JP2011113818A - Lighting device - Google Patents

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Shigenori Otani
重典 大谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting device improved in light use efficiency, related to the lighting device being, in particular, a light source of a projetion-type display device. <P>SOLUTION: Light emitted from the light source 10 is condensed by a cylindrical lens 13. The cylindrical lens 13 refracts a light distribution at a large angle emitted from the light source 10 to narrow the light distribution angle. The light condensed by the cylindrical lens 13 advances to a lamp reflector 14. A cross-sectional shape of the lamp reflector 14 is aspheric on its incidence and emission planes and linear on its reflecting surface. At the incidence surface 14a of the lamp reflector 14, the light is further refracted to narrow the light distribution angle. The light advanced to the reflecting surface 14b is totally reflected and then refracted at the emission surface 14c, enters a cone lens 15, and becomes substantially parallel with an optical axis of the lighting device to enter an incidence side fly-eye lens 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、照明装置に関し、特に投射型表示装置の光源部である照明装置に関する。   The present invention relates to an illumination device, and more particularly to an illumination device that is a light source unit of a projection display device.

投射型表示装置の照明装置としては、光学断面図の上面図として図7に示すような照明装置が従来は一般的であった。図7において、1はランプバルブである。2はランプリフレクタであり、反射面形状は回転放物線形状である。3は入射側フライアイレンズ、4は出射側フライアイレンズである。5はPBS(Polarized Beam Splitter)である。6は第1照明レンズ、7は第2照明レンズである。8は入射偏光板で、9はLCD(Liquid crystal Display)、10は光源部である。尚、Zは照明系光軸を示している。   As an illumination device for a projection display device, an illumination device as shown in FIG. 7 as a top view of an optical cross-sectional view has been conventionally used. In FIG. 7, 1 is a lamp bulb. Reference numeral 2 denotes a lamp reflector whose reflecting surface has a parabolic shape. Reference numeral 3 denotes an incident-side fly-eye lens, and reference numeral 4 denotes an exit-side fly-eye lens. Reference numeral 5 denotes a PBS (Polarized Beam Splitter). Reference numeral 6 denotes a first illumination lens, and reference numeral 7 denotes a second illumination lens. Reference numeral 8 denotes an incident polarizing plate, 9 denotes an LCD (Liquid Crystal Display), and 10 denotes a light source unit. Z represents the illumination system optical axis.

光源部10で発光した光は、ランプリフレクタ2で反射されて照明系光軸Zに対して、略平行な光となって入射側フライアイレンズ3に入射される。入射側フライアイレンズ3は、入射された光を出射側フライアイレンズ4に集めて、PBS5に入射される。PBS5で光はPS分離が行われる。その後、光は第1照明レンズ6、第2照明レンズ7に進行し、LCDに照射される。   The light emitted from the light source unit 10 is reflected by the lamp reflector 2 and enters the incident-side fly-eye lens 3 as light substantially parallel to the illumination system optical axis Z. The incident side fly-eye lens 3 collects the incident light on the emission side fly-eye lens 4 and enters the PBS 5. PS separation of light is performed in PBS5. Thereafter, the light travels to the first illumination lens 6 and the second illumination lens 7 and is irradiated onto the LCD.

また、図8(a)は図7の破線部を拡大したものであり、光源部10が理想的な点光源であると仮定したときの光の光路を示した図である。光源部10は、図示しないがガラス球内の中心に電極を備えており、電極と電極の間から光を発する。一般的には、最も発光輝度の高い両電極間の中心(アーク中心)が放物面焦点と一致するように構成される。光源部10の光源は理想的な点光源であることが望ましい。   FIG. 8A is an enlarged view of the broken line portion of FIG. 7 and shows the light path when it is assumed that the light source unit 10 is an ideal point light source. Although not shown, the light source unit 10 includes an electrode in the center of the glass sphere, and emits light from between the electrodes. Generally, the center (arc center) between the two electrodes having the highest light emission luminance is configured to coincide with the paraboloid focus. The light source of the light source unit 10 is preferably an ideal point light source.

しかし、実際には電極間の距離(アーク長)は有限であり、光源部10は広がりを持つこととなる。そのため、アーク中心ではなくアーク中心の周辺で発光した光がランプリフレクタ2で反射されると、図8(b)に示すように出射する光線の光線角度が大きくなり光軸に対して平行光ではない光を多く含むことが知られている。A1乃至A3はそれぞれ光源部10から放射される光の光路を示しており、アーク中心から発光した光だけではなくアーク中心の周辺から発光した光の光路も示しているが、入射側フライアイレンズ3の地点での光の光線角度は広がっており、照明系光軸Zに対して平行光ではなくなっているものも含むことが分かる。   However, in practice, the distance between the electrodes (arc length) is finite, and the light source unit 10 is widened. Therefore, when the light emitted around the arc center instead of the arc center is reflected by the lamp reflector 2, the ray angle of the emitted light becomes large as shown in FIG. It is known to contain a lot of light. A1 to A3 indicate optical paths of light emitted from the light source unit 10, and not only light emitted from the arc center but also light paths of light emitted from the periphery of the arc center. It can be seen that the light beam angle at the point 3 is wide and includes light that is not parallel to the illumination system optical axis Z.

このことは、上述した平行照明方式の照明装置においては、出射側フライアイレンズを通過した光のPBSでのPS分離度が悪くなり、ひいてはスクリーンの照度を減少させることとなる。   This means that in the above-described parallel illumination type illumination device, the degree of PS separation in the PBS of the light that has passed through the exit-side fly-eye lens is deteriorated, and consequently the illuminance of the screen is reduced.

また、図9はロッドレンズを用いた集光照明方式の照明装置である。図9において、1はランプバルブ、12はランプリフレクタで反射面形状は回転楕円面形状である。10は光源部でB1乃至B3はそれぞれ光源部10から放射される光を示す。11はロッドレンズである。この照明装置においても、上述したような光の光線角度が大きくなることによって、ロッドレンズ11の入射面での光の光線角度が大きくなり、入射面で光の取り込み漏れが発生して損失を招き、ひいてはスクリーンの照度の減少やコントラストの悪化を引き起こす。   FIG. 9 shows a condensing illumination type illumination device using a rod lens. In FIG. 9, 1 is a lamp bulb, 12 is a lamp reflector, and the reflecting surface has a spheroidal shape. Reference numeral 10 denotes a light source unit, and B1 to B3 denote light emitted from the light source unit 10, respectively. 11 is a rod lens. Also in this illuminating device, when the light ray angle as described above becomes large, the light ray angle at the incident surface of the rod lens 11 becomes large, and light leakage occurs at the incident surface, resulting in loss. As a result, the screen illuminance decreases and the contrast deteriorates.

上述したような課題を解決するために、平行照明方式に関する従来技術として特許文献1が開示されている。特許文献1について図10を用いて説明する。22は光軸で、21は被照射面である。170は反射鏡で、放物線の軸173を光軸に対して傾け、それを光軸の回りに回転させた形状としている。このような形状とすることにより、反射鏡のリム径を小さくできるので被照射面21における集光効率が向上する。また、光源ランプの影になって被照射面21の中心部のみ暗い映像となるいわゆる中抜けの現象を減少させている。171は円錐レンズで、172は反射鏡の焦点である。光源はキセノンランプの様な点光源性の優れた光源ランプを用いる。   In order to solve the above-described problems, Patent Document 1 is disclosed as a conventional technique related to a parallel illumination method. Patent Document 1 will be described with reference to FIG. Reference numeral 22 denotes an optical axis, and 21 denotes an irradiated surface. A reflecting mirror 170 has a parabolic axis 173 inclined with respect to the optical axis and rotated around the optical axis. By adopting such a shape, the rim diameter of the reflecting mirror can be reduced, so that the light collection efficiency on the irradiated surface 21 is improved. In addition, a so-called hollow-out phenomenon in which only the central portion of the irradiated surface 21 becomes a shadow image in the shadow of the light source lamp is reduced. Reference numeral 171 denotes a conical lens, and 172 denotes a focal point of the reflecting mirror. As the light source, a light source lamp having an excellent point light source property such as a xenon lamp is used.

焦点172を出た光線は、光軸22よりも上側の反射鏡170で反射されると、放物線の軸173に平行な光線となる。光軸22よりも下側の反射鏡170で反射された光束も同様に平行な光束となり、光軸22に集まる方向に進行する。円錐レンズ171を通過した光束は光軸22に平行な光束となって被照射面21に入射する。上記した構成とすることにより、平行で均一な光束を作ることを実現している。   When the light beam exiting the focal point 172 is reflected by the reflecting mirror 170 above the optical axis 22, it becomes a light beam parallel to the parabolic axis 173. Similarly, the light beam reflected by the reflecting mirror 170 below the optical axis 22 also becomes a parallel light beam, and travels in the direction of collecting on the optical axis 22. The light beam that has passed through the conical lens 171 enters the irradiated surface 21 as a light beam parallel to the optical axis 22. With the above configuration, it is possible to produce a parallel and uniform light beam.

また、集光照明方式に関する従来技術として、特許文献2が開示されている。特許文献2について図11を用いて説明する。22は光軸である。100はランプで、100aは発光部である。100bは変形ランプリフレクターであり、非球面反射面は、多項式で表される平面曲線を光軸回りに回転させた回転楕円面に近い形状とさせている。このような形状とすることにより、非球面反射面から出射する光束の発散角をより小さくしている。ランプ前面レンズ100cは、光軸に対称な非球面レンズである。300はロッドインテグレーターで、300a、300b、300cはそれぞれ入射面、側面、出射面を示す。   Moreover, patent document 2 is disclosed as a prior art regarding a condensing illumination system. Patent Document 2 will be described with reference to FIG. Reference numeral 22 denotes an optical axis. Reference numeral 100 denotes a lamp, and 100a denotes a light emitting unit. Reference numeral 100b denotes a deformed lamp reflector, and the aspherical reflecting surface has a shape close to a spheroid obtained by rotating a plane curve represented by a polynomial around the optical axis. By setting it as such a shape, the divergence angle of the light beam radiate | emitted from an aspherical reflective surface is made smaller. The lamp front lens 100c is an aspheric lens that is symmetrical with respect to the optical axis. Reference numeral 300 denotes a rod integrator, and 300a, 300b, and 300c denote an entrance surface, a side surface, and an exit surface, respectively.

発光部100aから発した光は、変形ランプリフレクター100bの非球面反射面によって反射され、ランプ前面レンズ100cで集光され、出射した光はロッドインテグレーター300の入射面300aに入射される。上記した構成とすることで、ロッドインテグレーターの入射面での光の損失を軽減することを実現している。   The light emitted from the light emitting unit 100a is reflected by the aspherical reflecting surface of the deformed lamp reflector 100b, collected by the lamp front lens 100c, and the emitted light is incident on the incident surface 300a of the rod integrator 300. With the above configuration, it is possible to reduce the loss of light at the entrance surface of the rod integrator.

特開平5−323258号公報JP-A-5-323258 特開2002−298625号公報JP 2002-298625 A

特許文献1記載の技術を用いれば平行で均一な光束が得られるので、入射側フライアイレンズに入射される光線の光線角度を小さくできる。特許文献2記載の技術でも、ランプリフレクターから出射される光束の発散角を抑制できるので、ロッドレンズの入射面における光の損失を軽減できる。   If the technique described in Patent Document 1 is used, a parallel and uniform light beam can be obtained, so that the light beam angle of light incident on the incident-side fly-eye lens can be reduced. Even in the technique described in Patent Document 2, the divergence angle of the light beam emitted from the lamp reflector can be suppressed, so that the loss of light on the incident surface of the rod lens can be reduced.

しかしながら、上記したいずれの特許文献に記載の技術を用いても、アーク中心の周辺で発光した光が原因で光線角度が広がるという課題は残り、このことは照明効率やPBSでのPS分離における分離度の低下を招き、ひいてはスクリーンにおける照度の減少やコントラストの悪化を引き起こす。   However, using any of the techniques described in any of the above-mentioned patent documents, there remains a problem that the light beam angle is widened due to the light emitted around the arc center, which means that the illumination efficiency and the separation in PS separation in PBS This causes a decrease in the degree of brightness, which in turn causes a decrease in illuminance on the screen and a deterioration in contrast.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ランプリフレクタで反射される光の光線角度を抑制でき、光利用効率のよい投射型表示装置を実現することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a projection display device that can suppress the ray angle of light reflected by a lamp reflector and has high light utilization efficiency. .

本発明に係る照明装置は、光源部と、該光源部より放射される光を集光する円筒形レンズと、該円筒形レンズから出射される光が集光される入射面と、入射された光を反射させる反射面と、反射される光が集光される出射面とを有し、照明系光軸を中心として回転対称形状であるランプリフレクタと、該ランプリフレクタの前方に配置され前記ランプリフレクタで反射される光の進行方向を前記照明系光軸に沿うように変更する回転対称レンズから構成されることを特徴とする。   An illuminating device according to the present invention includes a light source unit, a cylindrical lens that collects light emitted from the light source unit, an incident surface on which light emitted from the cylindrical lens is collected, and an incident surface A lamp reflector having a reflecting surface for reflecting light and an exit surface for collecting the reflected light and having a rotationally symmetric shape about the illumination system optical axis; and the lamp disposed in front of the lamp reflector. It is characterized by comprising a rotationally symmetric lens that changes the traveling direction of light reflected by the reflector so as to follow the illumination system optical axis.

本発明に係る照明装置では、アーク中心ではなくアーク中心の周辺で発光した光がランプリフレクタで反射されたとしても、反射される光の光線角度を小さくすることができるので、照明系光軸に対する平行光を得ることができる。本発明を用いた投射型表示装置では、照明効率やPBSでのPS分離における分離度を向上させ、ひいては投射される映像のコントラストやスクリーンにおける照度を向上させることができる。   In the illuminating device according to the present invention, even if the light emitted around the arc center instead of the arc center is reflected by the lamp reflector, the light beam angle of the reflected light can be reduced. Parallel light can be obtained. In the projection type display device using the present invention, it is possible to improve the illumination efficiency and the degree of separation in PS separation with PBS, and thus improve the contrast of projected images and the illuminance on the screen.

本発明の第1の実施例に関する光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図。The figure which showed schematic structure of the light source unit regarding the 1st Example of this invention with the cross-sectional shape. 本発明の第1の実施例に関する光源ユニットの概略構成の上部半分を断面形状で示した図。The figure which showed the upper half of schematic structure of the light source unit regarding the 1st Example of this invention by sectional shape. 入射側フライアイレンズの入射面での入射角度分布を従来方式と比較した図。The figure which compared the incident angle distribution in the entrance plane of an incident side fly eye lens with the conventional system. 本発明の第2の実施例に関する光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図。The figure which showed schematic structure of the light source unit regarding the 2nd Example of this invention with the cross-sectional shape. ロッドレンズの入射面での入射角度分布を従来方式と比較した図。The figure which compared the incident angle distribution in the entrance plane of a rod lens with the conventional system. 本発明の第3の実施例に関する光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図。The figure which showed schematic structure of the light source unit regarding the 3rd Example of this invention with the cross-sectional shape. 投射型表示装置の概略構成の断面形状を示した図。The figure which showed the cross-sectional shape of schematic structure of a projection type display apparatus. 光源部が理想的な点光源であると仮定したときの従来の平行照明方式の投射型表示装置の光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図。The figure which showed schematic structure of the light source unit of the projection display apparatus of the conventional parallel illumination system in the cross-sectional shape when it is assumed that a light source part is an ideal point light source. 従来の平行照明方式の投射型表示装置の光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図。The figure which showed schematic structure of the light source unit of the projection type display apparatus of the conventional parallel illumination system by sectional shape. 本発明の第2の実施例に関する従来の集光照明方式の投射型表示装置の光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図。The figure which showed schematic structure of the light source unit of the projection type display apparatus of the conventional condensing illumination system regarding the 2nd Example of this invention with the cross-sectional shape. 従来の投射型表示装置に用いる光源装置の構成を示した図。The figure which showed the structure of the light source device used for the conventional projection type display apparatus. 従来の集光光学系の構成を示した図。The figure which showed the structure of the conventional condensing optical system.

本発明のいくつかの実施例について以下に説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Several embodiments of the invention are described below. In addition, this invention is not limited to a following example.

本発明の第1の実施例について、図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の第1の実施例の特に光源ユニットに着目した光学断面図である。1はランプバルブである。10は光源部であり、図示しないがガラス球内に電極を備えており、電極と電極の間から光を発する。電極間の距離(以下、アーク長)はおよそ1mmである。光源部10は、メタルハライドランプや高圧水銀ランプ等のアークランプから構成される。最も発光輝度の高い両電極間の中心(以下、アーク中心)が放物面の焦点と一致するように構成する。Zは照明系光軸である。   A first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is an optical sectional view of the first embodiment of the present invention, particularly focusing on the light source unit. Reference numeral 1 denotes a lamp bulb. A light source unit 10 includes an electrode in a glass sphere (not shown), and emits light between the electrodes. The distance between the electrodes (hereinafter referred to as arc length) is approximately 1 mm. The light source unit 10 includes an arc lamp such as a metal halide lamp or a high-pressure mercury lamp. The center between the two electrodes having the highest emission luminance (hereinafter referred to as arc center) is configured to coincide with the focal point of the paraboloid. Z is the illumination system optical axis.

13は円筒形レンズであり、その形状はレンズ収差を最適化するように形状設計される必要がある。即ち、図2(図1の上半分のみを示す)に示すように、円筒レンズ13による光源部10の虚像20が広がらないように最適化設計される。本実施例では、レンズ断面形状の入射側(光源部10側)は単一R形状で、出射側(ランプリフレクタ14側)は収差の軽減のため楕円形状としている。尚、Rは円の半径を表し、単一R形状とは曲率半径の中心位置が1点で描かれる単一の円弧曲線を意味する。   Reference numeral 13 denotes a cylindrical lens, and its shape needs to be designed so as to optimize lens aberration. That is, as shown in FIG. 2 (only the upper half of FIG. 1 is shown), the design is optimized so that the virtual image 20 of the light source unit 10 by the cylindrical lens 13 does not spread. In the present embodiment, the incident side (the light source unit 10 side) of the lens cross-sectional shape has a single R shape, and the emission side (the lamp reflector 14 side) has an elliptical shape to reduce aberrations. Note that R represents the radius of a circle, and a single R shape means a single arc curve in which the center position of the radius of curvature is drawn at one point.

14はランプリフレクタであり、入射面14aの形状は、照明系収差を考慮して非球面形状としている。非球面形状としては、楕円形状が設計しやすく効果も高い。図示していないが、この入射面非球面の光軸としては、光源部10から照明系光軸Zに対して垂直に発光した光線とほぼ一致させている。この入射面の形状は、反射面14bを構成する反射ミラーの角度や出射面の曲線形状とのバランスを考慮して設計する必要がある。   Reference numeral 14 denotes a lamp reflector, and the shape of the incident surface 14a is aspherical in consideration of illumination system aberration. As an aspherical shape, an elliptical shape is easy to design and is highly effective. Although not shown, the optical axis of the aspheric surface of the incident surface is substantially coincident with the light beam emitted from the light source unit 10 perpendicular to the illumination system optical axis Z. The shape of the incident surface needs to be designed in consideration of the balance between the angle of the reflecting mirror constituting the reflecting surface 14b and the curved shape of the exit surface.

ランプリフレクタ14の反射面14bは、断面形状が直線形状の反射ミラーとしている。これは、従来の反射ミラーは楕円形状や放物線形状としていたが、照明系収差を小さくする為である。また、反射ミラーの反射面14bは、可視光を全反射させるための蒸着を行う必要がある。   The reflecting surface 14b of the lamp reflector 14 is a reflecting mirror having a linear cross section. This is because the conventional reflection mirror has an elliptical shape or a parabolic shape, but the illumination system aberration is reduced. Further, the reflecting surface 14b of the reflecting mirror needs to be vapor-deposited for totally reflecting visible light.

出射面14cの形状は、設計の難易度あるいは効果を考慮して楕円形状としていて、反射ミラーによって反射される光の光軸と、出射面の非球面形状の光軸とを一致させるように構成する。   The shape of the exit surface 14c is elliptical in consideration of design difficulty or effect, and is configured so that the optical axis of the light reflected by the reflecting mirror matches the aspherical optical axis of the exit surface. To do.

15はコーンレンズであって、照明系光軸Zに対して回転対称なレンズ形状を有する。コーンレンズ15の断面形状は入射面15a、出射面15bともに直線形状としており、反射ミラーで反射された光の進行方向を照明系光軸に平行になるように変更する。3は入射側フライアイレンズである。尚、光源部10を中心として、コーンレンズ15側を前方側とし、もう一方側を後方側とする。   A cone lens 15 has a lens shape rotationally symmetric with respect to the illumination system optical axis Z. The cross-sectional shape of the cone lens 15 is a linear shape for both the entrance surface 15a and the exit surface 15b, and the traveling direction of the light reflected by the reflecting mirror is changed to be parallel to the illumination system optical axis. Reference numeral 3 denotes an incident side fly-eye lens. With the light source unit 10 as the center, the cone lens 15 side is the front side, and the other side is the rear side.

次に、図1を参照して本実施例の光源部10から放射された光路について説明する。光源部10から放射される光は、円筒形レンズ13で集光される。円筒形レンズ13を配置する目的は、光源部10から放射される大きな角度の配光分布に対して、屈折させて配光角度を狭めるためである。後方側に出射された光A6は前方側に変更され、照明形光軸Zに対して垂直に出射された光A5は直進し、前方側に出射された光A4は後方側に変更される。   Next, with reference to FIG. 1, the optical path radiated | emitted from the light source part 10 of a present Example is demonstrated. The light emitted from the light source unit 10 is collected by the cylindrical lens 13. The purpose of arranging the cylindrical lens 13 is to narrow the light distribution angle by refracting the light distribution with a large angle emitted from the light source unit 10. The light A6 emitted to the rear side is changed to the front side, the light A5 emitted perpendicularly to the illumination optical axis Z goes straight, and the light A4 emitted to the front side is changed to the rear side.

円筒形レンズ13で集光された光は、ランプリフレクタ14に進行する。ランプリフレクタ14の入射面14aで光は更に屈折されて配光角度が狭められる。その後、光はランプリフレクタ14の反射面14bで全反射され、出射面14cで屈折されて、コーンレンズ15の入射面15aに対しておよそ垂直に入射する。光は出射面15bで屈折されて照明系光軸に対して略平行となって入射側フライアイレンズ3に入射する。   The light condensed by the cylindrical lens 13 travels to the lamp reflector 14. The light is further refracted by the incident surface 14a of the lamp reflector 14 to narrow the light distribution angle. Thereafter, the light is totally reflected by the reflecting surface 14 b of the lamp reflector 14, is refracted by the exit surface 14 c, and enters the incident surface 15 a of the cone lens 15 approximately perpendicularly. The light is refracted by the exit surface 15b and enters the incident-side fly-eye lens 3 so as to be substantially parallel to the illumination system optical axis.

図8(b)に示す従来方式の照明系では、光源部10から放射される光A1乃至A3の光線角度が、本発明である図1中の光A4乃至A6の光線角度と比較して大きくなっている。また、図3はランプ配光分布を同一とし、入射側フライアイレンズでの照明範囲を同一としたときの入射角度分布を従来方式と比較した入射側フライアイレンズでの入射角度光量分布である。アーク長はおよそ1mmである。入射角度は、入射側フライアイレンズに入射する光の照明系光軸から傾いている角度である。図3から分かるように、本発明は従来例に比べて入射角度が小さい成分が増加していることが分かる。すなわち、従来例と比べると入射側フライアイレンズに入射される光が照明系光軸に対してより平行であるので、PBSでのPS分離度の向上に寄与し、ひいてはスクリーンの照度を向上させることが出来る。   In the conventional illumination system shown in FIG. 8B, the light beam angles of the light A1 to A3 emitted from the light source unit 10 are larger than the light beam angles of the light beams A4 to A6 in FIG. It has become. FIG. 3 shows the incident angle light amount distribution in the incident side fly-eye lens in which the lamp angle distribution is the same and the incident angle distribution when the illumination range in the incident side fly-eye lens is the same is compared with the conventional method. . The arc length is approximately 1 mm. The incident angle is an angle inclined from the illumination system optical axis of the light incident on the incident side fly-eye lens. As can be seen from FIG. 3, it can be seen that the present invention increases the component having a smaller incident angle than the conventional example. That is, compared with the conventional example, the light incident on the incident side fly-eye lens is more parallel to the illumination system optical axis, which contributes to the improvement of the PS separation degree in PBS and thus the illuminance of the screen. I can do it.

上記構成により、光源部10から発光した光を円筒形レンズ13で集光し、ランプリフレクタ14に入射させ、反射面14bで全反射させるようにしたので、ランプリフレクタ14での反射面14bで反射される光の光線角度を抑制することができる。   With the above configuration, the light emitted from the light source unit 10 is collected by the cylindrical lens 13 and is incident on the lamp reflector 14 so as to be totally reflected by the reflecting surface 14b, so that it is reflected by the reflecting surface 14b of the lamp reflector 14. The ray angle of the emitted light can be suppressed.

本発明の第2の実施例に対して、図面を参照して具体的に説明する。図4は本発明の第2の実施例の特に光源ユニットに着目した光学断面図である。1はランプバルブ、10は光源部、13は円筒形レンズ、14はランプリフレクタであり、これらの構成は既に上述した実施例1の構成と同様であるので省略する。16はコーンレンズである。本実施例ではコーンレンズ16は、入射面16aは非球面の楕円形状とし、出射面16bは単一R形状としている。単一R形状については既に上述したとおりである。   A second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 4 is an optical sectional view of the second embodiment of the present invention, particularly focusing on the light source unit. Reference numeral 1 denotes a lamp bulb, 10 denotes a light source section, 13 denotes a cylindrical lens, and 14 denotes a lamp reflector. Since these configurations are the same as those in the first embodiment described above, a description thereof will be omitted. Reference numeral 16 denotes a cone lens. In this embodiment, the cone lens 16 has an incident surface 16a having an aspherical elliptical shape and an exit surface 16b having a single R shape. The single R shape has already been described above.

11はロッドレンズで、柱状のガラスであり、入射面で受光した光がその内部を透過して出射面から出射する構造になっている。Zは照明系光軸である。尚、光源部10を中心として、コーンレンズ16側を前方側とし、もう一方側を後方側とする。
次に、図4を参照して本実施例の光源部10から放射された光の光路について説明する。コーンレンズ16に入射するまでの光の光路については、既に上述した実施例1と同様であるので省略する。ランプリフレクタ14の出射面14cを出射した光は、コーンレンズ16に進行する。コーンレンズ16に入射した光は、出射面16cで屈折されてロッドレンズ11で集光される。
Reference numeral 11 denotes a rod lens, which is a columnar glass, and has a structure in which light received at the incident surface is transmitted through the inside and emitted from the emission surface. Z is the illumination system optical axis. With the light source unit 10 as the center, the cone lens 16 side is the front side, and the other side is the rear side.
Next, the optical path of light emitted from the light source unit 10 of this embodiment will be described with reference to FIG. Since the optical path of the light until it enters the cone lens 16 is the same as that of the first embodiment described above, a description thereof will be omitted. The light emitted from the emission surface 14 c of the lamp reflector 14 proceeds to the cone lens 16. The light incident on the cone lens 16 is refracted by the exit surface 16 c and collected by the rod lens 11.

図9に示す従来方式の照明系では、光B1乃至B3の光線角度が、本発明である図4中の光B4乃至B6の光線角度と比較して大きくなっている。また、図5はランプ配光分布を同一とし、ロッドレンズ入射面での照明範囲を同一としたときの入射角度分布を従来方式と比較した入射側ロッドレンズでの入射角度光量分布である。アーク長はおよそ1mmである。入射角度は、ロッドレンズに入射する光が照明系光軸から傾いている角度である。図5から分かるように、本発明は従来例に比べて、入射角度分布が照明系光軸に近い角度成分が増加していることが分かる。この入射角度分布が照明系光軸に近い角度成分が多いと、プロジェクタ性能のコントラストや色純度や投射レンズ解像度などの光学性能向上に寄与する。また、スクリーンまでの光量のロスも小さくなるため、スクリーンでの照度も向上する。   In the conventional illumination system shown in FIG. 9, the light beam angles of the light beams B1 to B3 are larger than the light beam angles of the light beams B4 to B6 in FIG. 4 according to the present invention. Further, FIG. 5 shows the incident angle light amount distribution in the incident side rod lens in which the incident light distribution is the same when the lamp light distribution is the same and the illumination range on the rod lens incident surface is the same, compared with the conventional method. The arc length is approximately 1 mm. The incident angle is an angle at which light incident on the rod lens is inclined from the illumination system optical axis. As can be seen from FIG. 5, in the present invention, the angle component of the incident angle distribution near the illumination system optical axis is increased as compared with the conventional example. If this incident angle distribution has many angle components close to the optical axis of the illumination system, it contributes to improvement of optical performance such as contrast of projector performance, color purity, and projection lens resolution. In addition, since the loss of light quantity to the screen is reduced, the illuminance on the screen is also improved.

上記構成により、光源部10から発光した光を円筒形レンズ13で集光し、ランプリフレクタ14に入射させ、反射面14bで全反射させるようにしたので、反射面14bで反射される光の光線角度を抑制出来る。これにより、ロッドレンズ入射面での光の照明サイズを減少させられる。   With the above configuration, the light emitted from the light source unit 10 is collected by the cylindrical lens 13, and is incident on the lamp reflector 14 and totally reflected by the reflecting surface 14b. The angle can be suppressed. Thereby, the illumination size of the light on the rod lens incident surface can be reduced.

本発明の第3の実施例に対して、図面を参照して具体的に説明する。図6は本発明の第3の実施例の特に光源ユニットに着目した光学断面図である。1はランプバルブ、10は光源部、13は第1の円筒形レンズ、15はコーンレンズであり、これらの構成は既に上述した実施例1の構成と同様であるので省略する。17は第2の円筒形レンズで、入射面17aは単一R形状で、出射面17bは非球面の楕円形状としている。単一R形状については既に上述したとおりである。   A third embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 6 is an optical sectional view focusing on the light source unit of the third embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a lamp bulb, 10 denotes a light source unit, 13 denotes a first cylindrical lens, and 15 denotes a cone lens. Since these configurations are the same as those in the first embodiment described above, a description thereof is omitted. Reference numeral 17 denotes a second cylindrical lens. The incident surface 17a has a single R shape, and the output surface 17b has an aspherical elliptical shape. The single R shape has already been described above.

18は反射ミラーで可視光を全反射するような蒸着を行っている。19はコーンレンズであり、入射面19aは直線形状で、出射面19bは非球面の楕円形状としている。尚、光源部10を中心として、コーンレンズ15側を前方側とし、もう一方側を後方側とする。   Reference numeral 18 denotes a vapor deposition that totally reflects visible light by a reflection mirror. Reference numeral 19 denotes a cone lens. The incident surface 19a has a linear shape, and the output surface 19b has an aspherical elliptical shape. With the light source unit 10 as the center, the cone lens 15 side is the front side, and the other side is the rear side.

次に、図6を参照して本実施例の光源部10から放射された光の光路について説明する。円筒形レンズ13を出射するまでの光の光路については、既に上述した実施例1と同様であるので省略する。第1の円筒形レンズの出射面13bから出射された光は、第2の円筒形レンズ17の入射面17aで更に屈折されて配光角度が狭められる。その後、光は反射ミラー18で全反射され、コーンレンズ19に入射する。コーンレンズ19に進行した光は、出射面19bで屈折されてコーンレンズ15に入射される。   Next, the optical path of light emitted from the light source unit 10 of this embodiment will be described with reference to FIG. Since the optical path of the light until it exits the cylindrical lens 13 is the same as that of the first embodiment described above, a description thereof will be omitted. The light emitted from the exit surface 13b of the first cylindrical lens is further refracted by the entrance surface 17a of the second cylindrical lens 17, and the light distribution angle is narrowed. Thereafter, the light is totally reflected by the reflection mirror 18 and enters the cone lens 19. The light that has traveled to the cone lens 19 is refracted by the exit surface 19 b and is incident on the cone lens 15.

コーンレンズ15の入射面15aに対しておよそ垂直に入射する。光は出射面15bで屈折されて照明系光軸に対しておよそ平行となってフライアイレンズ3に入射する。   Incidence is approximately perpendicular to the incident surface 15 a of the cone lens 15. The light is refracted at the exit surface 15b and enters the fly-eye lens 3 so as to be approximately parallel to the illumination system optical axis.

上記構成により、光源部10から発光した光を第1の円筒形レンズ13で集光し、更に第2の円筒形レンズ17に入射させて、反射ミラー18で全反射させるようにしたので、これにより、光の光線角度を小さくすることができる。また、既に上述した実施例1に係る厚みのある形状をしたランプリフレクタを、第2の円筒形レンズ17、反射ミラー18、コーンレンズ19のように分割して構成したので、照明装置の軽量化にも寄与することが出来る。   With the above configuration, the light emitted from the light source unit 10 is collected by the first cylindrical lens 13 and further incident on the second cylindrical lens 17 so as to be totally reflected by the reflection mirror 18. Thus, the light beam angle can be reduced. In addition, since the lamp reflector having the thick shape according to the first embodiment described above is divided into the second cylindrical lens 17, the reflection mirror 18, and the cone lens 19, the weight of the lighting device is reduced. Can also contribute.

本発明は、光源部から放射された光の光利用効率の向上が図れるため、投射型表示装置に有用である。   The present invention can improve the light use efficiency of the light emitted from the light source unit, and is thus useful for a projection display device.

1 ランプバルブ
2、12、14 ランプリフレクタ
3 入射側フライアイレンズ
4 出射側フライアイレンズ
5 PBS
6 第1照明レンズ
7 第2照明レンズ
8 入射偏光板
9 LCD
10 光源部
11 ロッドレンズ
13、17 円筒形レンズ
15、16、19 コーンレンズ
18 反射ミラー
20 虚像
21 被照射面
22 光軸
100 ランプ
100a 発光部
100b 変形ランプリフレクター
100c ランプ前面レンズ
170 傾放物鏡
171 円錐レンズ
172 焦点
173 放物線の軸
300 ロッドインテグレーター
300a 入射面
300b 側面
300c 出射面
Z 照明系光軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lamp bulb 2, 12, 14 Lamp reflector 3 Incident side fly eye lens 4 Outgoing side fly eye lens 5 PBS
6 First Illumination Lens 7 Second Illumination Lens 8 Incident Polarizing Plate 9 LCD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source part 11 Rod lens 13, 17 Cylindrical lens 15, 16, 19 Cone lens 18 Reflection mirror 20 Virtual image 21 Irradiated surface 22 Optical axis 100 Lamp 100a Light emission part 100b Deformation lamp reflector 100c Lamp front lens 170 Inclined parabolic mirror 171 Cone Lens 172 Focus 173 Parabolic axis 300 Rod integrator 300a Incident surface 300b Side surface 300c Outgoing surface Z Illumination system optical axis

Claims (2)

光源部と、
該光源部より放射される光を集光する円筒形レンズと、
該円筒形レンズから出射される光が集光される入射面と、入射された光を反射させる反射面と、反射される光が集光される出射面とを有し、照明系光軸を中心として回転対称形状であるランプリフレクタと、
該ランプリフレクタの前方に配置され前記ランプリフレクタで反射される光の進行方向を前記照明系光軸に沿うように変更する回転対称レンズからなる照明装置。
A light source unit;
A cylindrical lens that collects light emitted from the light source unit;
The illumination system has an incident surface on which light emitted from the cylindrical lens is collected, a reflection surface that reflects incident light, and an emission surface on which reflected light is collected. A lamp reflector having a rotationally symmetric shape as a center;
An illumination device comprising a rotationally symmetric lens disposed in front of the lamp reflector and changing a traveling direction of light reflected by the lamp reflector so as to be along the optical axis of the illumination system.
光源部と、
該光源部より放射される光を集光するための第1の円筒形レンズと、
該第1の円筒形レンズから出射される光を集光する第2の円筒形レンズと、
照明系光軸を中心とする回転対称形状であって、前記第2の円筒形レンズから出射される光を反射する反射鏡と、
該反射鏡の前方に配置され前記反射鏡で反射される光の進行方向を変更する第1の回転対称レンズと、
該第1の回転対称レンズの前方に配置され前記第1の回転対称レンズから出射される光の進行方向を前記照明系光軸に沿うように変更する第2の回転対称レンズからなる照明装置。

A light source unit;
A first cylindrical lens for collecting the light emitted from the light source unit;
A second cylindrical lens for condensing light emitted from the first cylindrical lens;
A reflecting mirror that is rotationally symmetric about the optical axis of the illumination system and reflects light emitted from the second cylindrical lens;
A first rotationally symmetric lens disposed in front of the reflecting mirror for changing a traveling direction of light reflected by the reflecting mirror;
An illumination device comprising a second rotationally symmetric lens disposed in front of the first rotationally symmetric lens and changing a traveling direction of light emitted from the first rotationally symmetric lens so as to be along the illumination system optical axis.

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