JP2015060041A - 光源装置、プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタ等の光学装置が複数の光源を具備した光源装置からの光を利用する場合において、光学装置側での光の利用効率を高めることのできる光源装置を実現する。
【解決手段】 本発明の光源装置は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む偏光整列機能素子を備えてなる光学装置に対して光を供給するための光源装置であって、複数の光放射領域と、光放射領域からの光束を光学装置に適合する光束に変換するための変換光学系とを有し、複数の光放射領域は、偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った数よりも多くなるように配置されている。
【選択図】 図２Ｂ

Description

本発明は、例えばプロジェクタ等の光学装置に対して利用可能な光源装置に関する。また、本発明は、この光源装置からの光を利用して画像を投影表示するプロジェクタに関する。

従来、高輝度放電ランプを光源装置として用い、この光源装置からの光を利用して画像を投影表示するプロジェクタが存在する（例えば、特許文献１参照）。この従来のプロジェクタについて、図６を参照して説明する。図６は、従来のプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。従来のプロジェクタ９１は、高輝度放電ランプで構成された光源装置９０からの光を利用して、スクリーン８０上に画像を投影する構成である。以下に、より詳細な構成について説明する。

高輝度放電ランプからなる光源装置９０からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなるコリメータ手段（図示を省略）の助けを借りるなどして、略平行な光束として、フライアイインテグレータを含む光均一化手段５０の入射端５１に入力され、射出端５２から出力される。ここで、図６に示す光均一化手段５０は、入射端５１側に配置される前段フライアイレンズ５３、射出端５２側に配置される後段フライアイレンズ５５、及び照明レンズ５９の組み合わせで構成される。前段フライアイレンズ５３及び後段フライアイレンズ５５は、共に同一焦点距離で同一形状の四角形のレンズが縦横それぞれに多数配置されることで構成されている。

前段フライアイレンズ５３の各レンズと、それぞれの後段（射出端５２側）に配置された後段フライアイレンズ５５の対応する各レンズとは、ケーラー照明と呼ばれる光学系を構成している。すなわち、前段フライアイレンズ５３及び後段フライアイレンズ５５を構成する各レンズにより、ケーラー照明光学系が縦横に多数並んでいることになる。

一般に、ケーラー照明光学系は２枚（一対）のレンズから構成され、前段レンズが光を集めて対象面を照明するに際し、前段レンズは、対象面に光源像を結像するのではなく、後段レンズ中央の面上に光源像を結像する。そして、後段レンズは、前段レンズの外形の四角形を対象面（照明したい面）に結像するよう配置されることで、対象面を均一に照明する。もし後段レンズが存在しなければ、光源が完全な点光源でなく有限の大きさを持つとき、その光源の大きさに依存して対象面の四角形の周囲部の照度が落ちるという現象が生じ得る。後段レンズは、かかる現象の発現を防止する目的で設けられており、後段レンズによって、光源の大きさに依存せずに、対象面の四角形の周囲部まで均一な照度にすることができる。

ここで、図６に示す光学系の場合、光均一化手段５０には略平行光束が入力されることを基本としているため、前段フライアイレンズ５３と後段フライアイレンズ５５との間隔は、それらの焦点距離に等しくなるように配置される。つまり、ケーラー照明光学系としての均一照明の対象面の像は無限遠に生成される。ただし、後段フライアイレンズ５５の後段には照明レンズ５９が配置されているため、対象面は無限遠から照明レンズ５９の焦点面上に引き寄せられる。

縦横に多数並んでいるケーラー照明光学系は、入射光軸６０に平行であり、それぞれの中心軸に対して略軸対称に光束が入力される。つまり、出力光束も略軸対称であるから、レンズ面に同じ角度で入射した光線は、レンズ面上の入射位置によらず焦点面上の同じ点に向かうよう屈折される、というレンズの性質、すなわちレンズのフーリエ変換作用により、全てのケーラー照明光学系の出力は照明レンズ５９の焦点面上の同じ対象面に結像される。この結果、前段フライアイレンズ５３の各レンズ面での照度分布が全て重ね合わされることで、ケーラー照明光学系が１個の場合よりも照度分布が更に均一化された１個の合成四角形の像が入射光軸６０上に形成される。

そして、前記合成四角形の像の位置に二次元光振幅変調素子７３を配置することにより、射出端５２から出力された光によって、照明対象である二次元光振幅変調素子７３が照明される。ただし、照明に際しては、照明レンズ５９と二次元光振幅変調素子７３との間に偏光ビームスプリッタ７１を配置して、これにより光が二次元光振幅変調素子７３に向けて反射される構成としている。二次元光振幅変調素子７３は、映像信号に従って、画素毎に光の偏光方向を９０度回転させるか、又は回転させないように変調して反射することにより、回転させられた光のみが、偏光ビームスプリッタ７１を透過して投影レンズ７７に入射され、スクリーン８０上に画像を表示する。

なお、図６に示す光学系の場合、二次元光振幅変調素子７３としては、一般にＬＣＯＳ（登録商標）（シリコン液晶デバイス）が使われることが多い。このような液晶デバイスの場合、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できない。このため、光の利用効率を向上させる観点から、一般的には、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させるが、規定の偏光方向に垂直な成分に対しては偏光方向を９０度回転させ、結果として全ての光を有効利用できるようにするための偏光整列機能素子５７が、例えば後段フライアイレンズ５５の後段に挿入される。また、二次元光振幅変調素子７３には略平行光が入射されるよう、例えばその直前にフィールドレンズ７５が挿入される。

なお、二次元光振幅変調素子７３に関しては、図６に示すような反射型のものの他に、透過型の液晶デバイス（ＬＣＤ）をそれに適合する光学配置にして使用されることもある（例えば特許文献２参照）。

特開２００１−１４２１４１号公報 特開平１０−１３３３０３号公報

本出願人は、プロジェクタ用の光源として、高輝度放電ランプに代えて半導体レーザからの光（レーザ光）を利用することを検討している。このとき、プロジェクタ用の光源装置として高い光出力を実現するためには、単一ではなく複数の半導体レーザの光を、直接、又は光ファイバを介して伝送した上で、プロジェクタに供給する必要が生じる。つまり、光源装置として複数の光源を具備する必要が生じるが、このとき本発明者の鋭意研究によれば、光源の数を増加するに伴って光の利用効率が低下する課題を見出した。

本発明は、上記の課題に鑑み、プロジェクタ等の光学装置が複数の光源を具備した光源装置からの光を利用する場合において、光学装置側での光の利用効率を高めることのできる光源装置を実現することを目的とする。また、本発明は、このように光の利用効率の高い光学装置（プロジェクタ）を実現することを目的とする。

本発明は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む偏光整列機能素子を備えてなる光学装置に対して光を供給するための光源装置であって、
複数の光放射領域と、
前記光放射領域からの光束を前記光学装置に適合する光束に変換するための変換光学系とを有し、
前記複数の光放射領域は、前記偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った数よりも多くなるように配置されていることを特徴とする。

偏光整列機能素子は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを有する構成であり、より詳細には、ＸＹＺの３軸を想定し、光源装置からの光が光学装置に対して入力される光入力部の光軸をＺ軸とした場合において、このＺ軸に対して垂直なＸＹ平面上において、短手方向（ここでは「Ｙ軸方向」とする。）に沿って光を通過させる領域と光の通過を禁止する領域とが交互に配置された構成である。ここでいう「短手方向」とは、偏光ビームスプリッタを構成する細長い形状の「長手方向」（ここでは「Ｘ軸方向」とする。）に対する垂直な方向を指しており、より詳細には、光源装置からの光が偏光整列機能素子の偏光ビームスプリッタによって反射される光の進行方向を指す。また、「長手方向」とは、光源装置からの光が光学装置に対して入力される光入力部の光軸の方向（ここでは「Ｚ軸方向」）と、光源装置からの光が偏光整列機能素子の偏光ビームスプリッタによって反射される光の進行方向の両方に垂直な方向に対応する。

なお、ここでは、第１の方向と第２の方向が「垂直である」とは、両者が完全に９０°の関係を満たす場合は当然のこと、数°程度のずれを含んだ「実質的に垂直である」場合を含むものとする。

光放射領域の位置が、光軸に対して前記短手方向に所定の距離以上ずれた場合、当該光源からの光の一部が、偏光整列機能素子上の光透過禁止領域に照射されてしまうことになり、光の利用効率が低下する。なお、偏光整列機能素子の構成の詳細な一例については、「発明を実施するための形態」の項において後述される。

光放射領域が単独の場合には、光放射領域の中心位置を光学系の光軸上に一致させることで上記の問題は生じない。しかし、光放射領域を複数備える場合、この光放射領域の配置方法としては種々の方法が採用され得る。例えば２個の光放射領域を有する光源装置を考えた場合、この２個の光放射領域を偏光ビームスプリッタの短手方向に沿って並べることは、上述したように、光放射領域の位置が光軸に対して前記短手方向にずれることと同様の状態となる。

これに対し、光軸に対して偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った光放射領域のずれは、偏光整列機能素子上での光の利用効率という意味では問題とならない。よって、上記のように例えば２個の光放射領域を有する光源装置を考えた場合、この２個の光放射領域を偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べることで、偏光整列機能素子上での光の利用効率が低下するという問題は生じない。

光放射領域の数を増やすことは、光軸に対する光放射領域の位置のずれ量を増大させることを意味する。このずれ量の許容範囲が、偏光ビームスプリッタの短手方向に沿った方向に比べて、偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った方向の方が大きい。このため、偏光ビームスプリッタの長手方向に沿った数が、前記長手方向に垂直な方向に沿った数よりも多くなるように複数の光放射領域を配置することで、光源装置としての光の利用効率の低下を抑制することができる。

なお、前記光学装置が、ケーラー照明光学系を成すように一対のフライアイレンズが配置されて構成されるフライアイインテグレータを備える構成としてもよい。この場合、前記変換光学系は、前記光放射領域を遠方の像に変換する光学系として構成するものとしても構わない。

また、前記光放射領域は、光源の発光領域として構成しても構わないし、光源からの光が入射端から入力される光ファイバの射出端として構成しても構わない。前者の場合、光源装置が備える光源としては、例えば複数の半導体レーザ素子が配置され、これらの素子から放射されるレーザ光が変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成とすることができる。また、後者の場合、光源装置が備える光源としては、例えば複数の半導体レーザ素子からの放射光が複数の光ファイバを介して伝送され、この複数の光ファイバの射出端より放射される光が、変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成とすることができる。なお、後者の場合、所定の数の光ファイバが束ねられて構成されるファイババンドルを複数備え、各ファイババンドルの射出端より放射される光が、変換光学系によって光学装置に適合する光束に変換される構成としても構わない。

また、上述した光源装置からの光が供給される前記光学装置を、プロジェクタとすることができる。

本発明の光源装置によれば、偏光整列機能素子を有する光学装置に光を供給する場合において、この偏光整列機能素子が有する特有の性質を考慮して複数の光放射領域が配置されているため、偏光整列機能素子上での光の利用効率の低下を招くことがなく、高い光の利用効率を実現することができる。

本発明の光源装置及びプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。 光源装置及びプロジェクタの一部を構成する光均一化手段を抜き出して模式的に図示した平面図である。 光源装置及びプロジェクタの一部を構成する光均一化手段を抜き出して模式的に図示した斜視図である。 偏光整列機能素子を模式的に図示した平面図である。 偏光整列機能素子を模式的に図示した断面図である。 光源装置が備えるファイババンドルの数が増えた場合のファイババンドルの配置方法の一例を示す模式図である。 本発明の光源装置及びプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。 従来のプロジェクタの一構成を示す模式的ブロック図である。

［第１実施形態］
図１は、光学装置の第１実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。なお、図６に示す要素と同一の要素に対しては同一の符号を付し、その説明を簡素化又は省略する。

図１には、光学装置の一実施形態としてのプロジェクタ１０、及びこのプロジェクタ１０に対して光を供給するための光源装置１を図示している。プロジェクタ１０は、光源装置１からの光を利用してスクリーン８０上に画像を投影する。プロジェクタ１０の構成は、図６に示すプロジェクタ９１の構成と同様である。

本実施形態では、光源装置１が、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）と、この射出端３（３ｍ，３ｎ）から出力される光束を略平行光に変換するコリメートレンズ５を備える。この光ファイバの射出端３（３ｍ，３ｎ）が「光放射領域」に対応し、コリメートレンズ５が「変換光学系」に対応する。すなわち、コリメートレンズ５によって、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）が、遠方の像、好ましくは略無限遠の像に変換される。なお、図１において、射出端３ｍは光ファイバ２ｍの射出端を指し、射出端３ｎは光ファイバ２ｎの射出端を指している。また、図１以下の図において、各光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）に関しては、射出端３（３ｍ，３ｎ）の近傍箇所のみを図示しており、他の箇所は点線を付すことで図示を省略していることを示している。

なお、図示は省略するが、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）それぞれの入射端に対し、１個または複数個の半導体レーザ素子から発せられた光束を、集光レンズを介して集光することにより、光ファイバの射出端３（３ｍ，３ｎ）を光放射領域とすることができる。この場合、これらの半導体レーザ素子や集光レンズを含んで構成された、光ファイバそれぞれの入射端に光を入射する光学系も、本発明の光源装置１の一部とすることができる。

上述したように、二次元光振幅変調素子７３として一般的に用いられる液晶デバイスは、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できない。このため、光の利用効率を向上させる観点から、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させる一方、規定の偏光方向に垂直な成分に対しては偏光方向を９０度回転させることで、全ての光を有効利用させるための偏光整列機能素子５７が、光均一化手段５０に設けられている。この偏光整列機能素子５７は、細長い形状の偏光ビームスプリッタを含む。本実施形態において、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の各射出端３（３ｍ，３ｎ）は、この偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べられている。この内容につき、図２Ａ以下の図面も参照して説明する。

図２Ａは、図１から光源装置１及び光均一化手段５０のみを取り出して模式的に図示した平面図である。図２Ｂは、図１から光源装置１及び光均一化手段５０のみを取り出して模式的に図示した斜視図である。図３Ａは、偏光整列機能素子５７を模式的に図示した平面図であり、図３Ｂは偏光整列機能素子５７を模式的に図示した断面図である。

まず、図３Ａ及び図３Ｂを参照して偏光整列機能素子５７の構成について説明する。光源装置１からの光がプロジェクタ１０（光均一化手段５０）に対して入力される光入力部の光軸の方向をＺ軸とした場合に、偏光整列機能素子５７は、このＺ軸に対して垂直な平面、すなわちＸＹ平面上において、細長い形状（ストライプ形状）を有する光透過領域６７と光透過禁止領域６８が交互に配列された構成を示す。ここでは、光透過領域６７及び光透過禁止領域６８それぞれの長手方向に平行な方向をＸ軸とし、光透過領域６７及び光透過禁止領域６８が交互に配列される方向をＹ軸とする。

偏光整列機能素子５７は、より詳細にはＸ軸方向に延伸する複数のプリズム２１がＹ軸方向に沿って並べられることで構成されている。各プリズム２１は、隣接するプリズム２１との境界面のうち、一方のプリズム２１との境界面には偏光ビームスプリッタ２７が形成され、他方のプリズム２１との境界面には反射ミラー２９が形成されている。また、複数のプリズム２１のうち、一部のプリズム２１には、後段フライアイレンズ５５に対向する面に遮光部材２３が施されている。図３Ｂでは、隣接するプリズム２１のうちの一方のプリズム２１に遮光部材２３を施す構成としている。そして、この遮光部材２３が施されていないプリズム２１に対しては、照明レンズ５９に対向する面に１／２波長板２５が施されている。

偏光整列機能素子５７は、光源装置１側から、より詳細には後段フライアイレンズ５５から入射される光の偏光方向を、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の何れか一方のみの偏光成分に揃えて射出させるためのものである。より具体的には、偏光整列機能素子５７は、プリズム２１、偏光ビームスプリッタ２７、反射ミラー２９、遮光部材２３、及び１／２波長板２５を後段フライアイレンズ５５に対応させて各々をストライプ状に配設させたものである。例えば、偏光整列機能素子５７によってＹ軸方向の偏光成分の光を取り出す場合、後段フライアイレンズ５５から射出された光のうち、Ｙ軸方向の偏光成分は偏光ビームスプリッタ２７をそのまま透過させ、Ｘ軸方向の偏光成分は、偏光ビームスプリッタ２７及び反射ミラー２９で反射させた後、１／２波長板２５で９０°回転させてＹ軸方向の偏光成分に変換する。これにより、後段フライアイレンズ５５から射出された光を全てＹ軸方向の偏光成分に揃えることができる。

なお、後段フライアイレンズ５５から射出された光の偏光方向を揃えるためには、偏光ビームスプリッタ２７を通過させるか、偏光ビームスプリッタ２７にて反射させる必要があるため、本実施形態においては、偏光ビームスプリッタ２７に届かない箇所に光が進入しないように、偏光整列機能素子５７には遮光部材２３が設けられている。

図３Ａは、偏光整列機能素子５７を後段フライアイレンズ５５側から光の進行方向（Ｚ軸方向）に見たときの平面図に対応する。つまり、偏光整列機能素子５７を構成するプリズム２１の、後段フライアイレンズ５５との対向面のうち、設計上の、光が入射すべき箇所が光透過領域６７を構成し、本来、光が入射すべきでない箇所は、これを通過した光は正規の画像表示の妨げとなる無効領域であるため、この箇所には遮光部材２３が形成されて光透過禁止領域６８となる。ただし、この光透過禁止領域６８に光を到達させないことを前提に、遮光部材２３の形成を省略することも可能である。なお、図においては、偏光整列機能素子５７をプリズムによって構成する場合を示したが、ビームスプリッタミラーと全反射ミラーによって構成する等、他の構成で実現しても構わない。

以上のように、偏光整列機能素子５７は、後段フライアイレンズ５５に対向する側の面、すなわち入射面において、光透過領域６７と光透過禁止領域６８がストライプ状に配設された構成である。図３Ａ及び図３Ｂでは、これらの光透過領域６７と光透過禁止領域６８の延伸方向をＸ軸方向とし、これらが交互に並べられた方向をＹ軸方向として図示している。なお、図３Ｂに示すプリズム２１、偏光ビームスプリッタ２７、反射ミラー２９、遮光部材２３、及び１／２波長板２５は、それぞれ紙面奥行き方向に延伸する構成であり、この延伸方向、すなわち長手方向が、光透過領域６７及び光透過禁止領域６８の延伸方向に対応する。

光源装置１から放射され、後段フライアイレンズ５５を通過した光のうち、一部の光が偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に入射されると、この光は後段の光学系に進行しないこととなるため、光の利用効率が低下する。このため、光の利用効率を高める観点からは、後段フライアイレンズ５５を通過した光のうち、できるだけ多くの光、好ましくは全ての光を偏光整列機能素子５７の光透過領域６７に入射させることが要求される。ここで、図３Ａに示すように、偏光整列機能素子５７の光透過領域６７は、Ｙ軸方向に係る幅が、Ｘ軸方向に係る幅よりも極めて短い。このことは、光源装置１を構成する光源の、光軸すなわちＺ軸に対する許容ずれ量に関して、Ｘ軸方向に係るずれ量よりもＹ軸方向に係るずれ量の方が厳格であることを意味する。

光源装置１が単独の光放射領域（本実施形態では光ファイバ２の射出端３に対応）を備える場合には、この光放射領域の中心位置をＺ軸上に一致させることで上記の問題は生じない。しかし、本実施形態のように、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）を有する場合、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の各射出端３（３ｍ，３ｎ）の配置方法としては種々の方法が採用され得る。このとき、仮に光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）をＹ軸方向に沿って並べた場合には、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）によって構成される光放射領域の位置がＺ軸（光軸）に対してＹ軸方向にずれることと同様の状態となる。このため、光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）の光射出面の面積によっては、光射出面の一部の箇所から射出された光が、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に入射されて、光の利用効率が低下する可能性がある。本実施形態では、光源装置１が備える光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）の数を２個としているが、この数が増えれば増えるほど、光放射領域のＺ軸を基準とした位置ずれ量が増大するため、光の利用効率が低下することが懸念される。

そこで、本実施形態では、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに示すように、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）を、Ｘ軸方向に沿って並べている。これにより、複数の光ファイバ２（２ｍ，２ｎ）の射出端３（３ｍ，３ｎ）から射出された光が偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に入射されることで光の利用効率が低下する事態を防止している。

図４は、光ファイバ２の射出端３の数が増えた場合の各射出端３の配置方法の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、上述した実施形態と同様に、光ファイバ２の射出端３の数が２つである場合を示している。図４（ｂ）は、光ファイバ２の射出端３の数が３つである場合（３ｍ，３ｎ，３ｐ）を示している。いずれの場合も、Ｘ軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ２７の長手方向に沿って各射出端３が並べられている。

図４（ｃ）は、光ファイバ２の射出端３の数が８つである場合の配置方法の一例を示しており、Ｘ軸方向に沿って４列、Ｙ軸方向に沿って２列の光ファイバ２の射出端３を配置している。図４（ｄ）は、光ファイバ２の射出端３の数が１６個である場合の配置方法の一例を示しており、Ｘ軸方向に沿って５列又は６列、Ｙ軸方向に沿って３列の光ファイバ２の射出端３を配置している。上述したように、Ｙ軸方向に係る光放射領域の位置ずれの許容範囲は、Ｘ軸方向に係る光放射領域の位置ずれの許容範囲よりも厳格であるため、Ｙ軸方向に沿って配置する光ファイバ２の射出端３の数をＸ軸方向よりも少なくすることで、光ファイバ２の射出端３の数が増えた場合においても、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光が入射されることによる利用効率の低下を防止している。

なお、図４の（ａ）〜（ｄ）の光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，３ｐ，…）は、光ファイバのコアのみならずクラッドや、場合によってはクラッドを被覆する保護層をも含むものとして描いてある。また当然ながら、図４の（ａ）〜（ｄ）においては、光ファイバ２の各射出端３の直径を同一に描いてあるが、これは描画上の都合によるものである。なお、後述の事項とも関連するが、Ｙ軸方向に並べることが可能な光ファイバ２の射出端３の個数は、光ファイバ２の直径と並べ方（図４（ｃ）のように４角形状に並べるか、図４（ｄ）のように３角形状に並べるか）に依存する。

以上のように、本発明の光源装置１は複数の光ファイバ２の射出端３を有し、少なくともＸ軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ２７の長手方向に沿った数が、Ｙ軸方向、すなわち偏光ビームスプリッタ２７の短手方向に沿った数よりも多くなるように配置する構成である。これによって、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光が入射されることによる利用効率の低下が防止できる。

なお、上述した実施形態のように、光均一化手段５０が一対のフライアイレンズ（５３，５５）を備える構成である場合、光源装置１から放射された光の全てをフライアイレンズ（５３，５５）に取り込むことのできる角度制限が存在する。より詳細には、光放射領域のＺ軸に対する傾き及びずれ量が大きくなると、光放射領域から放射された光の一部がフライアイレンズ（５３，５５）に取り込めなくなる事態が発生する。この場合、光放射領域からの射出光の一部が有効に利用できなくなるため、やはり光の利用効率が低下してしまう。

ただし、このフライアイレンズ（５３，５５）に由来した光放射領域の光軸に対する許容傾き及びずれ量、並びに傾き及びずれの方向は、専らフライアイレンズ（５３，５５）の形状に依存し、偏光ビームスプリッタ２７の長手方向か短手方向か、すなわちＸ軸方向かＹ軸方向かは問わない。通常、縦横に並んだケーラー照明レンズの集合体としてのフライアイレンズ（５３，５５）は、略正方形状で構成されるため、偏光ビームスプリッタ２１の長手方向と短手方向に関して、共に同一の距離以上光軸からずれた場合には、光の利用効率が低下する。そして、このフライアイレンズ（５３，５５）に光を取り込むための、光放射領域の光軸に対する許容ずれ量は、偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光を照射させないための、光放射領域の光軸に対する許容ずれ量よりも大きい。

よって、偏光ビームスプリッタ２１の長手方向に沿った方向に関しては、複数の光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）の最も外側の位置がフライアイレンズ（５３，５５）に光を取り込むことのできる許容ずれ量以内となる範囲内の数だけ、光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）を並べて配置することができる。他方、偏光ビームスプリッタ２１の短手方向に沿った方向に関しては、複数の光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）の最も外側の位置が偏光整列機能素子５７の光透過禁止領域６８に光を照射させないための光軸に対する許容ずれ量以内となる範囲内の数だけしか、光ファイバ２の射出端３（３ｍ，３ｎ，…）を並べて配置することができず、この数は偏光ビームスプリッタ２１の長手方向に沿って並べられる数よりも少なくなる。ただし、これは光ファイバ２の各射出端３（３ｍ，３ｎ，…）それぞれの大きさが均一、且つ各射出端から射出される光の拡がり角度分布が光軸に対して軸対称である場合を想定している。

なお、上述の実施形態では、光源装置１が、複数の光ファイバ２の射出端３を並べて複数の光放射領域を構成する場合について説明したが、複数の光ファイバ２の射出端３を束ねてファイババンドルとして構成されたもの、複数のファイババンドルを備えて構成されたもの、複数の半導体レーザ素子を備えて構成されたものにおいても同様の方法で配置させることができる。複数の半導体レーザ素子を備える構成の場合、この半導体レーザ素子が「光放射領域」に対応する。

また、図１では、光源装置１とプロジェクタ１０が離間して配置される構成について図示しているが、プロジェクタ１０内に光源装置１が含まれる構成であっても構わない。

［第２実施形態］
図５は、プロジェクタ１０が光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）から放射される３色の光を利用してスクリーン８０上に画像を投影する構成である場合を模式的に示すブロック図である。なお、図５において、図１と同一の機能を示す要素に対しては同一の符号を用いた上で、対応する色に応じてｒ（赤色），ｇ（緑色），ｂ（青色）の符号を末尾に付記して記載している。

赤色光源用の光源装置１ｒは、複数本の光ファイバ２ｒからなるファイババンドル８１ｒとコリメートレンズ５ｒを有する。ファイババンドル８１ｒは、各光ファイバ２ｒの射出端３ｒが揃えて束ねられており、複数の光放射領域を備えた構成となっている。光源装置１ｒからの射出光は、ミラー８３ｒによって光の進行方向が変えられた後、前段フライアイレンズ５３ｒ、後段フライアイレンズ５５ｒ、偏光整列機能素子５７ｒ、及び照明レンズ５９ｒを有する光均一化手段５０ｒを介して、二次元光振幅変調素子７３ｒに照射される。緑色光源用の光源装置１ｇからの射出光、青色光源用の光源装置１ｂからの射出光についても同様である。なお、図５では、二次元光振幅変調素子（７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ）として、透過型の二次元光振幅変調素子を用いている。そして、各二次元光振幅変調素子（７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ）からの透過光が、ダイクロイックプリズム７６を介して３色合成され、投影レンズ７７によってスクリーン８０上に投影される。

このように、色毎に複数の光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）を備える場合において、各光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）が複数の光ファイバ（２ｒ，２ｇ，２ｂ）が束ねられてなるファイババンドル（８１ｒ，８１ｇ，８１ｂ）を備える場合には、光源装置（１ｒ，１ｇ，１ｂ）毎に第１実施形態で上述した方法に従って、各光ファイバの射出端（３ｒ，３ｇ，３ｂ）が配置される。例えば、赤色用の光源装置１ｒにおいては、ファイババンドル８１ｒを構成する複数の光ファイバ２ｒの各射出端３ｒを、偏光整列機能素子５７ｒが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べる。同様に、緑色用の光源装置１ｇにおいては、ファイババンドル８１ｇを構成する複数の光ファイバ２ｇの各射出端３ｇを、偏光整列機能素子５７ｇが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べ、青色用の光源装置１ｂにおいては、ファイババンドル８１ｂを構成する複数の光ファイバ２ｂの各射出端３ｂを、偏光整列機能素子５７ｂが備える偏光ビームスプリッタの長手方向に沿って並べる。これにより、全ての色の光について、偏光整列機能素子（５７ｒ，５７ｇ，５７ｂ）が備える光透過禁止領域に光が照射されることが防止でき、光の利用効率が高められる。

なお、各ファイババンドル（８１ｒ，８１ｇ，８１ｂ）を構成するバンドルされた光ファイバ（２ｒ，２ｇ，２ｂ）の数が３以上の場合においては、図４に例示したように、対応した色の偏光ビームスプリッタ２７（２７ｒ，２７ｇ，２７ｂ）の長手方向に沿った数が、偏光ビームスプリッタ２７（２７ｒ，２７ｇ，２７ｂ）の短手方向に沿った数よりも多くなるように光ファイバ（２ｒ，２ｇ，２ｂ）の射出端（３ｒ，３ｇ，３ｂ）を配置すればよい。

また、本実施形態においても、光放射領域を、複数のファイババンドルの他、単一の光ファイバを複数備えた構成や、複数の半導体レーザ素子を備えた構成とすることができる。

［別実施形態］
上述した第２実施形態に示すように、光の進行方向を変化させるためのミラー（８３ｒ，８３ｇ，８３ｂ）等の光学部材を適宜備える構成として構わない。この場合、光軸とは、光源装置１（１ｒ，１ｇ，１ｂ）からプロジェクタ１０に向かう光の進行方向と定義され、このときの光軸を「Ｚ軸」と規定すればよい。

１（１ｒ，１ｇ，１ｂ） ： 光源装置
２（２ｒ，２ｇ，２ｂ，２ｍ，２ｎ） ： 光ファイバ
３（３ｒ，３ｇ，３ｂ，３ｍ，３ｎ，３ｐ） ： 光ファイバの射出端
５（５ｒ，５ｇ，５ｂ） ： コリメートレンズ
１０ ： プロジェクタ
２１ ： プリズム
２３ ： 遮光部材
２５ ： １／２波長板
２７ ： 偏光ビームスプリッタ
２９ ： 反射ミラー
５０（５０ｒ，５０ｇ，５０ｂ） ： 光均一化手段
５１ ： 光均一化手段の入射端
５２ ： 光均一化手段の射出端
５３（５３ｒ，５３ｇ，５３ｂ） ： 前段フライアイレンズ
５５（５５ｒ，５５ｇ，５５ｂ） ： 後段フライアイレンズ
５７（５７ｒ，５７ｇ，５７ｂ） ： 偏光整列機能素子
５９（５９ｒ，５９ｇ，５９ｂ） ： 照明レンズ
６０ ： 入射光軸
６７ ： 光透過領域
６８ ： 光透過禁止領域
７１ ： 偏光ビームスプリッタ
７３（７３ｒ，７３ｇ，７３ｂ） ： 二次元光振幅変調素子
７５ ： フィールドレンズ
７６ ： ダイクロイックプリズム
７７ ： 投影レンズ
８０ ： スクリーン
８１ｒ，８１ｇ，８１ｂ ： ファイババンドル
８３ｒ，８３ｇ，８３ｂ ： ミラー
９０ ： 従来のプロジェクタが備える光源装置
９１ ： 従来のプロジェクタ

Claims (5)

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

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