(57)【要約】【課題】  半導体レーザやその他のレーザの光、あるいはレーザ光を波長変換するなどして生成した、コヒーレント光を投射した場合に不可避的に現れる、スペックルによって投射される光の均一性が劣化する問題の回避を達成したコヒーレント光源装置およびプロジェクタを提供すること。【解決手段】  コヒーレント光源によって形成される光放射領域と、入射端に入射される光放射領域からの光束の光線の角度と位置の成分の混合を行って射出端から射出する光混合手段と、を有し、光混合手段は、光反射性側面に囲まれた空間に光を閉じ込めて入射端から射出端まで伝播させる導波路であって、光反射性側面は、少なくとも１個の平面四角形でない面を含み、かつ光混合手段における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な光反射性側面の断面のなかに、その形状が、射出端の形状に対して相似平行移動の関係に無いものを含む【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光源（Ｓｃ）によって形成される光放射領域（Ｇｓ）と、入射端（Ｐｍｉ）に入射される前記光放射領域（Ｇｓ）からの光束の光線の角度と位置の成分の混合を行って射出端（Ｐｍｏ）から射出する光混合手段（Ｆｍ）と、を有し、前記光混合手段（Ｆｍ）は、光反射性側面に囲まれた空間に光を閉じ込めて前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで伝播させる導波路であって、前記光反射性側面は、少なくとも１個の平面四角形でない面を含み、かつ前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面のなかに、その形状が、前記射出端（Ｐｍｏ）の形状に対して相似平行移動の関係に無いものを含むことを特徴とするコヒーレント光源装置。
【請求項２】
前記射出端（Ｐｍｏ）の形状は長方形であることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光源装置。
【請求項３】
前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状が、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、連続的に変形していることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光源装置。
【請求項４】
前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状は互いに概略相似形であり、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、連続的に回転していることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光源装置。
【請求項５】
前記光混合手段（Ｆｍ）の前記した光反射性側面に囲まれた空間は、底面の形状が異なる、少なくとも２個の柱体（Ｆｂ１，Ｆｂ２）を、その底面同士が対向するように並べたものであって、隣接する前記柱体（Ｆｂ１，Ｆｂ２）の対向する２個の底面（Ｐｂ１，Ｐｂ２）については、前記射出端（Ｐｍｏ）の側の前記柱体（Ｆｂ２）の前記底面（Ｐｂ２）が、前記入射端（Ｐｍｉ）の側の前記柱体（Ｆｂ１）の前記底面（Ｐｂ１）を包含していることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光源装置。
【請求項６】
前記した光反射性側面に囲まれた空間は、周囲の空間よりも屈折率の高い光透過性媒質の充実体であり、前記光反射性側面は前記充実体と周囲の空間との界面であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のコヒーレント光源装置。
【請求項７】
前記光反射性側面はミラーの反射面であり、前記した光反射性側面に囲まれた空間は、中空であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のコヒーレント光源装置。
【請求項８】
前記光放射領域（Ｇｓ）と、前記入射端（Ｐｍｉ）との間に光束整合光学系（Ｅｕ）を設け、前記光放射領域（Ｇｓ）は、複数の、または分布する放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）から構成され、かつ前記光放射領域（Ｇｓ）の各放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）を形成する光束の主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は、前記光束整合光学系（Ｅｕ）を通過後においては、互いに略平行となるようにすることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のコヒーレント光源装置。
【請求項９】
前記光放射領域（Ｇｓ）と、前記入射端（Ｐｍｉ）との間に光束整合光学系（Ｅｕ）を設け、前記光放射領域（Ｇｓ）は、複数の、または分布する放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）から構成され、かつ前記光放射領域（Ｇｓ）の各放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）を形成する光束の主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は、前記光束整合光学系（Ｅｕ）を通過後においては、前記光放射領域（Ｇｓ）からの光束を受けて前記光束整合光学系（Ｅｕ）によって前記入射端（Ｐｍｉ）に投影される整合光放射領域（Ｇｆ）の中心の近傍を通過するようにすることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のコヒーレント光源装置。
【請求項１０】
前記光放射領域（Ｇｓ）を、コヒーレント光源（Ｓｃ）の光が入射端から入力される光ファイバ（Ｆｂ）の射出端（Ｐｔｏ）によって形成することを特徴とする請求項８または９に記載のコヒーレント光源装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載のコヒーレント光源装置を利用して画像を投影表示するプロジェクタであって、光均一化手段が前記光混合手段（Ｆｍ）を兼ね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、例えば、プロジェクタなどの光学装置において使用可能な、レーザなどのコヒーレント光源を用いたコヒーレント光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＤＬＰ(TM)プロジェクタや液晶プロジェクタのような画像表示用のプロジェクタや、フォトマスク露光装置においては、これまで、キセノンランプや超高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）が使用されてきた。
一例として、図１９にプロジェクタの原理図を示す（参考：特開２００４−２５２１１２号など）。
【０００３】
前記したように、高輝度放電ランプ等からなる光源（ＳｊＡ）からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなる集光手段（図示を省略）の助けを借りるなどして、光均一化手段（ＦｍＡ）の入射端（ＰｍｉＡ）に入力され、射出端（ＰｍｏＡ）から出力される。ここで、前記光均一化手段（ＦｍＡ）として、例えば、光ガイドを使うことができ、これは、ロッドインテグレータ、ライトトンネルなどの名称でも呼ばれており、ガラスや樹脂などの光透過性の材料からなる角柱によって構成され、前記入射端（ＰｍｉＡ）に入力された光は、光ファイバと同じ原理に従って、前記光均一化手段（ＦｍＡ）の側面で全反射を繰り返しながら、前記光均一化手段（ＦｍＡ）の中を伝播することにより、仮に前記入射端（ＰｍｉＡ）に入力された光の分布にムラがあったとしても、前記射出端（ＰｍｏＡ）上の照度が十分に均一化されるように機能する。
【０００４】
なお、いま述べた光ガイドに関しては、前記した、ガラスや樹脂などの光透過性の材料からなる角柱によって構成されるものの他に、中空の角筒で、その内面が反射鏡になっており、同様に内面で反射を繰り返しながら光を伝播させ、同様の機能を果たすものもある。
【０００５】
前記射出端（ＰｍｏＡ）の四角形の像が、２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）上に結像されるよう、照明レンズ（Ｅｊ１Ａ）を配置することにより、前記射出端（ＰｍｏＡ）から出力された光によって前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）が照明される。ただし、図１９においては、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ａ）と前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）との間にミラー（ＭｊＡ）を配置してある。そして前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）は、映像信号に従って、画素毎に光を投影レンズ（Ｅｊ２Ａ）に入射される方向に向かわせる、あるいは入射されない方向に向かわせるように変調することにより、スクリーン（Ｔｊ）上に画像を表示する。
【０００６】
なお、前記したような２次元光振幅変調素子は、ライトバルブと呼ばれることもあり、図１９の光学系の場合は、前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）として、一般にＤＭＤ(TM)（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）が使われることが多い。
【０００７】
光均一化手段に関しては、前記した光ガイドの他に、フライアイインテグレータという名称で呼ばれるものもあり、この光均一化手段を使ったプロジェクタについて、一例として、図２０に原理図を示す（参考：特開２００１−１４２１４１号など）。
【０００８】
高輝度放電ランプ等からなる光源（ＳｊＢ）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、略平行光束として、フライアイインテグレータによる光均一化手段（ＦｍＢ）の入射端（ＰｍｉＢ）に入力され、射出端（ＰｍｏＢ）から出力される。ここで、前記光均一化手段（ＦｍＢ）は、入射側の前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）と射出側の後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）と照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）の組合せで構成される。前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）、前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）ともに、同一焦点距離、同一形状の四角形のレンズを、縦横それぞれに多数並べたものとして形成されている。
【０００９】
前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）の各レンズと、それぞれの後段にある、前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）の対応するレンズとは、ケーラー照明と呼ばれる光学系を構成しており、したがって、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とは、２枚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し、後段レンズが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することにより、対象面を均一に照明するものである。後段レンズの働きは、もしこれが無い場合は、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現象を防ぐためで、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。
【００１０】
ここで、図２０の光学系の場合、前記光均一化手段（ＦｍＢ）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、前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）と前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）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、よって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、前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）の後段には、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）を配置してあるため、対象面は、無限遠から前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）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（ＺｉＢ）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ため、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、即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、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）の焦点面上の同じ対象面に結像される。
【００１１】
その結果、前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）の各レンズ面での照度分布が全て重ね合わされ、よって、ケーラー照明光学系が１個の場合よりも照度分布がより均一となった、１個の合成四角形の像が、前記入射光軸（ＺｉＢ）上に形成されることになる。前記合成四角形の像の位置に２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）を配置することにより、前記射出端（ＰｍｏＢ）から出力された光によって、照明対象である前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）が照明される。ただし、照明に際しては、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）と前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）との間に偏光ビームスプリッタ（ＭｊＢ）を配置して、これにより光が前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）に向けて反射されるようにしてある。そして前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）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、あるい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、前記偏光ビームスプリッタ（ＭｊＢ）を透過して投影レンズ（Ｅｊ３Ｂ）に入射され、スクリーン（Ｔｊ）上に画像を表示する。
【００１２】
なお、図２０の光学系の場合、前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）として、一般にＬＣＯＳ(TM)（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ため、普通は、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のみ偏光方向を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（ＰｃＢ）が、例えば前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）の後段に挿入される。また、前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）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（Ｅｊ２Ｂ）が挿入される。
【００１３】
なお、２次元光振幅変調素子に関しては、図２０に記載したような反射型のものの他に、透過型の液晶デバイス（ＬＣＤ）も、それに適合する光学配置にして使用される（参考：特開平１０−１３３３０３号など）。
【００１４】
ところで、通常のプロジェクタでは、画像をカラー表示するために、例えば、前記光均一化手段の後段にカラーホイールなどの動的色フィルタを配置して、Ｒ・Ｇ・Ｂ（赤および緑、青）の色順次光束として前記２次元光振幅変調素子を照明し、時分割によってカラー表示を実現したり、あるいは、前記光均一化手段の後段にダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置してＲ・Ｇ・Ｂの３原色に色分解した光で各色独立に設けた２次元光振幅変調素子を照明し、Ｒ・Ｇ・Ｂの３原色の変調光束の色合成を行うためのダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置したりするが、複雑になることを避けるため、図１９、図２０においては省略してある。
【００１５】
しかしながら、前記した高輝度放電ランプは、投入電力から光パワーへの変換効率が低い、すなわち発熱損が大きい、あるいは寿命が短い、などの欠点を有していた。これらの欠点を克服した代替光源として、近年、ＬＥＤや半導体レーザ等の固体光源が注目されている。このうち、ＬＥＤについては、放電ランプと比較して発熱損が小さく、また長寿命であるが、放射される光に関しては、放電ランプと同様に指向性が無いため、前記したプロジェクタや露光装置等の、特定の方向の光のみが利用可能な用途においては、光の利用効率が低いという問題があった。
【００１６】
一方、半導体レーザについては、ＬＥＤと同様に、発熱損が小さく、長寿命である上に、指向性が高いため、前記したプロジェクタや露光装置等の、特定の方向の光のみが利用可能な用途においても、光の利用効率が高いという利点がある反面、スペックルが発生するという問題があった。ここでスペックルとは、半導体レーザやその他のレーザの光、あるいは（高調波発生・光パラメトリック効果などのような非線形光学現象を利用して）レーザ光を波長変換するなどして生成した、コヒーレント光を投射した場合に不可避的に現れる、粒状・斑点状の模様であって、前記したプロジェクタのような鑑賞用の映像を生成する用途や、感光性材料からなる被膜にフォトマスクのパターンを精密に露光する用途においては、画質を著しく劣化させる、非常に厄介な現象であるため、改善のための工夫が、古くから多く提案されて来た。
【００１７】
例えば、特公昭４９−０４８９７９号公報には、レーザ光を中間部が運動する光ファイバに通すことにより、スペックルの強さが低減された光を得る装置が記載されている。特開昭５１−０６４３２５号公報には、レーザ光を回転するスリガラス円板に通すことにより、スペックルの強さが低減された光を得る装置が記載されている。
【００１８】
また、比較的新しいものでは、特開２００４−３４１２９９号公報には、レーザ光を光ガイドに通すことにより、スペックルの強さが低減された光を得る装置が記載されている。さらに、特開２００８−１０７３７９号公報には、同様にレーザ光を光ガイドに通すことにより、スペックルの強さが低減された光を得るもので、光ガイドに超音波供給装置を取り付け、変化する周波数で駆動することにより、光ガイドに超音波定在波を励振することにより、スペックル低減効果を高める装置が記載されている。特開２００８−２９４１０８号公報には、同様にレーザ光を光ガイドに通すことにより、スペックルの強さが低減された光を得るもので、変動電圧が印加される強誘電体材料からなる光偏向器を介してレーザ光を光ガイドに入射することにより、スペックル低減効果を高める装置が記載されている。特開２０１０−１６４８５５号公報には、レーザ光を第１と第２の光ガイドに通すことにより、スペックルの強さが低減された光を得るもので、一方の光ガイドを光軸回りに回転することにより、スペックル低減効果を高める装置が記載されている。
【００１９】
しかしながら、スリガラス等の拡散性光学素子を使うものでは、光の利用効率が低下する問題がある。
また、単に光ガイドに光を通すだけのものでは、光ガイドの長さを極端に長くしない限り、十分なスペックル低減効果が得られない問題がある。さらに、光学素子を機械的に運動、回転、振動させたり、電気的に制御するものでは、そのための機構が必要であるため、コスト高になる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特公昭４９−０４８９７９号
【特許文献２】特開昭５１−０６４３２５号
【特許文献３】特開２００４−３４１２９９号
【特許文献４】特開２００８−１０７３７９号
【特許文献５】特開２００８−２９４１０８号
【特許文献６】特開２０１０−１６４８５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明が解決しようとする課題は、半導体レーザやその他のレーザの光、あるいはレーザ光を波長変換するなどして生成した、コヒーレント光を投射した場合に不可避的に現れる、スペックルによって投射される光の均一性が劣化する問題の回避を達成したコヒーレント光源装置およびプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明における第１の発明のコヒーレント光源装置は、コヒーレント光源（Ｓｃ）によって形成される光放射領域（Ｇｓ）と、入射端（Ｐｍｉ）に入射される前記光放射領域（Ｇｓ）からの光束の光線の角度と位置の成分の混合を行って射出端（Ｐｍｏ）から射出する光混合手段（Ｆｍ）と、を有し、前記光混合手段（Ｆｍ）は、光反射性側面に囲まれた空間に光を閉じ込めて前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで伝播させる導波路であって、前記光反射性側面は、少なくとも１個の平面四角形でない面を含み、かつ前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面のなかに、その形状が、前記射出端（Ｐｍｏ）の形状に対して相似平行移動の関係に無いものを含むことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明における第２の発明のコヒーレント光源装置は、前記射出端（Ｐｍｏ）の形状は長方形であることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明における第３の発明のコヒーレント光源装置は、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状が、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、連続的に変形していることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明における第４の発明のコヒーレント光源装置は、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状は互いに概略相似形であり、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、連続的に回転していることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明における第５の発明のコヒーレント光源装置は、前記光混合手段（Ｆｍ）の前記した光反射性側面に囲まれた空間は、底面の形状が異なる、少なくとも２個の柱体（Ｆｂ１，Ｆｂ２）を、その底面同士が対向するように並べたものであって、隣接する前記柱体（Ｆｂ１，Ｆｂ２）の対向する２個の底面（Ｐｂ１，Ｐｂ２）については、前記射出端（Ｐｍｏ）の側の前記柱体（Ｆｂ２）の前記底面（Ｐｂ２）が、前記入射端（Ｐｍｉ）の側の前記柱体（Ｆｂ１）の前記底面（Ｐｂ１）を包含していることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明における第６の発明のコヒーレント光源装置は、前記した光反射性側面に囲まれた空間は、周囲の空間よりも屈折率の高い光透過性媒質の充実体であり、前記光反射性側面は前記充実体と周囲の空間との界面であることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明における第７の発明のコヒーレント光源装置は、前記光反射性側面はミラーの反射面であり、前記した光反射性側面に囲まれた空間は、中空であることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明における第８の発明のコヒーレント光源装置は、前記光放射領域（Ｇｓ）と、前記入射端（Ｐｍｉ）との間に光束整合光学系（Ｅｕ）を設け、前記光放射領域（Ｇｓ）は、複数の、または分布する放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）から構成され、かつ前記光放射領域（Ｇｓ）の各放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）を形成する光束の主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は、前記光束整合光学系（Ｅｕ）を通過後においては、互いに略平行となるようにすることを特徴とするものである。
【００３０】
本発明における第９の発明のコヒーレント光源装置は、前記光放射領域（Ｇｓ）と、前記入射端（Ｐｍｉ）との間に光束整合光学系（Ｅｕ）を設け、前記光放射領域（Ｇｓ）は、複数の、または分布する放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）から構成され、かつ前記光放射領域（Ｇｓ）の各放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）を形成する光束の主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は、前記光束整合光学系（Ｅｕ）を通過後においては、前記光放射領域（Ｇｓ）からの光束を受けて前記光束整合光学系（Ｅｕ）によって前記入射端（Ｐｍｉ）に投影される整合光放射領域（Ｇｆ）の中心の近傍を通過するようにすることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明における第１０の発明のコヒーレント光源装置は、前記光放射領域（Ｇｓ）を、コヒーレント光源（Ｓｃ）の光が入射端から入力される光ファイバ（Ｆｂ）の射出端（Ｐｔｏ）によって形成することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明における第１１の発明のプロジェクタは、第１から１０の発明に記載のコヒーレント光源装置を利用して画像を投影表示するプロジェクタであって、光均一化手段が前記光混合手段（Ｆｍ）を兼ねることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３３】
半導体レーザやその他のレーザの光、あるいはレーザ光を波長変換するなどして生成した、コヒーレント光を投射した場合に不可避的に現れる、スペックルによって投射される光の均一性が劣化する問題の回避を達成したコヒーレント光源装置およびプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のコヒーレント光源装置を簡略化して示すブロック図を表す。
【図２】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。
【図３】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。
【図４】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。
【図５】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。
【図６】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図を表す。
【図７】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図を表す。
【図８】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図を表す。
【図９】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図を表す。
【図１０】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図を表す。
【図１１】本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図を表す。
【図１２】本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一形態を簡略化して示す図を表す。
【図１３】本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一形態を簡略化して示す図を表す。
【図１４】本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す概念図を表す。
【図１５】本発明のコヒーレント光源装置に関連する部材の一形態を簡略化して示す模式図を表す。
【図１６】本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す概念図を表す。
【図１７】本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す概念図を表す。
【図１８】本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一形態を簡略化して示す図を表す。
【図１９】本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する図を表す。
【図２０】本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する図を表す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明に関する説明において、共役という用語に関しては、幾何光学分野における一般用語として、例えば、ＡとＢとは共役である、と言うとき、少なくとも近軸理論に基づき、レンズ等の結像機能を有する光学素子の作用によってＡがＢに、またはＢがＡに結像されることを意味する。このとき、Ａ，Ｂは像であって、孤立した点像が対象として含まれることは当然として、複数の点像からなる集合や、点像が連続的に分布した拡がりのある像も対象として含める。
【００３６】
ここで、点像あるいは像点（すなわち像）とは、幾何光学分野における一般用語として、実際に光がその点から放射されているもの、光がその点に向かって収束して行ってスクリーンを置くと明るい点が映るもの、光がその点に向かって収束して行くように見える（が、その点は光学系の内部にあってスクリーンを置けない）もの、光がその点から放射されているように見える（が、その点は光学系の内部にあってスクリーンを置けない）もの、の何れをも含み、区別しない。
【００３７】
このとき、幾何光学的設計では点像が生ずべき条件であっても、回折現象によって実際には点像ではなく、ある面積に拡がった集光領域を形成する現象や、結像における収差やピント調整誤差、レンズ等の光学素子の欠陥や組立て誤差等によってボケが生じ、回折現象による限界の集光領域よりも、大きい面積に拡がった集光領域を形成するに過ぎない現象、さらに光学系の組立て調整誤差等によって、像点の位置が理想的な設計位置からずれたりする現象が結像に伴っていても、プロジェクタなど、本発明のコヒーレント光源装置からの出力光を利用する装置において、生成された出力像を有効に利用可能であれば、これらの現象は無視してよい。
【００３８】
また、光放射領域とは、光を発している、または光が照射されている空間や面で、前記した像を含む場合もあり、同様に、実際に光がその領域から放射されているもの、光がその領域に向かって収束して行ってスクリーンを置くと明るい領域が映るもの、光がその領域に向かって収束して行くように見える（が、その領域は光学系の内部にあってスクリーンを置けない）もの、光がその領域から放射されているように見える（が、その領域は光学系の内部にあってスクリーンを置けない）もの、の何れをも含み、区別しない。さらに、放射点とは、光放射領域を構成する像点、もしくは実質的に回折限界近くまで収束可能な小さい光放射領域を指す。
【００３９】
先ず、本発明のコヒーレント光源装置を簡略化して示すブロック図である図１を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。
図１において、例えばコヒーレント光源（Ｓｃ）が、半導体レーザである場合、その半導体レーザパッケージの内部に収納された、半導体チップの表面に存在する発散光の放射部は、実質的に点光源として扱うことができ、これを光放射領域（Ｇｓ）とすることができる。
【００４０】
レンズ等からなる光束整合光学系（Ｅｕ）は、前記光放射領域（Ｇｓ）からの光束（Ｂｓ）の入力を受けて光束（Ｂｆ）を生成し、前記光放射領域（Ｇｓ）に対する投影領域として、後段の光混合手段（Ｆｍ）の入射端（Ｐｍｉ）に、整合光放射領域（Ｇｆ）を形成する。そして、前記光混合手段（Ｆｍ）は、前記入射端（Ｐｍｉ）より入力された前記光束整合光学系（Ｅｕ）からの光束（Ｂｆ）に対し、前記光混合手段（Ｆｍ）の内部で光線の角度と位置の成分の混合が行われ、その射出端（Ｐｍｏ）より光束（Ｂｍｏ）が出力される。
【００４１】
詳細に言えば、前記光混合手段（Ｆｍ）は、光反射性側面に囲まれた空間に光を閉じ込めて前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで伝播させる導波路であるため、出力された前記光束（Ｂｍｏ）には、光線の角度と位置の成分の混合によって多重の干渉が生じせしめられる結果、それが投射された被照明面のスペックルの粒状・斑点状の模様が細粒化し、視認し難くなるという性質が付与される。
【００４２】
さらに、前記光反射性側面は、少なくとも１個の平面四角形でない面を含み、かつ前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面のなかに、その形状が、前記射出端（Ｐｍｏ）の形状に対して相似平行移動の関係に無いものを含むため、従来の平面の光反射性側面で構成された、いわゆる万華鏡の原理を利用した光ガイドよりも、さらに強力な光線の角度と位置の成分の混合作用が発揮され、スペックルの粒状・斑点状の模様のさらなる細粒化と、前記射出端（Ｐｍｏ）における光強度分布の均一化が可能となる。
【００４３】
なお、前記光混合手段（Ｆｍ）の前記光反射性側面が平面四角形でない面を含むものとすることの意図は、もし、全てが平面の長方形であるならば、それは、前記した万華鏡の原理を利用した光ガイドにほかならず、これに、平面台形などを含んでも、いわゆるテーパ光ガイドであって、万華鏡の原理の延長線上のものにしかならないが、円筒面などの曲面や、平面であっても、三角形などを含ませることにより、入力光源像の変形操作や、単なる万華鏡に留まらない複雑な多重反射が行われるようにするためである。
【００４４】
また、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面のなかに、その形状が、前記射出端（Ｐｍｏ）の形状に対して相似平行移動の関係に無いものを含むものとすること、即ち、より判り易く言えば、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状が、全て、前記射出端（Ｐｍｏ）を前記軸に沿って平行移動した形状、もしくは平行移動した後に相似変形した形状に等しくないようにすることの意図は、もしそのような形状に等しいならば、光ガイドまたはテーパ光ガイドにほかならないが、そうでなく、形状の回転や相似以外の形状変化を伴うようにすることにより、同様に入力光源像の変形操作や、単なる万華鏡に留まらない複雑な多重反射が行われるようにするためである。
【００４５】
ここで、光束整合光学系（Ｅｕ）の役割は、前記光放射領域（Ｇｓ）が放射する前記光束（Ｂｓ）を、前記光混合手段（Ｆｍ）内を伝播せしめるのに好都合な前記光束（Ｂｆ）に、あるいは更に、前記光混合手段（Ｆｍ）の後段の光学系において利用するのに好都合な前記光束（Ｂｍｏ）を生成する前記光束（Ｂｆ）に変換することにあるため、その役割を果たすように設計しなければならない。
【００４６】
例えば、光放射領域（Ｇｓ）が前記した半導体チップの表面に存在する発散光の放射部である場合、その放射発散角は非常に大きいため、前記光混合手段（Ｆｍ）が、全反射を利用するものの場合は、全反射条件を超える角度成分が残って、前記光混合手段（Ｆｍ）での光の伝播効率が低下しないよう、前記光束（Ｂｆ）の拡がり角を小さく制限する必要がある。
また、前記整合光放射領域（Ｇｆ）が過大であると、前記入射端（Ｐｍｉ）の面積を大きく、前記光混合手段（Ｆｍ）の長さを長くしなければならないため、前記整合光放射領域（Ｇｆ）は適当な大きさにする必要がある。
さらに、例えば、前記した図１９に記載のプロジェクタのように、光混合手段（Ｆｍ）の射出端（Ｐｍｏ）の像を２次元光振幅変調素子に結像するものの場合、前記光放射領域（Ｇｓ）の共役像や、像に準ずる光集中領域が、前記射出端（Ｐｍｏ）から十分離れた位置に生成されるようにする必要がある。
【００４７】
なお、前記２次元光振幅変調素子の形状は長方形であることが一般的であるため、このように前記光混合手段（Ｆｍ）の前記射出端（Ｐｍｏ）の像を前記２次元光振幅変調素子に結像するものの場合は、前記射出端（Ｐｍｏ）の形状も、前記２次元光振幅変調素子の形状に対応した、例えば相似形の長方形とすることが好適である。
【００４８】
前記光混合手段（Ｆｍ）の構造を、前記したように、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面のなかに、その形状が、前記射出端（Ｐｍｏ）の形状に対して相似平行移動の関係に無いものを含むものとするに際しては、例えば前記射出端（Ｐｍｏ）の形状をある長方形とした上で、前記入射端（Ｐｍｉ）の形状を円形、あるいは正八角形などにすることができる。このとき、前記射出端（Ｐｍｏ）と前記入射端（Ｐｍｉ）との中間部の形状については、幾通りもの構成態様がある。
【００４９】
本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図である図２に示すように、入射端（Ｐｍｉ）の形状が円形、射出端（Ｐｍｏ）の形状が長方形であるとして、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状が、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、連続的に変形しているように構成することができる。光反射性側面（Ｎｍ）は、前記射出端（Ｐｍｏ）の近傍では平面に近い面形状になっているが、前記入射端（Ｐｍｉ）の近傍では円筒面に近い曲面であり、全体として単純な形状ではなく、そのため、強力な光線の角度と位置の成分の混合作用が発揮される。
【００５０】
なお、図２においては、前記した前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸を、便宜上、ｚ軸として記載してある。ただし、これは直線状である必要は無く、緩やかに曲がっていてもよい。
さらに、プリズムのように、光束全体の伝播方向を反射させる反射面が内部に存在するものの場合は、この軸は屈曲することになる。この事情は、後述する図３から図５に記載の光混合手段においても同様である。
【００５１】
また、本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図である図３に示すように、入射端（Ｐｍｉ）の形状が正八角形、射出端（Ｐｍｏ）の形状が長方形であるとして、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状が、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、連続的に変形しているように構成することができる。その際、八角形から長方形に変形するものだけでなく、途中で他の形状、例えば六角形を経るように変形するものでもよい。この場合、光混合手段（Ｆｍ）は、四角形および三角形の光反射性側面（Ｎｍ１，Ｎｍ２，…）の組み合わせによって構成されることになるため、従来の平面の光反射性側面で構成された、いわゆる万華鏡の原理を利用した光ガイドのような単純な光源分割光学系でなく、より強力な光線の角度と位置の成分の混合作用が発揮され、スペックルの粒状・斑点状の模様のさらなる細粒化と、前記射出端（Ｐｍｏ）における光強度分布の均一化が可能となる。
【００５２】
さらに、本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図である図４に示すように、入射端（Ｐｍｉ）の形状が長方形、射出端（Ｐｍｏ）の形状も長方形であるとして、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状は互いに概略相似形であり、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、連続的に回転しているように構成することができる。この場合、光反射性側面（Ｎｍ）は、いわば前記入射端（Ｐｍｉ）の四辺が回転しながら、（さらに場合によっては、大きさを変えながら）光伝播方向に移動したときの軌跡であるから、捻れた曲面であり、全体として単純な形状ではなく、そのため、強力な光線の角度と位置の成分の混合作用が発揮され、スペックルの粒状・斑点状の模様のさらなる細粒化と、前記射出端（Ｐｍｏ）における光強度分布の均一化が可能となる。なお、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状は互いに概略相似形とする際の、相似の度合いに厳密性は必要ではなく、例えば、断面形状が長方形の場合、前記入射端（Ｐｍｉ）から前記射出端（Ｐｍｏ）まで、短辺と長辺の比が連続的に変化するように構成することもできる。
【００５３】
さらに、本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す模式図である図５に示すように、光混合手段（Ｆｍ）の入射端（Ｐｍｉ）の形状が円形、射出端（Ｐｍｏ）の形状が長方形であるとして、前記光混合手段（Ｆｍ）を、それぞれが光反射性側面（Ｎｂ１，Ｎｂ２）を有する、２個の柱体（Ｆｂ１，Ｆｂ２）を並べて接して構成すること、あるいは一体的に構成することが可能である。前記光反射性側面（Ｎｂ１，Ｎｂ２）は、前記射出端（Ｐｍｏ）の近傍では平面であるが、前記入射端（Ｐｍｉ）の近傍では円筒型曲面であり、全体として単純な形状ではなく、そのため、強力な光線の角度と位置の成分の混合作用が発揮され、スペックルの粒状・斑点状の模様のさらなる細粒化と、前記射出端（Ｐｍｏ）における光強度分布の均一化が可能となる。
【００５４】
なお、前記柱体（Ｆｂ１，Ｆｂ２）の対向する２個の底面（Ｐｂ１，Ｐｂ２）については、前記射出端（Ｐｍｏ）の側の前記柱体（Ｆｂ２）の前記底面（Ｐｂ２）が、前記入射端（Ｐｍｉ）の側の前記柱体（Ｆｂ１）の前記底面（Ｐｂ１）を包含しているように構成することが、前記底面（Ｐｂ１，Ｐｂ２）から光が外部に漏れないようにする上で必要である。
【００５５】
ただし、本発明においては、対向する前記底面（Ｐｂ１，Ｐｂ２）の間に隙間を設けることが可能で、その場合は、前記底面（Ｐｂ２）に対する光伝播方向の軸（すなわちｚ軸）に沿う前記底面（Ｐｂ１）の射影を、前記底面（Ｐｂ２）が包含しているようにすればよい。因みに、前記隙間に光拡散性素子を挿入して、スペックルの粒状・斑点状の模様のさらなる細粒化と、前記射出端（Ｐｍｏ）における光強度分布の均一化の作用をさらに高めることができる。
【００５６】
ここまで、光混合手段（Ｆｍ）の光反射性側面の態様について述べてきたが、前記光混合手段（Ｆｍ）における光の全体的伝播方向にとった軸に垂直な前記光反射性側面の断面の形状が、光の伝播方向に進むにつれて縮小する場合は、光反射性側面で反射した光線の、軸に対する角度が、反射の度に大きくなるため、場合によっては、前記光混合手段（Ｆｍ）を損失無く伝播可能であるための角度の限度、あるいは前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）などにおいて規定される角度の限度を超過してしまう可能性があることに注意が必要である。逆に、断面の形状が、光の伝播方向に進むにつれて拡大する場合は、光反射性側面で反射した光線の、軸に対する角度が、反射の度に小さくなり、この場合は、前記した角度限度の超過の問題は生じないが、前記光混合手段（Ｆｍ）の長さあたりの光線反射回数が減って、光線の角度と位置の成分の混合作用の効率が落ちる可能性があることに注意が必要である。
【００５７】
ここまで述べた本発明の前記光混合手段（Ｆｍ）は、ガラスや樹脂などの光透過性材料で構成することができる。このような材料は、屈折率が周囲環境、すなわち空気よりも高いため、その側面は、所定の角度より浅い角度で当たる光に対しては全反射が起きることにより、前記光混合手段（Ｆｍ）の内部に光を閉じ込めることができ、前記入射端（Ｐｍｉ）に入射した光束を前記射出端（Ｐｍｏ）まで伝播させる導波路として機能する。この構成方法は、前記した図３や図５などの比較的単純な形状の面からなる光混合手段（Ｆｍ）の構成に好適である。
【００５８】
さらにここまで述べた本発明の前記光混合手段（Ｆｍ）は、平面もしくは曲面の板材を用いて、その表面に反射コーティングを施して反射面とし、該反射面が内側に来るようにして前記板材を組立て、前記した光反射性側面に囲まれた空間を形成するように構成することができる。この構成方法は、前記した図２や図４などの複雑な形状の面を含む光混合手段（Ｆｍ）の構成にも好適である。
【００５９】
先に例示した、コヒーレント光源（Ｓｃ）が、半導体レーザである場合において、もし半導体レーザが１個ならば、光放射領域（Ｇｓ）は、単に１個の点光源と考えればよく、通常は、それを光学系の光軸上に置き、また、半導体レーザからの発散光の発散方向分布の中心光線が光軸に一致する方向に向けて配置すればよい。しかし、半導体レーザが複数個あったり、有限の面積内に放射点が連続的に分布する光源の場合は、光学系の入射瞳や射出瞳、主光線について配慮した設計が必要になり、以下においては、このような状況について述べる。
【００６０】
一般のカメラレンズを例にとると、通常は開口絞りがレンズの内部に存在するが、光が入る側からレンズを見ときに、レンズを通して見える開口絞りの像を入射瞳、光が出る側からレンズを見ときに、レンズを通して見える開口絞りの像を射出瞳、入射瞳の中心に向かう、または射出瞳の中心から出て来る子午光線を主光線と呼ぶ。また広義には、主光線以外の光線は周辺光線と呼ばれる。ただし、レーザのような指向性を有する光を扱う光学系では、開口絞りによって光束を切り出す必要が無いために開口絞りが存在しない場合が多く、その場合は、光学系における光の存在形態によって、それらが定義される。
【００６１】
通常は、放射点からの放射光束における、光の方向分布の中心光線を主光線とし、光学系に入射する主光線またはその延長線が光軸と交わる位置に入射瞳があり、光学系から射出する主光線またはその延長線が光軸と交わる位置に射出瞳があると考える。ただし、厳密な話をすると、このように定義した主光線と光軸とが、例えば調整誤差のために交わらず、ねじれの位置にあるに過ぎない場合も考えられる。しかし、このような現象は本質とは無関係であり、また議論しても不毛であるため、以下においては、このような現象は生じないと見なす、あるいは、主光線と光軸とが最接近する位置において交わっていると見なすことにする。また、光学系のなかの隣接する２個の部分光学系ＡとＢに注目し、Ａの直後にＢが隣接しているとしたとき、（Ａの出力像がＢの入力像となるのと同様に）Ａの射出瞳はＢの入射瞳となるし、そもそも光学系のなかに任意に定義した部分光学系の入射瞳・射出瞳は、（開口絞りが存在すれば全てそれの像であるし、存在しなくても）全て共役のはずであるから、特に区別が必要無ければ、入射瞳・射出瞳を単に瞳と呼ぶ。
【００６２】
本発明の説明および図面においては、光学系の光軸をｚ軸と呼んでいるが、もし反射鏡によって光軸が折り曲げられた場合は、元のｚ軸に沿う光線が反射されて進む方向もｚ軸と呼び、新たな座標軸を取ることはしない。なお、図６などの図面において、ｚ軸に垂直な軸として、便宜上ｘ軸およびｙ軸と表記している。
【００６３】
本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図である図６および図７、図８を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。図６は、光放射領域（Ｇｓ）が、複数の、または分布する放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）から構成されている場合の様子を示している。
【００６４】
前記放射点（Ｋｓ）に注目すると、最外周の周辺光線（Ｌｍｓ１，Ｌｍｓ２）により示されているように、底面（Ｃｉ）により規定される円錐形角度領域内に前記放射点（Ｋｓ）を形成する光束が分布していることを示しており、この放射点からの光束に対する主光線（Ｌｐｓ）は、この光束分布の中心光線として定義している。一般論としては、前記主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は光学系の光軸であるｚ軸に対して角度を有し、したがって、光軸と交わる点（Ｑｓ）に瞳が存在すると考える。なお、図７に示したような、前記主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）が光学系の光軸に平行である場合は、瞳は無限遠にあると考える。
【００６５】
図８は、前記光放射領域（Ｇｓ）の前記放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）を形成する光束が光束整合光学系（Ｅｕ）を通過すると、前記光放射領域（Ｇｓ）の空間では、例えば図６に記載のような前記主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）であったものが、前記光束整合光学系（Ｅｕ）を通過後においては、互いに略平行な主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）となる様子を描いてある。このように、前記主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）が互いに略平行になる光学系は、前記光束整合光学系（Ｅｕ）の入力側焦点と前記光束整合光学系（Ｅｕ）の入射瞳とが一致するように設計することにより実現することができる。
【００６６】
先に図１に関連して説明したように、前記光束整合光学系（Ｅｕ）は、前記光放射領域（Ｇｓ）からの光束によって、光混合手段（Ｆｍ）の入射端（Ｐｍｉ）の近傍に、整合光放射領域（Ｇｆ）を投影形成する。一般的には、前記整合光放射領域（Ｇｆ）は前記光放射領域（Ｇｓ）と共役とは限らないが、図８においては、前記整合光放射領域（Ｇｆ）が前記光放射領域（Ｇｓ）と共役である場合を描いてある。そのため、前記整合光放射領域（Ｇｆ）を形成する放射点（Ｋｆ，Ｋｆ’，…）は、前記放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）と共役である。なお、これを実現するためには、前記光束整合光学系（Ｅｕ）が前記光放射領域（Ｇｓ）に共役な像として前記整合光放射領域（Ｇｆ）を形成するように構成すればよい。
【００６７】
この光混合手段（Ｆｍ）の前記入射端（ＰｍｉＡ）に入力された光は、光ファイバと同じ原理に従って、前記光均一化手段（ＦｍＡ）の側面で全反射を繰り返しながら、前記光均一化手段（ＦｍＡ）の中を伝播するものであるため、入射される光線が前記光混合手段（Ｆｍ）を損失無く伝播可能であるための、前記光混合手段（Ｆｍ）の中心軸と入射される光線の角度の限度が存在し、もしそれを超える角度の光を入射しても、全反射が起きないため、反射の度に光の一部が光ガイドから抜け出してしまう。さらに、例えばプロジェクタ等の光学装置においては、前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）や前記投影レンズ（Ｅｊ２Ａ）など、光ガイド以外にも、光が有効利用できるための角度の制約がある。そのため、光束を光ガイドに入射する前に、全ての光線のうち、光ガイドおよびそれ以降の光学系によって規定される制約角度ΔΘを超える光線があるなら、可能な限り、それを超えないものに変換しておくことが有利であることが判る。
【００６８】
図８を見れば判るように、前記整合光放射領域（Ｇｆ）の、それぞれの前記放射点（Ｋｆ，Ｋｆ’，…）を形成する光束には、前記主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）を中心として、その回りに周辺光線が取り巻いている。一般論として、周辺光線が分布して存在する円錐形角度領域の頂角を、全ての放射点（Ｋｆ，Ｋｆ’，…）に共通にΔθｍとし、また、整合光放射領域（Ｇｆ）に含まれる、全ての放射点（Ｋｆ，Ｋｆ’，…）の主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）に関する分布についての円錐形角度領域の頂角をΔθｐとすると（ただし図８に記載の光学系ではΔθｐ＝０である）、整合光放射領域（Ｇｆ）を形成する光束全体としての円錐形角度領域の頂角はΔθｍ＋Δθｐとなる。この頂角Δθｍ＋Δθｐが有する、前記した光ガイドおよびそれ以降の光学系によって規定される制約角度ΔΘに対する残余ΔΦ＝ΔΘ−Δθｍ−Δθｐが角度余裕になる。
【００６９】
本発明で達成しようとしているスペックルによって投射される光の均一性が劣化する問題の回避のためには、例えば拡散性光学素子を挿入するなどの工夫の余地が生まれるし、光学系の組立て誤差や調整誤差の処理にも使えるため、前記角度余裕ΔΦは、大きいほど有利であることは明らかであるが、所与の条件であるΔΘや、エネルギー保存則に起因する制約、すなわちヘルムホルツ・ラグランジュの不変量（ホイゲンス・スミスの不変量、あるいはスミス・ヘルムホルツの不変量と呼ばれることもある）に関する定理に基づく制約を受けるΔθｍは任意に設定できないため、前記した、主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）に関する分布についての円錐形角度領域の頂角Δθｐのみが、設計によって自由に設定可能な、唯一のパラメータである。
【００７０】
ここではΔθｐ＝０としたことにより、与えることのできる前記角度余裕を最大限にすることができる。ただし、Δθｐ＝０としても、前記した角度余裕ΔΦが負の場合は、偏向の導入に伴って光利用効率の低下が起こることになるが、それでも、Δθｐ＝０とすることが最善であることに変わりは無い。よって主光線が、前記光束整合光学系（Ｅｕ）を通過後においては、互いに略平行となるようにすることが、スペックルによって投射される光の均一性が劣化する問題の回避のために有利であることが判る。
【００７１】
本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図である図９を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。図９は、前記光放射領域（Ｇｓ）の前記放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）を形成する光束が光束整合光学系（Ｅｕ）を通過すると、前記光放射領域（Ｇｓ）の空間では、例えば図６に記載のような前記主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）であったものが、整合光放射領域（Ｇｆ）の中心の近傍を通過する主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）となる様子を描いてある。このように、前記主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）が前記整合光放射領域（Ｇｆ）の中心の近傍を通過する光学系は、前記光束整合光学系（Ｅｕ）の射出瞳が前記整合光放射領域（Ｇｆ）に出来るように設計することにより実現することができる。
【００７２】
図９においては、一例として、前記光放射領域（Ｇｓ）の前記放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）に対応して、前記光束整合光学系（Ｅｕ）が結像する出力像は、無限遠もしくはそれに準ずる（負の）遠方の像であるように描いてある。このような、出力像点が遠方に位置する光学系を実現するには、前記光束整合光学系（Ｅｕ）の入力側焦点面近傍に前記光放射領域（Ｇｓ）の像が形成されるように設計すればよく、前記した前記光束整合光学系（Ｅｕ）の射出瞳が前記整合光放射領域（Ｇｆ）に出来るように設計することとの両立が可能である。
【００７３】
このような光学系の構成とすることの意味は次のようである。即ち、光混合手段（Ｆｍ）の光線の角度と位置の成分の混合作用は、光反射性側面における多重反射により、その入力光束を分割し、位置の異なる多数の像点を形成して、それらからの光束が、重ね合わされた光束として射出端（Ｐｍｏ）から射出することによるものである。よって、前記光放射領域（Ｇｓ）の前記放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）のうちの１個に由来する光束が、前記入射端（Ｐｍｉ）のできる限り広い領域に投影されることが、光反射性側面における反射回数を多くすること、つまり、できる限り多くの像点に分割することの実現に有利である。そのため、入射端（Ｐｍｉ）の大きさの範囲内で、その上にできる限り大きな前記光束整合光学系（Ｅｕ）の射出瞳を形成することが望ましい。さらに、分割生成された全ての像点のうち、射出端（Ｐｍｏ）からの射出時に、前記射出端（Ｐｍｏ）の各点における光束の重ね合わせに関与する、像点の個数をできる限り多くなるようにすることが必要であるため、前記光混合手段（Ｆｍ）への入力像点は、前記射出端（Ｐｍｏ）からできる限り遠方に生成されることが有利である。
【００７４】
先に図８について説明したものでは、前記主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）が互いに略平行となるように構成し、主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）に関する分布についての円錐形角度領域の頂角、即ちΔθｐを零とすることで、角度余裕ΔΦが可能な限り大きくなるようにした。一方、図９のものにおいては、前記光束整合光学系（Ｅｕ）が結像する出力像は、無限遠もしくはそれに準ずる（負の）遠方の像であるように構成したため、周辺光線が分布して存在する円錐形角度領域の頂角、即ちΔθｍが零となり、同じく角度余裕ΔΦを可能な限り大きくすることを達成している。
【００７５】
本発明のコヒーレント光源装置の一部を簡略化して示す概念図である図１０、図１１を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。前記したように、コヒーレント光源（Ｓｃ）が例えば半導体レーザである場合、半導体チップの表面に存在する発散光の放射部を光放射領域（Ｇｓ）とすることについて述べ、さらに、複数個の半導体レーザを使う場合に好適な本発明の形態について述べた。このような、実際に光を発生させている１次光源だけでなく、１次光源からの光が伝送され、あるいは投影されるなどして光を放射する、２次光源を前記光放射領域（Ｇｓ）としてもよい。
【００７６】
その一例として、前記光放射領域（Ｇｓ）を、コヒーレント光源（Ｓｃ）の光が入射端から入力される光ファイバ（Ｆｂ）の射出端（Ｐｔｏ）によって形成することができ、図１０に示すように、光ファイバの射出端側のコア全体が前記光放射領域（Ｇｓ）となる。このとき、光ファイバが１本であっても、通常はそれを点光源として扱うことはできず、前記光放射領域（Ｇｓ）は、有限の面積内に放射点が連続的に分布する光放射領域と考えなければならない。すなわち、光ファイバのコアである射出端（Ｐｔｏ）には、概ね均一に放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）が連続的に分布しており、前記放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）のそれぞれからは、光ファイバの構造によって既定される、周辺光線が分布して存在する円錐形角度領域の頂角をもって光が放射される。その際、主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は、光ファイバの軸に平行になるため、この軸を光学系の光軸であるｚ軸と一致させればよく、先に図７を用いて説明したものと同じ状況となる。
【００７７】
図１１に示すように、複数本の光ファイバ（Ｆｂ，Ｆｂ’，…）を使う場合は、全ての光ファイバの軸が光学系の光軸であるｚ軸と平行になるように、また全ての前記光ファイバ（Ｆｂ，Ｆｂ’，…）の射出端（Ｐｔｏ，Ｐｔｏ’，…）が一つの平面上に位置するように配置すればよい。この場合は、前記射出端（Ｐｔｏ，Ｐｔｏ’，…）の全体が形成する領域が、光放射領域（Ｇｓ）として機能することになる。なお、図１０、図１１は、光ファイバのコアのみを描いたものであり、クラッドや、（特に複数本の光ファイバの場合）射出端（Ｐｔｏ，Ｐｔｏ’，…）を所定の位置に保持するための構造物、およびケーブル被覆などは省略してある。
【００７８】
本発明のコヒーレント光源装置に光ファイバを用いる利点として、光の発生箇所と利用箇所を分離してフレキシブルなケーブルで結ぶことにより、応用装置の配置において自由度が増したり、故障時の修理や部品交換が容易になるなどの点の他に、光ファイバ自体が、光混合手段としての機能を有している点を挙げることができる。すなわち、半導体レーザなどの、元々スペックルを含まない１次光源の光を、光ファイバを通すことで、細かいスペックルを有する２次光源に変換した上で、さらに前記光混合手段（Ｆｍ）を通す構造とすることにより、スペックルの粒状・斑点状の模様のさらなる細粒化と、前記射出端（Ｐｍｏ）における光強度分布の均一化の作用を高めることができる。
【００７９】
前記したように、従来の高輝度放電ランプなど、何らかの光源を利用して画像を投影表示するプロジェクタにおいては、光ガイドなどの光均一化手段が必要不可欠の構成要素であるが、この光均一化手段は、前記したように、スペックルによって投射される光の均一性が劣化する問題の回避のために、本発明の構成要素である前記光混合手段（Ｆｍ）としても機能させることができる。したがって、本発明のコヒーレント光源装置を光源として利用して画像を投影表示するプロジェクタを実現する際は、光均一化手段が前記光混合手段（Ｆｍ）を兼ねるように構成することで、コストダウンが可能となる。
【００８０】
なお、前記した、光均一化手段としてフライアイインテグレータを用いるプロジェクタの場合は、その光均一化手段が本発明のコヒーレント光源装置の光混合手段（Ｆｍ）を兼ねるようすることはできないが、プロジェクタの光源として本発明のコヒーレント光源装置を使うことは可能であり、スペックルの粒状・斑点状の模様が細粒化し、視認し難くなる作用は良好に機能する。
【００８１】
前記したように、従来のプロジェクタでは、画像をカラー表示するために、例えば、前記光均一化手段の後段にカラーホイールなどの動的色フィルタを配置して、Ｒ・Ｇ・Ｂ（赤および緑、青）の色順次光束として前記２次元光振幅変調素子を照明し、時分割によってカラー表示を実現したり、あるいは、前記光均一化手段の後段にダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置してＲ・Ｇ・Ｂの３原色に色分解した光で各色独立に設けた２次元光振幅変調素子を照明し、Ｒ・Ｇ・Ｂの３原色の変調光束の色合成を行うためのダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置したりする。
【００８２】
本発明のプロジェクタにおいても、必要な種類の色相の光源を必要とするが、例えばＲ・Ｇ・Ｂの３原色のコヒーレント光源を用いて、それらを色合成した白色の光放射領域（Ｇｓ）を形成し、前記したように光束整合光学系（Ｅｕ）を経て、光均一化手段たる光混合手段（Ｆｍ）に白色光を入射して、従来のプロジェクタと同様に、前記光混合手段（Ｆｍ）よりも後段において、動的色フィルタによる時分割処理、または色分解と色合成を行うようにすることができる。
【００８３】
なお、図１１に記載したような、前記した光ファイバを用いるものの場合、色合成した光放射領域（Ｇｓ）の形成に際して、入射端において異なる色の光が入射された光ファイバの射出端（Ｐｔｏ，Ｐｔｏ’，…）を束ねることにより、前記光放射領域（Ｇｓ）が複数色の部分からなるものとすることができるし、あるいは、色毎に単色の光放射領域（Ｇｓ）を形成しておき、それらをダイクロイックミラー等の色合成手段を用いて重ね合わせて光束整合光学系（Ｅｕ）に光を送ることにより、結果的に色合成した前記光放射領域（Ｇｓ）を形成することもできる。なお、前記光束整合光学系（Ｅｕ）側から前記色合成手段側を見れば、複数色を有する１個の光放射領域（Ｇｓ）が見え、光学分野では、この状態を指して、色合成した光放射領域（Ｇｓ）が形成されていると見なす。
【００８４】
あるいは、色毎に独立に光放射領域（Ｇｓ）の形成、光束整合光学系（Ｅｕ）、光均一化手段たる光混合手段（Ｆｍ）を経て、２次元光振幅変調素子を照明して単色画像を生成し、これを色合成するようにしてもよい。
【００８５】
あるいは、例えばＲ・Ｇ・Ｂの順に、時分割でコヒーレント光源を駆動することにより、色順次の光放射領域（Ｇｓ）を形成し、光束整合光学系（Ｅｕ）、光均一化手段たる光混合手段（Ｆｍ）を経て、２次元光振幅変調素子を照明することにより、色順次カラー画像を生成するようにしてもよい。
【００８６】
以下において、本発明を実施するための形態について、より具体的な構成を示した図面を用いて説明する。
先ず、先に図８を挙げて説明したものの実現に関する、本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一形態を簡略化して示す図である図１２に記載のコヒーレント光源装置について説明する。１個または複数個の半導体レーザを光源とする半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）における半導体チップの表面に存在する発散光の放射部を光放射領域（Ｇｓ）とする。なお、ここでは前記半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）は、複数個の半導体レーザ活性領域を含むものとし、前記光放射領域（Ｇｓ）の放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）である各活性領域からの光束の主光線が全て光軸に平行である場合を基本とするが、平行でない場合であっても、光軸上での像平面の位置、瞳位置を制御して設計することにより、同様の機能の光学系を実現することができる。また、半導体レーザ活性領域を１個しか含まない場合は、単に瞳の位置に関する規定が無くなるだけで、以下で述べる位置に瞳を置くことに何ら問題は生じない。
【００８７】
前記光放射領域（Ｇｓ）を無限遠の像に変換するコリメータレンズ（Ｅｓ）、および結像レンズ（Ｅｕ１）からなる光束整合光学系（Ｅｕ）は、前記光放射領域（Ｇｓ）に対する共役な像として、前記した光ガイドよりなる光混合手段（Ｆｍ）の入射端（Ｐｍｉ）に、整合光放射領域（Ｇｆ）を結像させる。このとき、先に図８に関して説明したように、主光線が前記光束整合光学系（Ｅｕ）を通過後においては、互いに略平行になるようにすればよい。
【００８８】
前記したように、出力光束の主光線が互いに略平行になる光学系は、前記光束整合光学系（Ｅｕ）の入力側焦点と前記光束整合光学系（Ｅｕ）の入射瞳とが一致するように設計することにより実現することができるが、これを図１２に即して、もっと判り易く言うと、以下のようになる。半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）が複数個の半導体レーザ活性領域を含み、各活性領域からの光束の主光線は全て光軸に平行であるから、前記活性領域が前記コリメータレンズ（Ｅｓ）の入力側焦点面に来るように配置すると、前記活性領域の共役像は無限遠に形成される。一方、前記コリメータレンズ（Ｅｓ）への入力主光線が光軸に平行であるから、前記コリメータレンズ（Ｅｓ）の射出瞳（Ｑｕ）は、前記コリメータレンズ（Ｅｓ）の出力側焦点に形成される。よって前記結像レンズ（Ｅｕ１）は、その入力側焦点が前記射出瞳（Ｑｕ）に来るように配置すればよい。また、前記結像レンズ（Ｅｕ１）の出力側焦点に前記入射端（Ｐｍｉ）が位置するよう、前記光混合手段（Ｆｍ）を配置すればよい。
【００８９】
次に、先に図９を挙げて説明したものの実現に関する、本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一形態を簡略化して示す図である図１３に記載のコヒーレント光源装置について説明する。図１２に関連して述べたものと同様に、１個または複数個の半導体レーザを光源とする半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）における半導体チップの表面に存在する発散光の放射部を光放射領域（Ｇｓ）とする。なお、ここでも前記半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）は、複数個の半導体レーザ活性領域を含むものとし、前記光放射領域（Ｇｓ）の放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）である各活性領域からの光束の主光線が全て光軸に平行である場合を基本とするが、そうでない場合については、先に図１２に関して述べたことと同様である。
【００９０】
最も簡単には、図１３の（ａ）に示すように、光束整合光学系（Ｅｕ）は光放射領域（Ｇｓ）を無限遠の像に変換するコリメータレンズで構成することができ、この場合、前記光放射領域（Ｇｓ）が前記光束整合光学系（Ｅｕ）の入力側焦点面に来るように配置すればよい。また、前記光放射領域（Ｇｓ）において、主光線が全て光軸に平行であるから、前記光束整合光学系（Ｅｕ）の射出瞳は前記光束整合光学系（Ｅｕ）の出力側焦点に形成される。よって、前記光束整合光学系（Ｅｕ）の出力側焦点に前記入射端（Ｐｍｉ）が位置するよう、前記光混合手段（Ｆｍ）を配置することにより、前記したような、前記光放射領域（Ｇｓ）の前記放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）に対応して、前記光束整合光学系（Ｅｕ）が結像する出力像が無限遠であり、主光線（Ｌｐｆ，Ｌｐｆ’）が整合光放射領域（Ｇｆ）の中心の近傍を通過する光学系を、原理的には実現することができる。
【００９１】
ところが、通常の半導体レーザからの射出光束の発散角はかなり大きく、コリメータレンズには、大きな開口数と低収差とが同時に求められるため、非球面レンズのような高性能なものが必要になる。そのため、大口径のコリメータレンズを設置することはコストの点で得策ではなく、コリメータレンズは、小口径で短焦点距離のものにならざるを得ない。コリメータレンズからの射出瞳の直径は、概ねコリメータレンズの焦点距離と前記発散角の積になるため、この直径はかなり小さいものとなり、通常の使用に適する光混合手段（Ｆｍ）の入射端（Ｐｍｉ）の大きさに適合しない。
【００９２】
したがって実際的には、光束整合光学系（Ｅｕ）は、コリメータレンズのみで構成するのではなく、図１３の（ｂ）に示すように、コリメータレンズ（Ｅｓ）と、その射出瞳（Ｑｕ）を、適する大きさまで拡大して前記入射端（Ｐｍｉ）に結像し、かつコリメータレンズ（Ｅｓ）からの無限遠の出力像を、角倍率が掛かった他の無限遠の出力像に変換する変換レンズ（Ｅｕ２，Ｅｕ３）からなる共通焦点系とで構成することが好適である。
【００９３】
先に前記半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）に関し、複数の半導体レーザを含むものに言及したが、これの実現について簡単に述べる。
【００９４】
サファイア等の窓を有する金属ケースに、１個の放射点を有する半導体レーザが収納された、ディスクリート型の半導体レーザ光源（Ｄｓ，Ｄｓ’，…）を、本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す概念図である図１４に示すように、必要個数並べ、それぞれにコリメータレンズ（Ｅｃ，Ｅｃ’，…）を付属させて配置することにより、各半導体レーザからの発散光を平行ビーム、すなわち無限遠像点に変換し、ビーム合成ミラー（ＭＤ，ＭＤ’，…）を用いて所望のビーム並び間隔を有するビーム列（Ｂａ）を形成した後、ビーム本数に対応して並べて配置した発散レンズ（Ｅｘ，Ｅｘ’，…）によって、有限距離の放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）に変換すると、該放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）からの主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は、互いに概ね平行になるから、先に図７に示し説明した状況を実現することができる。よって図１４の放射点（Ｋｓ，Ｋｓ’，…）は、図１２や図１３に記載の前記半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）として使用することが好適である。
【００９５】
本発明のコヒーレント光源装置には、前記したディスクリート型の半導体レーザ光源の他に、本発明のコヒーレント光源装置に関連する部材の一形態を簡略化して示す模式図である図１５の（ａ）に示すような、半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）も適用可能である。該半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）の端面には半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）が一列に並んでおり、それぞれの前記半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）から発散光が放射される。ディスクリート型であれ、アレイ型であれ、端面発行型の半導体レーザの放射光束の発散角は、回折現象の影響で大きくなり、また（半導体レーザの半導体チップの）基板面に垂直な方向の発散角は、周辺光線（Ｌｍｓ１Ａ，Ｌｍｓ２Ａ）に表されるように、特に大きい、すなわち、放射角度域を表す錐体の底面（ＣｉＡ）が、円ではなく著しい楕円になるという特徴がある。
【００９６】
この放射光束を平行ビームに変換するために、コリメータレンズが使われるが、発散角の大きい基板面に垂直な方向の成分に合わせて、焦点距離の短いものを使う必要がある。そのようなコリメータレンズを使っても、ディスクリート型の半導体レーザの場合は、ビームが扁平になることを厭わなければ、大きな問題は無いが、アレイ型の半導体レーザの場合、前記半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）の全ての放射光束を１個のコリメータレンズで平行ビームに変換しようとすると、焦点距離が短いが故に、前記半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）それぞれの主光線が、相互に大きな角度を持ってしまう問題が生じる。
【００９７】
そのため、図１５の（ｂ）に概念図を示すような放射角度補正レンズアレイ（Ｅｙ）を使うことができる。該放射角度補正レンズアレイ（Ｅｙ）は、前記半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）からの放射光束それぞれに対して、個別にコリメーションを行うもので、前記した基板面に垂直な方向の発散角が大きい問題を解決するため、前記放射角度補正レンズアレイ（Ｅｙ）の各屈折面は、球面ではなく、基板面に垂直な方向と平行な方向で曲率半径が異なる、例えばトーリック面に成型する。これにより周辺光線（Ｌｍｓ１，Ｌｍｓ２）のように、基板面に並行な方向の発散角が減じられると共に、それ以上に基板面に垂直な方向の発散角が減じれられ、理想的には、基板面に平行・垂直な方向の発散角を同程度にされる。
【００９８】
それぞれの半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）からの主光線（Ｌｐｓ）は互いに平行であるから、ビーム列はコンパクトであり、図１５に記載の前記放射角度補正レンズアレイ（Ｅｙ）付きの前記半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）は、図１２や図１３に記載の前記半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）として使用することが好適である。
【００９９】
なお、トーリック面を実現する代わりに、基板面に垂直な方向に曲率を有し、前記半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）に共通なシリンドリカルレンズと、基板面に並行な方向に曲率を有し、前記半導体レーザ活性領域（Ａｓ，Ａｓ’，…）のそれぞれに個別なシリンドリカルレンズの並びとを用意し、その組み合わせによっても、前記放射角度補正レンズアレイ（Ｅｙ）と同様の機能を実現することができる。
【０１００】
また、前記した放射角度補正レンズアレイ（Ｅｙ）付きの半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）を２個併用する場合の構成例を、本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す概念図である図１６の（ａ）に示す。半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ，ＬＤＡ’）からのビーム列は、ビーム合成ミラー（ＭＡ，ＭＡ’）を用いて一束のビームに合成される。その際、前記半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）それぞれからの主光線（Ｌｐｓ，Ｌｐｓ’，…）は全て平行になるように配置することが好適である。
【０１０１】
前記半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ，ＬＤＡ’）は図１２や図１３に記載の前記半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）として使用することが好適であるが、これが形成する光放射領域（Ｇｓ）の様子は図１６の（ｂ）に示すようになる。
【０１０２】
図１６の（ａ）および（ｂ）に対応して、本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す概念図である図１７の（ａ）および（ｂ）に、さらに３個の半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ，ＬＤＡ’，ＬＤＡ”）によって前記半導体レーザ光源ユニット（Ｌｓ）を構成する例を示す。前記半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ，ＬＤＡ’，ＬＤＡ”）からのビームの太さや拡がり角に配慮して、ビーム合成ミラー（ＭＡ，ＭＡ’）がビームを部分的にも遮蔽しないように配置すれば、図１７や先の図１４に示した構成方法に従って、より多数個の半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ，ＬＤＡ’，ＬＤＡ”）を使用することが可能である。
【０１０３】
なお、図１７の構成は、前記したＲ・Ｇ・Ｂの３原色のコヒーレント光源を用いて、それらを色合成した白色の光放射領域（Ｇｓ）を形成する場合や、その構成に基づいてＲ・Ｇ・Ｂの順に、時分割でコヒーレント光源を駆動することにより、色順次の光放射領域（Ｇｓ）を形成する場合に好適であり、前記半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ，ＬＤＡ’，ＬＤＡ”）のそれぞれをＲ・Ｇ・Ｂ各色に対応させて配置すればよい。
【０１０４】
前記した色毎に単色の光放射領域（Ｇｓ）を形成しておき、それらをダイクロイックミラー等の色合成手段を用いて重ね合わせて光束整合光学系（Ｅｕ）に光を送ることにより、結果的に色合成した前記光放射領域（Ｇｓ）を形成する場合の構成について、本発明のコヒーレント光源装置の実施例の一形態を簡略化して示す図である図１８を用いて説明する。この図の光学系は、先に図１２に関して説明したものに対し、光束整合光学系（Ｅｕ）の結像レンズ（Ｅｕ１）より前の部分を変更してある。
【０１０５】
Ｒ・Ｇ・Ｂ各色の半導体レーザ光源ユニット（ＬｓＲ，ＬｓＧ，ＬｓＢ）における半導体チップの表面に存在する発散光の放射部を光放射領域（ＧｓＲ，ＧｓＧ，ＧｓＢ）とし、それらをコリメータレンズ（ＥｓＲ，ＥｓＧ，ＥｓＢ）で無限遠の像に変換した光束を、ミラー（ＨｕＲ）およびダイクロイックミラー（ＨｕＧ，ＨｕＢ）を用いて色合成し、結像レンズ（Ｅｕ１）に入力するように構成してある。前記結像レンズ（Ｅｕ１）およびそれより後段の光学系の働きは、図１２に記載のものと同様である。当然ながら、図１８に記載した結像レンズ（Ｅｕ１）より前の部分光学系は、図１３に記載のコヒーレント光源装置にも応用可能である。
【０１０６】
これまでの説明においては、図１２や図１３および図１８に記載のコヒーレント光源装置における光放射領域（Ｇｓ）および光放射領域（ＧｓＲ，ＧｓＧ，ＧｓＢ）については、半導体レーザ光源ユニットによって形成されるものとしてきたが、これらを、図１０または図１１に記載した、コヒーレント光源（Ｓｃ）の光が入射端から入力される光ファイバ（Ｆｂ）の射出端（Ｐｔｏ）によって形成される光放射領域（Ｇｓ）に置き換えることが可能である。
【０１０７】
レンズ設計分野において一般的に知られているように、１個のレンズからなる光学系を、それと同じ機能の、複数のレンズの組合せからなる光学系に構造変換したり、あるいは逆の構造変換をすることも可能であり、特に前者の構造変換は、対象光学系についての焦点距離は同じでも、入力側主点位置および出力側主点位置を好都合な位置に設定したり、アフォーカル系を導入したりすることにより、１個のレンズでは物理的に実現不可能な機能を実現させる、あるいは、レンズのパワーを複数のレンズに分散させることにより、収差を減少させる、などの目的で活用される。前記した実施例においては、光束整合光学系（Ｅｕ）を、複数枚の組合せレンズ系として構成するものを示したが、前記した構造変換を活用して、あるいは非球面レンズを使うなどしてレンズの枚数を増減し、性能あるいはコストを改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、プロジェクタなどの光学装置において使用可能な、レーザなどのコヒーレント光源を用いたコヒーレント光源装置を設計・製造する産業において利用可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
Ａｓ        半導体レーザ活性領域
Ａｓ’      半導体レーザ活性領域
Ｂａ        ビーム列
Ｂｆ        光束
Ｂｍｏ      光束
Ｂｓ        光束
Ｃｉ        底面
ＣｉＡ      底面
ＤｍｊＡ    ２次元光振幅変調素子
ＤｍｊＢ    ２次元光振幅変調素子
Ｄｓ        半導体レーザ光源
Ｄｓ’      半導体レーザ光源
Ｅｃ        コリメータレンズ
Ｅｃ’      コリメータレンズ
Ｅｊ１Ａ    照明レンズ
Ｅｊ１Ｂ    照明レンズ
Ｅｊ２Ａ    投影レンズ
Ｅｊ２Ｂ    フィールドレンズ
Ｅｊ３Ｂ    投影レンズ
Ｅｓ        コリメータレンズ
ＥｓＢ      コリメータレンズ
ＥｓＧ      コリメータレンズ
ＥｓＲ      コリメータレンズ
Ｅｕ        光束整合光学系
Ｅｕ１      結像レンズ
Ｅｕ２      変換レンズ
Ｅｕ３      変換レンズ
Ｅｘ        発散レンズ
Ｅｘ’      発散レンズ
Ｅｙ        放射角度補正レンズアレイ
Ｆ１Ｂ      前段フライアイレンズ
Ｆ２Ｂ      後段フライアイレンズ
Ｆｂ        光ファイバ
Ｆｂ’      光ファイバ
Ｆｂ１      柱体
Ｆｂ２      柱体
Ｆｍ        光混合手段
ＦｍＡ      光均一化手段
ＦｍＢ      光均一化手段
Ｇｆ        整合光放射領域
Ｇｓ        光放射領域
ＧｓＢ      光放射領域
ＧｓＧ      光放射領域
ＧｓＲ      光放射領域
ＨｕＢ      ダイクロイックミラー
ＨｕＧ      ダイクロイックミラー
ＨｕＲ      ミラー
Ｋｆ        放射点
Ｋｆ’      放射点
Ｋｓ        放射点
Ｋｓ’      放射点
ＬＣＤ      液晶デバイス
ＬＤＡ      半導体レーザアレイデバイス
ＬＤＡ’    半導体レーザアレイデバイス
ＬＤＡ”    半導体レーザアレイデバイス
Ｌｍｓ１    周辺光線
Ｌｍｓ１Ａ  周辺光線
Ｌｍｓ２    周辺光線
Ｌｍｓ２Ａ  周辺光線
Ｌｐｆ      主光線
Ｌｐｆ’    主光線
Ｌｐｓ      主光線
Ｌｐｓ’    主光線
Ｌｓ        半導体レーザ光源ユニット
ＬｓＢ      半導体レーザ光源ユニット
ＬｓＧ      半導体レーザ光源ユニット
ＬｓＲ      半導体レーザ光源ユニット
ＭＡ        ビーム合成ミラー
ＭＡ’      ビーム合成ミラー
ＭＤ        ビーム合成ミラー
ＭＤ’      ビーム合成ミラー
ＭｊＡ      ミラー
ＭｊＢ      偏光ビームスプリッタ
Ｎｂ１      光反射性側面
Ｎｂ２      光反射性側面
Ｎｍ        光反射性側面
Ｎｍ１      光反射性側面
Ｎｍ２      光反射性側面
Ｐｂ１      底面
Ｐｂ２      底面
ＰｃＢ      偏光整列機能素子
Ｐｍｉ      入射端
ＰｍｉＡ    入射端
ＰｍｉＢ    入射端
Ｐｍｏ      射出端
ＰｍｏＡ    射出端
ＰｍｏＢ    射出端
Ｐｔｏ      射出端
Ｐｔｏ’    射出端
Ｑｓ        点
Ｑｕ        射出瞳
Ｓｃ        コヒーレント光源
ＳｊＡ      光源
ＳｊＢ      光源
Ｔｊ        スクリーン
ＺｉＢ      入射光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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