JP5685996B2 - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。

複数の半導体発光素子を配列してなるアレイ光源を用いたプロジェクターの開発が進められている。このような半導体素子としては、半導体レーザー（Laser Diode）、スーパールミネッセントダイオード（Super Luminescent Diode、以下「ＳＬＤ」ともいう）、ＬＥＤLight Emitting Diode、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）等が知られている。

中でもＳＬＤは、半導体レーザーと比較して光出力の点ではやや劣るものの、利得領域構造の違いから本質的にスペックルノイズが小さい利点がある。しかし、半導体素子が形成される基板の端面（射出面）に対して利得領域を傾斜させて配置してなる非共振構造に起因して、その射出光は三日月のように対称性が低い角度分布を有する。

一般的に、プロジェクターに用いる光変調素子の多くは、入射する照明光に対してその表示特性が入射角依存性を有する。そのため、投写画像の高画質化を図るためには、角度分布の対称性（光の断面形状の対称性ともいえる）が高く、均一な強度分布の照明光を用いることが望ましい。角度分布の非対称性や強度分布の不均一性は、明るさムラやコントラストムラの原因となるためである。

例えば特許文献１には、複数の半導体レーザーを２次元アレイ状に配列した発光器を用い、この発光器から出力された光線を平行化して画像表示装置を照明する光学構成が開示されている。一般的な端面発光型の半導体レーザーでは、その利得領域は基板端面に対して垂直に形成されており、その射出光は断面形状が楕円形状となり、角度分布は高い対称性を有する。そのため、発光器からの射出光を比較的容易に平行光線に変換でき、光学スイッチ（光変調素子）を略均一な強度分布の光で照明することができる。

国際公開第９９／４９３５８号

しなしながら、特許文献１の構成において、半導体レーザーに代えてＳＬＤを単純置換して用いた光学系では、上述した様に、半導体レーザーとＳＬＤとにおける利得領域構造の違いから両者における射出光の角度分布は大きく異なるため、所望の照明状態を得ることは困難である。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、ＳＬＤを用いた光源において、照明光の対称性を高めることができる照明装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記照明装置を有するプロジェクターを提供することにある。

本発明に係る照明装置は、
光を発生させて導波させ、かつ当該光の導波方向が当該光の射出面の垂線に対して傾いて形成された傾斜利得領域を有する発光素子が配列された光源と、
前記光源から射出された光の光軸を変換する光軸変換素子と、
前記光軸変換素子から射出された光の配光角を制御する配光制御素子と、
を含み、
前記発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであり、
前記配光制御素子から射出された光は、発散した状態となる。

このような照明装置によれば、配光制御素子によって、光軸変換素子から射出された光の配光角を制御することができる。これにより、傾斜利得領域によって生じる三日月のような弓状の断面形状および対称性の低い角度分布を有する光を、楕円形に近い断面形状および対称性の高い角度分布を有する光に変換することができる。したがって、照明対象を照明する照明光の対称性を高めることができる。

さらに、配光制御素子から射出された光は、発散した状態とすることができる。そのため、複数の射出面の各々から射出された光は、少なくとも隣接する射出面から射出された光と、照明対象上で部分的に重なることができる。これにより、例えば、隣接する射出面から射出された光同士であって、互いに部分的にも重なることがない光により照明対象を照明する場合に比べて、照明対象をより均一な強度（照度分布）で照明することができる。

本発明に係る照明装置において、
前記配光制御素子から射出された光を拡散する拡散素子を、さらに含むことができる。

このような照明装置によれば、複数の射出面の各々から射出された光の強度分布を、（略）均一にすることができ、照度ムラの少ない照明光を得ることができる。

本発明に係る照明装置において、
前記拡散素子から射出された光を照明対象に導くライトガイドを、さらに含むことができる。

このような照明装置によれば、より多くの光を照明対象に入射させることができる。そのため、照度均一性を大きく低下させることなく、照明効率を向上させることができる。

本発明に係る照明装置において、
前記光軸変換素子と前記配光制御素子とは、一体的に形成されていることができる。

このような照明装置によれば、光軸変換素子と配光制御素子との界面における光損失を低減させることができる。さらに、コストを削減することができる。

本発明に係る照明装置において、
前記発光素子は、複数の前記傾斜利得領域を有し、
複数の前記傾斜利得領域のうち第１傾斜利得領域の光の導波方向は、前記射出面の垂線に対して、一方側に傾いており、
複数の前記傾斜利得領域のうち第２傾斜利得領域の光の導波方向は、前記射出面の垂線に対して、他方側に傾いていることができる。

このような照明装置によれば、照明光全体で見た場合の対称性を、より高めることができる。

本発明に係る照明装置において、
前記第１傾斜利得領域と前記第２傾斜利得領域とは、同一の前記発光素子に設けられていることができる。

このような照明装置によれば、照明光全体で見た場合の対称性を、より高めることができる。

本発明に係る照明装置において、
前記第１傾斜利得領域と前記第２傾斜利得領域とは、異なる前記発光素子に設けられていることができる。

このような照明装置によれば、照明光全体で見た場合の対称性を、より高めることができる。

本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る照明装置と、
前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投写する投写装置と、
を含む。

このようなプロジェクターによれば、発明に係る照明装置を有するので、投写画像の高画質化を図ることができる。

本発明に係るプロジェクターにおいて、
前記配光制御素子によって制御された光の配光角は、前記投写装置で投写可能な角度であることができる。

このようなプロジェクターによれば、発明に係る照明装置を有するので、投写画像の高画質化を図ることができる。

本実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。 本実施形態に係る照明装置の光源を模式的に示す図。 本実施形態に係る照明装置の光源から射出された光の角度分布を模式的に示す図。 本実施形態に係る照明装置の配光制御素子から射出された光の角度分布を模式的に示す図。 本実施形態に係る照明装置の拡散素子から射出された光の断面形状を模式的に示す図。 本実施形態に係る照明装置の拡散素子から射出された光の角度分布を模式的に示す図。 本実施形態に係る照明装置の発光素子を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る照明装置の発光素子を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る照明装置の発光素子を模式的に示す断面図。 本実施形態の第１変形例に係る照明装置を模式的に示す図。 本実施形態の第２変形例に係る照明装置の発光素子を模式的に示す平面図。 本実施形態の第３変形例に係る照明装置の光源を模式的に示す図。 本実施形態の第３変形例に係る照明装置の発光素子を模式的に示す平面図。 本実施形態の第３変形例に係る照明装置の発光素子を模式的に示す平面図。 本実施形態の第４変形例に係る照明装置の光源を模式的に示す図。 本実施形態の第４変形例に係る照明装置の配向性制御素子から射出された光の断面形状を模式的に示す図。 本実施形態の第５変形例に係る照明装置の発光素子を模式的に示す平面図。 本実施形態の第６変形例に係る照明装置の発光素子を模式的に示す平面図。 本実施形態の第７変形例に係る照明装置の発光素子を模式的に示す平面図。 本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 照明装置
まず、本実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る照明装置１００を模式的に示す図である。図２は、本実施形態に係る照明装置１００の光源１０を模式的に示す図であって、光源１０を後述する射出面１８０側から見た図である。なお、図１では、便宜上、光源１０を構成する発光素子１１０を簡略化して図示している。

照明装置１００は、図１に示すように、光源１０と、光軸変換素子２０と、配光制御素子３０と、を含む。さらに、照明装置１００は、拡散素子４０を備えることができる。

光源１０は、光を射出することができる。光源１０は、図２に示すように、発光素子１１０と、支持基板１２と、を含むことができる。

発光素子１１０は、複数設けられ、例えばＹ軸方向に沿って等間隔で配列されている。図示の例では、発光素子１１０は、６つ設けられているが、その数は、特に限定されない。

発光素子１１０は、図１に示すように、複数の傾斜利得領域１６０を有する。すなわち、複数の傾斜利得領域１６０は、同一の基板上に形成されている。これにより、光源１０と光軸変換素子２０や配光制御素子３０等との位置合わせが容易となり、照明対象５０を照明する照明光の配光特性の制御が容易となる。複数の傾斜利得領域１６０は、例えば、互いに平行に配置されている。図１に示す例では、傾斜利得領域１６０は、６つ設けられているが、その数は特に限定されない。傾斜利得領域１６０は、１つの発光素子１１０において、例えば、Ｘ軸方向に沿って等間隔で配列されている。傾斜利得領域１６０は、光を射出する射出面１８０を有する。射出面１８０は、図２に示すように、Ｘ軸方向に沿って等間隔Ｄｘで配置されている。

また、光源１０は、図２に示すように、複数の発光素子１１０がＹ軸方向に配列されて構成されている。射出面１８０は、Ｙ軸方向に沿って等間隔Ｄｙで配置されている。例えば図２に示す例では、射出面１８０は、ＸＹ平面に等間隔（Ｄｘ＝Ｄｙ）でマトリックス状に（２次元アレイ状に）配置されている。

ここで、図３は、発光素子１１０から（傾斜利得領域１６０から）射出される光Ｌ１の角度分布を模式的に示す図である。傾斜利得領域１６０は、図１に示すように、射出面１８０の垂線に対して傾斜している。そのため、傾斜利得領域１６０から射出される光Ｌ１は、図３に示すように、三日月のような弓状の角度分布を有する。図示の例では、Ｘ軸方向の配光角は±１０°程度であるのに対して、Ｙ軸方向の配光角は±３５°程度であり、Ｘ軸方向と比べてＹ軸方向に角度分布は大きく広がっている。このように発光素子１１０から射出された光Ｌ１の角度分布が三日月のような弓状であることから、光束の断面形状も（発光素子１１０からやや離れた位置以降においては）同様に三日月のような弓状となる。なお、発光素子１１０の詳細な構成については、後述する。

支持基板１２は、図２に示すように、発光素子１１０を支持している。支持基板１２は、発光素子１１０に対応して複数設けられている。支持基板１２の材質としては、特に限定されないが、例えば、銅、アルミニウムが挙げられる。

光軸変換素子２０には、図１に示すように、光源１０から射出された光が入射される。発光素子１１０から射出された光の光軸は、発光素子１１０と空気との屈折率差により、傾斜利得領域１６０の（射出面１８０の垂線に対する）傾斜角よりも大きく傾斜している。すなわち、発光素子１１０から射出された光の光軸は、照明光軸Ｐ（照明対象５０の照明される面の垂線ともいえる）に対して傾斜している。光軸変換素子２０は、このように照明光軸Ｐに対して傾斜した光の光軸を、照明光軸Ｐと（略）平行にすることができる。つまり、光軸変換素子２０から射出された光は、照明光軸Ｐと（略）平行な光軸を有することができる。

光軸変換素子２０としては、照明光軸Ｐに対して所定の角度をなす斜面２２を、射出面１８０と対応するようにアレイ状に備えたプリズムを用いることができる。図示の例では、光軸変換素子２０は、６つの射出面１８０に対応して、６つの斜面２２を有している。斜面２２は、平坦な面であることができる。斜面２２の照明光軸Ｐに対する傾斜角は、プリズムを形成する材質の屈折率と、光軸変換素子２０に入射する光の光軸の（照明光軸Ｐに対する）傾斜角度と、によって決定される。

なお、光軸変換素子２０として、ホログラフィック光学素子を用いてもよく、また、プリズムとホログラフィック光学素子とを組み合わせたものを用いてもよい。

配光制御素子３０には、光軸変換素子２０から射出された光が入射される。配光制御素子３０は、射出する光の角度分布を所定の値に変換すると共に、角度分布における非対称性を改善して対称な角度分布へ近づけることができる。図４は、配光制御素子３０から射出された光Ｌ２の角度分布を模式的に示す図（一つの発光素子１１０からの射出光について示したもの）である。図３および図４からわかるように、例えば、Ｘ軸方向の配光角は配光制御素子３０の入射前の±１０°程度から射出後は±２°程度へ、Ｙ軸方向の配光角は入射前の±３５°程度から射出後は±４°程度へと狭角度化されており、同時に角度分布における非対称性も改善されている。この角度分布における非対称性の改善の結果、配光制御素子３０から射出される光Ｌ２の断面形状も三日月のような弓状から対称性が高い楕円形状に近い形状となる。

拡散素子４０には、配光制御素子３０から射出された光が入射される。拡散素子４０は、複数の射出面１８０の各々から射出された光を拡散させることで、光の断面形状の対称性を一層高め、照明対象５０上における照明光全体の光強度分布（照度分布）を（略）均一にすることができる。拡散素子４０としては、例えば、拡散板、ホログラフィック光学素子、レンズアレイ、または、これらを組み合わせたものを用いることができる。図示の例では、拡散素子４０として、拡散板を用いている。図５は、拡散素子４０から射出された光Ｌ３の断面形状を模式的に示す図（一つの発光素子１１０からの射出光について示す）であり、図６は、拡散素子４０から射出された光Ｌ３の角度分布を模式的に示す図である。図５および図６からわかるように、断面形状は円形に近い楕円形状となっており、角度分布も円形に近い高い対称性を有している。

配光制御素子３０としては、図１に示すように、集光作用を有するレンズ３２を、アレイ状に備えたレンズアレイを用いることができる。図示の例では、レンズ３２は、光源１０の射出面１８０に対応して、複数設けられている。レンズ３２としては、球面レンズ、対称軸を有する非球面レンズ、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なる曲率を有するトーリックレンズ、対称軸を持たない自由曲面レンズ、不連続な曲面を備えたフレネルレンズ等を用いることができる。ＳＬＤの場合、発光素子から射出される光の放射角は、図１のＸ軸方向とＹ軸方向とで大きく異なる場合が多い。したがって、レンズ３２として非球面レンズ、トーリックレンズ、自由曲面レンズ等を用いた場合には、配光制御素子３０から射出する光の方向をＸ軸方向とＹ軸方向とで独立して制御できるため、配光制御素子３０から出射される光Ｌ２の配光分布を細かく制御でき、よって、断面形状も対称性の高い円形に近づけることができる。ただし、製造コストの点では球面レンズが採用し易い。

なお、配光制御素子３０として、ホログラフィック光学素子を用いてもよく、また、プリズムとホログラフィック光学素子とを組み合わせたものを用いてもよい。

図１に示すように、配光制御素子３０および拡散素子４０によって、複数の射出面１８０の各々から射出された光は、少なくとも隣接する射出面１８０から射出された光と、照明対象５０上で部分的に重なるような発散状態をとることができる。これにより、例えば、隣接する射出面１８０から射出された光同士であって、互いに部分的にも重なることがない光によって照明対象を照明する場合と比べて、照明対象をより均一な強度（照度分布）で照明することができる。照明対象上において部分的にも重なることがない光で照明した場合には、隣り合う光同士の境界などにおいては照明強度が著しく低下することから、不均一な照度分布となることが多い。

照明装置１００をプロジェクターに用いる場合、拡散素子４０から射出された光の配光角（照明光軸Ｐに対する傾き角、発散角ともいえる）は、照明対象（プロジェクターの場合には光変調装置）が受光可能な角度、あるいは、投写光学系（投写装置）において投写可能な角度となるように設定される。一般的なプロジェクターの場合、光変調装置の最大受光角度や投写可能な最大角度は２０°程度であることを考慮すると、拡散素子４０から射出された光の配光角（角度分布範囲）は、例えば、０°より大きく、２０°以下であるように設定されることが望ましい。

図示の例では、複数の射出面１８０の各々から射出された光は、照明対象５０上において、１つ隣りの射出面１８０から射出された光と重なっているが、２つ隣りの射出面１８０から射出された光とも重なっていてもよい。ただし、複数の射出面１８０の各々から射出された光は、完全には重なっていない。したがって、傾斜利得領域１６０ごとに射出光の光強度を制御することによって、照明対象５０上の局所領域を任意の光強度で独立して照明することができる。特に液晶ライトバルブなどの光変調装置を照明する場合には、照明装置による光強度変調と、光変調装置による光強度変調と、を同時に行うことにより、高輝度性と高コントラスト性とを両立でき、表示画像の高画質化を図ることができる。

なお、本発明の記載において、例えば、照明対象上において光Ａと光Ｂとが重なるとは、照明対象における光Ａの照明領域と光Ｂの照明領域とが重なっているということを意味しているが、光Ａや光Ｂの照明領域とは、光の中心の強度に対して、１０％以上の強度を有する領域を意味している。

光軸変換素子２０および配光制御素子３０は、図１に示す例では、互いに接して形成されているが、互いに離間して形成されていてもよい。また、光軸変換素子２０および配光制御素子３０は、一体的に形成されていてもよい。例えば、１枚のガラス基板の一方の面に、複数の斜面２２を形成して光軸変換素子２０とし、他方の面（前記一方の面とは反対側の面）に、複数のレンズ３２を形成して配光制御素子３０としてもよい。これにより、光軸変換素子２０と配光制御素子３０との界面における光損失を低減させることができる。さらに、コストを削減することができる。

また、拡散素子４０は配光制御素子３０から離れた位置に配置しているが、配光制御素子３０と一体化し、界面における光損失を低減する構成としてもよい。例えば、配光制御素子３０がレンズアレイで構成されている場合、レンズアレイの表面に拡散素子を形成して、一体化構成とすることができる。

拡散素子４０から射出された光は、照明対象５０を照明する。照明対象５０としては、特に限定されないが、照明装置１００をプロジェクターに用いる場合は、液晶ライトバルブ（光変調装置）が挙げられる。

次に、発光素子１１０の詳細な構成について説明する。図７は、本実施形態に係る発光素子１１０を模式的に示す斜視図である。図８は、本実施形態に係る発光素子１１０を模式的に示す平面図である。図９は、本実施形態に係る発光素子１１０を模式的に示す断面図であって、図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。なお、図７〜図９では、便宜上、２つの傾斜利得領域１６０について図示している。

以下では、発光素子１１０がＩｎＧａＡｌＰ系の赤色光を発光するＳＬＤである場合について説明する。ＳＬＤは、半導体レーザーと異なり、端面反射による共振器の形成を抑えることにより、レーザー発振を防止することができる。そのため、スペックルノイズを低減することができる。

発光素子１１０は、図７〜図９に示すように、基板１０２と、第１クラッド層１０４と、活性層１０６と、第２クラッド層１０８と、コンタクト層１０９と、第１電極１１２と、第２電極１１４と、反射膜１３０と、を備える。

基板１０２としては、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板などを用いることができる。

第１クラッド層１０４は、基板１０２上に形成されている。第１クラッド層１０４としては、例えば、ｎ型のＩｎＧａＡｌＰ層などを用いることができる。

活性層１０６は、第１クラッド層１０４上に形成されている。活性層１０６は、例えば、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。

活性層１０６の形状は、例えば直方体（立方体である場合を含む）などである。活性層１０６は、図７および図８に示すように、第１側面１０５および第２側面１０７を有することができる。第１側面１０５および第２側面１０７は、互いに対向しており、図示の例では平行である。

活性層１０６の一部は、電流経路となることができる傾斜利得領域１６０を構成している。傾斜利得領域１６０には、光を生じさせることができ、この光は、傾斜利得領域１６０内で利得（増幅）を受けることができる。傾斜利得領域１６０は、光の伝播領域（導波領域）ともいえる。発光素子１１０の積層方向から見た傾斜利得領域１６０の平面形状は、例えば、平行四辺形である。

傾斜利得領域１６０に生じる光の波長帯において、例えば、第２側面１０７の反射率は、第１側面１０５の反射率よりも高い。例えば、第２側面１０７を反射膜１３０によって覆うことにより、高い反射率を得ることができる。反射膜１３０は、例えば誘電体多層膜ミラーなどである。具体的には、反射膜１３０としては、第２側面１０７側からＡｌ_２Ｏ_３層、ＴｉＯ_２層の順序で４ペア積層したミラーなどを用いることができる。第２側面１０７の反射率は、１００％、あるいはそれに近いことが望ましい。これに対し、第１側面１０５の反射率は、０％、あるいはそれに近いことが望ましい。例えば、第１側面１０５を反射防止膜（図示せず）によって覆うことにより、低い反射率を得ることができる。反射防止膜としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３単層などを用いることができる。

傾斜利得領域１６０は、図８に示すように平面視して（Ｙ軸方向から見て）、第１側面１０５から第２側面１０７までの延在方向（光の導波方向）が、第１側面１０５の垂線Ｑに対して傾いて設けられている。これにより、傾斜利得領域１６０に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。図１および図８に示すように、複数の傾斜利得領域１６０は、例えば、垂線Ｑに対して同じ方向に傾いて設けられている。

傾斜利得領域１６０は、図８に示すように、第１側面１０５に設けられた第１端面１８０と、第２側面１０７に設けられた第２端面１８２と、を有することができる。そのため、傾斜利得領域１６０に生じる光の波長帯において、第１端面１８０の反射率は、例えば０％、あるいはそれに近い値であり、第２端面１８２の反射率は、例えば１００％、あるいはそれに近い値である。したがって、第１端面１８０は、傾斜利得領域１６０に生じる光を射出させる射出面（図１の射出面１８０に対応する）であるといえ、第２端面１８２は、傾斜利得領域１６０に生じる光を反射させる反射面であるといえる。すなわち、第１側面１０５は、複数の射出面１８０（第１端面１８０）を有することができ、第１側面１０５の垂線Ｑは、射出面１８０の垂線Ｑであるともいえる。

第２クラッド層１０８は、図７および図９に示すように、活性層１０６上に形成されている。第２クラッド層１０８としては、例えば、第２導電型（例えばｐ型）のＡｌＧａＩｎＰ層などを用いることができる。

例えば、ｐ型の第２クラッド層１０８、不純物がドーピングされていない活性層１０６、およびｎ型の第１クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８の各々は、活性層１０６よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層１０６は、キャリア（電子および正孔）を注入することで、光を発生させて導波させ、かつ光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８は、活性層１０６を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能を有する。

発光素子１１０は、第１電極１１２と第２電極１１４との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層１０６の傾斜利得領域１６０において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、傾斜利得領域１６０内で光の強度が増幅される。そして、強度が増幅された光は、図７に示すように、傾斜利得領域１６０の射出面１８０から光Ｌ１として射出される。

コンタクト層１０９は、図７および図９に示すように、第２クラッド層１０８上に形成されている。コンタクト層１０９としては、第２電極１１４とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層１０９としては、例えば、ｐ型のＧａＡｓ層などを用いることができる。

第１電極１１２は、基板１０２の下の全面に形成されている。第１電極１１２は、該第１電極１１２とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板１０２）と接していることができる。第１電極１１２は、基板１０２を介して、第１クラッド層１０４と電気的に接続されている。第１電極１１２は、発光素子１１０を駆動するための一方の電極である。第１電極１１２としては、例えば、基板１０２側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。

第２電極１１４は、コンタクト層１０９上に形成されている。第２電極１１４は、コンタクト層１０９を介して、第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。第２電極１１４は、発光素子１１０を駆動するための他方の電極である。第２電極１１４としては、例えば、コンタクト層１０９側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。第２電極１１４の下面（第２電極１１４とコンタクト層１０９との接触面）は、傾斜利得領域１６０と同様の平面形状を有することができる。第２電極１１４とコンタクト層１０９との接触面の平面形状によって、電極１１２，１１４間の電流経路が決定され、その結果、傾斜利得領域１６０の平面形状が決定されることができる。

上述の例では、いわゆる利得導波型の発光素子１１０について説明したが、発光素子１１０は、例えばコンタクト層１０９および第２クラッド層１０８をパターニングすることにより柱状部を形成し、該柱状部が形成されている領域と、該柱状部が形成されていない領域と、に屈折率差を設けて光を閉じ込める屈折率導波型でもよい。

以上、本実施形態に係る発光素子１１０の一例として、ＩｎＧａＡｌＰ系の場合について説明したが、発光素子１１０は、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。

本実施形態に係る照明装置１００によれば、例えば、以下の特徴を有する。

照明装置１００によれば、光軸変換素子２０によって発光素子１１０からの射出光の光軸を照明光軸Ｐと略一致させ、また、配光制御素子３０および拡散素子４０によって、照明光の配光角（角度分布）を所望の値に制御することができる。これにより、傾斜利得領域１６０によって生じる三日月のような弓状の断面形状および対称性の低い角度分布を有する光を、円形に近い断面形状および対称性の高い角度分布を有する光に変換することができる。したがって、照明装置１００は、照明対象５０を照明する照明光の対称性を高めることができる。

さらに、配光制御素子３０および拡散素子４０から射出された光は、発散した状態となることができる。そのため、複数の射出面１８０の各々から射出された光は、少なくとも隣接する射出面１８０から射出された光と、照明対象５０上で部分的に重なることができる。これにより、照明装置１００では、例えば、部分的にも重なることがない光によって照明対象を照明する場合に比べて、照明対象をより均一な強度（照度分布）で照明することができる。

なお、本実施形態では拡散素子４０を備えているが、発光素子１１０からの射出光の特性（断面形状や角度分布）によっては、拡散素子４０を用いること無く配光制御素子３０だけで、所望の特性の照明光を得ることができる。

２． 照明装置の変形例
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態の第１変形例に係る照明装置２００を模式的に示す図である。

以下、本実施形態の第１変形例に係る照明装置２００において、本実施形態に係る照明装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、後述する本実施形態の第２〜第５変形例に係る照明装置３００，４００，５００，６００についても同様である。

照明装置２００は、図１０に示すように、ライトガイド６０を含む。ライトガイド６０は、拡散素子４０から射出された光を、照明対象５０に導くことができる。ライトガイド６０は、拡散素子４０と照明対象５０との間に設けられている。ライトガイド６０としては、例えば、管状部材の内面にミラー体を形成したもの、棒状の透光性媒体などを用いることができる。ライトガイド６０は、拡散素子４０から射出された光が入射する部分と、ライトガイド６０から照明対象５０に対して光を射出する部分と、を除いた部分に反射面６１が設けられる。反射面６１は、ミラー体によって構成されていてもよく、全反射面によって形成されていてもよい。

照明装置１００の例で説明したように、照明対象５０に入射する光は、図１に示すように、発散した状態であるので、照明対象５０に入射しない光が発生し、照明効率が低下する場合がある。しかしながら、照明装置２００では、図１０に示すように、ライトガイド６０が無い場合には照明対象５０に入射しない光を、ライトガイド６０の反射面６１で反射させることで照明対象５０に入射させることができ、より多くの光を照明対象５０に入射させることができる。そのため、照明装置２００では、照度均一性を大きく低下させることなく、照明効率を向上させることができる。

なお、ライトガイド６０の光射出端部の断面形状および大きさ（ＸＹ平面の形状および大きさ）は、照明対象５０の断面形状および大きさと概ね同じとすることが望ましいが、これに限定されない。例えば、照明対象５０の断面形状に対してライトガイド６０の光出射部の断面形状を相似形とし、照明対象５０の大きさに対してライトガイド６０の光出射部の大きさを一回り大きくした、或いは、一回り小さくした等の寸法形状を採用することができる。すなわち、ライトガイド６０の光射出端部の断面形状および大きさは、照明対象５０を高い効率で（略）均一に照明するように、照明光の配光角（発散角）を考慮して設定することが望ましい。

２．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態の第２変形例に係る照明装置３００の発光素子１１０を模式的に示す平面図である。なお、図１１では、便宜上、発光素子１１０を簡略化して図示している。

照明装置１００の例では、図１および図８に示すように、発光素子１１０の複数の傾斜利得領域１６０は、第１側面１０５の垂線Ｑに対して、同じ側に傾斜していた。

これに対し、照明装置３００の発光素子１１０では、図１１に示すように、複数の傾斜利得領域１６０のうち第１傾斜利得領域１６０ａは、垂線Ｑに対して一方側に傾いており、複数の傾斜利得領域１６０のうち第２傾斜利得領域１６０ｂは、垂線Ｑに対して他方側（前記一方側とは異なる側）に傾いている。第１傾斜利得領域１６０ａと第２傾斜利得領域１６０ｂとは、垂線Ｑに関して、対称となる形状を有することができる。図示の例では、第１傾斜利得領域１６０ａと第２傾斜利得領域１６０ｂとは、同じ数配置され、Ｘ軸方向に沿って交互に配列されている。

照明装置１００の例で説明したように、配光制御素子３０から射出した光Ｌ２は、図４に示すように、角度分布における対称性（光の断面形状の対称性）が高められているものの、光Ｌ２の断面形状を完全な楕円形状にできない場合がある。そこで、照明装置３００では、図１１に示すように、複数の傾斜利得領域１６０の傾斜方向を変えて、第１傾斜利得領域１６０ａおよび第２傾斜利得領域１６０ｂとして配置することにより、照明光全体で見た場合の角度分布における対称性をより高めることができる。

２．３． 第３変形例
次に、本実施形態の第３変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態の第３変形例に係る照明装置４００の光源１０を模式的に示す図であって、図２に対応するものである。図１３および図１４は、本実施形態の第３変形例に係る照明装置４００の発光素子１１０を模式的に示す平面図である。なお、図１３および図１４では、便宜上、発光素子１１０を簡略化して図示している。

照明装置４００の光源１０では、図１２に示すように、複数の発光素子１１０のうちの第１発光素子１１０ａと第２発光素子１１０ｂとが、Ｙ軸方向に沿って交互に配列されている。図示の例では、第１発光素子１１０ａと第２発光素子１１０ｂとは、同じ数ずつ配置されている。

第１発光素子１１０ａでは、図１３に示すように、複数の傾斜利得領域１６０は、第１側面１０５の垂線Ｑに対して一方側に傾斜した第１傾斜利得領域１６０ａである。これに対し、第２発光素子１１０ｂでは、図１４に示すように、複数の傾斜利得領域１６０は、垂線Ｑに対して他方側（前記一方側とは異なる側）に傾斜した第２傾斜利得領域１６０ｂである。図示の例では、第１発光素子１１０ａに設けられた第１傾斜利得領域１６０ａの数と、第２発光素子１１０ｂに設けられた第２傾斜利得領域１６０ｂの数とは、同じである。

照明装置４００では、照明装置３００と同様に、照明装置１００の例に比べて、照明光全体で見た場合の角度分布における対称性を、より高めることができる。

２．４． 第４変形例
次に、本実施形態の第４変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態の第４変形例に係る照明装置５００の光源１０を模式的に示す図であって、図２に対応するものである。

照明装置１００の例では、図２に示すように、光源１０の射出面１８０は、ＸＹ平面に等間隔でマトリックス状に配置されていた。

これに対し、照明装置５００の光源１０では、図１５に示すように、複数の射出面１８０は、Ｙ軸方向において隣り合う射出面１８０間の距離Ｄｙが、Ｘ軸方向において隣り合う射出面１８０間の距離Ｄｘより、大きくなるように配置されている。

照明装置１００の例で説明したように、配光制御素子３０から射出した光Ｌ２は、図４に示すように、角度分布における対称性が高められているものの、その角度分布はＸ軸方向とＹ軸方向とで異なる場合が多い。そのため、射出面１８０を、ＸＹ平面に等間隔で配置すると、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで照明光の照度分布が均一とならない場合がある。例えば、図２に示す例では、Ｙ軸方向は発光素子１１０の積層方向であるため、Ｙ軸方向における発光素子１１０内での光の閉じ込め幅がＸ軸方向の光の閉じ込め幅よりも小さくなる。したがって、光Ｌ２は、Ｙ軸方向の配光角がＸ軸方向の配光角よりも大きくなる。照明装置５００では、Ｙ軸方向に比べてＸ軸方向の射出面１８０の配置を密とすることにより、図１６に示すように、複数の光Ｌ２をＸ軸方向およびＹ軸方向において密接させることができる。もしくは、隣接する光Ｌ２同士において一部が重なる場合には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における重なり具合を近づけることができる。これにより、照明装置５００では、照明対象上における照明光の照度分布の均一性を高めることができる。

なお、図１６では、複数の配光制御素子３０から射出された光Ｌ２の断面形状を模式的に示しており、便宜上、光Ｌ２の断面形状を、楕円形として図示している。

２．５． 第５変形例
次に、本実施形態の第５変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態の第５変形例に係る照明装置６００の発光素子１１０を模式的に示す平面図であって、図８に対応するものである。

照明装置６００の発光素子１１０としては、図１７に示すように、第１利得領域１６１と第２利得領域１６２とにより構成された利得領域対１６３を傾斜利得領域１６０として備えたものを用いることができる。図示はしないが、例えば、利得領域対１６３は複数設けられ、Ｘ軸方向に沿って、配列されている。

第１利得領域１６１は、第１側面１０５の垂線Ｑに対して一方側に傾斜して、第１側面１０５から第２側面１０７まで設けられている。第２利得領域１６２は、垂線Ｑに対して他方側（前記一方側とは異なる側）に傾斜して、第１側面１０５から第２側面１０７まで設けられている。図示の例では、第１利得領域１６１と第２利得領域１６２とは、垂線Ｑに関して対称に配置されている。

第１利得領域１６１の第１端面１８０（射出面１８０）と、第２利得領域１６２の第１端面１８０とは、互いに離間している。一方、第１利得領域１６１の第２端面１８２（反射面１８２）と、第２利得領域１６２の第２端面１８２とは、第２側面１０７において、少なくとも一部が重なっており、図示の例では、完全に重なっている。すなわち、利得領域対１６３は、発光素子１１０の積層方向から見てＶ字型の平面形状を有することができる。

例えば、第１利得領域１６１に生じる光の一部は、第２側面１０７（第２端面１８２）において反射して、第２利得領域１６２の第１端面１８０から射出されるが、その間に光強度が増幅される。同様に、第２利得領域１６２に生じる光の一部は、第２側面１０７において反射して、第１利得領域１６１の第１端面１８０から射出されるが、その間に光強度が増幅される。なお、第１利得領域１６１に生じる光には、直接、第１利得領域１６１の第１端面１８０から射出されるものもある。同様に、第２利得領域１６２に生じる光には、直接、第２利得領域１６２の第１端面１８０から射出されるものもある。

照明装置６００によれば、照明装置３００と同様に、照明装置１００の例に比べて、照明光全体で見た場合の角度分布における対称性をより高めることができる。

２．６． 第６変形例
次に、本実施形態の第６変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態の第６変形例に係る照明装置７００の発光素子１１０を模式的に示す平面図であって、図１７に対応するものである。以下、本実施形態の第６変形例に係る照明装置７００において、本実施形態の第５変形例に係る照明装置６００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

照明装置７００の発光素子１１０は、図１８に示すように、反射部１４０を有する。反射部１４０は、平面視において（Ｙ軸方向から見て）活性層１０６の外周の内側に設けられている。反射部１４０としては、例えば、所定の間隔で配置された複数の溝１４２で構成されたＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーを用いることができる。図示はしないが、溝１４２の底面は、活性層１０６の下面より下方に位置していることが望ましい。溝１４２の内部は、空洞（空気）であってもよいし、絶縁部材で埋め込まれていてもよい。図示の例では、溝１４２は、４つ設けられているが、その数は、特に限定されない。反射部１４０は、第１利得領域１６１および第２利得領域１６２に生じる光を、反射させることができる。

第２利得領域１６２は、第１部分１６２ａと、第２部分１６２ｂと、を有する。第１部分１６２ａは、第１側面１０５から反射部１４０まで設けられている。第１部分１６２ａは、第１端面１８０を有することができる。第１部分１６２ａは、例えば、第１利得領域１６１と平行である。第２部分１６２ｂは、反射部１４０から第２側面１０７まで設けられている。第２部分１６２ｂは、第２端面１８２を有することできる。第１部分１６２ａと第２部分１６２ｂとは、反射部１４０において重なっている。図示の例では、第１部分１６２ａと第２部分１６２ｂとは、第１側面１０５の垂線Ｑと直交する仮想直線Ｒに関して、対称に配置さている。

例えば、第１利得領域１６１に生じる光の一部は、第２側面１０７および反射部１４０において反射して、第２利得領域１６２の（第１部分１６２ａの）第１端面１８０から射出される。

照明装置７００では、第１利得領域１６１の第１端面１８０から射出される光の光軸と、第２利得領域１６２の第１端面１８０から射出される光の光軸と、を（略）平行にすることができる。そのため、照明装置７００では、例えば、照明装置６００に比べて、光軸変換素子２０などの光学系の設計の簡略化を図ることができる。

２．７． 第７変形例
次に、本実施形態の第７変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１９は、本実施形態の第７変形例に係る照明装置８００の発光素子１１０を模式的に示す平面図であって、図１８に対応するものである。以下、本実施形態の第７変形例に係る照明装置８００において、本実施形態の第６変形例に係る照明装置７００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

照明装置８００の発光素子１１０は、図１９に示すように、照明装置７００の発光素子１１０のように反射部１４０を有していないが、第１利得領域１６１の第１端面１８０から射出される光の光軸と、第２利得領域１６２の第１端面１８０から射出される光の光軸と、を（略）平行にすることができる。

照明装置８００では、第２利得領域１６２は、円弧状（または楕円弧状）の平面形状を有する第３部分１６２ｃを有する。第３部分１６２ｃは、第２利得領域１６２の第１部分１６２ａと第２部分１６２ｂとに挟まれて配置されている。より具体的には、第１部分１６２ａは、第１側面１０５から直線状に延出して第３部分１６２ｃに接続されている。また、第２部分１６２ｂは、第２側面１０７から直線状に延出して第３部分１６２ｃに接続されている。

例えば、第１利得領域１６１に生じる光の一部は、第２側面１０７において反射した後、第３部分１６２ｃ内を進行する際に、進行方向が曲げられ、第１部分１６２ａの第１端面１８０から射出される。そのため、上述のように、照明装置８００では、第１利得領域１６１の第１端面１８０から射出される光の光軸と、第２利得領域１６２の第１端面１８０から射出される光の光軸と、を（略）平行にすることができる。

３． プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図２０は、本実施形態に係るプロジェクター９００を模式的に示す図である。なお、図２０では、便宜上、プロジェクター９００を構成する筐体を、省略して図示している。

プロジェクター９００は、赤色光を射出する赤色照明装置と、緑色光を射出する緑色照明装置、青色光を射出する青色照明装置と、を含むことができる。プロジェクター９００の各照明装置としては、本発明に係る照明装置を用いることができる。以下では、図２０に示すように、プロジェクター９００の照明装置として、照明装置１００（赤色照明装置１００Ｒ、緑色照明装置１００Ｇ、青色照明装置１００Ｂ）を用いた例について説明する。

プロジェクター９００は、さらに、透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）９５０Ｒ，９５０Ｇ，９５０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）９７０と、投写レンズ（投写装置）９８０と、を含むことができる。

各照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された光は、各液晶ライトバルブ９５０Ｒ，９５０Ｇ，９５０Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ９５０Ｒ，９５０Ｇ，９５０Ｂは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。なお、液晶ライトバルブ９５０Ｒ，９５０Ｇ，９５０Ｂは、図１に示した照明対象５０に対応するものである。

各液晶ライトバルブ９５０Ｒ，９５０Ｇ，９５０Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム９７０に入射する。クロスダイクロイックプリズム９７０は、例えば、４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。

クロスダイクロイックプリズム９７０によって合成された光は、投写光学系である投写レンズ９８０に入射する。投写レンズ９８０は、液晶ライトバルブ９５０Ｒ，９５０Ｇ，９５０Ｂによって形成された像を拡大して、スクリーン（表示面）９９０に投写する。

なお、上述したとおり、照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された光の配光角（角度分布）は、投写レンズ９８０において投写可能な角度となるように設定される。より具体的には、照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された光の配光角は、２０°程度以下となるように設定される。

また、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投写光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。

プロジェクター９００によれば、本発明に係る照明装置（例えば照明装置１００）を含むことができる。照明装置１００によれば、液晶ライドバルブ（光変調装置）を角度分布における対称性が高い照明光で照度ムラ無く均一に照明することができる。そのため、プロジェクター９００では、投写画像の高画質化（高輝度化と高コントラスト化）を図ることができる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１０ 光源、１２ 支持基板、２０ 光軸変換素子、２２ 斜面、３０ 配光制御素子、
３２ レンズ、４０ 拡散素子、５０ 照明対象、６０ ライトガイド、６１ 反射面、
１００ 照明装置、１０２ 基板、１０４ 第１クラッド層、１０５ 第１側面、
１０６ 活性層、１０７ 第２側面、１０８ 第２クラッド層、１０９ コンタクト層、
１１０ 発光素子、１１２ 第１電極、１１４ 第２電極、１３０ 反射膜、
１４０ 反射部、１４２ 溝、１６０ 傾斜利得領域、１６０ａ 第１傾斜利得領域、
１６０ｂ 第２傾斜利得領域、１６１ 第１利得領域、１６２ 第２利得領域、
１６２ａ 第１部分、１６２ｂ 第２部分、１６２ｃ 第３部分、１８０ 第１端面、
１８２ 第２端面、１６３ 利得領域対、２００〜８００ 照明装置、
９００ プロジェクター、９５０ 液晶ライトバルブ、
９７０ クロスダイクロイックプリズム、９８０ 投写レンズ、９９０ スクリーン

Claims (6)

1. 光を発生させて導波させ、かつ当該光の導波方向が当該光の射出面の垂線に対して傾いて形成された傾斜利得領域を有する発光素子が配列された光源と、
   前記光源から射出された光の光軸を変換する光軸変換素子と、
   前記光軸変換素子から射出された光の配光角を制御する配光制御素子と、
   を含み、
   前記発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであり、
   前記配光制御素子から射出された光は、発散した状態となり、
   前記発光素子は、
   前記傾斜利得領域を構成している活性層と、
   前記活性層を挟む第１クラッド層および第２クラッド層と、
   を有し、
   前記発光素子は、複数設けられ、
   複数の前記発光素子のうちの第１発光素子は、光の導波方向が前記射出面の垂線に対して一方側に傾いた複数の第１傾斜利得領域を有し、
   複数の前記第１傾斜利得領域は、前記活性層および前記第１クラッド層の積層方向と直交する方向に沿って配列され、
   複数の前記発光素子のうちの第２発光素子は、光の導波方向が前記射出面の垂線に対して他方側に傾いた複数の第２傾斜利得領域を有し、
   複数の前記第２傾斜利得領域は、前記積層方向と直交する方向に沿って配列され、
   前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、前記積層方向に沿って、交互に配列されている、ことを特徴とする照明装置。
2. 前記配光制御素子から射出された光を拡散する拡散素子を、さらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記拡散素子から射出された光を照明対象に導くライトガイドを、さらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光軸変換素子と前記配光制御素子とは、一体的に形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置によって形成された画像を投写する投写装置と、
   を含む、ことを特徴とするプロジェクター。
6. 前記配光制御素子によって制御された光の配光角は、前記投写装置で投写可能な角度である、ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクター。