(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射されたレーザビームを複数個の変調素子が直線上に列設された空間光変調器上に照明する照明装置であって、
コヒーレント光を出射するための単一の出射部を有するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームの進行方向に対して直交する平面内における一方向をＸ方向とし、前記Ｘ方向と直交する方向をＹ方向としたとき、前記レーザビームをＹ方向においてはコリメートされＸ方向においては発散されたレーザビームとする第１の光学系と、
前記Ｘ方向において発散されたレーザビームを全反射する一対の全反射面を備え、当該一対の全反射面が前記Ｙ方向に平行で、かつ、光学系の光軸に対して対称に配置されたプリズムと、
前記Ｙ方向においては、前記プリズムを通過したレーザビームを前記空間光変調器における変調素子上に集光し、前記Ｘ方向においては、前記プリズムの出射面上に形成されるレーザビームの像を前記空間光変調器における変調素子上に結像する第２の光学系とを備え、
前記プリズムの屈折率をｎ、前記プリズムにおけるレーザビームの入射面から出射面までの光路長をｎＬ、前記Ｘ方向におけるレーザビームの発散点から前記プリズムにおけるレーザビームの入射面までの距離をｄ、前記プリズムにおけるレーザビームの出射面のＸ方向の大きさをＤ、前記Ｘ方向におけるレーザビームの半値半角における発散角をθとしたとき、
［Ｌ＋ｎｄ]≧［ｎＤ／２θ］
で示される式が満たされるとともに、
前記第２の光学系におけるＸ方向の結像倍率をＭ、前記空間光変調器における変調素子の配列方向の画素サイズをΔ、前記レーザ光源から出射されるレーザビームの波長をλとしたとき、
［Δ／Ｍ]＞［λ(Ｌ＋ｎｄ)／ｎＤ]
で示される式が満たされることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記プリズムは、レーザビームの入射面と出射面とが互いに対向する直方体の形状を有する照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、
前記プリズムは、前記一対の全反射面が互いに平行に配置され、レーザビームの入射面から入射したレーザビームを、レーザビームの入射方向および前記Ｙ方向を含む平面と垂直な複数の反射面により、その光路を複数回折り返した後、出射面から出射させる照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光源から出射されたレーザビームを複数個の変調素子が直線上に列設された空間光変調器上に照明する照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような照明装置に使用する光源として、コヒーレント光を出射するための単一の出射部を有するガスレーザ等のレーザ光源を使用した場合においては、次のような照明装置が使用されている。すなわち、このような照明装置においては、レーザ光源から出射されたレーザビームを、シリンドリカルレンズ等のアナモルフィックなレンズを用いた光学系を使用して、空間光変調器における変調素子の列設方向にはレーザビームを発散させた状態で照射し、変調素子の列設方向と直交する方向にはレーザビームを集光するようにして照射することにより、レーザビームを空間光変調器におけるライン状の照明エリアに照射するようにしている。
【０００３】
また、このような照明装置に使用する光源として、レーザビームを出射するエミッタが直線状に複数個列設されたバーレーザを使用した場合においては、次のような照明装置が使用されている。すなわち、このような照明装置においては、バーレーザから出射されたレーザビームを、バーレーザにおける個々のエミッタに対応させて配設された複数のマイクロレンズより成るマイクロレンズアレイを介して、空間光変調器上に重畳して照射するようにしている（例えば、特開平９−２３０２８０号公報、米国特許第５９００９８１号明細書等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者のガスレーザ等のレーザ光源を使用する照明装置においては、レーザ光源から出射されるレーザビームの光量分布と空間光変調器に照射されるレーザビームの光量分布とが同一となる。このため、レーザ光源から出射されるレーザビームがガウシアンビームであった場合には、空間光変調器に照射されるレーザビームの光量分布もガウス分布となり、光量分布の均一性に問題がある。
【０００５】
また、後者のバーレーザを用いた照明装置においては、光量分布に問題はないが、バーレーザにおける個々のエミッタに対応させて配設された複数のマイクロレンズより成るマイクロレンズアレイを使用することから、このマイクロレンズアレイの調整が難しく、また、その製作コストも高価となるという問題がある。また、マイクロレンズアレイの製作や調整の都合上、このような構成を採用する場合には、バーレーザーとして、そのエミッタ数が２０個程度のものしか使用できないことから、十分な出力を有するバーレーザを利用できないという問題も発生する。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、調整が容易でその製作コストも安価でありながら、均一な光量分布を得ることができる照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、レーザ光源から出射されたレーザビームを複数個の変調素子が直線上に列設された空間光変調器上に照明する照明装置であって、コヒーレント光を出射するための単一の出射部を有するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームの進行方向に対して直交する平面内における一方向をＸ方向とし、前記Ｘ方向と直交する方向をＹ方向としたとき、前記レーザビームをＹ方向においてはコリメートされＸ方向においては発散されたレーザビームとする第１の光学系と、前記Ｘ方向において発散されたレーザビームを全反射する一対の全反射面を備え、当該一対の全反射面が前記Ｙ方向に平行で、かつ、光学系の光軸に対して対称に配置されたプリズムと、前記Ｙ方向においては、前記プリズムを通過したレーザビームを前記空間光変調器における変調素子上に集光し、前記Ｘ方向においては、前記プリズムの出射面上に形成されるレーザビームの像を前記空間光変調器における変調素子上に結像する第２の光学系とを備え、前記プリズムの屈折率をｎ、前記プリズムにおけるレーザビームの入射面から出射面までの光路長をｎＬ、前記Ｘ方向におけるレーザビームの発散点から前記プリズムにおけるレーザビームの入射面までの距離をｄ、前記プリズムにおけるレーザビームの出射面のＸ方向の大きさをＤ、前記Ｘ方向におけるレーザビームの半値半角における発散角をθとしたとき、
【０００８】
［Ｌ＋ｎｄ]≧［ｎＤ／２θ］
【０００９】
で示される式が満たされるとともに、前記第２の光学系におけるＸ方向の結像倍率をＭ、前記空間光変調器における変調素子の配列方向の画素サイズをΔ、前記レーザ光源から出射されるレーザビームの波長をλとしたとき、
【００１０】
［Δ／Ｍ]＞［λ(Ｌ＋ｎｄ)／ｎＤ]
【００１１】
で示される式が満たされることを特徴とする
【００１２】
ここで、半値半角とは、レーザビームの強度がピーク値の半分になるときの角度（半角）をいう。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プリズムは、レーザビームの入射面と出射面とが互いに対向する直方体の形状を有する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プリズムは、前記一対の全反射面が互いに平行に配置され、レーザビームの入射面から入射したレーザビームを、レーザビームの入射方向および前記Ｙ方向を含む平面と垂直な複数の反射面により、その光路を複数回折り返した後、出射面から出射させる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の第１実施形態に係る照明装置の平面図であり、図２はその側面図である。なお、図１はＸ−Ｚ平面を、また、図２はＹ−Ｚ平面を示している。
【００１６】
この照明装置は、レーザ光源１１と、第１の光学系を構成するシリンドリカルレンズ１２と、プリズム１３と、第２の光学系１７と、空間光変調器１８とを備える。
【００１７】
レーザ光源１１は、コヒーレント光を出射するための単一の出射部を有するガスレーザから構成される。このレーザ光源１１は、その光量分布がガウス分布をなし、かつ、コリメートされた、空間コヒーレンスが高いレーザビームを、図１および図２に示すＺ方向に出射する。
【００１８】
シリンドリカルレンズ１２は、その母線の方向が図２に示すＹ方向と一致するように配置されており、図１に示すＸ方向にはパワーを有するがＹ方向にはパワーを有さない。このため、図２に示すように、レーザ光源１１から出射されたコリメートされたレーザビームは、Ｙ方向においてはコリメートされた状態を保ったままシリンドリカルレンズ１２を通過する。一方、図１に示すように、レーザ光源１１から出射されたコリメートされたレーザビームは、Ｘ方向においては、一旦集光された後、発散される。
【００１９】
このシリンドリカルレンズ１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザビームを、Ｙ方向においてはコリメートされＸ方向においては発散されたレーザビームとする第１の光学系として機能する。
【００２０】
なお、この実施形態においては、Ｘ方向においては凸レンズとして機能するシリンドリカルレンズ１２を使用し、レーザビームを一旦集光した後発散させているが、Ｘ方向においては凹レンズとして機能するシリンドリカルレンズを使用し、レーザビームを集光させることなく発散させるようにしてもよい。
【００２１】
プリズム１３は、シリンドリカルレンズ１２からのレーザビームの入射面４２と第２の光学系１７へのレーザビームの出射面４３とが互いに対向する直方体の形状を有する。このプリズム１３は、Ｘ方向においてシリンドリカルレンズ１２の作用により発散されたレーザビームを全反射する互いに平行な一対の全反射面４１、４１を備える。このプリズム１３は、一対の全反射面４１、４１がＹ方向および光学系の光軸方向（図１および図２に示すＺ方向）と平行となるように配置されている。すなわち、一対の全反射面４１、４１は、Ｙ−Ｚ平面と平行に配置されていることになる。
【００２２】
図２に示すＹ方向においては、入射面４２からプリズム１３に入射したコリメートされたレーザビームは、コリメートされた状態を保ったまま、出射面４３から出射する。一方、図１に示すＸ方向においては、シリンドリカルレンズ１２の作用によりＸ−Ｚ平面内で発散されたレーザビームは、その一部の成分が一対の全反射面４１、４１において全反射した後、出射面４３から出射する。このとき、一対の全反射面４１、４１は、Ｙ方向および光学系の光軸方向（図１および図２に示すＺ方向）と平行となるように配置されていることから、全反射後もＸ−Ｚ平面内にその光路が維持される。
【００２３】
このため、プリズム１３の出射面４３上においては、Ｙ方向の光量分布は、ガウス分布の状態が維持され、また、Ｘ方向の光量分布は、全反射されたレーザビームと全反射されないレーザビームとが重なり合うことにより均一化された状態となる。
【００２４】
このとき、このプリズム１３は、従来のマイクロレンズアレイに比べ、その調整が極めて容易であり、また、その製作コストも安価となる。
【００２５】
第２の光学系１７は、一対の球面レンズ１４、１５およびシリンドリカルレンズ１６より構成される。一対の球面レンズ１４、１５は、両側テレセントリック光学系を構成する。また、シリンドリカルレンズ１６は、図２に示すＹ方向にはパワーを有するが、図１に示すＸ方向にはパワーを有さない。
【００２６】
このため、図２に示すＹ方向においては、プリズム１３を通過したコリメートされたレーザビームは、両側テレセントリック光学系を構成する一対の球面レンズ１４、１５の作用によりそのビーム径を若干広げられた後、シリンドリカルレンズ１６の作用により空間光変調器１７における変調素子上に集光する。一方、図１に示すＸ方向においては、プリズム１３の出射面４３上に形成されるレーザビームの像は、空間光変調器１８における変調素子上に結像する。
【００２７】
空間光変調器１８は、多数の変調素子をＸ方向に列設した１次元の空間光変調器より構成される。このような空間光変調器１８としては、例えば、回折型ライトバルブやデジタルマイクロミラーを使用することができる。
【００２８】
回折型ライトバルブは、横方向に列設された数千本の細い反射板（リボン）を電気力によって移動させることにより、リボンによって生ずる回折を利用してレーザビームを変調する光変調器（ライトバルブ）である。このような回折型ライトバルブとしては、米国のシリコンライトマシーンズ社製の、ＧＬＶとも呼称されるグレイティングライトバルブ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ：シリコンライトマシーンズ社の商標）が知られている。
【００２９】
図３は、このような回折型ライトバルブ８０の要部を示す斜視図である。なお、図３においては、回折型ライトバルブ８０における１画素分の領域のみを示している。
【００３０】
回折型ライトバルブ８０は、数千本の反射板８１（８１ａ、８１ｂ）を支持台８２上において横方向に列設した構成を有する。これらの反射板８１は、互い違いに配置された固定反射板８１ａと移動反射板８１ｂ（これらを総称する場合には反射板８１という）とから構成される。なお、図３においては、横方向に列設された数千本の反射板８１のうち、６本の反射板８１のみを図示している。
【００３１】
固定反射板８１ａは、その表面の位置が固定された構成となっている。一方、移動反射板８１ｂは、その表面の全長のうちの有効可動領域が印加される駆動信号に応じて下降する構成となっている。そして、３本の固定反射板８１ａと３本の移動反射板８１ｂとから成る６本の反射板８１が一つの変調素子を構成し、１本のレーザビームの変調に使用される。すなわち、一つの変調素子を構成する３本の移動反射板８１ｂは、互いに同期して移動する。
【００３２】
この回折型ライトバルブ８０においては、各移動反射板８１ｂに駆動信号が印加されていない場合には、図３（ａ）に示すように、固定反射板８１ａの表面と移動反射板８１ｂの表面とは、同一平面上に配置されている。この状態で、移動反射板８１ｂに駆動信号が印加された場合には、図３（ｂ）に示すように、移動反射板８１ｂがレーザビームの波長の１／４の距離だけ下降し、反射型の回折格子と同様の作用を奏する。
【００３３】
このため、この回折型ライトバルブ８０においては、移動反射板８１ｂに駆動信号が印加されていない状態においては入射光の０次回折光を反射し、また、移動反射板８１ｂに駆動信号が印加された状態においては入射光の正負の２本の１次回折光および更に高次の回折光を反射することになる。
【００３４】
この回折型ライトバルブ８０の画素サイズは、反射板８１の配列方向（すなわち変調素子の配列方向）においては、一つの変調素子を構成する６本の反射板８１のサイズ（図３に示すΔ）により規定され、これと直交する方向においては、レーザビームの幅により規定されることになる。
【００３５】
デジタルマイクロミラー（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）は、ＤＭＤとも呼称される光変調器であり、数百〜数千個の微小なチルティングミラー（傾斜鏡）を電気的に傾斜させることにより、ミラーで反射するレーザビームの方向を偏向してレーザビームを変調する光変調器である。
【００３６】
図４は、このようなデジタルマイクロミラー９０の要部を示す斜視図である。
【００３７】
このデジタルマイクロミラー９０は、一つの変調素子を構成する微小なチルティングミラー（傾斜鏡）９１を数百〜数千個列設し、このチルティングミラー９１を電気的にその対角線方向を向く軸を中心に傾斜させることにより、チルティングミラー９１で反射するレーザビームの方向を偏向してレーザビームを変調する光変調器である。なお、図４においては、数百〜数千個のチルティングミラー９１のうち、５個のチルティングミラー９１のみを図示している。
【００３８】
このデジタルマイクロミラー９０においては、各チルティングミラー９１に駆動信号が印加されていない場合には、図４（ａ）に示すように、各チルティングミラー９１は同一平面上に配置されており、レーザビームは正反射する。一方、チルティングミラー９１に駆動信号が印加された場合には、図４（ｂ）に示すように、各チルティングミラー９１が駆動信号に応じて傾斜し、レーザビームを所定の角度をもって反射する。
【００３９】
このデジタルマイクロミラー９０の画素サイズは、一つの変調素子を構成するチルティングミラー９１のサイズ（チルティングミラー９１配列方向においては図４に示すΔ）により規定される。
【００４０】
次に、上記の照明装置において、プリズム１３より出射されるレーザビームの光量分布について検討する。図５は、プリズム１３より出射されるレーザビームの光量分布等を説明するための説明図である。なお、説明の便宜上、レーザビームは、プリズム１３の入射面４２に入射してから出射面４３より出射するまでの間に、１回のみ全反射することとする。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ１２の作用により発散するレーザビームの発散点をＰとし、屈折率がｎのプリズム１３で屈折された後のプリズム１３から見た発散点をＰ０とする。プリズム１３内で全反射した後のレーザビームの見た目上の発散点をＰ１、Ｐ２とした場合、これらの発散点Ｐ１、Ｐ２は全反射面４１に対して発散点Ｐ０の鏡像の関係となる。
【００４２】
プリズム１３の出射面４３のＸ方向の大きさをＤとした場合、発散点Ｐ０とプリズム１３の全反射面４１との間隔はＤ／２であるため、発散点Ｐ０と発散点Ｐ１との間および発散点Ｐ０と発散点Ｐ２との間の距離は、プリズム１３の出射面４３のＸ方向の大きさＤと等しくなる。また、プリズム１３のＺ方向の大きさをＬ、発散点Ｐからプリズム１３の入射面までの距離をｄとした場合、発散点Ｐ０からプリズム１３の出射面４３までの距離はＬ＋ｎｄとなる。
【００４３】
そして、プリズム１３の出射面４３における光量分布は、上記の位置関係にある発散点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２から出射されたレーザビームが重なり合った場合と同様の光量分布になる。
【００４４】
ここで、図１および図２に示すレーザ光源１１は、上述したように、その光量分布がガウス分布をなすレーザビームを出射することから、シリンドリカルレンズ１２の作用により発散するレーザビームもガウス分布をなす。従って、プリズム１３の出射面４３における光量分布は、図５（ｂ）に示すように、３個の発散点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２から発散したガウス分布をなすレーザビームが互いに重なり合ったものと等価となる。
【００４５】
ところで、上述したように、レーザ光源１１は、空間コヒーレンスが高いレーザビームを出射することから、プリズム１３の出射面４３における光量分布は、図５（ｃ）に示すように、包絡線Ｈがガウシアン形状同士を足し合わせた形状で、かつ、各発散点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２からの光路差によって生ずる干渉縞の構造を持つことになる。
【００４６】
そして、発散点Ｐ０と発散点Ｐ１および発散点Ｐ０と発散点Ｐ２によって形成される干渉縞は、ヤングの干渉縞と同等の系とみなせることから、図５（ａ）に示す干渉縞の縞間隔δは、屈折率ｎによる光路長の延びを考慮して、下記の式（１）で表すことができる。
【００４７】
δ＝［λ(Ｌ＋ｎｄ)／ｎＤ］・・・・・（１）
【００４８】
ところで、５（ｃ）に示すような光量分布を有するレーザビームを空間光変調素子１８の照明に利用するためには、光量分布の均一性の確保と干渉縞の影響の抑制とを両立させる必要がある。
【００４９】
光量分布の均一性を得るためには、図５（ｃ）に示す包絡線Ｈが均一（フラット）であることが好ましい。この包絡線Ｈの均一性はガウシアン形状の重なり具合に依存する。そして、本発明者の計算によると、ガウシアン形状のピーク値の５０％となる位置で互いに重なり合えば、包絡線Ｈは１０％以下の均一性を得ることができる。発散点Ｐから発散するレーザビームの角度に対する強度分布を考慮し、レーザビームの発散角（半値半角）をθとした場合、この条件を満たすためには、下記の式（２）を満足することが必要となる。
【００５０】
［Ｌ＋ｎｄ]≧［ｎＤ／２θ］・・・・・（２）
【００５１】
なお、ここでは、θが微小角度であるときには、下記の近似式（３）が成立することを前提としている。
【００５２】
ｔａｎθ≒θ≒ｓｉｎθ・・・・・（３）
【００５３】
なお、上記式（２）における等号条件は、半値のレーザビーム（その強度がピーク値の半分になったレーザビーム）がプリズム１３における出射面４３のＸ方向の両端部に到達する条件である。等号条件よりプリズム１３のＺ方向の大きさをＬを大きくした場合には、レーザビームが互いに重なる効果が増加し、均一性がさらに向上する。
【００５４】
また、干渉縞の影響を抑制するためには、図３および図４に示す空間光変調器１８（回折型ライトバルブ８０またはデジタルマイクロミラー９０）の変調素子の配列方向の画素サイズΔ内に、干渉縞が１周期以上入るようにすればよい。このため、上述した式（１）を考慮すると、第２の光学系１７におけるＸ方向の結像倍率をＭとしたとき、下記の式（４）を満足することが必要となる。
【００５５】
［Δ／Ｍ]＞［λ(Ｌ＋ｎｄ)／ｎＤ]・・・・・（４）
【００５６】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図６はこの発明の第２実施形態に係る照明装置の平面図であり、図７はその側面図である。なお、図６はＸ−Ｚ平面を、また、図７はＹ−Ｚ平面を示している。
【００５７】
上述した第１実施形態においては、コヒーレント光を出射するための単一の出射部を有するガスレーザから構成されるレーザ光源１１を使用しているのに対し、この第２実施形態においては、発散するレーザビームを出射する半導体レーザからなるレーザ光源２１を使用している。また、上述した第１実施形態においては、第１の光学系としてＸ方向にはパワーを有するがＹ方向にはパワーを有さないシリンドリカルレンズ１２を使用しているのに対し、この第２実施形態においては、Ｙ方向にはパワーを有するがＸ方向にはパワーを有さないシリンドリカルレンズ２２を使用している。なお、上述した第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
この第２実施形態においては、図６に示すように、レーザ光源２１から出射された発散するレーザビームは、Ｘ方向においては、発散状態を保ったままシリンドリカルレンズ２２を通過し、プリズム１３の入射面４２に入射する。一方、図７に示すように、レーザ光源２１から出射された発散するレーザビームは、Ｙ方向においては、シリンドリカルレンズ２２の作用により、コリメートされた状態となってプリズム１３の入射面４２に入射する。
【００５９】
このシリンドリカルレンズ２２は、レーザ光源２１から出射されたレーザビームを、Ｙ方向においてはコリメートされＸ方向においては発散されたレーザビームとする第１の光学系として機能する。
【００６０】
このような構成を採用した場合においても、第１実施形態の場合と同様、上述した式（２）を満足することにより、光量分布の均一性を得ることができる。また、レーザ光源２１がシングルモードで発振する場合には、上述した式（４）を満足することにより、干渉縞の影響を抑制することができる。なお、レーザ光源がマルチモードで発振する場合には、式（４）を考慮する必要はない。
【００６１】
次に、この発明のさらに他の実施形態について説明する。図８および図１０はこの発明の第３実施形態に係る照明装置の平面図であり、図９はその側面図である。なお、図８および図１０はＸ−Ｚ平面を、また、図９はＹ−Ｚ平面を示している。また、図８は一つのエミッタから出射されたレーザビームに着目した図であり、図１０は複数のエミッタから出射されたレーザビームに着目した図となっている。
【００６２】
上述した第２実施形態においては、発散するレーザビームを出射する半導体レーザからなるレーザ光源２１を使用しているのに対し、この第３実施形態においては、レーザビームを出射するエミッタがＸ方向に複数個列設された半導体レーザの一種であるバーレーザからなるレーザ光源３１を使用している。なお、上述した第１実施形態または第２実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
この第３実施形態においては、図８に示すように、レーザ光源３１における一つのエミッタから出射された発散するレーザビームは、Ｘ方向においては、発散状態を保ったままシリンドリカルレンズ２２を通過し、プリズム１３の入射面４２に入射する。一方、図９に示すように、レーザ光源３１における一つのエミッタから出射された発散するレーザビームは、Ｙ方向においては、シリンドリカルレンズ２２の作用により、コリメートされた状態となってプリズム１３の入射面４２に入射する。従って、各々のエミッタに着目した場合においては、上述した第２実施形態の場合と同様に作用することになる。
【００６４】
また、この第３実施形態においては、図１０に示すように、複数のエミッタから出射されたレーザビームが互いに重なり合う。このため、第１、第２実施形態の場合と同様の、全反射されたレーザビームと全反射されないレーザビームとが重なり合うことによる均一化の効果に加え、互いに異なるエミッタから出射されたレーザビームが互いに重なり合うことによる均一化の効果をも奏することになる。
【００６５】
このとき、レーザ光源３１におけるエミッタ間の光量のバラツキや不良エミッタの影響を考慮すると、上述した第１、第２実施形態の場合と同様、上述した式（２）を満足することにより、光量分布の均一性を得ることができる。なお、この第３実施形態の場合には、複数のレーザビームが互いに重なり合うため、式（４）を考慮する必要はない。
【００６６】
なお、この第３実施形態においては、各エミッタから出射されたレーザビームが有効にプリズム１３内に入射できるようにするため、プリズム１３の出射面４３のＸ方向の大きさＤを、レーザ光源３１におけるエミッタ領域のＸ方向の大きさより大きくすることが好ましい。
【００６７】
上述した第１、第２、第３実施形態においては、いずれも、全反射面４１をＹ方向およびＺ方向と平行（すなわち、Ｙ−Ｚ平面と平行）なものとして説明しているが、これらの全反射面４１は光学系の光軸に対して対称に配置されていればよい。すなわち、これらの全反射面４１は、Ｙ方向と平行であれば、光学系の光軸方向（Ｚ方向）に対して、互いに反対方向に同一の角度だけ傾斜していてもよい。
【００６８】
次に、この発明のさらに他の実施形態について説明する。図１１はこの発明に係る照明装置に採用されるプリズムの他の実施形態を示す概要図である。なお、図１１はＹ−Ｚ平面を示している。
【００６９】
上述した第１、第２、第３実施形態においては、レーザビームの入射面と出射面とが互いに対向する直方体の形状を有するプリズム１３を使用している。これに対し、図１１に示す実施形態においては、レーザビームの入射面５２から入射したレーザビームを、Ｚ方向（レーザビームの入射方向）およびＹ方向を含む平面と垂直な複数の反射面により、その光路を複数回折り返した後、出射面５３から出射させるプリズム６１、６２、６３を使用している。
【００７０】
すなわち、図１１（ａ）に示すプリズム６１は、上述したプリズム１３と同様、Ｙ方向および光学系の光軸方向（Ｚ方向）と平行となるように配置された一対の全反射面５１を有する。このプリズム６１においては、レーザビームの入射面５２から入射したレーザビームは、Ｚ方向およびＹ方向を含む平面と垂直な２枚の反射面により、その光路が２回折り返された後、出射面５３から出射する。
【００７１】
また、図１１（ｂ）に示すプリズム６２は、上述したプリズム１３、６１と同様、Ｙ方向および光学系の光軸方向（Ｚ方向）と平行となるように配置された一対の全反射面５１を有する。このプリズム６２においては、レーザビームの入射面５２から入射したレーザビームは、Ｚ方向およびＹ方向を含む平面と垂直な４枚の反射面により、その光路が４回折り返された後、出射面５３から出射する。
【００７２】
さらに、図１１（ｃ）に示すプリズム６３は、上述したプリズム１３、６１、６２と同様、Ｙ方向および光学系の光軸方向（Ｚ方向）と平行となるように配置された一対の全反射面５１を有する。このプリズム６３においては、レーザビームの入射面５２から入射したレーザビームは、Ｚ方向およびＹ方向を含む平面と垂直な２枚の反射面により、その光路を２回折り返された後、出射面５３から出射する。
【００７３】
第１、第２、第３実施形態における直方体の形状を有するプリズム１３は、プリズム自体の加工が容易で、そのコストを安価なものとすることができる。これに対し、図１１に示すプリズム６１、６２、６３は、入射面５２と出射面５３との間隔を小さく維持したまま、入射面５２から出射面５３までの光学的な距離を大きくとることができることから、照明装置全体をコンパクトに構成することが可能となる。
【００７４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、照影装置の調整が容易でその製作コストも安価でありながら、空間光変調器上で均一な光量分布を得ることが可能となる。また、コヒーレント光を出射するための単一の出射部を有するレーザ光源を使用した場合においても、干渉縞の影響を抑制することが可能となる。
【００７５】
請求項２に記載の発明によれば、プリズムの加工が容易となり、そのコストを安価なものとすることができる。
【００７６】
請求項３に記載の発明によれば、プリズムの入射面と出射面との間隔を小さく維持したまま、入射面から出射面までの光学的な距離を大きくとることができることから、照明装置全体をコンパクトに構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る照明装置の側面図である。
【図３】回折型ライトバルブ８０の要部を示す斜視図である。
【図４】デジタルマイクロミラー９０の要部を示す斜視図である。
【図５】プリズム１３より出射されるレーザビームの光量分布等を説明するための説明図である。
【図６】この発明の第２実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係る照明装置の側面図である。
【図８】この発明の第３実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る照明装置の側面図である。
【図１０】この発明の第３実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図１１】この発明に係る照明装置に採用されるプリズムの他の実施形態を示す概要図である。
【符号の説明】
１１      レーザ光源
１２      シリンドリカルレンズ
１３      プリズム
１４      球面レンズ
１５      球面レンズ
１６      シリンドリカルレンズ
１７      第２の光学系
１８      空間光変調器
２１      レーザ光源
２２      シリンドリカルレンズ
３１      レーザ光源
４１      全反射面
４２      入射面
４３      出射面
５１      全反射面
５２      入射面
５３      出射面
６１      プリズム
６２      プリズム
６３      プリズム
８０      回折型ライトバルブ
９０      デジタルマイクロミラー
Ｈ       包絡線
【図１】
0003607604.tif 000002
【図２】
0003607604.tif 000003
【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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