JP6544520B2 - 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.

プロジェクターは、照明装置から射出される光を光変調装置で画像情報に応じて変調し、得られた画像を投射装置によって拡大投射するものである。近年、このようなプロジェクターに用いられる照明装置の光源として、半導体レーザー(LD)などの半導体発光素子が注目されている。   The projector modulates the light emitted from the illumination device with the light modulation device according to the image information, and enlarges and projects the obtained image with the projection device. In recent years, semiconductor light emitting devices such as semiconductor lasers (LDs) have attracted attention as light sources of illumination devices used in such projectors.

半導体発光素子は、例えば、半導体基板上に積層された活性層やクラッド層等により構成されている。このような半導体発光素子の1つとして、活性層やクラッド層の積層方向と直交する方向に光を射出する端面発光型の半導体発光素子が知られている。   The semiconductor light emitting device is constituted of, for example, an active layer, a cladding layer and the like stacked on a semiconductor substrate. As one of such semiconductor light emitting elements, an edge emitting type semiconductor light emitting element is known which emits light in a direction orthogonal to the stacking direction of the active layer and the cladding layer.

端面発光型の半導体発光素子では、活性層で発生した光は、極めて細長い領域(例えば活性層の幅方向に数十μm、活性層の厚み方向に数百nm)から射出される。そのため、端面発光型の半導体発光素子から射出される光の放射角は、活性層の厚み方向では広く、活性層の幅方向では狭い。   In the edge-emitting semiconductor light emitting device, light generated in the active layer is emitted from an extremely long region (for example, several tens μm in the width direction of the active layer and several hundreds nm in the thickness direction of the active layer). Therefore, the emission angle of light emitted from the edge-emitting semiconductor light emitting element is wide in the thickness direction of the active layer and narrow in the width direction of the active layer.

ここで、光学系における効率は、光源の発光面積と射出光の放射角(角度分布範囲)の積に依存(反比例)する。そのため、光源として半導体発光素子を用いる場合には、効率を向上させるために、レンズ等を用いて射出光を平行化する構成が採用される場合が多い。   Here, the efficiency in the optical system depends on the product of the light emitting area of the light source and the emission angle (angle distribution range) of the emitted light (inverse proportion). Therefore, when a semiconductor light emitting element is used as a light source, in order to improve the efficiency, a configuration is often adopted in which the emitted light is collimated using a lens or the like.

例えば、特許文献1には、複数の半導体レーザーを配置してなる光源と、平行化レンズと、インテグレーター光学系と、を備えた照明装置が開示されている。特許文献1の照明装置では、各半導体レーザーから射出された光を平行化レンズにより平行化した後、平行化された光をインテグレーター光学系を用いてインテグレートすることにより、照明対象を均一に照明している。   For example, Patent Document 1 discloses an illumination device including a light source in which a plurality of semiconductor lasers are disposed, a collimating lens, and an integrator optical system. In the illumination device of Patent Document 1, after the light emitted from each semiconductor laser is collimated by a collimating lens, the collimated light is integrated using an integrator optical system to uniformly illuminate the illumination target. ing.

特開2004−220016号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-220016

ここで、端面発光型の半導体発光素子では、上述したように、射出光の放射角が広い方向と狭い方向とがある。そのため、平行化レンズによって射出光の放射角の広い方向を集光して平行化した場合、平行化された光に干渉による筋状の明暗分布(筋状の輝線)が生じてしまうことがある。これは、端面発光型の半導体発光素子において、放射角の広い方向の光成分は、干渉を生じやすいためである。   Here, in the edge-emitting semiconductor light emitting device, as described above, the emission angle of the emitted light is wide and narrow. Therefore, when a wide direction of the emission angle of emitted light is collected and collimated by a collimating lens, streaked light-and-dark distribution (strike-like bright lines) may occur in the collimated light due to interference. . This is because, in the edge-emitting semiconductor light emitting device, light components in the direction of a wide radiation angle are likely to cause interference.

したがって、上記の照明装置において、光源として端面発光型の半導体発光素子を用いた場合、平行化レンズによって平行化された光に筋状の明暗分布が生じてしまい、照明対象において高い照度均一性を得ることは困難である。   Therefore, in the above-described illumination device, when an edge-emitting semiconductor light emitting element is used as a light source, streak-like light and dark distribution is generated in the light collimated by the collimating lens, and high illuminance uniformity in the illumination target It is difficult to get.

本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、照明光束の照度均一性を向上させ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、上記照明装置を含むプロジェクターを提供することにある。
One of the objects in accordance with some aspects of the present invention is to provide a lighting device capable of improving the illumination uniformity of the illumination light flux. Moreover, it is one of the objects according to some aspects of the present invention.
One is to provide a projector including the lighting device.

本発明に係る照明装置は、
複数の第1半導体発光素子を有し、複数の前記第1半導体発光素子の各々から射出される第1光束で構成された第1照明光を射出する第1アレイ光源と、
複数の第2半導体発光素子を有し、複数の前記第2半導体発光素子の各々から射出される第2光束で構成された第2照明光を射出する第2アレイ光源と、
前記第1光束を平行化する第1平行化光学系と、
前記第2光束を平行化する第2平行化光学系と、
前記第1平行化光学系で平行化された前記第1光束で構成された前記第1照明光と、前記第2平行化光学系で平行化された前記第2光束で構成された前記第2照明光と、を合成する光合成光学系と、
前記光合成光学系で合成された光の光強度を均一化するインテグレーター光学系と、
前記第1平行化光学系と前記インテグレーター光学系との間の光路、および前記第2平行化光学系と前記インテグレーター光学系との間の光路に配置された光拡散光学系と、
を含み、
前記第1半導体発光素子および前記第2半導体発光素子は、端面発光型の発光素子であり、
前記第1照明光および前記第2照明光が合成される前記光合成光学系の光合成面において、前記第1光束の放射角が他の方向に比べて広い第1方向と、前記第2光束の放射角が他の方向に比べて広い第2方向とは、交差する。
The lighting device according to the present invention is
A first array light source having a plurality of first semiconductor light emitting elements and emitting a first illumination light composed of a first luminous flux emitted from each of the plurality of first semiconductor light emitting elements;
A second array light source having a plurality of second semiconductor light emitting elements and emitting a second illumination light composed of a second light beam emitted from each of the plurality of second semiconductor light emitting elements;
A first collimating optical system that collimates the first light flux;
A second collimating optical system that collimates the second light flux;
The first illumination light composed of the first beam collimated by the first collimating optical system, and the second beam composed of the second beam collimated by the second collimating optical system A light combining optical system that combines illumination light;
An integrator optical system for equalizing the light intensity of the light synthesized by the light synthesizing optical system;
A light diffusion optical system disposed in an optical path between the first collimating optical system and the integrator optical system, and an optical path between the second collimating optical system and the integrator optical system;
Including
The first semiconductor light emitting device and the second semiconductor light emitting device are edge-emitting light emitting devices,
In the light combining surface of the light combining optical system in which the first illumination light and the second illumination light are combined, the radiation direction of the first light beam is wider in the first direction than in the other direction, and the radiation of the second light beam is emitted. The corner intersects with the second direction which is wider than the other directions.

このような照明装置では、光合成面において第1方向と第2方向とが交差するため、第1照明光と第2照明光の合成光において第1光束の光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線の方向と第2光束の光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線の方向とが交差する。そのため、このような照明装置では、例えば合成光において第1光束の輝線の方向と第2光束の輝線の方向とが同じ方向である場合と比べて、合成光の明暗分布を低減することができる。したがって、このような照明装置では、照明光束の照度均一性を向上させることができる。   In such an illumination device, since the first direction and the second direction intersect in the light combining surface, one or more appear in the light-dark distribution of the light intensity of the first light beam in the combined light of the first illumination light and the second illumination light The direction of the bright line intersects with the direction of the bright line or lines appearing in the light-dark distribution of the light intensity of the second luminous flux. Therefore, in such a lighting device, for example, compared with the case where the direction of the bright line of the first light beam and the direction of the bright line of the second light beam in the combined light are the same direction, the brightness distribution of the combined light can be reduced. . Therefore, in such an illumination device, the illumination uniformity of the illumination light flux can be improved.

本発明に係る照明装置において、
前記第1光束と前記第2光束とは、前記光合成面において重なっていなくてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The first light flux and the second light flux may not overlap on the light combining surface.

このような照明装置では、第1光束と第2光束とが光合成面において重なっていないため、例えば第1光束の偏光方向と第2光束の偏光方向とが異なっている場合に、いずれかの光束の偏光方向を回転させて、偏光方向の揃った合成光を得ることができる。   In such an illumination device, since the first light flux and the second light flux do not overlap in the light combining surface, one of the light fluxes, for example, when the polarization direction of the first light flux is different from the polarization direction of the second light flux. By rotating the polarization direction of the light source, it is possible to obtain combined light having the same polarization direction.

本発明に係る照明装置において、
前記第1光束と前記第2光束とは、前記光合成面において重なっていてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The first light flux and the second light flux may overlap on the light combining surface.

このような照明装置では、第1光束と第2光束とが光合成面において重なっているため、合成光における輝線(明暗分布)の密度を高くすることができる。   In such an illumination device, since the first light flux and the second light flux overlap in the light combining surface, it is possible to increase the density of the bright line (bright and dark distribution) in the combined light.

本発明に係る照明装置において、
前記光拡散光学系は、前記光合成光学系と前記インテグレーター光学系との間の光路に配置されてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light diffusion optical system may be disposed in an optical path between the light combining optical system and the integrator optical system.

このような照明装置では、光合成光学系で合成された合成光を拡散させてインテグレーター光学系に入射させることができる。   In such an illumination device, the combined light combined by the light combining optical system can be diffused to be incident on the integrator optical system.

本発明に係る照明装置において、
前記光拡散光学系は、
前記第1平行化光学系と前記光合成光学系との間の光路に配置された第1光拡散素子と、
前記第2平行化光学系と前記光合成光学系との間の光路に配置された第2光拡散素子と、
を有していてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light diffusion optical system is
A first light diffusing element disposed in a light path between the first collimating optical system and the light combining optical system;
A second light diffusing element disposed in a light path between the second collimating optical system and the light combining optical system;
May be included.

このような照明装置では、例えば光拡散素子を光合成光学系よりも後段に配置した場合と比べて、光拡散素子とインテグレーター光学系との間の光路を長くすることができるため、照明光束の光強度をより均一化することができる。   In such an illumination device, for example, the light path between the light diffusion element and the integrator optical system can be made longer as compared to the case where the light diffusion element is disposed at a later stage than the light combining optical system. The strength can be made more uniform.

本発明に係る照明装置において、
前記光合成光学系は、前記第2光束を透過する光透過領域と、前記光透過領域を透過した前記第2光束の進行方向と同じ方向に前記第1光束を反射させる光反射部と、を有し、
前記光拡散光学系は、前記光透過領域および前記光反射領域の少なくとも一方に設けられた光拡散素子を有してもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light combining optical system has a light transmitting region for transmitting the second light beam, and a light reflecting portion for reflecting the first light beam in the same direction as the traveling direction of the second light beam transmitted through the light transmitting region. And
The light diffusion optical system may have a light diffusion element provided in at least one of the light transmission area and the light reflection area.

このような照明装置では、例えば光拡散素子を光合成光学系よりも後段に配置した場合と比べて、光拡散素子とインテグレーター光学系との間の光路を長くすることができるため、照明光束の光強度をより均一化することができる。   In such an illumination device, for example, the light path between the light diffusion element and the integrator optical system can be made longer as compared to the case where the light diffusion element is disposed at a later stage than the light combining optical system. The strength can be made more uniform.

本発明に係る照明装置において、
前記光拡散光学系は、光を所定の方向に拡散させる回折素子であってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The light diffusion optical system may be a diffractive element that diffuses light in a predetermined direction.

このような照明装置では、光拡散光学系において所望の方向に光を拡散させることができるため、後述するように光拡散光学系を光合成光学系の前段に配置することができるなど、光拡散光学系の配置の自由度を高めることができる。   In such an illumination device, since light can be diffused in a desired direction in the light diffusion optical system, as described later, the light diffusion optical system can be disposed upstream of the light combining optical system, and so on. It is possible to increase the freedom of arrangement of the system.

本発明に係る照明装置において、
前記光合成面において、前記第1方向と前記第2方向とは直交してもよい。
In the lighting device according to the present invention,
In the light combining surface, the first direction and the second direction may be orthogonal to each other.

このような照明装置では、2つのアレイ光源からの照明光を合成して合成光を形成する際に、例えば光合成面において第1方向と第2方向とが直交していない場合と比べて、合成光の明暗分布をより低減し、光強度をより均一化することができる。   In such an illumination device, when combining illumination light from two array light sources to form combined light, combining is performed as compared with, for example, the case where the first direction and the second direction are not orthogonal in the light combining plane. Light-dark distribution of light can be further reduced, and light intensity can be made more uniform.

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、
前記照明装置から射出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 lighting 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では、投射された画像の明るさムラを低減し、高品位な画像を表示することができる。   Such a projector can reduce brightness unevenness of a projected image and can display a high quality image.

第1実施形態に係る照明装置の構成を模式的に示す図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows typically the structure of the illuminating device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る照明装置の第1アレイ光源を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the 1st array light source of the illuminating device which concerns on 1st Embodiment. 第1アレイ光源を構成する半導体発光素子を模式的に示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a semiconductor light emitting element constituting a first array light source. 第1照明光を模式的に示す図。The figure which shows 1st illumination light typically. 第1実施形態に係る照明装置の第2アレイ光源を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the 2nd array light source of the illuminating device which concerns on 1st Embodiment. 第2照明光を模式的に示す図。The figure which shows 2nd illumination light typically. 第1実施形態に係る照明装置の光合成光学系を模式的に示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a light combining optical system of the illumination device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る照明装置の光合成光学系を模式的に示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a light combining optical system of the illumination device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る照明装置における合成光を模式的に示す図。The figure which shows typically the synthetic | combination light in the illuminating device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る照明装置の偏光変換素子を模式的に示す平面図。FIG. 2 is a plan view schematically showing a polarization conversion element of the illumination device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る照明装置の偏光変換素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the polarization conversion element of the illuminating device which concerns on 1st Embodiment. 第1変形例に係る照明装置の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the illuminating device which concerns on a 1st modification. 第2変形例に係る照明装置の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the illuminating device which concerns on a 2nd modification. 第2変形例に係る照明装置の光合成光学系を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the light combining optical system of the illuminating device which concerns on a 2nd modification. 第3変形例に係る照明装置の光合成光学系を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the light combining optical system of the illuminating device which concerns on a 3rd modification. 第3変形例に係る光合成光学系を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the photosynthesis optical system which concerns on a 3rd modification. 第3変形例に係る光合成光学系の変形例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the modification of the light combining optical system which concerns on a 3rd modification. 第4変形例に係る照明装置の光合成光学系を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the light combining optical system of the illuminating device which concerns on a 4th modification. 第2実施形態に係る照明装置の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the illuminating device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る照明装置における合成光を模式的に示す図。The figure which shows typically the synthetic | combination light in the illuminating device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る照明装置の光合成光学系を模式的に示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view schematically showing a light combining optical system of the illumination device according to the second embodiment. 第2実施形態の変形例に係る照明装置の光合成光学系を模式的に示す図。The figure which shows typically the light combining optical system of the illuminating device which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。The figure which shows typically the projector which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。The figure which shows typically the projector which concerns on 4th Embodiment. アレイ光源の変形例を説明するための図。The figure for demonstrating the modification of an array light source.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Further, not all of the configurations described below are necessarily essential configuration requirements of the present invention.

1. 第1実施形態
1.1. 照明装置
まず、第1実施形態に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る照明装置100の構成を模式的に示す図である。なお、図1には、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
1. First Embodiment 1.1. Lighting Device First, the lighting device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of the illumination device 100 according to the first embodiment. Note that FIG. 1 illustrates the X axis, the Y axis, and the Z axis as three axes orthogonal to each other.

照明装置100は、図1に示すように、第1アレイ光源10aと、第2アレイ光源10bと、第1平行化光学系20aと、第2平行化光学系20bと、光合成光学系30と、偏光変換素子(偏光変換光学系の一例)40と、光拡散光学系50と、インテグレーター光学系60と、を含む。   As shown in FIG. 1, the illumination device 100 includes a first array light source 10a, a second array light source 10b, a first collimating optical system 20a, a second collimating optical system 20b, and a light combining optical system 30. A polarization conversion element (an example of a polarization conversion optical system) 40, a light diffusion optical system 50, and an integrator optical system 60 are included.

第1アレイ光源10aは、複数の半導体発光素子を有し、複数の半導体発光素子の各々から射出された第1光束2aで構成された第1照明光4aを射出する。第1アレイ光源10aは、第1照明光4aが−X軸方向に進行するように配置されている。   The first array light source 10a has a plurality of semiconductor light emitting elements, and emits the first illumination light 4a composed of the first luminous flux 2a emitted from each of the plurality of semiconductor light emitting elements. The first array light source 10 a is disposed such that the first illumination light 4 a travels in the −X axis direction.

図2は、第1アレイ光源10aを模式的に示す平面図である。図3は、第1アレイ光源10aを構成する半導体発光素子12(第1半導体発光素子の一例)を模式的に示す斜視図である。   FIG. 2 is a plan view schematically showing the first array light source 10a. FIG. 3 is a perspective view schematically showing a semiconductor light emitting element 12 (an example of a first semiconductor light emitting element) constituting the first array light source 10a.

第1アレイ光源10aは、図2に示すように、複数の半導体発光素子12と、熱伝導性支持基板14と、共通基板16と、を有している。   As shown in FIG. 2, the first array light source 10 a includes a plurality of semiconductor light emitting elements 12, a thermally conductive support substrate 14, and a common substrate 16.

半導体発光素子12は、半導体を用いた発光素子である。半導体発光素子12は、図示はしないが、第1クラッド層、活性層、および第2クラッド層の順で半導体基板上に積層された積層体と、活性層に電流を注入するための電極と、を含んで構成されている。半導体発光素子12は、例えば、半導体レーザー(レーザーダイオード)である。   The semiconductor light emitting element 12 is a light emitting element using a semiconductor. Although not shown, the semiconductor light emitting device 12 is a stacked body formed on the semiconductor substrate in the order of the first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer, and an electrode for injecting a current into the active layer. Is composed including. The semiconductor light emitting element 12 is, for example, a semiconductor laser (laser diode).

半導体発光素子12は、端面発光型の発光素子である。なお、端面発光型の発光素子とは、活性層やクラッド層が積層される積層方向と直交する方向に光を射出する発光素子をいう。   The semiconductor light emitting device 12 is an edge emitting light emitting device. Note that an edge-emitting light-emitting element refers to a light-emitting element that emits light in a direction orthogonal to the stacking direction in which the active layer and the cladding layer are stacked.

半導体発光素子12の光射出部13から射出される第1光束2aの放射角は、活性層の厚み方向では広く、活性層の幅方向では狭い。   The emission angle of the first light flux 2a emitted from the light emitting portion 13 of the semiconductor light emitting element 12 is wide in the thickness direction of the active layer and narrow in the width direction of the active layer.

半導体発光素子12の第1光束2aが射出される光射出部13は、図2および図3に示すように、YZ平面上にあり、長手方向がZ軸に沿っており、短手方向がY軸に沿っている。そのため、光射出部13から射出される第1光束2aは、他の方向に比べてY軸方向の放射角が広く、かつ、他の方向に比べてZ軸方向の放射角が狭い。なお、放射角とは、射出された光束の拡散する角度をいう。例えば、Y軸方向の放射角とは、Y軸に沿った方向の光束の強度を測定したときに、ピーク強度の1/2の幅(半値全幅)となる角度範囲をいう。X軸方向の放射角や、その他の方向の放射角についても、Y軸方向の放射角と同様に定義することができる。   The light emitting portion 13 from which the first light beam 2a of the semiconductor light emitting element 12 is emitted is on the YZ plane as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the longitudinal direction is along the Z axis, and the lateral direction is Y Along the axis. Therefore, the first luminous flux 2a emitted from the light emitting portion 13 has a wide radiation angle in the Y-axis direction as compared to the other directions, and a narrow radiation angle in the Z-axis direction as compared to the other directions. Note that the radiation angle refers to the diffusion angle of the emitted light flux. For example, the radiation angle in the Y-axis direction refers to an angle range in which the width (half width full width) of half the peak intensity is measured when the intensity of the light flux in the direction along the Y axis is measured. The radiation angle in the X-axis direction and the radiation angle in the other directions can also be defined in the same manner as the radiation angle in the Y-axis direction.

半導体発光素子12は端面発光型の発光素子であるため、半導体発光素子12から射出される光は直線偏光性を有する。直性偏光性とは、電場(および磁場)の振動方向が一定であることをいう。なお、直線偏光の偏光方向(電場の振動方向)は、発光素子の結晶構造に依存する。半導体発光素子12から射出される第1光束2aは、光合成光学系30の光合成面3に対してS偏光(偏光方向はY軸方向)である。   Since the semiconductor light emitting element 12 is an edge emitting type light emitting element, light emitted from the semiconductor light emitting element 12 has linear polarization. Linear polarization means that the vibration direction of the electric field (and magnetic field) is constant. The polarization direction of the linearly polarized light (the vibration direction of the electric field) depends on the crystal structure of the light emitting element. The first light beam 2 a emitted from the semiconductor light emitting element 12 is S-polarized light (the polarization direction is the Y-axis direction) with respect to the light combining surface 3 of the light combining optical system 30.

第1アレイ光源10aは、複数の半導体発光素子12をアレイ化して1つの光源を構成している。第1アレイ光源10aを構成する半導体発光素子12の数は、図示の例では12個だが、その数は特に限定されない。第1アレイ光源10aを構成する複数の半導体発光素子12は、2次元アレイ状に配置されている。複数の半導体発光素子12は、Z軸およびY軸に沿って複数行かつ複数列(マトリックス状)に配置されている。図示の例では、Z軸に沿って3つの半導体発光素子12が並び、Y軸に沿って4つの半導体発光素子12が並んでいる。すなわち、半導体発光素子12は、4行3列に配置されている。第1アレイ光源10aを構成する複数の半導体発光素子12の各々の仕様は、揃っていることが望ましい。これにより、第1照明光4aを構成する複数の第1光束2aの径や強度を揃えることができる。   The first array light source 10 a forms a single light source by arraying a plurality of semiconductor light emitting elements 12. The number of semiconductor light emitting elements 12 constituting the first array light source 10a is twelve in the illustrated example, but the number is not particularly limited. The plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the first array light source 10 a are arranged in a two-dimensional array. The plurality of semiconductor light emitting elements 12 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns (in a matrix) along the Z axis and the Y axis. In the illustrated example, three semiconductor light emitting devices 12 are arranged along the Z axis, and four semiconductor light emitting devices 12 are arranged along the Y axis. That is, the semiconductor light emitting elements 12 are arranged in four rows and three columns. It is desirable that the specifications of each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the first array light source 10 a be in alignment. Thereby, the diameters and the intensities of the plurality of first light beams 2a constituting the first illumination light 4a can be made uniform.

半導体発光素子12は、熱伝導性支持基板14によって支持されている。図示の例では、3つの半導体発光素子12が1つの熱伝導性支持基板14によって支持されている。   The semiconductor light emitting device 12 is supported by a thermally conductive support substrate 14. In the illustrated example, three semiconductor light emitting devices 12 are supported by one thermally conductive support substrate 14.

熱伝導性支持基板14は、共通基板16上に配置されている。熱伝導性支持基板14は、共通基板16上に複数配置されている。図示の例では、4つの熱伝導性支持基板14がY軸方向に並んで配置されている。これにより、第1アレイ光源10aにおいて、半導体発光素子12がアレイ状(4行3列)に配置される。   The thermally conductive support substrate 14 is disposed on the common substrate 16. A plurality of thermally conductive support substrates 14 are disposed on the common substrate 16. In the illustrated example, four thermally conductive support substrates 14 are arranged side by side in the Y-axis direction. Thereby, in the first array light source 10a, the semiconductor light emitting elements 12 are arranged in an array (4 rows and 3 columns).

熱伝導性支持基板14は、半導体発光素子12で発生した熱を逃がす機能を有する。熱伝導性支持基板14の材質は、例えば、銅などの熱伝導性に優れた材料である。共通基板16は、ペルチェ素子やヒートシンク等と熱的に接続されていてもよい。熱伝導性支持基板14および共通基板16には、図示はしないが、半導体発光素子12を駆動させるため
の配線や電極等が設けられている。
The heat conductive support substrate 14 has a function of dissipating the heat generated in the semiconductor light emitting element 12. The material of the heat conductive support substrate 14 is, for example, a material having excellent heat conductivity such as copper. The common substrate 16 may be thermally connected to a Peltier element, a heat sink, or the like. Although not illustrated, the heat conductive support substrate 14 and the common substrate 16 are provided with wires, electrodes, and the like for driving the semiconductor light emitting device 12.

第1アレイ光源10aから射出される第1照明光4aは、アレイ状に配置された複数の半導体発光素子12から射出された複数の第1光束2aで構成されている。すなわち、第1照明光4aは、複数(図示の例では12個)の第1光束2aがアレイ状(4行3列)に配置されて構成された光である。第1アレイ光源10aから射出された第1照明光4aは、−X軸方向に進行する。   The first illumination light 4a emitted from the first array light source 10a is composed of a plurality of first light beams 2a emitted from a plurality of semiconductor light emitting elements 12 arranged in an array. That is, the first illumination light 4a is light in which a plurality of (12 in the illustrated example) first light beams 2a are arranged in an array (4 rows and 3 columns). The first illumination light 4 a emitted from the first array light source 10 a travels in the −X axis direction.

第1アレイ光源10aから射出された第1照明光4aは、第1平行化光学系20aに入射する。   The first illumination light 4a emitted from the first array light source 10a enters the first collimating optical system 20a.

第1平行化光学系20aは、第1照明光4aを構成する第1光束2aを平行化(または略平行化)する。第1平行化光学系20aは、複数の平行化レンズ22aがアレイ状に配置されたレンズアレイで構成されている。平行化レンズ22aは、半導体発光素子12(光射出部13)に1対1に対応している。第1平行化光学系20aを構成する複数の平行化レンズ22aは、第1アレイ光源10aを構成する複数の半導体発光素子12と同様に、アレイ状(4行3列)に配置されている。第1照明光4aを構成する複数の第1光束2aの各々は、対応する平行化レンズ22aに入射する。なお、半導体発光素子12から射出される光束の放射角は、活性層の厚み方向では広く、活性層の幅方向では狭いため、平行化レンズ22aとしては焦点距離が異なる2つの屈折面を備えることが望ましい。しかし、平行性が非常に高い光束を得る必要がない、或いは、一方の放射角がかなり狭い場合には、放射角が広い方向の光成分を平行化するための屈折面を1つ備えた平行化レンズを使用しても良く、平行化レンズを低コスト化し易い、アレイ光源と一体化し易い等の点で有効である。   The first collimating optical system 20 a collimates (or substantially collimates) the first light beam 2 a that constitutes the first illumination light 4 a. The first collimating optical system 20a is configured of a lens array in which a plurality of collimating lenses 22a are arranged in an array. The collimating lens 22 a corresponds to the semiconductor light emitting element 12 (light emitting unit 13) in a one-to-one manner. The plurality of collimating lenses 22a constituting the first collimating optical system 20a are arranged in an array (four rows and three columns), similarly to the plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the first array light source 10a. Each of the plurality of first light fluxes 2a constituting the first illumination light 4a is incident on the corresponding collimating lens 22a. Since the radiation angle of the light beam emitted from the semiconductor light emitting element 12 is wide in the thickness direction of the active layer and narrow in the width direction of the active layer, the collimating lens 22a has two refracting surfaces having different focal lengths. Is desirable. However, if it is not necessary to obtain very high collimated light flux, or if one radiation angle is very narrow, a parallel with one refracting surface for collimating the light component in the direction of wide radiation angle A conversion lens may be used, and this is effective in that the cost of the collimating lens can be easily reduced, and it can be easily integrated with the array light source.

平行化レンズ22aは、第1光束2aを平行化する。平行化レンズ22aは、第1光束2aを平行化して、平行光(または略平行光)として射出する。平行化レンズ22aにおける集光効率を最大化するために、平行化レンズ22aの焦点位置は、半導体発光素子12の光射出部13近傍に設定されている。   The collimating lens 22a collimates the first light beam 2a. The collimating lens 22 a collimates the first light beam 2 a and emits parallel light (or substantially parallel light). In order to maximize the light collection efficiency of the collimating lens 22 a, the focal position of the collimating lens 22 a is set near the light emitting portion 13 of the semiconductor light emitting element 12.

図4は、第1平行化光学系20aで平行化された複数の第1光束2aで構成された第1照明光4aを模式的に示す図である。なお、図4では、第1照明光4aの断面(YZ平面における断面)を図示している。また、図4では、第1光束2aの輪郭を表す線を除いて、光強度が大きいほど暗い色で表している。   FIG. 4 is a view schematically showing the first illumination light 4a composed of the plurality of first light beams 2a collimated by the first collimating optical system 20a. In FIG. 4, a cross section (a cross section in the YZ plane) of the first illumination light 4 a is illustrated. Further, in FIG. 4, except for the line representing the outline of the first light flux 2a, the color is darker as the light intensity is larger.

第1平行化光学系20aから射出された第1照明光4aは、YZ平面において、アレイ状(4行3列)に配置された複数の第1光束2aで構成されている。図4に示すように、第1光束2aが平行化光学系20aで平行化されることにより、第1光束2aにはZ軸に沿った単数或いは複数の輝線を含む筋状の明暗分布が生じる。   The first illumination light 4a emitted from the first collimating optical system 20a is composed of a plurality of first light beams 2a arranged in an array (4 rows and 3 columns) in the YZ plane. As shown in FIG. 4, the first light beam 2a is collimated by the collimating optical system 20a, thereby generating a streak-like light and dark distribution including one or more bright lines along the Z axis in the first light beam 2a. .

半導体発光素子12の光射出部13の狭い領域(Y軸方向)から射出される光成分は位相差が小さいため、Y軸方向に広がる光成分は干渉を生じやすい。したがって、平行化レンズ22aでY軸方向に集光した場合、第1光束2aに干渉縞が発生し単数或いは複数の輝線を含む筋状の明暗分布が生じる。また、このような理由から、第1光束2aの放射角の広い方向と輝線の方向(図4に示す例ではZ軸方向)とは対応している。ただし、レンズ等の介在する光学要素によっては輝線の生じ方は異なる。   Since the light component emitted from the narrow region (Y-axis direction) of the light emitting portion 13 of the semiconductor light emitting device 12 has a small phase difference, the light component spreading in the Y-axis direction tends to cause interference. Therefore, when light is collected in the Y-axis direction by the collimating lens 22a, interference fringes are generated in the first light beam 2a, and a streaky light-dark distribution including one or more bright lines is generated. Further, for this reason, the direction of the emission angle of the first luminous flux 2a corresponds to the direction of the bright line (the Z-axis direction in the example shown in FIG. 4). However, depending on the intervening optical element such as a lens, the generation of the bright line is different.

第1平行化光学系20aで平行化された第1光束2aの断面形状は、平行化レンズ22aの構成と半導体発光素子12(光射出部13)との位置関係に依存する。本実施形態では、放射角が広い方向の光成分を平行化するための屈折面を1つ備えた平行化レンズ22
aを想定しており、図4に示すように、Y軸方向に長手方向、Z軸方向に短手方向を有する形状である。図示の例では、第1光束2aの断面形状は、Y軸方向に長軸、Z軸方向に短軸を有する楕円形状である。また、焦点距離が異なる2つの屈折面を備えた平行化レンズ22aを、半導体発光素子12(光射出部13)から適切な位置で使用することにより、略円形状の断面形状とすることも出来る。
The cross-sectional shape of the first light beam 2a collimated by the first collimating optical system 20a depends on the positional relationship between the configuration of the collimating lens 22a and the semiconductor light emitting element 12 (light emitting portion 13). In this embodiment, a collimating lens 22 having one refracting surface for collimating light components in the direction of a wide radiation angle.
a is assumed, and as shown in FIG. 4, the shape has a longitudinal direction in the Y-axis direction and a lateral direction in the Z-axis direction. In the illustrated example, the cross-sectional shape of the first light flux 2a is an elliptical shape having a major axis in the Y-axis direction and a minor axis in the Z-axis direction. In addition, by using the collimating lens 22a having two refracting surfaces having different focal lengths at an appropriate position from the semiconductor light emitting element 12 (light emitting portion 13), it is possible to obtain a substantially circular cross section. .

第2アレイ光源10bは、複数の半導体発光素子を有し、複数の半導体発光素子の各々から射出された第2光束2bで構成された第2照明光4bを射出する。   The second array light source 10 b has a plurality of semiconductor light emitting elements, and emits a second illumination light 4 b composed of the second luminous flux 2 b emitted from each of the plurality of semiconductor light emitting elements.

図5は、第2アレイ光源10bを模式的に示す平面図である。第2アレイ光源10bは、図5に示すように、複数の半導体発光素子12(第2半導体発光素子の一例)と、熱伝導性支持基板14と、共通基板16と、を有している。第2アレイ光源10bは、第2照明光4bが+Z軸方向に進行するように配置されている。   FIG. 5 is a plan view schematically showing the second array light source 10b. As shown in FIG. 5, the second array light source 10 b includes a plurality of semiconductor light emitting devices 12 (an example of a second semiconductor light emitting device), a thermally conductive support substrate 14, and a common substrate 16. The second array light source 10 b is disposed such that the second illumination light 4 b travels in the + Z axis direction.

第2アレイ光源10bを構成する半導体発光素子12の構成は、上述した第1アレイ光源10aを構成する半導体発光素子12の構成と同じである。第2アレイ光源10bでは、半導体発光素子12(光射出部13)の向きが第1アレイ光源10aと異なっている。   The configuration of the semiconductor light emitting element 12 configuring the second array light source 10 b is the same as the configuration of the semiconductor light emitting element 12 configuring the first array light source 10 a described above. In the second array light source 10b, the orientation of the semiconductor light emitting element 12 (light emitting unit 13) is different from that of the first array light source 10a.

第2アレイ光源10bでは、半導体発光素子12の光射出部13は、図5に示すように、XY平面上にあり、長手方向がY軸に沿っており、短手方向がX軸に沿っている。そのため、光射出部13から射出される第2光束2bは、他の方向に比べてX軸方向の放射角が広く、かつ、他の方向に比べてY軸方向の放射角が狭い。第2アレイ光源10bでは、半導体発光素子12から射出される第2光束2bは、光合成光学系30の光合成面3に対してP偏光(偏光方向はX軸方向)である。   In the second array light source 10b, as shown in FIG. 5, the light emitting portion 13 of the semiconductor light emitting element 12 is on the XY plane, the longitudinal direction is along the Y axis, and the lateral direction is along the X axis There is. Therefore, the second light flux 2b emitted from the light emitting portion 13 has a wide radiation angle in the X-axis direction as compared to other directions, and a narrow radiation angle in the Y-axis direction as compared to the other directions. In the second array light source 10b, the second light beam 2b emitted from the semiconductor light emitting element 12 is P-polarized (the polarization direction is the X-axis direction) with respect to the light combining surface 3 of the light combining optical system 30.

第2アレイ光源10bは、複数の半導体発光素子12をアレイ化して1つの光源を構成している。第2アレイ光源10bを構成する半導体発光素子12の数は、図示の例では12個だが、その数は特に限定されない。第2アレイ光源10bを構成する複数の半導体発光素子12は、2次元アレイ状に配置されている。複数の半導体発光素子12は、X軸およびY軸に沿って複数行かつ複数列(マトリックス状)に配置されている。図示の例では、X軸に沿って3つの半導体発光素子12が並び、Y軸に沿って4つの半導体発光素子12が並んでいる。すなわち、半導体発光素子12は、4行3列に配置されている。第2アレイ光源10bを構成する複数の半導体発光素子12の各々の仕様は、揃っていることが望ましい。また、第1アレイ光源10aを構成する複数の半導体発光素子12の各々および第2アレイ光源10bを構成する複数の半導体発光素子12の各々との間でも、仕様が揃っていることが望ましい。   The second array light source 10 b forms a single light source by arraying the plurality of semiconductor light emitting elements 12. Although the number of the semiconductor light emitting elements 12 constituting the second array light source 10 b is 12 in the illustrated example, the number is not particularly limited. The plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the second array light source 10 b are arranged in a two-dimensional array. The plurality of semiconductor light emitting elements 12 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns (in a matrix) along the X axis and the Y axis. In the illustrated example, three semiconductor light emitting devices 12 are arranged along the X axis, and four semiconductor light emitting devices 12 are arranged along the Y axis. That is, the semiconductor light emitting elements 12 are arranged in four rows and three columns. It is desirable that the specifications of each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the second array light source 10 b be in alignment. Further, it is preferable that the specifications be uniform among each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the first array light source 10 a and each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the second array light source 10 b.

半導体発光素子12は、熱伝導性支持基板14によって支持されている。図示の例では、4つの半導体発光素子12が1つの熱伝導性支持基板14によって支持されている。   The semiconductor light emitting device 12 is supported by a thermally conductive support substrate 14. In the illustrated example, four semiconductor light emitting devices 12 are supported by one thermally conductive support substrate 14.

熱伝導性支持基板14は、共通基板16上に配置されている。図示の例では、3つの熱伝導性支持基板14がX軸方向に並んで配置されている。これにより、第2アレイ光源10bにおいて、半導体発光素子12がアレイ状(4行3列)に配置される。   The thermally conductive support substrate 14 is disposed on the common substrate 16. In the illustrated example, three thermally conductive support substrates 14 are arranged side by side in the X-axis direction. Thereby, in the second array light source 10b, the semiconductor light emitting elements 12 are arranged in an array (4 rows and 3 columns).

第2アレイ光源10bから射出される第2照明光は、アレイ状に配置された半導体発光素子12から射出された第2光束2bで構成されている。すなわち、第2照明光4bは、複数(図示の例では12個)の第2光束2bがアレイ状(4行3列)に配置されて構成された光である。第2アレイ光源10bから射出された第2照明光4bは、+Z軸方向に進行する。   The second illumination light emitted from the second array light source 10b is composed of the second light beam 2b emitted from the semiconductor light emitting elements 12 arranged in an array. That is, the second illumination light 4b is a light in which a plurality of (12 in the illustrated example) second light beams 2b are arranged in an array (4 rows and 3 columns). The second illumination light 4b emitted from the second array light source 10b travels in the + Z-axis direction.

第2照明光4bは、第2平行化光学系20bに入射する。   The second illumination light 4b enters the second collimating optical system 20b.

第2平行化光学系20bは、第2照明光4bを構成する第2光束2bを平行化する。第2平行化光学系20bは、複数の平行化レンズ22bがアレイ状に配置されたレンズアレイで構成されている。第2光束2bを平行化する平行化レンズ22bの構成は、第1光束2aを平行化する平行化レンズ22aの構成と同様である。第2平行化光学系20bを構成する複数の平行化レンズ22bは、第2アレイ光源10bを構成する複数の半導体発光素子12と同様に、アレイ状(4行3列)に配置されている。   The second collimating optical system 20 b collimates the second light beam 2 b constituting the second illumination light 4 b. The second collimating optical system 20 b is configured of a lens array in which a plurality of collimating lenses 22 b are arranged in an array. The configuration of the collimating lens 22b for collimating the second light flux 2b is similar to the configuration of the collimating lens 22a for collimating the first light flux 2a. The plurality of collimating lenses 22 b constituting the second collimating optical system 20 b are arranged in an array (4 rows and 3 columns), similarly to the plurality of semiconductor light emitting elements 12 constituting the second array light source 10 b.

図6は、第2平行化光学系20bで平行化された第2光束2bで構成された第2照明光4bを模式的に示す図である。なお、図6では、第2照明光4bの断面(XY平面における断面)を図示している。また、図6では、第2光束2bの外縁を表す線を除いて、光強度が大きいほど暗い色で表している。   FIG. 6 is a view schematically showing the second illumination light 4b composed of the second light beam 2b collimated by the second collimating optical system 20b. In FIG. 6, the cross section (cross section in the XY plane) of the second illumination light 4b is illustrated. Further, in FIG. 6, except for the line representing the outer edge of the second light flux 2b, the darker the color, the greater the light intensity.

第2平行化光学系20bから射出された第2照明光4bは、図6に示すように、XY平面において、アレイ状(4行3列)に配置された複数の第2光束2bで構成されている。図6に示すように、第2光束2bが平行化光学系20bで平行化されることにより、第2光束2bにはY軸に沿った単数或いは複数の輝線を含む筋状の明暗分布が生じる。   The second illumination light 4b emitted from the second collimating optical system 20b is composed of a plurality of second light beams 2b arranged in an array (4 rows and 3 columns) in the XY plane, as shown in FIG. ing. As shown in FIG. 6, when the second light beam 2b is collimated by the collimating optical system 20b, a streaky light-dark distribution including one or more bright lines along the Y-axis is generated in the second light beam 2b. .

第2平行化光学系20bで平行化された第2光束2bの断面形状は、図6に示すように、X軸方向に長手方向、Y軸方向に短手方向を有する形状である。図示の例では、第2光束2bの断面形状は、X軸方向に長軸、Y軸方向に短軸を有する楕円形状である。   The cross-sectional shape of the second light beam 2b collimated by the second collimating optical system 20b is a shape having a longitudinal direction in the X-axis direction and a lateral direction in the Y-axis direction, as shown in FIG. In the illustrated example, the cross-sectional shape of the second light flux 2b is an elliptical shape having a major axis in the X-axis direction and a minor axis in the Y-axis direction.

光合成光学系30は、図4に示す第1平行化光学系20aで平行化された第1光束2aで構成された第1照明光4aと、図6に示す第2平行化光学系20bで平行化された第2光束2bで構成された第2照明光4bと、を合成する。後述するが、この場合の合成とは、第1照明光4aと第2照明光4bとを同一の方向(+Z軸方向)に向けて射出することを意味している。   The light combining optical system 30 includes the first illumination light 4a composed of the first light beam 2a collimated by the first collimating optical system 20a shown in FIG. 4 and the second illuminating optical system 20b shown in FIG. And the second illumination light 4b composed of the converted second light flux 2b. Although described later, combining in this case means that the first illumination light 4a and the second illumination light 4b are emitted in the same direction (+ Z-axis direction).

光合成光学系30は、第1照明光4aと第2照明光4bとが交わる位置(または略交わる位置)に配置されている。光合成光学系30は、第1照明光4aと第2照明光4bとが合成される光合成面3が第1照明光4aの光軸と第2照明光4bの光軸とが交わる位置(または略交わる位置)に配置されている。光合成光学系30の光合成面3は、第1照明光4aの光軸および第2照明光4bの光軸に対して45度の角度をなすように配置されている。   The light combining optical system 30 is disposed at a position where the first illumination light 4a and the second illumination light 4b intersect (or substantially intersect). The light combining optical system 30 is a position where the light combining surface 3 where the first illumination light 4a and the second illumination light 4b are combined intersects the optical axis of the first illumination light 4a and the optical axis of the second illumination light 4b (or approximately It is arranged at the crossing position). The light combining surface 3 of the light combining optical system 30 is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the first illumination light 4a and the optical axis of the second illumination light 4b.

図7は、光合成光学系30を模式的に示す斜視図である。図8は、光合成光学系30を模式的に示す図7のVIII−VIII線断面図である。   FIG. 7 is a perspective view schematically showing the light combining optical system 30. As shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. 7 schematically showing the photosynthetic optical system 30. As shown in FIG.

光合成光学系30は、図7および図8に示すように、複数の光透過領域32を有する板状部材34と、板状部材34の主面34aに設けられた複数の光反射部36と、を有している。光合成光学系30において、複数の光反射部36の表面(反射面)と、板状部材34の主面34a(光透過領域32の表面)とが光合成面3を構成している。   As shown in FIGS. 7 and 8, the light combining optical system 30 includes a plate-like member 34 having a plurality of light transmitting regions 32 and a plurality of light reflecting portions 36 provided on the major surface 34 a of the plate-like member 34. have. In the light combining optical system 30, the surfaces (reflecting surfaces) of the plurality of light reflecting portions 36 and the main surface 34a (the surface of the light transmitting area 32) of the plate member 34 constitute the light combining surface 3.

板状部材34は、透光性の平板である。板状部材34は、互いに反対方向を向く主面34a,34bを有している。板状部材34の主面34a,34bは、第1光束2aおよび第2光束2bに対して、45度傾いて配置されている。板状部材34の主面34a,34bには、反射防止膜(図示せず)が設けられていることが好ましい。   The plate member 34 is a translucent flat plate. The plate member 34 has major surfaces 34a and 34b facing in opposite directions. The main surfaces 34a and 34b of the plate-like member 34 are disposed at an angle of 45 degrees with respect to the first light flux 2a and the second light flux 2b. It is preferable that an anti-reflection film (not shown) be provided on the main surfaces 34 a and 34 b of the plate-like member 34.

光透過領域32は、第2光束2bの進行方向(Z軸方向)から見て、光反射部36と重
ならない板状部材34の領域である。第2光束2bは、光透過領域32を透過して板状部材34から射出される。
The light transmitting area 32 is an area of the plate-like member 34 which does not overlap with the light reflecting portion 36 when viewed from the traveling direction (Z-axis direction) of the second light flux 2b. The second light flux 2 b is transmitted through the light transmission region 32 and emitted from the plate member 34.

光反射部36は、板状部材34の主面34aに複数設けられている。光反射部36は、主面34aに所定の間隔をあけて複数設けられている。光反射部36としては、第1光束2aを効率よく反射させる誘電体多層膜等の光反射膜が好適である。   A plurality of light reflecting portions 36 are provided on the major surface 34 a of the plate-like member 34. A plurality of light reflecting portions 36 are provided on the main surface 34 a at predetermined intervals. As the light reflecting portion 36, a light reflecting film such as a dielectric multilayer film which efficiently reflects the first light flux 2a is preferable.

光反射部36の幅Wは、例えば、光反射部36に入射する第1光束2aの幅(第1光束2aの幅W方向の大きさ、以下「幅W1」ともいう)以上である。また、光透過領域32の幅Wは、例えば、光透過領域32から射出される第2光束2bの幅(第2光束2bの幅W方向の大きさ、以下「幅W2」ともいう)以上である。光反射部36の幅Wを第1光束2aの幅W1以上とし、かつ、光透過領域32の幅Wを第2光束2bの幅W2以上とすることにより、光合成光学系30において、隣り合う第1光束2aと第2光束2bとが重ならない状態で、合成光6を得ることができる。 The width W R of the light reflecting portion 36 is, for example, equal to or greater than the width of the first light flux 2 a incident on the light reflecting portion 36 (the size in the width W R direction of the first light flux 2 a, hereinafter also referred to as “width W 1”) . The width W T of the light transmission region 32 is, for example, the width of the second light flux 2b emitted from the light transmitting region 32 (the width W T direction size of the second light flux 2b, also referred to as "width W2" below) It is above. The width W R of the light reflecting portion 36 is equal to or more than the width W 1 of the first light flux 2 a, and the width W T of the light transmission region 32 is equal to or more than the width W 2 of the second light flux 2 b. The combined light 6 can be obtained in a state where the matching first light flux 2a and the second light flux 2b do not overlap.

板状部材34として用いられる平板は、可能な限り薄いことが好ましい。板状部材34の主面34a,34bは、第2光束2bの光軸に対して45度傾いて配置されている。そのため、第2光束2bは板状部材34を透過する際に平行シフトする。平行シフトが生じると板状部材34から射出される光束の位置がずれて強度ムラが生じたり光利用効率が低下したりする場合がある。したがって、平行シフト量を小さくするために板状部材34として用いられる平板は薄いものが好ましい。また、平行シフト量をあらかじめ考慮し、光合成光学系30に入射させる第2光束2bの位置を平行シフトの方向とは逆方向にシフトさせておくことが好ましい。   The flat plate used as the plate member 34 is preferably as thin as possible. The main surfaces 34a and 34b of the plate-like member 34 are disposed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the second light flux 2b. Therefore, the second light flux 2 b shifts in parallel when passing through the plate-like member 34. When a parallel shift occurs, the position of the light beam emitted from the plate member 34 may be shifted to cause uneven intensity or to decrease the light utilization efficiency. Therefore, it is preferable that the flat plate used as the plate member 34 be thin in order to reduce the amount of parallel shift. In addition, it is preferable to shift the position of the second light beam 2b to be incident on the light combining optical system 30 in the direction opposite to the direction of the parallel shift in consideration of the parallel shift amount in advance.

図7に示すように、第2照明光4bは+Z軸方向に進行し、板状部材34(主面34b)に45度傾いた角度から入射する。そして、第2照明光4bは、第2光束2bの列ごとに光透過領域32を透過して、板状部材34の主面34aから+Z軸方向に射出される。   As shown in FIG. 7, the second illumination light 4 b travels in the + Z-axis direction, and is incident on the plate member 34 (main surface 34 b) at an angle of 45 degrees. Then, the second illumination light 4 b passes through the light transmission region 32 for each row of the second light flux 2 b and is emitted from the main surface 34 a of the plate-like member 34 in the + Z-axis direction.

一方、第1照明光4aは−X軸方向に進行し、板状部材34の光反射部36に45度傾いた方向から入射する。そして、第1照明光4aは、第1光束2aの列ごとに光反射部36で反射されて+Z軸方向に進行方向を変える。すなわち、光反射部36は、第1光束2aを第2光束2bの進行方向(Z軸方向)と同じ方向に反射させる。   On the other hand, the first illumination light 4 a travels in the −X axis direction, and enters the light reflecting portion 36 of the plate member 34 from a direction inclined 45 degrees. Then, the first illumination light 4a is reflected by the light reflecting portion 36 for each row of the first light flux 2a to change the traveling direction in the + Z-axis direction. That is, the light reflecting portion 36 reflects the first light flux 2a in the same direction as the traveling direction (Z-axis direction) of the second light flux 2b.

このように光合成光学系30は、光合成面3において、第1照明光4a(第1光束2a)の進行方向と第2照明光4b(第2光束2b)の進行方向とを同じ方向にすることにより、第1照明光4aと第2照明光4bとを合成して合成光6とする。なお、第1照明光4aと第2照明光4bとを合成するとは、第1照明光4aの進行方向と第2照明光4bの進行方向とを同じ方向にしてひとまとめにすることをいい、必ずしも第1照明光4aを構成する第1光束2aと第2照明光4bを構成する第2光束2bとが重ならなくてもよい。   As described above, the light combining optical system 30 sets the traveling direction of the first illumination light 4a (the first luminous flux 2a) and the traveling direction of the second illumination light 4b (the second luminous flux 2b) on the light synthesizing surface 3 in the same direction. Thus, the first illumination light 4 a and the second illumination light 4 b are combined into a combined light 6. Note that combining the first illumination light 4a and the second illumination light 4b means that the traveling direction of the first illumination light 4a and the traveling direction of the second illumination light 4b are the same direction, and are not necessarily integrated. The first light flux 2a constituting the first illumination light 4a and the second light flux 2b constituting the second illumination light 4b may not overlap.

照明装置100では、光合成面3において、第1光束2aの放射角が他の方向に比べて広い方向(以下単に「放射角が広い方向」ともいう、第1方向)と、第2光束2bの放射角が他の方向に比べて広い方向(第2方向)とは、交差する。言い換えると、光合成面3において、第1光束2aの放射角が広い方向と第2光束2bの放射角が広い方向とは、同じ方向ではなく、互いに異なる方向である。   In the illumination device 100, in the light combining surface 3, the radiation angle of the first light beam 2a is wider than the other directions (hereinafter, referred to simply as the “direction in which the radiation angle is wide”, the first direction) The radiation angle intersects with the direction (second direction) wider than the other directions. In other words, in the light combining surface 3, the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a is wide and the direction in which the radiation angle of the second light beam 2b is wide are not the same direction but different from each other.

図9は、光合成光学系30の光合成面3で合成された第1照明光4aおよび第2照明光4b(合成光6)を模式的に示す図である。なお、図9では、合成光6の断面(XY平面における断面)を図示している。また、図9では、光束2a,2bの外縁を表す線を除いて、光強度が大きいほど暗い色で表している。   FIG. 9 is a view schematically showing the first illumination light 4 a and the second illumination light 4 b (combined light 6) combined by the light combining surface 3 of the light combining optical system 30. In FIG. 9, the cross section (cross section in the XY plane) of the combined light 6 is illustrated. Further, in FIG. 9, except for lines representing the outer edges of the light fluxes 2a and 2b, the light intensity is represented as darker as the light intensity is larger.

上述したように、第1アレイ光源10aを構成する半導体発光素子12から射出された第1光束2aの放射角はY軸方向に広い。また、第2アレイ光源10bを構成する半導体発光素子12から射出された第2光束2bの放射角はX軸方向に広い。そのため、光合成面3において、第1照明光4aと第2照明光4bが合成されると、図9に示すように、第1光束2aの放射角が広い方向(Y軸方向)と、第2光束2bの放射角が広い方向(X軸方向)とは、交差する。図示の例では、第1光束2aの放射角が広い方向(Y軸方向)と、第2光束2bの放射角が広い方向(X軸方向)とは、直交している。すなわち、図示の例では、第1光束2aの放射角が広い方向と第2光束2bの放射角が広い方向とがなす角度は90度である。   As described above, the radiation angle of the first luminous flux 2a emitted from the semiconductor light emitting element 12 constituting the first array light source 10a is wide in the Y-axis direction. Further, the radiation angle of the second light beam 2b emitted from the semiconductor light emitting element 12 constituting the second array light source 10b is wide in the X-axis direction. Therefore, when the first illumination light 4a and the second illumination light 4b are combined on the light combining surface 3, as shown in FIG. 9, the radiation angle of the first light beam 2a is wide (Y-axis direction), and A direction (X-axis direction) where the radiation angle of the light flux 2b is wide intersects. In the illustrated example, the direction (Y-axis direction) in which the radiation angle of the first light flux 2a is wide and the direction (X-axis direction) in which the radiation angle of the second light flux 2b is wide are orthogonal. That is, in the illustrated example, the angle formed by the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a is wide and the direction in which the radiation angle of the second light beam 2b is wide is 90 degrees.

このように第1光束2aの放射角が広い方向と第2光束2bの放射角が広い方向とを交差(直交)させることにより、合成光6において第1光束2aの光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線の方向と第2光束2bの光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線の方向とが交差(直交)する。そのため、合成光6の明暗分布を低減することができる。   As described above, by making the radiation angle of the first light beam 2a be wider and the radiation angle of the second light beam 2b be wider (orthogonal), the light and dark distribution of the light intensity of the first light beam 2a appears in the combined light 6 The direction of one or more bright lines crosses (orthogonalizes) the direction of one or more bright lines appearing in the light-dark distribution of the light intensity of the second light flux 2b. Therefore, the brightness distribution of the combined light 6 can be reduced.

なお、光合成面3において、第1光束2aの放射角が広い方向とは、光合成面3において、合成された後(進行方向が変えられた後)の第1光束2aの放射角が広い方向をいう。例えば、図4に示す例では、光合成面3に入射する前の第1光束2aの放射角の広い方向はY軸方向であり、光合成面3においても第1光束2aの放射角の広い方向はY軸方向である。図示はしないが、仮に、光合成面3に入射する前の第1光束2aの放射角の広い方向がZ軸方向であった場合、光合成面3において第1光束2aの放射角が広い方向は、X軸方向となる。   In the light combining surface 3, the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a is wide refers to the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a after being combined in the light combining surface 3 (after the traveling direction is changed) is wide. Say. For example, in the example shown in FIG. 4, the wide direction of the radiation angle of the first light beam 2a before entering the light combining surface 3 is the Y axis direction, and the wide direction of the radiation angle of the first light beam 2a is also the light combining surface 3 It is the Y-axis direction. Although not illustrated, if the wide direction of the radiation angle of the first light beam 2a before entering the light combining surface 3 is the Z-axis direction, the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a is wide in the light combining surface 3 is It becomes the X axis direction.

光合成面3において第1光束2aの放射角はY軸方向が広いため、図9に示すように、第1光束2aの断面形状はY軸方向に長手方向を持つ形状を有している。また、光合成面3において第2光束2bの放射角はX軸方向が広いため、第2光束2bの断面形状はX軸方向に長手方向を持つ形状を有している。このように、光合成面3において光束2a,2bの放射角が広い方向は、合成光6の光束2a,2bの断面形状に対応している。   Since the radiation angle of the first light beam 2a on the light combining surface 3 is wide in the Y-axis direction, as shown in FIG. 9, the cross-sectional shape of the first light beam 2a has a shape having a longitudinal direction in the Y-axis direction. Further, since the radiation angle of the second light flux 2b in the light combining surface 3 is wide in the X-axis direction, the cross-sectional shape of the second light flux 2b has a shape having a longitudinal direction in the X-axis direction. As described above, the direction in which the radiation angles of the light beams 2a and 2b are wide in the light combining surface 3 corresponds to the cross-sectional shape of the light beams 2a and 2b of the combined light 6.

図9に示す合成光6では、光合成面3において、第1光束2aと第2光束2bとは重なっていない。図示の例では、第1照明光4aを構成する第1光束2aの列の間に、第2照明光4bを構成する第2光束2bの列が位置している。第1光束2aの列と第2光束2bの列とは、X軸方向に交互に並んでいる。   In the combined light 6 shown in FIG. 9, the first light flux 2 a and the second light flux 2 b do not overlap on the light combining surface 3. In the example of illustration, the row | line | column of the 2nd light beam 2b which comprises the 2nd illumination light 4b is located between the row | lines of the 1st light beam 2a which comprises the 1st illumination light 4a. The line of the first light flux 2a and the line of the second light flux 2b are alternately arranged in the X-axis direction.

光合成光学系30で合成された合成光6は、偏光変換素子40に入射する。   The combined light 6 combined by the light combining optical system 30 enters the polarization conversion element 40.

偏光変換素子40は、合成光6を構成する第1光束2aおよび第2光束2bの偏光方向を揃える。   The polarization conversion element 40 aligns the polarization directions of the first light flux 2 a and the second light flux 2 b that constitute the combined light 6.

図10は、偏光変換素子40を模式的に示す平面図である。図11は、偏光変換素子40を模式的に示す図10のXI−XI線断面図である。偏光変換素子40は、図10および図11に示すように、複数の光透過領域42を有する板状部材44と、板状部材44の主面44aに設けられた複数のλ/2位相差膜46と、を有している。   FIG. 10 is a plan view schematically showing the polarization conversion element 40. As shown in FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG. 10 schematically showing the polarization conversion element 40. As shown in FIG. As shown in FIGS. 10 and 11, the polarization conversion element 40 includes a plate-like member 44 having a plurality of light transmitting regions 42 and a plurality of λ / 2 retardation films provided on the main surface 44 a of the plate-like member 44. And 46.

板状部材44は、透光性の平板である。板状部材44の主面44a,44bには、反射防止膜(図示せず)が設けられていることが好ましい。   The plate member 44 is a translucent flat plate. It is preferable that an anti-reflection film (not shown) is provided on the main surfaces 44 a and 44 b of the plate-like member 44.

光透過領域42は、板状部材44の主面44aの垂線方向(Z軸方向)から見て、板状
部材44の、λ/2位相差膜46と重ならない領域である。光透過領域42とλ/2位相差膜46とは、X軸方向に交互に配置されている。光透過領域42には、第1光束2aが入射する。
The light transmitting region 42 is a region of the plate member 44 which does not overlap with the λ / 2 retardation film 46 when viewed from the perpendicular direction (Z-axis direction) of the main surface 44 a of the plate member 44. The light transmission regions 42 and the λ / 2 retardation film 46 are alternately arranged in the X-axis direction. The first luminous flux 2 a is incident on the light transmission region 42.

λ/2位相差膜46は、板状部材44の主面44aに複数設けられている。λ/2位相差膜46には、第2光束2bが入射する。λ/2位相差膜46は、入射した第2光束2bの偏光方向を90度回転させて、第2光束2bをP偏光からS偏光に変換する。λ/2位相差膜46は、例えば、複屈折性を有する結晶板、有機フィルム、誘電体多層膜等である。   A plurality of λ / 2 retardation films 46 are provided on the main surface 44 a of the plate-like member 44. The second light beam 2 b is incident on the λ / 2 phase difference film 46. The λ / 2 retardation film 46 rotates the polarization direction of the incident second light beam 2 b by 90 degrees to convert the second light beam 2 b from p-polarization to s-polarization. The λ / 2 retardation film 46 is, for example, a crystal plate having birefringence, an organic film, a dielectric multilayer film, or the like.

λ/2位相差膜46の幅W(X軸方向の大きさ)は、例えば、λ/2位相差膜46に入射する第2光束2bの幅(X軸方向の大きさ)以上である。また、光透過領域42の幅W(X軸方向の大きさ)は、例えば、光透過領域42に入射する第1光束2aの幅(X軸方向の大きさ)以上である。λ/2位相差膜46の幅Wを第2光束2bの幅以上とし、かつ、光透過領域42の幅Wを第1光束2aの幅以上とすることにより、偏光変換素子40において、第1光束2aの偏光方向と第2光束2bの偏光方向とを揃えることができる。 The width W P (size in the X-axis direction) of the λ / 2 phase difference film 46 is, for example, equal to or greater than the width (size in the X-axis direction) of the second light beam 2 b incident on the λ / 2 phase difference film 46 . Further, the width W S (size in the X-axis direction) of the light transmission area 42 is, for example, equal to or greater than the width (size in the X-axis direction) of the first light flux 2 a incident on the light transmission area 42. In the polarization conversion element 40, the width W P of the λ / 2 retardation film 46 is equal to or greater than the width of the second light flux 2b, and the width W S of the light transmission region 42 is equal to or greater than the width of the first light flux 2a. The polarization direction of the first luminous flux 2a and the polarization direction of the second luminous flux 2b can be aligned.

図1に示すように、合成光6を構成する第1光束2aは、偏光変換素子40の光透過領域42に入射し、偏光方向が変換されることなくS偏向の状態で光透過領域42を通過(透過)する。一方、合成光6を構成する第2光束2bは、偏光変換素子40のλ/2位相差膜46に入射し、λ/2位相差膜46によって偏光方向が90度回転され、P偏光からS偏光に変換される。このようにして偏光変換素子40において、第1光束2aと第2光束2bの偏光方向を揃えることができる。   As shown in FIG. 1, the first light beam 2a constituting the combined light 6 is incident on the light transmission region 42 of the polarization conversion element 40, and the light transmission region 42 is s-polarized without conversion of the polarization direction. Pass (permeate). On the other hand, the second light beam 2b constituting the combined light 6 is incident on the λ / 2 retardation film 46 of the polarization conversion element 40, and the polarization direction is rotated by 90 degrees by the λ / 2 retardation film 46. It is converted to polarized light. Thus, in the polarization conversion element 40, the polarization directions of the first light flux 2a and the second light flux 2b can be aligned.

偏光変換素子40から射出された合成光6は、光拡散光学系50に入射する。   The combined light 6 emitted from the polarization conversion element 40 is incident on the light diffusion optical system 50.

光拡散光学系50は、第1平行化光学系20aとインテグレーター光学系60との間の第1光束2aの光路、および第2平行化光学系20bとインテグレーター光学系60との間の第2光束2bの光路に配置される。図1に示す例では、光拡散光学系50は、偏光変換素子40とインテグレーター光学系60との間の合成光6の光路に配置されている。   The light diffusion optical system 50 has an optical path of the first light beam 2a between the first collimating optical system 20a and the integrator optical system 60, and a second light flux between the second collimating optical system 20b and the integrator optical system 60. It is placed in the 2b light path. In the example shown in FIG. 1, the light diffusion optical system 50 is disposed in the optical path of the combined light 6 between the polarization conversion element 40 and the integrator optical system 60.

光拡散光学系50は、合成光6を拡散させる。光拡散光学系50としては、例えば、光拡散板等の光学素子を用いることができる。光拡散光学系50として用いられる光拡散板は、例えば、数百μm以下の微小な拡散構造体を備えており、第1及び第2光束2a,2bを微細に分割することができる。これにより、隣接する光速同士が重なり合うため、合成光6の光強度分布は均一化され、内在する光強度の明暗分布を効果的に低減できる。光拡散板としては、例えば、すりガラスや光拡散フィルム、微小レンズアレイなどを用いることができる。なお、光拡散光学系50は、光拡散板に限定されず、合成光6を拡散させることが可能な光学素子であればよい。   The light diffusion optical system 50 diffuses the combined light 6. As the light diffusion optical system 50, for example, an optical element such as a light diffusion plate can be used. The light diffusion plate used as the light diffusion optical system 50 includes, for example, a minute diffusion structure having a size of several hundred μm or less, and can finely divide the first and second light beams 2a and 2b. As a result, since the adjacent light speeds overlap, the light intensity distribution of the combined light 6 is made uniform, and the light and dark distribution of the inherent light intensity can be effectively reduced. As the light diffusion plate, for example, ground glass, a light diffusion film, a micro lens array or the like can be used. The light diffusion optical system 50 is not limited to the light diffusion plate, and may be an optical element capable of diffusing the combined light 6.

光拡散光学系50から射出された合成光6は、インテグレーター光学系60に入射する。なお、光拡散光学系50とインテグレーター光学系60との間の距離は、隣接する光束2a,2bが部分的に重なった状態でインテグレーター光学系60に入射することができる距離であることが望ましい。これにより、合成光6の光強度をより均一化することができる。   The combined light 6 emitted from the light diffusion optical system 50 is incident on the integrator optical system 60. The distance between the light diffusion optical system 50 and the integrator optical system 60 is preferably such a distance that the adjacent light beams 2a and 2b can enter the integrator optical system 60 in a partially overlapped state. Thereby, the light intensity of the combined light 6 can be made more uniform.

インテグレーター光学系60は、光合成光学系30で合成された合成光6の光強度を均一化する。インテグレーター光学系60は、一対のレンズアレイ62,64を有している。   The integrator optical system 60 makes the light intensity of the combined light 6 combined by the light combining optical system 30 uniform. The integrator optical system 60 has a pair of lens arrays 62 and 64.

第1レンズアレイ62は、複数のレンズセルによって構成されている。レンズセルのZ軸方向から見た形状は、例えば、照明対象(例えば後述する液晶ライトバルブ)と相似形状(または略相似形状)である。複数のレンズセルは、X軸方向およびY軸方向にアレイ状(マトリックス状)に配置されている。第1レンズアレイ62は、入射した光(合成光6)を複数のレンズセルで分割して第2レンズアレイ64に導く。   The first lens array 62 is composed of a plurality of lens cells. The shape of the lens cell viewed in the Z-axis direction is, for example, a shape similar (or substantially similar) to an illumination target (for example, a liquid crystal light valve described later). The plurality of lens cells are arranged in an array (matrix) in the X-axis direction and the Y-axis direction. The first lens array 62 splits the incident light (combined light 6) by a plurality of lens cells and guides the split light to the second lens array 64.

第2レンズアレイ64は、第1レンズアレイ62と同様に、複数のレンズセルによって構成されている。第1レンズアレイ62を構成する複数のレンズセルと、第2レンズアレイ64を構成する複数のレンズセルとは、互いに対をなしている。第2レンズアレイ64を構成する複数のレンズセルの各々は、対応する第1レンズアレイ62のレンズセルの形状を照明対象に投影する。これにより、第1レンズアレイ62で複数に分割された光は、照明対象上で重畳される。そのため、インテグレーター光学系60では、照明対象を均一な光強度(または略均一な光強度)で照明することができる。   Similar to the first lens array 62, the second lens array 64 is configured of a plurality of lens cells. The plurality of lens cells constituting the first lens array 62 and the plurality of lens cells constituting the second lens array 64 are paired with each other. Each of the plurality of lens cells constituting the second lens array 64 projects the shape of the lens cell of the corresponding first lens array 62 onto the illumination target. Thereby, the light divided into a plurality by the first lens array 62 is superimposed on the illumination target. Therefore, the integrator optical system 60 can illuminate the illumination target with uniform light intensity (or substantially uniform light intensity).

次に、照明装置100の動作について説明する。   Next, the operation of the lighting device 100 will be described.

照明装置100では、第1アレイ光源10aから第1照明光4aが射出される。第1照明光4aは、第1アレイ光源10aを構成する複数の半導体発光素子12(図2参照)の各々から射出された第1光束2aで構成されている。第1光束2aは、S偏光である。第1照明光4aを構成する複数の第1光束2aの各々は、第1平行化光学系20aで平行化(或いは略平行化)される。平行化(或いは略平行化)された第1光束2aで構成された第1照明光4a(図4参照)は、光合成光学系30に入射する。   In the illumination device 100, the first illumination light 4a is emitted from the first array light source 10a. The first illumination light 4a is constituted by the first luminous flux 2a emitted from each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 (see FIG. 2) constituting the first array light source 10a. The first light flux 2a is S-polarized light. Each of the plurality of first light beams 2a constituting the first illumination light 4a is collimated (or substantially collimated) by the first collimating optical system 20a. The first illumination light 4a (see FIG. 4) composed of the collimated (or substantially collimated) first luminous flux 2a enters the light combining optical system 30.

一方、第2アレイ光源10bからは、第2照明光4bが射出される。第2照明光4bは、第2アレイ光源10bを構成する複数の半導体発光素子12(図5参照)の各々から射出された第2光束2bで構成されている。第2光束2bは、P偏光である。第2照明光4bを構成する複数の第2光束2bの各々は、第2平行化光学系20bで平行化(或いは略平行化)される。平行化(或いは略平行化)された第2光束2bで構成された第2照明光4b(図6参照)は、光合成光学系30に入射する。   On the other hand, the second illumination light 4b is emitted from the second array light source 10b. The second illumination light 4b is composed of the second luminous flux 2b emitted from each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 (see FIG. 5) constituting the second array light source 10b. The second light flux 2b is P polarized light. Each of the plurality of second light fluxes 2b constituting the second illumination light 4b is collimated (or substantially collimated) by the second collimating optical system 20b. The second illumination light 4 b (see FIG. 6) composed of the collimated (or substantially collimated) second light beam 2 b is incident on the light combining optical system 30.

光合成光学系30に入射した第1照明光4aおよび第2照明光4bは、光合成光学系30によって合成される(図9参照)。光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aの放射角が広い方向(Y軸方向)と、第2光束2bの放射角が広い方向(X軸方向)とは、交差(直交)する。   The first illumination light 4a and the second illumination light 4b incident on the light combining optical system 30 are combined by the light combining optical system 30 (see FIG. 9). In the light combining surface 3 of the light combining optical system 30, the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a is wide (Y-axis direction) and the direction in which the radiation angle of the second light beam 2b is wide (X-axis direction) intersect (orthogonal) .

光合成光学系30で合成された第1照明光4aおよび第2照明光4b(合成光6)は、偏光変換素子40に入射する。偏光変換素子40から射出された合成光6は、偏光方向の揃った(S偏光)の光となる。   The first illumination light 4 a and the second illumination light 4 b (combined light 6) combined by the light combining optical system 30 enter the polarization conversion element 40. The combined light 6 emitted from the polarization conversion element 40 becomes (S-polarized) light having the same polarization direction.

偏光方向の揃った合成光6は、光拡散光学系50で拡散された後、インテグレーター光学系60に入射する。合成光6は、光拡散光学系50およびインテグレーター光学系60によって光強度が均一化されて、照明対象に照射される。   The combined light 6 having the same polarization direction is diffused by the light diffusion optical system 50, and then enters the integrator optical system 60. The light intensity of the combined light 6 is equalized by the light diffusion optical system 50 and the integrator optical system 60, and the synthetic light 6 is irradiated on the illumination target.

本実施形態に係る照明装置100は、例えば、プロジェクター、ディスプレイ、照明器具、計測装置などの光源に適用されることができる。   The lighting device 100 according to the present embodiment can be applied to, for example, a light source such as a projector, a display, a lighting fixture, and a measuring device.

照明装置100は、例えば、以下の特徴を有する。   The lighting device 100 has, for example, the following features.

照明装置100では、光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aの放射角
が他の方向に比べて広い方向と、第2光束2bの放射角が他の方向に比べて広い方向とが交差する。そのため、照明装置100では、合成光6において第1光束2aの光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線の方向と第2光束2bの光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線の方向とが交差するため、第1光束2aの輝線の方向と第2光束2bの輝線の方向とが同じ方向である場合と比べて、合成光6の光強度の明暗分布を低減することができる。したがって、照明装置100では、照明対象に対する照明光束の照度均一性を向上させることができる。
In the illumination device 100, on the light combining surface 3 of the light combining optical system 30, the radiation angle of the first light beam 2a is wider than in the other direction, and the radiation angle of the second light beam 2b is wider than the other direction. Crosses. Therefore, in the illumination device 100, the directions of one or more bright lines appearing in the contrast of the light intensity of the first light beam 2a in the combined light 6 and the directions of one or more bright lines appearing in the light-dark distribution of the light intensity of the second beam 2b. As compared with the case where the direction of the bright line of the first light flux 2a and the direction of the bright line of the second light flux 2b are the same, the light-dark distribution of the light intensity of the combined light 6 can be reduced. Therefore, in the illumination device 100, the illumination uniformity of the illumination light flux with respect to the illumination target can be improved.

照明装置100では、光拡散光学系50が光合成光学系30とインテグレーター光学系60との間の合成光6の光路に配置されている。そのため、照明装置100では、光合成光学系30で合成された合成光6を拡散させてインテグレーター光学系60に入射させることができる。したがって、照明装置100では、照明光束の照度均一性を向上させることができる。   In the illumination device 100, the light diffusion optical system 50 is disposed in the optical path of the combined light 6 between the light combining optical system 30 and the integrator optical system 60. Therefore, in the illumination device 100, the combined light 6 combined by the light combining optical system 30 can be diffused and incident on the integrator optical system 60. Therefore, in the illumination device 100, the illumination uniformity of the illumination light flux can be improved.

照明装置100では、光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aの放射角が他の方向に比べて広い方向と、第2光束2bの放射角が他の方向に比べて広い方向とが直交する。そのため、照明装置100では、2つのアレイ光源10a,10bからの照明光4a,4bを合成して合成光6を形成する際に、例えば光合成面3において第1光束2aの放射角が広い方向と第2光束2bの放射角が広い方向とが直交しない場合と比べて、合成光6の光強度の明暗分布をより低減することができる。   In the illumination device 100, on the light combining surface 3 of the light combining optical system 30, the radiation angle of the first light beam 2a is wider than in the other direction, and the radiation angle of the second light beam 2b is wider than the other direction. Are orthogonal. Therefore, in the illumination device 100, when the illumination lights 4a and 4b from the two array light sources 10a and 10b are combined to form the combined light 6, for example, the emission angle of the first light beam 2a is wide in the light combining surface 3. The brightness distribution of the light intensity of the combined light 6 can be further reduced as compared with the case where the radiation angle of the second light flux 2b is not orthogonal to the wide direction.

照明装置100では、光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aと第2光束2bとは重なっていない。そのため、照明装置100では、上述したように、合成光6を構成する第2光束2bの偏光方向を回転させて、偏光方向の揃った合成光6を得ることができる。したがって、照明装置100では、偏光方向の揃った光を照明対象に照射することができ、表示に際して偏光を必要とする表示素子(例えば、液晶表示素子)を照明する場合に好適である。   In the illumination device 100, the first light beam 2a and the second light beam 2b do not overlap on the light combining surface 3 of the light combining optical system 30. Therefore, in the illumination device 100, as described above, the polarization direction of the second light flux 2b constituting the combined light 6 can be rotated to obtain the combined light 6 in which the polarization directions are uniform. Therefore, in the illumination device 100, light having the same polarization direction can be irradiated to the illumination target, which is suitable for illuminating a display element (for example, a liquid crystal display element) that requires polarization for display.

1.2. 照明装置の変形例
次に、第1実施形態に係る照明装置の変形例について説明する。以下に説明する各変形例に係る照明装置において、上述した第1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、その説明を省略する。
1.2. Modified Example of Lighting Device Next, a modified example of the lighting device according to the first embodiment will be described. In the illumination device according to each modification described below, the members having the same functions as the constituent members of the illumination device 100 according to the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

(1)第1変形例
まず、第1変形例に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。図12は、第1変形例に係る照明装置200の構成を模式的に示す図である。
(1) First Modification First, an illumination device according to a first modification will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a view schematically showing a configuration of a lighting device 200 according to a first modification.

上述した照明装置100では、図1に示すように、光拡散光学系50は、光合成光学系30とインテグレーター光学系60との間の合成光6の光路に配置された1つの光拡散素子を有していた。   In the illumination apparatus 100 described above, as shown in FIG. 1, the light diffusion optical system 50 has one light diffusion element disposed in the optical path of the combined light 6 between the light combining optical system 30 and the integrator optical system 60. Was.

これに対して、照明装置200では、図12に示すように、光拡散光学系50は、第1光拡散素子50aと、第2光拡散素子50bと、第3光拡散素子50cと、を有している。   On the other hand, in the illumination device 200, as shown in FIG. 12, the light diffusion optical system 50 has the first light diffusion element 50a, the second light diffusion element 50b, and the third light diffusion element 50c. doing.

第1光拡散素子50aは、第1光束2aを拡散させる。第1光拡散素子50aは、第1平行化光学系20aと光合成光学系30との間の第1光束2aの光路に配置されている。第1光拡散素子50aは、例えば、第1光束2aをY軸方向に拡散させる異方性拡散素子である。   The first light diffusing element 50a diffuses the first light flux 2a. The first light diffusing element 50 a is disposed in the optical path of the first light beam 2 a between the first collimating optical system 20 a and the light combining optical system 30. The first light diffusion element 50a is, for example, an anisotropic diffusion element that diffuses the first light flux 2a in the Y-axis direction.

第2光拡散素子50bは、第2光束2bを拡散させる。第2光拡散素子50bは、第2平行化光学系20bと光合成光学系30との間の第2光束2bの光路に配置されている。第2光拡散素子50bは、例えば、第2光束2bをY軸方向に拡散させる異方性拡散素子である。   The second light diffusing element 50b diffuses the second light flux 2b. The second light diffusing element 50 b is disposed in the optical path of the second light beam 2 b between the second collimating optical system 20 b and the light combining optical system 30. The second light diffusion element 50b is, for example, an anisotropic diffusion element that diffuses the second light flux 2b in the Y-axis direction.

光拡散素子50a,50bは、光合成光学系30に入射する前の光束2a,2bを拡散させるが、拡散方向がY軸方向であるため、光合成光学系30における光の合成に影響を与えない。これは、光合成光学系30では、図9に示すように、光束2a,2bをX軸方向に並べることで照明光4a,4bを合成するためである。   The light diffusion elements 50a and 50b diffuse the light beams 2a and 2b before entering the light combining optical system 30, but do not affect the light combination in the light combining optical system 30 because the diffusion direction is the Y-axis direction. This is because, in the light combining optical system 30, as shown in FIG. 9, the illumination beams 4a and 4b are combined by arranging the light beams 2a and 2b in the X-axis direction.

第3光拡散素子50cは、合成光6を拡散させる。第3光拡散素子50cは、光合成光学系30とインテグレーター光学系60との間の合成光6の光路に配置されている。第3光拡散素子50cは、光拡散素子50a,50bとは光を拡散させる方向が異なっている。   The third light diffusing element 50 c diffuses the combined light 6. The third light diffusing element 50 c is disposed in the optical path of the combined light 6 between the light combining optical system 30 and the integrator optical system 60. The third light diffusing element 50c is different from the light diffusing elements 50a and 50b in the direction in which light is diffused.

光拡散素子50a,50b,50cとして用いられる異方性拡散素子は、光を所定の方向に拡散させる素子である。異方性拡散素子としては、例えば、回折素子を用いることができる。回折素子とは、光の回折を利用した素子であり、例えば格子状のパターンによる回折を利用した回折格子や、ホログラム素子などを含む。   The anisotropic diffusion elements used as the light diffusion elements 50a, 50b, and 50c are elements that diffuse light in a predetermined direction. As an anisotropic diffusion element, for example, a diffraction element can be used. The diffraction element is an element using diffraction of light, and includes, for example, a diffraction grating using diffraction by a lattice pattern, a hologram element, and the like.

照明装置200は、例えば、以下の特徴を有する。   The illumination device 200 has, for example, the following features.

照明装置200では、光拡散光学系50は、第1平行化光学系20aと光合成光学系30との間の光路に配置された第1光拡散素子50aと、第2平行化光学系20bと光合成光学系30との間の光路に配置された第2光拡散素子50bと、を有する。そのため、照明装置200では、例えば光拡散素子を光合成光学系30よりも後段に配置した場合と比べて、光拡散素子50a,50bとインテグレーター光学系60との間の光路を長くでき、隣接する光速同士の重なりを増大できるため、合成光6の光強度をより均一化することができる。   In the illumination device 200, the light diffusion optical system 50 includes the first light diffusion element 50a disposed in the light path between the first collimating optical system 20a and the light combining optical system 30, the second light collimating optical system 20b, and the light synthesizing. And a second light diffusing element 50 b disposed in the optical path between the optical system 30 and the optical system 30. Therefore, in the illumination device 200, for example, the light path between the light diffusion elements 50a and 50b and the integrator optical system 60 can be made longer as compared with the case where the light diffusion element is disposed downstream of the light combining optical system 30, and the adjacent light speed Since the overlap between the two can be increased, the light intensity of the combined light 6 can be made more uniform.

例えば、上述した照明装置100では、光拡散光学系50とインテグレーター光学系60との間の距離を、隣接する第1及び第2光束2a,2bを部分的に重なった状態でインテグレーター光学系60に入射させることができる距離にして、光強度を均一化していた。このため、アレイ光源10a,10bとインテグレーター光学系60との間の光路が長くなる場合があった。これに対して、照明装置200では、光拡散素子50a,50bは、平行化光学系20a,20bと光合成光学系30との間の光路に配置されるため、照明装置100と比べて、アレイ光源10a,10bとインテグレーター光学系60との間の距離を短くすることができる。したがって、照明装置200では、装置を小型化することができる。   For example, in the illumination device 100 described above, the distance between the light diffusion optical system 50 and the integrator optical system 60 is set to the integrator optical system 60 in a state where the adjacent first and second light beams 2a and 2b are partially overlapped. The light intensity is made uniform by setting the distance that can be made incident. For this reason, the optical path between the array light sources 10a and 10b and the integrator optical system 60 may be long. On the other hand, in the illumination device 200, the light diffusion elements 50a and 50b are disposed in the light path between the collimating optical systems 20a and 20b and the light combining optical system 30, and therefore, compared with the illumination device 100, the array light sources The distance between 10a and 10b and the integrator optical system 60 can be shortened. Therefore, in the lighting device 200, the device can be miniaturized.

照明装置200では、光拡散光学系50は、光を所定の方向に拡散させる回折素子である。したがって、照明装置200では、光拡散素子50a,50bを平行化光学系20a,20bと光合成光学系30との間の光路に配置しても、光合成光学系30における光の合成に影響を与えない。このように、照明装置200では、光拡散光学系50において所望の方向に光を拡散させることができるため、光拡散光学系50の配置の自由度を高めることができる。   In the illumination device 200, the light diffusion optical system 50 is a diffractive element that diffuses light in a predetermined direction. Therefore, in the illumination device 200, even if the light diffusing elements 50a and 50b are disposed in the optical path between the collimating optical systems 20a and 20b and the light combining optical system 30, the light combining in the light combining optical system 30 is not affected. . As described above, in the illumination device 200, light can be diffused in a desired direction in the light diffusion optical system 50, and therefore, the degree of freedom in the arrangement of the light diffusion optical system 50 can be increased.

なお、上記の実施形態では、光拡散素子50a,50bが異方性拡散素子である例について説明したが、光拡散素子50a,50bは、光合成光学系30での光の合成に支障がない拡散角で第1及び第2光束2a,2bを拡散させる光拡散素子(微拡散素子)であっ
てもよい。このような場合であっても、上記の実施形態と同様に合成光6の光強度をより均一化することができる。なお、この場合、第3光拡散素子50cとして等方性の光拡散素子を使用する、或いは、第3光拡散素子50cを設けない構成としても良い。
In the above embodiment, an example in which the light diffusion elements 50a and 50b are anisotropic diffusion elements has been described, but the light diffusion elements 50a and 50b do not interfere with light synthesis in the light combining optical system 30 It may be a light diffusion element (fine diffusion element) that diffuses the first and second light beams 2a and 2b at the corners. Even in such a case, the light intensity of the combined light 6 can be made more uniform as in the above embodiment. In this case, an isotropic light diffusion element may be used as the third light diffusion element 50c, or the third light diffusion element 50c may not be provided.

(2)第2変形例
次に、第2変形例に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。図13は、第2変形例に係る照明装置300の構成を模式的に示す図である。図14は、照明装置300の光合成光学系30を模式的に示す斜視図である。以下、第2変形例に係る照明装置において、上述した第1変形例に係る照明装置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、その説明を省略する。
(2) Second Modified Example Next, an illumination device according to a second modified example will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a view schematically showing a configuration of a lighting device 300 according to a second modification. FIG. 14 is a perspective view schematically showing the light combining optical system 30 of the illumination device 300. As shown in FIG. Hereinafter, in the illumination device according to the second modification, members having the same functions as the constituent members of the illumination device according to the first modification described above are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

上述した照明装置100では、図1に示すように、光拡散光学系50は、光合成光学系30とインテグレーター光学系60との間の合成光6の光路に配置された1つの光拡散素子を有していた。   In the illumination apparatus 100 described above, as shown in FIG. 1, the light diffusion optical system 50 has one light diffusion element disposed in the optical path of the combined light 6 between the light combining optical system 30 and the integrator optical system 60. Was.

これに対して、照明装置300では、図13および図14に示すように、光拡散光学系50は、第1光拡散素子50aと、第2光拡散素子50bと、第3光拡散素子50cと、を有している。   On the other hand, in the illumination device 300, as shown in FIGS. 13 and 14, the light diffusion optical system 50 includes the first light diffusion element 50a, the second light diffusion element 50b, and the third light diffusion element 50c. ,have.

第1光拡散素子50aは、第1光束2aを拡散させる。第1光拡散素子50aは、光合成光学系30の光反射部36に設けられている。第1光拡散素子50aは、例えば、光合成光学系30の光反射部36となる光反射膜の表面に拡散面を形成した素子である。拡散面は、例えば、光反射膜の表面に形成された凹凸構造で構成されている。すなわち、第1光拡散素子50aは、表面レリーフ型の光拡散素子である。   The first light diffusing element 50a diffuses the first light flux 2a. The first light diffusing element 50 a is provided in the light reflecting portion 36 of the light combining optical system 30. The first light diffusing element 50 a is, for example, an element in which a diffusing surface is formed on the surface of a light reflecting film to be the light reflecting portion 36 of the light combining optical system 30. The diffusion surface is constituted of, for example, a concavo-convex structure formed on the surface of the light reflection film. That is, the first light diffusing element 50a is a surface relief type light diffusing element.

第2光拡散素子50bは、第2光束2bを拡散させる。第2光拡散素子50bは、光合成光学系30の光透過領域32に設けられている。第2光拡散素子50bは、例えば、光透過領域32(板状部材34)の表面に拡散面を形成した素子である。拡散面は、例えば、板状部材34の表面に形成された凹凸構造で構成されている。すなわち、第2光拡散素子50bは、表面レリーフ型の光拡散素子である。   The second light diffusing element 50b diffuses the second light flux 2b. The second light diffusion element 50 b is provided in the light transmission region 32 of the light combining optical system 30. The second light diffusion element 50b is, for example, an element in which a diffusion surface is formed on the surface of the light transmission region 32 (plate member 34). The diffusion surface is configured by, for example, a concavo-convex structure formed on the surface of the plate-like member 34. That is, the second light diffusing element 50b is a surface relief type light diffusing element.

第3光拡散素子50cは、合成光6を拡散させる。第3光拡散素子50cは、光合成光学系30とインテグレーター光学系60との間の合成光6の光路に配置されている。光拡散素子50a,50b,50cは、異方性拡散素子であってもよいし、拡散角が小さい微拡散素子であってもよい。   The third light diffusing element 50 c diffuses the combined light 6. The third light diffusing element 50 c is disposed in the optical path of the combined light 6 between the light combining optical system 30 and the integrator optical system 60. The light diffusion elements 50a, 50b, and 50c may be anisotropic diffusion elements, or may be fine diffusion elements having a small diffusion angle.

照明装置300では、光合成光学系30は、光透過領域32と光反射部36とを有し、光拡散光学系50は、光反射部36に設けられた第1光拡散素子50aと、光透過領域32に設けられた第2光拡散素子50bと、を有する。そのため、照明装置300では、上述した照明装置200と同様に、光拡散素子50a,50bとインテグレーター光学系60との間の光路を長くでき、隣接する光速同士の重なりを増大できるため、合成光6の光強度をより均一化することができる。また、照明装置300では、上述した照明装置200と同様に、装置を小型化することができる。   In the illumination device 300, the light combining optical system 30 includes the light transmitting area 32 and the light reflecting portion 36, and the light diffusing optical system 50 includes the first light diffusing element 50a provided in the light reflecting portion 36, and the light transmission. And the second light diffusing element 50 b provided in the region 32. Therefore, in the lighting device 300, as in the lighting device 200 described above, the light path between the light diffusion elements 50a and 50b and the integrator optical system 60 can be lengthened, and overlapping of the adjacent light speeds can be increased. Light intensity can be made more uniform. Further, in the lighting device 300, the device can be miniaturized similarly to the lighting device 200 described above.

なお、上記の実施形態では、光反射部36および光透過領域32の両方に光拡散素子50a,50bを設ける場合について説明したが、光反射部36および光透過領域32の一方に光拡散素子を設けてもよい。このような場合であっても、上記と同様の効果を奏することができる。   In the above embodiment, the light diffusing elements 50a and 50b are provided in both the light reflecting portion 36 and the light transmitting area 32, but the light diffusing element is provided in one of the light reflecting portion 36 and the light transmitting area 32. You may provide. Even in such a case, the same effect as described above can be obtained.

(3)第3変形例
次に、第3変形例に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。本変形例に係る照明装置は、光合成光学系30の構成が異なる点を除いて、照明装置100と同様である。以下、照明装置100との相違点のみを説明し、その他の説明を省略する。
(3) Third Modified Example Next, an illumination device according to a third modified example will be described with reference to the drawings. The illumination device according to the present modification is the same as the illumination device 100 except that the configuration of the light combining optical system 30 is different. Hereinafter, only differences from the lighting apparatus 100 will be described, and the other descriptions will be omitted.

図15は、第3変形例に係る照明装置の光合成光学系30を模式的に示す斜視図である。図16は、第3変形例に係る光合成光学系30を模式的に示す断面図である。   FIG. 15 is a perspective view schematically showing the light combining optical system 30 of the illumination device according to the third modification. FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a light combining system 30 according to a third modification.

上述した照明装置100では、図7および図8に示すように、光合成光学系30は、板状部材34と、板状部材34の主面34aに設けられた複数の光反射部36と、を有していた。   In the illumination device 100 described above, as shown in FIGS. 7 and 8, the light combining optical system 30 includes the plate-like member 34 and the plurality of light reflecting portions 36 provided on the main surface 34 a of the plate-like member 34. I had it.

これに対して、本変形例に係る照明装置では、図15および図16に示すように、光合成光学系30は、複数の開口部33を有する板状部材34と、板状部材34に設けられた複数の光反射部36と、を有している。   On the other hand, in the illumination device according to the present modification, as shown in FIGS. 15 and 16, the light combining optical system 30 is provided in the plate member 34 having the plurality of openings 33 and the plate member 34. And a plurality of light reflecting portions 36.

板状部材34は、平板である。なお、板状部材34は透光性を有していなくてもよい。板状部材34の全面には、光反射部36を構成する光反射膜38が形成されている。光反射膜38は誘電体多層膜等で形成できる。板状部材34には、主面34a,34b間を貫通する開口部33が設けられている。開口部33は、複数(図示の例では3つ)設けられている。   The plate-like member 34 is a flat plate. The plate member 34 may not have the light transmitting property. A light reflecting film 38 constituting the light reflecting portion 36 is formed on the entire surface of the plate-like member 34. The light reflecting film 38 can be formed of a dielectric multilayer film or the like. The plate-like member 34 is provided with an opening 33 penetrating between the main surfaces 34 a and 34 b. A plurality of (three in the illustrated example) openings 33 are provided.

板状部材34として用いられる平板は、可能な限り薄いことが好ましい。板状部材34の主面34a,34bは、第2光束2bの光軸に対して45度傾いて配置されている。そのため、開口部33の実効的な開口幅(X軸方向の開口部の大きさ)が狭くなり、平板が厚い場合、開口部33のエッジ部分で光損失を生じるおそれがあるためである。なお、開口部33の実効的な開口幅(X軸方向の開口部の大きさ)が狭くなることを避けるために、図17に示すように、XZ平面において断面形状が平行四辺形状となる開口部33を備えた光合成光学系30を用いても良い。後述するように、第2照明光4bは板状部材34の主面34bに対して45度傾いた方向から開口部33に入射するが、開口部33のXZ平面における断面形状が平行四辺形状であれば、第2照明光4bの入射する方向に沿って開口部33の開口幅が変わらないため、開口部33のエッジ部分での光損失の発生を防止することができる。   The flat plate used as the plate member 34 is preferably as thin as possible. The main surfaces 34a and 34b of the plate-like member 34 are disposed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the second light flux 2b. Therefore, the effective opening width (the size of the opening in the X-axis direction) of the opening 33 is narrowed, and when the flat plate is thick, light loss may occur at the edge portion of the opening 33. Note that, in order to prevent the effective opening width of the opening 33 (the size of the opening in the X-axis direction) from being narrowed, as shown in FIG. You may use the light combining optical system 30 provided with the part 33. FIG. As described later, the second illumination light 4b enters the opening 33 from a direction inclined 45 degrees with respect to the major surface 34b of the plate member 34, but the cross-sectional shape of the opening 33 in the XZ plane is a parallelogram. If so, since the width of the opening 33 does not change along the direction in which the second illumination light 4 b is incident, the occurrence of light loss at the edge portion of the opening 33 can be prevented.

光合成光学系30において、複数の光反射部36の表面(反射面)と、開口部33の開口(第2光束2bが射出される側の開口)と、が光合成面3を構成している。   In the light combining optical system 30, the light combining surface 3 includes the surfaces (reflecting surfaces) of the plurality of light reflecting portions 36 and the opening of the opening 33 (an opening on the side from which the second light beam 2b is emitted).

図15に示すように、第2照明光4bは+Z軸方向に進行し、板状部材34の主面34bに対して45度傾いた方向から開口部33に入射する。そして、第2照明光4bは、第2光束2bの列ごとに開口部33を通過して、+Z軸方向に射出される。   As shown in FIG. 15, the second illumination light 4b travels in the + Z-axis direction, and enters the opening 33 from a direction inclined 45 degrees with respect to the major surface 34b of the plate-like member 34. Then, the second illumination light 4 b passes through the opening 33 for each row of the second light flux 2 b and is emitted in the + Z-axis direction.

一方、第1照明光4aは、−X軸方向に進行し、板状部材34の光反射部36に45度傾いた方向から入射する。そして、第1照明光4aは、第1光束2aの列ごとに光反射部36で反射されて+Z軸方向に進行方向を変える。このようにして、光合成光学系30において、第1照明光4aと第2照明光4bとが合成される。   On the other hand, the first illumination light 4 a travels in the −X axis direction, and enters the light reflecting portion 36 of the plate member 34 from a direction inclined 45 degrees. Then, the first illumination light 4a is reflected by the light reflecting portion 36 for each row of the first light flux 2a to change the traveling direction in the + Z-axis direction. Thus, in the light combining optical system 30, the first illumination light 4a and the second illumination light 4b are combined.

本変形例によれば、上述した照明装置100と同様の作用効果を奏することができる。   According to this modification, the same operation and effect as the above-described lighting device 100 can be achieved.

なお、本変形例に係る光合成光学系30の光反射部36に光拡散素子を形成してもよい。すなわち、本変形例に上述した第2変形例を適用してもよい。   A light diffusing element may be formed in the light reflecting portion 36 of the light combining optical system 30 according to this modification. That is, the second modification described above may be applied to the present modification.

(4)第4変形例
次に、第4変形例に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。本変形例に係る照明装置は、光合成光学系30の構成が異なる点を除いて、照明装置100と同様である。以下、照明装置100との相違点のみを説明し、その他の説明を省略する。
(4) Fourth Modified Example Next, a lighting device according to a fourth modified example will be described with reference to the drawings. The illumination device according to the present modification is the same as the illumination device 100 except that the configuration of the light combining optical system 30 is different. Hereinafter, only differences from the lighting apparatus 100 will be described, and the other descriptions will be omitted.

図18は、第4変形例に係る照明装置の光合成光学系30を模式的に示す斜視図である。   FIG. 18 is a perspective view schematically showing the light combining optical system 30 of the illumination device according to the fourth modification.

上述した照明装置100では、図7および図8に示すように、光合成光学系30は、板状部材34と、板状部材34の主面34aに設けられた複数の光反射部36と、を有していた。   In the illumination device 100 described above, as shown in FIGS. 7 and 8, the light combining optical system 30 includes the plate-like member 34 and the plurality of light reflecting portions 36 provided on the main surface 34 a of the plate-like member 34. I had it.

これに対して、本変形例に係る照明装置では、図18に示すように、光合成光学系30は、透光性材料からなる2つのプリズム30a,30bと、光反射部36と、を有している。   On the other hand, in the illumination device according to the present modification, as shown in FIG. 18, the light combining optical system 30 has two prisms 30a and 30b made of a translucent material, and a light reflecting portion 36. ing.

プリズム30a,30bは、例えば、直角二等辺三角形を底面とする三角柱状の直角プリズムである。2つのプリズム30a,30bは、斜面が相対(対向)するように透明な接着剤等を用いて固定されている。第1プリズム30aの斜面或いは第2プリズム30bの斜面には、第1光束2aを反射させる光反射部36と、第2光束2bを通過(透過)させる光通過部31と、が設けられている。光通過部31および光反射部36は、複数設けられている。光通過部31と光反射部36とは、プリズム30a,30bの斜面の面内方向に、交互に設けられている。   The prisms 30a and 30b are, for example, triangular prism-shaped right-angle prisms whose bottom surfaces are right-angled isosceles triangles. The two prisms 30a and 30b are fixed by using a transparent adhesive or the like so that the slopes face each other. A light reflecting portion 36 for reflecting the first light flux 2a and a light passing portion 31 for transmitting (transmitting) the second light flux 2b are provided on the slope of the first prism 30a or the slope of the second prism 30b. . A plurality of light passing portions 31 and light reflecting portions 36 are provided. The light passing portions 31 and the light reflecting portions 36 are alternately provided in the in-plane direction of the slopes of the prisms 30a and 30b.

第1プリズム30aの第2光束2bが入射する側面、第2プリズム30bの第1光束2aが入射する側面、および第2プリズム30bの合成光6が射出される側面には、反射防止膜が形成されていることが好ましい。   An anti-reflection film is formed on the side surface of the first prism 30a on which the second light flux 2b is incident, the side surface on which the first light flux 2a of the second prism 30b is incident, and the side surface on which the combined light 6 of the second prism 30b is emitted. Is preferred.

光合成光学系30において、第1プリズム30a或いは第2プリズム30bのうち、光反射部36が形成されている斜面が光合成面3を構成している。   In the light combining optical system 30, the slope on which the light reflecting portion 36 is formed in the first prism 30a or the second prism 30b constitutes the light combining surface 3.

図18に示すように、第2照明光4bは+Z軸方向に進行し、第1プリズム30aに入射する。そして、第2照明光4bは、第2光束2bの列ごとに光通過部31を通過して、+Z軸方向に射出される。   As shown in FIG. 18, the second illumination light 4b travels in the + Z-axis direction and is incident on the first prism 30a. Then, the second illumination light 4 b passes through the light passing portion 31 for each row of the second light flux 2 b and is emitted in the + Z-axis direction.

一方、第1照明光4aは、−X軸方向に進行し、第2プリズム30bに入射する。そして、第1照明光4aは、第1光束2aの列ごとに光反射部36で反射されて+Z軸方向に進行方向を変えて、第2プリズム30bから+Z軸方向に射出される。このようにして、光合成光学系30において、第1照明光4aと第2照明光4bとが合成される。   On the other hand, the first illumination light 4a travels in the −X-axis direction and enters the second prism 30b. Then, the first illumination light 4a is reflected by the light reflecting portion 36 for each row of the first light flux 2a, changes its traveling direction in the + Z axis direction, and is emitted from the second prism 30b in the + Z axis direction. Thus, in the light combining optical system 30, the first illumination light 4a and the second illumination light 4b are combined.

本変形例によれば、上述した照明装置100と同様の作用効果を奏することができる。   According to this modification, the same operation and effect as the above-described lighting device 100 can be achieved.

さらに、本変形例によれば、光束2a,2bをプリズム30a,30bの側面に垂直に入射させることにより、光束2a,2bが光合成光学系30に入射することによる光束の平行シフトを無くす(または低減する)ことができる。また、プリズム30a,30bは、例えば板状部材に比べて撓みにくいため、本変形例によれば、光反射部36を良好な平面度に保つことができる。   Furthermore, according to the present modification, by causing the light beams 2a and 2b to vertically enter the side surfaces of the prisms 30a and 30b, the parallel shift of the light beams due to the light beams 2a and 2b entering the light combining optical system 30 is eliminated (or Can be reduced). In addition, since the prisms 30a and 30b are less likely to bend than, for example, a plate-like member, according to the present modification, the light reflecting portion 36 can be maintained at a good flatness.

2. 第2実施形態
2.1. 照明装置
次に、第2実施形態に係る照明装置について図面を参照しながら説明する。図19は、第2実施形態に係る照明装置400の構成を模式的に示す図である。図20は、照明装置400の光合成光学系30の光合成面3で合成された第1照明光4aおよび第2照明光4b(合成光6)を模式的に示す図である。なお、図20では、合成光6の断面(XY平面における断面)を図示している。また、図20では、光束2a,2bの外縁を表す線を除いて、光強度が大きいほど暗い色で表している。
2. Second Embodiment 2.1. Lighting Device Next, a lighting device according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a view schematically showing a configuration of a lighting device 400 according to the second embodiment. FIG. 20 is a view schematically showing the first illumination light 4a and the second illumination light 4b (combined light 6) combined by the light combining surface 3 of the light combining optical system 30 of the lighting device 400. As shown in FIG. In FIG. 20, the cross section (cross section in the XY plane) of the combined light 6 is illustrated. Further, in FIG. 20, except for lines representing the outer edges of the light fluxes 2a and 2b, the light intensity is represented as darker as the light intensity is larger.

以下、第2実施形態に係る照明装置400において、上述した第1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、その説明を省略する。   Hereinafter, in the illuminating device 400 which concerns on 2nd Embodiment, the code | symbol same about the member which has a function similar to the structural member of the illuminating device 100 which concerns on 1st Embodiment mentioned above is attached | subjected, and the description is abbreviate | omitted.

上述した照明装置100は、図1および図9に示すように、光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aと第2光束2bとが重ならないように構成されていた。   The illumination device 100 described above is configured such that the first luminous flux 2a and the second luminous flux 2b do not overlap on the light combining surface 3 of the light combining optical system 30, as shown in FIGS.

これに対して、照明装置400は、図19および図20に示すように、光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aと第2光束2bとが重なるように構成されている。   On the other hand, as shown in FIGS. 19 and 20, the illumination device 400 is configured such that the first light flux 2a and the second light flux 2b overlap on the light combining surface 3 of the light combining optical system 30.

図21は、照明装置400の光合成光学系30を模式的に示す斜視図である。   FIG. 21 is a perspective view schematically showing the light combining optical system 30 of the illumination device 400. As shown in FIG.

光合成光学系30は、透光性を有する板状部材34と、板状部材34上に形成された偏光分離膜39と、を有している。偏光分離膜39は、S偏光である第1光束2aを反射させ、P偏光である第2光束2bを通過させる。光合成光学系30では、偏光分離膜39の表面39aが光合成面3となる。   The light combining optical system 30 has a light transmitting plate-like member 34 and a polarization separation film 39 formed on the plate-like member 34. The polarization separation film 39 reflects the first light flux 2a which is S-polarization and transmits the second light flux 2b which is P-polarization. In the light combining optical system 30, the surface 39 a of the polarization separation film 39 is the light combining surface 3.

図21に示すように、第2照明光4bは+Z軸方向に進行し、板状部材34に45度傾いた角度から入射する。そして、第2照明光4bは、偏光分離膜39を通過して、+Z軸方向に射出される。   As shown in FIG. 21, the second illumination light 4 b travels in the + Z-axis direction, and is incident on the plate member 34 at an angle of 45 degrees. Then, the second illumination light 4 b passes through the polarization separation film 39 and is emitted in the + Z-axis direction.

一方、第1照明光4aは、−X軸方向に進行し、板状部材34の偏光分離膜39に45度傾いた方向から入射する。そして、第1照明光4aは、偏光分離膜39で反射されて+Z軸方向に進行方向を変える。   On the other hand, the first illumination light 4 a travels in the −X axis direction, and enters the polarization separation film 39 of the plate member 34 from a direction inclined 45 degrees. Then, the first illumination light 4a is reflected by the polarization separation film 39 and changes the traveling direction in the + Z axis direction.

ここで、照明装置400では、光合成面3において第1光束2aと第2光束2bとが重なるように、第1アレイ光源10aおよび第2アレイ光源10bが配置されている。そのため、光合成面3において第1照明光4aと第2照明光4bとが同じ方向に進行するとともに、第1光束2aと第2光束2bとが重なる。   Here, in the illumination device 400, the first array light source 10a and the second array light source 10b are disposed such that the first light beam 2a and the second light beam 2b overlap on the light combining surface 3. Therefore, the first illumination light 4a and the second illumination light 4b travel in the same direction on the light combining surface 3, and the first light flux 2a and the second light flux 2b overlap.

このようにして、光合成光学系30において、第1照明光4aと第2照明光4bとが合成される。   Thus, in the light combining optical system 30, the first illumination light 4a and the second illumination light 4b are combined.

合成光6では、図20に示すように、第1光束2aの放射角が広い方向(Y軸方向)と、第2光束2bの放射角が広い方向(X軸方向)とは、交差(直交)している。また、光合成面3において、第1光束2aと第2光束2bとは重なる。図示の例では、XY平面において、第1光束2aの光軸と第2光束2bの光軸とが一致するように重なっている。合成光6では、第1光束2aの光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線と第2光束2bの光強度の明暗分布に現れる単数或いは複数の輝線とが重なる。図示の例では、XY平面において、第1光束2aの輝線の方向と第2光束2bの輝線の方向とが直交している。   In the combined light 6, as shown in FIG. 20, the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a is wide (Y-axis direction) intersects the direction (X-axis direction) in which the radiation angle of the second light beam 2b is wide )doing. Further, in the light combining surface 3, the first light flux 2a and the second light flux 2b overlap. In the illustrated example, in the XY plane, the light axis of the first light flux 2a and the light axis of the second light flux 2b overlap so as to coincide with each other. In the combined light 6, one or more bright lines appearing in the light-dark distribution of the light intensity of the first light flux 2a overlap with one or more bright lines appearing in the light-dark distribution of the light intensity of the second light flux 2b. In the illustrated example, in the XY plane, the direction of the bright line of the first light flux 2a and the direction of the bright line of the second light flux 2b are orthogonal to each other.

次に、照明装置400の動作について説明する。   Next, the operation of the lighting device 400 will be described.

照明装置400では、第1アレイ光源10aから第1照明光4aが射出される。第1照明光4aは、第1アレイ光源10aを構成する複数の半導体発光素子12(図2参照)の各々から射出された第1光束2aで構成されている。第1光束2aは、S偏光である。第1照明光4aを構成する複数の第1光束2aの各々は、第1平行化光学系20aで平行化(或いは略平行化)される。平行化(或いは略平行化)された第1光束2aで構成された第1照明光4a(図4参照)は、光合成光学系30に入射する。   In the illumination device 400, the first illumination light 4a is emitted from the first array light source 10a. The first illumination light 4a is constituted by the first luminous flux 2a emitted from each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 (see FIG. 2) constituting the first array light source 10a. The first light flux 2a is S-polarized light. Each of the plurality of first light beams 2a constituting the first illumination light 4a is collimated (or substantially collimated) by the first collimating optical system 20a. The first illumination light 4a (see FIG. 4) composed of the collimated (or substantially collimated) first luminous flux 2a enters the light combining optical system 30.

一方、第2アレイ光源10bからは、第2照明光4bが射出される。第2照明光4bは、第2アレイ光源10bを構成する複数の半導体発光素子12(図5参照)の各々から射出された第2光束2bで構成されている。第2光束2bは、P偏光である。第2照明光4bを構成する複数の第2光束2bの各々は、第2平行化光学系20bで平行化(或いは略平行化)される。平行化(或いは略平行化)された第2光束2bで構成された第2照明光4b(図6参照)は、光合成光学系30に入射する。   On the other hand, the second illumination light 4b is emitted from the second array light source 10b. The second illumination light 4b is composed of the second luminous flux 2b emitted from each of the plurality of semiconductor light emitting elements 12 (see FIG. 5) constituting the second array light source 10b. The second light flux 2b is P polarized light. Each of the plurality of second light fluxes 2b constituting the second illumination light 4b is collimated (or substantially collimated) by the second collimating optical system 20b. The second illumination light 4 b (see FIG. 6) composed of the collimated (or substantially collimated) second light beam 2 b is incident on the light combining optical system 30.

光合成光学系30に入射した第1照明光4aおよび第2照明光4bは、光合成光学系30によって合成される(図20参照)。光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aの放射角が広い方向(Y軸方向)と、第2光束2bの放射角が広い方向(X軸方向)とは、交差(直交)する。このとき、光合成面3において、第1光束2aと第2光束2bとは重なっており、2種類の偏光(S偏光とP偏光)が混在している。   The first illumination light 4a and the second illumination light 4b incident on the light combining optical system 30 are combined by the light combining optical system 30 (see FIG. 20). In the light combining surface 3 of the light combining optical system 30, the direction in which the radiation angle of the first light beam 2a is wide (Y-axis direction) and the direction in which the radiation angle of the second light beam 2b is wide (X-axis direction) intersect (orthogonal) . At this time, in the light combining surface 3, the first light flux 2a and the second light flux 2b overlap, and two types of polarized light (S-polarized light and P-polarized light) are mixed.

2種類の偏光が混在している合成光6は、光拡散光学系50で拡散された後、インテグレーター光学系60に入射する。合成光6は、光拡散光学系50およびインテグレーター光学系60によって合成光6の光強度が均一化されて、照明対象に照射される。   The combined light 6 in which two types of polarized light are mixed is diffused by the light diffusion optical system 50, and then enters the integrator optical system 60. The light intensity of the combined light 6 is made uniform by the light diffusion optical system 50 and the integrator optical system 60, and the combined light 6 is irradiated to the illumination target.

照明装置400は、例えば、以下の特徴を有する。   The illumination device 400 has, for example, the following features.

照明装置400では、光合成光学系30の光合成面3において、第1光束2aの放射角が他の方向に比べて広い方向と、第2光束2bの放射角が他の方向に比べて広い方向とが交差(直交)する。そのため、照明装置400では、照明装置100と同様に、照明光束の照度均一性を向上させることができる。   In the illumination device 400, on the light combining surface 3 of the light combining optical system 30, the radiation angle of the first light beam 2a is wider than in the other direction, and the radiation angle of the second light beam 2b is wider than the other direction. Crosses (orthogonal). Therefore, in the illumination device 400, as in the illumination device 100, the illumination uniformity of the illumination light flux can be improved.

照明装置400では、第1光束2aと第2光束2bとは、光合成面3において重なっているため、照明装置100と比べて合成光6における輝線(明暗分布)の密度を高くすることができる。そのため、照明装置400では、拡散角が小さな光拡散光学系50を用いても光強度が均一な照明光束を得られる。そのため、インテグレーター光学系60を構成するレンズ数を低減(レンズセルのサイズを大型化)でき、インテグレーター光学系における光透過効率を向上できる。したがって、照明装置400では、照明効率(光利用効率)を向上できる。   In the illumination device 400, since the first light flux 2a and the second light flux 2b overlap on the light combining surface 3, the density of the bright line (bright and dark distribution) in the combined light 6 can be increased compared to the illumination device 100. Therefore, in the illumination device 400, even when the light diffusion optical system 50 having a small diffusion angle is used, an illumination light flux having uniform light intensity can be obtained. Therefore, the number of lenses constituting the integrator optical system 60 can be reduced (the size of the lens cell can be increased), and the light transmission efficiency in the integrator optical system can be improved. Therefore, in the lighting device 400, the lighting efficiency (light utilization efficiency) can be improved.

また、照明装置400では、偏光変換素子40(図1参照)が不要であるため、装置の部品点数を減らすことができる。本実施形態の照明装置400は、表示に際して偏光を必要としない表示素子(例えば、デジタルマイクロミラーデバイス)を照明する場合に好適である。   Moreover, in the illumination device 400, the polarization conversion element 40 (see FIG. 1) is unnecessary, so the number of parts of the device can be reduced. The illumination device 400 of this embodiment is suitable for illuminating a display element (for example, a digital micro mirror device) which does not require polarization for display.

2.2. 照明装置の変形例
次に、第2実施形態に係る照明装置の変形例について説明する。本変形例に係る照明装置は、光合成光学系30の構成が異なる点を除いて、照明装置400と同様である。以下、照明装置400との相違点のみを説明し、その他の説明を省略する。
2.2. Modified Example of Lighting Device Next, a modified example of the lighting device according to the second embodiment will be described. The illumination device according to this modification is the same as the illumination device 400 except that the configuration of the light combining optical system 30 is different. Hereinafter, only differences from the lighting device 400 will be described, and the other descriptions will be omitted.

図22は、本変形例に係る照明装置の光合成光学系30を模式的に示す斜視図である。以下、本変形例に係る照明装置において、上述した照明装置100,200,300,400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、その説明を省略する。   FIG. 22 is a perspective view schematically showing the light combining optical system 30 of the illumination device according to this modification. Hereinafter, in the illumination device according to the present modification, members having the same functions as the constituent members of the illumination devices 100, 200, 300, and 400 described above are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.

上述した照明装置400では、図21に示すように、光合成光学系30は、板状部材34と、板状部材34の主面34aに設けられた複数の偏光分離膜39と、を有していた。   In the illumination device 400 described above, as shown in FIG. 21, the light combining optical system 30 includes the plate-like member 34 and a plurality of polarization splitting films 39 provided on the major surface 34 a of the plate-like member 34. The

これに対して、本変形例に係る照明装置では、図22に示すように、光合成光学系30は、2つのプリズム30a,30bと、2つのプリズム30a,30bの間に配置された偏光分離膜39と、を有している。   On the other hand, in the illumination device according to this modification, as shown in FIG. 22, the light combining optical system 30 is a polarization splitting film disposed between the two prisms 30a and 30b and the two prisms 30a and 30b. And 39.

2つのプリズム30a,30bは、斜面が相対(対向)するように透明な接着剤等を用いて固定されている。第1プリズム30aの斜面と第2プリズム30bの斜面との間には、偏光分離膜39が形成されている。   The two prisms 30a and 30b are fixed by using a transparent adhesive or the like so that the slopes face each other. A polarization separation film 39 is formed between the slope of the first prism 30a and the slope of the second prism 30b.

図22に示すように、P偏光である第2照明光4bは+Z軸方向に進行し、第1プリズム30aに入射する。そして、第2照明光4bは、偏光分離膜39を通過して+Z軸方向に射出される。   As shown in FIG. 22, the second illumination light 4b which is P-polarized light travels in the + Z-axis direction, and is incident on the first prism 30a. Then, the second illumination light 4 b passes through the polarization separation film 39 and is emitted in the + Z-axis direction.

一方、S偏向である第1照明光4aは−X軸方向に進行し、第2プリズム30bに入射する。そして、第1照明光4aは、偏光分離膜39に45度傾いた方向から入射する。そして、第1照明光4aは、偏光分離膜39で反射されて+Z軸方向に進行方向を変えて、第2プリズム30bから射出される。このようにして、光合成光学系30において、第1照明光4aと第2照明光4bとが同じ方向に進行するとともに、光合成面3において、第1光束2aと第2光束2bとが重なるように合成することができる。   On the other hand, the first illumination light 4a that is S-polarized travels in the −X-axis direction and enters the second prism 30b. Then, the first illumination light 4 a is incident on the polarization separation film 39 from a direction inclined 45 degrees. Then, the first illumination light 4a is reflected by the polarization separation film 39, changes its traveling direction in the + Z axis direction, and is emitted from the second prism 30b. Thus, in the light combining optical system 30, the first illumination light 4a and the second illumination light 4b travel in the same direction, and the first light flux 2a and the second light flux 2b overlap on the light combining surface 3. It can be synthesized.

本変形例によれば、上述した照明装置400と同様の作用効果を奏することができる。   According to this modification, the same operation and effect as the above-described lighting device 400 can be achieved.

さらに、本変形例によれば、光束2a,2bをプリズム30a,30bの側面に垂直に入射させることにより、光束2a,2bが光合成光学系30に入射することによる光束の平行シフトを無くす(または低減する)ことができる。また、プリズム30a,30bは、例えば板状部材に比べて撓みにくいため、本変形例によれば、偏光分離膜39を良好な平面度に保つことができる。   Furthermore, according to the present modification, by causing the light beams 2a and 2b to vertically enter the side surfaces of the prisms 30a and 30b, the parallel shift of the light beams due to the light beams 2a and 2b entering the light combining optical system 30 is eliminated (or Can be reduced). In addition, since the prisms 30a and 30b are less likely to bend than, for example, a plate-like member, according to this modification, the polarization separation film 39 can be maintained at a good flatness.

3. 第3実施形態
次に、第3実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図23は、第3実施形態に係るプロジェクター600を模式的に示す図である。
3. Third Embodiment Next, a projector according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 23 is a view schematically showing a projector 600 according to the third embodiment.

プロジェクター600は、図23に示すように、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色光源100R、緑色光源100G、青色光源100Bを含む。赤色光源100R、緑色光源100G、青色光源100Bは、本発明に係る照明装置である。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。なお、便宜上、図23では、プロジェクター600を構成する筐体を省略し、照明装置100を簡略化して図示している。   As shown in FIG. 23, the projector 600 includes a red light source 100R that emits red light, green light, and blue light, a green light source 100G, and a blue light source 100B. The red light source 100R, the green light source 100G, and the blue light source 100B are lighting devices according to the present invention. Below, the example using the illuminating device 100 as an illuminating device which concerns on this invention is demonstrated. Note that for the sake of convenience, in FIG. 23, the housing that constitutes the projector 600 is omitted, and the lighting device 100 is illustrated in a simplified manner.

プロジェクター600は、透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)604R,604G,604Bと、投射レンズ(投射装置)608と、を含む。   The projector 600 includes transmissive liquid crystal light valves (light modulation devices) 604R, 604G, and 604B, and a projection lens (projection device) 608.

光源100R,100G,100Bから射出された光は、各液晶ライトバルブ604R,604G,604Bに入射する。各液晶ライトバルブ604R,604G,604Bは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。液晶ライトバルブ604R,604G,604Bでは、偏光方向が揃った光(偏光光)を入射させることが好ましい。そのため、偏光方向が揃った光を射出することができる照明装置100は、光源100R,100G,100Bとして好適である。   The lights emitted from the light sources 100R, 100G, and 100B enter the liquid crystal light valves 604R, 604G, and 604B. The liquid crystal light valves 604R, 604G, and 604B modulate incident light according to image information. In the liquid crystal light valves 604R, 604G, and 604B, it is preferable that light (polarized light) having the same polarization direction be incident. Therefore, the illumination device 100 capable of emitting light whose polarization directions are uniform is suitable as the light sources 100R, 100G, and 100B.

プロジェクター600は、液晶ライトバルブ604R,604G,604Bから射出された光を合成して投射レンズ608に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)606を、含むことができる。   The projector 600 can include a cross dichroic prism (color light combining unit) 606 that combines the light emitted from the liquid crystal light valves 604R, 604G, and 604B and guides the combined light to the projection lens 608.

各液晶ライトバルブ604R,604G,604B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606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直交するように配置されている。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、投射光学系である投射レンズ608によりスクリーン610上に投射され、液晶ライトバルブ604R,604G,604Bによって形成された像(画像)が拡大されて表示される。   The three color lights modulated by the liquid crystal light valves 604 R, 604 G and 604 B enter the cross dichroic prism 606. The prism is formed by bonding four right-angle prisms, and the dielectric multilayer film reflecting red light and the dielectric multilayer film reflecting blue light are disposed orthogonally to the inner surface of the prism. The three color lights are combined by these dielectric multilayer films to form light representing a color image. Then, the combined light is projected onto the screen 610 by the projection lens 608 which is a projection optical system, and the image (image) formed by the liquid crystal light valves 604R, 604G, 604B is enlarged and displayed.

なお、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。   The configuration of the projection optical system is appropriately changed according to the type of light valve used.

プロジェクター600では、光源として、照明光束の照度均一性を向上させることができる照明装置を備えているため、投射された画像の明るさムラを低減し、高品位な画像を表示することができる。   The projector 600 includes, as a light source, an illumination device capable of improving the illumination uniformity of the illumination light flux, so that unevenness in brightness of a projected image can be reduced and a high quality image can be displayed.

4. 第4実施形態
次に、第4実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図24は、第4実施形態に係るプロジェクター700を模式的に示す図である。以下、第4実施形態に係るプロジェクターにおいて、上述したプロジェクター600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、その説明を省略する。
4. Fourth Embodiment Next, a projector according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 24 is a view schematically showing a projector 700 according to the fourth embodiment. Hereinafter, in the projector according to the fourth embodiment, members having the same functions as the constituent members of the projector 600 described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

上述したプロジェクター600では、図23に示すように、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブ604R,604G,604Bを用いていた。   In the projector 600 described above, as shown in FIG. 23, transmission type liquid crystal light valves 604R, 604G, and 604B are used as light modulation devices.

これに対して、プロジェクター700では、図24に示すように、光変調装置として、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device、DMD)704を用いている。   On the other hand, in the projector 700, as shown in FIG. 24, a digital micromirror device (DMD) 704 is used as the light modulation device.

プロジェクター700は、図24に示すように、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色光源400R、緑色光源400G、青色光源400Bを含む。赤色光源400R、緑色光源400G、青色光源400Bは、本発明に係る照明装置である。以下では、本発明に係る照明装置として照明装置400を用いた例について説明する。なお、便宜上、図24では、プロジェクター700を構成する筐体を省略し、照明装置400を簡略化して図示している。   As shown in FIG. 24, the projector 700 includes a red light source 400R that emits red light, green light, and blue light, a green light source 400G, and a blue light source 400B. The red light source 400R, the green light source 400G, and the blue light source 400B are lighting devices according to the present invention. Below, the example using the illuminating device 400 as an illuminating device which concerns on this invention is demonstrated. Note that for the sake of convenience, in FIG. 24, the housing that constitutes the projector 700 is omitted, and the lighting device 400 is illustrated in a simplified manner.

プロジェクター700は、クロスダイクロイックプリズム606と、反射ミラー702と、DMD704と、投射レンズ608と、を含む。   The projector 700 includes a cross dichroic prism 606, a reflection mirror 702, a DMD 704, and a projection lens 608.

光源400R,400G,400Bは、赤色光、緑色光、青色光を時分割で射出する。光源400R,400G,400Bから射出された光は、クロスダイクロイックプリズム
606および反射ミラー702を介して、DMD704に入射する。すなわち、DMD704には、赤色光、緑色光、青色光が時分割で入射する。
The light sources 400R, 400G, and 400B emit red light, green light, and blue light in time division. Light emitted from the light sources 400R, 400G, and 400B enters the DMD 704 via the cross dichroic prism 606 and the reflection mirror 702. That is, red light, green light and blue light are incident on the DMD 704 in a time division manner.

DMD704は、反射型のライトバルブである。DMD704は、マトリックス状に配置された複数の微小ミラーを備えている。DMD704は、各微小ミラーが画像データに基づいて時分割駆動されることにより、画像データに応じた画像を表示することができる。DMD704では、偏光を必要としないため、照明装置400は、光源400R,400G,400Bとして好適である。   The DMD 704 is a reflective light valve. The DMD 704 includes a plurality of micro mirrors arranged in a matrix. The DMD 704 can display an image according to image data by time-divisionally driving each micro mirror based on the image data. The illumination device 400 is suitable as the light sources 400R, 400G, and 400B because the DMD 704 does not require polarization.

DMD704によって変調された色光は、投射光学系である投射レンズ608によりスクリーン610上に投射され、DMD704によって形成された像(画像)が拡大されて表示される。   The color light modulated by the DMD 704 is projected onto the screen 610 by the projection lens 608 which is a projection optical system, and the image (image) formed by the DMD 704 is enlarged and displayed.

プロジェクター700では、光源として、照明光束の照度均一性を向上させることができる照明装置を備えているため、投射された画像の明るさムラを低減し、高品位な画像を表示することができる。   The projector 700 includes, as a light source, an illumination device capable of improving the illuminance uniformity of the illumination light flux, so that unevenness in brightness of a projected image can be reduced and a high quality image can be displayed.

5. その他
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
5. Others The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

例えば、上述した各実施形態では、第1及び第2アレイ光源10a,10bを構成する半導体発光素子12は半導体レーザーであったが、半導体発光素子12はスーパールミネッセントダイオード(SLD)であってもよい。SLDは半導体レーザーと類似の素子構造を備えているが、共振器構造を備えないことによりレーザー発振を抑制した発光素子である。SLDは、半導体レーザーに比べてスペックルノイズを低減した光を射出することができ、かつLEDに比べて高出力化を図ることができるので、例えば、照明装置をプロジェクター等の光源に用いる場合に好適である。   For example, in each of the above-described embodiments, the semiconductor light emitting elements 12 constituting the first and second array light sources 10a and 10b are semiconductor lasers, but the semiconductor light emitting elements 12 are super luminescent diodes (SLDs) It is also good. The SLD has a device structure similar to that of a semiconductor laser, but is a light-emitting device in which laser oscillation is suppressed by not including a resonator structure. The SLD can emit light with reduced speckle noise as compared to a semiconductor laser, and can achieve higher output compared to an LED. For example, when using a lighting device as a light source for a projector, etc. It is suitable.

また、例えば、上述した各実施形態では、第1及び第2アレイ光源10a,10bにおいて、1つの半導体発光素子12が1つの光射出部13を有していたが、図25に示すように、1つの半導体発光素子12が複数の光射出部13を有していてもよい。これにより、例えば装置の部品点数を減らすことができる。   Further, for example, in each of the above-described embodiments, one semiconductor light emitting element 12 has one light emitting portion 13 in the first and second array light sources 10a and 10b, but as shown in FIG. One semiconductor light emitting element 12 may have a plurality of light emitting parts 13. Thereby, for example, the number of parts of the device can be reduced.

また、例えば、上述した実施形態では、第1及び第2アレイ光源10a,10bから射出される第1及び第2照明光4a,4bを合成して合成光6を得る場合について説明したが、3つ以上のアレイ光源から射出される照明光を合成して合成光を得てもよい。この場合、複数のアレイ光源から射出される照明光を複数の光合成光学系を用いて合成してもよい。   Further, for example, in the above-described embodiment, the case where the first and second illumination lights 4a and 4b emitted from the first and second array light sources 10a and 10b are combined to obtain the combined light 6 has been described. Illumination light emitted from one or more array light sources may be combined to obtain combined light. In this case, illumination light emitted from a plurality of array light sources may be combined using a plurality of light combining optical systems.

また、例えば、本発明に係る照明装置を、光源からの光を走査することによりスクリーン上に所望の大きさの画像を表示させる、走査型の画像表示装置(プロジェクター)の光源にも適用することも可能である。また、本発明に係る照明装置を、液晶ディスプレイのバックライトに適用することもできる。   Furthermore, for example, the illumination device according to the present invention is also applied to a light source of a scanning image display device (projector) that displays an image of a desired size on a screen by scanning light from the light source. Is also possible. Moreover, the illuminating device which concerns on this invention can also be applied to the back light of a liquid crystal display.

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。   In addition, the embodiment and modification which were mentioned above are an example, and are not necessarily limited to these. For example, each embodiment and each modification can be combined suitably.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実
施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
The present invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations having the same function, method and result, or configurations having the same purpose and effect). Further, the present invention includes a configuration in which a nonessential part of the configuration described in the embodiment is replaced. The present invention also includes configurations that can achieve the same effects as the configurations described in the embodiments or that can achieve the same purpose. Further, the present invention includes a configuration in which a known technology is added to the configuration described in the embodiment.

2a…第1光束、2b…第2光束、3…光合成面、4a…第1照明光、4b…第2照明光、6…合成光、10a…第1アレイ光源、10b…第2アレイ光源、12…半導体発光素子、13…光射出部、14…熱伝導性支持基板、16…共通基板、20a…第1平行化光学系、20b…第2平行化光学系、22a…平行化レンズ、22b…平行化レンズ、30…光合成光学系、30a…第1プリズム、30b…第2プリズム、31…光通過部、32…光透過領域、33…開口部、34…板状部材、34a…主面、34b…主面、36…光反射部、38…光反射膜、39…偏光分離膜、39a…表面、40…偏光変換素子、42…光透過領域、44…板状部材、44a…主面、44b…主面、46…λ/2位相差膜、50…光拡散光学系、50a…第1光拡散素子、50b…第2光拡散素子、50c…第3光拡散素子、60…インテグレーター光学系、62…第1レンズアレイ、64…第2レンズアレイ、100…照明装置、100R…赤色光源、100G…緑色光源、100B…青色光源、200…照明装置、300…照明装置、400…照明装置、400R…赤色光源、400G…緑色光源、400B…青色光源、600…プロジェクター、604R…液晶ライトバルブ、604G…液晶ライトバルブ、604B…液晶ライトバルブ、606…クロスダイクロイックプリズム、608…投射レンズ、610…スクリーン、700…プロジェクター、702…反射ミラー、704…デジタルマイクロミラーデバイス 2a: first light flux, 2b: second light flux, 3: light combining surface, 4a: first illumination light, 4b: second illumination light, 6: combined light, 10a: first array light source, 10b: second array light source, 12: semiconductor light emitting element, 13: light emitting portion, 14: heat conductive supporting substrate, 16: common substrate, 20a: first collimating optical system, 20b: second collimating optical system, 22a: collimating lens, 22b ... Parallelizing lens, 30: light combining optical system, 30a: first prism, 30b: second prism, 31: light passing portion, 32: light transmitting region, 33: opening, 34: plate member, 34a: main surface , 34b: principal surface, 36: light reflection portion, 38: light reflection film, 39: polarization separation film, 39a: surface, 40: polarization conversion element, 42: light transmission region, 44: plate member, 44a: principal surface , 44b: principal surface, 46: λ / 2 retardation film, 50: light diffusion optical system, 50a 1st light diffusing element 50b second light diffusing element 50c third light diffusing element 60 integrator optical system 62 first lens array 64 second lens array 100 illumination device 100R red Light source, 100 G: green light source, 100 B: blue light source, 200: lighting device, 300: lighting device, 400: lighting device, 400 R: red light source, 400 G: green light source, 400 B: blue light source, 600: projector, 604 R: liquid crystal light Bulb, 604G: liquid crystal light valve, 604B: liquid crystal light valve, 606: cross dichroic prism, 608: projection lens, 610: screen, 700: projector, 702: reflection mirror, 704: digital micro mirror device

Claims (7)

複数の第1半導体発光素子を有し、複数の前記第1半導体発光素子の各々から射出される第1光束で構成された第1照明光を射出する第1アレイ光源と、
複数の第2半導体発光素子を有し、複数の前記第2半導体発光素子の各々から射出される第2光束で構成された第2照明光を射出する第2アレイ光源と、
前記第1光束を平行化する第1平行化光学系と、
前記第2光束を平行化する第2平行化光学系と、
前記第1平行化光学系で平行化された前記第1光束で構成された前記第1照明光と、前記第2平行化光学系で平行化された前記第2光束で構成された前記第2照明光と、を合成する光合成光学系と、
前記光合成光学系で合成された光の光強度を均一化するインテグレーター光学系と、
前記第1平行化光学系と前記インテグレーター光学系との間の光路、および前記第2平行化光学系と前記インテグレーター光学系との間の光路に配置された光拡散光学系と、
を含み、
前記第1半導体発光素子および前記第2半導体発光素子は、端面発光型の発光素子であり、
前記第1照明光および前記第2照明光が合成される前記光合成光学系の光合成面において、前記第1光束の放射角が他の方向に比べて広い第1方向と、前記第2光束の放射角が他の方向に比べて広い第2方向とは、交差し、
前記光拡散光学系は、
前記第1平行化光学系と前記光合成光学系との間の光路に配置された第1光拡散素子と、
前記第2平行化光学系と前記光合成光学系との間の光路に配置された第2光拡散素子と、
を有する、ことを特徴とする照明装置。
A first array light source having a plurality of first semiconductor light emitting elements and emitting a first illumination light composed of a first luminous flux emitted from each of the plurality of first semiconductor light emitting elements;
A second array light source having a plurality of second semiconductor light emitting elements and emitting a second illumination light composed of a second light beam emitted from each of the plurality of second semiconductor light emitting elements;
A first collimating optical system that collimates the first light flux;
A second collimating optical system that collimates the second light flux;
The first illumination light composed of the first beam collimated by the first collimating optical system, and the second beam composed of the second beam collimated by the second collimating optical system A light combining optical system that combines illumination light;
An integrator optical system for equalizing the light intensity of the light synthesized by the light synthesizing optical system;
A light diffusion optical system disposed in an optical path between the first collimating optical system and the integrator optical system, and an optical path between the second collimating optical system and the integrator optical system;
Including
The first semiconductor light emitting device and the second semiconductor light emitting device are edge-emitting light emitting devices,
In the light combining surface of the light combining optical system in which the first illumination light and the second illumination light are combined, the radiation direction of the first light beam is wider in the first direction than in the other direction, and the radiation of the second light beam is emitted. Crosses the second direction, whose corners are wider than the other directions ,
The light diffusion optical system is
A first light diffusing element disposed in a light path between the first collimating optical system and the light combining optical system;
A second light diffusing element disposed in a light path between the second collimating optical system and the light combining optical system;
A lighting device characterized by having .
複数の第1半導体発光素子を有し、複数の前記第1半導体発光素子の各々から射出される第1光束で構成された第1照明光を射出する第1アレイ光源と、
複数の第2半導体発光素子を有し、複数の前記第2半導体発光素子の各々から射出され
る第2光束で構成された第2照明光を射出する第2アレイ光源と、
前記第1光束を平行化する第1平行化光学系と、
前記第2光束を平行化する第2平行化光学系と、
前記第1平行化光学系で平行化された前記第1光束で構成された前記第1照明光と、前記第2平行化光学系で平行化された前記第2光束で構成された前記第2照明光と、を合成する光合成光学系と、
前記光合成光学系で合成された光の光強度を均一化するインテグレーター光学系と、
前記第1平行化光学系と前記インテグレーター光学系との間の光路、および前記第2平行化光学系と前記インテグレーター光学系との間の光路に配置された光拡散光学系と、
を含み、
前記第1半導体発光素子および前記第2半導体発光素子は、端面発光型の発光素子であり、
前記第1照明光および前記第2照明光が合成される前記光合成光学系の光合成面において、前記第1光束の放射角が他の方向に比べて広い第1方向と、前記第2光束の放射角が他の方向に比べて広い第2方向とは、交差し、
前記光合成光学系は、前記第2光束を透過する光透過領域と、前記光透過領域を透過した前記第2光束の進行方向と同じ方向に前記第1光束を反射させる光反射部と、を有し、
前記光拡散光学系は、前記光透過領域および前記光反射部の少なくとも一方に設けられた光拡散素子を有する、ことを特徴とする照明装置。
A first array light source having a plurality of first semiconductor light emitting elements and emitting a first illumination light composed of a first luminous flux emitted from each of the plurality of first semiconductor light emitting elements;
A second array light source having a plurality of second semiconductor light emitting elements and emitting a second illumination light composed of a second light beam emitted from each of the plurality of second semiconductor light emitting elements;
A first collimating optical system that collimates the first light flux;
A second collimating optical system that collimates the second light flux;
The first illumination light composed of the first beam collimated by the first collimating optical system, and the second beam composed of the second beam collimated by the second collimating optical system A light combining optical system that combines illumination light;
An integrator optical system for equalizing the light intensity of the light synthesized by the light synthesizing optical system;
A light diffusion optical system disposed in an optical path between the first collimating optical system and the integrator optical system, and an optical path between the second collimating optical system and the integrator optical system;
Including
The first semiconductor light emitting device and the second semiconductor light emitting device are edge-emitting light emitting devices,
In the light combining surface of the light combining optical system in which the first illumination light and the second illumination light are combined, the radiation direction of the first light beam is wider in the first direction than in the other direction, and the radiation of the second light beam is emitted. Crosses the second direction, whose corners are wider than the other directions ,
The light combining optical system has a light transmitting region for transmitting the second light beam, and a light reflecting portion for reflecting the first light beam in the same direction as the traveling direction of the second light beam transmitted through the light transmitting region. And
The light diffusion optical system includes a light diffusion element provided in at least one of the light transmission region and the light reflection portion .
前記第1光束と前記第2光束とは、前記光合成面において重なっていない、ことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。 Wherein the first light flux and the second light flux, does not overlap in the combining surface lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that. 前記第1光束と前記第2光束とは、前記光合成面において重なっている、ことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。 Wherein the first light flux and the second light flux lighting device according to claim 1 or 2, wherein the overlap in combining surface, it is characterized. 前記光拡散光学系は、光を所定の方向に拡散させる回折素子である、ことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の照明装置。 The illumination device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the light diffusion optical system is a diffractive element that diffuses light in a predetermined direction. 前記光合成面において、前記第1方向と前記第2方向とは、直交する、ことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の照明装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first direction and the second direction are orthogonal to each other in the light combining surface. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出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、ことを特徴とするプロジェクター。
A lighting device according to any one of claims 1 to 6 ,
A light modulation device that modulates light emitted from the lighting device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation device;
A projector characterized in that.
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