JP2022167694A - 導光光学装置、光源装置、および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３つ以上の光源からの光を高い効率で合成することを可能とする導光光学装置、光源装置、および画像投射装置を提供する。【解決手段】互いに異なる３方向から入射する光を合成して射出方向に射出する光路合成部１００を備える導光光学装置であって、前記光路合成部１００は、第１方向から入射する第１光を射出方向に偏向する第１偏向部１０１と、前記第１方向とは異なる第２方向からの入射する第２光を前記射出方向に偏向する第２偏向部１０２と、前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向から入射する第３光を前記射出方向に透過する透過部１０５と、有し、前記透過部１０５は、前記第１偏向部１０１と前記第２偏向部１０２との間に位置する。【選択図】図１

Description

本発明は、導光光学装置、光源装置、および画像投射装置に関する。

プロジェクタ（画像投射装置の一例）は、大型機でもフルＨＤがまだ主流であるが、今後、４Ｋが広く普及していくとみられている。また、将来的には、８Ｋのプロジェクタが既に技術的に検討されており、今後さらなるプロジェクタの大画面化、それに伴う照明系の高輝度化が求められている。

そのような中で、プロジェクタのさらなる高輝度化のため、青色のレーザ光と、当該レーザ光を励起光として利用する蛍光体から出射される蛍光光と、を合成する技術が知られている。特許文献２は、レーザ光源と蛍光体を用いた光源光学系を開示している。また、特許文献１は、複数の発光素子からの光線を合成することで、薄型化および小型化を図った光学装置を開示している。

しかしながら、複数の光（光路）を合成する技術において、３つ以上の光源の光を合成する場合、各光源から射出される光を高い効率で合成することが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、３つ以上の光源からの光を高い効率で合成することを可能とする導光光学装置、光源装置、および画像投射装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、互いに異なる３方向から入射する光を合成して射出方向に射出する光路合成部を備える導光光学装置であって、前記光路合成部は、第１方向から入射する第１光を射出方向に偏向する第１偏向部と、前記第１方向とは異なる第２方向からの入射する第２光を前記射出方向に偏向する第２偏向部と、前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向から入射する第３光を前記射出方向に透過する透過部と、有し、前記透過部は、前記第１偏向部と前記第２偏向部との間に位置する。

本発明によれば、３つ以上の光源からの光を高い効率で合成することを可能とする、という効果を奏する。

図１は、本実施の形態にかかる導光光学装置および光路合成部の一例を説明するための図である。 図２は、本実施の形態にかかる導光光学装置および光路合成部の一例を説明するための図である。 図３は、本実施の形態にかかる導光光学装置および光路合成部の一例を説明するための図である。 図４は、本実施の形態にかかる光源装置においてライトトンネルの入口に照射される光の強度分布の一例を示す図である。 図５は、本実施の形態にかかる光源装置においてライトトンネルの入口に照射される光の強度分布の一例を示す図である。 図６は、本実施の形態にかかる導光光学装置の構成の一例を説明するための図である。 図７は、本実施の形態にかかる導光光学装置の構成の一例を説明するための図である。 図８は、本実施の形態にかかる導光光学装置の構成の一例を説明するための図である。 図９は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の一例を説明するための図である。 図１０は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の他の例を説明するための図である。 図１１は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の他の例を説明するための図である。 図１２は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の他の例を説明するための図である。 図１３は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の他の例を説明するための図である。 図１４は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有するプリズムの構成の一例を示す図である。 図１５は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有するプリズムの構成の一例を示す図である。 図１６は、本実施の形態にかかる導光光学装置の構成の一例を示す図である。 図１７は、本実施の形態にかかる導光光学装置の構成の一例を示す図である。 図１８は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有するプリズムの他の例を示す図である。 図１９は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有するプリズムの他の例を示す図である。 図２０は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光路合成部の他の例を示す図である。 図２１は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光路合成部の他の例を示す図である。 図２２は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光路合成部の他の例を示す図である。 図２３は、本実施の形態にかかる導光光学装置の他の例を示す図である。 図２４は、本実施の形態にかかる画像投射装置の構成の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、導光光学装置、光源装置、および画像投射装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１～３は、本実施の形態にかかる導光光学装置および光路合成部の一例を説明するための図である。本実施の形態にかかる導光光学装置は、図１および図２に示すように、光路合成部１００を有する。また、本実施の形態にかかる光源装置は、図３に示すように、光源ＬＳ１～ＬＳ３、光路合成部１００、およびライトトンネルＬＴを有する。以下の説明では、光源ＬＳ１～ＬＳ３を区別する必要がない場合には、光源ＬＳと記載する。

光源ＬＳ１～ＬＳ３は、光を出射する光源の一例である。具体的には、光源ＬＳ１は、ｚ軸の＋方向に光（第１光の一例）を出射する第１光源の一例である。光源ＬＳ２は、ｚ軸の－方向に光（第２光の一例）を出射する第２光源の一例である。

光源ＬＳ３は、ｘ軸の＋方向に光（第３光の一例）を出射する第３光源の一例である。本実施の形態では、光源ＬＳ３は、ｘ軸の＋方向（射出方向の一例）に向かって直進する光を出射することが好ましい。

これにより、光源ＬＳ３から出射される光の射出方向への偏向による損失を低減できる。また、光路合成部１００において光源ＬＳ３から出射される光が通過する有効領域を小さくすることができるので、導光光学装置を小型化することができる。

また、本実施の形態では、光源ＬＳ３は、レーザ光を出射するレーザ光源であることが好ましい。これにより、光源ＬＳ３から出射される光を光路合成部１００に対して鋭く集光させることができるので、当該光の損失を低減できる。

光路合成部１００は、互いに異なる３方向から入射する光を合成して、ｘ軸の＋方向（射出方向の一例）に射出する光路合成部の一例である。例えば、光路合成部１００は、図１に示すように、反射面１０１，１０２および透過部１０５を有する。

反射面１０１は、光源ＬＳ１から入射する光（第１光の一例）、言い換えると、ｚ軸の－方向から入射する光を、ｘ軸の＋方向（射出方向の一例）に反射（偏向の一例）させる第１偏向部の一例である。反射面１０２は、光源ＬＳ２から入射する光（第２光の一例）、言い換えると、ｚ軸の＋方向から入射する光を、ｘ軸の＋方向に反射（偏向の一例）させる第２偏向部の一例である。

透過部１０５は、ｘ軸の－方向から入射する光を、ｘ軸の＋方向に透過させる透過部の一例である。また、透過部１０５は、反射面１０１および反射面１０２との間に位置する。言い換えると、光源ＬＳ１～ＬＳ３のそれぞれから入射されて、反射面１０１、反射面１０２、および透過部１０５に集光される各光の集光部が、互い重ならない。これにより、反射面１０１、反射面１０２によって、透過部１０５に集光される光がケラレる（反射面１０１、反射面１０２によって光源ＬＳ３からの光がさえぎられる）ことによる損失を低減することができる。その結果、３つ以上の光源ＬＳからの光を高い効率で合成することが可能となる。

本実施の形態では、導光光学装置は、光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射される光を、光路合成部１００に集光することにより、光源ＬＳ１～ＬＳ３の共役像を、光路合成部１００に形成している。これにより、光路合成部１００において光を偏向する領域である有効領域を小さくして、光源装置を小型化することを可能にしている。

その際、光路合成部１００に形成される光源ＬＳ１～ＬＳ３の共役像が、ｘ軸の＋方向（射出方向の一例）から見て、一列に配列されていることが好ましい（図４等参照）。これにより、光路合成部１００の有効領域をさらに狭めることが可能となるので、光源装置をさらに小型化することができる。

ここで、共役像は、光源ＬＳから出射した光が集光する集光部である。また、共役像は、光源ＬＳがレーザ光源である場合には当該レーザ光源から出射される光の集光部である。また、共役像は、光源ＬＳが励起光源および波長変換部を含む場合には当該波長変換部から出射される光の集光部である。

また、光源ＬＳ３の共役像は、透過部１０５の近傍に結像されることが好ましい。光源ＬＳ１の共役像と光源ＬＳ２の共役像は、それぞれ反射面１０１および反射面１０２の近傍に結像されることが好ましい。光源ＬＳ１および光源ＬＳ２の共役像は、反射面１０１および反射面１０２と重なるように結像されていることが好ましい。これにより、光路合成部１００の有効領域をさらに狭めることが可能となるので、光源装置をさらに小型化することができる。

また、光源ＬＳ１の共役像と、光源ＬＳ２の共役像と、の間に、光源ＬＳ３の共役像が形成されていることが好ましい。これにより、光路合成部１００を射出方向から見て左右対称の配置にすることが可能となり、光源装置のレイアウトを小型化することができる。

本実施の形態では、導光光学装置は、光源ＬＳ１～ＬＳ３の共役像を全て、光路合成部１００に形成しているが、光源ＬＳ１～ＬＳ３の共役像のうち少なくとも１つの共役像を、光路合成部１００に形成するものであれば、これに限定するものではない。また、本実施の形態では、光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射される光は、光路合成部１００に対して集光しているが、これに限定するものではなく、光路合成部１００に対して平行または発散する光であっても良い。

図１に示す光路合成部１００は、光源ＬＳ１，ＬＳ２から入射する光を射出方向に偏向する偏向部の一例として反射面１０１，１０２を用いているが、光源ＬＳ１，ＬＳ２から入射する光を射出方向に偏向するものであれば、これに限定しない。例えば、光路合成部１００は、図２に示すように、光源ＬＳ１，ＬＳ２から入射する光を射出方向に偏向する偏向部として、屈折面１０３，１０４を有していても良い。

屈折面１０３は、図２に示すように、光源ＬＳ１から入射する光（第１光の一例）、言い換えると、ｚ軸の－方向から入射する光を、ｘ軸の＋方向（射出方向の一例）に屈折（偏向の一例）させる第１偏向部の一例である。屈折面１０４は、光源ＬＳ２から入射する光（第２光の一例）、言い換えると、ｚ軸の＋方向から入射する光を、ｘ軸の＋方向に屈折（偏向の一例）させる第２偏向部の一例である。

本実施の形態では、第１偏向部および第２偏向部の一例として反射面１０１，１０２または屈折面１０３，１０４を用いているが、反射面および屈折面を組み合わせても良い。例えば、反射面１０１を第１偏向部の一例として用い、屈折面１０４を第２偏向部の一例として用いても良い。

ライトトンネルＬＴは、図３に示すように、光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射される光の光路において、光路合成部１００の直後に設けられる。ライトトンネルＬＴは、光路合成部１００から射出される光を導光して射出する光均一化素子の一例である。本実施の形態では、ライトトンネルＬＴは、その内部が、反射面が複数張り合わされた導光路、全反射を利用して導光するガラスロッド等であっても良い。

図４および図５は、本実施の形態にかかる光源装置においてライトトンネルの入口に照射される光の強度分布の一例を示す図である。本実施の形態では、ライトトンネルＬＴの入口に入射される３つの光源ＬＳ１～ＬＳ３の光の強度分布は、図４に示すように、同じ強度分布となっているが、当該３つの光源ＬＳ１～ＬＳ３の光の強度分布は、同じ強度分布、大きさ、形状でなくても良い。

例えば、ライトトンネルＬＴの入口に入射される３つの光源ＬＳ１～ＬＳ３の光の強度分布は、図５に示すように、光源ＬＳ３の光の強度分布が、光源ＬＳ１，ＬＳ２の光の強度分布よりも小さくても良い。すなわち、光路合成部１００に形成される光源ＬＳ１～ＬＳ３の共役像のうち、光源ＬＳ３の共役像が、光源ＬＳ１，ＬＳ２の共役像よりも小さくても良い。

また、本実施の形態では、光路合成部１００に形成される光源ＬＳ１～ＬＳ３のそれぞれの共役像は、図４および図５に示すように、像面内の１方向に長い形状（例えば、矩形、楕円）である。本実施の形態では、光源ＬＳ１～ＬＳ３の全ての共役像が１方向に長い形状となっているが、光源ＬＳ１～ＬＳ３のうち少なくとも１つの共役像が１方向に長い形状になっていれば良い。

図６～８は、本実施の形態にかかる導光光学装置の構成の一例を説明するための図である。本実施の形態では、図６～８に示すように、光源ＬＳ１～ＬＳ３のうち、少なくとも１つの光源（ここでは、光源ＬＳ３）が、半導体レーザアレイＬＤａ（レーザ光源の一例）であっても良い。半導体レーザアレイＬＤａは、図６～８に示すように、レーザ光を発光する発光部ＬＤｃ、および当該発光部ＬＤｃ毎に設けられるレンズＬＤＬを有する。

そして、図７および図８に示すように、半導体レーザアレイＬＤａの発光部ＬＤｃの長手方向と、光路合成部１００が有する透過部１０５の長手方向とが、一致していることが好ましい。本実施の形態では、発光部ＬＤｃは、矩形の形状を有しており、その長手方向が、反射面１０１，１０２の間に形成される透過部１０５の長手方向と一致するように配置されている。

また、本実施の形態では、光源装置は、単一の半導体レーザアレイＬＤａを有しているが、複数の半導体レーザアレイＬＤａを有していても良い。その際、複数の半導体レーザアレイＬＤａのそれぞれから出射されるレーザ光の波長は、同一の波長でも、互いに異なる波長であっても良い。

すなわち、図６～８に示す例では、光源ＬＳ３を半導体レーザアレイＬＤａにより構成する例について説明しているが、光源ＬＳ１～ＬＳ３のうち少なくとも１つを半導体レーザアレイＬＤａ等のレーザ光源とするものであれば、これに限定するものではない。その際、当該半導体レーザアレイＬＤａの発光部ＬＤｃの長手方向を、当該半導体レーザアレイＬＤａから光が入射する、第１偏向部、第２偏向部、および透過部のいずれかの長手方向と対応していることが好ましい。

図９は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の一例を説明するための図である。本実施の形態では、光源ＬＳ１～ＬＳ３は、等価な構成の光源であるため、ここでは、光源ＬＳ１の構成の一例について説明する。

本実施の形態では、光源ＬＳ１は、励起光源ＬＤ１、および波長変換部Ｆ１を有する。励起光源ＬＤ１は、励起光を出射する励起光源の一例である。励起光源ＬＤ１は、半導体レーザ等の光源であり、アレイ構成でも良い。また、光源ＬＳ１は、励起光源ＬＤ１から出射される励起光を波長変換部Ｆ１へ導光する導光手段を備える。

波長変換部Ｆ１は、例えば、蛍光体であり、励起光源ＬＤ１から出射される励起光によって励起され、励起光源ＬＤ１よりも広帯域の光（蛍光光）を放出する。すなわち、波長変換部Ｆ１は、励起光源ＬＤ１から入射した励起光を異なる波長域の光に変換して出射する波長変換部の一例である。さらに、光源ＬＳ１は、波長変換部Ｆ１から出射される光と、波長変換部Ｆ１で反射された励起光源ＬＤ１の光を、反射面１０１に集光する手段を備える。

光源ＬＳ１から集光するように出射された光は、反射面１０１でｘ軸の＋方向に反射され、ライトトンネルＬＴに入射する。ライトトンネルＬＴは、上述したように、その内部に、反射面を複数面貼り合わせた導光路でも、全反射を利用して導光するガラスロッドでも良い。

なお、光源ＬＳ２から照射される光は、反射面１０２でｘ軸の＋方向に反射され、ライトトンネルＬＴに入射し、光源ＬＳ３から照射される光は、反射面１０１と反射面１０２の間に設けられる透過部１０５を通り、直接、ライトトンネルＬＴに入射する。以上の構成により、３方向からの光源ＬＳ１～ＬＳ３からの光の合成が実現される。

図１０および図１１は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の他の例を説明するための図である。本実施の形態では、３つの光源ＬＳ１～ＬＳ３のうち、少なくとも１つの光源ＬＳを、励起光源および波長変換部を有する光源とし、当該光源以外の光源ＬＳを、励起光源および波長変換素部を有する光源よりも狭い波長域の光を出射する光源としても良い。

ここでは、本実施の形態にかかる光源装置は、図１０に示すように、光源ＬＳ１、当該光源ＬＳ１と等価な光源ＬＳ２、および光源ＬＳ３を有する。光源ＬＳ１は、図９に示す光源ＬＳ１と同様の構成を有する。光源ＬＳ３は、光源ＬＳ１よりも狭い波長帯域の光を出射する光源であり、例えば、半導体レーザ、単一の発光素子、もしくはアレイ状の発光素子を有する構成の光源でもよい。光源ＬＳ３から出射される光は、図１０に示すように、集光レンズによって集光され、反射面１０１と反射面１０２との間の透過部１０５を通り、ライトトンネルＬＴに入射することで、光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射される光の合波が可能となる。

なお、光源ＬＳ３は、図１１に示すように、光源ＬＳ１から出射される光より波長域の狭い光を出射する複数の光源ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂを有していても良い。光源ＬＳ３ａおよび光源ＬＳ３ｂのそれぞれから出射される光は、同一波長でも、異なる波長でも良く、単一の発光素子もしくはアレイ状の発光素子により構成されていても良い。

この場合、光源装置は、光源ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂのそれぞれから出射される光を偏向、もしくは、光源ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂのそれぞれが出射される光の光源波長特性を利用した光路の合成を行う。そして、光源装置は、光源ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂから出射される光を、集光レンズによって、反射面１０１と反射面１０２との間の透過部１０５を通し、ライトトンネルＬＴに入射することで、光源ＬＳ１～ＬＳ４から出射される光の合波を実現している。なお、光源ＬＳ３ａおよび光源ＬＳ３ｂのそれぞれから出射される光の合波は、単純にハーフミラーを用いるものであっても良い。

図１０の光源ＬＳ３、図１１の光源ＬＳ３ａおよび光源ＬＳ３ｂから出射される光の強度は、光源ＬＳ１と光源ＬＳ２から出射される光の強度より小さくすることができる。光源ＬＳ３，ＬＳ３ａ，ＬＳａｂは、波長変換部を含まずにそれぞれの光源ＬＳ３，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂの波長の光を出射しかつ波長帯域の狭い光を出射するため、光源ＬＳ３，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂから出射された光を高い効率で合成できるためである。光源ＬＳ３，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂが出射する光の強度を小さくすることで、低出力の光源ＬＳを用いることができるので、光源ＬＳを含む光源装置全体をさらに小型化することができる。

図１２は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の他の例を説明するための図である。本実施の形態では、３つの光源ＬＳ１～ＬＳ３のうち、少なくとも１つの光源ＬＳを、励起光源および波長変換部を有する光源とし、当該光源以外の光源ＬＳを、励起光源および波長変換部を有する光源よりも狭い波長域の光を出射する光源としても良い。

本実施の形態では、光源装置は、図１２に示すように、励起光源ＬＤ１および波長変換部Ｆ１を有する少なくとも１つの光源ＬＳ１と、光源ＬＳ１よりも狭い波長域の光を出射する光源ＬＳ２，ＬＳ３を有していても良い。そして、光源装置は、光路合成部１００において、当該３つの光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射される光を合成することも可能である。

光源ＬＳ１は、図９に示す光源ＬＳ１と同様の構成を有する。一方、光源ＬＳ２，ＬＳ３は、光源ＬＳ１が出射する光より狭い波長域の光を出射する光源である。光源ＬＳ２，ＬＳ３のそれぞれから出射される光は、同一の波長でも、異なる波長でも良い。また、光源ＬＳ２，ＬＳ３は、単一の発光素子でも、アレイ状の発光素子を有していても良い。また、光源ＬＳ２，ＬＳ３は、複数の光源から出射される光の光路を合成する光源でも良い。

光源ＬＳ１は、反射面１０１に集光するように光を出射する。そして、光源ＬＳ１から出射される光は、反射面１０１でｘ軸の＋方向に反射して、ライトトンネルＬＴに入射する。ライトトンネルＬＴは、その内部が、反射面を複数面貼り合わせた導光路でも、全反射を利用して導光するガラスロッドでも良い。

光源ＬＳ２から出射される光は、反射面１０２でｘ軸の＋方向に反射して、ライトトンネルＬＴに入射する。また、光源ＬＳ３から出射される光は、反射面１０１と反射面１０２との間の透過部１０５を通り、直接、ライトトンネルＬＴに入射する。本実施の形態にかかる光源装置は、以上の構成のように、波長変換部Ｆ１を有する１つの光源ＬＳから出射される光と、当該光源ＬＳよりも狭い波長域の光を出射する少なくとも２つの光源ＬＳから出射される光を合成しても良い。

図１３は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光源の他の例を説明するための図である。本実施の形態では、光源装置は、図１３に示すように、光源ＬＳ１～ＬＳ３として、狭い波長域の光を出射する光源（例えば、レーザ光源）を用いることも可能である。その場合、光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射する光は、同一の波長でも、互いに異なる波長であっても良い。また、光源ＬＳ１～ＬＳ３は、単一の発光素子、またはアレイ状の発光素子であっても良い。また、光源ＬＳ１～ＬＳ３は、複数の光源から出射される光の光路を合成する光源であっても良い。

光源ＬＳ１から出射された光は、集光レンズにより集光され、反射面１０１でｘ軸の＋方向に反射して、ライトトンネルＬＴに入射する。ライトトンネルＬＴは、その内部が、反射面を複数面貼り合わせた導光路でも、全反射を利用して導光するガラスロッドでも良い。

光源ＬＳ２から出射される光は、集光レンズにより集光され、反射面１０２でｘ軸の＋方向に反射して、ライトトンネルＬＴに入射する。光源ＬＳ３から出射される光は、集光レンズにより集光され、反射面１０１と反射面１０２との間の透過部１０５を通り、直接、ライトトンネルＬＴに入射する。本実施の形態にかかる光源装置は、以上の構成のように、光路合成部１００に対して、波長域の狭い３つの光源ＬＳから出射される光を合成しても良い。

図１４および図１５は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有するプリズムの構成の一例を示す図である。図１６および図１７は、本実施の形態にかかる導光光学装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態では、光路合成部１００は、図１４および図１５に示すように、少なくとも２つの反射面１０１，１０２、および透過部１０５を有するプリズムＰ（光学素子の一例）であっても良い。ここで、透過部１０５は、図１４および図１５に示すように、透過面１０５ａおよび透過面１０５ｂを有する。本実施の形態では、光路合成部１００は、単一のプリズムＰによって実現されているが、複数のプリズムを組み合わせて実現しても良い。

光路合成部１００を単一のプリズムＰで構成した場合、透過面１０５ａは、反射面１０１と反射面１０２とに隙間なく隣接させることができる。それにより、透過面１０５ａと反射面１０１および反射面１０２との間に光学的に不要な部分がなくなるので、効率的に光を合成することができる。また、反射面１０１、反射面１０２、透過部１０５の角度や幅等の寸法精度は、単一のプリズムＰの加工の精度で高めることができる。それにより、複数部品の組付がなくなるので、光路合成部１００をより簡易に構成することができる。

光路合成部１００をプリズムＰにより実現した場合も、当該プリズムＰの反射面１０１，１０２は、それぞれ、光源ＬＳ１，ＬＳ２から出射される光をｘ軸の＋方向に反射させて、当該光をライトトンネルＬＴに導光する。また、光源ＬＳ３から出射される光は、透過面１０５ａ，１０５ｂを透過（通過）した後、ライトトンネルＬＴに入射する。以上の構成により、本実施の形態にかかる光源装置は、少なくとも２面の反射面１０１，１０２を有するプリズムＰによって構成される光学素子（光路合成部１００）によって、３つの光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射される光の光路を合成する。

図１８および図１９は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有するプリズムの他の例を示す図である。本実施の形態では、光路合成部１００は、図１８に示すように、反射面１０１，１０２、および透過面１０５ａ，１０５ｂ，３０２，３０６を有するプリズムＰであっても良い。反射面１０１は、プリズムＰの内部に設けられる反射面であり、光源ＬＳ１から出射されかつ透過面３０２を透過した光を、ｘ軸の＋方向に反射させる。

光路合成部１００を単一のプリズムＰで構成した場合、透過面１０５ａは、反射面１０１と反射面１０２とに隙間なく隣接させることができる。それにより、透過面１０５ａと反射面１０１および反射面１０２との間に光学的に不要な部分がなくなるので、効率的に光を合成することができる。また、反射面１０１、反射面１０２、および透過部１０５の角度や幅等の寸法精度は、単一のプリズムＰの加工の精度で高めることができる。それにより、複数部品の組付がなくなるので、光路合成部１０００をより簡易に構成することができる。

また、反射面１０２は、プリズムＰの内部に設けられる反射面であり、光源ＬＳ２から出射されかつ透過面３０６を透過した光を、ｘ軸の＋方向に反射させる。透過面１０５ａ，１０５ｂは、光源ＬＳ３から出射される光を、ｘ軸の＋方向に透過させてライトトンネルＬＴに導光する。

また、本実施の形態では、光路合成部１００は、図１９に示すように、図１８に示す反射面を屈折面１０３，１０４に置き換えたプリズムＰにより実現することも可能である。屈折面１０３は、光源ＬＳ１から出射された光を、ｘ軸の＋方向に屈折させる。また、屈折面１０４は、光源ＬＳ２から出射された光を、ｘ軸の＋方向に屈折させる。透過面１０５ａ，１０５ｂは、光源ＬＳ３から出射される光を、ｘ軸の＋方向に透過させてライトトンネルＬＴに導光する。

図１８および図１９に示すプリズムＰでは、光源ＬＳ１，ＬＳ２から出射される光を、ｘ軸の＋方向に偏向させる偏向部として、反射面または屈折面を用いているが、当該偏向部を、反射面および屈折面を組み合わせて実現することも可能である。

図２０～２２は、本実施の形態にかかる導光光学装置が有する光路合成部の他の例を示す図である。本実施の形態では、光路合成部１００は、図２０に示すように、反射面１０１を有する光学素子４０１と、反射面１０２を有する光学素子４０２と、を含んでいても良い。

または、本実施の形態では、光路合成部１００は、図２１に示すように、その内部に反射面１０１を有する光学素子５０１と、その内部に反射面１０２を有する光学素子５０２と、を含んでいても良い。ここで、光学素子５０１は、光源ＬＳ１から出射される光を透過する透過面５０３および反射面１０１で反射した光を透過する透過面５０５を有する。また、光学素子５０２は、光源ＬＳ２から出射される光を透過する透過面５０７および反射面１０２で反射した光を透過する透過面５０８を有する。

または、本実施の形態では、光路合成部１００は、図２２に示すように、屈折面１０３を有する光学素子７０１と、屈折面１０４を有する光学素子７０２と、を含んでいても良い。ここで、光学素子７０１は、屈折面１０３により屈折された光を透過する透過面７０５を有する。また、光学素子７０２は、屈折面１０４で屈折した光を透過する透過面７０６を有する。

図２３は、本実施の形態にかかる導光光学装置の他の例を示す図である。本実施の形態にかかる光源装置は、図２３に示すように、光源ＬＳ３から出射される光を、ｘ軸の＋方向に導光する導光手段の一例である光導波路２３０１（例えば、光ファイバ）を有していても良い。光導波路２３０１により導光された光は、図２３に示すように、反射面１０１と反射面１０２との間を直進するように、ｘ軸の＋方向に出射される。図２０～２３に示すように、光路合成部１００を複数の光学素子で構成した場合は、透過部１０５に部材配置されないので光源ＬＳ３から出射された光は損失しない。それにより、光源ＬＳ３から出射された光を高効率で合成することができる。

図２４は、本実施の形態にかかる画像投射装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかる画像投射装置は、例えば、プロジェクタであり、図２４に示すように、照明光学系２４０１、光変調器２４０２、および投射光学系２４０３を有する。

照明光学系２４０１は、上述した光源ＬＳ１～ＬＳ２、光路合成部１００、およびライトトンネルＬＴを有する光学装置の一例である。そして、照明光学系２４０１は、ライトトンネルＬＴから出口から、光変調器２４０２に対して光を出射する。

光変調器２４０２は、液晶、ＤＭＤ等であり、それらによって空間的に変調された光線を投射光学系２４０３に出射する。すなわち、光変調器２４０２は、照明光学系２４０１から出射した光を受光し、画像光を出射する空間変調素子の一例である。投射光学系２４０３は、光変調器２４０２から出射される光（画像光）を投射レンズによって投射像として、スクリーン等の被写体に投射する。これにより、本実施の形態にかかる画像投射装置は、プロジェクタとしての機能を満たすことが可能である。

このように、本実施の形態にかかる導光光学装置、光源装置、および画像投射装置によれば、反射面１０１、反射面１０２、および透過部１０５における、光源ＬＳ１～ＬＳ３から出射される光の集光部（共役像）が重なることによる損失を低減することができる。その結果、３つ以上の光源ＬＳからの光を高い効率で合成することが可能となる。

１００ 光路合成部
１０１，１０２ 反射面
１０３，１０４ 屈折面
１０５ 透過部
１０５ａ，１０５ｂ 透過面
Ｐ プリズム
２３０１ 光導波路
２４０１ 照明光学系
２４０２ 光変調器
２４０３ 投射光学系
Ｆ１ 波長変換部
ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂ 光源
ＬＴ ライトトンネル
ＬＤａ 半導体レーザアレイ
ＬＤｃ 発光部
ＬＤＬ レンズ
ＬＤ１ 励起光源

特開２００６－０１０７４１号公報 特許第６０９４８６６号公報

Claims (15)

1. 互いに異なる３方向から入射する光を合成して射出方向に射出する光路合成部を備える導光光学装置であって、
   前記光路合成部は、
   第１方向から入射する第１光を射出方向に偏向する第１偏向部と、
   前記第１方向とは異なる第２方向からの入射する第２光を前記射出方向に偏向する第２偏向部と、
   前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向から入射する第３光を前記射出方向に透過する透過部と、有し、
   前記透過部は、前記第１偏向部と前記第２偏向部との間に位置する、導光光学装置。
2. 前記第１偏向部および前記第２偏向部は、反射面または屈折面を有する光学素子である、請求項１に記載の導光光学装置。
3. 前記第１偏向部、前記第２偏向部、および前記透過部は、単一の光学素子である請求項１に記載の導光光学装置。
4. 前記第３光を前記射出方向に導光する光導波路を有する、請求項１または２に記載の導光光学装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の導光光学装置と、
   前記第１光を射出する第１光源と、
   前記第２光を射出する第２光源と、
   前記第３光を射出する第３光源と、を備え、
   前記導光光学装置は、前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源の少なくとも１つの光源の共役像を前記光路合成部に形成する、光源装置。
6. 前記導光光学装置は、前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源の共役像を前記光路合成部に形成し、
   前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源のそれぞれの前記共役像は、前記射出方向から見て一列に配列している、請求項５に記載の光源装置。
7. 前記導光光学装置は、前記第１光源の前記共役像と、前記第２光源の前記共役像と、の間に、前記第３光源の前記共役像を形成する、請求項６に記載の光源装置。
8. 前記第３光源の前記共役像は、前記第１光源の前記共役像と前記第２光源の前記共役像より小さい、請求項６または７に記載の光源装置。
9. 前記第３光は、前記射出方向に向かって直進し、かつ前記第１光および前記第２光より強度が小さい光である、請求項８に記載の光源装置。
10. 前記導光光学装置は、前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源の少なくとも一つの前記共役像は、像面内の１方向に長い形状である、請求項５から９のいずれか一に記載の光源装置。
11. 前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源の少なくとも一つは、レーザ光源を含み、
    前記レーザ光源の発光部の長手方向は、前記レーザ光源からの光が入射する、前記第１偏向部、前記第２偏向部、および前記透過部のいずれかの長手方向と対応する、請求項５から１０のいずれか一に記載の光源装置。
12. 前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源は、励起光を出射する励起光源と、当該励起光源から入射した前記励起光を異なる波長域の光に変換して出射する波長変換部と、を含む、請求項５から１０のいずれか一に記載の光源装置。
13. 前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源のうち少なくとも１つの光源が、励起光を出射する励起光源と、当該励起光源から入射した前記励起光を異なる波長域の光に変換して出射する波長変換部と、を含む光源であり、それ以外の少なくとも１つの光源が、前記波長域よりも狭い波長域の光を出射する、請求項５から１０のいずれか一に記載の光源装置。
14. 前記光路合成部から射出した光を導光して射出する光均一化素子をさらに備える、請求項５から１３のいずれか一に記載の光源装置。
15. 請求項１４に記載の光源装置を有する照明光学系と、
    前記照明光学系から出射した光を受光し、画像光を射出する空間変調素子と、
    前記画像光を被写体に投射する投射光学系と、
    を備える画像投射装置。

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