JP5429475B2 - Lighting device and projector - Google Patents
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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.
近年、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード(SLD:Super Luminescent Diode)、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の固体光源を有する照明装置を用いたプロジェクターが、開発または商品化されている。固体光源は、小型かつ軽量であり、近年の開発により発光輝度が著しく向上していることから、照明装置の光源として適している。例えば、特許文献1には、照明装置の光源として、複数の半導体レーザーを2次元アレイ状に配列した構成が記載されている。これにより、照明装置の高出力化を実現している。 In recent years, a projector using an illumination device having a solid light source such as a semiconductor laser, a super luminescent diode (SLD), or a light emitting diode (LED) has been developed or commercialized. The solid light source is small and light, and the light emission luminance has been remarkably improved by recent developments. For example, Patent Document 1 describes a configuration in which a plurality of semiconductor lasers are arranged in a two-dimensional array as a light source of an illumination device. Thereby, high output of the lighting device is realized.
しかしながら、複数の半導体レーザーを配列した照明装置では、被照明領域を均一に照明しようとしても、光源が点光源の集合に過ぎないため、被照明領域において照度ムラが生じてしまう問題がある。例えば、特許文献2には、複数のレーザー光源を有する照明装置において、フライアイレンズに対する各レーザー光の入射領域をシフトさせることで被照明領域上において重畳される光の強度パターンを増加させて、被照明領域上における照明光の照度ムラを低減する技術が記載されている。 However, in an illuminating device in which a plurality of semiconductor lasers are arranged, there is a problem that uneven illumination occurs in the illuminated area because the light source is only a set of point light sources even if the illuminated area is uniformly illuminated. For example, in Patent Document 2, in an illumination device having a plurality of laser light sources, the intensity pattern of light superimposed on the illuminated area is increased by shifting the incident area of each laser beam on the fly-eye lens, A technique for reducing illuminance unevenness of illumination light on an illuminated area is described.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、照明光の照度ムラを低減することができる照明装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記照明装置を有するプロジェクターを提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide an illuminating device that can reduce illuminance unevenness of illumination light. Another object of some aspects of the present invention is to provide a projector having the illumination device.
本発明に係る照明装置は、
第1光束および第2光束を供給する光源と、
前記第1光束を複数の部分光束に分割する第1分割フライアイレンズと、
前記第2光束を複数の部分光束に分割する第2分割フライアイレンズと、
前記第1分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第1集光フライアイレンズと、
前記第2分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第2集光フライアイレンズと、
前記第1集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第2集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第1分割フライアイレンズおよび前記第2分割フライアイレンズは、長辺と、短辺とを有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第1分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なX軸および前記短辺に平行なY軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第2分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第1分割フライアイレンズに対する前記第1光束の第1入射領域の形状、および前記第2分割フライアイレンズに対する前記第2光束の第2入射領域の形状は、前記X軸に平行な長軸と、前記Y軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをLxとし、
前記要素レンズの短辺の長さをLyとし、
前記長軸の長さBxが、1.2×Lx≦Bx≦2×Lxの関係を満たし、前記短軸の長さByが、1.2×Ly≦By≦2×Lyの関係を満たし、前記長軸の長さBxと前記短軸の長さByとが、Bx:By=Lx:Lyの関係を満たし、
前記第1入射領域は、前記第1分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する第1頂点を含み、かつ前記第1光束の中心が前記第1頂点から所定の方向に距離Dだけ離れた領域であり、
前記第2入射領域は、前記第2光束の中心が、前記第2分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する第2頂点から前記所定の方向に前記距離Dだけ離れた位置から、前記X軸に沿って0.5×Lx、前記Y軸に沿って0.5×Lyずれた領域である。
The lighting device according to the present invention includes:
A light source for supplying a first light beam and a second light beam;
A first split fly-eye lens that splits the first light flux into a plurality of partial light fluxes;
A second split fly-eye lens that splits the second light flux into a plurality of partial light fluxes;
A first condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the first divided fly-eye lens;
A second condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the second divided fly-eye lens;
Light flux superimposition for superimposing the plurality of partial light fluxes collected by the first light collection fly-eye lens and the plurality of partial light fluxes collected by the second light collection fly-eye lens on an illuminated area A condenser lens,
Including
The first divided fly-eye lens and the second divided fly-eye lens are composed of rectangular element lenses having a long side and a short side,
The element lenses of the first split fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and columns along an X axis parallel to the long side and a Y axis parallel to the short side,
The element lenses of the second divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The shape of the first incident region of the first light beam with respect to the first divided fly-eye lens and the shape of the second incident region of the second light beam with respect to the second divided fly-eye lens are long axes parallel to the X axis. And a short axis parallel to the Y-axis,
The length of the long side of the element lens is Lx,
The length of the short side of the element lens is Ly,
The major axis length Bx satisfies a relationship of 1.2 × Lx ≦ Bx ≦ 2 × Lx, and the minor axis length By satisfies a relationship of 1.2 × Ly ≦ By ≦ 2 × Ly, The length Bx of the major axis and the length By of the minor axis satisfy the relationship Bx: By = Lx: Ly,
The first incident area includes a first vertex common to the four element lenses in the first split fly-eye lens, and the center of the first light flux is separated from the first vertex by a distance D in a predetermined direction. Area,
The second incident region has a position where the center of the second light flux is separated from the second vertex common to the four element lenses in the second divided fly-eye lens by the distance D in the predetermined direction. The region is shifted by 0.5 × Lx along the X axis and 0.5 × Ly along the Y axis.
このような照明装置によれば、照明光の照度ムラを低減することができる。 According to such an illuminating device, the illuminance unevenness of illumination light can be reduced.
本発明に係る照明装置において、
前記光源は、複数の出射面が配列された第1出射面形成領域および第2出射面形成領域を有し、
前記第1出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第1分割フライアイレンズ上に重畳して前記第1光束を形成する第1光束形成コンデンサーレンズと、
前記第2出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第2分割フライアイレンズ上に重畳して前記第2光束を形成する第2光束形成コンデンサーレンズと、
をさらに含むことができる。
In the lighting device according to the present invention,
The light source has a first emission surface formation region and a second emission surface formation region in which a plurality of emission surfaces are arranged,
A first light beam forming condenser lens that superimposes the light emitted from the plurality of emission surfaces of the first emission surface formation region on the first divided fly-eye lens to form the first light beam;
A second light beam forming condenser lens that superimposes the light emitted from the plurality of emission surfaces of the second emission surface forming region on the second divided fly-eye lens to form the second light beam;
Can further be included.
このような照明装置によれば、光強度分布が均一化され、かつ高い光強度の前記第1光束および前記第2光束を形成することができる。 According to such an illuminating device, the light intensity distribution can be made uniform, and the first light flux and the second light flux with high light intensity can be formed.
本発明に係る照明装置において、
前記第1光束形成コンデンサーレンズと前記第1分割フライアイレンズの間の距離は、前記第1光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第1入射領域の長軸の長さが、前記第1光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離であり、
前記第2光束形成コンデンサーレンズと前記第2分割フライアイレンズの間の距離は、前記第2光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第2入射領域の長軸の長さが、前記第2光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離であることができる。
In the lighting device according to the present invention,
The distance between the first light beam forming condenser lens and the first split fly-eye lens is larger than the focal length of the first light beam forming condenser lens, and the length of the major axis of the first incident region is the first distance. It is a distance that is smaller than the effective diameter of a single beam forming condenser lens,
The distance between the second light beam forming condenser lens and the second split fly-eye lens is larger than the focal length of the second light beam forming condenser lens, and the length of the major axis of the second incident region is the first distance. The distance can be smaller than the effective diameter of the two-beam forming condenser lens.
このような照明装置によれば、光の利用効率の向上させることができる。 According to such an illuminating device, the utilization efficiency of light can be improved.
本発明に係る照明装置において、
前記第1出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第1コリメートレンズと、
前記第1コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第1コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第1光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第1集光レンズと、
前記第2出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第2コリメートレンズと、
前記第2コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第2コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第2光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第2集光レンズと、
さらにを含み、
前記第1コリメートレンズおよび前記第1集光レンズは、前記光源と前記第1光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置され、
前記第2コリメートレンズおよび前記第2集光レンズは、前記光源と前記第2光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置されることができる。
In the lighting device according to the present invention,
A plurality of first collimating lenses arranged corresponding to the plurality of emission surfaces of the first emission surface forming region and individually converting light emitted from the plurality of emission surfaces into parallel light;
A plurality of first condensing lenses arranged corresponding to the first collimating lens and individually condensing the parallel light converted by the first collimating lens on the first light flux forming condenser lens;
A plurality of second collimating lenses that are arranged corresponding to the plurality of emission surfaces of the second emission surface forming region and individually convert the light emitted from the plurality of emission surfaces into parallel light;
A plurality of second condensing lenses arranged corresponding to the second collimating lenses and individually condensing the parallel light converted by the second collimating lenses on the second light flux forming condenser lens;
Further including
The first collimating lens and the first condenser lens are disposed on an optical path between the light source and the first light beam forming condenser lens,
The second collimating lens and the second condenser lens may be disposed on an optical path between the light source and the second light beam forming condenser lens.
このような照明装置によれば、前記第1光束形成コンデンサーレンズおよび前記第2光束形成コンデンサーレンズによって、前記第1分割フライアイレンズおよび前記第2分割フライアイレンズに入射する光の入射角の制御を容易に行うことができる。これにより、設計の自由度を向上させることができる。 According to such an illuminating device, control of an incident angle of light incident on the first divided fly-eye lens and the second divided fly-eye lens by the first light flux forming condenser lens and the second light flux forming condenser lens. Can be easily performed. Thereby, the freedom degree of design can be improved.
本発明に係る照明装置によれば、
前記第1光束形成コンデンサーレンズと前記第1分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第1光束形成レンズから射出された光を前記第1分割フライアイレンズ上に集光する第1フィールドレンズと、
前記第2光束形成コンデンサーレンズレンズと前記第2分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第2光束形成レンズから射出された光を前記第2分割フライアイレンズ上に集光する第2フィールドレンズと、
をさらに含むことができる。
According to the lighting device according to the present invention,
A first light is disposed on an optical path between the first light beam forming condenser lens and the first divided fly-eye lens, and condenses the light emitted from the first light beam forming lens on the first divided fly-eye lens. With field lenses,
The second light beam forming condenser lens is disposed on the optical path between the second split fly-eye lens and the light emitted from the second light beam forming lens is condensed on the second split fly-eye lens. Two field lenses,
Can further be included.
このような照明装置によれば、光の利用効率を向上させることができる。 According to such an illuminating device, the utilization efficiency of light can be improved.
本発明に係る照明装置は、
第1光束、第2光束、第3光束、および第4光束を供給する光源と、
前記第1光束を複数の部分光束に分割する第1分割フライアイレンズと、
前記第2光束を複数の部分光束に分割する第2分割フライアイレンズと、
前記第3光束を複数の部分光束に分割する第3分割フライアイレンズと、
前記第4光束を複数の部分光束に分割する第4分割フライアイレンズと、
前記第1分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第1集光フライアイレンズと、
前記第2分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第2集光フライアイレンズと、
前記第3分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第3集光フライアイレンズと、
前記第4分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第4集光フライアイレンズと、
前記第1集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第2集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第3集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第4フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第1、第2、第3、および第4分割フライアイレンズは、長辺と、短辺とを有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第1分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なX軸および前記短辺に平行なY軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第2分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第3分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第4分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第1分割フライアイレンズに対する前記第1光束の第1入射領域の形状、前記第2分割フライアイレンズに対する前記第2光束の第2入射領域の形状、前記第3分割フライアイレンズに対する前記第3光束の第3入射領域の形状、前記第4分割フライアイレンズに対する前記第4光束の第4入射領域の形状は、前記X軸に平行な長軸と、前記Y軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをLxとし、
前記要素レンズの短辺の長さをLyとし、
前記長軸の長さBxが、1.2×Lx≦Bx≦2×Lxの関係を満たし、前記短軸の長さByが、1.2×Ly≦By≦2×Lyの関係を満たし、前記長軸の長さBxと前記短軸の長さByとが、Bx:By=Lx:Lyの関係を満たし、
前記第1入射領域は、前記第1分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第1頂点を含み、かつ前記第1光束の中心が前記第1頂点から所定の方向に距離Dだけ離れた領域であり、
前記第2入射領域は、前記第2光束の中心が、前記第2分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第2頂点から前記所定の方向に前記距離Dだけ離れた位置から、前記X軸に沿って0.5×Lx、前記Y軸に沿って0.5×Lyずれた領域であり、
前記第3入射領域は、前記第3光束の中心が、前記第3分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第3頂点から前記所定の方向に前記距離Dだけ離れた位置から、前記X軸に沿って0.5×Lxずれた領域であり、
前記第4入射領域は、前記第4光束の中心が、前記第4分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第4頂点から前記所定の方向に前記距離Dだけ離れた位置から、前記Y軸に沿って0.5×Lyずれた領域である。
The lighting device according to the present invention includes:
A light source for supplying a first light beam, a second light beam, a third light beam, and a fourth light beam;
A first split fly-eye lens that splits the first light flux into a plurality of partial light fluxes;
A second split fly-eye lens that splits the second light flux into a plurality of partial light fluxes;
A third split fly-eye lens that splits the third light flux into a plurality of partial light fluxes;
A fourth split fly-eye lens that splits the fourth light flux into a plurality of partial light fluxes;
A first condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the first divided fly-eye lens;
A second condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the second divided fly-eye lens;
A third condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the third divided fly-eye lens;
A fourth condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the fourth divided fly-eye lens;
The plurality of partial light beams collected by the first light collection fly-eye lens, the plurality of partial light beams collected by the second light collection fly-eye lens, and the third light collection fly-eye lens. A light beam superimposing condenser lens that superimposes the plurality of emitted partial light beams and the plurality of partial light beams collected by the fourth fly-eye lens on an illuminated area;
Including
The first, second, third, and fourth split fly's eye lenses are composed of rectangular element lenses having a long side and a short side,
The element lenses of the first split fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and columns along an X axis parallel to the long side and a Y axis parallel to the short side,
The element lenses of the second divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The element lenses of the third divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The element lenses of the fourth divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The shape of the first incident region of the first light beam with respect to the first divided fly-eye lens, the shape of the second incident region of the second light beam with respect to the second divided fly-eye lens, and the first shape with respect to the third divided fly-eye lens The shape of the third incident region of the three light beams and the shape of the fourth incident region of the fourth light beam with respect to the fourth divided fly-eye lens are a long axis parallel to the X axis and a short axis parallel to the Y axis. An elliptical shape having
The length of the long side of the element lens is Lx,
The length of the short side of the element lens is Ly,
The major axis length Bx satisfies a relationship of 1.2 × Lx ≦ Bx ≦ 2 × Lx, and the minor axis length By satisfies a relationship of 1.2 × Ly ≦ By ≦ 2 × Ly, The length Bx of the major axis and the length By of the minor axis satisfy the relationship Bx: By = Lx: Ly,
The first incident region includes a first vertex that is a common vertex of the four element lenses in the first split fly-eye lens, and a center of the first light flux is a distance from the first vertex in a predetermined direction. Is a region separated by D,
The second incident region is a position where the center of the second light flux is separated from the second vertex, which is a common vertex of the four element lenses in the second divided fly-eye lens, by the distance D in the predetermined direction. From 0.5 × Lx along the X axis and 0.5 × Ly along the Y axis,
The third incident area is a position where the center of the third light flux is separated from the third vertex, which is a common vertex of the four element lenses in the third divided fly-eye lens, by the distance D in the predetermined direction. Is a region shifted by 0.5 × Lx along the X-axis,
The fourth incident area is a position where the center of the fourth light flux is separated from the fourth vertex, which is a common vertex of the four element lenses in the fourth divided fly-eye lens, by the distance D in the predetermined direction. The region is shifted by 0.5 × Ly along the Y axis.
このような照明装置によれば、照明光の照度ムラを低減することができる。 According to such an illuminating device, the illuminance unevenness of illumination light can be reduced.
本発明に係る照明装置によれば、
前記光源は、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオードのいずれかであることができる。
According to the lighting device according to the present invention,
The light source may be any one of a semiconductor laser, a super luminescent diode, and a light emitting diode.
このような照明装置によれば、前記光源の高輝度化を図ることができる。 According to such an illuminating device, the brightness of the light source can be increased.
本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る照明装置と、
前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
The projector according to the present invention is
A lighting device according to the present invention;
A light modulation device that modulates light emitted from the illumination device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation device;
including.
このようなプロジェクターによれば、照度ムラを低減することができる照明装置を用いているため、照度ムラの少ない画像を投射することができる。 According to such a projector, since an illumination device that can reduce illuminance unevenness is used, an image with little illuminance unevenness can be projected.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1. 第1の実施形態
1.1. 第1の実施形態に係る照明装置
まず、第1の実施形態に係る照明装置100について説明する。図1および図2は、照明装置100を模式的に示す図である。図3は、図2の一部拡大図である。なお、図1〜図3では、便宜上、レンズ間の距離およびレンズ形状が異なって図示されている。本実施形態では、照明装置100をプロジェクターの光源用の照明装置に適用した場合について説明する。
1. 1. First embodiment 1.1. Illumination Device According to First Embodiment First, the illumination device 100 according to the first embodiment will be described. 1 and 2 are diagrams schematically showing the lighting device 100. FIG. FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. In FIG. 1 to FIG. 3, the distance between lenses and the lens shape are illustrated differently for convenience. In the present embodiment, a case where the lighting device 100 is applied to a lighting device for a light source of a projector will be described.
照明装置100は、図1から図3に示すように、光源10と、第1分割フライアイレンズ60aと、第2分割フライアイレンズ60bと、第1集光フライアイレンズ70aと、第2集光フライアイレンズ70bと、光束重畳コンデンサーレンズ80と、を含む。照明装置100は、さらに、第1コリメートレンズ20aと、第2コリメートレンズ20bと、第1集光レンズ30aと、第2集光レンズ30bと、第1光束形成コンデンサーレンズ40aと、第2光束形成コンデンサーレンズ40bと、第1フィールドレンズ50aと、第2フィールドレンズ50bと、フィールドレンズ90と、を含むことができる。 As shown in FIGS. 1 to 3, the illuminating device 100 includes a light source 10, a first divided fly-eye lens 60a, a second divided fly-eye lens 60b, a first condensing fly-eye lens 70a, and a second collection. An optical fly-eye lens 70b and a light beam superimposing condenser lens 80 are included. The illumination device 100 further includes a first collimator lens 20a, a second collimator lens 20b, a first condenser lens 30a, a second condenser lens 30b, a first light beam forming condenser lens 40a, and a second light beam forming unit. A condenser lens 40b, a first field lens 50a, a second field lens 50b, and a field lens 90 can be included.
照明装置100では、光源10の第1出射面形成領域12aに配列された複数の出射面14から出射される第1出射光1aが、第1コリメートレンズ20a、第1集光レンズ30a、第1光束形成コンデンサーレンズ40a、第1フィールドレンズ50a、第1分割フライアイレンズ60a、および第1集光フライアイレンズ70aによって構成された第1光路を進行し、光源10の第2出射面形成領域12bに配列された複数の出射面14から出射される第2出射光1bが、第2コリメートレンズ20b、第2集光レンズ30b、第2光束形成コンデンサーレンズ40b、第2フィールドレンズ50b、第2分割フライアイレンズ60b、および第2集光フライアイレンズ70bによって構成された第2光路を進行し、第1光路からの光と第2光路からの光とを光束重畳コンデンサーレンズ80によって、フィールドレンズ90を介して、ライトバルブ110の入射面112上で重畳させて照明光を形成することができる。以下、照明装置100を構成する部材ごとに説明する。 In the illuminating device 100, the 1st emitted light 1a radiate | emitted from the several output surface 14 arranged in the 1st output surface formation area | region 12a of the light source 10 is 1st collimating lens 20a, 1st condensing lens 30a, 1st. The second light exit surface forming region 12b of the light source 10 travels along the first optical path formed by the light beam forming condenser lens 40a, the first field lens 50a, the first split fly-eye lens 60a, and the first condensing fly-eye lens 70a. The second emitted light 1b emitted from the plurality of emitting surfaces 14 arranged in the second collimating lens 20b, the second condensing lens 30b, the second light flux forming condenser lens 40b, the second field lens 50b, the second splitting. The light from the first optical path travels along the second optical path formed by the fly-eye lens 60b and the second condensing fly-eye lens 70b. The luminous flux superimposing the condenser lens 80 and the light from the second optical path through a field lens 90, it is possible to form the illumination light is superimposed on the incident surface 112 of the light valve 110. Hereinafter, each member constituting the lighting device 100 will be described.
光源10は、第1分割フライアイレンズ60aに入射する第1光束2a、および第2分割フライアイレンズ60bに入射する第2光束2bを供給することができる。光源10としては、例えば、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード(SLD:Super Luminescent Diode)、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の固体光源を用いることができる。これにより、光源10の高輝度化を図ることができる。光源10は、例えば、図3に示すように、複数の出射面14が配列された第1出射面形成領域12aおよび第2出射面形成領域12bを有している。出射面形成領域12a、12bには、例えば、出射面14が複数行複数列に配列されていることができる。なお、出射面形成領域12a,12bに配列される出射面14の数は、限定されない。出射面14は、図示はしないが、例えば、光源10が端面発光型の発光素子を用いている場合、クラッド層で挟まれた活性層の側面であることができる。光源10では、例えば、支持基板上の出射面形成領域12a,12bの各々に複数の発光素子(例えばSLD)を配列することで、出射面形成領域12a,12bに複数の出射面14を配列することができる。第1出射光1aは、例えば、第1光束形成コンデンサーレンズ40aによって、第1分割フライアイレンズ60aの入射面上に第1光束2aとして重畳される。第2出射光1bは、例えば、第2光束形成コンデンサーレンズ40bによって、第2分割フライアイレンズ60bの入射面上に第2光束2bとして重畳される。すなわち、第1出射面形成領域12aは、第1光束2aを構成する光を出射する出射面14が配置された領域であることができる。第2出射面形成領域12bは、第2光束2bを構成する光を出射する出射面14が配置された領域であることができる。複数の出射面14から出射される光は、例えば、所定の放射角を有する発散光である。 The light source 10 can supply a first light beam 2a incident on the first divided fly-eye lens 60a and a second light beam 2b incident on the second divided fly-eye lens 60b. As the light source 10, for example, a solid-state light source such as a semiconductor laser, a super luminescent diode (SLD), or a light emitting diode (LED) can be used. Thereby, the brightness of the light source 10 can be increased. For example, as illustrated in FIG. 3, the light source 10 includes a first emission surface formation region 12 a and a second emission surface formation region 12 b in which a plurality of emission surfaces 14 are arranged. In the emission surface forming regions 12a and 12b, for example, the emission surfaces 14 can be arranged in a plurality of rows and columns. In addition, the number of the output surfaces 14 arranged in the output surface formation area | region 12a, 12b is not limited. Although not shown, the emission surface 14 can be, for example, a side surface of an active layer sandwiched between clad layers when the light source 10 uses an edge-emitting light emitting element. In the light source 10, for example, a plurality of light emitting elements (for example, SLDs) are arranged in each of the emission surface forming regions 12a and 12b on the support substrate, thereby arranging the plurality of emission surfaces 14 in the emission surface forming regions 12a and 12b. be able to. For example, the first outgoing light 1a is superimposed on the incident surface of the first split fly-eye lens 60a as the first light flux 2a by the first light flux forming condenser lens 40a. The second emitted light 1b is superimposed as the second light beam 2b on the incident surface of the second divided fly-eye lens 60b, for example, by the second light beam forming condenser lens 40b. That is, the first emission surface forming region 12a can be a region where the emission surface 14 that emits the light constituting the first light flux 2a is disposed. The second emission surface formation region 12b can be a region where the emission surface 14 that emits light constituting the second light beam 2b is disposed. The light emitted from the plurality of emission surfaces 14 is, for example, divergent light having a predetermined radiation angle.
なお、図示はしないが、例えば、出射光1a,1bを直接、分割フライアイレンズ60a,60bに入射させてもよい。例えば、第1出射光1aを第1光束2aとして直接、第1分割フライアイレンズ60aに入射させ、第2出射光1bを第2光束2bとして直接、第2分割フライアイレンズ60bに入射させてもよい。これにより、光源10と分割フライアイレンズ60a、60bの間の光学系20a,20b,30a,30b,40a,40b,50a,50bが不要となるため、光学系の簡易化を図ることができる。 Although not illustrated, for example, the emitted lights 1a and 1b may be directly incident on the divided fly-eye lenses 60a and 60b. For example, the first outgoing light 1a is directly incident on the first split fly-eye lens 60a as the first light flux 2a, and the second outgoing light 1b is directly incident on the second split fly-eye lens 60b as the second light flux 2b. Also good. This eliminates the need for the optical systems 20a, 20b, 30a, 30b, 40a, 40b, 50a, and 50b between the light source 10 and the divided fly-eye lenses 60a and 60b, thereby simplifying the optical system.
第1コリメートレンズ20aおよび第1集光レンズ30aは、光源10と第1光束形成コンデンサーレンズ40aの間の光路上に配置されている。第2コリメートレンズ20bおよび第2集光レンズ30bは、光源10と第2光束形成コンデンサーレンズ40bとの間の光路上に配置されている。 The first collimating lens 20a and the first condenser lens 30a are disposed on the optical path between the light source 10 and the first light beam forming condenser lens 40a. The second collimating lens 20b and the second condenser lens 30b are disposed on the optical path between the light source 10 and the second light beam forming condenser lens 40b.
コリメートレンズ20a,20bは、出射光1a,1bを平行光に変換するための光学素子である。第1コリメートレンズ20aは、第1出射面形成領域12aの複数の出射面14に1対1に対応して複数配列されている。第2コリメートレンズ20bは、第2出射面形成領域12bの複数の出射面14に1対1に対応して複数配列されている。各コリメートレンズ20a,20bは、例えば、複数行複数列に配列された複数の出射面14に対応して、複数行複数列に配列されることができる。第1コリメートレンズ20aは、第1出射光1aを平行光に変換して第1集光レンズ30aに入射させることができる。第2コリメートレンズ20bは、第2出射光1bを平行光に変換して第2集光レンズ30bに入射させることができる。これにより、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bに入射させる光の入射角を制御することができるため、分割フライアイレンズ60a,60bに入射させる光の入射角を、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bによって容易に制御することができる。したがって、出射光1a,1bを直接、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bに入射させる場合と比べて、光学系の設計の自由度を向上させることができる。図示はしないが、複数の第1コリメートレンズ20aおよび複数の第2コリメートレンズ20bは、一体的に形成されることができる。これにより、簡易な工程で、複数のコリメートレンズ20a、20bを形成することができる。 The collimating lenses 20a and 20b are optical elements for converting the emitted lights 1a and 1b into parallel lights. A plurality of first collimating lenses 20a are arranged in a one-to-one correspondence with the plurality of emission surfaces 14 of the first emission surface formation region 12a. A plurality of second collimating lenses 20b are arranged in a one-to-one correspondence with the plurality of emission surfaces 14 of the second emission surface formation region 12b. Each of the collimating lenses 20a and 20b can be arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, for example, corresponding to the plurality of emission surfaces 14 arranged in a plurality of rows and a plurality of columns. The first collimating lens 20a can convert the first outgoing light 1a into parallel light and make it incident on the first condenser lens 30a. The second collimating lens 20b can convert the second outgoing light 1b into parallel light and make it incident on the second condenser lens 30b. This makes it possible to control the incident angle of the light incident on the light flux forming condenser lenses 40a and 40b, so that the incident angle of the light incident on the split fly-eye lenses 60a and 60b can be easily set by the light flux forming condenser lenses 40a and 40b. Can be controlled. Accordingly, the degree of freedom in designing the optical system can be improved as compared with the case where the outgoing lights 1a and 1b are directly incident on the light flux forming condenser lenses 40a and 40b. Although not shown, the plurality of first collimating lenses 20a and the plurality of second collimating lenses 20b can be integrally formed. Thereby, the collimating lenses 20a and 20b can be formed by a simple process.
第1集光レンズ30aは、複数の第1コリメートレンズ20aに1対1に対応して複数配列されている。第2集光レンズ30bは、複数の第2コリメートレンズ20bに1対1に対応して複数配列されている。集光レンズ30a,30bは、コリメートレンズ20a,20bによって平行光に変換された光を集光するための光学素子である。すなわち、第1集光レンズ30aによって、第1コリメートレンズ20aによって平行光に変換された光を第1光束形成コンデンサーレンズ40aに集光することができる。第2集光レンズ30bによって、第2コリメートレンズ20bによって平行光に変換された光を第2光束形成コンデンサーレンズ40bに集光することができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。また、集光レンズ30a,30bによって、平行光を集光した後、発散させることができる。したがって、分割フライアイレンズ60a,60b上の広い領域に光を入射させることができる。 A plurality of first condenser lenses 30a are arranged in a one-to-one correspondence with the plurality of first collimating lenses 20a. A plurality of second condenser lenses 30b are arranged in a one-to-one correspondence with the plurality of second collimating lenses 20b. The condensing lenses 30a and 30b are optical elements for condensing the light converted into parallel light by the collimating lenses 20a and 20b. That is, the light converted into the parallel light by the first collimating lens 20a can be condensed on the first light flux forming condenser lens 40a by the first condenser lens 30a. By the second condenser lens 30b, the light converted into the parallel light by the second collimating lens 20b can be condensed on the second light flux forming condenser lens 40b. Therefore, the light use efficiency can be improved. Further, the collimated lenses 30a and 30b can diverge the parallel light and then diverge it. Therefore, light can be incident on a wide area on the divided fly-eye lenses 60a and 60b.
第1光束形成コンデンサーレンズ40aは、第1出射光1aを、第1分割フライアイレンズ60a上に重畳させる光学素子である。これにより、第1光束2aが形成される。第2光束形成コンデンサーレンズ40bは、第2出射光1bを、第2分割フライアイレンズ60b上に重畳させる光学素子である。これにより、第2光束2bが形成される。すなわち、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bによって、出射光1a,1bを光束2a,2bとして、分割フライアイレンズ60a,60bに入射させることができる。光束形成コンデンサーレンズ40a,40bは、複数の出射面14から出射された個別の光強度分布(例えばガウス分布)を有する光を、分割フライアイレンズ60a,60b上に重畳させて、1つの光強度分布を有する光束2a,2bとして入射させることができる。これにより、光強度分布が均一化され、かつ高い光強度の光束2a,2bを形成することができる。また、出射面形成領域12a,12bごとに重畳させることができるため、分割フライアイレンズ60a,60bに入射する光の入射角を小さくすることができる。これにより、例えば、集光フライアイレンズ70a,70bの光透過率の低下を低減することができる。 The first light beam forming condenser lens 40a is an optical element that superimposes the first outgoing light 1a on the first divided fly-eye lens 60a. Thereby, the 1st light beam 2a is formed. The second light beam forming condenser lens 40b is an optical element that superimposes the second outgoing light 1b on the second divided fly-eye lens 60b. Thereby, the 2nd light beam 2b is formed. That is, the emitted light beams 1a and 1b can be made incident on the split fly-eye lenses 60a and 60b as the light beams 2a and 2b by the light beam forming condenser lenses 40a and 40b. The light beam forming condenser lenses 40a and 40b superimpose light having individual light intensity distributions (for example, Gaussian distributions) emitted from the plurality of emission surfaces 14 on the divided fly-eye lenses 60a and 60b, thereby providing one light intensity. The light beams 2a and 2b having a distribution can be incident. Thereby, the light intensity distribution is made uniform, and the light beams 2a and 2b having high light intensity can be formed. Moreover, since it can superimpose for every output surface formation area 12a, 12b, the incident angle of the light which injects into the division | segmentation fly eye lenses 60a, 60b can be made small. Thereby, the fall of the light transmittance of the condensing fly-eye lenses 70a and 70b can be reduced, for example.
第1及び第2フィールドレンズ50a,50bは、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bからの光を、分割フライアイレンズ60a,60b上に集光するための光学素子である。第1フィールドレンズ50aは、第1光束形成コンデンサーレンズ40aと第1分割フライアイレンズ60aの間の光路上に配置されている。第2フィールドレンズ50bは、第2光束形成コンデンサーレンズ40bと第2分割フライアイレンズ60bの間の光路上に配置されている。第1及び第2フィールドレンズ50a,50bによって、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bからの光を、分割フライアイレンズ60a,60bにより多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。 The first and second field lenses 50a and 50b are optical elements for condensing the light from the light beam forming condenser lenses 40a and 40b on the divided fly-eye lenses 60a and 60b. The first field lens 50a is disposed on the optical path between the first light flux forming condenser lens 40a and the first split fly-eye lens 60a. The second field lens 50b is disposed on the optical path between the second light beam forming condenser lens 40b and the second divided fly-eye lens 60b. The first and second field lenses 50a and 50b allow more light from the light beam forming condenser lenses 40a and 40b to enter the split fly-eye lenses 60a and 60b. Therefore, the light use efficiency can be improved.
分割フライアイレンズ60a,60bは、光束2a,2bを複数の部分光束に分割する光学素子である。すなわち、第1分割フライアイレンズ60aによって、第1光束2aを複数の部分光束に分割して第1集光フライアイレンズ70aに入射させることができる。第2フライアイレンズ60bによって、第2光束2bを複数の部分光束に分割して第2集光フライアイレンズ70bに入射させることができる。より具体的には、分割フライアイレンズ60a,60bによって、光束2a,2bを複数の部分光束に分割して個別に集光した後、発散させて集光フライアイレンズ70a,70bに入射させることができる。 The split fly-eye lenses 60a and 60b are optical elements that split the light beams 2a and 2b into a plurality of partial light beams. In other words, the first split fly-eye lens 60a can divide the first light beam 2a into a plurality of partial light beams and enter the first light-collecting fly-eye lens 70a. The second fly-eye lens 60b can divide the second light beam 2b into a plurality of partial light beams and enter the second light-collecting fly-eye lens 70b. More specifically, the luminous fluxes 2a and 2b are divided into a plurality of partial luminous fluxes by the divided fly-eye lenses 60a and 60b, and individually condensed, and then diverge and enter the condensed fly-eye lenses 70a and 70b. Can do.
図4(A)は、第1分割フライアイレンズ60aの一部を、Z軸方向(例えば、第1光束2aの入射方向)から見た図であり、図4(B)は、第2分割フライアイレンズ60bの一部をZ軸方向(例えば、第2光束2bの入射方向)から見た図である。分割フライアイレンズ60a,60bは、図4に示すように、例えば、同じレンズ特性および同じ形状を有する複数の要素レンズ62で構成されている。第1分割フライアイレンズ60aの要素レンズ62と第2分割フライアイレンズ60bの要素レンズ62は、例えば、同じレンズ特性および同じ形状を有している。これらの要素レンズ62によって、光束2a,2bを複数の部分光束に分割することができる。複数の要素レンズ62は、例えば、Z軸と直交するXY面内に配置されている。複数の要素レンズ62は、例えば、Z軸と交差する面内に配列されていてもよい。要素レンズ62の形状(輪郭形状)は、図4に示すように、Z軸方向から見て、長辺と短辺とを有する長方形状である。要素レンズ62の形状は、例えば、ライトバルブ110の入射面(被照明領域)112の形状と相似形状である。ここで、要素レンズ62の長辺と平行な軸をX軸とし、短辺と平行な軸をY軸とすると、第1分割フライアイレンズ60aは、X軸およびY軸に沿って、複数行複数列に配列された複数の要素レンズ62によって構成されている。同様に、第2分割フライアイレンズ60bは、X軸およびY軸に沿って、複数行複数列に配列された複数の要素レンズ62によって構成されている。第1分割フライアイレンズ60aと第2分割フライアイレンズ60bとは、一体的に形成されていてもよい。 4A is a view of a part of the first divided fly-eye lens 60a as viewed from the Z-axis direction (for example, the incident direction of the first light beam 2a), and FIG. 4B is the second divided eye. It is the figure which looked at a part of fly-eye lens 60b from the Z-axis direction (for example, the incident direction of the 2nd light beam 2b). As shown in FIG. 4, the divided fly-eye lenses 60a and 60b are composed of a plurality of element lenses 62 having the same lens characteristics and the same shape, for example. The element lens 62 of the first divided fly-eye lens 60a and the element lens 62 of the second divided fly-eye lens 60b have, for example, the same lens characteristics and the same shape. By these element lenses 62, the light beams 2a and 2b can be divided into a plurality of partial light beams. The plurality of element lenses 62 are disposed, for example, in an XY plane orthogonal to the Z axis. The plurality of element lenses 62 may be arranged in a plane intersecting the Z axis, for example. The shape (contour shape) of the element lens 62 is a rectangular shape having a long side and a short side when viewed from the Z-axis direction, as shown in FIG. The shape of the element lens 62 is similar to the shape of the incident surface (illuminated region) 112 of the light valve 110, for example. Here, assuming that the axis parallel to the long side of the element lens 62 is the X axis and the axis parallel to the short side is the Y axis, the first divided fly-eye lens 60a has a plurality of rows along the X axis and the Y axis. A plurality of element lenses 62 are arranged in a plurality of rows. Similarly, the second divided fly-eye lens 60b includes a plurality of element lenses 62 arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis. The 1st division | segmentation fly eye lens 60a and the 2nd division | segmentation fly eye lens 60b may be formed integrally.
図4に示すように、第1分割フライアイレンズ60aに対する第1光束2aの入射領域である第1入射領域Saの形状(図4(A)参照)、および第2分割フライアイレンズ60bに対する第2光束2bの入射領域である第2入射領域Sbの形状(図4(B)参照)は、X軸に平行な長軸と、Y軸に平行な短軸と、を有する楕円形状である。ここで、入射領域Sa,Sbとは、対応する分割フライアイレンズ60a,60bの入射面を照射する各光束2a,2bの光強度がピーク光強度に対し1/e2となる強度の範囲をいうことができる。要素レンズ62の長辺の長さをLxとし、短辺の長さをLyとすると、第1入射領域Saおよび第2入射領域Sbの長軸の長さBxが、1.2×Lx≦Bx≦2×Lxの関係を満たし、第1入射領域Saおよび第2入射領域Sbの短軸の長さByが、1.2×Ly≦By≦2×Lyの関係を満たす。さらに、長軸の長さBxと短軸の長さByとが、Bx:By=Lx:Lyの関係を満たす。 As shown in FIG. 4, the shape of the first incident area Sa, which is the incident area of the first light beam 2a with respect to the first divided fly-eye lens 60a (see FIG. 4A), and the second shape with respect to the second divided fly-eye lens 60b. The shape of the second incident region Sb that is the incident region of the two light beams 2b (see FIG. 4B) is an elliptical shape having a major axis parallel to the X axis and a minor axis parallel to the Y axis. Here, the incident areas Sa and Sb are a range of intensity in which the light intensity of each of the light beams 2a and 2b irradiating the incident surfaces of the corresponding divided fly-eye lenses 60a and 60b is 1 / e 2 with respect to the peak light intensity. I can say that. When the length of the long side of the element lens 62 is Lx and the length of the short side is Ly, the major axis length Bx of the first incident region Sa and the second incident region Sb is 1.2 × Lx ≦ Bx. ≦ 2 × Lx is satisfied, and the minor axis length By of the first incident region Sa and the second incident region Sb satisfies the relationship of 1.2 × Ly ≦ By ≦ 2 × Ly. Further, the length Bx of the major axis and the length By of the minor axis satisfy the relationship Bx: By = Lx: Ly.
第1入射領域Saの要素レンズ62に対する位置関係と、第2入射領域Sbの要素レンズ62に対する位置関係は、互いに異なっている。具体的には、図4(A)に示すように、第1分割フライアイレンズ60aにおける4つの要素レンズ62の共通する頂点を第1頂点63aとすると、第1入射領域Saは、例えば、第1入射領域Saの中心が、第1頂点63aと一致する位置にある領域である。ここで、第1入射領域Saの中心とは、長軸と短軸とが交わる点をいうことができる。図4(B)に示すように、第2分割フライアイレンズ60bにおける4つの要素レンズ62の共通する頂点を第2頂点63bとすると、第2入射領域Sbは、例えば、第2入射領域2bの中心が、第2頂点63bからX軸に沿って0.5×Lx、Y軸に沿って0.5×Lyずれた位置にある領域である。ここで、第2入射領域Sbの中心が、第2頂点63bからX軸に沿って0.5×Lx、Y軸に沿って0.5×Lyずれた位置にある領域であるとは、第2入射領域Sbの中心が、第2頂点63bから、+X軸方向に0.5Lx、+Y軸方向に0.5×Lyずれた位置、−X軸方向に0.5×Lx、−Y軸方向に0.5×Lyずれた位置、第2頂点63bから−X軸方向に0.5×Lx、+Y軸方向に0.5×Lyずれた位置、+X軸方向に0.5×Lx、−Y軸方向に0.5×Lyずれた位置のいずれかの位置にある場合をいうことができる。このことは、後述する入射領域Sc,Sdについても同様である。このように分割フライアイレンズ60a,60bに対して第1光束2aと、第2光束2bとを上述した位置関係に入射させることで、ライトバルブ110の入射面112上の光強度分布が補完しあって、光強度分布が均一化された照明光を得ることができる。詳細および理由については、後述する。 The positional relationship between the first incident region Sa and the element lens 62 is different from the positional relationship between the second incident region Sb and the element lens 62. Specifically, as shown in FIG. 4A, if the common vertex of the four element lenses 62 in the first divided fly-eye lens 60a is a first vertex 63a, the first incident region Sa is, for example, The center of one incident area Sa is an area at a position that coincides with the first vertex 63a. Here, the center of the first incident region Sa can refer to a point where the major axis and the minor axis intersect. As shown in FIG. 4B, when the common vertex of the four element lenses 62 in the second divided fly-eye lens 60b is a second vertex 63b, the second incident region Sb is, for example, the second incident region 2b. The center is a region at a position shifted from the second vertex 63b by 0.5 × Lx along the X axis and 0.5 × Ly along the Y axis. Here, the center of the second incident region Sb is a region at a position shifted by 0.5 × Lx along the X axis and 0.5 × Ly along the Y axis from the second vertex 63b. The center of the two incident areas Sb is shifted from the second vertex 63b by 0.5 Lx in the + X axis direction and 0.5 × Ly in the + Y axis direction, 0.5 × Lx in the −X axis direction, and the −Y axis direction , 0.5 × Lx in the −X axis direction, 0.5 × Lx in the + Y axis direction, 0.5 × Lx in the + X axis direction, − The case where it exists in the position in any position of 0.5xLy shift | offset | differed to the Y-axis direction can be said. The same applies to incident areas Sc and Sd described later. Thus, the light intensity distribution on the incident surface 112 of the light valve 110 is complemented by allowing the first light beam 2a and the second light beam 2b to be incident on the divided fly-eye lenses 60a and 60b in the above-described positional relationship. Thus, illumination light with a uniform light intensity distribution can be obtained. Details and reasons will be described later.
光束形成コンデンサーレンズ40a,40bと分割フライアイレンズ60a,60bとの間の距離は、例えば、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bの焦点距離よりも大きい。これにより、分割フライアイレンズ60a,60bの一部に光が集中して、照明光の均一性が低下することを防ぐことができる。さらに、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bと分割フライアイレンズ60a,60bとの間の距離は、入射領域Sa,Sbの長軸の長さが、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bの有効径よりも小さくなる距離であるであることが望ましい。これにより、分割フライアイレンズ60a,60bの要素レンズ62から射出された光を、対応する集光フライアイレンズ70a,70bの要素レンズ72に入射させることができるため、光の利用効率の向上を図ることができる。 The distance between the light beam forming condenser lenses 40a and 40b and the divided fly-eye lenses 60a and 60b is, for example, larger than the focal length of the light beam forming condenser lenses 40a and 40b. Thereby, it can prevent that light concentrates on a part of division | segmentation fly eye lenses 60a and 60b, and the uniformity of illumination light falls. Further, the distance between the light beam forming condenser lenses 40a and 40b and the divided fly-eye lenses 60a and 60b is such that the major axis length of the incident areas Sa and Sb is smaller than the effective diameter of the light beam forming condenser lenses 40a and 40b. It is desirable that the distance be Thereby, the light emitted from the element lens 62 of the divided fly-eye lenses 60a and 60b can be made incident on the element lens 72 of the corresponding condensing fly-eye lenses 70a and 70b, thereby improving the light utilization efficiency. Can be planned.
集光フライアイレンズ70a,70bは、分割フライアイレンズ60a,60bによって分割された複数の部分光束の各々を、光束重畳コンデンサーレンズ80上に集光する光学素子である。すなわち、第1集光フライアイレンズ70aによって、第1分割フライアイレンズ60aによって分割された複数の部分光束を個別に集光して、光束重畳コンデンサーレンズ80に入射させることができる。第2集光フライアイレンズ70bによって、第2分割フライアイレンズ60bによって分割された複数の部分光束を個別に集光して、光束重畳コンデンサーレンズ80に入射させることができる。これにより、複数の部分光束を、光束重畳コンデンサーレンズ80により多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。集光フライアイレンズ70a,70bは、分割フライアイレンズ60a,60bと同様に、X軸およびY軸に沿って、複数行複数列に配列された複数の要素レンズ72によって構成されている。複数の要素レンズ72は、例えば、Z軸方向と交差する面内に配列されていてもよい。集光フライアイレンズ70a,70bの要素レンズ72は、分割フライアイレンズ60a,60bの要素レンズ62に1対1に対応して配列されることができる。集光フライアイレンズ70a,70bの要素レンズ72の形状は、Z軸方向から見て、例えば、分割フライアイレンズ60a,60bの要素レンズ62の形状と同じ長方形状である。分割フライアイレンズ60a,60bおよび集光フライアイレンズ70a,70bによってインテグレーター照明光学系を構成することで、照明光の均一化を図ることができる。 The condensing fly-eye lenses 70 a and 70 b are optical elements that condense each of the plurality of partial light beams divided by the divided fly-eye lenses 60 a and 60 b onto the light beam superimposing condenser lens 80. That is, the plurality of partial light beams divided by the first split fly-eye lens 60 a can be individually collected by the first condensing fly-eye lens 70 a and incident on the light beam superimposing condenser lens 80. A plurality of partial light beams divided by the second divided fly-eye lens 60 b can be individually collected by the second condensing fly-eye lens 70 b and can be incident on the light beam superimposing condenser lens 80. Thereby, a plurality of partial light beams can be incident on the light beam superimposing condenser lens 80 more. Therefore, the light use efficiency can be improved. The condensing fly-eye lenses 70a and 70b are configured by a plurality of element lenses 72 arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis, similarly to the divided fly eye lenses 60a and 60b. For example, the plurality of element lenses 72 may be arranged in a plane that intersects the Z-axis direction. The element lenses 72 of the condensing fly-eye lenses 70a and 70b can be arranged in a one-to-one correspondence with the element lenses 62 of the divided fly-eye lenses 60a and 60b. The shape of the element lens 72 of the condensing fly-eye lenses 70a and 70b is, for example, the same rectangular shape as the shape of the element lens 62 of the divided fly-eye lenses 60a and 60b when viewed from the Z-axis direction. By configuring the integrator illumination optical system with the divided fly-eye lenses 60a and 60b and the condenser fly-eye lenses 70a and 70b, the illumination light can be made uniform.
ここで、集光フライアイレンズ70a,70bの要素レンズ72は、有効径Sfが下記式(1)を満たすように形成されることができる。 Here, the element lens 72 of the condensing fly-eye lenses 70a and 70b can be formed so that the effective diameter Sf satisfies the following formula (1).
Sf≧f2×Ss/f1・・・(1)
但し、Ssは、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bの有効径であり、f1は、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bの焦点距離であり、f2は、分割フライアイレンズ60a,60bの要素レンズ62の焦点距離である。これにより、集光フライアイレンズ70a,70bの要素レンズ72の有効径を、要素レンズ72に入射する光(部分光束)のビーム径よりも大きくすることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。
Sf ≧ f2 × Ss / f1 (1)
Where Ss is the effective diameter of the light beam forming condenser lenses 40a and 40b, f1 is the focal length of the light beam forming condenser lenses 40a and 40b, and f2 is the focal point of the element lens 62 of the split fly-eye lenses 60a and 60b. Distance. Thereby, the effective diameter of the element lens 72 of the condensing fly-eye lenses 70a and 70b can be made larger than the beam diameter of the light (partial light flux) incident on the element lens 72. Therefore, the light use efficiency can be improved.
光束重畳コンデンサーレンズ80は、分割フライアイレンズ60a,60bによって分割された複数の部分光束を重畳させるための光学素子である。すなわち、光束重畳コンデンサー80によって、分割フライアイレンズ60a,60bによって分割された複数の部分光束を、例えば、ライトバルブ110の入射面112上に重畳させることができる。これにより、光強度分布を均一化することができ、ライトバルブ110の入射面112における照明光の照度ムラを低減することができる。光束重畳コンデンサーレンズ80は、例えば、第1集光フライアイレンズ70aおよび第2集光フライアイレンズ70bから射出される複数の部分光束の光路上に1つ配置される。 The light beam superimposing condenser lens 80 is an optical element for superimposing a plurality of partial light beams divided by the divided fly-eye lenses 60a and 60b. That is, the light beam superimposing condenser 80 can superimpose a plurality of partial light beams divided by the divided fly-eye lenses 60a and 60b on the incident surface 112 of the light valve 110, for example. Thereby, the light intensity distribution can be made uniform, and the illuminance unevenness of the illumination light on the incident surface 112 of the light valve 110 can be reduced. For example, one condenser lens 80 is disposed on the optical path of a plurality of partial light beams emitted from the first condensing fly-eye lens 70a and the second condensing fly-eye lens 70b.
フィールドレンズ90は、光束重畳コンデンサーレンズ80からの光を、例えば、ライトバルブ110の入射面112上に集光する光学素子である。フィールドレンズ90は、光束重畳コンデンサーレンズ80からの光を、ライトバルブ110の入射面112上により多く入射させることができる。したがって、光の利用効率を向上させることができる。なお、フィールドレンズ90は、設けられなくてもよい。 The field lens 90 is an optical element that condenses the light from the light beam superimposing condenser lens 80 on, for example, the incident surface 112 of the light valve 110. The field lens 90 can make more light from the light beam superimposing condenser lens 80 incident on the incident surface 112 of the light valve 110. Therefore, the light use efficiency can be improved. Note that the field lens 90 may not be provided.
本実施形態では、本実施形態に係る照明装置100をプロジェクターの照明装置に適用した場合について説明したが、これに限られず、例えば、ディスプレイ、照明器具などに適用されることもできる。このことは、後述する実施形態についても同様である。 In this embodiment, although the case where the illuminating device 100 which concerns on this embodiment was applied to the illuminating device of a projector was demonstrated, it is not restricted to this, For example, it can also apply to a display, a lighting fixture, etc. The same applies to the embodiments described later.
照明装置100は、例えば、以下の特徴を有する。 The illumination device 100 has the following features, for example.
照明装置100によれば、第1入射領域Saは、例えば、第1入射領域Saの中心が、第1頂点63aと一致する位置にある領域であり、第2入射領域Sbは、例えば、第2入射領域2bの中心が、第2頂点63bからX軸に沿って0.5×Lx、Y軸に沿って0.5×Lyずれた位置である領域であることができる。このように分割フライアイレンズ60a,60bに対して第1光束2aと、第2光束2bとを上述した位置関係に入射させることで、ライトバルブ110の入射面112上の各光強度分布が補完しあって、光強度分布が均一化された照明光を得ることができる。一般的に、均一化された照明光を得るためには、分割フライアイレンズに対する入射光束の入射領域内に多くの要素レンズ(例えば、数十以上)が含まれる必要がある。このためには、分割フライアイレンズの要素レンズのサイズを小さくしなければならないが、このような分割フライアイレンズの製造は困難である。照明装置100では、入射領域Sa内には、4つの要素レンズ62が含まれ、入射領域Sb内には、9つの要素レンズ62が含まれている。このように、発光装置100では、入射領域Sa,Sb内に含まれる要素レンズ62の数が少ないため、要素レンズ62のサイズを大きくすることができる。したがって、照明装置100によれば、照明光の照度ムラを低減することができ、かつ製造を容易化することができる。 According to the illuminating device 100, the first incident region Sa is, for example, a region in which the center of the first incident region Sa is at a position that coincides with the first vertex 63a, and the second incident region Sb is, for example, the second incident region Sa. The center of the incident region 2b can be a region that is shifted from the second vertex 63b by 0.5 × Lx along the X axis and 0.5 × Ly along the Y axis. Thus, by making the first light beam 2a and the second light beam 2b enter the above-described positional relationship with respect to the divided fly-eye lenses 60a and 60b, each light intensity distribution on the incident surface 112 of the light valve 110 is complemented. Thus, illumination light with a uniform light intensity distribution can be obtained. In general, in order to obtain uniform illumination light, many element lenses (for example, several tens or more) need to be included in the incident region of the incident light beam with respect to the divided fly-eye lens. For this purpose, it is necessary to reduce the size of the element lens of the divided fly-eye lens, but it is difficult to manufacture such a divided fly-eye lens. In the illumination device 100, four element lenses 62 are included in the incident area Sa, and nine element lenses 62 are included in the incident area Sb. As described above, in the light emitting device 100, since the number of the element lenses 62 included in the incident areas Sa and Sb is small, the size of the element lens 62 can be increased. Therefore, according to the illuminating device 100, the illumination nonuniformity of illumination light can be reduced and manufacture can be made easy.
照明装置100によれば、光束形成コンデンサーレンズ40a,40bによって、出射光1a,1bを、分割フライアイレンズ60a,60b上に光束2a、2bとして重畳させて入射させることができる。これにより、光強度分布が均一化され、かつ高い光強度の光束2a,2bを形成することができる。したがって、照明装置100によれば、被照明領域112における照度ムラを低減することができ、かつ高い光強度を有する照明光を得ることができる。 According to the illuminating device 100, the emitted light beams 1a and 1b can be made to be incident on the divided fly-eye lenses 60a and 60b as light beams 2a and 2b by the light beam forming condenser lenses 40a and 40b. Thereby, the light intensity distribution is made uniform, and the light beams 2a and 2b having high light intensity can be formed. Therefore, according to the illuminating device 100, the illumination nonuniformity in the to-be-illuminated area | region 112 can be reduced, and the illumination light which has high light intensity can be obtained.
1.2. 第1の実施形態に係る照明装置の第1実験例
次に、本実施形態に係る照明装置の第1実験例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、本実施形態に係る照明装置100をモデル化したモデルM1におけるシミュレーションについて説明する。図5は、モデルM1を模式的に示す図である。図6は、モデルM1の光源10を模式的に示す平面図である。図7は、モデルM1の各レンズのレンズ条件を示す表である。図8〜10は、本実験例の結果を示す分布図である。
1.2. First Experimental Example of Lighting Device According to First Embodiment Next, a first experimental example of the lighting device according to this embodiment will be described with reference to the drawings. Specifically, a simulation in a model M1 obtained by modeling the lighting device 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing the model M1. FIG. 6 is a plan view schematically showing the light source 10 of the model M1. FIG. 7 is a table showing lens conditions for each lens of the model M1. 8 to 10 are distribution diagrams showing the results of this experimental example.
モデルM1は、光源10の第1出射面形成領域12aに配列された複数の出射面14から出射される第1出射光1aが、第1コリメートレンズ20a、第1集光レンズ30a、第1光束形成コンデンサーレンズ40a、第1フィールドレンズ50a、第1分割フライアイレンズ60a、および第1集光フライアイレンズ70aによって構成された第1光路を進行し、光源10の第2出射面形成領域12bに配列された複数の出射面14から出射される第2出射光1bが、第2コリメートレンズ20b、第2集光レンズ30b、第2光束形成コンデンサーレンズ40b、第2フィールドレンズ50b、第2分割フライアイレンズ60b、および第2集光フライアイレンズ70bによって構成された第2光路を進行し、第1光路からの光と第2光路からの光とを光束重畳コンデンサーレンズ80によって、フィールドレンズ90を介して、被照明領域112上で重畳させて照明光を形成するものとした。この照明光を構成する光線が被照明領域112のどの位置に入射するかを光線追跡法により計算した。これにより、被照明領域112の光線数の分布を求め、照明光の照度ムラを評価した。 In the model M1, the first emitted light 1a emitted from the plurality of emission surfaces 14 arranged in the first emission surface forming region 12a of the light source 10 is converted into the first collimating lens 20a, the first condenser lens 30a, and the first light flux. It travels through the first optical path formed by the forming condenser lens 40a, the first field lens 50a, the first divided fly-eye lens 60a, and the first condensing fly-eye lens 70a, and enters the second emission surface formation region 12b of the light source 10. The second emitted light 1b emitted from the plurality of arranged emission surfaces 14 is converted into the second collimating lens 20b, the second condenser lens 30b, the second light beam forming condenser lens 40b, the second field lens 50b, the second divided fly. The light from the first optical path and the second light travel along the second optical path formed by the eye lens 60b and the second condensing fly-eye lens 70b. The luminous flux superimposing the condenser lens 80 and the light from through the field lens 90, and as forming illumination light by superimposing on the illuminated region 112. The position of the illuminated region 112 where the light beam constituting the illumination light enters is calculated by the ray tracing method. Thereby, the distribution of the number of light rays in the illuminated region 112 was obtained, and the illuminance unevenness of the illumination light was evaluated.
まず、モデルM1の構成について説明する。 First, the configuration of the model M1 will be described.
光源10は、図6に示すように、X軸およびY軸に沿って出射面が配列されているものとした。出射面は、X軸方向に8列、Y軸方向に20列配列した。光源10の出射面が配列されている面は、1辺が16mmの正方形とした。出射面のX軸方向の間隔MXは、2.0mm、Y軸方向の間隔MYは0.8mmとした。出射面が配列されている面は、Y軸に平行な辺の垂直二等分線Pによって、第1出射面形成領域12aと第2出射面形成領域12bに区画されているものとした。すなわち、出射面形成領域12a,12bの各々には、出射面が、X軸方向に8列、Y軸方向に10列の計80個が配置されている。出射面から出射される出射光1a,1bは点光源から出射される光とし、放射角は、X軸方向に72度、Y軸方向に36度とした。光源10から出射される光線の総数は、200万本とした。 As shown in FIG. 6, the light source 10 has an emission surface arranged along the X axis and the Y axis. The emission surfaces were arranged in 8 rows in the X-axis direction and 20 rows in the Y-axis direction. The surface on which the emission surfaces of the light source 10 are arranged is a square having a side of 16 mm. Interval M X in the X-axis direction of the exit surface, 2.0 mm, spacing M Y in the Y-axis direction was set to 0.8 mm. The surface on which the emission surfaces are arranged is divided into a first emission surface formation region 12a and a second emission surface formation region 12b by a perpendicular bisector P of a side parallel to the Y axis. That is, in each of the emission surface forming regions 12a and 12b, a total of 80 emission surfaces, 8 rows in the X-axis direction and 10 rows in the Y-axis direction, are arranged. The emitted lights 1a and 1b emitted from the emission surface are light emitted from a point light source, and the emission angle is 72 degrees in the X-axis direction and 36 degrees in the Y-axis direction. The total number of light rays emitted from the light source 10 was 2 million.
モデルM1の光学系は、第1出射面形成領域12aの80個の出射面に対応して、第1コリメートレンズ20a、および第1集光レンズ30aが、80個ずつ(1つの出射面に対して1つの第1コリメートレンズ20a、1つの第1集光レンズ30a)設けられ、第1光束形成コンデンサーレンズ40a、第1フィールドレンズ50a、第1分割フライアイレンズ60a、第1集光フライアイレンズ70aが、1つずつ設けられているものとした。同様に、第2出射面形成領域12bの80個の出射面に対応して、第2コリメートレンズ20b、および第2集光レンズ30bが、80個ずつ(1つの出射面に対して1つの第2コリメートレンズ20b、1つの第2集光レンズ30b)設けられ、第1光束形成コンデンサーレンズ40a、第1フィールドレンズ50a、第1分割フライアイレンズ60a、第1集光フライアイレンズ70a、光束重畳コンデンサーレンズ80、および第3フィールドレンズ90が、1つずつ設けられているものとした。各レンズの材料は、BK7であり、屈折率は、1.51872である。各レンズのレンズ面と次のレンズ面までの間の距離、およびレンズ面の曲率半径は、図7に示す表の通りである。なお、図7に示す表において、第1面は、光が入射する側の面であり、第2面は、光を射出させる側の面である。すなわち、第1面の距離の欄は、各レンズの厚さを示し、第2面の距離の欄は、第2面から次のレンズの第1面までの間の距離を示す。フィールドレンズ90の第2面の距離の欄は、被照明領域112までの距離を示す。曲率半径の欄の符号は、+が−Z方向に凸形状である場合であり、−が+Z方向に凸形状である場合である。なお、図7に示す分割及び集光フライアイレンズ60a,60b,70a,70bのレンズ条件は、各要素レンズ62,72のレンズ条件である。コリメートレンズ20a,20bおよび集光レンズ30a,30bは、1面をコリメート面、2面を集光面とする1つのレンズとした。コリメート面は、非球面であり、コーニック定数は、−2.295788とした。集光面は、球面とした。光束重畳コンデンサーレンズ80の第1面および第2面は、非球面とし、第1面のコーニック定数は、−0.515799とし、第2面のコーニック定数は、−817.113とした。その他のレンズ40,50,60,70,90の第1面および第2面は、球面とした。モデルM1の光学系は、Fナンバーが2.2以上となるように各レンズの設計を行った。また、シミュレーションにおいて、各レンズにおけるレンズ損失は加味していない。 The optical system of the model M1 has 80 first collimating lenses 20a and 80 first condensing lenses 30a corresponding to 80 exit surfaces of the first exit surface forming region 12a (for one exit surface). A first collimating lens 20a, a first condensing lens 30a), a first light flux forming condenser lens 40a, a first field lens 50a, a first split fly-eye lens 60a, and a first condensing fly-eye lens. 70a is provided one by one. Similarly, 80 collimating lenses 20b and 80g of second condensing lenses 30b are provided for each of the 80 exit surfaces of the second exit surface formation region 12b (one first surface for one exit surface). 2 collimating lens 20b, one second condensing lens 30b), a first light beam forming condenser lens 40a, a first field lens 50a, a first split fly-eye lens 60a, a first condensing fly-eye lens 70a, a light beam superimposing. One condenser lens 80 and one third field lens 90 are provided. The material of each lens is BK7, and the refractive index is 1.51872. The distance between the lens surface of each lens and the next lens surface, and the radius of curvature of the lens surface are as shown in the table of FIG. In the table shown in FIG. 7, the first surface is a surface on the light incident side, and the second surface is a surface on the light emitting side. That is, the column of the first surface distance indicates the thickness of each lens, and the column of the second surface distance indicates the distance from the second surface to the first surface of the next lens. The column of the distance of the second surface of the field lens 90 indicates the distance to the illuminated area 112. The sign in the radius of curvature column is when + is convex in the −Z direction and − is convex in the + Z direction. Note that the lens conditions of the split and condensing fly-eye lenses 60a, 60b, 70a, and 70b shown in FIG. 7 are the lens conditions of the element lenses 62 and 72. The collimating lenses 20a and 20b and the condensing lenses 30a and 30b are a single lens having one surface as a collimating surface and two surfaces as a condensing surface. The collimating surface was an aspherical surface, and the conic constant was −2.295788. The light collection surface was a spherical surface. The first surface and the second surface of the light beam superimposing condenser lens 80 are aspherical surfaces, the conic constant of the first surface is −0.515799, and the conic constant of the second surface is −817.113. The first and second surfaces of the other lenses 40, 50, 60, 70, 90 were spherical. In the optical system of the model M1, each lens is designed so that the F number is 2.2 or more. In the simulation, the lens loss in each lens is not taken into consideration.
分割フライアイレンズ60a,60bの要素レンズ62は、長辺の長さLxが7.12mm、短辺の長さLyが4.0mmの長方形状とした。要素レンズ62の形状は、被照明領域112と相似形状とした。なお、集光フライアイレンズ70a,70bの要素レンズ72の形状は、分割フライアイレンズ60a,60bの要素レンズ62の形状と同じ形状とした。 The element lenses 62 of the divided fly-eye lenses 60a and 60b have a rectangular shape with a long side length Lx of 7.12 mm and a short side length Ly of 4.0 mm. The shape of the element lens 62 is similar to that of the illuminated region 112. The shape of the element lens 72 of the condensing fly-eye lenses 70a and 70b is the same as the shape of the element lens 62 of the divided fly-eye lenses 60a and 60b.
第1入射領域Saおよび第2入射領域Sbは、長軸の長さBx=1.6×Lx、短軸の長さBy=1.6×Lyとした。また、Bx:By=Lx:Ly=1.78:1とした。第1入射領域Saは、図4(A)に示すように、第1入射領域Saの中心が、第1頂点63aと一致する位置にある第1領域S1とした。第2入射領域Sbは、図4(B)に示すように、第2入射領域Sbの中心が、第2頂点63bから+X軸方向に沿って0.5×Lx、+Y軸方向に沿って0.5×Lyずれた位置にある第2領域S2とした。 The first incident area Sa and the second incident area Sb have a major axis length Bx = 1.6 × Lx and a minor axis length By = 1.6 × Ly. Further, Bx: By = Lx: Ly = 1.78: 1. As shown in FIG. 4A, the first incident region Sa is a first region S1 in which the center of the first incident region Sa is at a position that coincides with the first vertex 63a. As shown in FIG. 4B, the second incident region Sb has a center of the second incident region Sb of 0.5 × Lx along the + X axis direction from the second vertex 63b and 0 along the + Y axis direction. The second region S2 is at a position shifted by 5 × Ly.
次に、シミュレーションの結果について説明する。 Next, simulation results will be described.
図8は、図4(A)に示す第1入射領域Saが第1領域S1である場合の被照明領域112を含む領域内の光線数の分布図である。図9は、図4(B)に示す第2入射領域Sbが第2領域S2である場合の被照明領域112を含む領域の光線数の分布図である。図10は、図8に示す分布と、図9に示す分布とを対応する単位領域ごとに足し合わせた分布図である。被照明領域112は、座標(5,14)、(5,36)、(46,14)、(46,36)を頂点とする長方形内の領域である。各単位領域は、1辺の長さが0.5mmの正方形とした。図8に示すように、第1入射領域Saが第1領域S1である場合の被照明領域112における光線数の分布は、被照明領域112の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の少ない分布を示す結果が得られた。図9に示すように、第2入射領域Sbが第2領域S2である場合の被照明領域112における光線数の分布は、被照明領域112の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の多い分布を示す結果が得られた。また、図10に示すように、図8に示す光線数の分布と、図9に示す光線数の分布と、を単位領域ごとに足し合わせて得られた被照明領域112では、光線数の分布が均一化されていることがわかった。具体的には、被照明領域112における強度比(単位領域に入射する光線数が最も多い領域の光線数に対する単位領域に入射する光線数が最も少ない領域の光線数の比)が、図8に示す光線数の分布では、53%であり、図9に示す光線数の分布では、70%であった。これに対して、図10に示す光線数の分布では、強度比(光線数の比)は、78%であり、光線数の分布が均一化されていることがわかった。このように、モデルM1では、互いに補完しあう関係にある光強度分布(光線数の分布)を有する光を、被照明領域112上で重畳させることで、光強度分布を均一化させることができることがわかった。したがって、照明装置100では、被照明領域112において光強度分布が均一化された光を得ることができるため、照度ムラの少ない良好な照明光を得ることができることがわかった。 FIG. 8 is a distribution diagram of the number of light rays in the region including the illuminated region 112 when the first incident region Sa shown in FIG. 4A is the first region S1. FIG. 9 is a distribution diagram of the number of light rays in a region including the illuminated region 112 when the second incident region Sb illustrated in FIG. 4B is the second region S2. FIG. 10 is a distribution diagram in which the distribution shown in FIG. 8 and the distribution shown in FIG. 9 are added for each corresponding unit region. The illuminated area 112 is an area within a rectangle having apexes at coordinates (5, 14), (5, 36), (46, 14), and (46, 36). Each unit region was a square with a side length of 0.5 mm. As shown in FIG. 8, the distribution of the number of light rays in the illuminated region 112 when the first incident region Sa is the first region S1 is such that the number of light rays that enter the unit region near the center of the illuminated region 112 is small. Results showing the distribution were obtained. As shown in FIG. 9, the distribution of the number of light rays in the illuminated region 112 when the second incident region Sb is the second region S2 has a large number of light rays that enter the unit region near the center of the illuminated region 112. Results showing the distribution were obtained. Further, as shown in FIG. 10, in the illuminated region 112 obtained by adding the distribution of the number of rays shown in FIG. 8 and the distribution of the number of rays shown in FIG. 9 for each unit region, the distribution of the number of rays. Was found to be uniform. Specifically, the intensity ratio in the illuminated region 112 (ratio of the number of rays in the region with the least number of rays incident on the unit region to the number of rays in the region with the largest number of rays incident on the unit region) is shown in FIG. The distribution of the number of rays shown is 53%, and the distribution of the number of rays shown in FIG. 9 is 70%. On the other hand, in the distribution of the number of rays shown in FIG. 10, the intensity ratio (ratio of the number of rays) is 78%, indicating that the distribution of the number of rays is uniform. As described above, in the model M1, the light intensity distribution can be made uniform by superimposing the light having the light intensity distribution (distribution of the number of light rays) on the illuminated area 112 so as to complement each other. I understood. Therefore, it has been found that the illumination device 100 can obtain light with uniform light intensity distribution in the illuminated region 112, and thus can obtain good illumination light with less uneven illuminance.
なお、本実験例では、第2入射領域Sbは、該第2入射領域Sbの中心が、第2頂点63bから+X軸方向に0.5×Lx、+Y軸方向に0.5×Lyずれた位置にある第2領域S2であったが、第2入射領域Sbは、該第2入射領域Sbの中心が、第2頂点63bからX軸に沿って0.5×Lx、Y軸に沿って0.5×Lyずれた位置にある領域であればよい。すなわち、第2入射領域Sbは、該第2入射領域Sbの中心が、第2頂点63bから、+X軸方向に0.5Lx、+Y軸方向に0.5×Lyずれた位置、−X軸方向に0.5×Lx、−Y軸方向に0.5×Lyずれた位置、第2頂点63bから−X軸方向に0.5×Lx、+Y軸方向に0.5×Lyずれた位置、+X軸方向に0.5×Lx、−Y軸方向に0.5×Lyずれた位置のいずれの位置にある領域であってもよい。第2入射領域Sbがこのような領域であれば、上述した図9に示す光線数の分布を得ることができる。 In this experimental example, the center of the second incident region Sb is shifted by 0.5 × Lx in the + X axis direction and 0.5 × Ly in the + Y axis direction from the second vertex 63b. Although the second region S2 is in the position, the second incident region Sb has the center of the second incident region Sb 0.5 × Lx along the X axis from the second vertex 63b and along the Y axis. Any region that is at a position shifted by 0.5 × Ly may be used. That is, the second incident region Sb is located at a position where the center of the second incident region Sb is shifted by 0.5 Lx in the + X axis direction and 0.5 × Ly in the + Y axis direction from the second vertex 63 b, in the −X axis direction. 0.5 × Lx, a position shifted by 0.5 × Ly in the −Y axis direction, a position shifted by 0.5 × Lx in the −X axis direction from the second vertex 63b, and a position shifted by 0.5 × Ly in the + Y axis direction, The region may be located at any position shifted by 0.5 × Lx in the + X-axis direction and 0.5 × Ly in the −Y-axis direction. If the second incident region Sb is such a region, the distribution of the number of rays shown in FIG. 9 described above can be obtained.
図11(A)は、第1分割フライアイレンズ60aの一部を、Z軸方向から見た図であり、図4(A)に対応している。図11(B)は、第2分割フライアイレンズ60bの一部をZ軸方向から見た図であり、図4(B)に対応している。上述したシミュレーション結果では、第1入射領域Saは、図4(A)に示すように、第1入射領域Saの中心が、第1頂点63aと一致する位置である第1領域S1であったが、例えば、第1入射領域Saは、図11(A)に示すように、第1頂点63aを含み、かつ第1光束2aの中心が第1頂点63aから所定の方向Aに距離Dだけ離れた領域であってもよい。この場合、第2入射領域Sbは、図11(B)に示すように、第2光束2bの中心が、第2頂点63bから所定の方向Aに距離Dだけ離れた位置から、X軸に沿って0.5×Lx、Y軸に沿って0.5×Lyずれた領域であればよい。入射領域Sa,Sbをそれぞれこのような領域とすることで、被照明領域112における光線数の分布を、ともに同じ方向Aに同じ距離Dだけずらした位置に対応した光線数の分布とすることができる。この場合であっても、被照明領域112における光線数の分布は、互いに補完しあう関係にあるため、図10と同様に、均一化された光線数の分布を得ることができる。したがって、入射領域Sa,Sbが、図11(A)及び図11(b)に示す上述した領域である場合でも被照明領域112において照度ムラの少ない良好な照明光を得ることができる。 FIG. 11A is a view of a part of the first divided fly-eye lens 60a as viewed from the Z-axis direction, and corresponds to FIG. FIG. 11B is a view of a part of the second divided fly-eye lens 60b as viewed from the Z-axis direction, and corresponds to FIG. 4B. In the simulation result described above, the first incident area Sa is the first area S1 in which the center of the first incident area Sa coincides with the first vertex 63a as shown in FIG. 4A. For example, as shown in FIG. 11A, the first incident region Sa includes the first vertex 63a, and the center of the first light flux 2a is separated from the first vertex 63a by a distance D in a predetermined direction A. It may be a region. In this case, as shown in FIG. 11B, the second incident region Sb is located along the X axis from the position where the center of the second light beam 2b is separated from the second vertex 63b by a distance D in the predetermined direction A. The region may be 0.5 × Lx and a region shifted by 0.5 × Ly along the Y axis. By making the incident areas Sa and Sb each such an area, the distribution of the number of rays in the illuminated area 112 may be a distribution of the number of rays corresponding to positions shifted by the same distance D in the same direction A. it can. Even in this case, the distribution of the number of rays in the illuminated region 112 is in a complementary relationship, and thus a uniform distribution of the number of rays can be obtained as in FIG. Therefore, even when the incident areas Sa and Sb are the above-described areas shown in FIGS. 11A and 11B, good illumination light with little unevenness in illuminance can be obtained in the illuminated area 112.
1.3. 第1の実施形態に係る照明装置の第2実験例
次に、本実施形態に係る照明装置の第2実験例について、図面を参照しながら説明する。本実験例では、照明装置100をモデル化したモデルM2におけるシミュレーションについて説明する。具体的には、光束2a,2bを入射光束2として、分割フライアイレンズ60a,60bに対応する分割フライアイレンズ60に入射させた場合の入射領域Sa,Sb径(長辺の長さLxに対する長軸の長さBxの比(Bx/Lx))と、被照明領域における強度比(単位領域に入射する光強度が最も大きい領域の光強度に対する単位領域に入射する光強度が最も小さい領域の光強度の比)の関係を求めた。図12は、モデルM2の分割フライアイレンズ60の一部をZ軸方向から見た図である。図13は、本実験例の結果を示すグラフである。
1.3. Second Experimental Example of Lighting Device According to First Embodiment Next, a second experimental example of the lighting device according to this embodiment will be described with reference to the drawings. In this experimental example, a simulation in a model M2 in which the lighting device 100 is modeled will be described. Specifically, the incident regions Sa and Sb diameter (with respect to the length Lx of the long side) when the light beams 2a and 2b are incident on the divided fly-eye lens 60 corresponding to the divided fly-eye lenses 60a and 60b as the incident beam 2 The ratio of the length Bx of the major axis (Bx / Lx)) and the intensity ratio in the illuminated region (in the region where the light intensity incident on the unit region is the smallest relative to the light intensity in the region where the light intensity incident on the unit region is the largest The relationship of light intensity ratio) was determined. FIG. 12 is a view of a part of the divided fly-eye lens 60 of the model M2 as viewed from the Z-axis direction. FIG. 13 is a graph showing the results of this experimental example.
まず、本シミュレーションの計算方法について説明する。 First, the calculation method of this simulation will be described.
モデルM2では、入射光束2は、入射領域Sa,Sbにおいてガウス型分布の光強度分布を有するものとした。入射領域Sa,Sbの長軸の長さBxと短軸の長さByは、Bx:By=Lx:Ly=2:1の関係を満たすものとした。 In the model M2, the incident light beam 2 has a light intensity distribution with a Gaussian distribution in the incident areas Sa and Sb. The major axis length Bx and minor axis length By of the incident regions Sa and Sb satisfy the relationship Bx: By = Lx: Ly = 2: 1.
分割フライアイレンズ60は、図12に示すように、各要素レンズ62が単位領域ごとに区画されているものとした。本シミュレーションでは、まず、各要素レンズ62の対応する単位領域ごとに、入射光束2の光強度を足し合わせて、被照明領域における光強度の分布を求めた。具体的には、図12に示すように、各要素レンズ62a,62b,62c、62dの対応する単位領域(1,1)、(1,2)・・・(n,n)ごとに光強度を足し合わせて、被照明領域における光強度の分布とした。これを図4(A)に示す第1入射領域Saが第1領域S1である場合、および図4(B)に示す第2入射領域Sbが第2領域S2である場合で行い、それぞれの被照明領域における光強度の分布を求めた。このようにして求めた被照明領域上での光強度の分布を、単位領域ごとに足し合わせてモデルM2における被照明領域上の光強度の分布とした。各入射領域Sa,Sb径についてそれぞれ上述した計算を行うことで、入射領域Sa,Sb径と被照明領域における強度比(光強度の比)の関係を求めた。 In the divided fly-eye lens 60, as shown in FIG. 12, each element lens 62 is divided into unit areas. In this simulation, first, for each unit area corresponding to each element lens 62, the light intensity of the incident light beam 2 is added to obtain the light intensity distribution in the illuminated area. Specifically, as shown in FIG. 12, the light intensity for each unit region (1, 1), (1, 2)... (N, n) corresponding to each element lens 62a, 62b, 62c, 62d. Are added to obtain the light intensity distribution in the illuminated area. This is performed when the first incident area Sa shown in FIG. 4 (A) is the first area S1 and when the second incident area Sb shown in FIG. 4 (B) is the second area S2. The distribution of light intensity in the illumination area was obtained. The light intensity distribution on the illuminated area thus obtained is added for each unit area to obtain the light intensity distribution on the illuminated area in the model M2. By performing the above-described calculation for each of the incident areas Sa and Sb, the relationship between the incident areas Sa and Sb diameter and the intensity ratio (light intensity ratio) in the illuminated area was obtained.
次に、シミュレーションの結果について説明する。 Next, simulation results will be described.
モデルM2において、入射領域Sa,Sb径と被照明領域における強度比(光強度の比)の関係について、図13に示す結果が得られた。なお、入射領域Sa,Sb径は、Bx:By=Lx:Ly=2:1の関係を満たすため、短辺の長さLyに対する短軸の長さByの比(By/Ly)も同じ関係となる。図13に示すように、入射領域Sa,Sb径が、1.2以上2以下の範囲で、強度比(光強度の比)が80%以上となり、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。すなわち、1.2×Lx≦Bx≦2×Lx、1.2×Ly≦By≦2×Lyの範囲で、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。 In the model M2, the results shown in FIG. 13 were obtained regarding the relationship between the incident areas Sa and Sb diameters and the intensity ratio (light intensity ratio) in the illuminated area. Since the diameters of the incident areas Sa and Sb satisfy the relationship of Bx: By = Lx: Ly = 2: 1, the ratio of the short axis length By to the short side length Ly (By / Ly) is also the same relationship. It becomes. As shown in FIG. 13, when the incident areas Sa and Sb are in the range of 1.2 or more and 2 or less, the intensity ratio (light intensity ratio) is 80% or more, and the illumination light having a uniform light intensity distribution is obtained. It turns out that it is obtained. That is, it has been found that illumination light with a uniform light intensity distribution can be obtained in the ranges of 1.2 × Lx ≦ Bx ≦ 2 × Lx and 1.2 × Ly ≦ By ≦ 2 × Ly.
2. 第2の実施形態
2.1. 第2の実施形態に係る照明装置
次に、第2の実施形態に係る照明装置200について説明する。図14は、照明装置200を模式的に示す図である。なお、第2の実施形態に係る照明装置200において、上述した第1の実施形態に係る照明装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
2. Second Embodiment 2.1. Illumination Device According to Second Embodiment Next, an illumination device 200 according to the second embodiment will be described. FIG. 14 is a diagram schematically showing the illumination device 200. In addition, in the illuminating device 200 which concerns on 2nd Embodiment, about the member which has the same function as the structural member of the illuminating device 100 which concerns on 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is given. Omitted.
照明装置200では、図14に示すように、光源10が第1〜第4光束1a,1b,1c,1dを供給し、それに対応して、第1〜第4分割フライアイレンズ60a,60b,60c,60dおよび第1〜第4集光フライアイレンズ70a,70b,70c,70dが設けられている。 In the illumination device 200, as shown in FIG. 14, the light source 10 supplies the first to fourth light beams 1a, 1b, 1c, and 1d, and correspondingly, the first to fourth divided fly-eye lenses 60a, 60b, 60c, 60d and first to fourth condensing fly-eye lenses 70a, 70b, 70c, 70d are provided.
照明装置200では、第1出射光1aが第1光路を進行し、第2出射光1bが第2光路を進行し、光源10の第3出射面形成領域12cに配列された出射面14から出射される第3出射光1cが、第3コリメートレンズ20c、第3集光レンズ30c、第3光束形成コンデンサーレンズ40c、第3フィールドレンズ50c、第3分割フライアイレンズ60c、および第3集光フライアイレンズ70cによって構成された第3光路を進行し、光源10の第4出射面形成領域12dに配列された複数の出射面14から出射される第4出射光1dが、第4コリメートレンズ20d、第4集光レンズ30d、第4光束形成コンデンサーレンズ40d、第4フィールドレンズ50d、第4分割フライアイレンズ60d、第4集光フライアイレンズ70dによって構成された第4光路を進行し、第1〜第4光路からの光を光束重畳コンデンサーレンズ80によって、フィールドレンズ90を介して、ライトバルブ110の入射面112上で重畳させて照明光を形成することができる。 In the illumination device 200, the first outgoing light 1 a travels through the first optical path, the second outgoing light 1 b travels through the second optical path, and exits from the outgoing surface 14 arranged in the third outgoing surface formation region 12 c of the light source 10. The third emitted light 1c is a third collimating lens 20c, a third condensing lens 30c, a third light beam forming condenser lens 40c, a third field lens 50c, a third split fly-eye lens 60c, and a third condensing fly. The fourth emitted light 1d traveling on the third optical path formed by the eye lens 70c and emitted from the plurality of emission surfaces 14 arranged in the fourth emission surface forming region 12d of the light source 10 is converted into the fourth collimating lens 20d, The fourth condenser lens 30d, the fourth light flux forming condenser lens 40d, the fourth field lens 50d, the fourth divided fly-eye lens 60d, and the fourth condenser fly-eye lens 70 The light from the first to fourth optical paths is superposed on the incident surface 112 of the light valve 110 via the field lens 90 by the light beam superimposing condenser lens 80. Can be formed.
光源10は、第1分割フライアイレンズ60aに入射する第1光束2a、第2分割フライアイレンズ60bに入射する第2光束2b、第3分割フライアイレンズ60cに入射する第3光束2c、および第4分割フライアイレンズ60dに入射する第4光束2dを供給することができる。光源10は、第1から第4出射領域12a,12b,12c,12dを有している。第1から第4出射領域12a,12b,12c,12dの各々に配列された出射面14から出射された光は、例えば、対応する光束形成コンデンサーレンズ40a,40b,40c,40dによって、各分割フライアイレンズ60a,60b,60c,60dの入射面上に光束2a,2b,2c,2dとして重畳される。 The light source 10 includes a first light beam 2a incident on the first divided fly-eye lens 60a, a second light beam 2b incident on the second divided fly-eye lens 60b, a third light beam 2c incident on the third divided fly-eye lens 60c, and A fourth light beam 2d incident on the fourth divided fly-eye lens 60d can be supplied. The light source 10 has first to fourth emission regions 12a, 12b, 12c, and 12d. The light emitted from the emission surface 14 arranged in each of the first to fourth emission regions 12a, 12b, 12c, and 12d is divided into fly beams by, for example, the corresponding light beam forming condenser lenses 40a, 40b, 40c, and 40d. The light beams 2a, 2b, 2c, and 2d are superimposed on the entrance surfaces of the eye lenses 60a, 60b, 60c, and 60d.
図15(A)は、第3分割フライアイレンズ60cの一部を、Z軸方向(例えば、第3光束2cの入射方向)から見た平面図である。図15(B)は、第4分割フライアイレンズ60dの一部を、Z軸方向(例えば、第4光束2dの入射方向)から見た平面図である。図15に示すように、第3及び第4分割フライアイレンズ60c,60dは、第1及び第2分割フライアイレンズ60a,60bと同様に、複数行、複数列に配列された要素レンズ62で構成されている。 FIG. 15A is a plan view of a part of the third divided fly-eye lens 60c as viewed from the Z-axis direction (for example, the incident direction of the third light beam 2c). FIG. 15B is a plan view of a part of the fourth divided fly-eye lens 60d as viewed from the Z-axis direction (for example, the incident direction of the fourth light beam 2d). As shown in FIG. 15, the third and fourth divided fly-eye lenses 60c and 60d are element lenses 62 arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, similarly to the first and second divided fly-eye lenses 60a and 60b. It is configured.
第3入射領域Scの形状(図15(A)参照)、および第4入射領域Sdの形状(図15(B)参照)は、第1及び第2入射領域Sa,Sbの形状と同様に、X軸に平行な長軸と、Y軸に平行な短軸と、を有する楕円形状である。入射領域Sa,Sb,Sc,Sdの長軸の長さBxは、Lx≦Bx≦2×Lxの関係を満たし、入射領域Sa,Sb,Sc,Sdの短軸の長さByは、Ly≦By≦2×Lyの関係を満たす。さらに、長軸の長さBxと短軸の長さByとが、Bx:By=Lx:Lyの関係を満たす。 The shape of the third incident region Sc (see FIG. 15A) and the shape of the fourth incident region Sd (see FIG. 15B) are the same as the shapes of the first and second incident regions Sa and Sb. It has an elliptical shape having a long axis parallel to the X axis and a short axis parallel to the Y axis. The major axis length Bx of the incident regions Sa, Sb, Sc, Sd satisfies the relationship Lx ≦ Bx ≦ 2 × Lx, and the minor axis length By of the incident regions Sa, Sb, Sc, Sd is Ly ≦ The relationship By ≦ 2 × Ly is satisfied. Further, the length Bx of the major axis and the length By of the minor axis satisfy the relationship Bx: By = Lx: Ly.
各入射領域Sa,Sb,Sc,Sdの各要素レンズ62に対する位置関係は、互いに異なっている。具体的には、第1入射領域Saは、例えば、図4(A)に示す第1領域S1である。第2入射領域Sbは、例えば、図4(B)に示す第2領域S2である。図15(A)に示すように、第3分割フライアイレンズ60cにおける4つの要素レンズ62の共通する頂点を第3頂点63cとすると、第3入射領域Scは、例えば、第3入射領域Scの中心が、第3頂点63cからX軸に沿って0.5×Lxずれた位置にある第3領域S3である。また、図15(B)に示すように、第4分割フライアイレンズ60dにおける4つの要素レンズ62の共通する頂点を第4頂点63dとすると、第4入射領域Sdは、例えば、第4入射領域Sdの中心が、第4頂点63dからY軸に沿って0.5×Lxずれた位置にある第4領域S4である。このように各分割フライアイレンズ60a,60b,60c,60dに対して各光束2a,2b,2c,2dを上述した位置関係に入射させることで、ライトバルブ110の入射面112上の光強度分布が補完しあって、光強度分布が均一化された照明光を得ることができる。詳細および理由については、後述する。 The positional relationship of each incident region Sa, Sb, Sc, Sd with respect to each element lens 62 is different from each other. Specifically, the first incident region Sa is, for example, the first region S1 illustrated in FIG. The second incident region Sb is, for example, the second region S2 illustrated in FIG. As shown in FIG. 15 (A), when the common vertex of the four element lenses 62 in the third divided fly-eye lens 60c is the third vertex 63c, the third incident region Sc is, for example, the third incident region Sc. The center is the third region S3 located at a position shifted by 0.5 × Lx along the X axis from the third vertex 63c. Further, as shown in FIG. 15B, if the common vertex of the four element lenses 62 in the fourth divided fly-eye lens 60d is a fourth vertex 63d, the fourth incident region Sd is, for example, a fourth incident region. The center of Sd is the fourth region S4 at a position shifted from the fourth vertex 63d by 0.5 × Lx along the Y axis. In this way, the light flux distribution 2a, 2b, 2c, 2d is made incident on the divided fly-eye lenses 60a, 60b, 60c, 60d in the above-described positional relationship, whereby the light intensity distribution on the incident surface 112 of the light valve 110 is obtained. Is supplemented, and illumination light with a uniform light intensity distribution can be obtained. Details and reasons will be described later.
照明装置200によれば、照明装置100と同様に、分割フライアイレンズ60a,60b,60c,60dを構成する要素レンズ62の数が少ないため、要素レンズ62のサイズを大きくすることができる。したがって、照明装置200によれば、照明光の照度ムラを低減することができ、かつ製造を容易化することができる。詳細および理由については、後述する。 According to the illuminating device 200, as with the illuminating device 100, since the number of element lenses 62 constituting the divided fly-eye lenses 60a, 60b, 60c, 60d is small, the size of the element lens 62 can be increased. Therefore, according to the illuminating device 200, the illumination nonuniformity of illumination light can be reduced and manufacture can be facilitated. Details and reasons will be described later.
2.2. 第2の実施形態に係る照明装置の第1実験例
次に、本実施形態に係る照明装置200の第1実験例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、本実施形態に係る照明装置200をモデル化したモデルM3におけるシミュレーションについて説明する。なお、第1の実施形態に係る実験例1と異なる点を説明し、その詳細な説明を省略する。
2.2. First Experimental Example of Lighting Device According to Second Embodiment Next, a first experimental example of the lighting device 200 according to this embodiment will be described with reference to the drawings. Specifically, a simulation in a model M3 obtained by modeling the lighting device 200 according to the present embodiment will be described. Note that differences from Experimental Example 1 according to the first embodiment will be described, and detailed descriptions thereof will be omitted.
図16は、モデルM3を模式的に示す図である。図17〜21は、本実験例の結果を示す分布図である。 FIG. 16 is a diagram schematically illustrating the model M3. 17 to 21 are distribution diagrams showing the results of this experimental example.
モデルM3は、第1出射光1aが第1光路を進行し、第2出射光1bが第2光路を進行し、光源10の第3出射面形成領域12cに配列された出射面14から出射された第3出射光1cが、第3コリメートレンズ20c、第3集光レンズ30c、第3光束形成コンデンサーレンズ40c、第3フィールドレンズ50c、第3分割フライアイレンズ60c、第3集光フライアイレンズ70cによって構成された第3光路を進行し、光源10の第4出射面形成領域12dに配列された複数の出射面14から出射された第4出射光1dが、第4コリメートレンズ20d、第4集光レンズ30d、第4光束形成コンデンサーレンズ40d、第4フィールドレンズ50d、第4分割フライアイレンズ60d、第4集光フライアイレンズ70dによって構成された第4光路を進行し、第1〜第4光路の光を光束重畳コンデンサーレンズ80によってフィールドレンズ90を介して、ライトバルブ110の入射面112上で重畳させて照明光を形成するものとした。この照明光を構成する光線が被照明領域112のどの位置に入射するかを光線追跡法により計算した。これにより、被照明領域112の光線数の分布を求め、照明光の照度ムラを評価した。 In the model M3, the first outgoing light 1a travels in the first optical path, the second outgoing light 1b travels in the second optical path, and is emitted from the outgoing surface 14 arranged in the third outgoing surface formation region 12c of the light source 10. The third emitted light 1c is converted into a third collimating lens 20c, a third condenser lens 30c, a third light beam forming condenser lens 40c, a third field lens 50c, a third divided fly-eye lens 60c, and a third condenser fly-eye lens. The fourth emitted light 1d traveling on the third optical path constituted by 70c and emitted from the plurality of emitting surfaces 14 arranged in the fourth emitting surface forming region 12d of the light source 10 is converted into the fourth collimating lens 20d and the fourth collimating lens 20d. A condensing lens 30d, a fourth light flux forming condenser lens 40d, a fourth field lens 50d, a fourth split fly-eye lens 60d, and a fourth condensing fly-eye lens 70d are used. Traveling on the fourth optical path, and the light in the first to fourth optical paths is superimposed on the incident surface 112 of the light valve 110 via the field lens 90 by the light beam superimposing condenser lens 80 to form illumination light. did. The position of the illuminated region 112 where the light beam constituting the illumination light enters is calculated by the ray tracing method. Thereby, the distribution of the number of light rays in the illuminated region 112 was obtained, and the illuminance unevenness of the illumination light was evaluated.
モデルM3の光源10は、第1から第4出射面形成領域12a,12b,12c,12dを有している。モデルM1と同様に、各出射面形成領域12a,12b,12c,12dには、出射面が、X軸方向に8列、Y軸方向に10列の計80個が配置されているものとした。出射面から出射される出射光1a,1b,1c,1dは点光源から出射される光とし、放射角は、X軸方向に60度、Y軸方向に30度とした。光源10から出射される光線の総数は、200万本とした。 The light source 10 of the model M3 has first to fourth emission surface formation regions 12a, 12b, 12c, and 12d. Similarly to the model M1, each of the emission surface forming regions 12a, 12b, 12c, and 12d has a total of 80 emission surfaces, 8 rows in the X-axis direction and 10 rows in the Y-axis direction. . The emitted lights 1a, 1b, 1c, and 1d emitted from the emission surface are light emitted from a point light source, and the radiation angle is 60 degrees in the X-axis direction and 30 degrees in the Y-axis direction. The total number of light rays emitted from the light source 10 was 2 million.
モデルM3の光学系は、図16に示すように、モデルM1の光学系に加え、第3出射面形成領域12cの80個の出射面に対応して、第3コリメートレンズ20c、および第3集光レンズ30cが、80個ずつ設けられ、第3光束形成コンデンサーレンズ40c、第3フィールドレンズ50c、第3分割フライアイレンズ60c、および第3集光フライアイレンズ70cが、1つずつ設けられているものとした。同様に、第4出射面形成領域12dの80個の出射面に対応して、第4コリメートレンズ20d、第4集光レンズ30dが、80個ずつ設けられ、第4光束形成コンデンサーレンズ40d、第4フィールドレンズ50d、第4分割フライアイレンズ60d、および第4集光フライアイレンズ70dが、1つずつ設けられているものとした。各レンズのレンズ面と次のレンズ面までの間の距離、およびレンズ面の曲率半径は、図7に示す第1の実施形態に係る第1実験例と同じである。 As shown in FIG. 16, in addition to the optical system of model M1, the optical system of model M3 corresponds to the 80 exit surfaces of the third exit surface formation region 12c, the third collimating lens 20c, and the third collection unit. Eighty optical lenses 30c are provided, and a third light flux forming condenser lens 40c, a third field lens 50c, a third divided fly-eye lens 60c, and a third condensing fly-eye lens 70c are provided one by one. It was supposed to be. Similarly, 80 pieces of the fourth collimating lens 20d and the fourth condenser lens 30d are provided corresponding to the 80 outgoing faces of the fourth outgoing face forming area 12d, and the fourth luminous flux forming condenser lens 40d, The four field lens 50d, the fourth divided fly-eye lens 60d, and the fourth condensing fly-eye lens 70d are provided one by one. The distance between the lens surface of each lens and the next lens surface, and the radius of curvature of the lens surface are the same as in the first experimental example according to the first embodiment shown in FIG.
入射領域Sa,Sb,Sc,Sdは、長軸の長さBx=1.6×Lx、短軸の長さBy=1.6×Lyとした。また、Bx:By=Lx:Ly=1.78:1とした。第1入射領域Saは、図4(A)に示す第1領域S1とした。第2入射領域Sbは、図4(B)に示す第2領域S2とした。第3入射領域Scは、図15(A)に示すように、第3入射領域Scの中心が、第3頂点63cから+X軸方向に0.5×Lxずれた位置にある第3領域S3とした。第4入射領域Sdは、図15(B)に示すように、第4入射領域Sdの中心が、第4頂点63dから+Y軸方向に0.5×Lyずれた位置にある第4領域S4とした。 The incident areas Sa, Sb, Sc, and Sd have a major axis length Bx = 1.6 × Lx and a minor axis length By = 1.6 × Ly. Further, Bx: By = Lx: Ly = 1.78: 1. The first incident area Sa is the first area S1 shown in FIG. The second incident region Sb is the second region S2 shown in FIG. As shown in FIG. 15A, the third incident region Sc is the same as the third region S3 in which the center of the third incident region Sc is shifted by 0.5 × Lx in the + X axis direction from the third vertex 63c. did. As shown in FIG. 15B, the fourth incident region Sd is the same as the fourth region S4 in which the center of the fourth incident region Sd is at a position shifted by 0.5 × Ly in the + Y-axis direction from the fourth vertex 63d. did.
次に、シミュレーションの結果について説明する。 Next, simulation results will be described.
図17は、図4(A)に示す第1入射領域Saが第1領域S1である場合の被照明領域112を含む領域内の光線数の分布図である。図18は、図4(B)に示す第2入射領域Sbが第2領域である場合の被照明領域112を含む領域の光線数の分布図である。図19は、図15(A)に示す第3入射領域Scが第3領域S3である場合の被照明領域112を含む領域内の光線数の分布図である。図20は、図15(B)に示す第4入射領域Sdが第4領域である場合の被照明領域112を含む領域内の光線数の分布図である。図21は、図17〜20に示す分布を対応する単位領域ごとに足し合わせた分布図である。 FIG. 17 is a distribution diagram of the number of light rays in the region including the illuminated region 112 when the first incident region Sa shown in FIG. 4A is the first region S1. FIG. 18 is a distribution diagram of the number of rays in a region including the illuminated region 112 when the second incident region Sb illustrated in FIG. 4B is the second region. FIG. 19 is a distribution diagram of the number of light rays in the region including the illuminated region 112 when the third incident region Sc shown in FIG. 15A is the third region S3. FIG. 20 is a distribution diagram of the number of rays in an area including the illuminated area 112 when the fourth incident area Sd shown in FIG. 15B is the fourth area. FIG. 21 is a distribution diagram in which the distributions shown in FIGS. 17 to 20 are added for each corresponding unit region.
図17に示すように、第1入射領域Saが第1領域S1である場合の被照明領域112における光線数の分布は、被照明領域112の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の少ない分布であった。図18に示すように、第2入射領域Sbが第2領域S2である場合の被照明領域112における光線数の分布は、被照明領域112の中心付近が単位領域あたりに入射する光線数の多い分布であった。図19に示すように、第3入射領域Scが第3領域S3である場合の光線数の分布は、被照明領域の長辺付近の領域が単位領域に入射する光線数が多い分布であった。図20に示すように、第4入射領域Sdが第4領域S4とした場合の光線数の分布は、被照明領域の短辺付近の領域が単位領域に入射する光線数が多い分布であった。また、図21に示すように、図17〜20に示す光線数の分布をそれぞれ単位領域ごとに足し合わせて得られた被照明領域112では、光線数の分布が均一化されていることがわかった。具体的には、被照明領域112における強度比(光線数の比)が、図17に示す光線数の分布では、32%であり、図18に示す光線数の分布では、45%であり、図19に示す光線数の分布では、43%であり、図20に示す光線数の分布では、37%であった。これに対して、図21に示す光線数の分布では、強度比(光線数の比)は、79%であり、光線数の分布が均一化されていることがわかった。このように、モデルM3では、互いに補完しあう関係にある光強度分布(光線数の分布)を有する光を、被照明領域112上で重畳させることで、光強度分布を均一化させることができることがわかった。したがって、照明装置200では、被照明領域112において光強度分布が均一化された光を得ることができるため、照度ムラの少ない良好な照明光を得ることができることがわかった。 As shown in FIG. 17, the distribution of the number of light rays in the illuminated region 112 when the first incident region Sa is the first region S1 is such that the number of light rays that enter the unit region near the center of the illuminated region 112 is small. Distribution. As shown in FIG. 18, the distribution of the number of light rays in the illuminated region 112 when the second incident region Sb is the second region S2 has a large number of light rays that enter the unit region near the center of the illuminated region 112. Distribution. As shown in FIG. 19, the distribution of the number of light rays when the third incident region Sc is the third region S3 is a distribution in which the region near the long side of the illuminated region has a large number of light rays incident on the unit region. . As shown in FIG. 20, the distribution of the number of light rays when the fourth incident region Sd is the fourth region S4 is a distribution in which the region near the short side of the illuminated region has a large number of light rays incident on the unit region. . Further, as shown in FIG. 21, in the illuminated region 112 obtained by adding the distribution of the number of rays shown in FIGS. 17 to 20 for each unit region, it is understood that the distribution of the number of rays is uniform. It was. Specifically, the intensity ratio (ratio of the number of rays) in the illuminated region 112 is 32% in the distribution of the number of rays shown in FIG. 17, and 45% in the distribution of the number of rays shown in FIG. In the distribution of the number of rays shown in FIG. 19, it was 43%, and in the distribution of the number of rays shown in FIG. 20, it was 37%. On the other hand, in the distribution of the number of rays shown in FIG. 21, the intensity ratio (ratio of the number of rays) is 79%, and it was found that the distribution of the number of rays is uniform. As described above, in the model M3, the light intensity distribution can be made uniform by superimposing the light having the light intensity distribution (distribution of the number of light rays) on the illuminated area 112 so as to complement each other. I understood. Therefore, it has been found that the illumination device 200 can obtain light with a uniform light intensity distribution in the illuminated region 112, and thus can obtain good illumination light with little illuminance unevenness.
2.3. 第2の実施形態に係る照明装置の第2実験例
次に、本実施形態に係る照明装置200の第2実験例について、図面を参照しながら説明する。本実験例では、照明装置200をモデル化したモデルM4におけるシミュレーションについて説明する。具体的には、光束2a、2b、2c、2dを入射光束2として、分割フライアイレンズ60a,60b,60c,60dに対応する分割フライアイレンズ60に入射させた場合の入射領域Sa,Sb,Sc,Sd径と、被照明領域における強度比(光強度の比)の関係を求めた。図22は、本実験例の結果を示すグラフである。なお、第1の実施形態に係る実験例2と異なる点を説明し、その詳細な説明を省略する。
2.3. Second Experimental Example of Lighting Device According to Second Embodiment Next, a second experimental example of the lighting device 200 according to this embodiment will be described with reference to the drawings. In this experimental example, a simulation in a model M4 that models the lighting device 200 will be described. Specifically, the incident regions Sa, Sb, when the light beams 2a, 2b, 2c, and 2d are incident on the divided fly-eye lens 60 corresponding to the divided fly-eye lenses 60a, 60b, 60c, and 60d as the incident light beam 2 The relationship between the Sc and Sd diameters and the intensity ratio (light intensity ratio) in the illuminated area was determined. FIG. 22 is a graph showing the results of this experimental example. Note that differences from Experimental Example 2 according to the first embodiment will be described, and detailed descriptions thereof will be omitted.
本実験例では、第1の実施形態に係る実験例2と同様の方法で、第1入射領域Saが第1領域S1であり、第2入射領域Sbが第2領域S2であり、第3入射領域Scが第3領域S3であり、第4入射領域Sdが第4領域S4である場合の被照明領域での光線数の分布を求め、モデルM4における入射領域Sa,Sb,Sc,Sd径と被照明領域における強度比(光強度の比)の関係を求めた。 In the present experimental example, the first incident region Sa is the first region S1, the second incident region Sb is the second region S2, and the third incident is performed in the same manner as the experimental example 2 according to the first embodiment. The distribution of the number of rays in the illuminated area when the area Sc is the third area S3 and the fourth incident area Sd is the fourth area S4 is calculated, and the incident areas Sa, Sb, Sc, and Sd diameter in the model M4 are calculated. The relationship of the intensity ratio (light intensity ratio) in the illuminated area was determined.
このようなモデルM4において、入射領域Sa,Sb,Sc,Sd径と被照明領域における強度比(光強度の比)の関係について、図21に示すような結果が得られた。図21に示すように、入射領域Sa,Sb,Sc,Sd径が、1.0以上2.0以下の範囲で、強度比(光強度の比)が80%以上となり、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。すなわち、Lx≦Bx≦2×Lx、Ly≦By≦2×Lyの範囲で、光強度分布が均一化された照明光が得られることがわかった。 In such a model M4, the result as shown in FIG. 21 was obtained regarding the relationship between the incident areas Sa, Sb, Sc, Sd diameter and the intensity ratio (light intensity ratio) in the illuminated area. As shown in FIG. 21, when the incident areas Sa, Sb, Sc, and Sd are in the range of 1.0 to 2.0, the intensity ratio (light intensity ratio) is 80% or more, and the light intensity distribution is uniform. It turned out that the illuminating illumination light was obtained. That is, it has been found that illumination light with a uniform light intensity distribution can be obtained in the ranges of Lx ≦ Bx ≦ 2 × Lx and Ly ≦ By ≦ 2 × Ly.
3. 第3の実施形態
次に、第3の実施形態に係るプロジェクター300について説明する。図23は、プロジェクター300を模式的に示す図である。なお、図23では、便宜上、プロジェクター300を構成する筐体は省略している。プロジェクター300は、本発明に係る照明装置を有する。以下では、本発明に係る照明装置として、照明装置100を用いた例について説明する。
3. Third Embodiment Next, a projector 300 according to a third embodiment will be described. FIG. 23 is a diagram schematically illustrating the projector 300. In FIG. 23, for convenience, the casing constituting the projector 300 is omitted. The projector 300 includes the lighting device according to the present invention. Below, the example using the illuminating device 100 is demonstrated as an illuminating device which concerns on this invention.
プロジェクター300において、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色照明装置100R,緑色照明装置100G、青色照明装置100Bは、上述した照明装置100である。 In the projector 300, the red illumination device 100R, the green illumination device 100G, and the blue illumination device 100B that emit red light, green light, and blue light are the illumination devices 100 described above.
プロジェクター400は、照明装置100R,100G,100Bから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)304R,304G,304Bと、液晶ライトバルブ304R,304G,304Bによって形成された像を拡大してスクリーン(表示面)310に投射する投射レンズ(投射装置)308と、を備えている。また、プロジェクター300は、液晶ライトバルブ304R,304G,304Bから出射された光を合成して投写レンズ308に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)306を備えていることができる。 The projector 400 includes transmissive liquid crystal light valves (light modulation devices) 304R, 304G, and 304B that modulate light emitted from the illumination devices 100R, 100G, and 100B in accordance with image information, and liquid crystal light valves 304R, 304G, and A projection lens (projection device) 308 that magnifies and projects the image formed by 304B onto a screen (display surface) 310; In addition, the projector 300 can include a cross dichroic prism (color light combining unit) 306 that combines the light emitted from the liquid crystal light valves 304R, 304G, and 304B and guides the light to the projection lens 308.
各液晶ライトバルブ304R,304G,304Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム306に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ306によりスクリーン310上に投写され、拡大された画像が表示される。 The three color lights modulated by the liquid crystal light valves 304R, 304G, and 304B enter the cross dichroic prism 306. This prism is formed by bonding four right-angle prisms, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are arranged in a cross shape on the inner surface thereof. These dielectric multilayer films combine the three color lights to form light representing a color image. The synthesized light is projected onto the screen 310 by the projection lens 306, which is a projection optical system, and an enlarged image is displayed.
なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。 In the above example, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation device. However, a light valve other than liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflective liquid crystal light valve and a digital micromirror device. Further, the configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used.
また、照明装置100を、照明装置100からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置(プロジェクター)の照明装置にも適用することが可能である。 In addition, the illumination apparatus 100 scans the light from the illumination apparatus 100 on the screen, and thus has a scanning unit that is an image forming apparatus that displays an image of a desired size on the display surface. The present invention can also be applied to a lighting device of a device (projector).
プロジェクター300によれば、照度ムラを低減することができる照明装置を用いているため、照度ムラの少ない画像を投射することができる。 According to the projector 300, since the illumination device that can reduce the illuminance unevenness is used, an image with little illuminance unevenness can be projected.
なお、上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、上述した実施形態を適宜組み合わせることも可能である。 The above-described embodiment is an example, and the present invention is not limited to these. For example, the above-described embodiments can be appropriately combined.
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.
10 光源、12a 第1出射面形成領域、12b 第2出射面形成領域、
12c 第3出射面形成領域、12d 第4出射面形成領域、14 出射面、
20a 第1コリメートレンズ、20b 第2コリメートレンズ、
20c 第3コリメートレンズ、20d 第4コリメートレンズ、
30a 第1集光レンズ、30b 第2集光レンズ、30c 第3集光レンズ、
30d 第4集光レンズ、40a 第1光束形成コンデンサーレンズ、
40b 第2光束形成コンデンサーレンズ、40c 第3光束形成コンデンサーレンズ、
40d 第4光束形成コンデンサーレンズ、50a 第1フィールドレンズ、
50b 第2フィールドレンズ、50c 第3フィールドレンズ、
50d 第4フィールドレンズ、60a 第1分割フライアイレンズ、
60b 第2分割フライアイレンズ、60c 第3分割フライアイレンズ、
60d 第4分割フライアイレンズ、62 要素レンズ、63a 第1頂点、
63b 第2頂点、63c 第3頂点、64c 第4頂点、
70a 第1集光フライアイレンズ、70b 第2集光フライアイレンズ、
70c 第3集光フライアイレンズ、70d 第4集光フライアイレンズ、
72 要素レンズ、80 光束重畳コンデンサーレンズ、
90 第3フィールドレンズ、100 照明装置、110 ライトバルブ、
112 入射面(被照明領域)、200 照明装置、300 プロジェクター、
304 液晶ライトバルブ、306 クロスダイクロイックプリズム、
308 投射レンズ、310 スクリーン
10 light source, 12a first emission surface formation region, 12b second emission surface formation region,
12c third exit surface formation region, 12d fourth exit surface formation region, 14 exit surface,
20a first collimating lens, 20b second collimating lens,
20c 3rd collimating lens, 20d 4th collimating lens,
30a first condenser lens, 30b second condenser lens, 30c third condenser lens,
30d fourth condenser lens, 40a first light beam condenser lens,
40b second light beam forming condenser lens, 40c third light beam forming condenser lens,
40d Fourth light flux forming condenser lens, 50a first field lens,
50b second field lens, 50c third field lens,
50d 4th field lens, 60a 1st divided fly-eye lens,
60b second divided fly-eye lens, 60c third divided fly-eye lens,
60d Fourth divided fly-eye lens, 62 element lens, 63a first vertex,
63b 2nd vertex, 63c 3rd vertex, 64c 4th vertex,
70a first condensing fly-eye lens, 70b second condensing fly-eye lens,
70c third condensing fly-eye lens, 70d fourth condensing fly-eye lens,
72 element lens, 80 luminous flux condenser lens,
90 third field lens, 100 lighting device, 110 light valve,
112 incident surface (illuminated area), 200 illumination device, 300 projector,
304 Liquid crystal light valve, 306 Cross dichroic prism,
308 projection lens, 310 screen
Claims (8)
前記第1光束を複数の部分光束に分割する第1分割フライアイレンズと、
前記第2光束を複数の部分光束に分割する第2分割フライアイレンズと、
前記第1分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第1集光フライアイレンズと、
前記第2分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第2集光フライアイレンズと、
前記第1集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第2集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第1分割フライアイレンズおよび前記第2分割フライアイレンズは、長辺と、短辺とを有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第1分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なX軸および前記短辺に平行なY軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第2分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第1分割フライアイレンズに対する前記第1光束の第1入射領域の形状、および前記第2分割フライアイレンズに対する前記第2光束の第2入射領域の形状は、前記X軸に平行な長軸と、前記Y軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをLxとし、
前記要素レンズの短辺の長さをLyとし、
前記長軸の長さBxが、1.2×Lx≦Bx≦2×Lxの関係を満たし、前記短軸の長さByが、1.2×Ly≦By≦2×Lyの関係を満たし、前記長軸の長さBxと前記短軸の長さByとが、Bx:By=Lx:Lyの関係を満たし、
前記第1入射領域は、前記第1分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する第1頂点を含み、かつ前記第1光束の中心が前記第1頂点から所定の方向に距離Dだけ離れた領域であり、
前記第2入射領域は、前記第2光束の中心が、前記第2分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する第2頂点から前記所定の方向に前記距離Dだけ離れた位置から、前記X軸に沿って0.5×Lx、前記Y軸に沿って0.5×Lyずれた領域である、照明装置。 A light source for supplying a first light beam and a second light beam;
A first split fly-eye lens that splits the first light flux into a plurality of partial light fluxes;
A second split fly-eye lens that splits the second light flux into a plurality of partial light fluxes;
A first condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the first divided fly-eye lens;
A second condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the second divided fly-eye lens;
Light flux superimposition for superimposing the plurality of partial light fluxes collected by the first light collection fly-eye lens and the plurality of partial light fluxes collected by the second light collection fly-eye lens on an illuminated area A condenser lens,
Including
The first divided fly-eye lens and the second divided fly-eye lens are composed of rectangular element lenses having a long side and a short side,
The element lenses of the first split fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and columns along an X axis parallel to the long side and a Y axis parallel to the short side,
The element lenses of the second divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The shape of the first incident region of the first light beam with respect to the first divided fly-eye lens and the shape of the second incident region of the second light beam with respect to the second divided fly-eye lens are long axes parallel to the X axis. And a short axis parallel to the Y-axis,
The length of the long side of the element lens is Lx,
The length of the short side of the element lens is Ly,
The major axis length Bx satisfies a relationship of 1.2 × Lx ≦ Bx ≦ 2 × Lx, and the minor axis length By satisfies a relationship of 1.2 × Ly ≦ By ≦ 2 × Ly, The length Bx of the major axis and the length By of the minor axis satisfy the relationship Bx: By = Lx: Ly,
The first incident area includes a first vertex common to the four element lenses in the first split fly-eye lens, and the center of the first light flux is separated from the first vertex by a distance D in a predetermined direction. Area,
The second incident region has a position where the center of the second light flux is separated from the second vertex common to the four element lenses in the second divided fly-eye lens by the distance D in the predetermined direction. A lighting device that is a region shifted by 0.5 × Lx along the X axis and 0.5 × Ly along the Y axis.
前記光源は、複数の出射面が配列された第1出射面形成領域および第2出射面形成領域を有し、
前記第1出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第1分割フライアイレンズ上に重畳して前記第1光束を形成する第1光束形成コンデンサーレンズと、
前記第2出射面形成領域の前記複数の出射面から出射された光を、前記第2分割フライアイレンズ上に重畳して前記第2光束を形成する第2光束形成コンデンサーレンズと、
をさらに含む、照明装置。 In claim 1,
The light source has a first emission surface formation region and a second emission surface formation region in which a plurality of emission surfaces are arranged,
A first light beam forming condenser lens that superimposes the light emitted from the plurality of emission surfaces of the first emission surface formation region on the first divided fly-eye lens to form the first light beam;
A second light beam forming condenser lens that superimposes the light emitted from the plurality of emission surfaces of the second emission surface forming region on the second divided fly-eye lens to form the second light beam;
A lighting device.
前記第1光束形成コンデンサーレンズと前記第1分割フライアイレンズの間の距離は、前記第1光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第1入射領域の長軸の長さが、前記第1光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離であり、
前記第2光束形成コンデンサーレンズと前記第2分割フライアイレンズの間の距離は、前記第2光束形成コンデンサーレンズの焦点距離よりも大きく、前記第2入射領域の長軸の長さが、前記第2光束形成コンデンサーレンズの有効径よりも小さくなる距離である、照明装置。 In claim 2,
The distance between the first light beam forming condenser lens and the first split fly-eye lens is larger than the focal length of the first light beam forming condenser lens, and the length of the major axis of the first incident region is the first distance. It is a distance that is smaller than the effective diameter of a single beam forming condenser lens,
The distance between the second light beam forming condenser lens and the second split fly-eye lens is larger than the focal length of the second light beam forming condenser lens, and the length of the major axis of the second incident region is the first distance. A lighting device having a distance smaller than the effective diameter of the two-beam forming condenser lens.
前記第1出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第1コリメートレンズと、
前記第1コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第1コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第1光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第1集光レンズと、
前記第2出射面形成領域の前記複数の出射面に対応して複数配置され、前記複数の出射面から出射される光を個別に平行光に変換する第2コリメートレンズと、
前記第2コリメートレンズに対応して複数配置され、前記第2コリメートレンズによって変換された前記平行光を前記第2光束形成コンデンサーレンズ上に個別に集光する第2集光レンズと、
をさらに含み、
前記第1コリメートレンズおよび前記第1集光レンズは、前記光源と前記第1光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置され、
前記第2コリメートレンズおよび前記第2集光レンズは、前記光源と前記第2光束形成コンデンサーレンズの間の光路上に配置される、照明装置。 In claim 2 or 3,
A plurality of first collimating lenses arranged corresponding to the plurality of emission surfaces of the first emission surface forming region and individually converting light emitted from the plurality of emission surfaces into parallel light;
A plurality of first condensing lenses arranged corresponding to the first collimating lens and individually condensing the parallel light converted by the first collimating lens on the first light flux forming condenser lens;
A plurality of second collimating lenses that are arranged corresponding to the plurality of emission surfaces of the second emission surface forming region and individually convert the light emitted from the plurality of emission surfaces into parallel light;
A plurality of second condensing lenses arranged corresponding to the second collimating lenses and individually condensing the parallel light converted by the second collimating lenses on the second light flux forming condenser lens;
Further including
The first collimating lens and the first condenser lens are disposed on an optical path between the light source and the first light beam forming condenser lens,
The lighting device, wherein the second collimating lens and the second condenser lens are disposed on an optical path between the light source and the second light beam forming condenser lens.
前記第1光束形成コンデンサーレンズと前記第1分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第1光束形成コンデンサーレンズから射出された光を前記第1分割フライアイレンズ上に集光する第1フィールドレンズと、
前記第2光束形成コンデンサーレンズと前記第2分割フライアイレンズの間の光路上に配置され、前記第2光束形成コンデンサーレンズから射出された光を前記第2分割フライアイレンズ上に集光する第2フィールドレンズと、
をさらに含む、照明装置。 In any one of Claims 2 thru | or 4,
A light beam is disposed on an optical path between the first light beam forming condenser lens and the first divided fly-eye lens, and condenses light emitted from the first light beam forming condenser lens on the first divided fly-eye lens. 1 field lens,
A second light beam is disposed on the optical path between the second light beam forming condenser lens and the second divided fly-eye lens, and condenses the light emitted from the second light beam forming condenser lens on the second divided fly-eye lens. Two field lenses,
A lighting device.
前記第1光束を複数の部分光束に分割する第1分割フライアイレンズと、
前記第2光束を複数の部分光束に分割する第2分割フライアイレンズと、
前記第3光束を複数の部分光束に分割する第3分割フライアイレンズと、
前記第4光束を複数の部分光束に分割する第4分割フライアイレンズと、
前記第1分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第1集光フライアイレンズと、
前記第2分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第2集光フライアイレンズと、
前記第3分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第3集光フライアイレンズと、
前記第4分割フライアイレンズによって分割された前記複数の部分光束を個別に集光する第4集光フライアイレンズと、
前記第1集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第2集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第3集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、前記第4集光フライアイレンズによって集光された前記複数の部分光束と、を被照明領域上で重畳させる光束重畳コンデンサーレンズと、
を含み、
前記第1、第2、第3、および第4分割フライアイレンズは、長辺と、短辺と、を有する長方形状の要素レンズで構成され、
前記第1分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記長辺に平行なX軸および前記短辺に平行なY軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第2分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第3分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第4分割フライアイレンズの前記要素レンズは、前記X軸および前記Y軸に沿って複数行複数列に配列され、
前記第1分割フライアイレンズに対する前記第1光束の第1入射領域の形状、前記第2分割フライアイレンズに対する前記第2光束の第2入射領域の形状、前記第3分割フライアイレンズに対する前記第3光束の第3入射領域の形状、前記第4分割フライアイレンズに対する前記第4光束の第4入射領域の形状は、前記X軸に平行な長軸と、前記Y軸に平行な短軸と、を有する楕円形状であり、
前記要素レンズの長辺の長さをLxとし、
前記要素レンズの短辺の長さをLyとし、
前記長軸の長さBxが、1.2×Lx≦Bx≦2×Lxの関係を満たし、前記短軸の長さByが、1.2×Ly≦By≦2×Lyの関係を満たし、前記長軸の長さBxと前記短軸の長さByとが、Bx:By=Lx:Lyの関係を満たし、
前記第1入射領域は、前記第1分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第1頂点を含み、かつ前記第1光束の中心が前記第1頂点から所定の方向に距離Dだけ離れた領域であり、
前記第2入射領域は、前記第2光束の中心が、前記第2分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第2頂点から前記所定の方向に前記距離Dだけ離れた位置から、前記X軸に沿って0.5×Lx、前記Y軸に沿って0.5×Lyずれた領域であり、
前記第3入射領域は、前記第3光束の中心が、前記第3分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第3頂点から前記所定の方向に前記距離Dだけ離れた位置から、前記X軸に沿って0.5×Lxずれた領域であり、
前記第4入射領域は、前記第4光束の中心が、前記第4分割フライアイレンズにおける4つの前記要素レンズの共通する頂点である第4頂点から前記所定の方向に前記距離Dだ
け離れた位置から、前記Y軸に沿って0.5×Lyずれた領域である、照明装置。 A light source for supplying a first light beam, a second light beam, a third light beam, and a fourth light beam;
A first split fly-eye lens that splits the first light flux into a plurality of partial light fluxes;
A second split fly-eye lens that splits the second light flux into a plurality of partial light fluxes;
A third split fly-eye lens that splits the third light flux into a plurality of partial light fluxes;
A fourth split fly-eye lens that splits the fourth light flux into a plurality of partial light fluxes;
A first condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the first divided fly-eye lens;
A second condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the second divided fly-eye lens;
A third condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the third divided fly-eye lens;
A fourth condensing fly-eye lens that individually collects the plurality of partial light beams divided by the fourth divided fly-eye lens;
The plurality of partial light beams collected by the first light collection fly-eye lens, the plurality of partial light beams collected by the second light collection fly-eye lens, and the third light collection fly-eye lens. A light beam superimposing condenser lens that superimposes the plurality of emitted partial light beams and the plurality of partial light beams collected by the fourth condensing fly-eye lens on an illuminated area;
Including
The first, second, third, and fourth divided fly's eye lenses are composed of rectangular element lenses having a long side and a short side,
The element lenses of the first split fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and columns along an X axis parallel to the long side and a Y axis parallel to the short side,
The element lenses of the second divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The element lenses of the third divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The element lenses of the fourth divided fly-eye lens are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns along the X axis and the Y axis,
The shape of the first incident region of the first light beam with respect to the first divided fly-eye lens, the shape of the second incident region of the second light beam with respect to the second divided fly-eye lens, and the first shape with respect to the third divided fly-eye lens The shape of the third incident region of the three light beams and the shape of the fourth incident region of the fourth light beam with respect to the fourth divided fly-eye lens are a long axis parallel to the X axis and a short axis parallel to the Y axis. An elliptical shape having
The length of the long side of the element lens is Lx,
The length of the short side of the element lens is Ly,
The major axis length Bx satisfies a relationship of 1.2 × Lx ≦ Bx ≦ 2 × Lx, and the minor axis length By satisfies a relationship of 1.2 × Ly ≦ By ≦ 2 × Ly, The length Bx of the major axis and the length By of the minor axis satisfy the relationship Bx: By = Lx: Ly,
The first incident region includes a first vertex that is a common vertex of the four element lenses in the first split fly-eye lens, and a center of the first light flux is a distance from the first vertex in a predetermined direction. Is a region separated by D,
The second incident region is a position where the center of the second light flux is separated from the second vertex, which is a common vertex of the four element lenses in the second divided fly-eye lens, by the distance D in the predetermined direction. From 0.5 × Lx along the X axis and 0.5 × Ly along the Y axis,
The third incident area is a position where the center of the third light flux is separated from the third vertex, which is a common vertex of the four element lenses in the third divided fly-eye lens, by the distance D in the predetermined direction. Is a region shifted by 0.5 × Lx along the X-axis,
The fourth incident area is a position where the center of the fourth light flux is separated from the fourth vertex, which is a common vertex of the four element lenses in the fourth divided fly-eye lens, by the distance D in the predetermined direction. The lighting device is a region shifted by 0.5 × Ly along the Y axis.
前記光源は、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオードのいずれかである、照明装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The illuminating device, wherein the light source is any one of a semiconductor laser, a super luminescent diode, and a light emitting diode.
前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、プロジェクター。 The lighting device according to any one of claims 1 to 7,
A light modulation device that modulates light emitted from the illumination device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation device;
Including projector.
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