WO2012053167A1 - 光合波装置及びプロジェクタ - Google Patents

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WO2012053167A1
WO2012053167A1 PCT/JP2011/005708 JP2011005708W WO2012053167A1 WO 2012053167 A1 WO2012053167 A1 WO 2012053167A1 JP 2011005708 W JP2011005708 W JP 2011005708W WO 2012053167 A1 WO2012053167 A1 WO 2012053167A1
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lens
lens unit
light
light source
optical
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PCT/JP2011/005708
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達男 伊藤
水島　哲郎
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パナソニック株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light

Definitions

  • the present invention relates to an optical multiplexing device that combines light from a plurality of light source units, and a projector including the optical multiplexing device.
  • Patent Document 1 discloses an illumination device having a plurality of light source units.
  • the illumination device includes a fly array lens on which convergent lights emitted from a plurality of light source units are incident at different incident angles.
  • the illumination device synthesizes light using a fly array lens.
  • Patent Document 2 discloses a display device that projects high-luminance light.
  • the display device includes a plurality of light source units.
  • the light from the light source unit is collimated and then enters one fly array lens.
  • the light rays incident on the fly array lens are parallel to each other.
  • the display device synthesizes light using a fly array lens.
  • Patent Document 3 discloses an image display device having two light sources. The planes of polarization of the light rays emitted from the light source are orthogonal to each other. The image display device synthesizes light using a polarizing prism.
  • Patent Document 4 discloses an illumination device having a plurality of laser light sources that emit parallel light.
  • the illumination device includes a special prism formed to reduce the optical axis pitch of the collimated light.
  • the illumination device combines light using the slope of the prism.
  • the light synthesized by the fly array lens becomes divergent light thereafter. Therefore, an increase in the number of light source units results in an increase in the divergence angle.
  • the illumination device of Patent Document 1 needs to have a large optical system in order to process the combined light.
  • an increase in the light source unit means an increase in collimated light parallel to each other. Therefore, like the illumination device of Patent Document 1, the display device of Patent Document 2 needs to include a large optical system in order to process the combined light.
  • the image display device of Patent Document 3 combines light using orthogonal polarization planes and polarization prisms. Therefore, the number of light source units that can be used under the technology disclosed in Patent Document 3 is limited to two. Therefore, the technology disclosed in Patent Document 3 is not suitable for increasing the number of light source units.
  • an increase in the number of light source units means an increase in collimated light parallel to each other.
  • the illumination device of Patent Document 4 uses a special prism to reduce the optical axis pitch of collimated light, it needs to include a large optical system in order to process the combined light.
  • JP-A-5-045605 Japanese Patent Laid-Open No. 10-293545 JP 2000-180795 A JP 2003-31872 A
  • An object of the present invention is to provide an optical multiplexing device and a projector that can suppress an increase in size of an optical system and can easily adjust the number of light source units.
  • An optical multiplexing device uses a plurality of light source units to converge a parallel light incident at different incident angles from a light source unit that emits parallel light, and defines a plurality of convergence positions. And a second lens unit having a focal point at each of the plurality of convergence positions, wherein the first lens unit and the second lens unit form a reduction optical system, and the plurality of convergences
  • the optical axis of the second lens unit that passes through the focal point corresponding to one of the positions is light of the second lens unit that passes through the focal point corresponding to the other one of the plurality of convergence positions. It is characterized by being along the axis.
  • a projector processes a video signal for displaying an image and generates a control signal, the optical multiplexing device described above, and the control of light from the optical multiplexing device
  • a spatial light modulation element that modulates based on a signal to generate image light and an optical system that forms an image of the image light are provided.
  • the above-described optical multiplexing device and projector can suppress an increase in the size of the optical system. Further, the number of light combining units and projector light source units can be easily adjusted. In addition, the optical multiplexing device and the projector can emit high-luminance light.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical multiplexing device according to a first embodiment. It is a conceptual diagram of the optical design of the optical multiplexing apparatus shown by FIG. It is the schematic of the optical multiplexing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. It is the schematic of the optical multiplexing apparatus which concerns on 3rd Embodiment. It is the schematic of the optical multiplexing apparatus which concerns on 4th Embodiment. It is a schematic perspective view of the 1st lens part of the optical multiplexing apparatus shown by FIG. It is a schematic perspective view of the 2nd lens part of the optical multiplexing apparatus shown by FIG. It is the schematic of the optical multiplexing apparatus which concerns on 5th Embodiment.
  • FIG. It is a schematic perspective view of the board
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical multiplexing device 100 according to the first embodiment.
  • the optical multiplexing device 100 will be described with reference to FIG.
  • the light source unit 110 includes a light source unit 110 that emits parallel light beams CB1 and CB2.
  • the light source unit 110 includes light source units 111 and 112.
  • Examples of the light source units 111 and 112 include laser light sources such as a high-pressure mercury lamp, a halogen lamp, and a semiconductor laser.
  • FIG. 1 two light source units 111 and 112 are shown.
  • the number of the light source units included in the light source unit may be plural, and is not limited to “two”.
  • the light source unit may include a number of light source units exceeding “2”.
  • the light source unit 110 further includes collimating lenses 113 and 114.
  • the collimating lens 113 receives light from the light source unit 111 and generates a parallel light beam CB1.
  • the collimator lens 114 receives light from the light source unit 112 and generates a parallel light beam CB2.
  • the light source unit 110 emits the parallel light beams CB1 and CB2 using the light source units 111 and 112 and the collimating lenses 113 and 114.
  • another optical structure using a plurality of light source units may be used as the light source unit.
  • the parallel light beams CB1 and CB2 are exemplified as parallel light.
  • the optical multiplexer 100 further includes a first lens unit 120 that receives the parallel light beams CB1 and CB2 emitted from the light source unit 110.
  • the first lens unit 120 includes a convex lens surface 121 facing the light source unit 110 and a flat emission end surface 122 on the opposite side of the lens surface 121.
  • the parallel light beams CB1 and CB2 are incident on the lens surface 121 at different angles.
  • the parallel light beam CB1 is incident on the lens surface 121 at an angle of “+ ⁇ ”.
  • the parallel light beam CB2 is incident on the lens surface 121 at an angle of “ ⁇ ”.
  • the incident positions of the parallel light beams CB1 and CB2 on the lens surface 121 are symmetric with respect to the optical axis OA1 of the first lens unit 120. That is, the light source units 111 and 112 (and the collimating lenses 113 and 114) are arranged symmetrically with respect to the optical axis OA1 of the first lens unit 120.
  • the lens surface 121 is designed to define the convergence positions of the parallel light beams CB1 and CB2.
  • a point P1 is shown as the convergence position of the parallel light beam CB1.
  • a point P2 is shown as a convergence position of the parallel light beam CB2.
  • the first lens unit 120 converges the parallel light beam CB1 to the point P1, and converges the parallel light beam CB2 to the point P2.
  • the optical multiplexing device 100 further includes a second lens unit 130 that receives the light that has passed through the first lens unit 120.
  • the second lens unit 130 includes a flat incident end surface 131 facing the first lens unit 120 and a convex lens surface 132 on the opposite side of the incident end surface 131. The light that has passed through the first lens unit 120 is incident on the incident end surface 131 and is then emitted from the lens surface 132.
  • the second lens unit 130 includes a lens piece 133 that receives light emitted from the light source unit 111 and a lens piece 134 that receives light emitted from the light source unit 112.
  • the focal point of the lens piece 133 coincides with the point P1. Further, the focal point of the lens piece 134 coincides with the point P2.
  • the lens pieces 133 and 134 define a common front focal plane FFP.
  • the first lens unit 120 defines a plurality of convergence positions on the front focal plane FFP.
  • the second lens unit 130 has a focal point that matches each of a plurality of convergence positions on the front focal plane FFP.
  • the optical axis OA2 extends along the optical axis OA3 (that is, the optical axis OA2 extends substantially parallel to the optical axis OA3).
  • the optical axis OA2 is preferably parallel to the optical axis OA3.
  • the first lens unit 120 and the second lens unit 130 form a reduction optical system.
  • the beam diameters of the parallel beams CB1 and CB2 are reduced.
  • the term “reducing optical system” means an arbitrary optical structure having a function of reducing an image drawn by the light source units 111 and 112. Therefore, the principle of this embodiment is not limited to the optical structure shown in FIG.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of the optical design of the optical multiplexing device 100 shown in FIG. The optical multiplexing device 100 will be further described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the light source unit 110 emits the parallel light beams CB1 and CB2.
  • the parallel light beam CB1 is incident on the first lens unit 120 at an incident angle of “+ ⁇ ”.
  • the parallel light beam CB2 is incident on the first lens unit 120 at an incident angle of “ ⁇ ”. That is, the incident angles of the incident light beams (parallel light beams CB1 and CB2) to the reduction optical system formed by the first lens unit 120 and the second lens unit 130 are different from each other.
  • the second lens unit 130 used as the emission unit of the reduction optical system has optical axes OA2 and OA3 that are substantially parallel to each other.
  • the parallel light beams PCB1 and PCB2 that propagate along the optical axes OA2 and OA3 parallel to each other are generated. Since the parallel light fluxes PCB1 and PCB2 are integrally emitted from the second lens unit 130 as one light flux, the optical system for processing the light emitted from the reduction optical system may be small. Therefore, according to the principle of the present embodiment, even if the parallel light beams PCB1 and PCB2 from the plurality of light source units 111 and 112 are combined, a large optical system for processing the combined light is not required.
  • the number of light source units is appropriately determined according to the required luminance.
  • the incident angle to the first lens unit may be set so as to differ by the number of light source units. Therefore, according to the principle of this embodiment, a light source unit may be added as needed.
  • FIG. 2 shows the focal length “f” of the first lens unit 120 (the distance from the first lens unit 120 to the front focal plane FFP).
  • the absolute values of the incident angles of the parallel light beams CB1 and CB2 on the first lens unit 120 are both “ ⁇ ”.
  • the deviation amount D of the optical axes OA2 and OA3 of the lens pieces 133 and 134 from the optical axis OA1 of the first lens unit 120 satisfies the relationship expressed by the following mathematical formula.
  • the second lens unit 130 is designed.
  • the parallel light fluxes PCB1 and PCB2 are suitably emitted integrally from the second lens unit 130 as one light flux.
  • the light source units 111 and 112 emit divergent light.
  • the light source unit may emit parallel light.
  • Examples of the light source unit that emits parallel light include a gas laser, a semiconductor laser excitation solid-state laser, and a SHG laser including a second harmonic generation element and a fundamental wave laser. If the light source unit emits parallel light, a collimating lens is not required.
  • the lens pieces 133 and 134 of the second lens unit 130 are adjacent to each other. As a result, light emitted from the reduction optical system formed by the first lens unit 120 and the second lens unit 130 is processed using a small optical system.
  • the lens piece used for the 2nd lens part may be spaced apart as needed.
  • the reduction magnification of the reduction optical system formed using the first lens unit 120 and the second lens unit 130 is preferably set smaller than the reciprocal of the number of the light source units 111 and 112 included in the light source unit 110.
  • the light source unit 110 of the present embodiment includes two light source units 111 and 112. Therefore, in the present embodiment, the reduction magnification of the reduction optical system formed using the first lens unit 120 and the second lens unit 130 is preferably set smaller than “1 ⁇ 2”. As a result, the arrangement of the second lens unit 130 is facilitated. Further, the diameter of the parallel light beam (the light beam obtained by integrating the parallel light beams PCB1 and PCB2) emitted from the reduction optical system is smaller than the light beam diameter of the parallel light beam CB1 or the parallel light beam CB2.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an optical multiplexing device 100A according to the second embodiment.
  • the optical multiplexing device 100A will be described with reference to FIGS.
  • symbol is assigned with respect to the element similar to the optical multiplexing apparatus 100 demonstrated in relation to 1st Embodiment.
  • the description of the first embodiment is applied to the same elements as those of the optical multiplexing device 100.
  • the optical multiplexing device 100A includes a light source unit 110 and a first lens unit 120.
  • the optical multiplexing device 100A further includes a second lens unit 130A.
  • the second lens unit 130A functions as a concave lens.
  • the second lens unit 130A includes lens pieces 133A and 134A.
  • the second lens unit 130A is disposed between the rear focal plane RFP and the first lens unit 120. Similar to the lens piece 133 described in relation to the first embodiment, the lens piece 133A of the second lens unit 130A has a focal point that matches the point P1 (the convergence position of the parallel light beam CB1). Similarly to the lens piece 134 described in relation to the first embodiment, the lens piece 134A of the second lens unit 130A has a focal point that matches the point P2 (the convergence position of the parallel light beam CB2). As a result, the first lens unit 120 and the second lens unit 130A form a reduction optical system. In the present embodiment, the first lens unit 120 defines the convergence position of the parallel light beams CB1 and CB2 on the rear focal plane RFP. The lens pieces 133A and 134A of the second lens unit 130A define a common rear focal plane RFP.
  • the optical multiplexing device 100A of the second embodiment may be formed smaller than the optical multiplexing device 100 of the first embodiment.
  • the optical axes OA2 and OA3 of the second lens units 130 and 130A are substantially parallel to the optical axis OA1 of the first lens unit 120.
  • the first lens unit 120 and the second lens units 130 and 130A may be inclined such that the optical axes OA2 and OA3 of the second lens units 130 and 130A are inclined with respect to the optical axis OA1 of the first lens unit 120.
  • An optical design may be defined.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an optical multiplexing device 100B according to the third embodiment.
  • the optical multiplexing device 100B will be described with reference to FIG.
  • symbol is assigned with respect to the element similar to the optical multiplexing apparatus 100 demonstrated in relation to 1st Embodiment.
  • the description of the first embodiment is applied to the same elements as those of the optical multiplexing device 100.
  • the optical multiplexing device 100B includes a light source unit 110B and a second lens unit 130B in addition to the first lens unit 120 described in relation to the first embodiment.
  • the light source unit 110B includes light source units 111 and 112 and collimating lenses 113 and 114, similar to the light source unit 110 described in relation to the first embodiment.
  • the light source unit 110 ⁇ / b> B further includes a light source unit 115 and a collimating lens 116 that receives light from the light source unit 115.
  • the light source unit 115 may be a laser light source such as a high-pressure mercury lamp, a halogen lamp, or a semiconductor laser.
  • the collimator lens 116 receives light from the light source unit 115 and generates a parallel light beam CB3.
  • the first lens unit 120 converges the parallel light beam CB1 generated by the light source unit 111 and the collimating lens 113 to the point P1.
  • the first lens unit 120 converges the parallel light beam CB2 generated by the light source unit 112 and the collimating lens 114 to the point P2.
  • the first lens unit 120 converges the parallel light beam CB3 generated by the light source unit 115 and the collimating lens 116 at the point P3.
  • the points P1, P2, and P3 are aligned on the front focal plane FFP defined by the second lens unit 130B.
  • a point P3 defined between the points P1 and P2 is located on the optical axis OA1 of the first lens unit 120.
  • the second lens unit 130B includes a lens piece 133B that receives light emitted from the light source unit 111, a lens piece 134B that receives light emitted from the light source unit 112, and a lens piece 135B that receives light emitted from the light source unit 115. And including.
  • the focal point of the lens piece 133B coincides with the point P1.
  • the focal point of the lens piece 134B coincides with the point P2.
  • the focal point of the lens piece 135B between the lens pieces 133B and 134B coincides with the point P3.
  • optical axis OA2 that passes through the focal point of the lens piece 133B corresponding to the point P1
  • optical axis OA3 that passes through the focal point of the lens piece 134B corresponding to the point P2.
  • the optical axis of the lens piece 135B coincides with the optical axis OA1 of the first lens unit 120.
  • the optical axes of the light source unit 115 and the collimating lens 116 also coincide with the optical axis OA1 of the first lens unit 120. Accordingly, the parallel light beam CB ⁇ b> 3 created by the light source unit 115 and the collimating lens 116 propagates along the optical axis of the first lens unit 120.
  • the light source unit 115 is exemplified as the first light source unit.
  • the parallel light beams CB1 and CB2 generated by the light source units 111 and 112 and the collimating lenses 113 and 114 propagate in a direction inclined with respect to the optical axis OA1. Therefore, the light source units 111 and 112 and the collimating lenses 113 and 114 are exemplified as the second light source unit.
  • the light source units 111 and 112 and the collimating lenses 113 and 114 are arranged symmetrically with respect to the optical axis OA1.
  • the lens piece 133B that receives light from the light source unit 111 and the lens piece 134B that receives light from the light source unit 112 are also arranged symmetrically with respect to the optical axis OA1. Therefore, the lens pieces 133B and 134B have the same shape.
  • the light source unit 115, the collimating lens 116, the first lens unit 120, and the lens piece 135B of the optical multiplexing device 100B are aligned on the optical axis OA1. Therefore, it becomes easy to align the axes of various optical elements of the optical multiplexing device 100B.
  • a groove may be formed on the substrate on which various optical elements of the optical multiplexing device 100B are mounted based on the optical axis OA1.
  • An optical element may be fitted into the groove portion to form the optical multiplexing device 100B.
  • various optical elements of the optical multiplexing device 100B may be formed to have a certain diameter, and a cylindrical member in which these optical elements are enclosed may be prepared. If various optical elements of the optical multiplexing device 100B are fitted into the cylindrical member, the optical elements of the optical multiplexing device 100B are easily aligned based on the optical axis OA1.
  • the light source units 111 and 112 and the collimating lenses 113 and 114 are arranged symmetrically with respect to the optical axis OA1.
  • the lens pieces 133B and 134B have the same shape. Therefore, the shape types of the lens pieces 133B, 134B, and 135B used for the second lens unit 130B are reduced. Thus, the manufacturing cost of the second lens unit 130B is reduced.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an optical multiplexing device 100C according to the fourth embodiment.
  • the optical multiplexing device 100C will be described with reference to FIG.
  • symbol is assigned with respect to the element similar to the optical multiplexing apparatus 100 demonstrated in relation to 1st Embodiment.
  • the description of the first embodiment is applied to the same elements as those of the optical multiplexing device 100.
  • the optical multiplexing device 100C includes a light source unit 110.
  • Parallel light beams CB 1 and CB 2 are emitted from the light source unit 110.
  • the optical multiplexing device 100C further includes a first lens unit 120C that receives the parallel light beams CB1 and CB2 emitted from the light source unit 110, and a second lens unit 130C that receives the light that has passed through the first lens unit 120C.
  • the first lens unit 120C is a cylindrical lens array that splits the parallel light beams CB1 and CB2 and generates a plurality of split light beams DB.
  • the split light beam DB is exemplified as split light.
  • the second lens unit 130C is a cylindrical lens array that converts the divided light beam DB into parallel light beams DCB1 and DCB2 (described later).
  • the cylindrical lens array used as the second lens unit 130C defines a common front focal plane FFP.
  • the cylindrical lens of the cylindrical lens array used as the first lens unit 120C converges the parallel light beams CB1 and CB2 on the front focal plane FFP, respectively.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of the first lens portion 120C.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of the second lens unit 130C.
  • the optical multiplexing device 100C will be further described with reference to FIGS.
  • the first lens unit 120C includes a convex lens surface 121C facing the light source unit 110, and an emission end surface 122 opposite to the lens surface 121C.
  • a cylindrical lens array having four cylindrical lenses 123, 124, 125, and 126 arranged two-dimensionally is shown as the first lens portion 120C.
  • Each of the cylindrical lenses 123, 124, 125, and 126 converges the parallel light beams CB1 and CB2 on the front focal plane FFP. Accordingly, eight convergence positions are defined on the front focal plane FFP. Note that the number of parallel light beam convergence positions corresponds to a product of the number of light source units used in the light source unit and the number of cylindrical lenses in the cylindrical lens array used as the first lens unit.
  • the second lens unit 130C includes a flat incident end surface 131 facing the first lens unit 120C, and a convex lens surface 132C opposite to the incident end surface 131.
  • the light that has passed through the first lens portion 120C is incident on the incident end face 131 and then emitted from the lens surface 132C.
  • a cylindrical lens array having four cylindrical lenses 141, 142, 143, and 144 arranged two-dimensionally is shown as the second lens unit 130 ⁇ / b> C.
  • Each of the cylindrical lenses 141, 142, 143, and 144 includes a first lens piece 145 and a second lens piece 146.
  • the first lens pieces 145 and the second lens pieces 146 are alternately arranged.
  • Each of the first lens pieces 145 has a focal point at the convergence position of the parallel light beam CB1 on the front focal plane FFP. Accordingly, each of the first lens pieces 145 receives the light emitted from the light source unit 111 and generates a parallel light flux DCB1.
  • Each of the second lens pieces 146 has a focal point at a convergence position of the parallel light beam CB2 on the front focal plane FFP. Accordingly, each of the second lens pieces 146 receives the light emitted from the light source unit 112 and generates a parallel light flux DCB2.
  • the first lens unit 120C and the second lens unit 130C form a reduction optical system.
  • the first lens unit 120C splits the parallel light beams CB1 and CB2, respectively, to generate a split light beam DB.
  • the divided light beam DB converges on the front focal plane FFP.
  • the convergence positions of the divided parallel light beams CB1 and CB2 (that is, the divided light beam DB) are alternately aligned on the front focal plane FFP.
  • the divided light beam DB created from the parallel light beams CB1 and CB2 enters the incident end surface 131 of the second lens unit 130C while spreading after the front focal plane FFP.
  • the divided light beam DB created based on the parallel light beam CB1 is incident on the first lens piece 145.
  • the split light beam DB created based on the parallel light beam CB2 is incident on the second lens piece 146.
  • the first lens pieces 145 and the second lens pieces 146 are alternately aligned. Therefore, the parallel light beam DCB1 emitted through the first lens piece 145 and the parallel light beam DCB2 emitted through the second lens piece 146 are alternately aligned.
  • the second lens unit 130C Since the emitted light is composed of alternately aligned light flux components (parallel light fluxes DCB1, DCB2), there is no significant variation in intensity distribution.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an optical multiplexing device 100D according to the fifth embodiment.
  • the optical multiplexing device 100D will be described with reference to FIG.
  • symbol is assigned with respect to the element similar to 100 C of optical multiplexing apparatuses demonstrated in relation to 4th Embodiment.
  • the description of the fourth embodiment is applied to the same elements as those of the optical multiplexing device 100C.
  • the optical multiplexing device 100D includes the light source unit 110.
  • Parallel light beams CB 1 and CB 2 are emitted from the light source unit 110.
  • the optical multiplexing device 100D includes a substrate 150.
  • the first lens portion 120C (cylindrical lens array) and the second lens portion 130C (cylindrical lens array) described in relation to the fourth embodiment are integrally formed on the substrate 150.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of the substrate 150.
  • the optical multiplexing device 100D will be further described with reference to FIGS.
  • the substrate 150 includes a first surface 151 facing the light source unit 110 and a second surface 152 opposite to the first surface 151.
  • the first surface 151 corresponds to the lens surface 121C of the first lens unit 120C described in the context of the fourth embodiment.
  • the second surface 152 corresponds to the lens surface 132C of the second lens unit 130C described in the context of the fourth embodiment.
  • the first lens unit 120C and the second lens unit 130C are integrated with the substrate 150. Therefore, the optical multiplexing device 100D can emit the parallel light beams DCB1 and DCB2 that are alternately aligned with a smaller number of parts than the optical multiplexing device 100C described in relation to the fourth embodiment. Further, unlike the optical multiplexing device 100C described in relation to the fourth embodiment, the optical multiplexing device 100D is assembled without requiring alignment between the first lens unit 120C and the second lens unit 130C.
  • the focal position of the second lens unit 130C completely coincides with the convergence position of the divided light beam DB defined by the first lens unit 120C.
  • the focal position of the second lens unit may be slightly shifted in the optical axis direction with respect to the convergence position defined by the first lens unit.
  • the light emitted from the second lens unit is not divergent light beams DCB1 and DCB2, but weakly divergent light or weakly convergent light.
  • the light beams emitted from the first lens piece and the second lens piece of the second lens portion slightly overlap. Therefore, the intensity unevenness of the emitted light from the second lens portion due to the intensity difference between the parallel light beams CB1 and CB2 is further alleviated.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an optical multiplexing device 100E according to the sixth embodiment.
  • the optical multiplexing device 100E will be described with reference to FIG.
  • symbol is assigned with respect to the element similar to 100 C of optical multiplexing apparatuses demonstrated in relation to 4th Embodiment.
  • the description of the fourth embodiment is applied to the same elements as those of the optical multiplexing device 100C.
  • the optical multiplexing apparatus 100E includes a light source unit 110.
  • Parallel light beams CB 1 and CB 2 are emitted from the light source unit 110.
  • the optical multiplexing device 100E further includes a first lens unit 120E that receives the parallel light beams CB1 and CB2 emitted from the light source unit 110, and a second lens unit 130E that receives the light that has passed through the first lens unit 120E.
  • the first lens unit 120E is a microlens array that splits the parallel light beams CB1 and CB2 and generates a plurality of split light beams DB.
  • the split light beam DB is exemplified as split light.
  • the second lens unit 130E is a microlens array that converts the divided light beam DB into parallel light beams DCB1 and DCB2 (described later).
  • the microlens array used as the second lens unit 130E defines a common front focal plane FFP.
  • the microlens of the microlens array used as the first lens unit 120E converges the parallel light beams CB1 and CB2 on the front focal plane FFP, respectively.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of the first lens unit 120E.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view of the second lens unit 130E.
  • the optical multiplexer 100E will be further described with reference to FIGS.
  • the first lens unit 120E includes a convex lens surface 121E facing the light source unit 110, and an emission end surface 122 opposite to the lens surface 121E.
  • a microlens array having microlenses 260 arranged in a two-dimensional shape (matrix shape) is shown as the first lens portion 120E.
  • Each of the micro lenses 260 converges the parallel light beams CB1 and CB2 on the front focal plane FFP.
  • the second lens unit 130E includes a flat incident end surface 131 facing the first lens unit 120E, and a convex lens surface 132E opposite to the incident end surface 131.
  • the light that has passed through the first lens unit 120E is incident on the incident end surface 131, and is then emitted from the lens surface 132E.
  • a microlens array having two-dimensionally arranged microlenses 270 is shown as the second lens portion 130E.
  • Each of the micro lenses 270 includes a first lens piece 245 and a second lens piece 246. The first lens pieces 245 and the second lens pieces 246 are alternately aligned (in the vertical direction in FIG. 12).
  • Each of the first lens pieces 245 has a focal point at the convergence position of the parallel light beam CB1 on the front focal plane FFP. Accordingly, each of the first lens pieces 245 receives the light emitted from the light source unit 111 and generates a parallel light flux DCB1.
  • Each of the second lens pieces 246 has a focal point at the convergence position of the parallel light beam CB2 on the front focal plane FFP. Therefore, each of the second lens pieces 246 receives the light emitted from the light source unit 112 and generates a parallel light flux DCB2.
  • the first lens unit 120E and the second lens unit 130E form a reduction optical system.
  • the first lens unit 120E splits the parallel light beams CB1 and CB2, respectively, to generate a split light beam DB.
  • the divided light beam DB converges on the front focal plane FFP.
  • the convergence positions of the divided parallel light beams CB1 and CB2 (that is, the divided light beam DB) are aligned two-dimensionally (matrix shape) on the front focal plane FFP.
  • the split light beam DB created from the parallel light beams CB1 and CB2 enters the incident end surface 131 of the second lens unit 130E while spreading after the front focal plane FFP.
  • the split light beam DB created based on the parallel light beam CB1 is incident on the first lens piece 245.
  • the split light beam DB created based on the parallel light beam CB2 is incident on the second lens piece 246.
  • the first lens piece 245 and the second lens piece 246 are aligned two-dimensionally (matrix). Therefore, the parallel light beam DCB1 emitted through the first lens piece 245 and the parallel light beam DCB2 emitted through the second lens piece 246 are aligned two-dimensionally (matrix shape).
  • the second lens unit 130E Since the emitted light is composed of light beam components (parallel light beams DCB1 and DCB2) arranged in a two-dimensional shape (matrix shape), there is no significant variation in intensity distribution.
  • the first lens unit 120E and the second lens unit 130E are formed separately.
  • the first lens unit 120E and the second lens unit 130E may be integrally formed on the substrate according to the principle described in connection with the fifth embodiment. If the first lens portion 120E is formed on the first surface of the substrate facing the light source portion and the second lens portion 130E is formed on the second surface opposite to the first surface, the number of components is relatively small. Thus, the parallel light beams DCB1 and DCB2 aligned in a two-dimensional shape (matrix shape) can be emitted. Further, the optical multiplexing device can be assembled without requiring alignment between the first lens unit 120E and the second lens unit 130E.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of an optical multiplexing device 100F according to the seventh embodiment.
  • the optical multiplexing device 100F will be described with reference to FIG.
  • symbol is allocated with respect to the element similar to the optical multiplexing apparatuses 100B and 100C demonstrated in relation to 3rd Embodiment and 4th Embodiment.
  • the description of the third embodiment and the fourth embodiment is applied to the same elements as those of the optical multiplexing devices 100B and 100C.
  • the optical multiplexing device 100F includes a light source unit 110F that irradiates light to the first lens unit 120C in addition to the first lens unit 120C described in relation to the fourth embodiment.
  • the light source unit 110F includes the light source unit 115 and the collimating lens 116 described in relation to the third embodiment.
  • the light source unit 110F further includes the light source unit 111 and the collimating lens 113 described in relation to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 shows an optical axis BOA1 that connects the light source unit 115, the collimating lens 116, and the first lens unit 120C.
  • the parallel light beam CB3 emitted through the collimator lens 116 propagates along the optical axis BOA1.
  • FIG. 13 shows an optical axis BOA2 defined between the light source unit 111, the collimating lens 113, and the first lens unit 120C.
  • the optical axis BOA2 connecting the light source unit 111, the collimating lens 113, and the first lens unit 120C is inclined with respect to the optical axis BOA1.
  • the parallel light beam CB1 emitted through the collimator lens 113 propagates along the optical axis BOA2.
  • the optical multiplexing device 100F further includes a second lens unit 130F that receives the light that has passed through the first lens unit 120C.
  • the second lens unit 130F is a cylindrical lens array similar to the second lens unit 130C described in relation to the fourth embodiment.
  • the shape of the second lens unit 130F and the arrangement of the cylindrical lenses are the same as those of the second lens unit 130C.
  • the center point of the second lens unit 130C described in relation to the fourth embodiment is directly opposite to the center point of the first lens unit 120C, whereas the center point of the second lens unit 130F is the first lens. It is shifted with respect to the center point of the part 120C.
  • FIG. 14 is a schematic view of an optical path in the optical multiplexing device 100F.
  • the optical multiplexer 100F will be further described with reference to FIGS. 13 and 14.
  • an optical path indicated by a solid line is an optical path followed by light from the light source unit 115.
  • an optical path indicated by a dotted line is an optical path followed by light from the light source unit 111.
  • FIG. 14 shows a part of the cylindrical lens array (the upper cylindrical lens 220U and the lower cylindrical lens 220L) as the first lens portion 120C. Note that the terms “upper” and “lower” used in the following description are used for clarification of the description, and do not limit the principle of this embodiment.
  • the parallel light beam CB3 is divided into a divided light beam DBU3 emitted from the upper cylindrical lens 220U and a divided light beam DBL3 emitted from the lower cylindrical lens 220L.
  • the parallel light beam CB1 is divided into a divided light beam DBU1 emitted from the upper cylindrical lens 220U and a divided light beam DBL1 emitted from the lower cylindrical lens 220L.
  • FIG. 14 shows a part of the cylindrical lens array (the upper cylindrical lens 230U and the lower cylindrical lens 230L) as the second lens portion 130F.
  • the upper cylindrical lens 230U includes a first lens piece 145U and a second lens piece 146U formed above the first lens piece 145U.
  • the lower cylindrical lens 230L includes a first lens piece 145L and a second lens piece 146L formed above the first lens piece 145L.
  • the optical axis BOA2 defined between the upper cylindrical lens 220U used as a part of the first lens unit 120C and the second lens piece 146U of the upper cylindrical lens 230U used as a part of the second lens unit 130F is described above.
  • the center position of the second lens unit 130F is shifted downward so as to be parallel to the optical axis BOA1.
  • the axis BOA3 is also parallel to the optical axis BOA1 described above.
  • the split light beam DBU3 emitted from the upper cylindrical lens 220U of the first lens unit 120C propagates along the optical axis BOA2.
  • the divided light beam DBL3 emitted from the lower cylindrical lens 220L of the first lens unit 120C propagates along the optical axis BOA3 described above.
  • the second lens pieces 146U and 146L of the second lens unit 130F define a common front focal plane FFP for the divided light beams DBU3 and DBL3.
  • the convergence position of the divided light beam DBU3 emitted from the upper cylindrical lens 220U of the first lens unit 120C coincides with the front focal point of the second lens piece 146U on the front focal plane FFP.
  • the convergence position of the divided light beam DBL3 emitted from the lower cylindrical lens 220L of the first lens unit 120C coincides with the front focal point of the second lens piece 146L on the front focal plane FFP.
  • the parallel light beam CB1 emitted from above the parallel light beam CB3 is obliquely incident on the first lens unit 120C.
  • the first lens unit 120C splits the parallel light beam CB1 into split light beams DBU1 and DBL1.
  • the divided light beams DBU1 and DBL1 converge on the front focal plane FFP.
  • the first lens pieces 145U and 145L of the second lens unit 130F define the focal points for the divided light beams DBU1 and DBL1 on the front focal plane FFP described above.
  • the focal points defined for the divided light beams DBU1 and DBL1 by the first lens pieces 145U and 145L coincide with the convergence positions of the divided light beams DBU1 and DBL1.
  • the divided light beams DBU3 and DBL3 are incident on the second lens pieces 146U and 146L of the second lens unit 130F, respectively.
  • the second lens pieces 146U and 146L of the second lens unit 130F generate a parallel light beam DCB3 based on the divided light beams DBU3 and DBL3.
  • the divided light beams DBU1 and DBL1 are incident on the first lens pieces 145U and 145L of the second lens unit 130F, respectively.
  • the first lens pieces 145U and 145L of the second lens unit 130F generate a parallel light beam DCB1 based on the divided light beams DBU1 and DBL1.
  • light in which the parallel light beams DCB1 and DCB3 are alternately arranged is emitted from the second lens unit 130F.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of a projector 500 according to the eighth embodiment. The projector 500 will be described with reference to FIG.
  • the projector 500 includes a blue laser light source 510B that emits a blue laser beam LBB, a green laser light source 510G that emits a green laser beam LBG, and a red laser light source 510R that emits a red laser beam LBR.
  • the principle of the optical multiplexing device described in relation to the first to seventh embodiments is applied to the red laser light source 510R.
  • the red laser light source 510R includes a light source unit 512 including a plurality of red semiconductor laser light sources 511.
  • the light source unit 512 includes a plurality of collimating lenses 513 provided corresponding to the red semiconductor laser light source 511.
  • the light source unit 512 emits a plurality of parallel light beams CB using a collimator lens 513.
  • the red semiconductor laser light source 511 corresponds to the light source unit described in relation to the first to seventh embodiments.
  • the red laser light source 510R includes a first lens unit 514 that receives a plurality of parallel light beams CB emitted from the light source unit 512, and a second lens unit 515 that receives light that has passed through the first lens unit 514.
  • the first lens unit 514 and the second lens unit 515 synthesize a plurality of parallel light beams CB according to the principle described in relation to the first to seventh embodiments to generate a red laser beam LBR.
  • the projector 500 further includes a dichroic mirror 520.
  • the blue laser light source 510B and the green laser light source 510G emit the blue laser beam LBB and the green laser beam LBG toward the dichroic mirror 520.
  • the dichroic mirror 520 reflects the green laser beam LBG while allowing the blue laser beam LBB to pass therethrough. As a result, a laser beam LGB obtained by combining the blue laser beam LBB and the green laser beam LBG is emitted from the dichroic mirror 520.
  • the projector 500 further includes a dichroic mirror 525.
  • the laser beam LGB travels from the dichroic mirror 520 to the dichroic mirror 525.
  • the red laser light source 510 ⁇ / b> R emits a red laser beam LBR toward the dichroic mirror 525.
  • the dichroic mirror 525 reflects the laser beam LGB while allowing the red laser beam LBR to pass therethrough. Therefore, the laser beam LGB and the red laser beam LBR are combined by the dichroic mirror 525 and emitted as the laser beam LB.
  • the projector 500 further includes a diffusion plate 530.
  • the laser beam LB described above is incident on the diffusion plate 530.
  • the diffusion plate 530 diffuses the laser beam LB.
  • the projector 500 further includes a field lens 535.
  • the field lens 535 collects the laser beam LB diffused by the diffusion plate 530.
  • the projector 500 further includes a polarization beam splitter 540 that receives the laser beam LB from the field lens 535, and a spatial modulation element 545.
  • a polarization beam splitter 540 that receives the laser beam LB from the field lens 535
  • a spatial modulation element 545 As the spatial modulation element 545, a reflective liquid crystal panel called LCoS is exemplified.
  • the projector 500 further includes a projection lens 550.
  • the polarization beam splitter 540 is disposed between the projection lens 550 and the spatial modulation element 545.
  • the laser beam LB modulated by the spatial modulation element 545 is emitted from the projector 500 as the projection light PL through the polarization beam splitter 540 and the projection lens 550.
  • the blue laser light source 510B emits a blue laser beam LBB toward the dichroic mirror 520.
  • the green laser light source 510G also emits a green laser beam LBG toward the dichroic mirror 520.
  • the dichroic mirror 520 transmits the blue laser beam LBB while reflecting the green laser beam LBG toward the dichroic mirror 525.
  • the laser beam LGB in which the blue laser beam LBB and the green laser beam LBG are combined propagates toward the dichroic mirror 525.
  • the light emitted from the red semiconductor laser light source 511 is converted into a parallel light beam CB by the collimator lens 513. Thereafter, the parallel light beam CB enters the first lens unit 514.
  • the first lens unit 514 and the second lens unit 515 are synthesized according to the principle described in relation to the first to seventh embodiments, and the parallel laser beam LBR is generated.
  • Red laser light source 510R emits red laser beam LBR toward dichroic mirror 525.
  • the dichroic mirror 525 transmits the red laser beam LBR, and reflects the laser beam LGB generated by the dichroic mirror 520 toward the diffusion plate 530.
  • a laser beam LB including components of the blue laser beam LBB, the green laser beam LBG, and the red laser beam LBR is generated.
  • the laser beam LB generated is directed to the diffusion plate 530.
  • the diffusion plate 530 diffuses the laser beam LB. Thereafter, the laser beam LB is focused on the spatial modulation element 545 by the field lens 535 and the polarization beam splitter 540.
  • the projector 500 further includes a signal processing device 555 that controls the spatial modulation element 545.
  • a video signal for displaying an image is input to the signal processing device 555.
  • the signal processing device 555 processes the video signal and generates a control signal for controlling the spatial modulation element 545.
  • the spatial modulation element 545 operates based on a control signal from the signal processing device 555 to form a two-dimensional image. That is, the spatial modulation element 545 modulates and reflects red, green, and blue light according to the control signal from the signal processing device 555. In the present embodiment, the light reflected by the spatial modulation element 545 is exemplified as video light.
  • the light reflected by the spatial modulation element 545 passes through the polarization beam splitter 540 and is finally emitted from the projector 500 as the projection light PL through the projection lens 550.
  • the projection light PL is imaged on the screen SC arranged to face the projection lens 550.
  • the projection lens 550 is exemplified as an optical system that forms image light.
  • an optical system (dichroic mirror 525, diffusion plate 530, field lens 535, polarization beam splitter 540, optical system for processing the red laser beam LBR emitted from the red laser light source 510R and the laser beam LB including the components of the red laser beam LBR.
  • the spatial modulation element 545 and the projection lens 550) may be small.
  • Projector 500 uses a small optical system to combine red laser beam LBR with other laser beams (blue laser beam LBB and green laser beam LBG), and then convert the combined laser beam LB to projection light PL. can do. Therefore, the projector 500 is formed in a small size and can emit the projection light PL with high brightness.
  • a red semiconductor laser light source used for a projector application emits a red laser beam having a wavelength range of 630 nm to 645 nm. Such a red semiconductor laser light source generally has poor temperature characteristics. Typically, the output of the red semiconductor laser light source decreases under a high temperature environment.
  • the projector 500 emits a red laser beam LBR using a plurality of red semiconductor laser light sources 511. Therefore, projector 500 can maintain high brightness even in a high temperature environment.
  • the principle of the optical multiplexing device described in relation to the first to seventh embodiments is applied to the red laser light source 510R.
  • the principle of the optical multiplexing device described in relation to the first to seventh embodiments with respect to the blue laser light source and / or the green laser light source in order to emit projection light with higher brightness. May be applied. If the blue laser light source and the green laser light source include a plurality of light source units, the luminance of the blue laser beam and the green laser beam can be increased.
  • the plurality of light source units emit light simultaneously.
  • some of the plurality of light source units may not emit light in the initial period of use of the optical multiplexing device and the projector. If a non-light-emitting light source unit emits light during a period in which the deterioration of other light source units appears, the lifetimes of the optical multiplexing device and the projector are prolonged.
  • a projector 500 is illustrated as an apparatus in which an optical multiplexing apparatus is incorporated.
  • the principle of the optical multiplexing device described in relation to the first to seventh embodiments is preferably applied to other lighting applications.
  • the projector 500 includes a reflective liquid crystal panel as the spatial modulation element 545.
  • a transmissive liquid crystal panel or DMD (R) may be used instead of the reflective liquid crystal panel.
  • the red laser light source 510R emits a red laser beam LBR of a parallel light beam from the second lens unit 515.
  • the red laser beam LBR of the convergent light may be emitted from the second lens unit 515.
  • the optical system dichroic mirror, diffuser plate, field lens, polarization beam splitter, spatial modulation element, and projection lens for processing the laser beam including the red laser beam and the red laser beam component is further miniaturized. Also good.
  • the embodiment described above mainly includes the following features.
  • the optical multiplexing device uses a plurality of light source units to converge the parallel light incident at different incident angles with a light source unit that emits parallel light, and a plurality of convergence positions. And a second lens unit having a focal point at each of the plurality of convergence positions, wherein the first lens unit and the second lens unit form a reduction optical system, An optical axis of the second lens unit that passes through the focal point corresponding to one of the converging positions of the second lens unit passes through the focal point corresponding to the other one of the plurality of converging positions. It is characterized by being along the optical axis.
  • the parallel light emitted from the parallel light enters the first lens unit at different incident angles.
  • the first lens unit converges parallel light and defines a plurality of convergence positions.
  • the second lens unit that forms the reduction optical system together with the first lens unit has a focal point at each of a plurality of convergence positions.
  • the optical axis of the second lens unit that passes through the focal point corresponding to one of the plurality of convergence positions is the optical axis of the second lens unit that passes through the focal point corresponding to the other one of the plurality of convergence positions.
  • the reduction optical system formed by the first lens unit and the second lens unit reduces the diameter of the combined light beam. Therefore, an optical system capable of performing bright illumination without requiring a large optical system after the second lens unit is constructed. If the number of light source units is increased, the brightness of the emitted light is increased. The increase in the number of light source units is achieved by adjusting the angle of incidence on the first lens unit. Since the number of light source units is easily changed, the optical multiplexing device has high usability.
  • the plurality of light source units include a first light source unit that emits the parallel light propagating along the optical axis of the first lens unit.
  • the plurality of light source units include the first light source unit that emits parallel light propagating along the optical axis of the first lens unit, the optical axis of the optical system of the optical multiplexing device can be easily adjusted. Become.
  • the plurality of light source units include light source units that are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the first lens unit.
  • the optical multiplexing device since the plurality of light source units include the light source units arranged symmetrically with respect to the optical axis of the first lens unit, the optical multiplexing device has a symmetrical structure. Therefore, the manufacture of the optical multiplexing device is facilitated.
  • the first lens unit includes a first cylindrical lens array that divides and converges the parallel light to generate split light
  • the second lens unit includes a first cylindrical part that converts the split light into parallel light. It is preferable to include two cylindrical lens arrays.
  • the first lens unit includes the first cylindrical lens array that divides and converges the parallel light, and generates the divided light, and the second lens unit converts the second cylindrical light into the parallel light. Since the lens array is included, variations in the intensity distribution of the synthesized light are alleviated.
  • the first lens unit includes a first microlens array that divides and converges the parallel light to generate divided light
  • the second lens unit includes a first microlens array that converts the divided light into parallel light. It is preferable to include two microlens arrays.
  • the first lens unit includes the first microlens array that divides and converges the parallel light and generates the divided light, and the second lens unit converts the second micron that makes the divided light into parallel light. Since the lens array is included, variations in the intensity distribution of the synthesized light are alleviated.
  • the reduction magnification of the reduction optical system is equal to or less than the reciprocal of the number of the light source units included in the light source unit.
  • the second lens unit can be easily arranged.
  • the second lens member is preferably a concave lens.
  • the optical system of the optical multiplexer is reduced in size.
  • the second lens unit is formed on the substrate on which the first lens unit is formed, and the substrate has a first surface on which the first lens unit is formed and a side opposite to the first surface. It is preferable that the second lens portion is formed on the second surface.
  • the second lens unit is formed on the substrate on which the first lens unit is formed.
  • the substrate includes a first surface on which the first lens portion is formed, and a second surface opposite to the first surface.
  • the second lens portion is formed on the second surface. Since the first lens unit and the second lens unit are integrated, the number of components of the optical multiplexing device is reduced.
  • the optical axis of the second lens unit is shifted by fsin ⁇ with respect to the optical axis of the first lens unit.
  • the optical axis of the second lens unit is shifted by fsin ⁇ with respect to the optical axis of the first lens unit, the light from the plurality of light source units is appropriately combined.
  • the plurality of light source units include a second light source unit that emits the parallel light propagating in a direction inclined with respect to the optical axis of the first lens unit.
  • the plurality of light source units include the second light source unit that emits parallel light propagating in a direction inclined with respect to the optical axis of the first lens unit, so that the number of light sources can be easily adjusted.
  • a projector processes a video signal for displaying an image and generates a control signal, the above-described optical multiplexing device, and light from the optical multiplexing device.
  • a spatial light modulation element that modulates based on the control signal and generates image light, and an optical system that forms an image of the image light are provided.
  • the signal processing device of the projector processes a video signal for displaying an image and generates a control signal.
  • the spatial light modulation element of the projector modulates the light from the above-described optical multiplexing device based on the control signal to generate video light.
  • the optical system of the projector forms image light. Since the projector includes the optical multiplexing device described above, the optical system of the projector may be miniaturized.
  • the principle of the above-described embodiment enables the use of a small optical system.
  • the principle of the above-described embodiment enables adjustment of the number of light sources according to required luminance. Therefore, the principle of the above-described embodiment is preferably applied to an illumination device and other devices that require light multiplexing.
  • the principle of the above-described embodiment is preferably applied to a video projection apparatus such as a projector.

Abstract

本発明は、光学系の大型化を抑制し、且つ、光源ユニットの数を容易に調整することが可能な光合波装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。本発明の光合波装置は、平行光（ＣＢ１、ＣＢ２）を出射する複数の光源ユニットを含む光源部（１１０）と、互いに異なる入射角で入射した前記平行光を集束し、複数の集束位置（Ｐ１、Ｐ２）を規定する第１レンズ部（１２０）と、前記複数の集束位置それぞれに焦点を有する第２レンズ部（１３０）とを備え、前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部は、縮小光学系を形成し、前記複数の集束位置のうち１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸は、前記複数の集束位置のうち他のもう１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸に沿うことを特徴とする。

Description

光合波装置及びプロジェクタ
　本発明は、複数の光源ユニットからの光を合成する光合波装置及び光合波装置を備えるプロジェクタに関する。
　高出力の下、高輝度の光を出射するための様々な光合波装置及びプロジェクタが提案されている。例えば、特許文献１は、複数の光源ユニットを有する照明装置を開示する。照明装置は、複数の光源ユニットが出射する収束光が異なる入射角度で入射されるフライアレイレンズを備える。照明装置は、フライアレイレンズを用いて、光を合成する。
　特許文献２は、高輝度の光を投射する表示装置を開示する。表示装置は、複数の光源ユニットを備える。光源ユニットからの光は、コリメートされた後、１つのフライアレイレンズに入射する。尚、フライアレイレンズへの入射光線は互いに平行である。表示装置は、フライアレイレンズを用いて、光を合成する。
　特許文献３は、２つの光源を有する画像表示装置を開示する。光源から出射される光線の偏光面は、互いに直交する。画像表示装置は、偏光プリズムを用いて、光を合成する。
　特許文献４は、平行光を出射する複数のレーザ光源を有する照明装置を開示する。照明装置は、コリメート光の光軸ピッチを縮小するように形成された特殊なプリズムを備える。照明装置は、プリズムの斜面を利用し、光を合成する。
　特許文献１の開示技術によれば、フライアレイレンズによって合成された光は、その後、発散光になる。したがって、光源ユニットの数の増大は、発散角の増加に帰結する。かくして、特許文献１の照明装置は、合成後の光を処理するために、大きな光学系を備える必要がある。
　特許文献２の開示技術によれば、光源ユニットの増大は、互いに平行なコリメート光の増大を意味する。したがって、特許文献１の照明装置と同様に、特許文献２の表示装置は、合成後の光を処理するために、大きな光学系を備える必要がある。
　特許文献３の画像表示装置は、直交する偏光面と偏光プリズムとを利用し、光を合成する。したがって、特許文献３の開示技術の下で利用可能な光源ユニットの数は、２つに制限される。したがって、特許文献３の開示技術は、光源ユニットの数の増大には不向きである。
　特許文献４の開示技術によれば、特許文献２の表示装置と同様に、光源ユニットの数の増大は、互いに平行なコリメート光の増大を意味する。特許文献４の照明装置は、特殊なプリズムを用いて、コリメート光の光軸ピッチを縮小するけれども、合成後の光を処理するために、大きな光学系を備える必要がある。
特開平５－０４５６０５号公報 特開平１０－２９３５４５号公報 特開２０００－１８０７９５号公報 特開２００３－３１８７２号公報
　本発明は、光学系の大型化を抑制し、且つ、光源ユニットの数を容易に調整することが可能な光合波装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
　本発明の一の局面に係る光合波装置は、複数の光源ユニットを用いて、平行光を出射する光源部と、互いに異なる入射角で入射した前記平行光を収束し、複数の収束位置を規定する第１レンズ部と、前記複数の収束位置それぞれに焦点を有する第２レンズ部と、を備え、前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部は、縮小光学系を形成し、前記複数の収束位置のうち１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸は、前記複数の収束位置のうち他のもう１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸に沿うことを特徴とする。
　本発明の他の局面に係るプロジェクタは、映像を表示するためのビデオ信号を処理し、制御信号を生成する信号処理装置と、上述の光合波装置と、該光合波装置からの光を前記制御信号に基づいて変調し、映像光を生成する空間光変調素子と、前記映像光を結像する光学系と、を備えることを特徴とする。
　上述の光合波装置及びプロジェクタは、光学系の大型化を抑制することができる。また、光合波装置及びプロジェクタの光源ユニットの数は、容易に調整される。加えて、光合波装置及びプロジェクタは、高輝度の光を出射することができる。
　本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
第１実施形態に係る光合波装置の概略図である。 図１に示される光合波装置の光学的設計の概念図である。 第２実施形態に係る光合波装置の概略図である。 第３実施形態に係る光合波装置の概略図である。 第４実施形態に係る光合波装置の概略図である。 図５に示される光合波装置の第１レンズ部の概略的な斜視図である。 図５に示される光合波装置の第２レンズ部の概略的な斜視図である。 第５実施形態に係る光合波装置の概略図である。 図８に示される光合波装置の基板の概略的な斜視図である。 第６実施形態に係る光合波装置の概略図である。 図１０に示される光合波装置の第１レンズ部の概略的な斜視図である。 図１０に示される光合波装置の第２レンズ部の概略的な斜視図である。 第７実施形態に係る光合波装置の概略図である。 図１３に示される光合波装置中の光学的経路の概略図である。 第８実施形態に係るプロジェクタの概略図である。
　以下、様々な実施形態にしたがう光合波装置及びプロジェクタが図面を参照して説明される。尚、以下に説明される実施形態において、同様の構成要素に対して同様の符号が付されている。また、説明の明瞭化のため、必要に応じて、重複する説明は省略される。図面に示される構成、配置或いは形状並びに図面に関連する記載は、単に、光合波装置及びプロジェクタの原理を容易に理解させることを目的とするものであり、光合波装置及びプロジェクタの原理は、これらに何ら限定されるものではない。
　＜第１実施形態＞
　（光合波装置の構造）
　図１は、第１実施形態に係る光合波装置１００の概略図である。図１を用いて、光合波装置１００が説明される。
　図１に示される光合波装置１００は、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を出射する光源部１１０を備える。光源部１１０は、光源ユニット１１１，１１２を含む。光源ユニット１１１，１１２として、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプや半導体レーザといったレーザ光源が例示される。図１には、２つの光源ユニット１１１，１１２が示されている。しかしながら、光源部が備える光源ユニットの数は、複数であればよく、「２つ」に限定されるものではない。例えば、光源部は、「２」を超える数の光源ユニットを備えてもよい。
　光源部１１０は、コリメートレンズ１１３，１１４を更に備える。コリメートレンズ１１３は、光源ユニット１１１からの光を受光し、平行光束ＣＢ１を作り出す。コリメートレンズ１１４は、光源ユニット１１２からの光を受光し、平行光束ＣＢ２を作り出す。本実施形態において、光源部１１０は、光源ユニット１１１，１１２と、コリメートレンズ１１３，１１４とを用いて平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を出射する。代替的に、平行光束が出射されるならば、複数の光源ユニットを用いた他の光学的構造が光源部として用いられてもよい。本実施形態において、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２は、平行光として例示される。
　光合波装置１００は、光源部１１０から出射された平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を受ける第１レンズ部１２０を更に備える。第１レンズ部１２０は、光源部１１０に対向する凸状のレンズ面１２１と、レンズ面１２１とは反対側の平坦な出射端面１２２と、を含む。平行光束ＣＢ１，ＣＢ２は、互いに異なる角度で、レンズ面１２１に入射する。本実施形態において、平行光束ＣＢ１は、レンズ面１２１に対して、「＋θ」の角度で入射する。平行光束ＣＢ２は、レンズ面１２１に対して、「－θ」の角度で入射する。また、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２のレンズ面１２１への入射位置は、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１に対して、対称である。即ち、光源ユニット１１１，１１２（及びコリメートレンズ１１３，１１４）は、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１に対して、軸対称に配置される。
　レンズ面１２１は、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２それぞれの収束位置を規定するように設計される。図１には、平行光束ＣＢ１の収束位置として、点Ｐ１が示されている。また、平行光束ＣＢ２の収束位置として、点Ｐ２が示されている。第１レンズ部１２０は、平行光束ＣＢ１を点Ｐ１に収束し、平行光束ＣＢ２を点Ｐ２に収束する。
　光合波装置１００は、第１レンズ部１２０を通過した光を受ける第２レンズ部１３０を更に備える。第２レンズ部１３０は、第１レンズ部１２０に対向する平坦な入射端面１３１と、入射端面１３１とは反対側の凸状のレンズ面１３２とを含む。第１レンズ部１２０を通過した光は、入射端面１３１に入射し、その後、レンズ面１３２から出射される。
　第２レンズ部１３０は、光源ユニット１１１から出射された光を受けるレンズ片１３３と、光源ユニット１１２から出射された光を受けるレンズ片１３４と、を含む。レンズ片１３３の焦点は、点Ｐ１に一致する。また、レンズ片１３４の焦点は、点Ｐ２に一致する。レンズ片１３３，１３４は、共通の前側焦平面ＦＦＰを規定する。第１レンズ部１２０は、前側焦平面ＦＦＰ上に複数の収束位置を規定する。第２レンズ部１３０は、前側焦平面ＦＦＰ上の複数の収束位置それぞれに合致する焦点を有する。
　図１には、点Ｐ１に対応するレンズ片１３３の焦点を通過する光軸ＯＡ２と、点Ｐ２に対応するレンズ片１３４の焦点を通過する光軸ＯＡ３が示されている。光軸ＯＡ２は、光軸ＯＡ３に沿って延びる（即ち、光軸ＯＡ２は、光軸ＯＡ３に対して略平行に延びる）。光軸ＯＡ２は、好ましくは、光軸ＯＡ３に対して平行である。
　第１レンズ部１２０及び第２レンズ部１３０は、縮小光学系を形成する。第１レンズ部１２０と第２レンズ部１３０との間の焦点距離の比率に応じて、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２の光束径が縮小される。尚、「縮小光学系」との用語は、光源ユニット１１１，１１２によって描かれた像を縮小する機能を有する任意の光学的構造を意味する。したがって、本実施形態の原理は、図１に示される光学的な構造に限定されるものではない。
　図２は、図１に示される光合波装置１００の光学的設計の概念図である。図１及び図２を用いて、光合波装置１００が更に説明される。
　上述の如く、光源部１１０は、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を出射する。平行光束ＣＢ１は、第１レンズ部１２０に対して、「＋θ」の入射角で入射する。平行光束ＣＢ２は、第１レンズ部１２０に対して、「－θ」の入射角で入射する。即ち、第１レンズ部１２０及び第２レンズ部１３０によって形成される縮小光学系への入射光束（平行光束ＣＢ１，ＣＢ２）の入射角度が互いに相違する。縮小光学系の出射部として用いられる第２レンズ部１３０は、互いに略平行な光軸ＯＡ２，ＯＡ３を有する。この結果、複数の平行光束ＣＢ１，ＣＢ２の光束径が縮小された後、互いに平行な光軸ＯＡ２，ＯＡ３に沿って伝搬する平行光束ＰＣＢ１，ＰＣＢ２が作り出される。平行光束ＰＣＢ１，ＰＣＢ２は、１つの光束として一体的に第２レンズ部１３０から出射されるので、縮小光学系から出射された光を処理するための光学系は小型であってもよい。したがって、本実施形態の原理によれば、複数の光源ユニット１１１，１１２からの平行光束ＰＣＢ１，ＰＣＢ２が合成されても、合成後の光を処理するための大型の光学系は必要とされない。
　本実施形態の原理によれば、光源ユニットの数は、必要とされる輝度に応じて適切に定められる。第１レンズ部への入射角は、光源ユニットの数だけ異なるように設定されればよい。したがって、本実施形態の原理にしたがって、光源ユニットは、必要に応じて、追加されてもよい。
　図２には、第１レンズ部１２０の焦点距離「ｆ」（第１レンズ部１２０から前側焦平面ＦＦＰまでの距離）が示されている。また、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２の第１レンズ部１２０への入射角の絶対値はともに、「θ」である。このような光学的な条件の下、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１からのレンズ片１３３，１３４の光軸ＯＡ２，ＯＡ３のずれ量Ｄが、以下の数式で示される関係を満たすように、第２レンズ部１３０は設計される。
（数１）
　Ｄ＝ｆｓｉｎθ
　上述の数式の関係が満たされるならば、平行光束ＰＣＢ１，ＰＣＢ２は、１つの光束として一体的に第２レンズ部１３０から好適に出射される。
　本実施形態において、光源ユニット１１１，１１２は、発散光を出射する。代替的に、光源ユニットは、平行光を出射してもよい。平行光を出射する光源ユニットとして、ガスレーザ、半導体レーザ励起固体レーザや第２高調波発生素子と基本波レーザとを備えるＳＨＧレーザが例示される。光源ユニットが平行光を出射するならば、コリメートレンズは必要とされない。
　本実施形態において、第２レンズ部１３０のレンズ片１３３，１３４は隣接している。この結果、小型の光学系を用いて、第１レンズ部１２０と第２レンズ部１３０とによって形成される縮小光学系から出射された光が処理される。尚、必要に応じて、第２レンズ部に用いられるレンズ片は離間されてもよい。
　第１レンズ部１２０と第２レンズ部１３０とを用いて形成される縮小光学系の縮小倍率は、好ましくは、光源部１１０が有する光源ユニット１１１，１１２の数の逆数よりも小さく設定される。本実施形態の光源部１１０は、２つの光源ユニット１１１，１１２を備える。したがって、本実施形態において、第１レンズ部１２０と第２レンズ部１３０とを用いて形成される縮小光学系の縮小倍率は、好ましくは、「１／２」よりも小さく設定される。この結果、第２レンズ部１３０の配置が容易になる。また、縮小光学系から出射される平行光束（平行光束ＰＣＢ１，ＰＣＢ２が一体化された光束）の径は、平行光束ＣＢ１又は平行光束ＣＢ２の光束径よりも小さくなる。
　＜第２実施形態＞
　図３は、第２実施形態に係る光合波装置１００Ａの概略図である。図１及び図３を用いて、光合波装置１００Ａが説明される。尚、第１実施形態に関連して説明された光合波装置１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。光合波装置１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
　第１実施形態に関連して説明された光合波装置１００と同様に、光合波装置１００Ａは、光源部１１０及び第１レンズ部１２０を備える。光合波装置１００Ａは、第２レンズ部１３０Ａを更に備える。
　第１実施形態に関連して説明された第２レンズ部１３０とは異なり、第２レンズ部１３０Ａは、凹レンズとして機能する。第２レンズ部１３０Ａは、レンズ片１３３Ａ，１３４Ａを備える。
　第１実施形態に関連して説明された第２レンズ部１３０とは異なり、第２レンズ部１３０Ａは、後側焦平面ＲＦＰと第１レンズ部１２０との間に配設される。尚、第１実施形態に関連して説明されたレンズ片１３３と同様に、第２レンズ部１３０Ａのレンズ片１３３Ａは、点Ｐ１（平行光束ＣＢ１の収束位置）に合致する焦点を有する。また、第１実施形態に関連して説明されたレンズ片１３４と同様に、第２レンズ部１３０Ａのレンズ片１３４Ａは、点Ｐ２（平行光束ＣＢ２の収束位置）に合致する焦点を有する。この結果、第１レンズ部１２０及び第２レンズ部１３０Ａは、縮小光学系を形成する。尚、本実施形態において、第１レンズ部１２０は、後側焦平面ＲＦＰ上に平行光束ＣＢ１，ＣＢ２の収束位置を規定する。また、第２レンズ部１３０Ａのレンズ片１３３Ａ，１３４Ａは、共通の後側焦平面ＲＦＰを規定する。
　第２レンズ部１３０Ａが凹レンズとして機能するので、第１レンズ部１２０と第２レンズ部１３０Ａとの間の距離は、第１実施形態に関連して説明された第１レンズ部１２０と第２レンズ部１３０との間の距離よりも短くなる。したがって、第２実施形態の光合波装置１００Ａは、第１実施形態の光合波装置１００よりも小型に形成されてもよい。
　第１実施形態及び第２実施形態において、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１に対して、第２レンズ部１３０，１３０Ａの光軸ＯＡ２，ＯＡ３は、略平行である。代替的に、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１に対して、第２レンズ部１３０，１３０Ａの光軸ＯＡ２，ＯＡ３が傾斜するように、第１レンズ部１２０と第２レンズ部１３０，１３０Ａの光学的設計が定められてもよい。
　＜第３実施形態＞
　図４は、第３実施形態に係る光合波装置１００Ｂの概略図である。図４を用いて、光合波装置１００Ｂが説明される。尚、第１実施形態に関連して説明された光合波装置１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。光合波装置１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
　光合波装置１００Ｂは、第１実施形態に関連して説明された第１レンズ部１２０に加えて、光源部１１０Ｂ及び第２レンズ部１３０Ｂを備える。
　光源部１１０Ｂは、第１実施形態に関連して説明された光源部１１０と同様に、光源ユニット１１１，１１２及びコリメートレンズ１１３，１１４を備える。光源部１１０Ｂは、光源ユニット１１５及び光源ユニット１１５からの光を受けるコリメートレンズ１１６を更に備える。光源ユニット１１５は、光源ユニット１１１，１１２と同様に、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプや半導体レーザといったレーザ光源であってもよい。コリメートレンズ１１６は、光源ユニット１１５からの光を受光し、平行光束ＣＢ３を作り出す。
　第１レンズ部１２０は、光源ユニット１１１及びコリメートレンズ１１３によって作り出された平行光束ＣＢ１を点Ｐ１に収束させる。また、第１レンズ部１２０は、光源ユニット１１２及びコリメートレンズ１１４によって作り出された平行光束ＣＢ２を点Ｐ２に収束させる。更に、第１レンズ部１２０は、光源ユニット１１５及びコリメートレンズ１１６によって作り出された平行光束ＣＢ３を点Ｐ３に収束させる。点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ３は、第２レンズ部１３０Ｂによって規定される前側焦平面ＦＦＰ上に整列する。また、点Ｐ１と点Ｐ２との間に規定された点Ｐ３は、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１上に位置する。
　第２レンズ部１３０Ｂは、光源ユニット１１１から出射された光を受けるレンズ片１３３Ｂと、光源ユニット１１２から出射された光を受けるレンズ片１３４Ｂと、光源ユニット１１５から出射された光を受けるレンズ片１３５Ｂと、を含む。レンズ片１３３Ｂの焦点は、点Ｐ１に一致する。レンズ片１３４Ｂの焦点は、点Ｐ２に一致する。レンズ片１３３Ｂ，１３４Ｂの間のレンズ片１３５Ｂの焦点は、点Ｐ３に一致する。
　図４には、点Ｐ１に対応するレンズ片１３３Ｂの焦点を通過する光軸ＯＡ２と、点Ｐ２に対応するレンズ片１３４Ｂの焦点を通過する光軸ＯＡ３が示されている。レンズ片１３５Ｂの光軸は、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１に一致する。同様に、光源ユニット１１５及びコリメートレンズ１１６の光軸も、第１レンズ部１２０の光軸ＯＡ１に一致する。したがって、光源ユニット１１５及びコリメートレンズ１１６によって作り出された平行光束ＣＢ３は、第１レンズ部１２０の光軸に沿って伝搬する。本実施形態において、光源ユニット１１５は、第１光源ユニットとして例示される。一方、第１実施形態に関連して説明された如く、光源ユニット１１１，１１２及びコリメートレンズ１１３，１１４によって作り出された平行光束ＣＢ１，ＣＢ２は、光軸ＯＡ１に対して傾斜した方向に伝搬する。したがって、光源ユニット１１１，１１２及びコリメートレンズ１１３，１１４は、第２光源ユニットとして例示される。
　第１実施形態に関連して説明された如く、光源ユニット１１１，１１２及びコリメートレンズ１１３，１１４は、光軸ＯＡ１に対して軸対称に配設される。光源ユニット１１１からの光を受けるレンズ片１３３Ｂ及び光源ユニット１１２からの光を受けるレンズ片１３４Ｂも、光軸ＯＡ１に対して軸対称に配設される。したがって、レンズ片１３３Ｂ，１３４Ｂは同一形状をなす。
　上述の如く、光合波装置１００Ｂの光源ユニット１１５、コリメートレンズ１１６、第１レンズ部１２０及びレンズ片１３５Ｂは、光軸ＯＡ１上に整列している。したがって、光合波装置１００Ｂの様々な光学素子の軸合わせが容易になる。
　例えば、光合波装置１００Ｂの様々な光学素子が搭載される基板に、光軸ＯＡ１に基づき、溝部が形成されてもよい。溝部に、光学素子が嵌め込まれ、光合波装置１００Ｂが形成されてもよい。
　代替的に、光合波装置１００Ｂの様々な光学素子が、一定の直径を有するように形成されて、これら光学素子が封入される筒部材が用意されてもよい。光合波装置１００Ｂの様々な光学素子が筒部材に嵌め込まれるならば、光軸ＯＡ１を基準に、光合波装置１００Ｂの光学素子が容易に整列する。
　上述の如く、光源ユニット１１１，１１２及びコリメートレンズ１１３，１１４は、光軸ＯＡ１に対して軸対称に配設される。この結果、レンズ片１３３Ｂ，１３４Ｂは同一形状をなす。したがって、第２レンズ部１３０Ｂに用いられるレンズ片１３３Ｂ，１３４Ｂ，１３５Ｂの形状の種類が少なくなる。かくして、第２レンズ部１３０Ｂの製造コストが低減される。
　＜第４実施形態＞
　図５は、第４実施形態に係る光合波装置１００Ｃの概略図である。図５を用いて、光合波装置１００Ｃが説明される。尚、第１実施形態に関連して説明された光合波装置１００と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。光合波装置１００と同様の要素に対して、第１実施形態の説明が援用される。
　第１実施形態に関連して説明された光合波装置１００と同様に、光合波装置１００Ｃは、光源部１１０を備える。光源部１１０から平行光束ＣＢ１，ＣＢ２が出射される。
　光合波装置１００Ｃは、光源部１１０から出射された平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を受ける第１レンズ部１２０Ｃと、第１レンズ部１２０Ｃを通過した光を受ける第２レンズ部１３０Ｃと、を更に備える。第１レンズ部１２０Ｃは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を分割し、複数の分割光束ＤＢを生成するシリンドリカルレンズアレイである。本実施形態において、分割光束ＤＢは、分割光として例示される。
　第２レンズ部１３０Ｃは、分割光束ＤＢをそれぞれ平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ２（後述される）にするシリンドリカルレンズアレイである。第２レンズ部１３０Ｃとして用いられるシリンドリカルレンズアレイは、共通の前側焦平面ＦＦＰを規定する。第１レンズ部１２０Ｃとして用いられるシリンドリカルレンズアレイのシリンドリカルレンズは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を前側焦平面ＦＦＰ上にそれぞれ収束させる。
　図６は、第１レンズ部１２０Ｃの概略的な斜視図である。図７は、第２レンズ部１３０Ｃの概略的な斜視図である。図５乃至図７を用いて、光合波装置１００Ｃが更に説明される。
　第１レンズ部１２０Ｃは、光源部１１０に対向する凸状のレンズ面１２１Ｃと、レンズ面１２１Ｃとは反対側の出射端面１２２と、を含む。図６には、２次元状に整列された４つのシリンドリカルレンズ１２３，１２４，１２５，１２６を有するシリンドリカルレンズアレイが第１レンズ部１２０Ｃとして示されている。シリンドリカルレンズ１２３，１２４，１２５，１２６それぞれは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２それぞれを前側焦平面ＦＦＰ上に収束する。したがって、前側焦平面ＦＦＰ上には、８つの収束位置が規定される。尚、平行光束の収束位置の数は、光源部に用いられる光源ユニットの数と第１レンズ部として用いられるシリンドリカルレンズアレイのシリンドリカルレンズの数との乗算値に相当する。
　第２レンズ部１３０Ｃは、第１レンズ部１２０Ｃに対向する平坦な入射端面１３１と、入射端面１３１とは反対側の凸状のレンズ面１３２Ｃとを含む。第１レンズ部１２０Ｃを通過した光は、入射端面１３１に入射し、その後、レンズ面１３２Ｃから出射される。図７には、２次元状に整列された４つのシリンドリカルレンズ１４１，１４２，１４３，１４４を有するシリンドリカルレンズアレイが第２レンズ部１３０Ｃとして示されている。シリンドリカルレンズ１４１，１４２，１４３，１４４それぞれは、第１レンズ片１４５と第２レンズ片１４６とを含む。第１レンズ片１４５及び第２レンズ片１４６は交互に整列される。
　第１レンズ片１４５それぞれは、前側焦平面ＦＦＰ上の平行光束ＣＢ１の収束位置に焦点を有する。したがって、第１レンズ片１４５それぞれは、光源ユニット１１１から出射された光を受け、平行光束ＤＣＢ１を作り出す。
　第２レンズ片１４６それぞれは、前側焦平面ＦＦＰ上の平行光束ＣＢ２の収束位置に焦点を有する。したがって、第２レンズ片１４６それぞれは、光源ユニット１１２から出射された光を受け、平行光束ＤＣＢ２を作り出す。
　第１実施形態と同様に、第１レンズ部１２０Ｃ及び第２レンズ部１３０Ｃは、縮小光学系を形成する。
　上述の如く、第１レンズ部１２０Ｃは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２をそれぞれ分割し、分割光束ＤＢを作り出す。分割光束ＤＢは、前側焦平面ＦＦＰ上で収束する。分割された平行光束ＣＢ１，ＣＢ２（即ち、分割光束ＤＢ）の収束位置は、前側焦平面ＦＦＰ上で交互に整列する。平行光束ＣＢ１，ＣＢ２から作り出された分割光束ＤＢは、前側焦平面ＦＦＰの後、拡がりながら、第２レンズ部１３０Ｃの入射端面１３１に入射する。平行光束ＣＢ１に基づき作り出された分割光束ＤＢは、第１レンズ片１４５に入射する。平行光束ＣＢ２に基づき作り出された分割光束ＤＢは、第２レンズ片１４６に入射する。上述の如く、第１レンズ片１４５及び第２レンズ片１４６は交互に整列する。したがって、第１レンズ片１４５を介して出射された平行光束ＤＣＢ１及び第２レンズ片１４６を介して出射された平行光束ＤＣＢ２は交互に整列する。この結果、光源ユニット１１１及びコリメートレンズ１１３によって出射される平行光束ＣＢ１と光源ユニット１１２及びコリメートレンズ１１４によって出射される平行光束ＣＢ２との間に強度差が存在しても、第２レンズ部１３０Ｃから出射される光は、交互に整列した光束成分（平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ２）からなるので、顕著な強度分布の変動は生じなくなる。
　＜第５実施形態＞
　図８は、第５実施形態に係る光合波装置１００Ｄの概略図である。図８を用いて、光合波装置１００Ｄが説明される。尚、第４実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｃと同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。光合波装置１００Ｃと同様の要素に対して、第４実施形態の説明が援用される。
　第４実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｃと同様に、光合波装置１００Ｄは、光源部１１０を備える。光源部１１０から平行光束ＣＢ１，ＣＢ２が出射される。
　光合波装置１００Ｄは、基板１５０を備える。基板１５０には、第４実施形態に関連して説明された第１レンズ部１２０Ｃ（シリンドリカルレンズアレイ）及び第２レンズ部１３０Ｃ（シリンドリカルレンズアレイ）が一体的に形成される。
　図９は、基板１５０の概略的な斜視図である。図８及び図９を用いて、光合波装置１００Ｄが更に説明される。
　基板１５０は、光源部１１０に対向する第１面１５１と、第１面１５１とは反対側の第２面１５２と、を含む。第１面１５１は、第４実施形態に関連して説明された第１レンズ部１２０Ｃのレンズ面１２１Ｃに相当する。第２面１５２は、第４実施形態に関連して説明された第２レンズ部１３０Ｃのレンズ面１３２Ｃに相当する。
　本実施形態において、第１レンズ部１２０Ｃ及び第２レンズ部１３０Ｃは、基板１５０に一体化されている。したがって、光合波装置１００Ｄは、第４実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｃと比べて、少ない部品数で、交互に整列された平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ２を出射することができる。また、第４実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｃと異なり、第１レンズ部１２０Ｃと第２レンズ部１３０Ｃとの間に位置合わせを要することなく、光合波装置１００Ｄは組み立てられる。
　図５を用いて、第４実施形態及び第５実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｃ，１００Ｄの変更形態が説明される。
　第４実施形態及び第５実施形態において、第１レンズ部１２０Ｃが規定する分割光束ＤＢの収束位置それぞれに第２レンズ部１３０Ｃの焦点位置が完全に一致する。代替的に、第２レンズ部の焦点位置は、第１レンズ部が規定する収束位置に対して光軸方向に僅かにずらされてもよい。この結果、第２レンズ部から出射される光は、平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ２ではなく、弱発散光又は弱収束光となる。この場合、第２レンズ部の第１レンズ片及び第２レンズ片から出射される光束は僅かに重なり合う。したがって、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２の間の強度差に起因する第２レンズ部からの出射光の強度斑が更に緩和される。
　＜第６実施形態＞
　図１０は、第６実施形態に係る光合波装置１００Ｅの概略図である。図１０を用いて、光合波装置１００Ｅが説明される。尚、第４実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｃと同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。光合波装置１００Ｃと同様の要素に対して、第４実施形態の説明が援用される。
　第４実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｃと同様に、光合波装置１００Ｅは、光源部１１０を備える。光源部１１０から平行光束ＣＢ１，ＣＢ２が出射される。
　光合波装置１００Ｅは、光源部１１０から出射された平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を受ける第１レンズ部１２０Ｅと、第１レンズ部１２０Ｅを通過した光を受ける第２レンズ部１３０Ｅと、を更に備える。第１レンズ部１２０Ｅは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を分割し、複数の分割光束ＤＢを生成するマイクロレンズアレイである。本実施形態において、分割光束ＤＢは、分割光として例示される。
　第２レンズ部１３０Ｅは、分割光束ＤＢをそれぞれ平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ２（後述される）にするマイクロレンズアレイである。第２レンズ部１３０Ｅとして用いられるマイクロレンズアレイは、共通の前側焦平面ＦＦＰを規定する。第１レンズ部１２０Ｅとして用いられるマイクロレンズアレイのマイクロレンズは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２を前側焦平面ＦＦＰ上にそれぞれ収束させる。
　図１１は、第１レンズ部１２０Ｅの概略的な斜視図である。図１２は、第２レンズ部１３０Ｅの概略的な斜視図である。図１０乃至図１２を用いて、光合波装置１００Ｅが更に説明される。
　第１レンズ部１２０Ｅは、光源部１１０に対向する凸状のレンズ面１２１Ｅと、レンズ面１２１Ｅとは反対側の出射端面１２２と、を含む。図１１には、２次元状（マトリックス状）に整列されたマイクロレンズ２６０を有するマイクロレンズアレイが第１レンズ部１２０Ｅとして示されている。マイクロレンズ２６０それぞれは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２それぞれを前側焦平面ＦＦＰ上に収束する。
　第２レンズ部１３０Ｅは、第１レンズ部１２０Ｅに対向する平坦な入射端面１３１と、入射端面１３１とは反対側の凸状のレンズ面１３２Ｅとを含む。第１レンズ部１２０Ｅを通過した光は、入射端面１３１に入射し、その後、レンズ面１３２Ｅから出射される。図１２には、２次元状に整列されたマイクロレンズ２７０を有するマイクロレンズアレイが第２レンズ部１３０Ｅとして示されている。マイクロレンズ２７０それぞれは、第１レンズ片２４５と第２レンズ片２４６とを含む。第１レンズ片２４５及び第２レンズ片２４６は交互に整列される（図１２において、上下方向）。
　第１レンズ片２４５それぞれは、前側焦平面ＦＦＰ上の平行光束ＣＢ１の収束位置に焦点を有する。したがって、第１レンズ片２４５それぞれは、光源ユニット１１１から出射された光を受け、平行光束ＤＣＢ１を作り出す。
　第２レンズ片２４６それぞれは、前側焦平面ＦＦＰ上の平行光束ＣＢ２の収束位置に焦点を有する。したがって、第２レンズ片２４６それぞれは、光源ユニット１１２から出射された光を受け、平行光束ＤＣＢ２を作り出す。
　第１実施形態と同様に、第１レンズ部１２０Ｅ及び第２レンズ部１３０Ｅは、縮小光学系を形成する。
　上述の如く、第１レンズ部１２０Ｅは、平行光束ＣＢ１，ＣＢ２をそれぞれ分割し、分割光束ＤＢを作り出す。分割光束ＤＢは、前側焦平面ＦＦＰ上で収束する。分割された平行光束ＣＢ１，ＣＢ２（即ち、分割光束ＤＢ）の収束位置は、前側焦平面ＦＦＰ上で２次元状（マトリックス状）に整列する。平行光束ＣＢ１，ＣＢ２から作り出された分割光束ＤＢは、前側焦平面ＦＦＰの後、拡がりながら、第２レンズ部１３０Ｅの入射端面１３１に入射する。平行光束ＣＢ１に基づき作り出された分割光束ＤＢは、第１レンズ片２４５に入射する。平行光束ＣＢ２に基づき作り出された分割光束ＤＢは、第２レンズ片２４６に入射する。上述の如く、第１レンズ片２４５及び第２レンズ片２４６は２次元状（マトリックス状）に整列する。したがって、第１レンズ片２４５を介して出射された平行光束ＤＣＢ１及び第２レンズ片２４６を介して出射された平行光束ＤＣＢ２は２次元状（マトリックス状）に整列する。この結果、光源ユニット１１１及びコリメートレンズ１１３によって出射される平行光束ＣＢ１と光源ユニット１１２及びコリメートレンズ１１４によって出射される平行光束ＣＢ２との間に強度差が存在しても、第２レンズ部１３０Ｅから出射される光は、２次元状（マトリックス状）に整列した光束成分（平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ２）からなるので、顕著な強度分布の変動は生じなくなる。
　本実施形態において、第１レンズ部１２０Ｅ及び第２レンズ部１３０Ｅは、別体に形成されている。代替的に、第５実施形態に関連して説明された原理にしたがって、第１レンズ部１２０Ｅ及び第２レンズ部１３０Ｅは、基板上に一体的に形成されてもよい。光源部に対向する基板の第１面に第１レンズ部１２０Ｅが形成され、第１面とは反対側の第２面に第２レンズ部１３０Ｅが形成されるならば、比較的、少ない部品数で、２次元状（マトリックス状）に整列された平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ２を出射することができる。また、第１レンズ部１２０Ｅと第２レンズ部１３０Ｅとの間に位置合わせを要することなく、光合波装置は組み立てられる。
　＜第７実施形態＞
　図１３は、第７実施形態に係る光合波装置１００Ｆの概略図である。図１３を用いて、光合波装置１００Ｆが説明される。尚、第３実施形態及び第４実施形態に関連して説明された光合波装置１００Ｂ，１００Ｃと同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。光合波装置１００Ｂ，１００Ｃと同様の要素に対して、第３実施形態及び第４実施形態の説明が援用される。
　光合波装置１００Ｆは、第４実施形態に関連して説明された第１レンズ部１２０Ｃに加えて、第１レンズ部１２０Ｃに光を照射する光源部１１０Ｆを備える。光源部１１０Ｆは、第３実施形態に関連して説明された光源ユニット１１５及びコリメートレンズ１１６を備える。また、光源部１１０Ｆは、第４実施形態に関連して説明された光源ユニット１１１及びコリメートレンズ１１３を更に備える。
　光源ユニット１１５及びコリメートレンズ１１６は、第１レンズ部１２０Ｃのレンズ面１２１Ｃに正対する。図１３には、光源ユニット１１５、コリメートレンズ１１６及び第１レンズ部１２０Ｃを結ぶ光軸ＢＯＡ１が示されている。コリメートレンズ１１６を介して出射された平行光束ＣＢ３は、光軸ＢＯＡ１に沿って伝搬する。
　図１３には、光源ユニット１１１、コリメートレンズ１１３及び第１レンズ部１２０Ｃの間で規定される光軸ＢＯＡ２が示されている。光源ユニット１１１、コリメートレンズ１１３及び第１レンズ部１２０Ｃを結ぶ光軸ＢＯＡ２は、光軸ＢＯＡ１に対して傾斜している。コリメートレンズ１１３を介して出射された平行光束ＣＢ１は、光軸ＢＯＡ２に沿って伝搬する。
　光合波装置１００Ｆは、第１レンズ部１２０Ｃを通過した光を受ける第２レンズ部１３０Ｆを更に備える。第２レンズ部１３０Ｆは、第４実施形態に関連して説明された第２レンズ部１３０Ｃと同様のシリンドリカルレンズアレイである。第２レンズ部１３０Ｆの形状やシリンドリカルレンズの配列は、第２レンズ部１３０Ｃと同様である。第４実施形態に関連して説明された第２レンズ部１３０Ｃの中心点は、第１レンズ部１２０Ｃの中心点と正対するのに対して、第２レンズ部１３０Ｆの中心点は、第１レンズ部１２０Ｃの中心点に対して、ずらされている。
　図１４は、光合波装置１００Ｆ中の光学的経路の概略図である。図１３及び図１４を用いて、光合波装置１００Ｆが更に説明される。
　図１４において、実線で示される光学的経路は、光源ユニット１１５からの光が辿る光路である。図１４において、点線で示される光学的経路は、光源ユニット１１１からの光が辿る光路である。
　図１４には、第１レンズ部１２０Ｃとして、シリンドリカルレンズアレイの一部（上側シリンドリカルレンズ２２０Ｕ及び下側シリンドリカルレンズ２２０Ｌ）が示されている。尚、以下の説明で用いられる、「上」及び「下」との用語は、説明の明瞭化のために用いられ、本実施形態の原理を何ら限定するものではない。
　平行光束ＣＢ３は、上側シリンドリカルレンズ２２０Ｕから出射される分割光束ＤＢＵ３と、下側シリンドリカルレンズ２２０Ｌから出射される分割光束ＤＢＬ３と、に分割される。平行光束ＣＢ１は、上側シリンドリカルレンズ２２０Ｕから出射される分割光束ＤＢＵ１と、下側シリンドリカルレンズ２２０Ｌから出射される分割光束ＤＢＬ１と、に分割される。
　図１４には、第２レンズ部１３０Ｆとして、シリンドリカルレンズアレイの一部（上側シリンドリカルレンズ２３０Ｕ及び下側シリンドリカルレンズ２３０Ｌ）が示されている。上側シリンドリカルレンズ２３０Ｕは、第１レンズ片１４５Ｕと、第１レンズ片１４５Ｕより上方に形成された第２レンズ片１４６Ｕと、を含む。下側シリンドリカルレンズ２３０Ｌは、第１レンズ片１４５Ｌと、第１レンズ片１４５Ｌより上方に形成された第２レンズ片１４６Ｌと、を含む。
　第１レンズ部１２０Ｃの一部として用いられる上側シリンドリカルレンズ２２０Ｕと第２レンズ部１３０Ｆの一部として用いられる上側シリンドリカルレンズ２３０Ｕの第２レンズ片１４６Ｕとの間で規定される光軸ＢＯＡ２は、上述の光軸ＢＯＡ１に対して平行となるように第２レンズ部１３０Ｆの中心位置は下方にずらされる。この結果、第１レンズ部１２０Ｃの一部として用いられる下側シリンドリカルレンズ２２０Ｌと第２レンズ部１３０Ｆの一部として用いられる下側シリンドリカルレンズ２３０Ｌの第２レンズ片１４６Ｌとの間で規定される光軸ＢＯＡ３も、上述の光軸ＢＯＡ１に対して平行となる
　第１レンズ部１２０Ｃの上側シリンドリカルレンズ２２０Ｕから出射された分割光束ＤＢＵ３は、上述の光軸ＢＯＡ２に沿って伝搬する。第１レンズ部１２０Ｃの下側シリンドリカルレンズ２２０Ｌから出射された分割光束ＤＢＬ３は、上述の光軸ＢＯＡ３に沿って伝搬する。
　第２レンズ部１３０Ｆの第２レンズ片１４６Ｕ，１４６Ｌは、分割光束ＤＢＵ３，ＤＢＬ３に対して共通の前側焦平面ＦＦＰを規定する。第１レンズ部１２０Ｃの上側シリンドリカルレンズ２２０Ｕから出射された分割光束ＤＢＵ３の収束位置は、前側焦平面ＦＦＰ上の第２レンズ片１４６Ｕの前側焦点に一致する。同様に、第１レンズ部１２０Ｃの下側シリンドリカルレンズ２２０Ｌから出射された分割光束ＤＢＬ３の収束位置は、前側焦平面ＦＦＰ上の第２レンズ片１４６Ｌの前側焦点に一致する。
　平行光束ＣＢ３より上方から出射された平行光束ＣＢ１は、第１レンズ部１２０Ｃに対して斜めに入射する。第１レンズ部１２０Ｃは、平行光束ＣＢ１を分割光束ＤＢＵ１，ＤＢＬ１に分割する。分割光束ＤＢＵ１，ＤＢＬ１は、前側焦平面ＦＦＰ上で収束する。第２レンズ部１３０Ｆの第１レンズ片１４５Ｕ，１４５Ｌは、分割光束ＤＢＵ１，ＤＢＬ１に対する焦点を上述の前側焦平面ＦＦＰ上に規定する。第１レンズ片１４５Ｕ，１４５Ｌによって分割光束ＤＢＵ１，ＤＢＬ１に対して規定された焦点は、分割光束ＤＢＵ１，ＤＢＬ１の収束位置に一致する。
　上述の光学的設計の下、分割光束ＤＢＵ３，ＤＢＬ３は、第２レンズ部１３０Ｆの第２レンズ片１４６Ｕ，１４６Ｌにそれぞれ入射する。第２レンズ部１３０Ｆの第２レンズ片１４６Ｕ，１４６Ｌは、分割光束ＤＢＵ３，ＤＢＬ３に基づき、平行光束ＤＣＢ３を作り出す。分割光束ＤＢＵ１，ＤＢＬ１は、第２レンズ部１３０Ｆの第１レンズ片１４５Ｕ，１４５Ｌにそれぞれ入射する。第２レンズ部１３０Ｆの第１レンズ片１４５Ｕ，１４５Ｌは、分割光束ＤＢＵ１，ＤＢＬ１に基づき、平行光束ＤＣＢ１を作り出す。この結果、第２レンズ部１３０Ｆから、平行光束ＤＣＢ１，ＤＣＢ３が交互に整列した光が出射される。
　＜第８実施形態＞
　図１５は、第８実施形態に係るプロジェクタ５００の概略図である。図１５を用いて、プロジェクタ５００が説明される。
　（プロジェクタの構造）
　プロジェクタ５００は、青色レーザ光線ＬＢＢを出射する青色レーザ光源５１０Ｂと、緑色レーザ光線ＬＢＧを出射する緑色レーザ光源５１０Ｇと、赤色レーザ光線ＬＢＲを出射する赤色レーザ光源５１０Ｒと、を備える。赤色レーザ光源５１０Ｒには、第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された光合波装置の原理が適用される。
　赤色レーザ光源５１０Ｒは、複数の赤色半導体レーザ光源５１１を含む光源部５１２を備える。光源部５１２は、赤色半導体レーザ光源５１１に対応して設けられた複数のコリメートレンズ５１３を含む。光源部５１２は、コリメートレンズ５１３を用いて、複数の平行光束ＣＢを出射する。赤色半導体レーザ光源５１１は、第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された光源ユニットに相当する。
　赤色レーザ光源５１０Ｒは、光源部５１２から出射された複数の平行光束ＣＢを受ける第１レンズ部５１４と、第１レンズ部５１４を通過した光を受ける第２レンズ部５１５と、を含む。第１レンズ部５１４及び第２レンズ部５１５は、第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された原理に従って、複数の平行光束ＣＢを合成し、赤色レーザ光線ＬＢＲを生成する。
　プロジェクタ５００は、ダイクロイックミラー５２０を更に備える。青色レーザ光源５１０Ｂ及び緑色レーザ光源５１０Ｇは、青色レーザ光線ＬＢＢ及び緑色レーザ光線ＬＢＧをダイクロイックミラー５２０に向けて出射する。ダイクロイックミラー５２０は、青色レーザ光線ＬＢＢの透過を許容する一方で、緑色レーザ光線ＬＢＧを反射する。この結果、ダイクロイックミラー５２０から青色レーザ光線ＬＢＢ及び緑色レーザ光線ＬＢＧが合波されたレーザ光線ＬＧＢが出射される。
　プロジェクタ５００は、ダイクロイックミラー５２５を更に備える。レーザ光線ＬＧＢは、ダイクロイックミラー５２０からダイクロイックミラー５２５に向かう。赤色レーザ光源５１０Ｒは、ダイクロイックミラー５２５に向けて赤色レーザ光線ＬＢＲを出射する。ダイクロイックミラー５２５は、レーザ光線ＬＧＢを反射する一方で、赤色レーザ光線ＬＢＲの透過を許容する。したがって、レーザ光線ＬＧＢ及び赤色レーザ光線ＬＢＲは、ダイクロイックミラー５２５によって合波され、レーザ光線ＬＢとして、出射される。
　プロジェクタ５００は、拡散板５３０を更に備える。上述のレーザ光線ＬＢは、拡散板５３０に入射する。拡散板５３０は、レーザ光線ＬＢを拡散する。
　プロジェクタ５００は、フィールドレンズ５３５を更に備える。フィールドレンズ５３５は、拡散板５３０によって拡散されたレーザ光線ＬＢを集光する。
　プロジェクタ５００は、フィールドレンズ５３５からのレーザ光線ＬＢを受ける偏光ビームスプリッタ５４０と、空間変調素子５４５と、を更に備える。空間変調素子５４５として、ＬＣｏＳと称される反射型液晶パネルが例示される。
　プロジェクタ５００は、投射レンズ５５０を更に備える。偏光ビームスプリッタ５４０は、投射レンズ５５０と空間変調素子５４５との間に配設される。空間変調素子５４５によって変調されたレーザ光線ＬＢは、偏光ビームスプリッタ５４０及び投射レンズ５５０を通じて、投射光ＰＬとしてプロジェクタ５００から出射される。
　（プロジェクタの動作）
　図１５を用いて、プロジェクタ５００の動作が説明される。
　青色レーザ光源５１０Ｂは、ダイクロイックミラー５２０に向けて青色レーザ光線ＬＢＢを出射する。緑色レーザ光源５１０Ｇも、ダイクロイックミラー５２０に向けて緑色レーザ光線ＬＢＧを出射する。ダイクロイックミラー５２０は、青色レーザ光線ＬＢＢを透過させる一方で、緑色レーザ光線ＬＢＧをダイクロイックミラー５２５に向けて反射する。この結果、青色レーザ光線ＬＢＢ及び緑色レーザ光線ＬＢＧが合成されたレーザ光線ＬＧＢがダイクロイックミラー５２５に向けて伝搬する。
　赤色半導体レーザ光源５１１から出射された光は、コリメートレンズ５１３によって平行光束ＣＢにされる。平行光束ＣＢは、その後、第１レンズ部５１４に入射する。第１レンズ部５１４及び第２レンズ部５１５は、第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された原理に従って合成され、平行光束の赤色レーザ光線ＬＢＲが生成される。
　赤色レーザ光源５１０Ｒは、赤色レーザ光線ＬＢＲをダイクロイックミラー５２５に向けて出射する。ダイクロイックミラー５２５は、赤色レーザ光線ＬＢＲを透過する一方で、ダイクロイックミラー５２０によって生成されたレーザ光線ＬＧＢを拡散板５３０に向けて反射する。この結果、青色レーザ光線ＬＢＢ、緑色レーザ光線ＬＢＧ及び赤色レーザ光線ＬＢＲの成分を含むレーザ光線ＬＢが生成される。
　ダイクロイックミラー５２５による合成の結果、生成されたレーザ光線ＬＢは、拡散板５３０に向かう。拡散板５３０は、レーザ光線ＬＢを拡散する。その後、レーザ光線ＬＢは、フィールドレンズ５３５及び偏光ビームスプリッタ５４０によって空間変調素子５４５に集光される。
　プロジェクタ５００は、空間変調素子５４５を制御する信号処理装置５５５を更に備える。映像を表示するためのビデオ信号は、信号処理装置５５５に入力される。信号処理装置５５５は、ビデオ信号を処理し、空間変調素子５４５を制御するための制御信号を生成する。
　空間変調素子５４５は、信号処理装置５５５からの制御信号に基づき動作し、２次元像を形成する。即ち、空間変調素子５４５は、信号処理装置５５５からの制御信号に従って、赤、緑及び青の光を変調並びに反射する。本実施形態において、空間変調素子５４５によって反射された光は、映像光として例示される。
　空間変調素子５４５によって反射された光は、偏光ビームスプリッタ５４０を透過し、最終的に、投射レンズ５５０を通じて、投射光ＰＬとしてプロジェクタ５００から出射される。この結果、投射レンズ５５０に対向して配置されたスクリーンＳＣに投射光ＰＬが結像される。本実施形態において、投射レンズ５５０は、映像光を結像する光学系として例示される。
　上述の如く、赤色レーザ光源５１０Ｒには、第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された光合波装置の原理が適用される。したがって、赤色レーザ光源５１０Ｒが出射した赤色レーザ光線ＬＢＲ並びに赤色レーザ光線ＬＢＲの成分を含むレーザ光線ＬＢを処理するための光学系（ダイクロイックミラー５２５，拡散板５３０、フィールドレンズ５３５、偏光ビームスプリッタ５４０、空間変調素子５４５及び投射レンズ５５０）は小型であってもよい。プロジェクタ５００は、小型の光学系を用いて、赤色レーザ光線ＬＢＲを他のレーザ光線（青色レーザ光線ＬＢＢ及び緑色レーザ光線ＬＢＧ）と合成し、その後、合成されたレーザ光線ＬＢを投射光ＰＬに変換することができる。したがって、プロジェクタ５００は、小型に形成され、且つ、高輝度の投射光ＰＬを出射することができる。
　一般的に、プロジェクタの用途に用いられる赤色半導体レーザ光源は、６３０ｎｍから６４５ｎｍの波長範囲の赤色レーザ光線を出射する。このような赤色半導体レーザ光源は、一般的に、温度特性が悪い。典型的には、赤色半導体レーザ光源の出力は、高温環境下で低下する。
　本実施形態において、プロジェクタ５００は、複数の赤色半導体レーザ光源５１１を用いて、赤色レーザ光線ＬＢＲを出射する。したがって、プロジェクタ５００は、高温環境下においても、高い輝度を維持することができる。
　本実施形態において、赤色レーザ光源５１０Ｒに第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された光合波装置の原理が適用されている。追加的に、更に高い輝度の投射光を出射するために、青色レーザ光源及び／又は緑色レーザ光源に対して、第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された光合波装置の原理が適用されてもよい。青色レーザ光源及び緑色レーザ光源が複数の光源ユニットを備えるならば、青色レーザ光線及び緑色レーザ光線の輝度も高くすることができる。
　本実施形態において、複数の光源ユニットは、同時に発光している。代替的に、複数の光源ユニットのうち一部は、光合波装置及びプロジェクタの使用期間の初期において、発光しなくともよい。他の光源ユニットの劣化が現れる期間において、未発光の光源ユニットが発光するならば、光合波装置及びプロジェクタの寿命が長くなる。
　本実施形態において、光合波装置が組み込まれた装置として、プロジェクタ５００が例示されている。代替的に、第１実施形態乃至第７実施形態に関連して説明された光合波装置の原理は、他の照明用途に好適に適用される。
　本実施形態において、プロジェクタ５００は、空間変調素子５４５として、反射型液晶パネルを備える。代替的に、反射型液晶パネルに代えて、透過型液晶パネルやＤＭＤ（Ｒ）が用いられてもよい。
　本実施形態において、赤色レーザ光源５１０Ｒは、第２レンズ部５１５から平行光束の赤色レーザ光線ＬＢＲを出射する。代替的に、第２レンズ部５１５から収束光の赤色レーザ光線ＬＢＲが出射されてもよい。この結果、赤色レーザ光線並びに赤色レーザ光線の成分を含むレーザ光を処理するための光学系（ダイクロイックミラー，拡散板、フィールドレンズ、偏光ビームスプリッタ、空間変調素子及び投射レンズ）は更に小型化されてもよい。
　上述の様々な実施形態は、単に例示的なものである。したがって、上述の実施形態の原理は、上記の詳細な説明や図面に記載の事項に限定されない。上述の実施形態の原理の範囲内で、当業者が様々な変形、組み合わせや省略を行うことができることは容易に理解される。
　上述された実施形態は、以下の特徴を主に備える。
　上述の実施形態の一の局面に係る光合波装置は、複数の光源ユニットを用いて、平行光を出射する光源部と、互いに異なる入射角で入射した前記平行光を収束し、複数の収束位置を規定する第１レンズ部と、前記複数の収束位置それぞれに焦点を有する第２レンズ部と、を備え、前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部は、縮小光学系を形成し、前記複数の収束位置のうち１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸は、前記複数の収束位置のうち他のもう１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸に沿うことを特徴とする。
　上記構成によれば、光源部の複数の光源ユニットは、平行光を出射する平行光は、互いに異なる入射角で第１レンズ部に入射する。第１レンズ部は、平行光を収束し、複数の収束位置を規定する。第１レンズ部とともに縮小光学系を形成する第２レンズ部は、複数の収束位置それぞれに焦点を有する。複数の収束位置のうち１つに対応する焦点を通過する第２レンズ部の光軸は、複数の収束位置のうち他のもう１つに対応する焦点を通過する第２レンズ部の光軸に沿う。したがって、複数の光源を用いて、平行な合成光束が得られる。第１レンズ部及び第２レンズ部によって形成された縮小光学系は、合成光束の径を低減する。したがって、第２レンズ部以降において大型の光学系を要求することなく、明るい照明を行うことができる光学系が構築される。光源ユニットの数が増大されるならば、出射される光の輝度が増大される。光源ユニットの数の増大は、第１レンズ部への入射角の調整によって達成される。光源ユニットの数が容易に変更されるので、光合波装置は高い利用性を有することとなる。
　上記構成において、前記複数の光源ユニットは、前記第１レンズ部の光軸に沿って伝搬する前記平行光を出射する第１光源ユニットを含むことが好ましい。
　上記構成によれば、複数の光源ユニットは、第１レンズ部の光軸に沿って伝搬する平行光を出射する第１光源ユニットを含むので、光合波装置の光学系の光軸合わせが容易になる。
　上記構成において、前記複数の光源ユニットは、前記第１レンズ部の光軸に対して軸対称に配置された光源ユニットを含むことが好ましい。
　上記構成によれば、複数の光源ユニットは、第１レンズ部の光軸に対して軸対称に配置された光源ユニットを含むので、光合波装置は対称的な構造を有する。したがって、光合波装置の製造が容易となる。
　上記構成において、前記第１レンズ部は、前記平行光を分割して収束し、分割光を生成する第１シリンドリカルレンズアレイを含み、前記第２レンズ部は、前記分割光を平行光にする第２シリンドリカルレンズアレイを含むことが好ましい。
　上記構成によれば、第１レンズ部は、平行光を分割して収束し、分割光を生成する第１シリンドリカルレンズアレイを含み、第２レンズ部は、分割光を平行光にする第２シリンドリカルレンズアレイを含むので、合成された光の強度分布のばらつきが緩和される。
　上記構成において、前記第１レンズ部は、前記平行光を分割して収束し、分割光を生成する第１マイクロレンズアレイを含み、前記第２レンズ部は、前記分割光を平行光にする第２マイクロレンズアレイを含むことが好ましい。
　上記構成によれば、第１レンズ部は、平行光を分割して収束し、分割光を生成する第１マイクロレンズアレイを含み、第２レンズ部は、分割光を平行光にする第２マイクロレンズアレイを含むので、合成された光の強度分布のばらつきが緩和される。
　上記構成において、前記縮小光学系の縮小倍率は、前記光源部が含む前記光源ユニットの数の逆数以下であることが好ましい。
　上記構成によれば、縮小光学系の縮小倍率は、光源部が含む光源ユニットの数の逆数以下であるので、第２レンズ部の配置が容易になる。
　上記構成において、前記第２レンズ部材は、凹レンズであることが好ましい。
　上記構成によれば、第２レンズ部材は、凹レンズであるので、光合波装置の光学系が小型化される。
　上記構成において、前記第１レンズ部が形成された基板に前記第２レンズ部が形成され、前記基板は、前記第１レンズ部が形成される第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を含み、前記第２レンズ部は、前記第２面に形成されることが好ましい。
　上記構成によれば、第１レンズ部が形成された基板に第２レンズ部が形成される。基板は、第１レンズ部が形成される第１面と、第１面とは反対側の第２面と、を含む。第２レンズ部は、第２面に形成される。第１レンズ部及び第２レンズ部が一体化されるので、光合波装置の部品数が低減される。
　上記構成において、前記第１レンズ部の光軸に対して、前記第２レンズ部の光軸がｆｓｉｎθだけずらされていることが好ましい。
　上記構成によれば、第１レンズ部の光軸に対して、第２レンズ部の光軸がｆｓｉｎθだけずらされているので、複数の光源ユニットからの光が適切に合波される。
　上記構成において、前記複数の光源ユニットは、前記第１レンズ部の光軸に対して傾斜した方向に伝搬する前記平行光を出射する第２光源ユニットを含むことが好ましい。
　上記構成によれば、複数の光源ユニットは、第１レンズ部の光軸に対して傾斜した方向に伝搬する平行光を出射する第２光源ユニットを含むので、光源数の調整が容易になる。
　上述の実施形態の一の局面に係るプロジェクタは、映像を表示するためのビデオ信号を処理し、制御信号を生成する信号処理装置と、上述の光合波装置と、該光合波装置からの光を前記制御信号に基づいて変調し、映像光を生成する空間光変調素子と、前記映像光を結像する光学系と、を備えることを特徴とする。
　上記構成によれば、プロジェクタの信号処理装置は、映像を表示するためのビデオ信号を処理し、制御信号を生成する。プロジェクタの空間光変調素子は、上述の光合波装置からの光を制御信号に基づいて変調し、映像光を生成する。プロジェクタの光学系は、映像光を結像する。プロジェクタは、上述の光合波装置を備えるので、プロジェクタの光学系は、小型化されてもよい。
　上述の実施形態の原理は、小型の光学系の利用を可能にする。また、上述の実施形態の原理は、必要とされる輝度に応じた光源数の調整を可能にする。したがって、上述の実施形態の原理は、照明装置や光の合波を必要とする他の装置に好適に適用される。特に、上述の実施形態の原理は、プロジェクタといった映像投影装置にも好適に適用される。

Claims (11)

  1. 　複数の光源ユニットを用いて、平行光を出射する光源部と、
    　互いに異なる入射角で入射した前記平行光を収束し、複数の収束位置を規定する第１レンズ部と、
    　前記複数の収束位置それぞれに焦点を有する第２レンズ部と、を備え、
    　前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部は、縮小光学系を形成し、
    　前記複数の収束位置のうち１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸は、前記複数の収束位置のうち他のもう１つに対応する前記焦点を通過する前記第２レンズ部の光軸に沿うことを特徴とする光合波装置。
  2. 　前記複数の光源ユニットは、前記第１レンズ部の光軸に沿って伝搬する前記平行光を出射する第１光源ユニットを含むことを特徴とする請求項１記載の光合波装置。
  3. 　前記複数の光源ユニットは、前記第１レンズ部の光軸に対して軸対称に配置された光源ユニットを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光合波装置。
  4. 　前記第１レンズ部は、前記平行光を分割して収束し、分割光を生成する第１シリンドリカルレンズアレイを含み、
    　前記第２レンズ部は、前記分割光を平行光にする第２シリンドリカルレンズアレイを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光合波装置。
  5. 　前記第１レンズ部は、前記平行光を分割して収束し、分割光を生成する第１マイクロレンズアレイを含み、
    　前記第２レンズ部は、前記分割光を平行光にする第２マイクロレンズアレイを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光合波装置。
  6. 　前記縮小光学系の縮小倍率は、前記光源部が含む前記光源ユニットの数の逆数以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光合波装置。
  7. 　前記第２レンズ部は、凹レンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光合波装置。
  8. 　前記第１レンズ部が形成された基板に前記第２レンズ部が形成され、
    　前記基板は、前記第１レンズ部が形成される第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を含み、
    　前記第２レンズ部は、前記第２面に形成されることを特徴とする請求項１乃至５記載の光合波装置。
  9. 　前記第１レンズ部の光軸に対して、前記第２レンズ部の光軸がｆｓｉｎθだけずらされていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光合波装置。
  10. 　前記複数の光源ユニットは、前記第１レンズ部の光軸に対して傾斜した方向に伝搬する前記平行光を出射する第２光源ユニットを含むことを特徴とする請求項２に記載の光合波装置。
  11. 　映像を表示するためのビデオ信号を処理し、制御信号を生成する信号処理装置と、
    　請求項１に記載の光合波装置と、
    　該光合波装置からの光を前記制御信号に基づいて変調し、映像光を生成する空間光変調素子と、
    　前記映像光を結像する光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
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