JP2012203392A5 - - Google Patents

Description

本発明の照明装置は、単一または複数の発光スポットを含む光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、固体発光素子側から入射した光が通過して出射する光学部材とを備えたものである。固体発光素子は、光を発する単一または複数のチップを含み、上記１または複数の光源全体として、チップの少なくとも１つがレーザダイオードとなっている。上記光学部材は、固体発光素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、この第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとを含み、固体発光素子側から入射した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータを備えている。第１および第２のフライアイレンズはそれぞれ、複数のセルを有し、上記レーザダイオードからなるチップの発光スポットから発せられるレーザ光におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が、非等方的形状を示している。また、上記ＦＦＰにおける非等方的形状に起因して、第１のフライアイレンズの入射面における入射光の輝度分布形状も非等方的形状を示していると共に、その輝度分布形状における長軸方向が、第１のフライアイレンズにおける各セルの配列方向と異なっている

チップ１１Ａは、例えば、図７（Ａ），（Ｂ）〜図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したように、チップ１１Ａサイズ（Ｗ_V×Ｗ_H）よりも小さなサイズ（Ｐ_V1×Ｐ_H1）の発光スポット１１Ｂを有している。発光スポット１１Ｂは、チップ１１Ａに電流を注入してチップ１１Ａを駆動したときにチップ１１Ａから光が発せられる領域（光射出領域）に相当する。チップ１１ＡがＬＤからなる場合には、発光スポット１１ＢはＬＥＤまたはＯＬＥＤの発光スポットよりも小さな点状となっている。

具体的には、図１７（Ａ）に示した例では、上記した第１光源において、ＬＤからなる２つのチップ１１Ａ−１，１１Ａ−２が設けられ、それに伴い、活性層１１０を含む発光スポット（ニアーフィールドパターン；ＮＦＰ）１１Ｂ−１，１１Ｂ−２が設けられている。一方、図１７（Ｂ）（前述したモノリシック構造の例）に示した例では、上記した第１光源において、ＬＤからなる１つのチップ１１Ａが設けられると共に、このチップ１１Ａ内に２つの発光スポット１１Ｂ−１，１１Ｂ−２が設けられている。そして、ここでは発光スポット１１Ｂ−１，１１Ｂ−２では、同一の波長帯の光、または互いに異なる２つの波長帯の光が発せられるものとする。この場合において、各発光スポット１１Ｂ−１，１１Ｂ−２から発せられる光におけるＦＦＰ（図中の符号Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２参照）の短軸方向（ここではｙ軸方向）がそれぞれ、インテグレータ４０の光軸と直交する面内における短軸方向（ここではｙ軸方向）と一致している。また、各発光スポット１１Ｂ−１，１１Ｂ−２から発せられる光におけるＦＦＰの長軸方向（ここではｘ軸方向）が、これらの発光スポット１１Ｂ−１，１１Ｂ−２間で互いに一致している。

（特徴部分その４）
加えて、本実施の形態では、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに入射する光のビームサイズがカップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのサイズを超えない大きさとなるように、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離および開口数が設定されていることが好ましい。これを式で表すと、以下の式（１４）〜（１６）のようになる。
φ_CL1＝２×ｆ_CL1×ＮＡ₁≦ｈ_CL1…（１４）
φ_CL2＝２×ｆ_CL2×ＮＡ₂≦ｈ_CL2…（１５）
φ_CL3＝２×ｆ_CL3×ＮＡ₃≦ｈ_CL3…（１６）
ここで、
φ_CL1：カップリングレンズ２０Ａに入射する光のビームサイズ
φ_CL2：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光のビームサイズ
φ_CL3：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光のビームサイズ
ＮＡ₁：カップリングレンズ２０Ａの開口数
ＮＡ₂：カップリングレンズ２０Ｂの開口数
ＮＡ₃：カップリングレンズ２０Ｃの開口数
ｈ_CL1：カップリングレンズ２０Ａのサイズ
ｈ_CL2：カップリングレンズ２０Ｂのサイズ
ｈ_CL3：カップリングレンズ２０Ｃのサイズ

＜変形例＞
続いて、上記第１〜第５の実施の形態に共通の変形例（変形例１〜３）について説明する。なお、これらの実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、以下の各変形例では、第１の実施の形態のプロジェクタ１（照明光学系１Ａ）についての変形例を代表して説明するが、他の実施の形態（第２〜第５の実施の形態）のプロジェクタ３〜６（照明光学系３Ａ，４Ａ，５Ａ，６Ａ）についても同様の変形例を適用することが可能である。

Claims (20)

1. 単一または複数の発光スポットを含む光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
   前記固体発光素子側から入射した光が通過して出射する光学部材と
   を備え、
   前記固体発光素子は、光を発する単一または複数のチップを含み、
   前記１または複数の光源全体として、前記チップの少なくとも１つがレーザダイオードであり、
   前記光学部材は、
   前記固体発光素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとを含み、前記固体発光素子側から入射した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータを備え、
   前記第１および第２のフライアイレンズはそれぞれ、複数のセルを有し、
   前記レーザダイオードからなるチップの前記発光スポットから発せられるレーザ光におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が、非等方的形状を示しており、
   前記ＦＦＰにおける前記非等方的形状に起因して、前記第１のフライアイレンズの入射面における入射光の輝度分布形状も非等方的形状を示していると共に、その輝度分布形状における長軸方向が、前記第１のフライアイレンズにおける各セルの配列方向と異なっている
   照明装置。
2. 前記第１のフライアイレンズにおける各セルが、前記配列方向としての互いに直交する第１および第２の方向の各々に沿って配列されており、
   前記入射光における前記長軸方向が、前記第１および第２の方向のいずれとも異なっている
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記ＦＦＰにおける長軸方向が、前記第１のフライアイレンズにおける前記第１および第２の方向のいずれとも異なるように、少なくとも前記レーザダイオードからなるチップが傾斜配置されている
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記入射光における前記長軸方向と前記第１の方向とがなす角度θについて、以下の関係式を満たす
   請求項２または請求項３に記載の照明装置。
   θ＝ｔａｎ^-1［ｈ_FEL1y／（ｈ_FEL1x×ｎ_x）］
   ｈ_FEL1x：前記第１のフライアイレンズにおける１つのセルの前記第１の方向のサイズ
   ｈ_FEL1y：前記第１のフライアイレンズにおける１つのセルの前記第２の方向のサイズ
   ｎ_x：前記第１のフライアイレンズにおける前記第１の方向に沿ったセル数
5. 前記第１のフライアイレンズにおいて、
   前記第２の方向に沿った各セルの位置が、前記第１の方向に沿って配置された複数のセル列のうちの少なくとも一部のセル列間で、互いに異なっている
   請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記第２の方向に沿った各セルの位置が、前記第１の方向に沿った前記複数のセル列のうちの隣接するセル列間でそれぞれ、同じ向きにずれている
   請求項５に記載の照明装置。
7. 前記隣接するセル列間でのずれ量ｄについて、以下の関係式を満たす
   請求項６に記載の照明装置。
   ｄ＝（ｈ_FEL1y／ｎ_x）
   ｈ_FEL1y：前記第１のフライアイレンズにおける１つのセルの前記第２の方向のサイズ
   ｎ_x：前記第１のフライアイレンズにおける前記第１の方向に沿ったセル数
8. 前記レーザダイオードからなるチップを含む光源と前記第１のフライアイレンズとの間の光路上に、前記入射光における前記輝度分布形状をその短軸方向に沿って広げる光学素子を更に備えた
   請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 前記光学素子が、前記第２の方向の焦点距離と比べて前記第１の方向の焦点距離のほうが相対的に長くなっているアナモルフィックレンズを含む
   請求項８に記載の照明装置。
10. 前記レーザダイオードからなるチップを含む光源と前記第１のフライアイレンズとの間の光路上に、前記入射光の光路をその輝度分布形状の短軸方向に沿って複数に分岐させる光路分岐素子を更に備えた
    請求項８または請求項９に記載の照明装置。
11. 前記光路分岐素子が、回折素子、ハーフミラーまたはプリズムを含む
    請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記レーザダイオードからなるチップを含む光源と前記第１のフライアイレンズとの間の光路上に、前記入射光の光路をその輝度分布形状の短軸方向に沿って複数に分岐させる光路分岐素子を更に備えた
    請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の照明装置。
13. 前記レーザダイオードからなるチップを含む光源と前記第１のフライアイレンズとの間の光路上に、前記入射光における前記輝度分布形状をその短軸方向に沿って広げる光学素子を更に備えた
    請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
14. 前記レーザダイオードからなるチップを含む光源と前記第１のフライアイレンズとの間の光路上に、前記入射光の光路をその輝度分布形状の短軸方向に沿って複数に分岐させる光路分岐素子を更に備えた
    請求項１３に記載の照明装置。
15. 前記レーザダイオードからなるチップを含む光源と前記第１のフライアイレンズとの間の光路上に、前記入射光の光路をその輝度分布形状の短軸方向に沿って複数に分岐させる光路分岐素子を更に備えた
    請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
16. 前記第１のフライアイレンズは、前記第２のフライアイレンズの略焦点位置に配置されており、
    前記第２のフライアイレンズは、前記第１のフライアイレンズの略焦点位置に配置されている
    請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の照明装置。
17. 前記光学部材が、
    前記固体発光素子側から入射した光の指向角を変換する１または複数の指向角変換素子と、
    前記指向角変換素子を透過した光が照明する前記所定の照明範囲における光の照度分布を均一化する前記インテグレータと
    を有する請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の照明装置。
18. 各光源は、前記固体発光素子を内蔵したパッケージ、または前記固体発光素子を基材上に支持するパッケージとなっている
    請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の照明装置。
19. 照明光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
    前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と
    を備え、
    前記照明光学系は、
    単一または複数の発光スポットを含む光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
    前記固体発光素子側から入射した光が通過して出射する光学部材と
    を備え、
    前記固体発光素子は、光を発する単一または複数のチップを含み、
    前記１または複数の光源全体として、前記チップの少なくとも１つがレーザダイオードであり、
    前記光学部材は、
    前記固体発光素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとを含み、前記固体発光素子側から入射した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータを備え、
    前記第１および第２のフライアイレンズはそれぞれ、複数のセルを有し、
    前記レーザダイオードからなるチップの前記発光スポットから発せられるレーザ光におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が、非等方的形状を示しており、
    前記ＦＦＰにおける前記非等方的形状に起因して、前記第１のフライアイレンズの入射面における入射光の輝度分布形状も非等方的形状を示していると共に、その輝度分布形状における長軸方向が、前記第１のフライアイレンズにおける各セルの配列方向と異なっている
    投射型表示装置。
20. 照明光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
    前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
    前記投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンと
    を備え、
    前記照明光学系は、
    単一または複数の発光スポットを含む光射出領域から光を発する固体発光素子を含む１または複数の光源と、
    前記固体発光素子側から入射した光が通過して出射する光学部材と
    を備え、
    前記固体発光素子は、光を発する単一または複数のチップを含み、
    前記１または複数の光源全体として、前記チップの少なくとも１つがレーザダイオードであり、
    前記光学部材は、
    前記固体発光素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとを含み、前記固体発光素子側から入射した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータを備え、
    前記第１および第２のフライアイレンズはそれぞれ、複数のセルを有し、
    前記レーザダイオードからなるチップの前記発光スポットから発せられるレーザ光におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が、非等方的形状を示しており、
    前記ＦＦＰにおける前記非等方的形状に起因して、前記第１のフライアイレンズの入射面における入射光の輝度分布形状も非等方的形状を示していると共に、その輝度分布形状における長軸方向が、前記第１のフライアイレンズにおける各セルの配列方向と異なっている
    直視型表示装置。