WO2015041191A1 - 光源装置、プロジェクタ - Google Patents

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WO2015041191A1
WO2015041191A1 PCT/JP2014/074344 JP2014074344W WO2015041191A1 WO 2015041191 A1 WO2015041191 A1 WO 2015041191A1 JP 2014074344 W JP2014074344 W JP 2014074344W WO 2015041191 A1 WO2015041191 A1 WO 2015041191A1
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WO
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light
light source
source device
optical
beam splitter
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Application number
PCT/JP2014/074344
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English (en)
French (fr)
Inventor
幹雄 清水
昌士 岡本
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2073—Polarisers in the lamp house

Definitions

  • the present invention relates to a light source device that can be used for an optical device such as a projector.
  • the present invention also relates to a projector that projects and displays an image using light from the light source device.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram showing one configuration of a conventional projector.
  • the conventional projector 91 is configured to project an image on the screen 80 using light from the light source device 90 configured with a high-intensity discharge lamp. A more detailed configuration will be described below.
  • the light from the light source device 90 composed of a high-intensity discharge lamp is a uniform light including a fly-eye integrator as a substantially parallel light beam with the help of collimator means (not shown) composed of a concave reflecting mirror, a lens and the like. Is input to the incident end 51 of the converting means 50 and output from the exit end 52.
  • the light uniformizing means 50 shown in FIG. 6 is composed of a combination of a front-stage fly-eye lens 53 disposed on the incident end 51 side, a rear-stage fly-eye lens 55 disposed on the exit end 52 side, and an illumination lens 59. Is done.
  • the front-stage fly-eye lens 53 and the rear-stage fly-eye lens 55 are each configured by arranging a large number of rectangular lenses having the same focal length and the same shape in the vertical and horizontal directions.
  • Each lens of the front-stage fly-eye lens 53 and each lens corresponding to the rear-stage fly-eye lens 55 arranged on the rear stage (exit end 52 side) constitute an optical system called Koehler illumination. That is, a number of Kohler illumination optical systems are arranged vertically and horizontally by the lenses constituting the front fly-eye lens 53 and the rear fly-eye lens 55.
  • the Kohler illumination optical system is composed of two (a pair of) lenses, and when the front lens collects light and illuminates the target surface, the front lens does not form a light source image on the target surface, but a rear stage.
  • a light source image is formed on the center surface of the lens.
  • the rear lens is arranged so as to form an image of the quadrangle of the outer shape of the front lens on the target surface (surface to be illuminated), thereby uniformly illuminating the target surface. If the rear lens is not present, when the light source is not a perfect point light source but has a finite size, the illuminance around the square of the target surface may decrease depending on the size of the light source. .
  • the rear lens is provided for the purpose of preventing the occurrence of such a phenomenon, and the rear lens can make the illuminance uniform to the periphery of the square of the target surface without depending on the size of the light source.
  • the light uniformizing unit 50 is basically input with a substantially parallel light beam, and therefore the distance between the front fly-eye lens 53 and the rear fly-eye lens 55 is determined by the distance between them. It is arranged so as to be equal to the focal length of. That is, the image of the target surface of uniform illumination as the Kohler illumination optical system is generated at infinity. However, since the illumination lens 59 is disposed downstream of the rear fly-eye lens 55, the target surface is attracted from the infinity to the focal plane of the illumination lens 59.
  • a large number of Kohler illumination optical systems arranged in the vertical and horizontal directions are parallel to the incident optical axis 60, and light beams are input substantially symmetrically with respect to the respective central axes.
  • the output light beam is also substantially axisymmetric, the light beam incident on the lens surface at the same angle is refracted toward the same point on the focal plane regardless of the incident position on the lens surface, That is, the output of all the Kohler illumination optical systems is imaged on the same target surface on the focal plane of the illumination lens 59 by the Fourier transform action of the lens.
  • the light output from the emission end 52 illuminates the two-dimensional light amplitude modulation element 73 to be illuminated.
  • the polarization beam splitter 71 is disposed between the illumination lens 59 and the two-dimensional light amplitude modulation element 73, so that the light is reflected toward the two-dimensional light amplitude modulation element 73.
  • the two-dimensional optical amplitude modulation element 73 rotates the polarization direction of the light by 90 degrees for each pixel according to the video signal, or modulates and reflects the light so that only the rotated light is a polarized beam.
  • the light passes through the splitter 71 and enters the projection lens 77, and an image is displayed on the screen 80.
  • LCOS silicon liquid crystal device
  • LCOS silicon liquid crystal device
  • the polarization alignment functional element 57 for effectively using all the light is inserted in the rear stage of the rear fly-eye lens 55, for example.
  • a field lens 75 is inserted immediately before the two-dimensional light amplitude modulation element 73 so that substantially parallel light is incident thereon.
  • a transmissive liquid crystal device may be used with an optical arrangement suitable for it (for example, a patent). Reference 2).
  • the present applicant is considering using light from a semiconductor laser (laser light) instead of a high-intensity discharge lamp as a light source for a projector.
  • laser light laser light
  • Arise That is, it is necessary to provide a plurality of light sources as the light source device.
  • the earnest study of the present inventors a problem has been found that the light use efficiency decreases as the number of light sources increases.
  • the present invention provides a light source device capable of increasing the light use efficiency on the optical device side when an optical device such as a projector uses light from a light source device including a plurality of light sources. It aims to be realized. Another object of the present invention is to realize an optical device (projector) having high light utilization efficiency.
  • the present invention is a light source device for supplying light to an optical device comprising a polarization alignment functional element including an elongated polarization beam splitter, A plurality of light emitting regions; A conversion optical system for converting a light beam from the light emitting region into a light beam suitable for the optical device; The plurality of light emission regions are arranged such that the number along the longitudinal direction of the polarizing beam splitter is larger than the number along the short direction of the polarizing beam splitter.
  • the polarization alignment functional element has a configuration having an elongated-shaped polarization beam splitter, and more specifically, assuming three axes of XYZ, the light of the light input unit to which the light from the light source device is input to the optical device
  • the axis is the Z axis
  • the region through which light passes along the short direction here, referred to as “Y axis direction”
  • the prohibited areas are alternately arranged.
  • the “short direction” refers to a direction perpendicular to the “longitudinal direction” (herein referred to as “X-axis direction”) of the elongated shape constituting the polarizing beam splitter, and more specifically, It refers to the traveling direction of light reflected from the polarization beam splitter of the polarization alignment functional element.
  • the “longitudinal direction” refers to the direction of the optical axis of the light input unit (here, “Z-axis direction”) where light from the light source device is input to the optical device, and the light from the light source device is polarization aligned. This corresponds to a direction perpendicular to both the traveling directions of the light reflected by the polarization beam splitter of the functional element.
  • first direction and the second direction are “perpendicular”, as a matter of course, when both satisfy the relationship of 90 °, “substantially includes a deviation of about several degrees. Is perpendicular to ".
  • the above problem does not occur by matching the center position of the light emitting area on the optical axis of the optical system.
  • various methods can be adopted as a method of arranging the light emission regions. For example, when considering a light source device having two light emitting areas, arranging the two light emitting areas along the short direction of the polarizing beam splitter means that the position of the light emitting area is light as described above. This is the same state as shifting in the short direction relative to the axis.
  • the shift of the light emission region along the longitudinal direction of the polarization beam splitter with respect to the optical axis is not a problem in the sense of light utilization efficiency on the polarization alignment functional element. Therefore, for example, when a light source device having two light emission regions is considered as described above, the two light emission regions are arranged along the longitudinal direction of the polarization beam splitter, so There is no problem that the light use efficiency decreases.
  • Increasing the number of light emitting areas means increasing the amount of deviation of the position of the light emitting areas with respect to the optical axis.
  • the allowable range of the deviation amount is larger in the direction along the longitudinal direction of the polarizing beam splitter than in the direction along the short direction of the polarizing beam splitter. For this reason, the use of light as a light source device is achieved by arranging a plurality of light emitting regions so that the number of the polarization beam splitters along the longitudinal direction is larger than the number along the direction perpendicular to the longitudinal direction. A decrease in efficiency can be suppressed.
  • the optical device may include a fly eye integrator configured by arranging a pair of fly eye lenses so as to form a Koehler illumination optical system.
  • the conversion optical system may be configured as an optical system that converts the light emitting region into a distant image.
  • the light emission region may be configured as a light emitting region of a light source, or may be configured as an exit end of an optical fiber to which light from the light source is input from an incident end.
  • a light source provided in the light source device for example, a plurality of semiconductor laser elements are arranged, and a laser beam emitted from these elements is converted into a light beam suitable for the optical device by a conversion optical system. Can do.
  • the light source provided in the light source device for example, the emitted light from a plurality of semiconductor laser elements is transmitted through a plurality of optical fibers, and the light emitted from the emission ends of the plurality of optical fibers is It can be set as the structure converted into the light beam suitable for an optical apparatus by a conversion optical system.
  • a plurality of fiber bundles configured by bundling a predetermined number of optical fibers are provided, and light emitted from the exit end of each fiber bundle is converted into a light flux suitable for an optical device by a conversion optical system. It does not matter as a configuration.
  • optical device to which the light from the light source device described above is supplied can be a projector.
  • the light source device of the present invention when light is supplied to an optical device having a polarization alignment functional element, a plurality of light emission regions are arranged in consideration of the unique properties of the polarization alignment functional element. Therefore, high light utilization efficiency can be realized without causing a decrease in light utilization efficiency on the polarization alignment functional element.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an extracted light uniformizing unit constituting a part of the light source device and the projector. It is the perspective view which extracted and extracted the light equalizing means which comprises a part of light source device and a projector typically. It is the top view which illustrated the polarization alignment functional element typically. It is sectional drawing which illustrated the polarization alignment functional element typically. It is a schematic diagram which shows an example of the arrangement method of a fiber bundle when the number of fiber bundles with which a light source device is provided increases. It is a typical block diagram which shows one structure of the light source device and projector of this invention. It is a typical block diagram which shows one structure of the conventional projector.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the first embodiment of the optical device.
  • symbol is attached
  • FIG. 1 shows a projector 10 as an embodiment of an optical device, and a light source device 1 for supplying light to the projector 10.
  • the projector 10 projects an image on the screen 80 using the light from the light source device 1.
  • the configuration of the projector 10 is the same as the configuration of the projector 91 shown in FIG.
  • the light source device 1 converts the exit ends 3 (3m, 3n) of the plurality of optical fibers 2 (2m, 2n) and the light beams output from the exit ends 3 (3m, 3n) into substantially parallel light.
  • a collimating lens 5 for conversion is provided.
  • the exit end 3 (3m, 3n) of this optical fiber corresponds to the “light emission region”, and the collimating lens 5 corresponds to the “conversion optical system”. That is, the collimating lens 5 converts the exit ends 3 (3m, 3n) of the plurality of optical fibers 2 (2m, 2n) into a distant image, preferably a substantially infinite image.
  • the exit end 3m indicates the exit end of the optical fiber 2m
  • the exit end 3n indicates the exit end of the optical fiber 2n. Further, in the drawings after FIG. 1, for each optical fiber 2 (2m, 2n), only the vicinity of the exit end 3 (3m, 3n) is shown, and the other parts are shown by attaching dotted lines. Indicates that it is omitted.
  • the light beams emitted from one or a plurality of semiconductor laser elements are condensed through the condenser lens to the incident ends of the optical fibers 2 (2m, 2n).
  • the emission end 3 (3m, 3n) of the optical fiber can be used as a light emission region.
  • an optical system that includes these semiconductor laser elements and a condenser lens and that makes light incident on the incident ends of the optical fibers can also be part of the light source device 1 of the present invention.
  • the liquid crystal device generally used as the two-dimensional light amplitude modulation element 73 can effectively modulate only the light component in the specified polarization direction. For this reason, from the viewpoint of improving the light utilization efficiency, the component parallel to the specified polarization direction is transmitted as it is, while the component perpendicular to the specified polarization direction is rotated by 90 degrees,
  • the light uniformizing means 50 is provided with a polarization alignment functional element 57 for effectively using the light.
  • the polarization alignment functional element 57 includes an elongated polarization beam splitter.
  • the exit ends 3 (3m, 3n) of the optical fibers 2 (2m, 2n) are arranged along the longitudinal direction of the polarization beam splitter. This content will be described with reference to FIG. 2A and subsequent drawings.
  • FIG. 2A is a plan view schematically showing only the light source device 1 and the light uniformizing means 50 taken from FIG.
  • FIG. 2B is a perspective view schematically showing only the light source device 1 and the light uniformizing means 50 taken out from FIG.
  • FIG. 3A is a plan view schematically illustrating the polarization alignment functional element 57
  • FIG. 3B is a cross-sectional view schematically illustrating the polarization alignment functional element 57.
  • the polarization alignment functional element 57 When the direction of the optical axis of the light input unit to which light from the light source device 1 is input to the projector 10 (light uniformizing means 50) is the Z axis, the polarization alignment function element 57 is The light transmission region 67 and the light transmission prohibition region 68 having an elongated shape (stripe shape) are alternately arranged on a vertical plane, that is, an XY plane.
  • a direction parallel to the longitudinal direction of each of the light transmission region 67 and the light transmission prohibition region 68 is defined as an X axis, and a direction in which the light transmission regions 67 and the light transmission prohibition regions 68 are alternately arranged is defined as a Y axis.
  • the polarization alignment functional element 57 is configured by arranging a plurality of prisms 21 extending in the X-axis direction along the Y-axis direction.
  • Each prism 21 has a polarizing beam splitter 27 formed on the boundary surface between one prism 21 and a reflecting mirror 29 formed on the boundary surface with the other prism 21 among the boundary surfaces between adjacent prisms 21. ing.
  • some of the prisms 21 are provided with a light shielding member 23 on a surface facing the rear fly-eye lens 55. In FIG. 3B, the light shielding member 23 is applied to one of the adjacent prisms 21.
  • a half-wave plate 25 is provided on the surface facing the illumination lens 59.
  • the polarization alignment functional element 57 aligns the polarization direction of light incident from the light source device 1 side, more specifically, the post-stage fly-eye lens 55, with only one of the polarization components in the X-axis direction or the Y-axis direction. It is for injecting. More specifically, the polarization alignment functional element 57 has a prism 21, a polarization beam splitter 27, a reflection mirror 29, a light shielding member 23, and a half-wave plate 25 corresponding to the rear fly-eye lens 55, and each is in a stripe shape. Is arranged.
  • the polarization alignment functional element 57 extracts the light of the polarization component in the Y-axis direction
  • the polarization component in the Y-axis direction of the light emitted from the rear fly eye lens 55 is transmitted through the polarization beam splitter 27 as it is
  • the polarization component in the axial direction is reflected by the polarization beam splitter 27 and the reflection mirror 29 and then rotated by 90 ° by the half-wave plate 25 to be converted into a polarization component in the Y-axis direction.
  • the polarization alignment functional element 57 is provided with a light shielding member 23 so that light does not enter a portion that does not reach the beam splitter 27.
  • FIG. 3A corresponds to a plan view when the polarization alignment function element 57 is viewed from the rear fly-eye lens 55 side in the light traveling direction (Z-axis direction). That is, on the surface of the prism 21 constituting the polarization alignment functional element 57 facing the rear fly-eye lens 55, the design portion where light should be incident constitutes the light transmission region 67. The portion that should not be used is an ineffective region where the light passing therethrough hinders normal image display. Therefore, the light shielding member 23 is formed in this portion and becomes a light transmission prohibited region 68. However, it is possible to omit the formation of the light blocking member 23 on the assumption that light does not reach the light transmission prohibition region 68.
  • the polarization alignment functional element 57 is configured by a prism, but may be realized by other configurations such as a beam splitter mirror and a total reflection mirror.
  • the polarization alignment functional element 57 has a configuration in which the light transmission region 67 and the light transmission prohibition region 68 are arranged in a stripe pattern on the surface facing the rear fly-eye lens 55, that is, the incident surface. . 3A and 3B, the extending direction of the light transmission region 67 and the light transmission prohibition region 68 is shown as an X-axis direction, and the direction in which these are alternately arranged is shown as a Y-axis direction.
  • the prism 21, the polarization beam splitter 27, the reflection mirror 29, the light shielding member 23, and the half-wave plate 25 shown in FIG. 3B are each configured to extend in the depth direction of the drawing sheet. This corresponds to the extending direction of the light transmission region 67 and the light transmission prohibition region 68.
  • the light transmission region 67 of the polarization alignment functional element 57 has a width in the Y-axis direction that is extremely shorter than a width in the X-axis direction.
  • the deviation amount in the Y-axis direction is stricter than the deviation amount in the X-axis direction with respect to the allowable deviation amount of the light source constituting the light source device 1 with respect to the optical axis, that is, the Z-axis. .
  • the above problem can be solved by matching the center position of the light emission region on the Z axis. Does not occur.
  • Various methods can be adopted as the arrangement method. At this time, if the emission ends 3 (3m, 3n) of the optical fiber 2 (2m, 2n) are arranged along the Y-axis direction, the emission ends 3 (3m, 3n) of the optical fiber 2 (2m, 2n) are arranged.
  • the number of the emission ends 3 (3m, 3n) of the optical fiber 2 (2m, 2n) provided in the light source device 1 is two. However, as the number increases, the Z axis of the light emission region increases. Since the amount of misregistration with respect to is increased, there is a concern that the light utilization efficiency is lowered.
  • the emission ends 3 (3m, 3n) of the plurality of optical fibers 2 (2m, 2n) are arranged along the X-axis direction. .
  • light emitted from the exit ends 3 (3m, 3n) of the plurality of optical fibers 2 (2m, 2n) is incident on the light transmission prohibition region 68 of the polarization alignment functional element 57, thereby improving the light use efficiency. The situation of decline is prevented.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a method of arranging each exit end 3 when the number of exit ends 3 of the optical fiber 2 is increased.
  • FIG. 4A shows a case where the number of the emission ends 3 of the optical fiber 2 is two as in the above-described embodiment.
  • FIG. 4B shows a case where the number of exit ends 3 of the optical fiber 2 is three (3m, 3n, 3p).
  • the exit ends 3 are arranged along the X-axis direction, that is, along the longitudinal direction of the polarization beam splitter 27.
  • FIG. 4C shows an example of an arrangement method in the case where the number of exit ends 3 of the optical fiber 2 is eight, and there are four rows along the X-axis direction and two rows along the Y-axis direction. An exit end 3 of the optical fiber 2 is disposed.
  • FIG. 4D shows an example of an arrangement method in the case where the number of exit ends 3 of the optical fiber 2 is 16, and 5 or 6 rows along the X-axis direction and along the Y-axis direction. The exit ends 3 of the three rows of optical fibers 2 are arranged.
  • the allowable range of the positional deviation of the light emission region in the Y-axis direction is stricter than the allowable range of the positional deviation of the light emission region in the X-axis direction.
  • the exit end 3 (3m, 3n, 3p,...) Of the optical fiber 2 shown in FIGS. 4A to 4D is not only the core of the optical fiber but also a clad or, in some cases, a protective layer covering the clad. It is drawn as including. Also, as a matter of course, in FIGS. 4A to 4D, the diameters of the exit ends 3 of the optical fiber 2 are drawn to be the same, but this is for the convenience of drawing. Although related to the matters described later, the number of the emission ends 3 of the optical fiber 2 that can be arranged in the Y-axis direction is arranged in a square shape with the diameter of the optical fiber 2 (as shown in FIG. 4C). Depending on whether they are arranged or arranged in a triangular shape as shown in FIG.
  • the light source device 1 of the present invention has the exit ends 3 of the plurality of optical fibers 2, and at least the number along the X-axis direction, that is, the longitudinal direction of the polarization beam splitter 27 is the Y-axis direction, that is, polarized light.
  • the number of beam splitters 27 is larger than the number along the short direction. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in utilization efficiency due to light entering the light transmission prohibition region 68 of the polarization alignment functional element 57.
  • the light uniformizing means 50 has a pair of fly-eye lenses (53, 55) as in the above-described embodiment, all the light emitted from the light source device 1 is converted into the fly-eye lens (53, 55). There is an angle limit that can be captured in 55). More specifically, when the inclination and deviation amount of the light emission region with respect to the Z-axis increase, a situation occurs in which a part of the light emitted from the light emission region cannot be taken into the fly-eye lens (53, 55). In this case, part of the light emitted from the light emitting region cannot be used effectively, so that the light use efficiency is also lowered.
  • the allowable inclination and deviation amount with respect to the optical axis of the light emission region derived from the fly-eye lens (53, 55), and the direction of inclination and deviation depend exclusively on the shape of the fly-eye lens (53, 55). It does not matter whether the polarization beam splitter 27 is in the longitudinal direction or the transverse direction, that is, in the X-axis direction or the Y-axis direction.
  • the fly-eye lenses (53, 55) as an assembly of Koehler illumination lenses arranged in the vertical and horizontal directions are formed in a substantially square shape, and therefore the same distance in both the longitudinal direction and the short direction of the polarizing beam splitter 21.
  • the allowable deviation amount with respect to the optical axis of the light emission region for taking light into the fly-eye lens (53, 55) is light for preventing the light transmission prohibition region 68 of the polarization alignment functional element 57 from being irradiated with light. It is larger than the allowable deviation amount with respect to the optical axis of the radiation region.
  • the outermost position of the exit ends 3 (3m, 3n,%) Of the plurality of optical fibers 2 takes light into the fly-eye lens (53, 55).
  • the exit ends 3 (3m, 3n,%) Of the optical fiber 2 can be arranged side by side by a number within a range that is within the allowable deviation amount.
  • the outermost position of the exit ends 3 (3m, 3n,%) Of the plurality of optical fibers 2 is the light transmission prohibition region 68 of the polarization alignment function element 57.
  • the case where the light source device 1 forms a plurality of light emission regions by arranging the emission ends 3 of the plurality of optical fibers 2 is described.
  • the emission ends 3 of the plurality of optical fibers 2 are bundled.
  • a configuration configured as a fiber bundle, a configuration configured with a plurality of fiber bundles, and a configuration configured with a plurality of semiconductor laser elements can be arranged in the same manner.
  • this semiconductor laser element corresponds to a “light emitting region”.
  • the projector 10 may include the light source device 1.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating a case where the projector 10 is configured to project an image on the screen 80 using the three colors of light emitted from the light source devices (1r, 1g, 1b).
  • elements having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and r (red), g (green), and b (blue) signs according to corresponding colors. Is appended to the end.
  • the light source device 1r for red light source has a fiber bundle 81r composed of a plurality of optical fibers 2r and a collimating lens 5r.
  • the fiber bundle 81r is configured such that the exit ends 3r of the optical fibers 2r are aligned and bundled, and includes a plurality of light emission regions.
  • the light emitted from the light source device 1r is changed in light traveling direction by the mirror 83r, and then the light uniformizing means having the front fly-eye lens 53r, the rear fly-eye lens 55r, the polarization alignment functional element 57r, and the illumination lens 59r.
  • the two-dimensional light amplitude modulation element 73r is irradiated through 50r.
  • a transmissive two-dimensional light amplitude modulation element is used as the two-dimensional light amplitude modulation element (73r, 73g, 73b). Then, the transmitted light from each of the two-dimensional light amplitude modulation elements (73r, 73g, 73b) is synthesized through the dichroic prism 76 and projected onto the screen 80 by the projection lens 77.
  • each light source device (1r, 1g, 1b) is formed by bundling a plurality of optical fibers (2r, 2g, 2b).
  • the fiber bundle (81r, 81g, 81b) is provided, the emission end (3r, 3g, 3b) of each optical fiber is provided for each light source device (1r, 1g, 1b) according to the method described in the first embodiment. Be placed.
  • the emission ends 3r of the plurality of optical fibers 2r constituting the fiber bundle 81r are arranged along the longitudinal direction of the polarization beam splitter provided in the polarization alignment functional element 57r.
  • the emission ends 3g of the plurality of optical fibers 2g constituting the fiber bundle 81g are arranged along the longitudinal direction of the polarization beam splitter included in the polarization alignment functional element 57g, and the blue light source device 1g is used.
  • the emission ends 3b of the plurality of optical fibers 2b constituting the fiber bundle 81b are arranged along the longitudinal direction of the polarization beam splitter provided in the polarization alignment functional element 57b.
  • each fiber bundle (81r, 81g, 81b) is 3 or more, as illustrated in FIG.
  • 2b) may be disposed at the injection end (3r, 3g, 3b).
  • the light emitting region can be configured to include a plurality of single optical fibers or a plurality of semiconductor laser elements in addition to a plurality of fiber bundles.
  • an optical member such as a mirror (83r, 83g, 83b) for changing the traveling direction of light may be appropriately provided.
  • the optical axis is defined as the traveling direction of light from the light source device 1 (1r, 1g, 1b) toward the projector 10, and the optical axis at this time may be defined as the “Z axis”.

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Abstract

　プロジェクタ等の光学装置が複数の光源を具備した光源装置からの光を利用する場合において、光学装置側での光の利用効率を高めることのできる光源装置を実現する。本発明の光源装置は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む偏光整列機能素子（５７）を備えてなる光学装置に対して光を供給するための光源装置であって、複数の光放射領域（３ｍ、３ｎ）と、光放射領域からの光束を光学装置に適合する光束に変換するための変換光学系（５）とを有し、複数の光放射領域は、偏光ビームスプリッタの長手方向（Ｘ）に沿った数が、偏光ビームスプリッタの短手方向（Ｙ）に沿った数よりも多くなるように配置されている。

Description

光源装置、プロジェクタ
　本発明は、例えばプロジェクタ等の光学装置に対して利用可能な光源装置に関する。また、本発明は、この光源装置からの光を利用して画像を投影表示するプロジェクタに関する。
　従来、高輝度放電ランプを光源装置として用い、この光源装置からの光を利用して画像を投影表示するプロジェクタが存在する（例えば、特許文献１参照）。この従来のプロジェクタについて、図６を参照して説明する。図６は、従来のプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。従来のプロジェクタ９１は、高輝度放電ランプで構成された光源装置９０からの光を利用して、スクリーン８０上に画像を投影する構成である。以下に、より詳細な構成について説明する。
　高輝度放電ランプからなる光源装置９０からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなるコリメータ手段（図示を省略）の助けを借りるなどして、略平行な光束として、フライアイインテグレータを含む光均一化手段５０の入射端５１に入力され、射出端５２から出力される。ここで、図６に示す光均一化手段５０は、入射端５１側に配置される前段フライアイレンズ５３、射出端５２側に配置される後段フライアイレンズ５５、及び照明レンズ５９の組み合わせで構成される。前段フライアイレンズ５３及び後段フライアイレンズ５５は、共に同一焦点距離で同一形状の四角形のレンズが縦横それぞれに多数配置されることで構成されている。
　前段フライアイレンズ５３の各レンズと、それぞれの後段（射出端５２側）に配置された後段フライアイレンズ５５の対応する各レンズとは、ケーラー照明と呼ばれる光学系を構成している。すなわち、前段フライアイレンズ５３及び後段フライアイレンズ５５を構成する各レンズにより、ケーラー照明光学系が縦横に多数並んでいることになる。
　一般に、ケーラー照明光学系は２枚（一対）のレンズから構成され、前段レンズが光を集めて対象面を照明するに際し、前段レンズは、対象面に光源像を結像するのではなく、後段レンズ中央の面上に光源像を結像する。そして、後段レンズは、前段レンズの外形の四角形を対象面（照明したい面）に結像するよう配置されることで、対象面を均一に照明する。もし後段レンズが存在しなければ、光源が完全な点光源でなく有限の大きさを持つとき、その光源の大きさに依存して対象面の四角形の周囲部の照度が落ちるという現象が生じ得る。後段レンズは、かかる現象の発現を防止する目的で設けられており、後段レンズによって、光源の大きさに依存せずに、対象面の四角形の周囲部まで均一な照度にすることができる。
　ここで、図６に示す光学系の場合、光均一化手段５０には略平行光束が入力されることを基本としているため、前段フライアイレンズ５３と後段フライアイレンズ５５との間隔は、それらの焦点距離に等しくなるように配置される。つまり、ケーラー照明光学系としての均一照明の対象面の像は無限遠に生成される。ただし、後段フライアイレンズ５５の後段には照明レンズ５９が配置されているため、対象面は無限遠から照明レンズ５９の焦点面上に引き寄せられる。
　縦横に多数並んでいるケーラー照明光学系は、入射光軸６０に平行であり、それぞれの中心軸に対して略軸対称に光束が入力される。つまり、出力光束も略軸対称であるから、レンズ面に同じ角度で入射した光線は、レンズ面上の入射位置によらず焦点面上の同じ点に向かうよう屈折される、というレンズの性質、すなわちレンズのフーリエ変換作用により、全てのケーラー照明光学系の出力は照明レンズ５９の焦点面上の同じ対象面に結像される。この結果、前段フライアイレンズ５３の各レンズ面での照度分布が全て重ね合わされることで、ケーラー照明光学系が１個の場合よりも照度分布が更に均一化された１個の合成四角形の像が入射光軸６０上に形成される。
　そして、前記合成四角形の像の位置に二次元光振幅変調素子７３を配置することにより、射出端５２から出力された光によって、照明対象である二次元光振幅変調素子７３が照明される。ただし、照明に際しては、照明レンズ５９と二次元光振幅変調素子７３との間に偏光ビームスプリッタ７１を配置して、これにより光が二次元光振幅変調素子７３に向けて反射される構成としている。二次元光振幅変調素子７３は、映像信号に従って、画素毎に光の偏光方向を９０度回転させるか、又は回転させないように変調して反射することにより、回転させられた光のみが、偏光ビームスプリッタ７１を透過して投影レンズ７７に入射され、スクリーン８０上に画像を表示する。
　なお、図６に示す光学系の場合、二次元光振幅変調素子７３としては、一般にＬＣＯＳ（登録商標）（シリコン液晶デバイス）が使われることが多い。このような液晶デバイスの場合、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できない。このため、光の利用効率を向上させる観点から、一般的には、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させるが、規定の偏光方向に垂直な成分に対しては偏光方向を９０度回転させ、結果として全ての光を有効利用できるようにするための偏光整列機能素子５７が、例えば後段フライアイレンズ５５の後段に挿入される。また、二次元光振幅変調素子７３には略平行光が入射されるよう、例えばその直前にフィールドレンズ７５が挿入される。
　なお、二次元光振幅変調素子７３に関しては、図６に示すような反射型のものの他に、透過型の液晶デバイス（ＬＣＤ）をそれに適合する光学配置にして使用されることもある（例えば特許文献２参照）。
特開２００１－１４２１４１号公報 特開平１０－１３３３０３号公報
　本出願人は、プロジェクタ用の光源として、高輝度放電ランプに代えて半導体レーザからの光（レーザ光）を利用することを検討している。このとき、プロジェクタ用の光源装置として高い光出力を実現するためには、単一ではなく複数の半導体レーザの光を、直接、又は光ファイバを介して伝送した上で、プロジェクタに供給する必要が生じる。つまり、光源装置として複数の光源を具備する必要が生じるが、このとき本発明者の鋭意研究によれば、光源の数を増加するに伴って光の利用効率が低下する課題を見出した。
　本発明は、上記の課題に鑑み、プロジェクタ等の光学装置が複数の光源を具備した光源装置からの光を利用する場合において、光学装置側での光の利用効率を高めることのできる光源装置を実現することを目的とする。また、本発明は、このように光の利用効率の高い光学装置（プロジェクタ）を実現することを目的とする。
　本発明は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む偏光整列機能素子を備えてなる光学装置に対して光を供給するための光源装置であって、
　複数の光放射領域と、
　前記光放射領域からの光束を前記光学装置に適合する光束に変換するための変換光学系とを有し、
　前記複数の光放射領域は、前記偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った数よりも多くなるように配置されていることを特徴とする。
　偏光整列機能素子は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを有する構成であり、より詳細には、ＸＹＺの３軸を想定し、光源装置からの光が光学装置に対して入力される光入力部の光軸をＺ軸とした場合において、このＺ軸に対して垂直なＸＹ平面上において、短手方向（ここでは「Ｙ軸方向」とする。）に沿って光を通過させる領域と光の通過を禁止する領域とが交互に配置された構成である。ここでいう「短手方向」とは、偏光ビームスプリッタを構成する細長い形状の「長手方向」（ここでは「Ｘ軸方向」とする。）に対する垂直な方向を指しており、より詳細には、光源装置からの光が偏光整列機能素子の偏光ビームスプリッタによって反射される光の進行方向を指す。また、「長手方向」とは、光源装置からの光が光学装置に対して入力される光入力部の光軸の方向（ここでは「Ｚ軸方向」）と、光源装置からの光が偏光整列機能素子の偏光ビームスプリッタによって反射される光の進行方向の両方に垂直な方向に対応する。
　なお、ここでは、第１の方向と第２の方向が「垂直である」とは、両者が完全に９０°の関係を満たす場合は当然のこと、数°程度のずれを含んだ「実質的に垂直である」場合を含むものとする。
　光放射領域の位置が、光軸に対して前記短手方向に所定の距離以上ずれた場合、当該光源からの光の一部が、偏光整列機能素子上の光透過禁止領域に照射されてしまうことになり、光の利用効率が低下する。なお、偏光整列機能素子の構成の詳細な一例については、「発明を実施するための形態」の項において後述される。
　光放射領域が単独の場合には、光放射領域の中心位置を光学系の光軸上に一致させることで上記の問題は生じない。しかし、光放射領域を複数備える場合、この光放射領域の配置方法としては種々の方法が採用され得る。例えば２個の光放射領域を有する光源装置を考えた場合、この２個の光放射領域を偏光ビームスプリッタの短手方向に沿って並べることは、上述したように、光放射領域の位置が光軸に対して前記短手方向にずれることと同様の状態となる。
　これに対し、光軸に対して偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った光放射領域のずれは、偏光整列機能素子上での光の利用効率という意味では問題とならない。よって、上記のように例えば２個の光放射領域を有する光源装置を考えた場合、この２個の光放射領域を偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べることで、偏光整列機能素子上での光の利用効率が低下するという問題は生じない。
　光放射領域の数を増やすことは、光軸に対する光放射領域の位置のずれ量を増大させることを意味する。このずれ量の許容範囲が、偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った方向に比べて、偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った方向の方が大きい。このため、偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記長手方向に垂直な方向に沿った数よりも多くなるように複数の光放射領域を配置することで、光源装置としての光の利用効率の低下を抑制することができる。
　なお、前記光学装置が、ケーラー照明光学系を成すように一対のフライアイレンズが配置されて構成されるフライアイインテグレータを備える構成としてもよい。この場合、前記変換光学系は、前記光放射領域を遠方の像に変換する光学系として構成するものとしても構わない。
　また、前記光放射領域は、光源の発光領域として構成しても構わないし、光源からの光が入射端から入力される光ファイバの射出端として構成しても構わない。前者の場合、光源装置が備える光源としては、例えば複数の半導体レーザ素子が配置され、これらの素子から放射されるレーザ光が変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成とすることができる。また、後者の場合、光源装置が備える光源としては、例えば複数の半導体レーザ素子からの放射光が複数の光ファイバを介して伝送され、この複数の光ファイバの射出端より放射される光が、変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成とすることができる。なお、後者の場合、所定の数の光ファイバが束ねられて構成されるファイババンドルを複数備え、各ファイババンドルの射出端より放射される光が、変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成としても構わない。
　また、上述した光源装置からの光が供給される前記光学装置を、プロジェクタとすることができる。
　本発明の光源装置によれば、偏光整列機能素子を有する光学装置に光を供給する場合において、この偏光整列機能素子が有する特有の性質を考慮して複数の光放射領域が配置されているため、偏光整列機能素子上での光の利用効率の低下を招くことがなく、高い光の利用効率を実現することができる。
本発明の光源装置及びプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。 光源装置及びプロジェクタの一部を構成する光均一化手段を抜き出して模式的に図示した平面図である。 光源装置及びプロジェクタの一部を構成する光均一化手段を抜き出して模式的に図示した斜視図である。 偏光整列機能素子を模式的に図示した平面図である。 偏光整列機能素子を模式的に図示した断面図である。 光源装置が備えるファイババンドルの数が増えた場合のファイババンドルの配置方法の一例を示す模式図である。 本発明の光源装置及びプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。 従来のプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。
　［第１実施形態］
　図１は、光学装置の第１実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。なお、図６に示す要素と同一の要素に対しては同一の符号を付し、その説明を簡素化又は省略する。
　図１には、光学装置の一実施形態としてのプロジェクタ１０、及びこのプロジェクタ１０に対して光を供給するための光源装置１を図示している。プロジェクタ１０は、光源装置１からの光を利用してスクリーン８０上に画像を投影する。プロジェクタ１０の構成は、図６に示すプロジェクタ９１の構成と同様である。
　本実施形態では、光源装置１が、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）と、この射出端３（３ｍ，３ｎ）から出力される光束を略平行光に変換するコリメートレンズ５を備える。この光ファイバの射出端３（３ｍ，３ｎ）が「光放射領域」に対応し、コリメートレンズ５が「変換光学系」に対応する。すなわち、コリメートレンズ５によって、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）が、遠方の像、好ましくは略無限遠の像に変換される。なお、図１において、射出端３ｍは光ファイバ２ｍの射出端を指し、射出端３ｎは光ファイバ２ｎの射出端を指している。また、図１以下の図において、各光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）に関しては、射出端３（３ｍ，３ｎ）の近傍箇所のみを図示しており、他の箇所は点線を付すことで図示を省略していることを示している。
　なお、図示は省略するが、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）それぞれの入射端に対し、１個または複数個の半導体レーザ素子から発せられた光束を、集光レンズを介して集光することにより、光ファイバの射出端３（３ｍ，３ｎ）を光放射領域とすることができる。この場合、これらの半導体レーザ素子や集光レンズを含んで構成された、光ファイバそれぞれの入射端に光を入射する光学系も、本発明の光源装置１の一部とすることができる。
　上述したように、二次元光振幅変調素子７３として一般的に用いられる液晶デバイスは、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できない。このため、光の利用効率を向上させる観点から、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させる一方、規定の偏光方向に垂直な成分に対しては偏光方向を９０度回転させることで、全ての光を有効利用させるための偏光整列機能素子５７が、光均一化手段５０に設けられている。この偏光整列機能素子５７は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む。本実施形態において、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の各射出端３（３ｍ，３ｎ）は、この偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べられている。この内容につき、図２Ａ以下の図面も参照して説明する。
　図２Ａは、図１から光源装置１及び光均一化手段５０のみを取り出して模式的に図示した平面図である。図２Ｂは、図１から光源装置１及び光均一化手段５０のみを取り出して模式的に図示した斜視図である。図３Ａは、偏光整列機能素子５７を模式的に図示した平面図であり、図３Ｂは偏光整列機能素子５７を模式的に図示した断面図である。
　まず、図３Ａ及び図３Ｂを参照して偏光整列機能素子５７の構成について説明する。光源装置１からの光がプロジェクタ１０（光均一化手段５０）に対して入力される光入力部の光軸の方向をＺ軸とした場合に、偏光整列機能素子５７は、このＺ軸に対して垂直な平面、すなわちＸＹ平面上において、細長い形状（ストライプ形状）を有する光透過領域６７と光透過禁止領域６８が交互に配列された構成を示す。ここでは、光透過領域６７及び光透過禁止領域６８それぞれの長手方向に平行な方向をＸ軸とし、光透過領域６７及び光透過禁止領域６８が交互に配列される方向をＹ軸とする。
　偏光整列機能素子５７は、より詳細にはＸ軸方向に延伸する複数のプリズム２１がＹ軸方向に沿って並べられることで構成されている。各プリズム２１は、隣接するプリズム２１との境界面のうち、一方のプリズム２１との境界面には偏光ビームスプリッタ２７が形成され、他方のプリズム２１との境界面には反射ミラー２９が形成されている。また、複数のプリズム２１のうち、一部のプリズム２１には、後段フライアイレンズ５５に対向する面に遮光部材２３が施されている。図３Ｂでは、隣接するプリズム２１のうちの一方のプリズム２１に遮光部材２３を施す構成としている。そして、この遮光部材２３が施されていないプリズム２１に対しては、照明レンズ５９に対向する面に１／２波長板２５が施されている。
　偏光整列機能素子５７は、光源装置１側から、より詳細には後段フライアイレンズ５５から入射される光の偏光方向を、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の何れか一方のみの偏光成分に揃えて射出させるためのものである。より具体的には、偏光整列機能素子５７は、プリズム２１、偏光ビームスプリッタ２７、反射ミラー２９、遮光部材２３、及び１／２波長板２５を後段フライアイレンズ５５に対応させて各々をストライプ状に配設させたものである。例えば、偏光整列機能素子５７によってＹ軸方向の偏光成分の光を取り出す場合、後段フライアイレンズ５５から射出された光のうち、Ｙ軸方向の偏光成分は偏光ビームスプリッタ２７をそのまま透過させ、Ｘ軸方向の偏光成分は、偏光ビームスプリッタ２７及び反射ミラー２９で反射させた後、１／２波長板２５で９０°回転させてＹ軸方向の偏光成分に変換する。これにより、後段フライアイレンズ５５から射出された光を全てＹ軸方向の偏光成分に揃えることができる。
　なお、後段フライアイレンズ５５から射出された光の偏光方向を揃えるためには、偏光ビームスプリッタ２７を通過させるか、偏光ビームスプリッタ２７にて反射させる必要があるため、本実施形態においては、偏光ビームスプリッタ２７に届かない箇所に光が進入しないように、偏光整列機能素子５７には遮光部材２３が設けられている。
　図３Ａは、偏光整列機能素子５７を後段フライアイレンズ５５側から光の進行方向（Ｚ軸方向）に見たときの平面図に対応する。つまり、偏光整列機能素子５７を構成するプリズム２１の、後段フライアイレンズ５５との対向面のうち、設計上の、光が入射すべき箇所が光透過領域６７を構成し、本来、光が入射すべきでない箇所は、これを通過した光は正規の画像表示の妨げとなる無効領域であるため、この箇所には遮光部材２３が形成されて光透過禁止領域６８となる。ただし、この光透過禁止領域６８に光を到達させないことを前提に、遮光部材２３の形成を省略することも可能である。なお、図においては、偏光整列機能素子５７をプリズムによって構成する場合を示したが、ビームスプリッタミラーと全反射ミラーによって構成する等、他の構成で実現しても構わない。
　以上のように、偏光整列機能素子５７は、後段フライアイレンズ５５に対向する側の面、すなわち入射面において、光透過領域６７と光透過禁止領域６８がストライプ状に配設された構成である。図３Ａ及び図３Ｂでは、これらの光透過領域６７と光透過禁止領域６８の延伸方向をＸ軸方向とし、これらが交互に並べられた方向をＹ軸方向として図示している。なお、図３Ｂに示すプリズム２１、偏光ビームスプリッタ２７、反射ミラー２９、遮光部材２３、及び１／２波長板２５は、それぞれ紙面奥行き方向に延伸する構成であり、この延伸方向、すなわち長手方向が、光透過領域６７及び光透過禁止領域６８の延伸方向に対応する。
　光源装置１から放射され、後段フライアイレンズ５５を通過した光のうち、一部の光が偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に入射されると、この光は後段の光学系に進行しないこととなるため、光の利用効率が低下する。このため、光の利用効率を高める観点からは、後段フライアイレンズ５５を通過した光のうち、できるだけ多くの光、好ましくは全ての光を偏光整列機能素子５７の光透過領域６７に入射させることが要求される。ここで、図３Ａに示すように、偏光整列機能素子５７の光透過領域６７は、Ｙ軸方向に係る幅が、Ｘ軸方向に係る幅よりも極めて短い。このことは、光源装置１を構成する光源の、光軸すなわちＺ軸に対する許容ずれ量に関して、Ｘ軸方向に係るずれ量よりもＹ軸方向に係るずれ量の方が厳格であることを意味する。
　光源装置１が単独の光放射領域（本実施形態では光ファイバ２の射出端３に対応）を備える場合には、この光放射領域の中心位置をＺ軸上に一致させることで上記の問題は生じない。しかし、本実施形態のように、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）を有する場合、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の各射出端３（３ｍ，３ｎ）の配置方法としては種々の方法が採用され得る。このとき、仮に光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）をＹ軸方向に沿って並べた場合には、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）によって構成される光放射領域の位置がＺ軸（光軸）に対してＹ軸方向にずれることと同様の状態となる。このため、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）の光射出面の面積によっては、光射出面の一部の箇所から射出された光が、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に入射されて、光の利用効率が低下する可能性がある。本実施形態では、光源装置１が備える光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）の数を２個としているが、この数が増えれば増えるほど、光放射領域のＺ軸を基準とした位置ずれ量が増大するため、光の利用効率が低下することが懸念される。
　そこで、本実施形態では、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに示すように、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）を、Ｘ軸方向に沿って並べている。これにより、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）から射出された光が偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に入射されることで光の利用効率が低下する事態を防止している。
　図４は、光ファイバ２の射出端３の数が増えた場合の各射出端３の配置方法の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、上述した実施形態と同様に、光ファイバ２の射出端３の数が２つである場合を示している。図４（ｂ）は、光ファイバ２の射出端３の数が３つである場合（３ｍ，３ｎ，３ｐ）を示している。いずれの場合も、Ｘ軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ２７の長手方向に沿って各射出端３が並べられている。
　図４（ｃ）は、光ファイバ２の射出端３の数が８つである場合の配置方法の一例を示しており、Ｘ軸方向に沿って４列、Ｙ軸方向に沿って２列の光ファイバ２の射出端３を配置している。図４（ｄ）は、光ファイバ２の射出端３の数が１６個である場合の配置方法の一例を示しており、Ｘ軸方向に沿って５列又は６列、Ｙ軸方向に沿って３列の光ファイバ２の射出端３を配置している。上述したように、Ｙ軸方向に係る光放射領域の位置ずれの許容範囲は、Ｘ軸方向に係る光放射領域の位置ずれの許容範囲よりも厳格であるため、Ｙ軸方向に沿って配置する光ファイバ２の射出端３の数をＸ軸方向よりも少なくすることで、光ファイバ２の射出端３の数が増えた場合においても、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光が入射されることによる利用効率の低下を防止している。
　なお、図４の（ａ）～（ｄ）の光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，３ｐ，…）は、光ファイバのコアのみならずクラッドや、場合によってはクラッドを被覆する保護層をも含むものとして描いてある。また当然ながら、図４の（ａ）～（ｄ）においては、光ファイバ２の各射出端３の直径を同一に描いてあるが、これは描画上の都合によるものである。なお、後述の事項とも関連するが、Ｙ軸方向に並べることが可能な光ファイバ２の射出端３の個数は、光ファイバ２の直径と並べ方（図４（ｃ）のように４角形状に並べるか、図４（ｄ）のように３角形状に並べるか）に依存する。
　以上のように、本発明の光源装置１は複数の光ファイバ２の射出端３を有し、少なくともＸ軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ２７の長手方向に沿った数が、Ｙ軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ２７の短手方向に沿った数よりも多くなるように配置する構成である。これによって、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光が入射されることによる利用効率の低下が防止できる。
　なお、上述した実施形態のように、光均一化手段５０が一対のフライアイレンズ（５３，５５）を備える構成である場合、光源装置１から放射された光の全てをフライアイレンズ（５３，５５）に取り込むことのできる角度制限が存在する。より詳細には、光放射領域のＺ軸に対する傾き及びずれ量が大きくなると、光放射領域から放射された光の一部がフライアイレンズ（５３，５５）に取り込めなくなる事態が発生する。この場合、光放射領域からの射出光の一部が有効に利用できなくなるため、やはり光の利用効率が低下してしまう。
　ただし、このフライアイレンズ（５３，５５）に由来した光放射領域の光軸に対する許容傾き及びずれ量、並びに傾き及びずれの方向は、専らフライアイレンズ（５３，５５）の形状に依存し、偏光ビームスプリッタ２７の長手方向か短手方向か、すなわちＸ軸方向かＹ軸方向かは問わない。通常、縦横に並んだケーラー照明レンズの集合体としてのフライアイレンズ（５３，５５）は、略正方形状で構成されるため、偏光ビームスプリッタ２１の長手方向と短手方向に関して、共に同一の距離以上光軸からずれた場合には、光の利用効率が低下する。そして、このフライアイレンズ（５３，５５）に光を取り込むための、光放射領域の光軸に対する許容ずれ量は、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光を照射させないための、光放射領域の光軸に対する許容ずれ量よりも大きい。
　よって、偏光ビームスプリッタ２１の長手方向に沿った方向に関しては、複数の光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）の最も外側の位置がフライアイレンズ（５３，５５）に光を取り込むことのできる許容ずれ量以内となる範囲内の数だけ、光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）を並べて配置することができる。他方、偏光ビームスプリッタ２１の短手方向に沿った方向に関しては、複数の光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）の最も外側の位置が偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光を照射させないための光軸に対する許容ずれ量以内となる範囲内の数だけしか、光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）を並べて配置することができず、この数は偏光ビームスプリッタ２１の長手方向に沿って並べられる数よりも少なくなる。ただし、これは光ファイバ２の各射出端３（３ｍ，３ｎ，…）それぞれの大きさが均一、且つ各射出端から射出される光の拡がり角度分布が光軸に対して軸対称である場合を想定している。
　なお、上述の実施形態では、光源装置１が、複数の光ファイバ２の射出端３を並べて複数の光放射領域を構成する場合について説明したが、複数の光ファイバ２の射出端３を束ねてファイババンドルとして構成されたもの、複数のファイババンドルを備えて構成されたもの、複数の半導体レーザ素子を備えて構成されたものにおいても同様の方法で配置させることができる。複数の半導体レーザ素子を備える構成の場合、この半導体レーザ素子が「光放射領域」に対応する。
　また、図１では、光源装置１とプロジェクタ１０が離間して配置される構成について図示しているが、プロジェクタ１０内に光源装置１が含まれる構成であっても構わない。
　　［第２実施形態］
　図５は、プロジェクタ１０が光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）から放射される３色の光を利用してスクリーン８０上に画像を投影する構成である場合を模式的に示すブロック図である。なお、図５において、図１と同一の機能を示す要素に対しては同一の符号を用いた上で、対応する色に応じてｒ（赤色），ｇ（緑色），ｂ（青色）の符号を末尾に付記して記載している。
　赤色光源用の光源装置１ｒは、複数本の光ファイバ２ｒからなるファイババンドル８１ｒとコリメートレンズ５ｒを有する。ファイババンドル８１ｒは、各光ファイバ２ｒの射出端３ｒが揃えて束ねられており、複数の光放射領域を備えた構成となっている。光源装置１ｒからの射出光は、ミラー８３ｒによって光の進行方向が変えられた後、前段フライアイレンズ５３ｒ、後段フライアイレンズ５５ｒ、偏光整列機能素子５７ｒ、及び照明レンズ５９ｒを有する光均一化手段５０ｒを介して、二次元光振幅変調素子７３ｒに照射される。緑色光源用の光源装置１ｇからの射出光、青色光源用の光源装置１ｂからの射出光についても同様である。なお、図５では、二次元光振幅変調素子（７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ）として、透過型の二次元光振幅変調素子を用いている。そして、各二次元光振幅変調素子（７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ）からの透過光が、ダイクロイックプリズム７６を介して３色合成され、投影レンズ７７によってスクリーン８０上に投影される。
　このように、色毎に複数の光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）を備える場合において、各光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）が複数の光ファイバ（２ｒ，２ｇ，２ｂ）が束ねられてなるファイババンドル（８１ｒ，８１ｇ，８１ｂ）を備える場合には、光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）毎に第１実施形態で上述した方法に従って、各光ファイバの射出端（３ｒ，３ｇ，３ｂ）が配置される。例えば、赤色用の光源装置１ｒにおいては、ファイババンドル８１ｒを構成する複数の光ファイバ２ｒの各射出端３ｒを、偏光整列機能素子５７ｒが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べる。同様に、緑色用の光源装置１ｇにおいては、ファイババンドル８１ｇを構成する複数の光ファイバ２ｇの各射出端３ｇを、偏光整列機能素子５７ｇが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べ、青色用の光源装置１ｂにおいては、ファイババンドル８１ｂを構成する複数の光ファイバ２ｂの各射出端３ｂを、偏光整列機能素子５７ｂが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べる。これにより、全ての色の光について、偏光整列機能素子（５７ｒ，５７ｇ，５７ｂ）が備える光透過禁止領域に光が照射されることが防止でき、光の利用効率が高められる。
　なお、各ファイババンドル（８１ｒ，８１ｇ，８１ｂ）を構成するバンドルされた光ファイバ（２ｒ，２ｇ，２ｂ）の数が３以上の場合においては、図４に例示したように、対応した色の偏光ビームスプリッタ２７（２７ｒ，２７ｇ，２７ｂ）の長手方向に沿った数が、偏光ビームスプリッタ２７（２７ｒ，２７ｇ，２７ｂ）の短手方向に沿った数よりも多くなるように光ファイバ（２ｒ，２ｇ，２ｂ）の射出端（３ｒ，３ｇ，３ｂ）を配置すればよい。
　また、本実施形態においても、光放射領域を、複数のファイババンドルの他、単一の光ファイバを複数備えた構成や、複数の半導体レーザ素子を備えた構成とすることができる。
　［別実施形態］
　上述した第２実施形態に示すように、光の進行方向を変化させるためのミラー（８３ｒ，８３ｇ，８３ｂ）等の光学部材を適宜備える構成として構わない。この場合、光軸とは、光源装置１（１ｒ，１ｇ，１ｂ）からプロジェクタ１０に向かう光の進行方向と定義され、このときの光軸を「Ｚ軸」と規定すればよい。
　　　　１（１ｒ，１ｇ，１ｂ）　　　：　　光源装置
　　　　２（２ｒ，２ｇ，２ｂ，２ｍ，２ｎ）　　　：　　光ファイバ
　　　　３（３ｒ，３ｇ，３ｂ，３ｍ，３ｎ，３ｐ）　　　：　　光ファイバの射出端
　　　　５（５ｒ，５ｇ，５ｂ）　　　：　　コリメートレンズ
　　　１０　　　：　　プロジェクタ
　　　２１　　　：　　プリズム
　　　２３　　　：　　遮光部材
　　　２５　　　：　　１／２波長板
　　　２７　　　：　　偏光ビームスプリッタ
　　　２９　　　：　　反射ミラー
　　　５０（５０ｒ，５０ｇ，５０ｂ）　　　：　　光均一化手段
　　　５１　　　：　　光均一化手段の入射端
　　　５２　　　：　　光均一化手段の射出端
　　　５３（５３ｒ，５３ｇ，５３ｂ）　　　：　　前段フライアイレンズ
　　　５５（５５ｒ，５５ｇ，５５ｂ）　　　：　　後段フライアイレンズ
　　　５７（５７ｒ，５７ｇ，５７ｂ）　　　：　　偏光整列機能素子
　　　５９（５９ｒ，５９ｇ，５９ｂ）　　　：　　照明レンズ
　　　６０　　　：　　入射光軸
　　　６７　　　：　　光透過領域
　　　６８　　　：　　光透過禁止領域
　　　７１　　　：　　偏光ビームスプリッタ
　　　７３（７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ）　　　：　　二次元光振幅変調素子
　　　７５　　　：　　フィールドレンズ
　　　７６　　　：　　ダイクロイックプリズム
　　　７７　　　：　　投影レンズ
　　　８０　　　：　　スクリーン
　　　８１ｒ，８１ｇ，８１ｂ　　　：　　ファイババンドル
　　　８３ｒ，８３ｇ，８３ｂ　　　：　　ミラー
　　　９０　　　：　　従来のプロジェクタが備える光源装置
　　　９１　　　：　　従来のプロジェクタ

Claims (5)

  1. 　細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む偏光整列機能素子を備えてなる光学装置に対して光を供給するための光源装置であって、
    　複数の光放射領域と、
    　前記光放射領域からの光束を前記光学装置に適合する光束に変換するための変換光学系とを有し、
    　前記複数の光放射領域は、前記偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った数よりも多くなるように配置されていることを特徴とする光源装置。
  2. 　前記光学装置は、ケーラー照明光学系を成すように一対のフライアイレンズが配置されて構成されるフライアイインテグレータを備えており、
    　前記変換光学系は、前記光放射領域を遠方の像に変換する光学系であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 　前記光放射領域が、光源の発光領域、又は光源からの光が入射端から入力される光ファイバの射出端であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
  4. 　前記光学装置がプロジェクタであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光源装置。
  5. 　請求項４に記載の光源装置からの光を利用して画像を投影表示するプロジェクタ。
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