JP2019032471A - Luminaire and projector - Google Patents

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Koichi Akiyama
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Abstract

To provide a compact luminaire that can easily ensure telecentricity.SOLUTION: A luminaire of the present invention comprises: a light source unit that includes a plurality of light emitting elements and emits a bundle of rays consisting of a plurality of rays; a collimation optical system that is provided on a light path of the bundle of rays emitted from the light source unit; and a bundle of rays compression optical system that is provided on the light path of the bundle of rays passing through the collimation optical system. The bundle of rays compression optical system includes a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens arranged in order from an incident side of the bundle of rays; the first lens is formed of a spherical lens having a positive power; the second lens is formed of a first anamorphic lens having a positive power; the third lens is formed of a second anamorphic lens having a negative power; and the fourth lens is formed of a spherical lens.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。   The present invention relates to a lighting device and a projector.

例えばプロジェクターに用いる照明装置として、半導体レーザー等の発光素子を利用した照明装置が提案されている。下記の特許文献1には、2次元レーザーアレイ光源と、インテグレーター光学系と、複数の第1レンズと、複数の第2レンズと、を含む照明光学系を備えたプロジェクターが開示されている。このプロジェクターにおいて、2次元レーザーアレイ光源から射出された複数の光は、インテグレーター光学系によって重畳され、液晶パネル等の光変調素子に照射される。   For example, as a lighting device used for a projector, a lighting device using a light emitting element such as a semiconductor laser has been proposed. Patent Document 1 below discloses a projector including an illumination optical system including a two-dimensional laser array light source, an integrator optical system, a plurality of first lenses, and a plurality of second lenses. In this projector, a plurality of lights emitted from the two-dimensional laser array light source are superimposed by an integrator optical system and irradiated onto a light modulation element such as a liquid crystal panel.

特開2013−15762号公報JP 2013-15762 A

一般的に、光変調素子のアスペクト比はレーザーアレイ光源から射出される光のアスペクト比とは異なり、さらに、光変調素子のサイズはレーザーアレイ光源から射出される光のサイズとは異なる。そのため、光変調素子を照明する場合、レーザーアレイ光源から射出された光のアスペクト比やサイズを調整するための光学系が必要となる。照明装置の小型化やコスト低減の目的でインテグレーター光学系を省略すると、レーザーアレイ光源からの光の断面形状を調整しつつサイズを大きく変換しなければならない。そのため、仮にレーザーアレイ光源からの光のアスペクト比やサイズが調整できたとしても、光変調素子に入射する光のテレセントリック性を確保することが難しい。   In general, the aspect ratio of the light modulation element is different from the aspect ratio of the light emitted from the laser array light source, and the size of the light modulation element is different from the size of the light emitted from the laser array light source. Therefore, when illuminating the light modulation element, an optical system for adjusting the aspect ratio and size of the light emitted from the laser array light source is necessary. If the integrator optical system is omitted for the purpose of reducing the size of the lighting device and reducing the cost, the size must be largely changed while adjusting the cross-sectional shape of the light from the laser array light source. Therefore, even if the aspect ratio and size of the light from the laser array light source can be adjusted, it is difficult to ensure the telecentricity of the light incident on the light modulation element.

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、前記照明装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。   One aspect of the present invention is made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a small lighting device that can easily ensure telecentricity. Another aspect of the present invention is to provide a projector including the lighting device.

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、複数の発光素子を備え、複数の光からなる光線束を射出する光源部と、前記光源部から射出された前記光線束の光路上に設けられたコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過した前記光線束の光路上に設けられた光線束圧縮光学系と、を備える。前記光線束圧縮光学系は、前記光線束の入射側から順に配置された第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズ、および第4のレンズを含み、前記第1のレンズは正のパワーを有する球面レンズからなり、前記第2のレンズは正のパワーを有する第1のアナモフィックレンズからなり、前記第3のレンズは負のパワーを有する第2のアナモフィックレンズからなり、前記第4のレンズは球面レンズからなる。   In order to achieve the above object, an illumination device according to an aspect of the present invention includes a light source unit that includes a plurality of light emitting elements and that emits a light bundle composed of a plurality of lights, and the light beam emitted from the light source unit. A collimating optical system provided on the optical path of the bundle, and a light bundle compression optical system provided on the optical path of the light bundle that has passed through the collimating optical system. The light bundle compression optical system includes a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens arranged in order from the incident side of the light bundle, and the first lens is a positive lens The second lens is composed of a first anamorphic lens having positive power, the third lens is composed of a second anamorphic lens having negative power, and the fourth lens is composed of a spherical lens having power. The lens is a spherical lens.

本発明の一つの態様の照明装置によれば、ともに球面レンズからなる第1のレンズと第4のレンズとによってアフォーカル光学系が構成され、このアフォーカル光学系によって、光源部からの光線束は平行度が維持されつつサイズが縮小される。また、ともにアナモフィックレンズからなる第2のレンズと第3のレンズとによって形状調整光学系が構成され、この形状調整光学系によって、光源部からの光線束の断面形状およびアスペクト比が調整される。このように、2つのアナモフィックレンズからなる形状調整光学系が2つの球面レンズからなるアフォーカル光学系の内部に組み込まれているため、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置を実現することができる。   According to the illumination device of one aspect of the present invention, an afocal optical system is configured by the first lens and the fourth lens, both of which are spherical lenses, and the light beam from the light source unit is formed by the afocal optical system. Is reduced in size while maintaining parallelism. In addition, the second lens and the third lens, both of which are anamorphic lenses, form a shape adjusting optical system, and the shape adjusting optical system adjusts the cross-sectional shape and the aspect ratio of the light beam from the light source unit. As described above, since the shape adjusting optical system composed of two anamorphic lenses is incorporated in the afocal optical system composed of two spherical lenses, it is possible to realize a small illumination device that can easily ensure telecentricity. it can.

本発明の一つの態様の照明装置において、前記第1のアナモフィックレンズは第1のシリンドリカルレンズから構成され、前記第2のアナモフィックレンズは第2のシリンドリカルレンズから構成されていてもよい。   In the illumination device according to one aspect of the present invention, the first anamorphic lens may be composed of a first cylindrical lens, and the second anamorphic lens may be composed of a second cylindrical lens.

この構成によれば、照明装置のコストを低減することができる。   According to this configuration, the cost of the lighting device can be reduced.

本発明の一つの態様の照明装置において、前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーから構成され、前記コリメート光学系は、第3のシリンドリカルレンズと、前記第3のシリンドリカルレンズの後段に設けられた第4のシリンドリカルレンズと、を含み、前記第3のシリンドリカルレンズの母線と前記第4のシリンドリカルレンズの母線とが互いに直交していてもよい。   In the illumination device according to one aspect of the present invention, each of the plurality of light emitting elements is formed of a semiconductor laser, and the collimating optical system is provided at a stage subsequent to a third cylindrical lens and the third cylindrical lens. A fourth cylindrical lens, and the generatrix of the third cylindrical lens and the generatrix of the fourth cylindrical lens may be orthogonal to each other.

この構成によれば、複数の球面レンズを備えたコリメート光学系を用いた場合と比べて、光線束のサイズを縮小した後の複数の光の間隔が小さくなるため、光線束の照度の均一性を高めることができる。   According to this configuration, compared to the case where a collimating optical system including a plurality of spherical lenses is used, the interval between the plurality of lights after the size of the light bundle is reduced is reduced, so that the illuminance uniformity of the light bundle is reduced. Can be increased.

本発明の一つの態様の照明装置において、前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーからなり、前記コリメート光学系は、複数の凸レンズを含み、前記半導体レーザーの光射出領域の長手方向は、前記第1のシリンドリカルレンズの母線および前記第2のシリンドリカルレンズの母線と平行であってもよい。   In the illumination device according to one aspect of the present invention, each of the plurality of light emitting elements includes a semiconductor laser, the collimating optical system includes a plurality of convex lenses, and a longitudinal direction of a light emission region of the semiconductor laser is the first direction. It may be parallel to the generatrix of one cylindrical lens and the generatrix of the second cylindrical lens.

この構成によれば、半導体レーザーの光射出領域の長手方向が第1のシリンドリカルレンズの母線および第2のシリンドリカルレンズの母線と垂直である場合に比べて、光線束のサイズを縮小した後の複数の光の間隔が小さくなるため、光線束の照度の均一性を高めることができる。   According to this configuration, as compared with the case where the longitudinal direction of the light emission region of the semiconductor laser is perpendicular to the bus line of the first cylindrical lens and the bus bar of the second cylindrical lens, the plurality of light beams after the size of the light beam is reduced Therefore, the uniformity of the illuminance of the light bundle can be improved.

本発明の一つの態様の照明装置は、前記光線束圧縮光学系を通過した前記光線束を拡散させる拡散素子をさらに備えていてもよい。   The illumination device according to one aspect of the present invention may further include a diffusing element that diffuses the light beam that has passed through the light beam compression optical system.

この構成によれば、光線束圧縮光学系を通過した光線束が拡散素子によって拡散されるため、光線束の照度の均一性を高めることができる。   According to this configuration, since the light beam that has passed through the light beam compression optical system is diffused by the diffusing element, the illuminance uniformity of the light beam can be improved.

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備える。   A projector according to an aspect of the present invention includes an illumination device according to an aspect of the present invention, a light modulation device that forms image light by modulating light from the illumination device according to image information, and the image light. A projection optical system.

この構成によれば、表示品位に優れた小型のプロジェクターを実現することができる。   According to this configuration, it is possible to realize a small projector with excellent display quality.

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光変調装置は、長手方向を有する画像形成領域を備え、前記第1のアナモフィックレンズは第1のシリンドリカルレンズからなり、前記第2のアナモフィックレンズは第2のシリンドリカルレンズからなり、前記第1のシリンドリカルレンズの母線および前記第2のシリンドリカルレンズの母線は、前記長手方向と平行であってもよい。   In the projector according to one aspect of the present invention, the light modulation device includes an image forming region having a longitudinal direction, the first anamorphic lens includes a first cylindrical lens, and the second anamorphic lens includes a second anamorphic lens. The first and second cylindrical lenses may be parallel to the longitudinal direction of the first cylindrical lens and the second cylindrical lens.

この構成によれば、光線束のアスペクト比やサイズを画像形成領域のアスペクト比やサイズに合わせて調整しやすい。   According to this configuration, it is easy to adjust the aspect ratio and size of the light beam according to the aspect ratio and size of the image forming area.

第1実施形態のプロジェクターの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the projector of 1st Embodiment. 第1実施形態の照明装置の斜視図である。It is a perspective view of the illuminating device of 1st Embodiment. 照明装置の平面図である。It is a top view of an illuminating device. 照明装置の側面図である。It is a side view of an illuminating device. 発光素子の斜視図である。It is a perspective view of a light emitting element. 光線束圧縮光学系の前段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the intensity distribution of the light beam in the front | former stage of a light beam compression optical system. 光線束圧縮光学系の後段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the intensity distribution of the light beam in the back | latter stage of a light beam compression optical system. 画像形成領域における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the intensity distribution of the light beam in an image formation area. 第2実施形態の照明装置の斜視図である。It is a perspective view of the illuminating device of 2nd Embodiment. 光線束圧縮光学系の前段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the intensity distribution of the light beam in the front | former stage of a light beam compression optical system. 光線束圧縮光学系の後段における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the intensity distribution of the light beam in the back | latter stage of a light beam compression optical system. 画像形成領域における光線束の強度分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the intensity distribution of the light beam in an image formation area.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

[第1実施形態]
図1は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図1に示すように、プロジェクター100は、赤色光用照明装置101Rと、緑色光用照明装置101Gと、青色光用照明装置101Bと、赤色光用液晶ライトバルブ102Rと、緑色光用液晶ライトバルブ102Gと、青色光用液晶ライトバルブ102Bと、フィールドレンズ106Bと、フィールドレンズ106Gと、フィールドレンズ106Rと、色合成素子103と、投射光学系104と、を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the projector 100 includes a red light illumination device 101R, a green light illumination device 101G, a blue light illumination device 101B, a red light liquid crystal light valve 102R, and a green light liquid crystal light valve. 102G, a blue light liquid crystal light valve 102B, a field lens 106B, a field lens 106G, a field lens 106R, a color composition element 103, and a projection optical system 104.

本実施形態において、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101G、および青色光用照明装置101Bの各々は、特許請求の範囲の「照明装置」に対応する。赤色光用液晶ライトバルブ102R、緑色光用液晶ライトバルブ102G、および青色光用液晶ライトバルブ102Bの各々は、特許請求の範囲の「光変調装置」に対応する。   In the present embodiment, each of the red light illumination device 101R, the green light illumination device 101G, and the blue light illumination device 101B corresponds to an “illumination device” in the claims. Each of the liquid crystal light valve for red light 102R, the liquid crystal light valve for green light 102G, and the liquid crystal light valve for blue light 102B corresponds to the “light modulation device” in the claims.

プロジェクター100は、概略、以下のように動作する。
赤色光用照明装置101Rから射出された複数の赤色のレーザー光からなる光線束LRは、フィールドレンズ106Rを介して赤色光用液晶ライトバルブ102Rに入射して変調される。緑色光用照明装置101Gから射出された複数の緑色のレーザー光からなる光線束LGは、フィールドレンズ106Gを介して緑色光用液晶ライトバルブ102Gに入射して変調される。青色光用照明装置101Bから射出された複数の青色のレーザー光からなる光線束LBは、フィールドレンズ106Bを介して青色光用液晶ライトバルブ102Bに入射して変調される。
The projector 100 generally operates as follows.
A light bundle LR composed of a plurality of red laser beams emitted from the red light illumination device 101R enters the red light liquid crystal light valve 102R via the field lens 106R and is modulated. A light bundle LG made up of a plurality of green laser beams emitted from the green light illumination device 101G is incident on the green light liquid crystal light valve 102G via the field lens 106G and modulated. A light beam LB composed of a plurality of blue laser lights emitted from the blue light illumination device 101B is incident on the blue light liquid crystal light valve 102B via the field lens 106B and modulated.

青色光用液晶ライトバルブ102Bは、図示を省略するが、一対のガラス基板の間に液晶層が挟持された液晶パネルと、液晶パネルの光入射側に配置された光入射側偏光板と、液晶パネルの光射出側に配置された光射出側偏光板と、を備えている。また、青色光用液晶ライトバルブ102Bは、長手方向と短手方向とを有する矩形状の画像形成領域を備えている。液晶パネルの動作モードは、TNモード、VAモード、横電界モード等、特に限定されるものではない。緑色光用液晶ライトバルブ102G、赤色光用液晶ライトバルブ102Rも、同様の構成である。青色光用液晶ライトバルブ102Bは、青色光用照明装置101Bからの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する。緑色光用液晶ライトバルブ102G、赤色光用液晶ライトバルブ102Rについても、同様である。   Although not shown, the blue light liquid crystal light valve 102B includes a liquid crystal panel in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of glass substrates, a light incident side polarizing plate disposed on the light incident side of the liquid crystal panel, and a liquid crystal A light emission side polarizing plate disposed on the light emission side of the panel. Further, the blue light liquid crystal light valve 102B includes a rectangular image forming region having a longitudinal direction and a lateral direction. The operation mode of the liquid crystal panel is not particularly limited, such as a TN mode, a VA mode, and a horizontal electric field mode. The liquid crystal light valve for green light 102G and the liquid crystal light valve for red light 102R have the same configuration. The blue light liquid crystal light valve 102B forms image light by modulating light from the blue light illumination device 101B according to image information. The same applies to the green light liquid crystal light valve 102G and the red light liquid crystal light valve 102R.

赤色光用液晶ライトバルブ102Rにより変調された赤色光、緑色光用液晶ライトバルブ102Gにより変調された緑色光、および青色光用液晶ライトバルブ102Bにより変調された青色光は、色合成素子103によって合成される。色合成素子103は、例えばクロスダイクロイックプリズムから構成されている。色合成素子103により合成された光は、画像光として射出された後、投射光学系104によりスクリーンSCRに拡大投射される。投射光学系104は、複数のレンズによって構成されている。このようにして、フルカラーの画像が表示される。   The red light modulated by the red light liquid crystal light valve 102R, the green light modulated by the green light liquid crystal light valve 102G, and the blue light modulated by the blue light liquid crystal light valve 102B are combined by the color combining element 103. Is done. The color synthesizing element 103 is composed of, for example, a cross dichroic prism. The light synthesized by the color synthesizing element 103 is emitted as image light and then enlarged and projected onto the screen SCR by the projection optical system 104. The projection optical system 104 includes a plurality of lenses. In this way, a full color image is displayed.

以下、青色光用照明装置101Bから光線束が射出される方向をY方向とし、投射光学系104から光が射出される方向をX方向とし、X方向およびY方向と垂直な方向をZ方向として説明する。   Hereinafter, the direction in which the light beam is emitted from the blue light illumination device 101B is defined as the Y direction, the direction in which the light is emitted from the projection optical system 104 is defined as the X direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as the Z direction. explain.

各照明装置について説明する。
青色光用照明装置101B、緑色光用照明装置101G、および赤色光用照明装置101Rは、射出する光の色(波長域)が互いに異なるだけであり、装置構成は同様である。一例として、青色光用照明装置101Bは、概ね380nm〜495nmの波長域にピーク波長を有する光を射出する。緑色光用照明装置101Gは、概ね495nm〜585nmの波長域にピーク波長を有する光を射出する。赤色光用照明装置101Rは、概ね585nm〜720nmの波長域にピーク波長を有する光を射出する。
Each lighting device will be described.
The blue light illuminating device 101B, the green light illuminating device 101G, and the red light illuminating device 101R are different from each other only in the color (wavelength range) of emitted light, and have the same device configuration. As an example, the blue light illumination device 101B emits light having a peak wavelength in a wavelength range of approximately 380 nm to 495 nm. The green light illuminating device 101G emits light having a peak wavelength in a wavelength range of approximately 495 nm to 585 nm. The red light illumination device 101R emits light having a peak wavelength in a wavelength range of approximately 585 nm to 720 nm.

したがって、以下では、青色光用照明装置101Bについてのみ説明し、赤色光用照明装置101Rおよび緑色光用照明装置101Gについては説明を省略する。   Accordingly, only the blue light illumination device 101B will be described below, and the description of the red light illumination device 101R and the green light illumination device 101G will be omitted.

図2は青色光用照明装置101Bの斜視図である。図3は、青色光用照明装置101BをZ方向に見た平面図である。図4は、青色光用照明装置101BをX方向に見た側面図である。   FIG. 2 is a perspective view of the blue light illumination device 101B. FIG. 3 is a plan view of the blue light illumination device 101B as viewed in the Z direction. FIG. 4 is a side view of the blue light illuminating device 101B as viewed in the X direction.

図2〜図4に示すように、青色光用照明装置101Bは、光源部11と、コリメート光学系12と、光線束圧縮光学系13と、拡散素子14と、を備えている。光源部11は、複数の発光素子111を備え、複数の光Lからなる光線束Kを射出する。コリメート光学系12は、光源部11から射出された光線束Kの光路上に設けられている。光線束圧縮光学系13は、コリメート光学系12を通過した光線束Kの光路上に設けられている。拡散素子14は、光線束圧縮光学系13を通過した光線束Kを拡散させる。   As shown in FIGS. 2 to 4, the blue light illumination device 101 </ b> B includes a light source unit 11, a collimating optical system 12, a light beam compression optical system 13, and a diffusing element 14. The light source unit 11 includes a plurality of light emitting elements 111 and emits a light bundle K composed of a plurality of lights L. The collimating optical system 12 is provided on the optical path of the light beam K emitted from the light source unit 11. The light bundle compression optical system 13 is provided on the optical path of the light bundle K that has passed through the collimating optical system 12. The diffusing element 14 diffuses the light beam K that has passed through the light beam compression optical system 13.

最初に、光線束圧縮光学系13について説明する。
光線束圧縮光学系13は、光線束Kの入射側から順に配置された第1のレンズ131、第2のレンズ132、第3のレンズ133および第4のレンズ134を含んでいる。第1のレンズ131は、正のパワーを有する球面レンズからなる。第2のレンズ132は、正のパワーを有する第1のアナモフィックレンズからなる。第3のレンズ133は、負のパワーを有する第2のアナモフィックレンズからなる。第4のレンズ134は、負のパワーを有する球面レンズからなる。
First, the light bundle compression optical system 13 will be described.
The light bundle compression optical system 13 includes a first lens 131, a second lens 132, a third lens 133, and a fourth lens 134 that are arranged in order from the incident side of the light bundle K. The first lens 131 is a spherical lens having a positive power. The second lens 132 is composed of a first anamorphic lens having positive power. The third lens 133 is a second anamorphic lens having negative power. The fourth lens 134 is a spherical lens having negative power.

第1のレンズ131と第4のレンズ134とは、コリメート光学系12から射出された光線束Kを圧縮するアフォーカル光学系を構成する。第1のレンズ131は、球面からなる凸面と平面とを有する平凸レンズから構成されている。第4のレンズ134は、球面からなる凹面と平面とを有する平凹レンズから構成されている。   The first lens 131 and the fourth lens 134 constitute an afocal optical system that compresses the light bundle K emitted from the collimating optical system 12. The first lens 131 is composed of a plano-convex lens having a convex surface and a flat surface. The fourth lens 134 is constituted by a plano-concave lens having a concave surface and a flat surface.

第2のレンズ132と第3のレンズ133とは、コリメート光学系12から射出された光線束Kのアスペクト比を調整する形状調整光学系を構成する。第2のレンズ132は、第1のアナモフィックレンズである第1のシリンドリカルレンズから構成されている。第1のシリンドリカルレンズは、凸面と平面とを有する平凸レンズから構成されており、母線132bがX方向と平行な方向を向くように配置されている。第3のレンズ133は、第2のアナモフィックレンズである第2のシリンドリカルレンズから構成されている。第2のシリンドリカルレンズは、凹面と平面とを有する平凹レンズから構成されており、母線133bがX方向と平行な方向を向くように配置されている。   The second lens 132 and the third lens 133 constitute a shape adjusting optical system that adjusts the aspect ratio of the light beam K emitted from the collimating optical system 12. The second lens 132 is composed of a first cylindrical lens that is a first anamorphic lens. The first cylindrical lens is composed of a plano-convex lens having a convex surface and a flat surface, and is arranged so that the generatrix 132b faces a direction parallel to the X direction. The third lens 133 is composed of a second cylindrical lens that is a second anamorphic lens. The second cylindrical lens is composed of a plano-concave lens having a concave surface and a flat surface, and is arranged so that the generatrix 133b faces a direction parallel to the X direction.

第1のシリンドリカルレンズの母線132bおよび第2のシリンドリカルレンズの母線133bは、青色光用照明装置101Bに対応する青色光用液晶ライトバルブ102Bの画像形成領域の長手方向と平行である。   The bus 132b of the first cylindrical lens and the bus 133b of the second cylindrical lens are parallel to the longitudinal direction of the image forming region of the blue light liquid crystal light valve 102B corresponding to the blue light illumination device 101B.

図4に示すように、第2のレンズ132は、母線132bと直交するYZ平面と平行な面内においてのみ屈折力を持っていることで、発光素子111からの光LをYZ平面と平行な面内において屈折させる。一方、図3に示すように、第2のレンズ132は、母線132bと平行なXY平面と平行な面内においては屈折力を持たない。そのため、光Lは、XY平面と平行な面内においては、屈折することなく、第2のレンズ132を透過する。   As shown in FIG. 4, the second lens 132 has refractive power only in a plane parallel to the YZ plane orthogonal to the generatrix 132b, so that the light L from the light emitting element 111 is parallel to the YZ plane. Refract in the plane. On the other hand, as shown in FIG. 3, the second lens 132 has no refractive power in a plane parallel to the XY plane parallel to the generatrix 132b. Therefore, the light L is transmitted through the second lens 132 without being refracted in a plane parallel to the XY plane.

図4に示すように、第3のレンズ133は、母線133bと直交するYZ平面と平行な面内においてのみ屈折力を持っていることで、発光素子111からの光LをYZ平面と平行な面内において屈折させる。一方、図3に示すように、第3のレンズ133は、母線133bと平行なXY平面と平行な面内においては屈折力を持たない。そのため、光Lは、XY平面と平行な面内においては、屈折することなく、第3のレンズ133を透過する。   As shown in FIG. 4, the third lens 133 has refractive power only in a plane parallel to the YZ plane orthogonal to the generatrix 133b, so that the light L from the light emitting element 111 is parallel to the YZ plane. Refract in the plane. On the other hand, as shown in FIG. 3, the third lens 133 has no refractive power in a plane parallel to the XY plane parallel to the generatrix 133b. Therefore, the light L is transmitted through the third lens 133 without being refracted in a plane parallel to the XY plane.

したがって、光線束Kは、光線束圧縮光学系13を通過することにより、XY平面と平行な面内よりもYZ平面と平行な面内において大きい圧縮率で圧縮される。第2のレンズ132と第3のレンズ133との間の距離、第2のレンズ132の屈折力、および第3のレンズ133の屈折力は、光線束圧縮光学系13を透過した光線束Kの断面形状のアスペクト比が画像形成領域のアスペクト比と略一致するように設定されている。   Therefore, the light beam K passes through the light beam compression optical system 13 and is compressed at a higher compression rate in the plane parallel to the YZ plane than in the plane parallel to the XY plane. The distance between the second lens 132 and the third lens 133, the refractive power of the second lens 132, and the refractive power of the third lens 133 are determined by the light beam K transmitted through the light beam compression optical system 13. The aspect ratio of the cross-sectional shape is set to substantially match the aspect ratio of the image forming area.

また、第1のレンズ131と第4のレンズ134とがアフォーカル光学系を構成するため、光線束圧縮光学系13の前後でのテレセントリック性が維持される。   Further, since the first lens 131 and the fourth lens 134 constitute an afocal optical system, the telecentricity before and after the light beam compression optical system 13 is maintained.

図2に示すように、光源部11は、基材112と、複数の支持部材113と、支持部材113に支持された複数の発光素子111とを備える。基材112および支持部材113は、例えばアルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属材料から構成されている。複数の支持部材113は、基材112の第1面112aに設置されている。   As shown in FIG. 2, the light source unit 11 includes a base material 112, a plurality of support members 113, and a plurality of light emitting elements 111 supported by the support members 113. The base material 112 and the support member 113 are made of a metal material having excellent heat dissipation, such as aluminum and copper. The plurality of support members 113 are installed on the first surface 112 a of the base material 112.

各支持部材113は板状の部材であって、上面113aと下面113bとを有する。上面113aおよび下面113bの平面形状は、略矩形状であって、X方向に長辺を有し、Y方向に短辺を有している。上面113aはXY平面と平行であり、水平面となっている。   Each support member 113 is a plate-like member and has an upper surface 113a and a lower surface 113b. The planar shapes of the upper surface 113a and the lower surface 113b are substantially rectangular and have long sides in the X direction and short sides in the Y direction. The upper surface 113a is parallel to the XY plane and is a horizontal plane.

複数の発光素子111の各々は、半導体レーザーから構成されている。複数の発光素子111は、支持部材113の上面113aに一方向(X方向)に沿って所定の間隔をおいて実装されている。また、複数の支持部材113は、基材112の第1面112aに一方向(Z方向)に沿って所定の間隔をおいて固定されている。本実施形態では、一例として、光源部11は、5個の発光素子111がそれぞれ実装された5個の支持部材113を備えている。   Each of the plurality of light emitting elements 111 is composed of a semiconductor laser. The plurality of light emitting elements 111 are mounted on the upper surface 113a of the support member 113 at a predetermined interval along one direction (X direction). The plurality of support members 113 are fixed to the first surface 112a of the base material 112 at a predetermined interval along one direction (Z direction). In the present embodiment, as an example, the light source unit 11 includes five support members 113 each having five light emitting elements 111 mounted thereon.

各発光素子111が1本のレーザービームからなる光Lを射出し、光源部11は全体として複数の光Lを含む光線束Kを射出する。X方向において隣り合う2つの光Lの間隔とZ方向において隣り合う2つの光Lの間隔とは略同じである。そのため、光線束Kの中心軸に垂直な断面形状は、略正方形状である。   Each light emitting element 111 emits light L composed of one laser beam, and the light source unit 11 emits a light beam K including a plurality of lights L as a whole. The interval between the two lights L adjacent in the X direction and the interval between the two lights L adjacent in the Z direction are substantially the same. Therefore, the cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the light beam K is a substantially square shape.

図5は、発光素子111の斜視図である。
図5に示すように、発光素子111は、光Lを射出する光射出面111aを有している。光射出面111aは、光射出面111aからの光Lの主光線Lcの射出方向から見て、長手方向W1と短手方向W2とを有する略矩形状の平面形状を有している。図5において、長手方向W1はX方向と平行であり、短手方向W2はZ方向と平行である。
FIG. 5 is a perspective view of the light emitting element 111.
As shown in FIG. 5, the light emitting element 111 has a light emission surface 111 a that emits light L. The light exit surface 111a has a substantially rectangular planar shape having a longitudinal direction W1 and a lateral direction W2 when viewed from the exit direction of the principal ray Lc of the light L from the light exit surface 111a. In FIG. 5, the longitudinal direction W1 is parallel to the X direction, and the short side direction W2 is parallel to the Z direction.

発光素子111から射出される光Lは、長手方向W1と平行な偏光方向を有する直線偏光である。光Lの短手方向W2への拡がりは、光Lの長手方向W1への拡がりよりも大きい。本実施形態において、光Lの長手方向W1への拡がり角度の最大値(最大放射角度)は例えば20°であり、短手方向W2への拡がり角度の最大値(最大放射角度)は例えば70°である。そのため、光Lの断面形状BSは、Z方向(短手方向W2)を長軸方向とした楕円形状となる。   The light L emitted from the light emitting element 111 is linearly polarized light having a polarization direction parallel to the longitudinal direction W1. The spread of the light L in the short direction W2 is larger than the spread of the light L in the longitudinal direction W1. In the present embodiment, the maximum value (maximum radiation angle) of the spread angle of the light L in the longitudinal direction W1 is 20 °, for example, and the maximum value (maximum radiation angle) of the spread angle in the short direction W2 is 70 °, for example. It is. Therefore, the cross-sectional shape BS of the light L has an elliptical shape with the Z direction (short direction W2) as the major axis direction.

図2に示すように、光源部11から射出された光線束Kは、コリメート光学系12に入射する。コリメート光学系12は、光源部11の側から順に配置された第1のシリンドリカルレンズアレイ121と、第2のシリンドリカルレンズアレイ122と、を備えている。   As shown in FIG. 2, the light beam K emitted from the light source unit 11 enters the collimating optical system 12. The collimating optical system 12 includes a first cylindrical lens array 121 and a second cylindrical lens array 122 arranged in order from the light source unit 11 side.

図4に示すように、第1のシリンドリカルレンズアレイ121は、複数の第3のシリンドリカルレンズ123を含んでいる。第1のシリンドリカルレンズアレイ121は、Z方向に配列されている発光素子111の数と一致した数の第3のシリンドリカルレンズ123を備えている。本実施形態において、第1のシリンドリカルレンズアレイ121は、5個の第3のシリンドリカルレンズ123を備えている。複数の第3のシリンドリカルレンズ123は、一体形成されていてもよいし、別体で構成されていてもよい。   As shown in FIG. 4, the first cylindrical lens array 121 includes a plurality of third cylindrical lenses 123. The first cylindrical lens array 121 includes a number of third cylindrical lenses 123 that matches the number of light emitting elements 111 arranged in the Z direction. In the present embodiment, the first cylindrical lens array 121 includes five third cylindrical lenses 123. The plurality of third cylindrical lenses 123 may be integrally formed or may be configured separately.

図3に示すように、第2のシリンドリカルレンズアレイ122は、複数の第4のシリンドリカルレンズ124を含んでいる。第2のシリンドリカルレンズアレイ122は、各支持部材113に実装された発光素子111の数と一致した数の第4のシリンドリカルレンズ124を備えている。本実施形態において、第2のシリンドリカルレンズアレイ122は、5個の第4のシリンドリカルレンズ124を備えている。複数の第4のシリンドリカルレンズ124は、一体形成されていてもよいし、別体で構成されていてもよい。   As shown in FIG. 3, the second cylindrical lens array 122 includes a plurality of fourth cylindrical lenses 124. The second cylindrical lens array 122 includes a number of fourth cylindrical lenses 124 that matches the number of light emitting elements 111 mounted on each support member 113. In the present embodiment, the second cylindrical lens array 122 includes five fourth cylindrical lenses 124. The plurality of fourth cylindrical lenses 124 may be integrally formed or may be configured separately.

第4のシリンドリカルレンズ124は、母線124bの方向が支持部材113の上面113aと交差するように配置されている。また、図2に示すように、コリメート光学系12をY方向に見たとき、第4のシリンドリカルレンズ124の母線124bと第3のシリンドリカルレンズ123の母線123bの方向とは、互いに直交している。   The fourth cylindrical lens 124 is arranged so that the direction of the bus bar 124 b intersects the upper surface 113 a of the support member 113. As shown in FIG. 2, when the collimating optical system 12 is viewed in the Y direction, the direction of the bus 124b of the fourth cylindrical lens 124 and the direction of the bus 123b of the third cylindrical lens 123 are orthogonal to each other. .

第3のシリンドリカルレンズ123は、母線123bと直交するYZ平面と平行な面内においてのみ屈折力を持っていることで、発光素子111からの光LをYZ平面と平行な面内において平行化する。一方、第3のシリンドリカルレンズ123は、母線123bと平行なXY平面と平行な面内においては屈折力を持たない。そのため、光Lは、XY平面と平行な面内においては、屈折することなく、第3のシリンドリカルレンズ123を透過する。   The third cylindrical lens 123 has a refractive power only in a plane parallel to the YZ plane orthogonal to the generatrix 123b, so that the light L from the light emitting element 111 is collimated in a plane parallel to the YZ plane. . On the other hand, the third cylindrical lens 123 does not have refractive power in a plane parallel to the XY plane parallel to the generatrix 123b. For this reason, the light L passes through the third cylindrical lens 123 without being refracted in a plane parallel to the XY plane.

第4のシリンドリカルレンズ124は、母線124bと平行なYZ平面と平行な面内においては屈折力を持たないため、第3のシリンドリカルレンズ123を透過した光Lは、YZ平面と平行な面内においては、屈折することなく、第4のシリンドリカルレンズ124を透過する。一方、第4のシリンドリカルレンズ124は、母線124bと直交するXY平面と平行な面内において屈折力を持つため、第3のシリンドリカルレンズ123を透過した光LをXY平面と平行な面内において平行化する。   Since the fourth cylindrical lens 124 does not have refractive power in a plane parallel to the YZ plane parallel to the generatrix 124b, the light L transmitted through the third cylindrical lens 123 is in a plane parallel to the YZ plane. Passes through the fourth cylindrical lens 124 without being refracted. On the other hand, since the fourth cylindrical lens 124 has a refractive power in a plane parallel to the XY plane orthogonal to the generating line 124b, the light L transmitted through the third cylindrical lens 123 is parallel in the plane parallel to the XY plane. Turn into.

第3のシリンドリカルレンズ123と第4のシリンドリカルレンズ124との間の距離、第3のシリンドリカルレンズ123の屈折力、および第4のシリンドリカルレンズ124の屈折力は、光Lの断面形状を楕円形から略円形に変換するように設定されている。   The distance between the third cylindrical lens 123 and the fourth cylindrical lens 124, the refractive power of the third cylindrical lens 123, and the refractive power of the fourth cylindrical lens 124 are such that the sectional shape of the light L is elliptical. It is set to convert to a substantially circular shape.

このように、光源部11から射出された光線束Kは、2つのシリンドリカルレンズ123,124を含むコリメート光学系12によって平行光に変換される。   As described above, the light beam K emitted from the light source unit 11 is converted into parallel light by the collimating optical system 12 including the two cylindrical lenses 123 and 124.

拡散素子14は、光線束圧縮光学系13から射出された光線束Kを拡散光線束に変換し、青色光用液晶ライトバルブ102Bに向けて射出させる。青色光用液晶ライトバルブ102Bの画像形成領域における光線束Kの照度分布の均一性は、拡散素子14によって高められる。拡散素子14として、例えば光学ガラスからなる磨りガラス板が用いられる。   The diffusing element 14 converts the light beam K emitted from the light beam compression optical system 13 into a diffused light beam and emits it toward the liquid crystal light valve 102B for blue light. The uniformity of the illuminance distribution of the light flux K in the image forming region of the blue light liquid crystal light valve 102B is enhanced by the diffusing element 14. As the diffusing element 14, for example, a polished glass plate made of optical glass is used.

本実施形態の照明装置101Bによれば、第1のレンズ131と第4のレンズ134とによってアフォーカル光学系が構成され、光源部11からの光線束Kは、アフォーカル光学系によって平行度が維持されつつサイズが縮小される。また、第2のレンズ132と第3のレンズ133とによって形状調整光学系が構成され、形状調整光学系によって光源部11からの光線束Kのアスペクト比が液晶ライトバルブ102Bの画像形成領域のアスペクト比に略一致するように調整される。このように、光線束圧縮光学系13において、2つのシリンドリカルレンズからなる形状調整光学系が2つの球面レンズからなるアフォーカル光学系の内部に組み込まれているため、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置101Bを実現することができる。   According to the illumination device 101B of the present embodiment, an afocal optical system is configured by the first lens 131 and the fourth lens 134, and the light bundle K from the light source unit 11 has a parallelism by the afocal optical system. The size is reduced while being maintained. The second lens 132 and the third lens 133 constitute a shape adjusting optical system, and the shape adjusting optical system sets the aspect ratio of the light flux K from the light source unit 11 to the aspect of the image forming area of the liquid crystal light valve 102B. It is adjusted so as to substantially match the ratio. As described above, in the light bundle compression optical system 13, the shape adjusting optical system composed of two cylindrical lenses is incorporated in the afocal optical system composed of two spherical lenses, so that the telecentricity can be easily secured. The lighting device 101B can be realized.

本発明者は、本実施形態の光線束圧縮光学系13の効果を実証するため、光線束圧縮光学系13の前段、後段および画像形成領域における光線束Kの強度分布のシミュレーションを行った。その結果について説明する。
図6は、光線束圧縮光学系13の前段における光線束Kの強度分布を示すシミュレーション結果である。図7は、光線束圧縮光学系13の後段における光線束Kの強度分布を示すシミュレーション結果である。図8は、画像形成領域における光線束Kの強度分布を示すシミュレーション結果である。なお、図6、図7および図8における縮尺は互いに異なっている。
In order to verify the effect of the light beam compression optical system 13 of the present embodiment, the inventor performed a simulation of the intensity distribution of the light beam K in the front stage, the rear stage, and the image forming area of the light beam compression optical system 13. The result will be described.
FIG. 6 is a simulation result showing the intensity distribution of the light beam K in the previous stage of the light beam compression optical system 13. FIG. 7 is a simulation result showing the intensity distribution of the light beam K in the latter stage of the light beam compression optical system 13. FIG. 8 is a simulation result showing the intensity distribution of the light flux K in the image forming area. The scales in FIGS. 6, 7 and 8 are different from each other.

光線束圧縮光学系13の前段においては、図6に示すように、光線束KのX方向の幅Wx1とZ方向の幅Wz1とは略等しく、光線束Kを構成する複数の光Lの配列は、略正方形状となった。また、上述したように、2組のシリンドリカルレンズアレイからなるコリメート光学系12が用いられたことにより、光線束Kを構成する各光Lの断面形状は、発光素子111から射出された直後の細長い楕円形(図5参照)から円形となった。   In the preceding stage of the light bundle compression optical system 13, as shown in FIG. 6, the width Wx1 in the X direction and the width Wz1 in the Z direction of the light bundle K are substantially equal, and the arrangement of the plurality of lights L constituting the light bundle K Became a substantially square shape. In addition, as described above, the use of the collimating optical system 12 including two sets of cylindrical lens arrays allows the cross-sectional shape of each light L constituting the light bundle K to be elongated immediately after being emitted from the light emitting element 111. It changed from an ellipse (see FIG. 5) to a circle.

光線束圧縮光学系13のZ方向の圧縮率がX方向の圧縮率よりも大きいため、光線束圧縮光学系13の後段においては、図7に示すように、光線束KのZ方向の幅Wz2はX方向の幅Wx2よりも小さく、光線束Kを構成する複数の光Lの配列は、長方形状となった。また、光線束Kを構成する各光Lの断面形状は、X方向に長手方向を有する楕円形となった。光線束Kの断面の形状(アスペクト比)とサイズはそれぞれ、画像形成領域Hの形状とサイズに略一致している。   Since the compression ratio in the Z direction of the light beam compression optical system 13 is larger than the compression ratio in the X direction, in the subsequent stage of the light beam compression optical system 13, as shown in FIG. Is smaller than the width Wx2 in the X direction, and the arrangement of the plurality of lights L constituting the light bundle K is rectangular. Further, the cross-sectional shape of each light L constituting the light bundle K is an ellipse having a longitudinal direction in the X direction. The shape (aspect ratio) and size of the cross section of the light beam K are approximately the same as the shape and size of the image forming area H, respectively.

図7に示す強度分布を有する光線束Kが拡散素子14を透過することによって、図8に示すように、画像形成領域H内での強度分布が略均一となった。   When the light beam K having the intensity distribution shown in FIG. 7 is transmitted through the diffusing element 14, the intensity distribution in the image forming region H becomes substantially uniform as shown in FIG.

このように、本実施形態の光線束圧縮光学系13によれば、光源部11からの光線束Kのサイズやアスペクト比を最適化できることが判った。   Thus, according to the light beam compression optical system 13 of the present embodiment, it has been found that the size and aspect ratio of the light beam K from the light source unit 11 can be optimized.

また、本実施形態の照明装置101Bにおいては、第2のレンズ132を構成する第1のアナモフィックレンズが第1のシリンドリカルレンズから構成され、第3のレンズ133を構成する第2のアナモフィックレンズが第2のシリンドリカルレンズから構成されているため、照明装置のコストを低減することができる。   In the illumination device 101B of the present embodiment, the first anamorphic lens that constitutes the second lens 132 is constituted by the first cylindrical lens, and the second anamorphic lens that constitutes the third lens 133 is the first. Since it is comprised from 2 cylindrical lenses, the cost of an illuminating device can be reduced.

また、本実施形態の照明装置101Bにおいては、コリメート光学系12が第3のシリンドリカルレンズと第4のシリンドリカルレンズとを含んでいるため、複数の凸レンズ(球面レンズ)を備えたコリメート光学系を用いた場合と比べて、図7に示すように、光線束Kのサイズを縮小した後の複数の光Lの間隔が小さくなる。これにより、光線束Kの照度均一性を高めることができる。   In the illumination device 101B of the present embodiment, the collimating optical system 12 includes a third cylindrical lens and a fourth cylindrical lens, and therefore a collimating optical system including a plurality of convex lenses (spherical lenses) is used. As shown in FIG. 7, the interval between the plurality of lights L after the size of the light beam K is reduced is smaller than the case where the light beams K are present. Thereby, the illuminance uniformity of the light beam K can be improved.

以上の効果は、照明装置101G,101Rにおいても得られる。   The above effects can also be obtained in the lighting devices 101G and 101R.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図9〜図12を用いて説明する。
第2実施形態のプロジェクターの構成は第1実施形態と略同様であるが、照明装置の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図9は、本実施形態の青色光用照明装置201Bの斜視図である。
図9において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The configuration of the projector of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but the configuration of the illumination device is different from that of the first embodiment. Therefore, description of the whole projector is omitted, and only different parts will be described.
FIG. 9 is a perspective view of the blue light illumination device 201B of the present embodiment.
In FIG. 9, the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図9に示すように、青色光用照明装置201Bは、光源部11と、コリメート光学系16と、光線束圧縮光学系13と、拡散素子14と、を備えている。コリメート光学系16は、複数の発光素子111の数と等しい数の複数の球面凸レンズ161を含んでいる。複数の球面凸レンズ161の各々は、球面からなる凸面と平面とを有し、複数の発光素子111の各々に対応して設けられている。発光素子111を構成する半導体レーザーの光射出領域の長手方向は、第2のレンズ132を構成する第1のシリンドリカルレンズの母線および第3のレンズ133を構成する第2のシリンドリカルレンズの母線と平行である。
青色光用照明装置201Bのその他の構成は、第1実施形態と同様である。
As shown in FIG. 9, the blue light illumination device 201 </ b> B includes a light source unit 11, a collimating optical system 16, a light bundle compression optical system 13, and a diffusing element 14. The collimating optical system 16 includes a plurality of spherical convex lenses 161 equal in number to the plurality of light emitting elements 111. Each of the plurality of spherical convex lenses 161 has a spherical convex surface and a flat surface, and is provided corresponding to each of the plurality of light emitting elements 111. The longitudinal direction of the light emission region of the semiconductor laser that constitutes the light emitting element 111 is parallel to the generatrix of the first cylindrical lens that constitutes the second lens 132 and the generatrix of the second cylindrical lens that constitutes the third lens 133. It is.
Other configurations of the blue light illumination device 201B are the same as those in the first embodiment.

本実施形態においても、テレセントリック性を容易に確保できる小型の照明装置を実現することができる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, the same effect as 1st Embodiment that the small illuminating device which can ensure telecentricity easily is realizable is acquired.

本発明者は、本実施形態の光線束圧縮光学系13の効果を実証するため、光線束圧縮光学系13の前段、後段および画像形成領域における光線束Kの強度分布のシミュレーションを行った。その結果について説明する。
図10は、光線束圧縮光学系13の前段における光線束Kの強度分布を示すシミュレーション結果である。図11は、光線束圧縮光学系13の後段における光線束Kの強度分布を示すシミュレーション結果である。図12は、画像形成領域における光線束Kの強度分布を示すシミュレーション結果である。なお、図10、図11および図12における縮尺は互いに異なっている。
In order to verify the effect of the light beam compression optical system 13 of the present embodiment, the inventor performed a simulation of the intensity distribution of the light beam K in the front stage, the rear stage, and the image forming area of the light beam compression optical system 13. The result will be described.
FIG. 10 is a simulation result showing the intensity distribution of the light beam K in the previous stage of the light beam compression optical system 13. FIG. 11 is a simulation result showing the intensity distribution of the light beam K in the latter stage of the light beam compression optical system 13. FIG. 12 is a simulation result showing the intensity distribution of the light flux K in the image forming area. The scales in FIGS. 10, 11 and 12 are different from each other.

光線束圧縮光学系13の前段においては、図10に示すように、光線束KのX方向の幅Wx3とZ方向の幅Wz3とは略等しく、光線束Kを構成する複数の光Lの配列は、略正方形状となった。また、第1実施形態と異なり、複数の球面凸レンズ161からなるコリメート光学系16が用いられているため、光線束Kを構成する各光Lの断面形状は、発光素子111から射出された直後と同様、細長い楕円形(図5参照)である。   In the preceding stage of the light bundle compression optical system 13, as shown in FIG. 10, the width Wx3 in the X direction and the width Wz3 in the Z direction of the light bundle K are substantially equal, and the arrangement of the plurality of lights L constituting the light bundle K Became a substantially square shape. Further, unlike the first embodiment, since the collimating optical system 16 including a plurality of spherical convex lenses 161 is used, the cross-sectional shape of each light L constituting the light bundle K is just after being emitted from the light emitting element 111. Similarly, it is an elongated ellipse (see FIG. 5).

光線束圧縮光学系13の後段においては、図11に示すように、光線束KのZ方向の幅Wz4はX方向の幅Wx4よりも小さく、光線束Kを構成する複数の光Lの配列は、長方形状となった。また、光線束Kを構成する各光Lの断面形状は、楕円形であるが、図10に示した光線束圧縮光学系13の前段での各光Lの断面形状に比べて、楕円の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比(アスペクト比)が小さくなった。光線束Kの断面の形状(アスペクト比)とサイズはそれぞれ、画像形成領域Hの形状とサイズに略一致している。   In the subsequent stage of the light bundle compression optical system 13, as shown in FIG. 11, the width Wz4 in the Z direction of the light bundle K is smaller than the width Wx4 in the X direction, and the arrangement of the plurality of lights L constituting the light bundle K is as follows. It became a rectangular shape. Further, the cross-sectional shape of each light L constituting the light bundle K is an ellipse, but is shorter than the cross-sectional shape of each light L in the previous stage of the light bundle compression optical system 13 shown in FIG. The ratio of the length in the major axis direction to the length in the axial direction (aspect ratio) has decreased. The shape (aspect ratio) and size of the cross section of the light beam K are approximately the same as the shape and size of the image forming area H, respectively.

図11に示す強度分布を有する光線束Kが拡散素子14を透過することにより、図12に示すように、画像形成領域内での強度分布が略均一となった。   When the light beam K having the intensity distribution shown in FIG. 11 is transmitted through the diffusing element 14, the intensity distribution in the image forming region becomes substantially uniform as shown in FIG.

このように、本実施形態の光線束圧縮光学系13によれば、光源部11からの光線束のサイズやアスペクト比を最適化できることが判った。   Thus, according to the light beam compression optical system 13 of the present embodiment, it has been found that the size and aspect ratio of the light beam from the light source unit 11 can be optimized.

また、本実施形態の照明装置において、半導体レーザーの光射出領域の長手方向が第1のシリンドリカルレンズの母線および第2のシリンドリカルレンズの母線と平行であるため、半導体レーザーの光射出領域の長手方向が第1のシリンドリカルレンズの母線および第2のシリンドリカルレンズの母線と垂直である場合に比べて、各光Lの断面形状である楕円のアスペクト比が小さくなり、光線束のサイズを縮小した後の複数の光Lの間隔が小さくなる。これにより、光線束Kの照度の均一性をより高めることができる。   Further, in the illumination device of the present embodiment, the longitudinal direction of the light emission region of the semiconductor laser is parallel to the generatrix of the first cylindrical lens and the generatrix of the second cylindrical lens. Is smaller than the vertical axis of the first cylindrical lens and the second cylindrical lens, the aspect ratio of the ellipse, which is the cross-sectional shape of each light L, becomes smaller, and the size of the light bundle is reduced. The interval between the plurality of lights L is reduced. Thereby, the uniformity of the illuminance of the light beam K can be further increased.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、光線束圧縮光学系は、第2のレンズを構成する第1のアナモフィックレンズおよび第3のレンズを構成する第2のアナモフィックレンズがともにシリンドリカルレンズで構成され、これらのシリンドリカルレンズの母線と平行な面内(XY平面)では屈折力を有していなかったが、この構成に代えて、XY平面内、YZ平面内の双方で屈折力を有する第1のアナモフィックレンズおよび第2のアナモフィックレンズで構成されていてもよい。この場合、YZ平面内の屈折力は、XY平面内の屈折力よりも大きいことが望ましい。この構成によれば、第1のレンズおよび第4のレンズのパワー不足を、第1のアナモフィックレンズおよび第2のアナモフィックレンズで補うことができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the light bundle compression optical system includes both the first anamorphic lens that constitutes the second lens and the second anamorphic lens that constitutes the third lens, and these cylindrical lenses. In the plane parallel to the generatrix (XY plane), the first anamorphic lens having the refractive power in both the XY plane and the YZ plane and the second are replaced with this configuration. The anamorphic lens may be used. In this case, it is desirable that the refractive power in the YZ plane is larger than the refractive power in the XY plane. According to this configuration, the power shortage of the first lens and the fourth lens can be compensated by the first anamorphic lens and the second anamorphic lens.

また、上記実施形態では、光線束圧縮光学系は、第4のレンズとして、負のパワーを有する球面レンズ(凹レンズ)が用いられていたが、正のパワーを有する球面レンズ(凸レンズ)が用いられてもよい。   In the above embodiment, the light beam compression optical system uses a spherical lens (concave lens) having negative power as the fourth lens, but a spherical lens (convex lens) having positive power is used. May be.

また、上記実施形態で例示した光源部、照明装置、およびプロジェクターの各構成要素の数、配置、形状、材料、寸法等については、適宜変更が可能である。   In addition, the number, arrangement, shape, material, size, and the like of each component of the light source unit, the illumination device, and the projector exemplified in the above embodiment can be changed as appropriate.

上記実施形態では、3つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、一つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに本発明を適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。   In the above embodiment, a projector including three light modulation devices has been illustrated, but the present invention can also be applied to a projector that displays a color image with one light modulation device. A digital mirror device may be used as the light modulation device.

また、上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに応用する例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置を自動車用ヘッドライト等の照明器具にも適用することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the example which applies the illuminating device by this invention to a projector was shown, it is not restricted to this. The lighting device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures such as automobile headlights.

11…光源部、12,16…コリメート光学系、13…光線束圧縮光学系、14…拡散素子、100…プロジェクター、101B…青色光用照明装置(照明装置)、101G…緑色光用照明装置(照明装置)、101R…赤色光用照明装置(照明装置)、102B…青色光用液晶ライトバルブ(光変調装置)、102G…緑色光用液晶ライトバルブ(光変調装置)、102R…赤色光用液晶ライトバルブ(光変調装置)、104…投射光学系、111…発光素子、131…第1のレンズ、132…第2のレンズ、133…第3のレンズ、134…第4のレンズ、K…光線束、L…光。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Light source part, 12, 16 ... Collimating optical system, 13 ... Light bundle compression optical system, 14 ... Diffusing element, 100 ... Projector, 101B ... Illuminating device for blue light (illuminating device), 101G ... Illuminating device for green light ( Illumination device), 101R ... red light illumination device (illumination device), 102B ... blue light liquid crystal light valve (light modulation device), 102G ... green light liquid crystal light valve (light modulation device), 102R ... red light liquid crystal Light valve (light modulation device), 104 ... projection optical system, 111 ... light emitting element, 131 ... first lens, 132 ... second lens, 133 ... third lens, 134 ... fourth lens, K ... light beam Bundle, L ... light.

Claims (7)

複数の発光素子を備え、複数の光からなる光線束を射出する光源部と、
前記光源部から射出された前記光線束の光路上に設けられたコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過した前記光線束の光路上に設けられた光線束圧縮光学系と、
を備え、
前記光線束圧縮光学系は、前記光線束の入射側から順に配置された第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズおよび第4のレンズを含み、
前記第1のレンズは正のパワーを有する球面レンズからなり、
前記第2のレンズは正のパワーを有する第1のアナモフィックレンズからなり、
前記第3のレンズは負のパワーを有する第2のアナモフィックレンズからなり、
前記第4のレンズは球面レンズからなる、照明装置。
A light source unit that includes a plurality of light emitting elements and emits a light bundle composed of a plurality of lights;
A collimating optical system provided on an optical path of the light beam emitted from the light source unit;
A light bundle compression optical system provided on an optical path of the light bundle that has passed through the collimating optical system;
With
The light bundle compression optical system includes a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens arranged in order from the incident side of the light bundle,
The first lens comprises a spherical lens having positive power;
The second lens comprises a first anamorphic lens having positive power;
The third lens comprises a second anamorphic lens having negative power;
The illumination device, wherein the fourth lens is a spherical lens.
前記第1のアナモフィックレンズは第1のシリンドリカルレンズからなり、
前記第2のアナモフィックレンズは第2のシリンドリカルレンズからなる、請求項1に記載の照明装置。
The first anamorphic lens comprises a first cylindrical lens;
The lighting device according to claim 1, wherein the second anamorphic lens includes a second cylindrical lens.
前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーからなり、
前記コリメート光学系は、第3のシリンドリカルレンズと、前記第3のシリンドリカルレンズの後段に設けられた第4のシリンドリカルレンズと、を含み、
前記第3のシリンドリカルレンズの母線と前記第4のシリンドリカルレンズの母線とが互いに直交している、請求項1または請求項2に記載の照明装置。
Each of the plurality of light emitting elements comprises a semiconductor laser,
The collimating optical system includes a third cylindrical lens, and a fourth cylindrical lens provided at a subsequent stage of the third cylindrical lens,
The lighting device according to claim 1, wherein a bus line of the third cylindrical lens and a bus bar of the fourth cylindrical lens are orthogonal to each other.
前記複数の発光素子の各々は半導体レーザーからなり、
前記コリメート光学系は、複数の凸レンズを含み、
前記半導体レーザーの光射出領域の長手方向は、前記第1のシリンドリカルレンズの母線および前記第2のシリンドリカルレンズの母線と平行である、請求項2に記載の照明装置。
Each of the plurality of light emitting elements comprises a semiconductor laser,
The collimating optical system includes a plurality of convex lenses,
3. The illumination device according to claim 2, wherein a longitudinal direction of a light emission region of the semiconductor laser is parallel to a generatrix of the first cylindrical lens and a generatrix of the second cylindrical lens.
前記光線束圧縮光学系を通過した前記光線束を拡散させる拡散素子をさらに備える、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a diffusing element that diffuses the light beam that has passed through the light beam compression optical system. 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの前記光線束を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える、プロジェクター。
A lighting device according to any one of claims 1 to 5,
A light modulation device that forms image light by modulating the light flux from the illumination device according to image information;
A projection optical system that projects the image light.
前記光変調装置は、長手方向を有する画像形成領域を備え、
前記第1のアナモフィックレンズは第1のシリンドリカルレンズからなり、
前記第2のアナモフィックレンズは第2のシリンドリカルレンズからなり、
前記第1のシリンドリカルレンズの母線および前記第2のシリンドリカルレンズの母線は、前記長手方向と平行である、請求項6に記載のプロジェクター。
The light modulation device includes an image forming region having a longitudinal direction,
The first anamorphic lens comprises a first cylindrical lens;
The second anamorphic lens comprises a second cylindrical lens;
The projector according to claim 6, wherein a generating line of the first cylindrical lens and a generating line of the second cylindrical lens are parallel to the longitudinal direction.
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