JP2001013586A - Light source device, illuminator and projection type display device - Google Patents

Light source device, illuminator and projection type display device

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JP2001013586A
JP2001013586A JP11183653A JP18365399A JP2001013586A JP 2001013586 A JP2001013586 A JP 2001013586A JP 11183653 A JP11183653 A JP 11183653A JP 18365399 A JP18365399 A JP 18365399A JP 2001013586 A JP2001013586 A JP 2001013586A
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light
lens
light source
source device
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JP11183653A
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Japanese (ja)
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Yoshito Miyatake
義人 宮武
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device by which an area to be irradiated is efficiently illuminated with light radiated by a lamp by a small converging angle. SOLUTION: This device is provided with the lamp 21, a concave mirror 22 by which the light radiated by the lamp 21 is reflected and is converged at a small area, and a correction lens 23 arranged on the emission side of the concave mirror 22. The correction lens 23 is provided with a first lens 34 in which at least a peripheral part has positive power and a second lens 35 in which at least the peripheral part has negative power. When the radius of an emitter picture is set as H and the maximum inclination of a light beam passing through the center of the emitter picture is set as U, the light source device whose H sinU is reduced by the correction lens 23 is provided.

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、ランプから放射さ
れる光の指向性を変換して収束光を出射する光源装置、
その光源装置を用いて所定の被照射領域を均一に照明す
る照明装置、および、その照明装置を用いた投写型表示
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 light source device for converting the directivity of light emitted from a lamp to emit convergent light,
The present invention relates to an illumination device that uniformly illuminates a predetermined irradiation area using the light source device, and a projection display device using the illumination device.

【0002】[0002]

【従来の技術】大画面映像を得るために、ライトバルブ
に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を
照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する
方法が従来よりよく知られている。最近では、ライトバ
ルブとして液晶パネルを用いる投写型表示装置が注目さ
れている(例えば、特開昭62−133424号公
報)。液晶パネルとしては、高画質の投写画像を得るた
めに、液晶材料としてツイストネマティック(TN)液
晶を用い、各画素にスイッチング素子としてTFTを設
けたアクティブマトリックス型を用い、赤用、緑用、青
用として3枚の液晶パネルを用いる方式が主流となりつ
つある。
2. Description of the Related Art In order to obtain a large-screen image, a method of forming an optical image corresponding to an image signal on a light valve, irradiating the optical image with light, and enlarging and projecting the image on a screen by a projection lens is better than the conventional method. Are known. Recently, a projection type display device using a liquid crystal panel as a light valve has attracted attention (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-133424). As a liquid crystal panel, in order to obtain a high-quality projected image, an active matrix type in which a twisted nematic (TN) liquid crystal is used as a liquid crystal material and a TFT is provided in each pixel as a switching element is used, and red, green, and blue are used. A system using three liquid crystal panels for use is becoming mainstream.

【0003】光源装置にはメタルハライドランプ、超高
圧水銀ランプ、キセノンランプなどのアーク放電ランプ
が用いられている。ランプから放射される光を効率良く
ライトバルブに導くために、楕円面鏡、放物面鏡などの
凹面鏡が用いられている。投写画像の照度均一性を良好
にするために、2つのレンズアレイ板を組み合わせたイ
ンテグレータや、透明な四角柱で構成したロッドインテ
グレータを光源装置と組み合わせることも行われてい
る。
As a light source device, an arc discharge lamp such as a metal halide lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, and a xenon lamp is used. In order to efficiently guide the light emitted from the lamp to the light valve, a concave mirror such as an elliptical mirror or a parabolic mirror is used. In order to improve the uniformity of the illuminance of a projected image, an integrator combining two lens array plates or a rod integrator formed of a transparent quadratic prism is also combined with a light source device.

【0004】TFT液晶パネルにおいては、TFTと配
線とを遮光するためにブラックマトリックスが設けられ
ているために、画素開口率(表示領域の全面積に対する
ブラックマトリックスの開口部すべての面積の比)が低
く、その分だけ投写型表示装置の光出力が小さくなると
いう問題がある。この問題は、液晶パネルの画素数が多
くなり、画素密度が高くなるにつれて深刻な問題とな
る。この問題を解決するために、液晶パネルの入射側に
画素ごとに1つの正レンズを対応させたレンズアレイを
近接配置することにより光出力を向上させる方法が提案
されている(例えば、特開平1−189685号公報、
特開平2−262185号公報など)。
In a TFT liquid crystal panel, since a black matrix is provided to shield TFTs and wiring from light, the pixel aperture ratio (the ratio of the area of all the openings of the black matrix to the total area of the display area) is reduced. However, there is a problem that the light output of the projection display device is reduced accordingly. This problem becomes more serious as the number of pixels of the liquid crystal panel increases and the pixel density increases. In order to solve this problem, there has been proposed a method of improving the light output by disposing a lens array having one positive lens corresponding to each pixel on the incident side of the liquid crystal panel in close proximity (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 1-1990). No. 189,885,
JP-A-2-262185).

【0005】TN液晶を用いた液晶パネルでは、入射側
と出射側に偏光板を配置する必要がある。入射側偏光板
は、自然光から偏波面が所定の方向に向いた直線偏光を
取り出すために用いられる。入射側偏光板は不要な偏光
成分を吸収するため、投写型表示装置の効率が低いとい
う問題があった。この問題を解決するために、光源装置
から出射する自然光を偏光ビームスプリッタにより2つ
の直線偏光に分離し、一方の直線偏光の偏光方向を1/
2波長板により90°回転させて、両方の直線偏光が入
射側偏光板を透過するようにした偏光変換光学系が用い
られるようになった(例えば、特開平8−234205
号公報、特開平6−202094号公報)。
In a liquid crystal panel using a TN liquid crystal, it is necessary to dispose polarizing plates on the incident side and the output side. The incident side polarizing plate is used to extract linearly polarized light having a plane of polarization oriented in a predetermined direction from natural light. Since the incident side polarizing plate absorbs unnecessary polarized light components, there is a problem that the efficiency of the projection display device is low. To solve this problem, natural light emitted from the light source device is split into two linearly polarized lights by a polarization beam splitter, and the polarization direction of one of the linearly polarized lights is reduced to 1 /.
A polarization conversion optical system in which both linearly polarized lights are transmitted through the incident side polarizing plate by being rotated by 90 ° by a two-wavelength plate has been used (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234205).
JP-A-6-202094).

【0006】次に、狭い隙間の向こう側を照明する場合
に有用な照明装置として折り曲げ自在の光ファイバ束を
用いた光ファイバ照明装置がある。これは、楕円面鏡の
第1焦点に発光体の中心が位置するようにランプを配置
し、第2焦点に光ファイバ束の端面(入射面)が位置す
るように構成したものである。最近では、光出力を大き
くするために、ランプとしてメタルハライドランプが用
いられるようになった。
Next, as an illumination device useful for illuminating the other side of a narrow gap, there is an optical fiber illumination device using a bendable optical fiber bundle. In this configuration, the lamp is arranged so that the center of the luminous body is located at the first focal point of the ellipsoidal mirror, and the end face (incident surface) of the optical fiber bundle is located at the second focal point. Recently, metal halide lamps have been used as lamps to increase light output.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述のマイクロレンズ
アレイや、偏光変換光学系を用いる場合、十分な効率向
上の効果を得るには、マイクロレンズアレイや偏光変換
光学系に入射する照明光の指向性を狭くする必要があ
る。そのためには、発光体長を短くする必要があるが、
発光体長を無理に短くするとランプ寿命が短くなるとい
う問題を生じる。また、投写型表示装置をコンパクトに
するために、液晶パネルの画面サイズを小さくすること
も行われているが、光出力が小さくなるという問題があ
った。
When the above-mentioned microlens array or polarization conversion optical system is used, in order to obtain a sufficient effect of improving the efficiency, it is necessary to direct the illumination light incident on the microlens array or polarization conversion optical system. It is necessary to narrow the sex. For that purpose, it is necessary to shorten the length of the luminous body,
If the luminous body length is forcibly shortened, there is a problem that the lamp life is shortened. Further, in order to make the projection display device compact, the screen size of the liquid crystal panel is also reduced, but there is a problem that the light output is reduced.

【0008】光ファイバ照明装置は、用途によってはさ
らに光出力の大きいことが要望されている。光ファイバ
束からの出力光をさらに増大させるには光ファイバ束の
有効径を大きくするとよいが、そうすると光ファイバ束
を折り曲げられる最小曲率半径が大きくなってしまうと
いう問題を生じる。
[0008] The optical fiber lighting device is required to have a higher light output depending on the application. To further increase the output light from the optical fiber bundle, it is preferable to increase the effective diameter of the optical fiber bundle. However, this causes a problem that the minimum radius of curvature at which the optical fiber bundle can be bent becomes large.

【0009】本発明は、被照射領域の大きさが同じであ
れば、より小さな収束角で効率良く被照射領域を照明で
きる光源装置を提供すること、その光源装置を用いて被
照射領域を効率良く照明する照明装置を提供すること、
また、光出力が大きく効率の良い投写型表示装置を提供
することを目的とする。さらに、光出力の大きな光ファ
イバ照明装置を提供することを目的とする。
The present invention provides a light source device that can efficiently illuminate an irradiation area with a smaller convergence angle when the irradiation area has the same size. Providing a lighting device that illuminates well,
It is another object of the present invention to provide an efficient projection display device having a large light output. It is another object of the present invention to provide an optical fiber lighting device having a large light output.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成とする。
In order to achieve the above object, the present invention has the following arrangement.

【0011】本発明の第1の光源装置は、ランプと、凹
面鏡と、補正レンズとを備え、前記凹面鏡と前記補正レ
ンズとを組み合わせた光学系は、光軸を中心として回転
対称であり、第1の基準点から出射して前記凹面鏡で反
射し前記補正レンズを透過した光線がすべて第2の基準
点またはその近傍を通過するような性質を有する2つの
基準点を前記光軸上に有し、前記ランプは、その発光体
の中心軸が前記光軸と略一致し、前記発光体の中心が前
記第1の基準点と略一致するように配置され、前記発光
体に対応して前記第2の基準点に形成される発光体像の
半径をH、前記発光体像の中心を通過する光線の最大傾
斜角をU、前記補正レンズを取り除いた構成において前
記発光体に対応して形成される発光体像の半径が最小と
なる位置を像点として、前記像点に形成される発光体像
の半径をH0、前記凹面鏡の開口端と前記像点とを結ん
だ直線と前記光軸とのなす角をU0としたとき、前記凹
面鏡と前記補正レンズとが下記式を満足するように構成
されていることを特徴とする。
A first light source device according to the present invention includes a lamp, a concave mirror, and a correction lens, and an optical system combining the concave mirror and the correction lens is rotationally symmetric about an optical axis. Two reference points on the optical axis having a property such that all light rays emitted from one reference point, reflected by the concave mirror, and transmitted through the correction lens pass at or near the second reference point. The lamp is disposed such that a central axis of the light emitter substantially coincides with the optical axis, and a center of the light emitter substantially coincides with the first reference point. The radius of the luminous body image formed at the reference point 2 is H, the maximum inclination angle of the light beam passing through the center of the luminous body image is U, and the luminous body is formed corresponding to the luminous body in a configuration in which the correction lens is removed. The position where the radius of the illuminant image is minimum is the image point. Te, said image point H 0 of the radius of the luminous body images formed, when the angle of the open end and connecting it straight and said image point and the optical axis of the concave mirror and U 0, and the concave mirror The correction lens is configured to satisfy the following expression.

【0012】[0012]

【数4】 (Equation 4)

【0013】上記第1の光源装置において、ランプとし
て、発光体直径に対して発光体長が長いランプを用いる
ことができる。
In the first light source device, a lamp having a longer luminous body length than the luminous body diameter can be used as the lamp.

【0014】上記第1の光源装置において、凹面鏡は楕
円面鏡とし、第1の基準点は楕円面鏡の第1焦点または
その近傍に位置するように構成するのが望ましい。
In the first light source device, it is preferable that the concave mirror is an ellipsoidal mirror, and the first reference point is located at a first focus of the ellipsoidal mirror or in the vicinity thereof.

【0015】あるいは、上記第1の光源装置において、
凹面鏡の反射面は回転楕円面を基本にして変形した回転
体とし、第1の基準点は前記回転楕円面の第1焦点また
はその近傍に位置するようにしてもよい。
Alternatively, in the first light source device,
The reflecting surface of the concave mirror may be a rotating body deformed on the basis of a spheroid, and the first reference point may be located at a first focus of the spheroid or in the vicinity thereof.

【0016】上記第1の光源装置において、補正レンズ
を構成するレンズのうちの少なくとも1つのレンズの少
なくとも1つのレンズ面を非球面にするとよい。
In the first light source device, at least one lens surface of at least one of the lenses constituting the correction lens may be aspheric.

【0017】本発明の第2の光源装置は、ランプと、凹
面鏡と、補正レンズとを備え、前記凹面鏡と前記補正レ
ンズとを組み合わせた光学系は、光軸を中心として回転
対称であり、第1の基準点から出射して前記凹面鏡で反
射し前記補正レンズを透過した光線がすべて第2の基準
点またはその近傍を通過するような性質を有する2つの
基準点を前記光軸上に有し、前記ランプは、その発光体
の中心軸が前記光軸と略一致し、前記発光体の中心が前
記第1の基準点と略一致するように配置され、前記発光
体に対応する像が前記第2の基準点に形成され、前記補
正レンズは前記凹面鏡側から順に、第1レンズと、第2
レンズとを備え、前記第1レンズは少なくとも周辺部が
正パワーを有し、前記第2レンズは少なくとも周辺部が
負パワーを有することを特徴とする。
A second light source device according to the present invention includes a lamp, a concave mirror, and a correction lens, and an optical system in which the concave mirror and the correction lens are combined is rotationally symmetric about an optical axis. Two reference points on the optical axis having a property such that all light rays emitted from one reference point, reflected by the concave mirror, and transmitted through the correction lens pass at or near the second reference point. The lamp is disposed such that a central axis of the light emitter substantially coincides with the optical axis, and a center of the light emitter substantially coincides with the first reference point. The correction lens is formed at a second reference point and the first lens and the second lens are sequentially arranged from the concave mirror side.
Wherein the first lens has a positive power at least at a peripheral portion thereof, and the second lens has a negative power at least at a peripheral portion thereof.

【0018】上記第2の光源装置において、ランプとし
て、発光体直径に対して発光体長が長いランプを用いる
ことができる。
In the second light source device, a lamp having a longer luminous body length than the luminous body diameter can be used as the lamp.

【0019】上記第2の光源装置において、凹面鏡は楕
円面鏡とし、第1の基準点は楕円面鏡の第1焦点または
その近傍に位置するように構成するのが望ましい。
In the second light source device, it is preferable that the concave mirror is an elliptical mirror and the first reference point is located at the first focal point of the elliptical mirror or in the vicinity thereof.

【0020】あるいは、凹面鏡の反射面は回転楕円面を
基本にして変形した回転体とし、第1の基準点は前記回
転楕円面の第1焦点またはその近傍に位置するようにし
てもよい。
Alternatively, the reflecting surface of the concave mirror may be a rotating body deformed on the basis of a spheroid, and the first reference point may be located at the first focal point of the spheroid or in the vicinity thereof.

【0021】これらの場合には、第1レンズの焦点距離
をfI、第2レンズの焦点距離をfI Iとして、
In these cases, the focal length of the first lens is f I and the focal length of the second lens is f I I.

【0022】[0022]

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【0023】を満足させるとよい。It is desirable to satisfy the following.

【0024】上記第2の光源装置において、第1レンズ
は少なくとも出射側面の周辺部を凸面に、第2レンズは
少なくとも入射側面の周辺部を凹面にするとよい。さら
に、第2レンズの出射側面は中央部が凸面、周辺部が凹
面であるような非球面にするとよい。
In the second light source device, it is preferable that the first lens has a convex surface at least at the peripheral portion of the exit side surface, and the second lens has a concave surface at least at the peripheral portion of the entrance side surface. Further, the exit side surface of the second lens may be formed as an aspheric surface such that the central portion is convex and the peripheral portion is concave.

【0025】また、第2レンズの出射側に正パワーを有
する第3レンズを配置することができる。
Further, a third lens having a positive power can be arranged on the exit side of the second lens.

【0026】本発明の第3の光源装置は、ランプと、凹
面鏡と、補正レンズとを備え、前記凹面鏡と前記補正レ
ンズとを組み合わせた光学系は、光軸を中心として回転
対称であり、第1の基準点から出射して前記凹面鏡で反
射し前記補正レンズを透過した光線がすべて第2の基準
点またはその近傍を通過するような性質を有する2つの
基準点を前記光軸上に有し、前記ランプは、その発光体
の中心軸が前記光軸と略一致し、前記発光体の中心が前
記第1の基準点と略一致するように配置され、前記発光
体の前記光軸上の両端から出射した光線の前記第2の基
準点における光線高の範囲が、前記補正レンズを取り除
いた構成において前記発光体に対応して形成される発光
体像の半径が最小となる位置での光線高の範囲より、い
ずれも小さいことを特徴とする。
A third light source device according to the present invention includes a lamp, a concave mirror, and a correction lens, and an optical system combining the concave mirror and the correction lens is rotationally symmetric about an optical axis. Two reference points on the optical axis having a property such that all light rays emitted from one reference point, reflected by the concave mirror, and transmitted through the correction lens pass at or near the second reference point. The lamp is arranged such that a central axis of the light emitter substantially coincides with the optical axis, and a center of the light emitter substantially coincides with the first reference point; The range of the ray height of the ray emitted from both ends at the second reference point is the ray at the position where the radius of the illuminant image formed corresponding to the illuminant in the configuration in which the correction lens is removed is the minimum. All smaller than the high range And it features.

【0027】上記第3の光源装置において、ランプとし
て、発光体直径に対して発光体長が長いランプを用いる
ことができる。
In the third light source device, a lamp having a long luminous body length with respect to the luminous body diameter can be used as the lamp.

【0028】上記第3の光源装置において、凹面鏡は楕
円面鏡とし、第1の基準点は楕円面鏡の第1焦点または
その近傍に位置するように構成するのが望ましい。
In the third light source device, it is preferable that the concave mirror is an elliptical mirror and the first reference point is located at the first focal point of the elliptical mirror or in the vicinity thereof.

【0029】あるいは、上記第3の光源装置において、
凹面鏡の反射面は回転楕円面を基本にして変形した回転
体とし、第1の基準点は前記回転楕円面の第1焦点また
はその近傍に位置するようにしてもよい。
Alternatively, in the third light source device,
The reflecting surface of the concave mirror may be a rotating body deformed on the basis of a spheroid, and the first reference point may be located at a first focus of the spheroid or in the vicinity thereof.

【0030】本発明の照明装置は、収束光を出射する光
源装置と、断面が円または多角形の透明柱体と、リレー
レンズとを備え、前記光源装置として上記第1ないし第
3の光源装置を用い、前記透明柱体はその入射面が光源
装置の第2の基準点と略一致するように配置され、前記
光源装置から出射した光が前記透明柱体の内部をその長
手方向に沿って内部で反射しながら進んで出射面から出
射し、前記透明柱体の出射面に対応する実像が前記リレ
ーレンズにより離れた位置に形成されるように構成され
る。
The illumination device according to the present invention comprises a light source device for emitting convergent light, a transparent column having a circular or polygonal cross section, and a relay lens, and the first to third light source devices as the light source device. The transparent column is disposed such that the incident surface thereof substantially coincides with the second reference point of the light source device, and light emitted from the light source device passes through the inside of the transparent column along the longitudinal direction thereof. The light is emitted from the emission surface while being reflected inside, and a real image corresponding to the emission surface of the transparent column is formed at a position separated by the relay lens.

【0031】上記照明装置において、透明柱体からの出
射光の拡がり角が小さくなるように、前記透明柱体の入
射面に近接して正レンズを配置するか、あるいは、透明
柱体の入射面を凸面とするのがよい。また、リレーレン
ズへの入射光の拡がり角が小さくなるように、透明柱体
の出射面に近接して正レンズを配置するか、あるいは、
透明柱体の出射面を凸面にするとよい。
In the above illuminating device, a positive lens may be arranged close to the entrance surface of the transparent column, or the entrance surface of the transparent column may be reduced so that the spread angle of the light emitted from the transparent column is reduced. Is preferably a convex surface. In addition, a positive lens is arranged in proximity to the exit surface of the transparent column so that the divergence angle of light incident on the relay lens is reduced, or
The exit surface of the transparent column may be made convex.

【0032】本発明の投写型表示装置は、照明装置と、
前記照明装置から出射する光が入射し映像信号に応じて
光学像を形成するライトバルブ装置と、前記ライトバル
ブ装置から出射する光が入射し前記光学像をスクリーン
上に拡大投写する投写レンズとを備え、前記照明装置と
し上記照明装置を用いたものである。
[0032] The projection display device of the present invention comprises: an illumination device;
A light valve device that receives light emitted from the illumination device and forms an optical image according to a video signal, and a projection lens that receives light emitted from the light valve device and magnifies and projects the optical image on a screen. And the above-mentioned lighting device is used as the lighting device.

【0033】上記投写型表示装置において、ライトバル
ブ装置の画像表示面に入射するいずれの主光線も前記画
像表示面に対して略垂直となるように、前記ライトバル
ブ装置の入射側に正レンズを配置するとよい。
In the above-mentioned projection type display device, a positive lens is provided on the incident side of the light valve device so that any principal ray incident on the image display surface of the light valve device is substantially perpendicular to the image display surface. It is good to arrange.

【0034】上記投写型表示装置において、ライトバル
ブ装置は2次元配列された画素を有し、前記ライトバル
ブ装置の入射側に、前記各画素に対応する微小正レンズ
が2次元配列されたレンズアレイを設けることができ
る。
In the above projection display device, the light valve device has two-dimensionally arranged pixels, and a lens array in which minute positive lenses corresponding to the respective pixels are two-dimensionally arranged on the incident side of the light valve device. Can be provided.

【0035】上記投写型表示装置において、照明装置の
透明柱体の断面形状はライトバルブ装置の有効表示領域
と略相似であり、前記ライトバルブ装置を照射する光の
照射領域がライトバルブ装置の有効表示領域を内包する
ようにするとよい。
In the projection display device, the sectional shape of the transparent column of the illumination device is substantially similar to the effective display region of the light valve device, and the irradiation area of the light radiating the light valve device is effective of the light valve device. It is preferable to include the display area.

【0036】本発明の第1の光ファイバ照明装置は、収
束光を出射する光源装置と、光ファイバ束とを備え、前
記光源装置は上記第1ないし第3の光源装置であり、前
記光ファイバ束はその入射面が光源装置の第2の基準点
と略一致するように配置されて構成される。
A first optical fiber illumination device according to the present invention includes a light source device for emitting convergent light and an optical fiber bundle, wherein the light source device is the first to third light source devices, The bundle is arranged and configured such that its entrance surface substantially coincides with the second reference point of the light source device.

【0037】上記第1の光ファイバ照明装置において、
光ファイバ束の入射面に近接して、前記光ファイバ束に
入射する光の拡がり角を小さくする正レンズを配置する
とよい。
In the first optical fiber lighting device,
It is preferable that a positive lens that reduces the divergence angle of light incident on the optical fiber bundle is disposed near the incident surface of the optical fiber bundle.

【0038】本発明の第2の光ファイバ照明装置は、収
束光を出射する光源装置と、断面が円または多角形の透
明柱体と、光ファイバ束とを備え、前記光源装置は上記
第1ないし第3の光源装置であり、前記透明柱体はその
入射面が第2の基準点と略一致するように配置され、前
記光ファイバ束はその入射面が前記透明柱体の出射面と
密着または近接するように配置されて構成される。
A second optical fiber illuminating device according to the present invention includes a light source device for emitting convergent light, a transparent column having a circular or polygonal cross section, and an optical fiber bundle. And a third light source device, wherein the transparent column is disposed so that an incident surface thereof substantially coincides with a second reference point, and the optical fiber bundle has an incident surface which is in close contact with an output surface of the transparent column. Alternatively, they are arranged so as to be close to each other.

【0039】上記第2の光ファイバ照明装置において、
透明柱体の入射面に近接して、前記透明柱体に入射する
光の拡がり角を小さくする正レンズを配置するとよい。
また、透明柱体を進む光の拡がり角が小さくなるよう
に、透明柱体の入射面を凸面にするとよい。
In the above second optical fiber lighting device,
It is preferable that a positive lens that reduces the divergence angle of light incident on the transparent column is disposed near the incident surface of the transparent column.
Further, the incident surface of the transparent column may be made convex so that the spread angle of light traveling through the transparent column is reduced.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図26を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 26.

【0041】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1における光源装置の概略構成図である。本実施の形
態の光源装置は、ランプ21、凹面鏡22、補正レンズ
23で構成されている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light source device according to Embodiment 1 of the present invention. The light source device according to the present embodiment includes a lamp 21, a concave mirror 22, and a correction lens 23.

【0042】ランプ21は超高圧水銀ランプであり、ラ
ンプ電力は100W、発光体長は1.4mm、発光体直
径は0.6mmである。発光体長と発光体直径は、ピー
ク輝度の50%となる寸法としている。
The lamp 21 is an ultra-high pressure mercury lamp, the lamp power is 100 W, the length of the luminous body is 1.4 mm, and the diameter of the luminous body is 0.6 mm. The length of the luminous body and the diameter of the luminous body are set to be 50% of the peak luminance.

【0043】凹面鏡22は、ガラス製基材24の内面2
5を回転楕円面とし、内面25に、可視光を反射し、赤
外光を透過させる光学多層膜を蒸着した楕円面鏡であ
る。楕円面鏡22の中央にはランプ21の発光管26を
貫通させるための窓27が設けられている。楕円面鏡2
2の第1焦点距離(楕円面25の頂点28から第1焦点
1までの距離)はf1=9.5mm、第2焦点距離(楕
円面25の頂点28から第2焦点F2までの距離)はf2
=130mmであり、開口径は66mm、窓径は13.
4mmである。ランプ21は、発光体29の中心軸が楕
円面鏡22の光軸30と一致し、発光体29の中心が楕
円面鏡22の第1焦点F1と一致するように配置されて
いる。凹面鏡22の出射側には、ランプ21が破裂した
場合に破片の飛散を防ぐための前面ガラス板31が取り
付けられている。
The concave mirror 22 is formed on the inner surface 2 of the glass substrate 24.
5 is an ellipsoidal mirror in which an optical multilayer film that reflects visible light and transmits infrared light is vapor-deposited on an inner surface 25, where 5 is a spheroid. At the center of the ellipsoidal mirror 22, a window 27 for penetrating the arc tube 26 of the lamp 21 is provided. Elliptical mirror 2
The first focal length (the distance from the vertex 28 of the elliptical surface 25 to the first focal point F 1 ) is f 1 = 9.5 mm, and the second focal length (the distance from the vertex 28 of the elliptical surface 25 to the second focal point F 2) is 2 . Distance) is f 2
= 130 mm, opening diameter 66 mm, window diameter 13.
4 mm. The lamp 21 is arranged such that the center axis of the light emitter 29 coincides with the optical axis 30 of the ellipsoidal mirror 22, and the center of the light emitter 29 coincides with the first focal point F 1 of the ellipsoidal mirror 22. A front glass plate 31 is attached to the emission side of the concave mirror 22 to prevent the fragments from scattering when the lamp 21 ruptures.

【0044】前面ガラス板31の出射側には、補正レン
ズ23が配置されている。補正レンズ23は、前面ガラ
ス板31側から順に、第1レンズ34、第2レンズ35
で構成されている。第1レンズ34は、入射側面36、
出射側面37とも球面の両凸レンズである。第2レンズ
35は入射側面38が凹の球面で、出射側面39が非球
面のレンズであり、非球面は中心部が凸で周辺部が凹と
なっている。補正レンズ23の出射側の離れた位置に
は、発光体29に対応する発光体像を形成する像点F3
が存在する。点F3を通り、光軸30と垂直な平面が被
照射面40となる。
On the emission side of the front glass plate 31, a correction lens 23 is arranged. The correction lens 23 includes a first lens 34 and a second lens 35 in order from the front glass plate 31 side.
It is composed of The first lens 34 includes an incident side surface 36,
Both the emission side surfaces 37 are spherical biconvex lenses. The second lens 35 is a lens whose entrance side surface 38 is a concave spherical surface and whose exit side surface 39 is an aspheric surface. The aspheric surface has a convex central portion and a concave peripheral portion. An image point F 3 for forming a luminous body image corresponding to the luminous body 29 is located at a position away from the emission side of the correction lens 23.
Exists. Through the point F 3, the optical axis 30 perpendicular to the plane is the illuminated surface 40.

【0045】図1に示した光源装置の数値データを表1
に示す。表1中、Rは凹面鏡22、Pは前面ガラス板3
0、L1は第1レンズ34、L2は第2レンズ35を示
している。凹面鏡22の反射面25を第1面とし、その
反射光が遭遇する順に各面に連続した番号を付してい
る。riは第i面の近軸曲率半径、diは第i面から第
(i+1)面の光軸に沿って測った面間隔である。nP
νPはそれぞれ前面ガラス板30のe線における屈折
率,アッベ数、nj,νjはそれぞれ第jレンズのe線に
おける屈折率,アッベ数である。
The numerical data of the light source device shown in FIG.
Shown in In Table 1, R is a concave mirror 22, P is a front glass plate 3.
0 and L1 indicate the first lens 34, and L2 indicates the second lens 35. The reflecting surface 25 of the concave mirror 22 is defined as a first surface, and each surface is numbered consecutively in the order in which the reflected light is encountered. r i is the paraxial radius of curvature of the i-th surface, and d i is the
This is the surface interval measured along the optical axis of the (i + 1) surface. n P ,
ν P is the refractive index and Abbe number of the front glass plate 30 at the e-line, respectively, and n j and ν j are the refractive index and Abbe number of the j-th lens at the e-line, respectively.

【0046】*印を付した面は非球面であり、サグ量は
次式で表される。
The surface marked with * is an aspheric surface, and the amount of sag is represented by the following equation.

【0047】[0047]

【数7】 (Equation 7)

【0048】ここで、hは非球面上の点の光軸からの高
さ、Sは高さhの点のサグ量、κiは円錐定数、di,e
i,fi,giはそれぞれ第i面の4次、6次、8次、1
0次の非球面係数である。
Here, h is the height of the point on the aspherical surface from the optical axis, S is the sag amount of the point at the height h, κ i is the conic constant, d i , e
i , f i , and g i are the fourth, sixth, eighth, and first orders of the i-th surface, respectively.
This is the 0th order aspheric coefficient.

【0049】s1は光源装置の第1基準点から凹面鏡2
2の頂点28までの距離、s3は第2レンズ35の出射
面(第7面)39の頂点から光源装置の第2基準点F3
までの距離である。fIは第1レンズ34の焦点距離、
IIは第2レンズ35の焦点距離である。なお、光源装
置の第1基準点は楕円面鏡22の第1焦点F1と一致し
ている。
S 1 is the concave mirror 2 from the first reference point of the light source device.
The distance s 3 from the vertex 28 of the second lens 35 to the second reference point F 3 of the light source device from the vertex of the exit surface (seventh surface) 39 of the second lens 35.
Is the distance to f I is the focal length of the first lens 34,
f II is the focal length of the second lens 35. The first reference point of the light source device is consistent with the first focus F 1 of the ellipsoidal mirror 22.

【0050】[0050]

【表1】 [Table 1]

【0051】楕円面鏡の第1焦点F1から出射して楕円
面鏡22の反射面25で反射した光線は、楕円面鏡22
の第2焦点F2を通過するように進む。
Light rays emitted from the first focal point F 1 of the ellipsoidal mirror and reflected by the reflection surface 25 of the ellipsoidal mirror 22 are reflected by the ellipsoidal mirror 22.
It proceeds to pass through the second focal point F 2 of.

【0052】補正レンズ23は、楕円面鏡22の第2焦
点F2に向かって近軸光線(傾斜角が非常に小さい光
線)が入射すると、点F3に向かって進む光線を出射す
る。そして、補正レンズ23は、楕円面鏡22の第2焦
点F2に向かって進む光線が入射すると、入射光線の傾
斜角がどのようであっても、点F3またはその近傍に向
かって進む光線を出射する。図1に示した構成では、光
源装置の第1基準点は楕円面鏡の第1焦点F1と一致し
ており、点F3が光源装置の第2基準点となっている。
また、補正レンズ23は、発光体29の両端(光軸30
方向の両端)から出射した光線が反射面25のどの点に
入射しても、被照射面40上における入射点の中心から
の距離ができる限り同じになるようにしている。この被
照射面40における入射点の範囲は、補正レンズ23が
ない場合の点F2における光線高の範囲より小さくなっ
ている。
When a paraxial ray (a ray having a very small inclination angle) enters the second focal point F 2 of the ellipsoidal mirror 22, the correction lens 23 emits a ray traveling toward the point F 3 . When a light beam traveling toward the second focal point F 2 of the ellipsoidal mirror 22 is incident, the correction lens 23 emits a light beam traveling toward or near the point F 3 regardless of the inclination angle of the incident light beam. Is emitted. In the configuration shown in FIG. 1, the first reference point of the light source device is consistent with the first focus F 1 of the ellipsoidal mirror, the point F 3 is a second reference point of the light source device.
The correction lens 23 is provided at both ends of the light emitting body 29 (the optical axis 30).
Irrespective of the point at which the light rays emitted from both ends of the direction are incident on the reflecting surface 25, the distance from the center of the incident point on the irradiated surface 40 is made as equal as possible. The range of the incident points on the irradiated surface 40 is smaller than the range of the ray height at the point F 2 when there is no correction lens 23.

【0053】こうして、ランプ21の発光体29から出
射した光は楕円面鏡22の反射面25で反射し、この反
射光は楕円面鏡22の第2焦点F2に発光体29に対応
する発光体像を形成するように進み、補正レンズ23に
入射する。補正レンズ23を出射した光は、点F3に発
光体29に対応する発光体像45を形成する。
Thus, the light emitted from the light emitting body 29 of the lamp 21 is reflected by the reflecting surface 25 of the ellipsoidal mirror 22, and the reflected light is emitted to the second focal point F 2 of the elliptical mirror 22 corresponding to the light emitting body 29. The light advances to form a body image and enters the correction lens 23. Light emitted from the correcting lens 23 to form an illuminator image 45 corresponding to the light emitter 29 to the point F 3.

【0054】以下に、本発明の光源装置の原理について
説明する。
The principle of the light source device according to the present invention will be described below.

【0055】まず、楕円面鏡を用いてランプから放射さ
れる光を集光する場合の発光体像の性質について説明す
る。
First, a description will be given of the properties of the illuminant image when the light emitted from the lamp is condensed using an ellipsoidal mirror.

【0056】楕円面鏡22の反射面25が完全な回転楕
円面である場合、図2に示すように、中心軸(光軸)3
0上に焦点と呼ばれる2つの特別な点が存在し、一方の
焦点F1から出射した光線は反射面25上のどの点に入
射しても、その反射光線は必ず他方の焦点F2を通過す
るという性質がある。そのため、ランプ21の発光体2
9の中心を楕円面鏡22の第1焦点F1と一致させれ
ば、楕円面鏡22からの反射光を第2焦点F2の近傍に
収束させることができる。
When the reflection surface 25 of the ellipsoidal mirror 22 is a perfect spheroid, as shown in FIG.
There are two special points called focal points on 0, and a ray emitted from one focal point F 1 will always pass through the other focal point F 2 irrespective of the incidence on any point on the reflecting surface 25. There is a property to do. Therefore, the luminous body 2 of the lamp 21
If ask the center of 9 coincides with the focus F 1 of the ellipsoidal mirror 22 can converge reflected light from the ellipsoidal mirror 22 in the vicinity of the second focal point F 2.

【0057】楕円面鏡22の第1焦点F1に発光体29
を配置したときの、発光体29の両端から出射して楕円
面鏡22の反射面25上の特定の点で反射される光線の
進み方を図3に示す。発光体29は細長い円柱状で、そ
の中心軸が楕円面鏡22の光軸30と一致し、発光体2
9の中心が第1焦点F1と一致するように配置されてい
る。図3(a)は発光体29から出射した光線が窓端43
上の点P1で反射する場合、図3(b)は第1焦点F1を通
り光軸30と垂直な直線が反射面25と交わる点P2
反射する場合、図3(c)は楕円面鏡22の開口端44上
の点P3で反射する場合をそれぞれ示している。
The luminous body 29 is set at the first focal point F 1 of the ellipsoidal mirror 22.
FIG. 3 shows how light rays emitted from both ends of the luminous body 29 and reflected at a specific point on the reflection surface 25 of the ellipsoidal mirror 22 when are arranged are shown in FIG. The luminous body 29 has an elongated cylindrical shape, the center axis of which coincides with the optical axis 30 of the ellipsoidal mirror 22, and the luminous body 2
Center 9 are arranged to coincide with the first focal point F 1. FIG. 3A shows that the light beam emitted from the light emitting body 29 is
When reflected at a point P 1 above, FIG. 3 (b) when a line vertical with street light axis 30 a first focus F 1 is reflected at a point P 2 intersects the reflecting surface 25, FIG. 3 (c) a case of reflection at a point P 3 on the open end 44 of the ellipsoidal mirror 22 are shown, respectively.

【0058】図3(a)〜図3(c)から、光軸30から反射
面25上の入射点までの距離hが大きくなるにつれて、
第2焦点F2上に形成される発光体像45の半径が小さ
くなり、反射面25上の入射点から出射する光の拡がり
角が小さくなり、入射点から発光体像45の中心に向か
う光線の傾斜角(光線進行方向と光軸30とのなす角)
uが大きくなることが分かる。これらのことから、第2
焦点F2に形成される発光体像45の中心付近を通過す
る光は拡がり角が大きく、主光線の傾斜角が小さいが、
発光体像45の周辺部を通過する光は拡がり角が小さ
く、主光線の傾斜角が大きいことが分かる。
From FIGS. 3A to 3C, as the distance h from the optical axis 30 to the incident point on the reflection surface 25 increases,
The radius of the luminous body image 45 formed on the second focal point F 2 is reduced, the divergence angle of the light emitted from the incident point on the reflecting surface 25 is reduced, and the light beam traveling from the incident point toward the center of the luminous body image 45 Angle of inclination (the angle between the ray traveling direction and the optical axis 30)
It can be seen that u increases. From these, the second
Although light passing through the vicinity of the center of the illuminant images 45 formed on the focal point F 2 have large divergence angle, a small inclination angle of the principal ray,
It can be seen that the light passing through the periphery of the luminous body image 45 has a small divergence angle and a large chief ray inclination angle.

【0059】図1に示した楕円面鏡22の第2焦点F2
における発光体像45の照度分布を図4に示す。発光体
29は、発光体長が1.4mm、発光体直径が0.6m
mの完全拡散円柱光源として、照度を数値計算により求
めている。図4から分かるように、発光体像45の照度
分布は、中心部に照度が均一な領域が存在し、その外側
では急激に照度が低下し、周辺部には中心部に比べて照
度の非常に低い領域が広がっている。
The second focal point F 2 of the ellipsoidal mirror 22 shown in FIG.
FIG. 4 shows the illuminance distribution of the luminous body image 45 in FIG. The luminous body 29 has a luminous body length of 1.4 mm and a luminous body diameter of 0.6 m.
Illuminance is obtained by numerical calculation as a fully diffused cylindrical light source of m. As can be seen from FIG. 4, the illuminance distribution of the luminous body image 45 has a uniform illuminance area at the center, the illuminance decreases abruptly outside the area, and the illuminance at the periphery is extremely low compared to the center. The lower area is spreading.

【0060】投写型表示装置や光ファイバ照明装置に用
いる光源装置では、第2焦点F2に円形のアパーチャを
配置して、アパーチャの半径とアパーチャ通過光の光束
の関係を評価するとよい。ここでは、楕円面鏡からの出
射光の光束に対するアパーチャ通過光の光束の比をアパ
ーチャ効率と呼び、アパーチャの半径とアパーチャ効率
との関係をアパーチャ特性と呼ぶことにする。図4に示
した照度分布から数値計算により求めたアパーチャ特性
を図5に示す。アパーチャの半径が小さい場合には、ア
パーチャ通過光の光束がアパーチャ半径にほぼ比例して
増大するが、アパーチャ半径が大きくなると、アパーチ
ャ半径に対するアパーチャ通過光の光束の増え方が小さ
くなっている。
In a light source device used for a projection display device or an optical fiber illuminating device, a circular aperture may be arranged at the second focal point F 2 , and the relationship between the radius of the aperture and the luminous flux of light passing through the aperture may be evaluated. Here, the ratio of the luminous flux of the light passing through the aperture to the luminous flux of the light emitted from the ellipsoidal mirror is referred to as aperture efficiency, and the relationship between the radius of the aperture and the aperture efficiency is referred to as aperture characteristics. FIG. 5 shows aperture characteristics obtained by numerical calculation from the illuminance distribution shown in FIG. When the radius of the aperture is small, the luminous flux of the light passing through the aperture increases almost in proportion to the radius of the aperture.

【0061】次に、補正レンズ23の作用について説明
する。
Next, the operation of the correction lens 23 will be described.

【0062】補正レンズのモデルを図6に示す。ある光
学系から出射して点Aに円形の実像(虚物体)46を形
成しようとする光が補正レンズ23に入射し、補正レン
ズ23により点Bに実像47が形成されるものとする。
補正レンズ23は、いずれも薄肉レンズの第1レンズL
1と第2レンズL2とで構成され、点Aに向かって進む
光線は、どのような傾斜角であっても、第1レンズL
1、第2レンズL2でそれぞれ屈折して点Bを通過する
ものとする。
FIG. 6 shows a model of the correction lens. It is assumed that light emitted from a certain optical system to form a circular real image (imaginary object) 46 at point A enters the correction lens 23, and a real image 47 is formed at point B by the correction lens 23.
Each of the correction lenses 23 is a first lens L of a thin lens.
1 and the second lens L2, the light beam traveling toward the point A has the first lens L
1. It is assumed that the light is refracted by the second lens L2 and passes through the point B.

【0063】第1レンズL1のパワーをφ1、第2レン
ズL2のパワーをφ2、2枚のレンズL1,L2の間の
空気間隔をdとする。第1レンズL1に入射する光線の
傾斜角をu0、第1レンズL1を出射する光線の傾斜角
をu1、第1レンズL1の屈折点の高さをh1、第2レン
ズL2の屈折点の高さをh2、第2レンズL2から像点
までの距離をsとする。
The power of the first lens L1 is φ 1 , the power of the second lens L2 is φ 2 , and the air gap between the two lenses L1 and L2 is d. The inclination angle of the light beam entering the first lens L1 is u 0 , the inclination angle of the light beam exiting the first lens L1 is u 1 , the height of the refraction point of the first lens L1 is h 1 , and the refraction of the second lens L2 is The height of the point is h 2 , and the distance from the second lens L2 to the image point is s.

【0064】近軸理論では、補正レンズ23に関して次
の関係が成り立つ。
In the paraxial theory, the following relationship is established with respect to the correction lens 23.

【0065】[0065]

【数8】 (Equation 8)

【数9】 (Equation 9)

【数10】 (Equation 10)

【0066】また、像が点Bに形成されるためには、次
の条件が成り立つ必要がある。
For an image to be formed at point B, the following conditions must be satisfied.

【0067】[0067]

【数11】 [Equation 11]

【0068】(数8),(数9),(数10),(数1
1)より次式が得られる。
(Equation 8), (Equation 9), (Equation 10), (Equation 1)
The following equation is obtained from 1).

【0069】[0069]

【数12】 (Equation 12)

【0070】近軸理論によれば、点Aに形成されようと
する像(虚物体)の半径をhA、点Bに形成される像の
半径をhB、点Aに向かう光線の傾斜角をuA、点Bに向
かう光線の傾斜角をuBとすると、次の関係が成り立
つ。
According to the paraxial theory, the radius of the image (imaginary object) to be formed at the point A is h A , the radius of the image formed at the point B is h B , and the inclination angle of the light beam toward the point A Is u A , and the inclination angle of the light beam toward point B is u B , the following relationship is established.

【0071】[0071]

【数13】 (Equation 13)

【0072】虚物体に対する像の倍率をmとすると、m
は次のように表せる。
Assuming that the magnification of the image with respect to the imaginary object is m, m
Can be expressed as follows.

【0073】[0073]

【数14】 [Equation 14]

【0074】uA=u0,uB=u2とし、(数8),(数
9),(数10),(数11)を利用すると、(数1
4)は次のようになる。
When u A = u 0 and u B = u 2 and (Equation 8), (Equation 9), (Equation 10), and (Equation 11) are used, (Equation 1)
4) is as follows.

【0075】[0075]

【数15】 (Equation 15)

【0076】dとsとを固定し、φ1を変えると、(数
12)によりφ2が一意に決まる。そして、φ1を変える
と、(数15)から分かるように、倍率mを自由に選ぶ
ことができる。
When d and s are fixed and φ 1 is changed, φ 2 is uniquely determined by (Equation 12). Then, when φ 1 is changed, as can be seen from (Equation 15), the magnification m can be freely selected.

【0077】次に、第1レンズL1のパワーを正に、第
2レンズL2のパワーを負にした場合を図7(a)に、第
1レンズL1のパワーを負に、第2レンズL2のパワー
を正にした場合を図7(b)に示す。なお、図7(a)と図7
(b)とでは、点Aと点Bの位置がいずれも同一、つま
り、dとsとが同一としている。図7(a)と図7(b)とを
比較すると、図7(a)の像47aの半径は、図7(b)の像
47bの半径より大きいことが分かる。
Next, the case where the power of the first lens L1 is positive and the power of the second lens L2 is negative is shown in FIG. 7A. The power of the first lens L1 is negative and the power of the second lens L2 is negative. FIG. 7B shows the case where the power is made positive. Note that FIG. 7A and FIG.
In (b), the positions of point A and point B are the same, that is, d and s are the same. 7A and 7B, it can be seen that the radius of the image 47a in FIG. 7A is larger than the radius of the image 47b in FIG. 7B.

【0078】そこで、例えば、図8に示すように、第1
レンズL1は中央部を負パワー、周辺部を正パワーと
し、第2レンズL2は中央部を正パワー、周辺部を負パ
ワーとし、各レンズの中央部から周辺部までのパワーを
なめらかに変化させれば、各レンズの中央部を通過する
光線に対しては図7(b)に示した作用を、各レンズの周
辺部を通過する光線に対しては図7(a)に示した作用を
得ることができる。そのため、図8に示した構成では、
第1レンズL1の中央部に入射する光に対しては倍率が
小さくなり、周辺部に入射する光に対しては倍率が大き
くなる。
Therefore, for example, as shown in FIG.
The lens L1 has negative power at the central portion and positive power at the peripheral portion, and the second lens L2 has positive power at the central portion and negative power at the peripheral portion, and smoothly changes the power from the central portion to the peripheral portion of each lens. Then, the action shown in FIG. 7B is applied to the light ray passing through the central part of each lens, and the action shown in FIG. 7A is applied to the light ray passing through the peripheral part of each lens. Obtainable. Therefore, in the configuration shown in FIG.
The magnification decreases for light incident on the center of the first lens L1, and increases for light incident on the periphery.

【0079】次に、楕円面鏡22の第2焦点F2と、補
正レンズ23の点Aとが一致するように、図2に示した
楕円面鏡22の出射側に図8に示した補正レンズ23を
配置する場合について考える。楕円面鏡22は窓端43
付近から出射する光に対しては倍率が大きいが、この光
は補正レンズ23の各レンズの中央部を通過し、補正レ
ンズ23は中央部を通る光に対して倍率が小さいので、
補正レンズ23は発光体像47を小さくするように作用
する。また、楕円面鏡22は開口端44付近から出射す
る光に対しては倍率が小さいが、この光は補正レンズ2
3の各レンズの周辺部を通過し、補正レンズ23は周辺
部を通る光に対して倍率が大きいので、補正レンズ23
は発光体像47を大きくするように作用する。
Next, the second focal point F 2 of the ellipsoidal mirror 22 and the point A of the correction lens 23 coincide with each other so that the correction point shown in FIG. Consider the case where the lens 23 is arranged. The elliptical mirror 22 has a window end 43
Although the magnification is large for the light emitted from the vicinity, this light passes through the central part of each lens of the correction lens 23, and the correction lens 23 has a small magnification with respect to the light passing through the central part.
The correction lens 23 acts to reduce the luminous body image 47. The ellipsoidal mirror 22 has a small magnification with respect to the light emitted from near the opening end 44, but this light is
3 passes through the peripheral portion of each lens, and the correction lens 23 has a large magnification with respect to the light passing through the peripheral portion.
Acts to enlarge the luminous body image 47.

【0080】なお、凹面鏡が放物面鏡の場合には、楕円
面鏡の第2焦点距離を無限大としたものと考えるとよ
く、凹面鏡が楕円面鏡とも放物面鏡とも異なる場合に
は、凹面鏡の反射面の形状に最も近い楕円面または放物
面を考えるとよい。また、発光体像の位置は光源装置の
第2基準点F3に限定する必要はなく、HU積(詳細は
後述する)が小さくなるように選ぶとよい。
When the concave mirror is a parabolic mirror, it is good to consider that the second focal length of the elliptical mirror is infinite, and when the concave mirror is different from both the elliptical mirror and the parabolic mirror. Consider an ellipsoid or paraboloid closest to the shape of the reflecting surface of the concave mirror. Also, the position of the illuminant images need not be limited to the second reference point F 3 of the light source device, HU product (details will be described later) may chosen to decrease.

【0081】図1に示した光源装置の補正レンズ23は
次のような方針により設計される。
The correction lens 23 of the light source device shown in FIG. 1 is designed according to the following principle.

【0082】(1)光源装置の第1基準点F1から出射した
光線は楕円面鏡22で反射し、補正レンズ23を透過し
た後に、光源装置の第2基準点F3またはその近傍を通
過するようにする。
(1) The light beam emitted from the first reference point F 1 of the light source device is reflected by the ellipsoidal mirror 22, passes through the correction lens 23, and passes through the second reference point F 3 of the light source device or its vicinity. To do it.

【0083】(2)発光体29の両端から出射して楕円面
鏡22で反射した光線は、反射面25上のどのような点
に入射しても、できる限り発光体像の縁に入射するよう
にする。
(2) The rays emitted from both ends of the luminous body 29 and reflected by the ellipsoidal mirror 22 are incident on the edge of the luminous body image as much as possible no matter what point on the reflecting surface 25 is incident. To do.

【0084】このような設計を行うには、補正レンズ2
3を構成する少なくとも1枚のレンズの少なくとも一方
の面を非球面にするとよく、図1に示した光源装置で
は、第2レンズL2の出射面39を非球面としている。
In order to perform such a design, the correction lens 2
It is preferable that at least one surface of at least one lens constituting the lens 3 is aspherical, and in the light source device shown in FIG. 1, the exit surface 39 of the second lens L2 is aspherical.

【0085】上記方針(2)により設計を進めると、第1
レンズ34の周辺部と第2レンズ35の周辺部とは、図
8に示したように、それぞれ正パワー、負パワーとな
る。しかし、第1レンズ34の中央部と第2レンズの中
央部とは、図8に示したようにはならない場合があり、
図1に示した光源装置では、第1レンズ34の中央部は
正パワーに、第2レンズ35の中央部は負パワーとなっ
ている。2枚のレンズ34,35のそれぞれの中央部の
パワーは、近軸曲率半径と中心厚で決まる焦点距離で評
価するとよい。
When the design is advanced according to the above policy (2), the first
The peripheral portion of the lens 34 and the peripheral portion of the second lens 35 have positive power and negative power, respectively, as shown in FIG. However, the central part of the first lens 34 and the central part of the second lens may not be as shown in FIG.
In the light source device shown in FIG. 1, the central portion of the first lens 34 has positive power, and the central portion of the second lens 35 has negative power. The power at the center of each of the two lenses 34 and 35 may be evaluated based on the focal length determined by the paraxial radius of curvature and the center thickness.

【0086】凹面鏡22が楕円面鏡の場合、第1レンズ
34の焦点距離fIと第2レンズ35の焦点距離fII
は、次の関係を満たすようにするとよい。
[0086] When the concave mirror 22 is ellipsoidal mirror, the focal length f I of the first lens 34 and the focal length f II of the second lens 35, it may be to satisfy the following relation.

【0087】[0087]

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【0088】(数16)および(数17)を満たさない
場合には、上記方針(2)で目指す状態に近づかないよう
である。
When (Equation 16) and (Equation 17) are not satisfied, it seems that the state aimed at by the above policy (2) is not approached.

【0089】こうして、図1に示した光源装置によれ
ば、発光体像の中心を通過する光の拡がり角が同じな
ら、楕円面鏡だけで構成される光源装置に比べて、発光
体像の半径を小さくすることができる。
Thus, according to the light source device shown in FIG. 1, if the divergence angle of the light passing through the center of the illuminant image is the same, the light source image of the illuminant image becomes The radius can be reduced.

【0090】補正レンズの導入による効果の評価方法に
ついて説明する。
A method for evaluating the effect of introducing the correction lens will be described.

【0091】図9に示すように、点Aに実像(虚物体)
51を形成しようとする光が正レンズ52に入射し、点
Bに虚物体51に対応する実像53を形成する場合につ
いて考える。虚物体51の半径をH1、虚物体51の中
心に向かう光線54の傾斜角をU1、正レンズ52を通
過後に形成される実像53の半径をH2、その実像53
の中心に入射する光線55の傾斜角をU2とし、正レン
ズ52が収差の全くない理想的なレンズとすると、次の
関係が成り立つ。
As shown in FIG. 9, the point A is a real image (imaginary object).
Consider a case in which light to form 51 enters the positive lens 52 and forms a real image 53 corresponding to the imaginary object 51 at point B. The radius of the imaginary object 51 is H 1 , the inclination angle of the light beam 54 toward the center of the imaginary object 51 is U 1 , the radius of a real image 53 formed after passing through the positive lens 52 is H 2 , and the real image 53
Let U 2 be the inclination angle of the light ray 55 incident on the center of the lens, and the following relationship is satisfied if the positive lens 52 is an ideal lens having no aberration.

【0092】[0092]

【数18】 (Equation 18)

【0093】図1に示した光源装置の第2レンズ35の
出射側に近接して、図9に示した正レンズ52を配置す
る場合を考える。H1とU1とは光源装置の特性により決
まるので、(数18)から分かるように、正レンズ52
のパワーを変えてもH2 sinU2は一定である。光源装置
の第2レンズ35と正レンズ52とを一体化して1枚の
レンズとし、光線屈折特性を等価にすることが可能であ
るので、2種類の光源装置の特性を比較するには、発光
体像の中心から出射する光の拡がり角が一定となるよう
に、(数18)を用いて一方の発光体像の半径を補正し
て比較するとよい。
Consider a case where the positive lens 52 shown in FIG. 9 is arranged close to the emission side of the second lens 35 of the light source device shown in FIG. Since H 1 and U 1 are determined by the characteristics of the light source device, as can be seen from (Equation 18), the positive lens 52
H 2 sinU 2 also by changing the power of is constant. Since it is possible to integrate the second lens 35 and the positive lens 52 of the light source device into one lens to make the light refraction characteristics equivalent, to compare the characteristics of the two types of light source devices, The radius of one luminous body image may be corrected using (Equation 18) and compared so that the spread angle of the light emitted from the center of the body image is constant.

【0094】また、補正レンズの効果は、次のように考
えて評価することもできる。図1に示した構成を例にす
ると、楕円面鏡22の第2焦点F2に発光体像が形成さ
れるとし、楕円面鏡22による発光体像の半径をH0
楕円面鏡22の開口端44から出射して第2焦点F2
通過する光線の傾斜角をU0、補正レンズ23を透過し
た後に形成される発光体像の半径をH、楕円面鏡22の
開口端44から出射して発光体像の中心を通過する光線
の傾斜角をUとする。ここで、H sinUを光源装置のH
U積、H0 sinU0を楕円面鏡のHU積、と呼ぶことにす
る。
Further, the effect of the correction lens can be evaluated in the following manner. Taking the configuration shown in FIG. 1 as an example, it is assumed that a luminous body image is formed at the second focal point F 2 of the ellipsoidal mirror 22, and the radius of the luminous body image by the ellipsoidal mirror 22 is H 0 ,
The inclination angle of the light beam emitted from the opening end 44 of the ellipsoidal mirror 22 and passing through the second focal point F 2 is U 0 , the radius of the luminous body image formed after passing through the correction lens 23 is H, and the ellipsoidal mirror 22 is Let U be the angle of inclination of the light beam emitted from the opening end 44 of the light-emitting element and passing through the center of the illuminant image. Here, H sinU is H of the light source device.
The U product, H 0 sinU 0 , will be referred to as the HU product of the ellipsoidal mirror.

【0095】本発明の光源装置と楕円面鏡だけの光源装
置とを比較して、
A comparison is made between the light source device of the present invention and a light source device having only an ellipsoidal mirror.

【0096】[0096]

【数19】 [Equation 19]

【0097】となれば、本発明の光源装置が楕円面鏡だ
けの光源装置と比較して、被照射領域の大きさが同じで
あれば、より小さな収束角で被照射領域を効率良く照明
できることになる。また、図3よりランプの発光体長が
短くなると、発光体像の半径が小さくなることから、
(数19)が成立すれば、発光体像の半径が同じであれ
ば、補正レンズを設けることによりランプの発光体長を
等価的に短くできることを意味する。
If the light source device of the present invention has the same size as the light source device having only an ellipsoidal mirror, the light can be efficiently illuminated with a smaller convergence angle. become. In addition, as shown in FIG. 3, when the length of the luminous body of the lamp becomes shorter, the radius of the luminous body image becomes smaller.
If (Equation 19) holds, it means that if the radius of the luminous body image is the same, the length of the luminous body of the lamp can be equivalently reduced by providing the correction lens.

【0098】図1に示した光源装置は、中心光拡がり角
が21.2°、発光体像の半径が5.77mm、HU積
が2.09mmである。一方、楕円面鏡32のみでは、
中心光拡がり角が21.4°、発光体像半径が6.62
mm、HU積が2.42mmである。つまり、補正レン
ズ23の導入によりHU積が小さくなっている。これ
は、補正レンズ23の導入により等価的にランプ21の
発光体長を短くできることを意味している。
The light source device shown in FIG. 1 has a central light divergence angle of 21.2 °, a luminous body image radius of 5.77 mm, and an HU product of 2.09 mm. On the other hand, with only the elliptical mirror 32,
The central light divergence angle is 21.4 ° and the luminous body image radius is 6.62.
mm and HU product are 2.42 mm. That is, the introduction of the correction lens 23 reduces the HU product. This means that the length of the luminous body of the lamp 21 can be equivalently reduced by introducing the correction lens 23.

【0099】図1に示した光源装置の第2基準点F3
形成される発光体像の照度分布を図10に示す。発光体
29を全長1.4mm、直径0.6mmの円柱体とし
て、数値計算により求めている。実線は図1の光源装置
による発光体像の照度分布、破線は楕円面鏡22による
発光体像の照度分布であり、図4に示したものと同一で
ある。(数18)を利用して、発光体像の中心を通過す
る光の拡がり角が同一となるように、被照射面40上の
中心からの距離のスケールを補正している。図10よ
り、両者は照度がピークの約13%となるところの半径
が同一となっているので、補正レンズ23により、発光
体像の中心照度の13%程度となる半径より内側では照
度が増大することが分かる。また、補正レンズ23を導
入することにより傾斜部の変化が直線に近づいているこ
とが分かる。
FIG. 10 shows the illuminance distribution of the illuminant image formed at the second reference point F 3 of the light source device shown in FIG. The luminous body 29 is determined by numerical calculation as a cylindrical body having a total length of 1.4 mm and a diameter of 0.6 mm. The solid line is the illuminance distribution of the illuminant image by the light source device of FIG. 1, and the broken line is the illuminance distribution of the illuminant image by the elliptical mirror 22, which is the same as that shown in FIG. By using (Equation 18), the scale of the distance from the center on the irradiated surface 40 is corrected so that the spread angle of the light passing through the center of the illuminant image becomes the same. According to FIG. 10, since the radius where the illuminance is about 13% of the peak is the same, the correction lens 23 increases the illuminance inside the radius where the illuminance is about 13% of the center illuminance of the illuminant image. You can see that In addition, it can be seen that the introduction of the correction lens 23 makes the change in the inclined portion closer to a straight line.

【0100】図10に示した照度分布に基づいて数値計
算により求めたアパーチャ特性を図11に示す。この場
合も、(数18)を利用して、発光体像の中心を通過す
る光の拡がり角が同一となるように、中心からの距離の
スケールを補正している。ここで、補正レンズ23の透
過率を100%と仮定し、楕円面鏡22から出射する光
がすべて補正レンズ23から出射すると仮定しており、
楕円面鏡22からの出射光の光束と補正レンズ23から
の出射光の光束とは同一である。図11から、アパーチ
ャ半径が同一のとき、補正レンズの導入によりアパーチ
ャ通過光が増大することが分かる。
FIG. 11 shows aperture characteristics obtained by numerical calculations based on the illuminance distribution shown in FIG. Also in this case, the scale of the distance from the center is corrected using (Equation 18) so that the spread angle of the light passing through the center of the illuminant image becomes the same. Here, it is assumed that the transmittance of the correction lens 23 is 100%, and that all light emitted from the ellipsoidal mirror 22 is emitted from the correction lens 23.
The light flux of the light emitted from the ellipsoidal mirror 22 and the light flux of the light emitted from the correction lens 23 are the same. FIG. 11 shows that when the aperture radius is the same, the light passing through the aperture increases due to the introduction of the correction lens.

【0101】図1に示した2枚のレンズ34,35は、
いずれも高温になり、樹脂材料を使用できないため、ガ
ラスで構成している。出射側面39が非球面の第2レン
ズ35は次のようにして作成する。非球面を形成するた
めの金型と平面金型を用意し、2つの金型を加熱すると
ともに、ガラス材料を加熱して軟化させ、軟化したガラ
ス材料を2つの金型の間に入れてプレスする。ガラス材
料を高温から室温に変化させると収縮するので、非球面
側にはひけを生じないようにし、非球面と反対側の面3
8にひけを生じるようにする。ひけを生じた面を後加工
で球面に仕上げる。この方法では一方の面が球面に限定
されるため、第2レンズ35は、一方の面を非球面に、
他方の面を球面としている。
The two lenses 34 and 35 shown in FIG.
Each of them is made of glass because the temperature becomes high and a resin material cannot be used. The second lens 35 having an aspheric emission side surface 39 is formed as follows. A mold for forming an aspherical surface and a plane mold are prepared. The two molds are heated, and the glass material is heated and softened. The softened glass material is put between the two molds and pressed. I do. When the glass material is changed from a high temperature to a room temperature, it shrinks, so that no sink occurs on the aspheric surface, and the surface 3 on the opposite side to the aspheric surface.
8. Make sure that sink marks occur. Finish the sink surface to a spherical surface by post-processing. In this method, since one surface is limited to a spherical surface, the second lens 35 has one surface as an aspheric surface,
The other surface is a spherical surface.

【0102】図1に示した構成では、第1レンズ34は
両面とも球面にしているが、これは、球面レンズは光線
折り曲げ角が、光軸からの高さに比例する以上に大きく
なることを利用しているためである。
In the configuration shown in FIG. 1, the first lens 34 has a spherical surface on both sides. This is because a spherical lens has a light beam bending angle which is larger than the height from the optical axis. Because they use it.

【0103】こうして、図1に示した光源装置は、被照
射領域の大きさが同じであれば、より小さな収束角で被
照射領域を効率良く照明することができる。
Thus, the light source device shown in FIG. 1 can efficiently illuminate the illuminated area at a smaller convergence angle if the illuminated area has the same size.

【0104】本発明の光源装置に用いるランプは、発光
体が回転対称であるのが望ましく、発光体の中心軸が凹
面鏡の光軸と一致するように配置するとよい。本発明の
等価的に発光体長を短くできる効果は、発光体長が発光
体径と同程度でも得られるが、発光体長が発光体径より
大きいほど大きな効果が得られる。本発明の光源装置に
用いるランプとして、超高圧水銀ランプの他に、メタル
ハライドランプ、キセノンランプなどのアーク放電ラン
プを用いることができる。
The lamp used in the light source device of the present invention desirably has a luminous body that is rotationally symmetric, and is preferably arranged so that the central axis of the luminous body coincides with the optical axis of the concave mirror. The effect of the present invention that can equivalently shorten the luminous body length can be obtained even when the luminous body length is substantially equal to the luminous body diameter. However, a greater effect is obtained as the luminous body length is larger than the luminous body diameter. As a lamp used in the light source device of the present invention, an arc discharge lamp such as a metal halide lamp and a xenon lamp can be used in addition to the ultra-high pressure mercury lamp.

【0105】(実施の形態2)図12は本発明の実施の
形態2における光源装置の概略構成を示したものであ
り、61はランプ、62は凹面鏡、64は補正レンズで
ある。
(Embodiment 2) FIG. 12 shows a schematic configuration of a light source device according to Embodiment 2 of the present invention, wherein 61 is a lamp, 62 is a concave mirror, and 64 is a correction lens.

【0106】図12に示した光源装置は、図1に示した
光源装置の補正レンズ23を3枚で構成した補正レンズ
64に置き換えたものである。また、図1に示した光源
装置の設計方針と同じ方針により設計している。
The light source device shown in FIG. 12 is obtained by replacing the correction lens 23 of the light source device shown in FIG. 1 with a correction lens 64 composed of three lenses. Further, the light source device is designed according to the same policy as the design policy of the light source device shown in FIG.

【0107】ランプ61、凹面鏡62、前面ガラス板6
3は図1に示したものと同一である。前面ガラス板63
の出射側に、補正レンズ64が配置されている。補正レ
ンズ64は、前面ガラス板側から順に、第1レンズ6
5、第2レンズ66、第3レンズ67が配置されてい
る。第1レンズ65は、入射側面68、出射側面69と
も球面の両凸レンズである。第2レンズ66は、入射側
面70が球面、出射側面71が非球面となっている。第
2レンズ66の出射側面71の非球面は中央部が凸面、
周辺部が凹面となっている。第3レンズ67は、凸面7
2を入射側に向けた平凸レンズである。
Lamp 61, concave mirror 62, front glass plate 6
3 is the same as that shown in FIG. Front glass plate 63
A correction lens 64 is disposed on the emission side of the lens. The correction lens 64 includes a first lens 6 in order from the front glass plate side.
5, a second lens 66 and a third lens 67 are arranged. The first lens 65 is a biconvex lens in which both the entrance side surface 68 and the exit side surface 69 are spherical. The second lens 66 has a spherical incident side surface 70 and an aspherical exit side surface 71. The aspheric surface of the emission side surface 71 of the second lens 66 has a convex central portion,
The periphery is concave. The third lens 67 has a convex surface 7
2 is a plano-convex lens with the side facing the incident side.

【0108】図12に示した光源装置の数値データを表
2に示す。L1は第1レンズ65、L2は第2レンズ6
6、L3は第3レンズ67を示しており、fIは第1レ
ンズ65の焦点距離、fIIは第2レンズ66の焦点距
離、fIIIは第3レンズ67の焦点距離であり、他の記
号、条件は表1で説明したものと全く同じである。な
お、光源装置の第1基準点は楕円面鏡62の第1焦点F
1と一致している。
Table 2 shows numerical data of the light source device shown in FIG. L1 is the first lens 65, L2 is the second lens 6
6, L3 denotes a third lens 67, f I is the focal length of the first lens 65, the f II focal length of the second lens 66, the f III is the focal length of the third lens 67, the other The symbols and conditions are exactly the same as those described in Table 1. The first reference point of the light source device is the first focal point F of the ellipsoidal mirror 62.
Matches 1 .

【0109】[0109]

【表2】 [Table 2]

【0110】図12に示した光源装置は、発光体像の半
径が3.78mm、中心光拡がり角が31.5°、HU
積が1.97mmである。この場合も、補正レンズ64
の導入によりHU積が小さくなっている。
In the light source device shown in FIG. 12, the luminous body image has a radius of 3.78 mm, the central light divergence angle is 31.5 °, and the HU
The product is 1.97 mm. Also in this case, the correction lens 64
Has reduced the HU product.

【0111】図12に示した光源装置の発光体像の照度
分布を図13に、アパーチャ特性を図14に示す。いず
れも、実線は図12の光源装置の発光体像の特性、破線
は楕円面鏡62による発光体像の特性である。図14よ
り補正レンズ64の導入によりアパーチャ効率が増大す
ることが分かる。
FIG. 13 shows the illuminance distribution of the luminous body image of the light source device shown in FIG. 12, and FIG. 14 shows the aperture characteristics. In each case, the solid line is the characteristic of the luminous body image of the light source device of FIG. It can be seen from FIG. 14 that the introduction of the correction lens 64 increases the aperture efficiency.

【0112】こうして、図12に示した光源装置も、被
照射領域の大きさが同じであれば、より小さな収束角で
被照射領域を効率良く照明することができる。図12に
示した光源装置も、補正レンズ64の導入により、等価
的にランプの発光体全長を短くできるという効果が得ら
れる。
Thus, the light source device shown in FIG. 12 can also efficiently illuminate the irradiated area with a smaller convergence angle if the irradiated area has the same size. The light source device shown in FIG. 12 also has the effect that the total length of the light emitter of the lamp can be equivalently reduced by introducing the correction lens 64.

【0113】(実施の形態3)図15は本発明の実施の
形態3における光源装置の概略構成を示したものであ
り、81はランプ、82は凹面鏡、84は補正レンズで
ある。
(Embodiment 3) FIG. 15 shows a schematic configuration of a light source device according to Embodiment 3 of the present invention, wherein 81 is a lamp, 82 is a concave mirror, and 84 is a correction lens.

【0114】図15に示した光源装置は、図12に示し
た光源装置の補正レンズ64を他の3枚構成の補正レン
ズ84に置き換えたものである。また、図1に示した光
源装置と同様の方針により設計している。
The light source device shown in FIG. 15 is obtained by replacing the correction lens 64 of the light source device shown in FIG. 12 with a correction lens 84 having another three lenses. Further, the light source device is designed according to the same principle as that of the light source device shown in FIG.

【0115】ランプ81、凹面鏡82、全面ガラス板8
3は、いずれも図1,図12に示したものと同一であ
る。前面ガラス板83の出射側には、補正レンズ84が
配置されている。補正レンズ84は、前面ガラス板83
側から順に、第1レンズ85、第2レンズ86、第3レ
ンズ87が配置されている。第1レンズ85は、入射側
面88が非球面、出射側面89が球面の両凸レンズであ
る。第1レンズ85の入射側面88の非球面は中心から
中域にかけて曲率半径が長く、周辺部で曲率半径が短く
なっている。第2レンズ86は入射側面90が球面、出
射側面91が非球面の凹面となっている。第3レンズ8
7は、凸面92を入射側に向けた平凸レンズである。
Lamp 81, concave mirror 82, whole glass plate 8
3 is the same as that shown in FIGS. On the emission side of the front glass plate 83, a correction lens 84 is arranged. The correction lens 84 includes a front glass plate 83
A first lens 85, a second lens 86, and a third lens 87 are arranged in this order from the side. The first lens 85 is a biconvex lens whose entrance side surface 88 is aspherical and whose exit side surface 89 is spherical. The aspheric surface of the incident side surface 88 of the first lens 85 has a longer radius of curvature from the center to the middle region, and has a shorter radius of curvature at the periphery. The second lens 86 has a concave entrance surface 90 on the entrance side surface 90 and an aspheric surface on the exit side surface 91. Third lens 8
Reference numeral 7 denotes a plano-convex lens with the convex surface 92 facing the incident side.

【0116】図15に示した光源装置の数値データを表
3に示す。L1は第1レンズ85、L2は第2レンズ8
6、L3は第3レンズ87を示しており、fIは第1レ
ンズ85の焦点距離、fIIは第2レンズ86の焦点距
離、fIIIは第3レンズ87の焦点距離であり、他の記
号、条件は表1で説明したものと全く同じである。な
お、光源装置の第1基準点は楕円面鏡82の第1焦点F
1と一致している。
Table 3 shows numerical data of the light source device shown in FIG. L1 is the first lens 85, L2 is the second lens 8
6, L3 denotes a third lens 87, f I is the focal length of the first lens 85, the f II focal length of the second lens 86, the f III is the focal length of the third lens 87, the other The symbols and conditions are exactly the same as those described in Table 1. The first reference point of the light source device is the first focal point F of the ellipsoidal mirror 82.
Matches 1 .

【0117】[0117]

【表3】 [Table 3]

【0118】図15に示した光源装置は、発光体像の半
径が3.60mm、中心光拡がり角が28.6°、HU
積が1.73mmである。この場合も、補正レンズ84
の導入によりHU積が小さくなっていることが分かる。
The light source device shown in FIG. 15 has a luminous body image with a radius of 3.60 mm, a central light divergence angle of 28.6 °, and an HU
The product is 1.73 mm. Also in this case, the correction lens 84
It can be seen that the HU product is reduced by the introduction of.

【0119】図15に示した光源装置の発光体像の照度
分布を図16に、アパーチャ特性を図17に示す。いず
れも、実線は図15の光源装置の発光体像の特性、破線
は楕円面鏡82の発光体像の特性である。図17より補
正レンズ84の導入によりアパーチャ効率が増大するこ
とが分かる。
FIG. 16 shows the illuminance distribution of the luminous body image of the light source device shown in FIG. 15, and FIG. 17 shows the aperture characteristics. In each case, the solid line is the characteristic of the illuminant image of the light source device of FIG. 15, and the broken line is the characteristic of the illuminant image of the elliptical mirror 82. From FIG. 17, it can be seen that the aperture efficiency is increased by introducing the correction lens 84.

【0120】こうして、図15に示した光源装置も、被
照射領域の大きさが同じであれば、より小さな収束角で
被照射領域を効率良く照明することができる。図15に
示した光源装置も、補正レンズ84の導入により、等価
的にランプの発光体全長を短くできるという効果が得ら
れる。
Thus, the light source device shown in FIG. 15 can also efficiently illuminate the irradiated area with a smaller convergence angle if the irradiated area has the same size. The light source device shown in FIG. 15 also has the effect that the total length of the light emitter of the lamp can be equivalently reduced by introducing the correction lens 84.

【0121】(実施の形態4)図18は本発明の実施の
形態4における光源装置の概略構成を示したものであ
り、101はランプ、102は凹面鏡、104は補正レ
ンズである。
(Embodiment 4) FIG. 18 shows a schematic configuration of a light source device according to Embodiment 4 of the present invention, wherein 101 is a lamp, 102 is a concave mirror, and 104 is a correction lens.

【0122】図18に示した光源装置は、図1に示した
光源装置の凹面鏡22を他の凹面鏡102に置き換え、
補正レンズ23を他の2枚構成の補正レンズ104に置
き換えたものである。また、図1に示した光源装置と同
様の方針により設計している。
In the light source device shown in FIG. 18, the concave mirror 22 of the light source device shown in FIG.
The correction lens 23 is replaced with another two-element correction lens 104. Further, the light source device is designed according to the same principle as that of the light source device shown in FIG.

【0123】ランプは図1に示したものと同一である。
凹面鏡102の反射面は、回転楕円面を基準にして、そ
の回転楕円面から少しずらした形状となっている。前面
ガラス板103の出射側には、前面ガラス板103側か
ら順に、第1レンズ105、第2レンズ106が配置さ
れている。第1レンズ105は、入射側面107が非球
面、出射側面108が球面の両凸レンズである。第2レ
ンズ106は、入射側面109が球面、出射側面110
が非球面の凹面となっている。
The lamp is the same as that shown in FIG.
The reflecting surface of the concave mirror 102 has a shape slightly shifted from the spheroidal surface with respect to the spheroidal surface. On the emission side of the front glass plate 103, a first lens 105 and a second lens 106 are arranged in order from the front glass plate 103 side. The first lens 105 is a biconvex lens whose entrance side surface 107 is aspherical and whose exit side surface 108 is spherical. The second lens 106 has an entrance side surface 109 having a spherical surface and an exit side surface 110.
Are aspherical concave surfaces.

【0124】図18に示した光源装置の数値データを表
4に示す。L1は第1レンズ105、L2は第2レンズ
106を示しており、fIは第1レンズ105の焦点距
離、fIIは第2レンズ106の焦点距離であり、他の記
号、条件は表1で説明したものと全く同じである。な
お、光源装置の第1基準点は楕円面鏡102の第1焦点
1と一致している。
Table 4 shows numerical data of the light source device shown in FIG. L1 denotes the first lens 105, L2 denotes the second lens 106, f I denotes the focal length of the first lens 105, f II denotes the focal length of the second lens 106, and other symbols and conditions are shown in Table 1. It is exactly the same as that described in. The first reference point of the light source device is consistent with the first focus F 1 of the ellipsoidal mirror 102.

【0125】[0125]

【表4】 [Table 4]

【0126】図18に示した光源装置は、発光体像の半
径が3.55mm、中心光拡がり角が26.9°、HU
積が1.61mmである。この場合も、補正レンズ10
4の導入によりHU積が小さくなることが分かる。
In the light source device shown in FIG. 18, the luminous body image has a radius of 3.55 mm, the central light divergence angle is 26.9 °, and the HU
The product is 1.61 mm. Also in this case, the correction lens 10
It can be seen that the introduction of 4 reduces the HU product.

【0127】図18に示した光源装置の発光体像の照度
分布を図19に、アパーチャ特性を図20に示す。いず
れも、実線は図18の光源装置の発光体像の特性、破線
は楕円面鏡を基準となる凹面鏡の発光体像の特性であ
る。図20より補正レンズ104の導入によりアパーチ
ャ効率が増大することが分かる。
FIG. 19 shows the illuminance distribution of the luminous body image of the light source device shown in FIG. 18, and FIG. 20 shows the aperture characteristics. In each case, the solid line is the characteristic of the illuminant image of the light source device of FIG. It can be seen from FIG. 20 that the introduction of the correction lens 104 increases the aperture efficiency.

【0128】こうして、図18に示した光源装置も、被
照射領域の大きさが同じであれば、より小さな収束角で
被照射領域を効率良く照明することができる。図18に
示した光源装置も、補正レンズ104の導入により、等
価的にランプの発光体全長を短くできるという効果が得
られる。
Thus, the light source device shown in FIG. 18 can also efficiently illuminate the irradiated area with a smaller convergence angle if the irradiated area has the same size. The light source device shown in FIG. 18 also has an effect that the total length of the light emitter of the lamp can be equivalently reduced by introducing the correction lens 104.

【0129】(実施の形態5)図21は本発明の実施の
形態5における照明装置の概略構成を示したものであ
り、121は光源装置、122はロッドインテグレー
タ、123はリレーレンズである。
(Embodiment 5) FIG. 21 shows a schematic configuration of an illumination device according to Embodiment 5 of the present invention, wherein 121 is a light source device, 122 is a rod integrator, and 123 is a relay lens.

【0130】図21に示した照明光学装置は、光源装置
121の出射側にロッドインテグレータ122を配置
し、ロッドインテグレータ122の出射側にリレーレン
ズ123を配置したものである。光源装置121は、図
1に示したのと同じものであり、ランプ21、凹面鏡2
2、補正レンズ23で構成されている。ロッドインテグ
レータ122は、図22に示すように、石英ガラス製の
四角柱で、外形寸法が5.6mm×4.2mm×40m
mで、6面とも鏡面研磨され、入射面124と出射面1
25には反射防止膜が蒸着されている。ロッドインテグ
レータ122は、その長手方向の中心軸が光源装置12
1の光軸126と一致し、入射面124が光源装置12
1の第2基準点F3と一致するように配置されている。
リレーレンズ123は2枚の平凸レンズ127,128
を組み合わせたものである。
In the illumination optical device shown in FIG. 21, a rod integrator 122 is arranged on the emission side of the light source device 121, and a relay lens 123 is arranged on the emission side of the rod integrator 122. The light source device 121 is the same as that shown in FIG.
2. It is composed of a correction lens 23. As shown in FIG. 22, the rod integrator 122 is a quadrangular prism made of quartz glass and has an outer dimension of 5.6 mm × 4.2 mm × 40 m.
m, the six surfaces are mirror-polished, and the entrance surface 124 and the exit surface 1
25 has an anti-reflection film deposited thereon. The rod integrator 122 has its central axis in the longitudinal direction
1 coincides with the optical axis 126 of the light source device 12
It is arranged to coincide with the second reference point F 3 of 1.
The relay lens 123 is composed of two plano-convex lenses 127 and 128
Are combined.

【0131】光源装置121からの出射光がロッドイン
テグレータ122の入射面124から内部に入射する
と、側面129に入射した光はそこで全反射により内側
に反射され、出射面125に向かって進む。入射面12
4では照度分布が均一ではないが、ロッドインテグレー
タ122の側面129で光が反射され、出射面125で
反射回数の異なる光が重ね合わされるために、出射面1
25における照度分布が均一化される。全反射では反射
率が100%であるため、ロッドインテグレータ122
に入射した光は効率良く出射面125から外部に出射す
る。ロッドインテグレータ122から出射する光の拡が
り角は、ロッドインテグレータ122に入射する光の拡
がり角と同じである。
When the light emitted from the light source device 121 enters the inside from the incident surface 124 of the rod integrator 122, the light incident on the side surface 129 is reflected inward there by total reflection, and proceeds toward the emission surface 125. Incident surface 12
4, the illuminance distribution is not uniform, but the light is reflected on the side surface 129 of the rod integrator 122, and the light having different numbers of reflections is superimposed on the light exit surface 125.
The illuminance distribution at 25 is made uniform. Since the reflectance is 100% in total reflection, the rod integrator 122
Is efficiently emitted to the outside from the emission surface 125. The spread angle of the light emitted from the rod integrator 122 is the same as the spread angle of the light incident on the rod integrator 122.

【0132】ロッドインテグレータ122から出射した
光はリレーレンズ123を透過して、被照射面130に
到達する。リレーレンズ123により、ロッドインテグ
レータ122の出射面125に対応する実像が被照射面
130に形成される。被照射面130に形成される実像
はロッドインテグレータ122の出射面125の形状と
相似になる。
The light emitted from the rod integrator 122 passes through the relay lens 123 and reaches the irradiated surface 130. By the relay lens 123, a real image corresponding to the emission surface 125 of the rod integrator 122 is formed on the irradiated surface 130. The real image formed on the irradiated surface 130 is similar to the shape of the emission surface 125 of the rod integrator 122.

【0133】ロッドインテグレータ122の出射面12
5の対角長をD1、被照射面130における実像の対角
長をD2、ロッドインテグレータ122の出射面125
から出射する光の最大傾斜角をU1、リレーレンズ12
3から出射して被照射面130の中心に入射する光の最
大傾斜角をU2とすると、次の関係が成り立つ。
Output surface 12 of rod integrator 122
5 is D 1 , the diagonal length of the real image on the irradiated surface 130 is D 2 , and the emission surface 125 of the rod integrator 122
The maximum inclination angle of the light emitted from the lens is U 1 , and the relay lens 12
Assuming that the maximum inclination angle of the light emitted from 3 and incident on the center of the irradiated surface 130 is U 2 , the following relationship holds.

【0134】[0134]

【数20】 (Equation 20)

【0135】(数20)から分かるように、被照射面1
30における実像が大きくなるにつれて、被照射面13
0の中心に入射する光の拡がり角が小さくなる。
As can be seen from (Equation 20), the irradiated surface 1
As the real image at 30 increases, the irradiated surface 13
The spread angle of light incident on the center of 0 becomes smaller.

【0136】図21に示した照明装置は、被照射面にお
ける照度分布が均一で、効率が高いという特徴がある。
The illumination device shown in FIG. 21 is characterized in that the illuminance distribution on the surface to be irradiated is uniform and the efficiency is high.

【0137】なお、被照射領域の形状が長方形でない場
合には、ロッドインテグレータ122の断面形状を被照
射領域の形状と相似にするとよい。
If the shape of the irradiation area is not rectangular, the cross-sectional shape of the rod integrator 122 may be similar to the shape of the irradiation area.

【0138】図21に示した照明装置は、ライトバルブ
装置を用いる投写型表示装置に適用すると有用であり、
スクリーン上に照度均一性の良好な投写画像を得ること
ができる。この場合、ロッドインテグレータ122の断
面形状は、ライトバルブ装置の有効表示領域の形状と相
似の形状にするとよい。被照射領域の大きさは、ライト
バルブ装置の有効表示領域よりわずかに大きくするとよ
い。
The illumination device shown in FIG. 21 is useful when applied to a projection display device using a light valve device.
A projection image with good illuminance uniformity can be obtained on the screen. In this case, the cross-sectional shape of the rod integrator 122 may be similar to the shape of the effective display area of the light valve device. The size of the irradiated area may be slightly larger than the effective display area of the light valve device.

【0139】図21の照明装置では、光源装置121と
して実施の形態1(図1)に示した光源装置を用いた。
しかしながら、本実施の形態の照明装置はこの構成に限
定されず、光源装置121として、実施の形態2,3,
又は4の光源装置を用いることもできる。
In the lighting device of FIG. 21, the light source device described in Embodiment 1 (FIG. 1) is used as the light source device 121.
However, the lighting device according to the present embodiment is not limited to this configuration, and the light source device 121 is used as the lighting device according to the second, third, or
Alternatively, the four light source devices can be used.

【0140】(実施の形態6)本発明の実施の形態6に
おける照明装置について説明する。
(Embodiment 6) A lighting device according to Embodiment 6 of the present invention will be described.

【0141】この照明装置は、図21に示した照明装置
において、ロッドインテグレータ122を図23に示す
ようなロッドインテグレータ133に置換したものであ
る。図23はロッドインテグレータ133の光軸126
を含む平面での断面図であり、図示したようにロッドイ
ンテグレータ133は入射面134を凸球面とし、入射
面134を透過した主光線が光軸126とほぼ平行にな
るようにしている。
This lighting device is obtained by replacing the rod integrator 122 in the lighting device shown in FIG. 21 with a rod integrator 133 shown in FIG. FIG. 23 shows the optical axis 126 of the rod integrator 133.
The rod integrator 133 has the incident surface 134 as a convex spherical surface so that the principal ray transmitted through the incident surface 134 is substantially parallel to the optical axis 126 as shown in FIG.

【0142】図21に示した照明装置では、光源装置1
21の第2基準点F3に形成される発光体像は、点F3
おいて光軸126から離れるにつれて主光線の傾斜角が
大きくなるため、ロッドインテグレータ122の入射面
124の隅に入射する光線の最大傾斜角は、入射面12
4の中心に入射する光線の最大傾斜角より大きい。その
ため、ロッドインテグレータ122の出射面125から
出射する光の拡がり角も大きい。これに対して、図23
に示したロッドインテグレータ133では、凸球面の入
射面134で主光線が光軸126とほぼ平行となるた
め、ロッドインテグレータ133の入射面134の隅を
透過した光の最大傾斜角は、入射面134の中心を透過
した光の最大傾斜角とほぼ同じになる。そのため、図2
1に示した照明装置に図23に示したロッドインテグレ
ータ133を用いると、ロッドインテグレータ133の
出射面135から出射する光の拡がり角が小さくなり、
リレーレンズ123の有効径を小さくできる。
In the lighting device shown in FIG.
In the luminous body image formed at the second reference point F 3 of 21, since the inclination angle of the principal ray increases as the distance from the optical axis 126 increases at the point F 3 , the light ray incident on the corner of the incident surface 124 of the rod integrator 122 Of the incident surface 12
4 is larger than the maximum inclination angle of the light ray incident on the center of 4. Therefore, the spread angle of the light emitted from the emission surface 125 of the rod integrator 122 is large. In contrast, FIG.
In the rod integrator 133 shown in FIG. 7, since the principal ray is substantially parallel to the optical axis 126 on the entrance surface 134 of the convex spherical surface, the maximum inclination angle of the light transmitted through the corner of the entrance surface 134 of the rod integrator 133 is Is almost the same as the maximum inclination angle of the light transmitted through the center of. Therefore, FIG.
When the rod integrator 133 shown in FIG. 23 is used for the lighting device shown in FIG. 1, the divergence angle of light emitted from the emission surface 135 of the rod integrator 133 becomes small,
The effective diameter of the relay lens 123 can be reduced.

【0143】図23に示したロッドインテグレータ13
3を用いる場合、凹面鏡22の窓27から出射する光が
存在しないために、ロッドインテグレータ133の入射
面134のいずれの点でも、傾斜角が0°に近い範囲の
光が存在しない。そのため、図21に示した照明装置に
比べて、ロッドインテグレータ133の出射面135に
おける照度分布を均一にしにくい。しかし、ロッドイン
テグレータ133の全長を長くすれば、出射面135に
おける照度分布を均一にすることができる。
The rod integrator 13 shown in FIG.
When 3 is used, since no light exits from the window 27 of the concave mirror 22, there is no light with a tilt angle close to 0 ° at any point on the incident surface 134 of the rod integrator 133. For this reason, it is difficult to make the illuminance distribution on the exit surface 135 of the rod integrator 133 uniform compared to the illumination device shown in FIG. However, if the overall length of the rod integrator 133 is increased, the illuminance distribution on the emission surface 135 can be made uniform.

【0144】図21に示した照明装置に図23に示した
ロッドインテグレータ133を用いた照明装置は、図2
1に示した照明装置と同様に、被照射領域130の照度
分布が均一で、効率が高いという特徴があり、さらに、
ロッドインテグレータ133の出射面135から出射す
る光線の最大傾斜角を小さくすることができるという特
徴がある。
An illumination device using the rod integrator 133 shown in FIG. 23 in the illumination device shown in FIG.
1, the illuminance distribution of the irradiated area 130 is uniform and the efficiency is high.
There is a feature that the maximum inclination angle of the light beam emitted from the emission surface 135 of the rod integrator 133 can be reduced.

【0145】図23に示したロッドインテグレータ13
3は、入射面134に凸球面を形成する代わりに、図2
2に示したような四角柱のロッドインテグレータ122
の入射側に近接して正レンズを配置した構成にすること
もできる。
The rod integrator 13 shown in FIG.
FIG. 3 shows an example in which instead of forming a convex spherical surface on the incident surface 134, FIG.
Square rod integrator 122 as shown in FIG.
It is also possible to adopt a configuration in which a positive lens is arranged close to the light incident side.

【0146】図23に示したロッドインテグレータ13
3の出射面135も凸球面とし、その焦点がリレーレン
ズ123の近傍に位置するようにすると、リレーレンズ
123の有効径をさらに小さくすることができる。この
場合も、出射面135に凸球面を形成する代わりに、出
射面が平面のロッドインテグレータの出射側に近接して
正レンズを配置した構成にすることもできる。
The rod integrator 13 shown in FIG.
When the exit surface 135 of the third lens is also a convex spherical surface and its focal point is located near the relay lens 123, the effective diameter of the relay lens 123 can be further reduced. Also in this case, instead of forming a convex spherical surface on the emission surface 135, a configuration in which a positive lens is arranged near the emission side of a flat rod integrator may be used.

【0147】(実施の形態7)図24は本発明の実施の
形態7における投写型表示装置の構成を示したものであ
り、141は照明装置、142はランプ、143は凹面
鏡、145は補正レンズ、146はロッドインテグレー
タ、148はリレーレンズ、171,172はダイクロ
イックミラー、174,175,180はフィールドレ
ンズ、176,178はリレーレンズ、181,18
2,183,187,188,189は偏光板、18
4,185,186は液晶パネル、190は色合成プリ
ズム、191は投写レンズである。
(Embodiment 7) FIG. 24 shows the configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 7 of the present invention, wherein 141 is an illumination device, 142 is a lamp, 143 is a concave mirror, and 145 is a correction lens. 146 is a rod integrator, 148 is a relay lens, 171 and 172 are dichroic mirrors, 174, 175 and 180 are field lenses, 176 and 178 are relay lenses, 181, 18
2,183,187,188,189 are polarizing plates,
4, 185 and 186 are liquid crystal panels, 190 is a color combining prism, and 191 is a projection lens.

【0148】照明装置141は、図21に示したものと
同様の構成であり、ランプ142、凹面鏡143、前面
ガラス板144、補正レンズ145、ロッドインテグレ
ータ146、平面ミラー147、リレーレンズ148で
構成されている。ランプ142は超高圧水銀ランプであ
り、赤、緑、青の色成分を含む光を放射する。凹面鏡1
43は楕円面鏡であり、ガラス製の基材149の内面1
50を回転楕円面とし、内面150に可視光を反射し、
赤外光を透過させる光学多層膜を蒸着したものである。
前面ガラス板144は、ガラス板の入射面に可視光を透
過し、赤外光と紫外光とを反射する光学多層膜を蒸着
し、出射面に反射防止膜を蒸着したものであり、ランプ
142から放射される光のうちから赤外光と紫外光とを
除去するとともに、ランプ142が破裂した場合に破片
の飛散も防ぐ。補正レンズ145は、第1レンズ153
と第2レンズ154で構成されている。ランプ142の
発光体からの放射光に含まれる可視光は凹面鏡143で
反射されて第2焦点F2(図1参照)に発光体像を形成
するように進む。
The illumination device 141 has the same configuration as that shown in FIG. 21, and includes a lamp 142, a concave mirror 143, a front glass plate 144, a correction lens 145, a rod integrator 146, a plane mirror 147, and a relay lens 148. ing. The lamp 142 is an ultra-high pressure mercury lamp, and emits light including red, green, and blue color components. Concave mirror 1
Reference numeral 43 denotes an ellipsoidal mirror, which is an inner surface 1 of a glass base material 149.
50 is a spheroid, reflects visible light on the inner surface 150,
It is obtained by depositing an optical multilayer film that transmits infrared light.
The front glass plate 144 is formed by depositing an optical multilayer film that transmits visible light and reflects infrared light and ultraviolet light on the incident surface of the glass plate, and deposits an antireflection film on the exit surface. In addition to removing infrared light and ultraviolet light from the light radiated from the lamp 142, when the lamp 142 ruptures, scattering of fragments is also prevented. The correction lens 145 includes a first lens 153
And a second lens 154. The visible light contained in the light emitted from the illuminator of the lamp 142 is reflected by the concave mirror 143 and proceeds to form an illuminant image at the second focal point F 2 (see FIG. 1).

【0149】凹面鏡143から出射した光は補正レンズ
145により、光源装置の第2基準点F3に発光体像を
形成する。補正レンズ145の出射側にはロッドインテ
グレータ146が配置され、入射面157が点F3と一
致するように配置されている。前述のように、ロッドイ
ンテグレータ156の出射面158では照度均一性が良
好になる。
The light emitted from the concave mirror 143 forms an illuminant image at the second reference point F 3 of the light source device by the correction lens 145. The exit side of the correction lens 145 is a rod integrator 146 is arranged, the entrance surface 157 is arranged to coincide with the point F 3. As described above, the illumination surface 158 of the rod integrator 156 has good illuminance uniformity.

【0150】ロッドインテグレータ146の出射側には
リレーレンズ148が配置されている。リレーレンズ1
48は2枚の平凸レンズ160,161で構成され、ロ
ッドインテグレータ146の出射面158に対応する実
像が離れた位置に形成される。
A relay lens 148 is arranged on the emission side of the rod integrator 146. Relay lens 1
Numeral 48 is composed of two plano-convex lenses 160 and 161, and a real image corresponding to the emission surface 158 of the rod integrator 146 is formed at a position distant.

【0151】リレーレンズ148から出射した光は、青
透過ダイクロイックミラー171に入射し、青色光は透
過し、赤色光と緑色光とは反射する。赤色光と緑色光と
は緑反射ダイクロイックミラー172に入射し、赤色光
は透過し、緑色光は反射する。青透過ダイクロイックミ
ラー171で反射された青色光は平面ミラー173で反
射されて、フィールドレンズ174に入射する。緑反射
ダイクロイックミラー172で反射された緑色光は直接
フィールドレンズ175に入射する。緑反射ダイクロイ
ックミラー172を透過した赤色光は、第1リレーレン
ズ176、平面ミラー177、第2リレーレンズ17
8、平面ミラー179を順に通過してフィールドレンズ
180に入射する。各フィールドレンズ174,17
5,180を出射した光は、それぞれ入射側偏光板18
1,182,183を透過して、対応する液晶パネル1
84,185,186に入射する。
The light emitted from the relay lens 148 enters the blue transmitting dichroic mirror 171, transmits blue light, and reflects red light and green light. The red light and the green light are incident on the green reflecting dichroic mirror 172, the red light is transmitted, and the green light is reflected. The blue light reflected by the blue transmission dichroic mirror 171 is reflected by the plane mirror 173 and enters the field lens 174. The green light reflected by the green reflection dichroic mirror 172 directly enters the field lens 175. The red light transmitted through the green reflection dichroic mirror 172 is transmitted to the first relay lens 176, the plane mirror 177, and the second relay lens 17.
8. The light passes through the plane mirror 179 in order and enters the field lens 180. Each field lens 174, 17
The light emitted from 5,180 is incident on the incident side polarizing plate 18 respectively.
1, 182, 183 and the corresponding liquid crystal panel 1
84, 185 and 186.

【0152】液晶パネル184,185,186には、
映像信号に応じて旋光性または複屈折性の変化として光
学像が形成される。フィールドレンズ174,175,
180は、液晶パネル184,185,186の周辺部
の画素に入射する主光線を液晶層と垂直にするために用
いる。
The liquid crystal panels 184, 185 and 186 have
An optical image is formed as a change in optical rotation or birefringence according to the video signal. Field lenses 174, 175
Reference numeral 180 is used to make the principal ray incident on the pixels around the liquid crystal panels 184, 185 and 186 perpendicular to the liquid crystal layer.

【0153】液晶パネル184,185,186の各出
射光は、出射側偏光板187,188,189を透過し
て、色合成プリズム190に入射する。色合成プリズム
190は、4つの三角プリズムの斜面に赤反射ダイクロ
イック多層膜および青反射ダイクロイック多層膜を着
け、赤反射ダイクロイック多層膜と青反射ダイクロイッ
ク多層膜とがX字に交差するように4つの三角プリズム
を接合したものである。色合成プリズム190に入射し
た3つの原色光は、赤反射ダイクロイック多層膜と青反
射ダイクロイック多層膜により1つの光に合成され、合
成された光はテレセントリックな投写レンズ191に入
射する。
The respective outgoing lights of the liquid crystal panels 184, 185 and 186 pass through the outgoing side polarizing plates 187, 188 and 189 and enter the color combining prism 190. The color synthesizing prism 190 has a red reflection dichroic multilayer film and a blue reflection dichroic multilayer film on the slopes of the four triangular prisms, and the four triangular prisms have four triangles so that the red reflection dichroic multilayer film and the blue reflection dichroic multilayer film intersect in an X-shape. The prisms are joined. The three primary color lights that have entered the color combining prism 190 are combined into one light by the red reflection dichroic multilayer film and the blue reflection dichroic multilayer film, and the combined light enters the telecentric projection lens 191.

【0154】こうして、3つの液晶パネル184,18
5,186に形成された光学像は、投写レンズ191に
より、離れて配置されるスクリーン上に拡大投写され
る。
Thus, the three liquid crystal panels 184, 18
The optical images formed at 5, 186 are enlarged and projected by a projection lens 191 on a screen which is arranged at a distance.

【0155】リレーレンズ148はロッドインテグレー
タ146の出射面158に対応する実像を液晶パネル1
84,185,186上に形成する。液晶パネル18
4,185,186上の被照射領域の大きさは、液晶パ
ネル184,185,186の有効表示領域よりわずか
に大きくなるようにするとよい。
The relay lens 148 displays a real image corresponding to the emission surface 158 of the rod integrator 146 on the liquid crystal panel 1.
84, 185 and 186. LCD panel 18
The size of the illuminated area on 4, 185, 186 may be slightly larger than the effective display area of liquid crystal panels 184, 185, 186.

【0156】図24に示した投写型表示装置は、投写画
像の照度分布が均一で、効率が高いという特徴がある。
The projection display apparatus shown in FIG. 24 is characterized in that the illuminance distribution of the projected image is uniform and the efficiency is high.

【0157】図24に示した投写型表示装置は、使用し
ている光源装置が形成する発光体像の半径と中心光拡が
り角との積が従来より小さくなるため、従来の投写型表
示装置と比較して、次のような効果が得られる。
In the projection type display device shown in FIG. 24, the product of the radius of the luminous body image formed by the light source device used and the central light divergence angle is smaller than that of the conventional display device. In comparison, the following effects are obtained.

【0158】(1)液晶パネルの画面サイズを小さくして
も同じ光出力を得ることができる。この場合、装置全体
をコンパクトにすることができる。
(1) The same light output can be obtained even when the screen size of the liquid crystal panel is reduced. In this case, the entire device can be made compact.

【0159】(2)発光体長を長くして光出力を大きくし
たランプを用いると、光出力を大きくすることができ
る。
(2) The light output can be increased by using a lamp having a longer light emitter and a higher light output.

【0160】(3)発光体長を長くして寿命を長くしたラ
ンプを用いても、同じ光出力を得ることができる。
(3) The same light output can be obtained by using a lamp having a longer luminous body length and a longer life.

【0161】(4)投写レンズのF値を大きくしても同じ
光出力を得ることができる。そのため、投写レンズをコ
ンパクト化、低コスト化することができる。
(4) Even if the F value of the projection lens is increased, the same light output can be obtained. Therefore, the size of the projection lens can be reduced and the cost can be reduced.

【0162】(5)液晶パネルとして、画素構造を有し、
液晶層の入射側に画素ごとに1つの正レンズを対応させ
たレンズアレイを近接配置させた液晶パネルを用いる
と、投写レンズからの光出力を向上させることができ
る。
(5) The liquid crystal panel has a pixel structure,
The use of a liquid crystal panel in which a lens array having one positive lens corresponding to each pixel on the incident side of the liquid crystal layer is disposed close to each other enables the light output from the projection lens to be improved.

【0163】以上の説明では、ライトバルブ装置として
透過型の液晶パネルを用いた投写型表示装置について説
明したが、映像信号に応じて光学的特性の変化として光
学像を形成するライトバルブ装置であれば、反射型も含
めてどのようなものでも本発明を適用できる。
In the above description, a projection type display device using a transmissive liquid crystal panel as the light valve device has been described. However, any light valve device which forms an optical image as a change in optical characteristics according to a video signal. The present invention can be applied to any type including a reflection type.

【0164】(実施の形態8)図25は本発明の実施の
形態8における光ファイバ照明装置の構成を示したもの
であり、同図において201は光源装置、202はラン
プ、203は凹面鏡、205は補正レンズ、209は光
ファイバー束である。
(Eighth Embodiment) FIG. 25 shows the structure of an optical fiber illuminator according to an eighth embodiment of the present invention. In FIG. 25, reference numeral 201 denotes a light source device, 202 denotes a lamp, 203 denotes a concave mirror, and 205 denotes a concave mirror. Denotes a correction lens, and 209 denotes an optical fiber bundle.

【0165】光源装置201は、図1に示した光源装置
と同一であり、ランプ202、凹面鏡203、前面ガラ
ス板204、補正レンズ205で構成されている。ラン
プ202は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、
キセノンランプ、超高圧水銀ランプ等を用いることがで
きる。凹面鏡203は楕円面鏡であり、ランプ202は
発光体206の中心が光源装置201の第1基準点F1
と一致するように配置されている。
The light source device 201 is the same as the light source device shown in FIG. 1, and includes a lamp 202, a concave mirror 203, a front glass plate 204, and a correction lens 205. The lamp 202 is a halogen lamp, a metal halide lamp,
A xenon lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, or the like can be used. The concave mirror 203 is an ellipsoidal mirror, and the lamp 202 is such that the center of the light emitter 206 is the first reference point F 1 of the light source device 201.
It is arranged to match.

【0166】補正レンズ205は第1レンズ207と第
2レンズ208とで構成されている。光ファイバー束2
09は非常に細い多数の光ファイバーを束ねたものであ
り、ある程度自由自在に折り曲げることができる。光フ
ァイバー束209は、入射端210が光源装置201の
第2基準点F3に一致するように配置されている。
The correction lens 205 includes a first lens 207 and a second lens 208. Optical fiber bundle 2
Reference numeral 09 denotes a bundle of a large number of very thin optical fibers, which can be freely bent to some extent. Fiber optic bundle 209 is incident end 210 is arranged to coincide with the second reference point F 3 of the light source device 201.

【0167】ランプ202からの放射光は凹面鏡203
により第2焦点に発光体像を形成するように進み、補正
レンズ205により像点F3に発光体像を形成する。発
光体像を通過した光は、光ファイバー束209の入射端
210に入射し、各光ファイバの側面で反射を繰り返し
て出射端211から出射する。
Light emitted from the lamp 202 is reflected by the concave mirror 203.
The process proceeds to to form an illuminator image at a second focal point to form an illuminator image by the correction lens 205 to an image point F 3. The light that has passed through the luminous body image is incident on the incident end 210 of the optical fiber bundle 209, and is repeatedly reflected on the side surface of each optical fiber and is emitted from the emission end 211.

【0168】図25に示した光ファイバ照明装置は、使
用している光源装置が形成する発光体像の半径と中心光
拡がり角との積が従来よりも小さくなるため、従来の光
ファイバ照明装置と比較して、次のような効果が得られ
る。
In the optical fiber illuminator shown in FIG. 25, the product of the radius of the luminous body image formed by the light source device used and the central light divergence angle is smaller than in the conventional optical fiber illuminator. The following effects can be obtained as compared with.

【0169】(1)発光体長を長くして光出力を大きくし
たランプを用いると、光ファイバ束209の外径を太く
しないでも、光ファイバ束209からの光出力を大きく
することができる。
(1) By using a lamp having a longer light emitter and a higher light output, the light output from the optical fiber bundle 209 can be increased without increasing the outer diameter of the optical fiber bundle 209.

【0170】(2)光ファイバ束209の外径を細くして
も、同じ光出力を得ることができる。この場合、光ファ
イバー束209の最小曲率半径を小さくでき、また、光
ファイバー束209に要するコストを下げることができ
る。
(2) Even if the outer diameter of the optical fiber bundle 209 is reduced, the same light output can be obtained. In this case, the minimum radius of curvature of the optical fiber bundle 209 can be reduced, and the cost required for the optical fiber bundle 209 can be reduced.

【0171】(3)発光体長を長くして寿命を長くしたラ
ンプを用いても、同じ光出力を得ることができる。
(3) The same light output can be obtained by using a lamp having a long luminous body and a long life.

【0172】光源装置201として、図12、図15、
図18に示した光源装置を用いることもできる。
As the light source device 201, FIGS.
The light source device shown in FIG. 18 can be used.

【0173】図25に示した構成において、光ファイバ
束209の入射端210に近接して、光ファイバ束20
9に入射する光の拡がり角を小さくする正レンズを配置
してもよい。こうすると、光ファイバ束209の入射端
210の有効領域の周辺部に入射する主光線を光軸と平
行な方向に近づけ、光ファイバに入射する光の入射角を
小さくすることができるため、光ファイバの側面から外
部に漏れる光を低減することができ、光ファイバ束20
9からの光出力をさらに向上させることができる。
In the configuration shown in FIG. 25, the optical fiber bundle 20
A positive lens for reducing the divergence angle of light incident on 9 may be arranged. By doing so, the principal ray incident on the periphery of the effective area of the incident end 210 of the optical fiber bundle 209 can be made closer to the direction parallel to the optical axis, and the incident angle of the light incident on the optical fiber can be reduced. Light leaking from the side of the fiber to the outside can be reduced.
9 can be further improved.

【0174】(実施の形態9)図26は本発明の実施の
形態9における光ファイバ照明装置の構成を示したもの
である。これは、図25に示した光ファイバ照明装置を
変形して、光源装置201と光ファイバ束209との間
にロッドインテグレータ221を配置したものである。
(Embodiment 9) FIG. 26 shows the configuration of an optical fiber lighting device according to Embodiment 9 of the present invention. This is a modification of the optical fiber lighting device shown in FIG. 25, in which a rod integrator 221 is arranged between the light source device 201 and the optical fiber bundle 209.

【0175】ロッドインテグレータ221は、透明な円
柱であり、入射面222、出射面223、側面224が
すべて鏡面研磨されている。入射面222が光源装置2
01の第2基準点F3に一致するように配置されてい
る。また、光ファイバ束209は入射端210がロッド
インテグレータ221の出射面223に近接して配置さ
れている。
The rod integrator 221 is a transparent cylinder, and the entrance surface 222, the exit surface 223, and the side surface 224 are all mirror-polished. The incident surface 222 is the light source device 2
They are arranged to match the second reference point F 3 of 01. The optical fiber bundle 209 has the incident end 210 disposed close to the exit surface 223 of the rod integrator 221.

【0176】光源装置201から出射した光はロッドイ
ンテグレータ221に入射し、その側面224で全反射
を繰り返しながら進み、出射面223から出射し、光フ
ァイバ束209に入射する。光ファイバ束209に入射
した光は各光ファイバの側面で反射を繰り返しながら進
み、出射端211から出射する。
Light emitted from the light source device 201 enters the rod integrator 221, travels while repeating total reflection on the side surface 224, exits from the exit surface 223, and enters the optical fiber bundle 209. The light incident on the optical fiber bundle 209 travels while repeating reflection on the side surface of each optical fiber, and exits from the exit end 211.

【0177】図26に示した照明装置は、図25に示し
た照明装置と同様の効果が得られ、さらに、光ファイバ
束209の出射端211の近傍でも照度分布を均一にす
ることができる。
The illuminating device shown in FIG. 26 has the same effect as the illuminating device shown in FIG. 25, and can make the illuminance distribution uniform near the exit end 211 of the optical fiber bundle 209.

【0178】なお、光源装置201として、図12、図
15、図18に示した光源装置を用いることもできる。
また、ロッドインテグレータ221は、断面が多角形の
柱体としてもよい。ロッドインテグレータ221の断面
は、光ファイバ束209の入射端210と略同一形状に
すると、光の損失が少なくなるので好ましい。
As the light source device 201, the light source devices shown in FIGS. 12, 15, and 18 can be used.
Further, the rod integrator 221 may be a column having a polygonal cross section. It is preferable that the cross section of the rod integrator 221 has substantially the same shape as the incident end 210 of the optical fiber bundle 209 because light loss is reduced.

【0179】図26に示した構成において、ロッドイン
テグレータ221の内部を進む光の拡がり角を小さくす
るために、入射面222に近接して正レンズを配置した
り、あるいはロッドインテグレータ221の入射面22
2を凸球面にしてもよい。こうすると、ロッドインテグ
レータ221の出射面223から出射する光の拡がり角
が小さくなり、光ファイバの側面から外部に漏れる光を
低減することができ、光ファイバ束209からの光出力
を向上させることができる。
In the configuration shown in FIG. 26, in order to reduce the divergence angle of light traveling inside the rod integrator 221, a positive lens is arranged close to the entrance surface 222 or the entrance surface 22 of the rod integrator 221 is reduced.
2 may be a convex spherical surface. By doing so, the divergence angle of the light emitted from the emission surface 223 of the rod integrator 221 is reduced, the light leaking from the side of the optical fiber to the outside can be reduced, and the light output from the optical fiber bundle 209 can be improved. it can.

【0180】[0180]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、凹面鏡に
所定の特性を有する補正レンズを組み合わせることによ
り、被照射領域の大きさが同じであれば、より小さな収
束角で効率良く被照射領域を照明できる光源装置を提供
することができる。また、この光源装置を用いることに
より、効率の高い照明装置を提供することができる。さ
らに、この照明装置を用いることにより、画面サイズの
小さいライトバルブ装置を用いて装置全体をコンパクト
に構成し、しかも光出力の大きい投写型表示装置を提供
することができる。また、本発明の光源装置を用いるこ
とにより、光出力の大きい光ファイバ照明装置を提供す
ることができる。このように、本発明には非常に大きな
効果がある。
As described above, according to the present invention, by combining a concave mirror with a correction lens having predetermined characteristics, if the size of the irradiated area is the same, the light can be efficiently irradiated with a smaller convergence angle. A light source device capable of illuminating an area can be provided. Further, by using this light source device, a highly efficient lighting device can be provided. Further, by using this lighting device, it is possible to provide a projection type display device having a large light output by using a light valve device having a small screen size to make the entire device compact. Further, by using the light source device of the present invention, it is possible to provide an optical fiber lighting device having a large light output. As described above, the present invention has a very great effect.

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

【図1】本発明の実施の形態1における光源装置の構成
を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a light source device according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の光源装置に用いる楕円面鏡の性質を説
明するための線図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining properties of an ellipsoidal mirror used in the light source device of the present invention.

【図3】楕円面鏡による発光体像の性質を説明するため
の線図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining properties of a luminous body image by an ellipsoidal mirror.

【図4】楕円面鏡による発光体像の照度分布を示す特性
図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an illuminance distribution of a luminous body image by an ellipsoidal mirror.

【図5】楕円面鏡による発光体像のアパーチャ特性を示
す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing aperture characteristics of a luminous body image by an ellipsoidal mirror.

【図6】本発明の補正レンズのモデルを示す線図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a model of a correction lens of the present invention.

【図7】本発明の補正レンズの作用を説明するための線
図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the correction lens of the present invention.

【図8】本発明の補正レンズの構成例を示す概略構成図
である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example of a correction lens of the present invention.

【図9】理想的なレンズの作用を説明するための線図で
ある。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of an ideal lens.

【図10】本発明の実施の形態1における光源装置によ
る発光体像の照度分布を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating an illuminance distribution of a luminous body image by the light source device according to Embodiment 1 of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態1における光源装置によ
る発光体像のアパーチャ特性を示す特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing aperture characteristics of a luminous body image by the light source device according to the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態2における光源装置の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a light source device according to Embodiment 2 of the present invention.

【図13】本発明の実施の形態2における光源装置によ
る発光体像の照度分布を示す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram illustrating an illuminance distribution of a luminous body image by the light source device according to Embodiment 2 of the present invention.

【図14】本発明の実施の形態2における光源装置によ
る発光体像のアパーチャ特性を示す特性図である。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing aperture characteristics of a luminous body image by the light source device according to Embodiment 2 of the present invention.

【図15】本発明の実施の形態3における光源装置の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a light source device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図16】本発明の実施の形態3における光源装置によ
る発光体像の照度分布を示す特性図である。
FIG. 16 is a characteristic diagram illustrating an illuminance distribution of a luminous body image by the light source device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図17】本発明の実施の形態3における光源装置によ
る発光体像のアパーチャ特性を示す特性図である。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing aperture characteristics of a luminous body image by the light source device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図18】本発明の実施の形態4における光源装置の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 18 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a light source device according to Embodiment 4 of the present invention.

【図19】本発明の実施の形態4における光源装置によ
る発光体像の照度分布を示す特性図である。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing an illuminance distribution of a luminous body image by the light source device according to Embodiment 4 of the present invention.

【図20】本発明の実施の形態4における光源装置によ
る発光体像のアパーチャ特性を示す特性図である。
FIG. 20 is a characteristic diagram illustrating aperture characteristics of a luminous body image by the light source device according to Embodiment 4 of the present invention.

【図21】本発明の実施の形態5における照明装置の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a lighting device according to Embodiment 5 of the present invention.

【図22】図21に示した照明装置に用いるロッドイン
テグレータの構成を示す斜視図である。
FIG. 22 is a perspective view showing a configuration of a rod integrator used in the lighting device shown in FIG. 21.

【図23】本発明の実施の形態6における照明装置に用
いるロッドインテグレータの構成を示す断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a rod integrator used in a lighting device according to Embodiment 6 of the present invention.

【図24】本発明の実施の形態7における投写型表示装
置の構成を示す概略構成図である。
FIG. 24 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.

【図25】本発明の実施の形態8における光ファイバ照
明装置の構成を示す概略構成図である。
FIG. 25 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an optical fiber lighting device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の実施の形態9における光ファイバ照
明装置の構成を示す概略構成図である。
FIG. 26 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an optical fiber lighting device according to Embodiment 9 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21,61,81,101,142,202 ランプ 22,62,82,102,143,203 凹面鏡 23,64,84,104,145,205 補正レン
ズ 121 光源装置 122,133,146,156 ロッドインテグレー
タ 123,148 リレーレンズ 141 照明装置 147 平面ミラー 171,172 ダイクロイックミラー 173,177,179 平面ミラー 174,175,180 フィールドレンズ 176,178 リレーレンズ 181,182,183,187,188,189 偏
光板 184,185,186 液晶パネル 190 色合成プリズム 191 投写レンズ 201 光源装置 206 発光体 209 光ファイバ束 221 ロッドインテグレータ
21, 61, 81, 101, 142, 202 Lamp 22, 62, 82, 102, 143, 203 Concave mirror 23, 64, 84, 104, 145, 205 Correcting lens 121 Light source device 122, 133, 146, 156 Rod integrator 123 , 148 relay lens 141 illuminating device 147 plane mirror 171,172 dichroic mirror 173,177,179 plane mirror 174,175,180 field lens 176,178 relay lens 181,182,183,187,188,189 polarizing plate 184,185 , 186 Liquid crystal panel 190 Color combining prism 191 Projection lens 201 Light source device 206 Light emitting body 209 Optical fiber bundle 221 Rod integrator

フロントページの続き Fターム(参考) 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H087 KA07 LA24 RA04 RA05 RA26 RA42 TA03 TA06 5C060 BA04 BA08 BC05 EA00 GA01 GB02 GB06 HC20 HC24 HC25 HD00 JA00 JB06 5G435 AA18 BB12 BB17 CC12 DD02 DD05 DD09 FF03 FF05 GG01 GG02 GG03 GG04 GG08 GG18 GG28 9A001 GG03 KK16 Continued on the front page F-term (reference) 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H087 KA07 LA24 RA04 RA05 RA26 RA42 TA03 TA06 5C060 BA04 BA08 BC05 EA00 GA01 GB02 GB06 HC20 HC24 HC25 HD00 JA00 JB06 5G435 AA18 BB12 BB17 CC12 DD02 DD05 GG03 GG03 FF03 GG04 GG08 GG18 GG28 9A001 GG03 KK16

Claims (35)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ランプと、凹面鏡と、補正レンズとを備
え、 前記凹面鏡と前記補正レンズとを組み合わせた光学系
は、光軸を中心として回転対称であり、第1の基準点か
ら出射して前記凹面鏡で反射し前記補正レンズを透過し
た光線がすべて第2の基準点またはその近傍を通過する
ような性質を有する2つの基準点を前記光軸上に有し、 前記ランプは、その発光体の中心軸が前記光軸と略一致
し、前記発光体の中心が前記第1の基準点と略一致する
ように配置され、 前記発光体に対応して前記第2の基準点に形成される発
光体像の半径をH、前記発光体像の中心を通過する光線
の最大傾斜角をU、前記補正レンズを取り除いた構成に
おいて前記発光体に対応して形成される発光体像の半径
が最小となる位置を像点として、前記像点に形成される
発光体像の半径をH0、前記凹面鏡の開口端と前記像点
とを結んだ直線と前記光軸とのなす角をU0としたと
き、前記凹面鏡と前記補正レンズとが下記式を満足する
ように構成されていることを特徴とする光源装置。 【数1】
1. An optical system comprising a lamp, a concave mirror, and a correction lens, wherein an optical system combining the concave mirror and the correction lens is rotationally symmetric about an optical axis, and emits light from a first reference point. The lamp has two reference points on the optical axis having such a property that all light rays reflected by the concave mirror and transmitted through the correction lens pass at or near a second reference point. Are arranged so that the central axis of the light-emitting body substantially coincides with the optical axis, and the center of the light-emitting body substantially coincides with the first reference point, and is formed at the second reference point corresponding to the light-emitting body. The radius of the illuminant image is H, the maximum inclination angle of the light beam passing through the center of the illuminant image is U, and the radius of the illuminant image formed corresponding to the illuminant in the configuration in which the correction lens is removed is the minimum. Is defined as an image point, and is formed at the image point. When the radius of the luminous body image is H 0 , and the angle between the optical axis and a straight line connecting the opening end of the concave mirror and the image point is U 0 , the concave mirror and the correction lens have the following formula: A light source device characterized by being configured to satisfy. (Equation 1)
【請求項2】 前記ランプは発光体直径に対して発光体
長が長い請求項1に記載の光源装置。
2. The light source device according to claim 1, wherein the lamp has a luminous body length longer than a luminous body diameter.
【請求項3】 前記凹面鏡は楕円面鏡である請求項1に
記載の光源装置。
3. The light source device according to claim 1, wherein the concave mirror is an elliptical mirror.
【請求項4】 前記第1の基準点は前記楕円面鏡の第1
焦点またはその近傍に位置する請求項3に記載の光源装
置。
4. The first reference point is a first reference point of the ellipsoidal mirror.
The light source device according to claim 3, wherein the light source device is located at or near the focal point.
【請求項5】 前記凹面鏡の反射面は回転楕円面を基本
にして変形した回転体であり、前記第1の基準点は前記
回転楕円面の第1焦点またはその近傍に位置する請求項
1に記載の光源装置。
5. The spheroid according to claim 1, wherein the reflection surface of the concave mirror is a rotator deformed on the basis of a spheroid, and the first reference point is located at or near a first focal point of the spheroid. The light source device according to claim 1.
【請求項6】 前記補正レンズを構成するレンズのうち
の少なくとも1つのレンズの少なくとも1つのレンズ面
が非球面である請求項1〜5のいずれかに記載の光源装
置。
6. The light source device according to claim 1, wherein at least one lens surface of at least one of the lenses forming the correction lens is an aspheric surface.
【請求項7】 ランプと、凹面鏡と、補正レンズとを備
え、 前記凹面鏡と前記補正レンズとを組み合わせた光学系
は、光軸を中心として回転対称であり、第1の基準点か
ら出射して前記凹面鏡で反射し前記補正レンズを透過し
た光線がすべて第2の基準点またはその近傍を通過する
ような性質を有する2つの基準点を前記光軸上に有し、 前記ランプは、その発光体の中心軸が前記光軸と略一致
し、前記発光体の中心が前記第1の基準点と略一致する
ように配置され、前記発光体に対応する像が前記第2の
基準点に形成され、 前記補正レンズは前記凹面鏡側から順に、第1レンズ
と、第2レンズとを備え、前記第1レンズは少なくとも
周辺部が正パワーを有し、前記第2レンズは少なくとも
周辺部が負パワーを有することを特徴とする光源装置。
7. An optical system comprising a lamp, a concave mirror, and a correction lens, wherein an optical system combining the concave mirror and the correction lens is rotationally symmetric about an optical axis, and emits light from a first reference point. The lamp has two reference points on the optical axis having such a property that all light rays reflected by the concave mirror and transmitted through the correction lens pass at or near a second reference point. Are arranged so that the center axis of the light-emitting body substantially coincides with the optical axis, and the center of the light-emitting body substantially coincides with the first reference point, and an image corresponding to the light-emitting body is formed at the second reference point. The correction lens includes, in order from the concave mirror side, a first lens and a second lens, wherein the first lens has at least a peripheral portion having a positive power, and the second lens has at least a peripheral portion having a negative power. Light source device characterized by having .
【請求項8】 前記ランプは発光体直径に対して発光体
長が長い請求項7に記載の光源装置。
8. The light source device according to claim 7, wherein the lamp has a luminous body length longer than a luminous body diameter.
【請求項9】 前記凹面鏡は楕円面鏡である請求項7に
記載の光源装置。
9. The light source device according to claim 7, wherein the concave mirror is an elliptical mirror.
【請求項10】 前記第1の基準点は前記楕円面鏡の第
1焦点またはその近傍に位置する請求項9に記載の光源
装置。
10. The light source device according to claim 9, wherein the first reference point is located at or near a first focal point of the ellipsoidal mirror.
【請求項11】 前記凹面鏡の反射面は回転楕円面を基
本にして変形した回転体であり、前記第1の基準点は前
記回転楕円面の第1焦点またはその近傍に位置する請求
項7に記載の光源装置。
11. The method according to claim 7, wherein the reflecting surface of the concave mirror is a rotator deformed on the basis of a spheroid, and the first reference point is located at or near a first focal point of the spheroid. The light source device according to claim 1.
【請求項12】 前記第1レンズの焦点距離をfI、前
記第2レンズの焦点距離をfIIとして、 【数2】 【数3】 を満足する請求項9〜11のいずれかに記載の光源装
置。
12. The focal length of the first lens is defined as f I , and the focal length of the second lens is defined as f II. (Equation 3) The light source device according to any one of claims 9 to 11, which satisfies the following.
【請求項13】 前記第1レンズは少なくとも出射側面
の周辺部が凸面である請求項7に記載の光源装置。
13. The light source device according to claim 7, wherein the first lens has a convex surface at least in a peripheral portion of an emission side surface.
【請求項14】 前記第2レンズは少なくとも入射側面
の周辺部が凹面である請求項7に記載の光源装置。
14. The light source device according to claim 7, wherein the second lens has a concave surface at least in a peripheral portion of an incident side surface.
【請求項15】 前記第2レンズの出射側面は中央部が
凸面、周辺部が凹面であるような非球面である請求項7
に記載の光源装置。
15. The exit side surface of the second lens is an aspheric surface having a convex central portion and a concave peripheral portion.
The light source device according to item 1.
【請求項16】 前記第2レンズの出射側に正パワーを
有する第3レンズが配置されている請求項7〜15のい
ずれかに記載の光源装置。
16. The light source device according to claim 7, wherein a third lens having a positive power is disposed on an emission side of the second lens.
【請求項17】 ランプと、凹面鏡と、補正レンズとを
備え、 前記凹面鏡と前記補正レンズとを組み合わせた光学系
は、光軸を中心として回転対称であり、第1の基準点か
ら出射して前記凹面鏡で反射し前記補正レンズを透過し
た光線がすべて第2の基準点またはその近傍を通過する
ような性質を有する2つの基準点を前記光軸上に有し、 前記ランプは、その発光体の中心軸が前記光軸と略一致
し、前記発光体の中心が前記第1の基準点と略一致する
ように配置され、 前記発光体の前記光軸上の両端から出射した光線の前記
第2の基準点における光線高の範囲が、前記補正レンズ
を取り除いた構成において前記発光体に対応して形成さ
れる発光体像の半径が最小となる位置での光線高の範囲
より、いずれも小さいことを特徴とする光源装置。
17. An optical system comprising a lamp, a concave mirror, and a correction lens, wherein an optical system combining the concave mirror and the correction lens is rotationally symmetric about an optical axis, and emits light from a first reference point. The lamp has two reference points having a property such that all light rays reflected by the concave mirror and transmitted through the correction lens pass at or near a second reference point. Are arranged so that the center axis of the light-emitting body substantially coincides with the optical axis, and the center of the light-emitting body substantially coincides with the first reference point. The range of the ray height at the reference point 2 is smaller than the range of the ray height at the position where the radius of the illuminant image formed corresponding to the illuminant in the configuration in which the correction lens is removed is the smallest. A light source device characterized by the above-mentioned.
【請求項18】 前記ランプは発光体直径に対して発光
体長が長い請求項17に記載の光源装置。
18. The light source device according to claim 17, wherein the lamp has a luminous body length longer than a luminous body diameter.
【請求項19】 前記凹面鏡は楕円面鏡である請求項1
7に記載の光源装置。
19. The concave mirror is an elliptical mirror.
8. The light source device according to 7.
【請求項20】 前記第1の基準点は前記楕円面鏡の第
1焦点またはその近傍に位置する請求項19に記載の光
源装置。
20. The light source device according to claim 19, wherein the first reference point is located at or near a first focal point of the ellipsoidal mirror.
【請求項21】 前記凹面鏡の反射面は回転楕円面を基
本にして変形した回転体であり、前記第1の基準点は前
記回転楕円面の第1焦点またはその近傍に位置する請求
項17に記載の光源装置。
21. The concave mirror according to claim 17, wherein the reflecting surface of the concave mirror is a rotator deformed based on a spheroid, and the first reference point is located at or near a first focal point of the spheroid. The light source device according to claim 1.
【請求項22】 収束光を出射する光源装置と、断面が
円または多角形の透明柱体と、リレーレンズとを備え、
前記光源装置は請求項1〜21のいずれかに記載の光源
装置であり、前記透明柱体はその入射面が前記光源装置
の第2の基準点と略一致するように配置され、前記光源
装置から出射した光が前記透明柱体の内部をその長手方
向に沿って内部で反射しながら進んで出射面から出射
し、前記透明柱体の出射面に対応する実像が前記リレー
レンズにより離れた位置に形成される照明装置。
22. A light source device for emitting convergent light, a transparent column having a circular or polygonal cross section, and a relay lens;
22. The light source device according to claim 1, wherein the transparent column is disposed such that an incident surface thereof substantially coincides with a second reference point of the light source device. The light emitted from the transparent column travels while being reflected inside the transparent column along the longitudinal direction and exits from the output surface, and a real image corresponding to the output surface of the transparent column is separated by the relay lens. Lighting device formed in.
【請求項23】 前記透明柱体からの出射光の拡がり角
が小さくなるように、前記透明柱体の入射面に近接して
正レンズを配置した請求項22に記載の照明装置。
23. The lighting device according to claim 22, wherein a positive lens is arranged close to an incident surface of the transparent column so that a spread angle of light emitted from the transparent column is reduced.
【請求項24】 前記透明柱体からの出射光の拡がり角
が小さくなるように、前記透明柱体の入射面を凸面とし
た請求項22に記載の照明装置。
24. The lighting device according to claim 22, wherein the incident surface of the transparent column is convex so that the spread angle of the light emitted from the transparent column is reduced.
【請求項25】 前記リレーレンズへの入射光の拡がり
角が小さくなるように、前記透明柱体の出射面に近接し
て正レンズを配置した請求項22に記載の照明装置。
25. The illuminating device according to claim 22, wherein a positive lens is arranged close to an emission surface of the transparent column so that a spread angle of light incident on the relay lens is reduced.
【請求項26】 前記リレーレンズへの入射光の拡がり
角が小さくなるように、前記透明柱体の出射面を凸面と
した請求項22に記載の照明装置。
26. The lighting device according to claim 22, wherein an exit surface of the transparent column is made convex so that a spread angle of light incident on the relay lens is reduced.
【請求項27】 照明装置と、前記照明装置から出射す
る光が入射し映像信号に応じて光学像を形成するライト
バルブ装置と、前記ライトバルブ装置から出射する光が
入射し前記光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レ
ンズとを備え、前記照明装置が請求項22〜26のいず
れかに記載の照明装置である投写型表示装置。
27. An illuminating device, a light valve device to which light emitted from the illuminating device enters to form an optical image according to a video signal, and a light to which the light emitting from the light valve device enters to screen the optical image A projection display device, comprising: a projection lens configured to project an enlarged image thereon; and the illumination device is the illumination device according to any one of claims 22 to 26.
【請求項28】 前記ライトバルブ装置の画像表示面に
入射するいずれの主光線も前記画像表示面に対して略垂
直となるように、前記ライトバルブ装置の入射側に正レ
ンズが配置されている請求項27に記載の投写型表示装
置。
28. A positive lens is arranged on an incident side of the light valve device so that any principal ray incident on the image display surface of the light valve device is substantially perpendicular to the image display surface. A projection display device according to claim 27.
【請求項29】 前記ライトバルブ装置は2次元配列さ
れた画素を有し、前記ライトバルブ装置の入射側に、前
記各画素に対応する微小正レンズが2次元配列されたレ
ンズアレイを有する請求項27又は28に記載の投写型
表示装置。
29. The light valve device has two-dimensionally arranged pixels, and has a lens array on the incident side of the light valve device in which minute positive lenses corresponding to the respective pixels are two-dimensionally arranged. 29. The projection display device according to 27 or 28.
【請求項30】 前記照明装置の透明柱体の断面形状は
前記ライトバルブ装置の有効表示領域と略相似であり、
前記ライトバルブ装置を照射する光の照射領域が前記ラ
イトバルブ装置の有効表示領域を内包する請求項27〜
29のいずれかに記載の投写型表示装置。
30. A sectional shape of a transparent column of the lighting device is substantially similar to an effective display area of the light valve device.
The irradiation area of the light irradiating the light valve device includes an effective display area of the light valve device.
30. The projection display device according to any one of 29.
【請求項31】 収束光を出射する光源装置と、光ファ
イバ束とを備え、前記光源装置は請求項1〜21のいず
れかに記載の光源装置であり、前記光ファイバ束はその
入射面が前記光源装置の第2の基準点と略一致するよう
に配置されている光ファイバ照明装置。
31. A light source device for emitting convergent light, and an optical fiber bundle, wherein the light source device is the light source device according to any one of claims 1 to 21, wherein the optical fiber bundle has an incident surface. An optical fiber illuminator arranged to substantially coincide with a second reference point of the light source device.
【請求項32】 前記光ファイバ束の入射面に近接し
て、前記光ファイバ束に入射する光の拡がり角を小さく
する正レンズが配置されている請求項31に記載の光フ
ァイバ照明装置。
32. The optical fiber illuminating apparatus according to claim 31, wherein a positive lens for reducing a divergence angle of light incident on the optical fiber bundle is disposed near the incident surface of the optical fiber bundle.
【請求項33】 収束光を出射する光源装置と、断面が
円または多角形の透明柱体と、光ファイバ束とを備え、
前記光源装置は請求項1〜21のいずれかに記載の光源
装置であり、前記透明柱体はその入射面が前記光源装置
の第2の基準点と略一致するように配置され、前記光フ
ァイバ束はその入射面が前記透明柱体の出射面と密着ま
たは近接するように配置されている光ファイバ照明装
置。
33. A light source device for emitting convergent light, a transparent column having a circular or polygonal cross section, and an optical fiber bundle,
The light source device is the light source device according to any one of claims 1 to 21, wherein the transparent column is disposed such that an incident surface thereof substantially coincides with a second reference point of the light source device, and the optical fiber An optical fiber illuminator in which the bundle is arranged such that the light incident surface is in close contact with or close to the light emitting surface of the transparent column.
【請求項34】 前記透明柱体の入射面に近接して、前
記透明柱体に入射する光の拡がり角を小さくする正レン
ズが配置されている請求項33に記載の光ファイバ照明
装置。
34. The optical fiber illuminating apparatus according to claim 33, wherein a positive lens that reduces a divergence angle of light incident on the transparent column is arranged near the incident surface of the transparent column.
【請求項35】 前記透明柱体を進む光の拡がり角が小
さくなるように、前記透明柱体の入射面を凸面とした請
求項33に記載の照明装置。
35. The lighting device according to claim 33, wherein an incident surface of the transparent column is convex so that a spread angle of light traveling through the transparent column is reduced.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018006250A (en) * 2016-07-06 2018-01-11 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 Luminaire

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