(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出するレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光が入射されるとともに、該入射されたレーザ光を拡散して拡散光を生成する拡散光学素子と、
前記拡散光学素子からの拡散光により回折光を生成し、前記回折光で第１面を照明する回折光学素子とを備え、
前記拡散光学素子は、前記レーザ光源装置に近い一方の面に、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を拡散して拡散光を生成する第１レンズ面を有し、前記回折光学素子に近い他方の面に、前記第１レンズ面で生成された拡散光を平行化する第２レンズ面を有し、
前記回折光学素子は、前記第２レンズ面を含む前記他方の面から射出された拡散光を前記回折光に変換する照明装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は前記第１面上を矩形状の照明領域で照明する請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記回折光学素子と前記第１面との間に設けられ、前記回折光学素子からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子を備えた請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
前記レーザ光源装置を複数備え、
前記複数のレーザ光源装置はアレイ状に配置されている請求項１〜３のいずれか一項記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の照明装置で照明され、前記第１面を介した光により画像を表示する画像表示装置。
【請求項６】
前記第１面は照明された光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置の入射面を含む請求項５記載の画像表示装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の画像表示装置を含み、前記第１面を介した画像情報を含む光を第２面上に投射する投射系を備えたプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及び画像表示装置、並びにプロジェクタに関するものである。
【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、光源にレーザを用いる技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−６４７８９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロジェクタにおいては、所望の画像を得るために、レーザ光により空間光変調装置の入射面を均一な照度分布で照明することが重要である。したがって、レーザ光により空間光変調装置の入射面を均一な照度分布で照明するための光学系を構築することが重要である。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所定面を所望状態で照明できる照明装置を提供することを目的とする。また、照明装置で照明された光を用いて画像を表示する画像表示装置、並びに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】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
【０００６】
本発明の第１の観点によると、レーザ光を射出するレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光が入射されるとともに、該入射されたレーザ光を拡散して拡散光を生成する拡散光学素子と、前記拡散光学素子からの拡散光により回折光を生成し、前記回折光で第１面を照明する回折光学素子とを備えた照明装置が提供される。
【０００７】
本発明によれば、拡散光から生成された回折光で第１面を照明するようにしたので、回折光学素子から０次光が発生しても、その０次光の第１面上での局所的な照度（輝度）の増大を抑制することができる。したがって、第１面を所望状態で照明することができる。
【０００８】
本発明の照明装置において、前記回折光学素子は前記回折光で前記第１面上を所定の照明領域で照明する構成を採用することができる。これにより、照明領域を効率良く照明することができる。
【０００９】
本発明の照明装置において、前記回折光学素子は前記第１面上を矩形状の照明領域で照明する構成を採用することができる。これにより、照明領域を効率良く照明することができる。
【００１０】
本発明の照明装置において、前記拡散光学素子は照射された光を散乱する散乱部材を含む構成を採用することができる。前記散乱部材は、光を透過する基材と、前記基材上の微粒子とを有する構成を採用することができるし、前記散乱部材は粗面を有する光学部材を含む構成を採用することもできる。あるいは、前記拡散光学素子は回折光学素子を含む構成を採用することができる。
【００１１】
本発明の照明装置において、前記回折光学素子と前記第１面との間に設けられ、前記回折光学素子からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子を備えた構成を採用することができる。これにより、第１面に対する光の入射角度を調整することができ、第１面を効率良く照明することができる。
【００１２】
本発明の照明装置において、前記角度調整用光学素子は屈折レンズを含む構成を採用することができる。あるいは、角度調整用光学素子は回折光学素子を含む構成を採用することもできる。
【００１３】
本発明の照明装置において、光を通過可能な基板を備え、前記拡散光学素子は前記基板の一方の面に設けられ、前記回折光学素子は他方の面に設けられている構成を採用することができる。これにより、照明装置の部品点数を抑えて、第１面を効率良く照明することができる。
【００１４】
本発明の照明装置において、前記レーザ光源装置を複数備え、前記複数のレーザ光源装置はアレイ状に配置されている構成を採用することができる。これにより、第１面を高い照度で効率良く照明することができる。また、スペックルパターンの発生を抑え、第１面をほぼ均一な照度分布で照明することができる。
【００１５】
本発明の照明装置において、前記第１面は画像情報を含む構成を採用することができる。これにより、第１面を照明した光により画像を表示することができる。
【００１６】
本発明の第２の観点によると、上記記載の照明装置で照明され、前記第１面を介した光により画像を表示する画像表示装置が提供される。
【００１７】
本発明によれば、所望状態で照明された第１面を介した光により所望の画像を得ることができる。
【００１８】
本発明の画像表示装置において、前記第１面は照明された光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置の入射面を含む構成を採用することができる。前記空間光変調装置は液晶装置を含む構成を採用することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。
【００１９】
本発明の第３の観点によると、上記記載の画像表示装置を含み、前記第１面を介した画像情報を含む光を第２面上に投射する投射系を備えたプロジェクタが提供される。
【００２０】
本発明によれば、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、良好な画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、必要に応じて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。
【００２２】
＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る照明装置を示す概略構成図である。図１において、照明装置１は、所定部材１０の第１面１１を照明するものであって、レーザ光Ｌ１を射出する複数のレーザ光源装置２と、複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出されたレーザ光Ｌ１が入射されるとともに、その入射されたレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成する拡散光学素子４と、拡散光学素子４からの拡散光Ｌ２により回折光Ｌ３を生成し、回折光Ｌ３で第１面１１を照明する回折光学素子５とを備えている。回折光学素子５と第１面１１との間には、回折光学素子５からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子６が設けられており、回折光学素子５は、生成した回折光Ｌ３を、角度調整用光学素子６を介して第１面１１に照射する。
【００２３】
複数のレーザ光源装置２はアレイ状に配置されている。図１に示す例では、複数のレーザ光源装置２は一次元方向（Ｘ軸方向）に複数並んで設けられている。レーザ光源装置２の光射出面は＋Ｚ側を向いており、各レーザ光源装置２は＋Ｚ方向に向けてレーザ光Ｌ１を射出する。
【００２４】
拡散光学素子４は、レーザ光源装置２からのレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成するものである。本実施形態においては、拡散光学素子４は、照射された光を散乱する散乱部材を含む。
【００２５】
図２は散乱部材（拡散光学素子）４の一例を示す図である。散乱部材４は、光を透過する基材４Ａと、基材４Ａ上の微粒子４Ｂとを有している。光を透過する基材４Ａは、例えば透明の合成樹脂製のフィルム状部材、あるいは石英などのガラス製の板状部材により構成されている。そして、その基材４Ａ上に、屈折率が互いに異なる複数の微粒子４Ｂがバインダ４Ｃを介して接着されている。散乱部材４に照射された光は、散乱部材４を通過することにより、拡散光（散乱光）Ｌ２に変換される。
【００２６】
図３は散乱部材（拡散光学素子）４の別の例を示す図である。散乱部材４は、粗面を有する光学部材４Ｄによって構成されている。光学部材４Ｄは、例えば光を透過可能な石英などのガラス製の板状部材により構成されている。散乱部材４に照射された光は、散乱部材４を通過することにより、拡散光（散乱光）Ｌ２に変換される。
【００２７】
図１に戻って、回折光学素子５は、拡散光学素子４からの拡散光Ｌ２により回折光Ｌ３を生成し、その回折光Ｌ３で角度調整用光学素子６を介して第１面１１を照明するものである。本実施形態においては、回折光学素子５は、回折光Ｌ３で第１面１１を所定の照明領域で照明する。回折光学素子５により生成される回折光Ｌ３は、所定の領域を照明するように拡散された光であり、回折光学素子５は、その回折光Ｌ３で第１面１１を所定の照明領域で照明し、照明領域での照度を均一化する。そして、回折光学素子５は、その回折光学素子５の光射出面から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で所定面（第１面１１）を照明可能である。すなわち、回折光学素子５は所謂拡大系（拡大照明系）である。また、本実施形態においては、回折光学素子５は、第１面１１上を矩形状の照明領域で照明する。
【００２８】
図４は回折光学素子５の一例を示す模式図であって、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図４に示す回折光学素子は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）５Ｍを有している。凹部５Ｍは互いに異なる深さを有している。また、凹部５Ｍどうしの間の複数の凸部も互いに異なる高さを有している。そして、凹部５Ｍどうしのピッチｄ及び凹部５Ｍの深さｔ（凸部の高さ）を含む回折光学素子５の表面条件を適宜調整することにより、この回折光学素子５に照射された光を拡散させ、照明領域の大きさ及び形状を設定することができる。換言すれば、凹部５Ｍどうしのピッチｄ及び凹部５Ｍの深さｔを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子５に所定の機能を持たせることができる。また、凹部５Ｍどうしのピッチｄや凹部５Ｍの深さｔの値を回折光学素子５の表面の複数の領域毎にそれぞれ異ならせる場合には、回折光学素子５の表面条件には、形成される凹部５Ｍどうしのピッチｄの分布や、凹部５Ｍの深さｔの分布も含まれる。凹部５Ｍどうしのピッチｄ及び凹部５Ｍの深さｔを含む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。そして、回折光学素子５の表面条件を最適化することで、所望の機能を有する回折光学素子５を形成することができる。
【００２９】
なお、回折光学素子５としては、矩形の凹部５Ｍ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回折格子であってもよい。例えば、回折光学素子５としては、図５に示すような、斜面を有する三角形状の凹部を有するものであってもよい。また、回折光学素子５としては、図４に示したような矩形状の凹部を有する領域と、図５に示したような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回折光学素子５を形成することができる。
【００３０】
ここで、図６を参照しながら、回折光学素子５の製造方法の一例について説明する。図６（Ａ）に示すように、石英基板上にレジストを塗布した後、電子ビーム描画装置によりレジストに電子ビームを照射し、このレジストをパターニングする。次いで、エッチング処理することにより、図６（Ｂ）に示すように、石英からなるモールド（型）を形成する。そして、合成樹脂製のフィルム状部材など、回折光学素子を形成するための基板とモールドとを、基板のガラス転移温度以上に加熱する。そして、図６（Ｃ）に示すように、基板とモールドとを押し付け、一定時間保持する。その後、基板とモールドとを、基板のガラス転移温度以下に冷却し、基板とモールドとを離す。これにより、図６（Ｄ）に示すように、所望の形状を有する合成樹脂製の回折光学素子が形成される。このように、本実施形態では、モールド（型）を形成した後、そのモールドの形状を基板に熱転写する、所謂ナノインプリントの手法により、回折光学素子を形成する。
【００３１】
なお、ここで説明した回折光学素子の製造方法は一例であり、所望の形状を有する回折光学素子を製造できるのであれば、任意の手法を用いることができる。
【００３２】
図７は回折光学素子５を含む照明装置１で照明された第１面１１を示す模式図である。図７に示すように、回折光学素子５を含む照明装置１は、第１面１１上での照明領域ＬＡを設定することができる。具体的には、回折光学素子５を含む照明装置１は、第１面１１上での照明領域ＬＡの大きさ及び形状の少なくとも一方を設定することができる。本実施形態では、回折光学素子５を含む照明装置１は、照明領域ＬＡを矩形状（長方形状）に設定する。本実施形態の第１面（後述するライトバルブの入射面を含む）１１は矩形状（長方形状）であり、回折光学素子５を含む照明装置１は、第１面１１に応じた照明領域ＬＡを設定する。照明領域ＬＡの大きさ及び形状は、回折光学素子５の表面条件（凹部５Ｍどうしのピッチｄ、凹部５Ｍの深さｔなど）を適宜調整することにより設定可能である。換言すれば、凹部５Ｍどうしのピッチｄ及び凹部５Ｍの深さｔを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子５に照明領域設定光学系としての機能を持たせることができる。また、回折光学素子５の表面条件を最適化することにより、照明領域ＬＡでの照度を均一化できるような回折光Ｌ３を生成でき、また、回折光学素子５の光射出面から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域ＬＡで第１面１１を照明することができる。そして、上述の反復フーリエ法など、所定の手法を用いて回折光学素子５の表面条件を最適化することで、所望の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能、拡大照明機能等）を有する回折光学素子５を形成することができる。
【００３３】
すなわち、本実施形態の回折光学素子５は、照明領域設定機能、照度均一化機能（拡散光生成機能）、及び拡大照明機能のそれぞれを有しており、それらの機能を有するように、凹部５Ｍどうしのピッチｄ及び凹部５Ｍの深さｔを含む表面条件が最適化されている。
【００３４】
なお、本実施形態では、回折光学素子５は、照明領域ＬＡを矩形状に設定しているが、凹部５Ｍどうしのピッチｄ及び凹部５Ｍの深さｔを含む表面条件を最適化することにより、例えば照明領域ＬＡをライン状や円形状など、任意の形状に設定することができる。
【００３５】
また、回折光学素子５は、発生した１次光で第１面１１を照明するように最適化されている。
【００３６】
図１に戻って、回折光学素子５と第１面１１との間には角度調整用光学素子６が設けられている。角度調整用光学素子６は、回折光学素子５からの回折光（１次光）Ｌ３が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整機能を有している。角度調整用光学素子６は、屈折レンズ（フィールドレンズ）によって構成されている。屈折レンズは、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象レンズを含む。あるいは、角度調整用光学素子６はフレネルレンズ等を含むものであってもよい。角度調整用光学素子６は、回折光学素子５から照射された光の射出角度、ひいては第１面１１に対する光の入射角度を調整可能である。本実施形態では、角度調整用光学素子６は、複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出された複数のレーザ光Ｌ１に基づいて回折光学素子５で生成された回折光（１次光）Ｌ３で、第１面１１上の所定領域を重畳的に照明するように、射出する光の射出角度を調整できるように最適化されている。
【００３７】
図８は本実施形態に係る照明装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）を備えた画像表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、画像表示装置として、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画像表示装置（プロジェクタ）を例にして説明する。
【００３８】
図８において、投射型画像表示装置ＰＪは、スクリーン１００（第２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画像表示装置ＰＪは、スクリーン１００を透過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。
【００３９】
投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で第１面を照明可能な第１照明装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で第１面を照明可能な第２照明装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で第１面を照明可能な第３照明装置１Ｂと、第１照明装置１Ｒで照明される入射面（第１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１０Ｒと、第２照明装置１Ｇで照明される入射面（第１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１０Ｇと、第３照明装置１Ｂで照明される入射面（第１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１０Ｂと、空間光変調装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにより変調された各基本色光を合成する色合成系１２と、色合成系１２で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系１３とを備えている。空間光変調装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ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。
【００４０】
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。
【００４１】
第１照明装置１Ｒの複数のレーザ光源装置２は、赤色（Ｒ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第１照明装置１Ｒは、赤色のレーザ光Ｌ１に基づいて、拡散光学素子４により拡散光Ｌ２を生成し、その生成された拡散光Ｌ２に基づいて、回折光学素子５により回折光Ｌ３を生成し、その回折光Ｌ３で第１ライトバルブ１０Ｒの入射面１１を照明する。
【００４２】
第２照明装置１Ｇの複数のレーザ光源装置２は、緑色（Ｇ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第２照明装置１Ｇは、緑色のレーザ光Ｌ１に基づいて、拡散光学素子４により拡散光Ｌ２を生成し、その生成された拡散光Ｌ２に基づいて、回折光学素子５により回折光Ｌ３を生成し、その回折光Ｌ３で第２ライトバルブ１０Ｇの入射面１１を照明する。
【００４３】
第３照明装置１Ｂの複数のレーザ光源装置２は、青色（Ｂ）のレーザ光をそれぞれ射出する。第３照明装置１Ｇは、青色のレーザ光Ｌ１に基づいて、拡散光学素子４により拡散光Ｌ２を生成し、その生成された拡散光Ｌ２に基づいて、回折光学素子５により回折光Ｌ３を生成し、その回折光Ｌ３で第３ライトバルブ１０Ｂの入射面１１を照明する。
【００４４】
各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、色合成系１２で合成される。色合成系１２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）は色合成系１２で合成されてフルカラー合成光となる。色合成系１２から射出されたフルカラー合成光は投射系１３に供給される。投射系１３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１３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。
【００４５】
投射ユニットＵは、各照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのそれぞれで照明された各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系１３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。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、回折光学素子５は、拡散光学素子４からの拡散光Ｌ２により回折光Ｌ３を生成し、その回折光Ｌ３で第１面１１を照明するので、仮に回折光学素子５から０次光が発生しても、その０次光の第１面１１上での局所的な照度（輝度）の増大を抑制することができる。本実施形態においては、回折光学素子５は、上述の反復フーリエ法等の所定の手法を用いて、０次光を発生させないように設計され、発生した１次光によって、均一な照度分布で第１面１１を照明できるように設計されているが、例えば回折光学素子５を製造するときの製造誤差（プロセス誤差）や、レーザ光源装置２から射出されるレーザ光Ｌ１の波長誤差等に起因して、回折光学素子５より０次光が発生してしまう可能性がある。なお、レーザ光源装置２から射出されるレーザ光Ｌ１の波長の誤差（ぶれ）は、例えば温度変化に起因する。０次光は、回折光学素子５に入射する光の延長線上に形成される場合が多く、その０次光の光強度は、回折光学素子５に入射する光の強度（照度）に応じた値となる場合が多い。そのような場合において、回折光学素子５に対してレーザ光源装置２からのレーザ光Ｌ１が直接的に入射された場合、第１面１１のうち、回折光学素子５に入射するレーザ光Ｌ１の延長線上の領域に０次光が照射され、０次光が照射された部分の照度（輝度）が局所的に増大する場合がある。その場合、その空間光変調装置１０に基づいて形成される画像は不良となる。本実施形態では、回折光学素子５には、拡散光学素子４によって生成された拡散光Ｌ２が入射するようになっており、回折光学素子５に入射する光は拡散（分散）されたものである。したがって、回折光学素子５に入射する光の局所的な照度（輝度）の増大が抑制されている。したがって、仮に回折光学素子５から０次光が発生した場合でも、その０次光の光強度は低減されるので、図９の模式図に示すように、回折光学素子５から発生した０次光の第１面１１上での局所的な照度（輝度）の増大が抑制され、照明装置１は第１面１１をほぼ所望状態で照明することができる。したがって、その照明装置１を有する画像表示装置ＰＪは、第１面（入射面）１１を介した光により、所望の画像を形成することができる。
【００４７】
また、本実施形態の照明装置１によれば、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、第１面１１を均一な照度分布で効率良く照明することができる。すなわち、レーザ光源装置から射出されたレーザ光を用いて第１面１１を均一な照度分布で照明するために、例えばロッドインテグレータやフライアイレンズ等の光学系を用いた場合、部品点数の増大や光学系の複雑化を招き、装置全体の大型化、複雑化を招く虞がある。また、部品点数の増大やロッドインテグレータ等の高価な部品の使用により装置コストの上昇を招く虞もある。更には、各光学素子の界面より発生するフレネル反射損失等、光利用効率等の低下を招く虞もある。本実施形態では、比較的安価な光学素子を用い、しかもその部品点数が抑えられているので、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、第１面１１を効率良く照明することができる。
【００４８】
また、回折光学素子５は第１面１１上での照明領域ＬＡを設定することができるので、照明領域ＬＡを効率良く照明することができる。すなわち、レンズ等を介した光で第１面１１を照明した場合、照明領域ＬＡの形状と第１面１１の形状とが異なる状況が生じる可能性がある。すなわち、例えば第１面１１が矩形状であるのに対して、レンズを介して第１面１１を照明したときの照明領域ＬＡが円形状となる可能性がある。この場合、光の漏洩を抑えつつ、第１面１１を照明するためには、円形状の照明領域ＬＡを拡大するとともに、遮光部材等を用いて、照明領域ＬＡを整形する必要がある。この場合、光利用効率が低下する。本実施形態では、回折光学素子５を用いて照明領域ＬＡを設定することにより、回折光学素子５で生成した光のほぼ全てを第１面１１に照射することができ、光利用効率を向上することができる。
【００４９】
また、光源としてレーザ光源装置を用いているので、偏光された光を射出することができ、光源として例えば超高圧水銀ランプ等の白色光源を用いる構成に比べて、偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）や、色分離素子（ダイクロイックミラー）等の部品を省略することができる。また、狭波長帯域のレーザ光（基本色光）を射出するので、そのレーザ光を用いて画像を表示する際、良好な色再現性を得ることができる。また、液晶装置（ライトバルブ）には紫外光が照射されないので、ライトバルブの劣化を抑制することもできる。
【００５０】
また、本実施形態においては、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を備えているので、第１面１１上での光量（照度）を増大することができる。そして、その照明装置１で照明された第１面１１を介した光により画像を表示することにより、画像の高輝度化、高コントラスト化を実現することができる。
【００５１】
また、本実施形態においては、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を備えているので、スペックルパターンの発生を抑えることもできる。スペックルパターンとは、レーザ光のようなコヒーレント光で粗面や不均質な媒質を含む散乱面を照射し、その散乱光（拡散光）を観察したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様をいう。散乱面の各点で発生した散乱光（拡散光）は、互いにランダムな位相関係で干渉し、その結果複雑な干渉パターンを生じ、第１面１１を不均一な照度分布で照明する可能性がある。本実施形態では、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を備えており、それら複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出されたレーザ光は互いにインコヒーレントであるため、互いに異なる照度分布（輝度分布）を持つ光で第１面１１を照明することとなる。そのため、それら各レーザ光に基づく回折光を第１面１１上で重ね合わせることにより、見た目上のスペックルパターンを低減し、第１面１１上での照度分布をほぼ均一にすることができる。したがって、画像表示装置ＰＪは、輝度むら（照度むら）が小さい画像を表示することができる。
【００５２】
また、角度調整用光学素子６を設けたことにより、第１面１１に対する光の入射角度を小さくすることができ、第１面１１を効率良く照明することができる。また、複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出したレーザ光Ｌ１に基づいて回折光学素子５で生成した回折光Ｌ３で、第１面１１上の所定領域を重畳的に照明することができる。これにより、第１面１１を高い照度で効率良く照明することができる。また、スペックルパターンの発生を抑え、第１面１１をほぼ均一な照度分布で照明することができる。
【００５３】
また、図６等を参照して説明したように、回折光学素子５はナノインプリントの手法で製造することができるため、回折光学素子を容易に大量に製造することができ、製造コストを低減することができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、拡散光学素子４としてレンズを用いた点にある。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００５５】
図１０（Ａ）は第２実施形態に係る照明装置１を示す図である。図１０（Ａ）において、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を備えている。複数のレーザ光源装置２はアレイ状に配置されている。また、照明装置１は、複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出されたレーザ光Ｌ１が入射されるとともに、その入射されたレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成するレンズ面４Ｌを有する拡散光学素子４と、拡散光学素子４からの拡散光Ｌ２により回折光Ｌ３を生成し、回折光Ｌ３で第１面１１を照明する回折光学素子５とを備えている。回折光学素子５と第１面１１との間には、回折光学素子５からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子６が設けられており、回折光学素子５は、生成した回折光Ｌ３を、角度調整用光学素子６を介して第１面１１に照射する。レンズ面４Ｌは、拡散光学素子４のうち、レーザ光源装置２に近い一方の面に設けられている。拡散光学素子４のレンズ面４Ｌは、複数のレーザ光源装置２に対応するように複数設けられている。レンズ面４Ｌを有する拡散光学素子４は光を透過可能であり、レンズ面４Ｌは入射されたレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成する。生成された拡散光Ｌ２は、光学素子４を透過した後、回折光学素子５に近い他方の面から射出され、回折光学素子５によって回折光Ｌ３に変換される。このように、拡散光学素子４をレンズ系によって構成することが可能である。そして、拡散光学素子４によって生成した拡散光Ｌ２を回折光学素子５に入射させることにより、回折光学素子５で仮に０次光が発生しても、図１０（Ｂ）の模式図に示すように、第１面１１上での０次光の局所的な照度（輝度）の増大を抑制することができる。
【００５６】
＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、生成した拡散光Ｌ２を平行化する点にある。
【００５７】
図１１（Ａ）は第３実施形態に係る照明装置１を示す図である。図１１（Ａ）において、照明装置１は、アレイ状に配置された複数のレーザ光源装置２と、レーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成する拡散光学素子４と、拡散光学素子４からの拡散光Ｌ２により回折光Ｌ３を生成し、回折光Ｌ３で第１面１１を照明する回折光学素子５とを備えている。回折光学素子５と第１面１１との間には、回折光学素子５からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子６が設けられており、回折光学素子５は、生成した回折光Ｌ３を、角度調整用光学素子６を介して第１面１１に照射する。
【００５８】
拡散光学素子４は、複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出されたレーザ光Ｌ１が入射されるとともに、その入射されたレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成するレンズ面４Ｌと、レンズ面４Ｌで生成された拡散光Ｌ２を平行化する第２レンズ面（コリメート面）４Ｈとを有している。レンズ面４Ｌは、拡散光学素子４のうち、レーザ光源装置２に近い一方の面に設けられている。一方、コリメート面４Ｈは、拡散光学素子４のうち、回折光学素子５に近い他方の面に設けられている。拡散光学素子４のレンズ面４Ｌは、複数のレーザ光源装置２に対応するように複数設けられ、コリメート面４Ｈはレンズ面４Ｌに対応するように複数設けられている。レンズ面４Ｌは入射されたレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成する。拡散光学素子４は光を透過可能であり、レンズ面４Ｌで生成された拡散光Ｌ２は、拡散光学素子４を透過した後、コリメート面４Ｈにより平行化される。そして、コリメート面４Ｈを含む他方の面から射出された拡散光Ｌ２は、回折光学素子５によって回折光Ｌ３に変換される。
【００５９】
このように、本実施形態においては、レンズ面４Ｌで生成された拡散光Ｌ２を、コリメート面４Ｈで平行化しているので、拡散光Ｌ２により回折光学素子５の入射面を例えば垂直照明することができるなど、回折光学素子５に対する光の入射角度を小さくすることができる。したがって、回折光学素子５の設計を容易に行うことができ、回折効率の低下を抑制することができる。そして、拡散光学素子４によって、回折光学素子５に入射する光を拡散光Ｌ２とすることにより、回折光学素子５で仮に０次光が発生しても、図１１（Ｂ）の模式図に示すように、第１面１１上での０次光の局所的な照度（輝度）の増大を抑制することができる。
【００６０】
＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、拡散光学素子４として回折光学素子４Ｋを用いた点にある。
【００６１】
図１２（Ａ）は第４実施形態に係る照明装置１を示す図である。図１２（Ａ）において、照明装置１は、アレイ状に配置された複数のレーザ光源装置２と、レーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成する拡散用回折光学素子（拡散光学素子）４Ｋと、拡散用回折光学素子４Ｋからの拡散光Ｌ２により回折光Ｌ３を生成し、回折光Ｌ３で第１面１１を照明する回折光学素子５とを備えている。回折光学素子５と第１面１１との間には、回折光学素子５からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子６が設けられており、回折光学素子５は、生成した回折光Ｌ３を、角度調整用光学素子６を介して第１面１１に照射する。
【００６２】
拡散用回折光学素子４Ｋは、複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出されたレーザ光Ｌ１が入射されるとともに、その入射されたレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成するものである。すなわち、拡散用回折光学素子４Ｋは、拡散光生成機能を有している。上述の反復フーリエ法など、所定の手法を用いて回折光学素子４Ｋの表面条件を最適化することで、拡散光生成機能を有する回折光学素子４Ｋを形成することができる。本実施形態では、拡散用回折光学素子４Ｋは、入射するレーザ光Ｌ１の光強度（照度）に対して、射出する拡散光Ｌ２の０次光の光強度（照度）の最大値が５％未満となるように、拡散光Ｌ２を生成する。
【００６３】
一方、回折光学素子５は、上述の実施形態同様、照明領域設定機能を有しており、生成した回折光Ｌ３により、第１面１１上での照明領域ＬＡを矩形状に設定することができる。
【００６４】
このように、拡散光学素子４として回折光学素子４Ｋを用いることができる。そして、拡散光学素子４によって、回折光学素子５に入射する光を拡散光Ｌ２とすることにより、回折光学素子５で仮に０次光が発生しても、図１２（Ｂ）の模式図に示すように、第１面１１上での０次光の局所的な照度（輝度）の増大を抑制することができる。本実施形態では、回折光学素子５から０次光が発生した場合でも、
入射するレーザ光Ｌ２の０次光の光強度（照度）に対して、射出する回折光Ｌ３の０次光の光強度（照度）の最大値が５％未満となるように、回折光学素子５が作成されていれば、レーザ光Ｌ１の光強度（照度）に対して、回折光Ｌ３の０次光の光強度（照度）を０．２５％未満とすることができる。
【００６５】
また、図６等を参照して説明したように、拡散用回折光学素子４Ｋはナノインプリントの手法で製造することができるため、回折光学素子を容易に大量に製造することができ、製造コストを低減することができる。
【００６６】
＜第５実施形態＞
第５実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、光を透過可能な基板７の一方の面に拡散光学素子４が設けられ、他方の面に回折光学素子５が設けられている点にある。
【００６７】
図１３（Ａ）は第５実施形態に係る照明装置１を示す図である。図１３（Ａ）において、照明装置１は、アレイ状に配置された複数のレーザ光源装置２と、レーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成する拡散光学素子４と、拡散光学素子４からの拡散光Ｌ２により回折光Ｌ３を生成し、回折光Ｌ３で第１面１１を照明する回折光学素子５とを備えている。回折光学素子５と第１面１１との間には、回折光学素子５からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子６が設けられており、回折光学素子５は、生成した回折光Ｌ３を、角度調整用光学素子６を介して第１面１１に照射する。
【００６８】
本実施形態においては、照明装置１は、光を通過可能な基板７を備えており、拡散光学素子４は、基板７のうち、レーザ光源装置２に近い一方の面に設けられ、回折光学素子５は、第１面１１（角度調整用光学素子６）に近い他方の面に設けられている。基板７は、例えば透明の合成樹脂製のフィルム状部材、あるいは石英などのガラス製の板状部材により構成されている。本実施形態では、拡散光学素子４は、基板７の一方の面に設けられたレンズ面４Ｌによって構成されている。レンズ面４Ｌは、複数のレーザ光源装置２に対応するように複数設けられており、入射されたレーザ光Ｌ１を拡散して拡散光Ｌ２を生成する。基板７は光を透過可能であり、レンズ面４Ｌで生成された拡散光Ｌ２は、基板７を透過した後、回折光学素子５により回折光Ｌ３に変換される。また、本実施形態では、回折光学素子５は、基板７の他方の面に設けられた凹部（５Ｍ）を含む。
【００６９】
このように、光を通過可能な基板７の一方の面に拡散光学素子４を設け、他方の面に回折光学素子５を設けることが可能であり、こうすることにより、照明装置１の部品点数を抑えて、第１面１１を効率良く照明することができる。そして、拡散光学素子４によって、回折光学素子５に入射する光を拡散光Ｌ２とすることにより、回折光学素子５で仮に０次光が発生しても、図１３（Ｂ）の模式図に示すように、第１面１１上での０次光の局所的な照度（輝度）の増大を抑制することができる。
【００７０】
なお、上述の第１〜第５実施形態では、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照明装置１を適用することもできる。
【００７１】
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。
【００７２】
なお、上述の実施形態のプロジェクタＰＪは、各基本色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を射出可能なレーザ光源装置２をそれぞれ有する第１、第２、第３照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂを有しているが、赤色光（Ｒ）を射出する赤色レーザ光源装置、緑色光（Ｇ）を射出する緑色レーザ光源装置、及び青色光（Ｂ）を射出する青色レーザ光源装置をアレイ状に配置した構成を有する照明装置を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装置のレーザ光射出動作を時分割で行い、その各レーザ光源装置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つの照明装置及び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。
【００７３】
＜第６実施形態＞
なお、上述の各実施形態においては、照明装置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、画像表示装置（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よい。例えば図１４に示すような、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）１０’の面１１’を照明装置１で照明し、スクリーン１００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照明装置１を適用することも可能である。
【００７４】
また、画像表示装置としては、投射系を有さず空間光変調装置の画像を直接観察する直視型の画像表示装置であってもよい。
【００７５】
なお、上述の第１〜第６実施形態においては、照明装置１は一次元方向（Ｘ軸方向）に複数並んだレーザ光源装置２を有しているが、二次元方向（ＸＹ方向）にアレイ状に配置されたレーザ光源装置２を備えていてもよい。
【００７６】
なお、上述の各実施形態においては、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を有しているが、レーザ光源装置２は１つであってもよい。
【００７７】
なお、上述の各実施形態においては、照明装置１は角度調整用光学素子６を有しているが、その角度調整用光学素子６を省略することも可能である。その場合、回折光学素子５は、生成した回折光Ｌ３で第１面１１を直接的に照明する。
【００７８】
なお、上述の各実施形態においては、回折光学素子として透過型の回折光学素子（回折格子）のうち、位相変調型の回折光学素子を用いているが、振幅変調型の回折光学素子を用いることもできる。また、透過型の回折光学素子に限られず、反射型の回折光学素子を用いることもできる。また、例えば、透過型の回折光学素子と、反射型の回折光学素子とを組み合わせてもよい。そして、それら回折光学素子の表面条件を最適化することにより、その回折光学素子に所望の機能を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態に係る照明装置を示す概略構成図である。
【図２】拡散光学素子の一例を示す模式図である。
【図３】拡散光学素子の一例を示す模式図である。
【図４】回折光学素子の一例を説明するための模式図である。
【図５】回折光学素子の一例を説明するための模式図である。
【図６】回折光学素子の製造方法の一例を説明するための模式図である。
【図７】第１実施形態に係る照明装置で照明された第１面を示す図である。
【図８】第１実施形態に係る照明装置を備えた画像表示装置を示す概略構成図である。
【図９】第１実施形態に係る照明装置の効果を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態に係る照明装置を説明するための図である。
【図１１】第３実施形態に係る照明装置を説明するための図である。
【図１２】第４実施形態に係る照明装置を説明するための図である。
【図１３】第５実施形態に係る照明装置を説明するための図である。
【図１４】第６実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…照明装置、２…レーザ光源装置、４…拡散光学素子、４Ａ…基材、４Ｂ…微粒子、４Ｄ…光学部材、４Ｋ…拡散用回折光学素子、５…回折光学素子、６…角度調整用光学素子、７…基板、１０…空間光変調装置、１１…第１面（入射面）、１００…スクリーン（第２面）、Ｌ１…レーザ光、Ｌ２…拡散光、Ｌ３…回折光、ＬＡ…照明領域、ＰＪ…画像表示装置（プロジェクタ）
【図１】
0004449848.tif 000002
【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】
0004449848.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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