(57)【要約】【課題】小型化と光利用効率の向上と光束の波面品質の向上に寄与できるカップリングレンズ及びこれを用いた照明装置を提供する。【解決手段】カップリングレンズ５の光源側の面である第１面５Ａは、第１の波長の光が通過する第１の領域６と、第２の波長の光が通過する第２の領域７とからなり、第１の領域６の曲率中心位置８と、第２の領域７の曲率中心位置９とが異なるとともに、カップリングレンズ５の第１面に対向する面である第２面５Ｂの曲率中心位置３２と、第１面５Ａの第１の領域６の曲率中心位置８とが第１の光源１の光軸上にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、第１の光源の近傍に配置され、第２の波長の光を第１の光源と略同一方向に出射する第２の光源とからの光をカップリングするカップリングレンズにおいて、
光源側の面である第１面は、第１の波長の光が通過する第１の領域と、第２の波長の光が通過する第２の領域とからなり、
第１の領域の曲率中心位置と、第２の領域の曲率中心位置とが異なるとともに、第１面に対向する面である第２面の曲率中心位置と、第１面の第１の領域の曲率中心位置とが第１あるいは第２の光源のいずれか一方の光軸上にあることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項２】
請求項１記載のカップリングレンズにおいて、
第１の領域の曲率半径と、第２の領域の曲率半径とが異なることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項３】
請求項１記載のカップリングレンズにおいて、
第１の領域のレンズ厚と、第２の領域のレンズ厚とが異なることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項４】
請求項１記載のカップリングレンズにおいて、
屈折率の異なる複数の材料から形成されていることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項５】
請求項１記載のカップリングレンズにおいて、
第１の領域と第２の領域とが屈折率の異なる材料で形成されていることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項６】
請求項１記載のカップリングレンズにおいて、
第１の領域と第２の領域の有効焦点距離はそれぞれ５ｍｍ以下であることを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項７】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、第１の光源の近傍に配置され、第２の波長の光を第１の光源と略同一方向に出射する第２の光源と、第１の光源および第２の光源からの光をカップリングするカップリングレンズと、第１の光源からの光および第２の光源からの光の光路を一致させるための光路合成素子とを備えた照明装置において、
前記カップリングレンズの光源側の面である第１面は、第１の波長の光が通過する第１の領域と、第２の波長の光が通過する第２の領域とからなり、
第１の領域の曲率中心位置と、第２の領域の曲率中心位置とが異なるとともに、前記カップリングレンズの第１面に対向する面である第２面の曲率中心位置と、第１面の第１の領域の曲率中心位置とが第１あるいは第２の光源のいずれか一方の光軸上にあることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項７記載の照明装置において、
前記光路合成素子が楔形プリズムであることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項８記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第１面の第１の領域の曲率中心位置と第２面の曲率中心位置とを通る光源の光を前記楔形プリズムの表面で反射させ、他方の光源の光は第１面の第２の領域を透過し、前記楔形プリズムの裏面で反射することを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９記載の照明装置において、
第３の波長の光を第１の光源および第２の光源とは異なる方向に出射するように配置された第３の光源と、
第３の光源からの光をカップリングする第２のカップリングレンズと、
を備え、
第２のカップリングレンズを透過した第３の波長の光は、前記楔形プリズムを透過し、第１、第２の波長の光と光路が一致するように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第１の領域の曲率半径と、第２の領域の曲率半径とが異なることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第１の領域のレンズ厚と、第２の領域のレンズ厚とが異なることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項９記載の照明装置において、
前記楔型プリズムの表面で反射する光源の光の波長は、６００〜７００ｎｍであり、前記楔形プリズムの裏面で反射する光源の光の波長は、４００〜４８０ｎｍであることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第２の領域は、非球面により形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第２の領域は、シリンドリカル面により形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第２の領域は、トロイダル面により形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第２の領域は、アナモルフィック非球面により形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズは屈折率の異なる複数の材料から形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第１の領域と第２の領域とが屈折率の異なる材料で形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２０】
請求項９記載の照明装置において、
前記カップリングレンズの第１の領域と第２の領域の有効焦点距離はそれぞれ５ｍｍ以下であることを特徴とする照明装置。
【請求項２１】
請求項７乃至２０のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置から出射される光を２次元に走査可能な手段と、前記第１の光源および前記第２の光源、もしくは前記第１の光源乃至前記第３の光源の出力を前記走査手段の動きに同期して制御する制御手段とを有していることを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の投影型画像表示装置を内蔵したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源から変調されて射出された光を合成して同一方向へ照射する照明装置、該照明装置に用いられるカップリングレンズ、該照明装置を備えたレーザ走査型プロジェクタ等の投影型画像表示装置、該投影型画像表示装置を内臓した携帯電話機等の電子機器に関する
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤやレーザなどを用いた投影型画像表示装置（以下「プロジェクタ」と呼ぶ）の開発がさかんであり、小型で携帯可能なプロジェクタとして期待されている。
特に、３原色のレーザとＭＥＭＳ（微小電気機械システム）ミラーを組み合わせた走査型の小型プロジェクタは構成部品が少なく、超小型化が可能な点から多くの開発が進められている（例えば、特許文献１）。
このような３原色のレーザとＭＥＭＳミラーとから成る走査型プロジェクタの従来例を図２２に示す。図２２に示したプロジェクタは、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光を放射する半導体レーザ１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂと、半導体レーザ１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂからのレーザ光を集光するレンズ２−Ｒ、２−Ｇ、２−Ｂと、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させるダイクロイックミラー３−Ｒ、３−Ｇ、３−Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備えたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー装置５０１と、ＭＥＭＳミラー装置５０１のミラーを水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号に応じて半導体レーザ１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂから光強度変調されたレーザ光を放射させる制御回路５０２とから構成される。
【０００３】
制御回路５０２は、ミラー制御手段と変調手段を有しており、これに同期してレーザ光強度を変調せしめることによって、スクリーン５０３上で画像を形成する。
このような色合成の手法においては、各レーザに対して集光レンズが必要であり、部品点数が増え、また小型・軽量化を阻害する要因となっている。
図２３に３色の光源、それぞれ赤、緑、青、６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂの光をダイクロイックプリズム６０２で合成し、集光レンズ６０３で集光する例を示す（例えば、特許文献２）。
本例のような構成においては、集光レンズは１枚であるが、光源を全て出射方向が異なるように配置しているために、小型・軽量化の点で不利である。
図２４に、２つの光源の光を略同一方向に出射させ、同一のレンズでカップリングし、２ビーム合成プリズムを介して、複数の光源からの光を同一光路に合成する例を示す。
【０００４】
本例は、光ディスクのピックアップ光学系に関するものであり、波長６６０ｎｍの半導体レーザ１０１１と波長７８０ｎｍの半導体レーザ１０１２の光をコリメートレンズ１０２０で略平行光とし、波長６６０ｎｍと波長７８０ｎｍの光の対物レンズへの入射光軸を一致させるための２ビーム合成プリズム１０３１からなる。
光ディスクの光ピックアップに使用されるコリメートレンズは、光ディスク（１０６１，１０６２）の記録面スポットをばらつきなく小さく絞るために、対物レンズ１０５０の縁への入射光の強度分布をレーザ光源のピーク強度に対してある程度確保する必要があり、コリメートレンズの焦点距離を短くできない。コリメートレンズの焦点距離が長くなると（焦点距離１０ｍｍ前後以上）、光源からの光をカップリングする効率が低下し、光の利用効率が低下する。
また、焦点距離が長いため装置の大型化を避けられない。仮に、コリメートレンズの焦点距離を短くした場合は、２ビーム合成プリズムの裏面で反射する光に発生する非点収差を除去することが、現実的な、２光源の間隔、２ビーム合成プリズムの厚みにおいて、非常に困難となり、短焦点コリメートレンズ１つで、２つの光源からの光を合成することは難しい。
【０００５】
【特許文献１】特許第４０３１４８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１５４６０７号公報
【特許文献３】特開２００２−２０７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
つまり、短焦点のコリメートレンズで、従来技術に示されたような、２つの光源の光を略同一方向に出射させ、同一のレンズでカップリングし、２ビーム合成プリズムを介して、複数の光源からの光を波面が良好な状態で同一光路に合成することは難しい。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑みなされたものであり、小型化と光利用効率の向上と光束の波面品質の向上に寄与できる照明装置の提供を、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、第１の波長の光を出射する第１の光源と、第１の光源の近傍に配置され、第２の波長の光を第１の光源と略同一方向に出射する第２の光源とからの光をカップリングするカップリングレンズにおいて、光源側の面である第１面は、第１の波長の光が通過する第１の領域と、第２の波長の光が通過する第２の領域とからなり、第１の領域の曲率中心位置と、第２の領域の曲率中心位置とが異なるとともに、第１面に対向する面である第２面の曲率中心位置と、第１面の第１の領域の曲率中心位置とが第１あるいは第２の光源のいずれか一方の光軸上にあることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のカップリングレンズにおいて、第１の領域の曲率半径と、第２の領域の曲率半径とが異なることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１記載のカップリングレンズにおいて、第１の領域のレンズ厚と、第２の領域のレンズ厚とが異なることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１記載のカップリングレンズにおいて、屈折率の異なる複数の材料から形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１記載のカップリングレンズにおいて、第１の領域と第２の領域とが屈折率の異なる材料で形成されていることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１記載のカップリングレンズにおいて、第１の領域と第２の領域の有効焦点距離はそれぞれ５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項７記載の発明では、第１の波長の光を出射する第１の光源と、第１の光源の近傍に配置され、第２の波長の光を第１の光源と略同一方向に出射する第２の光源と、第１の光源および第２の光源からの光をカップリングするカップリングレンズと、第１の光源からの光および第２の光源からの光の光路を一致させるための光路合成素子とを備えた照明装置において、前記カップリングレンズの光源側の面である第１面は、第１の波長の光が通過する第１の領域と、第２の波長の光が通過する第２の領域とからなり、第１の領域の曲率中心位置と、第２の領域の曲率中心位置とが異なるとともに、前記カップリングレンズの第１面に対向する面である第２面の曲率中心位置と、第１面の第１の領域の曲率中心位置とが第１あるいは第２の光源のいずれか一方の光軸上にあることを特徴とする照明装置。
【００１１】
請求項８記載の発明では、請求項７記載の照明装置において、前記光路合成素子が楔形プリズムであることを特徴とする。
請求項９記載の発明では、請求項８記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第１面の第１の領域の曲率中心位置と第２面の曲率中心位置とを通る光源の光を前記楔形プリズムの表面で反射させ、他方の光源の光は第１面の第２の領域を透過し、前記楔形プリズムの裏面で反射することを特徴とする。
請求項１０記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、第３の波長の光を第１の光源および第２の光源とは異なる方向に出射するように配置された第３の光源と、第３の光源からの光をカップリングする第２のカップリングレンズと、を備え、第２のカップリングレンズを透過した第３の波長の光は、前記楔形プリズムを透過し、第１、第２の波長の光と光路が一致するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項１１記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第１の領域の曲率半径と、第２の領域の曲率半径とが異なることを特徴とする。
請求項１２記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第１の領域のレンズ厚と、第２の領域のレンズ厚とが異なることを特徴とする。
請求項１３記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記楔型プリズムの表面で反射する光源の光の波長は、６００〜７００ｎｍであり、前記楔形プリズムの裏面で反射する光源の光の波長は、４００〜４８０ｎｍであることを特徴とする。
【００１３】
請求項１４記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第２の領域は、非球面により形成されていることを特徴とする。
請求項１５記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第２の領域は、シリンドリカル面により形成されていることを特徴とする。
請求項１６記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第２の領域は、トロイダル面により形成されていることを特徴とする。
請求項１７記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第２の領域は、アナモルフィック非球面により形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１８記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズは屈折率の異なる複数の材料から形成されていることを特徴とする。
請求項１９記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第１の領域と第２の領域とが屈折率の異なる材料で形成されていることを特徴とする。
請求項２０記載の発明では、請求項９記載の照明装置において、前記カップリングレンズの第１の領域と第２の領域の有効焦点距離はそれぞれ５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２１記載の発明では、投影型画像表示装置において、請求項７乃至２０のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置から出射される光を２次元に走査可能な手段と、前記第１の光源および前記第２の光源、もしくは前記第１の光源乃至前記第３の光源の出力を前記走査手段の動きに同期して制御する制御手段とを有していることを特徴とする。
請求項２２記載の発明では、電子機器において、請求項２１記載の投影型画像表示装置を内蔵したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１枚のレンズで２つの領域からなるレンズを構成でき、それぞれの領域に対し、最適設計が可能となり、光路合成素子（楔型プリズム）の表裏で反射するそれぞれの光に対して、反射光の収差低減が可能となる。
同時に、２つの領域の一方は、レンズの第１面、第２面で偏芯の無い構成とできるので、レンズ性能を上げる設計が容易に行える。
本発明によれば、非点収差発生要因のない光路を構成できる。レンズの偏芯により発生する非点収差と、光路合成素子（楔型プリズム）裏面で反射することにより発生する非点収差が相殺するような設計が可能となり、第１の領域、第２の領域両方の透過光の波面収差を小さく抑えることが可能となる。
【００１７】
本発明によれば、３色の光を合成し、照明することが可能になり、フルカラーの照明装置を実現することができる。
本発明によれば、２つの領域で任意に焦点距離を変えることができ、２光源の発散度合いが異なっても、カップリング効率を同等とすることが可能である。
本発明によれば、それぞれの領域の焦点距離が異なっていても、光源から光放射方向の光源位置を同一にすることが可能となる。
本発明によれば、波長変動の大きな６００〜７００ｎｍの光に対して、屈折により角度変動が起こらない構成とできる。
本発明によれば、カップリングレンズの偏芯による収差、楔形プリズム裏面反射により発生する収差を低減することが可能である。
本発明によれば、光源の出力、温度変動により生ずる波長変動による焦点距離の変化を抑えることが可能となり、照明光のビーム径を安定させることができ、像の解像度低下、ぼけの発生を抑えることができる。
【００１８】
本発明によれば、光源の出力、温度変動により生ずる波長変動による焦点距離の変化を、それぞれの光路で独立に最適な硝材を用いて低減することが可能となり、照明光のビーム径を安定させることができ、像の解像度低下、ぼけの発生を抑えることができる。
本発明によれば、カップリング効率を３０％以上とでき、光源の発光パワーを抑えることができ、発熱を抑えることができる。
本発明によれば、小型の投影型画像表示装置を実現できる。
本発明によれば、電子機器の画像、映像データをその場で、スクリーンに投影でき、複数人の間で、情報の共有が容易に行える。また、小型の車載用ヘッドアップディスプレイの実現が可能であり、あるいは高速の書き込みユニットの実現も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１に基づいて第１の実施形態を説明する。本実施形態に係る照明装置は、第１の波長λ１の光を発する第１の光源１と、第２の波長λ２の光を発する第２の光源２とを有し、これらの光源は同一のマウント３上に近傍配置状態で実装され、１つのパッケージ４として構成されている。第１の光源１と第２の光源２の光出射方向は略同一である。
第１の光源１としては赤色波長領域の光を発する半導体レーザ（以下「赤色ＬＤ」と呼ぶ）を、第２の光源２としては青色波長領域の光を発する半導体レーザ（以下「青色ＬＤ」と呼ぶ）を用いることができる。
青色波長領域、赤色波長領域はそれぞれおよそ、４００ｎｍ〜４８０ｎｍ、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲を指しており、赤色ＬＤとしては例えば波長λ１が６４０ｎｍの光を発するＬＤを、青色ＬＤとしては例えば波長λ２が４４５ｎｍの光を発するＬＤを用いることができる。以下の説明ではこの波長を用いる。ここでは、赤色ＬＤ１と青色ＬＤ２が別のチップで同一のマウント３上に実装したものを示しているが、青色ＬＤ１と赤色ＬＤ２が一つのチップ上に形成されているものであっても良い。
【００２０】
赤色ＬＤ１からの赤色光１１および、青色ＬＤ２からの青色光１２は同一のカップリング光学系（以下「ＣＬ」と呼ぶ）５によってカップリングされ、光路合成素子としての楔形プリズム１３に導かれる。図１中には各色の光の光路が模式的に示されている。
楔形プリズム１３に入射した赤色光１１、青色光１２は、同一光路に合成され出射される。このようにして、青、赤２つの波長領域の光を同一光路で出射する照明装置が構成されている。
以上の説明では、第１の光源として赤色波長領域、第２の光源として青色波長領域のものを用いたが、異なる波長領域のものであっても良い。
楔形プリズム１３は、赤色領域の光を反射し、青色領域の光を透過する第１の面２０と、青色領域の光を反射する第２の面２１から成る平板であり、第１の面と第２の面は相対的に角度α傾いた楔形平板となっている。
【００２１】
赤色光１１および青色光１２は第１の面より入射し、それぞれ第１の面および第２の面によって反射され、出射される。第１の面および第２の面は波長によって選択的に反射または透過する面となっており、このような面は光学多層膜によって達成することが可能であり、ダイクロイックミラーと呼ばれる。
ＣＬ５についてさらに具体的に説明する。ＣＬ５の光源側の面である第１面５Ａは、第１の波長の赤色光１１のみが透過する第１の領域６と、第２の波長の青色光１２のみが透過する第２の領域７とから構成されている。
第１の領域６のレンズ面の曲率中心は、図１の符号８で示す位置であり、第２の領域７のレンズ面の曲率中心は、図１の符号９で示す位置であり、２つの領域のレンズ面の曲率中心は異なる位置にある。
第１の領域６、第２の領域７に対向する面（ＣＬ第２面）である第２面５Ｂは、単一の面で構成されている。
【００２２】
ＣＬ５の第１面と第２面の曲率中心の位置関係を図２（ａ）、（ｂ）に示す。出射光の方向は、ｚ方向であり、ｚ方向が光源の光軸である。第１の光源１、第２の光源２の光軸をそれぞれ符号３０、３１で示してある。
図２（ａ）において、ＣＬ５の第２面５Ｂの曲率中心は符号３２で示す位置、第１面の第１の領域の曲率中心は上記のように符号８で示す位置である。
これらの曲率中心８、３２が共に第１の光源１の光軸上にあり、ＣＬ５の第１面の第１領域のレンズ面と第２面は相対的な面のシフトが無い状態となっている。このため、面のシフトによる性能劣化を考慮することなく、容易にレンズ設計が可能となる。
図２（ｂ）は、第２の光源２の光軸上に曲率中心９、３２がある場合を示している。ここでは、符号７で示す領域が第１の領域、符号６で示す領域が第２の領域となる。
【００２３】
本発明カップリングレンズの具体的設計例を示す。
比較のため光源側が単一の面で構成されたレンズ設計例とともに表１に設計結果を示す。
【００２４】
【表１】
2010145628.tif 000003
【００２５】
図３に示した構成は、ＣＬ５の光源側が単一面で構成された従来設計方式の光学系である。図３において、符号１は、波長６４０ｎｍの光源、２は波長４４５ｎｍの光源、１８は図１のパッケージ４のカバーガラスを示している。
光源１、２からの光は、ＣＬ５でカップリングされた後、６４０ｎｍの光は、楔形プリズム１３の表面で反射し、４４５ｎｍの光は、楔形プリズム子１３の裏面で反射する。楔形プリズム１３の頂角はαである。符号１９は、楔形プリズム１３で２波長の光が合成された後の光束を示している。
図４に示した構成は、ＣＬ５の光源側が、第１の領域６と第２の領域7に分割された、本発明の技術的思想に基づく設計方式の光学系である。第１の領域６に波長６４０ｎｍの光を透過させ、第２の領域に波長４４５ｎｍの光を透過させる。その他の構成は図１と同じである。
【００２６】
表１において、波面収差の値は、楔形プリズム１３の第１面２０側（図のｙ方向）から、無収差の光を入射させ、光源側に集光させた時の値である。実使用上は、光源側から光線が出射するが、光学系の持つトータルの収差の評価は本方法で可能である。
表１の設計結果の波面収差の項目を見ると、ＣＬ５の光源側の面が単一の面で構成されたものは、６４０ｎｍの光に対してほぼ無収差となっているが、４４５ｎｍの光に対しては、波面収差０．１７λとなっており、実用レベルには無い。
一方、本発明のＣＬ５の光源側の面が第１の領域６と第２の領域７で構成されたものは、６４０ｎｍの光に対して、ほぼ無収差となっており、４４５ｎｍの光に対しても、波面収差０．０３５２λとなっており、実用レベルに波面収差を低減できている。
実用レベルの波面収差とは、概ね０．０７λ（Ｒ．Ｍ．Ｓ．）以下である。
【００２７】
図５に基づいて第２の実施形態を説明する。
光源の光軸がＣＬ５の第１面に対向する面（第２面）５Ｂの曲率中心位置３２とＣＬ５の第１面の第１の領域６の曲率中心位置８を通る光源の光を楔形プリズム１３の表面２０で反射させる。
楔型プリズム１３の裏面で反射する光束には、非点収差が発生するが、表面で反射させれば、反射面２０が理想的な平面であれば収差は発生しない。ＣＬ５の対向する面の相対的シフトの無い面を楔形プリズム１３の表面２０で反射させる構成となるため、良好な光学性能を出すことが可能である。
一方、ＣＬ５の第１面に対向する面（第２面）５ＢとＣＬ５の第１面の第２の領域７のレンズ面は、相対的にシフトしており、非点収差が発生する。ＣＬ５で発生する非点収差と楔形プリズム１３の裏面２１で反射することにより発生する非点収差は、レンズ構成（厚み、曲率、非球面化、屈折率など）と、楔形プリズム構成（厚み、頂角α、屈折率など）と発光点位置を最適化することにより相殺することが可能となる。
本構成とすることで、２つの光源１、２からの光を収差の小さい光束として光路合成することができる。
【００２８】
図６に基づいて第３の実施形態を説明する。
本実施形態に係る照明装置は、第１の実施形態で説明した第１の光源と第２の光源を備えた照明装置（図１）に、第３の光源が加えられた構成となっている。
具体的に説明すると、第３の光源１４は、第１の光源１および第２の光源２とは異なる方向（ここでは略直交する方向）に光を出射するように配置されている。
第３の光源１４としては緑色波長領域５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲にある光を発する緑色光源を用いることができる。緑色光源として半導体レーザを使用することが最も良いが、現状では安定的に使用可能な緑色半導体レーザは存在しないため、固体レーザや、赤外半導体レーザの倍波を用いる。
緑色光源の具体的な構成に関しては後述するが、ここでは例として波長λ３が５３０ｎｍの光源を用いることとする。緑色光源１４からの緑色光１５は第２のカップリング光学系（以下「第２ＣＬ」と呼ぶ）１５によってカップリングされ、楔形プリズム１３に導かれる。楔形プリズム１３に入射した赤色光１１、青色光１２、緑色光１６は同一光路に合成され出射される。
このようにして、青、赤、緑３つの波長領域の光を同一光路で出射する照明装置が構成されている。
【００２９】
以上の説明では、第１の光源として赤色波長領域、第２の光源として青色波長領域、第３の光源として緑色波長領域のものを用いたが、異なる波長領域のものであっても良い。赤、青、緑の３色を合成して出射する光源は走査型プロジェクタの光源として用いることができるため、もっとも有用である。
また、前述したように緑色光源としては半導体レーザを用いることが困難であるため、他の光源と同一マウント上に配置することが容易ではない。このため、第１の光源が赤または青、第２の光源が青または赤、第３の光源が緑となっている構成がより製造が容易である。
楔形プリズム１３は、赤色領域の光を反射し、青色および緑色領域の光を透過する第１の面２０と、青色領域の光を反射し、緑色領域の光を透過する第２の面２１から成る平板であり、第１の面と第２の面は相対的に角度α傾いた楔形平板となっている。
赤色光１１および青色光１２は第１の面より入射し、それぞれ第１の面および第２の面によって反射され、出射される。また、緑色光１６は第２の面より入射し、第２の面および第１の面を透過して出射される。第１の面および第２の面は波長によって選択的に反射または透過する面となっており、このような面は光学多層膜によって達成することが可能であり、ダイクロイックミラーと呼ばれる。
【００３０】
図１、７に基づいて第４の実施形態を説明する。
光源からの光をカップリングできる光量は、レンズは開口数による。図７で、開口数ＮＡは、
ＮＡ＝ｓｉｎθ      （式１）
である。符号１０１は光源、１０２はカップリングレンズ、１０３は前側主点位置、θは光源からの光をカップリングレンズで取り込む角度の半分、ｆはカップリングレンズの焦点距離、Ｄはカップリングレンズの有効径を示している。
カップリングレンズから出射する光は平行光としてある。単一のレンズで複数の光をカップリングし、照明光とする場合、そのカップリングレンズから出射する光束の径は略等しくする必要がある。カップリングレンズの出射光の径Φは、
Φ＝２×ｆ×ＮＡ        （式２）
であるので、複数の光に対して、取り込み角度を略同じ（ＮＡが略等しい）にした場合は、それぞれの光に対して、カップリングレンズの焦点距離を等しくする必要がある。波長が異なれば、カップリングレンズ材料の屈折率が異なるため、図１で示した、第１の実施形態のＣＬ５の光源側の面の、第１の波長の光のみが透過する第１の領域６と第２の波長の光のみが透過する第２の領域７の曲率半径を変えることにより、単一のカップリングレンズで、２つの波長の異なる光に対して、略同一の焦点距離とすることができる。
表２にレンズ設計結果の一例を示す。第１の領域と第２の領域の曲率半径を異ならせることで、異なる波長の光に対して、同一焦点距離、同一開口数となっている。
【００３１】
【表２】
2010145628.tif 000004
【００３２】
図１、図４、図７、図８及び図９に基づいて第５の実施形態を説明する。
図８の符号は、図４と同一機能の部品、部位に関しては、同一符号としてある。第４の実施形態で、ＣＬ５の第１の領域と第２の領域の曲率半径を異ならせることで、異なる波長の光に対して、同一焦点距離、同一開口数とすることができ、ＣＬ５出射光のビーム径を同一にできることを説明した。
ここで、ビーム径が実質的に同一とみなせるのは、２つの光源１、２の出射光の強度分布パタン（ファーフィールドパタン：ＦＦＰ）が略同一の場合である。一般に光源となる半導体レーザのＦＦＰは、その種類によって異なる。このＦＦＰの違いも考慮して、ビーム径を揃えられることが理想的である。
ＦＦＰが異なる光源に対し、カップリングレンズ透過後のビーム径を揃えるためには、カップリングレンズに取り込まれる光の最大角度の強度が等しくなるように、レンズの開口数を決めれば良い。
【００３３】
カップリングレンズで取り込まれる光束の径（図７のＤ）が一定である場合には、ＮＡを変えることは、カップリングレンズの焦点距離を変えることである。
図４において、光源１のＦＦＰをＡ（ｄｅｇ）（半値全幅）、光源２のＦＦＰをＢ（ｄｅｇ）とし、Ａ＜Ｂとすれば、ＣＬ５の第１の領域（図４の６を通る光に対して）の焦点距離をｆ１、第２の領域（図４の７を通る光に対して）の焦点距離をｆ２とすれば、ｆ１＞ｆ２とすることにより、楔形プリズム１３で合成された２光束１９の２つの光束の強度分布を略同じとすることが可能である。
図８にｆ１＞ｆ２となるように設計したＣＬ５の形状および光路図を、表３に設計結果を示す。この結果を見ると、第１、第２の領域の焦点距離を変えてしまうと、光源１と光源２の図８ｚ方向の位置がずれてしまう（図８のΔｄ）。
【００３４】
【表３】
2010145628.tif 000005
【００３５】
図９（ａ）、（ｂ）にマウント３上に発光点（光源）１、２が配置された様子を示す。光源は、発光により発熱し、その熱を逃がさなければ、特性の劣化、寿命の低下を招いてしまう。マウント３は、光源の発熱を逃がす部位であり、光源１、２とマウント３の接触部は広い方が良い。
よって、２つの光源が図９ｚ方向にずれた場合、一方をマウント３から、前方（発光方向）へずらすことはできず、後方へずらすことになる。
図９（ａ）は、光源１をマウント３上で後方にずらした図である。この状態であれば、放熱に関しては問題ない。但し、図９（ａ）をｙ方向から見た図９（ｂ）に示したように、あまり後方へ下げすぎると、光源１から発光した光の、マウント３側（図９（ｂ）−ｘ方向）に出射した光がマウント３に当たり、出射光分布が乱れる可能性がある。
よって、２つの光源の発光点は、図９ｚ方向に対して、略同一位置にあることが望ましい。
【００３６】
第１の光源の発光点と第２の光源の発光点の出射方向の位置を略同一位置とできれば、一方の光源がマウントからはみ出ることは無く、光源の放熱が十分行える。また、一方の光源を後方に配置する必要がなく、光源からの光がマウント部で遮光されることも無い
そこで、ＣＬ５の第１の領域と第２の領域の焦点距離ｆ１、ｆ２が異なった場合でも、ＣＬ５の第１の領域の厚みと第２の領域の厚みとを異ならせることで２つの発光位置のずれを抑えた設計が可能になる。
図１０に設計したＣＬ５の形状および光路図を、表４に設計結果を示す。図８、表３で示したカップリングレンズと同じ焦点距離、開口数、波面収差で、２つの発光点のｚ方向のずれを十分小さくできている。
【００３７】
【表４】
2010145628.tif 000006
【００３８】
次に第６の実施形態を説明する。
波長が変動すると、楔形プリズムの裏面で反射する光線は、屈折する角度が変化し、反射光の角度が変動することになる。一方、楔形プリズムの表面で反射する光は、屈折を伴わないので反射光の角度変動は生じない。
半導体レーザの波長は、発光出力、温度変化により変動する。一般的には、赤色半導体レーザの波長変動は、青色半導体レーザの波長変動より１桁大きい。
そこで、波長変動の大きい赤色半導体レーザの光を楔型プリズムの表面で反射させ、波長変動の小さい青色半導体レーザの光を楔型プリズムの裏面で反射させることにより、温度変動等により波長が変化しても、楔形プリズム反射光の角度変動を小さく抑えることが可能である。
【００３９】
次に第７の実施形態を説明する。
光源からの光のカップリング効率（光の利用効率）を上げるためには、カップリングレンズの開口数を大きくする（式２でＮＡを大きくする）必要がある。
第４の実施形態でも述べたが、カップリングレンズで取り込まれる光束の径（図７のＤ）が一定である場合には、ＮＡを変えることは、カップリングレンズの焦点距離を変えることであり、この場合、ＮＡを大きくするということは、焦点距離を短くすることである。
焦点距離を５（ｍｍ）とした場合の設計結果を図１１、表５に示す。焦点距離が短くなってくると、ＣＬ５の第２の領域７のレンズ面を透過した光の波面収差の劣化が大きくなる。この劣化を抑えるために、ＣＬ５の第２の領域７のレンズ面を非球面とする。
【００４０】
【表５】
2010145628.tif 000007
【００４１】
非球面形状は次式３で表される。
【００４２】
【数１】
2010145628.tif 000008
【００４３】
式３において、
ｒ:近軸曲率半径
κ:コーニック定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、・・・:非球面係数
ＣＬ５の第２の領域７のレンズ面を非球面として設計した結果を表６に示す。ＣＬ５の第２の領域７のレンズ面を透過した光の波面収差が改善している。さらなる性能向上やカップリング効率を上げるために、焦点距離を短くする必要が生じた場合などは、ＣＬ５の第２の領域７だけでなく、第１の領域６、第２面５Ｂを非球面化することにより、良好な波面とすることが可能である。
【００４４】
【表６】
2010145628.tif 000009
【００４５】
次に第８の実施形態を説明する。
第２の実施形態で、ＣＬ５の第１面に対向する面（第２面）５ＢとＣＬ５の第１面の第２の領域７のレンズ面は、相対的にシフトしており、非点収差が発生すること、また、楔形プリズム１３の裏面２１で反射することによっても非点収差が発生することを説明した。
非点収差を補正するレンズ形状としては、直交する２面の曲率が異なるシリンドリカルレンズがある。シリンドリカルレンズの設計例を表７に示す。表１に比較して、第２の領域を通過した光の波面収差が改善している。
【００４６】
【表７】
2010145628.tif 000010
【００４７】
その他、直交する曲率が異なる面形状としては、トロイダル面、アナモルフィック非球面がある。
トロイダル面は以下に定義される。ｘｙｚは図１に示した方向とする。
ｙｚ平面の輪郭を式４の非球面で定義し、
【００４８】
【数２】
2010145628.tif 000011
【００４９】
式４において、
ｃ：面頂点での曲率
ｋ：コーニック定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・:非球面係数
次に、ｘ方向の曲率の中心を通るｙ軸に対して回転する。従って、その面は、ｙｚ平面で非球面になり、ｘｚ平面で円になる。ｙトロイダル面と定義される。
【００５０】
同様に、ｘトロイダル面は、ｘｚ面の輪郭を式４と同じ（ｙをｘに書き換える）非球面で定義し、次に、ｙ方向の曲率の中心を通るｘ軸に対して回転する。従って、その面は、ｘｚ平面で非球面になり、ｙｚ平面で円になる。図１に示した構成であると、ｘｚ面の光線は、ｚ軸に対称であり、ｙｚ面の光線は、ｚ軸に非対称であり、より補正する必要があるのは、ｙｚ面の構成である。よって、トロイダル面とする場合は、ｙトロイダル面が有効である。ｙトロイダル面の設計例を表８に示す。表７に比較して、第２の領域を通過した光の波面収差がさらに改善している。
【００５１】
【表８】
2010145628.tif 000012
【００５２】
アナモルフィック非球面は式５で定義される。
【００５３】
【数３】
2010145628.tif 000013
【００５４】
式３において、
ＣＵＸ：ｘの曲率
ＣＵＹ：ｙの曲率
ＫＸ：ｘコーニック定数
ＫＹ：ｙコーニック定数
ＡＲ：４次の回転対象の係数
ＢＲ：６次の回転対象の係数
ＣＲ：８次の回転対象の係数
ＤＲ：１０次の回転対象の係数
ＡＰ：４次の非回転対象の係数
ＢＰ：６次の非回転対象の係数
ＣＰ：８次の非回転対象の係数
ＤＰ：１０次の非回転対象の係数
これは、ｘとｙ共に両側対象の非球面である。
【００５５】
アナモルフィック非球面の設計例を表９に示す。ｙトロイダルの設計例（表８）に比較して、第２の領域を通過した光の波面収差がさらに改善している。
【００５６】
【表９】
2010145628.tif 000014
【００５７】
球面、非球面、シリンドリカル面、トロイダル面、アナモルフィック面のそれぞれについて、設計例を示したが、どの面を使用するかは、光学系の構成、例えば、焦点距離、光源間隔、楔型プリズムの厚みや頂角と必要な波面収差とレンズの加工性をトータルで判断し決めれば良い。
【００５８】
図４、１２、表１０、１１、１２を用いて第９の実施形態説明する。
半導体レーザの波長は、その出力レベル、温度により変化する。波長が変化すると、レンズを構成する材料の屈折率が変化するために、その焦点距離が変化する。
また、同一波長の半導体レーザであっても、波長には、ばらつきがある。表２で示した焦点距離７ｍｍのレンズについて、光を、図３の楔型プリズム１３の面２０から入射させた場合の集光位置の変化を計算したものを表１０に示す。
【００５９】
【表１０】
2010145628.tif 000015
【００６０】
波長が２０ｎｍ変化すると、集光位置は、赤色光で９μｍ、青色光で２７μｍ変化する。この影響を照明装置として考えると、波長変化により、図３の合成光１９の発散、収束度合いが変化し、想定のビーム径で照明できなくなり、解像度の低下等を招く。
また、波長によってその度合いが異なることにより、色ぼけ等が発生する。この波長変動、波長ばらつきによる焦点距離の変化（集光位置の変化）を低減するために、図１２に示したように、異なるレンズ材料でカップリングレンズを構成する。図４と同機能の部品、部位には同一符号を付してある。ＣＬ５の第１面側（第１の領域６、第２の領域７）５Ａはレンズ硝材５１、第２面側５Ｂはレンズ硝材５２から構成されている。本例では、硝材５１はＦ２、硝材５２は、ＢＫ７である。
【００６１】
表１１に本構成で設計したＣＬ５の設計例を示す。本レンズの波長変動、ばらつきによる集光位置のずれを表１２に示す。ＣＬ５を単一の材料から２種類の材料とすることで、波長２０ｎｍばらつき時の集光位置のずれを、赤色光は、９μｍから５μｍに、青色光は、２７μｍから９μｍと低減できる。表１１の設計例で第２領域透過光の波面収差が、０．１０７８λと大きな値を示しているが、これは、本例を示すにあたり、集光位置のずれを例示することを主眼においたため、波面収差を追い込んだ設計がなされていないためである。面の非球面化、トロイダル化等を行うことで波面収差の低減は可能である。
【００６２】
【表１１】
2010145628.tif 000016
【００６３】
【表１２】
2010145628.tif 000017
【００６４】
図１２、１３に基づいて第１０の実施形態を説明する。
波長変動、ばらつきによる集光位置のずれ量は、波長変動する量が同一でも色によって異なる。（実施例９の内容参照）。また、実際の出力レベル、温度変化による波長変動の量、波長ばらつきは、色によっても異なる。そこで、図１３に示したように、ＣＬ５の第１領域６と第２領域を異なる硝材５３、５４としたり、第１４図で示したように、ＣＬ５の第１領域６と第２領域を異なる硝材５６、５７とすることで、２つの波長の半導体レーザの波長変動に基づく、集光位置のずれを低減させると共に、そのずれ量をほぼ一致させることが可能となる。
【００６５】
次に第１１の実施形態を説明する。
カップリングする光のビーム径が同じである場合、カップリングレンズの焦点距離は、短い方が光源からの光が取り込まれる光量（カップリング）を多くできる。つまりカップリング効率を上げることができる。
カップリング効率が上がると、発光する光量を下げることが可能になり、光源の発熱を抑えることができる。
図１５に光源の発散角が、θ／／＝１２（ｄｅｇ）、θ⊥＝１８（ｄｅｇ）における、カップリングレンズのＮＡとカップリング効率の関係を示す。ＮＡが０．１以上でカップリング効率は３０（％）以上を確保できる。
カップリングする光のビーム径をΦ１ｍｍとすると、ＮＡ０．１以上を確保できる焦点距離は５ｍｍ以下となる。ＮＡ０．１、焦点距離４．７５ｍｍ、ビーム径０．９６ｍｍで設計した例を表１３に示す。第１、第２の領域透過光の波面収差がともに小さく押さえられており、２つの発光点の図１１ｚ方向の位置が同じである。
【００６６】
【表１３】
2010145628.tif 000018
【００６７】
次に第１２の実施形態を説明する。
図１６に投影型画像表示装置の構成の概要を示す。上記した第１〜１１に係る照明装置を用いて、走査型プロジェクタを構成することが可能である。
例として図６で示した３つの光源を有する照明装置を用いた走査型プロジェクタの実施例を示す。図６と同機能の部品、部位には同一符号が付してある。図１６に示した走査型プロジェクタでは、図６で示した照明装置に加え、照明装置から出射される光を２次元的に走査する走査手段６０、および走査手段６０と照明装置の光源を制御する制御装置６１が備わっている。
制御装置６１は、走査手段６０の動きと同期して所望の画像が加えられるように光源に変調を加える。走査手段６０は図中６２方向に反射面を振ることができるようになっており、さらに軸６３の回りに６４方向にも反射面を振ることができる。
これによって、スクリーン６５上には２次元的な投影像が形成されることとなる。
【００６８】
走査手段としては、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、半導体プロセス技術を用いて製造されるＭＥＭＳミラーなどを用いることができる。特にＭＥＭＳミラーは非常に小型で低消費電力であるため、小型プロジェクタに用いるには最も適している。
図１６では１枚で２軸可動なものを示したが、１軸に可動なミラーを２つ用いても良い。
【００６９】
図１７に走査手段として用いることが可能なＭＥＭＳミラーの構成を示す。ＭＥＭＳミラー９０は、反射面を持つ微小ミラー９１がトーションバー９２、９３で支持された構造を有する。微小ミラー９１は、トーションバー９２が捻れることで軸９４を略中心とした共振往復運動を行う。また、トーションバー９３が捻れることで軸９５を略中心とした共振往復運動を行う。この両軸９４、９５を略中心とする往復運動によって、微小ミラー９１の偏向面の法線方向が２次元的に変化する。
このため、微小ミラー９１に入射するビームの反射方向が変化し、これにより、ビームを２次元方向に走査することができる。
光源部の小型化、微小ミラーによって、本構成で実現される投影型画像表示装置は超小型化が可能である。
【００７０】
次に第１３の実施形態を説明する。
第１２の実施形態で示した超小型投影型画像表示装置を、電子機器に内蔵した例を図１８に示す。図１８は携帯電話機７０に内蔵した例である。携帯電話機７０に本発明の投影型画像表示装置７１を内蔵し、スクリーン７３上に照明光７２を２次元的に走査し画像を形成する。スクリーン７３は特別なものでなく机や壁で良い。
次に、投影型画像表示装置を車両用ヘッドアップディスプレイに用いた例を示す。図１９は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置３００の一例を説明するために構成を模式的に示す説明図である。
車両用ヘッドアップディスプレイ装置３００は、車両の内部に設けられ、プロジェクタ３０１と、このプロジェクタ３０１から射出された投影光を反射するフロントウインドウガラス３０２とから大略構成されている。
プロジェクタ３０１は、本発明に係る投影型画像表示装置から構成されており、投影画像を光軸方向所定箇所の位置に形成する。
【００７１】
プロジェクタ３０１は、光軸方向にフロントウインドウガラス３０２が位置し、このフロントウインドウガラス３０２による反射方向にドライバー３０３が位置するように設けられている。
フロントウインドウガラス３０２には、プロジェクタ３０１から出射された光源からの光束を反射する部分反射面３０２ａが形成されている。部分反射面３０２ａの内面には、光源からの各光束の反射率を向上させるために、金属薄膜、誘電体多層膜等が形成されていても良い。この部分反射面３０２ａは、外来光を透過可能であると共に、部分反射面３０２ａにより反射された光源からの光束を運転席のドライバー３０３の目の高さ位置に向けて反射する。
車両用ヘッドアップディスプレイ装置３００では、プロジェクタ３０１を駆動すると、光源から出射された各光束が部分反射面３０２ａに導かれ、この部分反射面３０２ａにより反射された各光束が、運転席のドライバー３０３の目の方向に導かれる。このとき、この各光束に基づく投影画像の虚像Ｖｉが、部分反射面３０２ａによりフロントウインドウガラス３０２の前方に形成される。このため、ドライバー３０３には、部分反射面３０２ａにより反射された各光束による投影画像が虚像Ｖｉとして提示されることになる。
【００７２】
なお、本実施形態では、車両用ヘッドアップディスプレイ装置として、車両用ヘッドアップディスプレイ装置３００、すなわちプロジェクタ３０１から出射された光束が部分反射面３０２ａに向かう方向前方の位置を仮想投影対象とみなして、部分反射面３０２ａを介して反射された光束による投影画像を網膜に形成する構成のものを示したが、本発明に係る投影型画像表示装置を搭載した車両用ヘッドアップディスプレイ装置であればよく、本実施形態に限定されるものではない。
例えば、インストルメントパネル（ダッシュボード）の上部にスクリーンを配設し、このスクリーンにプロジェクタ３０１で投影画像を投影し、このスクリーンに投影された投影画像を、部分反射面３０２ａを介してドライバー３０３に提示する構成とすることもできる。
この場合、スクリーンに投影された投影画像がフロントウインドウガラス３０２の前方に虚像として提示されることとなる。
【００７３】
ここでは、携帯電話機に内蔵した例、車両用ヘッドアップディスプレイに用いた例を示したが、デジタルカメラ、ノートパソコン、ＰＤＡ等でもよい。
また、本発明の投影型画像表示装置は、図２０に示すように、書き込み光学系に用いることも可能である。本発明の投影型画像表示装置７０１で走査される光線が、折り返しミラー７０２を反射し、被走査面（感光体）７０３上を走査し、感光体７０３上に画像を形成する。
符号７０４は走査線を示している。感光体７０３は、矢印７０５方向に回転し、感光体７０３上に２次元画像を形成し、その画像を紙等に転写する。書き込み光学系に本投影型画像表示装置を使用する時は、２つあるいは３つの光源の光の波長を同一とし、２つあるいは３つの光源の光の感光体７０３上を照射する位置を感光体回転方向にずらしておくことにより、同時に２本あるいは３本の走査線を得ることができ、高速の書き込み光学系を実現できる。
【００７４】
以下に、図６で説明した光源１４が将来的に半導体レーザとして開発され光源１、２、１４が同一のパッケージに収められた場合のカップリングレンズ、照明装置の形態について説明する。
図６で説明した光源１４が将来的に半導体レーザとして開発され光源１、２、１４が同一のパッケージに収められた場合の構成例を図２１に示す。
本実施形態に係る照明装置は、第１の波長λ１の光を発する第１の光源１０１と、第２の波長λ２の光を発する第２の光源１０２と、第３の波長λ３の光を発する第３の光源１０１とを有し、これらの光源は同一のマウント１０４上に近傍配置状態で実装され、１つのパッケージ１０５として構成されている。
第１の光源１０１と第２の光源１０２と第３の光源１０３の光出射方向は略同一である。
第１の光源１０１としては青色波長領域の光を発する半導体レーザ（以下「青色ＬＤ」と呼ぶ）を、第２の光源１０２としては緑色波長領域の光を発する半導体レーザ（以下「緑色ＬＤ」と呼ぶ）を、第３の光源１０３としては赤色波長領域の光を発する半導体レーザ（以下「赤色ＬＤ」と呼ぶ）を用いることができる。
青色波長領域、緑色波長領域、赤色波長領域はそれぞれおよそ、４００ｎｍ〜４８０ｎｍ、５００ｎｍ〜５５０ｎｍ、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲を指しており、青色ＬＤとしては例えば波長λ１が４４５ｎｍの光を発するＬＤを、緑色ＬＤとしては例えば波長λ１が５３０ｎｍの光を発するＬＤ、赤色ＬＤとしては例えば波長λ２が６４０ｎｍの光を発するＬＤを用いることができる。
【００７５】
以下の説明ではこの波長を用いる。ここでは、青色ＬＤ１０１と緑色ＬＤ１０２と赤色ＬＤ１０３が別のチップで同一のマウント１０５上に実装したものを示しているが、青色ＬＤ１０１と緑色ＬＤ１０２と赤色ＬＤ１０３が一つのチップ上に形成されているものであっても良い。
青色ＬＤ１０１からの青色光１１４、緑色ＬＤ１０２からの緑色光１１５および、赤色ＬＤ１０３からの赤色光１１６は同一のカップリング光学系であるカップリング光学系（以下「ＣＬ」と呼ぶ）１０６によってカップリングされ、光路合成素子１１７に導かれる。図２１中には各色の光の光路が模式的に示されている。
このようにして、青、赤、緑３つの波長領域の光を同一光路で出射する照明装置が構成されている。
【００７６】
以上の説明では、第１の光源として青色波長領域、第２の光源として緑色波長領域、第３の光源として赤色波長領域のものを用いたが、異なる波長領域のものであっても良い。赤、青、緑の３色を合成して出射する光源は走査型プロジェクタの光源として用いることができるため、もっとも有用である。
光路合成素子１１７は、赤色領域の光を反射し、青色および緑色領域の光を透過する第１の面１１８と、青色領域の光を透過し、緑色領域の光を反射する第２の面１２０と、青色領域の光を反射する第３の面１１９から成る平板であり、第１の面と第２の面は相対的に角度β傾いた楔形平板となっており、第２の面と第３の面は相対的に角度γ傾いた楔形平板となって。
赤色光１１６および緑色光１１５は第１の面より入射し、それぞれ第１の面および第２の面によって反射され、出射される。また、青色光１１４は第１及び第２の面より入射し、第３の面によって反射され、出射される。第１の面および第２の面は波長によって選択的に反射または透過する面となっており、このような面は光学多層膜によって達成することが可能であり、ダイクロイックミラーと呼ばれる。
【００７７】
ＣＬ１０６についてさらに具体的に説明する。ＣＬ１０６の光源側の面１０６Ａは、第１の波長の光のみが透過する第１の領域１０７と、第２の波長の光のみが透過する第２の領域１０８と、第３の波長の光のみが透過する第３の領域１０９とから構成される。
第１の領域１０７のレンズ面の曲率中心は、符号１１０で示す位置であり、第２の領域１０８のレンズ面の曲率中心は、符号１１１で示す位置であり、第３の領域１０９のレンズ面の曲率中心は、符号１１２で示す位置であり、３つの領域のレンズ面の曲率中心はそれぞれ異なる位置にある。
第１の領域１０７、第２の領域１０８、第３の領域１０９に対向する面（ＣＬ第２面）１０６Ｂは、単一の面で構成されている。機能、効果は上記と同じである。
【００７８】
照明装置の構成として、前記カップリングレンズの前記第１の領域の曲率半径と前記第２の領域の曲率半径と前記第３の領域の曲率半径が異なる構成としてもよい。機能、効果は上記と同じである（以下、同じ）。
前記カップリングレンズの前記第１の領域のレンズ厚と前記第２の領域のレンズ厚と前記第３の領域のレンズ厚が異なる構成としてもよい。
前記カップリングレンズの前記第１面に対向する面（第２面）の曲率中心位置と前記第１面の第１の領域の曲率中心位置が前記第１あるいは第２あるいは第３の光源のいずれか一つの光軸上にある構成としてもよい。
光路合成素子１１７は２つの楔型プリズムを重ねた表面、中間面、裏面の３つの反射面を持つ複合楔型プリズムであり、光軸が前記第１面に対向する面（第２面）の曲率中心位置と前記第１面の第１の領域の曲率中心位置を通る光源の光を前記楔形プリズムの中間面で反射させ、前記第１面の第２の領域光源の光を前記複合楔形プリズムの表面で反射させ、前記第１面の第２の領域光源の光を前記複合楔形プリズムの裏面でそれぞれ反射させる構成としてもよい。
【００７９】
前記楔型プリズムの表面で反射する光源の光の波長は、６００〜７００ｎｍであり、前記複合楔型プリズムの中間面で反射する光源の光の波長は、４００〜４８０ｎｍであり、前記楔形プリズムの裏面で反射する光源の光の波長は、５００〜５５０ｎｍである構成してもよい。
波長変動が、比較的大きい赤色を屈折を伴わない表面反射の構成とする。
前記カップリングレンズの前記第１、第２、第３の領域は、非球面、シリンドリカル面、トロイダル面、アナモルフィック非球面のいずれかにより形成されている。
３つの光源が１つのパッケージに入れられると、２つの光源は、カップリングレンズの第２面の光軸上に配置できないため、カップリングレンズを透過することにより、非点収差が発生する。また、２つの光は、楔形プリズムの内部で反射することになるため、ここで非点収差が発生する。つまり、３つの光すべてに非点収差発生要因があり、のそ非点収差を低減するために、前記カップリングレンズの前記第１，第２、第３の領域は、非球面、シリンドリカル面、トロイダル面、アナモルフィック非球面のいずれかにより形成される。
【００８０】
前記カップリングレンズは屈折率の異なる複数の材料から形成されている。
前記カップリングレンズの前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域は屈折率の異なる材料で形成されている。
前記カップリングレンズの分割された３領域の有効焦点距離は、５ｍｍ以下とされる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の概要構成図である。
【図２】カップリングレンズの第１面と第２面の曲率中心の位置関係を示す図である。
【図３】従来のカップリングレンズを用いた光学系を示す図である。
【図４】本発明のカップリングレンズを用いた光学系を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る照明装置の概要構成図である。
【図６】第３の実施形態に係る照明装置の概要構成図である。
【図７】第４の実施形態において、カップリングレンズの開口数を説明するための図である。
【図８】第５の実施形態に係る照明装置の概要構成図である。
【図９】放熱の観点からの光源の配置状態を示す図である。
【図１０】第１の領域と第２の領域で焦点距離が異なる場合の設計に基づく照明装置の概要構成図である。
【図１１】第７の実施形態に係る照明装置の概要構成図である。
【図１２】第９の実施形態に係る照明装置の概要構成図である。
【図１３】第１０の実施形態に係るカップリングレンズの概要構成図である。
【図１４】第１０の実施形態にカップリングレンズの他例の概要構成図である。
【図１５】カップリングレンズのＮＡとカップリング効率との関係を示す特性図である。
【図１６】第１２の実施形態に投影型画像表示装置の概要構成図である。
【図１７】走査手段としてのＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【図１８】第１３の実施形態に投影型画像表示装置内蔵の電子機器としての形態電話機の使用状態を示す斜視図である。
【図１９】投影型画像表示装置を車両用ヘッドアップディスプレイに用いた例を示す概要構成図である。
【図２０】投影型画像表示装置を書き込み光学系に用いた例を示す概要構成図である。
【図２１】青、緑、赤の３つの色の光源（半導体レーザ）を同一パッケージに収納した場合の照明装置の概要構成図である。
【図２２】３原色のレーザとＭＥＭＳミラーとから成る走査型プロジェクタの従来例を示す概要構成図である。
【図２３】３色の光源の光をダイクロイックプリズムで合成し、集光レンズで集光する従来例を示す概要構成図である。
【図２４】２ビーム合成プリズムを介して複数の光源からの光を同一光路に合成する従来例を示す概要構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  第１の光源としての赤色ＬＤ
２  第２の光源としての青色ＬＤ
５  カップリングレンズ
５Ａ  第１面
５Ｂ  第２面
６  第１の領域
７  第２の領域
８  第１の領域の曲率中心位置
９  第２の領域の曲率中心位置
１３  光路合成素子としての楔形プリズム
１４  第３の光源（緑色）
１５  第２のカップリングレンズ
３２  第２面の曲率中心位置
７０  電子機器としての携帯電話機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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