａａ、２８２Ｂａにおける中央部分に第１および第２の光源ユニット７０、７２が配置されている。その結果、第１および第２の光源ユニット７０、７２が距離Ｄ３をあけて離れている。すなわち、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、第１および第２の冷却装置２８２Ａ、２８２Ｂのサイズの制約を受けて、接近配置が制限されている。

なお、第１および第２の光源ユニット７０、７２が第１の実施の形態１での距離Ｄ１に比べて大きい距離Ｄ３をあけていることにより、伝熱板２８０と光路シフト光学系（プリズム２８４）は、上述の実施の形態１における伝熱板８０と光路シフト光学系８４に比べて大型化されている。

このように第１および第２の光源ユニット７０、７２それぞれに対して第１および第２の冷却装置２８２Ａ、２８２Ｂが設けられると、第１および第２の光源ユニット７０、７２の接近配置が制限される。しかしながら、光路シフト光学系（プリズム）２８４により、上述の実施の形態１と同様に、第２の光源ユニット７２の第２の光束ＬＦ２を第１の光源ユニット７０の第１の光束ＬＦ１に接近させることができる。

また、第１および第２の光源ユニット７０、７２それぞれに対して第１および第２の冷却装置２８２Ａ、２８２Ｂが設けられるので、第１および第２の光源ユニット７０、７２の冷却制御を独立して行うことができる。

以上のような本実施の形態３によれば、上述の実施の形態１と同様に、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態４は、上述の実施の形態３の改良形態である。したがって、実施の形態３と異なる点を中心に、本実施の形態４について説明する。なお、上述の実施の形態３の構成要素と実質的に同一の本実施の形態４の構成要素には、同一の符号が付されている。

図９は、本開示の実施の形態４に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図である。また、図１０は、実施の形態４に係る照明装置の上面図である。

図９および図１０に示すように、本実施の形態４に係る照明装置３２０は、第１の熱電素子３８６Ａと、第２の熱電素子３８６Ｂとを有する。

第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂは、例えばペルチェ素子であって、冷却対象（本実施の形態４の場合には第１および第２の光源ユニット７０、７２）の熱を吸収する吸熱面３８６Ａａ、３８６Ｂａと、吸収した熱を放熱する放熱面３８６Ａｂ、３８６Ｂｂとを備える。

具体的には、第１の熱電素子３８６Ａは、伝熱板２８０と第１の冷却装置２８２Ａとの間に配置される。第１の熱電素子３８６Ａの吸熱面３８６Ａａが伝熱板２８０の第２の伝熱面２８０ｂに当接し、放熱面３８６Ａｂが第１の冷却装置２８２Ａの冷却面２８２Ａａに当接する。特に具体的には、図１０に示すように、照明装置３２０の上面視（Ｚ軸方向視）で、吸熱面３８６Ａａが第１の光源ユニット７０にオーバーラップする。

第２の熱電素子３８６Ｂは、伝熱板２８０と第２の冷却装置２８２Ｂとの間に配置される。第２の熱電素子３８６Ｂの吸熱面３８６Ｂａが伝熱板２８０の第２の伝熱面２８０ｂに当接し、放熱面３８６Ｂｂが第２の冷却装置２８２Ｂの冷却面２８２Ｂａに当接する。特に具体的には、図１０に示すように、照明装置３２０の上面視（Ｚ軸方向視）で、吸熱面３８６Ｂａが第２の光源ユニット７２にオーバーラップする。

このような第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂは、伝熱板２８０を介して、第１および第２の光源ユニット７０、７２を冷却する（熱を吸収する）。冷却によって高温になった第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂの放熱面３８６Ａｂ、３８６Ｂｂは、第１および第２の冷却装置２８２Ａ、２８２Ｂによって冷却される。

これにより、第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂに供給する駆動電流を制御することにより、第１および第２の光源ユニット７０、７２の温度を細かく制御することができる。例えば、光源ユニット７０、７２のレーザ素子として赤色半導体レーザ素子が使用されている場合、その赤色半導体レーザ素子は温度によって出力、波長、および寿命が変化するので、その温度を一定に維持するために第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂによる温度制御を行う。

なお、図１０に示すように、本実施の形態４の場合、照明装置３２０の上面視（Ｚ軸方向視）で、第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂの吸熱面３８６Ａａ、３８６Ｂａは、第１および第２の光源ユニット７０、７２に比べて十分に大きい。この場合、上面視で、第１のおよび第２の光源ユニット７０、７２は、吸熱面３８６Ａａ、３８６Ｂａの中央部分に配置されるのが好ましい。

これと異なり、照明装置３２０の上面視（Ｚ軸方向視）で第１および第２の光源ユニット７０、７２が吸熱面３８６Ａａ、３８６Ｂａにおける外周近傍部分に配置された場合、第１および第２の光源ユニット７０、７２から離れた吸熱面３８６Ａａ、３８６Ｂａの部分に対向する伝熱板２８０の部分に結露が生じる可能性がある。すなわち、第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂによって冷却される伝熱板２８０において、熱源である第１および第２の光源ユニット７０、７２から離れた部分に結露が生じる可能性がある。このような結露の発生を抑制するために、照明装置３２０の上面視で、第１および第２の光源ユニット７０、７２は、第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂの吸熱面３８６Ａａ、３８６Ｂａの中央部分に配置するのが好ましい。

このように、照明装置３２０の上面視（Ｚ軸方向視）で、第１のおよび第２の光源ユニット７０、７２が第１および第２の熱電素子３８６Ａ、３８６Ｂの吸熱面３８６Ａａ、３８６Ｂａの中央部分に配置されると、第１および第２の光源ユニット７０、７２の接近配置が制限される。しかしながら、光路シフト光学系（プリズム）２８４により、上述の実施の形態１と同様に、第２の光源ユニット７２の第２の光束ＬＦ２を第１の光源ユニット７０の第１の光束ＬＦ１に接近させることができる。

以上のような本実施の形態４によれば、上述の実施の形態１と同様に、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態５は、上述の実施の形態４の改良形態である。したがって、実施の形態３と異なる点を中心に、本実施の形態５について説明する。なお、上述の実施の形態４の構成要素と実質的に同一の本実施の形態５の構成要素には、同一の符号が付されている。

図１１は、本開示の実施の形態５に係る投射型画像表示装置における照明装置の正面図である。また、図１２は、本実施の形態５に係る照明装置の上面図である。

図１１および図１２に示すように、本実施の形態５に係る照明装置４２０は、図９および図１０に示す上述の実施の形態４に係る照明装置３２０と異なり、第１および第２の光源ユニット７０、７２それぞれに対して第１および第２の伝熱板４８０Ａ、４８０Ｂが設けられている。

具体的には、本実施の形態５に係る照明装置４２０は、第１の光源ユニット７０が取り付けられるとともに第１の熱電素子３８６Ａと当接する第１の伝熱板４８０Ａと、第２の光源ユニット７２が取り付けられるとともに第２の熱電素子３８６Ｂと当接する第２の伝熱板４８０Ｂとを有する。

第１および第２の光源ユニット７０、７２それぞれに対して個別の第１および第２の伝熱板４８０Ａ、４８０Ｂが設けられることにより、熱的に分離された２つのユニットが構成される。一方のユニットは、第１の光源ユニット７０、第１の伝熱板４８０Ａ、第１の熱電素子３８６Ａ、および第１の冷却装置２８２Ａから構成される。他方のユニットは、第２の光源ユニット７２、第２の伝熱板４８０Ａ、第２の熱電素子３８６Ａ、および第２の冷却装置２８２Ｂから構成される。このように、１つの光源ユニット、１つの伝熱板、１つの熱電素子、および１つの冷却装置をユニット化することにより、照明装置の製造が容易になるとともに、光源ユニットの数が異なる照明装置を簡単に構築することができる。また、熱的に分離されているために、複数の光源ユニットそれぞれの温度を容易に且つ高精度に制御することが可能になる。

以上のような本実施の形態５によれば、上述の実施の形態１と同様に、複数のレーザ素子をそれぞれ含む複数の光源ユニットを備える照明装置において、複数の光源ユニットの接近配置が制限されても、光源ユニットそれぞれの光束を高密度に集合させ、高輝度の照明光を照射することができる。

以上、上述の実施の形態１～５を挙げて本開示を説明したが、本開示の実施の形態は上述の実施の形態に限らない。

例えば、図１に示すように、上述の実施の形態１の場合、投射型画像表示装置１０は、ＤＬＰ方式のプロジェクタであるが、これに限らない。本開示の実施の形態に係る投射型画像表示装置は、３ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）方式のプロジェクタであってもよい。

また、上述の実施の形態１の場合、投射型画像表示装置１０の照明部１２は、３つの照明装置２０、２２、および２４を備える。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。

図１３は、本開示の別の実施の形態に係る投射型画像表示装置の概略的な構成図である。

図１３に示す投射型画像表示装置５１０において、照明部５１２は、赤色光を照射する２つの照明装置５２０Ａ、５２０Ｂと、緑色光を照射する２つの照明装置５２２Ａ、５２２Ｂと、青色光を照射する２つの照明装置５２４Ａ、５２４Ｂとを備える。

２つの照明装置５２４Ａ、５２４Ｂからの青色光は、ミラー５２５Ａ、５２５Ｂによって反射され、緑色選択反射ミラー５２６Ａ、５２６Ｂ、赤色選択反射ミラー５２７Ａ、５２７Ｂを透過し、レンズ５２８、ミラー５２９、およびレンズ５３０を透過してロッドインテグレータ５３２に入射する。

また、２つの照明装置５２２Ａ、５２２Ｂからの緑色光は、緑色選択反射ミラー５２６Ａ、５２６Ｂによって反射され、赤色選択反射ミラー５２７Ａ、５２７Ｂを透過し、レンズ５２８、ミラー５２９、およびレンズ５３０を透過してロッドインテグレータ５３２に入射する。

そして、２つの照明装置５２０Ａ、５２０Ｂからの赤色光は、赤色選択反射ミラー５２７Ａ、５２７Ｂに反射され、レンズ５２８、ミラー５２９、およびレンズ５３０を透過してロッドインテグレータ５３２に入射する。

図１４は、２つの照明装置からの光束の像を示している。

図１４に示すように、例えば、照明装置２０Ａにおける第１の光源ユニットの第１の光束の像Ｉｍ１－Ａ、照明装置２０Ａにおける第２の光源ユニットの第２の光束の像Ｉｍ２－Ｂ、照明装置２０Ｂにおける第１の光源ユニットの第１の像Ｉｍ１－Ｂ、および照明装置２０Ｂにおける第２の光源ユニットの第２の光束の像Ｉｍ２－Ｂが、赤色光の像を構成する。

この場合、図１に示す投射型画像表示装置１０に比べて、各色の照明光の照射に使用される光源ユニットの数が２倍になるので輝度が向上する。

さらに、本開示の実施の形態において、光源ユニットは、上述の実施の形態１～５における光源ユニット７０、７２に限らない。

図１５は、別例の光源ユニットの上面図である。

図１５に示す別例の光源ユニット６７０は、マトリックス状に配列された８つのレーザ素子６７４を含んでいる。また、レーザ素子６７４それぞれに、コリメートレンズ６７６が設けられている。なお、光源ユニット６７０において、複数のコリメートレンズ６７６は、一体化されていない。このレーザ素子６７４においてもレーザ素子７０，７２と同様に、複数配置する場合には本開示を用いて高密度に出射光を配置することが可能なことは言うまでもない。

さらにまた、上述の実施の形態１の場合、照明装置２０に含まれる光源ユニットの数は２つであるが、本開示の実施の形態はこれに限らない。

図１６は、３つの光源ユニットを備える別例の照明装置の正面図である。なお、図１６において、冷却装置や熱電素子は省略されている。

図１６に示すように、照明装置７２０は、第１～第３の光源ユニット７７０、７７２、および７７４を有する。また、照明装置７２０は、第１の光源ユニット７７０の第１に光束ＬＦ１に、第２の光源ユニット７７２の第２の光束ＬＦ２を接近させるための第１の光路シフト光学系７７６を有する。さらに、照明装置７２０は、第１の光束ＬＦ１に、第３の光源ユニット７７４の第３の光束ＬＦ３を接近させるための第２の光路シフト光学系７７８を有する。なお、図１６に示すように、照明装置に含まれる複数の光源ユニットそれぞれは、例えばレーザ素子の数が異なるなど、構成が異なっていてもよい。

すなわち、本開示の実施の形態に係る照明装置は、広義には、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束の全てを前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する照明装置である。

さらには、本開示の実施の形態に係る投射型画像表示装置は、広義には、少なくとも１つの照明装置を含む照明部、前記照明部からの照明光を変調して画像光として出力する画像表示部、および、前記画像光を拡大投射する投射光学系と、を含み、前記照明装置が、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束の全てを前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する。

以上のように、本開示における技術の例示として、上述の実施の形態を説明してきた。そのために、図面および詳細な説明を提供している。したがって、図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上述の技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。

本開示は、投射型画像表示装置に使用される照明装置に対して適用可能である。

２０照明装置
７０第１の光源ユニット
７２第２の光源ユニット
８４光路シフト光学系
８４ａ第１の反射面
８４ｂ第２の反射面
Ｄ１第１の距離
Ｄ２第２の距離
ＬＦ１第１の光束
ＬＦ２第２の光束

Claims

互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、
互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、
前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束を前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する照明装置。
前記光路シフト光学系が、平行四辺形状のプリズムであって、
前記プリズムが、前記第１の反射面、前記第２の反射面、前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束が透過する第１の透過面、および前記第１の透過面に対して平行であって且つ前記第２の反射面によって反射された第２の光束が透過する第２の透過面を備える、請求項１に記載の照明装置。
前記光路シフト光学系が、前記第１の反射面を備える第１のミラーと、前記第２の反射面を備える第２のミラーを含んでいる、請求項１に記載の照明装置。
前記第１および第２の光源ユニットそれぞれの複数のレーザ素子が、半導体レーザ素子であって、
前記第１および第２の光源ユニットが、前記半導体レーザ素子それぞれに対して設けられたコリメートレンズを含んでいる、請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記第１および第２の光源ユニットが、前記複数の半導体レーザ素子の配列ピッチと同一の配列ピッチで前記複数のコリメートレンズが配列されて一体化されたものであるコリメートレンズアレイを含んでいる、請求項４に記載の照明装置。
前記第１および第２の光源ユニットが取り付けられる第１の伝熱面と前記第１の伝熱面に対して反対側の第２の伝熱面とを備える伝熱板と、
前記伝熱板の前記第２の伝熱面に取り付けられる冷却装置と、をさらに有する請求項５に記載の照明装置。
前記冷却装置が、前記伝熱板を挟んで前記第１の光源ユニットに対向配置される第１の冷却装置と、前記伝熱板を挟んで前記第２の光源ユニットに対向配置される第２の冷却装置とを含んでいる、請求項６に記載の照明装置。
前記伝熱板の前記第２の伝熱面に当接する吸熱面と前記第１の冷却装置が取り付けられる放熱面とを備える第１の熱電素子と、
前記伝熱板の前記第２の伝熱面に当接する吸熱面と前記第２の冷却装置が取り付けられる放熱面とを備える第２の熱電素子と、をさらに有する請求項７に記載の照明装置。
前記第１の方向視で、前記第１の光源ユニットが前記第１の熱電素子の前記吸熱面の中央部分に配置されているとともに、前記第２の光源ユニットが前記第２の熱電素子の前記吸熱面の中央部分に配置されている、請求項８に記載の照明装置。
前記伝熱板が、前記第１の光源ユニットが取り付けられるとともに前記第１の熱電素子と当接する第１の伝熱板と、前記第２の光源ユニットが取り付けられるとともに前記第２の熱電素子と当接する第２の伝熱板とを含んでいる、請求項８または９に記載の照明装置。
前記半導体レーザ素子が、赤色レーザ光を出射する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の照明装置。
少なくとも１つの照明装置を含む照明部、
前記照明部からの照明光を変調して画像光として出力する画像表示部、および、
前記画像光を拡大投射する投射光学系と、を含み、
前記照明装置が、
互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第１の光束を第１の方向に出射する第１の光源ユニットと、
互いの光軸が平行に且つマトリックス状に配列された複数のレーザ素子を含み、第２の光束を前記第１の方向に出射するように且つ前記第１の光源ユニットに対して前記第１の方向に対して直交する第２の方向に第１の距離をあけて配置された第２の光源ユニットと、
前記第２の光源ユニットから出射された前記第２の光束を前記第１の光束に向かって前記第１の方向に反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に対して平行であって且つ前記第１の反射面によって反射された前記第２の光束を前記第１の光束に対して前記第１の距離に比べて小さい第２の距離をあけて平行になるように反射する第２の反射面とを備える光路シフト光学系と、を有する投射型画像表示装置。