WO2012014797A1 - 照明装置および表示装置 - Google Patents

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laser
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高橋　一幸
幸治 三浦
達矢 大岩
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ソニー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an illumination device having a plurality of types of light sources that emit light of different wavelengths, and a display device that displays an image using such an illumination device.
  • An optical module which is one of the main components of a projector (projection type display device), generally comprises an illumination optical system (illumination device) including a light source and a projection optical system (projection optical system) including a light modulation element. ing.
  • illumination optical system illumination device
  • projection optical system projection optical system
  • light modulation element a light modulation element
  • a large-scale (large-size) optical system optical member
  • the light path synthesis color synthesis
  • the conventional illumination device requires a large space for physically arranging these optical members, which has been a factor that hinders further downsizing (lightening) of the projector.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a lighting device and a display device which can be miniaturized when using a plurality of types of light sources emitting light of different wavelengths. It is.
  • the illumination device has a light source unit having a plurality of types of light sources emitting light of different wavelengths, and central rays in each emitted light compared with an angle formed by central rays in each incident light from the plurality of types of light sources. And an optical path conversion member for converting the optical path of the incident light so that the angle formed by the optical system is smaller.
  • a display device of the present invention includes the lighting device of the present invention and a light modulation element that modulates illumination light from the lighting device based on a video signal.
  • the light path conversion is performed such that the angles formed by the central rays of light beams having different wavelengths incident on the light path conversion member from the plurality of types of light sources in the light source portion become smaller.
  • Light from the light path conversion member that is, the light path conversion (for example, light emitted from plural types of light sources is reduced so that the angle between central rays of light is smaller without using a conventional large-scale optical system (optical member)) , Color synthesis and light path synthesis) are made and emitted.
  • the optical path is such that the angle formed by the central rays in each outgoing light is smaller than the angle formed by the central rays in each incident light from a plurality of types of light sources. Since the optical path conversion member for converting is provided, such optical path conversion can be performed without using a large-scale optical system (optical member). Therefore, miniaturization can be achieved when using multiple types of light sources that emit light of different wavelengths.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an entire configuration of a display device according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic cross section which represents the detailed structure of the light source unit shown in FIG. 1 with an optical path conversion member. It is a schematic diagram for demonstrating the effect
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an entire configuration of a display device according to Comparative Example 1;
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an entire configuration of a display device according to Comparative Example 2. It is a model perspective view for demonstrating the effect
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a detailed configuration of an optical path conversion member according to a second modification.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 1-1 to 1-6.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 1-7 to 1-12.
  • FIG. 18 is a graph showing the diffraction efficiency characteristics of the optical path conversion member according to Example 1-1.
  • FIG. 16 is a graph showing the diffraction efficiency characteristics of the light path conversion member according to Example 1-2.
  • FIG. 16 is a graph showing the diffraction efficiency characteristics of the light path conversion member according to Example 1-3.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 2-1 to 2-3.
  • FIG. 18 is a graph showing the diffraction efficiency characteristics of the light path conversion member according to Example 2-1.
  • FIG. 16 is a graph showing the diffraction efficiency characteristics of the light path conversion member according to Example 2-2.
  • FIG. 21 is a graph showing the diffraction efficiency characteristics of the light path conversion member according to Example 2-3.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 3-1 to 3-6.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 3-7 to 3-12.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 3-13 to 3-18.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 3-19 to 3-24.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 3-25 to 3-30.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 3-31 to 3-34.
  • FIG. 18 is a graph showing the diffraction efficiency characteristics of the light path conversion member according to Example 3-2. It is a figure showing the diffraction efficiency characteristic of the optical path changing member concerning Example 3-3. It is a figure showing the diffraction efficiency characteristic of the optical path changing member concerning Example 3-17.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 4-1 to 4-6.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating parameters of the optical path conversion member according to Examples 4-7 and 4-8. It is a figure showing the diffraction efficiency characteristic of the optical path changing member concerning Example 4-4. It is a figure showing the diffraction efficiency characteristic of the optical path changing member concerning Example 4-8.
  • First embodiment (example using a reflective liquid crystal element as a light modulation element) 2.
  • Second embodiment (example using DMD as light modulation element) 3.
  • Modification common to the first and second embodiments Modification 1 (an example in which the light source is disposed at an angle to the optical axis in the light source unit)
  • Modification 2 an example using an optical path conversion member having another diffraction grating structure (blazed structure) 4.
  • Examples 1-1 to 1-12 (examples of the optical path conversion member having a step structure and three types of light sources)
  • Examples 2-1 to 2-3 Examples of the light path conversion member having a blaze structure and three types of light sources
  • Embodiments 3-1 to 3-34 (examples of the optical path conversion member having a step structure and two types of light sources)
  • Examples 4-1 to 4-8 Examples of optical path conversion member with blazed structure, two types of light sources) 5.
  • FIG. 1 shows the entire configuration of a display device (display device 3) according to a first embodiment of the present invention.
  • the display device 3 is a projection type display device that projects an image (image light) on the screen 30 (projected surface), and displays an image using the illumination device 1 and illumination light from the illumination device 1.
  • an optical system display optical system
  • the illumination device 1 has a light source unit 11 (light source unit), an optical path conversion member 12, a retardation plate (wave plate) 13, a collimator lens 14, and a fly eye lens 15 in this order along the optical axis Z shown in the figure. doing.
  • the light source unit 11 is configured to include a red laser 11R, a green laser 11G, and a blue laser 11B, which are three types of light sources that emit light of different wavelengths.
  • Each of these lasers consists of a semiconductor laser, a solid state laser, etc., for example.
  • the shape of the far field pattern (FFP) of the emitted laser light becomes a shape having an in-plane anisotropy (for example, an elliptical shape). That is, light emitted from each laser has in-plane anisotropy in coherence (coherence).
  • FFP far field pattern
  • the detailed configuration of the light source unit 11 will be described later (FIG. 2).
  • the optical path conversion member 12 is configured such that the angle formed by the central rays in each emitted light is smaller than the angle formed by the central rays in the respective incident lights from the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B.
  • optical members that perform optical path conversion for incident light. Specifically, here, particularly, the light path conversion (coloring is performed so that the angle between central rays of light beams emitted from the light path conversion member 12 is substantially 0 (zero) degrees (preferably 0 degrees). Synthesis and light path synthesis).
  • the retardation plate 13 changes the polarization directions of these two types to make the polarization directions closer to each other. belongs to. Specifically, here, in particular, by selectively changing these two types of polarization directions, the polarization directions thereof are made to coincide with each other after being transmitted through the retardation plate 13. The detailed action of the retardation plate 13 will be described later (FIG. 7).
  • the collimator lens 14 is a lens for collimating the light incident from the phase difference plate 13 into parallel light.
  • the fly's eye lens 15 is a substrate in which a plurality of lenses are two-dimensionally arranged on a substrate, and the incident light beam is spatially divided and emitted according to the arrangement of these lenses. As a result, the light emitted from the fly-eye lens 15 is made uniform (the luminance distribution in the plane is made uniform) and emitted as illumination light.
  • Display optical system The display optical system described above is configured using a light modulation element 21, a polarization beam splitter (PBS) 22, and a projection lens 23 (projection optical system).
  • PBS polarization beam splitter
  • projection lens 23 projection optical system
  • the light modulation element 21 emits video light by modulating and reflecting illumination light from the lighting device 1 based on a video signal supplied from a display control unit (not shown). At this time, the light modulation element 21 performs reflection so that each polarized light (for example, s-polarized light or p-polarized light) at the time of incidence and at the time of emission is different.
  • a light modulation element 21 is made of, for example, a reflective liquid crystal element such as LCOS (Liquid Crystal On Silicon).
  • the polarization beam splitter 22 is an optical member that selectively transmits a specific polarized light (for example, s-polarized light) and selectively reflects the other polarized light (for example, p-polarized light).
  • a specific polarized light for example, s-polarized light
  • p-polarized light for example, p-polarized light
  • the illumination light (for example, s-polarized light) from the illumination device 1 is selectively reflected to be incident on the light modulation element 21, and the image light (for example, p-polarization) emitted from the light modulation element 21 is selectively selected. It transmits and is incident on the projection lens 23.
  • the projection lens 23 is a lens for projecting (magnifying and projecting) the illumination light (image light) modulated by the light modulation element 21 on the screen 30, and in this case, it comprises three lenses 23a, 23b, and 23c. .
  • FIG. 2 schematically shows the detailed cross-sectional configuration of the light source unit 11 together with the light path conversion member 12.
  • the light source unit 11 is structured to be packaged so as to accommodate the three types of light sources (the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B) described above.
  • the heat dissipation member (heat sink, stem) 112 is disposed on the flat support member (base) 110, and the red laser 11R and the green laser 11G are disposed on the heat dissipation member 112. And the blue laser 11B is mounted.
  • a plurality of connection terminals 111 penetrate and protrude to the outside. These terminals 111 are individually connected to them by bonding wires 113 in the vicinity of each laser.
  • a sealing member (packaging member, package) is provided on the support member 110 so as to cover the whole of the heat dissipation member 112 and the respective lasers.
  • each of the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B is housed in one (single) package (sealing member 114).
  • the entire lighting device 1 by integrating a plurality of types of light sources in one package, it is possible to miniaturize the entire lighting device 1.
  • light (red laser light Lr, green laser light Lg, blue laser light Lb) from each laser is emitted to the outside through an emission area (window portion) 114a provided in the sealing member 114. It has become.
  • the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B are arranged in parallel in this order at a predetermined distance.
  • each of these lasers is disposed parallel to the optical axis Z, and as shown in the figure, the optical paths of light from the respective lasers are parallel to the optical axis Z.
  • the green laser 11G is disposed on the optical axis Z, and as shown in the figure, the red laser 11R and the blue laser 11B center on the green laser 11G, respectively, and the distances ⁇ r and ⁇ b. Are placed apart.
  • the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B are configured so that the major axis directions of the above-mentioned FFPs in the emitted light from each laser coincide with each other. Each is arranged.
  • the optical path conversion member 12 is an angle formed by central rays of light (red laser light Lr, green laser light Lg, and blue laser light Lb) upon entering from each laser in the light source unit 11.
  • Optical path conversion is performed so that the angle formed by the central rays in each outgoing light is smaller than that in the above case.
  • an angle between central rays of light beams emitted from the light path conversion member 12 is approximately 0 degrees (preferably 0 degrees).
  • Optical path conversion color synthesis, optical path synthesis).
  • the light source 11-1 emits a luminous flux ⁇ 1 forming diverging light (the locus of each light ray in the luminous flux ⁇ 1 is shown by a broken line), and the light source 11-2 emits a luminous flux ⁇ 2 forming a diverging light (The trajectory of each ray in the luminous flux ⁇ 2 is shown by a dot-and-dash line).
  • a central ray of light incident on the light path conversion member 12 is L1cin, and a central ray of light emitted from the light path conversion member 12 is L1cout.
  • a central ray of light incident on the light path conversion member 12 is L2cin, and a central ray of light emitted from the light path conversion member 12 is L2cout.
  • the light path conversion member 12 has a larger angle ⁇ out formed by the central rays L1cout and L2cout to be emitted.
  • Optical path conversion is performed so as to be smaller. That is, light path conversion is performed so as to satisfy the conditional expression of ⁇ in> ⁇ out.
  • the optical path conversion member 12 has a diffraction grating structure (one-dimensional diffraction grating structure). Specifically, in the present embodiment, this diffraction grating structure is formed by the step structure described in detail below. When the optical path conversion member 12 having this step structure is used, it is desirable to satisfy any one of the conditional expressions defined by the following (1) to (4). By arranging each of the lasers so as to satisfy such a conditional expression, the angle between central rays of light emitted from the light path conversion member 12 is 0 degrees (color synthesis and light path synthesis are performed).
  • the wavelength ⁇ b of the blue laser light Lb is about 435 to 460 nm
  • the wavelength ⁇ g of the green laser light Lg is about 500 to 560 nm
  • the wavelength ⁇ r of the red laser light Lr is about 625 to 650 nm.
  • the diffraction orders of the blue laser light Lb, the green laser light Lg, and the red laser light Lr (nth-order diffracted light) emitted from the light path conversion member 12 are nb, ng, and nr, respectively, and the blue laser 11B, the green laser 11G and Let the distances between the red laser 11R and the optical axis Z be ⁇ b, ⁇ g, and ⁇ r, respectively.
  • FIG. 4 is a conceptual view showing a detailed cross-sectional configuration of the light path conversion member 12.
  • the optical path conversion member 12 has a base portion 120 and a diffraction grating structure including a step surface 120 a periodically formed on one surface (surface) side of the base portion 120. That is, the diffraction grating structure in the optical path conversion member 12 is formed by the above-described step structure having a periodic step surface structure.
  • a step surface 120a of 0 level to L level (3 levels in this case) is formed, and the depth (step surface structure) of this step surface 120a (step surface structure)
  • the groove depth is D
  • the pitch of the step surface structure (unit diffraction structure) is P.
  • the diffraction efficiency I (n, D) of the n-th order diffracted light Ln and the diffraction angle ⁇ n are Each is represented by the following equations (5) and (6).
  • equation (5) the number of step levels in the step surface 120a is L
  • the medium refractive index of the incident side (optical path conversion member 12) is n0
  • the diffraction efficiency I (n, D) of the n-th order diffracted light Ln defined by the above equation (5) is 0.7 or more (I (n, D) ⁇ 0) It is desirable to set the depth (groove depth) D in the step structure so as to be .7). This is due to the following reasons. That is, first, in order to secure about 70% (0.7) as the optical efficiency (geometrical optics), NA ⁇ 0.26 in consideration of the radiation angle of the laser (vertical direction: about 20 to 45 °) It is necessary to be In addition, as an efficiency index of brightness in the micro projector, for example, a numerical value of 10 (lumens / W) can be mentioned.
  • the efficiency of brightness is calculated according to a predetermined definition equation using the efficiency of optics, the efficiency of electricity, the luminous efficiency of the light source and the visibility.
  • the optical efficiency is defined by the geometrical optical efficiency (about 70%, depending on NA), the transmission of the part (about 80%) and the efficiency of polarization (about 90%).
  • the efficiency of electricity is defined by the aperture ratio and the reflectance (about 60%) of the light modulation element.
  • the luminous efficiency of the light source (although it varies depending on the wavelength) is about 20 to 25 (W / W). As a visual sensitivity, a usual constant value is used.
  • Examples of combinations with the orders nb, ng, and nr include those shown by the following formulas (7) to (18).
  • the illumination light is selectively reflected by the polarization beam splitter 22 and enters the light modulation element 21.
  • the light modulation element 21 emits the light as video light by being reflected while being modulated based on the video signal.
  • the image light emitted from the light modulation element 21 is selectively transmitted through the polarization beam splitter 22 and the projection lens 23 It is incident on. Then, the incident light (image light) is projected (enlarged projection) on the screen 30 by the projection lens 23.
  • the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B sequentially emit light (pulse emission) in a time-division manner, and each laser light (red laser light Lr, green laser light Lg, blue laser) Emit light Lb).
  • the light modulation element 21 sequentially modulates the laser light of the corresponding color based on the video signal of each color component (red component, green component, blue component). Thereby, color video display based on the video signal is performed on the display device 3.
  • FIG. 5 illustrates the entire configuration of a display device (display device 100) according to Comparative Example 1.
  • the display device 100 of the comparative example 1 is a projection-type display device that projects image light onto the screen 30, and includes the illumination device 101 and the display optical system (projection And a projection lens 105 as an optical system).
  • the illumination device 101 includes a red laser 101R, a green laser 101G, and a blue laser 101B.
  • the illumination device 101 also has a homogenization optical system 102R (the hologram 102R1 and the field lens 102R2) and a light modulation element (transmission liquid crystal element) 103R on the optical path of the red laser light.
  • a homogenization optical system 102R the hologram 102R1 and the field lens 102R2
  • a light modulation element transmission liquid crystal element
  • a homogenizing optical system 102B (the hologram 102B1 and the field lens 102B2) and a light modulation element (transmission type liquid crystal element) 103B are provided.
  • the illumination device 101 further includes a dichroic prism 104 as color combining means (optical path combining means).
  • the projection lens 105 here consists of three lenses 105a, 105b and 105c.
  • the light (laser light) emitted from the red laser 101R is homogenized by the homogenizing optical system 102R, and then an image is generated in the light modulation element 103R.
  • the light is modulated based on the signal and transmitted, and emitted as image light.
  • the light respectively emitted from the green laser 101G is homogenized by the homogenizing optical system 102G, then modulated while being transmitted based on the video signal in the light modulation element 103G, and emitted as video light.
  • the light emitted from each of the blue lasers 101B is homogenized by the homogenizing optical system 102B, then modulated while being modulated based on the video signal in the light modulation element 103B, and emitted as video light.
  • the image light of each color emitted from the light modulation elements 103R, 103G, and 103B in this manner is subjected to color synthesis (optical path synthesis) in the dichroic prism 104, and is incident on the projection lens 105 as image light corresponding to a color image. .
  • the color image light is projected (enlarged and projected) on the screen 30 by the projection lens 105, whereby color image display based on the image signal is performed on the display device 100.
  • a large-scale (large-size) optical system (optical member) is used for the following reasons. Need to build. That is, in this case, first, a semiconductor laser package having an outer dimension of about ⁇ 5.6 mm and a total length of about 3.5 mm (excluding the lead portion), a high NA, and field lenses 102R2, 102G2, 102B2 having a large outer diameter shape It is necessary to use Then, the dichroic prism (cross prism) 104 described above is also disposed in the illumination device 101. The illumination device 101 using such a member becomes large in size as an illumination device for a micro projector, and it becomes difficult to realize a compact projector.
  • FIG. 6 illustrates the entire configuration of a display device (display device 200) according to Comparative Example 2.
  • the display device 200 of the comparative example 2 is also a projection type display device that projects image light onto the screen 30.
  • the display device 200 includes an illumination device 201, a light modulation element (reflection type liquid crystal element) 208 as a display optical system, a polarization beam splitter 209, and a projection lens 210 (projection optical system).
  • the illumination device 201 includes a red laser 201R, a green laser 201G, and a blue laser 201B.
  • the illumination device 201 also includes a mirror 202B, dichroic mirrors 202R and 202G, a condenser lens 203, diffusion elements 204a and 204b, a drive unit 205, a rod integrator 206, and a lens 207.
  • the illumination device 201 in the illumination device 201, light (laser light) emitted from the blue laser 201B is reflected by the mirror 202B, and then selectively transmitted through the dichroic mirrors 202R and 202G, It enters the condenser lens 203.
  • the light emitted from the red laser 201 R is selectively reflected by the dichroic mirror 202 R, then selectively transmitted through the dichroic mirror 202 G, and is incident on the condensing lens 203.
  • the light emitted from the green laser 201 G is selectively reflected by the dichroic mirror 202 G and enters the condensing lens 203.
  • color combination (light path combination) is performed on the light emitted from each laser by the mirror 202 B and the dichroic mirrors 202 R and 202 G, and the light enters the condensing lens 203.
  • Incident light after this color synthesis is performed is condensed by the condensing lens 203 onto the incident end face of the rod integrator 206.
  • the collected light passes through the diffusion elements 204a and 204b, the collected light is diffused according to the magnitude of the voltage applied from the drive unit 205 to the diffusion elements 204a and 204b.
  • the diffused light that has entered the rod integrator 206 is multi-reflected inside thereof, so that a substantially uniform light amount distribution is formed on the output end face of the rod integrator 206.
  • the light thus made uniform passes through the lens 207 and is emitted from the illumination device 201 as illumination light.
  • the illumination light is selectively reflected by the polarization beam splitter 209 and enters the light modulation element 208.
  • the light modulation element 208 emits the light as image light by being reflected while being modulated based on the image signal.
  • the respective polarizations at the time of incidence and at the time of emission are different, so the image light emitted from the light modulation element 208 is selectively transmitted through the polarization beam splitter 209 and the projection lens 210 It is incident on. Then, the incident light (image light) is projected (enlarged projection) on the screen 30 by the projection lens 210.
  • each of the red laser 201R, the green laser 201G, and the blue laser 201B emits light (pulse emission) sequentially in a time division manner, and emits each color laser light.
  • the light modulation element 208 the laser light of the corresponding color is sequentially modulated in time division based on the video signal of each color component (red component, green component, blue component).
  • color video display based on the video signal is performed on the display device 200.
  • the mirror 202B and the dichroic mirrors 202R and 202G as color combining means are disposed.
  • the illumination device 201 using such a member also becomes large in size as an illumination device for a micro projector, and it becomes difficult to realize a compact projector.
  • the illumination devices 101 and 201 according to Comparative Examples 1 and 2 respectively, large-scale (large-sized) is used to perform light path synthesis (color synthesis) of light emitted from each monochromatic laser of three primary colors. It is necessary to construct an optical system (optical member). Specifically, for example, it is necessary to use an optical member such as a high NA lens, a dichroic prism, or a dichroic mirror. Therefore, these illumination devices require a large space for physically arranging the above-described optical members, which may be a factor that hinders further miniaturization (lightening) of the projector (projection display device). .
  • the incident light beams having different wavelengths incident on the light path conversion member 12 from the three light sources (red laser 11R, green laser 11G, and blue laser 11B) in the light source unit 11 (Red laser light Lr, green laser light Lg, blue laser light Lb) is subjected to light path conversion as follows. That is, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the light path conversion is such that the angle formed by the central rays of light at the time of emission is smaller than the angle formed by the central rays of the light at the time of incidence. Is done.
  • the angle between central rays of light emitted from the light path conversion member 12 is approximately 0 degrees (preferably 0 degrees).
  • Optical path conversion color synthesis, optical path synthesis is performed.
  • the light rays respectively emitted from the plurality of types of light sources form the angle between their central rays without using a large-scale optical system (optical member) as in Comparative Examples 1 and 2 above.
  • Light path conversion is performed so as to be smaller.
  • the shape of FFP in the laser light emitted from each of the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 11B is different in plane. It has a shape (in this case, an elliptical shape) having a directionality. That is, laser light emitted from each laser has in-plane anisotropy in coherence (coherence).
  • the shape of the FFP in the red laser light Lr, the green laser light Lg, and the blue laser light Lb is an ellipse having a minor axis in the X direction and a major axis in the Y direction in the XY plane.
  • the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 11B are disposed such that the axial direction indicating high coherence is in the X direction and the axial direction indicating low coherence is in the Y direction. It is done.
  • the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 11B are disposed such that the long axis directions of the FFPs of the emitted light from the respective lasers coincide with each other.
  • the following advantages occur. That is, for example, when an I-cut lens is used, the light loss is reduced. Specifically, when an I-cut lens is used, the optical effective range is sacrificed at the I-cut portion, but the I-cut direction of the laser radiation angle direction (direction in which the effective diameter is wide) Optical loss can be reduced by adjusting to.
  • the phase difference plate 13 described in detail below is provided in the illumination device 1, so that even if there are two types of polarization directions of the emitted light from each laser, The polarization directions of are made to be close to each other (here, they coincide).
  • red laser light Lr emitted from the red laser 11R and green laser light emitted from the green laser 11G and the blue laser 11B, respectively.
  • the polarization directions P1r and P1gb immediately after emission differ from each other between Lg and blue laser light Lb. That is, as shown in FIG. 7A, the polarization direction P1r of the red laser light Lr is the long axis direction (Y axis direction) of the FFP shape. On the other hand, as shown in FIG. 7B, the polarization direction P1gb of the green laser light Lg and the blue laser light Lb is the short axis direction (X axis direction) of the FFP shape.
  • the FFP shapes of the laser light are identical among R, G, and B, their polarization directions are different (here, there are two polarization directions). If this is the case, the following problems occur. That is, for example, in the case of performing light modulation operation using a combination of a reflective light modulation element (liquid crystal element) and a polarization beam splitter as in the display device 3 of the present embodiment, the polarization direction of the laser light of each color It becomes impossible to cope with such light modulation operation, because
  • retardation plate 13 when there are two types of polarization directions of light emitted from red laser 11R, green laser 11G and blue laser 11B as described above, retardation plate 13 has two types of polarization directions. To make their polarization directions closer. Specifically, here, in particular, by selectively changing these two types of polarization directions, the polarization directions thereof are made to coincide with each other after being transmitted through the retardation plate 13. That is, here, for example, as shown in FIG. 7A, with respect to the red laser light Lr whose polarization direction P1r indicates the long axis direction (Y axis direction) of the FFP shape, the retardation plate 13 has its polarization direction Act as a half-wave plate rotating 90 °.
  • the red laser beam Lr after passing through the phase difference plate 13 is such that the polarization direction P2r indicates the short axis direction (X axis direction) of the FFP shape.
  • the phase difference is Plate 13 does nothing (does not change its polarization direction).
  • the green laser light Lg and the blue laser light Lb after passing through the retardation plate 13 show the short axis direction (X axis direction) in which the polarization direction P2gb is FFP shaped as it is.
  • the red laser light Lr, the green laser light Lg, and the blue laser light Lb after passing through the retardation plate 13 have their polarization directions P2r and P2gb coincide with each other (X-axis direction). . Therefore, as described above, it is possible to cope with the case where the light modulation operation is performed using the combination of the reflection type light modulation element (liquid crystal element) and the polarization beam splitter.
  • each incident light (red laser light Lr, green laser light Lg, blue light) incident from three types of light sources (red laser 11R, green laser 11G, blue laser 11B) in the light source unit 11
  • the optical path conversion member 12 for performing optical path conversion is provided so that the angle formed by the central rays in each emitted light is smaller than the angle formed by the central rays in the laser beam Lb)
  • large-scale optics Such optical path conversion can be performed without using a system (optical member). Therefore, in the case of using a plurality of types of light sources emitting light of different wavelengths, it is possible to achieve size reduction (weight reduction).
  • the traveling direction (diffraction angle) and the efficiency (diffraction efficiency) of the light beam for light of different wavelengths are respectively according to the situation. Can be selected appropriately.
  • the step structure is easier to form the diffraction grating structure and the order of diffracted light can be made smaller than the blaze structure according to the second modification described later, the distance between each laser is set small. It can be made easy.
  • FIG. 8 shows the entire configuration of a display device (display device 3A) according to the second embodiment.
  • the display device 3A of the present embodiment is also a projection type display device that projects image light onto the screen 30.
  • the display device 3A includes an illumination device 1A, a light modulation element 21A as a display optical system, and a branch plate 24.
  • the illumination device 1A includes a light source unit 11, an optical path conversion member 12, a retardation plate 13, and condenser lenses 16a and 16b. That is, in the illumination device 1 of the first embodiment, the illumination device 1A is provided with condenser lenses 16a and 16b instead of the collimator lens 14 and the fly's eye lens 15.
  • the condenser lenses 16a and 16b respectively perform NA conversion on the light (red laser light Lr, green laser light Lg, and blue laser light Lb) incident upon passing through the phase difference plate 13.
  • the light modulation element 21A emits video light by modulating and reflecting illumination light from the lighting device 1A based on a video signal supplied from a display control unit (not shown). At this time, in the light modulation element 21A, reflection is performed so that each polarization (for example, s-polarization or p-polarization) at the time of incidence and that at the time of emission is different. Further, the light modulation element 21A is configured to form an image on the screen 30 by a mirror scanning operation. Such a light modulation element 21A is made of, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) or the like.
  • DMD Digital Micromirror Device
  • the branching plate 24 is an optical member that selectively transmits a specific polarized light (for example, s-polarized light) and selectively reflects the other polarized light (for example, p-polarized light).
  • a specific polarized light for example, s-polarized light
  • p-polarized light for example, p-polarized light
  • the illumination light (for example, s-polarized light) from the illumination device 1A is selectively reflected to be incident on the light modulation element 21A, and the image light (for example, p-polarization) emitted from the light modulation element 21A is selectively selected. It passes through and is projected to the screen 30.
  • the light path conversion element 12 is applied to light (laser light) emitted from the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B in the light source unit 11. A predetermined optical path change is made at.
  • the light thus subjected to the light path conversion passes through the phase difference plate 13 and is subjected to NA conversion by the condenser lenses 16a and 16b, and is emitted as illumination light.
  • the illumination light is selectively reflected by the branching plate 24 and is incident on the light modulation element 21A.
  • the incident light is modulated and reflected based on the video signal, and is emitted as video light.
  • the respective polarizations at the time of incidence and at the time of emission are different, so the image light emitted from the light modulation element 21A is selectively transmitted through the branch plate 24.
  • the modulation element 21A also forms an image on the screen 30 by a mirror scanning operation.
  • FIG. 9 schematically illustrates the cross-sectional configuration of the light source unit (light source unit 11A) according to the first modification together with the optical path conversion member 12.
  • the light source unit 11A of this modification in the light source unit 11 of the first embodiment, at least one type of each color laser as a light source is disposed to be inclined with respect to the optical axis Z, and the other configuration Is the same.
  • the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 11B are arranged in parallel in this order at a predetermined distance. That is, as an example here, the green laser 11G is disposed on the optical axis Z, and the red laser 11R and the blue laser 11B are disposed with a distance ⁇ r and ⁇ b, respectively, with the green laser 11G as a center.
  • the green laser 11G is disposed in parallel to the optical axis Z, while the red laser 11R and the blue laser 11B are each disposed inclined to the optical axis Z ing. Therefore, while the optical path of the green laser light Lg is parallel to the optical axis Z, the optical paths of the red laser light Lr and the blue laser light Lb are inclined in relation to the optical axis Z, respectively.
  • the light is incident on the conversion member 12.
  • the inclination angle with respect to the optical axis Z at this time is preferably set to be approximately equal to the diffraction angle ⁇ n of the diffracted light in the optical path conversion member 12.
  • the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 11B are arranged in parallel to the optical axis Z as in the light source unit 11 shown in FIG. 2, the light path conversion by the light path conversion member 12 ( The intensity peak of each laser beam after the optical path synthesis) is shifted.
  • the optical paths of the laser beams can be made to coincide with each other by the optical path conversion in the optical path conversion member 12, the intensity peak of the radiation angle distribution is deviated by the diffraction angle ⁇ n with respect to the optical axis Z It will be.
  • At least one of the color lasers as light sources is disposed to be inclined with respect to the optical axis Z, after the light path conversion (light path synthesis)
  • the intensity peak of each laser beam can be aligned in the direction of the optical axis Z.
  • the pitch P of the diffraction grating structure in the optical path conversion member 12 is set large by offsetting the red laser 11R and the blue laser 11B so as to approach the light emitting point position of the green laser 11G. be able to. Therefore, it becomes possible to facilitate the manufacture of the light path conversion member 12. This is due to the following reasons. That is, generally, in order to increase the light emission power of each laser, it is necessary to increase the chip size. However, as the chip size increases, the light emitting point interval widens, and the diffraction power required to perform light path synthesis in the light path conversion member 12 increases. In that case, since the diffraction grating structure is a fine structure, the degree of difficulty in manufacturing is increased, leading to an increase in cost. Therefore, the problems described above can be solved by narrowing the light emitting point interval of each light source (each laser) without increasing the chip size as described above.
  • FIG. 10 is a conceptual view showing a cross-sectional configuration of an optical path conversion member (optical path conversion member 12A) according to the second modification.
  • the diffraction grating structure in the optical path conversion member 12 of the first embodiment, is a blazed structure (sawtooth shape) described in detail below instead of the step structure. Structure) is formed.
  • the optical path conversion member 12A has a base portion 120 and a diffraction grating structure formed of an inclined surface 120b periodically formed on one surface (surface) side of the base portion 120. That is, the diffraction grating structure in the optical path conversion member 12A is formed by the blazed structure having a periodic inclined surface structure. In this blazed structure, the depth (groove depth) in the inclined surface 120 b (inclined surface structure) is D, and the pitch of the inclined surface structure (unit diffractive structure) is P.
  • the optical path conversion member 12A having such a blazed structure it is preferable to satisfy the conditional expression defined by the following expression (19).
  • the angle between central rays of light emitted from the light path conversion member 12A will be 0 degrees (color synthesis and light path synthesis are performed). It is from.
  • the wavelength ⁇ b of the blue laser light Lb is about 435 to 460 nm
  • the wavelength ⁇ g of the green laser light Lg is about 500 to 560 nm
  • the wavelength ⁇ r of the red laser light Lr is about 625 to 650 nm I assume.
  • the diffraction orders of the blue laser light Lb, the green laser light Lg, and the red laser light Lr (nth-order diffracted light) emitted from the light path conversion member 12A are nb, ng, and nr, respectively, and the blue laser 11B, the green laser 11G and Let the distances between the red laser 11R and the optical axis Z be ⁇ b, ⁇ g, and ⁇ r, respectively.
  • the diffraction efficiency I (n, D) of the n-th order diffracted light Ln and the diffraction angle ⁇ n are respectively the following equation (20) and It is expressed by the equation (21) (the same as the equation (6) described above).
  • the medium refractive index of the incident side is n0
  • the diffraction efficiency I (n, D) of the n-th order diffracted light Ln defined by the above equation (20) is 0.7 or more (I (n, D)) 0. It is desirable that the depth (groove depth) D in the blazed structure is set so as to be 7). The reason is the same as in the case of the step structure described above.
  • Examples 1-1 to 1-12 These embodiments correspond to an embodiment of an illumination apparatus using an optical path conversion member 12 having a step structure and three types of laser light sources (red laser 11R, green laser 11G and blue laser 11B).
  • the combination of the number of step levels L and the diffraction orders nb, ng, and nr in the embodiments 1-1 to 1-12 correspond to the equations (7) to (18) described above, respectively.
  • 11A to 11F and 12A to 12F respectively show various parameters of the optical path conversion member 12 according to Examples 1-1 to 1-6 and 1-7 to 1-12. It is shown in a table.
  • the diffraction efficiencies I (nb, D), I (ng, D) and I (nr, D) respectively indicate diffracted light of the blue laser light Lb, the green laser light Lg, and the red laser light Lr. The same is true for the other embodiments described later.
  • FIGS. 13 to 24 show the relationship between the groove depth D and the diffraction efficiency (diffraction efficiency characteristics) in the optical path conversion member 12 according to Examples 1-1 to 1-12, respectively.
  • (A) shows the diffraction efficiency characteristics for the diffraction efficiency I (nb, D)
  • (B) shows the diffraction efficiency characteristics for the diffraction efficiency I (ng, D)
  • (C) shows the diffraction efficiency I Diffraction efficiency characteristics for (nr, D) are respectively shown.
  • arrows shown in these figures respectively indicate depths (groove depths) D in the step structure when the above-mentioned conditional expression I (n, D) ⁇ 0.7 is satisfied, The same applies to Examples 3-1 to 3-34 described later.
  • the diffraction efficiency I (nb, D), I (ng) can be obtained by setting the groove depth D indicated by the arrow in the figure. , D) and I (nr, D) ⁇ 0.7 are satisfied.
  • Examples 2-1 to 2-3 These embodiments correspond to an embodiment of an illumination apparatus using an optical path conversion member 12A having a blazed structure and three types of laser light sources (red laser 11R, green laser 11G and blue laser 11B).
  • the combinations of diffraction orders nb, ng, and nr in Examples 2-1 to 2-3 correspond to the above-mentioned equations (22) to (24), respectively.
  • FIGS. 25A to 25C are tables showing various parameters of the optical path conversion member 12A according to Examples 2-1 to 2-3.
  • FIGS. 26 to 28 show the relationship between the groove depth D and the diffraction efficiency (diffraction efficiency characteristics) in the optical path conversion member 12A according to Examples 2-1 to 2-3.
  • (A) shows the diffraction efficiency characteristic for the diffraction efficiency I (nb, D)
  • (B) shows the diffraction efficiency characteristic for the diffraction efficiency I (ng, D)
  • arrows shown in these figures respectively indicate depths (groove depths) D in the blazed structure when the above-described conditional expression I (n, D) ⁇ 0.7 is satisfied, The same applies to Examples 4-1 to 4-8 described later.
  • the diffraction efficiency I (nb, D), I (ng) can be obtained by setting the groove depth D indicated by the arrow in the figure. , D) and I (nr, D) ⁇ 0.7 are satisfied.
  • Examples 3-1 to 3-34 are examples of an illumination apparatus using an optical path conversion member 12 having a step structure and two types of laser light sources (two types among red laser 11R, green laser 11G and blue laser 11B). It corresponds.
  • Figures 29 (A)-(F), 30 (A)-(F), 31 (A)-(F), 32 (A)-(F), 33 (A)-(F) and 34 (A) to (D) show Examples 3-1 to 3-6, 3-7 to 3-12 and 3-13 to 3-18, and 3-19 to 3-24 and 3-25, respectively.
  • Various parameters in the optical path conversion member 12 according to 3-30 and 3-31 to 3-34 are shown in a table.
  • 35 to 38 show the light path conversion member 12 according to Examples 3-2, 3-3, 3-17, and 3-19 of Examples 3-1 to 3-34, respectively.
  • the relationship between the groove depth D and the diffraction efficiency (diffraction efficiency characteristics) is shown.
  • (A) and (B) show the diffraction of any two of the diffraction efficiencies I (nb, D), I (ng, D) and I (nr, D). The efficiency characteristics are shown respectively.
  • the diffraction efficiency I (nb, D) is set also in Examples 3-1 to 3-34 by setting the groove depth D indicated by the arrow in the figure. , I (ng, D), I (nr, D) 0.7 0.7, it can be seen that any two conditional expressions are satisfied.
  • Examples 4-1 to 4-8 These embodiments are examples of an illumination apparatus using an optical path conversion member 12A having a blazed structure and two types of laser light sources (two types among red laser 11R, green laser 11G and blue laser 11B). It corresponds.
  • FIGS. 40 show various parameters of the optical path conversion member 12A according to Examples 4-1 to 4-6 and 4-7 to 4-8, respectively. It is shown in a table. 41 and 42 show the groove depth D and the diffraction efficiency in the optical path conversion member 12A according to Examples 4-4 and 4-8 among Examples 4-1 to 4-8, respectively. (Diffraction efficiency characteristics) are shown. In FIGS. 41 and 42, (A) shows the diffraction efficiency characteristic for the diffraction efficiency I (nb, D), and (B) shows the diffraction efficiency characteristic for the diffraction efficiency I (nr, D). There is.
  • the diffraction efficiency I (nb, D) can be obtained by setting the groove depth D indicated by the arrow in the figure. , I (ng, D), I (nr, D) 0.7 0.7, it can be seen that any two conditional expressions are satisfied.
  • a step structure and a blaze structure are described as an example of the diffraction grating structure in the optical path conversion member, but the invention is not limited thereto.
  • An optical path conversion member may be used.
  • a plurality of kinds of light sources in a light source unit were all laser light sources
  • at least one of a plurality of kinds of light sources is It may be a laser light source. That is, in the light source unit, a laser light source and another light source (for example, an LED or the like) may be provided in combination.
  • the light modulation element is a reflection type
  • the present invention is not limited to this case.
  • a transmission type light modulation element may be used.
  • the installation mode of the light sources in the light source unit is It is not restricted to this. That is, as long as the light source unit has a plurality of types of light sources, other installation modes may be adopted.
  • each component (optical system) of the lighting device and the display device has been specifically mentioned and described, but it is not necessary to include all the components, and other components may be further added. You may have.
  • the projection optical system for projecting the light modulated by the light modulation element onto the screen is configured as a projection type display device.
  • the projection optical system projection lens
  • a display device such as a projection type has been described as an example of the application of the illumination device of the present invention.
  • the present invention is not limited thereto. It is possible.

Abstract

　異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において、小型化を図ることが可能な照明装置および表示装置を提供する。光源ユニット１１内の３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂ）から入射する各入射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う光路変換部材１２を設ける。大規模な光学系（光学部材）を用いずに、そのような光路変換を行うことができる。

Description

照明装置および表示装置
　本発明は、異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する照明装置、およびそのような照明装置を用いて映像表示を行う表示装置に関する。
　プロジェクタ（投射型表示装置）の主要部品の１つである光学モジュールは、一般に、光源を含む照明光学系（照明装置）と、光変調素子を含む投射光学系（投影光学系）とから構成されている。このようなプロジェクタの分野では、近年、マイクロプロジェクタと呼ばれる小型（手のひらサイズ）かつ軽量な携帯型プロジェクタが普及し始めている。このマイクロプロジェクタでは、従来、照明装置の光源として主にＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用されている。
　一方で、最近では照明装置の新たな光源として、レーザが注目されている。例えば、高出力の青色半導体レーザや赤色半導体レーザの商用化に続いて、現在では緑色半導体レーザの開発も進んでおり、実用化レベルに達しつつある。このような背景から、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の単色レーザ（半導体レーザ）を照明装置の光源として用いたプロジェクタの提案がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。光源として単色レーザを用いることにより、色再現範囲が広く、かつ消費電力も小さいプロジェクタを得ることができる。
特開２００９－１８８０５６号公報 ＷＯ２００７／１１６９３５号公報
　しかしながら、上記した従来のプロジェクタにおける照明装置では、３原色の各単色レーザから発せられた光を光路合成（色合成）して映像表示に用いるには、大規模（大型）な光学系（光学部材）を構築する必要があった。具体的には、例えば高ＮＡレンズやダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラーなどの光学部材を用いる必要があった。したがって、従来の照明装置では、これらの光学部材を物理的に配置するための広いスペースを要していたため、プロジェクタにおける更なる小型化（軽量化）を妨げる一因となっていた。
　本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において、小型化を図ることが可能な照明装置および表示装置を提供することにある。
　本発明の照明装置は、異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光路変換部材とを備えたものである。
　本発明の表示装置は、上記本発明の照明装置と、この照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子とを備えたものである。
　本発明の照明装置および表示装置では、光源部における複数種類の光源から光路変換部材へ入射した波長が異なる各入射光が、それらの中心光線同士がなす角度がより小さくなるように光路変換がなされて光路変換部材から出射される。すなわち、複数種類の光源からそれぞれ発せられた光が、従来のような大規模な光学系（光学部材）を用いることなく、それらの中心光線同士がなす角度がより小さくなるように光路変換（例えば、色合成や光路合成）がなされて出射する。
　本発明の照明装置および表示装置によれば、複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う光路変換部材を設けるようにしたので、大規模な光学系（光学部材）を用いずにそのような光路変換を行うことができる。よって、異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において小型化を図ることが可能となる。
本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の全体構成を表す図である。 図１に示した光源ユニットの詳細構成を光路変換部材と共に表わす模式断面図である。 図２に示した光路変換部材の作用について説明するための模式図である。 図２に示した光路変換部材の詳細構成を表す断面図である。 比較例１に係る表示装置の全体構成を表す図である。 比較例２に係る表示装置の全体構成を表す図である。 図１に示した位相差板の作用について説明するための模式斜視図である。 第２の実施の形態に係る表示装置の全体構成を表す図である。 変形例１に係る光源ユニットの詳細構成を光路変換部材と共に表わす模式断面図である。 変形例２に係る光路変換部材の詳細構成を表す断面図である。 実施例１－１～１－６に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例１－７～１－１２に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例１－１に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－３に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－４に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－５に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－６に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－７に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－８に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－９に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－１０に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－１１に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例１－１２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例２－１～２－３に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例２－１に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例２－２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例２－３に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例３－１～３－６に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例３－７～３－１２に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例３－１３～３－１８に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例３－１９～３－２４に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例３－２５～３－３０に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例３－３１～３－３４に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例３－２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例３－３に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例３－１７に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例３－１９に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例４－１～４－６に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例４－７，４－８に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。 実施例４－４に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。 実施例４－８に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（光変調素子として反射型液晶素子を用いた例）
２．第２の実施の形態（光変調素子としてＤＭＤを用いた例）
３．第１，第２の実施の形態に共通の変形例
　　　変形例１（光源ユニット内において光源を光軸に対して傾斜配置させた例）
　　　変形例２（他の回折格子構造（ブレーズ構造）を有する光路変換部材を用いた例）
４．実施例
　　　実施例１－１～１－１２（ステップ構造の光路変換部材，３種類の光源の例）
　　　実施例２－１～２－３　（ブレーズ構造の光路変換部材，３種類の光源の例）
　　　実施例３－１～３－３４（ステップ構造の光路変換部材，２種類の光源の例）
　　　実施例４－１～４－８　（ブレーズ構造の光路変換部材，２種類の光源の例）
５．その他の変形例
＜第１の実施の形態＞
［表示装置３の全体構成］
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置（表示装置３）の全体構成を表すものである。この表示装置３は、スクリーン３０（被投射面）に対して映像（映像光）を投射する投射型の表示装置であり、照明装置１と、この照明装置１からの照明光を用いて映像表示を行うための光学系（表示光学系）とを備えている。
（照明装置１）
　照明装置１は、図中に示した光軸Ｚに沿って順に、光源ユニット１１（光源部）、光路変換部材１２、位相差板（波長板）１３、コリメータレンズ１４およびフライアイレンズ１５を有している。
　光源ユニット１１は、異なる波長の光を発する３種類の光源である、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを含んで構成されている。これらの各レーザは、例えば半導体レーザや固体レーザ等からなる。このようなレーザは、後述するように、出射されるレーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ；Far Field Pattern）の形状が、面内異方性を有する形状（例えば楕円形）となるものである。すなわち、各レーザから出射された光は、干渉性（コヒーレンス性）において面内異方性を有している。なお、この光源ユニット１１の詳細構成については後述する（図２）。
　光路変換部材１２は、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光学部材である。具体的には、ここでは特に、光路変換部材１２からの各出射光における中心光線同士がなす角度が略０（ゼロ）度となるように（望ましくは０度なるように）、光路変換（色合成，光路合成）を行っている。これにより、光源ユニット１１内における各レーザの発光点位置のずれにより生じる出射光の光軸ずれが補正され、後述するフライアイレンズ１５に対して正規な状態で各出射光を入射させることが可能となる。なお、この光路変換部材１２の詳細構成については後述する（図２～図４）。
　位相差板１３は、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからの各出射光の偏光方向が２種類存在する場合に、これら２種類の偏光方向を変化させてそれらの偏光方向を近づけるためのものである。具体的には、ここでは特に、これら２種類の偏光方向を選択的に変化させることにより、位相差板１３の透過後にそれらの偏光方向が互いに一致するようにしている。なお、この位相差板１３の詳細な作用については後述する（図７）。
　コリメータレンズ１４は、位相差板１３から入射する光をコリメートして平行光とするためのレンズである。
　フライアイレンズ１５は、基板上に複数のレンズが２次元配置されたものであり、これらのレンズの配列に応じて入射光束を空間的に分割して出射させるものである。これにより、このフライアイレンズ１５からの出射光が均一化され（面内の輝度分布が均一化され）、照明光として出射されることになる。
（表示光学系）
　前述した表示光学系は、光変調素子２１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarization Beam Splitter）２２および投射レンズ２３（投射光学系）を用いて構成されている。
　光変調素子２１は、照明装置１からの照明光を、図示しない表示制御部から供給される映像信号に基づいて変調しつつ反射させることにより、映像光を出射するものである。このとき、光変調素子２１では、入射時と出射時とにおける各偏光（例えば、ｓ偏光またはｐ偏光）が異なるものとなるように、反射がなされる。このような光変調素子２１は、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型の液晶素子からなる。
　偏光ビームスプリッタ２２は、特定の偏光（例えばｓ偏光）を選択的に透過させると共に、他方の偏光（例えばｐ偏光）を選択的に反射させる光学部材である。これにより、照明装置１からの照明光（例えばｓ偏光）が選択的に反射されて光変調素子２１へ入射すると共に、この光変調素子２１から出射した映像光（例えばｐ偏光）が選択的に透過し、投射レンズ２３へ入射するようになっている。
　投射レンズ２３は、光変調素子２１により変調された照明光（映像光）をスクリーン３０に対して投射（拡大投射）するためのレンズであり、ここでは３枚のレンズ２３ａ，２３ｂ，２３ｃからなる。
［光源ユニット１１および光路変換部材１２の詳細構成］
　次に、図２～図４を参照して、上記した光源ユニット１１および光路変換部材１２の詳細構成について説明する。
（光源ユニット１１）
　図２は、光源ユニット１１の詳細な断面構成を、光路変換部材１２と共に模式的に表したものである。光源ユニット１１は、前述した３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂ）をそれぞれ収容するようにパッケージ化された構造となっている。
　具体的には、この光源ユニット１１では、平板状の支持部材（基体）１１０上に放熱部材（ヒートシンク，ステム）１１２が配置されると共に、この放熱部材１１２上に、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれマウントされている。支持部材１１０には、複数の接続用の端子１１１が貫通してそれぞれ外部へ突出している。これらの端子１１１は、各レーザの近傍において、それらとボンディングワイヤ１１３によって個別に接続されている。そして、支持部材１１０上には、放熱部材１１２および各レーザ等の全体を覆うようにして、封止部材（包装部材，パッケージ）が設けられている。すなわち、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、１つ（単一）のパッケージ（封止部材１１４）内に収納されている。このようにして、複数種類の光源が１つのパッケージ内に集積化されることにより、照明装置１全体の小型化を図ることが可能となっている。なお、各レーザからの光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）は、封止部材１１４に設けられた出射領域（窓部分）１１４ａを介して外部へ出射されるようになっている。
　ここで、光源ユニット１１内では、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂが、所定の距離を隔ててこの順序に並列配置されている。本実施の形態では、これらの各レーザは光軸Ｚに対して平行配置されており、図中に示したように、各レーザからの光の光路が光軸Ｚに対して平行となっている。また、ここでは一例として、緑色レーザ１１Ｇが光軸Ｚ上に配置されると共に、図中に示したように、この緑色レーザ１１Ｇを中心として赤色レーザ１１Ｒ，青色レーザ１１Ｂがそれぞれ、距離Δｒ，Δｂを隔てて配置されている。
　更に、詳細は後述するが、光源ユニット１１内では、各レーザからの出射光における前述したＦＦＰの長軸方向が互いに一致することとなるように、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれ配置されている。
（光路変換部材１２）
　光路変換部材１２は、図３に示したように、光源ユニット１１内の各レーザから入射する際の光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度と比べて、各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う。ここでは特に、光路変換部材１２からの各出射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度が略０度となるように（望ましくは０度なるように）、光路変換（色合成，光路合成）を行っている。
　ここで図３を参照して、この光路変換部材１２の作用（光路変換の原理）について詳細に説明する。なお、図３では説明の簡略化のため、２種類の光源（光源１１－１，１１－２）が設けられているものとする。光源１１－１は、発散光をなす光束φ１を出射するものであり（光束φ１における各光線の軌跡を破線で図示）、光源１１－２は、発散光をなす光束φ２を出射するものである（光束φ２における各光線の軌跡を一点鎖線で図示）。また、光束φ１において、光路変換部材１２への入射光における中心光線をＬ１cin、光路変換部材１２からの出射光における中心光線をＬ１coutとする。同様に、光束φ２において、光路変換部材１２への入射光における中心光線をＬ２cin、光路変換部材１２からの出射光における中心光線をＬ２coutとする。
　このとき、光路変換部材１２は、光源１１－１，１１－２からそれぞれ入射する中心光線Ｌ１cin，Ｌ２cin同士がなす角度θinと比べて、出射する中心光線Ｌ１cout，Ｌ２cout同士がなす角度θoutのほうがより小さくなるように、光路変換を行う。すなわち、θin＞θoutという条件式を満たすように、光路変換を行う。そして、特にここでは、光路変換部材１２から出射する中心光線Ｌ１cout，Ｌ２cout同士がなす角度θout≒０°となるように（望ましくは、θout＝０°となるように）、光路変換を行う。
　この光路変換部材１２は、回折格子構造（１次元の回折格子構造）を有している。具体的には、本実施の形態では、この回折格子構造が以下詳述するステップ構造により形成されている。このステップ構造を有する光路変換部材１２を用いた場合、以下の（１）～（４）式で規定されるいずれかの条件式を満たすようにするのが望ましい。このような条件式を満たすように各レーザが配置されることにより、光路変換部材１２からの各出射光における中心光線同士がなす角度が０度となる（色合成，光路合成がなされる）ことになるからである。なお、これらの式において、青色レーザ光Ｌｂの波長λｂ＝４３５～４６０ｎｍ程度、緑色レーザ光Ｌｇの波長λｇ＝５００～５６０ｎｍ程度、赤色レーザ光Ｌｒの波長λｒ＝６２５～６５０ｎｍ程度であるものとする。また、光路変換部材１２から出射される青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数をそれぞれ、ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとし、青色レーザ１１Ｂ、緑色レーザ１１Ｇおよび赤色レーザ１１Ｒと光軸Ｚとの距離をそれぞれ、Δｂ，Δｇ，Δｒとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図４は、光路変換部材１２の詳細な断面構成を概念図で表したものである。光路変換部材１２は、基体部１２０と、この基体部１２０の一面（表面）側に周期的に形成された段差面１２０ａからなる回折格子構造とを有している。すなわち、この光路変換部材１２における回折格子構造は、周期的な段差面構造からなる上記ステップ構造により形成されている。このステップ構造では、具体的には図中に示したように、０レベル～Ｌレベル（ここでは３レベル）の段差面１２０ａとなっており、この段差面１２０ａ（段差面構造）における深さ（溝深さ）がＤ、段差面構造（単位回折構造）のピッチがＰとなっている。
　このようなステップ構造を有する光路変換部材１２では、図中に示したように、波長λの入射光Ｌinが入射した場合、ｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）および回折角θｎはそれぞれ、以下の（５）式および（６）式により表わされる。なお、（５）式において、段差面１２０ａにおけるステップレベル数をＬ、入射側（光路変換部材１２）の媒質屈折率をｎ０、出射側の媒質屈折率をｎ１（＝１）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、本実施の形態の光路変換部材１２では、上記（５）式により規定されるｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上（Ｉ（ｎ，Ｄ）≧０．７）となるように、ステップ構造における深さ（溝深さ）Ｄが設定されているのが望ましい。これは、以下の理由によるものである。すなわち、まず、光学の効率（幾何光学）として７０％（０．７）程度を確保するためには、レーザの放射角度（垂直方向：２０～４５°程度）を考慮すると、ＮＡ≧０．２６であることが必要である。また、マイクロプロジェクタにおける明るさの効率指標として、例えば１０（ルーメン／Ｗ）という数値が挙げられる。ここで、明るさの効率は、光学の効率、電気の効率、光源の発光効率および視感度を用いて、所定の定義式により算出される。ここで、光学の効率は、幾何光学的な効率（約７０％、ＮＡに依存）と、部品の透過率（約８０％）と、偏光の効率（約９０％）とにより規定される。また、電気の効率は、光変調素子の開口率と反射率（約６０％）とにより規定されている。光源の発光効率は（詳細には波長によっても異なるが）、約２０～２５（Ｗ／Ｗ）である。視感度としては、通常の常数値を用いる。
　上記したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７の条件式を満たすときの、ステップ構造におけるステップレベル数Ｌと、青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとの組み合わせとしては、例えば以下の（７）～（１８）式で示したものが挙げられる。
Ｌ＝３、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝＋１）　……（７）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝－１　ｎｇ＝－１、ｎｒ＝－１）　……（８）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝－１、ｎｇ＝　０、ｎｒ＝＋１）　……（９）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝－１、ｎｒ＝＋１）　……（１０）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝－１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝－１）　……（１１）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝　０、ｎｒ＝－１）　……（１２）
Ｌ＝４、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝　０、ｎｒ＝－１）　……（１３）
Ｌ＝５、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝　０、ｎｒ＝－１）　……（１４）
Ｌ＝５、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝＋１）　……（１５）
Ｌ＝６、（ｎｂ＝－２、ｎｇ＝＋２、ｎｒ＝－１）　……（１６）
Ｌ＝６、（ｎｂ＝　０、ｎｇ＝－１、ｎｒ＝－２）　……（１７）
Ｌ＝７、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝－１、ｎｒ＝－２）　……（１８）
［表示装置３の作用・効果］
（１．表示動作）
　この表示装置３では、まず照明装置１において、光源ユニット１１内の赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）に対し、光路変換素子１２において所定の光路変換がなされる。このようにして光路変換がなされた光は、位相差板１３を通過した後にコリメータレンズ１４によってコリメートされ、平行光となってフライアイレンズ１５へ入射する。そして、この入射光はフライアイレンズ１５によって均一化（面内の輝度分布の均一化）がなされ、照明光として出射される。
　次いで、この照明光は偏光ビームスプリッタ２２によって選択的に反射され、光変調素子２１へ入射する。光変調素子２１では、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この光変調素子２１では、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、光変調素子２１から出射した映像光は選択的に偏光ビームスプリッタ２２を透過し、投射レンズ２３へと入射する。そして、この入射光（映像光）は、投射レンズ２３によって、スクリーン３０に対して投射（拡大投射）される。
　この際、光源ユニット１１において、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、時分割的に順次発光（パルス発光）し、各レーザ光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）を出射する。そして、光変調素子２１では、各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置３においてなされる。
（２．特徴的部分の作用）
　次に、本発明の特徴的部分の作用（照明装置１の作用）について、比較例（比較例１，２）と比較しつつ詳細に説明する。
（比較例１）
　図５は、比較例１に係る表示装置（表示装置１００）の全体構成を表したものである。この比較例１の表示装置１００は、本実施の形態の表示装置３と同様に、スクリーン３０に対して映像光を投射する投射型の表示装置であり、照明装置１０１と、表示光学系（投射光学系）としての投射レンズ１０５とを備えている。
　照明装置１０１は、赤色レーザ１０１Ｒ、緑色レーザ１０１Ｇおよび青色レーザ１０１Ｂを有している。照明装置１０１はまた、赤色レーザ光の光路上に、均一化光学系１０２Ｒ（ホログラム１０２Ｒ１およびフィールドレンズ１０２Ｒ２）と、光変調素子（透過型液晶素子）１０３Ｒとを有している。同様に、緑色レーザ光の光路上に、均一化光学系１０２Ｇ（ホログラム１０２Ｇ１およびフィールドレンズ１０２Ｇ２）と、光変調素子（透過型液晶素子）１０３Ｇとを有している。また、青色レーザ光の光路上に、均一化光学系１０２Ｂ（ホログラム１０２Ｂ１およびフィールドレンズ１０２Ｂ２）と、光変調素子（透過型液晶素子）１０３Ｂとを有している。照明装置１０１は更に、色合成手段（光路合成手段）としてのダイクロイックプリズム１０４を有している。一方、投射レンズ１０５は、ここでは３枚のレンズ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃからなる。
　この比較例１の表示装置１００では、照明装置１０１において、赤色レーザ１０１Ｒからそれぞれ出射された光（レーザ光）は、均一化光学系１０２Ｒによって均一化が図られた後、光変調素子１０３Ｒにおいて映像信号に基づいて変調されつつ透過し、映像光として出射する。同様に、緑色レーザ１０１Ｇからそれぞれ出射された光は、均一化光学系１０２Ｇによって均一化が図られた後、光変調素子１０３Ｇにおいて映像信号に基づいて変調されつつ透過し、映像光として出射する。また、青色レーザ１０１Ｂからそれぞれ出射された光は、均一化光学系１０２Ｂによって均一化が図られた後、光変調素子１０３Ｂにおいて映像信号に基づいて変調されつつ透過し、映像光として出射する。このようにして光変調素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂからそれぞれ出射された各色の映像光は、ダイクロイックプリズム１０４において色合成（光路合成）がなされ、カラー映像に対応する映像光として投射レンズ１０５へ入射する。そして、このカラー映像光が投射レンズ１０５によってスクリーン３０に対して投射（拡大投射）されることにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置１００においてなされる。
　ここで、この照明装置１０１では、例えば赤色レーザ１０１Ｒ、緑色レーザ１０１Ｇおよび青色レーザ１０１Ｂとしてパッケージ化された半導体レーザを用いる場合、以下の理由により、大規模（大型）な光学系（光学部材）を構築する必要が生じる。すなわち、この場合にはまず、外形寸法としてφ５．６ｍｍ程度かつ全長３．５ｍｍ程度（リード部を除く）を有する半導体レーザパッケージと、高ＮＡかつ外径形状が大きなフィールドレンズ１０２Ｒ２，１０２Ｇ２，１０２Ｂ２とを用いる必要がある。そして、照明装置１０１内には、上記したダイクロイックプリズム（クロスプリズム）１０４も配置されることとなる。このような部材が用いられた照明装置１０１は、マイクロプロジェクタ用の照明装置としてはサイズ的に大きくなり、小型なプロジェクタを実現するのが困難となる。
（比較例２）
　図６は、比較例２に係る表示装置（表示装置２００）の全体構成を表したものである。この比較例２の表示装置２００も、本実施の形態の表示装置３と同様に、スクリーン３０に対して映像光を投射する投射型の表示装置である。この表示装置２００は、照明装置２０１と、表示光学系としての光変調素子（反射型液晶素子）２０８、偏光ビームスプリッタ２０９および投射レンズ２１０（投射光学系）とを備えている。
　照明装置２０１は、赤色レーザ２０１Ｒ、緑色レーザ２０１Ｇおよび青色レーザ２０１Ｂを有している。この照明装置２０１はまた、ミラー２０２Ｂ、ダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇ、集光レンズ２０３、拡散素子２０４ａ，２０４ｂ、駆動部２０５、ロッドインテグレータ２０６およびレンズ２０７を有している。
　この比較例２の表示装置２００では、照明装置２０１において、青色レーザ２０１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）は、ミラー２０２Ｂによって反射された後、ダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇを選択的に透過し、集光レンズ２０３へ入射する。一方、赤色レーザ２０１Ｒから出射された光は、ダイクロイックミラー２０２Ｒによって選択的に反射された後、ダイクロイックミラー２０２Ｇを選択的に透過し、集光レンズ２０３へ入射する。他方、緑色レーザ２０１Ｇから出射された光は、ダイクロイックミラー２０２Ｇによって選択的に反射され、集光レンズ２０３へ入射する。このようにして、ミラー２０２Ｂおよびダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇによって、各レーザから出射された光に対して色合成（光路合成）がなされ、集光レンズ２０３へ入射する。この色合成がなされた後の入射光は、集光レンズ２０３によって、ロッドインテグレータ２０６の入射端面上に集光される。このとき、拡散素子２０４ａ，２０４ｂを集光光が透過する際に、駆動部２０５からこれらの拡散素子２０４ａ，２０４ｂへ印加される電圧の大きさに応じて、この集光光が拡散される。そして、ロッドインテグレータ２０６へ入射した拡散光は、その内部において多重反射されることにより、ロッドインテグレータ２０６の出射端面上においてほぼ均一な光量分布が形成される。このようにして均一化が図られた光はレンズ２０７を通過し、照明光として照明装置２０１から出射される。
　次いで、この照明光は偏光ビームスプリッタ２０９によって選択的に反射され、光変調素子２０８へ入射する。光変調素子２０８では、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この光変調素子２０８では、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、光変調素子２０８から出射した映像光は選択的に偏光ビームスプリッタ２０９を透過し、投射レンズ２１０へと入射する。そして、この入射光（映像光）は、投射レンズ２１０によって、スクリーン３０に対して投射（拡大投射）される。この際、赤色レーザ２０１Ｒ、緑色レーザ２０１Ｇおよび青色レーザ２０１Ｂはそれぞれ、時分割的に順次発光（パルス発光）し、各色レーザ光を出射する。そして、光変調素子２０８では、各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置２００においてなされる。
　ここで、この照明装置２０１内には、上記したように色合成手段（光路合成手段）としてのミラー２０２Ｂおよびダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇが配置されることになる。このような部材が用いられた照明装置２０１もまた、マイクロプロジェクタ用の照明装置としてはサイズ的に大きくなり、小型なプロジェクタを実現するのが困難となる。
　このように、比較例１，２に係る照明装置１０１，２０１ではそれぞれ、３原色の各単色レーザから発せられた光を光路合成（色合成）して映像表示に用いるには、大規模（大型）な光学系（光学部材）を構築する必要がある。具体的には、例えば高ＮＡレンズやダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラーなどの光学部材を用いる必要がある。したがって、これらの照明装置では、上記した光学部材を物理的に配置するための広いスペースを要するため、プロジェクタ（投射型表示装置）における更なる小型化（軽量化）を妨げる一因となってしまう。
（本実施の形態）
　これに対して本実施の形態の照明装置１では、光源ユニット１１内の３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂ）から光路変換部材１２へ入射した波長が異なる各入射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）が、以下のようにして光路変換される。すなわち、図２および図３に示したように、入射する際の光の中心光線同士がなす角度と比べて出射する際の光の中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、光路変換がなされる。また、ここでは特に、光路変換部材１２からの出射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度が略０度となるように（望ましくは０度なるように）、光路変換（色合成，光路合成）が行われる。
　これにより照明装置１では、複数種類の光源からそれぞれ発せられた光が、上記比較例１，２のような大規模な光学系（光学部材）を用いることなく、それらの中心光線同士がなす角度がより小さくなるように光路変換がなされて出射する。
　また、照明装置１では、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射されるレーザ光におけるＦＦＰの形状が、面内異方性を有する形状（ここでは楕円形）となっている。すなわち、各レーザから出射されたレーザ光は、干渉性（コヒーレンス性）において面内異方性を有している。具体的には、赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光ＬｂにおけるＦＦＰの形状が、ＸＹ平面内においてＸ方向に短軸、Ｙ方向に長軸をそれぞれ有する楕円形となっている。換言すると、これらのレーザ光において、高干渉性を示す軸方向がＸ方向、低干渉性を示す軸方向がＹ方向にそれぞれ重なるように、赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂがそれぞれ配置されている。
　このように、各レーザからの出射光におけるＦＦＰの長軸方向が互いに一致することとなるように、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれ配置されていることにより、照明装置１では以下の利点が生ずる。すなわち、例えばＩカット形状のレンズを用いた場合などにおいて、光損失が低減される。具体的には、Ｉカット形状のレンズを用いた場合、Ｉカットされる部分では光学的有効範囲が犠牲になるものの、レーザの放射角度の長軸方向をＩカットする方向（有効径が広い方向）に合わせることにより、光損失を低減することができる。
　更に、本実施の形態では、照明装置１内に以下詳述する位相差板１３が設けられていることにより、各レーザからの出射光の偏光方向が２種類存在する場合であっても、それらの偏光方向が互いに近づく（ここでは一致する）ようになされる。
　具体的には、まず例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、赤色レーザ１１Ｒから出射される赤色レーザ光Ｌｒと、緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射される緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂとでは、出射直後の偏光方向Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇｂが互いに異なる。すなわち、ここでは図７（Ａ）に示したように、赤色レーザ光Ｌｒの偏光方向Ｐ１ｒは、ＦＦＰ形状の長軸方向（Ｙ軸方向）である。一方、図７（Ｂ）に示したように、緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂの偏光方向Ｐ１ｇｂは、ＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）となる。このように、Ｒ，Ｇ，Ｂ間で、レーザ光のＦＦＰ形状が一致しているのにも関わらず、それらの偏光方向が異なっている（ここでは２種類の偏光方向が存在している）場合、そのままでは以下の問題が生ずる。すなわち、例えば本実施の形態の表示装置３のように、反射型の光変調素子（液晶素子）と偏光ビームスプリッタとの組み合わせを用いて光変調動作を行う場合、各色のレーザ光同士で偏光方向を一致させる必要があることから、そのような光変調動作に対応できなくなる。
　そこで本実施の形態では、位相差板１３は、上記のように赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからの各出射光の偏光方向が２種類存在する場合に、これら２種類の偏光方向を変化させ、それらの偏光方向を近づけるようにする。具体的には、ここでは特に、これら２種類の偏光方向を選択的に変化させることにより、位相差板１３の透過後にそれらの偏光方向が互いに一致するようする。すなわち、ここでは例えば図７（Ａ）に示したように、偏光方向Ｐ１ｒがＦＦＰ形状の長軸方向（Ｙ軸方向）を示す赤色レーザ光Ｌｒに対しては、位相差板１３はその偏光方向を９０°回転させる１／２波長板として作用する。これにより、この位相差板１３を通過した後の赤色レーザ光Ｌｒは、偏光方向Ｐ２ｒがＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）を示すようになる。一方、例えば図７（Ｂ）に示したように、偏光方向Ｐ２ｒが元々ＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）を示している緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂに対しては、位相差板１３は何も作用しない（その偏光方向を変化させない）。これにより、この位相差板１３を通過した後の緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂは、そのまま、偏光方向Ｐ２ｇｂがＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）を示す。
　このようにして、位相差板１３を通過した後の赤色レーザ光Ｌｒ、緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂはそれぞれ、それらの偏光方向Ｐ２ｒ，Ｐ２ｇｂが互いに一致（Ｘ軸方向）するようになる。したがって、上記したように反射型の光変調素子（液晶素子）と偏光ビームスプリッタとの組み合わせを用いて光変調動作を行う場合にも対応できるようになる。
　以上のように本実施の形態では、光源ユニット１１内の３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂ）から入射する各入射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う光路変換部材１２を設けるようにしたので、大規模な光学系（光学部材）を用いずにそのような光路変換を行うことができる。よって、異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において、小型化（軽量化）を図ることが可能となる。
　また、光路変換部材１２における回折格子構造として、ステップ構造を用いるようにしたので、異なる波長の光に対して光ビームの進行方向（回折角）と効率（回折効率）とを、それぞれ状況に応じて適切に選択することが可能となる。更に、このステップ構造のほうが後述する変形例２に係るブレーズ構造と比べて、回折格子構造を形成し易く、また回折光の次数を小さくすることができるため、各レーザ間の距離を小さく設定し易くすることができる。
　なお、本実施の形態では、光源ユニット１１内において、異なる波長の光を発する３種類の光源を用いた場合について説明したが、例えば３種類の光源ではなく２種類の光源を用いるようにしてもよく、以下説明する他の実施の形態および変形例についても同様である。
＜第２の実施の形態＞
　続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
［表示装置３Ａの全体構成］
　図８は、第２の実施の形態に係る表示装置（表示装置３Ａ）の全体構成を表したものである。本実施の形態の表示装置３Ａもまた、第１の実施の形態の表示装置３と同様に、スクリーン３０に対して映像光を投射する投射型の表示装置である。この表示装置３Ａは、照明装置１Ａと、表示光学系としての光変調素子２１Ａおよび分岐プレート２４とを備えている。
（照明装置１Ａ）
　照明装置１Ａは、光源ユニット１１、光路変換部材１２、位相差板１３およびコンデンサレンズ１６ａ，１６ｂを有している。すなわち、この照明装置１Ａは、第１の実施の形態の照明装置１において、コリメータレンズ１４およびフライアイレンズ１５の代わりに、コンデンサレンズ１６ａ，１６ｂを設けたものとなっている。
　コンデンサレンズ１６ａ，１６ｂはそれぞれ、位相差板１３を通過して入射した光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）に対してＮＡ変換を行うものである。
（表示光学系）
　光変調素子２１Ａは、照明装置１Ａからの照明光を、図示しない表示制御部から供給される映像信号に基づいて変調しつつ反射させることにより、映像光を出射するものである。このとき、光変調素子２１Ａでは、入射時と出射時とにおける各偏光（例えば、ｓ偏光またはｐ偏光）が異なるものとなるように、反射がなされる。また、この光変調素子２１Ａは、ミラー走査動作によってスクリーン３０上に映像を形成するようになっている。このような光変調素子２１Ａは、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等からなる。
　分岐プレート２４は、特定の偏光（例えばｓ偏光）を選択的に透過させると共に、他方の偏光（例えばｐ偏光）を選択的に反射させる光学部材である。これにより、照明装置１Ａからの照明光（例えばｓ偏光）が選択的に反射されて光変調素子２１Ａへ入射すると共に、この光変調素子２１Ａから出射した映像光（例えばｐ偏光）が選択的に透過し、スクリーン３０へ投射されるようになっている。
［表示装置３Ａの作用・効果］
　この表示装置３Ａでは、照明装置１Ａにおいて照明装置１と同様に、光源ユニット１１内の赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）に対し、光路変換素子１２において所定の光路変換がなされる。このようにして光路変換がなされた光は、位相差板１３を通過した後にコンデンサレンズ１６ａ，１６ｂによってＮＡ変換がなされ、照明光として出射される。
　次いで、この照明光は分岐プレート２４によって選択的に反射され、光変調素子２１Ａへ入射する。光変調素子２１Ａでは、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この光変調素子２１Ａでは、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、光変調素子２１Ａから出射した映像光は選択的に分岐プレート２４を透過する。このとき、変調素子２１Ａはまた、ミラー走査動作によってスクリーン３０上に映像を形成する。
　この際、表示装置３と同様に光源ユニット１１では、各色のレーザ光が時分割的に順次出射される。そして、光変調素子２１Ａでは各色成分の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置３Ａにおいてなされる。
　このようにして本実施の形態の表示装置３Ａにおいても、第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
＜変形例＞
　続いて、上記第１および第２の実施の形態に共通の変形例（変形例１，２）について説明する。なお、これらの実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
［変形例１］
　図９は、変形例１に係る光源ユニット（光源ユニット１１Ａ）の断面構成を、光路変換部材１２と共に模式的に表したものである。本変形例の光源ユニット１１Ａは、第１の実施の形態の光源ユニット１１において、光源としての各色レーザのうちの少なくとも１種類が光軸Ｚに対して傾斜配置されたものであり、他の構成は同様となっている。
　具体的には、この光源ユニット１１Ａ内では光源ユニット１１と同様に、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂが、所定の距離を隔ててこの順序に並列配置されている。すなわち、ここでは一例として、緑色レーザ１１Ｇが光軸Ｚ上に配置されると共に、この緑色レーザ１１Ｇを中心として赤色レーザ１１Ｒ，青色レーザ１１Ｂがそれぞれ、距離Δｒ，Δｂを隔てて配置されている。
　ただし、光源ユニット１１Ａでは、図中に示したように、緑色レーザ１１Ｇが光軸Ｚに対して平行配置される一方、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、光軸Ｚに対して傾斜配置されている。したがって、緑色レーザ光Ｌｇの光路は光軸Ｚに対して平行となっている一方、赤色レーザ光Ｌｒおよび青色レーザ光Ｌｂの光路はそれぞれ、光軸Ｚに対して傾斜された方向となって光路変換部材１２へ入射している。なお、このときの光軸Ｚに対する傾斜角度は、光路変換部材１２における回折光の回折角θｎと略等しくなるように設定するのが望ましい。
　ここで、例えば図２に示した光源ユニット１１のように、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれ光軸Ｚに対して平行配置されている場合、光路変換部材１２による光路変換（光路合成）後の各レーザ光の強度ピークがずれることになる。具体的には、この光路変換部材１２における光路変換により、各レーザ光の光路を互いに一致させることができるものの、放射角度分布の強度ピークは、光軸Ｚに対して回折角度θｎの分だけずれることになる。そこで、本変形例の光源ユニット１１Ａのように、光源としての各色レーザのうちの少なくとも１種類が光軸Ｚに対して傾斜配置されているようにすることにより、光路変換（光路合成）後の各レーザ光の強度ピークを光軸Ｚの方向に揃えることができる。
　また、本変形例では、緑色レーザ１１Ｇの発光点位置に近づくように、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂがオフセット配置されていることにより、光路変換部材１２における回折格子構造のピッチＰを大きく設定することができる。よって、この光路変換部材１２の製造を容易化することが可能となる。これは、以下の理由によるものである。すなわち、まず一般に、各レーザの発光パワーを上げるためには、チップサイズを大きくする必要がある。ところが、チップサイズが大きくなると発光点間隔が広がってしまい、光路変換部材１２において光路合成を行うのに必要な回折パワーが大きくなる。その場合、回折格子構造が微細構造となるため、製造上の難易度が上がり、コストアップにつながる。そこで、上記のようにチップサイズを大きくせずに各光源（各レーザ）の発光点間隔を狭めることにより、上記した問題を解決することができる。
［変形例２］
　図１０は、変形例２に係る光路変換部材（光路変換部材１２Ａ）の断面構成を概念図で表したものである。本変形例の光路変換部材１２Ａは、第１の実施の形態の光路変換部材１２において、回折格子構造（１次元の回折格子構造）がステップ構造の代わりに、以下詳述するブレーズ構造（鋸歯状構造）により形成されているものである。
　光路変換部材１２Ａは、基体部１２０と、この基体部１２０の一面（表面）側に周期的に形成された傾斜面１２０ｂからなる回折格子構造とを有している。すなわち、この光路変換部材１２Ａにおける回折格子構造は、周期的な傾斜面構造からなる上記ブレーズ構造により形成されている。このブレーズ構造では、傾斜面１２０ｂ（傾斜面構造）における深さ（溝深さ）がＤ、傾斜面構造（単位回折構造）のピッチがＰとなっている。
　このようなブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａを用いた場合、以下の（１９）式で規定される条件式を満たすようにするのが望ましい。この条件式を満たすように各レーザが配置されることにより、光路変換部材１２Ａからの各出射光における中心光線同士がなす角度が０度となる（色合成，光路合成がなされる）ことになるからである。なお、この（１９）式において、青色レーザ光Ｌｂの波長λｂ＝４３５～４６０ｎｍ程度、緑色レーザ光Ｌｇの波長λｇ＝５００～５６０ｎｍ程度、赤色レーザ光Ｌｒの波長λｒ＝６２５～６５０ｎｍ程度であるものとする。また、光路変換部材１２Ａから出射される青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数をそれぞれ、ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとし、青色レーザ１１Ｂ、緑色レーザ１１Ｇおよび赤色レーザ１１Ｒと光軸Ｚとの距離をそれぞれ、Δｂ，Δｇ，Δｒとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａではまた、波長λの入射光Ｌinが入射した場合、ｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）および回折角θｎはそれぞれ、以下の（２０）式および（２１）式（前述した（６）式と同じ）により表わされる。なお、（２０）式において、入射側（光路変換部材１２Ａ）の媒質屈折率をｎ０、出射側の媒質屈折率をｎ１（＝１）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、本変形例の光路変換部材１２Ａでは、上記（２０）式により規定されるｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上（Ｉ（ｎ，Ｄ）≧０．７）となるように、ブレーズ構造における深さ（溝深さ）Ｄが設定されているのが望ましい。この理由としては、前述したステップ構造の場合と同様である。
　上記したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７の条件式を満たすときの、青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとの組み合わせとしては、例えば以下の（２２）～（２４）式で示したものが挙げられる。
（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝＋１）　……（２２）
（ｎｂ＝＋３、ｎｇ＝＋２、ｎｒ＝＋２）　……（２３）
（ｎｂ＝＋３、ｎｇ＝＋３、ｎｒ＝＋２）　……（２４）
　このような構成の光路変換部材１２Ａを用いた本変形例においても、第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
＜実施例＞
　続いて、本発明の具体的な実施例（実施例１～４）について説明する。
［実施例１－１～１－１２］
　これらの実施例は、ステップ構造を有する光路変換部材１２と、３種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂ）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。なお、実施例１－１～１－１２における、ステップレベル数Ｌと回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとの組み合わせは、それぞれ、前述した（７）～（１８）式に対応している。
　図１１（Ａ）～（Ｆ）および図１２（Ａ）～（Ｆ）はそれぞれ、実施例１－１～１－６，１－７～１－１２に係る光路変換部材１２における各種パラメータを、表にして示したものである。なお、これらの図において、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）はそれぞれ、青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒの回折光についての回折効率であり、後述する他の実施例についても同様である。
　また、図１３～図２４はそれぞれ、実施例１－１～１－１２に係る光路変換部材１２における、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。これらの図において、（Ａ）は回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｂ）は回折効率Ｉ（ｎｇ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｃ）は回折効率Ｉ（ｎｒ，Ｄ）についての回折効率特性を、それぞれ示している。また、これらの図中に示した矢印はそれぞれ、前述したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７という条件式を満たすときの、ステップ構造における深さ（溝深さ）Ｄを示すものであり、後述する実施例３－１～３－３４についても同様である。
　図１３～図２４により、実施例１－１～１－１２のいずれにおいても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７という条件式が満たされていることが分かる。
［実施例２－１～２－３］
　これらの実施例は、ブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａと、３種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂ）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。なお、実施例２－１～２－３における回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒの組み合わせは、それぞれ、前述した（２２）～（２４）式に対応している。
　図２５（Ａ）～（Ｃ）はそれぞれ、実施例２－１～２－３に係る光路変換部材１２Ａにおける各種パラメータを、表にして示したものである。また、図２６～図２８はそれぞれ、実施例２－１～２－３に係る光路変換部材１２Ａにおける、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。なお、図２６～図２８において、（Ａ）は回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｂ）は回折効率Ｉ（ｎｇ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｃ）は回折効率Ｉ（ｎｒ，Ｄ）についての回折効率特性を、それぞれ示している。また、これらの図中に示した矢印はそれぞれ、前述したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７という条件式を満たすときの、ブレーズ構造における深さ（溝深さ）Ｄを示すものであり、後述する実施例４－１～４－８についても同様である。
　図２６～図２８により、実施例２－１～２－３のいずれにおいても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７という条件式が満たされていることが分かる。
［実施例３－１～３－３４］
　これらの実施例は、ステップ構造を有する光路変換部材１２と、２種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂのうちの２種類）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。
　図２９（Ａ）～（Ｆ）、図３０（Ａ）～（Ｆ）、図３１（Ａ）～（Ｆ）、図３２（Ａ）～（Ｆ）、図３３（Ａ）～（Ｆ）および図３４（Ａ）～（Ｄ）はそれぞれ、実施例３－１～３－６，３－７～３－１２，３－１３～３－１８，３－１９～３－２４，３－２５～３－３０，３－３１～３－３４に係る光路変換部材１２における各種パラメータを、表にして示したものである。また、図３５～図３８はそれぞれ、これらの実施例３－１～３－３４のうちの、実施例３－２，３－３，３－１７，３－１９に係る光路変換部材１２における、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。なお、図３５～図３８において、（Ａ），（Ｂ）は、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）のうちのいずれか２つについての回折効率特性を、それぞれ示している。
　図２９～図３４および図３５～図３８により、実施例３－１～３－３４においても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７のうちのいずれか２つの条件式が満たされていることが分かる。
［実施例４－１～４－８］
　これらの実施例は、ブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａと、２種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂのうちの２種類）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。
　図３９（Ａ）～（Ｆ）および図４０（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、実施例４－１～４－６，４－７～４－８に係る光路変換部材１２Ａにおける各種パラメータを、表にして示したものである。また、図４１，図４２はそれぞれ、これらの実施例４－１～４－８のうちの、実施例４－４，４－８に係る光路変換部材１２Ａにおける、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。なお、図４１，図４２において、（Ａ）は回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｂ）は回折効率Ｉ（ｎｒ，Ｄ）についての回折効率特性を、それぞれ示している。
　図３９，図４０および図４１，図４２により、実施例４－１～４－８においても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７のうちのいずれか２つの条件式が満たされていることが分かる。
＜その他の変形例＞
　以上、実施の形態、変形例および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
　例えば、上記実施の形態等では、光路変換部材における回折格子構造として、ステップ構造およびブレーズ構造を例に挙げて説明したが、これらの場合には限られず、他の構造からなる回折格子構造を有する光路変換部材を用いるようにしてもよい。
　また、上記実施の形態等では、光源ユニット（光源部）における複数種類の光源がいずれもレーザ光源である場合について説明したが、この場合には限られず、複数種類の光源のうちの少なくとも１つがレーザ光源であればよい。すなわち、光源部内に、レーザ光源と他の光源（例えばＬＥＤ等）とを組み合わせて設けるようにしてもよい。
　更に、上記実施の形態等では、光変調素子が反射型のものである場合を例に挙げて説明したが、この場合には限られず、例えば透過型の光変調素子であってもよい。
　加えて、上記実施の形態等では、光源ユニット（光源部）が、複数種類のレーザ（光源）をそれぞれ収容するようにパッケージ化されている場合について説明したが、光源部における光源の設置態様はこれには限られない。すなわち、光源部が複数種類の光源を有するのであれば、他の設置態様であってもよい。
　また、上記実施の形態等では、照明装置および表示装置の各構成要素（光学系）を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
　更に、上記実施の形態等では、光変調素子により変調された光をスクリーンに投射する投射光学系（投影レンズ）を備え、投射型の表示装置として構成されている場合について説明したが、本発明は、直視型の表示装置などにも適用することが可能である。
　加えて、上記実施の形態等では、本発明の照明装置の用途として、投射型等の表示装置を例に挙げて説明したが、これには限られず、例えばステッパ等の露光装置にも適用することが可能である。

Claims (15)

  1. 　異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
    　前記複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光路変換部材と
    　を備えた照明装置。
  2. 　前記光路変換部材は、各出射光における中心光線同士がなす角度が略０度となるように、前記光路変換を行う
    　請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記光路変換部材は、回折格子構造を有する
    　請求項２に記載の照明装置。
  4. 　前記回折格子構造が、周期的な段差面構造からなるステップ構造により形成されており、
    　前記ステップ構造から出射される回折光の次数をｎ、前記段差面構造の深さをＤとしたとき、
    　前記複数種類の光源からの出射光の各々について前記ステップ構造からの回折光の回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上となるように、前記深さＤが設定されている
    　請求項３に記載の照明装置。
  5. 　前記回折格子構造が、周期的な傾斜面構造からなるブレーズ構造により形成されており、
    　前記ブレーズ構造から出射される回折光の次数をｎ、前記傾斜面構造の深さをＤとしたとき、
    　前記複数種類の光源からの出射光の各々について前記ブレーズ構造からの回折光の回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上となるように、前記深さＤが設定されている
    　請求項３に記載の照明装置。
  6. 　前記複数種類の光源からの出射光におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が、いずれも面内異方性を有する形状であり、
    　前記ＦＦＰの長軸方向が、前記複数種類の光源間で互いに一致している
    　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
  7. 　前記複数種類の光源からの出射光の偏光方向が２種類存在し、
    　前記２種類の偏光方向を変化させてそれらの偏光方向を互いに近づけるための位相差板が設けられている
    　請求項６に記載の照明装置。
  8. 　前記位相差板は、前記２種類の偏光方向を選択的に変化させてそれらの偏光方向を互いに一致させるものである
    　請求項７に記載の照明装置。
  9. 　前記光源部内において、少なくとも１種類の光源が光軸に対して傾斜配置されている
    　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
  10. 　前記光源部が、前記複数種類の光源をそれぞれ収容するようにパッケージ化されている
    　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
  11. 　前記複数種類の光源が、赤色光、緑色光または青色光を発する３種類の光源である
    　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
  12. 　前記複数種類の光源のうちの少なくとも１つが、レーザ光源である
    　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
  13. 　照明装置と、
    　前記照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
    　を備え、
    　前記照明装置は、
    　異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
    　前記複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光路変換部材と
    　を有する表示装置。
  14. 　前記光変調素子により変調された照明光を被投射面に対して投射する投射光学系を更に備えた
    　請求項１３に記載の表示装置。
  15. 　前記光変調素子が液晶素子である
    　請求項１３または請求項１４に記載の表示装置。
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