JP2023097356A - 照明光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザチップごとの屈折素子を必要としない低コストの照明光学系を提供する。
【解決手段】照明光学系は、第１のエミッタ光を出力する第１のエミッタと、第２のエミッタ光を出力する第２のエミッタとを有するマルチエミッタレーザチップが光の出力方向と交差する第１の方向に複数配列して構成された光源と、各マルチエミッタレーザチップの第１のエミッタと第２のエミッタとの間に中心を有し、各マルチエミッタレーザチップに近接して配置されている、複数の凸レンズと、複数の凸レンズより光の出力方向の側に配置され、２以上の第１のエミッタ光が入射する第１面と、２以上の第２のエミッタ光が入射する第２面とを有し、第１のエミッタ光と第２のエミッタ光とを略平行光とする第１の屈折素子と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のエミッタを有するマルチエミッタレーザチップを複数含む光源からの光を照明に用いるための照明光学系に関する。また、例えば、光ファイバに集光するための照明光学系に関する。

光ファイバに高出力の光を入射するため、複数のエミッタを有するマルチエミッタレーザチップを複数含む光源からの光を光ファイバに集光する技術が検討されている。

マルチエミッタレーザチップを複数備えるレーザデバイスによれば、小型で高出力光の出射が可能となるが、上記レーザデバイスでは、発散角が大きく集光が困難な課題がある。そこで、レーザデバイスから出射直後に配置した屈折素子で拡散を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００２－２０２４４２号公報 特開２０１９－１４８６９２号公報

しかし、個々のレーザチップごとに複雑な形状の屈折素子または微小な屈折素子を多数必要とし、高コストであるという課題がある。

そこで、本発明は、レーザチップごとの屈折素子を必要としない低コストの照明光学系を提供することを目的とする。

本開示に係る照明光学系は、第１のエミッタ光を出力する第１のエミッタと、第２のエミッタ光を出力する第２のエミッタとを有するマルチエミッタレーザチップが光の出力方向と交差する第１の方向に複数配列して構成された光源と、各マルチエミッタレーザチップの第１のエミッタと第２のエミッタとの間に中心を有し、各マルチエミッタレーザチップに近接して配置され、光の出力方向に対して第１のエミッタ光と第２のエミッタ光とが交差するように屈折させる、複数の凸レンズと、複数の凸レンズより光の出力方向の側に配置され、複数のマルチエミッタレーザチップから出力された２以上の第１のエミッタ光が入射する第１面と、複数のマルチエミッタレーザチップから出力された２以上の第２のエミッタ光が入射する第２面とを有し、第１のエミッタ光と第２のエミッタ光とを略平行光とする第１の屈折素子と、を備える。

本発明に係る照明光学系によれば、一つの第１の屈折素子によって、複数のマルチエミッタレーザチップの２つのエミッタ光をそれぞれ分けて略平行光にすることができる。そこで、マルチエミッタレーザチップごとの屈折素子を用意する必要がなく、照明光学系を低コストに構成できる。

実施の形態１に係る照明光学系の全体の構成を示す概略図である。 図１の照明光学系の光源近傍の光束と、第１の屈折素子の近傍の光束とを拡大して示す部分拡大図である。 図２の光源と第１の屈折素子との距離の関係を示す概略図である。 図３Ａの光源近傍で交差する第１のエミッタ光と光の出力方向とのなす角θを示す概略図である。 実施の形態２に係る照明光学系の全体の構成を示す概略図である。 第２の屈折素子を用いない図１の照明光学系の第１の屈折素子の直前の光束の拡がりを示す概略図である。 第２の屈折素子を用いた図４の照明光学系の第１の屈折素子の直前の光束の拡がりを図５Ａと同じスケールで示した概略図である。 図５Ａの第２の屈折素子を用いない場合の第１の屈折素子までの第１のエミッタ光及び第２のエミッタ光の光路を示す概略図である。 図５Ｂの第２の屈折素子を用いた場合の第１の屈折素子までの第１のエミッタ光及び第２のエミッタ光の光路を示す概略図である。 図６Ｂの光源と第１の屈折素子との距離の関係を示す概略図である。 図７Ａの光源近傍で交差する第１のエミッタ光と光の出力方向とのなす角θを示す概略図である。 実施の形態３に係る照明光学系の全体の構成を示す概略図である。 実施の形態４に係る照明光学系における光源と第１の屈折素子との距離の関係を示す概略図である。 図９Ａの光源近傍で交差する第１のエミッタ光と光の出力方向とのなす角θを示す概略図である。 実施の形態５に係る照明光学系の全体の構成を示す概略図である。 実施の形態６に係る照明光学系の全体の構成を示す概略図である。

第１の態様に係る照明光学系は、第１のエミッタ光を出力する第１のエミッタと、第２のエミッタ光を出力する第２のエミッタとを有するマルチエミッタレーザチップが光の出力方向と交差する第１の方向に複数配列して構成された光源と、各マルチエミッタレーザチップの第１のエミッタと第２のエミッタとの間に中心を有し、各マルチエミッタレーザチップに近接して配置されている、複数の凸レンズと、複数の凸レンズより光の出力方向の側に配置され、複数のマルチエミッタレーザチップから出力された２以上の第１のエミッタ光が入射する第１面と、複数のマルチエミッタレーザチップから出力された２以上の第２のエミッタ光が入射する第２面とを有し、第１のエミッタ光と第２のエミッタ光とを略平行光とする第１の屈折素子と、を備える。

第２の態様に係る照明光学系は、上記第１の態様において、第１の屈折素子は、光源からの距離ｘが、複数のマルチエミッタレーザチップのうち光軸から最も離れたマルチチップレーザチップの中心までの距離がｄであり、凸レンズから出力された第１のエミッタ光及び第２のエミッタ光と光の出力方向との角度をθとした場合、下記式を満たす範囲に配置されてもよい。

第３の態様に係る照明光学系は、上記第１の態様において、凸レンズと第１の屈折素子との間の光路中に配置され、凸レンズより焦点距離の長い第２の屈折素子をさらに備えてもよい。

第４の態様に係る照明光学系は、上記第３の態様において、第１の屈折素子は、光源からの距離ｘが、前記第２の屈折素子の焦点距離がｆであって、複数の前記マルチエミッタレーザチップのうち光軸から最も離れたマルチエミッタレーザチップの中心までの距離がｄであり、前記凸レンズから出力された前記第１のエミッタ光及び前記第２のエミッタ光と前記光の出力方向との角度をθとした場合、下記式を満たす範囲に配置されてもよい。

第５の態様に係る照明光学系は、上記第１又は第３の態様において、光源の複数のマルチエミッタレーザチップのうち半分ずつのマルチエミッタレーザチップからの光をそれぞれ反射させる第１のミラー及び第２のミラーと、第１のミラーで反射した光を光の出力方向に反射させ、Ｓ偏光とする第３のミラーと、第２のミラーと第１の屈折素子との間に配置され、第２のミラーで反射された光をＰ偏光とする１／２波長板と、第３のミラーで反射したＳ偏光と、第２のミラーで反射され１／２波長板を通過したＰ偏光とを重ね合わせて、第１の屈折素子の方向に反射させる偏光ビームスプリッタと、をさらに備えてもよい。

第６の態様に係る照明光学系は、上記第１の態様において、複数のマルチエミッタレーザチップは、第１のエミッタと第２のエミッタとの間に第３のエミッタ光を出力する第３のエミッタを有し、凸レンズによって、第３のエミッタ光は、光の出力方向に沿って出力され、第１の屈折素子は、第１面と第２面との間に第３のエミッタ光を受ける第３面を有してもよい。

第７の態様に係る照明光学系は、上記第１から第６のいずれかの態様において、光源は、各マルチエミッタレーザチップが、第１のエミッタと第２のエミッタとが、第１の方向に沿って配置されていてもよい。

第８の態様に係る照明光学系は、上記第１又は第２の態様において、凸レンズと第１の屈折素子との間の光路中に配置され、凸レンズと凹レンズとを組み合わせて構成され、凸レンズからの光束を絞る縮小光学系をなす第３の屈折素子をさらに備えてもよい。

第９の態様に係る照明光学系は、上記第８の態様において、光源は、第１の波長の光を出力する第１の光源であって、第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２の光源と、第１の波長及び第２の波長と異なる第３の波長の光を出力する第３の光源と、第１の光源から出力される第１の波長の光と、第２の光源から出力される第２の波長の光と、第３の光源から出力される第３の波長の光と、を同一の光軸を有する光に合成する、合成光学系と、をさらに備えてもよい。

第１０の態様に係る照明光学系は、上記第１から第９のいずれかの態様において、光源は、マルチエミッタレーザチップを第１の方向及び光の出力方向と交差する第２の方向にも配列されていてもよい。

第１１の態様に係る照明光学系は、上記第１から第１０のいずれかの態様において、光源からの光を集光して光ファイバに入射させる光ファイバ集光レンズをさらに備えてもよい。

第１２の態様に係る投写型表示装置は、上記第１から第１１のいずれかの態様に係る照明光学系を備える。

以下、実施の形態に係る照明光学系について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る照明光学系３０の全体の構成を示す概略図である。図２は、図１の照明光学系３０の光源１０近傍の光束と、第１の屈折素子１４の近傍の光束とを拡大して示す部分拡大図である。なお、便宜上、光源１０からの光の出力方向をＺ方向とし、マルチエミッタレーザチップ３の配列方向をＸ方向として示している。また、紙面手前から奥に向かうＹ方向に沿ってマルチエミッタレーザチップ３が配列していてもよい。

実施の形態１に係る照明光学系３０は、マルチエミッタレーザチップ３が複数配列して構成された光源１０と、凸レンズ１２と、第１の屈折素子１４と、光ファイバ集光レンズ１６と、を備える。マルチエミッタレーザチップ３は、第１のエミッタ光４を出力する第１のエミッタ１と、第２のエミッタ光５を出力する第２のエミッタ２とを有する。
凸レンズ１２は、各マルチエミッタレーザチップ３の第１のエミッタ１と第２のエミッタ２との間に中心を有し、各マルチエミッタレーザチップ３に近接して配置されている。この凸レンズ１２によって、光の出力方向に対して第１のエミッタ光４と第２のエミッタ光５とが交差するように屈折させる。第１の屈折素子１４は、複数の凸レンズ１２と光ファイバ集光レンズ１６との間に配置されている。第１の屈折素子１４は、複数のマルチエミッタレーザチップ３から出力された全ての第１のエミッタ光４が入射する第１面６ａと、複数のマルチエミッタレーザチップ３から出力された全ての第２のエミッタ光５が入射する第２面６ｂとを有する。第１の屈折素子１４によって、全ての第１のエミッタ光４と全ての第２のエミッタ光５とを略平行光とする。ここで「略平行光」とは、第１の屈折素子１４の第１面６ａに入射した第１のエミッタ光４が第１の屈折素子１４から出射した光束と、第２面６ｂに入射した第２のエミッタ光５が第１の屈折素子１４から出射した光束とが、実質的に平行光とみなせることを意味している。この場合、それぞれの光束がなす角度が数度以下程度の平行光であることを意味している。光ファイバ集光レンズ１６によって、光源からの光を集光して光ファイバに入射させる。

この照明光学系３０によれば、一つの単純な形状の第１の屈折素子１４によって、複数のマルチエミッタレーザチップ３の２つのエミッタ光をそれぞれ分けて略平行光にすることができる。そこで、マルチエミッタレーザチップ３ごとの屈折素子を用意する必要がなく、照明光学系を低コストに構成できる。

以下に、この照明光学系３０を構成する各部材について説明する。

＜光源＞
光源１０は、マルチエミッタレーザチップ３が光の出力方向（Ｚ方向）と交差するＸ方向（第１の方向）に沿って複数配列して構成されている。

＜マルチエミッタレーザチップ＞
マルチエミッタレーザチップ３は、第１のエミッタ光４を出力する第１のエミッタ１と、第２のエミッタ光５を出力する第２のエミッタ２とを有する。第１のエミッタ１と第２のエミッタ２とは、第１の方向（Ｘ方向）に沿って配置されていてもよい。なお、第１のエミッタ光４及び第２のエミッタ光５は、第１のエミッタ１及び第２のエミッタ２からの出射時には光の出力方向（Ｚ方向）を光軸として出射する。マルチエミッタであるため、シングルエミッタの場合に比べて光を出力する最小単位のエミッタを密に配列でき、高出力にすることができるとともに、光束を小さくできる。
また、図２では、マルチエミッタレーザチップ３は、Ｘ方向に沿って配列されているが、これに限られず、Ｙ方向に沿って配置されてもよい。さらに、Ｘ方向だけでなくＹ方向にも配列されてもよい。

＜凸レンズ（凸レンズ）＞
凸レンズ１２は、マルチエミッタレーザチップ３ごとに近接して配置されている。この凸レンズ１２によって、光の出力方向（Ｚ方向）に対して第１のエミッタ光４と第２のエミッタ光５とがＺ方向について交差するように屈折させる。つまり、第１のエミッタ光４がＺ方向から＋Ｘ方向寄りに、第２のエミッタ光５がＺ方向から－Ｘ方向寄りに進行する。第１のエミッタ１から出射した第１のエミッタ光４と、第２のエミッタ２から出射した第２のエミッタ光５は、凸レンズ１２へ入射する。凸レンズ１２は、入射したそれぞれの第１及び第２のエミッタ光４、５の拡散を抑制して、それぞれ光束を出射する。この場合、２つのエミッタ１、２に対して１つの凸レンズ１２を共通で用いているので、凸レンズ１２から出射する第１及び第２の光を完全に平行光化することは難しく、略平行光となる。

＜第１の屈折素子＞
第１の屈折素子１４は、凸レンズ１２と光ファイバ集光レンズ１６との間の光路中に配置されている。第１の屈折素子１４は、複数のマルチエミッタレーザチップ３から出力された２以上の、例えば、全ての第１のエミッタ光４が入射する第１面６ａと、複数のマルチエミッタレーザチップ３から出力された２以上の、例えば、全ての第２のエミッタ光５が入射する第２面６ｂとを有する。第２面６ｂと第１面６ａとは、第１の屈折素子１４の光軸を挟んで第１の方向（Ｘ方向）に沿って設けられている。図２の場合には、第２面６ｂが光軸より－Ｘ方向に配置され、第１面６ａが光軸よりＸ方向に配置されている。また、図２に示すように、例えば、第１の屈折素子１４は、第１面６ａと第２面６ｂとが光軸で接しており、凸レンズ１２に対向する側に凸状をなしている。第１の屈折素子１４を、複数のマルチエミッタレーザチップ３から出力された全ての第１のエミッタ光４と、複数のマルチエミッタレーザチップ３から出力された全ての第２のエミッタ光５とが分かれる距離より離れて配置されることによって、全ての第１のエミッタ光４と全ての第２のエミッタ光５とを別々の第１面６ａ及び第２面６ｂでそれぞれ受けるようにできる。

つまり、図２に示すように、各マルチエミッタレーザチップ３の第１のエミッタ１及び第２のエミッタ２から出射した第１のエミッタ光４と第２のエミッタ光５とは、凸レンズ１２によってＺ方向について交差するように進行する。凸レンズから距離が離れるにつれて、全ての第１のエミッタ光４と、全ての第２のエミッタ光５とがそれぞれ分離することがわかる。そこで、全ての第１のエミッタ光４と、全ての第２のエミッタ光５とがそれぞれ完全に分離する距離ｘに、全ての第１のエミッタ光４を受ける第１面６ａと、全ての第２のエミッタ光５を受ける第２面６ｂとを有する第１の屈折素子１４を置いている。

これによって従来のように個々のレーザーチップに対応する複数の屈折素子を調整する必要がなく、１つの屈折素子の調整のみで複数のレーザーチップの出射光を低コストで平行化することができる。
図２に示すように第１面６ａ及び第２面６ｂが平面の場合には、第１の屈折素子１４を出射した光束は完全な平行光とはならず、略平行光となる。しかし、形状が単純のため作りやすく、Ｘ方向のずれに対する公差感度が低い。第１の屈折素子１４は、Ｙ方向（奥行き方向）にも平面が連続していてもよい。また、第１面６ａと第２面６ｂとは中心で両者の端部が接するように構成しているが、これに限られず、第１面６ａと第２面６ｂとの間を離間してもよい。
第１の屈折素子１４の各面は、平面に限られず、シリンドリカル形状の球面、非球面等の曲率を有する曲面であってもよい。上記曲面は、凸レンズ１２と対向する方向（－Ｚ方向）に凹状であってもよく、あるいは凸状であってもよい。例えば、凹状は、光軸中心に変曲点が生じ、比較的複雑で作りにくいが、光束の平行化性能を向上させることができ、光ファイバへの集光効率を高めることができる。凸状は、光軸中心に変曲点がなく比較的作りやすいが、平行化性能は低い。その一方、凸状の場合、中央部で光線に対して垂直となるため、２つのエミッタからの光の分離が不十分な場合に中心から反対側の面に光が入射した場合にも、意図しない角度を持ってしまうという問題を回避できる。なお、曲面の形状は、必要に応じて調整を行えばよい。
また、第１の屈折素子１４は、プリズム、レンズ等の透過素子に限られず、反射で方向を変えて略平行光にするミラーであってもよい。また、上記ミラーは曲面ミラーであってもよい。

＜光源と第１の屈折素子との距離の関係＞
図３Ａは、図２の光源１０と第１の屈折素子１４との距離ｘの関係を示す概略図である。図３Ｂは、図３Ａの光源１０近傍で交差する第１のエミッタ光４と光の出力方向（Ｚ方向）とのなす角θを示す概略図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光源１０と第１の屈折素子１４との距離ｘは、下記式（１）で表される。例えば、ｘは、およそ７５０ｍｍである。

上記式（１）中、ｄは、光源１０のマルチエミッタレーザチップ３のうち、光源１０の光軸１１から最も離れた最外のマルチエミッタレーザチップ３の光軸からの距離である。また、θは、第１のエミッタ光４と光の出力方向（Ｚ方向）とのなす角である。
図３Ａに示すように、光源１０と第１の屈折素子１４との距離ｘが上記式（１）を満たすように第１の屈折素子１４を配置することによって、複数のマルチエミッタレーザチップ３から出力された全ての第１のエミッタ光４と第２のエミッタ光５とを分けて第１の屈折素子１４に導くことができ、略平行光にすることができる。

＜光ファイバ集光レンズ＞
光ファイバ集光レンズ１６によって、光源からの光を集光して光ファイバに入射させる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る照明光学系３０ａの全体の構成を示す概略図である。図５Ａは、第２の屈折素子を用いない図１の照明光学系３０の第１の屈折素子１４の直前の光束の拡がりを示す概略図である。図５Ｂは、第２の屈折素子１８を用いた図４の照明光学系３０ａの第１の屈折素子１４の直前の光束の拡がりを図５Ａと同じスケールで示した概略図である。
実施の形態２に係る照明光学系３０ａは、実施の形態１に係る照明光学系と比較して、凸レンズ１２と第１の屈折素子１４との間の光路中に第２の屈折素子１８を有する点で相違する。第２の屈折素子１８を設けることによって、第２の屈折素子を用いない場合（図５Ａ）よりも、全ての第１のエミッタ光４と、全ての第２のエミッタ光５とがそれぞれ完全に分離する距離が短くなり、全体の長さを短くできる（図５Ｂ）。

＜第２の屈折素子＞
図６Ａは、図５Ａの第２の屈折素子を用いない場合の第１の屈折素子までの第１のエミッタ光４及び第２のエミッタ光５の光路を示す概略図である。図６Ｂは、図５Ｂの第２の屈折素子１８を用いた場合の第１の屈折素子１４までの第１のエミッタ光４及び第２のエミッタ光５の光路を示す概略図である。
第２の屈折素子１８は、凸レンズ１２より焦点距離が長い。これによって、図６Ａと図６Ｂとを対比すると、全ての第１のエミッタ光４と、全ての第２のエミッタ光５とがそれぞれ完全に分離する距離を短くできる。つまり、第２の屈折素子１８によって、第１のエミッタ光４は、より＋Ｘ方向寄りに屈折され、第２のエミッタ光５は、－Ｘ方向寄りに屈折される。そこで、光源１０と第１の屈折素子１４との距離をｘ１からｘ２まで短くすることができる。例えば、焦点距離ｆが２００ｍｍの第２の屈折素子を用いた場合、およそ２００ｍｍほどで分離できる。第２の屈折素子１８の焦点距離ｆは、例えば、８０ｍｍ以上である。
また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、全ての第１のエミッタ光４と、全ての第２のエミッタ光５とが完全に分離する距離を短くすることによって、光束幅もＢＷ１からＢＷ２に抑えられる。
なお、第２の屈折素子１８を用いた場合には、第１の屈折素子１４の第１面６ａに達した全ての第１のエミッタ光４は互いに平行ではなく、第２面６ｂに達した全ての第２のエミッタ光５も互いに平行ではない。そこで、第１の屈折素子１４の第１面６ａ及び第２面６ｂを平面ではなく、曲率を有する面にしてもよい。

＜光源と屈折素子との距離の関係＞
図７Ａは、図６Ｂの光源１０と第１の屈折素子１４との距離の関係を示す概略図である。図７Ｂは、図７Ａの光源１０近傍で交差する第１のエミッタ光４と光の出力方向（Ｚ方向）とのなす角θを示す概略図である。
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、光源１０と第１の屈折素子１４との距離ｘは、下記式（２）で表される。

上記式（２）中、ｄは、光源１０のマルチエミッタレーザチップ３のうち、光源１０の光軸１１から最も離れた最外のマルチエミッタレーザチップ３の光軸からの距離である。また、θは、第１のエミッタ光４と光の出力方向（Ｚ方向）とのなす角である。さらに、ｆは、第２の屈折素子１８の焦点距離である。
上記式（２）では、上記式（１）とは異なり、第２の屈折素子１８の焦点距離ｆを含むものとなっている。図７Ａでは、図３Ａと比べて、－Ｘ側の最外のマルチエミッタレーザチップ３からの第１のエミッタ光４は、第２の屈折素子１８によって＋Ｘ側に屈折する。また、＋Ｘ側の最外のマルチエミッタレーザチップ３からの第２のエミッタ光５は、第２の屈折素子１８によって－Ｘ側に屈折する。これによって、図７Ａでは、－Ｘ側の最外のマルチエミッタレーザチップ３からの第１のエミッタ光４及び＋Ｘ側の最外のマルチエミッタレーザチップ３からの第２のエミッタ光５が第１の屈折素子１４の光軸１１との交点に到達する距離は、図３Ａの場合よりも短くなる。
一方、図７Ａでは、＋Ｘ側の最外のマルチエミッタレーザチップ３からの第１のエミッタ光４は、第２の屈折素子１８によって－Ｘ側に屈折する。同様に－Ｘ側の最外のマルチエミッタレーザチップ３からの第２のエミッタ光５も第２の屈折素子１８によって＋Ｘ側に屈折する。これによって、第１のエミッタ光４を受ける第１の屈折素子１４の第１面６ａの大きさ及び第２のエミッタ光５を受ける第２面６ｂの大きさを抑制でき、図６Ｂに示すように、光束の幅ＢＷ２を絞ることができる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係る照明光学系３０ｂの全体の構成を示す概略図である。
実施の形態３に係る照明光学系３０ｂは、実施の形態２に係る照明光学系と対比すると、複数のミラー２１、２２、２３と、１／２波長板２４と、偏光ビームスプリッタ２５を用いて光源１０から第２の屈折素子１８までの間の光路を構成していることを特徴とする。具体的には、光源１０の複数のマルチエミッタレーザチップ３のうち、－Ｚ側の左半分のマルチエミッタレーザチップ３からの光を第１のミラー２１でほぼ９０°反射させ、＋Ｚ側の右半分のマルチエミッタレーザチップ３からの光を第２のミラー２２でほぼ９０°反射させて、それぞれを分離している。第１のミラー２１で反射した光を第３のミラー２３で光の出力方向（－Ｘ方向）に反射させ、Ｓ偏光として、偏光ビームスプリッタ２５に入射させる。第２のミラー２２で反射した光は、１／２波長板２４でＰ偏光として、偏光ビームスプリッタ２５に入射させる。偏光ビームスプリッタ２５に入射したＳ偏光とＰ偏光は重ね合わせられ第２の屈折素子１８に入射する。このように、２つに分けた光を偏光ビームスプリッタ２５で重ね合わせることで光束幅を半分にすることができる。光束幅が小さくなることで、第１の屈折素子１４までの距離が短縮され、集光レンズで絞りやすくなる。これによって、光ファイバへの集光効率を向上させることができる

（実施の形態４）
図９Ａは、実施の形態４に係る照明光学系３０ｃにおける光源１０と第１の屈折素子１４との距離の関係を示す概略図である。図９Ｂは、図９Ａの光源１０近傍で交差する第１のエミッタ光４と光の出力方向（Ｚ方向）とのなす角θを示す概略図である。
実施の形態４に係る照明光学系３０ｃは、実施の形態１に係る照明光学系と対比すると、マルチエミッタレーザチップ３が第３のエミッタ７を有することを特徴とする。この場合には、第３のエミッタ７から出力される第３のエミッタ光８の光軸は、凸レンズ１２によって曲げられず、光の出力方向（Ｚ方向）と一致する。マルチエミッタレーザチップ３が３つのエミッタを有する場合、第１の屈折素子１４は、上記第１面６ａと第２面６ｂとの間の第３面６ｃを有する。この場合、３つのエミッタのうち、真ん中の第３のエミッタ７から出力される第３のエミッタ光８を光の出力方向（Ｚ方向）に垂直な第３面６ｃによって受ければよい。

また、光源１０と第１の屈折素子１４との間の距離ｘは、２つのエミッタを有する場合よりも離れた距離となる。例えば、図９Ａに示すように、第２の屈折素子を用いない場合には、第３面６ｃのＸ方向の長さが光軸１１から最も離れたマルチエミッタレーザチップ３の中心までの距離ｄの２倍以上の長さとすればよい。つまり、第３面６ｃの長さは、長さ２ｄに対応する。このとき、光源１０と第１の屈折素子１４との間の距離ｘは、図３Ａの場合の距離の２倍の距離となる。
なお、実施の形態４に係る照明光学系の場合にも第２の屈折素子を用いてもよい。第２の屈折素子を用いることによって、光源と第１の屈折素子との距離を短くでき、光束の拡がりを抑制できるので第１の屈折素子を縮小することができる。

（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５に係る照明光学系３０ｄの全体の構成を示す概略図である。
実施の形態５に係る照明光学系３０ｄは、凸レンズ１２と第１の屈折素子１４との間の光路中に配置され、複数のレンズを組み合わせて構成され、凸レンズ１２からの光束を絞る縮小光学系（ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ、ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）をなす第３の屈折素子２６をさらに備える。
この第３の屈折素子２６によって、光束を絞ることができるので、光ファイバ２０への集光効率を向上させることができる。また、第３の屈折素子２６を構成する１又は複数の素子のうち１つ以上の素子をＸＹＺ方向に移動させることで集光位置を調整することができる。これによって、設置公差等が生じた場合にも光ファイバ２０へ高効率での集光が可能となる。

（実施の形態６）
図１１は、実施の形態６に係る照明光学系３０ｅの全体の構成を示す概略図である。
実施の形態６に係る照明光学系３０ｅは、実施の形態５に係る照明光学系３０ｄに加えて、実施の形態５に係る照明光学系３０ｄの第１の光源１０ａにおける第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２の光源１０ｂと、第１の波長及び第２の波長と異なる第３の波長の光を出力する第３の光源１０ｃとを有する。さらに、実施の形態６に係る照明光学系３０ｅは、第１の光源１０ａから出力される第１の波長の光と、第２の光源１０ｂから出力される第２の波長の光と、第３の光源１０ｃから出力される第３の波長の光と、を同一の光軸を有する光に合成する、合成光学系２７ａ、２７ｂ、２７ｃを有する。図１１に示すように、合成光学系２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、２つのダイクロイックミラー２７ａ、２７ｂと、ミラー２７ｃとで構成されていてもよい。ダイクロイックミラー２７ｂによって、第２の波長の光と、第３の波長の光とを合成し、ダイクロイックミラー２７ａによって、第２及び第３の波長の光と、第１の波長の光とを合成する。また、第２の光源１０ｂ及び第３の光源１０ｃは、光束を絞る縮小光学系をなす第３の屈折素子２６ｂ、２６ｃを有してもよい。さらに、第２の光源１０ｂ及び第３の光源１０ｃは、マルチエミッタではなく、シングルエミッタであってもよい。
また、第３の屈折素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃを構成する１又は複数の素子のうち１つ以上の素子をＸＹＺ方向に移動させることで集光位置を調整することができる。これによって、設置公差等が生じた場合にも光ファイバ２０へ高効率での集光が可能となる。また、Ｚ方向の調整により収差影響を吸収して、複数波長のレーザ光を、一つの集光レンズで同じ位置に集光させることが可能となる。

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。

本発明に係る照明光学系によれば、マルチエミッタレーザチップごとの屈折素子を用意する必要がなく、一つの第１の屈折素子によって、照明光学系を低コストに構成できる。そこで、投射型表示装置等の様々な用途に用いることができる。

１ 第１のエミッタ
２ 第２のエミッタ
３ マルチエミッタレーザチップ
４ 第１のエミッタ光
５ 第２のエミッタ光
６ａ 第１面
６ｂ 第２面
６ｃ 第３面
７ 第３のエミッタ
８ 第３のエミッタ光
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 光源
１１ 光軸
１２ 凸レンズ
１４ 第１の屈折素子
１６ 光ファイバ集光レンズ
１８ 第２の屈折素子
２０ 光ファイバ
２１ 第１のミラー
２２ 第２のミラー
２３ 第３のミラー
２４ １／２波長板
２５ 偏光ビームスプリッタ
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 第３の屈折素子（縮小光学系）
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ ミラー
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ 照明光学系

Claims (12)

1. 第１のエミッタ光を出力する第１のエミッタと、第２のエミッタ光を出力する第２のエミッタとを有するマルチエミッタレーザチップが光の出力方向と交差する第１の方向に複数配列して構成された光源と、
   前記各マルチエミッタレーザチップの前記第１のエミッタと前記第２のエミッタとの間に中心を有し、前記各マルチエミッタレーザチップに近接して配置されている、複数の凸レンズと、
   前記複数の凸レンズより前記光の出力方向の側に配置され、複数の前記マルチエミッタレーザチップから出力された２以上の前記第１のエミッタ光が入射する第１面と、複数の前記マルチエミッタレーザチップから出力された２以上の前記第２のエミッタ光が入射する第２面とを有し、前記第１のエミッタ光と前記第２のエミッタ光とを略平行光とする第１の屈折素子と、
   を備える、照明光学系。
2. 前記第１の屈折素子は、前記光源からの距離ｘが、複数の前記マルチエミッタレーザチップのうち光軸から最も離れたマルチチップレーザチップの中心までの距離がｄであり、前記凸レンズから出力された前記第１のエミッタ光及び前記第２のエミッタ光と前記光の出力方向との角度をθとした場合、下記式を満たす範囲に配置される、請求項１に記載の照明光学系。
   

   
3. 前記凸レンズと前記第１の屈折素子との間の光路中に配置され、前記凸レンズより焦点距離の長い第２の屈折素子をさらに備える、請求項１に記載の照明光学系。
4. 前記第１の屈折素子は、前記光源からの距離ｘが、前記第２の屈折素子の焦点距離がｆであって、複数の前記マルチエミッタレーザチップのうち光軸から最も離れたマルチエミッタレーザチップの中心までの距離がｄであり、前記凸レンズから出力された前記第１のエミッタ光及び前記第２のエミッタ光と前記光の出力方向との角度をθとした場合、下記式を満たす範囲に配置される、請求項３に記載の照明光学系。
   

   
5. 前記光源の複数の前記マルチエミッタレーザチップのうち半分ずつのマルチエミッタレーザチップからの光をそれぞれ反射させる第１のミラー及び第２のミラーと、
   前記第１のミラーで反射した光を前記光の出力方向に反射させ、Ｓ偏光とする第３のミラーと、
   前記第２のミラーと前記第１の屈折素子との間に配置され、前記第２のミラーで反射された光をＰ偏光とする１／２波長板と、
   前記第３のミラーで反射したＳ偏光と、前記第２のミラーで反射され１／２波長板を通過したＰ偏光とを重ね合わせて、前記第１の屈折素子の方向に反射させる偏光ビームスプリッタと、
   をさらに備える、請求項１に記載の照明光学系。
6. 複数の前記マルチエミッタレーザチップは、前記第１のエミッタと前記第２のエミッタとの間に第３のエミッタ光を出力する第３のエミッタを有し、
   前記凸レンズによって、前記第３のエミッタ光は、前記光の出力方向に沿って出力され、
   前記第１の屈折素子は、前記第１面と前記第２面との間に前記第３のエミッタ光を受ける第３面を有する、請求項１に記載の照明光学系。
7. 前記光源は、前記各マルチエミッタレーザチップが、前記第１のエミッタと前記第２のエミッタとが、前記第１の方向に沿って配置されている、請求項１に記載の照明光学系。
8. 前記凸レンズと前記第１の屈折素子との間の光路中に配置され、複数のレンズを組み合わせて構成され、前記凸レンズからの光束を絞る縮小光学系をなす第３の屈折素子をさらに備える、請求項１に記載の照明光学系。
9. 前記光源は、第１の波長の光を出力する第１の光源であって、
   前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２の光源と、
   前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の波長の光を出力する第３の光源と、
   前記第１の光源から出力される前記第１の波長の光と、前記第２の光源から出力される前記第２の波長の光と、前記第３の光源から出力される第３の波長の光と、を同一の光軸を有する光に合成する、合成光学系と、
   をさらに備える、請求項８に記載の照明光学系。
10. 前記光源は、前記マルチエミッタレーザチップを前記第１の方向及び前記光の出力方向と交差する第２の方向にも複数配列されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の照明光学系。
11. 前記光源からの光を集光して光ファイバに入射させる光ファイバ集光レンズをさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の照明光学系。
12. 請求項１から９のいずれか一項に記載の照明光学系を備える、投写型表示装置。

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