JP2000180794A - Illuminator - Google Patents

Illuminator

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JP2000180794A
JP2000180794A JP10357652A JP35765298A JP2000180794A JP 2000180794 A JP2000180794 A JP 2000180794A JP 10357652 A JP10357652 A JP 10357652A JP 35765298 A JP35765298 A JP 35765298A JP 2000180794 A JP2000180794 A JP 2000180794A
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Japan
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lens
lens array
array
light source
polarization
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JP10357652A
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Japanese (ja)
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Seiji Tsuchikawa
清次 土川
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Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide illuminator for a liquid crystal projector, etc., combining a polarized light conversion means and lens arrays with optical performance at a low cost. SOLUTION: This illuminator is comprised of a lamp 11, a parabolic mirror 12, 1st and 2nd lens arrays 13, 14, a polarized light-separating prism array 15 (PBS array), a phase plate 16, and a condenser lens 17. Since the 1st and 2nd lens arrays 13, 14 are of the same lens surface form but formed out of different materials, tooling can be shared at the time of manufacture, and moreover, selection of the materials makes it possible to independently make a focal distance f1 of the 1st lens array 13 longer than a focal distance f2 of the 2nd lens array 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置、より具
体的には、液晶プロジェクタ等の光源として用いられる
照明装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting device, and more particularly to a lighting device used as a light source for a liquid crystal projector or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶プロジェクタ等の画面表示装置で
は、一般に画面の隅々まで明るく鮮明な映像を映し出さ
なければならず、照度むらが非常に少ない照明装置が必
要とされる。このような照明装置を実現する技術として
は、光学的インテグレータの作用を有するレンズアレイ
を使った照明系が知られている。
2. Description of the Related Art In a screen display device such as a liquid crystal projector, a bright and clear image must generally be projected to every corner of the screen, and an illuminating device with extremely low illuminance unevenness is required. As a technique for realizing such an illumination device, an illumination system using a lens array having the function of an optical integrator is known.

【0003】図3は、その一例であり、特開平8−30
4739号公報記載の偏光照明装置を示したものであ
る。照明装置は、ランプ31,放物面鏡32,光源部側
のレンズアレイ(以下「第1レンズアレイ」と称す)3
3,被照明面側のレンズアレイ(以下「第2レンズアレ
イ」と称す)34,偏光分離プリズムアレイ(以下、
「PBSアレイ」と称す)35,位相差板36,コンデ
ンサレンズ37,被照明面38から構成されており、こ
れらの光学素子は、以下に述べるように作用する。
FIG. 3 shows an example of such a system.
1 shows a polarized light illuminating device described in Japanese Patent No. 4739. The lighting device includes a lamp 31, a parabolic mirror 32, and a lens array (hereinafter, referred to as a “first lens array”) 3 on the light source side.
3, a lens array (hereinafter, referred to as a "second lens array") 34 on a surface to be illuminated,
It comprises a “PBS array” 35, a phase difference plate 36, a condenser lens 37, and a surface to be illuminated 38, and these optical elements operate as described below.

【0004】放物面鏡32は、ランプ31からの放射光
を平行な光線に変換して、第1レンズアレイ33に入射
させる。第1レンズアレイ33は、被照明面38と相似
形をした複数個の微小矩形レンズが縦横に配列した構成
であり、各レンズの焦点はPBSアレイ35の中心部に
一致している。これにより、偏光分離面35a近傍に微
小な2次光源像を形成し、PBSアレイ35に効率良く
光束を導いている。
[0004] The parabolic mirror 32 converts the light emitted from the lamp 31 into a parallel light and makes it incident on the first lens array 33. The first lens array 33 has a configuration in which a plurality of minute rectangular lenses similar in shape to the surface to be illuminated 38 are arranged vertically and horizontally, and the focal point of each lens coincides with the center of the PBS array 35. As a result, a minute secondary light source image is formed near the polarization separation surface 35a, and the light beam is efficiently guided to the PBS array 35.

【0005】偏光変換手段であるPBSアレイ35,位
相差板36は、次のように作用する。PBSアレイ35
の偏光分離面35aは、入射光束をS波とP波の2つの
偏光成分に分離する働きがある。S波成分は、偏光分離
面35aで反射され、反射面35bで再度反射される。
一方、P波成分は、偏光分離面35aを透過し、位相差
板36によってS波成分に変換される。このようにし
て、照明光はすべてS波成分に変換される。
[0005] The PBS array 35 and the phase difference plate 36, which are polarization conversion means, operate as follows. PBS array 35
Has a function of separating an incident light beam into two polarization components of an S-wave and a P-wave. The S-wave component is reflected on the polarization splitting surface 35a and is reflected again on the reflecting surface 35b.
On the other hand, the P-wave component passes through the polarization splitting surface 35a and is converted by the phase difference plate 36 into an S-wave component. In this way, all the illumination light is converted into the S wave component.

【0006】第2レンズアレイ34は、第1レンズアレ
イ33と同じものを裏返して使用したもので、個々のレ
ンズは、第1レンズアレイ33の対応するレンズ形状を
結像させる作用を有している。個々のレンズ像は第1レ
ンズアレイ33におけるレンズ毎の照度分布に対応した
ものであり、これら複数の照度分布がコンデンサレンズ
37によって被照明面38上に重畳結像される。このよ
うなインテグレータの作用により、被照明面38におけ
る照度分布は非常に均一なものとなる。
[0006] The second lens array 34 is the same as the first lens array 33 turned upside down, and each lens has the function of imaging the corresponding lens shape of the first lens array 33. I have. Each lens image corresponds to the illuminance distribution of each lens in the first lens array 33, and the plurality of illuminance distributions are superimposed and imaged on the illumination target surface 38 by the condenser lens 37. By such an operation of the integrator, the illuminance distribution on the illuminated surface 38 becomes very uniform.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による照
明装置では、第1レンズアレイ33の焦点をPBSアレ
イ35の中心部に一致するように設定しているが、この
ことは、第1レンズアレイを構成する各微小矩形レンズ
の焦点距離が2枚のレンズアレイの間隔よりも若干長い
ことを意味している。このため、第1レンズアレイ33
と同一仕様である第2レンズアレイ34の焦点は、図4
で示されるように、第1レンズアレイ33よりも光源側
に位置している。被照明面38で重畳結像される第1レ
ンズアレイ33のレンズ像は、第2レンズアレイ34に
よって形成されるものであるから、この焦点位置のずれ
は、照明光の輪郭ボケ、すなわち結像性能の悪化を招く
ことになる。
In the illumination device according to the prior art described above, the focal point of the first lens array 33 is set to coincide with the center of the PBS array 35. Means that the focal length of each minute rectangular lens is slightly longer than the distance between the two lens arrays. Therefore, the first lens array 33
The focus of the second lens array 34 having the same specification as that of FIG.
As shown in the figure, it is located closer to the light source than the first lens array 33 is. Since the lens image of the first lens array 33 superimposed and formed on the illuminated surface 38 is formed by the second lens array 34, this shift of the focal position is caused by blurring of the contour of the illumination light, that is, image formation. This will result in poor performance.

【0008】当然ながら、第1レンズ33と第2レンズ
34を異なる形状とすれば、このような問題は解決でき
る。しかし、この場合、レンズ面の成形に使用する治工
具を個別に用意する必要があり、コストアップを招くこ
とになるため、好ましい方法とは言えない。
Of course, if the first lens 33 and the second lens 34 have different shapes, such a problem can be solved. However, in this case, it is necessary to separately prepare jigs and tools to be used for molding the lens surface, which leads to an increase in cost, which is not a preferable method.

【0009】別の方法として、第2レンズアレイ34の
焦点距離を重視して、第1レンズアレイ33の焦点距離
を変更することも考えられる。しかし、この方法では、
第1レンズアレイ33による2次光源像がPBSアレイ
35内部に形成されず、集光ロスを生じてしまう。
As another method, it is conceivable to change the focal length of the first lens array 33 while giving importance to the focal length of the second lens array 34. But with this method,
The secondary light source image formed by the first lens array 33 is not formed inside the PBS array 35, causing a light-condensing loss.

【0010】このような問題点は、本来あるべき焦点距
離が2つのレンズアレイで異なるために生じたものであ
り、前記PBSアレイを用いた照明装置に限らず、レン
ズアレイの近傍に偏光変換手段を挿入した他の照明装置
においても、一般に生じ得るものである。
[0010] Such a problem arises because the original focal length differs between the two lens arrays, and is not limited to the illuminating device using the PBS array. This can generally occur also in other lighting devices in which is inserted.

【0011】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、偏光変換手段とレンズアレイとを組み
合わせた照明装置を、光学的性能を維持しながら低コス
トで提供することを目的としたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an illumination device combining a polarization conversion means and a lens array at low cost while maintaining optical performance. It is what it was.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、不定
偏光光を放射する光源部と、不定偏光光を特定の偏光方
向に変換する偏光変換手段と、前記光源部と前記偏光変
換手段との間に配置されインテグレータとして作用する
第1及び第2レンズアレイと、前記偏光変換手段による
偏光光を集光するためのコンデンサレンズとを備え、前
記第1及び第2レンズアレイは同一のレンズ面形状を有
しながらそれぞれ異なる材料で作製されていることを特
徴とする照明装置に関する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light source unit for emitting irregularly polarized light, a polarization conversion unit for converting the irregularly polarized light into a specific polarization direction, the light source unit and the polarization conversion unit. And a condenser lens for condensing the polarized light by the polarization conversion means, wherein the first and second lens arrays are the same lens. The present invention relates to a lighting device characterized by being made of different materials while having a planar shape.

【0013】請求項2の発明は、前記偏光変換手段は、
偏光分離プリズムアレイと位相差板から構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置に関する。
According to a second aspect of the present invention, the polarization conversion means includes:
The illumination device according to claim 1, comprising a polarization separation prism array and a retardation plate.

【0014】請求項3の発明は、前記第1及び第2レン
ズアレイのうち前記第1レンズアレイは前記光源部側に
配置され、前記第2レンズアレイは被照明面側に配置さ
れ、前記第2レンズアレイの屈折率は前記第1レンズア
レイの屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項1又
は2に記載の照明装置に関する。
According to a third aspect of the present invention, the first lens array of the first and second lens arrays is arranged on the light source section side, and the second lens array is arranged on the illuminated surface side. 3. The lighting device according to claim 1, wherein a refractive index of the two-lens array is larger than a refractive index of the first lens array.

【0015】請求項4の発明は、前記第1及び第2レン
ズアレイの材料は、前記第1レンズアレイは耐熱ガラス
で、前記第2レンズアレイはクラウン又は硼珪クラウン
ガラスであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
かに記載の照明装置に関する。
According to a fourth aspect of the present invention, the material of the first and second lens arrays is such that the first lens array is heat-resistant glass and the second lens array is crown or borosilicate crown glass. A lighting device according to any one of claims 1 to 3.

【0016】請求項5の発明は、前記第1レンズアレイ
の焦点位置を前記偏光分離プリズムアレイの偏光分離面
近傍とし、前記第2レンズアレイの焦点位置を前記第1
レンズアレイのレンズ面近傍に設定したことを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載の照明装置に関す
る。
According to a fifth aspect of the present invention, the focal position of the first lens array is set near the polarization separation plane of the polarization separation prism array, and the focal position of the second lens array is set to the first position.
The lighting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the lighting device is set near the lens surface of the lens array.

【0017】請求項6の発明は、不定偏光光を放射する
光源部と、インテグレータとして作用する光源部側に配
置される第1レンズアレイと被照明面側に配置される第
2レンズアレイとの2枚のレンズアレイと、前記光源部
と前記第1レンズアレイとの間に配置される偏光分離手
段と、前記第2レンズアレイに密着又は近接配置される
位相差板と、偏光光を集光するためのコンデンサレンズ
とを備え、前記第1及び第2レンズアレイは同一のレン
ズ面形状を有しながらそれぞれ異なる材料で作製されて
いることを特徴とする照明装置に関する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a light source unit that emits indefinitely polarized light, a first lens array disposed on the light source unit side acting as an integrator, and a second lens array disposed on the illuminated surface side. Two lens arrays, polarization separating means arranged between the light source unit and the first lens array, a phase difference plate closely or closely arranged to the second lens array, and condensed polarized light And a condenser lens, wherein the first and second lens arrays have the same lens surface shape and are made of different materials.

【0018】請求項7の発明は、前記第1レンズアレイ
の焦点位置を前記位相差板面近傍とし、前記第2レンズ
アレイの焦点位置を前記第1レンズアレイのレンズ面近
傍に設定したことを特徴とする請求項6に記載の照明装
置に関する。
According to a seventh aspect of the present invention, the focal position of the first lens array is set near the phase difference plate surface, and the focal position of the second lens array is set near the lens surface of the first lens array. A lighting device according to claim 6, wherein

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1に本発明による照明装置の一
実施例を示す。本照明装置は、光源部を構成するランプ
11と放物面鏡12,光学的インテグレータとして作用
する第1レンズアレイ13と第2レンズアレイ14,偏
光変換手段であるPBSアレイ15と位相差板16,照
明光を被照射面に集光するコンデンサレンズ17,被照
明面18から構成されている。
FIG. 1 shows an embodiment of a lighting device according to the present invention. This illumination device comprises a lamp 11 and a parabolic mirror 12 constituting a light source section, a first lens array 13 and a second lens array 14 acting as an optical integrator, a PBS array 15 as a polarization conversion means, and a phase difference plate 16. , A condenser lens 17 for condensing illumination light on the surface to be illuminated, and a surface 18 to be illuminated.

【0020】図1の照明装置が有するインテグレータや
偏光変換等の基本機能は、従来技術で述べたのと同様の
原理に基づくものである。このため、以下、従来技術と
重複する一般的な内容の説明は省略し、本発明の要とな
るレンズアレイに関する内容を中心に説明する。
The basic functions of the illumination device shown in FIG. 1, such as the integrator and polarization conversion, are based on the same principle as described in the prior art. For this reason, the description of the general contents overlapping with those of the related art will be omitted below, and the description will focus on the contents related to the lens array that is the key of the present invention.

【0021】本照明装置の2枚のレンズアレイ、すなわ
ち第1レンズアレイ13,第2レンズアレイ14は、被
照明面18と相似形をした複数個の微小な矩形レンズを
縦横に配列したものであり、第1レンズアレイ13,第
2レンズアレイ14の各々のレンズ面形状は両者で同一
仕様としている。これは、第1及び第2レンズアレイを
作製する際の治工具を両者で共用化し、コストダウンを
図るためのものである。ただし、レンズの材料には両者
で異なるものを使用し、各レンズアレイの焦点距離を独
立に設定できるようにしている。
The two lens arrays of the present illuminating device, that is, the first lens array 13 and the second lens array 14 are formed by arranging a plurality of minute rectangular lenses having a shape similar to the surface 18 to be illuminated vertically and horizontally. The lens surfaces of the first lens array 13 and the second lens array 14 have the same specifications. This is to reduce the cost by sharing the jig and tool for producing the first and second lens arrays. However, different materials are used for the lenses, so that the focal length of each lens array can be set independently.

【0022】第2レンズアレイ直後に偏光変換手段を配
置した図1のような照明装置では、偏光変換の効率等を
考慮して、第1レンズアレイ13の焦点を偏光分離面1
5a近傍に合わせるのが好ましい。一方、第2レンズア
レイ14の焦点は、偏光変換手段の有無に拘わらず、第
1レンズアレイ13のレンズ面に合わせるのが、結像性
能の点から好ましい。このため、第1レンズアレイの焦
点距離f1は、第2レンズアレイの焦点距離f2より
も、やや長くする必要がある。
In the illumination device as shown in FIG. 1 in which the polarization conversion means is disposed immediately after the second lens array, the focus of the first lens array 13 is changed to the polarization separation surface 1 in consideration of the efficiency of the polarization conversion and the like.
It is preferable to adjust to the vicinity of 5a. On the other hand, it is preferable that the focal point of the second lens array 14 be adjusted to the lens surface of the first lens array 13 irrespective of the presence or absence of the polarization conversion means from the viewpoint of imaging performance. For this reason, the focal length f1 of the first lens array needs to be slightly longer than the focal length f2 of the second lens array.

【0023】第1及び第2レンズアレイの焦点距離f
1,f2は、第1及び第2レンズアレイを形成する材料
の屈折率n1,n2、レンズ面の曲率半径rを用いて、
f1=r/(n1−1)、f2=r/(n2−1)で与
えられる。このため、第1レンズアレイ13の焦点距離
f1を第2レンズアレイ14の焦点距離f2よりも長く
するには、第1レンズアレイ13の屈折率n1を第2レ
ンズアレイ14の屈折率n2よりも小さくすればよい。
The focal length f of the first and second lens arrays
1, f2 is calculated using the refractive indices n1, n2 of the material forming the first and second lens arrays and the radius of curvature r of the lens surface.
f1 = r / (n1-1) and f2 = r / (n2-1). For this reason, in order to make the focal length f1 of the first lens array 13 longer than the focal length f2 of the second lens array 14, the refractive index n1 of the first lens array 13 is made larger than the refractive index n2 of the second lens array 14. What is necessary is just to make it small.

【0024】このような条件を満たす材料の組み合わせ
としては、例えば、第1レンズアレイ13を耐熱ガラス
(屈折率n1=1.47)、第2レンズアレイ14をク
ラウンガラス(屈折率n2=1.52)とすることが考
えられる。これらの材料は入手が容易でコスト的に見て
有利であるほか、反射鏡の直後にある第1レンズアレイ
13に耐熱ガラスを用いることで信頼性を高める効果も
ある。
As a combination of materials satisfying such conditions, for example, the first lens array 13 is made of heat-resistant glass (refractive index n1 = 1.47), and the second lens array 14 is made of crown glass (refractive index n2 = 1. 52). These materials are easily available and advantageous in terms of cost, and also have the effect of increasing reliability by using heat-resistant glass for the first lens array 13 immediately after the reflecting mirror.

【0025】レンズアレイの材料ととしては、前述の耐
熱ガラスやクラウンガラスに限らず、任意のガラス材
料、あるいは耐熱性や透過率等に問題がなければプラス
チック材料等を使用することも考えられる。これによっ
て、屈折率の選択肢が増し、2枚のレンズアレイの焦点
距離をより自由に設定することが可能となる。
The material of the lens array is not limited to the above-mentioned heat-resistant glass and crown glass, but may be any glass material or a plastic material if there is no problem in heat resistance and transmittance. Thereby, the choice of the refractive index increases, and the focal length of the two lens arrays can be set more freely.

【0026】前記耐熱ガラスとクラウンガラスの屈折率
からレンズアレイの焦点距離の比を計算するとf1/f
2=(n2−1)/(n1−1)=1.11となる。す
なわち、第1レンズアレイ13の焦点距離f1を第2レ
ンズアレイ14の焦点距離f2に比べて約1割長くする
ことができる。これは、第2レンズアレイ14とPBS
アレイ15の厚さから考えて、集光性能と結像性能を両
立するのに適切な値と言える。
When the ratio of the focal length of the lens array is calculated from the refractive indexes of the heat-resistant glass and the crown glass, f1 / f
2 = (n2-1) / (n1-1) = 1.11 That is, the focal length f1 of the first lens array 13 can be made about 10% longer than the focal length f2 of the second lens array 14. This is because the second lens array 14 and the PBS
Considering the thickness of the array 15, it can be said that the value is appropriate for achieving both the light-collecting performance and the imaging performance.

【0027】ところで、2枚のレンズアレイで最適な焦
点距離が異なる状況は、レンズアレイ近傍に偏光変換手
段を挿入した他の照明装置においても、一般に生じ得る
ものである。レンズアレイと併用できる偏光変換手段と
しては、例えば、誘電多層膜により偏光分離を行うも
の、方解石や高分子材料等の複屈折や旋光性を利用した
もの等が知られており、これらを使用した種々の偏光照
明装置が発明されている。本発明は、これらすべての照
明装置に適用可能なものであって、図2は、第1レンズ
アレイよりも光源側に偏光分離手段を配置した照明装置
であって、本発明の他の実施例を示している。
A situation in which the optimum focal length differs between the two lens arrays can generally occur even in other illumination devices in which polarization conversion means are inserted near the lens arrays. As the polarization conversion means that can be used together with the lens array, for example, those that perform polarization separation using a dielectric multilayer film, those that use birefringence or optical rotation of calcite or a polymer material, and the like are known, and these were used. Various polarized lighting devices have been invented. The present invention is applicable to all of these illuminating devices. FIG. 2 shows an illuminating device in which polarization separation means is disposed closer to the light source than the first lens array. Is shown.

【0028】図2の照明装置は、光源部を構成するラン
プ21と放物面鏡22,偏光分離を行うPBSプリズム
25,光学的インテグレータとして作用する第1レンズ
アレイ23と第2レンズアレイ24,偏光方向を変換す
る位相差板26,コンデンサレンズ27,被照明面28
から構成されている。
The illumination device shown in FIG. 2 has a lamp 21 and a parabolic mirror 22, which constitute a light source section, a PBS prism 25 which performs polarization separation, a first lens array 23 and a second lens array 24 which function as optical integrators, Phase difference plate 26 for converting polarization direction, condenser lens 27, illuminated surface 28
It is composed of

【0029】本照明装置における偏光変換の基本原理
は、次の通りである。放物面鏡22から出射した平行光
は、片方の偏光成分が偏光分離面25aで反射され、残
りの偏光成分が反射面25bで反射される。各編光成分
は、異なる角度で第1レンズアレイ23に入射し、第2
レンズアレイ24上の異なる位置に集光する。このうち
片方の集光位置に位相差板を配置し、もう一方の偏光成
分に揃えることで、偏光照明を実現している。
The basic principle of the polarization conversion in the present lighting device is as follows. In the parallel light emitted from the parabolic mirror 22, one of the polarization components is reflected by the polarization separation surface 25a, and the other polarization component is reflected by the reflection surface 25b. Each knitting light component enters the first lens array 23 at a different angle,
Light is collected at different positions on the lens array 24. By arranging a phase difference plate at one of the light condensing positions and aligning it with the other polarized light component, polarized illumination is realized.

【0030】図2に示す実施例の照明装置の場合、第1
レンズアレイ23の焦点は、集光性能を考えると、位相
差板が配置された第2レンズアレイ24の平面側近傍に
合わせるのが好ましい。一方、第2レンズアレイ24の
焦点は、これまでと同様に、第1レンズアレイ23のレ
ンズ面に合わせるのがよい。すなわち、第1レンズアレ
イの焦点距離f1を第2レンズアレイの焦点距離f2よ
りも短くする必要がある。
In the case of the lighting device of the embodiment shown in FIG.
It is preferable that the focal point of the lens array 23 be set near the plane side of the second lens array 24 on which the phase difference plate is disposed, in consideration of the light-collecting performance. On the other hand, it is preferable that the focal point of the second lens array 24 be adjusted to the lens surface of the first lens array 23 as before. That is, it is necessary to make the focal length f1 of the first lens array shorter than the focal length f2 of the second lens array.

【0031】これを実現するためには、レンズ面形状を
同一として、例えば、第1レンズアレイ23にクラウン
ガラス(屈折率n1=1.52)、第2レンズアレイ2
4にアクリル樹脂(屈折率n2=1.49)等の材料を
使用すればよい。焦点距離の比を計算するとf1/f2
=(n2−1)/(n1−1)=0.94となる。すな
わち、第1レンズアレイ23の焦点距離を第2レンズア
レイ24に比べて約6%短くすることができる。こうし
て、集光性能と結像性能を両立することが可能となる。
In order to realize this, the first lens array 23 has the same lens surface shape, for example, a crown glass (refractive index n1 = 1.52), a second lens array 2
A material such as an acrylic resin (refractive index n2 = 1.49) may be used for 4. When the ratio of the focal lengths is calculated, f1 / f2
= (N2-1) / (n1-1) = 0.94. That is, the focal length of the first lens array 23 can be shortened by about 6% compared to the second lens array 24. In this way, it is possible to achieve both light focusing performance and imaging performance.

【0032】以上2つの実施例において、各レンズアレ
イのレンズ面形状は、焦点距離の算出の際、球面レンズ
を使用すると仮定していた。しかしながら、レンズ面の
形状は、光学特性の改善等を目的として、球面だけでな
く、任意の非球面形状を使用することも考えられる。ま
た、照明装置の光源部は、光源と放物面鏡を組み合わせ
て構成しているが、平行光を発生させる手段としては、
光源に楕円面鏡とコリメータレンズを組み合わせたもの
等を使用することも考えられる。
In the above two embodiments, it has been assumed that the lens surface shape of each lens array uses a spherical lens when calculating the focal length. However, as the shape of the lens surface, it is conceivable to use not only a spherical surface but also an arbitrary aspherical shape for the purpose of improving optical characteristics and the like. Further, the light source unit of the lighting device is configured by combining a light source and a parabolic mirror, but as means for generating parallel light,
It is also conceivable to use a combination of an elliptical mirror and a collimator lens as the light source.

【0033】[0033]

【発明の効果】請求項1乃至7の発明によれば、インテ
グレータとして作用する第1及び第2レンズアレイのレ
ンズ面形状を同一としながら、異なる材料で作製した照
明装置であって、レンズ面の形状が同一であるため、レ
ンズアレイの成形に用いる治工具を共用化しコストダウ
ンを図る一方で、各レンズの焦点距離を独立に設定し、
光学的な性能を確保することが可能である。
According to the first to seventh aspects of the present invention, there is provided an illuminating device made of different materials while having the same lens surface shape of the first and second lens arrays acting as integrators. Because the shape is the same, the jigs and tools used for molding the lens array are shared and cost is reduced, while the focal length of each lens is set independently,
Optical performance can be ensured.

【0034】請求項3乃至5の発明によれば、偏光変換
手段に偏光分離プリズムアレイ(PBSアレイ)と位相
差板を用いた照明装置において、第1及び第2レンズア
レイの屈折率を光源部側の第1レンズアレイよりも被照
明面側の第2レンズアレイを大きくしたものであって、
光源部側の第1レンズアレイよりも被照明面側の第2レ
ンズアレイの焦点距離が短くなり、集光性能と結像性能
を両立することが可能である。
According to the third to fifth aspects of the present invention, in a lighting apparatus using a polarization separating prism array (PBS array) and a retardation plate as polarization conversion means, the refractive indices of the first and second lens arrays are changed to a light source section. The second lens array on the illuminated surface side is larger than the first lens array on the side,
The focal length of the second lens array on the illuminated surface side is shorter than that of the first lens array on the light source unit side, and it is possible to achieve both light focusing performance and imaging performance.

【0035】請求項4の発明によれば、請求項1乃至3
記載の照明装置において、レンズアレイの材料として光
源面側の第1レンズアレイに耐熱ガラス、被照明面側の
第2レンズアレイにクラウン又は硼珪クラウンガラスを
使用したものであって、第1及び第2レンズアレイ間で
適切な焦点距離の差が与えられ、また温度上昇が激しい
ランプ側の第1レンズアレイに耐熱ガラスを使用するた
め信頼性が高まり、また材料の入手が容易であるためコ
ストダウンを図ることも可能である。
According to the invention of claim 4, claims 1 to 3 are provided.
The lighting device according to claim 1, wherein heat-resistant glass is used for the first lens array on the light source surface side and crown or borosilicate crown glass is used for the second lens array on the illuminated surface side as a material of the lens array. Since an appropriate focal length difference is given between the second lens arrays, and the heat-resistant glass is used for the first lens array on the lamp side where the temperature rises sharply, reliability is improved, and the cost is improved because the material is easily available. It is possible to go down.

【0036】請求項7の発明は、偏光変換手段にPBS
プリズム等の偏光分離手段と位相差板を用いた照明装置
において、第1レンズアレイの焦点位置を位相差板面と
し、第2レンズアレイの焦点位置を第1レンズアレイの
レンズ面に設定することで、集光性能と結像性能を両立
することが可能である。
According to a seventh aspect of the present invention, the polarization conversion means includes PBS.
In an illumination device using a polarization separation unit such as a prism and a retardation plate, the focal position of the first lens array is set to the retardation plate surface, and the focal position of the second lens array is set to the lens surface of the first lens array. Thus, it is possible to achieve both light focusing performance and imaging performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による照明装置の一実施例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a lighting device according to the present invention.

【図2】本発明の照明装置の他の実施例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a view showing another embodiment of the lighting device of the present invention.

【図3】従来技術よる照明装置の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a lighting device according to the related art.

【図4】図3の照明装置の問題点を説明するための図で
ある。
FIG. 4 is a diagram for explaining a problem of the lighting device of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,31…ランプ、12,22,32…放物面
鏡、13,23,33…第1レンズアレイ、14,2
4,34…第2レンズアレイ、15,35…PBSアレ
イ、15a,25a,35a…偏光分離面、15b,2
5b,35b…反射面、16,26,36…位相差板、
17,27,37…コンデンサレンズ、18,28,3
8…被照明面、25…PBSプリズム。
11, 21, 31 ... lamp, 12, 22, 32 ... parabolic mirror, 13, 23, 33 ... first lens array, 14, 2
4, 34: second lens array, 15, 35: PBS array, 15a, 25a, 35a: polarization splitting surface, 15b, 2
5b, 35b: reflection surface, 16, 26, 36: retardation plate,
17, 27, 37 ... condenser lens, 18, 28, 3
8: Illuminated surface, 25: PBS prism.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不定偏光光を放射する光源部と、前記不
定偏光光を特定の偏光方向に変換する偏光変換手段と、
前記光源部と前記偏光変換手段との間に配置されインテ
グレータとして作用する第1及び第2レンズアレイと、
前記偏光変換手段による偏光光を集光するためのコンデ
ンサレンズとを備え、前記第1及び第2レンズアレイは
同一のレンズ面形状を有し、かつ、それぞれ異なる材料
で作製されていることを特徴とする照明装置。
A light source unit that emits irregularly polarized light; and a polarization conversion unit that converts the irregularly polarized light into a specific polarization direction.
First and second lens arrays disposed between the light source unit and the polarization conversion unit and functioning as integrators;
A condenser lens for condensing the polarized light by the polarization conversion means, wherein the first and second lens arrays have the same lens surface shape and are made of different materials. Lighting equipment.
【請求項2】 前記偏光変換手段は、偏光分離プリズム
アレイと位相差板から構成されていることを特徴とする
請求項1に記載の照明装置。
2. The illumination device according to claim 1, wherein said polarization conversion means comprises a polarization separation prism array and a phase difference plate.
【請求項3】 前記第1及び第2レンズアレイのうち前
記第1レンズアレイは前記光源部側に配置され、前記第
2レンズアレイは被照明面側に配置され、前記第2レン
ズアレイの屈折率は前記第1レンズアレイの屈折率より
も大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の照明
装置。
3. The first and second lens arrays, wherein the first lens array is disposed on the light source unit side, the second lens array is disposed on an illuminated surface side, and the second lens array is refracted. The lighting device according to claim 1, wherein a refractive index is higher than a refractive index of the first lens array.
【請求項4】 前記第1レンズアレイは耐熱ガラスで、
前記第2レンズアレイはクラウン又は硼珪クラウンガラ
スであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに
記載の照明装置。
4. The first lens array is made of heat-resistant glass,
4. The lighting device according to claim 1, wherein the second lens array is a crown or borosilicate crown glass.
【請求項5】 前記第1レンズアレイの焦点位置を前記
偏光分離プリズムアレイの偏光分離面近傍とし、前記第
2レンズアレイの焦点位置を前記第1レンズアレイのレ
ンズ面近傍に設定したことを特徴とする請求項1乃至4
のいずれかに記載の照明装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein a focal position of said first lens array is set near a polarization separating surface of said polarization separating prism array, and a focal position of said second lens array is set near a lens surface of said first lens array. Claims 1 to 4
The lighting device according to any one of the above.
【請求項6】 不定偏光光を放射する光源部と、インテ
グレータとして作用する光源部側に配置された第1レン
ズアレイと被照明面側に配置された第2レンズアレイと
の2枚のレンズアレイと、前記光源部と前記第1レンズ
アレイとの間に配置された偏光分離手段と、前記第2レ
ンズアレイに密着又は近接配置された位相差板と、偏光
光を集光するためのコンデンサレンズとを備え、前記第
1及び第2レンズアレイは同一のレンズ面形状を有し、
かつ、それぞれ異なる材料で作製されていることを特徴
とする照明装置。
6. A two-lens array comprising: a light source for emitting indefinitely polarized light; a first lens array disposed on the light source side acting as an integrator; and a second lens array disposed on the illuminated surface side. And a polarization separation unit disposed between the light source unit and the first lens array; a phase difference plate closely or closely disposed to the second lens array; and a condenser lens for condensing polarized light. Wherein the first and second lens arrays have the same lens surface shape,
A lighting device characterized by being made of different materials.
【請求項7】 前記第1レンズアレイの焦点位置を前記
位相差板面近傍とし、前記第2レンズアレイの焦点位置
を前記第1レンズアレイのレンズ面近傍に設定したこと
を特徴とする請求項6に記載の照明装置。
7. The apparatus according to claim 1, wherein a focal position of said first lens array is set near a phase difference plate surface, and a focal position of said second lens array is set near a lens surface of said first lens array. 7. The lighting device according to 6.
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US8096661B2 (en) 2006-06-29 2012-01-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Projector having a cross-shaped light beam
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