(57)【要約】【課題】照明対象を、均一性よく照明することができる照明装置を提供する。【解決手段】本発明に係る照明装置１００は、複数の発光部１６を有する光源１０と、複数の発光部１６から射出される光束の角度分布を変換する角度分布変換素子３０と、角度分布変換素子３０から射出される光束が入射するインテグレーター４０と、を含み、インテグレーター４０の入射面４２には、複数の発光部１６の互いに隣り合う４つの発光部１６から射出される光束の入射面４２における中心に対応して、４つの光強度極大点が設けられ、角度分布変換素子３０は、入射面４２上の４つの光強度極大点によって囲まれる領域において、光強度が最大となる位置の光強度ＩＭＡＸに対する、光強度が最小となる位置の光強度ＩＭＩＮの比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が、０．３以上となるように、複数の発光部１６から射出される光束の角度分布を変換する。【選択図】図１
2014132301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光部を有する光源と、
前記複数の発光部から射出される光束の角度分布を変換する角度分布変換素子と、
前記角度分布変換素子から射出される光束が入射するインテグレーターと、
を含み、
前記インテグレーターの入射面には、前記複数の発光部の互いに隣り合う４つの発光部から射出される光束の前記入射面における中心に対応して、４つの光強度極大点が設けられ、
前記角度分布変換素子は、前記入射面上の前記４つの光強度極大点によって囲まれる領域において、光強度が最大となる位置の光強度ＩＭＡＸに対する、光強度が最小となる位置の光強度ＩＭＩＮの比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が、０．３以上となるように、前記複数の発光部から射出される光束の角度分布を変換する、ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
複数の発光部を有する光源と、
前記複数の発光部から射出される光束の角度分布を変換する角度分布変換素子と、
前記角度分布変換素子から射出される光束が入射するインテグレーターと、
を含み、
前記インテグレーターの入射面には、前記複数の発光部から射出される光束の前記入射面における中心に対応して、複数の光強度極大点が設けられ、
前記複数の光強度極大点は、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に配列し、
前記角度分布変換素子は、前記入射面において、前記第１方向および前記第２方向よりも、前記第１方向および前記第２方向と異なる第３方向に、光束の分布が広がるように前記複数の発光部から射出される光束の各々の角度分布を変換する、ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記第３方向は、前記第１方向および前記第２方向に対して、４５°傾いている、ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記角度分布変換素子は、前記光源側に突出する複数の突起部を有し、
前記複数の突起部の各々は、
前記角度分布変換素子に入射する光束の入射方向に対して傾斜している側面と、
前記側面に接続された底面と、
を有し、
前記複数の発光部から射出される光束は、中心が前記底面の角部に重なるように、前記角度分布変換素子に入射する、ことを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源と前記角度分布変換素子との間に設けられ、前記複数の発光部から射出される光束を集光する集光レンズアレイを、さらに含む、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記インテグレーターは、第１レンズアレイと、第２レンズアレイと、を有し、
前記第１レンズアレイを構成する複数のレンズセルと、前記第２レンズアレイを構成する複数のレンズセルとは、互いに対をなして設けられている、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源は、スーパールミネッセントダイオードを含んで構成されている、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を、画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、ことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの照明光を液晶ライトバルブやマイクロミラーデバイス等の光変調装置で変調し、変調された光をスクリーン等に投射することで画像表示を行うプロジェクターが実用化されている。
【０００３】
プロジェクターの光源としては、従来から高輝度放電ランプが主に用いられてきたが、近年では長寿命化や高い光利用効率を期待できる半導体発光素子の利用が検討されている。しかし、現状の半導体発光素子では得られる光量が少ないため、高輝度プロジェクターの光源として用いる場合には、十分な光量を得るために複数の半導体発光素子をアレイ化して用いる必要がある。半導体発光素子を２次元状に配置してなるアレイ光源から射出された光束群は、発光素子に対応する光束がアレイ状に配置したアレイ光束となる。
【０００４】
一方、光変調素子を明るさムラなく均一に照明するための光学系として、一対のレンズアレイやロッドレンズを用いたインテグレーター照明系が実用化されている。例えば、特許文献１には、アレイ光源の各発光部から射出された光束をシリンダーレンズで平行化し、平行光束を複数のレンズを備えたフライアイレンズ対で分割した後、重畳することにより、照明対象（例えば光変調装置）を均一に照明する光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４８９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、大部分の半導体発光素子から射出される光は、ガウシアン形状あるいは疑似ガウシアン形状の光強度分布を有している。そのため、光束中心部で光強度は最大であり、中心から離れるに従って指数関数的に光強度は低下する。また、光束の断面形状は略円形あるいは略楕円形であり、空間を隙間なく充填できる形状（例えば、矩形や六角形状）ではない。したがって、例えば特許文献１に記載されているようなアレイ光源によって得られるアレイ光束は、単光束およびアレイ光束の両方において、光束断面の強度分布に不均一性が存在することがある。
【０００７】
強度分布に不均一性を有するアレイ光束に対して、レンズアレイ方式のインテグレーター光学系を適用して均一な強度分布の照明光束を得ようとする場合には、レンズアレイを構成するレンズセルを微小化し、レンズアレイ数を多数化する必要がある。あるいは、ロッドレンズ方式のインテグレーター光学系の場合には、光束の伝達方向にロッドレンズを長尺化する必要がある。
【０００８】
しかしながら、前者の場合には、製造精度の制約からレンズセルの微細化に伴ってレンズセルにおける有効開口率が低下するためインテグレーター光学系における光利用効率は低下する、さらに微細なレンズセルを備えたレンズアレイを精度良く且つ低コストで作製することは極めて難しい、等の問題がある。また、後者の場合にも、長尺のロッドレンズを必要とするため、光学系の小型化と低コスト化が難しい等の問題がある。
【０００９】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、照明対象を、均一性よく照明することができる照明装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記照明装置を含むプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る照明装置は、
複数の発光部を有する光源と、
前記複数の発光部から射出される光束の角度分布を変換する角度分布変換素子と、
前記角度分布変換素子から射出される光束が入射するインテグレーターと、
を含み、
前記インテグレーターの入射面には、前記複数の発光部の互いに隣り合う４つの発光部から射出される光束の前記入射面における中心に対応して、４つの光強度極大点が設けられ、
前記角度分布変換素子は、前記入射面上の前記４つの光強度極大点によって囲まれる領域において、光強度が最大となる位置の光強度ＩＭＡＸに対する、光強度が最小となる位置の光強度ＩＭＩＮの比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が、０．３以上となるように、前記複数の発光部から射出される光束の角度分布を変換する。
【００１１】
このような照明装置によれば、照明対象を、均一性よく照明することができる。
【００１２】
本発明に係る照明装置は、
複数の発光部を有する光源と、
前記複数の発光部から射出される光束の角度分布を変換する角度分布変換素子と、
前記角度分布変換素子から射出される光束が入射するインテグレーターと、
を含み、
前記インテグレーターの入射面には、前記複数の発光部から射出される光束の前記入射面における中心に対応して、複数の光強度極大点が設けられ、
前記複数の光強度極大点は、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に配列し、
前記角度分布変換素子は、前記入射面において、前記第１方向および前記第２方向よりも、前記第１方向および前記第２方向と異なる第３方向に、光束の分布が広がるように前記複数の発光部から射出される光束の各々の角度分布を変換する。
【００１３】
このような照明装置によれば、角度分布変換素子は、４つの光強度極大点によって囲まれる領域において、光強度が最大となる位置の光強度ＩＭＡＸに対する、光強度が最小となる位置の光強度ＩＭＩＮの比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が、０．３以上となるように、複数の発光部から射出される光束の角度分布を変換することができる。そのため、このような照明装置によれば、照明対象を、均一性よく照明することができる。
【００１４】
本発明に係る照明装置において、
前記第３方向は、前記第１方向および前記第２方向に対して、４５°傾いていてもよい。
【００１５】
このような照明装置によれば、照明対象を、均一性よく照明することができる。
【００１６】
本発明に係る照明装置において、
前記角度分布変換素子は、前記光源側に突出する複数の突起部を有し、
前記複数の突起部の各々は、
前記角度分布変換素子に入射する光束の入射方向に対して傾斜している側面と、
前記側面に接続された底面と、
を有し、
前記複数の発光部から射出される光束は、中心が前記底面の角部に重なるように、前記角度分布変換素子に入射してもよい。
【００１７】
このような照明装置によれば、照明対象を、均一性よく照明することができる。
【００１８】
本発明に係る照明装置において、
前記光源と前記角度分布変換素子との間に設けられ、前記複数の発光部から射出される光束を集光する集光レンズアレイを、さらに含んでいてもよい。
【００１９】
このような照明装置によれば、複数の発光部から射出される光束の各々は、コリメート光束に変換されることができる。
【００２０】
本発明に係る照明装置において、
前記インテグレーターは、第１レンズアレイと、第２レンズアレイと、を有し、
前記第１レンズアレイを構成する複数のレンズセルと、前記第２レンズアレイを構成する複数のレンズセルとは、互いに対をなして設けられていてもよい。
【００２１】
このような照明装置によれば、照明対象を、よりいっそう均一性よく照明することができる。
【００２２】
本発明に係る照明装置において、
前記光源は、スーパールミネッセントダイオードを含んで構成されていてもよい。
【００２３】
このような照明装置によれば、光源は、レーザー発振を防止することができ、レーザーダイオードに比べて、スペックルノイズを低減することができる。
【００２４】
本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る照明装置と、
前記照明装置から射出された光を、画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
【００２５】
このようなプロジェクターによれば、本発明に係る照明装置を含むため、輝度むらや色むらを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。
【図２】本実施形態に係る照明装置の光源を模式的に示す図。
【図３】本実施形態に係る照明装置の光源を模式的に示す斜視図。
【図４】本実施形態に係る照明装置の集光レンズアレイから射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図５】本実施形態に係る照明装置の集光レンズアレイから射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図６】本実施形態に係る照明装置の集光レンズアレイから射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図７】本実施形態に係る照明装置の角度分布変換素子の拡散特性を模式的に示す図。
【図８】本実施形態に係る照明装置の角度分布変換素子から射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図９】本実施形態に係る照明装置の角度分布変換素子から射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図１０】本実施形態に係る照明装置の角度分布変換素子から射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図１１】本実施形態に係る照明装置におけるシミュレーションの結果を示す図。
【図１２】本実施形態に係る照明装置におけるシミュレーションの結果を示す図。
【図１３】本実施形態に係る照明装置におけるシミュレーションの結果を示す図。
【図１４】本実施形態に係る照明装置におけるシミュレーションの結果を示す図。
【図１５】本実施形態の第１変形例に係る照明装置の角度分布変換素子を模式的に示す図。
【図１６】本実施形態の第１変形例に係る照明装置の角度分布変換素子を模式的に示す断面図。
【図１７】本実施形態の第２変形例に係る照明装置を模式的に示す図。
【図１８】本実施形態の第２変形例に係る照明装置の集光レンズアレイから射出される光束の強度分布を示す図。
【図１９】本実施形態の第２変形例に係る照明装置の光束分割素子を模式的に示す断面図。
【図２０】本実施形態の第２変形例に係る照明装置の光束分割素子から射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図２１】本実施形態の第２変形例に係る照明装置の光束分割素子から射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図２２】本実施形態の第２変形例に係る照明装置の光束分割素子から射出される光束の強度分布を模式的に示す図。
【図２３】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２８】
１．  照明装置
まず、本実施形態に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る照明装置１００を模式的に示す図である。図２は、本実施形態に係る照明装置１００の光源１０を模式的に示す図であって、Ｚ軸方向から見た図である。図３は、本実施形態に係る照明装置１００の光源１０の一部を模式的に示す斜視図である。なお、図１〜図３および以下に示す図では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。また、本実施形態では、Ｘ軸に平行な方向をＸ軸方向（第１方向）、Ｙ軸に平行な方向をＹ軸方向（第２方向）、Ｚ軸に平行な方向をＺ軸方向という。
【００２９】
照明装置１００は、図１〜図３に示すように、光源１０と、角度分布変換素子３０と、インテグレーター４０と、を含む。さらに、照明装置１００は、集光レンズアレイ２０と、フィールドレンズ８０と、を含むことができる。
【００３０】
光源１０は、図２に示すように、支持基板１２と、発光素子１４と、を含むことができる。
【００３１】
支持基板１２は、発光素子１４を支持している。支持基板１２の材質は、例えば、銅、アルミニウムである。
【００３２】
発光素子１４は、複数設けられ、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向にマトリックス状に（２次元アレイ状に）配列されている。図示の例では、発光素子１４は、４×４（Ｘ軸方向に４列、Ｙ軸方向に４列）のマトリックス状に配列されていが、その数は、特に限定されない。
【００３３】
発光素子１４としては、例えば、ＬＤ（レーザーダイオード）、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード、有機ＥＬ）を用いることができる。スーパールミネッセントダイオードは、レーザー発振を防止することができ、レーザーダイオードに比べて、スペックルノイズを低減することができる。
【００３４】
発光素子１４は、発光部１６を有している。図２に示す例では、発光部１６は、１つの発光素子１４において、１つ設けられている。発光部１６は、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に等間隔（Ｄｘ＝Ｄｙ）でマトリックス状に配列されている。すなわち、光源は、複数の発光部１６を有している。
【００３５】
なお、図示はしないが、１つの発光素子１４に複数の発光部１６が設けられていてもよい。また、発光部１６の配列形態は、マトッリクス配列に限定されず、例えば、Ｙ軸方向における１列目（最も＋Ｙ軸方向に位置する発光部１６の列）において隣り合う発光部１６を結ぶ線分の中点から−Ｙ軸方向に、Ｙ軸方向における２列目の発光部１６が位置する、デルタ配列であってもよい。また、発光部１６は、ランダムに配置されていてもよい。
【００３６】
光源１０は、発光部１６から光束を射出する。発光部１６から射出される光束の射出方向（例えば、発光部１６から射出される光束を構成する光線のうち、最も光強度が大きい光線の進む方向）は、Ｚ軸方向である。
【００３７】
発光部１６から射出される光束は、図３に示すように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで射出角度範囲が異なる楕円断面形状または略楕円断面形状を有している。図示の例では、発光部１６から射出される光束は、Ｙ軸に沿う長軸とＸ軸に沿う短軸とを備えた楕円断面形状を有している。
【００３８】
集光レンズアレイ２０には、図１に示すように、複数の発光部１６から射出される光束が入射する。集光レンズアレイ２０は、光源１０と角度分布変換素子３０との間に設けられている。集光レンズアレイ２０は、複数のレンズセル２２によって構成されている。レンズセル２２は、発光部１６に対応して設けられ、例えば、マトリックス状に配列されている。レンズセル２２は、Ｚ軸方向に並ぶ複数のレンズによって構成されていても良く、また、Ｙ軸方向にのみ集光性を有するシリンドリカルレンズであってもよい。集光レンズアレイ２０は、発光部１６から射出される光束を、集光することができ、例えばコリメート光束に変換することができる。さらに、集光レンズアレイ２０は、例えば、発光部１６から射出される楕円断面形状の光束を、円形断面形状または略円形断面形状の光束に変換することができる。なお、図示はしないが、集光レンズアレイ２０は、複数設けられ、Ｚ軸方向に配列されていてもよい。
【００３９】
図４〜図６は、集光レンズアレイ２０から射出される光束（光束群）の強度分布を模式的に示す図であり、例えば角度分布変換素子３０の入射面３２における強度分布を示す図である。なお、図５は、図４に示すＡ１−Ａ２線の強度を示している。図６は、図４に示すＡ３−Ａ４線の強度を示している。
【００４０】
光源１０の発光部１６は、図２に示すように、マトリックス状に配列されている。そのため、集光レンズアレイ２０から射出される光束群は、図４に示すように、発光部１６に対応して、マトリックス状に配列された複数の光束（例えばコリメート光束）によって構成されている。集光レンズアレイ２０から射出される光束群における強度分布において、各光束の中心Ｃで光強度は最大となり、各光束の中心Ｃから離れるに従って、光強度は小さくなる。すなわち、集光レンズアレイ２０から射出される光束群における強度分布には、複数の発光部１６から射出される光束の中心Ｃに対応して、複数の光強度極大点Ｃが存在する。そのため、集光レンズアレイ２０から射出される光束群の強度分布において、隣り合う光束の中心Ｃの間には、光強度の小さい領域が存在する。特に中心Ｃから、第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１および第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２の各々に対してと４５°傾く第３方向には、光強度が最小となる領域２が存在する。このように、集光レンズアレイ２０から射出される光束群は、強度分布に著しい不均一性が存在している。なお、図４においては、円形の輪郭線を用いて光束の断面形状を描いているが、この輪郭線は光束の強度分布がゼロとなる領域を明確に示すものではなく、強度がかなり小さくなる領域を示している。したがって、図では、隣接する２つの光束は接点を伴って隣接する様に描いているが、実際には、隣接する光束は強度がかなり小さい領域において互いに重なった状態となっている。この点については、光束の強度分布を示す他の図においても同様である。
【００４１】
なお、図４〜図６に示す光束の強度分布は、角度分布変換素子３０によって角度分布を変換しない場合の、インテグレーター４０の入射面４２における強度分布とみなすことができる。
【００４２】
角度分布変換素子３０には、図１に示すように、集光レンズアレイ２０から射出される光束が入射する。角度分布変換素子３０は、集光レンズアレイ２０から入射した光束の角度分布を変換して射出することができる。
【００４３】
図７は、角度分布変換素子３０の拡散特性を模式的に示す図であり、角度分布変換素子３０の入射面３２に垂直に入射した光が同素子から射出される方向と、その強度分布を示している。角度分布変換素子３０は、入射する光束に対して所望の角度分布を付与して射出することができる光学素子であり、例えば、図７に示すように、拡散方向が等方的でなく異方性を有する拡散素子である。角度分布変換素子３０としては、例えば、ホログラム素子や回折光学素子を用いる。角度分布変換素子３０は、光束の射出方向を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と異なる第３方向Ｄ３に分散させることができる。図示の例では、第３方向Ｄ３は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各々に対して４５°傾いた方向である。より具体的には、角度分布変換素子３０は、図４に示すように、集光レンズアレイ２０から射出される光束において、第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１および第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２よりも、第３方向Ｄ３に大きく分散させるような拡散特性を有している。このように、角度分布変換素子３０は、光の進行方向を分散させることにより、光強度の大きい領域から光強度の小さい領域に光束を振り向けて（振り分けて）、射出光束の強度分布の平準化を図ることができる。
【００４４】
インテグレーター４０には、図１に示すように、角度分布変換素子３０から射出される光束が入射する。
【００４５】
図８〜図１０は、角度分布変換素子３０から射出される光束（光束群）の、インテグレーター４０の入射面４２における強度分布を模式的に示す図である。なお、図９は、図８に示すＢ１−Ｂ２線の強度を示している。図１０は、図８に示すＢ３−Ｂ４線の強度を示している。
【００４６】
角度分布変換素子３０は、上述のような拡散特性を有している。そのため、角度分布変換素子３０は、入射面４２において、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２よりも第３方向Ｄ３に、光束の分布が広がるように、集光レンズアレイ２０から射出される光束の各々の角度分布を変換することができる。
【００４７】
図８に示すように、入射面４２に入射する光束の角度分布には、複数の発光部１６から射出される光束（より具体的には集光レンズアレイ２０から射出される光束）の入射面４２における中心Ｃに対応して、複数の光強度極大点Ｃが存在している。例えば、４つの光強度極大点Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄは、複数の発光部１６の互いに隣り合う４つの発光部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ（図２参照）から射出される光束の入射面４２における中心Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄに対応している。また、光源１０の発光部１６は、図２に示すように、マトリックス状に配列されている。そのため、複数の光強度極大点Ｃは、マトリックス状にＸ軸方向およびＹ軸方向に配列している。ここで、４つの光強度極大点Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄによって囲まれる領域４４を設定でき、図示の例では、領域４４の形状は、正方形である。
【００４８】
これにより、後述する比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）は、０．３以上となり、インテグレーター４０の入射面４２に入射する光束の強度分布（図８〜図１０参照）は、角度分布変換素子３０の入射面３２に入射する光束の強度分布（図４〜図６参照）に比べて、平準化されることができる。
【００４９】
なお、本実施形態において、「互いに隣り合う４つの発光部」とは、２つの発光部の間に他の発光部が存在しない、４つの発光部のことをいう。例えば、４つの発光部が一直線上に並んでいる場合のように、２つの発光部の間に他の発光部が存在する場合は、「互いに隣り合う４つの発光部」ではない。また、４つの発光部に囲まれた領域内に、他の発光部が存在する場合は、「互いに隣り合う４つの発光部」ではない。図２に示す例では、４つの発光部に囲まれた領域は、四角形（より具合的には正方形）をなしている。
【００５０】
また、本実施形態において、「光強度極大点」とは、光強度をグラフで表した場合の、山の頂点であり、必ずしも光強度が最も大きい点（最大点）でなくてもよい。
【００５１】
角度分布変換素子３０は、上述のような拡散特性を有することにより、領域４４において、光強度が最大となる位置の光強度ＩＭＡＸに対する、光強度が最小となる位置の光強度ＩＭＩＮの比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）を定義すると、その比が、０．３以上となるように、集光レンズアレイ２０からインテグレーター４０に入射する光束の角度分布を変換することができる。比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）は強度分布における強度むらの程度を示しており、この数値が１に近いほど、インテグレーター４０を備えた照明装置１００は、照明対象９０を、均一性よく照明することができる。
【００５２】
図８〜図１０に示す例では、領域４４において、光強度が最大となる位置は、光強度極大点Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄである。また、領域４４において、光強度が最小となる位置は、光強度極大点Ｃａ，Ｃｂを結ぶ線分の中点Ｍａ、光強度極大点Ｃｂ，Ｃｃを結ぶ線分の中点Ｍｂ、光強度極大点Ｃｃ，Ｃｄを結ぶ線分の中点Ｍｃ、光強度極大点Ｃａ，Ｃｄを結ぶ線分の中点Ｍｄ、および光強度極大点Ｃｂ，Ｃｄを結ぶ線分の中点Ｍｅを含む領域である。
【００５３】
なお、領域４４において、比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が、０．３以上であれば、光強度が最大となる位置は、特に限定されず、光強度極大点Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄのうちのいずれか１点でもよいし、光強度極大点Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄではない点であってもよい。また、光強度が最小となる位置は、特に限定されず、例えば、光強度極大点Ｃｂ，Ｃｄを結ぶ線分の中点Ｍｅであってもよい。
【００５４】
インテグレーター４０は、図１に示すように、角度分布変換素子３０から射出される光束をインテグレートし、フィールドレンズ８０を介して光変調装置などの照明対象９０へ導くことができる。インテグレーター４０は、第１レンズアレイ５０と、第２レンズアレイ６０と、重畳レンズ７０と、を有することができる。
【００５５】
第１レンズアレイ５０には、角度分布変換素子３０から射出される光束が入射する。インテグレーター４０の入射面４２は、第１レンズアレイ５０の面である。第１レンズアレイ５０は、複数のレンズセル５２によって構成されている。複数のレンズセル５２は、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にマトリックス状に配列されている。第１レンズアレイ５０は、例えば、フライレンズアレイである。第１レンズアレイ５０に入射した各光束は、複数のレンズセル５２によって、複数の光束に分割されることができる。
【００５６】
なお、照明装置１００は、上述のように、角度分布変換素子３０によって、インテグレーター４０に入射する光束の強度分布における平準化を図っている。そのため、角度分布変換素子３０から離れるに従って、光束の強度分布は変化し、光束の径も大きくなる。したがって、この点を考慮して第１レンズアレイ５０の配置場所を設定する必要がある。より具体的には、第１レンズアレイ５０に入射する光束は、小径であるほどインテグレーター４０における光利用効率は高くなる点を考慮すると、比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が０．３以上である範囲において、第１レンズアレイ５０は、角度分布変換素子３０の可能な限り近傍であることが望ましい。
【００５７】
第２レンズアレイ６０には、第１レンズアレイ５０から射出される光束が入射する。第２レンズアレイ６０は、複数のレンズセル６２によって構成されている。第２レンズアレイ６０は、例えば、フライレンズアレイである。第１レンズアレイ５０を構成する複数のレンズセル５２と、第２レンズアレイ６０を構成する複数のレンズセル６２とは、互いに対をなして設けられている。レンズセル５２から射出する光束は、レンズセル５２に対応するレンズセル６２に入射する。
【００５８】
重畳レンズ７０には、第２レンズアレイ６０から射出される光束が入射する。重畳レンズ７０は、入射した光束を重畳することができる。これにより、照明装置１００は、照明対象９０を、より均一性よく照射することができる。
【００５９】
フィールドレンズ８０には、重畳レンズ７０から（インテグレーター４０から）射出される光束が入射する。フィールドレンズ８０は、インテグレーター４０から射出される光束を、より確実に照明対象に導くことができる。
【００６０】
上記の例では、レンズアレイ方式のインテグレーター４０について説明したが、レンズアレイに代えて、回折光学素子やホログラム素子を用いてもよい。また、ロッドレンズ方式のインテグレーターを用いてもよく、ロッドレンズに代えて、複数の反射面を内向きに対向するように構成した管状導光体を用いてもよい。
【００６１】
図１１〜図１４は、照明装置１００におけるシミュレーションの結果を示す図である。より具体的には、図１１および図１２は、集光レンズアレイ２０から射出される光束（光束群）の、角度分布変換素子３０の入射面３２における強度分布を示す図である。図１３および図１４は、角度分布変換素子３０から射出される光束（光束群）の、インテグレーター４０の入射面４２における強度分布を模式的に示す図である。なお、図１２は、図１１に示すＸＩＩ−ＸＩＩ線の強度を示している。図１４は、図１３に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線の強度を示している。
【００６２】
図１１〜図１４より、インテグレーター４０の入射面４２に入射する光束の強度分布は、角度分布変換素子３０の入射面３２に入射する光束の強度分布に比べて、平準化されていることがわかる。
【００６３】
なお、本シミュレーションでは、発光部１６を、６×４マトリックス状に（Ｘ軸方向に６列、Ｙ軸方向に４列）配置した。
【００６４】
本実施形態に係る照明装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６５】
照明装置１００によれば、角度分布変換素子３０は、入射面４２上の４つの光強度極大点Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄによって囲まれる領域４４（インテグレーター４０の入射面４２の領域４４）において、光強度が最大となる位置の光強度ＩＭＡＸに対する、光強度が最小となる位置の光強度ＩＭＩＮの比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が、０．３以上となるように、複数の発光部１６から射出される光束の角度分布を変換する。そのため、第１レンズアレイ５０及び第２レンズアレイ６０を比較的少ない数のレンズセルで構成したインテグレーター４０を備えた照明装置１００であっても、照明対象９０を、均一性よく照明することができる。例えば、角度分布変換素子を備えておらず、インテグレーターの入射面における比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が０．３未満である照明装置では、レンズセルの数を２倍以上に増やしたインテグレーターを備えなければ、照明対象を均一性よく照明することができない。
【００６６】
すなわち、照明装置１００では、角度分布変換素子３０によって照明対象９０を均一性よく照明できるので、例えば、インテグレーター４０のレンズアレイ５０，６０を構成するレンズセル５２，６２の微小化や多数化を図る必要がない。そのため、製造が容易で高い開口効率を確保できるレンズセル５２，６２を用いることができる。また、ロッドレンズ方式のインテグレーターの場合には、光束の伝達方向にロッドレンズを長尺化する必要がない。したがって、照明装置１００の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００６７】
照明装置１００によれば、角度分布変換素子３０は、インテグレーター４０の入射面４２において、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２よりも第３方向Ｄ３に、光束の分布が広がるように複数の発光部１６から射出される光束の各々の角度分布を変換する。これにより、角度分布変換素子３０は、領域４４において、比（ＩＭＩＮ／ＩＭＡＸ）が０．３以上となるように、複数の発光部１６から射出される光束の角度分布を変換することができる。そのため、照明装置１００では、照明対象９０を、均一性よく照明することができる。
【００６８】
照明装置１００によれば、集光レンズアレイ２０は、光源１０と角度分布変換素子３０との間に設けられ、複数の発光部１６から射出される光束を集光する。これにより、発光部１６から射出される光束は、コリメート光束に変換されることができる。
【００６９】
照明装置１００によれば、インテグレーター４０の第１レンズアレイ５０を構成する複数のレンズセル５２と、インテグレーター４０の第２レンズアレイ６０を構成する複数のレンズセル６２とは、互いに対をなして設けられている。これにより、照明装置１００は、照明対象９０を、よりいっそう均一性よく照明することができる。
【００７０】
照明装置１００によれば、光源１０は、スーパールミネッセントダイオードを含んで構成されている。これにより、光源１０は、レーザー発振を防止することができ、レーザーダイオードに比べて、スペックルノイズを低減することができる。
【００７１】
２．  照明装置の変形例
２．１．  第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態の第１変形例に係る照明装置２００の角度分布変換素子３０を模式的に示す図である。図１６は、本実施形態の第１変形例に係る照明装置２００の角度分布変換素子３０を模式的に示す図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。以下、本実施形態の第１変形例に係る照明装置２００において、本実施形態に係る照明装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００７２】
照明装置１００では、角度分布変換素子３０は、図７に示すように、拡散方向が等方的でなく異方性を有する拡散素子であり、より具体的には、ホログラム素子や回折光学素子であった。これに対し、照明装置２００では、図１５および図１６に示すように、角度分布変換素子３０は、突起部３５と、ベース部３３と、を有するプリズムである。角度分布変換素子３０の材質は、例えば、ガラスである。
【００７３】
ベース部３３は、例えば、板状の部材である。ベース部３３は、角度分布変換素子３０に入射する光束が射出される射出面３４を有している。
【００７４】
突起部３５は、ベース部３３から光源１０側に（−Ｚ軸方向に）突出している。突起部３５は、複数設けられ、図１５に示す例では、９つ設けられている。突起部３５は、側面３６と、底面３７と、上面３９と、を有している。
【００７５】
側面３６は、角度分布変換素子３０に入射する光束の入射方向（例えば、角度分布変換素子３０に入射する光束を構成する光線のうち、最も光強度が大きい光線の進む方向、より具体的にはＺ軸方向）に対して傾斜している。突起部３５は、４つの側面３６を有している。
【００７６】
底面３７は、側面３６に接続されている。底面３７の垂線（図示せず）は、Ｚ軸方向と平行である。図１５に示す例では、底面３７の形状は、Ｘ軸方向に平行な辺と、Ｙ軸方向に平行な辺と、によって構成される正方形である。底面３７は、４つの角部３８を有している。底面３７において、突起部３５は、ベース部３３と接続されている。図１６に示す例では、突起部３５とベース部３３とは、一体的に形成されている。
【００７７】
上面３９は、側面３６に接続されている。上面３９の垂線（図示せず）は、Ｚ軸方向と平行である。図１５に示す例では、上面３９の形状は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して４５°傾斜した辺によって構成される正方形である。上面３９の面積は、底面３７の面積よりも小さい。突起部３５は、例えば、上面３９の中心３９ｃを通るＺ軸方向に平行な軸に対して、回転対称である。
【００７８】
複数の発光部１６から射出される光束（より具体的には、集光レンズアレイ２０から射出される光束）は、光束の略中心Ｃが底面３７の角部３８に重なるように、角度分布変換素子３０に入射する。４つの側面３６に入射した光束（図１６に示す例では、側面３６に入射した光束を構成する光線Ｌ）は、屈折作用によって、Ｚ軸方向から見て、上面３９の中心３９ｃ方向に曲がる。したがって、ベース部３３において、角部３８に対応する射出面３４から射出する光束強度は低下し、それとは逆に上面３９に対応する射出面３４から射出する光束強度は増大する。ここで、上面３９の中心３９ｃは、角部３８に比べて、入射する光束の強度が小さい。そのため、角度分布変換素子３０から射出される光束の強度分布は、照明装置１００と同様に、平準化される。
【００７９】
照明装置２００によれば、照明装置１００と同様に、照明対象９０を、均一性よく照明することができる。
【００８０】
２．２．  第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態の第２変形例に係る照明装置３００を模式的に示す図である。以下、本実施形態の第２変形例に係る照明装置３００において、本実施形態に係る照明装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００８１】
照明装置１００は、図１に示すように、角度分布変換素子３０を有していた。これに対し、照明装置３００は、図１７に示すように、角度分布変換素子３０の代わりに、光束分割素子３３０を有している。
【００８２】
図１８は、集光レンズアレイ２０から射出される光束（光束群）の、光束分割素子３３０の入射面３３２における強度分布を示す図である。図１９は、光束分割素子３３０を模式的に示す図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線断面図である。図２０および図２１は、光束分割素子３３０から射出される光束（光束群）の、インテグレーター４０の入射面４２における強度分布を模式的に示す図である。なお、図２１は、図２０に示すＥ１−Ｅ２線の強度を示している。
【００８３】
上述した図３に示すように、複数の発光部１６から射出される光束は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで射出角度範囲が異なる楕円断面形状または略楕円断面形状の光束であり、用いる集光レンズアレイ２０によっては、コリメート後の光束断面形状も楕円形状または略楕円形状となる。
【００８４】
例えば、楕円断面形状の光束が集光レンズアレイ２０から射出される場合、光束分割素子３３０の入射面３３２における強度分布は、図１８に示すようになる。すなわち、集光レンズアレイ２０から射出される光束は、Ｙ軸に沿う長軸とＸ軸に沿う短軸とを備えた楕円断面形状を有しているため、光束はＸ軸方向において離散的に存在する。そのため、入射面３３２は、Ｘ軸方向において隣り合う光束の中心Ｃの間に、光強度が非常に小さい領域３３３が存在する。
【００８５】
光束分割素子３３０は、図１９に示すように、部分透過面３３６と、反射面３３８と、有している。部分透過面３３６および反射面３３８は、光束分割素子３３０に入射する光束の数（光束の中心Ｃの数）に対応して、複数設けられている。
【００８６】
部分透過面３３６は、光束分割素子３３０に入射する光束の一部分を透過し、他の部分を反射面３３８に向けて反射させる。図１９に示す例では、光束分割素子３３０に入射する光束を構成する光線（例えば、光束を構成する複数の光線のうち最も光強度が大きい光線）Ｌ１は、部分透過面３３６において２つに分割され、一方は、部分透過面３３６を透過してＺ軸方向に進行し、射出面３３４から光線Ｌ２として射出される。他方は、部分透過面３３６において反射してＸ軸方向に進行し、さらに反射面３３８において反射してＺ軸方向に進行する。そして、他方は、射出面３３４の、領域３３３に対応する領域（Ｚ軸方向から見て、領域３３３と重なる領域）から光線Ｌ３として射出される。
【００８７】
照明装置３００では、上述のように各光束を分割し、その分割された光束を光強度が非常に小さい領域に振り分けることができる。これにより、図２０および図２１に示すように、インテグレーター４０の入射面４２に入射する光束の強度分布は、光束分割素子３３０の入射面３３２に入射する光束の強度分布に比べて、平準化されることができる。
【００８８】
照明装置３００によれば、照明装置１００と同様に、照明対象９０を、均一性よく照明することができる。
【００８９】
なお、光束分割素子３３０は、図２２に示すように、反射面３３８において反射して射出面３３４から射出される光束を、部分透過面３３６を透過して射出面３３４から射出される光束に対して、Ｙ軸方向に変位するように、分割させてもよい。例えば、部分透過面３３６や反射面３３８の角度を変えたり、１つの光束に対して複数の反射面３３８を設けたりすることにより、図２２に示すような光束の強度分布を得ることができる。また、図示はしないが、１つの光束に対して複数の部分透過面３３６を設け、光束を３つ以上に分割してもよい。このように、部分透過面３３６および反射面３３８の角度や数によって、インテグレーター４０の入射面４２において、所望の光束の強度分布を得ることができる。
【００９０】
３．  プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図２３は、本実施形態に係るプロジェクター８００を模式的に示す図である。なお、便宜上、図２３では、プロジェクター８００を構成する筐体を省略して図示している。
【００９１】
プロジェクター８００は、光源モジュールとして、本発明に係る照明装置を含む。以下では、図２３に示すように、照明装置１００（照明装置１００Ｒ、照明装置１００Ｇ、照明装置１００Ｂ）を含むプロジェクター８００について説明する。照明装置１００Ｒ、照明装置１００Ｇ、照明装置１００Ｂは、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光を射出することができる。なお、便宜上、図２３では、照明装置１００Ｒ、照明装置１００Ｇ、照明装置１００Ｂを、簡略化して図示している。
【００９２】
図２３に示すように、プロジェクター８００は、さらに、透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）８０４Ｒ，８０４Ｇ，８０４Ｂと、投射レンズ（投射装置）８０８と、を含む。液晶ライトバルブ８０４Ｒ，８０４Ｇ，８０４Ｂは、図１に示す照明対象９０に対応している。
【００９３】
各照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された光は、各液晶ライトバルブ８０４Ｒ，８０４Ｇ，８０４Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ８０４Ｒ，８０４Ｇ，８０４Ｂは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。そして、投射レンズ８０８は、液晶ライトバルブ８０４Ｒ，８０４Ｇ，８０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）８１０に投射する。
【００９４】
また、プロジェクター８００は、液晶ライトバルブ８０４Ｒ，８０４Ｇ，８０４Ｂから射出された光を合成して投射レンズ８０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）８０６を、含むことができる。
【００９５】
各液晶ライトバルブ８０４Ｒ，８０４Ｇ，８０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム８０６に入射する。このプリズムは、４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は、投射光学系である投射レンズ８０８によりスクリーン８１０上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００９６】
プロジェクター８００によれば、照明対象を、均一性よく照明することができる照明装置１００を含む。そのため、プロジェクター８００は、輝度むらや色むらを低減することができる。
【００９７】
なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
【００９８】
また、光源からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる走査型の画像表示装置（プロジェクター）の照明装置にも、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを適用することが可能である。
【００９９】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１００】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１０１】
２…領域、１０…光源、１２…支持基板、１４…発光素子、１６…発光部、２０…集光レンズアレイ、２２…レンズセル、３０…角度分布変換素子、３２…入射面、３３…ベース部、３４…射出面、３５…突起部、３６…側面、３７…底面、３８…角部、３９…上面、３９ｃ…中心、４０…インテグレーター、４２…入射面、５０…第１レンズアレイ、５２…レンズセル、６０…第２レンズアレイ、６２…レンズセル、７０…重畳レンズ、８０…フィールドレンズ、９０…照明対象、１００，２００，３００…照明装置、３３０…光束分割素子、３３２…入射面、３３３…領域、３３４…射出面、３３６…部分透過面、３３８…反射面、８００…プロジェクター、８０４…液晶ライトバルブ、８０６…クロスダイクロイックプリズム、８０８…投射レンズ、８１０…スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２３】
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【図４】
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【図８】
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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１８】
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【図２０】
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【図２２】
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