JP2015060041A - Light source device, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばプロジェクタ等の光学装置に対して利用可能な光源装置に関する。また、本発明は、この光源装置からの光を利用して画像を投影表示するプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device that can be used for an optical device such as a projector. The present invention also relates to a projector that projects and displays an image using light from the light source device.
従来、高輝度放電ランプを光源装置として用い、この光源装置からの光を利用して画像を投影表示するプロジェクタが存在する(例えば、特許文献1参照)。この従来のプロジェクタについて、図6を参照して説明する。図6は、従来のプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。従来のプロジェクタ91は、高輝度放電ランプで構成された光源装置90からの光を利用して、スクリーン80上に画像を投影する構成である。以下に、より詳細な構成について説明する。
Conventionally, there is a projector that uses a high-intensity discharge lamp as a light source device and projects and displays an image using light from the light source device (see, for example, Patent Document 1). This conventional projector will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic block diagram showing one configuration of a conventional projector. The
高輝度放電ランプからなる光源装置90からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなるコリメータ手段(図示を省略)の助けを借りるなどして、略平行な光束として、フライアイインテグレータを含む光均一化手段50の入射端51に入力され、射出端52から出力される。ここで、図6に示す光均一化手段50は、入射端51側に配置される前段フライアイレンズ53、射出端52側に配置される後段フライアイレンズ55、及び照明レンズ59の組み合わせで構成される。前段フライアイレンズ53及び後段フライアイレンズ55は、共に同一焦点距離で同一形状の四角形のレンズが縦横それぞれに多数配置されることで構成されている。
The light from the
前段フライアイレンズ53の各レンズと、それぞれの後段(射出端52側)に配置された後段フライアイレンズ55の対応する各レンズとは、ケーラー照明と呼ばれる光学系を構成している。すなわち、前段フライアイレンズ53及び後段フライアイレンズ55を構成する各レンズにより、ケーラー照明光学系が縦横に多数並んでいることになる。
Each lens of the front-stage fly-
一般に、ケーラー照明光学系は2枚(一対)のレンズから構成され、前段レンズが光を集めて対象面を照明するに際し、前段レンズは、対象面に光源像を結像するのではなく、後段レンズ中央の面上に光源像を結像する。そして、後段レンズは、前段レンズの外形の四角形を対象面(照明したい面)に結像するよう配置されることで、対象面を均一に照明する。もし後段レンズが存在しなければ、光源が完全な点光源でなく有限の大きさを持つとき、その光源の大きさに依存して対象面の四角形の周囲部の照度が落ちるという現象が生じ得る。後段レンズは、かかる現象の発現を防止する目的で設けられており、後段レンズによって、光源の大きさに依存せずに、対象面の四角形の周囲部まで均一な照度にすることができる。 In general, the Kohler illumination optical system is composed of two (a pair of) lenses, and when the front lens collects light and illuminates the target surface, the front lens does not form a light source image on the target surface, but a rear stage. A light source image is formed on the center surface of the lens. The rear lens is arranged so as to form an image of the quadrangle of the outer shape of the front lens on the target surface (surface to be illuminated), thereby uniformly illuminating the target surface. If the rear lens is not present, when the light source is not a perfect point light source but has a finite size, the illuminance around the square of the target surface may decrease depending on the size of the light source. . The rear lens is provided for the purpose of preventing the occurrence of such a phenomenon, and the rear lens can make the illuminance uniform to the periphery of the square of the target surface without depending on the size of the light source.
ここで、図6に示す光学系の場合、光均一化手段50には略平行光束が入力されることを基本としているため、前段フライアイレンズ53と後段フライアイレンズ55との間隔は、それらの焦点距離に等しくなるように配置される。つまり、ケーラー照明光学系としての均一照明の対象面の像は無限遠に生成される。ただし、後段フライアイレンズ55の後段には照明レンズ59が配置されているため、対象面は無限遠から照明レンズ59の焦点面上に引き寄せられる。
Here, in the case of the optical system shown in FIG. 6, the light uniformizing
縦横に多数並んでいるケーラー照明光学系は、入射光軸60に平行であり、それぞれの中心軸に対して略軸対称に光束が入力される。つまり、出力光束も略軸対称であるから、レンズ面に同じ角度で入射した光線は、レンズ面上の入射位置によらず焦点面上の同じ点に向かうよう屈折される、というレンズの性質、すなわちレンズのフーリエ変換作用により、全てのケーラー照明光学系の出力は照明レンズ59の焦点面上の同じ対象面に結像される。この結果、前段フライアイレンズ53の各レンズ面での照度分布が全て重ね合わされることで、ケーラー照明光学系が1個の場合よりも照度分布が更に均一化された1個の合成四角形の像が入射光軸60上に形成される。
A number of Kohler illumination optical systems arranged in rows and columns are parallel to the incident
そして、前記合成四角形の像の位置に二次元光振幅変調素子73を配置することにより、射出端52から出力された光によって、照明対象である二次元光振幅変調素子73が照明される。ただし、照明に際しては、照明レンズ59と二次元光振幅変調素子73との間に偏光ビームスプリッタ71を配置して、これにより光が二次元光振幅変調素子73に向けて反射される構成としている。二次元光振幅変調素子73は、映像信号に従って、画素毎に光の偏光方向を90度回転させるか、又は回転させないように変調して反射することにより、回転させられた光のみが、偏光ビームスプリッタ71を透過して投影レンズ77に入射され、スクリーン80上に画像を表示する。
Then, by arranging the two-dimensional light
なお、図6に示す光学系の場合、二次元光振幅変調素子73としては、一般にLCOS(登録商標)(シリコン液晶デバイス)が使われることが多い。このような液晶デバイスの場合、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できない。このため、光の利用効率を向上させる観点から、一般的には、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させるが、規定の偏光方向に垂直な成分に対しては偏光方向を90度回転させ、結果として全ての光を有効利用できるようにするための偏光整列機能素子57が、例えば後段フライアイレンズ55の後段に挿入される。また、二次元光振幅変調素子73には略平行光が入射されるよう、例えばその直前にフィールドレンズ75が挿入される。
In the case of the optical system shown in FIG. 6, LCOS (registered trademark) (silicon liquid crystal device) is often used as the two-dimensional light
なお、二次元光振幅変調素子73に関しては、図6に示すような反射型のものの他に、透過型の液晶デバイス(LCD)をそれに適合する光学配置にして使用されることもある(例えば特許文献2参照)。
As for the two-dimensional light
本出願人は、プロジェクタ用の光源として、高輝度放電ランプに代えて半導体レーザからの光(レーザ光)を利用することを検討している。このとき、プロジェクタ用の光源装置として高い光出力を実現するためには、単一ではなく複数の半導体レーザの光を、直接、又は光ファイバを介して伝送した上で、プロジェクタに供給する必要が生じる。つまり、光源装置として複数の光源を具備する必要が生じるが、このとき本発明者の鋭意研究によれば、光源の数を増加するに伴って光の利用効率が低下する課題を見出した。 The present applicant is considering using light (laser light) from a semiconductor laser instead of a high-intensity discharge lamp as a light source for a projector. At this time, in order to realize a high light output as a light source device for a projector, it is necessary to transmit light of a plurality of semiconductor lasers instead of a single light directly or via an optical fiber and supply the light to the projector. Arise. That is, it is necessary to provide a plurality of light sources as the light source device. At this time, according to the earnest study of the present inventors, a problem has been found that the light use efficiency decreases as the number of light sources increases.
本発明は、上記の課題に鑑み、プロジェクタ等の光学装置が複数の光源を具備した光源装置からの光を利用する場合において、光学装置側での光の利用効率を高めることのできる光源装置を実現することを目的とする。また、本発明は、このように光の利用効率の高い光学装置(プロジェクタ)を実現することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention provides a light source device capable of increasing the light use efficiency on the optical device side when an optical device such as a projector uses light from a light source device including a plurality of light sources. It aims to be realized. Another object of the present invention is to realize an optical device (projector) having high light utilization efficiency.
本発明は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む偏光整列機能素子を備えてなる光学装置に対して光を供給するための光源装置であって、
複数の光放射領域と、
前記光放射領域からの光束を前記光学装置に適合する光束に変換するための変換光学系とを有し、
前記複数の光放射領域は、前記偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った数よりも多くなるように配置されていることを特徴とする。
The present invention is a light source device for supplying light to an optical device comprising a polarization alignment functional element including an elongated polarization beam splitter,
A plurality of light emitting regions;
A conversion optical system for converting a light beam from the light emitting region into a light beam suitable for the optical device;
The plurality of light emission regions are arranged such that the number along the longitudinal direction of the polarizing beam splitter is larger than the number along the short direction of the polarizing beam splitter.
偏光整列機能素子は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを有する構成であり、より詳細には、XYZの3軸を想定し、光源装置からの光が光学装置に対して入力される光入力部の光軸をZ軸とした場合において、このZ軸に対して垂直なXY平面上において、短手方向(ここでは「Y軸方向」とする。)に沿って光を通過させる領域と光の通過を禁止する領域とが交互に配置された構成である。ここでいう「短手方向」とは、偏光ビームスプリッタを構成する細長い形状の「長手方向」(ここでは「X軸方向」とする。)に対する垂直な方向を指しており、より詳細には、光源装置からの光が偏光整列機能素子の偏光ビームスプリッタによって反射される光の進行方向を指す。また、「長手方向」とは、光源装置からの光が光学装置に対して入力される光入力部の光軸の方向(ここでは「Z軸方向」)と、光源装置からの光が偏光整列機能素子の偏光ビームスプリッタによって反射される光の進行方向の両方に垂直な方向に対応する。 The polarization alignment functional element has a configuration having an elongated-shaped polarization beam splitter, and more specifically, assuming three axes of XYZ, the light of the light input unit to which the light from the light source device is input to the optical device In the case where the axis is the Z axis, on the XY plane perpendicular to the Z axis, the region through which light passes along the short direction (here, referred to as “Y axis direction”) and the passage of light. In this configuration, the prohibited areas are alternately arranged. As used herein, the “short direction” refers to a direction perpendicular to the “longitudinal direction” (herein referred to as “X-axis direction”) of the elongated shape constituting the polarizing beam splitter, and more specifically, It refers to the traveling direction of light reflected from the polarization beam splitter of the polarization alignment functional element. The “longitudinal direction” refers to the direction of the optical axis of the light input unit (here, “Z-axis direction”) where light from the light source device is input to the optical device, and the light from the light source device is polarization aligned. This corresponds to a direction perpendicular to both the traveling directions of the light reflected by the polarization beam splitter of the functional element.
なお、ここでは、第1の方向と第2の方向が「垂直である」とは、両者が完全に90°の関係を満たす場合は当然のこと、数°程度のずれを含んだ「実質的に垂直である」場合を含むものとする。 Here, the first direction and the second direction are “perpendicular”, as a matter of course, when both satisfy the relationship of 90 °, “substantially includes a deviation of about several degrees. Is perpendicular to ".
光放射領域の位置が、光軸に対して前記短手方向に所定の距離以上ずれた場合、当該光源からの光の一部が、偏光整列機能素子上の光透過禁止領域に照射されてしまうことになり、光の利用効率が低下する。なお、偏光整列機能素子の構成の詳細な一例については、「発明を実施するための形態」の項において後述される。 When the position of the light emitting region is shifted by a predetermined distance or more in the short direction with respect to the optical axis, a part of the light from the light source is irradiated to the light transmission prohibiting region on the polarization alignment functional element. As a result, the light utilization efficiency decreases. Note that a detailed example of the configuration of the polarization alignment functional element will be described later in the section “DETAILED DESCRIPTION”.
光放射領域が単独の場合には、光放射領域の中心位置を光学系の光軸上に一致させることで上記の問題は生じない。しかし、光放射領域を複数備える場合、この光放射領域の配置方法としては種々の方法が採用され得る。例えば2個の光放射領域を有する光源装置を考えた場合、この2個の光放射領域を偏光ビームスプリッタの短手方向に沿って並べることは、上述したように、光放射領域の位置が光軸に対して前記短手方向にずれることと同様の状態となる。 In the case where the light emitting area is single, the above problem does not occur by making the center position of the light emitting area coincide with the optical axis of the optical system. However, when a plurality of light emission regions are provided, various methods can be adopted as a method of arranging the light emission regions. For example, when considering a light source device having two light emitting areas, arranging the two light emitting areas along the short direction of the polarizing beam splitter means that the position of the light emitting area is light as described above. This is the same state as shifting in the short direction relative to the axis.
これに対し、光軸に対して偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った光放射領域のずれは、偏光整列機能素子上での光の利用効率という意味では問題とならない。よって、上記のように例えば2個の光放射領域を有する光源装置を考えた場合、この2個の光放射領域を偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べることで、偏光整列機能素子上での光の利用効率が低下するという問題は生じない。 On the other hand, the shift of the light emission region along the longitudinal direction of the polarization beam splitter with respect to the optical axis is not a problem in the sense of light use efficiency on the polarization alignment functional element. Therefore, for example, when a light source device having two light emission regions is considered as described above, the two light emission regions are arranged along the longitudinal direction of the polarization beam splitter, so There is no problem that the light use efficiency decreases.
光放射領域の数を増やすことは、光軸に対する光放射領域の位置のずれ量を増大させることを意味する。このずれ量の許容範囲が、偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った方向に比べて、偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った方向の方が大きい。このため、偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記長手方向に垂直な方向に沿った数よりも多くなるように複数の光放射領域を配置することで、光源装置としての光の利用効率の低下を抑制することができる。 Increasing the number of light emitting regions means increasing the amount of displacement of the position of the light emitting regions with respect to the optical axis. The allowable range of the deviation amount is larger in the direction along the longitudinal direction of the polarizing beam splitter than in the direction along the short direction of the polarizing beam splitter. For this reason, the use of light as a light source device is achieved by arranging a plurality of light emitting regions so that the number of the polarization beam splitters along the longitudinal direction is larger than the number along the direction perpendicular to the longitudinal direction. A decrease in efficiency can be suppressed.
なお、前記光学装置が、ケーラー照明光学系を成すように一対のフライアイレンズが配置されて構成されるフライアイインテグレータを備える構成としてもよい。この場合、前記変換光学系は、前記光放射領域を遠方の像に変換する光学系として構成するものとしても構わない。 The optical device may include a fly eye integrator configured by arranging a pair of fly eye lenses so as to form a Kohler illumination optical system. In this case, the conversion optical system may be configured as an optical system that converts the light emitting region into a distant image.
また、前記光放射領域は、光源の発光領域として構成しても構わないし、光源からの光が入射端から入力される光ファイバの射出端として構成しても構わない。前者の場合、光源装置が備える光源としては、例えば複数の半導体レーザ素子が配置され、これらの素子から放射されるレーザ光が変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成とすることができる。また、後者の場合、光源装置が備える光源としては、例えば複数の半導体レーザ素子からの放射光が複数の光ファイバを介して伝送され、この複数の光ファイバの射出端より放射される光が、変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成とすることができる。なお、後者の場合、所定の数の光ファイバが束ねられて構成されるファイババンドルを複数備え、各ファイババンドルの射出端より放射される光が、変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成としても構わない。 The light emitting area may be configured as a light emitting area of a light source, or may be configured as an exit end of an optical fiber to which light from the light source is input from an incident end. In the former case, as a light source provided in the light source device, for example, a plurality of semiconductor laser elements are arranged, and a laser beam emitted from these elements is converted into a light beam suitable for the optical device by a conversion optical system. Can do. In the latter case, as the light source provided in the light source device, for example, the emitted light from a plurality of semiconductor laser elements is transmitted through a plurality of optical fibers, and the light emitted from the emission ends of the plurality of optical fibers is It can be set as the structure converted into the light beam suitable for an optical apparatus by a conversion optical system. In the latter case, a plurality of fiber bundles configured by bundling a predetermined number of optical fibers are provided, and light emitted from the exit end of each fiber bundle is converted into a light flux suitable for an optical device by a conversion optical system. It does not matter as a configuration.
また、上述した光源装置からの光が供給される前記光学装置を、プロジェクタとすることができる。 The optical device to which the light from the light source device described above is supplied can be a projector.
本発明の光源装置によれば、偏光整列機能素子を有する光学装置に光を供給する場合において、この偏光整列機能素子が有する特有の性質を考慮して複数の光放射領域が配置されているため、偏光整列機能素子上での光の利用効率の低下を招くことがなく、高い光の利用効率を実現することができる。 According to the light source device of the present invention, when light is supplied to an optical device having a polarization alignment functional element, a plurality of light emission regions are arranged in consideration of the unique properties of the polarization alignment functional element. Therefore, high light utilization efficiency can be realized without causing a decrease in light utilization efficiency on the polarization alignment functional element.
[第1実施形態]
図1は、光学装置の第1実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。なお、図6に示す要素と同一の要素に対しては同一の符号を付し、その説明を簡素化又は省略する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the first embodiment of the optical device. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element same as the element shown in FIG. 6, and the description is simplified or abbreviate | omitted.
図1には、光学装置の一実施形態としてのプロジェクタ10、及びこのプロジェクタ10に対して光を供給するための光源装置1を図示している。プロジェクタ10は、光源装置1からの光を利用してスクリーン80上に画像を投影する。プロジェクタ10の構成は、図6に示すプロジェクタ91の構成と同様である。
FIG. 1 shows a
本実施形態では、光源装置1が、複数の光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)と、この射出端3(3m,3n)から出力される光束を略平行光に変換するコリメートレンズ5を備える。この光ファイバの射出端3(3m,3n)が「光放射領域」に対応し、コリメートレンズ5が「変換光学系」に対応する。すなわち、コリメートレンズ5によって、複数の光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)が、遠方の像、好ましくは略無限遠の像に変換される。なお、図1において、射出端3mは光ファイバ2mの射出端を指し、射出端3nは光ファイバ2nの射出端を指している。また、図1以下の図において、各光ファイバ2(2m,2n)に関しては、射出端3(3m,3n)の近傍箇所のみを図示しており、他の箇所は点線を付すことで図示を省略していることを示している。
In the present embodiment, the
なお、図示は省略するが、光ファイバ2(2m,2n)それぞれの入射端に対し、1個または複数個の半導体レーザ素子から発せられた光束を、集光レンズを介して集光することにより、光ファイバの射出端3(3m,3n)を光放射領域とすることができる。この場合、これらの半導体レーザ素子や集光レンズを含んで構成された、光ファイバそれぞれの入射端に光を入射する光学系も、本発明の光源装置1の一部とすることができる。
Although not shown in the figure, the light beams emitted from one or a plurality of semiconductor laser elements are condensed through the condenser lens to the incident ends of the optical fibers 2 (2m, 2n). The emission end 3 (3m, 3n) of the optical fiber can be used as a light emission region. In this case, an optical system that includes these semiconductor laser elements and a condenser lens and that makes light incident on the incident ends of the optical fibers can also be part of the
上述したように、二次元光振幅変調素子73として一般的に用いられる液晶デバイスは、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できない。このため、光の利用効率を向上させる観点から、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させる一方、規定の偏光方向に垂直な成分に対しては偏光方向を90度回転させることで、全ての光を有効利用させるための偏光整列機能素子57が、光均一化手段50に設けられている。この偏光整列機能素子57は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む。本実施形態において、光ファイバ2(2m,2n)の各射出端3(3m,3n)は、この偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べられている。この内容につき、図2A以下の図面も参照して説明する。
As described above, the liquid crystal device generally used as the two-dimensional light
図2Aは、図1から光源装置1及び光均一化手段50のみを取り出して模式的に図示した平面図である。図2Bは、図1から光源装置1及び光均一化手段50のみを取り出して模式的に図示した斜視図である。図3Aは、偏光整列機能素子57を模式的に図示した平面図であり、図3Bは偏光整列機能素子57を模式的に図示した断面図である。
FIG. 2A is a plan view schematically showing only the
まず、図3A及び図3Bを参照して偏光整列機能素子57の構成について説明する。光源装置1からの光がプロジェクタ10(光均一化手段50)に対して入力される光入力部の光軸の方向をZ軸とした場合に、偏光整列機能素子57は、このZ軸に対して垂直な平面、すなわちXY平面上において、細長い形状(ストライプ形状)を有する光透過領域67と光透過禁止領域68が交互に配列された構成を示す。ここでは、光透過領域67及び光透過禁止領域68それぞれの長手方向に平行な方向をX軸とし、光透過領域67及び光透過禁止領域68が交互に配列される方向をY軸とする。
First, the configuration of the polarization alignment
偏光整列機能素子57は、より詳細にはX軸方向に延伸する複数のプリズム21がY軸方向に沿って並べられることで構成されている。各プリズム21は、隣接するプリズム21との境界面のうち、一方のプリズム21との境界面には偏光ビームスプリッタ27が形成され、他方のプリズム21との境界面には反射ミラー29が形成されている。また、複数のプリズム21のうち、一部のプリズム21には、後段フライアイレンズ55に対向する面に遮光部材23が施されている。図3Bでは、隣接するプリズム21のうちの一方のプリズム21に遮光部材23を施す構成としている。そして、この遮光部材23が施されていないプリズム21に対しては、照明レンズ59に対向する面に1/2波長板25が施されている。
More specifically, the polarization alignment
偏光整列機能素子57は、光源装置1側から、より詳細には後段フライアイレンズ55から入射される光の偏光方向を、X軸方向又はY軸方向の何れか一方のみの偏光成分に揃えて射出させるためのものである。より具体的には、偏光整列機能素子57は、プリズム21、偏光ビームスプリッタ27、反射ミラー29、遮光部材23、及び1/2波長板25を後段フライアイレンズ55に対応させて各々をストライプ状に配設させたものである。例えば、偏光整列機能素子57によってY軸方向の偏光成分の光を取り出す場合、後段フライアイレンズ55から射出された光のうち、Y軸方向の偏光成分は偏光ビームスプリッタ27をそのまま透過させ、X軸方向の偏光成分は、偏光ビームスプリッタ27及び反射ミラー29で反射させた後、1/2波長板25で90°回転させてY軸方向の偏光成分に変換する。これにより、後段フライアイレンズ55から射出された光を全てY軸方向の偏光成分に揃えることができる。
The polarization alignment
なお、後段フライアイレンズ55から射出された光の偏光方向を揃えるためには、偏光ビームスプリッタ27を通過させるか、偏光ビームスプリッタ27にて反射させる必要があるため、本実施形態においては、偏光ビームスプリッタ27に届かない箇所に光が進入しないように、偏光整列機能素子57には遮光部材23が設けられている。
In order to align the polarization direction of the light emitted from the rear fly-
図3Aは、偏光整列機能素子57を後段フライアイレンズ55側から光の進行方向(Z軸方向)に見たときの平面図に対応する。つまり、偏光整列機能素子57を構成するプリズム21の、後段フライアイレンズ55との対向面のうち、設計上の、光が入射すべき箇所が光透過領域67を構成し、本来、光が入射すべきでない箇所は、これを通過した光は正規の画像表示の妨げとなる無効領域であるため、この箇所には遮光部材23が形成されて光透過禁止領域68となる。ただし、この光透過禁止領域68に光を到達させないことを前提に、遮光部材23の形成を省略することも可能である。なお、図においては、偏光整列機能素子57をプリズムによって構成する場合を示したが、ビームスプリッタミラーと全反射ミラーによって構成する等、他の構成で実現しても構わない。
FIG. 3A corresponds to a plan view of the polarization alignment
以上のように、偏光整列機能素子57は、後段フライアイレンズ55に対向する側の面、すなわち入射面において、光透過領域67と光透過禁止領域68がストライプ状に配設された構成である。図3A及び図3Bでは、これらの光透過領域67と光透過禁止領域68の延伸方向をX軸方向とし、これらが交互に並べられた方向をY軸方向として図示している。なお、図3Bに示すプリズム21、偏光ビームスプリッタ27、反射ミラー29、遮光部材23、及び1/2波長板25は、それぞれ紙面奥行き方向に延伸する構成であり、この延伸方向、すなわち長手方向が、光透過領域67及び光透過禁止領域68の延伸方向に対応する。
As described above, the polarization alignment
光源装置1から放射され、後段フライアイレンズ55を通過した光のうち、一部の光が偏光整列機能素子57の光透過禁止領域68に入射されると、この光は後段の光学系に進行しないこととなるため、光の利用効率が低下する。このため、光の利用効率を高める観点からは、後段フライアイレンズ55を通過した光のうち、できるだけ多くの光、好ましくは全ての光を偏光整列機能素子57の光透過領域67に入射させることが要求される。ここで、図3Aに示すように、偏光整列機能素子57の光透過領域67は、Y軸方向に係る幅が、X軸方向に係る幅よりも極めて短い。このことは、光源装置1を構成する光源の、光軸すなわちZ軸に対する許容ずれ量に関して、X軸方向に係るずれ量よりもY軸方向に係るずれ量の方が厳格であることを意味する。
When a part of the light emitted from the
光源装置1が単独の光放射領域(本実施形態では光ファイバ2の射出端3に対応)を備える場合には、この光放射領域の中心位置をZ軸上に一致させることで上記の問題は生じない。しかし、本実施形態のように、複数の光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)を有する場合、光ファイバ2(2m,2n)の各射出端3(3m,3n)の配置方法としては種々の方法が採用され得る。このとき、仮に光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)をY軸方向に沿って並べた場合には、光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)によって構成される光放射領域の位置がZ軸(光軸)に対してY軸方向にずれることと同様の状態となる。このため、光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)の光射出面の面積によっては、光射出面の一部の箇所から射出された光が、偏光整列機能素子57の光透過禁止領域68に入射されて、光の利用効率が低下する可能性がある。本実施形態では、光源装置1が備える光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)の数を2個としているが、この数が増えれば増えるほど、光放射領域のZ軸を基準とした位置ずれ量が増大するため、光の利用効率が低下することが懸念される。
When the
そこで、本実施形態では、図1、図2A、及び図2Bに示すように、複数の光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)を、X軸方向に沿って並べている。これにより、複数の光ファイバ2(2m,2n)の射出端3(3m,3n)から射出された光が偏光整列機能素子57の光透過禁止領域68に入射されることで光の利用効率が低下する事態を防止している。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, the emission ends 3 (3m, 3n) of the plurality of optical fibers 2 (2m, 2n) are arranged along the X-axis direction. . As a result, light emitted from the exit ends 3 (3m, 3n) of the plurality of optical fibers 2 (2m, 2n) is incident on the light
図4は、光ファイバ2の射出端3の数が増えた場合の各射出端3の配置方法の一例を示す模式図である。図4(a)は、上述した実施形態と同様に、光ファイバ2の射出端3の数が2つである場合を示している。図4(b)は、光ファイバ2の射出端3の数が3つである場合(3m,3n,3p)を示している。いずれの場合も、X軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ27の長手方向に沿って各射出端3が並べられている。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a method of arranging each
図4(c)は、光ファイバ2の射出端3の数が8つである場合の配置方法の一例を示しており、X軸方向に沿って4列、Y軸方向に沿って2列の光ファイバ2の射出端3を配置している。図4(d)は、光ファイバ2の射出端3の数が16個である場合の配置方法の一例を示しており、X軸方向に沿って5列又は6列、Y軸方向に沿って3列の光ファイバ2の射出端3を配置している。上述したように、Y軸方向に係る光放射領域の位置ずれの許容範囲は、X軸方向に係る光放射領域の位置ずれの許容範囲よりも厳格であるため、Y軸方向に沿って配置する光ファイバ2の射出端3の数をX軸方向よりも少なくすることで、光ファイバ2の射出端3の数が増えた場合においても、偏光整列機能素子57の光透過禁止領域68に光が入射されることによる利用効率の低下を防止している。
FIG. 4C shows an example of an arrangement method in the case where the number of exit ends 3 of the
なお、図4の(a)〜(d)の光ファイバ2の射出端3(3m,3n,3p,…)は、光ファイバのコアのみならずクラッドや、場合によってはクラッドを被覆する保護層をも含むものとして描いてある。また当然ながら、図4の(a)〜(d)においては、光ファイバ2の各射出端3の直径を同一に描いてあるが、これは描画上の都合によるものである。なお、後述の事項とも関連するが、Y軸方向に並べることが可能な光ファイバ2の射出端3の個数は、光ファイバ2の直径と並べ方(図4(c)のように4角形状に並べるか、図4(d)のように3角形状に並べるか)に依存する。
In addition, the exit end 3 (3m, 3n, 3p,...) Of the
以上のように、本発明の光源装置1は複数の光ファイバ2の射出端3を有し、少なくともX軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ27の長手方向に沿った数が、Y軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ27の短手方向に沿った数よりも多くなるように配置する構成である。これによって、偏光整列機能素子57の光透過禁止領域68に光が入射されることによる利用効率の低下が防止できる。
As described above, the
なお、上述した実施形態のように、光均一化手段50が一対のフライアイレンズ(53,55)を備える構成である場合、光源装置1から放射された光の全てをフライアイレンズ(53,55)に取り込むことのできる角度制限が存在する。より詳細には、光放射領域のZ軸に対する傾き及びずれ量が大きくなると、光放射領域から放射された光の一部がフライアイレンズ(53,55)に取り込めなくなる事態が発生する。この場合、光放射領域からの射出光の一部が有効に利用できなくなるため、やはり光の利用効率が低下してしまう。
In the case where the light uniformizing means 50 has a pair of fly-eye lenses (53, 55) as in the above-described embodiment, all the light emitted from the
ただし、このフライアイレンズ(53,55)に由来した光放射領域の光軸に対する許容傾き及びずれ量、並びに傾き及びずれの方向は、専らフライアイレンズ(53,55)の形状に依存し、偏光ビームスプリッタ27の長手方向か短手方向か、すなわちX軸方向かY軸方向かは問わない。通常、縦横に並んだケーラー照明レンズの集合体としてのフライアイレンズ(53,55)は、略正方形状で構成されるため、偏光ビームスプリッタ21の長手方向と短手方向に関して、共に同一の距離以上光軸からずれた場合には、光の利用効率が低下する。そして、このフライアイレンズ(53,55)に光を取り込むための、光放射領域の光軸に対する許容ずれ量は、偏光整列機能素子57の光透過禁止領域68に光を照射させないための、光放射領域の光軸に対する許容ずれ量よりも大きい。
However, the allowable inclination and deviation amount with respect to the optical axis of the light emission region derived from the fly-eye lens (53, 55), and the direction of inclination and deviation depend exclusively on the shape of the fly-eye lens (53, 55). It does not matter whether the
よって、偏光ビームスプリッタ21の長手方向に沿った方向に関しては、複数の光ファイバ2の射出端3(3m,3n,…)の最も外側の位置がフライアイレンズ(53,55)に光を取り込むことのできる許容ずれ量以内となる範囲内の数だけ、光ファイバ2の射出端3(3m,3n,…)を並べて配置することができる。他方、偏光ビームスプリッタ21の短手方向に沿った方向に関しては、複数の光ファイバ2の射出端3(3m,3n,…)の最も外側の位置が偏光整列機能素子57の光透過禁止領域68に光を照射させないための光軸に対する許容ずれ量以内となる範囲内の数だけしか、光ファイバ2の射出端3(3m,3n,…)を並べて配置することができず、この数は偏光ビームスプリッタ21の長手方向に沿って並べられる数よりも少なくなる。ただし、これは光ファイバ2の各射出端3(3m,3n,…)それぞれの大きさが均一、且つ各射出端から射出される光の拡がり角度分布が光軸に対して軸対称である場合を想定している。
Therefore, with respect to the direction along the longitudinal direction of the
なお、上述の実施形態では、光源装置1が、複数の光ファイバ2の射出端3を並べて複数の光放射領域を構成する場合について説明したが、複数の光ファイバ2の射出端3を束ねてファイババンドルとして構成されたもの、複数のファイババンドルを備えて構成されたもの、複数の半導体レーザ素子を備えて構成されたものにおいても同様の方法で配置させることができる。複数の半導体レーザ素子を備える構成の場合、この半導体レーザ素子が「光放射領域」に対応する。
In the above-described embodiment, the case where the
また、図1では、光源装置1とプロジェクタ10が離間して配置される構成について図示しているが、プロジェクタ10内に光源装置1が含まれる構成であっても構わない。
Further, FIG. 1 illustrates a configuration in which the
[第2実施形態]
図5は、プロジェクタ10が光源装置(1r,1g,1b)から放射される3色の光を利用してスクリーン80上に画像を投影する構成である場合を模式的に示すブロック図である。なお、図5において、図1と同一の機能を示す要素に対しては同一の符号を用いた上で、対応する色に応じてr(赤色),g(緑色),b(青色)の符号を末尾に付記して記載している。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating a case where the
赤色光源用の光源装置1rは、複数本の光ファイバ2rからなるファイババンドル81rとコリメートレンズ5rを有する。ファイババンドル81rは、各光ファイバ2rの射出端3rが揃えて束ねられており、複数の光放射領域を備えた構成となっている。光源装置1rからの射出光は、ミラー83rによって光の進行方向が変えられた後、前段フライアイレンズ53r、後段フライアイレンズ55r、偏光整列機能素子57r、及び照明レンズ59rを有する光均一化手段50rを介して、二次元光振幅変調素子73rに照射される。緑色光源用の光源装置1gからの射出光、青色光源用の光源装置1bからの射出光についても同様である。なお、図5では、二次元光振幅変調素子(73r,73g,73b)として、透過型の二次元光振幅変調素子を用いている。そして、各二次元光振幅変調素子(73r,73g,73b)からの透過光が、ダイクロイックプリズム76を介して3色合成され、投影レンズ77によってスクリーン80上に投影される。
The
このように、色毎に複数の光源装置(1r,1g,1b)を備える場合において、各光源装置(1r,1g,1b)が複数の光ファイバ(2r,2g,2b)が束ねられてなるファイババンドル(81r,81g,81b)を備える場合には、光源装置(1r,1g,1b)毎に第1実施形態で上述した方法に従って、各光ファイバの射出端(3r,3g,3b)が配置される。例えば、赤色用の光源装置1rにおいては、ファイババンドル81rを構成する複数の光ファイバ2rの各射出端3rを、偏光整列機能素子57rが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べる。同様に、緑色用の光源装置1gにおいては、ファイババンドル81gを構成する複数の光ファイバ2gの各射出端3gを、偏光整列機能素子57gが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べ、青色用の光源装置1bにおいては、ファイババンドル81bを構成する複数の光ファイバ2bの各射出端3bを、偏光整列機能素子57bが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べる。これにより、全ての色の光について、偏光整列機能素子(57r,57g,57b)が備える光透過禁止領域に光が照射されることが防止でき、光の利用効率が高められる。
As described above, when a plurality of light source devices (1r, 1g, 1b) are provided for each color, each light source device (1r, 1g, 1b) is formed by bundling a plurality of optical fibers (2r, 2g, 2b). When the fiber bundle (81r, 81g, 81b) is provided, the emission end (3r, 3g, 3b) of each optical fiber is provided for each light source device (1r, 1g, 1b) according to the method described in the first embodiment. Be placed. For example, in the red
なお、各ファイババンドル(81r,81g,81b)を構成するバンドルされた光ファイバ(2r,2g,2b)の数が3以上の場合においては、図4に例示したように、対応した色の偏光ビームスプリッタ27(27r,27g,27b)の長手方向に沿った数が、偏光ビームスプリッタ27(27r,27g,27b)の短手方向に沿った数よりも多くなるように光ファイバ(2r,2g,2b)の射出端(3r,3g,3b)を配置すればよい。 When the number of bundled optical fibers (2r, 2g, 2b) constituting each fiber bundle (81r, 81g, 81b) is 3 or more, as illustrated in FIG. The optical fibers (2r, 2g) so that the number along the longitudinal direction of the beam splitter 27 (27r, 27g, 27b) is larger than the number along the short direction of the polarizing beam splitter 27 (27r, 27g, 27b). , 2b) may be disposed at the injection end (3r, 3g, 3b).
また、本実施形態においても、光放射領域を、複数のファイババンドルの他、単一の光ファイバを複数備えた構成や、複数の半導体レーザ素子を備えた構成とすることができる。 Also in this embodiment, the light emitting region can be configured to include a plurality of single optical fibers or a configuration including a plurality of semiconductor laser elements in addition to a plurality of fiber bundles.
[別実施形態]
上述した第2実施形態に示すように、光の進行方向を変化させるためのミラー(83r,83g,83b)等の光学部材を適宜備える構成として構わない。この場合、光軸とは、光源装置1(1r,1g,1b)からプロジェクタ10に向かう光の進行方向と定義され、このときの光軸を「Z軸」と規定すればよい。
[Another embodiment]
As shown in the second embodiment described above, an optical member such as a mirror (83r, 83g, 83b) for changing the traveling direction of light may be appropriately provided. In this case, the optical axis is defined as the traveling direction of light from the light source device 1 (1r, 1g, 1b) toward the
1(1r,1g,1b) : 光源装置
2(2r,2g,2b,2m,2n) : 光ファイバ
3(3r,3g,3b,3m,3n,3p) : 光ファイバの射出端
5(5r,5g,5b) : コリメートレンズ
10 : プロジェクタ
21 : プリズム
23 : 遮光部材
25 : 1/2波長板
27 : 偏光ビームスプリッタ
29 : 反射ミラー
50(50r,50g,50b) : 光均一化手段
51 : 光均一化手段の入射端
52 : 光均一化手段の射出端
53(53r,53g,53b) : 前段フライアイレンズ
55(55r,55g,55b) : 後段フライアイレンズ
57(57r,57g,57b) : 偏光整列機能素子
59(59r,59g,59b) : 照明レンズ
60 : 入射光軸
67 : 光透過領域
68 : 光透過禁止領域
71 : 偏光ビームスプリッタ
73(73r,73g,73b) : 二次元光振幅変調素子
75 : フィールドレンズ
76 : ダイクロイックプリズム
77 : 投影レンズ
80 : スクリーン
81r,81g,81b : ファイババンドル
83r,83g,83b : ミラー
90 : 従来のプロジェクタが備える光源装置
91 : 従来のプロジェクタ
1 (1r, 1g, 1b): Light source device 2 (2r, 2g, 2b, 2m, 2n): Optical fiber 3 (3r, 3g, 3b, 3m, 3n, 3p): Optical fiber exit end 5 (5r, 5g, 5b): Collimating lens 10: Projector 21: Prism 23: Light blocking member 25: Half-wave plate 27: Polarizing beam splitter 29: Reflecting mirror 50 (50r, 50g, 50b): Light uniformizing means 51: Light uniform Incident end 52: Light equalizing means exit end 53 (53r, 53g, 53b): Front stage fly-eye lens 55 (55r, 55g, 55b): Rear stage fly-eye lens 57 (57r, 57g, 57b): Polarization Alignment function element 59 (59r, 59g, 59b): Illumination lens 60: Incident optical axis 67: Light transmission area 68: Light transmission prohibition area 7 : Polarizing beam splitter 73 (73r, 73g, 73b): Two-dimensional light amplitude modulation element 75: Field lens 76: Dichroic prism 77: Projection lens 80:
Claims (5)
複数の光放射領域と、
前記光放射領域からの光束を前記光学装置に適合する光束に変換するための変換光学系とを有し、
前記複数の光放射領域は、前記偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った数よりも多くなるように配置されていることを特徴とする光源装置。 A light source device for supplying light to an optical device comprising a polarization alignment functional element including an elongated polarization beam splitter,
A plurality of light emitting regions;
A conversion optical system for converting a light beam from the light emitting region into a light beam suitable for the optical device;
The light source device is characterized in that the plurality of light emitting regions are arranged such that the number along the longitudinal direction of the polarizing beam splitter is larger than the number along the short direction of the polarizing beam splitter. .
前記変換光学系は、前記光放射領域を遠方の像に変換する光学系であることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 The optical device includes a fly eye integrator configured by arranging a pair of fly eye lenses so as to form a Kohler illumination optical system,
The light source device according to claim 1, wherein the conversion optical system is an optical system that converts the light emission region into a distant image.
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