JP6950339B2 - Lighting equipment and projectors - Google Patents

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克幸 植原
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Description

本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a lighting device and a projector.

近年、プロジェクター用の照明装置において、励起用光源と蛍光体との間に配置される集光光学系に拡散板を配置することで、励起光スポットの照度分布を均一化する技術がある(例えば、下記特許文献1参照)。
また、プロジェクターにおいて、マルチレンズを二枚使用することで、励起光スポットの照度分布を均一化する技術もある(例えば、下記特許文献2参照)。
In recent years, in a lighting device for a projector, there is a technique for making the illuminance distribution of an excitation light spot uniform by arranging a diffuser plate in a condensing optical system arranged between an excitation light source and a phosphor (for example). , See Patent Document 1 below).
Further, there is also a technique for making the illuminance distribution of the excitation light spot uniform by using two multi-lenses in the projector (see, for example, Patent Document 2 below).

特開2011−197597号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-197597 特開2014−138148号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-138148

しかしながら、上記特許文献1に記載される従来技術においては、励起光のスポットが大きいため、蛍光体で生成された蛍光が後段の光学系に効率良く取り込まれず、光利用効率が低下するという問題がある。また、上記特許文献2に記載される従来技術によれば、拡散板を用いる場合よりも照度分布の均一性を高くすることができるものの、マルチレンズを二枚使用するために部品点数が増加するといった問題がある。 However, in the prior art described in Patent Document 1, since the spot of the excitation light is large, the fluorescence generated by the phosphor is not efficiently taken into the optical system in the subsequent stage, and there is a problem that the light utilization efficiency is lowered. be. Further, according to the prior art described in Patent Document 2, the uniformity of the illuminance distribution can be improved as compared with the case of using the diffuser plate, but the number of parts increases due to the use of two multi-lenses. There is a problem such as.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、少ない部品点数でありながら、被照明領域における照度分布を均一化できる照明装置を提供することを目的の一つとする。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and one of the objects of the present invention is to provide a lighting device capable of making an illuminance distribution uniform in an illuminated region while having a small number of parts. Another object of the present invention is to provide a projector equipped with the lighting device.

本発明の第1態様に従えば、第1の光線束を射出する第1の発光素子を備える光源装置と、前記第1の光線束が入射する第1のレンズ面を備える光成形光学系と、を備え、前記第1のレンズ面は、xとyとを変数とする式(1)で表される第1の自由曲面を有し、前記式(1)において、hを正の整数としたとき、x2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっている照明装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a light source device including a first light emitting element that emits a first light beam bundle, and an optical molding optical system including a first lens surface on which the first light beam bundle is incident. The first lens surface has a first free curved surface represented by the equation (1) having x and y as variables, and in the equation (1), h is a positive integer. Then, a lighting device is provided in which the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

第1態様に係る照明装置は、被照明領域上に形成される第1の光線束のスポットを矩形状にするとともに、該スポットの照度分布を均一化することができる。そのため、従来の二枚のマルチレンズアレイを用いる方式に比べて、部品点数を少なくすることができる。また、上記式(1)を使うことで、x方向及びy方向の曲率をそれぞれ独立して設計できるので、レンズの設計が容易となる。 The lighting device according to the first aspect can make the spots of the first light beam bundle formed on the illuminated area rectangular, and can make the illuminance distribution of the spots uniform. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the conventional method using two multi-lens arrays. Further, by using the above equation (1), the curvatures in the x-direction and the y-direction can be designed independently, which facilitates the design of the lens.

上記第1態様において、前記式(1)は、xの1次の項とyの1次の項とのうち少なくとも一方を含み、p、qを正の整数としたとき、xの項を少なくとも一つ含むのが好ましい。
この構成によれば、第1の光線束の進行方向を偏向させることができる。また、第1の光線束の進行方向を偏向させた際に生じる歪みを補正できる。
In the first aspect, wherein the formula (1) comprises at least one of the first-order term and first-order term of y of x, p, when the q is a positive integer, the x p y q It is preferable to include at least one term.
According to this configuration, the traveling direction of the first ray bundle can be deflected. Further, it is possible to correct the distortion generated when the traveling direction of the first ray bundle is deflected.

上記第1態様において、前記光成形光学系は、前記第1の光線束の進行方向を偏向する屈折面をさらに備え、前記式(1)は、p、qを正の整数としたとき、xの項を少なくとも一つ含むのが好ましい。
この構成によれば、屈折面により第1の光線束の進行方向を偏向させた際に生じる歪みを補正することができる。
In the first aspect, the photoforming optical system further includes a refracting surface that deflects the traveling direction of the first light flux, and the equation (1) is x when p and q are positive integers. It is preferable to include at least one term of py q.
According to this configuration, it is possible to correct the distortion generated when the traveling direction of the first ray bundle is deflected by the refracting surface.

上記第1態様において、前記式(1)が有する多項式は、xの偶数次の項とyの偶数次の項とからなるのが好ましい。
この構成によれば、第1のレンズの形状設計が容易となる。
In the first aspect, the polynomial included in the equation (1) preferably consists of even-numbered terms of x and even-numbered terms of y.
According to this configuration, the shape design of the first lens becomes easy.

上記第1態様において、前記屈折面は平面であるのが好ましい。
この構成によれば、簡便な構成で、第1の光線束の進行方向を偏向させることができる。
In the first aspect, the refracting surface is preferably flat.
According to this configuration, the traveling direction of the first ray bundle can be deflected with a simple configuration.

上記第1態様において、前記光成形光学系は、前記第1の光線束を反射して該第1の光線束の進行方向を偏向する反射面をさらに備え、前記式(1)は、p、qを正の整数としたとき、xの項を少なくとも一つ含むのが好ましい。
この構成によれば、反射面により第1の光線束の進行方向を偏向させた際に生じる歪みを補正することができる。
In the first aspect, the photoforming optical system further includes a reflecting surface that reflects the first light flux and deflects the traveling direction of the first light bundle, and the formula (1) is based on p. when the q is a positive integer, preferably includes at least one term of x p y q.
According to this configuration, it is possible to correct the distortion generated when the traveling direction of the first light beam bundle is deflected by the reflecting surface.

上記第1態様において、前記式(1)が有する多項式は、xの偶数次の項とyの偶数次の項とからなるのが好ましい。
この構成によれば、第1のレンズの形状設計が容易となる。
In the first aspect, the polynomial included in the equation (1) preferably consists of even-numbered terms of x and even-numbered terms of y.
According to this configuration, the shape design of the first lens becomes easy.

上記第1態様において、前記光成形光学系は、光入射面及び光射出面を有し、前記光入射面及び前記光射出面の一方は、前記第1のレンズ面から構成され、前記第1の光線束の主光線は、前記光入射面及び前記光射出面の他方における面法線方向に入射するのが好ましい。
この構成によれば、光入射面に入射する際、あるいは光射出面から射出される際、第1の光線束の主光線が屈折するのを防止できる。これにより、第1の光線束の主光線の屈折による進行方向のバラツキを低減できる。
In the first aspect, the photomolding optical system has a light incident surface and a light emitting surface, and one of the light incident surface and the light emitting surface is composed of the first lens surface. The main light beam of the light bundle is preferably incident in the plane normal direction on the other side of the light incident surface and the light emitting surface.
According to this configuration, it is possible to prevent the main ray of the first ray bundle from being refracted when it is incident on the light incident surface or when it is emitted from the light emitting surface. As a result, it is possible to reduce the variation in the traveling direction due to the refraction of the main ray of the first ray bundle.

上記第1態様において、前記第1の発光素子と前記第1のレンズとの間の前記第1の光線束の光路上に設けられた集光レンズをさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、第1の光線束の発散角を調整できるので、第1のレンズの設計条件が緩和される。
In the first aspect, it is preferable to further include a condenser lens provided on the optical path of the first light beam bundle between the first light emitting element and the first lens.
According to this configuration, the divergence angle of the first light beam bundle can be adjusted, so that the design condition of the first lens is relaxed.

上記第1態様において、前記光成形光学系を透過した前記第1の光線束が入射する波長変換素子をさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、照度分布の均一性が高い第1の光線束によって高い効率で蛍光光を生成できる。
In the first aspect, it is preferable to further include a wavelength conversion element to which the first light flux transmitted through the photoforming optical system is incident.
According to this configuration, fluorescent light can be generated with high efficiency by the first light beam bundle having high uniformity of the illuminance distribution.

上記第1態様において、前記光源装置は、第2の光線束を射出する第2の発光素子をさらに備え、前記光成形光学系は、前記第2の光線束が入射する第2のレンズをさらに備え、前記第2のレンズは、上記式(1)で表される第2の自由曲面を有し、前記第2の自由曲面に関して、x2hの項の係数Cはy2hの項の係数Cと異なっており、前記光成形光学系は、前記第1の光線束と前記第2の光線束とが被照明領域を重畳的に照明するように構成されているのが好ましい。
この構成によれば、第1の光線束と第2の光線束とを重畳させるので、被照明領域の照度分布の均一性をさらに高めることができる。
In the first aspect, the light source device further includes a second light emitting element that emits a second light beam bundle, and the photoforming optical system further includes a second lens into which the second light beam bundle is incident. The second lens has a second free curved surface represented by the above equation (1), and the coefficient C j of the term x 2h is the coefficient of the term y 2h with respect to the second free curved surface. Unlike Cj , the photoforming optical system is preferably configured such that the first light beam bundle and the second light beam bundle illuminate the illuminated area in an overlapping manner.
According to this configuration, since the first light beam bundle and the second light ray bundle are superimposed, the uniformity of the illuminance distribution in the illuminated region can be further improved.

上記第1態様において、前記第1の発光素子の出力を前記第2の発光素子の出力とは独立して制御する光源制御装置をさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、第1の発光素子の出力を制御することで、被照明領域全体の照度を調整することができる。
In the first aspect, it is preferable to further include a light source control device that controls the output of the first light emitting element independently of the output of the second light emitting element.
According to this configuration, the illuminance of the entire illuminated area can be adjusted by controlling the output of the first light emitting element.

上記第1態様において、前記第1の発光素子と前記第1のレンズ面との間の前記第1の光線束の光路上に設けられた集光レンズをさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、第1の光線束の発散角を調整できるので、第1のレンズの設計条件が緩和される。
In the first aspect, it is preferable to further include a condenser lens provided on the optical path of the first light beam bundle between the first light emitting element and the first lens surface.
According to this configuration, the divergence angle of the first light beam bundle can be adjusted, so that the design condition of the first lens is relaxed.

上記第1態様において、波長変換素子をさらに備え、前記波長変換素子の所定の領域は前記被照明領域に相当するのが好ましい。
この構成によれば、均一性が高い照度分布の光によって高い効率で蛍光光を生成できる。
In the first aspect, it is preferable that a wavelength conversion element is further provided, and a predetermined region of the wavelength conversion element corresponds to the illuminated region.
According to this configuration, fluorescent light can be generated with high efficiency by light having a highly uniform illuminance distribution.

上記第1態様において、前記光源装置は、第2の光線束を射出する第2の発光素子をさらに備え、前記光成形光学系は、前記第2の光線束が入射する第2のレンズをさらに備え、前記第2のレンズは、上記式(1)で表される第2の自由曲面を有し、前記第2の自由曲面に関して、x2hの項の係数Cはy2hの項の係数Cと異なっており、前記光成形光学系は、前記第1の光線束と前記第2の光線束とを被照明領域の互いに異なる領域に入射させるように構成されているのが好ましい。
この構成によれば、任意の大きさの被照明領域を均一な照度分布で照明することができる。
In the first aspect, the light source device further includes a second light emitting element that emits a second light beam bundle, and the photoforming optical system further includes a second lens into which the second light beam bundle is incident. The second lens has a second free curved surface represented by the above equation (1), and the coefficient C j of the term x 2h is the coefficient of the term y 2h with respect to the second free curved surface. Unlike Cj , the photoforming optical system is preferably configured so that the first light flux and the second light bundle are incident on different regions of the illuminated region.
According to this configuration, it is possible to illuminate an illuminated area of an arbitrary size with a uniform illuminance distribution.

上記第1態様において、前記第1の発光素子の出力を前記第2の発光素子の出力とは独立して制御する光源制御装置をさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、被照明領域の照度分布の均一性を高めることができる。また、被照明領域の照度分布を所望の分布に設定することができる。
In the first aspect, it is preferable to further include a light source control device that controls the output of the first light emitting element independently of the output of the second light emitting element.
According to this configuration, the uniformity of the illuminance distribution in the illuminated area can be improved. Further, the illuminance distribution in the illuminated area can be set to a desired distribution.

上記第1態様において、波長変換素子をさらに備え、前記波長変換素子の所定の領域は前記被照明領域に相当するのが好ましい。
この構成によれば、均一性が高い照度分布の光によって高い効率で蛍光光を生成できる。
In the first aspect, it is preferable that a wavelength conversion element is further provided, and a predetermined region of the wavelength conversion element corresponds to the illuminated region.
According to this configuration, fluorescent light can be generated with high efficiency by light having a highly uniform illuminance distribution.

本発明の第2態様に従えば、上記第1態様の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学系と、を備え、前記光変調装置の画像形成領域が前記被照明領域に相当するプロジェクターが提供される。 According to the second aspect of the present invention, the illumination device of the first aspect, the light modulation device that modulates the illumination light from the illumination device according to the image information to generate the image light, and the image light are projected. Provided is a projector comprising a projection optical system for the purpose of light generation, and an image forming region of the optical modulator corresponding to the illuminated region.

第2態様に係るプロジェクターは、光変調装置の画像形成領域を均一な照度分布で照明することができる。よって、明るさのムラが低減された画像を表示することができる。 The projector according to the second aspect can illuminate the image forming region of the light modulation device with a uniform illuminance distribution. Therefore, it is possible to display an image in which uneven brightness is reduced.

本発明の第3態様に従えば、上記第1態様の照明装置と、前記光源装置からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学系と、を備え、前記光源装置は、第3の光線束を射出する第3の発光素子をさらに備え、前記光成形光学系は、前記第3の光線束が入射する第3のレンズをさらに備え、前記第3のレンズは、上記式(1)で表される第3の自由曲面を有し、前記第3の自由曲面に関して、x2hの項の係数Cはy2hの項の係数Cと異なっており、前記光成形光学系は、前記第3の光線束が前記被照明領域全体を照明するように構成されており、前記光源制御装置は、前記第3の発光素子の出力を、前記第1の発光素子の出力と前記第2の発光素子の出力のうち少なくとも一方とは独立して制御するように構成されており、前記光変調装置の画像形成領域が前記被照明領域に相当するプロジェクターが提供される。 According to the third aspect of the present invention, the illumination device of the first aspect, the light modulation device that modulates the illumination light from the light source device according to the image information to generate the image light, and the image light are projected. The light source device further includes a third light emitting element that emits a third light bundle, and the photoforming optical system has a third light flux incident on the third light bundle. Further comprising a light source, the third lens has a third free curved surface represented by the above formula (1), and the coefficient C j of the term x 2h is y 2h with respect to the third free curved surface. is different from the coefficient C j sections, wherein the light shaping optical system, the third is constructed as light beam illuminates the entire illuminated area, the light source control device, the third light emitting The output of the element is controlled so as to be controlled independently of at least one of the output of the first light emitting element and the output of the second light emitting element, and the image forming region of the light modulator is the said. A light source corresponding to an illuminated area is provided.

第3態様に係るプロジェクターは、第3の発光素子の出力を第1の発光素子の出力と第2の発光素子の出力のうち少なくとも一方とは独立して制御することで、光変調装置の画像形成領域を所望の照度分布に設定することができる。 The projector according to the third aspect controls the output of the third light emitting element independently of at least one of the output of the first light emitting element and the output of the second light emitting element, thereby forming an image of the light modulator. The formation region can be set to a desired illuminance distribution.

本発明の第4態様に従えば、上記第1態様の照明装置と、前記波長変換素子からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, the illumination device of the first aspect, the optical modulation device that modulates the illumination light from the wavelength conversion element according to the image information to generate the image light, and the image light. A projector equipped with a projection optical system for projecting is provided.

第4態様に係るプロジェクターは、明るい画像を表示できる。 The projector according to the fourth aspect can display a bright image.

第一実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図。The schematic diagram which shows the optical system of the projector which concerns on 1st Embodiment. 照明装置の概略構成を示す図。The figure which shows the schematic structure of the lighting apparatus. 光成形光学系の要部構成を示す図。The figure which shows the main part structure of the optical molding optical system. 第二実施形態に係る第1照明装置の概略構成を示す図。The figure which shows the schematic structure of the 1st lighting apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第三実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図。The schematic diagram which shows the optical system of the projector which concerns on 3rd Embodiment. 第四実施形態に係る第1照明装置を示す概略図。The schematic diagram which shows the 1st lighting apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第五実施形態に係る第1照明装置を示す概略図。The schematic diagram which shows the 1st lighting apparatus which concerns on 5th Embodiment. 第六実施形態に係る第1照明装置を示す概略図。The schematic diagram which shows the 1st lighting apparatus which concerns on 6th Embodiment. 第一変形例に係る被照明領域の照明方式を概念的に示した図。The figure which conceptually showed the illumination system of the illuminated area which concerns on the 1st modification. 第二変形例に係る被照明領域の照明方式を概念的に示した図。The figure which conceptually showed the illumination system of the illuminated area which concerns on the 2nd modification. 第三変形例に係る被照明領域の照明方式を概念的に示した図。The figure which conceptually showed the illumination system of the illuminated area which concerns on the 3rd modification. 実施例1において球面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the spherical lens is used in Example 1. FIG. 実施例1の自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the free-form surface lens of Example 1 is used. 実施例2において球面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the spherical lens is used in Example 2. FIG. 実施例2の自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the free-form surface lens of Example 2 is used. 実施例5において球面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the spherical lens is used in Example 5. 実施例5の自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the free-form surface lens of Example 5 is used. 実施例6において球面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the spherical lens is used in Example 6. 実施例6の自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図。The figure which shows the illuminance distribution when the free-form surface lens of Example 6 is used.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component may not be the same as the actual one. No.

(第一実施形態)
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
図1に示すように、プロジェクター1は、照明装置100と、色分離導光光学系200と、液晶光変調装置400Rと、液晶光変調装置400Gと、液晶光変調装置400Bと、クロスダイクロイックプリズム500と、投射光学系600と、を備える。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing an optical system of a projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the projector 1 includes a lighting device 100, a color separation light guide optical system 200, a liquid crystal light modulation device 400R, a liquid crystal light modulation device 400G, a liquid crystal light modulation device 400B, and a cross dichroic prism 500. And a projection optical system 600.

照明装置100は、第1照明装置101と、第2照明装置102とを含む。第1照明装置101は、赤色光及び緑色光を含む照明光W1(蛍光光YL)を色分離導光光学系200に向けて射出する。第2照明装置102は、青色光Bを色分離導光光学系200に向けて射出する。 The lighting device 100 includes a first lighting device 101 and a second lighting device 102. The first illumination device 101 emits illumination light W1 (fluorescent light YL) including red light and green light toward the color-separated light guide optical system 200. The second illuminating device 102 emits blue light B toward the color-separated light guide optical system 200.

色分離導光光学系200は、ダイクロイックミラー210と、反射ミラー220と、反射ミラー230と、反射ミラー250と、を備える。色分離導光光学系200は、第1照明装置101から射出された照明光W1を赤色光Rと緑色光Gとに分離し、それぞれ対応する液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400Gに導光する。また色分離導光光学系200は、第2照明装置102から射出された青色光Bを液晶光変調装置400Bに導光する。フィールドレンズ300R、フィールドレンズ300G、およびフィールドレンズ300Bは、色分離導光光学系200と液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、および液晶光変調装置400Bとの間に配置されている。 The color-separated light guide optical system 200 includes a dichroic mirror 210, a reflection mirror 220, a reflection mirror 230, and a reflection mirror 250. The color separation light guide optical system 200 separates the illumination light W1 emitted from the first illumination device 101 into red light R and green light G, and guides the illumination light W1 to the corresponding liquid crystal light modulator 400R and liquid crystal light modulator 400G, respectively. It glows. Further, the color separation light guide optical system 200 guides the blue light B emitted from the second lighting device 102 to the liquid crystal light modulation device 400B. The field lens 300R, the field lens 300G, and the field lens 300B are arranged between the color separation light guide optical system 200 and the liquid crystal light modulator 400R, the liquid crystal light modulator 400G, and the liquid crystal light modulator 400B.

ダイクロイックミラー210は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分を反射するダイクロイックミラーである。反射ミラー220は、緑色光成分を反射するミラーである。反射ミラー230は、赤色光成分を反射するミラーである。反射ミラー250は、青色光成分を反射する反射ミラーである。 The dichroic mirror 210 is a dichroic mirror that allows a red light component to pass through and reflects a green light component. The reflection mirror 220 is a mirror that reflects a green light component. The reflection mirror 230 is a mirror that reflects a red light component. The reflection mirror 250 is a reflection mirror that reflects a blue light component.

ダイクロイックミラー210を通過した赤色光Rは、反射ミラー230で反射され、フィールドレンズ300Rを通過して赤色光用の液晶光変調装置400Rの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー210で反射された緑色光Gは、反射ミラー220でさらに反射され、フィールドレンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像形成領域に入射する。反射ミラー250で反射された青色光Bは、フィールドレンズ300Bを経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。 The red light R that has passed through the dichroic mirror 210 is reflected by the reflection mirror 230, passes through the field lens 300R, and is incident on the image forming region of the liquid crystal light modulator 400R for red light. The green light G reflected by the dichroic mirror 210 is further reflected by the reflection mirror 220, passes through the field lens 300G, and is incident on the image forming region of the liquid crystal light modulator 400G for green light. The blue light B reflected by the reflection mirror 250 enters the image forming region of the liquid crystal light modulator 400B for blue light through the field lens 300B.

液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、および液晶光変調装置400Bは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、各色に対応する画像光を形成する。
図示を省略したが、液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、および液晶光変調装置400Bの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、および液晶光変調装置400Bの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。
The liquid crystal light modulation device 400R, the liquid crystal light modulation device 400G, and the liquid crystal light modulation device 400B modulate the incident color light according to the image information to form the image light corresponding to each color.
Although not shown, incident side polarizing plates are arranged on the light incident side of the liquid crystal light modulation device 400R, the liquid crystal light modulation device 400G, and the liquid crystal light modulation device 400B, respectively. A polarizing plate on the emission side is arranged on the light emission side of the liquid crystal light modulation device 400R, the liquid crystal light modulation device 400G, and the liquid crystal light modulation device 400B, respectively.

クロスダイクロイックプリズム500は、液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、および液晶光変調装置400Bから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。 The cross dichroic prism 500 forms a color image by synthesizing each image light emitted from the liquid crystal light modulation device 400R, the liquid crystal light modulation device 400G, and the liquid crystal light modulation device 400B. The cross-dichroic prism 500 has a substantially square shape in a plan view in which four right-angled prisms are bonded together, and a dielectric multilayer film is formed at a substantially X-shaped interface in which the right-angled prisms are bonded to each other.

クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投射光学系600によってスクリーンSCRに拡大投射される。 The color image ejected from the cross dichroic prism 500 is magnified and projected onto the screen SCR by the projection optical system 600.

続いて、照明装置100の構成について説明する。
図2は照明装置100の概略構成を示す図である。図2に示すように、第1照明装置101は、第1光源装置10と、光成形光学系20と、回転蛍光板30と、ピックアップ光学系60と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ150と、制御装置160と、を備える。
Subsequently, the configuration of the lighting device 100 will be described.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the lighting device 100. As shown in FIG. 2, the first lighting device 101 includes a first light source device 10, an optical molding optical system 20, a rotating fluorescent plate 30, a pickup optical system 60, a first lens array 120, and a second lens array. It includes 130, a polarization conversion element 140, a superimposing lens 150, and a control device 160.

第1光源装置10は、励起光として青色のレーザー光(例えば、発光強度のピークが約445nmの光)LBを射出する複数の半導体レーザー11を有している。なお、半導体レーザー11としては、445nm以外の波長、例えば460nmの青色レーザー光を射出するものを用いてもよい。 The first light source device 10 has a plurality of semiconductor lasers 11 that emit blue laser light (for example, light having a peak emission intensity of about 445 nm) LB as excitation light. As the semiconductor laser 11, a laser that emits a blue laser light having a wavelength other than 445 nm, for example, 460 nm may be used.

以下、図面において必要に応じてXYZ座標系を用いて説明することもある。X方向は照明光軸100axに沿う方向であり、Z方向は鉛直方向に沿う方向であり、Y方向はX方向及びZ方向にそれぞれ直交する方向である。
本実施形態において、複数の半導体レーザー11は二次元的に配列されている。具体的に、複数の半導体レーザー11は照明光軸100axに垂直な面内(YZ平面に平行な面内)において、マトリクス状(例えば、図2ではY方向に5行、Z方向に5列)に配列されている。なお、図2では、複数の半導体レーザー11のうち1列分の半導体レーザー11のみ示している。第1光源装置10は、複数のレーザー光LBからなる励起光KSを射出する。
Hereinafter, the drawings may be described using the XYZ coordinate system as necessary. The X direction is a direction along the illumination optical axis 100ax, the Z direction is a direction along the vertical direction, and the Y direction is a direction orthogonal to the X direction and the Z direction, respectively.
In this embodiment, the plurality of semiconductor lasers 11 are arranged two-dimensionally. Specifically, the plurality of semiconductor lasers 11 have a matrix shape (for example, 5 rows in the Y direction and 5 columns in the Z direction in FIG. 2) in a plane perpendicular to the illumination optical axis 100ax (in a plane parallel to the YZ plane). Are arranged in. Note that FIG. 2 shows only one row of semiconductor lasers 11 out of the plurality of semiconductor lasers 11. The first light source device 10 emits excitation light KS composed of a plurality of laser light LBs.

複数の半導体レーザー11は、制御装置160に電気的に接続されている。制御装置160は、例えば、複数の半導体レーザー11の各々に供給する電流値を制御することで各レーザー光LBの出力を独立して制御可能である。制御装置160は特許請求の範囲の「光源制御装置」に対応する。 The plurality of semiconductor lasers 11 are electrically connected to the control device 160. The control device 160 can independently control the output of each laser light LB by, for example, controlling the current value supplied to each of the plurality of semiconductor lasers 11. The control device 160 corresponds to the "light source control device" in the claims.

第1光源装置10から射出された励起光KSは、光成形光学系20を介して回転蛍光板30に入射する。光成形光学系20の構成については後述する。 The excitation light KS emitted from the first light source device 10 is incident on the rotating fluorescent plate 30 via the photoforming optical system 20. The configuration of the optical molding optical system 20 will be described later.

回転蛍光板30は、モーター50と、基材40と、ダイクロイック層41と、蛍光体層42と、を備える。回転蛍光板30は、青色光からなる励起光KSが入射する側と反対側に向けて蛍光光YLを射出する。すなわち、回転蛍光板30は、透過型の回転蛍光板である。 The rotating fluorescent plate 30 includes a motor 50, a base material 40, a dichroic layer 41, and a phosphor layer 42. The rotating fluorescent plate 30 emits fluorescent light YL toward the side opposite to the side on which the excitation light KS composed of blue light is incident. That is, the rotating fluorescent plate 30 is a transmissive rotating fluorescent plate.

基材40は、例えばガラス、石英、サファイア等の透光性を有する材料から構成される。基材40は、モーター50により回転軸の周りに回転可能とされている。基材40は、平面形状が円形の板体である。 The base material 40 is made of a translucent material such as glass, quartz, and sapphire. The base material 40 is made rotatable around a rotation axis by a motor 50. The base material 40 is a plate having a circular planar shape.

蛍光体層42は、平面形状が円環状の無機蛍光体材料を含んで構成されている。蛍光体層42として、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に黄色の蛍光光を発する蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、或いは、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層等が用いられる。蛍光体層42は、基材40の一面40a側において、回転軸の周りに設けられている。本実施形態において、蛍光体層42は特許請求の範囲の「波長変換素子」に対応する。 The phosphor layer 42 is composed of an inorganic phosphor material having an annular planar shape. As the phosphor layer 42, for example, a phosphor layer in which fluorescent particles emitting yellow fluorescent light are dispersed in an inorganic binder such as alumina, a phosphor layer in which fluorescent particles are sintered without using a binder, and the like. Is used. The phosphor layer 42 is provided around the rotation axis on one side 40a side of the base material 40. In the present embodiment, the phosphor layer 42 corresponds to the "wavelength conversion element" in the claims.

一般的に、蛍光体層42に入射する励起光の強度が強いほど、蛍光体層が励起光を蛍光に変換する効率が低下する。そこで、励起光の照度分布を均一にすれば、強い励起光が局所的に照射されることを防止できるため、高い効率で蛍光光YLを生成できる。 In general, the stronger the intensity of the excitation light incident on the phosphor layer 42, the lower the efficiency with which the phosphor layer converts the excitation light into fluorescence. Therefore, if the illuminance distribution of the excitation light is made uniform, it is possible to prevent the strong excitation light from being locally irradiated, so that the fluorescent light YL can be generated with high efficiency.

本実施形態の第1照明装置101は、光成形光学系20を用いることで、蛍光体層42の所定の領域(被照明領域)の照度分布を均一化するように励起光KS(各レーザー光LB)を蛍光体層42に入射させる。 By using the optical molding optical system 20, the first illumination device 101 of the present embodiment uses the excitation light KS (each laser beam) so as to make the illuminance distribution of a predetermined region (illuminated region) of the phosphor layer 42 uniform. LB) is incident on the phosphor layer 42.

以下、光成形光学系20の具体的な構成について説明する。
図3は光成形光学系20の構成を示す図である。図3では、説明の都合上、回転蛍光板30のうち励起光KSによって照明する蛍光体層42のみを図示した。また、図3では、複数の半導体レーザー11のうち3列目の半導体レーザー11のみ示している。図3に示すように、光成形光学系20は第1光源装置10の光射出側に設けられており、第1光源装置10から射出された光が入射する。
Hereinafter, a specific configuration of the optical molding optical system 20 will be described.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the optical molding optical system 20. In FIG. 3, for convenience of explanation, only the phosphor layer 42 illuminated by the excitation light KS among the rotating fluorescent plates 30 is shown. Further, in FIG. 3, only the semiconductor laser 11 in the third row among the plurality of semiconductor lasers 11 is shown. As shown in FIG. 3, the optical molding optical system 20 is provided on the light emitting side of the first light source device 10, and the light emitted from the first light source device 10 is incident on the optical molding optical system 20.

複数の半導体レーザー11は、第1の半導体レーザー11aと第2の半導体レーザー11bと第3の半導体レーザー11cとを含む。以下、第1の半導体レーザー11aから射出されるレーザー光LBをレーザー光LB1、第2の半導体レーザー11bから射出されるレーザー光LBをレーザー光LB2、第3の半導体レーザー11cから射出されるレーザー光LBをレーザー光LB3と称す。 The plurality of semiconductor lasers 11 include a first semiconductor laser 11a, a second semiconductor laser 11b, and a third semiconductor laser 11c. Hereinafter, the laser light LB emitted from the first semiconductor laser 11a is the laser light LB1, the laser light LB emitted from the second semiconductor laser 11b is the laser light LB2, and the laser light emitted from the third semiconductor laser 11c. LB is referred to as laser light LB3.

第1光源装置10は特許請求の範囲の「光源装置」に対応し、第1の半導体レーザー11aは特許請求の範囲の「第1の発光素子」に対応し、第2の半導体レーザー11bは特許請求の範囲の「第2の発光素子」に対応し、第3の半導体レーザー11cは特許請求の範囲の「第3の発光素子」に対応する。 The first light source device 10 corresponds to the "light source device" in the scope of the patent claim, the first semiconductor laser 11a corresponds to the "first light emitting element" in the scope of the patent claim, and the second semiconductor laser 11b corresponds to the patent. The third semiconductor laser 11c corresponds to the "second light emitting element" in the claimed range, and corresponds to the "third light emitting element" in the patented range.

また、レーザー光LB1は特許請求の範囲の「第1の光線束」に対応し、レーザー光LB2は特許請求の範囲の「第2の光線束」に対応し、レーザー光LB3は特許請求の範囲の「第3の光線束」に対応する。 Further, the laser light LB1 corresponds to the "first light bundle" in the claims, the laser light LB2 corresponds to the "second light bundle" in the claims, and the laser light LB3 corresponds to the claims. Corresponds to the "third ray bundle" of.

光成形光学系20はアレイ状に配列された複数のレンズ21を有している。複数のレンズ21の各々は、複数の半導体レーザー11の各々に対応して配置されている。すなわち、複数のレンズ21は、マトリクス状(例えば、図3ではY方向に5行、Z方向に5列)に配列されている。なお、図3では、3列目の半導体レーザー11に対応するレンズ21のみ示している。
以下の説明では、同じ列(3列目)を構成する複数の半導体レーザー11の各々から射出されたレーザー光LB、すなわちXY平面と平行な面内におけるレーザー光LBの光路を例に挙げて説明する。
The optical molding optical system 20 has a plurality of lenses 21 arranged in an array. Each of the plurality of lenses 21 is arranged corresponding to each of the plurality of semiconductor lasers 11. That is, the plurality of lenses 21 are arranged in a matrix (for example, in FIG. 3, 5 rows in the Y direction and 5 columns in the Z direction). Note that FIG. 3 shows only the lens 21 corresponding to the semiconductor laser 11 in the third row.
In the following description, the optical path of the laser light LB emitted from each of the plurality of semiconductor lasers 11 forming the same row (third row), that is, the optical path of the laser light LB in the plane parallel to the XY plane will be described as an example. do.

本実施形態において、光成形光学系20は、複数の半導体レーザー11の各々から射出されたレーザー光LBが蛍光体層42の所定の領域を重畳的に照明するように構成されている。レーザー光LBが互いに重畳しているとは、各レーザー光LBのスポットが互いに概ね重なっている状態をいう。 In the present embodiment, the optical molding optical system 20 is configured such that the laser light LB emitted from each of the plurality of semiconductor lasers 11 superimposes the predetermined region of the phosphor layer 42. The fact that the laser light LBs are superimposed on each other means that the spots of the laser light LBs are substantially overlapped with each other.

本実施形態において、各レーザー光LBのスポットSPは蛍光体層42上の所定の領域で互いに重畳している。各レーザー光LBのスポットSPが互いに重畳されている領域が蛍光体層42における被照明領域SAに相当する。 In this embodiment, the spots SP of each laser beam LB are superimposed on each other in a predetermined region on the phosphor layer 42. The region where the spots SP of each laser beam LB are superimposed on each other corresponds to the illuminated region SA in the phosphor layer 42.

複数のレンズ21は、第1のレンズ21aと第2のレンズ21bと第3のレンズ21cとを含む。第1のレンズ21aは第1の半導体レーザー11aに対応し、第2のレンズ21bは第2の半導体レーザー11bに対応し、第3のレンズ21cは第3の半導体レーザー11cに対応する。 The plurality of lenses 21 include a first lens 21a, a second lens 21b, and a third lens 21c. The first lens 21a corresponds to the first semiconductor laser 11a, the second lens 21b corresponds to the second semiconductor laser 11b, and the third lens 21c corresponds to the third semiconductor laser 11c.

そのため、第1の半導体レーザー11aから射出されたレーザー光LB1が第1のレンズ21aに入射し、第2の半導体レーザー11bから射出されたレーザー光LB2が第2のレンズ21bに入射し、第3の半導体レーザー11cから射出されたレーザー光LB3が第3のレンズ21cに入射する。 Therefore, the laser light LB1 emitted from the first semiconductor laser 11a is incident on the first lens 21a, and the laser light LB2 emitted from the second semiconductor laser 11b is incident on the second lens 21b, and the third The laser beam LB3 emitted from the semiconductor laser 11c of the above is incident on the third lens 21c.

本実施形態において、複数のレンズ21の各々は自由曲面を有する自由曲面レンズから構成されている。複数のレンズ21の各々は、対応するレーザー光LBが被照明領域(蛍光体層42)上に形成するスポットSPの成形及び照度分布の均一化を行う。 In the present embodiment, each of the plurality of lenses 21 is composed of a free curved surface lens having a free curved surface. Each of the plurality of lenses 21 forms a spot SP formed on the illuminated region (fluorescent layer 42) by the corresponding laser light LB and homogenizes the illuminance distribution.

以下、複数のレンズ21のうち、第1のレンズ21aを例に挙げて、その構造について説明する。第1のレンズ21aは、xとyとを変数とする多項式で規定される第1の自由曲面22aを少なくとも一方の面(例えば、光射出面)に有している。第1の自由曲面22aは回転非対称な形状となっている。具体的に、第1の自由曲面22aは下式(1)で表される。式(1)では、第1の自由曲面22aに入射する光線の主光線と平行な方向をz軸とする直交座標系を用いている。第1の自由曲面22aを有する光射出面は特許請求の範囲の「第1のレンズ面」に対応する。 Hereinafter, the structure of the plurality of lenses 21 will be described by taking the first lens 21a as an example. The first lens 21a has a first free curved surface 22a defined by a polynomial with x and y as variables on at least one surface (for example, a light emitting surface). The first free curved surface 22a has a rotationally asymmetrical shape. Specifically, the first free curved surface 22a is represented by the following equation (1). Equation (1) uses a Cartesian coordinate system whose z-axis is a direction parallel to the main ray of the light ray incident on the first free-form surface 22a. The light emitting surface having the first free curved surface 22a corresponds to the "first lens surface" in the claims.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

上記式(1)において、m,nは0以上の整数であり、kはコーニック定数であり、cは曲率であり、cはxの係数であり、j=[(m+n)+m+3n]/2+1、S=[(m+n+m+3n]/2+1、r=(x+y1/2である。なお、m,nはそれぞれm,nの上限である。 In the above formula (1), m, n is an integer of 0 or more, k is the conic constant, c is the curvature, c j is the coefficient of x m y n, j = [ (m + n) 2 + M + 3n] / 2 + 1, S = [(m 1 + n 1 ) 2 + m 1 + 3n 1 ] / 2 + 1, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 . Note that m 1 and n 1 are upper limits of m and n, respectively.

第1のレンズ21aの第1の自由曲面22aにおいては、hを正の整数としたとき、x2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっている。すなわち、多項式は、C2hの項とC2hの項とを含み、C≠Cである。以下、「x2hの項の係数Cがy2hの項の係数Cと異なる」ことを第1条件と称すこともある。 In the first free-form surface 22a of the first lens 21a, when h is a positive integer, the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h. That is, the polynomial includes a term of C j x 2 h and a term of C ky 2 h , and C j ≠ C k . Hereinafter, "the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h " may be referred to as the first condition.

一般にレーザー光の強度はガウシアン分布を有する。そのため、レーザー光が入射する被照明領域には均一性の低い照度分布が形成される。これに対し、第1条件を満たす第1の自由曲面22aによれば、レーザー光LB1のスポットSPを矩形化するとともに、スポットSPの照度分布を所謂トップハット分布に変換して均一化する。 Generally, the intensity of laser light has a Gaussian distribution. Therefore, an illuminance distribution with low uniformity is formed in the illuminated area where the laser beam is incident. On the other hand, according to the first free curved surface 22a that satisfies the first condition, the spot SP of the laser beam LB1 is rectangularized, and the illuminance distribution of the spot SP is converted into a so-called top hat distribution to make it uniform.

また、上記式(1)は、xの1次の項とyの1次の項とのうち少なくとも一方を含んでいる。つまり、xの係数とyの係数のうち少なくとも一方が0ではない。以下、「xの1次の項とyの1次の項とのうち少なくとも一方を含む」ことを第2条件と称すこともある。 Further, the above equation (1) includes at least one of a first-order term of x and a first-order term of y. That is, at least one of the coefficient of x and the coefficient of y is not 0. Hereinafter, "including at least one of the first-order term of x and the first-order term of y" may be referred to as a second condition.

このような第2条件を満たす第1の自由曲面22aによれば、レーザー光LB1を偏向させることができる。これにより、レーザー光LB1のスポットSPを所望の位置に調整できる。よって、図3に示したように、レーザー光LB1を蛍光体層42に入射させることができる。さらに、第1の自由曲面22aは第1条件を満足しているので、蛍光体層42上に形成される被照明領域SAは矩形であり、レーザー光LB1による照度分布は均一化されている。 According to the first free curved surface 22a that satisfies the second condition, the laser beam LB1 can be deflected. Thereby, the spot SP of the laser beam LB1 can be adjusted to a desired position. Therefore, as shown in FIG. 3, the laser beam LB1 can be incident on the phosphor layer 42. Further, since the first free curved surface 22a satisfies the first condition, the illuminated region SA formed on the phosphor layer 42 is rectangular, and the illuminance distribution by the laser light LB1 is made uniform.

また、第1の自由曲面22aにおいては、上記式(1)は、p、qを正の整数としたとき、xの項を少なくとも一つ含む。つまり、xとyとを組み合わせた項のうち少なくとも一つの項の係数が0ではない。以下、「xの項を少なくとも一つ含む」ことを第3条件と称すこともある。 Further, in the first free-form surface 22a, the above equation (1) is, when p, the q positive integers, comprising at least one term of x p y q. That is, the coefficient of at least one of the terms that combine x and y is not 0. Hereinafter also referred to as a third condition that "at least one term of x p y q".

上述のようにレーザー光LB1を偏向させると、スポットSPに歪みが生じるおそれがある。これに対し、第1の自由曲面22aは、上記第3条件を満たすことで、偏向による歪みを補正している。これにより、被照明領域SAの歪みが低減される。 When the laser beam LB1 is deflected as described above, the spot SP may be distorted. On the other hand, the first free curved surface 22a corrects the distortion due to the deflection by satisfying the third condition. As a result, the distortion of the illuminated area SA is reduced.

以上述べたように第1のレンズ21aは、上記第1条件〜第3条件を満たす第1の自由曲面22aを有している。そのため、レーザー光LB1は、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを蛍光体層42上に形成することができる。 As described above, the first lens 21a has a first free curved surface 22a that satisfies the first to third conditions. Therefore, the laser light LB1 can form a spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42.

同様に、第2のレンズ21bは光射出面に第2の自由曲面22bを有している。第2の自由曲面22bは上記式(1)の多項式で規定され、この多項式は上述した第1条件〜第3条件を満たしている。第2のレンズ21bから射出されたレーザー光LB2は、レーザー光LB1と同様、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを蛍光体層42上に形成することができる。第2の自由曲面22bは、蛍光体層42上で、レーザー光LB2とレーザー光LB1とを互いに重畳させる。第2の自由曲面22bを有する光射出面は特許請求の範囲の「第2のレンズ面」に対応する。 Similarly, the second lens 21b has a second free curved surface 22b on the light emitting surface. The second free-form surface 22b is defined by the polynomial of the above equation (1), and this polynomial satisfies the above-mentioned first and third conditions. The laser light LB2 emitted from the second lens 21b can form a spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42, similarly to the laser light LB1. The second free curved surface 22b superimposes the laser light LB2 and the laser light LB1 on the phosphor layer 42. The light emitting surface having the second free curved surface 22b corresponds to the "second lens surface" in the claims.

同様に、第3のレンズ21cは光射出面に第3の自由曲面22cを有している。第3の自由曲面22cは上記式(1)の多項式で規定され、この多項式は上述した第1条件〜第3条件を満たしている。第3のレンズ21cから射出されたレーザー光LB3は、レーザー光LB1,B2と同様、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを蛍光体層42上に形成する。第3の自由曲面23aを有する光射出面は特許請求の範囲の「第3のレンズ面」に対応する。 Similarly, the third lens 21c has a third free curved surface 22c on the light emitting surface. The third free-form surface 22c is defined by the polynomial of the above equation (1), and this polynomial satisfies the above-mentioned first to third conditions. The laser light LB3 emitted from the third lens 21c forms a rectangular spot SP having a uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42, similarly to the laser lights LB1 and B2. The light emitting surface having the third free curved surface 23a corresponds to the "third lens surface" in the claims.

第3の自由曲面22cは、レーザー光LB3を蛍光体層42上で、レーザー光LB1及びレーザー光LB2に重畳させる。 The third free curved surface 22c superimposes the laser light LB3 on the laser light LB1 and the laser light LB2 on the phosphor layer 42.

複数のレンズ21の残りは、上述した第1のレンズ21a、第2のレンズ21b及び第3のレンズ21cと同様、第1条件〜第3条件を満たす多項式で規定される自由曲面を有している。各レンズ21から射出されたレーザー光LBは蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持ち、互いに重畳するスポットSPを形成する。
なお、上記説明では、XY平面と平行な面内におけるレーザー光LBが構成するスポットを例に挙げて説明したが、同じ行(Z方向に並ぶ)を構成する複数の半導体レーザー11の各々から射出されたレーザー光LB、すなわちXZ平面と平行な面内におけるレーザー光LBが構成するスポットについても同様のことが言える。
したがって、照明光軸100axと直交する面内にマトリクス状に配置される各レンズ21から射出されたレーザー光LBは蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持ち、互いに重畳するスポットSPを形成する。
The rest of the plurality of lenses 21 have a free curved surface defined by a polynomial that satisfies the first to third conditions, like the first lens 21a, the second lens 21b, and the third lens 21c described above. There is. The laser light LB emitted from each lens 21 has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42, and forms spots SP that overlap each other.
In the above description, the spots formed by the laser light LB in the plane parallel to the XY plane have been described as an example, but they are emitted from each of the plurality of semiconductor lasers 11 forming the same row (arranged in the Z direction). The same can be said for the laser light LB, that is, the spot formed by the laser light LB in the plane parallel to the XZ plane.
Therefore, the laser light LB emitted from each lens 21 arranged in a matrix in a plane orthogonal to the illumination optical axis 100ax has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42, and the spots SP are superimposed on each other. To form.

このように、本実施形態の光成形光学系20によれば、各レーザー光LBのスポットSPを互いに重畳させることで蛍光体層42上に被照明領域SAを形成するので、該被照明領域SAにおける照度分布は均一性が高いものとなる。仮に、複数の半導体レーザー11の出力(レーザー光LBの光量)にバラツキがある場合でも、蛍光体層42を均一に照明することができる。
また、光成形光学系20は、各レーザー光LBを平行化するために従来用いられていたコリメートレンズアレイを複数のレンズ21に置き換えることで構成されているため、従来のマルチレンズを2枚使用して照度分布を均一化する構成に比べて部品点数を少なくできる。
As described above, according to the photoformed optical system 20 of the present embodiment, the illuminated region SA is formed on the phosphor layer 42 by superimposing the spot SPs of the laser beams LB on each other. Therefore, the illuminated region SA The illuminance distribution in is highly uniform. Even if the outputs of the plurality of semiconductor lasers 11 (the amount of light of the laser light LB) vary, the phosphor layer 42 can be uniformly illuminated.
Further, since the optical molding optical system 20 is configured by replacing the collimating lens array conventionally used for parallelizing each laser light LB with a plurality of lenses 21, two conventional multi-lenses are used. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the configuration in which the illuminance distribution is made uniform.

したがって、本実施形態の第1照明装置101によれば、少ない部品点数でありながら、蛍光体層42上に形成される被照明領域SAの照度分布を均一化できる。よって、高い効率で蛍光光YLを生成することができる。 Therefore, according to the first illumination device 101 of the present embodiment, the illuminance distribution of the illuminated region SA formed on the phosphor layer 42 can be made uniform even though the number of parts is small. Therefore, the fluorescent light YL can be generated with high efficiency.

また、蛍光体層42上に矩形状のスポットSPを互いに重畳させて被照明領域SAを形成するので、蛍光光YLの発光領域が大きくなるのを防止できる。よって、後段の光学系(ピックアップ光学系60)は、蛍光体層42から射出された蛍光光YLを高い効率で取り込むことができるので、蛍光光YLを効率良く利用できる。 Further, since the rectangular spots SP are superimposed on the phosphor layer 42 to form the illuminated region SA, it is possible to prevent the emission region of the fluorescent light YL from becoming large. Therefore, the subsequent optical system (pickup optical system 60) can take in the fluorescent light YL emitted from the phosphor layer 42 with high efficiency, so that the fluorescent light YL can be used efficiently.

本実施形態の第1照明装置101によれば、制御装置160により各レーザー光LBの出力を独立して制御することもできる。このようにすれば、蛍光体層42上に形成される被照明領域SAの全体における照度を調整することができる。 According to the first lighting device 101 of the present embodiment, the output of each laser beam LB can be independently controlled by the control device 160. In this way, the illuminance in the entire illuminated region SA formed on the phosphor layer 42 can be adjusted.

図2に戻って、回転蛍光板30で生成された蛍光光YLはピックアップ光学系60に入射する。ピックアップ光学系60は、例えば2つのピックアップレンズ60a,60bから構成されている。ピックアップ光学系60は、蛍光光YLを平行化し、第1レンズアレイ120へと導く。 Returning to FIG. 2, the fluorescent light YL generated by the rotating fluorescent plate 30 is incident on the pickup optical system 60. The pickup optical system 60 is composed of, for example, two pickup lenses 60a and 60b. The pickup optical system 60 parallelizes the fluorescent light YL and guides it to the first lens array 120.

第1レンズアレイ120は蛍光光YLを複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズ122を有する。複数の第1小レンズ122は、照明光軸100axと直交する面内にマトリクス状に配列されている。 The first lens array 120 has a plurality of first small lenses 122 for dividing the fluorescent light YL into a plurality of partial luminous fluxes. The plurality of first small lenses 122 are arranged in a matrix in a plane orthogonal to the illumination optical axis 100ax.

第2レンズアレイ130は、第1レンズアレイ120の複数の第1小レンズ122に対応する複数の第2小レンズ132を有する。第2レンズアレイ130は、後段の重畳レンズ150とともに、第1レンズアレイ120の第1小レンズ122の像を液晶光変調装置400Rおよび液晶光変調装置400Gそれぞれの画像形成領域もしくはその近傍に結像させる。複数の第2小レンズ132は、照明光軸100axに直交する面内にマトリクス状に配列されている。 The second lens array 130 has a plurality of second small lenses 132 corresponding to the plurality of first small lenses 122 of the first lens array 120. The second lens array 130, together with the superposed lens 150 in the subsequent stage, forms an image of the first small lens 122 of the first lens array 120 in or near the image forming regions of the liquid crystal light modulator 400R and the liquid crystal light modulator 400G, respectively. Let me. The plurality of second small lenses 132 are arranged in a matrix in a plane orthogonal to the illumination optical axis 100ax.

偏光変換素子140は、第1レンズアレイ120により分割された各部分光束(蛍光光YL)を、偏光方向が揃った直線偏光光に変換する。 The polarization conversion element 140 converts each partial luminous flux (fluorescent light YL) divided by the first lens array 120 into linearly polarized light having the same polarization direction.

重畳レンズ150は、偏光変換素子140から射出された各部分光束を集光し、液晶光変調装置400R及び液晶光変調装置400Gそれぞれの画像形成領域もしくはその近傍で互いに重畳させる。第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、および重畳レンズ150は、回転蛍光板30から射出された蛍光光YLの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。 The superimposing lens 150 collects each partial luminous flux emitted from the polarization conversion element 140 and superimposes them on each other in or near the image forming regions of the liquid crystal light modulation device 400R and the liquid crystal light modulation device 400G. The first lens array 120, the second lens array 130, and the superposed lens 150 constitute an integrator optical system that makes the in-plane light intensity distribution of the fluorescent light YL emitted from the rotating fluorescent plate 30 uniform.

一方、第2照明装置102は、第2光源装置710と、集光光学系720、散乱板730、ピックアップ光学系731、レンズインテグレーター光学系740及び重畳レンズ760を備える。 On the other hand, the second illumination device 102 includes a second light source device 710, a condensing optical system 720, a scattering plate 730, a pickup optical system 731, a lens integrator optical system 740, and a superimposing lens 760.

第2光源装置710は、第1光源装置10と同様、青色のレーザー光LBを射出する半導体レーザー11を有する。半導体レーザー11は1つでも複数でもよい。第2光源装置710は、レーザー光からなる青色光Bを射出するようになっている。第2光源装置710の半導体レーザー11も、制御装置160に電気的に接続されている。制御装置160は、半導体レーザー11に供給する電流値を制御することで青色光Bの出力を制御可能である。 Like the first light source device 10, the second light source device 710 has a semiconductor laser 11 that emits a blue laser beam LB. The number of semiconductor lasers 11 may be one or a plurality. The second light source device 710 is adapted to emit blue light B composed of laser light. The semiconductor laser 11 of the second light source device 710 is also electrically connected to the control device 160. The control device 160 can control the output of the blue light B by controlling the current value supplied to the semiconductor laser 11.

集光光学系720は、図2に示すように、第1レンズ722及び第2レンズ724を備える。集光光学系720は、全体として、青色光Bを略集光した状態で散乱板730に入射させる。第1レンズ722及び第2レンズ724は、凸レンズからなる。 As shown in FIG. 2, the condensing optical system 720 includes a first lens 722 and a second lens 724. As a whole, the condensing optical system 720 causes the blue light B to be incidentally incident on the scattering plate 730 in a substantially condensed state. The first lens 722 and the second lens 724 are made of a convex lens.

散乱板730は、第2光源装置710からの青色光Bを所定の散乱度で散乱し、回転蛍光板30から射出された蛍光光YLに似た配光分布を有する青色光Bとする。散乱板730としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。 The scattering plate 730 scatters the blue light B from the second light source device 710 with a predetermined scattering degree, and is a blue light B having a light distribution similar to the fluorescent light YL emitted from the rotating fluorescent plate 30. As the scattering plate 730, for example, frosted glass made of optical glass can be used.

ピックアップ光学系731は、レンズ732、733を備える。レンズ732、733はそれぞれ凸レンズからなる。ピックアップ光学系731は散乱板730で散乱された青色光Bを平行化してレンズインテグレーター光学系740に入射させる。 The pickup optical system 731 includes lenses 732 and 733. The lenses 732 and 733 are made of convex lenses, respectively. The pickup optical system 731 parallelizes the blue light B scattered by the scattering plate 730 and causes it to enter the lens integrator optical system 740.

レンズインテグレーター光学系740は、レンズアレイ750,751を有する。レンズアレイ750は青色光Bを複数の部分光束に分割するための複数の小レンズ750aを有する。レンズアレイ751は、レンズアレイ750の複数の小レンズ750aに対応する複数の小レンズ751aを有する。レンズアレイ751は、後段の重畳レンズ760とともに、レンズアレイ750の小レンズ750aの像を液晶光変調装置400Bの画像形成領域もしくはその近傍に結像させる。 The lens integrator optical system 740 has lens arrays 750 and 751. The lens array 750 has a plurality of small lenses 750a for dividing the blue light B into a plurality of partial luminous fluxes. The lens array 751 has a plurality of small lenses 751a corresponding to the plurality of small lenses 750a of the lens array 750. The lens array 751 forms an image of the small lens 750a of the lens array 750 in or near the image forming region of the liquid crystal light modulation device 400B together with the superposed lens 760 in the subsequent stage.

本実施形態において、第2照明装置102から射出された青色光Bは、反射ミラー250で反射され、フィールドレンズ300Bを通過して青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。 In the present embodiment, the blue light B emitted from the second illumination device 102 is reflected by the reflection mirror 250, passes through the field lens 300B, and is incident on the image forming region of the liquid crystal light modulator 400B for blue light.

以上述べたように、本実施形態の第1照明装置101によれば、二枚のマルチレンズアレイを用いる場合に比べて少ない部品点数で蛍光体層42上の被照明領域SAの照度分布を矩形化、均一化できる。よって、高い効率で蛍光光YLを生成することができる。 As described above, according to the first illumination device 101 of the present embodiment, the illuminance distribution of the illuminated region SA on the phosphor layer 42 is rectangular with a smaller number of parts than when two multi-lens arrays are used. Can be made uniform. Therefore, the fluorescent light YL can be generated with high efficiency.

本実施形態のプロジェクター1によれば、上記第1照明装置101を含む照明装置100を備えるため、明るいカラー画像をスクリーンSCR上に表示することができる。 According to the projector 1 of the present embodiment, since the lighting device 100 including the first lighting device 101 is provided, a bright color image can be displayed on the screen SCR.

(第二実施形態)
続いて、第二実施形態に係るプロジェクターについて説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは照明装置(第1照明装置)の構成である。以下では、照明装置の構成を主体に説明する。なお、第一実施形態と共通の部材及び部品については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
(Second Embodiment)
Subsequently, the projector according to the second embodiment will be described. The difference between the present embodiment and the first embodiment is the configuration of the lighting device (first lighting device). In the following, the configuration of the lighting device will be mainly described. The members and parts common to those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the details thereof will be omitted.

図4は本実施形態の第1照明装置201の概略構成を示す図である。図4に示すように、第1照明装置201は、第1光源装置10と、コリメート光学系15と、光成形光学系70と、回転蛍光板30と、ピックアップ光学系60と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ150と、制御装置160と、を備える。 FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the first lighting device 201 of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the first lighting device 201 includes a first light source device 10, a collimating optical system 15, a photomolding optical system 70, a rotating fluorescent plate 30, a pickup optical system 60, and a first lens array 120. A second lens array 130, a polarization conversion element 140, a superposed lens 150, and a control device 160 are provided.

コリメート光学系15は、複数のコリメートレンズ15aを有する。複数のコリメートレンズ15aは二次元的に配列されている。複数のコリメートレンズ15aの各々は、複数の半導体レーザー11の各々に対応して配置されている。すなわち、複数のコリメートレンズ15aは、マトリクス状(例えば、図4では5行5列)に配列されている。本実施形態において、コリメートレンズ15aは、特許請求の範囲の「集光レンズ」に対応する。 The collimating optical system 15 has a plurality of collimating lenses 15a. The plurality of collimating lenses 15a are arranged two-dimensionally. Each of the plurality of collimating lenses 15a is arranged corresponding to each of the plurality of semiconductor lasers 11. That is, the plurality of collimating lenses 15a are arranged in a matrix (for example, 5 rows and 5 columns in FIG. 4). In the present embodiment, the collimating lens 15a corresponds to the "condensing lens" in the claims.

複数のコリメートレンズ15aの各々は対応するレーザー光LBを平行化する。本実施形態において、レーザー光LBは平行光に変換された状態で光成形光学系70に入射する。 Each of the plurality of collimating lenses 15a parallelizes the corresponding laser beam LB. In the present embodiment, the laser light LB is incident on the photoforming optical system 70 in a state of being converted into parallel light.

光成形光学系70は、アレイ状に配列された複数のレンズ71を備えている。複数のレンズ71の各々は、複数の半導体レーザー11の各々に対応して配置されている。すなわち、複数のレンズ71は、マトリクス状(例えば5行5列)に配列されている。 The optical molding optical system 70 includes a plurality of lenses 71 arranged in an array. Each of the plurality of lenses 71 is arranged corresponding to each of the plurality of semiconductor lasers 11. That is, the plurality of lenses 71 are arranged in a matrix (for example, 5 rows and 5 columns).

本実施形態において、複数のレンズ71の各々は自由曲面を有する自由曲面レンズから構成されている。複数のレンズ71の各々は、対応するレーザー光LBが被照明領域(蛍光体層42)上に形成するスポット形状を成形するとともに該スポットの照度分布を均一化する。 In the present embodiment, each of the plurality of lenses 71 is composed of a free curved surface lens having a free curved surface. Each of the plurality of lenses 71 forms a spot shape formed by the corresponding laser beam LB on the illuminated region (fluorescent layer 42) and makes the illuminance distribution of the spot uniform.

本実施形態において、複数のレンズ71は、第1のレンズ71aと第2のレンズ71bと第3のレンズ71cとを含む。第1のレンズ71aは第1の半導体レーザー11aに対応し、第2のレンズ71bは第2の半導体レーザー11bに対応し、第3のレンズ71cは第3の半導体レーザー11cに対応する。そのため、レーザー光LB1が第1のレンズ71aに入射し、レーザー光LB2が第2のレンズ71bに入射し、レーザー光LB3が第3のレンズ71cに入射する。 In the present embodiment, the plurality of lenses 71 include a first lens 71a, a second lens 71b, and a third lens 71c. The first lens 71a corresponds to the first semiconductor laser 11a, the second lens 71b corresponds to the second semiconductor laser 11b, and the third lens 71c corresponds to the third semiconductor laser 11c. Therefore, the laser light LB1 is incident on the first lens 71a, the laser light LB2 is incident on the second lens 71b, and the laser light LB3 is incident on the third lens 71c.

以下、複数のレンズ71のうち、第1のレンズ71aを例に挙げて、その構造について説明する。第1のレンズ71aは、xとyとを変数とする多項式で規定される第1の自由曲面72aを光入射面側に有し、光射出面側に屈折面74aを有している。第1の自由曲面72aは回転非対称な形状となっており、上記式(1)で規定される。 Hereinafter, the structure of the plurality of lenses 71 will be described by taking the first lens 71a as an example. The first lens 71a has a first free curved surface 72a defined by a polynomial with x and y as variables on the light incident surface side, and has a refracting surface 74a on the light emitting surface side. The first free curved surface 72a has a rotationally asymmetrical shape and is defined by the above equation (1).

本実施形態において、第1の自由曲面72aを規定する多項式は上記第1条件を満たしている。そのため、レーザー光LB1のスポットを矩形化するとともに、スポットの照度分布を所謂トップハット分布に変換して均一化することができる。 In the present embodiment, the polynomial defining the first free-form surface 72a satisfies the first condition. Therefore, the spot of the laser beam LB1 can be made rectangular, and the illuminance distribution of the spot can be converted into a so-called top hat distribution to make it uniform.

本実施形態において、第1のレンズ71aに入射するレーザー光LB1はコリメート光学系15により発散光から平行光に変換されている。そのため、コリメート光学系15を用いない第一実施形態における第1の自由曲面と比較して、第1の自由曲面72aにかかる負荷が低い。したがって、第一実施形態に比べ、第1の自由曲面72aの設計条件が緩和されるので、第1のレンズ71aの設計が容易となる。 In the present embodiment, the laser light LB1 incident on the first lens 71a is converted from divergent light to parallel light by the collimating optical system 15. Therefore, the load applied to the first free curved surface 72a is lower than that of the first free curved surface in the first embodiment in which the collimating optical system 15 is not used. Therefore, as compared with the first embodiment, the design conditions of the first free curved surface 72a are relaxed, so that the design of the first lens 71a becomes easy.

屈折面74aは平面(例えば、プリズム面)から構成され、第1のレンズ71aから射出されるレーザー光LB1を偏向させる。これにより、レーザー光LB1のスポット位置を調整できる。 The refracting surface 74a is composed of a flat surface (for example, a prism surface) and deflects the laser beam LB1 emitted from the first lens 71a. Thereby, the spot position of the laser beam LB1 can be adjusted.

第1の自由曲面72aを規定する多項式は上記第3条件を満たしている。これにより、偏向による歪みを補正することで被照明領域上に歪みのないスポットを形成できる。 The polynomial that defines the first free-form surface 72a satisfies the third condition. As a result, it is possible to form a distortion-free spot on the illuminated area by correcting the distortion due to the deflection.

第1のレンズ71aは上述の屈折面74aを有するため、第1の自由曲面72aはレーザー光LB1を偏向させる必要はない。つまり、第1の自由曲面72aは第2条件を満たしていない。第1の自由曲面72aはレーザー光LB1の偏向機能を有さないため、レンズの形状設計が容易となる。 Since the first lens 71a has the above-mentioned refracting surface 74a, it is not necessary for the first free curved surface 72a to deflect the laser beam LB1. That is, the first free curved surface 72a does not satisfy the second condition. Since the first free curved surface 72a does not have a deflection function of the laser beam LB1, the shape design of the lens becomes easy.

なお、第1のレンズ71aが屈折面74aを有する場合においても、上記第2条件を満たしても良い。このようにすれば、第1の自由曲面72a及び屈折面74aがそれぞれ屈折力を持つようになるので、屈折面74aの屈折力を小さくできる。 Even when the first lens 71a has a refracting surface 74a, the second condition may be satisfied. By doing so, the first free curved surface 72a and the refracting surface 74a each have a refracting power, so that the refraction power of the refracting surface 74a can be reduced.

さらに、本実施形態の第1のレンズ71aにおいては、式(1)におけるxの奇数次項の係数とyの奇数次項の係数が0であり、かつxとyとを組み合わせた項の係数が0である。すなわち、多項式はxの偶数次の項とyの偶数次の項とで構成されている。以下、「多項式をxの偶数次の項とyの偶数次の項とで構成する」ことを第4条件と称すこともある。 Further, in the first lens 71a of the present embodiment, the coefficient of the odd-order term of x and the coefficient of the odd-order term of y in the equation (1) are 0, and the coefficient of the term combining x and y is 0. Is. That is, the polynomial is composed of even-ordered terms of x and even-ordered terms of y. Hereinafter, "composing a polynomial with even-numbered terms of x and even-numbered terms of y" may be referred to as a fourth condition.

第4条件を満たした第1の自由曲面72aの形状設計は容易であるので、コストを低減できる。 Since the shape design of the first free curved surface 72a satisfying the fourth condition is easy, the cost can be reduced.

以上述べたように第1のレンズ71aによれば、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成できる。また、第1のレンズ71aは、レーザー光LB1を屈折させる機能が不要なため、設計が容易である。 As described above, according to the first lens 71a, a spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be formed on the phosphor layer 42. Further, the first lens 71a does not need a function of refracting the laser beam LB1, so that the design is easy.

同様に、第2のレンズ71bは第2の自由曲面72bと屈折面74bを有している。第2の自由曲面72bは、第1、第3、第4条件を満たしており、第2のレンズ71bから射出されたレーザー光LB2が蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成するように設計されている。第2の自由曲面72bは、第2のレンズ71bから射出したレーザー光LB2と第1のレンズ71aから射出されたレーザー光LB1とを蛍光体層42上で互いに重畳させる。 Similarly, the second lens 71b has a second free curved surface 72b and a refracting surface 74b. The second free curved surface 72b satisfies the first, third, and fourth conditions, and the laser beam LB2 emitted from the second lens 71b has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42. It is designed to form a spot SP. The second free-form surface 72b superimposes the laser light LB2 emitted from the second lens 71b and the laser light LB1 emitted from the first lens 71a on the phosphor layer 42.

同様に、第3のレンズ71cは第3の自由曲面72cと屈折面74cを有している。第3の自由曲面72cは、第1、第3、第4条件を満たしており、第3のレンズ71cから射出されたレーザー光LB3が蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成するように設計されている。第3の自由曲面72cは、蛍光体層42上で、レーザー光LB3を、レーザー光LB1及びレーザー光LB2に重畳させる。 Similarly, the third lens 71c has a third free curved surface 72c and a refracting surface 74c. The third free curved surface 72c satisfies the first, third, and fourth conditions, and the laser beam LB3 emitted from the third lens 71c has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42. It is designed to form a spot SP. The third free curved surface 72c superimposes the laser light LB3 on the laser light LB1 and the laser light LB2 on the phosphor layer 42.

本実施形態において、第1のレンズ71a、第2のレンズ71b及び第3のレンズ71cを除く複数のレンズ71の各々も、第1、第3、第4条件を満たす自由曲面を有している。そのため、各レンズ71から射出されたレーザー光LBは蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成し、各スポットSPは蛍光体層42上で互いに重畳している。これにより、蛍光体層42上には複数のレーザー光LBによって被照明領域SAが形成される。 In the present embodiment, each of the plurality of lenses 71 except for the first lens 71a, the second lens 71b, and the third lens 71c also has a free curved surface satisfying the first, third, and fourth conditions. .. Therefore, the laser light LB emitted from each lens 71 forms a rectangular spot SP having a uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42, and the spot SPs are superimposed on the phosphor layer 42. As a result, the illuminated region SA is formed on the phosphor layer 42 by the plurality of laser light LBs.

なお、偏向による歪みが小さい場合、第1条件及び第4条件のみを満たす自由曲面を有するレンズ71を採用しても良い。この場合、歪みを補正する必要が無いので、レンズ71の設計が容易になる。 If the distortion due to deflection is small, a lens 71 having a free curved surface that satisfies only the first condition and the fourth condition may be adopted. In this case, since it is not necessary to correct the distortion, the design of the lens 71 becomes easy.

このような構成に基づき、本実施形態の光成形光学系70は、蛍光体層42上におけるスポットSPを矩形状に成形するとともに、該スポットSPの照度分布を均一化することができる。コリメート光学系15は、各レーザー光LBを平行化するために従来用いられていたコリメートレンズアレイとみなすことができる。よって、コリメートレンズアレイに加えてマルチレンズを2枚使用して照度分布を均一化する場合に比べて部品点数を少なくできる。 Based on such a configuration, the optical molding optical system 70 of the present embodiment can form the spot SP on the phosphor layer 42 into a rectangular shape and can make the illuminance distribution of the spot SP uniform. The collimating optical system 15 can be regarded as a collimating lens array conventionally used for parallelizing each laser beam LB. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the case where two multi-lenses are used in addition to the collimating lens array to make the illuminance distribution uniform.

本実施形態の第1照明装置201によれば、蛍光体層42上に形成される被照明領域SAの照度分布が均一化されるため、高い効率で蛍光光YLを生成できる。 According to the first illumination device 201 of the present embodiment, the illuminance distribution of the illuminated region SA formed on the phosphor layer 42 is made uniform, so that the fluorescent light YL can be generated with high efficiency.

なお、コリメート光学系15と光成形光学系70との位置関係は上記に限定されない。例えば、第1照明装置201の光射出方向に向かって、第1光源装置10、光成形光学系70及びコリメート光学系15の順に配置されていてもよい。 The positional relationship between the collimating optical system 15 and the photoforming optical system 70 is not limited to the above. For example, the first light source device 10, the photoforming optical system 70, and the collimating optical system 15 may be arranged in this order in the light emitting direction of the first lighting device 201.

また、コリメート光学系15の代わりに、シリンドリカルレンズを用いても良い。一般的にレーザー光LBの放射角は異方性を持つ。そのため、例えば、放射角の小さい方向と放射角の大きい方向に対応する母線をそれぞれ有する一対のシリンドリカルレンズを用意することで、放射角に異方性を持つレーザー光LBを良好に平行化して光成形光学系70に入射させることができる。 Further, a cylindrical lens may be used instead of the collimating optical system 15. Generally, the emission angle of the laser beam LB has anisotropy. Therefore, for example, by preparing a pair of cylindrical lenses having bus lines corresponding to a direction having a small radiation angle and a direction having a large radiation angle, the laser light LB having an anisotropic radiation angle is satisfactorily parallelized and the light is emitted. It can be incident on the molding optical system 70.

(第三実施形態)
続いて、第三実施形態に係るプロジェクターについて説明する。本実施形態は第二照明装置の構成が異なる。以下では、第二照明装置の構成を主体に説明する。なお、第一実施形態と共通の部材及び部品については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
(Third Embodiment)
Subsequently, the projector according to the third embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the second lighting device is different. Hereinafter, the configuration of the second lighting device will be mainly described. The members and parts common to those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the details thereof will be omitted.

図5は本実施形態に係るプロジェクターの第二照明装置を示す概略図である。図5に示すように、本実施形態の第2照明装置202は、第2光源装置710と、光成形光学系20とを備える。第2光源装置710は、第1照明装置101の第1光源装置10と同一構成からなり、複数の半導体レーザー11を有している。本実施形態において、第2光源装置710は、光成形光学系20に向けて、複数のレーザー光LBからなる青色光Bを射出する。 FIG. 5 is a schematic view showing a second lighting device of the projector according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the second lighting device 202 of the present embodiment includes a second light source device 710 and an optical molding optical system 20. The second light source device 710 has the same configuration as the first light source device 10 of the first lighting device 101, and has a plurality of semiconductor lasers 11. In the present embodiment, the second light source device 710 emits blue light B composed of a plurality of laser light LBs toward the photoforming optical system 20.

第1照明装置101と同じく、第2照明装置202は、光成形光学系20により、被照明領域である液晶光変調装置400B上における照度分布を均一化するように、青色光Bを構成する各レーザー光LBを液晶光変調装置400Bに入射させる。 Similar to the first illuminating device 101, the second illuminating device 202 constitutes each of the blue light B so as to make the illuminance distribution on the liquid crystal light modulator 400B which is the illuminated region uniform by the optical molding optical system 20. The laser light LB is incident on the liquid crystal light modulator 400B.

本実施形態の第2照明装置202によれば、二枚のマルチレンズアレイを用いるレンズインテグレーター光学系740に比べて少ない部品点数でありながら、被照明領域である液晶光変調装置400Bに入射する青色光Bの照度分布を均一化できる。 According to the second illumination device 202 of the present embodiment, the number of parts is smaller than that of the lens integrator optical system 740 using two multi-lens arrays, but the blue color incident on the liquid crystal light modulator 400B, which is the illuminated area. The illuminance distribution of light B can be made uniform.

(第四実施形態)
続いて、第四実施形態に係る第1照明装置について説明する。本実施形態と第二実施形態との違いは光成形光学系の構成である。以下では、光成形光学系の構成を主体に説明する。なお、第二実施形態と共通の部材及び部品については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
(Fourth Embodiment)
Subsequently, the first lighting device according to the fourth embodiment will be described. The difference between the present embodiment and the second embodiment is the configuration of the optical molding optical system. Hereinafter, the configuration of the optical molding optical system will be mainly described. The members and parts common to the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the details thereof will be omitted.

図6は本実施形態の第1照明装置301の概略構成を示す図である。図6に示すように、第1照明装置301は、第1光源装置10と、コリメート光学系15と、光成形光学系170と、回転蛍光板30と、ピックアップ光学系60と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ150と、制御装置160と、を備える。 FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the first lighting device 301 of the present embodiment. As shown in FIG. 6, the first illumination device 301 includes a first light source device 10, a collimating optical system 15, an optical molding optical system 170, a rotating fluorescent plate 30, a pickup optical system 60, and a first lens array 120. A second lens array 130, a polarization conversion element 140, a superposed lens 150, and a control device 160 are provided.

光成形光学系170は、アレイ状に配列された複数の光学部材171を備えている。複数の光学部材171の各々は、複数の半導体レーザー11の各々に対応して配置されている。すなわち、複数の光学部材171は、マトリクス状(例えば5行5列)に配列されている。 The optical molding optical system 170 includes a plurality of optical members 171 arranged in an array. Each of the plurality of optical members 171 is arranged corresponding to each of the plurality of semiconductor lasers 11. That is, the plurality of optical members 171 are arranged in a matrix (for example, 5 rows and 5 columns).

本実施形態において、複数の光学部材171の各々は光入射面175と光射出面176と反射面177とが一体形成された硝子からなる。光射出面176は、自由曲面を有するレンズ面から構成されている。複数の光学部材171の各々は、対応するレーザー光LBが被照明領域(蛍光体層42)上に形成するスポット形状を成形するとともに該スポットの照度分布を均一化する。 In the present embodiment, each of the plurality of optical members 171 is made of glass in which a light incident surface 175, a light emitting surface 176, and a reflecting surface 177 are integrally formed. The light emitting surface 176 is composed of a lens surface having a free curved surface. Each of the plurality of optical members 171 forms a spot shape formed by the corresponding laser beam LB on the illuminated region (fluorescent layer 42) and makes the illuminance distribution of the spot uniform.

本実施形態において、複数の光学部材171は、第1の光学部材171aと第2の光学部材171bと第3の光学部材171cとを含む。第1の光学部材171aは第1の半導体レーザー11aに対応し、第2の光学部材171bは第2の半導体レーザー11bに対応し、第3の光学部材171cは第3の半導体レーザー11cに対応する。そのため、レーザー光LB1が第1の光学部材171aに入射し、レーザー光LB2が第2の光学部材171bに入射し、レーザー光LB3が第3の光学部材171cに入射する。 In the present embodiment, the plurality of optical members 171 include a first optical member 171a, a second optical member 171b, and a third optical member 171c. The first optical member 171a corresponds to the first semiconductor laser 11a, the second optical member 171b corresponds to the second semiconductor laser 11b, and the third optical member 171c corresponds to the third semiconductor laser 11c. .. Therefore, the laser light LB1 is incident on the first optical member 171a, the laser light LB2 is incident on the second optical member 171b, and the laser light LB3 is incident on the third optical member 171c.

以下、複数の光学部材171のうち、第1の光学部材171aを例に挙げて、その構造について説明する。第1の光学部材171aは、光入射面175aと、光射出面176aと、反射面177aとを有する。図6では、図を見易くするため、各光学部材171に入射するレーザー光LBの主光線のみを示している。 Hereinafter, the structure of the first optical member 171a among the plurality of optical members 171 will be described by taking as an example. The first optical member 171a has a light incident surface 175a, a light emitting surface 176a, and a reflecting surface 177a. In FIG. 6, only the main light beam of the laser beam LB incident on each optical member 171 is shown for easy viewing.

光入射面175aは平面(例えば、プリズム面)から構成される。レーザー光LB1の主光線LB1cは、光入射面175aにおける面法線方向に入射する。そのため、光入射面175aを透過する際、レーザー光LB1の主光線LB1cは屈折によって進行方向が変化しない。 The light incident surface 175a is composed of a flat surface (for example, a prism surface). The main ray LB1c of the laser beam LB1 is incident on the light incident surface 175a in the plane normal direction. Therefore, when passing through the light incident surface 175a, the traveling direction of the main ray LB1c of the laser light LB1 does not change due to refraction.

光入射面175aを透過して第1の光学部材171a内に入射したレーザー光LB1は、反射面177aに入射する。反射面177aは例えば金属蒸着膜により形成される。なお、反射面177aの構成は特に限定されず、例えば、レーザー光LB1を全反射させる全反射面で構成しても良い。反射面177aは、光入射面175aを透過したレーザー光LB1を反射することでレーザー光LB1の進行方向を偏向させる。これにより、レーザー光LB1の被照明領域上でのスポット位置が調整される。 The laser beam LB1 that has passed through the light incident surface 175a and is incident on the first optical member 171a is incident on the reflecting surface 177a. The reflective surface 177a is formed of, for example, a metal vapor deposition film. The configuration of the reflecting surface 177a is not particularly limited, and may be configured by, for example, a total reflecting surface that totally reflects the laser light LB1. The reflecting surface 177a deflects the traveling direction of the laser light LB1 by reflecting the laser light LB1 transmitted through the light incident surface 175a. As a result, the spot position of the laser beam LB1 on the illuminated area is adjusted.

反射面177aで反射されたレーザー光LB1は、光射出面176aに入射する。光射出面176aは、第1のレンズ面178aから構成される。第1のレンズ面178aはxとyとを変数とする多項式で規定される第1の自由曲面172aを有する。第1の自由曲面172aは回転非対称な形状となっており、上記式(1)で規定される。 The laser beam LB1 reflected by the reflecting surface 177a is incident on the light emitting surface 176a. The light emitting surface 176a is composed of a first lens surface 178a. The first lens surface 178a has a first free curved surface 172a defined by a polynomial with x and y as variables. The first free curved surface 172a has a rotationally asymmetrical shape and is defined by the above equation (1).

本実施形態において、第1の自由曲面172aを規定する多項式は上記第1条件を満たしている。そのため、レーザー光LB1のスポットを矩形化するとともに、スポットの照度分布を所謂トップハット分布に変換して均一化することができる。 In the present embodiment, the polynomial defining the first free-form surface 172a satisfies the first condition. Therefore, the spot of the laser beam LB1 can be made rectangular, and the illuminance distribution of the spot can be converted into a so-called top hat distribution to make it uniform.

本実施形態において、第1の自由曲面172aに入射するレーザー光LB1はコリメート光学系15により発散光から平行光に変換されている。そのため、コリメート光学系15を用いない第一実施形態における第1の自由曲面と比較して、第1の自由曲面172aにかかる負荷が低く、第1の自由曲面172aの設計条件が緩和される。 In the present embodiment, the laser light LB1 incident on the first free curved surface 172a is converted from divergent light to parallel light by the collimating optical system 15. Therefore, the load applied to the first free-form surface 172a is lower than that of the first free-form surface in the first embodiment in which the collimating optical system 15 is not used, and the design conditions of the first free-form surface 172a are relaxed.

本実施形態において、第1の自由曲面172aを規定する多項式は上記第3条件を満たすのが望ましい。これにより、反射面177aによる偏向によって生じた歪みを補正することで被照明領域上に歪みのないスポットを形成できる。 In the present embodiment, it is desirable that the polynomial defining the first free-form surface 172a satisfies the above-mentioned third condition. As a result, a distortion-free spot can be formed on the illuminated area by correcting the distortion caused by the deflection caused by the reflecting surface 177a.

ここで、レーザー光の進行方向を偏向する手段としてレンズ面の屈折を利用した場合、レンズ硝材の温度変化によって屈折率が変動するおそれがあった。レンズ硝材の屈折率が変動すると、レンズ面の屈折による光の進行方向にバラツキが生じてしまう。そのため、被照明領域上のスポット形成位置にずれが生じ、被照明領域を効率良く照明できなくなるおそれがあった。 Here, when the refraction of the lens surface is used as a means for deflecting the traveling direction of the laser light, the refractive index may fluctuate due to a temperature change of the lens glass material. When the refractive index of the lens glass material fluctuates, the direction of travel of light due to the refraction of the lens surface varies. Therefore, the spot formation position on the illuminated area may be displaced, and the illuminated area may not be efficiently illuminated.

これに対し、本実施形態の第1の光学部材171aは上述の反射面177aを有するため、第1の自由曲面172aにおいてレーザー光LB1を偏向(屈折)させる必要がない。すなわち、第1の自由曲面172aはレーザー光LB1を屈折させる屈折機能(偏向機能)を有しない。つまり、第1の自由曲面172aは上述の第2条件を満たす必要はない。 On the other hand, since the first optical member 171a of the present embodiment has the above-mentioned reflecting surface 177a, it is not necessary to deflect (refract) the laser beam LB1 on the first free curved surface 172a. That is, the first free curved surface 172a does not have a refraction function (deflection function) for refracting the laser beam LB1. That is, the first free curved surface 172a does not have to satisfy the above-mentioned second condition.

したがって、本実施形態の第1の光学部材171aによれば、レンズ面による屈折に代えて反射面177aによる反射を用いて光を偏向させるようにしている。さらに、レーザー光LB1は光入射面175aから入射する際にも屈折しない。そのため、温度変化による屈折率の変動が生じた場合でも、上述のように光の屈折を利用しないため、レーザー光LB1の進行方向にバラツキが生じ難い。よって、被照明領域上のスポット形成位置にずれが生じ難いので、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを効率良く形成できる。 Therefore, according to the first optical member 171a of the present embodiment, the light is deflected by using the reflection by the reflecting surface 177a instead of the refraction by the lens surface. Further, the laser light LB1 is not refracted when it is incident from the light incident surface 175a. Therefore, even if the refractive index fluctuates due to a temperature change, the refraction of light is not used as described above, so that the direction of travel of the laser beam LB1 is unlikely to vary. Therefore, since the spot formation position on the illuminated area is unlikely to shift, the spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be efficiently formed on the phosphor layer 42.

同様に、第2の光学部材171bは光入射面175bと、光射出面176bと、反射面177bとを有している。光入射面175bは第2のレンズ面178bから構成されている。第2のレンズ面178bは第2の自由曲面172bを有する。第2の自由曲面172bは、第1、第3条件を満たしており、第2の光学部材171bから射出されたレーザー光LB2が蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成するように設計されている。第2の自由曲面172bは、第2の光学部材171bから射出したレーザー光LB2と第1の光学部材171aから射出されたレーザー光LB1とを蛍光体層42上で互いに重畳させる。第2の光学部材171bでは光の屈折を利用しないため、レーザー光LB2の進行方向にバラツキが生じ難い。よって、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを効率良く形成できる。 Similarly, the second optical member 171b has a light incident surface 175b, a light emitting surface 176b, and a reflecting surface 177b. The light incident surface 175b is composed of a second lens surface 178b. The second lens surface 178b has a second free curved surface 172b. The second free-form surface 172b satisfies the first and third conditions, and the spot SP in which the laser beam LB2 emitted from the second optical member 171b has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42. Is designed to form. The second free-form surface 172b superimposes the laser light LB2 emitted from the second optical member 171b and the laser light LB1 emitted from the first optical member 171a on the phosphor layer 42. Since the second optical member 171b does not utilize the refraction of light, it is unlikely that the direction of travel of the laser beam LB2 will vary. Therefore, a spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be efficiently formed on the phosphor layer 42.

同様に、第3の光学部材171cは光入射面175cと、光射出面176cと、反射面177cとを有している。光入射面175cは第3のレンズ面178cから構成されている。第3のレンズ面178cは第3の自由曲面172cを有する。第3の自由曲面172cは、第1、第3条件を満たしており、第3の光学部材171cから射出されたレーザー光LB3が蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成するように設計されている。第3の自由曲面172cは、蛍光体層42上で、レーザー光LB3を、レーザー光LB1及びレーザー光LB2に重畳させる。第3の光学部材171cでは光の屈折を利用しないため、レーザー光LB3の進行方向にバラツキが生じ難い。よって、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを効率良く形成できる。 Similarly, the third optical member 171c has a light incident surface 175c, a light emitting surface 176c, and a reflecting surface 177c. The light incident surface 175c is composed of a third lens surface 178c. The third lens surface 178c has a third free curved surface 172c. The third free curved surface 172c satisfies the first and third conditions, and the spot SP in which the laser beam LB3 emitted from the third optical member 171c has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42. Is designed to form. The third free curved surface 172c superimposes the laser light LB3 on the laser light LB1 and the laser light LB2 on the phosphor layer 42. Since the third optical member 171c does not utilize the refraction of light, it is unlikely that the direction of travel of the laser beam LB3 will vary. Therefore, a spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be efficiently formed on the phosphor layer 42.

本実施形態において、第1の光学部材171a、第2の光学部材171b及び第3の光学部材171cを除く複数の光学部材171の各々も、第1、第3条件を満たす自由曲面を有している。そのため、各光学部材171から射出されたレーザー光LBは蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成し、各スポットSPは蛍光体層42上で互いに重畳する。これにより、蛍光体層42上には複数のレーザー光LBによって被照明領域SAが形成される。なお、レーザー光LBの進行方向を偏向させない光学部材171(例えば、照明光軸100ax上に位置する光学部材171)は、光入射面175及び光射出面176のみを有し、反射面177を有していない。 In the present embodiment, each of the plurality of optical members 171 except for the first optical member 171a, the second optical member 171b, and the third optical member 171c also has a free curved surface satisfying the first and third conditions. There is. Therefore, the laser light LB emitted from each optical member 171 forms a rectangular spot SP having a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42, and the spot SPs overlap each other on the phosphor layer 42. As a result, the illuminated region SA is formed on the phosphor layer 42 by the plurality of laser light LBs. The optical member 171 that does not deflect the traveling direction of the laser light LB (for example, the optical member 171 located on the illumination optical axis 100ax) has only a light incident surface 175 and a light emitting surface 176, and has a reflecting surface 177. Not done.

複数の光学部材171の各々においても、光を偏向させる際に屈折を利用しないため、硝材の屈折率が変動した場合でも、レーザー光LBの進行方向にバラツキが生じ難い。したがって、本実施形態の光成形光学系170によれば、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つ被照明領域SAを精度良く形成することができる。 Since refraction is not used in each of the plurality of optical members 171 to deflect the light, variation in the traveling direction of the laser beam LB is unlikely to occur even if the refractive index of the glass material fluctuates. Therefore, according to the optical molding optical system 170 of the present embodiment, the illuminated region SA having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be accurately formed on the phosphor layer 42.

本実施形態の第1照明装置301によれば、蛍光体層42に均一な被照明領域SAを形成できるので、高い効率で蛍光光YLを生成できる。 According to the first illumination device 301 of the present embodiment, since a uniform illuminated region SA can be formed in the phosphor layer 42, fluorescent light YL can be generated with high efficiency.

なお、本実施形態では、光学部材171として、光入射面175、光射出面176及び反射面177が一体形成された場合を例に挙げたが、各々が別体で構成されていても良い。 In the present embodiment, the case where the light incident surface 175, the light emitting surface 176, and the reflecting surface 177 are integrally formed as the optical member 171 is given as an example, but each may be formed separately.

例えば、光射出面176を有する自由曲面レンズと、該自由曲面レンズ及び反射面177を保持する保持部材とを用いて光学部材を構成しても良い。この場合、保持部材の一部に反射面177を形成することで部品点数を減らすことができる。なお、平板からなる光入射面175は省略することができる。 For example, the optical member may be configured by using a free curved lens having a light emitting surface 176 and a holding member holding the free curved lens and the reflecting surface 177. In this case, the number of parts can be reduced by forming the reflective surface 177 on a part of the holding member. The light incident surface 175 made of a flat plate can be omitted.

また、光学部材171のうちレーザー光LBに影響を及ぼす光入射面175及び反射面177以外の部分を空気層で構成しても良い。すなわち、光学部材171内を通過するレーザー光LBの光路の途中部分を中空構造にしても良い。
中空構造を採用可能な部分としては、例えば、レーザー光LBの光路のうち、光入射面175を透過してから反射面177に至るまでの経路、或いは、反射面177で反射してから光射出面176に入射するまでの経路に相当する部分を例示できる。
Further, the portion of the optical member 171 other than the light incident surface 175 and the reflecting surface 177 that affect the laser light LB may be formed of an air layer. That is, a hollow structure may be provided in the middle of the optical path of the laser beam LB passing through the optical member 171.
As a portion where the hollow structure can be adopted, for example, in the optical path of the laser light LB, the path from the light incident surface 175 to the reflecting surface 177, or the light emitted after being reflected by the reflecting surface 177. An example can be illustrated of a portion corresponding to the path leading to the incident on the surface 176.

(第五実施形態)
続いて、第五実施形態に係る第1照明装置について説明する。本実施形態と第四実施形態との違いは光成形光学系の構成である。以下では、光成形光学系の構成を主体に説明する。なお、第四実施形態と共通の部材及び部品については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
(Fifth Embodiment)
Subsequently, the first lighting device according to the fifth embodiment will be described. The difference between the present embodiment and the fourth embodiment is the configuration of the optical molding optical system. Hereinafter, the configuration of the optical molding optical system will be mainly described. The members and parts common to the fourth embodiment are designated by the same reference numerals, and the details thereof will be omitted.

図7は本実施形態の第1照明装置401の概略構成を示す図である。図7に示すように、第1照明装置401は、第1光源装置10と、コリメート光学系15と、光成形光学系270と、回転蛍光板30と、ピックアップ光学系60と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ150と、制御装置160と、を備える。 FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the first lighting device 401 of the present embodiment. As shown in FIG. 7, the first illumination device 401 includes a first light source device 10, a collimating optical system 15, an optical molding optical system 270, a rotating fluorescent plate 30, a pickup optical system 60, and a first lens array 120. A second lens array 130, a polarization conversion element 140, a superposed lens 150, and a control device 160 are provided.

光成形光学系270は、アレイ状に配列された複数の光学部材271を備えている。複数の光学部材271の各々は、複数の半導体レーザー11の各々に対応して配置されている。すなわち、複数の光学部材171は、マトリクス状(例えば5行5列)に配列されている。 The optical molding optical system 270 includes a plurality of optical members 271 arranged in an array. Each of the plurality of optical members 271 is arranged corresponding to each of the plurality of semiconductor lasers 11. That is, the plurality of optical members 171 are arranged in a matrix (for example, 5 rows and 5 columns).

本実施形態において、複数の光学部材271の各々は光入射面275と光射出面276と反射面277とを有する。光入射面275は、自由曲面を有するレンズ面から構成されている。複数の光学部材271の各々は、対応するレーザー光LBが被照明領域(蛍光体層42)上に形成するスポット形状を成形するとともに該スポットの照度分布を均一化する。 In this embodiment, each of the plurality of optical members 271 has a light incident surface 275, a light emitting surface 276, and a reflecting surface 277. The light incident surface 275 is composed of a lens surface having a free curved surface. Each of the plurality of optical members 271 forms a spot shape formed by the corresponding laser beam LB on the illuminated region (fluorescent layer 42) and makes the illuminance distribution of the spot uniform.

本実施形態において、複数の光学部材271は、第1の光学部材271aと第2の光学部材271bと第3の光学部材271cとを含む。第1の光学部材271aは第1の半導体レーザー11aに対応し、第2の光学部材271bは第2の半導体レーザー11bに対応し、第3の光学部材271cは第3の半導体レーザー11cに対応する。そのため、レーザー光LB1が第1の光学部材271aに入射し、レーザー光LB2が第2の光学部材271bに入射し、レーザー光LB3が第3の光学部材271cに入射する。 In the present embodiment, the plurality of optical members 271 include a first optical member 271a, a second optical member 271b, and a third optical member 271c. The first optical member 271a corresponds to the first semiconductor laser 11a, the second optical member 271b corresponds to the second semiconductor laser 11b, and the third optical member 271c corresponds to the third semiconductor laser 11c. .. Therefore, the laser light LB1 is incident on the first optical member 271a, the laser light LB2 is incident on the second optical member 271b, and the laser light LB3 is incident on the third optical member 271c.

以下、複数の光学部材271のうち、第1の光学部材271aを例に挙げて、その構造について説明する。第1の光学部材271aは、光入射面275aと、光射出面276aと、反射面277aとを有する。図7では、図を見易くするため、各光学部材271に入射するレーザー光LBの主光線のみを示している。 Hereinafter, the structure of the first optical member 271a among the plurality of optical members 271 will be described as an example. The first optical member 271a has a light incident surface 275a, a light emitting surface 276a, and a reflecting surface 277a. In FIG. 7, only the main light beam of the laser beam LB incident on each optical member 271 is shown for easy viewing.

光入射面275aは、第1のレンズ面278aから構成される。第1のレンズ面278aはxとyとを変数とする多項式で規定される第1の自由曲面272aを有する。第1の自由曲面272aは回転非対称な形状となっており、上記式(1)で規定される。 The light incident surface 275a is composed of a first lens surface 278a. The first lens surface 278a has a first free curved surface 272a defined by a polynomial with x and y as variables. The first free curved surface 272a has a rotationally asymmetrical shape and is defined by the above equation (1).

本実施形態において、第1の自由曲面272aを規定する多項式は上記第1条件を満たしている。そのため、レーザー光LB1のスポットを矩形化するとともに、スポットの照度分布を所謂トップハット分布に変換して均一化することができる。 In the present embodiment, the polynomial defining the first free-form surface 272a satisfies the first condition. Therefore, the spot of the laser beam LB1 can be made rectangular, and the illuminance distribution of the spot can be converted into a so-called top hat distribution to make it uniform.

本実施形態において、第1の自由曲面272aに入射するレーザー光LB1はコリメート光学系15により発散光から平行光に変換されている。そのため、コリメート光学系15を用いない第一実施形態における第1の自由曲面と比較して、第1の自由曲面272aにかかる負荷が低く、第1の自由曲面272aの設計条件が緩和される。 In the present embodiment, the laser light LB1 incident on the first free curved surface 272a is converted from divergent light to parallel light by the collimating optical system 15. Therefore, the load applied to the first free-form surface 272a is lower than that of the first free-form surface in the first embodiment in which the collimating optical system 15 is not used, and the design conditions of the first free-form surface 272a are relaxed.

反射面277aは例えば金属蒸着膜により形成され、光入射面275aを透過したレーザー光LB1を反射することでレーザー光LB1の進行方向を偏向させる。これにより、レーザー光LB1の被照明領域上でのスポット位置が調整される。 The reflecting surface 277a is formed of, for example, a metal vapor deposition film, and reflects the laser light LB1 transmitted through the light incident surface 275a to deflect the traveling direction of the laser light LB1. As a result, the spot position of the laser beam LB1 on the illuminated area is adjusted.

光射出面276aは平面(例えば、プリズム面)から構成される。レーザー光LB1の主光線LB1cは、光射出面276aにおける面法線方向に入射する。そのため、光射出面276aから射出される際、レーザー光LB1の主光線LB1cは屈折によって進行方向が変化しない。 The light emitting surface 276a is composed of a flat surface (for example, a prism surface). The main ray LB1c of the laser beam LB1 is incident on the light emitting surface 276a in the plane normal direction. Therefore, when the light is emitted from the light emitting surface 276a, the traveling direction of the main ray LB1c of the laser light LB1 does not change due to refraction.

本実施形態において、第1の自由曲面272aを規定する多項式は上記第3条件を満たすのが望ましい。これにより、反射面277aによる偏向によって生じた歪みを補正することで被照明領域上に歪みのないスポットを形成できる。 In the present embodiment, it is desirable that the polynomial defining the first free-form surface 272a satisfies the above-mentioned third condition. As a result, a distortion-free spot can be formed on the illuminated area by correcting the distortion caused by the deflection caused by the reflecting surface 277a.

本実施形態の第1の光学部材271aでは、レンズ面による屈折に代えて反射面277aによる反射を用いて光を偏向させ、光射出面276aから射出される際にレーザー光LB1が屈折しない。そのため、温度変化によって硝材の屈折率に変動が生じた場合でも、レーザー光LB1の進行方向にバラツキが生じ難い。よって、被照明領域上のスポット形成位置にずれが生じ難いので、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを効率良く形成できる。 In the first optical member 271a of the present embodiment, the light is deflected by using the reflection by the reflecting surface 277a instead of the refraction by the lens surface, and the laser light LB1 is not refracted when emitted from the light emitting surface 276a. Therefore, even if the refractive index of the glass material fluctuates due to a temperature change, the direction of travel of the laser beam LB1 is unlikely to vary. Therefore, since the spot formation position on the illuminated area is unlikely to shift, the spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be efficiently formed on the phosphor layer 42.

同様に、第2の光学部材271bは光入射面275bと、光射出面276bと、反射面277bとを有している。光入射面275bは第2のレンズ面278bから構成されている。第2のレンズ面278bは第2の自由曲面272bを有する。第2のレンズ面278bは、第1、第3条件を満たしており、第2の光学部材271bから射出されたレーザー光LB2が蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成するように設計されている。第2の光学部材271bでは光の屈折を利用しないため、レーザー光LB2の進行方向にバラツキが生じ難く、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを効率良く形成できる。 Similarly, the second optical member 271b has a light incident surface 275b, a light emitting surface 276b, and a reflecting surface 277b. The light incident surface 275b is composed of a second lens surface 278b. The second lens surface 278b has a second free curved surface 272b. The second lens surface 278b satisfies the first and third conditions, and the spot SP in which the laser beam LB2 emitted from the second optical member 271b has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42. Is designed to form. Since the second optical member 271b does not utilize the refraction of light, it is difficult for the laser light LB2 to vary in the traveling direction, and the spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be efficiently formed on the phosphor layer 42. ..

同様に、第3の光学部材271cは光入射面275cと、光射出面276cと、反射面277cとを有している。光入射面275cは第3のレンズ面278cから構成されている。第3のレンズ面278cは第3の自由曲面272cを有する。第3の自由曲面272cは、第1、第3条件を満たしており、第3の光学部材271cから射出されたレーザー光LB3が蛍光体層42上に矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを形成するように設計されている。第3の自由曲面272cでは光の屈折を利用しないため、レーザー光LB3の進行方向にバラツキが生じ難く、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つスポットSPを効率良く形成できる。 Similarly, the third optical member 271c has a light incident surface 275c, a light emitting surface 276c, and a reflecting surface 277c. The light incident surface 275c is composed of a third lens surface 278c. The third lens surface 278c has a third free curved surface 272c. The third free curved surface 272c satisfies the first and third conditions, and the spot SP in which the laser beam LB3 emitted from the third optical member 271c has a rectangular and uniform illuminance distribution on the phosphor layer 42. Is designed to form. Since the third free curved surface 272c does not utilize the refraction of light, it is difficult for the laser light LB3 to vary in the traveling direction, and the spot SP having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be efficiently formed on the phosphor layer 42. ..

本実施形態において、第1の光学部材271a、第2の光学部材271b及び第3の光学部材271cを除く複数の光学部材271の各々も、第1、第3条件を満たす自由曲面を有している。複数の光学部材271の各々においても、光を偏向させる際に屈折を利用しないため、硝材の屈折率が変動した場合でも、レーザー光LBの進行方向にバラツキが生じ難い。したがって、本実施形態の光成形光学系270によれば、蛍光体層42上に、矩形状且つ均一な照度分布を持つ被照明領域SAを精度良く形成することができる。なお、レーザー光LBの進行方向を偏向させない光学部材271(例えば、照明光軸100ax上に位置する光学部材271)は、光入射面275及び光射出面276のみを有し、反射面277を有していない。 In the present embodiment, each of the plurality of optical members 271 except for the first optical member 271a, the second optical member 271b, and the third optical member 271c also has a free curved surface satisfying the first and third conditions. There is. Since refraction is not used in each of the plurality of optical members 271 to deflect the light, variation in the traveling direction of the laser beam LB is unlikely to occur even if the refractive index of the glass material fluctuates. Therefore, according to the optical molding optical system 270 of the present embodiment, the illuminated region SA having a rectangular shape and a uniform illuminance distribution can be accurately formed on the phosphor layer 42. The optical member 271 (for example, the optical member 271 located on the illumination optical axis 100ax) that does not deflect the traveling direction of the laser light LB has only a light incident surface 275 and a light emitting surface 276, and has a reflecting surface 277. Not done.

本実施形態の第1照明装置401によれば、蛍光体層42に均一な被照明領域SAを形成できるので、高い効率で蛍光光YLを生成できる。 According to the first illumination device 401 of the present embodiment, since a uniform illuminated region SA can be formed in the phosphor layer 42, fluorescent light YL can be generated with high efficiency.

(第六実施形態)
続いて、第六実施形態に係る第1照明装置について説明する。本実施形態と第五実施形態との違いは光成形光学系の構成である。以下では、光成形光学系の構成を主体に説明する。なお、第四実施形態と共通の部材及び部品については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
(Sixth Embodiment)
Subsequently, the first lighting device according to the sixth embodiment will be described. The difference between the present embodiment and the fifth embodiment is the configuration of the optical molding optical system. Hereinafter, the configuration of the optical molding optical system will be mainly described. The members and parts common to the fourth embodiment are designated by the same reference numerals, and the details thereof will be omitted.

図8は本実施形態の第1照明装置501の概略構成を示す図である。図8に示すように、第1照明装置501は、第1光源装置10と、光成形光学系370と、回転蛍光板30と、ピックアップ光学系60と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ150と、制御装置160と、を備える。 FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the first lighting device 501 of the present embodiment. As shown in FIG. 8, the first lighting device 501 includes a first light source device 10, an optical molding optical system 370, a rotating fluorescent plate 30, a pickup optical system 60, a first lens array 120, and a second lens array. It includes 130, a polarization conversion element 140, a superimposing lens 150, and a control device 160.

光成形光学系370は、アレイ状に配列された複数の光学部材371を備えている。複数の光学部材371の各々は、複数の半導体レーザー11の各々に対応して配置されている。すなわち、複数の光学部材171は、マトリクス状(例えば5行5列)に配列されている。 The optical molding optical system 370 includes a plurality of optical members 371 arranged in an array. Each of the plurality of optical members 371 is arranged corresponding to each of the plurality of semiconductor lasers 11. That is, the plurality of optical members 171 are arranged in a matrix (for example, 5 rows and 5 columns).

本実施形態において、複数の光学部材371の各々は光入射面375と光射出面276と反射面277とを有する。光入射面375は、自由曲面を有するレンズ面から構成されている。図8では、図を見易くするため、各光学部材371に入射するレーザー光LBの主光線のみを示している。 In this embodiment, each of the plurality of optical members 371 has a light incident surface 375, a light emitting surface 276, and a reflecting surface 277. The light incident surface 375 is composed of a lens surface having a free curved surface. In FIG. 8, only the main light beam of the laser beam LB incident on each optical member 371 is shown for easy viewing.

光入射面375は、xとyとを変数とする上記式(1)の多項式で規定される自由曲面を有するレンズ面から構成される。本実施形態において、光入射面375は、対応する半導体レーザー11から射出されたレーザー光LBを平行化するコリメートレンズとしての機能も有するように設計されている。したがって、本実施形態の第1照明装置501は、第五実施形態の第1照明装置401におけるコリメート光学系15の機能を光成形光学系370で兼ねた構成としている。 The light incident surface 375 is composed of a lens surface having a free curved surface defined by the polynomial of the above equation (1) with x and y as variables. In the present embodiment, the light incident surface 375 is also designed to function as a collimating lens that parallelizes the laser light LB emitted from the corresponding semiconductor laser 11. Therefore, the first illuminating device 501 of the present embodiment has a configuration in which the function of the collimating optical system 15 in the first illuminating device 401 of the fifth embodiment is also combined with the optical molding optical system 370.

本実施形態の第1照明装置501によれば、コリメート光学系を省略できるので、装置構成を小型化できる。 According to the first lighting device 501 of the present embodiment, the collimating optical system can be omitted, so that the device configuration can be miniaturized.

なお、上記各実施形態においては、複数のレーザー光LBの各々が被照明領域の全面を照射するとともに、各レーザー光LBが重畳的に照明する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。 In each of the above embodiments, the case where each of the plurality of laser light LBs illuminates the entire surface of the illuminated area and each laser light LB illuminates in a superimposed manner has been described as an example. Not limited.

(第一変形例)
本変形例の光成形光学系20は、被照明領域SAの異なる領域に各スポットSPをそれぞれ入射させるように構成されている。すなわち、本変形例において、各スポットSPは上記実施形態と異なり、重畳していない。
(First modification)
The optical molding optical system 20 of this modification is configured so that each spot SP is incident on different regions of the illuminated region SA. That is, in this modification, unlike the above-described embodiment, the spots SP are not superimposed.

例えば、第1のレンズ21a及び第2のレンズ21bは、被照明領域SA上にレーザー光LB1が形成するスポットの位置と、被照明領域SA上にレーザー光LB2が形成するスポットの位置と、を異ならせるように各々の自由曲面22a,22bが設計されている。 For example, the first lens 21a and the second lens 21b have a spot position formed by the laser light LB1 on the illuminated area SA and a spot position formed by the laser light LB2 on the illuminated area SA. The free curved surfaces 22a and 22b are designed so as to be different.

図9は被照明領域の照明方式の変形例を概念的に示した図である。図9では、蛍光体層42上にレーザー光LBによって形成されるスポットSPの数をn個とした。図9において、n個の各スポットSPをそれぞれSP、SP、…SPと示す。 FIG. 9 is a diagram conceptually showing a modified example of the illumination method in the illuminated area. In FIG. 9, the number of spots SP formed by the laser beam LB on the phosphor layer 42 is set to n. In FIG. 9, each of the n spots SP is shown as SP 1 , SP 2 , ... SP n, respectively.

スポットSPの各々は矩形状からなり、均一な照度分布を有する。そのため、n個のスポットSPで構成される被照明領域SAは全体として均一な照度分布を有する。 Each of the spots SP has a rectangular shape and has a uniform illuminance distribution. Therefore, the illuminated region SA composed of n spots SP has a uniform illuminance distribution as a whole.

また、本変形例によれば、各スポットを重畳させないため、各スポットの大きさを適宜調整することで任意の大きさの被照明領域SAを照明することができる。 Further, according to this modification, since the spots are not superimposed, the illuminated area SA of an arbitrary size can be illuminated by appropriately adjusting the size of each spot.

また、本変形例によれば、被照明領域SAにおいて各スポットSPの位置が互いに異なる。よって、被照明領域SAが蛍光体層42である場合、照射される光の単位面積あたりの強度は、第一実施形態のように各スポットSPを重畳させる場合よりも小さくなる。これにより、蛍光体層42の単位面積あたりの光強度が低減するので、より高い効率で蛍光光YLを生成することができる。 Further, according to this modification, the positions of the spots SP are different from each other in the illuminated area SA. Therefore, when the illuminated region SA is the phosphor layer 42, the intensity per unit area of the irradiated light is smaller than that in the case where each spot SP is superimposed as in the first embodiment. As a result, the light intensity per unit area of the phosphor layer 42 is reduced, so that the fluorescent light YL can be generated with higher efficiency.

本変形例において、制御装置160により各レーザー光LBの出力を独立して制御することもできる。被照明領域SAが液晶光変調装置などの光変調装置である場合、このようにすれば、光変調装置に形成される被照明領域SAの照度分布を、表示する画像に応じて調整して、画質を高めることができる。 In this modification, the output of each laser beam LB can be controlled independently by the control device 160. When the illuminated area SA is a light modulation device such as a liquid crystal light modulation device, in this way, the illuminance distribution of the illuminated area SA formed in the light modulation device can be adjusted according to the image to be displayed. The image quality can be improved.

(第二変形例)
図10は被照明領域の照明方式の変形例を概念的に示した図である。図10では、蛍光体層42上にレーザー光によって形成されるスポットSPの数をn個とした。図10において、n個の各スポットSPをそれぞれSP、SP、…SPと示す。
(Second modification)
FIG. 10 is a diagram conceptually showing a modified example of the illumination method in the illuminated area. In FIG. 10, the number of spots SP formed by the laser beam on the phosphor layer 42 is set to n. In FIG. 10, each of the n spots SP is shown as SP 1 , SP 2 , ... SP n, respectively.

本変形例では、被照明領域SAにおいて、部分的にスポットSPを重畳させている。図7に示すように、被照明領域SAは、第1照明領域SB1及び第2照明領域SB2を含む複数の照明領域SBから構成される。複数の照明領域SBのうち少なくとも1つの照明領域SBは、二つのスポットSPが重畳することで形成されている。他の照明領域SBは、一つのスポットSPで形成されていても良い。 In this modification, the spot SP is partially superimposed in the illuminated area SA. As shown in FIG. 7, the illuminated area SA is composed of a plurality of illuminated areas SB including a first illuminated area SB1 and a second illuminated area SB2. At least one illumination region SB out of the plurality of illumination region SBs is formed by superimposing two spots SP. The other illumination area SB may be formed by one spot SP.

本変形例において、第1照明領域SB1は、例えば、スポットSPとスポットSPとが重畳することで構成されている。また、第2照明領域SB2は、他の二つのレーザー光(スポットSPn−1、スポットSP)が重畳することで構成されている。 In this modification, the first illumination region SB1 is configured by, for example, superimposing the spot SP 1 and the spot SP 2. Further, the second illumination region SB2 is configured by superimposing two other laser beams (spot SP n-1 and spot SP n).

本変形例において、各スポットSPの各々は均一な照度分布を有するため、各照明領域SBは均一な照度分布を有したものとなる。よって、複数の照明領域SBから構成される被照明領域SAは、均一な照度分布を有し、第一変形例と同様な効果を奏する。 In this modification, since each of the spots SP has a uniform illuminance distribution, each illumination region SB has a uniform illuminance distribution. Therefore, the illuminated region SA composed of the plurality of illuminated regions SB has a uniform illuminance distribution and has the same effect as that of the first modification.

(第三変形例)
図11は被照明領域の照明方式の変形例を概念的に示した図である。図11では、蛍光体層42上にレーザー光によって形成されるスポットSPの数をn個とした。図11において、n個の各スポットSPをそれぞれSP、SP、…SPと示す。
(Third modification example)
FIG. 11 is a diagram conceptually showing a modified example of the illumination method in the illuminated area. In FIG. 11, the number of spots SP formed by the laser beam on the phosphor layer 42 is set to n. In FIG. 11, each of the n spots SP is shown as SP 1 , SP 2 , ... SP n, respectively.

本変形例に係る光成形光学系20において、第3のレンズ21c(第3の自由曲面22c)は被照明領域SAの全面にレーザー光LB3を入射させる。また、第1のレンズ21a(第1の自由曲面22a)は、被照明領域SAの一部の領域にレーザー光LB1を入射させる。また、第2のレンズ21b(第2の自由曲面22b)は、被照明領域SAの一部の領域(レーザー光LB1の入射領域とは別の領域)にレーザー光LB2を入射させる。 In the optical molding optical system 20 according to this modification, the third lens 21c (third free curved surface 22c) causes the laser beam LB3 to be incident on the entire surface of the illuminated region SA. Further, the first lens 21a (first free curved surface 22a) causes the laser beam LB1 to be incident on a part of the illuminated region SA. Further, the second lens 21b (second free curved surface 22b) causes the laser light LB2 to be incident on a part of the illuminated region SA (a region different from the incident region of the laser light LB1).

本変形例において、制御装置160は、第1の半導体レーザー11aの出力と第2の半導体レーザー11bの出力とを互いに独立して制御する。すなわち、制御装置160は、各半導体レーザー11の出力を制御することで各スポットSPを所望の照度分布に設定する。 In this modification, the control device 160 controls the output of the first semiconductor laser 11a and the output of the second semiconductor laser 11b independently of each other. That is, the control device 160 sets each spot SP to a desired illuminance distribution by controlling the output of each semiconductor laser 11.

本実施形態の光成形光学系20は、図11に示すように、一つのスポットSPが被照明領域SAの全面を照射するとともに、スポットSPを除いた残り(n−1)個のスポットSPが被照明領域SAの異なる領域にそれぞれ入射するように構成されている。 In the optical molding optical system 20 of the present embodiment, as shown in FIG. 11, one spot SP 3 irradiates the entire surface of the illuminated area SA, and the remaining (n-1) spots excluding the spot SP 3 are spots. The SP is configured to be incident on different regions of the illuminated region SA.

本変形例においても、各スポットSPの各々は均一な照度分布を有するため、第一変形例と同様な効果が得られる。 Also in this modified example, since each of the spot SPs has a uniform illuminance distribution, the same effect as that of the first modified example can be obtained.

なお、本発明は上記実施形態及び変形例の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments and modifications, and can be appropriately modified as long as the gist of the invention is not deviated.

例えば、上記実施形態では、第1光源装置10が複数の半導体レーザー11から構成される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1光源装置10が一つの半導体レーザー11(例えば、第1の半導体レーザー11a)のみから構成されていても良い。このとき、光成形光学系20は第1のレンズ21aのみを有する。 For example, in the above embodiment, the case where the first light source device 10 is composed of a plurality of semiconductor lasers 11 has been given as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the first light source device 10 may be composed of only one semiconductor laser 11 (for example, the first semiconductor laser 11a). At this time, the optical molding optical system 20 has only the first lens 21a.

上記実施形態において、重畳とは、各レーザー光LBのスポットSPの全体がほぼ重なる状態と説明したが、本発明において重畳とは各スポットSPの一部同士が重なった状態も含む。 In the above embodiment, the superimposition has been described as a state in which the entire spots SP of each laser beam LB are substantially overlapped, but in the present invention, the superimposition also includes a state in which a part of each spot SP is overlapped with each other.

すなわち、第1光源装置10が二つの半導体レーザー11(例えば、第1の半導体レーザー11a及び第2の半導体レーザー11b)から構成され、第1の半導体レーザー11a及び第2の半導体レーザー11bから射出されるレーザー光LB1,B2の入射位置が実装誤差によって互いに少しずれているとする。このとき、レーザー光LB1,B2が形成するスポットSPのうち部分的に重なる領域(重畳している領域)が被照明領域を構成する。 That is, the first light source device 10 is composed of two semiconductor lasers 11 (for example, the first semiconductor laser 11a and the second semiconductor laser 11b), and is emitted from the first semiconductor laser 11a and the second semiconductor laser 11b. It is assumed that the incident positions of the laser beams LB1 and B2 are slightly deviated from each other due to a mounting error. At this time, a partially overlapping region (overlapping region) of the spots SP formed by the laser beams LB1 and B2 constitutes an illuminated region.

また、上記実施形態では、光変調装置として3つの液晶光変調装置400R,400G,400Bを備えるプロジェクター1を例示したが、1つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。 Further, in the above embodiment, the projector 1 provided with three liquid crystal light modulators 400R, 400G, and 400B is exemplified as the optical modulator, but it can also be applied to a projector that displays a color image with one liquid crystal optical modulator. Is. Further, a digital mirror device may be used as the optical modulation device.

上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。 In the above embodiment, an example in which the lighting device according to the present invention is mounted on a projector is shown, but the present invention is not limited to this. The lighting device according to the present invention can also be applied to lighting equipment, automobile headlights, and the like.

本発明者は、光成形光学系を構成するレンズについてシミュレーションを行った。本シミュレーションでは、レンズの自由曲面を規定する上記式(1)の多項式の係数をパラメーターとし、各自由曲面を用いた場合の被照明領域における照度分布を求めた。 The present inventor has performed a simulation on a lens constituting an optical molding optical system. In this simulation, the coefficient of the polynomial of the above equation (1) that defines the free curved surface of the lens was used as a parameter, and the illuminance distribution in the illuminated region when each free curved surface was used was obtained.

(実施例1)
実施例1は、上記第1条件(x2hの項の係数Cがy2hの項の係数Cと異なる)、第2条件(xの1次の項とyの1次の項とのうち少なくとも一方を含む)及び第3条件(xの項を少なくとも一つ含む)を満たす自由曲面を有するレンズのシミュレーション結果である。すなわち、実施例1のレンズは、第1条件〜第3条件を満たす第一実施形態の光成形光学系20を構成するレンズ21に相当する。
(Example 1)
In the first embodiment, the first condition (the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h ) and the second condition (the first-order term of x and the first-order term of y). among the simulation results of a lens having a free curved surface which satisfies at least one comprises a) and the third condition (including at least one term of x p y q). That is, the lens of the first embodiment corresponds to the lens 21 constituting the optical molding optical system 20 of the first embodiment satisfying the first to third conditions.

表1に実施例1の各パラメーターを示す。 Table 1 shows each parameter of Example 1.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

実施例1では、式(1)において、x及びyの項の係数を−0.35、xの項の係数を−0.02、xyの項の係数を0.008、yの項の係数を0.02、xの項の係数を−0.002、xyの項の係数を0、yの項の係数を−0.08、曲率cを0.029、コーニック定数kを0とした。なお、表1に記載されていない項の係数は全て0である。 In Example 1, in the formula (1), -0.35 coefficients of terms x and y, -0.02 a coefficient of the term x 2, 0.008 coefficient of xy sections term y 2 the coefficient 0.02, -0.002 the coefficient of the term x 4, x 3 the coefficient of the term of y 0, y 4 of the coefficients of the terms -0.08, curvature c 0.029, conic constant k was set to 0. The coefficients of the terms not listed in Table 1 are all 0.

図12A及び図12Bは実施例1のシミュレーション結果を示す図である。図12Aは比較として球面レンズを用いた場合の照度分布を示す図であり、図12Bは上記パラメーター(第1条件〜第3条件)を有する自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図である。なお、図12A,12Bにおいて、下側に示されるグラフは被照明領域の左右方向の照度分布であり、右側に示されるグラフは被照明領域の上下方向の照度分布である。 12A and 12B are diagrams showing the simulation results of the first embodiment. FIG. 12A is a diagram showing an illuminance distribution when a spherical lens is used for comparison, and FIG. 12B is a diagram showing an illuminance distribution when a free-form surface lens having the above parameters (first condition to third condition) is used. be. In FIGS. 12A and 12B, the graph shown on the lower side is the illuminance distribution in the left-right direction of the illuminated area, and the graph shown on the right side is the illuminance distribution in the vertical direction of the illuminated area.

図12Aに示すように、球面レンズを用いた場合、レーザー光は被照明領域に楕円状のスポットを形成し、該スポットの照度分布は不均一となる。
一方、図12Bに示すように、実施例1の自由曲面レンズを用いた場合、レーザー光は被照明領域に略矩形状のスポットを形成し、該スポットの照度分布の均一性が向上する。すなわち、実施例1より、第1条件及び第2条件を満たす自由曲面レンズを採用することで、被照明領域を矩形状に成形するとともに、照度分布を均一化できることが確認できた。
As shown in FIG. 12A, when a spherical lens is used, the laser beam forms an elliptical spot in the illuminated area, and the illuminance distribution of the spot becomes non-uniform.
On the other hand, as shown in FIG. 12B, when the free-form surface lens of Example 1 is used, the laser beam forms a substantially rectangular spot in the illuminated area, and the uniformity of the illuminance distribution of the spot is improved. That is, from Example 1, it was confirmed that by adopting a free-form surface lens that satisfies the first condition and the second condition, the illuminated area can be formed into a rectangular shape and the illuminance distribution can be made uniform.

(実施例2)
実施例2は、実施例1と同様、上記第1条件〜第3条件を満たす自由曲面を有するレンズのシミュレーション結果である。
(Example 2)
The second embodiment is a simulation result of a lens having a free curved surface satisfying the first to third conditions as in the first embodiment.

表2に実施例2の各パラメーターを示す。 Table 2 shows each parameter of Example 2.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

実施例2では、式(1)において、xの項の係数を−0.25、yの項の係数を−0.75、xの項の係数を−0.01、xyの項の係数を0.006、yの項の係数を−0.012、xの項の係数を−0.001、xyの項の係数を0.001、yの項の係数を0.02、曲率cを0.01、コーニック定数kを0とした。なお、表2に記載されていない項の係数は全て0である。 In Example 2, in formula (1), -0.25 a coefficient of the term x, -0.75 coefficients of terms of y, -0.01 a coefficient of the term x 2, the coefficient of xy section The coefficient of the term of y 2 is -0.012, the coefficient of the term of x 4 is -0.001, the coefficient of the term of x 3 y is 0.001, and the coefficient of the term of y 4 is 0. 02, the coefficient c was 0.01, and the conic constant k was 0. The coefficients of the terms not listed in Table 2 are all 0.

図13A及び図13Bは実施例2のシミュレーション結果を示す図である。図13Bは上記パラメーターを有する自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図であり、図13Aは比較例として、Xの係数およびYの係数以外の係数を総て0とした場合の照度分布を示す図である。なお、図13A,13Bにおいて、下側に示されるグラフは被照明領域の左右方向の照度分布であり、右側に示されるグラフは被照明領域の上下方向の照度分布である。 13A and 13B are diagrams showing the simulation results of the second embodiment. FIG. 13B is a diagram showing an illuminance distribution when a free-form surface lens having the above parameters is used, and FIG. 13A is a diagram showing an illuminance distribution when all the coefficients other than the X coefficient and the Y coefficient are set to 0 as a comparative example. It is a figure which shows. In FIGS. 13A and 13B, the graph shown on the lower side is the illuminance distribution in the left-right direction of the illuminated area, and the graph shown on the right side is the illuminance distribution in the vertical direction of the illuminated area.

図13A,13Bに示すように、第1条件及び第2条件を満たす自由曲面レンズを用いると、被照明領域に均一な照度分布を有する矩形状のスポットが形成される。このように、実施例2より、第1条件及び第2条件を満たす自由曲面レンズを採用することで、被照明領域を矩形状に成形するとともに、照度分布を均一化できることが確認できた。 As shown in FIGS. 13A and 13B, when a free-form surface lens satisfying the first condition and the second condition is used, a rectangular spot having a uniform illuminance distribution is formed in the illuminated area. As described above, from Example 2, it was confirmed that by adopting the free-form surface lens satisfying the first condition and the second condition, the illuminated area can be formed into a rectangular shape and the illuminance distribution can be made uniform.

(実施例3)
実施例3は、上記第1条件及び第3条件を満たす自由曲面を有するレンズのシミュレーション結果である。すなわち、実施例3のレンズは、第1条件及び第3条件を満たす第二実施形態の光成形光学系70を構成するレンズ71に相当する。
(Example 3)
Example 3 is a simulation result of a lens having a free curved surface satisfying the first condition and the third condition. That is, the lens of the third embodiment corresponds to the lens 71 constituting the optical molding optical system 70 of the second embodiment satisfying the first condition and the third condition.

表3に実施例3の各パラメーターを示す。 Table 3 shows each parameter of Example 3.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

実施例3では、式(1)において、x及びyの項の係数を0、xの項の係数を−0.02、xyの項の係数を0.008、yの項の係数を0.02、xの項の係数を−0.002、xyの項の係数を0、yの項の係数を−0.08、曲率cを0.029、コーニック定数kを0とした。なお、表3に記載されていない項の係数は全て0である。 In Example 3, in formula (1), -0.02 coefficients of x and y of the coefficient 0, x 2 term sections 0.008 coefficient of xy sections the coefficient of the term of y 2 0.02, -0.002 the coefficient of the term x 4, x 3 the coefficient of the term of y 0, y 4 of the coefficients of the terms -0.08, curvature c 0.029, the conic constant k 0 And said. The coefficients of the terms not listed in Table 3 are all 0.

実施例3は、x及びyの項の係数を0とする以外、実施例1のパラメーターと同じである。すなわち、実施例3の自由曲面と実施例1の自由曲面とは、光を偏向させる機能の有無のみが異なる。なお、光を偏向させる機能は被照明領域上に形成されるスポットの形状及び該スポットの照度分布に影響しない。 Example 3 is the same as the parameters of Example 1 except that the coefficients of the terms x and y are set to 0. That is, the free curved surface of the third embodiment and the free curved surface of the first embodiment differ only in the presence or absence of the function of deflecting light. The function of deflecting light does not affect the shape of the spot formed on the illuminated area and the illuminance distribution of the spot.

実施例3の自由曲面レンズを採用すれば、実施例1の図12Bと同様の照度分布を実現できる。すなわち、被照明領域を矩形状に成形するとともに、照度分布を均一化できることが確認できた。実施例3に関する照度分布を示す図は実施例1と同じため、省略する。 If the free-form surface lens of the third embodiment is adopted, the same illuminance distribution as in FIG. 12B of the first embodiment can be realized. That is, it was confirmed that the illuminated area can be formed into a rectangular shape and the illuminance distribution can be made uniform. The figure showing the illuminance distribution according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and is therefore omitted.

(実施例4)
実施例4は、実施例3と同様、第1条件及び第3条件を満たす自由曲面を有するレンズのシミュレーション結果である。
(Example 4)
The fourth embodiment is a simulation result of a lens having a free curved surface satisfying the first condition and the third condition as in the third embodiment.

表4に実施例4の各パラメーターを示す。 Table 4 shows each parameter of Example 4.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

実施例4では、式(1)において、x及びyの項の係数を0、xの項の係数を−0.01、xyの項の係数を0.006、yの項の係数を−0.012、xの項の係数を−0.001、xyの項の係数を0.001、yの項の係数を0.02、曲率cを0.01、コーニック定数kを0とした。なお、表4に記載されていない項の係数は全て0である。 In Example 4, in the formula (1), -0.01 coefficients of the coefficient of the term x and y 0, x 2 term, 0.006 coefficient of xy sections the coefficient of the term of y 2 -0.012, -0.001 and coefficient of the term x 4, x 3 coefficient 0.001 of y terms, 0.02 coefficient of the term of y 4, 0.01 curvature c, conic constant k Was set to 0. The coefficients of the terms not listed in Table 4 are all 0.

実施例4は、x及びyの項の係数を0とする以外、実施例2のパラメーターと同じである。すなわち、実施例4の自由曲面と実施例2の自由曲面とは、光を偏向させる機能の有無のみが異なる。 Example 4 is the same as the parameters of Example 2 except that the coefficients of the terms x and y are set to 0. That is, the free curved surface of the fourth embodiment and the free curved surface of the second embodiment differ only in the presence or absence of the function of deflecting light.

実施例4の自由曲面レンズを採用すれば、実施例2の図13Bと同様の照度分布を実現できる。すなわち、被照明領域を矩形状に成形するとともに、照度分布を均一化できることが確認できた。実施例4に関する照度分布を示す図は実施例2と同じため、省略する。 If the free-form surface lens of the fourth embodiment is adopted, the same illuminance distribution as in FIG. 13B of the second embodiment can be realized. That is, it was confirmed that the illuminated area can be formed into a rectangular shape and the illuminance distribution can be made uniform. The figure showing the illuminance distribution according to the fourth embodiment is the same as that of the second embodiment, and is therefore omitted.

(実施例5)
実施例5は、上記第1条件及び第4条件(多項式をxの偶数次の項とyの偶数次の項とで構成する)を満たす自由曲面を有するレンズのシミュレーション結果である。すなわち、実施例5のレンズは、第1条件及び第4条件を満たす第二実施形態の光成形光学系70を構成するレンズ71に相当する。
(Example 5)
The fifth embodiment is a simulation result of a lens having a free curved surface satisfying the first condition and the fourth condition (a polynomial is composed of even-numbered terms of x and even-numbered terms of y). That is, the lens of Example 5 corresponds to the lens 71 constituting the optical molding optical system 70 of the second embodiment satisfying the first condition and the fourth condition.

表5に実施例5の各パラメーターを示す。 Table 5 shows each parameter of Example 5.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

実施例5では、式(1)において、xの項の係数を0.1、yの項の係数を−0.02、xの項の係数を−0.13、xの項の係数を0.01、曲率cを0.125、コーニック定数kを0とした。なお、表5に記載されない記載されていない項の係数は全て0である。 In Example 5, in formula (1), 0.1 the coefficient of the term x 2, -0.02 a coefficient of the term of y 2, -0.13 a coefficient of the term x 4, term x 6 The coefficient of was 0.01, the curvature c was 0.125, and the conic constant k was 0. The coefficients of the items not listed in Table 5 are all 0.

図14A及び図14Bは実施例5のシミュレーション結果を示す図である。図14Aは比較として球面レンズを用いた場合の照度分布を示す図であり、図14Bは上記パラメーターを有する自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図である。なお、図14A,14Bにおいて、下側に示されるグラフは被照明領域の左右方向の照度分布であり、右側に示されるグラフは被照明領域の上下方向の照度分布である。 14A and 14B are diagrams showing the simulation results of Example 5. FIG. 14A is a diagram showing an illuminance distribution when a spherical lens is used for comparison, and FIG. 14B is a diagram showing an illuminance distribution when a free curved lens having the above parameters is used. In FIGS. 14A and 14B, the graph shown on the lower side is the illuminance distribution in the left-right direction of the illuminated area, and the graph shown on the right side is the illuminance distribution in the vertical direction of the illuminated area.

図14Aに示すように、比較例においては、レーザー光は被照明領域に上下に長細い形状のスポットを形成し、該スポットの照度分布は不均一となる。
一方、図14Bに示すように、実施例5の自由曲面レンズを用いた場合、レーザー光は被照明領域に正方形状のスポットを形成し、該スポットの照度分布は均一性が高くなる。すなわち、実施例5より、第1条件及び第4条件を満たすことで形状設計が容易な自由曲面レンズを採用した場合でも、被照明領域を正方形状に成形するとともに、照度分布を均一化できることが確認できた。
As shown in FIG. 14A, in the comparative example, the laser beam forms vertically elongated spots in the illuminated area, and the illuminance distribution of the spots becomes non-uniform.
On the other hand, as shown in FIG. 14B, when the free-form surface lens of Example 5 is used, the laser beam forms a square spot in the illuminated area, and the illuminance distribution of the spot becomes highly uniform. That is, from Example 5, even when a free-form surface lens whose shape can be easily designed by satisfying the first condition and the fourth condition is adopted, the illuminated area can be formed into a square shape and the illuminance distribution can be made uniform. It could be confirmed.

(実施例6)
実施例6は、実施例5と同様、上記第1条件及び第4条件を満たす自由曲面を有するレンズのシミュレーション結果である。
(Example 6)
Example 6 is a simulation result of a lens having a free curved surface satisfying the first condition and the fourth condition as in the fifth embodiment.

表6に実施例6の各パラメーターを示す。 Table 6 shows each parameter of Example 6.

Figure 0006950339
Figure 0006950339

実施例6では、式(1)において、xの項の係数を0.1、yの項の係数を−0.02、xの項の係数を−0.11、xの項の係数を0、曲率cを0.125、コーニック定数kを0とした。なお、表6に記載されていない項の係数は全て0である。 In Example 6, in the formula (1), 0.1 the coefficient of the term x 2, -0.02 a coefficient of the term of y 2, -0.11 a coefficient of the term x 4, term x 6 The coefficient of was 0, the curvature c was 0.125, and the conic constant k was 0. The coefficients of the terms not listed in Table 6 are all 0.

図15A及び図15Bは実施例6のシミュレーション結果を示す図である。図15Aは比較として球面レンズを用いた場合の照度分布を示す図であり、図15Bは上記パラメーターを有する自由曲面レンズを用いた場合の照度分布を示す図である。なお、図15A,15Bにおいて、下側に示されるグラフは被照明領域の左右方向の照度分布であり、右側に示されるグラフは被照明領域の上下方向の照度分布である。 15A and 15B are diagrams showing the simulation results of Example 6. FIG. 15A is a diagram showing an illuminance distribution when a spherical lens is used for comparison, and FIG. 15B is a diagram showing an illuminance distribution when a free-form surface lens having the above parameters is used. In FIGS. 15A and 15B, the graph shown on the lower side is the illuminance distribution in the left-right direction of the illuminated area, and the graph shown on the right side is the illuminance distribution in the vertical direction of the illuminated area.

図15A,15Bに示すように、第1条件及び第4条件を満たす自由曲面レンズを用いると、被照明領域に均一な照度分布を有する正方形状のスポットが形成される。このように、実施例6より、第1条件及び第4条件を満たすことで形状設計が容易な自由曲面レンズを採用した場合でも、被照明領域を正方形に成形するとともに、照度分布を均一化できることが確認できた。 As shown in FIGS. 15A and 15B, when a free-form surface lens satisfying the first condition and the fourth condition is used, a square spot having a uniform illuminance distribution is formed in the illuminated area. As described above, from Example 6, even when a free-form surface lens whose shape design is easy by satisfying the first condition and the fourth condition is adopted, the illuminated area can be formed into a square shape and the illuminance distribution can be made uniform. Was confirmed.

実施例5,6では、XとYとを組み合わせた項の係数は総て0である。この場合、x方向とy方向とでそれぞれ独立してレンズの曲率を設計できるので、レンズの設計が容易である。 In Examples 5 and 6, the coefficients of the terms in which X and Y are combined are all 0. In this case, since the curvature of the lens can be designed independently in the x direction and the y direction, the lens design is easy.

1…プロジェクター、10…第1光源装置、11a…第1の半導体レーザー、11b…第2の半導体レーザー、11c…第3の半導体レーザー、20…光成形光学系、21a…第1のレンズ、21b…第2のレンズ、21c…第3のレンズ、22a…第1の自由曲面、22b…第2の自由曲面、22c…第3の自由曲面、42…蛍光体層、70…光成形光学系、71a…第1のレンズ、71b…第2のレンズ、71c…第3のレンズ、72a…第1の自由曲面、72b…第2の自由曲面、72c…第3の自由曲面、101…第1照明装置、102…第2照明装置、160…制御装置、201…第1照明装置、202…第2照明装置、400B,400G,400R…液晶光変調装置、600…投射光学系、710…第2光源装置、LB1…レーザー光、LB2…レーザー光、LB3…レーザー光、SA…被照明領域。 1 ... Projector, 10 ... First light source device, 11a ... First semiconductor laser, 11b ... Second semiconductor laser, 11c ... Third semiconductor laser, 20 ... Photomolding optical system, 21a ... First lens, 21b ... 2nd lens, 21c ... 3rd lens, 22a ... 1st free curved surface, 22b ... 2nd free curved surface, 22c ... 3rd free curved surface, 42 ... phosphor layer, 70 ... photoformed optical system, 71a ... 1st lens, 71b ... 2nd lens, 71c ... 3rd lens, 72a ... 1st free curved surface, 72b ... 2nd free curved surface, 72c ... 3rd free curved surface, 101 ... 1st illumination Device, 102 ... second lighting device, 160 ... control device, 201 ... first lighting device, 202 ... second lighting device, 400B, 400G, 400R ... liquid crystal light modulator, 600 ... projection optical system, 710 ... second light source Device, LB1 ... laser light, LB2 ... laser light, LB3 ... laser light, SA ... illuminated area.

Claims (18)

第1の光線束を射出する第1の発光素子を備える光源装置と、
前記第1の光線束が入射する第1のレンズ面を備える光成形光学系と、を備え、
前記第1のレンズ面は、xとyとを変数とする式(1)で表される第1の自由曲面を有し、
前記式(1)において、m=2hとし、n=2hとし、hを正の整数としたとき、
2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっており、
前記式(1)は、xの1次の項とyの1次の項とのうち少なくとも一方を含み、
p、qを正の整数としたとき、xの項を少なくとも一つ含む
照明装置。
Figure 0006950339
前記式(1)において、m,nは0以上の整数であり、kはコーニック定数であり、cは曲率であり、cはx の係数であり、j=[(m+n) +m+3n]/2+1、S=[(m +n +m +3n ]/2+1、r=(x +y 1/2 であり、m はmの上限であり、n はnの上限である。
A light source device including a first light emitting element that emits a first bundle of light rays, and
An optical molding optical system including a first lens surface to which the first light beam flux is incident is provided.
The first lens surface has a first free curved surface represented by the equation (1) having x and y as variables.
In the above equation (1), when m = 2h, n = 2h, and h is a positive integer,
The coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
The equation (1) includes at least one of a first-order term of x and a first-order term of y.
p, when the q is a positive integer, containing at least one lighting device to the section x p y q.
Figure 0006950339
In the formula (1), m, n is an integer of 0 or more, k is the conic constant, c is the curvature, c j is the coefficient of x m y n, j = [ (m + n) 2 + M + 3n] / 2 + 1, S = [(m 1 + n 1 ) 2 + m 1 + 3n 1 ] / 2 + 1, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 , m 1 is the upper limit of m, and n 1 is n Is the upper limit of.
第1の光線束を射出する第1の発光素子を備える光源装置と、
前記第1の光線束が入射する第1のレンズ面、及び、前記第1の光線束の進行方向を偏向する屈折面を備える光成形光学系と、を備え、
前記第1のレンズ面は、xとyとを変数とする式(1)で表される第1の自由曲面を有し、
前記屈折面は、平面であり、
前記式(1)において、m=2hとし、n=2hとし、hを正の整数としたとき、
2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっており、
記式(1)は、p、qを正の整数としたとき、xの項を少なくとも一つ含む
照明装置。
Figure 0006950339
前記式(1)において、m,nは0以上の整数であり、kはコーニック定数であり、cは曲率であり、cはx の係数であり、j=[(m+n) +m+3n]/2+1、S=[(m +n +m +3n ]/2+1、r=(x +y 1/2 であり、m はmの上限であり、n はnの上限である。
A light source device including a first light emitting element that emits a first bundle of light rays, and
A photomolding optical system including a first lens surface on which the first light beam flux is incident and a refracting surface that deflects the traveling direction of the first light beam bundle is provided.
The first lens surface has a first free curved surface represented by the equation (1) having x and y as variables.
The refracting surface is a flat surface.
In the above equation (1), when m = 2h, n = 2h, and h is a positive integer,
The coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
Before following formula (1) is, p, when the q is a positive integer, containing at least one lighting device to the section x p y q.
Figure 0006950339
In the formula (1), m, n is an integer of 0 or more, k is the conic constant, c is the curvature, c j is the coefficient of x m y n, j = [ (m + n) 2 + M + 3n] / 2 + 1, S = [(m 1 + n 1 ) 2 + m 1 + 3n 1 ] / 2 + 1, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 , m 1 is the upper limit of m, and n 1 is n Is the upper limit of.
前記式(1)が有する多項式は、xの偶数次の項とyの偶数次の項とからなる
請求項2に記載の照明装置。
The illuminating device according to claim 2, wherein the polynomial included in the equation (1) is an even-order term of x and an even-order term of y.
第1の光線束を射出する第1の発光素子を備える光源装置と、
前記第1の光線束が入射する第1のレンズ面、及び、前記第1の光線束を反射して該第1の光線束の進行方向を偏向する反射面を備える光成形光学系と、を備え、
前記第1のレンズ面は、xとyとを変数とする式(1)で表される第1の自由曲面を有し、
前記式(1)において、m=2hとし、n=2hとし、hを正の整数としたとき、
2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっており、
前記式(1)は、p、qを正の整数としたとき、xの項を少なくとも一つ含む
照明装置。
Figure 0006950339
前記式(1)において、m,nは0以上の整数であり、kはコーニック定数であり、cは曲率であり、cはx の係数であり、j=[(m+n) +m+3n]/2+1、S=[(m +n +m +3n ]/2+1、r=(x +y 1/2 であり、m はmの上限であり、n はnの上限である。
A light source device including a first light emitting element that emits a first bundle of light rays, and
An optical molding optical system including a first lens surface on which the first light beam flux is incident, and a reflection surface that reflects the first light beam bundle and deflects the traveling direction of the first light beam bundle. Prepare,
The first lens surface has a first free curved surface represented by the equation (1) having x and y as variables.
In the above equation (1), when m = 2h, n = 2h, and h is a positive integer,
The coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
Formula (1) is, p, when the q is a positive integer, containing at least one lighting device to the section x p y q.
Figure 0006950339
In the formula (1), m, n is an integer of 0 or more, k is the conic constant, c is the curvature, c j is the coefficient of x m y n, j = [ (m + n) 2 + M + 3n] / 2 + 1, S = [(m 1 + n 1 ) 2 + m 1 + 3n 1 ] / 2 + 1, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 , m 1 is the upper limit of m, and n 1 is n Is the upper limit of.
前記式(1)が有する多項式は、xの偶数次の項とyの偶数次の項とからなる
請求項4に記載の照明装置。
The lighting device according to claim 4, wherein the polynomial included in the equation (1) is an even-order term of x and an even-order term of y.
前記光成形光学系は、光入射面及び光射出面を有し、
前記光入射面及び前記光射出面の一方は、前記第1のレンズ面から構成され、
前記第1の光線束の主光線は、前記光入射面及び前記光射出面の他方における面法線方向に入射する
請求項4又は5に記載の照明装置。
The photoforming optical system has a light incident surface and a light emitting surface, and has a light incident surface and a light emitting surface.
One of the light incident surface and the light emitting surface is composed of the first lens surface.
The illuminating device according to claim 4 or 5, wherein the main light beam of the first light beam bundle is incident on the light incident surface and the other side of the light emitting surface in the plane normal direction.
第1の光線束を射出する第1の発光素子を備える光源装置と、
前記第1の光線束が入射する第1のレンズ面を備える光成形光学系と、
前記第1の発光素子と前記第1のレンズ面との間の前記第1の光線束の光路上に設けられた集光レンズと、を備え、
前記第1のレンズ面は、xとyとを変数とする式(1)で表される第1の自由曲面を有し、
前記式(1)において、m=2hとし、n=2hとし、hを正の整数としたとき、
2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっている
照明装置。
Figure 0006950339
前記式(1)において、m,nは0以上の整数であり、kはコーニック定数であり、cは曲率であり、cはx の係数であり、j=[(m+n) +m+3n]/2+1、S=[(m +n +m +3n ]/2+1、r=(x +y 1/2 であり、m はmの上限であり、n はnの上限である。
A light source device including a first light emitting element that emits a first bundle of light rays, and
An optical molding optical system including a first lens surface on which the first light beam flux is incident, and
A condensing lens provided on the optical path of the first light beam bundle between the first light emitting element and the first lens surface is provided.
The first lens surface has a first free curved surface represented by the equation (1) having x and y as variables.
In the above equation (1), when m = 2h, n = 2h, and h is a positive integer,
A lighting device in which the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
Figure 0006950339
In the formula (1), m, n is an integer of 0 or more, k is the conic constant, c is the curvature, c j is the coefficient of x m y n, j = [ (m + n) 2 + M + 3n] / 2 + 1, S = [(m 1 + n 1 ) 2 + m 1 + 3n 1 ] / 2 + 1, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 , m 1 is the upper limit of m, and n 1 is n Is the upper limit of.
前記光成形光学系を透過した前記第1の光線束が入射する波長変換素子をさらに備える
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の照明装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a wavelength conversion element into which the first light beam bundle transmitted through the photoforming optical system is incident.
第1の光線束を射出する第1の発光素子、及び、第2の光線束を射出する第2の発光素子を備える光源装置と、
前記第1の光線束が入射する第1のレンズ面、及び、前記第2の光線束が入射する第2のレンズ面を備える光成形光学系と、を備え、
前記第1のレンズ面は、xとyとを変数とする式(1)で表される第1の自由曲面を有し、
前記第2のレンズ面は、前記式(1)で表される第2の自由曲面を有し、
前記式(1)において、m=2hとし、n=2hとし、hを正の整数としたとき、
2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっており、
前記第2の自由曲面に関して、x2hの項の係数Cはy2hの項の係数Cと異なっており、
前記光成形光学系は、前記第1の光線束と前記第2の光線束とが被照明領域を重畳的に照明するように構成されている
照明装置。
Figure 0006950339
前記式(1)において、m,nは0以上の整数であり、kはコーニック定数であり、cは曲率であり、cはx の係数であり、j=[(m+n) +m+3n]/2+1、S=[(m +n +m +3n ]/2+1、r=(x +y 1/2 であり、m はmの上限であり、n はnの上限である。
A light source device including a first light emitting element that emits a first light beam bundle and a second light emitting element that emits a second light beam bundle.
A photomolding optical system including a first lens surface on which the first light beam flux is incident and a second lens surface on which the second light beam bundle is incident is provided.
The first lens surface has a first free curved surface represented by the equation (1) having x and y as variables.
The second lens surface has a second free curved surface represented by the formula (1).
In the above equation (1), when m = 2h, n = 2h, and h is a positive integer,
The coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
With respect to the second free-form surface, the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
The photoforming optical system is an illuminating device in which the first light beam bundle and the second light beam bundle illuminate an illuminated area in an overlapping manner.
Figure 0006950339
In the formula (1), m, n is an integer of 0 or more, k is the conic constant, c is the curvature, c j is the coefficient of x m y n, j = [ (m + n) 2 + M + 3n] / 2 + 1, S = [(m 1 + n 1 ) 2 + m 1 + 3n 1 ] / 2 + 1, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 , m 1 is the upper limit of m, and n 1 is n Is the upper limit of.
前記第1の発光素子の出力を前記第2の発光素子の出力とは独立して制御する光源制御装置をさらに備える
請求項9に記載の照明装置。
The lighting device according to claim 9, further comprising a light source control device that controls the output of the first light emitting element independently of the output of the second light emitting element.
波長変換素子をさらに備え、
前記波長変換素子の所定の領域は前記被照明領域に相当する
請求項9又は10に記載の照明装置。
Equipped with a wavelength conversion element
The lighting device according to claim 9 or 10, wherein the predetermined region of the wavelength conversion element corresponds to the illuminated region.
第1の光線束を射出する第1の発光素子、及び、第2の光線束を射出する第2の発光素子を備える光源装置と、
前記第1の光線束が入射する第1のレンズ面、及び、前記第2の光線束が入射する第2のレンズ面を備える光成形光学系と、を備え、
前記第1のレンズ面は、xとyとを変数とする式(1)で表される第1の自由曲面を有し、
前記第2のレンズ面は、前記式(1)で表される第2の自由曲面を有し、
前記式(1)において、m=2hとし、n=2hとし、hを正の整数としたとき、
2hの項の係数Cは、y2hの項の係数Cと異なっており、
前記第2の自由曲面に関して、x2hの項の係数Cはy2hの項の係数Cと異なっており、
前記光成形光学系は、前記第1の光線束と前記第2の光線束とを被照明領域の互いに異なる領域に入射させるように構成されている
照明装置。
Figure 0006950339
前記式(1)において、m,nは0以上の整数であり、kはコーニック定数であり、cは曲率であり、cはx の係数であり、j=[(m+n) +m+3n]/2+1、S=[(m +n +m +3n ]/2+1、r=(x +y 1/2 であり、m はmの上限であり、n はnの上限である。
A light source device including a first light emitting element that emits a first light beam bundle and a second light emitting element that emits a second light beam bundle.
A photomolding optical system including a first lens surface on which the first light beam flux is incident and a second lens surface on which the second light beam bundle is incident is provided.
The first lens surface has a first free curved surface represented by the equation (1) having x and y as variables.
The second lens surface has a second free curved surface represented by the formula (1).
In the above equation (1), when m = 2h, n = 2h, and h is a positive integer,
The coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
With respect to the second free-form surface, the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
The photoforming optical system is a lighting device configured so that the first light beam bundle and the second light beam bundle are incident on different regions of an illuminated region.
Figure 0006950339
In the formula (1), m, n is an integer of 0 or more, k is the conic constant, c is the curvature, c j is the coefficient of x m y n, j = [ (m + n) 2 + M + 3n] / 2 + 1, S = [(m 1 + n 1 ) 2 + m 1 + 3n 1 ] / 2 + 1, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 , m 1 is the upper limit of m, and n 1 is n Is the upper limit of.
前記第1の発光素子の出力を前記第2の発光素子の出力とは独立して制御する光源制御装置をさらに備える
請求項12に記載の照明装置。
The lighting device according to claim 12, further comprising a light source control device that controls the output of the first light emitting element independently of the output of the second light emitting element.
波長変換素子をさらに備え、
前記波長変換素子の所定の領域は前記被照明領域に相当する
請求項12又は13に記載の照明装置。
Equipped with a wavelength conversion element
The lighting device according to claim 12 or 13, wherein a predetermined region of the wavelength conversion element corresponds to the illuminated region.
請求項1乃至14のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学系と、を備える
プロジェクター。
The lighting device according to any one of claims 1 to 14.
An optical modulation device that generates image light by modulating the illumination light emitted from the lighting device according to image information.
A projector including a projection optical system for projecting the image light.
請求項9又は請求項12に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学系と、を備え、
前記光変調装置の画像形成領域が前記被照明領域に相当する
プロジェクター。
The lighting device according to claim 9 or 12.
An optical modulation device that generates image light by modulating the illumination light emitted from the lighting device according to image information.
It is equipped with a projection optical system that projects the image light.
A projector in which the image forming region of the optical modulation device corresponds to the illuminated region.
請求項13に記載の照明装置と、
前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学系と、を備え、
前記光源装置は、第3の光線束を射出する第3の発光素子をさらに備え、
前記光成形光学系は、前記第3の光線束が入射する第3のレンズ面をさらに備え、
前記第3のレンズ面は、前記式(1)で表される第3の自由曲面を有し、
前記第3の自由曲面に関して、x2hの項の係数Cはy2hの項の係数Cと異なっており、
前記光成形光学系は、前記第3の光線束が前記被照明領域全体を照明するように構成されており、
前記光源制御装置は、前記第3の発光素子の出力を、前記第1の発光素子の出力と前記第2の発光素子の出力のうち少なくとも一方とは独立して制御するように構成されており、
前記光変調装置の画像形成領域が前記被照明領域に相当する
プロジェクター。
The lighting device according to claim 13 and
An optical modulation device that generates image light by modulating the illumination light from the lighting device according to image information.
It is equipped with a projection optical system that projects the image light.
The light source device further includes a third light emitting element that emits a third light bundle.
The photoforming optical system further includes a third lens surface on which the third light flux is incident.
The third lens surface has a third free curved surface represented by the formula (1).
With respect to the third free-form surface, the coefficient C j of the term x 2h is different from the coefficient C j of the term y 2h.
The photoforming optical system is configured such that the third ray bundle illuminates the entire illuminated area.
The light source control device is configured to control the output of the third light emitting element independently of at least one of the output of the first light emitting element and the output of the second light emitting element. ,
A projector in which the image forming region of the optical modulation device corresponds to the illuminated region.
請求項8、請求項11、又は請求項14のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記波長変換素子からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学系と、を備える
プロジェクター。
The lighting device according to any one of claims 8, 11, or 14.
An optical modulation device that generates image light by modulating the illumination light from the wavelength conversion element according to image information.
A projector including a projection optical system for projecting the image light.
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