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CN102652281A - 光合波装置及投影仪 - Google Patents

光合波装置及投影仪 Download PDF

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CN102652281A
CN102652281A CN2011800048503A CN201180004850A CN102652281A CN 102652281 A CN102652281 A CN 102652281A CN 2011800048503 A CN2011800048503 A CN 2011800048503A CN 201180004850 A CN201180004850 A CN 201180004850A CN 102652281 A CN102652281 A CN 102652281A
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light
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optical
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种能抑制光学系统的大型化且能容易调整光源单元的数目的光合波装置及投影仪。本发明的光合波装置包括：具备射出平行光(CB1、CB2)的多个光源单元的光源部(110)；汇聚以互不相同的入射角射入的所述平行光并规定多个汇聚位置(P1、P2)的第一透镜部(120)；以及具有分别对应于所述多个汇聚位置的焦点的第二透镜部(130)，所述第一透镜部及所述第二透镜部构成缩小光学系统，所述第二透镜部的通过与所述多个汇聚位置的其中之一对应的所述焦点的光轴沿着所述第二透镜部的通过与所述多个汇聚位置中的另一汇聚位置对应的所述焦点的光轴延伸。

Description

光合波装置及投影仪
技术领域
本发明涉及一种对来自多个光源单元的光进行合成的光合波装置及具备光合波装置的投影仪。
背景技术
各种用于在高输出下射出高亮度的光的光合波装置及投影仪已被提出。例如，专利文献1公开一种具有多个光源单元的照明装置。照明装置包括多个光源单元射出的汇聚光以不同的入射角度射入的复眼阵列透镜(fly-eye array lens)。照明装置利用复眼阵列透镜对光进行合成。
专利文献2公开一种投射高亮度的光的显示装置。显示装置包括多个光源单元。来自光源单元的光被准直后射入一个复眼阵列透镜。此外，射向复眼阵列透镜的入射光线相互平行。显示装置利用复眼阵列透镜对光进行合成。
专利文献3公开一种具有两个光源的图像显示装置。从光源射出的光线的偏振面相互正交。图像显示装置利用偏振棱镜对光进行合成。
专利文献4公开一种具有射出平行光的多个激光光源的照明装置。照明装置包括用以缩小准直光的光轴间距而形成的特殊棱镜。照明装置利用棱镜的斜面对光进行合成。
根据专利文献1的公开技术，通过复眼阵列透镜而被合成的光之后成为发散光。因此，光源单元数的增加会导致发散角增大。这样，专利文献1的照明装置为了对合成后的光进行处理而需要具备较大的光学系统。
根据专利文献2的公开技术，光源单元的增加意味着相互平行的准直光的增大。因此，与专利文献1的照明装置相同，专利文献2的显示装置为对合成后的光进行处理而需要有较大的光学系统。
根据专利文献3的图像显示装置，利用正交的偏振面与偏振棱镜对光进行合成。因此，在专利文献3的公开技术下可利用的光源单元数被限制为两个。因此，专利文献3的公开技术不适合光源单元数的增大。
根据专利文献4的公开技术，与专利文献2的显示装置相同，光源单元数的增大意味着相互平行的准直光的增大。虽然专利文献4的照明装置利用特殊棱镜缩小准直光的光轴间距，但为了对合成后的光进行处理而需要具备较大的光学系统。
专利文献1：日本专利公开公报特开平5-045605号
专利文献2：日本专利公开公报特开平10-293545号
专利文献3：日本专利公开公报特开2000-180795号
专利文献4：日本专利公开公报特开2003-31872号
发明内容
本发明的目的在于提供一种能抑制光学系统的大型化且能容易地调整光源单元的个数的光合波装置及投影仪。
本发明所提供的光合波装置包括：利用多个光源单元射出平行光的光源部；汇聚以互不相同的入射角射入的所述平行光并规定多个汇聚位置的第一透镜部；以及具有分别对应于所述多个汇聚位置的焦点的第二透镜部，其中，所述第一透镜部及所述第二透镜部构成缩小光学系统，所述第二透镜部的通过与所述多个汇聚位置的其中之一对应的所述焦点的光轴，沿着通过与所述多个汇聚位置中的另一汇聚位置对应的所述焦点的所述第二透镜部的光轴延伸。
本发明所提供的投影仪包括：对用于显示影像的视频信号进行处理而生成控制信号的信号处理装置；上述光合波装置；基于所述控制信号对来自所述光合波装置的光进行调制而生成影像光的空间光调制元件；以及使所述影像光成像的光学系统。
上述光合波装置及投影仪能抑制光学系统的大型化。另外，光合波装置及投影仪的光源单元的数目易于调整。此外，光合波装置及投影仪能射出高亮度的光。
本发明的目的、特征以及优点通过以下的详细说明与附图变得更加清楚。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的光合波装置的概略图。
图2是图1所示的光合波装置的光学设计的概念图。
图3是第二实施方式所涉及的光合波装置的概略图。
图4是第三实施方式所涉及的光合波装置的概略图。
图5是第四实施方式所涉及的光合波装置的概略图。
图6是图5所示的光合波装置的第一透镜部的概略立体图。
图7是图5所示的光合波装置的第二透镜部的概略立体图。
图8是第五实施方式所涉及的光合波装置的概略图。
图9是图8所示的光合波装置的基板的概略立体图。
图10是第六实施方式所涉及的光合波装置的概略图。
图11是图10所示的光合波装置的第一透镜部的概略立体图。
图12是图10所示的光合波装置的第二透镜部的概略立体图。
图13是第七实施方式所涉及的光合波装置的概略图。
图14是图13所示的光合波装置中的光学路径的概略图。
图15是第八实施方式所涉及的投影仪的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图对按照各实施方式的光合波装置及投影仪进行说明。另外，在以下说明的实施方式中，对相同的结构要素标注相同的符号。另外，为了说明的明了化，根据需要省略重复的说明。附图中所示的结构、配置或形状及与附图相关的记载仅是用于使光合波装置及投影仪的原理容易被理解，光合波装置及投影仪的原理并不受它们的任何限定。
(第一实施方式)
(光合波装置的结构)
图1是第一实施方式所涉及的光合波装置100的概略图。利用图1对光合波装置100进行说明。
图1所示的光合波装置100包括射出平行光束CB1、CB2的光源部110。光源部110包括光源单元111、112。作为光源单元111、112，例示高压水银灯、卤素灯、或半导体激光器等激光光源。图1中示出两个光源单元111、112。然而，光源部所包括的光源单元的数目可为多个，并不限定于“两个”。例如，光源部可包括数目超过“2”的光源单元。
光源部110还包括准直透镜113、114。准直透镜113接受来自光源单元111的光并形成平行光束CB1。准直透镜114接受来自光源单元112的光并形成平行光束CB2。在本实施方式中，光源部110利用光源单元111、112及准直透镜113、114射出平行光束CB1、CB2。取而代之，只要能射出平行光束，利用多个光源单元的其他的光学结构也可以被用作为光源部。本实施方式中，平行光束CB1、CB2作为平行光而被例示。
光合波装置100还包括接受从光源部110射出的平行光束CB1、CB2的第一透镜部120。第一透镜部120具有与光源部110相对置的凸状的透镜面121、以及透镜面121的相反侧的平坦的射出端面122。平行光束CB1、CB2以互不相同的角度射入透镜面121。在本实施方式中，平行光束CB1以“+θ”角度射入透镜面121。平行光束CB2以“-θ”角度射入透镜面121。另外，平行光束CB1、CB2在透镜面121上的射入位置相对于第一透镜部120的光轴OA1而呈对称。即，光源单元111、112(及准直透镜113、114)相对于第一透镜部120的光轴OA1呈轴对称地配置。
透镜面121被设计成可规定平行光束CB1、CB2各自的汇聚位置。图1中，作为平行光束CB1的汇聚位置而示出点P1。另外，作为平行光束CB2的汇聚位置而示出点P2。第一透镜部120使平行光束CB1汇聚于点P1，而使平行光束CB2汇聚于点P2。
光合波装置100还包括接受通过了第一透镜部120的光的第二透镜部130。第二透镜部130具有与第一透镜部120相对置的平坦的入射端面131、以及入射端面131的相反侧的凸状的透镜面132。通过了第一透镜部120的光射入入射端面131之后从透镜面132射出。
第二透镜部130具有接受从光源单元111射出的光的透镜片133以及接受从光源单元112射出的光的透镜片134。透镜片133的焦点与点P1一致。另外，透镜片134的焦点与点P2一致。透镜片133、134规定共同的前侧焦平面FFP。第一透镜部120在前侧焦平面FFP上规定多个汇聚位置。第二透镜部130具有分别与前侧焦平面FFP上的多个汇聚位置一致的焦点。
图1中示出通过与点P1对应的透镜片133的焦点的光轴OA2、以及通过与点P2对应的透镜片134的焦点的光轴OA3。光轴OA2沿着光轴OA3延伸(即，光轴OA2与光轴OA3大致平行地延伸)。光轴OA2较为理想的是与光轴OA3平行。
第一透镜部120及第二透镜部130构成缩小光学系统。平行光束CB1、CB2的光束直径按照第一透镜部120与第二透镜部130之间的焦距的比率而缩小。此外，“缩小光学系统”的术语意味着具有将通过光源单元111、112而被描绘的图像缩小的功能的任意光学结构。因此，本实施方式的原理并不限定于图1所示的光学结构。
图2是图1所示的光合波装置100的光学设计的概念图。利用图1及图2进一步说明光合波装置100。
如上所述，光源部110射出平行光束CB1、CB2。平行光束CB1以“+θ”入射角射入第一透镜部120。平行光束CB2以“-θ”入射角射入第一透镜部120。即，入射光束(平行光束CB1、CB2)射向由第一透镜部120及第二透镜部130形成的缩小光学系统的入射角度互不相同。作为缩小光学系统的射出部而利用的第二透镜部130具有相互大致平行的光轴OA2、OA3。其结果是，多束平行光束CB1、CB2的光束直径被缩小之后，形成沿相互平行的光轴OA2、OA3传输的平行光束PCB1、PCB2。平行光束PCB1、PCB2作为一束光束而一体地从第二透镜部130射出，因此，用于处理从缩小光学系统射出的光的光学系统也可为小型。因此，根据本实施方式的原理，即便来自多个光源单元111、112的平行光束PCB1、PCB2被合成，也无需用于对合成后的光进行处理的大型光学系统。
根据本实施方式的原理，光源单元的数目可根据所需的亮度而适当规定。射向第一透镜部的入射角可以按照光源单元的数目互不相同地设定。因此，根据本实施方式的原理，光源单元可以根据需要予以追加。
图2中示出第一透镜部120的焦距“f”(从第一透镜部120至前侧焦平面FFP为止的距离)。另外，平行光束CB1、CB2射向第一透镜部120的入射角的绝对值均为“θ”。在这样的光学条件下，设定第二透镜部130，使透镜片133、134的光轴OA2、OA3偏离第一透镜部120的光轴OA1的偏移量D满足由以下数学式所示的关系。
(数式1)
D＝fsinθ
如果满足上述的数学式的关系，则平行光束PCB1、PCB2可适宜地作为一束光束而一体地从第二透镜部130射出。
在本实施方式中，光源单元111、112射出发散光。取而代之，光源单元也可射出平行光。作为射出平行光的光源单元，可例示气体激光器、半导体激光激发固态激光器、或具备第二谐波产生元件与基波激光的SHG(Second Harmonic Generation，第二谐波产生)激光器。如果光源单元射出平行光，则无需准直透镜。
本实施方式中，第二透镜部130的透镜片133、134相邻接。其结果是，利用小型光学系统对从由第一透镜部120与第二透镜部130形成的缩小光学系统射出的光进行处理。此外，第二透镜部所利用的透镜片也可根据需要而分离。
较为理想的是，利用第一透镜部120与第二透镜部130形成的缩小光学系统的缩小倍率被设定成小于光源部110所具有的光源单元111、112的个数的倒数。本实施方式的光源部110包括两个光源单元111、112。因此，本实施方式中，较为理想的是，利用第一透镜部120与第二透镜部130形成的缩小光学系统的缩小倍率被设定得小于“1/2”。其结果是，第二透镜部130的配置变得容易。另外，从缩小光学系统射出的平行光束(平行光束PCB1、PCB2成为一体的光束)的直径小于平行光束CB1或平行光束CB2的光束直径。
(第二实施方式)
图3是第二实施方式所涉及的光合波装置100A的概略图。利用图1及图3对光合波装置100A进行说明。此外，对与在第一实施方式中说明的光合波装置100相同的要素分配相同的符号。对与光合波装置100相同的要素引用第一实施方式的说明。
与在第一实施方式中说明的光合波装置100相同，光合波装置100A包括光源部110及第一透镜部120。光合波装置100A还包括第二透镜部130A。
与在第一实施方式中说明的第二透镜部130不同，第二透镜部130A作为凹透镜发挥功能。第二透镜部130A包括透镜片133A、134A。
与在第一实施方式中说明的第二透镜部130不同，第二透镜部130A设置在后侧焦平面RFP与第一透镜部120之间。此外，与在第一实施方式中说明的透镜片133相同，第二透镜部130A的透镜片133A具有与点P1(平行光束CB1的汇聚位置)一致的焦点。另外，与在第一实施方式中说明的透镜片134相同，第二透镜部130A的透镜片134A具有与点P2(平行光束CB2的汇聚位置)一致的焦点。其结果是，第一透镜部120及第二透镜部130A构成缩小光学系统。此外，本实施方式中，第一透镜部120在后侧焦平面RFP上规定平行光束CB1、CB2的汇聚位置。另外，第二透镜部130A的透镜片133A、134A规定共用的后侧焦平面RFP。
由于第二透镜部130A作为凹透镜发挥功能，因此第一透镜部120与第二透镜部130A之间的距离短于在第一实施方式中说明的第一透镜部120与第二透镜部130之间的距离。因此，第二实施方式的光合波装置100A与第一实施方式的光合波装置100相比可形成得更加小型。
在第一实施方式及第二实施方式中，第二透镜部130、130A的光轴OA2、OA3与第一透镜部120的光轴OA1大致平行。取而代之，也能规定第一透镜部120与第二透镜部130、130A的光学设计，使第二透镜部130、130A的光轴OA2、OA3相对于第一透镜部120的光轴OA1倾斜。
(第三实施方式)
图4是第三实施方式所涉及的光合波装置100B的概略图。利用图4说明光合波装置100B。此外，对与在第一实施方式中说明的光合波装置100相同的要素分配相同的符号。对与光合波装置100相同的要素引用第一实施方式的说明。
光合波装置100B除了包括在第一实施方式中说明的第一透镜部120以外，还包括光源部110B及第二透镜部130B。
光源部110B与在第一实施方式中说明的光源部110相同包括光源单元111、112及准直透镜113、114。光源部110B还包括光源单元115及接受来自光源单元115的光的准直透镜116。光源单元115与光源单元111、112相同，可为高压水银灯、卤素灯或半导体激光器等激光光源。准直透镜116接受来自光源单元115的光形成平行光束CB3。
第一透镜部120使通过光源单元111及准直透镜113而形成的平行光束CB1汇聚于点P1。另外，第一透镜部120使通过光源单元112及准直透镜114而形成的平行光束CB2汇聚于点P2。此外，第一透镜部120使通过光源单元115及准直透镜116而形成的平行光束CB3汇聚于点P3。点P1、点P2及点P3排列在由第二透镜部130B规定的前侧焦平面FFP上。另外，在点P1与点P2之间规定的点P3位于第一透镜部120的光轴OA1上。
第二透镜部130B具有接受从光源单元111射出的光的透镜片133B、接受从光源单元112射出的光的透镜片134B、以及接受从光源单元115射出的光的透镜片135B。透镜片133B的焦点与点P1一致。透镜片134B的焦点与点P2一致。透镜片133B、134B之间的透镜片135B的焦点与点P3一致。
图4中示出通过与点P1对应的透镜片133B的焦点的光轴OA2、以及通过与点P2对应的透镜片134B的焦点的光轴OA3。透镜片135B的光轴与第一透镜部120的光轴OA1一致。同样，光源单元115及准直透镜116的光轴也与第一透镜部120的光轴OA1一致。因此，通过光源单元115及准直透镜116而形成的平行光束CB3沿第一透镜部120的光轴传输。本实施方式中，光源单元115作为第一光源单元而例示。另一方面，如在第一实施方式中所述，通过光源单元111、112及准直透镜113、114而形成的平行光束CB1、CB2沿相对于光轴OA1而倾斜的方向传输。因此，光源单元111、112及准直透镜113、114作为第二光源单元而例示。
如在第一实施方式中所述，光源单元111、112及准直透镜113、114相对于光轴OA1呈轴对称地设置。接受来自光源单元111的光的透镜片133B及接受来自光源单元112的光的透镜片134B也相对于光轴OA1呈轴对称地设置。因此，透镜片133B、134B呈相同形状。
如上所述，光合波装置100B的光源单元115、准直透镜116、第一透镜部120及透镜片135B排列在光轴OA1上。因此，光合波装置100B的各光学元件的轴对准变得容易。
例如，可在供搭载光合波装置100B的各光学元件的基板上基于光轴OA1形成槽部。可将光学元件嵌入槽部，从而形成光合波装置100B。
取而代之，光合波装置100B的各光学元件也能以具有固定直径的方式形成，并准备封装这些光学元件的筒部件。如果将光合波装置100B的各光学元件嵌入筒部件中，则容易以光轴OA1为基准排列光合波装置100B的光学元件。
如上所述，光源单元111、112及准直透镜113、114相对于光轴OA1呈轴对称地设置。其结果是，透镜片133B、134B形成同一形状。因此，第二透镜部130B所利用的透镜片133B、134B、135B的形状的类型减少。这样，第二透镜部130B的制造成本降低。
(第四实施方式)
图5是第四实施方式所涉及的光合波装置100C的概略图。利用图5对光合波装置100C进行说明。此外，对与在第一实施方式中说明的光合波装置100相同的要素分配相同的符号。对与光合波装置100相同的要素引用第一实施方式的说明。
与在第一实施方式中说明的光合波装置100相同，光合波装置100C包括光源部110。从光源部110射出平行光束CB1、CB2。
光合波装置100C还包括接受从光源部110射出的平行光束CB1、CB2的第一透镜部120C、以及接受通过了第一透镜部120C的光的第二透镜部130C。第一透镜部120C为分割平行光束CB1、CB2而生成多个分割光束DB的柱面透镜阵列(cylindrical lens array)。在本实施方式中，分割光束DB作为分割光而被例示。
第二透镜部130C为使分割光束DB分别成为平行光束DCB1、DCB2(后述)的柱面透镜阵列。作为第二透镜部130C而利用的柱面透镜阵列规定共用的前侧焦平面FFP。作为第一透镜部120C而利用的柱面透镜阵列的柱面透镜使平行光束CB1、CB2分别汇聚于前侧焦平面FFP上。
图6是第一透镜部120C的概略立体图。图7是第二透镜部130C的概略立体图。利用图5至图7进一步对光合波装置100C进行说明。
第一透镜部120C具有与光源部110相向的凸状的透镜面121C、以及透镜面121C的相反侧的射出端面122。在图6中，具有呈二维状排列的四个柱面透镜123、124、125、126的柱面透镜阵列作为第一透镜部120C而被示出。柱面透镜123、124、125、126各自使平行光束CB1、CB2分别汇聚于前侧焦平面FFP上。因此，在前侧焦平面FFP上规定八个汇聚位置。此外，平行光束的汇聚位置的数目相当于光源部所利用的光源单元的数目与作为第一透镜部利用的柱面透镜阵列的柱面透镜的数目的乘积值。
第二透镜部130C具有与第一透镜部120C相对置的平坦的入射端面131、以及入射端面131的相反侧的凸状的透镜面132C。通过了第一透镜部120C的光射入入射端面131之后从透镜面132C射出。在图7中，具有呈二维状排列的四个柱面透镜141、142、143、144的柱面透镜阵列作为第二透镜部130C而被示出。柱面透镜141、142、143、144各自具有第一透镜片145和第二透镜片146。第一透镜片145及第二透镜片146交替排列。
第一透镜片145的焦点分别在前侧焦平面FFP上的平行光束CB1的汇聚位置上。因此，第一透镜片145分别接受从光源单元111射出的光形成平行光束DCB1。
第二透镜片146的焦点分别在前侧焦平面FFP上的平行光束CB2的汇聚位置上。因此，第二透镜片146分别接受从光源单元112射出的光形成平行光束DCB2。
与第一实施方式相同，第一透镜部120C及第二透镜部130C构成缩小光学系统。
如上所述，第一透镜部120C对平行光束CB1、CB2分别进行分割而形成分割光束DB。分割光束DB汇聚于前侧焦平面FFP上。被分割的平行光束CB1、CB2(即分割光束DB)的汇聚位置在前侧焦平面FFP上交替排列。从平行光束CB1、CB2形成的分割光束DB在前侧焦平面FFP之后，一面扩散一面射入第二透镜部130C的入射端面131。基于平行光束CB1形成的分割光束DB射入第一透镜片145。基于平行光束CB2形成的分割光束DB射入第二透镜片146。如上所述，第一透镜片145及第二透镜片146交替排列。因此，经由第一透镜片145射出的平行光束DCB1及经由第二透镜片146射出的平行光束DCB2交替排列。其结果是，即便在通过光源单元111及准直透镜113射出的平行光束CB1与通过光源单元112及准直透镜114射出的平行光束CB2之间存在强度差，也因从第二透镜部130C射出的光包含交替排列的光束成分(平行光束DCB1、DCB2)，所以强度分布也不会产生显著变动。
(第五实施方式)
图8是第五实施方式所涉及的光合波装置100D的概略图。利用图8对光合波装置100D进行说明。此外，对与在第四实施方式中说明的光合波装置100C相同的要素分配相同的符号。对与光合波装置100C相同的要素引用第四实施方式的说明。
与在第四实施方式中说明的光合波装置100C相同，光合波装置100D包括光源部110。从光源部110射出平行光束CB1、CB2。
光合波装置100D包括基板150。在第四实施方式中说明的第一透镜部120C(柱面透镜阵列)及第二透镜部130C(柱面透镜阵列)一体形成在基板150上。
图9是基板150的概略立体图。利用图8及图9进一步说明光合波装置100D。
基板150具有与光源部110相对置的第一面151、以及第一面151的相反侧的第二面152。第一面151相当于在第四实施方式中说明的第一透镜部120C的透镜面121C。第二面152相当于在第四实施方式中说明的第二透镜部130C的透镜面132C。
本实施方式中，第一透镜部120C及第二透镜部130C在基板150上一体化。因此，光合波装置100D与在第四实施方式中说明的光合波装置100C相比，能以较少的部件数射出交替排列的平行光束DCB1、DCB2。另外，与在第四实施方式中说明的光合波装置100C不同，无须在第一透镜部120C与第二透镜部130C之间进行位置对准即可组装光合波装置100D。
利用图5对在第四实施方式及第五实施方式中说明的光合波装置100C、100D的变更形态进行说明。
在第四实施方式及第五实施方式中，第二透镜部130C的焦点位置分别与第一透镜部120C所规定的分割光束DB的汇聚位置完全一致。取而代之，第二透镜部的焦点位置也可相对于第一透镜部所规定的汇聚位置而沿光轴方向稍微偏移。其结果是，从第二透镜部射出的光不是平行光束DCB1、DCB2而是弱发散光或弱汇聚光。此时，从第二透镜部的第一透镜片及第二透镜片射出的光束稍微重合。因此，因平行光束CB1、CB2之间的强度差所引起的来自第二透镜部的射出光的强度不均进一步得以缓和。
(第六实施方式)
图10是第六实施方式所涉及的光合波装置100E的概略图。利用图10对光合波装置100E进行说明。此外，对与在第四实施方式中说明的光合波装置100C相同的要素分配相同的符号。对与光合波装置100C相同的要素引用第四实施方式的说明。
与在第四实施方式中说明的光合波装置100C相同，光合波装置100E包括光源部110。从光源部110射出平行光束CB1、CB2。
光合波装置100E还包括接受从光源部110射出的平行光束CB1、CB2的第一透镜部120E、以及接受通过了第一透镜部120E的光的第二透镜部130E。第一透镜部120E为对平行光束CB1、CB2进行分割而生成多个分割光束DB的微透镜阵列(micro-lens array)。在本实施方式中，分割光束DB作为分割光而被例示。
第二透镜部130E为使分割光束DB分别成为平行光束DCB1、DCB2(后述)的微透镜阵列。作为第二透镜部130E而利用的微透镜阵列规定共用的前侧焦平面FFP。作为第一透镜部120E而利用的微透镜阵列的微透镜使平行光束CB1、CB2分别汇聚于前侧焦平面FFP上。
图11是第一透镜部120E的概略立体图。图12是第二透镜部130E的概略立体图。利用图10至图12进一步说明光合波装置100E。
第一透镜部120E具有与光源部110相对置的凸状的透镜面121E、以及透镜面121E的相反侧的射出端面122。在图11中，具有呈二维状(矩阵状)排列的微透镜260的微透镜阵列作为第一透镜部120E而被示出。微透镜260各自使平行光束CB1、CB2分别汇聚于前侧焦平面FFP上。
第二透镜部130E具有与第一透镜部120E相对置的平坦的入射端面131、以及入射端面131的相反侧的凸状的透镜面132E。通过了第一透镜部120E的光射入入射端面131之后从透镜面132E射出。在图12中，具有呈二维状排列的微透镜270的微透镜阵列作为第二透镜部130E而被示出。微透镜270各自具有第一透镜片245及第二透镜片246。第一透镜片245及第二透镜片246交替排列(图12中沿上下方向)。
第一透镜片245的焦点分别在前侧焦平面FFP上的平行光束CB1的汇聚位置上。因此，第一透镜片245分别接受从光源单元111射出的光形成平行光束DCB1。
第二透镜片246的焦点分别在前侧焦平面FFP上的平行光束CB2的汇聚位置上。因此，第二透镜片246分别接受从光源单元112射出的光形成平行光束DCB2。
与第一实施方式相同，第一透镜部120E及第二透镜部130E构成缩小光学系统。
如上所述，第一透镜部120E对平行光束CB1、CB2分别进行分割而形成分割光束DB。分割光束DB汇聚于前侧焦平面FFP上。被分割的平行光束CB1、CB2(即分割光束DB)的汇聚位置在前侧焦平面FFP上呈二维状(矩阵状)排列。从平行光束CB1、CB2形成的分割光束DB在前侧焦平面FFP之后，一面扩散一面射入第二透镜部130E的入射端面131。基于平行光束CB1形成的分割光束DB射入第一透镜片245。基于平行光束CB2形成的分割光束DB射入第二透镜片246。如上所述，第一透镜片245及第二透镜片246呈二维状(矩阵状)排列。因此，经由第一透镜片245射出的平行光束DCB1及经由第二透镜片246射出的平行光束DCB2呈二维状(矩阵状)排列。其结果是，即便在通过光源单元111及准直透镜113射出的平行光束CB1与通过光源单元112及准直透镜114射出的平行光束CB2之间存在强度差，也因从第二透镜部130E射出的光包含呈二维状(矩阵状)排列的光束成分(平行光束DCB1、DCB2)，所以强度分布也不会产生显著变动。
本实施方式中，第一透镜部120E及第二透镜部130E相互独立地形成。取而代之，根据在第五实施方式中说明的原理，第一透镜部120E及第二透镜部130E也可在基板上一体形成。如果在与光源部相对置的基板的第一面上形成第一透镜部120E，且在第一面的相反侧的第二面上形成第二透镜部130E，则能以比较少的部件数射出呈二维状(矩阵状)排列的平行光束DCB1、DCB2。另外，无须在第一透镜部120E与第二透镜部130E之间进行位置对准即可组装光合波装置。
(第七实施方式)
图13是第七实施方式所涉及的光合波装置100F的概略图。利用图13对光合波装置100F进行说明。此外，对与在第三实施方式及第四实施方式中说明的光合波装置100B、100C相同的要素分配相同的符号。对与光合波装置100B、100C相同的要素引用第三实施方式及第四实施方式的说明。
光合波装置100F除了包括在第四实施方式中说明的第一透镜部120C以外，还包括对第一透镜部120C照射光的光源部110F。光源部110F包括在第三实施方式中说明的光源单元115及准直透镜116。另外，光源部110F还包括在第四实施方式中说明的光源单元111及准直透镜113。
光源单元115及准直透镜116正对着第一透镜部120C的透镜面121C。图13中示出连结光源单元115、准直透镜116及第一透镜部120C的光轴BOA1。经由准直透镜116射出的平行光束CB3沿光轴BOA1传输。
图13中示出在光源单元111、准直透镜113及第一透镜部120C之间规定的光轴BOA2。连结光源单元111、准直透镜113及第一透镜部120C的光轴BOA2相对于光轴BOA1倾斜。经由准直透镜113射出的平行光束CB1沿光轴BOA2传输。
光合波装置100F还包括接受通过了第一透镜部120C的光的第二透镜部130F。第二透镜部130F为与在第四实施方式中说明的第二透镜部130C相同的柱面透镜阵列。第二透镜部130F的形状及柱面透镜的排列与第二透镜部130C相同。在第四实施方式中说明的第二透镜部130C的中心点正对着第一透镜部120C的中心点，与此相对，第二透镜部130F的中心点偏离第一透镜部120C的中心点。
图14是光合波装置100F中的光学路径的概略图。利用图13及图14进一步说明光合波装置100F。
图14中，实线所示的光学路径为来自光源单元115的光所经过的光路。图14中，虚线所示的光学路径为来自光源单元111的光所经过的光路。
图14中，作为第一透镜部120C而示出柱面透镜阵列的一部分(上侧柱面透镜220U及下侧柱面透镜220L)。此外，以下说明中所利用的“上”及“下”的术语仅用于使说明明了化，并不对本实施方式的原理有任何限定。
平行光束CB3被分割为从上侧柱面透镜220U射出的分割光束DBU3和从下侧柱面透镜220L射出的分割光束DBL3。平行光束CB1被分割为从上侧柱面透镜220U射出的分割光束DBU1和从下侧柱面透镜220L射出的分割光束DBL1。
图14中，作为第二透镜部130F而示出柱面透镜阵列的一部分(上侧柱面透镜230U及下侧柱面透镜230L)。上侧柱面透镜230U具有第一透镜片145U、以及形成在第一透镜片145U的上方的第二透镜片146U。下侧柱面透镜230L具有第一透镜片145L及形成在第一透镜片145L的上方的第二透镜片146L。
第二透镜部130F的中心位置向下方偏移，以便使在作为第一透镜部120C的一部分利用的上侧柱面透镜220U与作为第二透镜部130F的一部分利用的上侧柱面透镜230U的第二透镜片146U之间规定的光轴BOA2与上述光轴BOA1平行。其结果是，在作为第一透镜部120C的一部分利用的下侧柱面透镜220L与作为第二透镜部130F的一部分利用的下侧柱面透镜230L的第二透镜片146L之间规定的光轴BOA3也与上述光轴BOA1平行。
从第一透镜部120C的上侧柱面透镜220U射出的分割光束DBU3沿上述光轴BOA2传输。从第一透镜部120C的下侧柱面透镜220L射出的分割光束DBL3沿上述光轴BOA3传输。
第二透镜部130F的第二透镜片146U、146L对分割光束DBU3、DBL3规定共用的前侧焦平面FFP。从第一透镜部120C的上侧柱面透镜220U射出的分割光束DBU3的汇聚位置与前侧焦平面FFP上的第二透镜片146U的前侧焦点一致。同样，从第一透镜部120C的下侧柱面透镜220L射出的分割光束DBL3的汇聚位置与前侧焦平面FFP上的第二透镜片146L的前侧焦点一致。
从平行光束CB3的上方射出的平行光束CB1倾斜射入第一透镜部120C。第一透镜部120C将平行光束CB1分割为分割光束DBU1、DBL1。分割光束DBU1、DBL1汇聚于前侧焦平面FFP上。第二透镜部130F的第一透镜片145U、145L在上述前侧焦平面FFP上规定相对于分割光束DBU1、DBL1的焦点。由第一透镜片145U、145L对分割光束DBU1、DBL1规定的焦点与分割光束DBU1、DBL1的汇聚位置一致。
在上述的光学设计下，分割光束DBU3、DBL3分别射入第二透镜部130F的第二透镜片146U、146L。第二透镜部130F的第二透镜片146U、146L基于分割光束DBU3、DBL3形成平行光束DCB3。分割光束DBU1、DBL1分别射入第二透镜部130F的第一透镜片145U、145L。第二透镜部130F的第一透镜片145U、145L基于分割光束DBU1、DBL1形成平行光束DCB1。其结果是，从第二透镜部130F射出平行光束DCB1、DCB3交替排列的光。
(第八实施方式)
图15是第八实施方式所涉及的投影仪500的概略图。利用图15对投影仪500进行说明。
(投影仪的结构)
投影仪500包括射出蓝色激光光线LBB的蓝色激光光源510B、射出绿色激光光线LBG的绿色激光光源510G、以及射出红色激光光线LBR的红色激光光源510R。对红色激光光源510R应用在第一实施方式至第七实施方式中说明的光合波装置的原理。
红色激光光源510R包括具有多个红色半导体激光光源511的光源部512。光源部512具备对应于红色半导体激光光源511而设置的多个准直透镜513。光源部512利用准直透镜513射出多个平行光束CB。红色半导体激光光源511相当于在第一实施方式至第七实施方式中说明的光源单元。
红色激光光源510R包括接受从光源部512射出的多个平行光束CB的第一透镜部514、以及接受通过了第一透镜部514的光的第二透镜部515。第一透镜部514及第二透镜部515依照在第一实施方式至第七实施方式中说明的原理对多个平行光束CB进行合成而生成红色激光光线LBR。
投影仪500还包括分色镜(dichroic mirror)520。蓝色激光光源510B及绿色激光光源510G向分色镜520射出蓝色激光光线LBB及绿色激光光线LBG。分色镜520允许蓝色激光光线LBB透过，另一方面反射绿色激光光线LBG。其结果是，从分色镜520射出蓝色激光光线LBB及绿色激光光线LBG合波而成的激光光线LGB。
投影仪500还包括分色镜525。激光光线LGB从分色镜520射向分色镜525。红色激光光源510R向分色镜525射出红色激光光线LBR。分色镜525反射激光光线LGB，而允许红色激光光线LBR透过。因此，激光光线LGB及红色激光光线LBR通过分色镜525而被合波并作为激光光线LB射出。
投影仪500还包括扩散板530。上述的激光光线LB射入扩散板530。扩散板530扩散激光光线LB。
投影仪500还包括场透镜535。场透镜535使通过扩散板530而被扩散的激光光线LB聚光。
投影仪500还包括接受来自场透镜535的激光光线LB的偏振分束器(polarizing beamsplitter)540、以及空间调制元件545。作为空间调制元件545而例示被称作LCoS(LiquidCrystal on Silicon：LCOS，硅基液晶)的反射型液晶面板。
投影仪500还包括投射透镜550。偏振分束器540设置在投射透镜550与空间调制元件545之间。通过空间调制元件545而被调制的激光光线LB通过偏振分束器540及投射透镜550，作为投射光PL从投影仪500射出。
(投影仪的动作)
利用图15对投影仪500的动作进行说明。
蓝色激光光源510B向分色镜520射出蓝色激光光线LBB。绿色激光光源510G也向分色镜520射出绿色激光光线LBG。分色镜520使蓝色激光光线LBB透过，而将绿色激光光线LBG向分色镜525反射。其结果是，蓝色激光光线LBB及绿色激光光线LBG合成而得的激光光线LGB向分色镜525传输。
从红色半导体激光光源511射出的光通过准直透镜513而成为平行光束CB。然后，平行光束CB射入第一透镜部514。第一透镜部514及第二透镜部515按照在第一实施方式至第七实施方式中说明的原理进行合成而生成平行光束的红色激光光线LBR。
红色激光光源510R向分色镜525射出红色激光光线LBR。分色镜525使红色激光光线LBR透过，而将通过分色镜520生成的激光光线LGB向扩散板530反射。其结果，生成包含蓝色激光光线LBB、绿色激光光线LBG及红色激光光线LBR的成分的激光光线LB。
分色镜525的合成的结果是，生成的激光光线LB射向扩散板530。扩散板530扩散激光光线LB。然后，激光光线LB通过场透镜535及偏振分束器540而聚光于空间调制元件545。
投影仪500还包括控制空间调制元件545的信号处理装置555。用于显示影像的视频信号被输入至信号处理装置555。信号处理装置555对视频信号进行处理而生成用于控制空间调制元件545的控制信号。
空间调制元件545根据来自信号处理装置555的控制信号动作，生成二维图像。即，空间调制元件545根据来自信号处理装置555的控制信号来调制并反射红、绿及蓝光。在本实施方式中，由空间调制元件545反射的光作为影像光而被例示。
由空间调制元件545反射的光透过偏振分束器540，最终通过投射透镜550而作为投射光PL从投影仪500射出。其结果是，投射光PL在与投射透镜550相向配置的屏幕SC上成像。本实施方式中，投射透镜550作为使影像光成像的光学系统而被例示。
如上所述，对红色激光光源510R应用在第一实施方式至第七实施方式中说明的光合波装置的原理。因此，用于处理红色激光光源510R射出的红色激光光线LBR及包含红色激光光线LBR的成分的激光光线LB的光学系统(分色镜525、扩散板530、场透镜535、偏振分束器540、空间调制元件545及投射透镜550)可为小型。投影仪500能利用小型光学系统将红色激光光线LBR与其他激光光线(蓝色激光光线LBB及绿色激光光线LBG)进行合成，然后将合成所得的激光光线LB转换为投射光PL。因此，投影仪500能形成小型，且能射出高亮度的投射光PL。
一般而言，用于投影仪的红色半导体激光光源射出630nm至645nm的波长范围的红色激光光线。这种红色半导体激光光源一般温度特性较差。典型的是，红色半导体激光光源的输出在高温环境下降低。
本实施方式中，投影仪500利用多个红色半导体激光光源511射出红色激光光线LBR。因此，投影仪500即便在高温环境下也能维持高亮度。
本实施方式中，对红色激光光源510R应用在第一实施方式至第七实施方式中说明的光合波装置的原理。为了射出更高亮度的投射光，也可追加性地对蓝色激光光源及/或绿色激光光源应用在第一实施方式至第七实施方式中说明的光合波装置的原理。如果蓝色激光光源及绿色激光光源包括多个光源单元，则蓝色激光光线及绿色激光光线的亮度也能变得较高。
本实施方式中，多个光源单元同时发光。取而代之，多个光源单元中的一部分可以在光合波装置及投影仪的利用期间的初期不发光。如果未发光的光源单元在其他光源单元出现劣化的期间发光，则光合波装置及投影仪的寿命变长。
本实施方式中，作为组装有光合波装置的装置而例示投影仪500。取而代之，在第一实施方式至第七实施方式中说明的光合波装置的原理也适合运用于其他照明用途。
本实施方式中，投影仪500具备作为空间调制元件545的反射型液晶面板。取而代之，也可以利用透过型液晶面板或DMD(Digital MicroMirror Device，数字微镜元件)(R)来代替反射型液晶面板。
本实施方式中，红色激光光源510R从第二透镜部515射出平行光束的红色激光光线LBR。取而代之，也可从第二透镜部515射出汇聚光的红色激光光线LBR。其结果是，用于处理红色激光光线及包含红色激光光线成分的激光的光学系统(分色镜、扩散板、场透镜、偏振分束器、空间调制元件及投射透镜)可更加小型化。
上述的各实施方式只不过为例示。因此，上述的实施方式的原理并不限定于上述详细说明及附图中记载的事项。显然，本领域技术人员能在上述实施方式的原理范围内进行各种变形、组合及省略。
上述实施方式主要包括以下特征。
上述实施方式所涉及的光合波装置包括：利用多个光源单元射出平行光的光源部；汇聚以互不相同的入射角射入的所述平行光并规定多个汇聚位置的第一透镜部；以及具有分别对应于所述多个汇聚位置的焦点的第二透镜部，其中，所述第一透镜部及所述第二透镜部构成缩小光学系统，所述第二透镜部的通过与所述多个汇聚位置的其中之一对应的所述焦点的光轴，沿着所述第二透镜部的通过与所述多个汇聚位置中的另一汇聚位置对应的所述焦点的光轴。
根据上述结构，光源部的多个光源单元射出平行光，平行光以互不相同的入射角射入第一透镜部。第一透镜部汇聚平行光并规定多个汇聚位置。与第一透镜部一起构成缩小光学系统的第二透镜部具有分别对应于多个汇聚位置的焦点。第二透镜部的通过与多个汇聚位置的其中之一对应的焦点的光轴沿着第二透镜部的通过与多个汇聚位置中的另一汇聚位置对应的焦点的光轴。因此，能利用多个光源获得平行的合成光束。具备第一透镜部及第二透镜部的缩小光学系统减小合成光束的直径。因此，在第二透镜部之后无需大型光学系统即可构建能进行明亮的照明的光学系统。如果光源单元的数目增大，则射出的光的亮度增大。光源单元的数目的增大通过调整射向第一透镜部的入射角而实现。由于能容易地变更光源单元的数目，所以光合波装置具有较高的利用性。
在上述结构中，较为理想的是，所述多个光源单元包括射出沿所述第一透镜部的光轴传输的所述平行光的第一光源单元。
根据上述结构，由于多个光源单元包括射出沿第一透镜部的光轴传输的平行光的第一光源单元，因此光合波装置的光学系统的光轴对准变得容易。
在上述结构中，较为理想的是，所述多个光源单元包括相对于所述第一透镜部的光轴呈轴对称地配置的光源单元。
根据上述结构，由于多个光源单元包括相对于第一透镜部的光轴呈轴对称地配置的光源单元，因此光合波装置具有对称结构。因此，光合波装置的制造变得容易。
在上述结构中，较为理想的是，所述第一透镜部具有分割并汇聚所述平行光从而生成分割光的第一柱面透镜阵列，所述第二透镜部具有使所述分割光成为平行光的第二柱面透镜阵列。
根据上述结构，由于第一透镜部具有分割并汇聚平行光从而生成分割光的第一柱面透镜阵列，第二透镜部具有使分割光成为平行光的第二柱面透镜阵列，因此合成的光的强度分布的不均得以缓和。
在上述结构中，较为理想的是，所述第一透镜部具有分割并汇聚所述平行光从而生成分割光的第一微透镜阵列，所述第二透镜部具有使所述分割光成为平行光的第二微透镜阵列。
根据上述结构，由于第一透镜部具有分割并汇聚平行光从而生成分割光的第一微透镜阵列，第二透镜部具有使分割光成为平行光的第二微透镜阵列，因此合成的光的强度分布的不均得以缓和。
在上述结构中，较为理想的是，所述缩小光学系统的缩小倍率为所述光源部所具有的所述光源单元的个数的倒数以下。
根据上述结构，由于缩小光学系统的缩小倍率为光源部所具有的光源单元的个数的倒数以下，因此第二透镜部的配置变得容易。
在上述结构中，较为理想的是，所述第二透镜部为凹透镜。
根据上述结构，由于第二透镜部为凹透镜，因此光合波装置的光学系统能小型化。
在上述结构中，较为理想的是，在形成有所述第一透镜部的基板上形成所述第二透镜部，所述基板具有供形成所述第一透镜部的第一面、以及所述第一面的相反侧的第二面，所述第二透镜部形成在所述第二面上。
根据上述结构，在形成有第一透镜部的基板上形成第二透镜部。基板具有供形成第一透镜部的第一面以及第一面的相反侧的第二面。第二透镜部形成在第二面上。由于第一透镜部和第二透镜部一体化，因此光合波装置的部件数减少。
在上述结构中，较为理想的是，所述第二透镜部的光轴与所述第一透镜部的光轴偏离fsinθ。
根据上述结构，由于第二透镜部的光轴与第一透镜部的光轴偏离fsinθ，因此来自多个光源单元的光可适当地进行合波。
在上述结构中，较为理想的是，所述多个光源单元包括射出沿相对于所述第一透镜部的光轴倾斜的方向传输的所述平行光的第二光源单元。
根据上述结构，多个光源单元包括射出沿相对于第一透镜部的光轴倾斜的方向传输的平行光的第二光源单元，因此光源数的调整变得容易。
上述的实施方式所涉及的投影仪包括：对用于显示影像的视频信号进行处理而生成控制信号的信号处理装置；上述光合波装置；根据所述控制信号对来自所述光合波装置的光进行调制而生成影像光的空间光调制元件；以及使所述影像光成像的光学系统。
根据上述结构，投影仪的信号处理装置对用于显示影像的视频信号进行处理而生成控制信号。投影仪的空间光调制元件根据控制信号对来自上述光合波装置的光进行调制而生成影像光。投影仪的光学系统使影像光成像。由于投影仪具备上述的光合波装置，因此投影仪的光学系统也能小型化。
产业上的可利用性
上述实施方式的原理使小型光学系统的利用成为可能。另外，上述实施方式的原理使根据所需亮度调整光源数成为可能。因此，上述实施方式的原理适合应用于照明装置或需要对光进行合波的其他装置。尤其是，上述实施方式的原理也适合应用于投影仪等影像投影装置。

Claims (11)

1.一种光合波装置，其特征在于包括：
光源部，利用多个光源单元射出平行光；
第一透镜部，汇聚以互不相同的入射角射入的所述平行光并规定多个汇聚位置；以及
第二透镜部，具有分别对应于所述多个汇聚位置的焦点，其中，
所述第一透镜部及所述第二透镜部构成缩小光学系统，
所述第二透镜部的通过与所述多个汇聚位置的其中之一对应的所述焦点的光轴，沿着所述第二透镜部的通过与所述多个汇聚位置中的另一汇聚位置对应的所述焦点的光轴延伸。
2.根据权利要求1所述的光合波装置，其特征在于：所述多个光源单元包括射出沿所述第一透镜部的光轴传输的所述平行光的第一光源单元。
3.根据权利要求1或2所述的光合波装置，其特征在于：所述多个光源单元包括相对于所述第一透镜部的光轴呈轴对称地配置的光源单元。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光合波装置，其特征在于：
所述第一透镜部，具有分割并汇聚所述平行光从而生成分割光的第一柱面透镜阵列，
所述第二透镜部，具有使所述分割光成为平行光的第二柱面透镜阵列。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光合波装置，其特征在于：
所述第一透镜部，具有分割并汇聚所述平行光从而生成分割光的第一微透镜阵列，
所述第二透镜部，具有使所述分割光成为平行光的第二微透镜阵列。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光合波装置，其特征在于：所述缩小光学系统的缩小倍率为所述光源部所具有的所述光源单元的个数的倒数以下。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的光合波装置，其特征在于：所述第二透镜部为凹透镜。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的光合波装置，其特征在于：
所述第二透镜部形成在形成有所述第一透镜部的基板上，
所述基板具有供形成所述第一透镜部的第一面、以及所述第一面的相反侧的第二面，
所述第二透镜部形成在所述第二面上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光合波装置，其特征在于：所述第二透镜部的光轴与所述第一透镜部的光轴偏离fsinθ。
10.根据权利要求2所述的光合波装置，其特征在于：所述多个光源单元包括射出沿相对于所述第一透镜部的光轴而倾斜的方向传输的所述平行光的第二光源单元。
11.一种投影仪，其特征在于包括：
对用于显示影像的视频信号进行处理并生成控制信号的信号处理装置；
如权利要求1所述的光合波装置；
基于所述控制信号对来自所述光合波装置的光进行调制并生成影像光的空间光调制元件；以及
使所述影像光成像的光学系统。
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