(57)【要約】【課題】回折光学素子から射出された光の利用効率の低下させることなく斑模様を抑え、装置の小型化，省スペース化が可能な光源装置及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】所定の被照射面における対象照明領域を照明するための照明光を生成する光源装置１であって、光を射出する光源２と、該光源２から射出された光を重畳させ、対象照明領域Ｓを照射する重畳照明素子４と、光源２と重畳照明素子４との間の光路上に設けられ、光源２から射出された光の光路を変換し、光路が変換された光を重畳照明素子４に入射させる光路変換手段３と、該光路変換手段３を移動させる移動手段１５とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の被照射面における対象照明領域を照明するための照明光を生成する光源装置であって、
光を射出する光源と、
該光源から射出された光を重畳させ、前記対象照明領域を照射する重畳照明素子と、
前記光源と前記重畳照明素子との間の光路上に設けられ、前記光源から射出された光の光路を変換し、光路が変換された光を前記重畳照明素子に入射させる光路変換手段と、
該光路変換手段を移動させる移動手段とを備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光路変換手段が前記光源から射出された光を前記重畳照明素子に向かって反射させる反射部材であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光路変換手段が前記光源から射出された光を前記重畳照明素子に向かって屈折させるプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記光路変換手段から射出された光の中心軸が平行移動するように前記光路変換手段を移動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記移動手段は、前記光路変換手段を往復運動させることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記移動手段は、前記光路変換手段を連続的に移動させることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項７】
前記光源から射出された光の同一光路上に前記光路変換手段が複数設けられ、
前記移動手段により、前記複数の光路変換手段のうち、少なくとも１つの光路変換手段が常時移動されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光源及び前記光路変換手段が複数設けられ、
前記移動手段により、前記複数の光路変換手段のうち、少なくとも１つの光路変換手段が常時移動され、
前記複数の光路変換手段の各々が、前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源から射出された光の光路を変換し、前記重畳照明素子に入射させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光源装置と、
該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置等の空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を用いてスクリーン上に投射する投射型画像表示装置（プロジェクタ）において、レーザ光源を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載の照明装置は、光を射出する光源装置及び入射した光の照度分布を均一にする回折光学素子を備えている。そして、回折光学素子により、光源装置から射出された光を矩形変換し、所定の照明エリアを照明する。この照明装置を用いた投射型画像表示装置では、回折光学素子に対向してライトバルブを配置することにより、回折光学素子により生成された回折光でライトバルブを照明する。
【特許文献１】特開２００７−３３５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術には以下のような課題が残されている。
すなわち、回折光学素子により矩形変換された照明像を投射レンズを介して拡大照明すると、人間の眼で見た際に容易に確認できる斑模様が発生するという問題が生じる。これは、回折光学素子の製造誤差や設計誤差に起因するものであり、投射レンズを介して拡大照明することにより、１００倍程度に拡大された像をスクリーン上で観察するため、容易に観測できる状態となったためである。
この問題を解決するために、光源から射出されたレーザ光を回転させる回転型の拡散板や、上下左右等の方向へ揺動させる揺動型の拡散板を設けた光源装置も考えられる。しかしながら、回転型の拡散板では、回転駆動系、例えばモータを備える必要があるため、装置が大型化してしまう。さらには、回転型、揺動型いずれの拡散板においても、回折光学素子から射出された光を拡散させるため、配置に制約が生じるとともに、光の利用効率が低下してしまう。このように、拡散板を用いた場合は装置の小型化，省スペース化の点で課題が残る。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、回折光学素子から射出された光の利用効率を低下させることなく斑模様を抑え、装置の小型化，省スペース化が可能な光源装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光源装置は、所定の被照射面における対象照明領域を照明するための照明光を生成する光源装置であって、光を射出する光源と、該光源から射出された光を重畳させ、前記対象照明領域を照射する重畳照明素子と、前記光源と前記重畳照明素子との間の光路上に設けられ、前記光源から射出された光の光路を変換し、光路が変換された光を前記重畳照明素子に入射させる光路変換手段と、該光路変換手段を移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る光源装置では、光源から射出された光は、光路変換手段により光路が変換され、重畳照明素子に射出される。そして、重畳照明素子に入射した光は、重畳され被照射面の対象照明領域を照射する。
このとき、移動手段により光路変換手段が移動されているため、重畳照明素子に入射する光の入射位置が時間的に変化する。これにより、重畳照明素子から射出された光は、斑模様のパターンが時間的に変化するため、人間の眼の残像効果により時間積分され、斑模様が抑えられた光となる。すなわち、本発明の光源装置は、従来のように拡散板を備えるのではなく、光路変換手段を移動させることにより、重畳照明素子から射出される光の斑模様のパターンを時間的に変化させている。これにより、光利用効率を低下させることなく、斑模様の発生が抑えられた光により対象照明領域を照明することができる。さらには、拡散板を用いた場合は配置の制約が生じるが、光路変換手段は、光源と重畳照明素子との間の光路上に設けられ光路を変換しているため、光源や重畳照明素子の配置の自由度が増す。その結果、省スペース化を図ることができるので、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
また、重畳照明素子により重畳された光により対象照明領域を照明するため、光路変換手段が移動し、重畳照明素子に入射する光の入射位置がずれても、対象照明領域を均一に照明することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の光源装置は、前記光路変換手段が前記光源から射出された光を前記重畳照明素子に向かって反射させる反射部材であることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る光源装置では、光路変換手段が反射部材であるため、光源から射出された光は、反射部材により反射されて重畳照明素子に入射する。このとき、反射率の高い反射部材を用いることにより、光量を損失することなく、光源から射出された光を重畳照明素子に反射させることができる。したがって、明るい照明光を対象照明領域に照射させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の光源装置は、前記光路変換手段が前記光源から射出された光を前記重畳照明素子に向かって屈折させるプリズムであることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る光源装置では、光路変換手段がプリズムであるため、光源から射出された光は、プリズムにより屈折されて重畳照明素子に入射する。このとき、光源や重畳照明素子の配置に応じた所望の入射端面及び射出端面を有するプリズムを用いることにより、光源から射出された光を重畳照明素子に入射させることができる。また、透過率の高いプリズムを用いることにより光量を損失することなく、光源から射出された光を重畳照明素子に入射させることができる。したがって、光源や重畳照明素子の配置の自由度を高め、明るい照明光を対象照明領域に照射させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の光源装置は、前記移動手段は、前記光路変換手段から射出された光の中心軸が平行移動するように前記光路変換手段を移動させることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る光源装置では、移動手段は、光路変換手段から射出された光の中心軸が平行移動するように、光路変換手段を運動させているため、重畳照明素子への光の入射角が一定となる。したがって、重畳照明素子から射出される光は、確実に対象照明領域を照明することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の光源装置は、前記移動手段は、前記光路変換手段を往復運動させることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る光源装置では、移動手段は、光路変換手段から射出された光の中心軸が平行移動する方向に光路変換手段を往復運動させるため、光路変換手段の移動制御が簡易なものとなる。また、移動手段として、例えば、小型のソレノイドを用いることができるため、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の光源装置は、前記移動手段は、前記光路変換手段を連続的に移動させることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るスクリーンでは、移動手段により光路変換手段を連続的に移動させることにより、光路変換手段は死点（動きが一瞬止まる点）を持たないので、一瞬たりとも重畳照明素子から射出される光に斑模様が生じる瞬間がない。したがって、光利用効率を低下させることなく、より確実に斑模様を抑えた均一な照明光を被照射面に照射することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の光源装置は、前記光源から射出された光の同一光路上に前記光路変換手段が複数設けられ、前記移動手段により、前記複数の光路変換手段のうち、少なくとも１つの光路変換手段が常時移動されることが好ましい。
【００１８】
ここで、特に、１つの光路変換手段が往復運動をしている場合は、死点（光路変換手段が止まってしまう点）が生じる。そこで、本発明に係る光源装置では、複数の光路変換手段を備えているため、少なくとも１つの光路変換手段を常時移動させることができる。したがって、複数の光路変換手段のうち、いずれかの光変換手段が必ず移動していることになるので、死点の発生を抑えることができるため、重畳照明素子から射出される光の斑模様の発生をより確実に抑えることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の光源装置は、前記光源及び前記光路変換手段が複数設けられ、前記移動手段により、前記複数の光路変換手段のうち、少なくとも１つの光路変換手段が常時移動され、前記複数の光路変換手段の各々が、前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源から射出された光の光路を変換し、前記重畳照明素子に入射させることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る光源装置では、複数の光源から射出された光は、複数の光路変換手段により、複数の光源のうち、少なくとも１つの光源から射出された光の光路が変換され、重畳照明素子に射出される。このとき、複数の光路変換手段のうち、少なくとも１つの光路変換手段が常時移動されているため、例えば、複数の光路変換手段の各々を個々に制御することにより、全体として重畳照明素子に入射する光の入射位置をランダム（不規則）に変化させることができる。したがって、重畳照明素子から射出される光の斑模様の発生をより確実に抑えることが可能となる。
【００２１】
本発明のプロジェクタは、上記の光源装置と、該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により形成された画像が、投射装置によって投射される。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、光の利用効率を低下させることなく斑模様が抑えられた光となっているため、明るさのムラのない画像を被投射面に照射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、レーザ光源２から射出されたレーザ光の射出方向をＸ軸方向、ホログラム素子４に入射する光の射出方向の中心軸をＹ軸方向、このＸ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００２４】
［第１実施形態］
本発明の光源装置の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１は第１実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。図１において、光源装置１は、照明対象物１０の照射面（被照射面）１１を照明するものであって、レーザ光源２と、反射板３と、ホログラム素子４と、屈折レンズ５とを備えている。また、本実施形態においては、照射面１１は、ＺＸ平面とほぼ平行である。以下の説明においては、光源装置１が、ＺＸ平面とほぼ平行な照射面１１の対象照明領域Ｓに照明光を照射する場合を例にして説明する。また、照明対象物１０の照射面１１の全面を対象照明領域Ｓとする。
【００２５】
光源装置１は、図１に示すように、レーザ光Ｌを射出する３つのレーザ光源（光源）２を有している。本実施形態においては、各レーザ光源２の射出端面２ａは、＋Ｘ側を向いている。各レーザ光源２は反射板３（＋Ｘ方向）に向かって、Ｘ軸とほぼ平行なレーザ光Ｌを射出する。また、本実施形態においては、複数のレーザ光源２はホログラム素子４に向かう方向（Ｙ軸方向）に並べられており、それぞれのレーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌは反射板３に向かって射出される。
【００２６】
反射板３（光路変換手段）は、レーザ光源２とホログラム素子４との間の光路上に設けられている。そして、反射板３はレーザ光源２から射出されＸ方向に向かったレーザ光Ｌの光路をＹ方向に向かって反射させるものである。具体的には、反射板３は、複数のレーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌが４５度で入射するように配置されている。これにより、反射板３において反射されたレーザ光Ｌは、Ｙ方向に向かって反射し、ホログラム素子４に向かう。
また、反射板３には、当該反射板３を移動させる移動機構（移動手段）１５が設けられている。移動機構１５として、例えば、小型のソレノイドを用いることができる。
この移動機構１５は、反射板３をＸ軸方向に移動距離Ｐ１だけ移動させ、図１の一点鎖線で示す状態から実線で示す状態に平行に往復運動させる機構である。これにより、反射板３において反射されたレーザ光Ｌの中心軸は、レーザ光Ｌａ（一点鎖線）からレーザ光Ｌｂ（実線）に平行移動する。
【００２７】
次に、移動機構１５による反射板３の移動速度について説明する。
人間の眼では、１秒間に６０回の異なる斑模様のパターンを観察させると、斑模様のパターンが人間の眼の残像効果により時間的に重畳されるため、斑模様のパターンが認識されなくなる。
ここで、本実施形態のホログラム素子４が０．０５ｍｍ移動するごとに明確に異なる再生パターンを再生可能である場合には、０．０５×６０＝３ｍｍ／秒で移動させることにより、ホログラム素子４から射出される斑模様を除去することができる。
また、ホログラム素子４が０．０２ｍｍ移動するごとに、明確に異なる再生パターンを再生可能であれば、同様の計算により、１．２ｍｍ／秒の移動速度で運動させることにより、斑模様を除去することができる。
【００２８】
ホログラム素子（重畳照明素子）４は、入射端面４ａがＺＸ平面とほぼ平行になるように配置されている。これにより、反射板３において反射されたレーザ光Ｌは、ホログラム素子４の入射端面４ａに対して垂直に入射する。
そして、ホログラム素子４は、入射端面４ａから入射したレーザ光Ｌを回折して回折光を生成する。すなわち、ホログラム素子４は、入射したレーザ光Ｌを重畳させ、照明対象物１０の対象照明領域Ｓを照射する。
【００２９】
ホログラム素子４は、例えば石英（ガラス）、透明な合成樹脂等、レーザ光を透過可能な材料で形成されている。本実施形態のホログラム素子４は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）である。
【００３０】
ホログラム素子４は、照明領域設定機能、照度均一化機能、及び拡大照明機能を有する。照明領域設定機能を有するホログラム素子４は、入射した光を回折させ、所定の対象照明領域Ｓを照明する照明光を生成する。また、照度均一化機能を有するホログラム素子４は、所定の領域の少なくとも一部の照度を均一化する。また、拡大照明機能を有するホログラム素子４は、ホログラム素子４の射出端面から光が射出される射出領域よりも大きい対象照明領域Ｓを照明する。
【００３１】
図２は、ホログラム素子の一例を示す模式図であって、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図２において、ホログラム素子４は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）４Ｍを有している。凹部４Ｍは、互いに異なる深さを有している。
そして、凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含むホログラム素子４の表面条件を適宜調整することにより、ホログラム素子４に所定の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能、及び拡大照明機能）を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。
【００３２】
なお、ホログラム素子４としては、矩形の凹部４Ｍを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有するものであってもよい。例えば、ホログラム素子４としては、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。また、ホログラム素子４としては、図２に示したような矩形状の凹部４Ｍを有する領域と、三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有するホログラム素子４を形成することができる。
【００３３】
屈折レンズ５は、図１に示すように、レーザ光が入射する入射端面５ａ及び入射端面５ａからのレーザ光が射出する射出端面５ｂを有し、入射端面５ａより入射したレーザ光の射出角度を調整して、射出端面５ｂより射出する。本実施形態においては、屈折レンズ５は、ホログラム素子４と照射面１１との間に配置されており、屈折レンズ５の入射端面５ａには、ホログラム素子４からのレーザ光が入射する。本実施形態においては、屈折レンズ５は、例えば球面レンズ、又は非球面レンズ等の光軸に対して回転対称な軸対称レンズを含む。あるいは、屈折レンズ５はフレネルレンズ等を含むものでもよい。屈折レンズ５は、射出端面５ｂから射出されるレーザ光の射出角度、ひいては照射面１１に対するレーザ光（照明光）の入射角度を調整可能である。
【００３４】
次に、以上の構成からなる本実施形態の光源装置１を用いて、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓを照射する方法について説明する。
レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌは、反射板３に入射し反射されホログラム素子４に向かう。そして、ホログラム素子４に入射したレーザ光Ｌは回折し、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓを重畳的に照明する。
このとき、反射板３は移動機構１５により、Ｘ軸方向に、平行に往復運動される。これにより、反射板３において反射されたレーザ光Ｌは、反射板３の移動によってホログラム素子４の入射端面４ａ上の入射位置が変わる。すなわち、ホログラム素子４のレーザ光Ｌの入射位置が刻々と変化するため、この変化に伴い、ホログラム素子４から射出されるレーザ光は異なる再生パターンとなる。したがって、これらの複数の再生パターンを重ね合わせることにより、ホログラム素子４から射出されるレーザ光の斑模様を除去することが可能となる。
【００３５】
本実施形態に係る光源装置１では、従来のように、光利用効率の低下の要因となり得る拡散板を用いるのではなく、反射板３を移動させることにより、ホログラム素子４から射出される光の斑模様を低減することが可能となる。したがって、光の利用効率を低下させることなく、照射面１１の対象照明領域Ｓを斑模様が抑えられたレーザ光で照明することが可能となる。さらには、拡散板を用いた場合は配置の制約が生じるが、反射板３は、レーザ光源２とホログラム素子４との間の光路上に設ければ良いため、配置の自由度が増す。
つまり、本実施形態の光源装置１は、ホログラム素子４から射出された光の利用効率の低下させることなく斑模様を抑え、装置の小型化，省スペース化が可能となる。
【００３６】
また、反射板３を移動させることにより、対象照明領域Ｓに照明されるレーザ光のスペックルパターンも時間とともに変化するため、人間の眼の残像時間内でスペックルのパターンが積分平均化することができ、スペックルによるシンチレーション（光のぎらつき現象）を人間が視認することを低減できる。
また、ホログラム素子４は入射したレーザ光Ｌを重畳させるため、ホログラム素子４のパターン領域内であれば、どの領域にレーザ光が入射してもすべて同一の対象照明領域Ｓを照明することが可能である。したがって、反射板３が移動することにより、ホログラム素子４の入射端面４ａから入射するレーザ光Ｌの入射位置がずれでも、光利用効率を低下させることなく、照度分布が均一である照明光により照射面１１の対象照明領域Ｓの照明が可能となる。
また、反射率の高い反射板３を用いることにより、光量を損失することなく、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌをホログラム素子４に反射させることができる。したがって、明るい照明光を対象照明領域Ｓに照射させることが可能となる。
さらに、移動機構１５は、反射板３から射出されたレーザ光Ｌの中心軸が平行移動するように反射板３を往復運動させるため、反射板３の移動制御が簡易なものとなるとともに、ホログラム素子４に入射するレーザ光Ｌの入射角を一定に保つことが可能となる。例えば、移動機構１５として、小型のソレノイドを用いることにより、制御の簡易化、装置全体の小型化を図るとともに、確実に対象照明領域Ｓを照明することが可能となる。
【００３７】
なお、反射板３の移動距離Ｐ１は、設計可能な限り長い距離であることが望ましい。すなわち、移動距離Ｐ１を長くすることにより、レーザ光Ｌａの中心軸とレーザ光Ｌｂの中心軸との移動距離Ｐ２も長くなる。この移動距離Ｐ２が長くなるに従い、ホログラム素子４に入射するレーザ光Ｌの位置が時間的により多く変化するため、ホログラム素子４から射出されるレーザ光のパターンをより多く再生することが可能となる。したがって、移動距離Ｐ１をより長くすることによって、ホログラム素子４から射出されるレーザ光の斑模様をより効果的に除去することができる。
また、レーザ光源２を３つ備えた例を挙げたが、レーザ光源２の個数はこれに限るものではない。
なお、ホログラム素子４の入射端面４ａに垂直に光を入射させたが、これに限るものではなく、対象照明領域Ｓを照明するように適宜設計すれば良い。
【００３８】
［第１実施形態の変形例］
図１に示す第１実施形態では、移動機構１５により、反射板３をＸ軸方向に平行移動させたが、Ｙ軸方向に往復運動させた光源装置２０であっても良い。このような変形例について、図３を参照して説明する。
移動機構２１は、反射板３をＹ軸方向に移動距離をＰ１だけ移動させ、図３の一点鎖線で示す状態から実線で示す状態に平行に往復運動させる機構である。これにより、反射板３において反射されたレーザ光Ｌの中心軸は、レーザ光Ｌａ（一点鎖線）からレーザ光Ｌｂ（実線）に平行移動する。
この光源装置１では、第１実施形態と同様に、反射板３をＹ軸方向に距離Ｐ１移動させることにより、ホログラム素子４から射出されるレーザ光の斑模様を低減することが可能となる。
【００３９】
さらに、反射板３の移動はＹ軸方向に限らない。すなわち、光源装置３０の移動機構３１は、図４に示すように、Ｘ軸及びＹ軸に対してなす角が４５度の方向に、反射板３を図４の一点鎖線で示す状態から実線で示す状態に４５度の方向に、平行に往復運動させる機構であっても同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、Ｘ軸方向への移動、Ｙ軸方向への移動、Ｘ軸及びＹ軸に対してなす角が４５度の方向に限るものではなく、反射板３を移動させれば良い。また、反射板３を移動させた際、レーザ光Ｌがホログラム素子４の入射端面４ａに対して垂直に入射するように、反射板３を移動させることが好ましい。これにより、光の利用効率を落とすことなく、ホログラム素子４から射出されるレーザ光の斑模様を低減させることが可能となる。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図５から図８を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る光源装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る光源装置４０では、移動機構４１が反射板３を略円運動させる点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。
【００４１】
移動機構（移動手段）４１は、図５（ｂ），図６（ｂ）に示すように、支持部材４２と、連結部材４３とを備えている。支持部材４２は、反射板３の回転軸Ｐとなっており、連結部材４３を回転軸Ｐを中心に回転させるものである。また、連結部材４３は一端部４３ａが支持部材４２に支持され、他端部４３ｂが反射板３に接続されている。
この連結部材４３は、反射板３をホログラム素子４の入射端面４ａとのなす角を一定、すなわち、４５度に保ちながら、図５（ｂ）に示す直径Ｐ１の円弧を描きながら、図５（ａ）に示す状態から図６（ａ）に示す状態まで回転軸Ｐを中心に回転させるものである。
このように、反射板３とホログラム素子４とのなす角を一定に保つことにより、反射板３から反射されたレーザ光は、ホログラム素子４の入射端面４ａに常に垂直に入射する。
【００４２】
次に、以上の構成からなる本実施形態の光源装置４０を用いて、照明対象物１０の照射面１１の対象照明領域Ｓを照射する方法について説明する。
ホログラム素子４は移動機構４１により回転軸Ｐを中心に略円運動される。これにより、反射板３において反射されたレーザ光Ｌは、反射板３の回転によって、ホログラム素子４に入射する入射端面４ａの入射位置が変わる。すなわち、ホログラム素子４に入射するレーザ光Ｌの入射位置が止まることなく常に刻々と変化するため、この変化に伴い、ホログラム素子４から射出されるレーザ光は異なる再生パターンとなる。したがって、これらの複数の再生パターンを重ね合わせることにより、ホログラム素子４から射出されるレーザ光の斑模様を除去することが可能となる。
【００４３】
本実施形態に係る光源装置４０では、第１実施形態の光源装置１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の光源装置４０では、移動機構４１により反射板３を略円運動させることにより、反射板３は死点（動きが一瞬止まる点）を持たないので、一瞬たりともホログラム素子４から射出される光に斑模様が生じる瞬間がない。したがって、光利用効率を低下させることなく、より確実に斑模様を抑えた均一な照明光を対象照明領域Ｓに照射することが可能となる。
なお、移動機構４１として上述したものに限らず、反射板３を連続的に移動可能であれば良い。
【００４４】
［第２実施形態の変形例１］
図５（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）に示す第２実施形態では、反射板３を略円運動させることにより、反射板３を連続的に移動させたが、複数の反射板（光路変換手段）５１ａ，５１ｂを設けて反射板５１ａ，５１ｂを連続的に移動させても良い。このような変形例について、図７を参照して説明する。
反射板５１ａは、図７に示すように、複数のレーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌが４５度で入射するように配置されている。これにより、反射板５１ａにおいて反射されたレーザ光Ｌは、Ｘ方向に向かって反射する。また、反射板５１ｂは、反射板５１ａから反射されたレーザ光Ｌが４５度で入射するように配置されており、入射したレーザ光ＬをＹ方向に反射させホログラム素子４に入射させる。
また、反射板５１ａ，５１ｂには移動機構５２が設けられている。移動機構５２は、反射板５１ａ，５１ｂのそれぞれに設けられたソレノイド（図示略）と、ソレノイドをそれぞれ制御する制御部（図示略）とを備えている。そして、移動機構５２により、反射板５１ａ，５１ｂのうち少なくとも一方が常時Ｘ方向に移動するように、反射板５１ａ，５１ｂの移動を制御する。
具体的には、移動機構５２は、反射板５１ａの往復運動の折り返す時点では、反射板５１ｂを移動させ、反射板５１ｂの往復運動の折り返し時点では、反射板５１ａを移動させるように制御する。これにより、必ず反射板５１ａ，５１ｂのうち少なくともいずれか一方が動いていることになる。
【００４５】
本変形例に係る光源装置５０では、２つの反射板５１ａ，５１ｂを用いて、少なくともいずれか一方の反射板５１ａ，５１ｂを常時往復運動させることにより、死点（光路変換手段が止まってしまう点）の発生を抑えることが可能となる。したがって、反射板３を略円運動させる場合はモータ等の駆動系が必要であるが、本変形例では、反射板５１ａ，５１ｂを往復運動させて死点の発生を抑えることができるため、反射板５１ａ，５１ｂの制御が簡易となる。
なお、反射板５１ａ，５１ｂは２つに限ることはない。また、反射板５１ａ，５１ｂの移動方向はＸ方向に限らず、上述したようにＹ方向等であっても良い。
【００４６】
［第２実施形態の変形例２］
また、図５（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）に示す第２実施形態では、反射板３を略円運動させることにより、反射板３を連続的に移動させたが、レーザ光源２ごとに反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃを備えた光源装置６０であっても良い。このような変形例について、図８を参照して説明する。
すなわち、光源装置６０は、図８に示すように、３つのレーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌが、それぞれ反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃに入射する。
また、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃには移動機構６２が設けられている。移動機構５２は、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃのそれぞれに設けられたソレノイド（図示略）と、ソレノイドをそれぞれ制御する制御部（図示略）とを備えている。そして、移動機構６２により、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃのうち少なくとも一つの反射板が常時Ｘ方向に移動するように、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃの移動を制御する。
具体的には、移動機構６２は、反射板６１ａの往復運動の折り返し時点では、反射板６１ｂ，６１ｃの少なくとも一方を移動させている。また、反射板６１ｂ，６１ｃの往復運動の折り返し時点でも同様に残り２つの反射板のうち少なくとも一方を移動させている。これにより、必ず反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃのうち少なくとも１つが動いていることになる。
【００４７】
本変形例に係る光源装置６０では、３つの反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃを用いることにより、少なくともいずれか１つの反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃを常時往復運動させることにより、死点（光路変換手段が止まってしまう点）の発生を抑えることが可能となる。したがって、上述した変形例１と同様に、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃを往復運動させて死点の発生を抑えることができるため、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃの制御が簡易となる。
さらには、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃを個々に制御することにより、ランダム（不規則）に移動させ易くなる。これにより、ホログラム素子４に入射させる光の入射位置をランダムに変化させることができる。したがって、ホログラム素子４から射出される光の斑模様の発生をより確実に抑えることが可能となる。
【００４８】
なお、本変形例では、レーザ光源２ごとに反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｃを設けたが、複数の反射板が、複数のレーザ光源２のうち少なくとも１つの光源から射出された光の光路を変換すれば良い。したがって、反射板３は３つに限らず２つであっても良い。すなわち、２つのレーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌが入射する第１反射板と、残りの１つのレーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌが入射する第２反射板とを備えた構成であっても良い。
また、反射板６１ａ，６１ｂ，６１ｂの移動方向はＸ方向に限らず、上述したようにＹ方向等であっても良い。
【００４９】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図９を参照して説明する。
本実施形態に係る光源装置７０では、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌの光路を変換する手段として、プリズム７１を用いる点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。
【００５０】
プリズム７１は、図９に示すように、断面形状が直角三角形状であり、斜辺を有する面７１ａと、長辺を有する面７１ｂと、短辺を有する面７１ｃとを有している。このプリズム７１は、面７１ｂがホログラム素子４の入射端面４ａに対向するように配置されている。また、レーザ光源２は、射出されたレーザ光Ｌが面７１ａに対して垂直に入射するように配置されている。これらにより、プリズム７１は、レーザ光源２から射出され、面７１ａから入射したレーザ光Ｌを面７１ｂにおいてホログラム素子４の入射端面４ａに向かって屈折させる。
また、プリズム７１には、当該プリズム７１を移動させる移動機構（移動手段）１５が設けられている。移動機構１５として、例えば、小型のソレノイドを用いることができる。
この移動機構１５は、プリズム７１をＹ軸方向に移動距離Ｐ１だけ移動させ、図９の一点鎖線で示す状態から実線で示す状態に平行に往復運動させる機構である。これにより、プリズム７１において反射されたレーザ光Ｌの中心軸は、レーザ光Ｌａ（一点鎖線）からレーザ光Ｌｂ（実線）に平行移動する。
【００５１】
本実施形態に係る光源装置７０では、プリズム７１をＹ軸方向に距離Ｐ１移動させることにより、第１実施形態と同様に、複数の再生パターンが重ね合わされるため、ホログラム素子４から射出されるレーザ光の斑模様を除去することが可能となる。
また、面７１ａ，７１ｂ，７１ｃをレーザ光源２やホログラム素子４の配置に合わせて設計することもできるため、レーザ光源２やホログラム素子４の配置の自由度を高めることが可能となる。
また、プリズム７１の面７１a及び７１ｂに反射防止膜を設けることにより、光の損失をプリズム部材の透過率のみとすることができるため、光量を損失することなく、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌをホログラム素子４に入射させることができる。したがって、明るい照明光を対象照明領域Ｓに照射させることが可能となる。
なお、第２実施形態及び変形例１，変形例２の反射板３，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃに代えてプリズムを用いても良い。また、第２実施形態の変形例１，変形例２においては、一部の反射板に代えてプリズムを用いても良い。
【００５２】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した光源装置１を応用したプロジェクタの一例について説明する。
【００５３】
図１０は、上述の第１実施形態で説明した光源装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）を備えたプロジェクタを示す概略構成図である。本実施形態においては、プロジェクタとして、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタＰＪ１を例にして説明する。
【００５４】
図１０において、投射型のプロジェクタＰＪ１は、スクリーン１００（表示面）上に画像情報を含む光を投射する投射ユニットＵを備えている。投射ユニットＵからスクリーン１００に対して光が投射されることにより、スクリーン１００上に画像が形成される。本実施形態の投射型のプロジェクタＰＪ１は、スクリーン１００を反射型のスクリーンとし、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する。
【００５５】
投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で照射面１１を照明可能な第１光源装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で照射面１１を照明可能な第２光源装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で照射面１１を照明可能な第３光源装置１Ｂと、第１光源装置１Ｒで照明される入射面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第１空間光変調装置（光変調装置）８０Ｒと、第２光源装置１Ｇで照明される入射面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第２空間光変調装置（光変調装置）８０Ｇと、第３光源装置１Ｂで照明される入射面（被照射面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第３空間光変調装置（光変調装置）８０Ｂと、空間光変調装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂにより変調された各基本色光を合成するダイクロイックプリズム（色合成手段）８１と、ダイクロイックプリズム８１で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系（投射装置）８２とを備えている。空間光変調装置８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂのそれぞれは液晶装置を含んで構成されている。以下の説明においては、空間光変調装置を適宜、ライトバルブ、と称する。
【００５６】
また、各光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに設けられた反射板３は、移動機構（図示略）により制御されている。そして、この移動機構により、反射板３は、レーザ光源２から射出されたレーザ光のホログラム素子４における入射位置が移動するように、制御されている。
また、移動機構による反射板３の制御としては、各光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの反射板３うち少なくとも１つの反射板３が常時移動するように制御することが好ましい。この構成では、必ず１つの反射板３が移動しているため、３つの反射板３が同時に止まることはないので、斑模様の発生をより抑えることが可能となる。
【００５７】
ライトバルブは、入射側偏光板と、一対のガラス基板どうしの間に封入された液晶を有するパネルと、射出側偏光板とを備えている。ガラス基板には画素電極や配向膜が設けられている。空間光変調装置を構成するライトバルブは、定められた振動方向の光のみを透過させるようになっており、ライトバルブに入射した基本色光は、ライトバルブを通過することによって光変調される。
【００５８】
第１光源装置１Ｒの複数のレーザ光源２は、赤色（Ｒ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第１光源装置１Ｒは、赤色のレーザ光に基づいて、第１ライトバルブ８０Ｒの入射面１１を照明する。
【００５９】
第２光源装置１Ｇの複数のレーザ光源２は、緑色（Ｇ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第２光源装置１Ｇは、緑色のレーザ光に基づいて、第２ライトバルブ８０Ｇの入射面１１を照明する。
【００６０】
第３光源装置１Ｂの複数のレーザ光源２は、青色（Ｂ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第３光源装置１Ｇは、青色のレーザ光に基づいて、第３ライトバルブ８０Ｂの入射面１１を照明する。
【００６１】
各ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、ダイクロイックプリズム８１で合成される。ダイクロイックプリズム８１はダイクロイックプリズムによって構成されており、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）はダイクロイックプリズム８１で合成されてフルカラー合成光となる。ダイクロイックプリズム８１から射出されたフルカラー合成光は投射系８２に供給される。投射系８２はフルカラー合成光をスクリーン１００上に投射する。投射系８２は、入射側の画像を拡大してスクリーン１００上に投射する所謂拡大系である。
【００６２】
投射ユニットＵは、各光源装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのそれぞれで照明された各ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系８２を用いてスクリーン１００上に投射することによって、スクリーン１００上にフルカラーの画像を形成する。鑑賞者は、投射ユニットＵによりスクリーン１００に対して投射された画像を鑑賞する。
【００６３】
本実施形態のプロジェクタＰＪ１の各ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂは、高い照明効率を有する各光源装置１Ｒ、１Ｂ、１Ｇにより、高い照度を有し、斑模様の発生が抑えられた均一な照度分布を有する照明光で照明される。また、斑模様の発生を抑えるために拡散板を用いる場合、ライトバルブへの光線入射角が発散してしまうのに比べ、本実施形態のプロジェクタＰＪ１では、ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ，８０Ｂに入射する光線の角度を、ホログラム素子４および屈折レンズ５により設計された角度の光のみを入射させることが可能であるため、プロジェクタＰＪ１は、コントラストが高い良好な画像を表示できる。したがって、プロジェクタＰＪ１は、コントラストが高い良好な画像を表示できる。
【００６４】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した光源装置１及び光源装置５０を応用したプロジェクタの一例について説明する。
【００６５】
図１１は、緑色光源装置として、上述の第１実施形態で説明した光源装置１（１Ｇ）を用い、赤色，青色光源装置として、上述した第２実施形態の変形例１で説明した光源装置５０（５０Ｒ），（５０Ｂ）を備えたプロジェクタを示す概略構成図である。本実施形態においては、プロジェクタとして、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタＰＪ２を例にして説明する。
【００６６】
各光源装置５０Ｒ，１Ｇ，５０Ｂのレーザ光源２は、近接して配置されており、全てのレーザ光源２から射出されたレーザ光はＸ方向に向かって射出されるように配置されている。
また、青色光源装置５０Ｂは、反射板５１ａＢ及び５１ｂＢを備えており、反射板５１ａＢ，５１ｂＢのうち少なくとも一方が常時移動する。
同様に、赤色光源装置５０Ｒは、反射板５１ａＲ及び５１ｂＲを備えており、反射板５１ａＲ，５１ｂＲのうち少なくとも一方が常時移動する。
また、緑色光源装置１Ｇは、第４実施形態で示した光源装置と同様に、反射板３を備えており、往復運動するようになっている。
なお、投射ユニットＵの構成は第４実施形態と同様である。
【００６７】
本実施形態のプロジェクタＰＪ２は、第４実施形態と同様に、各ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂを斑模様の発生が抑えられた均一な照度分布を有する照明光で照明することができる。したがって、プロジェクタＰＪ２は、コントラストが高い良好な画像を表示できる。
また、プロジェクタＰＪ２は、青色光源装置５０Ｂが２つの反射板５１ａＢ及び５１ｂＢを有し、赤色光源装置５０Ｒが２つの反射板５１ａＲ及び５１ｂＲを有しているため、各光源装置５０Ｒ，１Ｇ，５０Ｂのレーザ光源２を近接して配置することができる。したがって、すべてのレーザ光源２を１つの冷却装置により一括して冷却することが可能となる。
また、複数の反射板を設けることにより、斑模様を低減させつつ、レーザ光源２やホログラム素子４の配置の自由度を向上させることが可能となる。
【００６８】
なお、図１０，図１１を用いた説明では、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射するフロント投射型のプロジェクタを例にして説明したが、投射ユニットＵと、スクリーン１００と、筐体とを有し、投射ユニットＵがスクリーン１００の背面側に配置され、スクリーン１００の背面側から透過型のスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する所謂リアプロジェクタに、上述の各実施形態の光源装置を適用することもできる。
【００６９】
なお、上述の各実施形態においては、空間光変調装置として透過型の液晶装置（ライトバルブ）を用いているが、反射型の液晶装置を用いることもできるし、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型光変調装置（ミラー変調器）を用いてもよい。
【００７０】
なお、上述の実施形態のプロジェクタＰＪ１，ＰＪ２は、各基本色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を射出可能なレーザ光源２をそれぞれ有する第１、第２、第３光源装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ，５０Ｒ、１Ｇ、５０Ｂを有しているが、赤色光（Ｒ）を射出する赤色レーザ光源、緑色光（Ｇ）を射出する緑色レーザ光源、及び青色光（Ｂ）を射出する青色レーザ光源をアレイ状に配置した構成を有する光源装置を１つ有する構成であってもよい。この場合、各基本色光を射出可能なレーザ光源のレーザ光射出動作を時分割で行い、その各レーザ光源のレーザ光射出動作に同期して、ライトバルブの動作を制御することにより、１つの光源装置及び１つのライトバルブでスクリーン１００上にフルカラー画像を表示することができる。
【００７１】
また、上述の実施形態のプロジェクタにおいては、光源装置１で空間光変調装置を照明し、その空間光変調装置を介した光によりスクリーン１００上に画像を表示しているが、プロジェクタとしては、空間光変調装置を有していなくても良い。例えば、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）の面を光源装置１で照明し、スクリーン上に画像情報を含む光を投射する、所謂スライドプロジェクタに、上述の各実施形態の光源装置１を適用することも可能である。
また、上述の各実施形態で説明した光源装置を、レーザ加工機の光源として用いることもできる。
【００７２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、重畳照明素子として、ホログラム素子を例に挙げて説明したが、フライアレイレンズや、ロッドインテグレータ等の入射した光を重畳する素子であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光源装置を示す平面図である。
【図２】図１の光源装置に用いられる重畳照明素子を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光源装置の変形例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る光源装置の他の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る光源装置の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る光源装置の他の変形例を示す平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る光源装置を示す平面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
ＰＪ１，ＰＪ２…プロジェクタ、１，２０，３０，４０，５０，６０，７０…光源装置、２…光源、３，５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…反射板（光路変換手段；反射部材）、４…重畳照明素子（ホログラム素子）、１１…被照射面、１５，２１，３１，４１…移動機構（移動手段）、７１…プリズム（光路変換手段）
【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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