(57)【要約】  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収束し、複数の収束位置（Ｐ１、Ｐ２）を規定する第１レンズ部（１２０）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（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。
2012053167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−０４５６０５号公報
【特許文献２】特開平１０−２９３５４５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０７９５号公報
【特許文献４】特開２００３−３１８７２号公報
【発明の概要】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る光合波装置の概略図である。
【図２】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。
【図３】第２実施形態に係る光合波装置の概略図である。
【図４】第３実施形態に係る光合波装置の概略図である。
【図５】第４実施形態に係る光合波装置の概略図である。
【図６】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７】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。
【図８】第５実施形態に係る光合波装置の概略図である。
【図９】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。
【図１０】第６実施形態に係る光合波装置の概略図である。
【図１１】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１２】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。
【図１３】第７実施形態に係る光合波装置の概略図である。
【図１４】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。
【図１５】第８実施形態に係るプロジェクタの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（数１）
Ｄ＝ｆｓｉｎθ
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
＜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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
＜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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
＜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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
＜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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
＜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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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）。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
＜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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
＜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。
【０１００】
（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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
（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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
上述された実施形態は、以下の特徴を主に備える。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
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。
【図１】
2012053167.tif 000003
【図２】
2012053167.tif 000004
【図３】
2012053167.tif 000005
【図４】
2012053167.tif 000006
【図５】
2012053167.tif 000007
【図６】
2012053167.tif 000008
【図７】
2012053167.tif 000009
【図８】
2012053167.tif 000010
【図９】
2012053167.tif 000011
【図１０】
2012053167.tif 000012
【図１１】
2012053167.tif 000013
【図１２】
2012053167.tif 000014
【図１３】
2012053167.tif 000015
【図１４】
2012053167.tif 000016
【図１５】
2012053167.tif 000017
【国際調査報告】
2012053167.tif 000018
2012053167.tif 000019
2012053167.tif 000020
2012053167.tif 000021