(57)【要約】      （修正有）【課題】光強度分布の面内均一性の不十分さを改善することができるレーザ光出射装置を提供する。【解決手段】複数のレーザ光源２が出射する光を伝播させる複数の光ファイバ３を束ねて構成されるバンドルファイバ５と、バンドルファイバ５の出射端で構成される光出射部７を備える。ロッドの出射端面での光強度の面内均一性が予め定められた基準値以上となるように光出射部７において複数の光ファイバ３は配列される。【選択図】図２
2014085432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を投射するプロジェクタの光学デバイスで利用されるための光束をロッドへ出射するレーザ光出射装置であって、
光を出射する複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源が出射する光を伝播させる複数の光ファイバを束ねて構成されるバンドルファイバと、
前記バンドルファイバの出射端で構成される光出射部と、を備え、
前記ロッドの出射端面での光強度の面内均一性が予め定められた基準値以上となるように前記光出射部において前記複数の光ファイバは配列され、
前記光出射部のエタンデューは、前記光学デバイスのエタンデューより小さい
レーザ光出射装置。
【請求項２】
前記複数の光ファイバは、前記光出射部の端面全体にわたって間隔を空けて配列される
請求項１に記載のレーザ光出射装置。
【請求項３】
前記複数の光ファイバは、前記光出射部の端面の一部に集まるよう配列される
請求項１に記載のレーザ光出射装置。
【請求項４】
前記光出射部が共有される請求項３に記載のレーザ光出射装置を複数備え、
複数の前記バンドルファイバの各々の出射端が、共有される前記光出射部に配置される
請求項３に記載のレーザ光出射装置。
【請求項５】
前記複数のレーザ光源の各々は、映像を生成するための複数の色の光のいずれかを出射し
前記複数の光ファイバの各々は、前記複数の色の光のいずれかを伝播させる
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【請求項６】
前記光束のうち、前記複数の光ファイバが伝播させる前記複数の色の光の各々の比率である配色比率は、前記プロジェクタが映像を投射するための予め定められた配色比率と一致する
請求項５に記載のレーザ光出射装置。
【請求項７】
前記レーザ光出射装置は、複数の前記プロジェクタで使用され、
前記バンドルファイバは、複数設けられ、
複数の前記バンドルファイバは、複数の前記プロジェクタで使用される
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光源を搭載したレーザ光出射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のレーザ光源を搭載したレーザ光出射装置が開発されている。特許文献１には、当該レーザ光出射装置において、バンドルファイバの出射端から放出される光束を光源として用いる技術（以下、関連技術Ａともいう）が開示されている。バンドルファイバとは、各レーザ光源から出射されるレーザ光を光ファイバに集光し、各々の光ファイバを束ねたものである。
【０００３】
また、特許文献２には、光源のバンドルファイバのエタンデューが、照明するデジタル・マイクロミラー・デバイスのエタンデューより小さいことを特徴とする露光装置が開示されている。以下においては、特許文献２に開示されている技術を、関連技術Ｂともいう。
【０００４】
具体的には、関連技術Ａでは、複数のレーザ光出射ユニットを並べて配設し、各レーザ光出射ユニットにファイバを接続する。これらのファイバを束ねてバンドル部を形成することでレーザ光を並列に出射させ、高出力のレーザ光を得ている。
【０００５】
また、関連技術Ｂでは、ランプ光源と接続されたバンドルファイバの光出射部の形状を、オプティカルインテグレータの射出面の輪郭形状と略相似形となるように構成される。当該オプティカルインテグレータは、デジタル・マイクロミラー・デバイスを照明する。これにより、高い照明効率で結合できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５３０７４号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、関連技術Ａ，Ｂでは、以下のような問題点がある。具体的には、関連技術Ａによれば、光ファイバを束ねることで、光の高出力化を図ることが可能である。また、関連技術Ｂによれば、光出射部の形状を、オプティカルインテグレータの射出面の輪郭形状と略相似形にすることにより、照明効率の改善を図ることが可能である。
【０００８】
しかしながら、関連技術Ａ，Ｂをレーザプロジェクタ装置に適用した場合、光強度分布の面内均一性が十分でないという問題点がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、光強度分布の面内均一性の不十分さを改善したレーザ光出射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ光出射装置は、映像を投射するプロジェクタの光学デバイスで利用されるための光束をロッドへ出射する。前記レーザ光出射装置は、光を出射する複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源が出射する光を伝播させる複数の光ファイバを束ねて構成されるバンドルファイバと、前記バンドルファイバの出射端で構成される光出射部と、を備え、前記ロッドの出射端面での光強度の面内均一性が予め定められた基準値以上となるように前記光出射部において前記複数の光ファイバは配列され、前記光出射部のエタンデューは、前記光学デバイスのエタンデューより小さい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、前記ロッドの出射端面での光強度の面内均一性が予め定められた基準値以上となるように前記光出射部において前記複数の光ファイバは配列される。すなわち、前記ロッドの出射端面での光強度の面内均一性が基準値以上となるように前記複数の光ファイバは配列される。これにより、ロッドの出射端面における光強度分布の面内均一性の不十分さを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ光出射装置を用いたプロジェクタの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るレーザ光出射装置の構成を示す図である。
【図３】ロッドのうち、光出射部７からの光束が入射される端面の構成を示す図である。
【図４】比較例として、光出射部の光出射端に複数の光ファイバが配列された状態を示す図である。
【図５】比較例として、光出射部の光出射端に複数の光ファイバが配列された状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光ファイバの配列の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光ファイバの配列の他の例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る光出射部の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る光出射部の構成の他の例を示す図である。
【図１０】レーザ光出射装置の構成の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の変形例に係るレーザ光出射装置の構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る光ファイバ出射端における光ファイバの配列を示す図である。
【図１３】図９で示す各出射端保持部に、３種類の光ファイバを利用した構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
【００１４】
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ光出射装置１００を用いたプロジェクタ１０００の構成を示す図である。プロジェクタ１０００は、レーザ光源を利用したプロジェクタである。プロジェクタ１０００は、例えば、フロント投射型プロジェクタである。なお、プロジェクタ１０００は、フロント投射型プロジェクタに限定されず、例えば、背面投影型プロジェクタであってもよい。
【００１６】
図１を参照して、プロジェクタ１０００は、レーザ光出射装置１００と、ロッド１１０と、光学デバイス１２０と、レンズ１３０とを含む。
【００１７】
レーザ光出射装置１００は、詳細は後述するが、プロジェクタ１０００の光学デバイス１２０で利用されるための光束をロッド１１０へ出射する。
【００１８】
ロッド１１０は、筒状の形状を有する。ロッド１１０は、レーザ光出射装置１００が出射した光束を通過させる。また、ロッド１１０は、該ロッド１１０を通過する光束を均一化させる。ロッド１１０を通過した光束は、光学デバイス１２０に照射される。
【００１９】
光学デバイス１２０は、該光学デバイス１２０に照射された光束の強度を変調し、変調後の光束を、レンズ１３０へ導く。当該変調後の光束は、映像を構成する光束である。光学デバイス１２０は、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である。
【００２０】
レンズ１３０は、当該投射レンズ３０に入射された光束（映像）を、スクリーン２００へ導く。以上により、プロジェクタ１０００は、映像をスクリーン２００へ投射する。
【００２１】
なお、プロジェクタ１０００が背面投影型プロジェクタである場合、プロジェクタ１０００は、スクリーン２００を含む。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１に係るレーザ光出射装置１００の構成を示す図である。図２を参照して、レーザ光出射装置１００は、筐体１と、複数のレーザ光源２と、複数の光ファイバ３と、光ファイババンドル部４と、バンドルファイバ５と、光出射部７とを備える。
【００２３】
なお、図２では、レーザ光出射装置１００の筐体１の内部から筐体１の外部へバンドルファイバ５が引き出されている状態を示す。
【００２４】
各レーザ光源２は、レーザ光（光束）を出射する。以下においては、レーザ光源２が出射するレーザ光（光束）を、単に、光ともいう。各レーザ光源２には、光ファイバ３が接続される。すなわち、レーザ光源２が出射した光束（光）は、光ファイバ３へ結合される。
【００２５】
各レーザ光源２に接続される光ファイバ３は、該レーザ光源２が出射する光を、該光ファイバ３内で伝播させる。すなわち、複数の光ファイバ３は、複数のレーザ光源が出射する光を伝播させる。
【００２６】
また、光ファイバ３は、伝播させた光を出射する。複数の光ファイバ３は、光ファイババンドル部４により束ねられている。バンドルファイバ５は、光ファイババンドル部４により、複数の光ファイバ３を束ねて構成される。
【００２７】
バンドルファイバ５の端部には、光出射部７が設けられる。本実施の形態では、光出射部７は、１個の出射端保持部６（バンドルファイバ５）で構成される。すなわち、光出射部７は、出射端保持部６（バンドルファイバ５）を利用して構成される。出射端保持部６は、バンドルファイバ５のうち、光束を出射する端部（出射端）を保持する部分である。つまり、光出射部７は、バンドルファイバ５の出射端で構成される。
【００２８】
光出射部７（出射端保持部６）は、各光ファイバ３を伝播する光で構成される光束（レーザ光）を出射する。以下においては、光束を出射する光出射部７の端を、光出射端または出射端ともいう。また、以下においては、光束を出射する光出射部７の端面を、光出射端面または出射端面ともいう。
【００２９】
図３は、ロッド１１０のうち、光出射部７からの光束が入射される端面の構成を示す図である。図３に示すように、ロッド１１０は、開口Ｈ１を有する。開口Ｈ１の形状は、矩形状である。そのため、ロッド１１０の端面の形状は、矩形状である。レーザ光出射装置１００が出射する光束は、ロッド１１０の開口Ｈ１に入射される。
【００３０】
以下においては、筒状のロッド１１０の両端の開口Ｈ１のうち、光束（光）が入射される開口Ｈ１を、入射開口、ロッド入射開口またはロッド入射面ともいう。また、以下においては、筒状のロッド１１０の両端の開口Ｈ１のうち、光束（光）を出射する開口Ｈ１を、ロッド出射開口、ロッド出射端またはロッド出射端面ともいう。
【００３１】
図４および図５は、比較例として、光出射部７（出射端保持部６）の光出射端に複数の光ファイバ３が配列された状態を示す図である。図４または図５において、複数の光ファイバ３により、ファイバ群が形成される。
【００３２】
以下においては、複数の光ファイバ３から構成されるファイバ群において光束を出射する端面を、光ファイバ出射端面ともいう。図４または図５において、領域Ｒ１１は、光ファイバ出射端面の最外形（外縁）の領域を示す。また、以下においては、当該ファイバ群において光束を出射する端を、光ファイバ出射端ともいう。
【００３３】
図３に示すロッド１１０の外形（端面の形状）と、図４および図５に示す光出射部７（出射端保持部６）の外形（光出射端の形状）は、相似形をなしている。そのため、光出射部７（出射端保持部６）が出射する光束は、ロッド１１０の開口Ｈ１へ効率よく結合（入射）される。
【００３４】
なお、図４は、各光ファイバ３が正方形配列で配置されている状態を示す。図５は、各光ファイバ３が正三角形配列で配置されている状態を示す。
【００３５】
このとき、光ファイバ出射端からのエタンデューが、ロッド入射開口のエタンデュー以下となっていることが、光学結合損失の無い条件となる。ここで、エタンデューは、光学システムの特性である。エタンデューは、光の伝播方向に対して垂直な平面における光錐の断面積と光が定める立体角との積である。
【００３６】
具体的には、エタンデューＥは、光束の断面積と放射立体角との積で表現される。エタンデューＥは、開口数ＮＡと、光束の断面積Ａを用いて、以下の式１で表される。光束の断面積Ａとは、光ファイバ出射端面の最外形（外縁）の面積である。
【００３７】
Ｅ＝π×Ａ×ＮＡ２  ・・・（式１）
図４、および図５のいずれの場合も、光ファイバ出射端面の最外形が、光出射部７（出射端保持部６）の出射端の外形より小さくなっており、エタンデューの条件を満足している。
【００３８】
一方で、図５の正三角形の配置では、単位面積当たりの光束密度は高いが、総光束は図４の正方形配置より少ない。つまり、図４および図５により、外形に応じて、光ファイバの最適な配置が異なることが示されている。
【００３９】
なお、決められた所望の明るさおよびホワイトバランスを得ようとする場合、各レーザ光源の光出力（光の強度）を規定する。これにより、必要となる各色のレーザ光源の数が決まる。次いで、レーザ光の重畳方法を規定することで、必要な光ファイバの本数が決定される。
【００４０】
一方で、光ファイバの本数が決まった場合、図３のロッド１１０の開口Ｈ１（ロッド入射開口）に対して、最大のエタンデューとなる、図４または図５に示したような出射端における光ファイバの配列を、必ずしも取る必要は無い。
【００４１】
つまり、光ファイバ出射端面の最外形（外縁）の面積とＮＡから、式１で導かれるエタンデューＥが、ロッド入射開口のエタンデュー以下を満足していれば、光学的結合損失を生じさせることが無い。この場合、光ファイバの本数および光ファイバの配列に柔軟性を持たせることができる。
【００４２】
なお、レーザ光源は単色のレーザ光を発生させているが、レーザ光が投射される画面（スクリーン２００）上では、各色のレーザ光が重畳されている必要がある。このレーザ光の波長重畳方法については、以下の方法がある。
【００４３】
波長重畳方法は、例えば、各色の光ファイバをコンバイナで結合する方法である。また、波長重畳方法は、例えば、ダイクロイックミラーで空間的に重畳する方法である。また、波長重畳方法は、例えば、描画デバイスまで各色の光をバラバラに伝播させて投射時に重畳させる方法である。上記のそれぞれの方法に応じて、光ファイバ中を伝播する光の波長構成が異なるとともに、図１の構成も変形されることとなるが、本発明においては、断りの無い限りいずれの方法でもよい。
【００４４】
一方、ロッド出射端面での光強度の面内均一性は、ロッド入射面（ロッド入射開口）での光強度分布、および、ロッドの入射開口のサイズと該ロッドの長さとの比と、入射開口数との関係で決定されることが知られている。ここで、光強度の面内均一性とは、光を出射する面における、光の強度の均一度である。以下においては、光強度の面内均一性を、単に、面内均一性ともいう。
【００４５】
これは、以下の事実により理解される。当該事実は、ロッドへ入射した光束が、ロッドの側面で反射を繰り返しロッドの出射端面へ転送されるとき、ロッドの出射端面での光強度分布が、入射強度分布が光束の拡がりに応じて折り返されて重畳された分布となるということである。
【００４６】
つまり、面内均一性の良い分布を得ようとする場合、光束拡がりに対して相対的に細いロッドを用いることが好ましい。また、一般的に横長の映像を投射するための投射デバイスの形状に合わせて、ロッドの入射開口における縦および横の辺のサイズは異なっている。
【００４７】
それに対し、一般的な光ファイバでは、出射開口の数は等方的である。そのため、ロッドへの入射開口の数は縦方向と横方向で同一として考えることができる。つまり、ロッドの入射開口の数は縦方向と横方向で同一であるが、入射開口の辺のサイズが縦方向と横方向で異なる、そのため。光強度の面内均一性は縦方向と横方向で異なり、入射開口の長辺方向の均一性が相対的に悪くなる。なお、設計段階において、均一性が悪くなる長辺方向においても、実用上問題が無いようにロッドの長さは決められている。
【００４８】
ここで、プロジェクタの構成上の課題を解決するため、ロッドの入射面に一様ではない分布で光が入射する場合を考える。このとき、ロッド出射端での実用的な面内均一性を維持するためには、次に述べる条件に従って、出射端面の配列を定義する必要があることが導かれる。
【００４９】
ここで、ｘ方向の入射分布関数をＰｉ（ｘ）とし、ロッド出射端への転写関数をＴ（ｆ，ｘ）とすると、出射分布関数はＴ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）となる。有限個ｎの光ファイバの集積を考えるので、出射端で得られる分布関数は、以下の式２で表せる。
【００５０】
ΣＴ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）  ・・・（式２）
なお、Ｔ（ｆ，ｘ）のｆは分布関数であり、式２のΣは、ｉ＝１〜ｎ（自然数）である場合におけるＴ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）の総和である。
【００５１】
ここで、引数Ｔの最小値を示す関数をＭｉｎ（Ｔ）と表すとする。また、引数Ｔの最大値を示す関数をＭａｘ（Ｔ）と表すとする。この場合、光強度の均一性の判定基準値Ｕ（１≧Ｕ≧０）に対して、以下の式３が満たされる場合は、一つの光ファイバ出射端から放射される光束のみでは出射端での面内均一性が不足していることを示している。ここで、判定基準値Ｕとは、光（光束）を出射する面における光強度の面内均一性が十分である（優れている）か否かを判定するための基準値である。
【００５２】
Ｍｉｎ（Ｔ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）／Ｍａｘ（Ｔ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）＜Ｕ  ・・・（式３）
式３において、Ｍｉｎ（Ｔ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）／Ｍａｘ（Ｔ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）は、光（光束）を出射する面における光強度（光強度分布）の面内均一性（均一度）に相当する。
【００５３】
式３が満たされる場合は、ロッド入射面での光強度分布Ｐ（ｘ）が急峻な場合、あるいは、十分な繰り返し反射が得られない場合の条件となる。
【００５４】
なお、式２で得られる出射端での強度分布の均一性を改善し、以下の式４が満たされるためには、Ｔ（ｆ，ｘ）がｆに依存せず、ｘに対して一様であることが求められる。
【００５５】
Ｍｉｎ（ΣＴ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）／Ｍａｘ（ΣＴ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）≧Ｕ・・・（式４）
式４において、Ｍｉｎ（ΣＴ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）／Ｍａｘ（ΣＴ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）は、光を出射する面（例えば、ロッド出射端面）における光強度の面内均一性（均一度）に相当する。ある光強度の面内均一性が判定基準値Ｕ以上である場合は、当該光強度の面内均一性が十分に高い（優れている）場合である。
【００５６】
そこで、本実施の形態および後述の実施の形態２では、ロッド１１０の出射端面での光強度の面内均一性が予め定められた基準値（判定基準値Ｕ）以上となるように光出射部７において複数の光ファイバ３は配列される。すなわち、ロッド１１０の出射端面での光強度の均一度が、判定基準値Ｕ以上になるように、複数の光ファイバ３は配列される。また、本実施の形態および後述の実施の形態２では、さらに、光出射部７のエタンデューが、光学デバイス１２０のエタンデューより小さくなるように、複数の光ファイバ３は配列される。
【００５７】
具体的には、光ファイバ出射端における光ファイバ３の配列は、図６に示すように、ロッド１１０の入射面内で入射光が広く分布するように、光ファイバ３を配列させている。
【００５８】
より具体的には、図６に示すように、光出射部７の出射端面は、複数の光ファイバ３と、複数の充填物３Ｚとから構成される。充填物３Ｚは、間隔を空けて各光ファイバ３を配列させるための、光ファイバ３の代替となるものである。すなわち、充填物３Ｚは、各光ファイバ３の間隔を空けながら、該各光ファイバ３を保持するためのものである。すなわち、出射端保持部６（光出射部７）は、各光ファイバ３の出射端と、各出射端間の空隙を埋める充填物３Ｚを平面状に並べて保持する。
【００５９】
充填物３Ｚの形状は、例えば、光ファイバ３の形状と同様な円柱状である。充填物３Ｚは、例えば、ゴムで構成される。なお、充填物３Ｚは、ゴムに限定されず、光を伝播させない材料であれば、どのような材料で構成されてもよい。
【００６０】
図６のように、各光ファイバ３と、各充填物３Ｚを配置することにより、複数の光ファイバ３は、光出射部７の端面（出射端面）全体にわたって間隔を空けて配列される。この場合、当該間隔は、充填物３Ｚの直径のｓ（自然数）倍になる。
【００６１】
図６の構成によれば、光束は、出射端面内で点在していながらも、一様な分布で出射される。各光束単独では、面内均一性は十分ではないが、空間的に一様に各光束が重畳されることで、光強度の均一性が改善される。その結果、総和としての面内均一性は、所望の判定基準値Ｕを満たすようになる。また、図６の構成によれば、光出射部７のエタンデューは、光学デバイス１２０のエタンデューより小さい。
【００６２】
一方、以下の式５が満たされる場合、ロッド出射端での面内均一性の最低条件は満足されていることになる。式４が満たされる場合は、
Ｍｉｎ（Ｔ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）／Ｍａｘ（Ｔ（Ｐｉ（ｘ），ｘ）≧Ｕ  ・・・（式５）
式５が満たされる場合は、前述の式４も満たされている。この場合、光ファイバ３は集中させて配列させることが可能となり、エタンデューを小さく維持できる利点がある。
【００６３】
しかしながら、一般的には、ロッドの開口の縦方向および横方向の辺のサイズが異なる。そのため、仮に、縦方向および横方向を、それぞれｘ方向およびｙ方向と定義した場合、転写関数Ｔ（ｆ，ｘ）とＴ（ｆ，ｙ）は異なる。すなわち、ロッドの長辺方向の転写関数の一様性が相対的に悪い。そのため、一部に光束を集める場合、ロッド入射面の形状と相似形を保つよりは、ロッドの長辺方向の入射光のサイズの縮小を抑制することが有効であることが導かれる。
【００６４】
そのため、本実施の形態における光ファイバ出射端における光ファイバ３の配列は、図７に示すような配列としてもよい。図７に示す当該配列は、ロッド入射面内の一部に、光束を集中させて、エタンデューを小さくする配列である。
【００６５】
また、図７に示す当該配列は、さらに、ロッド入射面の外形の相似形とはせずに、長辺方向の光の開口率を相対的に大きくし、短辺方向の光の開口率を相対的に小さくする配列である。以下においては、光の開口率を、単に、開口率ともいう。
【００６６】
具体的には、エタンデューを満たす光ファイバ出射端の最外形（外縁）に収まる光ファイバ３の本数は、図４では、光ファイバ３の本数は、１３×７＝９１本としている。すなわち、９１本の光ファイバ３は、７行１３列に配列される。
【００６７】
一方、図７では、光ファイバ３の本数は２１本としている。具体的には、図７に示すように、２１本の光ファイバ３は、３行７列に配列される。この配列により、図７において、光ファイバ出射端面の長辺側は７／１３（０．５４）の比率で縮小され、光ファイバ出射端面の短辺側は３／７（０．４３）の比率で縮小されている。これにより、光ファイバ出射端面の短辺方向の開口率を相対的に小さくしている。
【００６８】
すなわち、図７の構成では、複数の光ファイバ３は、光出射部７の端面（光出射端面）の一部に集まるよう配列される。
【００６９】
図７の構成によれば、光束は出射端面内で局在化していることにより、エタンデューが小さくなる。また、さらには、光の面内均一性を低下させないように開口の外形が定めることで、面内均一性は、所望の判定基準値Ｕを満たすようになる。すなわち、ロッド出射端面の光強度の面内均一性（均一度）は、判定基準値Ｕ以上である。また、図７の構成によれば、光出射部７のエタンデューは、光学デバイス１２０のエタンデューより小さい。
【００７０】
以上、本実施の形態によれば、ロッド１１０の出射端面での光強度の面内均一性が予め定められた基準値以上となるように光出射部７において複数の光ファイバ３は配列される。すなわち、ロッド１１０の出射端面での光強度の均一度が基準値（判定基準値Ｕ）以上となるように複数の光ファイバ３は配列される。これにより、ロッド１１０の出射端面における光強度分布の面内均一性の不十分さを改善することができる。
【００７１】
また、本実施の形態によれば、光強度分布の面内均一性に優れた光出射部を備えるレーザ光出射装置を提供することができる。すなわち、本実施の形態によれば、光強度分布の面内均一性の高いレーザ光出射装置を提供することができる。
【００７２】
＜実施の形態２＞
次に、図７の条件を満たす場合に、ロッド１１０への入射エタンデューが許容される範囲で、プロジェクタ１０００の明るさを調整するための光ファイバ３の配列の例について説明する。本実施の形態では、光出射部７を複数の出射端保持部６で構成する。
【００７３】
本実施の形態では、詳細は後述するが、レーザ光源の各色の光出力の設定に応じてバンドルファイバ５の配列を変更する。なお、本実施の形態における光出射部７は、当該光出射部７のエタンデューが、プロジェクタの光学デバイスのエタンデューより小さくなるよう、構成される。当該光学デバイスは、図１のプロジェクタ１０００における、ロッド１１０、光学デバイス１２０等である。
【００７４】
図８は、本発明の実施の形態２に係る光出射部７の構成を示す図である。図８に示すように、光出射部７は、３つの出射端保持部６（バンドルファイバ５）で構成される。図８では、例えば、光出射部７の出射端面における複数の光ファイバ３を、該出射端面の短辺方向において３分割している。なお、光出射部７を構成する３つの出射端保持部６の各々は、光出射部７から自由に外せるように構成される。すなわち、光出射部７を構成する出射端保持部６（バンドルファイバ５）の数が変更可能なように、光出射部７は構成される。
【００７５】
このような構成により、光出射部７を構成するバンドルファイバ５の数を変更することができる。これにより、光出射部７が出射する光束の明るさ（強度）を、１つのバンドルファイバ５を用いた構成の１倍、２倍、３倍と調整することができる。
【００７６】
なお、光出射部７を構成する出射端保持部６（バンドルファイバ５）の数は、３に限定されず、２または４以上であってもよい。
【００７７】
図９は、本発明の実施の形態２に係る光出射部７の構成の他の例を示す図である。図９に示すように、光出射部７は、５つの出射端保持部６（バンドルファイバ５）で構成される。図９では、光出射部７の出射端面における複数の光ファイバ３を、該出射端面において５分割している。すなわち、光出射部７は、縦方向および横方向に各光ファイバ３を配置される。
【００７８】
なお、光出射部７を構成する５つの出射端保持部６（バンドルファイバ５）の各々は、光出射部７から自由に外せるように構成される。すなわち、光出射部７を構成する出射端保持部６（バンドルファイバ５）の数が変更可能なように、光出射部７は構成される。図９の構成により、光出射部７が出射する光束の明るさ（強度）の設定範囲を、１つのバンドルファイバ５を用いた構成の１〜５倍と広げることができる。
【００７９】
図９の構成によれば、光ファイバ出射端の分割方向を１方向に限定することなく、出射開口の小さな出射端保持部６を組み合わせる構成とする。これにより、明るさの設定範囲を拡大することができる。
【００８０】
一般に、従来のレーザ光出射装置では、光出射部の構成を変更することができない。そのため、光源装置の増設あるいは削減による明るさの調整はできないという課題がある。
【００８１】
そこで、上記のような本実施の形態によれば、エタンデューを満足するだけでなく、光強度分布の面内均一性を維持しつつ、バンドルファイバ５の数の増減により、明るさを調整することが可能となる。
【００８２】
次に、本実施の形態に係る光出射部７の構成を実現するための構成について説明する。本実施の形態に係る光出射部７は、例えば、以下のレーザ光出射装置３００により構成される。
【００８３】
図１０は、レーザ光出射装置３００の構成の一例を示す図である。図１０に示すように、レーザ光出射装置３００は、一例として、光出射部７が共有される２台のレーザ光出射装置１００を含む。なお、レーザ光出射装置３００に含まれるレーザ光出射装置１００の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。すなわち、レーザ光出射装置３００は、光出射部７が共有される複数台のレーザ光出射装置１００を含む。また、レーザ光出射装置３００は、本実施の形態に係る光出射部７を備える。
【００８４】
本実施の形態に係る光出射部７は、２台のレーザ光出射装置１００が、それぞれ備える２つのバンドルファイバ５（出射端保持部６）により構成される。すなわち、本実施の形態に係る光出射部７は、複数のレーザ光出射装置１００のバンドルファイバ５により構成される。つまり、複数のバンドルファイバ５の各々の出射端が、各レーザ光出射装置１００に共有される光出射部７に配置される。
【００８５】
具体的には、本実施の形態に係る光出射部７は、各レーザ光出射装置１００の筐体１から引き出されたバンドルファイバ５（出射端保持部６）により構成される。すなわち、本実施の形態に係る光出射部７を構成する各バンドルファイバ５は、複数のレーザ光出射装置１００から提供される。
【００８６】
なお、本実施の形態に係る光出射部７を構成するバンドルファイバ５の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。
【００８７】
＜実施の形態２の変形例＞
本実施の形態の変形例に係る光出射部７は、例えば、以下のレーザ光出射装置１００Ａにより構成される。
【００８８】
図１１は、本発明の実施の形態２の変形例に係るレーザ光出射装置１００Ａの構成の一例を示す図である。図１１に示すように、レーザ光出射装置１００Ａは、図２のレーザ光出射装置１００と比較して、光ファイババンドル部４が２つ設けられる点と、バンドルファイバ５が２本設けられる点と、出射端保持部６が２つ設けられる点とが異なる。レーザ光出射装置１００Ａのそれ以外の構成は、レーザ光出射装置１００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００８９】
図１１では、１台のレーザ光出射装置１００Ａの筐体１の内部から筐体１の外部へ２本のバンドルファイバ５（出射端保持部６）が引き出されている状態を示す。なお、レーザ光出射装置１００Ａが備える、光ファイババンドル部４、バンドルファイバ５、出射端保持部６の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。すなわち、レーザ光出射装置１００Ａは、複数のバンドルファイバ５を備える。
【００９０】
以下においては、図１のプロジェクタ１０００において、レーザ光出射装置１００をレーザ光出射装置１００Ａと置き換えたプロジェクタを、プロジェクタＡとも表記する。レーザ光出射装置１００Ａは、複数のプロジェクタＡで使用される。この場合、複数のバンドルファイバ５は、それぞれ、複数のプロジェクタＡで使用される。なお、これに限定されず、複数のバンドルファイバ５は、１台のプロジェクタＡで使用されてもよい。すなわち、複数のバンドルファイバ５は、複数のプロジェクタＡの少なくとも１つで使用される。
【００９１】
本実施の形態の変形例に係る光出射部７は、レーザ光出射装置１００Ａが備える複数のバンドルファイバ５（出射端保持部６）により構成される。
【００９２】
一般に、従来のレーザ光出射装置では、１以上のバンドルファイバを有するレーザ光源と１台以上のプロジェクタを組み合わせた投射システムにおいて、レーザ光源とプロジェクタ内のロッドとの間の接続の柔軟性を確保されていない。これにより、コストの低減が妨げられるという課題がある。
【００９３】
一方、本実施の形態の変形例では、図１１の構成により、１台のレーザ光出射装置１００Ａから複数のバンドルファイバ５を提供することが可能となる。具体的には、一台のレーザ光出射装置の筐体１から複数のバンドルファイバ５を引き出し、それぞれを異なる複数台のプロジェクタに接続することができる。
【００９４】
すなわち、図１１の構成により、バンドルファイバをプロジェクタに適した所望の構成に変更することができる。これにより、レーザ光出射装置１００Ａと、各プロジェクタ内のロッドとの間の接続の柔軟性が向上させることができる。その結果、導入コストや運用コストの低減を図ることが可能となる。
【００９５】
さらには、レーザ光出射装置１００Ａを集中管理とすることによる導入コスト、およびランニングコストの低減を図る効果を奏する。
【００９６】
上記の実施の形態２、およびその変形例によれば、レーザプロジェクタの入射光学系に適した出射パターンを有する光出射部７を構成することができる。その結果、面内均一性の高い光強度分布を提供できる効果を奏する。すなわち、本実施の形態によれば、光強度分布の面内均一性の高いレーザ光出射装置を提供することができる。
【００９７】
また、上記の実施の形態２、およびその変形例によれば、複数のバンドルファイバ５を組み合わせて光射出部を構成することができる。そのため、レーザ光源を増設、あるいは、削減することを手段としたプロジェクタの明るさの調整が可能となり、運用上の柔軟性を向上させる効果を奏する。
【００９８】
また、以上により、プロジェクタで使用されるレーザ光出射装置の構成は、図２、図１０または図１１で示した構成とすることができる。すなわち、図６〜図９の構成を有するレーザ光射出装置と、プロジェクタとは、図２、図１０または図１１に示すバンドルファイバ５を用いて接続することができる。
【００９９】
＜実施の形態３＞
前述の関連技術Ａ，Ｂをレーザプロジェクタ装置に適用した場合、レーザ光源の光出力に応じた光源の配色比率が、予め定められた基準値を満足させることが困難になるという問題点がある。本実施の形態では、上記問題点を解決する。
【０１００】
本実施の形態では、光ファイバ３を伝播させる光が単色であり、かつ、同一出射面上に異なる色の光を並べた場合に、エタンデューと光強度分布の面内均一性に加えて、ホワイトバランスを確保する構成を示す。すなわち、本実施の形態では、光源の配色比率と光強度分布の面内均一性の双方を満足するように、光ファイバ３を配列する構成とする。
【０１０１】
図１２は、本発明の実施の形態３に係る光ファイバ出射端における光ファイバ３の配列を示す図である。具体的には、図１２は、図７の構成において、３色の異なる色の光として、赤色、緑色および青色のレーザ光を光出射部７から出射させる構成を示す。図１２に示す光ファイバの配列では、図２のレーザ光出射装置１００が利用される。
【０１０２】
以下においては、赤色のレーザ光（赤色光）を伝播させ、該赤色光を出射する光ファイバ３を、光ファイバ３Ｒとも表記する。また、以下においては、緑色のレーザ光（緑色光）を伝播させ、該緑色光を出射する光ファイバ３を、光ファイバ３Ｇとも表記する。また、以下においては、青色のレーザ光（青色光）を伝播させ、該青色光を出射する光ファイバ３を、光ファイバ３Ｂとも表記する。
【０１０３】
すなわち、実施の形態３に係るレーザ光出射装置１００が備える複数の光ファイバ３の各々は、複数の色の光のいずれかを伝播させる。また、レーザ光出射装置１００が備える複数のレーザ光源２の各々は、映像を生成するための複数の色の光のいずれかを出射する。また、レーザ光出射装置１００が備える光出射部７は、複数の光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂで構成される。
【０１０４】
ホワイトバランスに必要な各色の光出力（光の強度）と、各色のレーザ光源から得られる光出力（光の強度）とから、必要な光ファイバ３の本数が導かれる。本実施の形態では、光出射部７が出射する光束のうち、複数の光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが伝播させる複数の色の光の各々の比率である配色比率は、基準配色比率と一致するように、各光ファイバ３が配列される。当該基準配色比率とは、プロジェクタ１０００が正規な色の映像を投射するための予め定められた配色比率である。具体的には、以下のように、各光ファイバ３（光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）が配列される。
【０１０５】
図１２では、一例として、８本の光ファイバ３Ｒと９本の光ファイバ３Ｇと４本の光ファイバ３Ｂとから構成される２１本の光ファイバ３を使用した構成を示す。この構成において、図６および図７で述べた面内均一性の考え方と同様のことが各色の光毎に当てはまる。そのため、光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの配置（配列）は、例えば、図１２に示す配置（配列）が好ましい。
【０１０６】
具体的には、２１本の光ファイバは、面内均一性を維持するよう、３行７列に配列される。また、図１２では、面内均一性に加えて、３色の光（赤色光、緑色光、青色光）ともに面内均一性を維持する構成とする。具体的には、図７と同様に、光ファイバ出射端面の短辺方向の開口率を相対的に小さくしながら、配列面（光ファイバ出射端面）内での均一な光ファイバの分布（配列）を設計した。
【０１０７】
以下においては、３行７列の配列のうち最も上の行を最上行または最上列ともいう。また、以下においては、３行７列の配列のうち真ん中の行を中央行または中央列ともいう。また、以下においては、３行７列の配列のうち最も下の行を、最下行または最下列ともいう。
【０１０８】
具体的には、図１２に示すように、中央行（中央列）において、４本の光ファイバ３Ｂを、１本の光ファイバ３の間隔ごとに配置する。また、最上行および最下行において、７本の光ファイバ３Ｒと７本の光ファイバ３Ｇとを、千鳥状に配列する。また、中央行（中央列）において、光ファイバ３Ｂが配置されていない３箇所のうちの中央に１本の光ファイバ３Ｒを配置する。また、中央行（中央列）において、当該３箇所のうちの左右の２箇所にそれぞれ２本の光ファイバ３Ｇを配置する。
【０１０９】
この構成により、光出射部７が出射する光束のうち、複数の光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが伝播させる複数の色の光の各々の配色比率は、前述の基準配色比率と一致する。
【０１１０】
なお、均一に分散させる配列は、図１２の配列に限定されず、他の配列であってもよい。
【０１１１】
図１２の構成によれば、ホワイトバランスを保ちつつ、光ファイバ出射端において、複数の光ファイバ３を一部に纏めて小さなエタンデューを維持し、光ファイバを各色の出射光束が広く分布するように配列させる。これにより、各色光毎の光強度分布の面内均一性の高いレーザ光出射装置を提供することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態に係る、光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの配列は、図８または図９の構成に適用してもよい。
【０１１３】
図１３は、一例として、図９で示す各出射端保持部６（バンドルファイバ５）に、光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを利用した構成を示す。具体的には、図１３は、図９で示す各出射端保持部６（バンドルファイバ５）において、光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを配列した状態を示す図である。
【０１１４】
図１３では、一例として、５本の光ファイバ３Ｒと、６本の光ファイバ３Ｇと、３本の光ファイバ３Ｂとを利用した配列構成を示す。図１２と同様に、面内均一性の考え方から、例えば、図１３に示す、光ファイバの配列（配置）が好ましい。
【０１１５】
図１３に示す光ファイバの配列では、図１０のレーザ光出射装置３００または図１１のレーザ光出射装置１００Ａが利用される。この構成により、光出射部７が出射する光束のうち、複数の光ファイバ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが伝播させる複数の色の光の各々の配色比率は、基準配色比率と一致する。
【０１１６】
図１３の構成によれば、ホワイトバランスを保ちつつ、出射端保持部６（バンドルファイバ５）を組み合わせることが可能な、小さなエタンデューと光強度分布の面内均一性をの高いレーザ光出射装置を提供することができる。
【０１１７】
以上、本実施の形態によれば、各色の光ファイバ３の本数の比率を変化させることができる。つまり、レーザ光源の光強度比率に応じてレーザ光源の数を増減させる。これにより、プロジェクタの配色比率を適切に設定することが可能となる。これは、余剰のレーザ光源を内蔵することのない効率的で安価なレーザ光出射装置を提供できる効果を奏する。
【０１１８】
また、本実施の形態によれば、配色比率と光強度分布の面内均一性とに優れた光出射部を備えるレーザ光出射装置を提供することができる。
【０１１９】
なお、異なる波長の単色の光を出射するレーザ光源を組み合わせた従来のレーザ光出射装置では、各色の光に対応する光ファイバの本数が異なる。そのため、配色比率、および、画面の光強度分布の面内均一性を一定に維持することが困難であった。
【０１２０】
そこで、上記の各実施の形態では、プロジェクタのエタンデューの許容範囲内で、光強度分布の面内均一性を向上させるファイバ配列設計を行う。これにより、配色比率と光強度分布の面内均一性に優れた画面を提供することができる。
【０１２１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態、該実施の形態の変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態、該実施の形態の変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明にかかわるレーザ光出射装置は、光強度分布の面内均一性が必要なレーザプロジェクタ装置に活用できる。さらには、本発明は、明るさおよび運用性に柔軟性が必要なレーザプロジェクタ装置に活用できる。
【符号の説明】
【０１２３】
２  レーザ光源、３，３Ｂ，３Ｇ，３Ｒ  光ファイバ、４  光ファイババンドル部、５  バンドルファイバ、６  出射端保持部、７  光出射部、１００，１００Ａ，３００  レーザ光出射装置、１１０  ロッド、１２０  光学デバイス、１３０  レンズ、２００  スクリーン、１０００  プロジェクタ。
【図１】
2014085432.tif 000003
【図２】
2014085432.tif 000004
【図３】
2014085432.tif 000005
【図４】
2014085432.tif 000006
【図５】
2014085432.tif 000007
【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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