JPH06214155A - Condenser lens, polarizing element, light source device and projection type display device - Google Patents

Condenser lens, polarizing element, light source device and projection type display device

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JPH06214155A
JPH06214155A JP5093141A JP9314193A JPH06214155A JP H06214155 A JPH06214155 A JP H06214155A JP 5093141 A JP5093141 A JP 5093141A JP 9314193 A JP9314193 A JP 9314193A JP H06214155 A JPH06214155 A JP H06214155A
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condenser lens
light source
polarizing element
lens
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信介 鹿間
Hiroshi Kida
博 木田
Akira Ookamito
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Abstract

PURPOSE:To provide a large aperture condenser lens, and a polarizing element which realize the high brightness of a liquid crystal projector and which are for illumination; and a light source device, and a projection type display device using them. CONSTITUTION:The condenser lens 131 is constituted of a both-side aspherical single lens whose first surface S1 is a convex face and whose second surface S2 is a concave surface on the peripheral part. The light source device is constituted of the condenser lens 131, a discharging lamp 120, and a reflection mirror 130; the center of the curvature of the reflection mirror 130 and a focal point position on the second surface side of the condenser lens 131 are on a nearly common point, and the light emitting center of the discharging lamp 120 is set on the common point.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光源の出射光を高効率
で集光できる大口径のコンデンサレンズ、コンデンサレ
ンズを用いた高効率光源装置、光源装置を用いた投写型
表示装置、偏光方向が不定な自然光を偏光が一方向にの
み大きい部分偏光に変換する偏光素子等に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large-diameter condenser lens capable of converging light emitted from a light source with high efficiency, a high-efficiency light source device using the condenser lens, a projection type display device using the light source device, and a polarization direction. Relates to a polarizing element or the like that converts indefinite natural light into partial polarized light in which the polarized light is large only in one direction.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高効率
な光源装置が必要な従来技術の一例として液晶パネルを
用いた投写型表示装置について図50により説明する。図
50は例えば特開平1−42687 号公報に開示された装置で
ある。図において、1は光源装置であり、ランプ120 と
反射鏡130 とコンデンサレンズ131 とから構成されてい
る。2は光源装置1から出射される照明光束、14B, 14R
はダイクロイックミラー、11a, 11b, 11c, 11dはミラ
ー、3R, 3G, 3Bは液晶パネル、15はダイクロイックプリ
ズム、4は投写レンズ、5はスクリーンである。
2. Description of the Related Art A projection type display device using a liquid crystal panel will be described with reference to FIG. 50 as an example of the prior art which requires a highly efficient light source device. Figure
Reference numeral 50 is the device disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-2687. In the figure, reference numeral 1 denotes a light source device, which includes a lamp 120, a reflecting mirror 130, and a condenser lens 131. 2 is an illumination luminous flux emitted from the light source device 1, 14B, 14R
Is a dichroic mirror, 11a, 11b, 11c and 11d are mirrors, 3R, 3G and 3B are liquid crystal panels, 15 is a dichroic prism, 4 is a projection lens, and 5 is a screen.

【0003】次に動作について説明する。光源装置1に
用いられるランプ120 としては、例えばメタルハライド
ランプ,キセノンランプ,ハロゲンランプ等の白色光源
が用いられる。コンデンサレンズ131 の焦点位置にラン
プ120 を配置することにより、平行な照明光束2が得ら
れる。また、反射鏡130 の反射面は典型的には球面であ
り、反射鏡130 の曲率中心をコンデンサレンズ131 の焦
点位置近傍(すなわち、ランプ120 の位置)に設定する
ことにより、コンデンサレンズ131 の出射光束2のパワ
ーは反射鏡130 がない場合に比べて約2倍になることが
公知である。
Next, the operation will be described. As the lamp 120 used in the light source device 1, for example, a white light source such as a metal halide lamp, a xenon lamp or a halogen lamp is used. By arranging the lamp 120 at the focal position of the condenser lens 131, a parallel illumination light flux 2 can be obtained. The reflecting surface of the reflecting mirror 130 is typically a spherical surface, and the center of curvature of the reflecting mirror 130 is set near the focal position of the condenser lens 131 (that is, the position of the lamp 120) so that the condenser lens 131 emits light. It is known that the power of the light beam 2 is about twice as high as that in the case without the reflecting mirror 130.

【0004】照明光束2は青色光を反射し緑・赤色光を
透過するダイクロイックミラー14B、及び赤色光を反射
し緑・青色光を透過するダイクロイックミラー14R によ
って赤・緑・青の3原色に分解される。赤色光はミラー
11b, 11cによって折り曲げられて液晶パネル3Rに照射さ
れ、青色光はミラー11a, 11dによって折り曲げられて液
晶パネル3Bに照射される。また、緑色光は直接液晶パネ
ル3Gに照射される。液晶パネル3R,3G,3Bには赤,緑,
青の各原色に相当する画像が表示されるが、画像を表示
させる駆動回路については図示を省略している。液晶パ
ネルに形成された画像で変調された光束は赤・青色光を
選択的に反射し、緑色光を選択的に透過する公知のダイ
クロイックプリズム15によって再び1本の光束に合成さ
れて、投写レンズ4により投写光110 に変換され、スク
リーン5上に拡大投写される。
The illumination luminous flux 2 is decomposed into three primary colors of red, green and blue by a dichroic mirror 14B which reflects blue light and transmits green / red light and a dichroic mirror 14R which reflects red light and transmits green / blue light. To be done. Red light mirror
The liquid crystal panel 3R is bent by 11b and 11c and is irradiated onto the liquid crystal panel 3R, and the blue light is bent by mirrors 11a and 11d and is irradiated onto the liquid crystal panel 3B. Further, the green light is directly applied to the liquid crystal panel 3G. LCD panel 3R, 3G, 3B red, green,
An image corresponding to each of the blue primary colors is displayed, but the drive circuit for displaying the image is not shown. The light beam modulated by the image formed on the liquid crystal panel is combined again into a single light beam by a known dichroic prism 15 that selectively reflects red and blue light and selectively transmits green light, and the projection lens It is converted into projection light 110 by 4 and enlarged and projected on the screen 5.

【0005】上記コンデンサレンズ131 は照明の効率を
上げるために集光角θ(図50参照)を出来るだけ大きく
する必要があった。θを大きくできるレンズ構成として
はランプ120 側を凹面,平面,凸面のいずれかの球面と
し、平行な照明光束2の側を非球面の凸面とする構成が
公知であったが、集光角θは高々40°程度であった。こ
のようなコンデンサレンズの例としては文献(「レーザ
およびオプティクスガイドII」、pp.122-124,日本メレ
スグリオ(株)発行,1989年6月)に開示されている。
また、コンデンサレンズ131 を2〜3枚組のレンズで構
成して集光角θの増加を図る試みもあるが、レンズ全長
の増大によって光源装置が大形化し、レンズ組立が複雑
化して低価格化の障害になる等の問題があった。
The condenser lens 131 had to have the converging angle θ (see FIG. 50) as large as possible in order to improve the illumination efficiency. As a lens configuration capable of increasing θ, a configuration is known in which the lamp 120 side is a concave, flat, or convex spherical surface, and the parallel illumination light flux 2 side is an aspherical convex surface. Was at most 40 °. An example of such a condenser lens is disclosed in the literature ("Laser and Optics Guide II", pp.122-124, published by Nippon Melles Griot Co., Ltd., June 1989).
There is also an attempt to increase the converging angle θ by configuring the condenser lens 131 with a set of two to three lenses, but the light source device becomes large due to the increase in the total length of the lens, and the lens assembly becomes complicated and low cost. There was a problem such as becoming an obstacle to commercialization.

【0006】ランプ120 の出射光を平行光にするコンデ
ンサレンズ131 を単レンズで構成する場合、コンデンサ
レンズ131 透過後の照明光束2の平行度が光波長によっ
て異なる。これは光の波長によってレンズ材料の屈折率
が変化するために生ずる収差(色収差)が原因である。
コンデンサレンズ131 を可視光の中心波長領域である緑
色光において平行度が最適となるように設計した場合、
短波長側の青色光は集束光となり、長波長側の赤色光は
発散光となって、3枚の液晶ライトバルブ(液晶パネル
3R,3G,3B)の照明状態が異なる。従来の技術の投写型
表示装置におけるコンデンサレンズ131 から液晶ライト
バルブまでの光路長は、赤色と青色との光路が緑色の光
路に対して約3倍長い。赤色光は発散光でかつ光路長が
長いため液晶ライトバルブ面上の照度低下が緑色光に対
して顕著である。一方、青色光は集束光であるためスク
リーン5上の投写画像は中央部が青っぽくなる色ムラが
発生する。
When the condenser lens 131 for collimating the light emitted from the lamp 120 into parallel light is constituted by a single lens, the parallelism of the illumination light flux 2 after passing through the condenser lens 131 differs depending on the light wavelength. This is due to the aberration (chromatic aberration) that occurs because the refractive index of the lens material changes depending on the wavelength of light.
When the condenser lens 131 is designed so that the parallelism is optimum in green light which is the central wavelength region of visible light,
Blue light on the short wavelength side becomes focused light, and red light on the long wavelength side becomes divergent light. Three liquid crystal light valves (liquid crystal panel)
Lighting conditions of 3R, 3G, 3B) are different. The optical path length from the condenser lens 131 to the liquid crystal light valve in the projection display device of the prior art is about three times as long as the optical paths of red and blue with respect to the optical path of green. Since the red light is divergent light and has a long optical path length, the decrease in illuminance on the liquid crystal light valve surface is remarkable with respect to the green light. On the other hand, since the blue light is focused light, the projection image on the screen 5 has a color unevenness in which the central portion becomes bluish.

【0007】レンズの色収差を補正する方法として、屈
折率分散が小さい(アッベ数大)凸レンズと、屈折率分
散の大きい(アッベ数小)凹レンズとの組合せによりレ
ンズを構成することが公知である。しかしこのレンズの
欠点として、次のようなものがある。 (1) 凹レンズを使用するため、集光角θが小さくな
る。 (2) 凸レンズに使用する屈折率分散の小さい材料
は、一般に屈折率が低いため、集光角θが大きいレンズ
の設計が困難である。 (3) レンズ長が長くなり、組立てが複雑化する。
As a method of correcting chromatic aberration of a lens, it is known to form a lens by a combination of a convex lens having a small refractive index dispersion (large Abbe number) and a concave lens having large refractive index dispersion (small Abbe number). However, the drawbacks of this lens are as follows. (1) Since the concave lens is used, the light collection angle θ becomes small. (2) Since the material having a small refractive index dispersion used for the convex lens generally has a low refractive index, it is difficult to design a lens having a large light collection angle θ. (3) The lens length becomes long and the assembly becomes complicated.

【0008】また、従来の投写型表示装置は以上のよう
に構成されているので、ダイクロイックミラー14R, 14B
の交差部の影が発生する、ランプ120 の熱によりコンデ
ンサレンズ131 が割れるなどの問題点もある。
Further, since the conventional projection display device is constructed as described above, the dichroic mirrors 14R, 14B
There is also a problem that a shadow is generated at the crossing point of, and the condenser lens 131 is cracked by the heat of the lamp 120.

【0009】ところで、TN(Twisted Nematic)型の液
晶ライトバルブは、偏光板を液晶層の前後に配置して構
成されている。偏光板は一方向の偏光のみの光を透過
し、それとは直交する方向の偏光は吸収する働きがあ
る。一般には、プラスチック性偏光板が用いられること
が多く、ヨウ素化合物や染料等の二色性物質をポリビニ
ルアルコール(PVA)フィルムに吸着させた材料を、
一方向に配向させて、特定方向の偏光のみを吸収するよ
う構成されている。
By the way, a TN (Twisted Nematic) type liquid crystal light valve is constituted by arranging polarizing plates in front of and behind a liquid crystal layer. The polarizing plate has a function of transmitting only polarized light in one direction and absorbing polarized light in a direction orthogonal thereto. Generally, a plastic polarizing plate is often used, and a material in which a dichroic substance such as an iodine compound or a dye is adsorbed on a polyvinyl alcohol (PVA) film is used.
It is configured to be oriented in one direction and absorb only polarized light in a specific direction.

【0010】偏光方向が不定な自然光を液晶ライトバル
ブに入射すると、半分の光パワーが偏光板で吸収され
る。液晶ライトバルブを使用した投写型表示装置は、液
晶ライトバルブを高輝度の光源により照明しており、偏
光板における光吸収は熱の発生要因となっている。偏光
板の耐熱温度を越えて使用すると、偏光板の変形や変性
により、偏光度が低下して画質が大きく劣化する。とり
わけプラスチック性偏光板を用いた液晶ライトバルブ
は、偏光板が80〜90℃しか耐熱性がないので、高照度で
照明して高輝度な画像を得る際の障害となる。
When natural light whose polarization direction is indefinite is incident on the liquid crystal light valve, half the optical power is absorbed by the polarizing plate. In a projection display device using a liquid crystal light valve, the liquid crystal light valve is illuminated by a high-intensity light source, and light absorption in a polarizing plate causes heat generation. If the polarizing plate is used at a temperature higher than the heat-resistant temperature, the polarizing plate may be deformed or modified so that the degree of polarization is lowered and the image quality is greatly deteriorated. Especially, a liquid crystal light valve using a plastic polarizing plate has a heat resistance of only 80 to 90 ° C., which is an obstacle to obtaining a high brightness image by illuminating with high illuminance.

【0011】この問題を解決する一方法として、偏光板
の手前であらかじめ不要な方向の偏光を除去する方法が
ある。この従来例について図51を用いて説明する。図51
はJAPAN DISPLAY ■89 DIGEST pp.646-649 で報告され
た、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の光学系
を示す図である。ランプ120 は放物面鏡13等を併用して
平行な光束2を出射する。フィルタ12により紫外線及び
赤外線をカットして、プリポラライザと呼ばれる偏光素
子6により、光束2を偏光方向が不定な自然光を偏光方
向が一方向にのみ大きい部分偏光に変換する。
As a method of solving this problem, there is a method of removing polarized light in an unnecessary direction in front of the polarizing plate. This conventional example will be described with reference to FIG. Figure 51
FIG. 6 is a diagram showing an optical system of a projection type display device using a liquid crystal light valve reported in JAPAN DISPLAY ■ 89 DIGEST pp.646-649. The lamp 120 emits a parallel light flux 2 in combination with the parabolic mirror 13 and the like. The filter 12 cuts ultraviolet rays and infrared rays, and the polarizing element 6 called a pre-polarizer converts natural light whose polarization direction is indefinite into partial polarization in which the polarization direction is large only in one direction.

【0012】次に、ダイクロイックミラー7a,7bにより
赤(R),緑(G),青(B)3色の光に分離して、そ
れぞれの光をコンデンサレンズ8r, 8g, 8bで集光した
後、2枚の偏光板17r, 17g, 17b, 18r, 18g, 18bに挟ま
れた液晶ライトバルブ3r, 3g,3bで光変調して3原色の
画像を形成する。次に3原色の画像を色合成用ダイクロ
イックミラー9a, 9bで合成して、投写レンズ4により拡
大し、カラー画像をスクリーン上(図示せず)に拡大投
写する。
Next, dichroic mirrors 7a and 7b separate light into three colors of red (R), green (G) and blue (B), and the respective lights are condensed by condenser lenses 8r, 8g and 8b. After that, the liquid crystal light valves 3r, 3g, 3b sandwiched between the two polarizing plates 17r, 17g, 17b, 18r, 18g, 18b perform light modulation to form an image of three primary colors. Next, the images of the three primary colors are combined by the color combining dichroic mirrors 9a and 9b, enlarged by the projection lens 4, and the color image is enlarged and projected on the screen (not shown).

【0013】図52は偏光素子6を示す図であり、偏光素
子6は、ガラス板61を積層した構造である。ガラス板61
は、空気層とガラス板層との屈折率が異なる界面におい
て、一方の直線偏光(P偏光)22はすべて透過し、他方
の直線偏光(S偏光)21の一部が反射する入射角(ブリ
ュースタ角)に設定されている。ガラス板61を複数枚積
層して液晶ライトバルブ3r, 3g, 3bに必要な偏光方向、
つまり液晶ライトバルブの入射側偏光板17r, 17g, 17b
の偏光軸と同方向の偏光の光束を生成する。
FIG. 52 is a view showing the polarizing element 6, which has a structure in which glass plates 61 are laminated. Glass plate 61
At the interface where the air layer and the glass plate layer have different refractive indices, one of the linearly polarized light (P-polarized light) 22 is entirely transmitted and the other linearly polarized light (S-polarized light) 21 is partially reflected by an incident angle (blue Star angle) is set. Polarizing direction required for liquid crystal light valves 3r, 3g, 3b by stacking multiple glass plates 61,
That is, the incident side polarization plates 17r, 17g, 17b of the liquid crystal light valve
A light beam having a polarization in the same direction as the polarization axis of is generated.

【0014】従来例では、偏光素子6により、液晶ライ
トバルブの入射側偏光板17r, 17g,17b の偏光方向と直
交する偏光成分(図52のS偏光)をあらかじめ除去して
いるので、光吸収による入射側偏光板17r, 17g, 17b の
発熱劣化を低減できる。
In the conventional example, since the polarization element (S-polarized light in FIG. 52) orthogonal to the polarization direction of the incident side polarization plates 17r, 17g, 17b of the liquid crystal light valve is previously removed by the polarization element 6, it absorbs light. It is possible to reduce the heat generation deterioration of the incident side polarization plates 17r, 17g, and 17b.

【0015】従来例における偏光素子6は、光軸に対し
ブリュースタ角、典型的には約57゜(屈折率n=1.52の
場合)に傾けたガラス板により構成している。1枚のガ
ラス板で偏光素子を構成すると、光束断面領域に対し約
1.5 倍の奥行きDを必要とする。図52のように1回折り
返した構造にすると、奥行きDを半分にすることが可能
である。投写型表示装置の高輝度化のためには、できる
だけランプ120 を液晶ライトバルブ3r, 3g, 3bに近接し
て設置する必要がある。従来の技術では大形の偏光素子
6がその障害となっており、また投写型表示装置のコン
パクト化の点からもより薄形の偏光素子の実現が望まれ
ている。
The polarization element 6 in the conventional example is composed of a glass plate tilted with respect to the optical axis at Brewster's angle, typically about 57 ° (when the refractive index n = 1.52). If a polarizing element is made up of one glass plate, it will be approximately
It requires a depth D of 1.5 times. The depth D can be halved if the structure is folded once as shown in FIG. In order to increase the brightness of the projection display device, it is necessary to install the lamp 120 as close as possible to the liquid crystal light valves 3r, 3g, 3b. In the conventional technology, the large-sized polarizing element 6 is an obstacle, and it is desired to realize a thinner polarizing element from the viewpoint of downsizing the projection display device.

【0016】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、本発明の1つの目的は、集光角θを従来公知の
コンデンサレンズよりも大きく出来る大口径のコンデン
サレンズ、そのコンデンサレンズを用いた光源装置、及
びその光源装置を用いた投写型表示装置を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a large-diameter condenser lens capable of making the converging angle θ larger than that of a conventionally known condenser lens, and a condenser lens thereof. An object of the present invention is to provide a light source device used and a projection display device using the light source device.

【0017】本発明の他の目的は、高輝度で色均一性に
優れた投写型表示装置、及び熱によりコンデンサレンズ
が破損することがない光源装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a projection display device having high brightness and excellent color uniformity, and a light source device in which a condenser lens is not damaged by heat.

【0018】本発明の更に他の目的は、薄形で、かつ損
失が少い偏光素子を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a polarizing element which is thin and has low loss.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本願の第1発明,第2発
明のコンデンサレンズは何れも、大きな共役側に位置す
る第1面が凸面であり、小さな共役側(ランプ側)に位
置する第2面の周辺部が凹面である両面非球面単レンズ
より構成され、第1発明は以下の条件〔1〕を満足し、
第2発明は以下の条件〔2〕を満足して、開口数が何れ
も0.9 以上である。 〔1〕0.42<r1 /nf<0.45 18<|r2 /
nf| −0.39<K1 <−0.25 0.11<△2 /f<0.
14 〔2〕0.4 <r1 /nf<0.6 −0.5 <r2 /n
f<−0.3 −0.6 <K1 <−0.2 −0.1 <SG2 /f<0.
1 但し、 f:レンズ全系の焦点距離 n:レンズの屈折率 r1 :第1面の中心曲率半径 r2 :第2面の中心曲
率半径 K1 :第1面の円錐定数 △2 :第2面の有効径最周辺における非球面と、中心曲
率半径r2 を有する基準球面との光軸方向の差 SG2 :第2面の有効径最周辺における非球面の面中心
に対する光軸方向の差
In both the first and second inventions of the present application, the first surface located on the large conjugate side is a convex surface, and the first surface located on the small conjugate side (lamp side). The first aspect of the invention satisfies the following condition [1], which is composed of a double-sided aspherical single lens whose two peripheral portions are concave.
The second invention satisfies the following condition [2] and has a numerical aperture of 0.9 or more. [1] 0.42 <r1 / nf <0.45 18 <| r2 /
nf | -0.39 <K1 <-0.25 0.11 <△ 2 / f <0.
14 [2] 0.4 <r1 / nf <0.6 -0.5 <r2 / n
f <-0.3-0.6 <K1 <-0.2-0.1 <SG2 / f <0.
1 However, f: focal length of the entire lens system n: refractive index of the lens r1: central curvature radius of the first surface r2: central curvature radius of the second surface K1: conical constant of the first surface Δ2: of the second surface Difference in the optical axis direction between the aspherical surface at the outermost periphery of the effective diameter and the reference spherical surface having the central radius of curvature r2 SG2: Difference in the optical axis direction with respect to the surface center of the aspherical surface at the outermost periphery of the effective diameter

【0020】また、第1発明,第2発明のコンデンサレ
ンズにあって、第2面の有効径よりも大きな径の部分を
光軸と直交する平坦面とし、第1面の有効径よりも大き
な径の部分を光軸と直交する平坦面として実装の容易さ
を確保する。
Further, in the condenser lens of the first invention and the second invention, a portion having a diameter larger than the effective diameter of the second surface is a flat surface orthogonal to the optical axis, and is larger than the effective diameter of the first surface. The easiness of mounting is secured by making the diameter portion a flat surface orthogonal to the optical axis.

【0021】本願の第3発明の光源装置は、放電ランプ
と、球面鏡と、上記第1,第2発明のコンデンサレンズ
(NA≧0.9 )とにより構成され、球面鏡の曲率中心と
コンデンサレンズの第2面側の焦点位置とを共通点と
し、放電ランプの発光中心をその共通点に配置する。ま
た、コンデンサレンズの第1面に単層の無反射コーティ
ングを施し、第2面に赤外・紫外反射コーティングか赤
外反射コーティングかを施す。
A light source device according to a third invention of the present application comprises a discharge lamp, a spherical mirror, and the condenser lens (NA ≧ 0.9) according to the first and second inventions, and the center of curvature of the spherical mirror and the second condenser lens. The focal point on the surface side is set as a common point, and the emission center of the discharge lamp is arranged at the common point. In addition, the first surface of the condenser lens is provided with a single-layer antireflection coating, and the second surface is provided with an infrared / ultraviolet reflection coating or an infrared reflection coating.

【0022】本願の第4発明の投写型表示装置は、画像
表示デバイスと、画像表示デバイスを照明する光源と、
画像表示デバイスの表示画像を拡大投写する投写レンズ
とを備え、光源として第3発明の光源装置を適用したも
のである。さらに、放電ランプの電極の方向と、バーナ
部の排気部の方向を画像表示デバイスに対して所定の方
向とすることによって、投写画像の輝度分布の均一化が
図れる。
A projection display apparatus according to a fourth invention of the present application is an image display device, a light source for illuminating the image display device,
And a projection lens for enlarging and projecting a display image of an image display device, and applying the light source device of the third invention as a light source. Furthermore, by making the direction of the electrodes of the discharge lamp and the direction of the exhaust part of the burner part a predetermined direction with respect to the image display device, the brightness distribution of the projected image can be made uniform.

【0023】本願の第5発明の投写型表示装置は、白色
光のランプと、球面鏡とコンデンサレンズにより構成さ
れた光源装置と、白色光を赤・緑・青色の3原色の光に
分離する色分離手段と、矩形開口の画像表示デバイスと
赤・緑・青の画像を合成する色合成手段と、画像表示デ
バイスの表示画像を拡大投写する投写レンズとを備え、
コンデンサレンズの色収差のために発生する波長による
照明光の平行度の違いを、集束光となる色の光路には凹
レンズを、発散光となる色の光路には凸レンズを挿入し
て平行度を補正するものである。
The projection type display device of the fifth invention of the present application is a lamp for white light, a light source device composed of a spherical mirror and a condenser lens, and a color for separating white light into light of three primary colors of red, green and blue. A separating means, an image display device with a rectangular aperture, a color synthesizing means for synthesizing red, green, and blue images, and a projection lens for enlarging and projecting a display image of the image display device,
To correct the parallelism of the illumination light depending on the wavelength caused by the chromatic aberration of the condenser lens, insert a concave lens in the light path of the focused light and a convex lens in the light path of the divergent light to correct the parallelism. To do.

【0024】本願の第6発明の投写型表示装置は、第5
発明の投写型表示装置において、2枚のダイクロイック
ミラーを交差させた色分離手段を使用し、色分離手段の
交差部の辺方向と線発光するランプの発光方向を所定の
方向とすることにより、交差部の影の発生を低減するも
のである。
The projection display device according to the sixth invention of the present application is the fifth invention.
In the projection display device of the invention, by using the color separation means in which two dichroic mirrors are crossed, and by setting the side direction of the intersection of the color separation means and the light emission direction of the linearly-emitting lamp to be a predetermined direction, This is to reduce the generation of shadows at intersections.

【0025】本願の第7発明の光源装置は、ランプと球
面鏡とコンデンサレンズとを備え、コンデンサレンズを
分割しておくことにより、熱膨張によるコンデンサレン
ズの割れを防止するものである。
The light source device of the seventh invention of the present application is provided with a lamp, a spherical mirror and a condenser lens, and the condenser lens is divided to prevent cracking of the condenser lens due to thermal expansion.

【0026】本願の第8発明の光源装置は、ランプと球
面鏡とコンデンサレンズとを備え、熱線のような不要光
スペクトルを除去するための、赤外光, 紫外光を反射す
るコーティングを光入射面側に施すものである。
The light source device of the eighth invention of the present application comprises a lamp, a spherical mirror and a condenser lens, and is provided with a coating for reflecting infrared light and ultraviolet light for removing an unnecessary light spectrum such as heat rays. It is applied to the side.

【0027】本願の第9発明の偏光素子は、入射面及び
出射面がP偏光を低損失で透過するような角度で複数回
折り返し、素子断面がひし形の柱状の単位素子が一定間
隔で連結した形状であって、さらに入射角をブリュース
タ角あるいはそれ以上の角度となるようにし、この偏光
素子の厚み及び折り返し周期を最適化したものである。
また、この偏光素子の材料にプラスチック材料を用い、
紫外・赤外線をカットするフィルタを併用したものであ
る。また、この偏光素子への強制冷却を施したものであ
る。また、偏光素子を複数枚積層し、偏光素子間にスペ
ーサを挿入したものである。また、この偏光素子の一部
に突起構造を一体に形成してスペーサを代用し、素子間
に空気層を設けたものである。
In the polarizing element of the ninth invention of the present application, the incident surface and the outgoing surface are folded back a plurality of times at such an angle as to transmit the P-polarized light with low loss, and the unit elements in the shape of a rhombus of the element cross section are connected at regular intervals. It has a shape, and the incident angle is set to be Brewster's angle or more, and the thickness and folding period of this polarizing element are optimized.
Also, using a plastic material for the material of this polarizing element,
It uses a filter that cuts ultraviolet rays and infrared rays. The polarizing element is forcibly cooled. Further, a plurality of polarizing elements are laminated and a spacer is inserted between the polarizing elements. Further, a projection structure is integrally formed on a part of this polarizing element to substitute a spacer, and an air layer is provided between the elements.

【0028】本願の第10発明の偏光素子は、入射面及び
出射面がP偏光を低損失で透過させ、素子断面を三角波
形状にし、さらに入射角がブリュースタ角あるいはそれ
以上の角度となるように、素子の厚み及び折り返し周期
を最適化したものである。
In the polarizing element of the tenth invention of the present application, the incident surface and the outgoing surface allow P-polarized light to pass therethrough with a low loss, the element cross section has a triangular wave shape, and the incident angle is a Brewster's angle or more. In addition, the thickness and folding cycle of the element are optimized.

【0029】本願の第11発明の投写型表示装置は、第
9,第10発明の偏光素子を用いたものである。
The projection display apparatus of the eleventh invention of the present application uses the polarizing element of the ninth and tenth inventions.

【0030】[0030]

【作用】第1発明,第2発明のコンデンサレンズは以下
の性能を有する。 〔a〕 集光角θを64.2°以上と大きくし、かつ球面収
差を小さくできるので、低収差で高効率な照明光が得ら
れる。 〔b〕 焦点距離に比べて比較的長いバックフォーカス
を確保できる。 〔c〕 ランプ側の面(第2面)の周辺部を凹面にでき
るのでコンデンサレンズへの入射角を低減でき、レンズ
周辺部の透過率を向上できる。また、光源側の面に多層
膜からなるコーティングを施す場合、透過特性の入射角
依存性を低減できる。 〔d〕ランプ側の面(第2面)の有効径の外側を平面と
することで、大きな作動距離を確保できる。また第1面
の有効径の外側を平面とすれば、第2面側の上記平面と
併せてレンズ保持用のフランジが形成できるので実装が
容易となる。
The condenser lens of the first invention and the second invention has the following performance. [A] Since the converging angle θ can be increased to 64.2 ° or more and the spherical aberration can be reduced, illumination light with low aberration and high efficiency can be obtained. [B] A back focus that is relatively long compared to the focal length can be secured. [C] Since the peripheral portion of the surface (second surface) on the lamp side can be concave, the incident angle to the condenser lens can be reduced and the transmittance of the peripheral portion of the lens can be improved. Further, when the surface of the light source side is coated with a multilayer film, the incident angle dependence of the transmission characteristics can be reduced. [D] By making the outside of the effective diameter of the surface (second surface) on the lamp side a flat surface, a large working distance can be secured. If the outer surface of the effective diameter of the first surface is a flat surface, the lens holding flange can be formed together with the flat surface on the second surface side, which facilitates mounting.

【0031】第3発明の光源装置によれば、集光角θが
64.2°以上のコンデンサレンズを用いた高効率な照明光
源が実現できる。しかも、コンデンサレンズが単レンズ
なので小型の光源装置が得られる。
According to the light source device of the third invention, the converging angle θ is
A highly efficient illumination light source using a condenser lens of 64.2 ° or more can be realized. Moreover, since the condenser lens is a single lens, a small light source device can be obtained.

【0032】第4発明の投写型表示装置によれば、画像
表示デバイスを高照度で照明でき、しかも照明光の収差
が小さいので高輝度な投写画像が得られる。しかも、光
源が高効率なので装置の消費電力が小さくて済む。
According to the projection type display apparatus of the fourth invention, the image display device can be illuminated with high illuminance, and since the aberration of the illumination light is small, a high-luminance projection image can be obtained. Moreover, since the light source is highly efficient, the power consumption of the device can be small.

【0033】第5発明の投写型表示装置によれば、レン
ズにより照明光の平行度を補正しているので、光路長差
による液晶ライトバルブ面上の照度低下、及び、3枚の
液晶ライトバルブの照明不均一性が解消される。
According to the projection type display apparatus of the fifth aspect of the invention, since the parallelism of the illumination light is corrected by the lens, the illuminance on the liquid crystal light valve surface is reduced due to the difference in the optical path, and the three liquid crystal light valves are arranged. The non-uniformity of lighting is eliminated.

【0034】第6発明の投写型表示装置によれば、2枚
のフィルタの交差部の影によって生ずる画像表示部の照
明ムラが低減され、輝度ムラがない均一な投写画像が得
られる。
According to the projection type display device of the sixth invention, the uneven illumination of the image display portion caused by the shadow of the intersection of the two filters is reduced, and a uniform projected image having no uneven brightness is obtained.

【0035】第7発明の光源装置によれば、あらかじめ
コンデンサレンズを分割しているので、その熱膨張によ
る体積変化で生ずる割れを防止できる。
According to the light source device of the seventh aspect of the present invention, since the condenser lens is divided in advance, it is possible to prevent cracks caused by volume change due to thermal expansion.

【0036】第8発明の光源装置によれば、赤外光, 紫
外光を反射するコーティングを光入射面側に施している
ので、熱線のような不要光スペクトルを除去してコンデ
ンサレンズ等の光学部品の熱的な特性劣化を低減する。
According to the light source device of the eighth aspect of the present invention, since the coating for reflecting the infrared light and the ultraviolet light is applied to the light incident surface side, unnecessary light spectrum such as heat rays is removed, and the optics such as a condenser lens is removed. Reduces thermal degradation of parts.

【0037】第9発明の偏光素子によれば、その形状は
薄形となり、入射角が、ブリュースタ角のときP偏光は
無損失で透過し、さらに厚みを最適設計することにより
P偏光の透過効率が向上する。また、入射角をブリュー
スタ角以上に設定することにより、P偏光はわずかに損
失するが、それ以上にS偏光の透過率が減少するので消
光比が向上する。また、この偏光素子の材料にプラスチ
ック材料を用いることにより、複雑な形状でも一層の素
子を一体かつ容易に、しかも安価に製造できる。また、
紫外・赤外線カットフィルタを併用し、さらに強制冷却
を施すことにより、偏光素子自体の熱的変形・変性を防
止できる。また、偏光素子を複数枚積層することにより
消光比を向上させる。さらに、偏光素子間にスペーサを
挿入して空気層を確保することにより、多重反射による
消光比の劣化を防止する。
According to the polarizing element of the ninth invention, the shape thereof is thin, P-polarized light is transmitted without loss when the incident angle is Brewster's angle, and P-polarized light is transmitted by optimally designing the thickness. Efficiency is improved. Further, when the incident angle is set to be equal to or greater than the Brewster angle, P-polarized light is slightly lost, but the transmittance of S-polarized light is further reduced, so that the extinction ratio is improved. Further, by using a plastic material as the material of the polarizing element, it is possible to integrally and easily manufacture an element having a complicated shape at low cost. Also,
By using an ultraviolet / infrared cut filter together and further performing forced cooling, it is possible to prevent thermal deformation / degeneration of the polarizing element itself. Further, the extinction ratio is improved by stacking a plurality of polarizing elements. Further, by inserting a spacer between the polarizing elements to secure an air layer, deterioration of the extinction ratio due to multiple reflection is prevented.

【0038】第10発明の偏光素子によれば、断面形状を
三角波形状にしたので、層厚が一様で機械的強度が強い
構造となり、また、入射角がブリュースタ角あるいはそ
れ以上の角度となるように、素子の厚み及び折り返し周
期を最適化したので、P偏光の透過効率を向上させる。
According to the polarizing element of the tenth aspect of the invention, since the cross-sectional shape is triangular, the layer thickness is uniform and the mechanical strength is strong, and the incident angle is a Brewster's angle or more. As described above, the thickness of the element and the folding cycle are optimized, so that the transmission efficiency of P-polarized light is improved.

【0039】第11発明の投写型表示装置によれば、第
9,第10発明な偏光素子を適用することにより、液晶ラ
イトバルブの入射側偏光板の発熱を低減でき、より高輝
度でコンパクトな投写型表示装置を実現できる。
According to the projection type display device of the eleventh aspect of the invention, by applying the polarizing element of the ninth and tenth aspects of the invention, it is possible to reduce the heat generation of the incident side polarization plate of the liquid crystal light valve, and it is possible to achieve higher brightness and compactness. A projection display device can be realized.

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて詳述する。 実施例1.(大口径コンデンサレンズ) 短アーク長放電ランプ用の大口径コンデンサレンズの特
性に関して集光角(またはNA)以外に考慮すべき主な
仕様は以下の通りである。 (a) バックフォーカス,作動距離(WD)が十分確
保できること。 (b) 所望の照射光束径を満たすこと。 (c) 球面収差が小さく、小さな共役側でアーク長程
度の物体を十分解像できること。 (d) レンズの実装が容易であること。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings showing the embodiments thereof. Example 1. (Large-Diameter Condenser Lens) Regarding the characteristics of the large-diameter condenser lens for a short arc length discharge lamp, the main specifications to be considered other than the converging angle (or NA) are as follows. (A) A sufficient back focus and working distance (WD) can be secured. (B) Satisfying a desired irradiation light beam diameter. (C) Spherical aberration is small, and an object having an arc length of about a small conjugate side can be sufficiently resolved. (D) Easy mounting of the lens.

【0041】本実施例のコンデンサレンズは、応用例と
して従来技術で説明した液晶投写型表示装置を想定す
る。その際、放電ランプのアーク長は1〜5mmとし、照
射光束径は48〜50mmとして数値実施例を示す。また、レ
ンズのNAは0.9 以上の例を示すが、意図的にNAを小
さく使用することは公知の絞り等を使うことで容易に実
施可能である。
As the application example, the condenser lens of the present embodiment is assumed to be the liquid crystal projection display device described in the prior art. In that case, the arc length of the discharge lamp is 1 to 5 mm, and the irradiation luminous flux diameter is 48 to 50 mm. Further, although the NA of the lens is 0.9 or more, it is possible to intentionally use a small NA easily by using a known diaphragm or the like.

【0042】以下、図面を参照しながら本実施例のコン
デンサレンズについて説明する。図1,図2は、後述す
る本実施例1の例1,4に対応するレンズ断面図であ
る。図1には、実施例の説明に必要な各種記号も併記し
た。図1において、S1 は大きな共役側の面(第1面)
であり、S2 は小さな共役側(放電ランプ側)の面(第
2面)である。d1 はコンデンサレンズレンズ131 の中
心厚である。Si は放電ランプのアークであり、図では
光軸と直交する方向に5mmの長さを想定して描いてい
る。D1, D2 は各々第1面S1,第2面S2 の有効径を
示し、破線で示したように小さな共役側の軸上からS2
面の直径D2 以内の領域に入射した光線は、S1 面の直
径D1 以内の領域から平行な光束2として出射する。θ
は最大集光角で、コンデンサレンズの開口数(NA)は
θを用いて(1)式で定義する。 NA=sin(θ) ……(1)
The condenser lens of this embodiment will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are lens cross-sectional views corresponding to Examples 1 and 4 of Example 1 described later. In FIG. 1, various symbols necessary for explaining the embodiment are also shown. In FIG. 1, S1 is a large conjugate side surface (first surface)
And S2 is the surface (second surface) on the small conjugate side (discharge lamp side). d1 is the central thickness of the condenser lens lens 131. Si is the arc of the discharge lamp, and is drawn in the figure assuming a length of 5 mm in the direction orthogonal to the optical axis. D1 and D2 represent the effective diameters of the first surface S1 and the second surface S2, respectively, and as indicated by the broken line, S2 from the small conjugate side axis.
A light ray incident on the area within the diameter D2 of the surface exits as a parallel light beam 2 from the area within the diameter D1 of the S1 surface. θ
Is the maximum converging angle, and the numerical aperture (NA) of the condenser lens is defined by equation (1) using θ. NA = sin (θ) (1)

【0043】132 は第2面S2 上で有効径D2 の外側に
設けた平坦面である。第1面S1 の有効径D1 の外側に
も平坦部143 を設け、平坦部132, 143によってフランジ
133をコンデンサレンズ131 に一体的に形成している。
フランジ133 は、実施例2及び実施例3に関連して後述
するように、コンデンサレンズ131 の保持を容易にする
のに用いられる。d2 は第2面S2 の中心からアークS
i の中心までの距離(バックフォーカス)、WDは平坦
面132 からアークSi までの距離(作動距離)である。
2はアークSi の中心から最大集光角θで出射しコンデ
ンサレンズ131 で平行化された平行照明光束である。
なお、平坦面132, 143は特に鏡面でなくてもよく、スリ
硝子状もしくは不要光防止用に表面に黒色塗料を塗布し
た状態でもよい。
Reference numeral 132 is a flat surface provided on the second surface S2 outside the effective diameter D2. A flat portion 143 is also provided outside the effective diameter D1 of the first surface S1, and the flange is formed by the flat portions 132 and 143.
133 is formed integrally with the condenser lens 131.
The flange 133 is used to facilitate holding of the condenser lens 131, as described below in connection with Examples 2 and 3. d2 is the arc S from the center of the second surface S2
The distance to the center of i (back focus), WD is the distance from the flat surface 132 to the arc Si (working distance).
Reference numeral 2 denotes a collimated illumination light flux which is emitted from the center of the arc Si at the maximum converging angle θ and is collimated by the condenser lens 131.
The flat surfaces 132 and 143 do not have to be mirror surfaces in particular, and may be in the form of frosted glass or a state in which black paint is applied to the surfaces to prevent unnecessary light.

【0044】第1面S1 は凸の非球面であり、第2面S
2 は周辺部が強い凹面の非球面である。レンズ構成とし
て周辺部が凸の構成も考えられるが、周辺が凹面の方が
S2面周辺に入射する光線の入射角が小さくなるので透
過率が大きくなり、より高効率にできる。数値例で具体
的に示すように、第2面S2 の中心曲率半径の絶対値
は、第1面S1 に比べて非常に大きい値を持つので中心
近傍は平面に近く見える。
The first surface S1 is a convex aspherical surface, and the second surface S1.
2 is a concave aspherical surface with a strong peripheral portion. A lens having a convex peripheral portion may be considered, but a concave peripheral portion has a smaller incident angle of a light beam incident on the periphery of the S2 surface, and thus has a higher transmittance and thus higher efficiency. As shown concretely by a numerical example, the absolute value of the central radius of curvature of the second surface S2 is much larger than that of the first surface S1, so that the vicinity of the center looks like a plane.

【0045】本実施例のレンズ系は前述した仕様(a)
〜(c)を達成するために、上記両面非球面単レンズ構
成において、以下の条件式を満足している。 0.42<r1 /nf<0.45 ……(2) 18<|r2 /nf| ……(3) −0.39<K1 <−0.25 ……(4) 0.11<△2 /f<0.14 ……(5) 但し f:レンズ全系の焦点距離 n:レンズの屈折率 r1 :第1面S1 の中心曲率半径 r2 :第2面S2 の中心曲率半径 K1 :第1面S1 の円錐定数 △2 :第2面S2 の有効径の端における、非球面と中心
曲率半径r2を有する基準球面との光軸方向の差であ
り、第2面S2 の周辺 部が小さな共役
側に曲がる方向を正とする
The lens system of this embodiment has the above-mentioned specifications (a).
In order to achieve (c) to (c), the following conditional expressions are satisfied in the above double-sided aspherical single lens configuration. 0.42 <r1 / nf <0.45 (2) 18 <| r2 / nf | (3) -0.39 <K1 <-0.25 (4) 0.11 <△ 2 / f <0.14 (5) However, f: focal length of the entire lens system n: refractive index of the lens r1: central radius of curvature of the first surface S1 r2: central radius of curvature of the second surface S2 K1: conical constant of the first surface S1 Δ2: second surface S2 Is the difference in the optical axis direction between the aspherical surface and the reference spherical surface having the central radius of curvature r2 at the end of the effective diameter of, and the direction in which the peripheral portion of the second surface S2 bends to the smaller conjugate side is positive.

【0046】上記条件式の下限値, 上限値の意味を以下
に説明する。まず、第1面S1 の中心曲率半径r1 と屈
折率nに焦点距離fを乗じた値の比を定める(2)式に
おいて、下限値を越えると屈折力が第1面S1 に偏るの
で、所望の作動距離(WD),バックフォーカスが得ら
れない。逆に上限値を越えると第2面S2 で発生する大
きな球面収差を補正しようとしても、軸上付近の球面収
差を補正すると輪帯収差が大きくなり、最大輪帯部分で
許容できないアンダーな球面収差が残留する。この最大
輪帯での球面収差を補正しようとすれば中間輪帯で許容
出来ない大きさの球面収差が残ってしまう。
The meanings of the lower limit value and the upper limit value of the above conditional expression will be described below. First, in the formula (2) that defines the ratio of the central radius of curvature r1 of the first surface S1 to the value obtained by multiplying the refractive index n by the focal length f, if the lower limit value is exceeded, the refractive power is biased to the first surface S1. Working distance (WD) and back focus cannot be obtained. On the contrary, if the upper limit is exceeded, even if an attempt is made to correct a large spherical aberration generated on the second surface S2, if the spherical aberration in the vicinity of the axis is corrected, the zonal aberration becomes large, and an unacceptable under spherical aberration in the maximum zonal portion. Remains. If an attempt is made to correct the spherical aberration in this maximum annular zone, an unacceptable amount of spherical aberration will remain in the intermediate annular zone.

【0047】(3)式は第2面S2 の中心曲率半径r2
と屈折率nに焦点距離fを乗じた値の比の絶対値を定め
る条件であり、下限を越えると軸上付近の3次球面収差
がアンダーになる。(3)式の条件により第2面S2 の
中心近傍は平面に近い形状となる。
Equation (3) is obtained by using the center curvature radius r2 of the second surface S2.
Is a condition for determining the absolute value of the ratio of the value obtained by multiplying the refractive index n by the focal length f, and if the lower limit is exceeded, the third-order spherical aberration in the vicinity of the axis becomes under. According to the condition of the equation (3), the vicinity of the center of the second surface S2 has a shape close to a plane.

【0048】(4)式は高次球面収差を良好に補正する
ための条件で、下限値を越えた場合には軸上付近の球面
収差を補正すると最大輪帯付近で許容出来ない大きさの
オーバな球面収差が発生する。逆に(4)式の上限値を
越えると、軸上付近の球面収差を補正すると最大輪帯付
近で許容できないアンダーな高次球面収差が発生する。
Equation (4) is a condition for satisfactorily correcting high-order spherical aberration, and when the lower limit value is exceeded, if spherical aberration near the axis is corrected, the magnitude is unacceptable near the maximum annular zone. Excessive spherical aberration occurs. On the contrary, if the upper limit of the expression (4) is exceeded, an unacceptable high-order spherical aberration near the maximum annular zone will occur if the spherical aberration near the axis is corrected.

【0049】(5)式は第2面S2 (放電ランプ側の
面)の有効径の端における非球面量△2 と焦点距離fと
の比を規定する条件である。(5)式の上限値を越える
と、第2面S2 の有効径周辺部の面傾きが凹面状に大き
くなりすぎるので所望のNAが得られない。また、大き
な作動距離(WD)を確保できなくなる。(5)式の下
限値を越えると、逆に集光角は大きく出来るが、輪帯部
で大きな高次球面収差が発生しその補正が困難になる。
Expression (5) is a condition that defines the ratio of the aspherical surface amount Δ2 and the focal length f at the end of the effective diameter of the second surface S2 (surface on the side of the discharge lamp). If the upper limit of expression (5) is exceeded, the desired NA cannot be obtained because the surface inclination of the effective diameter peripheral portion of the second surface S2 becomes too large in a concave shape. Further, it becomes impossible to secure a large working distance (WD). When the value goes below the lower limit of the expression (5), the converging angle can be increased conversely, but large high-order spherical aberration occurs in the ring zone, which makes correction thereof difficult.

【0050】次に、本実施例1の具体的な数値実施例を
表1ないし表6に示す。表1ないし表6に記載した記号
の意味は以下の通りである。 f:コンデンサレンズ全系の焦点距離 NA:第2面S2 側(小さな共役側)の開口数 β:大きな共役側から光線が入射した場合の基準結像倍
率 WD:作動距離(図1参照) D1 :第1面S1 の有効径(直径) D2 :第2面S2 の有効径(直径) n:レンズ屈折率(n1 ) △2 :第2面S2 の有効径端部における非球面量 m:大きな共役側から順次数えた面番号 ri:大きな共役側から数えて第i番目のレンズ面の中
心曲率半径 di:大きな共役側から数えて第i番目のレンズ成分の
厚み及び空気間隔 ni:大きな共役側から数えて第i番目のレンズ成分の
波長546.1 nm(e線)における屈折率 νi:大きな共役側から数えて第i番目のレンズ成分の
アッベ数 また、各面の非球面形状は面の中心を原点とし、光軸方
向をZ軸とした直交座標系(X,Y,Z)において、r
を中心曲率半径,Kを円錐定数、A4 ,A6 ,A8 ,A
10を各々4次,6次,8次,10次の非球面係数とすると
き、(6)式で表されるものとする。
Next, specific numerical examples of the first embodiment are shown in Tables 1 to 6. The symbols shown in Tables 1 to 6 have the following meanings. f: Focal length of the entire condenser lens system NA: Numerical aperture on the second surface S2 side (small conjugate side) β: Reference imaging magnification when light rays enter from the large conjugate side WD: Working distance (see FIG. 1) D1 : Effective diameter (diameter) of the first surface S1 D2: Effective diameter (diameter) of the second surface S2 n: Lens refractive index (n1) △ 2: Effective diameter of the second surface S2 Aspherical amount at the end m: Large Surface numbers sequentially counted from the conjugate side ri: Center curvature radius of the i-th lens surface counted from the large conjugate side di: Thickness and air gap of the i-th lens component counted from the large conjugate side ni: Large conjugate side The refractive index of the i-th lens component at the wavelength of 546.1 nm (e-line) counting from νi: Abbe number of the i-th lens component counting from the large conjugate side. Cartesian coordinate system with origin as the optical axis and Z-axis ( , Y, in Z), r
Is the central radius of curvature, K is the conic constant, A4, A6, A8, A
When 10 is a 4th-order, 6th-order, 8th-order, and 10th-order aspherical coefficient, it shall be represented by Formula (6).

【0051】[0051]

【数1】 [Equation 1]

【0052】このとき△2 は下記(7)式で表される。 △2 =Zas−Zsp ……(7) 但し、Zas,Zspは第2面S2 の有効径D2 を用いて、
下記(8),(9)式にてそれぞれ与えられる。
At this time, Δ2 is expressed by the following equation (7). Δ2 = Zas−Zsp (7) However, Zas and Zsp use the effective diameter D2 of the second surface S2,
They are given by the following equations (8) and (9), respectively.

【0053】[0053]

【数2】 [Equation 2]

【0054】(例1)実施例1の例1における数値デー
タを表1に示す。
(Example 1) Table 1 shows numerical data in Example 1 of Example 1.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】硝材としてはFD13(HOYA(株)
製)を使用した。図3は波長546.1 nm(e線)における
小さな共役側の近軸像面におけるスポットダイアグラム
で、各×点が1本の光線に対応している。計算には312
本の光線を追跡した。
As a glass material, FD13 (Hoya Corporation)
Manufactured) was used. FIG. 3 is a spot diagram on the paraxial image plane on the small conjugate side at a wavelength of 546.1 nm (e line), and each X point corresponds to one light ray. 312 for calculation
I traced the rays of a book.

【0057】例1では、十分球面収差が補正されている
ので、NA=0.917 (θ=66.5°)と大口径であるにも
かかわらず、0.5 mm程度のスポット径が得られている。
従って、1〜5mm程度の物体(アーク長)を十分解像で
きるので、第2面S2 側から光線が入射した場合には、
アーク長から決まる限界に近い低収差の平行な照明光束
2が得られる。
In Example 1, since the spherical aberration was sufficiently corrected, a spot diameter of about 0.5 mm was obtained despite the large aperture of NA = 0.917 (θ = 66.5 °).
Therefore, since an object (arc length) of about 1 to 5 mm can be sufficiently resolved, when a light ray is incident from the second surface S2 side,
A parallel illumination light flux 2 with low aberration close to the limit determined by the arc length can be obtained.

【0058】(例2)実施例1の例2における数値デー
タを表2に示す。
(Example 2) Table 2 shows numerical data in Example 2 of Example 1.

【0059】[0059]

【表2】 [Table 2]

【0060】硝材としてはFD4(HOYA(株)製)
を使用した。本例2では例1と光束径(D1 )は同程度
で、より大きなNAが得られる。
As the glass material, FD4 (manufactured by HOYA Co., Ltd.)
It was used. In Example 2, the luminous flux diameter (D1) is about the same as in Example 1, and a larger NA is obtained.

【0061】(例3)実施例1の例3における数値デー
タを表3に示す。
(Example 3) Table 3 shows numerical data in Example 3 of Example 1.

【0062】[0062]

【表3】 [Table 3]

【0063】硝材としてはFD14(HOYA(株)
製)を使用した。本例3では例1よりも大きなNAが得
られる。
As a glass material, FD14 (HOYA Co., Ltd.)
Manufactured) was used. In Example 3, a larger NA is obtained than in Example 1.

【0064】(例4)図2は実施例1の例4の断面図を
示す。また、本例4における数値データを表4に示す。
Example 4 FIG. 2 shows a sectional view of Example 4 of Example 1. Table 4 shows numerical data in Example 4.

【0065】[0065]

【表4】 [Table 4]

【0066】硝材としてはFD6(HOYA(株)製)
を使用した。本例4では例1より光束径(D1 )は1mm
程小さいが、NAの増加が大きい。
As the glass material, FD6 (manufactured by HOYA Co., Ltd.)
It was used. In Example 4, the luminous flux diameter (D1) is 1 mm as compared with Example 1.
Although small, the increase in NA is large.

【0067】(例5)実施例1の例5における数値デー
タを表5に示す。
(Example 5) Table 5 shows numerical data in Example 5 of Example 1.

【0068】[0068]

【表5】 [Table 5]

【0069】硝材としてはFD6(HOYA(株)製)
を使用した。本例5では例1より光束径(D1 )は1mm
程小さいが、NAは例4よりもさらに大きい。
As a glass material, FD6 (manufactured by HOYA Corporation)
It was used. In Example 5, the luminous flux diameter (D1) is 1 mm as compared with Example 1.
Although smaller, the NA is even larger than in Example 4.

【0070】(例6)実施例1の例6における数値デー
タを表6に示す。
(Example 6) Table 6 shows numerical data in Example 6 of Example 1.

【0071】[0071]

【表6】 [Table 6]

【0072】硝材としてはNbFD13(HOYA
(株)製)を使用した。本例6では例1より光束径(D
1 )は1mm程小さいが、NAの増加が大きい。
As a glass material, NbFD13 (HOYA
(Manufactured by K.K.) was used. In Example 6, the luminous flux diameter (D
1) is as small as 1 mm, but the increase in NA is large.

【0073】図4,図5,図6,図7,図8,図9は、
実施例1のそれぞれ例1,例2,例3,例4,例5,例
6に対応する小さな共役側の近軸像面における収差図で
ある。球面収差図は(WL1=610 nm, WL2=546.1
nm, WL3=470 nm)の3波長について示し、非点収差
は546.1 nm(e線)について示している。また、非点収
差はアーク長5mmのランプを想定して最大像高2.5 mmと
して計算した。各収差図における球面収差,非点収差は
十分実用可能な良好な値である。
FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG.
FIG. 9 is an aberration diagram in a paraxial image plane on the small conjugate side, which corresponds to Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, and Example 6 of Example 1, respectively. The spherical aberration diagram is (WL1 = 610 nm, WL2 = 546.1
nm, WL3 = 470 nm), and astigmatism is 546.1 nm (e line). The astigmatism was calculated assuming a maximum image height of 2.5 mm assuming a lamp with an arc length of 5 mm. The spherical aberration and astigmatism in each aberration chart are good values that are sufficiently practical.

【0074】実施例2.(光源装置) (例1)実施例1における大口径コンデンサレンズを用
いて、小型で高効率な照明用光源装置を構成することが
できる。図10は実施例2の例1における光源装置の構成
図であり、131 はコンデンサレンズ、143 はコンデンサ
レンズ131 の第1面S1の有効径の外周に形成された第
1の平坦部、132 はコンデンサレンズ131 の第2面S2
の有効径の外周に形成された第2の平坦部、133 は第1
の平坦部143 と第2の平坦部132 とに挟まれたフランジ
部であり、コンデンサレンズ131 と一体に形成されてい
る。
Example 2. (Light Source Device) (Example 1) By using the large-diameter condenser lens in the first embodiment, a small and highly efficient light source device for illumination can be configured. FIG. 10 is a configuration diagram of the light source device in Example 1 of the second embodiment. 131 is a condenser lens, 143 is a first flat portion formed on the outer periphery of the effective diameter of the first surface S1 of the condenser lens 131, and 132 is Second surface S2 of condenser lens 131
Second flat portion formed on the outer periphery of the effective diameter of
The flange portion is sandwiched between the flat portion 143 and the second flat portion 132 and is formed integrally with the condenser lens 131.

【0075】120 は放電ランプであり、実際にはメタル
ハライドランプ, キセノンランプ等が使用される。121
はランプ120 の電極、122 は電極121 を封止するシャフ
ト部でありガラス材料より成る。123 はランプ120 のバ
ーナ部で、ガラス, 透光性セラミック材等から作られて
おり、内部の空洞には発光に必要な各種のガス,元素が
封入され、一対の電極121 間の放電ギャップ124 での放
電により所望の発光スペクトルが得られる。ランプ120
はコンデンサレンズ131 の第2面S2 側に位置し、放電
ギャップ124 が実施例1(図1,図2)における小さな
共役側の像面Si に相当し、かつ、シャフト部122 がコ
ンデンサレンズ131 の光軸(一点鎖線)と直交するよう
に配置されている。
Reference numeral 120 is a discharge lamp, and a metal halide lamp, a xenon lamp or the like is actually used. 121
Is an electrode of the lamp 120, and 122 is a shaft portion that seals the electrode 121 and is made of a glass material. Reference numeral 123 denotes a burner portion of the lamp 120, which is made of glass, a translucent ceramic material, or the like, and various kinds of gases and elements necessary for light emission are enclosed in an internal cavity, and a discharge gap 124 between a pair of electrodes 121 is provided. The desired emission spectrum is obtained by discharging at. Lamp 120
Is located on the side of the second surface S2 of the condenser lens 131, the discharge gap 124 corresponds to the image plane Si on the small conjugate side in Example 1 (FIGS. 1 and 2), and the shaft portion 122 is of the condenser lens 131. It is arranged so as to be orthogonal to the optical axis (chain line).

【0076】130 は反射鏡であり、凹面側の面144 が鏡
面に仕上げられて反射コーティングが施されている。13
7 は反射鏡130 の有効径の外周部に設けられたフランジ
部である。反射鏡130 は、典型的には凹面144 の曲率中
心が放電ギャップ124 の中心(発光中心)に位置するよ
うに配置されている。134 は第1の支持板、138 は第2
の支持板、135 は第1の止め具、139 は第2の止め具、
136 は第1のビス、142 は第2のビスである。
Reference numeral 130 is a reflecting mirror, and the surface 144 on the concave surface side is mirror-finished and has a reflecting coating. 13
Reference numeral 7 denotes a flange portion provided on the outer peripheral portion of the effective diameter of the reflecting mirror 130. The reflecting mirror 130 is typically arranged such that the center of curvature of the concave surface 144 is located at the center of the discharge gap 124 (light emission center). 134 is the first support plate and 138 is the second
Support plate, 135 is the first stop, 139 is the second stop,
136 is the first screw and 142 is the second screw.

【0077】次に、本例1の動作について説明する。ラ
ンプ120 は公知のように一対の電極121 間で放電をおこ
す回路(図示せず)で駆動され、放電のアークによって
バーナ部123 内が熱せられて発光する。ランプ120 が交
流駆動される場合、アークは放電ギャップ124 の部分で
電極121 の方向に線状に生ずる。放電ギャップ124 の中
心はコンデンサレンズ131 の第2面S2 側の焦点位置に
置かれており、放電ギャップ124 の中心部より出射して
直接コンデンサレンズ131 に入射する光束はコンデンサ
レンズ131 を透過して平行な照明光束2に変換される。
Next, the operation of the first example will be described. The lamp 120 is driven by a circuit (not shown) that causes a discharge between a pair of electrodes 121 as is known, and the arc of the discharge heats the inside of the burner portion 123 to emit light. When the lamp 120 is driven by alternating current, an arc is generated linearly in the direction of the electrode 121 in the part of the discharge gap 124. The center of the discharge gap 124 is located at the focal position on the second surface S2 side of the condenser lens 131, and the light flux emitted from the center of the discharge gap 124 and directly incident on the condenser lens 131 passes through the condenser lens 131. It is converted into a parallel illumination light flux 2.

【0078】一方、放電ギャップ124 の中心部より出射
して反射鏡130 に入射する光束は、凹面144 の曲率中心
が放電ギャップ124 の中心に合わせられているので、凹
面144 で反射された後、同一経路を逆進し、再び放電ギ
ャップ124 の中心に集光され、コンデンサレンズ131 に
入射する。凹面144 の反射率を所望の波長域において10
0 %近くに設定することにより、コンデンサレンズ131
からの出射パワーは反射鏡130 がない場合に比べて約2
倍になる。反射鏡130 の有効径を決めるに当たり、凹面
144 の有効反射領域がコンデンサレンズ131 の最大集光
角θできまる領域以上となるようにすると、最大限の光
束を照明光束2に変換できる。
On the other hand, the light flux emitted from the central portion of the discharge gap 124 and incident on the reflecting mirror 130 has the center of curvature of the concave surface 144 aligned with the center of the discharge gap 124. The light travels in the same path in the reverse direction, is condensed again at the center of the discharge gap 124, and enters the condenser lens 131. The reflectance of the concave surface 144 is 10 in the desired wavelength range.
Condenser lens 131 by setting it near 0%
The output power from is about 2 compared to the case without the reflector 130.
Double. The concave surface is used to determine the effective diameter of the reflector 130.
If the effective reflection area of 144 is larger than the area where the maximum converging angle θ of the condenser lens 131 is possible, the maximum luminous flux can be converted into the illumination luminous flux 2.

【0079】反射鏡130 の凹面144 の曲率半径は、光源
装置1全体を小型化する点では小さい方がよいが、短く
するに従って、アーク長の端部の結像に関して非点収差
が大きくなり、またランプ120 のシャフト部122 に対す
る配置余裕を確保する上で好ましくない。本発明者は光
線追跡により光源装置1全体の収差特性を解析した結
果、凹面144 の曲率半径は実施例1のコンデンサレンズ
と組み合わせる場合、コンデンサレンズ131 の第1面S
1 の有効径D1 の1/2以上にするのが適当であること
を見いだした。
The radius of curvature of the concave surface 144 of the reflecting mirror 130 is preferably small in terms of downsizing the light source device 1 as a whole, but as the radius is shortened, astigmatism increases with respect to imaging at the end of the arc length. In addition, it is not preferable from the viewpoint of securing the arrangement margin of the lamp 120 with respect to the shaft portion 122. The present inventor has analyzed the aberration characteristics of the entire light source device 1 by ray tracing, and as a result, when the radius of curvature of the concave surface 144 is combined with the condenser lens of Embodiment 1, the first surface S of the condenser lens 131 is used.
It has been found that it is suitable to make it 1/2 or more of the effective diameter D1 of 1.

【0080】コンデンサレンズ131 は、有効径の外側に
一体的に設けられたフランジ133 により固定される。図
10の例では、第2面S2 側に配置された支持板134 に平
坦面132 を押し当てて位置決めし、止め具135 を平坦面
143 に押し当てながらビス136 で支持板134 に固定する
ことでコンデンサレンズ131 を保持している。反射鏡13
0 は、外周部に一体的に設けられたフランジ137 を支持
板138 に押しつけ、フランジ137 の反対側に止め具139
を押し当てた状態でビス142 により支持板138に固定す
ることで保持されている。
The condenser lens 131 is fixed by a flange 133 which is integrally provided outside the effective diameter. Figure
In the example of 10, the flat surface 132 is pressed against the support plate 134 arranged on the second surface S2 side to position the stopper 135 on the flat surface.
The condenser lens 131 is held by pressing it against 143 and fixing it to the support plate 134 with screws 136. Reflector 13
0 means that the flange 137 integrally provided on the outer periphery is pressed against the support plate 138, and the stopper 139 is provided on the opposite side of the flange 137.
It is held by being fixed to the support plate 138 with the screw 142 while being pressed.

【0081】なお、第1の支持板134 はランプ120 から
出射する光線をコンデンサレンズ131 の第2面S2 に入
射させるために中心部に穴があけられている。また、第
2の支持板138 もランプ120 から出射する光線を凹面14
4 に入射させるために中心部に穴があけられている。
The first support plate 134 has a hole in its center so that the light beam emitted from the lamp 120 is incident on the second surface S2 of the condenser lens 131. In addition, the second support plate 138 also has a concave surface 14 for directing light rays emitted from the lamp 120.
There is a hole in the center to make it incident on 4.

【0082】コンデンサレンズ131 の第1,第2面S1,
S2 には、必要に応じて無反射コーティング(例:38
0 〜780 nmの波長帯域を透過),紫外・赤外光反射コー
ティング(例:400 nm以下,700 nm以上の波長帯域を反
射),赤外光反射コーティング(例:700 nm以上の波長
帯域を反射)が施されている。これらコーティングの種
類と、コーティングを施す面とは、照明の用途に応じて
決められるが、用途によっては特にコーティングがなく
てもよい。一例として、図50に示した液晶投写型表示装
置の光源装置1として用いる場合のコーティングについ
て以下に述べる。
The first and second surfaces S1, of the condenser lens 131
S2 contains an anti-reflective coating (eg 38
0 to 780 nm wavelength range), UV / infrared light reflective coating (eg 400 nm or less, 700 nm wavelength or more reflective), infrared light reflection coating (eg 700 nm wavelength band or more) Reflection) is applied. The type of these coatings and the surface to which the coating is applied are determined according to the use of lighting, but the coating may not be necessary depending on the use. As an example, coating used in the light source device 1 of the liquid crystal projection display device shown in FIG. 50 will be described below.

【0083】液晶投写型表示装置では、光源装置1は可
視光全域にわたる白色光を出射する必要がある。また、
液晶パネル3R, 3G, 3Bは赤外線(熱線)及び紫外線によ
る特性劣化がおこるので、可視光以外の光線は極力照射
光から除去する必要がある。コンデンサレンズ131 の面
に紫外・赤外光反射コーティング,赤外光反射コーティ
ングを施すと、照明光束2に含まれる熱線を低減するの
に有効である。公知の通り、上記コーティングは多層薄
膜により構成する必要があるが、透過特性の入射角依存
性が問題となる。しかし、コンデンサレンズ131 の第2
面S2 は周辺が凹面であり入射角の増加を抑えられるの
で、従来の平面入射のコンデンサレンズ(図50)に比べ
て透過特性の均一性を改善できる。このために、紫外・
赤外光反射コーティングもしくは赤外光反射コーティン
グは第2面S2 に施すのが適当である。
In the liquid crystal projection display device, the light source device 1 needs to emit white light over the entire visible light range. Also,
Since the liquid crystal panels 3R, 3G, 3B are deteriorated in characteristics due to infrared rays (heat rays) and ultraviolet rays, it is necessary to remove light rays other than visible light from the irradiation light as much as possible. If the surface of the condenser lens 131 is coated with an ultraviolet / infrared light reflection coating or an infrared light reflection coating, it is effective in reducing the heat rays contained in the illumination light flux 2. As is well known, it is necessary to form the above-mentioned coating by a multi-layer thin film, but the incident angle dependence of the transmission characteristics poses a problem. However, the second of the condenser lens 131
Since the periphery of the surface S2 is concave and the increase of the incident angle can be suppressed, the uniformity of the transmission characteristics can be improved as compared with the conventional flat incidence condenser lens (FIG. 50). To this end,
An infrared light reflecting coating or an infrared light reflecting coating is suitably applied to the second surface S2.

【0084】また、第1面S1 は周辺部の入射角が大き
くなる傾向があるので、単層の無反射コーティングを施
すことにより分光透過率の入射角依存性の影響を最小限
に抑えることができる。凹面144 には、Al,Au等の
高反射金属薄膜をコーティングするか、赤外・紫外光を
透過するコーティングもしくは赤外光を透過するコーテ
ィングを施すことにより照明光束2に含まれる不要光ス
ペクトルを低減できる。
Further, since the incident angle of the peripheral portion of the first surface S1 tends to be large, the influence of the incident angle dependence of the spectral transmittance can be minimized by applying a single-layer antireflection coating. it can. The concave surface 144 is coated with a highly reflective metal thin film such as Al or Au, or a coating that transmits infrared / ultraviolet light or a coating that transmits infrared light is used to form an unnecessary light spectrum included in the illumination light flux 2. It can be reduced.

【0085】(例2)例1では、放電ギャップ124 の中
心にコンデンサレンズ131 の焦点と凹面144の曲率中心
とを一致して配置する構成について述べた。しかしラン
プ120 として直流点灯するキセノンランプを使用する場
合には、以下に述べる構成とするのがより好適である。
公知のように、直流駆動型のキセノンランプは、陽極側
と陰極側との電極構造が非対称であり、一般に陰極側が
細く陽極側が太くなっている。そして、陰極の先端近傍
が非常に小さな点光源状に発光することが知られてい
る。一例として、オスラム社(ドイツ)のXBO250
0W型の電極間の発光輝度分布を図12に示す。本例では
電極間隔が6mm程度あるにも関わらず、大部分の光エネ
ルギーは陰極121Cの先端部の直径約0.5 mm以下の部分に
集中していることがわかる。
(Example 2) In Example 1, the focal point of the condenser lens 131 and the center of curvature of the concave surface 144 are arranged at the center of the discharge gap 124 so as to coincide with each other. However, when a xenon lamp that is lit by direct current is used as the lamp 120, the configuration described below is more preferable.
As is well known, the DC drive type xenon lamp has an asymmetrical electrode structure on the anode side and the cathode side, and is generally thin on the cathode side and thick on the anode side. It is known that the vicinity of the tip of the cathode emits a very small point light source. As an example, XBO250 from Osram (Germany)
The emission luminance distribution between 0W type electrodes is shown in FIG. In this example, it can be seen that most of the light energy is concentrated at the tip portion of the cathode 121C having a diameter of about 0.5 mm or less, although the electrode interval is about 6 mm.

【0086】このように直流駆動型のキセノンランプで
は発光点が陰極先端部に局在しているので、この発光点
を光源装置の光軸上に合わせて配置することにより、出
射光の進行方向を光軸にあわせることができる。図11は
以上の事柄を考慮した実施例2の例2における光源装置
の配置を示す。図11において、120 は放電ランプとして
のキセノンランプ、121A, 121Cは各々キセノンランプ12
0 の陽極,陰極である。その他の構成要素については図
10と同様である。
As described above, in the DC-driven xenon lamp, the light emitting point is localized at the tip of the cathode. Therefore, by arranging this light emitting point along the optical axis of the light source device, the traveling direction of the emitted light is increased. Can be aligned with the optical axis. FIG. 11 shows the arrangement of the light source device in Example 2 of Example 2 in consideration of the above matters. In FIG. 11, 120 is a xenon lamp as a discharge lamp, 121A and 121C are xenon lamps 12 respectively.
0 anode and cathode. Figures for other components
Similar to 10.

【0087】図11において陰極121Cの先端部がコンデン
サレンズ131 の光軸(一点鎖線で示した)上でかつ焦点
位置に配置されている。また、凹面144 の曲率中心も陰
極121Cの先端部に合わせて配置されている。このように
配置することにより、出射された照明光束2の進行方向
を厳密にコンデンサレンズ131 の光軸に合わせることが
できるので、本光源装置を図50の液晶投写型表示装置の
光源装置1等に応用すると設置が容易になる。なお図11
は放電ランプが陰極121Cと陽極121Aとを備えたキセノン
ランプ120 になったこと以外は図10の実施例と同様なの
で、動作説明を省略する。
In FIG. 11, the tip of the cathode 121C is arranged on the optical axis of the condenser lens 131 (shown by the chain line) and at the focal position. Further, the center of curvature of the concave surface 144 is also aligned with the tip of the cathode 121C. By arranging in this way, the traveling direction of the emitted illumination luminous flux 2 can be exactly aligned with the optical axis of the condenser lens 131, so that the present light source device is used as the light source device 1 of the liquid crystal projection display device of FIG. When applied to, the installation becomes easy. Figure 11
Is the same as the embodiment of FIG. 10 except that the discharge lamp is the xenon lamp 120 having the cathode 121C and the anode 121A, and therefore the description of the operation is omitted.

【0088】実施例3.(投写型表示装置) 実施例2における光源装置を、図50に示した従来の液晶
投写型表示装置の光源装置1に置き換えれば、高輝度な
液晶投写型表示装置を実現できる。これは、実施例1に
関連して述べたように、光源から出射した光束をNA≧
0.9 という大口径のコンデンサレンズで効率よく照射で
きることが第1の理由である。また、第2の理由として
は、照明光の収差が極めて小さいので、投写レンズ4に
高効率に光束を入射できることがあげられる。
Example 3. (Projection Display Device) By replacing the light source device in the second embodiment with the light source device 1 of the conventional liquid crystal projection display device shown in FIG. 50, a high brightness liquid crystal projection display device can be realized. As described in connection with the first embodiment, the light flux emitted from the light source is NA ≧
The first reason is that a condenser lens with a large diameter of 0.9 can be used for efficient irradiation. The second reason is that since the aberration of the illumination light is extremely small, the luminous flux can be incident on the projection lens 4 with high efficiency.

【0089】従来より、小口径の非テレセントリックレ
ンズを投写レンズ4として使用するために、液晶パネル
3R, 3G, 3Bの近傍に集光レンズ(図示せず)を配置し、
投写レンズ4の入射瞳(図示せず)への光束の入射効率
を改善する手法も行われている。実施例2の光源装置
は、このような、液晶パネル近傍に集光レンズを配置す
る投写型表示装置の構成に適用しても、高輝度な投写画
像が得られる。これは、照明光束2の収差が小さいので
集光レンズによって投写レンズの入射瞳上に非常に小さ
な光源像を結像できることにより投写レンズ4の透過光
束を最大限に増加できるからである。
Conventionally, since a non-telecentric lens having a small diameter is used as the projection lens 4, a liquid crystal panel is used.
Place a condenser lens (not shown) near 3R, 3G, 3B,
A method of improving the incidence efficiency of the light flux on the entrance pupil (not shown) of the projection lens 4 is also used. Even when the light source device of the second embodiment is applied to such a configuration of the projection display device in which the condenser lens is arranged near the liquid crystal panel, a high-luminance projection image can be obtained. This is because the aberration of the illumination light flux 2 is small and a very small light source image can be formed on the entrance pupil of the projection lens by the condenser lens, so that the transmission light flux of the projection lens 4 can be maximized.

【0090】ランプ120 の配光特性によって液晶パネル
の画面の方向とランプの姿勢により投写画像の輝度均一
性が変化する。これについて図13により説明し、最適な
ランプの配置法について図14により説明する。図13
(a)はランプ120 の電極121 回りの回転角ψ,電極方
向からの傾き角θの定義図である。この2種類の角度
θ,ψに対して、ランプ120 の配光特性は図13(b),
図13(c)の如く変化する。すなわち、θ方向の角度変
化に対しては電極方向にて光度が最小になり、電極と直
交する方向にて光度が最大になる。
The brightness uniformity of the projected image changes depending on the direction of the screen of the liquid crystal panel and the attitude of the lamp depending on the light distribution characteristics of the lamp 120. This will be described with reference to FIG. 13, and an optimal lamp arrangement method will be described with reference to FIG. Figure 13
(A) is a definition diagram of a rotation angle ψ of the lamp 120 around the electrode 121 and an inclination angle θ from the electrode direction. The light distribution characteristics of the lamp 120 with respect to these two types of angles θ and ψ are shown in FIG.
It changes as shown in FIG. 13 (c). That is, the luminous intensity is minimum in the electrode direction and maximum in the direction orthogonal to the electrode with respect to the angle change in the θ direction.

【0091】また、ψ方向の角度変化に対しては基本的
には光度変化が殆どない。但し、ランプ120 のバーナ部
123 には製造工程において排気部125 (バーナ内部の空
気を排気してガラス材料を融着した部分であり、バーナ
の側面にある場合が多い)が形成されており、ψ方向の
うち排気部125 に相当する方向では光度が低下する傾向
がある。
Further, basically, there is almost no change in luminous intensity with respect to the change in angle in the ψ direction. However, the burner part of the lamp 120
An exhaust portion 125 (which is a portion where the air inside the burner is exhausted and glass material is fused and is often located on the side surface of the burner) is formed in 123 in the manufacturing process. The luminous intensity tends to decrease in the direction corresponding to.

【0092】以上のランプ120 の配光特性を勘案すれ
ば、図50に示した投写型表示装置に実施例2の光源装置
を適用する場合のランプ配置を、投写画像の輝度分布を
均一にするという観点で最適化できる。以下、図14によ
り最適なランプ配置について説明する。
Considering the light distribution characteristics of the lamp 120 described above, the lamp arrangement in the case of applying the light source device of the second embodiment to the projection type display device shown in FIG. 50 makes the luminance distribution of the projected image uniform. Can be optimized from the viewpoint. The optimum lamp arrangement will be described below with reference to FIG.

【0093】3は投写型表示装置の液晶パネルの表示画
面を示しており、説明の便宜上1個の画面のみを示して
いる。3H,3Vは各々矩形画面3の長辺,短辺を示してい
る。(X,Y,Z)は直交座標系であり、Zはコンデン
サレンズ131 の光軸方向を向いており、X,Yは長辺3
H,短辺3Vの方向を向いている。図のように、電極121と
短辺3Vとを同一のY方向に向けることにより、ランプ12
0 の配光特性上照度むらが生じる方向(図13のθ方向)
を短辺方向に合わせることができ、長辺方向3Hの方向は
光度むらの小さいψ方向に相当するので照度むらを小さ
くできる。よって、投写画像の輝度むらが小さくでき
る。
Reference numeral 3 denotes a display screen of the liquid crystal panel of the projection type display device, and only one screen is shown for convenience of explanation. 3H and 3V indicate the long side and the short side of the rectangular screen 3, respectively. (X, Y, Z) is an orthogonal coordinate system, Z is oriented in the optical axis direction of the condenser lens 131, and X, Y are long sides 3
The direction of H and the short side is 3V. As shown, by directing the electrode 121 and the short side 3V in the same Y direction, the lamp 12
Direction in which illuminance unevenness occurs due to 0 light distribution characteristics (θ direction in Fig. 13)
Can be adjusted to the short side direction, and the direction of the long side direction 3H corresponds to the ψ direction in which the unevenness of light intensity is small, so that the uneven illuminance can be reduced. Therefore, the uneven brightness of the projected image can be reduced.

【0094】仮にこの配置とは逆に、電極121 の方向を
長辺3Hの方向(X方向)に合わせた場合、光度変化の大
きいθ方向が長辺3H方向に相当することになるので、液
晶パネル3上の照度むら、したがって投写画像の輝度む
らが上記の最適配置よりも大きくなる。また、ランプ12
0 の電極121 回りの設定によって排気部125 がX方向
(または−X方向)に位置するように配置することによ
って、排気部125 による光度低下の影響を最小限に抑え
ることができるので、より投写画像の輝度むらを小さく
できる。
Contrary to this arrangement, if the direction of the electrode 121 is aligned with the direction of the long side 3H (X direction), the θ direction with a large change in luminous intensity corresponds to the long side 3H direction. The illuminance unevenness on the panel 3 and hence the brightness unevenness of the projected image becomes larger than the above-described optimum arrangement. Also, the lamp 12
By arranging the exhaust part 125 so as to be located in the X direction (or −X direction) by setting around the electrode 121 of 0, it is possible to minimize the influence of the decrease in the light intensity due to the exhaust part 125, and thus the projection is further performed. The uneven brightness of the image can be reduced.

【0095】以上の実施例は、実施例2による光源装置
を液晶投写型表示装置に適用した例について説明した。
これ以外にも照明用光源装置を応用する機器としては、
スライドプロジェクタ,マイクロフィルム読みとり装
置,探照灯,自動車のヘッドライト等が公知である。実
施例2による光源装置はこれらの機器に適用しても高効
率・低電力な機器が実現できることもちろんである。
In the above embodiments, the light source device according to the second embodiment is applied to the liquid crystal projection display device.
In addition to this, as a device that applies the light source device for lighting,
A slide projector, a microfilm reading device, a search light, an automobile headlight and the like are known. It goes without saying that the light source device according to the second embodiment can realize a device with high efficiency and low power even when applied to these devices.

【0096】実施例4.(大口径コンデンサレンズ) 実施例1では、比較的高屈折率(n>1.7)の硝材を用い
たNA≧0.9 の大口径コンデンサレンズについて開示し
た。しかし、実験の結果、ランプの消費電力が大きい
(>200 W)放電ランプを用いて光源装置を構成する
と、冷却条件によってはレンズが割れる場合もあるとい
うことが見いだされた。そこで、耐熱性に優れた硝材
(コーニング社製7740)を用いてレンズ設計を行っ
た。本硝材はd線での屈折率が1.47と低いので、実施例
1よりもNA≧0.9 の実現は一層困難であるが、今回大
口径化できる条件を見出した。しかも、実施例1の硝材
に比べてアッベ数が1.6 〜2.6 倍大きいので、原理的に
軸上色収差が小さくなり照明光の色ムラを低減できる。
Example 4. (Large-Aperture Condenser Lens) In Example 1, a large-aperture condenser lens with NA ≧ 0.9 using a glass material having a relatively high refractive index (n> 1.7) was disclosed. However, as a result of experiments, it was found that when a light source device is configured using a discharge lamp that consumes a large amount of power (> 200 W), the lens may break depending on the cooling conditions. Therefore, the lens was designed by using a glass material having excellent heat resistance (Corning Corporation 7740). Since this glass material has a low refractive index of 1.47 at the d-line, it is more difficult to realize NA ≧ 0.9 than in Example 1, but this time, the conditions under which the diameter can be increased have been found. Moreover, since the Abbe number is 1.6 to 2.6 times larger than that of the glass material of Example 1, the axial chromatic aberration is reduced in principle and the color unevenness of the illumination light can be reduced.

【0097】本実施例4では、実施例1において考慮し
た(a)〜(d)の仕様に加えて、以下の(e)の仕様
も特に考慮している。 (e)レンズ材料の耐熱性が十分あり、発光時に高温に
なる放電ランプに近接配置してもレンズの割れが起こら
ないこと。
In the fourth embodiment, in addition to the specifications (a) to (d) considered in the first embodiment, the following specification (e) is also particularly considered. (E) The lens material has sufficient heat resistance so that the lens will not crack even if it is placed in the vicinity of a discharge lamp that becomes hot during light emission.

【0098】実施例4のコンデンサレンズは、応用例と
して従来技術で説明した液晶投写型表示装置を想定す
る。その際、放電ランプのアーク長は1〜5mmとし、照
射光束径は91〜94mm(または48〜51mm)として数値実施
例を示す。また、レンズのNAは0.9 以上の例を示す
が、意図的にNAを小さく使用することは公知の絞り等
を使うことで容易に実施可能である。
The condenser lens of the fourth embodiment is assumed to be the liquid crystal projection display device described in the prior art as an application example. In that case, numerical examples are shown in which the arc length of the discharge lamp is 1 to 5 mm and the irradiation light beam diameter is 91 to 94 mm (or 48 to 51 mm). Further, although the NA of the lens is 0.9 or more, it is possible to intentionally use a small NA easily by using a known diaphragm or the like.

【0099】以下、図面を参照しながら本発明のコンデ
ンサレンズについて説明する。図15,図17,図19,図21
は、後述する本実施例4の例1,4,6,7に対応する
レンズ断面図である。図15には、実施例の説明に必要な
各種記号も併記した。図15における各種記号は、WDが
第2面S2 の小さな共役側の最も突出した点からアーク
Si までの光軸方向距離(作動距離)である点を除け
ば、図1(実施例1)と同じであり、また開口数(N
A)の定義も実施例1と同じ(式(1))である。
The condenser lens of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 15, Figure 17, Figure 19, Figure 21
[Fig. 8A] is a lens sectional view corresponding to Examples 1, 4, 6, and 7 of Example 4 described later. In FIG. 15, various symbols necessary for explaining the example are also shown. The various symbols in FIG. 15 are the same as those in FIG. 1 (Embodiment 1) except that WD is the distance (working distance) in the optical axis direction from the most protruding point on the small conjugate side of the second surface S2 to the arc Si. The same, and the numerical aperture (N
The definition of A) is the same as that of the first embodiment (equation (1)).

【0100】第1面S1 は凸の非球面であり、第2面S
2 は周辺部が凹面の非球面である。レンズ構成として周
辺部が凸の構成も考えられるが、周辺が凹面の方がS2
面周辺に入射する光線の入射角が小さくなるので透過率
が大きくなり、より高効率にできる。数値例で具体的に
示すように、比較的低屈折率の材料でレンズを構成する
ので第2面S2 の中心曲率半径の絶対値は第1面S1 の
曲率半径と同程度以下の値が必要で、中心部が凸面状と
なっている。
The first surface S1 is a convex aspherical surface, and the second surface S1.
2 is an aspherical surface with a concave peripheral portion. A lens with a convex peripheral portion is also conceivable, but a concave peripheral portion is S2.
Since the incident angle of the light ray incident on the periphery of the surface becomes small, the transmittance becomes large and the efficiency can be made higher. As shown concretely by numerical examples, the absolute value of the central radius of curvature of the second surface S2 must be equal to or less than the radius of curvature of the first surface S1 because the lens is made of a material having a relatively low refractive index. And, the central part has a convex shape.

【0101】実施例4のレンズ系は前述した仕様(a)
〜(c)を達成するために、両面非球面単レンズ構成に
おいて以下の条件式を満足している。 0.4 <r1 /nf<0.6 ……(10) −0.5 <r2 /nf<−0.3 ……(11) −0.6 <K1 <−0.2 ……(12) −0.1 <SG2 /f<0.1 ……(13) 但し、 f:レンズ全系の焦点距離 n:レンズの屈折率 r1 :第1面の中心曲率半径 r2 :第2面の中心曲率半径 K1 :第1面の円錐定数 SG2 :第2面の有効径最周辺における非球面の面中心
に対する光軸方向の差で、第2面周辺部が小さな共役側
に曲がる方向を正とする
The lens system of Example 4 has the above-mentioned specifications (a).
In order to achieve (c), the following conditional expressions are satisfied in the double-sided aspherical single lens configuration. 0.4 <r1 / nf <0.6 (10) -0.5 <r2 / nf <-0.3 (11) -0.6 <K1 <-0.2 (12) -0.1 <SG2 / f <0.1 (13 ) However, f: focal length of the entire lens system n: refractive index of the lens r1: central curvature radius of the first surface r2: central curvature radius of the second surface K1: conical constant of the first surface SG2: effective of the second surface The difference in the optical axis direction with respect to the surface center of the aspherical surface at the outermost periphery of the diameter is the positive direction in which the second surface peripheral portion bends to the smaller conjugate side.

【0102】上記条件式の下限値, 上限値の意味につい
て、以下に説明する。まず、(10), (12)式における
意味は、実施例1の(2),(4)式とそれぞれ同じで
あるので説明を省略する。
The meanings of the lower limit value and the upper limit value of the above conditional expression will be described below. First, the meanings of the equations (10) and (12) are the same as those of the equations (2) and (4) of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0103】(11)式では、上限値を越えると軸上付近
の3次球面収差がアンダーになる。また、下限値を越え
ると軸上付近の3次球面収差がオーバーになり非球面項
によってこれが制御できなくなる。
In the equation (11), if the upper limit is exceeded, the third-order spherical aberration near the axis becomes under. On the other hand, when the value goes below the lower limit, the third-order spherical aberration near the axis becomes excessive and cannot be controlled by the aspherical term.

【0104】(13)式は、第2面S2 (ランプ側の面)
の有効径の端における非球面の面中心を基準とした光軸
方向位置SG2 と焦点距離fとの比を規定する条件であ
る。(13)式の上限値を越えると、第2面の有効径周辺
部の面傾きが凹面状に大きくなりすぎるので所望のNA
が得られない。また、大きな作動距離(WD)を確保で
きなくなる。(13)式の下限を越えると、逆に集光角は
大きくできるが、輪帯部で大きな高次球面収差が発生し
その補正が困難になる。
Formula (13) is the second surface S2 (surface on the lamp side).
This is a condition that defines the ratio of the focal length f to the position SG2 in the optical axis direction with respect to the surface center of the aspherical surface at the end of the effective diameter. If the upper limit of expression (13) is exceeded, the surface inclination around the effective diameter of the second surface becomes too large in a concave shape, so the desired NA is obtained.
Can't get Further, it becomes impossible to secure a large working distance (WD). When the value goes below the lower limit of the expression (13), on the contrary, the converging angle can be increased, but a large high-order spherical aberration occurs in the ring zone, which makes correction thereof difficult.

【0105】次に、実施例4における各数値実施例を示
す。数値実施例を示す表7〜表15に記載した記号の意味
は、以下に示す通りである。 WD:作動距離(図15参照) SG2 :第2面の有効径端部における非球面の面中心に
対する光軸方向位置 なお上記以外の記号の意味は実施例1に同じであり、ま
た、各面の非球面形状も実施例1と同様に表される
((6)式参照)。また、SG2 は以下の(14)式で表
される。 SG2 =Zas ……(14) 但し、Zasは前記(8)式で示される
Next, numerical examples of the fourth embodiment will be shown. Meanings of symbols described in Tables 7 to 15 showing numerical examples are as follows. WD: working distance (see FIG. 15) SG2: optical axis direction position with respect to the center of the aspherical surface at the effective diameter end of the second surface The meanings of the symbols other than the above are the same as in Example 1, and each surface The aspherical shape of is also expressed in the same manner as in Example 1 (see the equation (6)). Further, SG2 is expressed by the following equation (14). SG2 = Zas (14) However, Zas is expressed by the above equation (8).

【0106】(例1)図15は実施例4の例1におけるコ
ンデンサレンズの断面図を示す。また本例1の数値デー
タを表7に示す。図16は波長546.1 nm(e線)における
小さな共役側の近軸像面におけるスポットダイアグラム
で、各×点が1本の光線に対応している。計算には約30
0 本の光線を追跡した。十分球面収差が補正されている
ので、NA=0.917 (θ=66.5°)と大口径であるにも
かかわらず、0.5 mm以下のスポット径が得られている。
従って、1〜5mm程度の物体(アーク長)を十分解像で
きるので、第2面S2 側から光線が入射した場合にはア
ーク長から決まる限界に近い低収差の平行な照明光束2
が得られる。
Example 1 FIG. 15 is a sectional view of a condenser lens in Example 1 of Example 4. Table 7 shows the numerical data of Example 1. FIG. 16 is a spot diagram on the paraxial image plane on the small conjugate side at a wavelength of 546.1 nm (e line), and each X point corresponds to one light ray. About 30 for calculation
0 rays were traced. Since the spherical aberration is sufficiently corrected, the spot diameter is 0.5 mm or less despite the large aperture of NA = 0.917 (θ = 66.5 °).
Therefore, an object (arc length) of about 1 to 5 mm can be sufficiently resolved, and when a light ray is incident from the second surface S2 side, a parallel illumination light flux 2 with low aberration close to the limit determined by the arc length.
Is obtained.

【0107】[0107]

【表7】 [Table 7]

【0108】(例2)実施例4の例2における数値デー
タを表8に示す。本例2では例1とNAは同じであって
でやや大きな光束径D1 が得られる。
(Example 2) Table 8 shows numerical data in Example 2 of Example 4. In Example 2, the NA is the same as in Example 1 and a slightly larger luminous flux diameter D1 is obtained.

【0109】[0109]

【表8】 [Table 8]

【0110】(例3)実施例4の例3における数値デー
タを表9に示す。
(Example 3) Table 9 shows numerical data in Example 3 of Example 4.

【0111】[0111]

【表9】 [Table 9]

【0112】(例4)図17は実施例4の例4におけるコ
ンデンサレンズの断面図を示す。また本例4の数値デー
タを表10に示す。図18は波長546.1 nm(e線)における
小さな共役側の近軸像面におけるスポットダイアグラム
で、各×点が1本の光線に対応している。計算には約30
0 本の光線を追跡した。十分球面収差が補正されている
ので、NA=0.917 (θ=66.5°)と大口径であるにも
かかわらず、0.05mm程度のスポット径が得られている。
従って、1〜5mm程度の物体(アーク長)を十分解像で
きるので、第2面S2 側から光線が入射した場合にはア
ーク長から決まる限界に近い低収差の平行照明光束2が
得られる。本例4は例1〜3に比べて焦点距離が短く、
照明光束径D1 が50mmと小さくなっている
Example 4 FIG. 17 is a sectional view of a condenser lens in Example 4 of Example 4. Table 10 shows the numerical data of Example 4. FIG. 18 is a spot diagram on the paraxial image plane on the small conjugate side at a wavelength of 546.1 nm (e line), and each x point corresponds to one light ray. About 30 for calculation
0 rays were traced. Since the spherical aberration is sufficiently corrected, the spot diameter is about 0.05 mm despite the large aperture of NA = 0.917 (θ = 66.5 °).
Therefore, an object (arc length) of about 1 to 5 mm can be sufficiently resolved, and when a light ray is incident from the second surface S2 side, a parallel illumination light flux 2 with low aberration close to the limit determined by the arc length can be obtained. This Example 4 has a shorter focal length than Examples 1 to 3,
Illumination beam diameter D1 is as small as 50 mm

【0113】[0113]

【表10】 [Table 10]

【0114】(例5)実施例4の例5における数値デー
タを表11に示す。本例5は例4と同等の仕様である。
(Example 5) Table 11 shows numerical data in Example 5 of Example 4. This example 5 has the same specifications as the example 4.

【0115】[0115]

【表11】 [Table 11]

【0116】(例6)図19は実施例4の例6におけるコ
ンデンサレンズの断面図を示す。また本例6の数値デー
タを表12に示す。図20は波長546.1 nm(e線)における
小さな共役側の近軸像面におけるスポットダイアグラム
で、各×点が1本の光線に対応している。計算には約30
0 本の光線を追跡した。十分球面収差が補正されている
ので、NA=0.908 (θ=65.2°)と大口径であるにも
かかわらず、0.4 mm程度のスポット径が得られている。
従って、1〜5mm程度の物体(アーク長)を十分解像で
きるので、第2面S2 側から光線が入射した場合にはア
ーク長から決まる限界に近い低収差の平行な照明光束2
が得られる。
Example 6 FIG. 19 is a sectional view of a condenser lens in Example 6 of Example 4. Table 12 shows the numerical data of this Example 6. Figure 20 is a spot diagram on the paraxial image plane on the small conjugate side at a wavelength of 546.1 nm (e-line), where each x point corresponds to one ray. About 30 for calculation
0 rays were traced. Since the spherical aberration is sufficiently corrected, the spot diameter is about 0.4 mm despite the large aperture of NA = 0.908 (θ = 65.2 °).
Therefore, an object (arc length) of about 1 to 5 mm can be sufficiently resolved, and when a light ray is incident from the second surface S2 side, a parallel illumination light flux 2 with low aberration close to the limit determined by the arc length.
Is obtained.

【0117】[0117]

【表12】 [Table 12]

【0118】(例7)図21は実施例4の例7におけるコ
ンデンサレンズの断面図を示す。また本例7の数値デー
タを表13に示す。本例7では例1〜6に比べてSG2 が
正の大きな値となっており、図21より第2面S2 の周辺
部が像面側にとび出していることがわかる。
Example 7 FIG. 21 is a sectional view of a condenser lens in Example 7 of Example 4. Table 13 shows the numerical data of Example 7. In Example 7, SG2 has a larger positive value than in Examples 1 to 6, and it can be seen from FIG. 21 that the peripheral portion of the second surface S2 protrudes toward the image plane side.

【0119】[0119]

【表13】 [Table 13]

【0120】(例8)実施例4の例8における数値デー
タを表14に示す。本例8は例7とほぼ同等の仕様であ
る。
(Example 8) Table 14 shows numerical data in Example 8 of Example 4. Example 8 has almost the same specifications as Example 7.

【0121】[0121]

【表14】 [Table 14]

【0122】(例9)実施例4の例9における数値デー
タを表15に示す。本例9では類似仕様の例4〜8に比べ
て最も大きな作動距離WDを確保出来ている。
(Example 9) Table 15 shows numerical data in Example 9 of Example 4. In this Example 9, the largest working distance WD can be secured as compared with Examples 4 to 8 of similar specifications.

【0123】[0123]

【表15】 [Table 15]

【0124】図22〜図30は実施例4のそれぞれ例1〜例
9に対応する小さな共役側の近軸像面における収差図で
ある。球面収差図は(WL1=610 nm,WL2=546.1
nm,WL3=470 nm)の3波長について示し、非点収差
は546.1 nm(e線)について示している。また、非点収
差はアーク長5mmのランプを想定して最大像高2.5mm
として計算した。各収差図における球面収差,非点収差
は十分実用可能な良好な値である。なお、図17, 図19,
図21では例1を示す図15に記載したフランジ部133 を省
略したが、図15と同じくレンズ外周にフランジ部133 を
設ければ、レンズのマウントに利用できることは言うま
でもない。
22 to 30 are aberration diagrams on the paraxial image plane on the small conjugate side corresponding to Examples 1 to 9 of Example 4, respectively. The spherical aberration diagram is (WL1 = 610 nm, WL2 = 546.1
nm, WL3 = 470 nm), and astigmatism is 546.1 nm (e line). Also, astigmatism is 2.5mm maximum image height assuming a lamp with an arc length of 5mm.
Was calculated as The spherical aberration and astigmatism in each aberration chart are good values that are sufficiently practical. Note that Fig. 17, Fig. 19,
In FIG. 21, the flange portion 133 shown in FIG. 15 showing Example 1 is omitted, but it goes without saying that if the flange portion 133 is provided on the outer circumference of the lens as in FIG. 15, it can be used for mounting a lens.

【0125】実施例5.(光源装置) 実施例4の大口径コンデンサレンズを用いて、小型で高
効率な照明用光源装置を構成することができる。図31は
このような実施例5の光源装置の構成図である。図31に
おいて、図10(実施例2)と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略する。なお、実施例5においても、
実施例2と同様に、コンデンサレンズ131 及び反射鏡13
0 はフランジ部133, 137を適当な支持板に押しあてる等
の方法で固定されているが、この詳細な構造については
説明を省略する。
Example 5. (Light Source Device) By using the large-diameter condenser lens of the fourth embodiment, a compact and highly efficient light source device for illumination can be configured. FIG. 31 is a configuration diagram of such a light source device of the fifth embodiment. 31, the same parts as those in FIG. 10 (Embodiment 2) are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In addition, also in Example 5,
Similar to the second embodiment, the condenser lens 131 and the reflecting mirror 13
Although 0 is fixed by pressing the flange portions 133 and 137 to an appropriate supporting plate, the detailed structure will be omitted.

【0126】また、本実施例5の動作は前述した実施例
2の動作と同様であるので、その説明は省略する。
The operation of the fifth embodiment is similar to the operation of the second embodiment described above, and the description thereof will be omitted.

【0127】実施例5においても実施例2と同様に、凹
面144 の曲率半径は実施例4のコンデンサレンズと組み
合わせる場合、コンデンサレンズ131 の第1面の有効径
D1の1/2以上にすることが適当である。また、実施
例2と同様に、コンデンサレンズ131 の面S1 ,S2 に
は必要に応じて無反射コーティング,紫外・赤外光反射
コーティング,赤外光反射コーティグを施しておくとよ
い。図50の液晶投写型表示装置の光源装置1として実施
例5の光源装置を用いた場合のコーティングの例は、実
施例2と同じである。
Also in the fifth embodiment, as in the second embodiment, when the concave surface 144 is combined with the condenser lens of the fourth embodiment, the radius of curvature should be 1/2 or more of the effective diameter D1 of the first surface of the condenser lens 131. Is appropriate. Further, similarly to the second embodiment, the surfaces S1 and S2 of the condenser lens 131 may be coated with a non-reflection coating, an ultraviolet / infrared light reflection coating, or an infrared light reflection coating, if necessary. An example of coating when the light source device of the fifth embodiment is used as the light source device 1 of the liquid crystal projection display device of FIG. 50 is the same as that of the second embodiment.

【0128】実施例6.(投写型表示装置) 実施例5の光源装置(図31)を、従来の液晶投写型表示
装置を示す図50の光源装置1に置き換えれば、実施例3
と同様に、高輝度な液晶投写型表示装置が実現できる。
なお、高輝度な液晶投写型表示装置を実現できる理由,
原理及びその光源装置の適用例等は、実施例3と全く同
様であるので、その説明は省略する。
Example 6. (Projection Display Device) If the light source device (FIG. 31) of the fifth embodiment is replaced with the light source device 1 of FIG. 50 showing a conventional liquid crystal projection display device, the third embodiment
Similarly, a high-brightness liquid crystal projection display device can be realized.
The reason why a high-brightness liquid crystal projection display device can be realized,
The principle and application example of the light source device are the same as those in the third embodiment, and thus the description thereof is omitted.

【0129】実施例7.(投写型表示装置) 図32は実施例7における投写型表示装置の構成を示す図
である。図において、図50と同一番号を付した部分は同
一部材を示す。ランプ120,反射鏡130,コンデンサレンズ
131 から構成される光源装置1は、コンデンサレンズ13
1 を単レンズで構成した場合、前述したように色収差の
ため照明光束2の平行度が光の波長によって異なる。コ
ンデンサレンズ131 を可視光の中心波長領域である緑色
光において平行度が最適となるように設計した場合、短
波長側の青色光は集束光となり、長波長側の赤色光は発
散光となって、3枚の液晶ライトバルブの照明状態が異
なる。本実施例7では平行度を補正するため、ダイクロ
イックミラー14B, 14Rによる赤・緑・青色光に色分離
後、発散光の赤色の光路には凸レンズ16を、集束光のB
光には凹レンズ17を挿入してそれぞれの光の平行度を補
正している。色収差を低減するためにはコンデンサレン
ズ131 の材料に屈折率分散が小さい(アッベ数が大き
い)材料を用いればよいが、一般に屈折率分散が小さい
材料は屈折率が小さいため、集光角θが大きい集光効率
の高いレンズの設計が困難となる。逆に高屈折率の材料
を用いれば、集光角θが大きいレンズの設計が容易とな
るが、屈折率分散が大きく(アッベ数が小さく)なり、
色収差も大きく、パワーが強い補正レンズ16, 17を必要
とする。
Example 7. (Projection Display Device) FIG. 32 is a diagram showing the configuration of the projection display device in the seventh embodiment. In the figure, the parts with the same numbers as in FIG. 50 indicate the same members. Lamp 120, reflector 130, condenser lens
The light source device 1 including 131 includes a condenser lens 13
When 1 is composed of a single lens, the parallelism of the illumination light flux 2 varies depending on the wavelength of light due to chromatic aberration as described above. When the condenser lens 131 is designed so that the parallelism is optimal for green light, which is the central wavelength region of visible light, blue light on the short wavelength side becomes focused light and red light on the long wavelength side becomes divergent light. The lighting conditions of the three liquid crystal light valves are different. In the seventh embodiment, in order to correct the parallelism, the dichroic mirrors 14B and 14R perform color separation into red, green, and blue light, and then a convex lens 16 is provided in the red optical path of the divergent light and a focused light B
A concave lens 17 is inserted in the light to correct the parallelism of each light. In order to reduce the chromatic aberration, a material having a small refractive index dispersion (large Abbe number) may be used as the material of the condenser lens 131. Generally, a material having a small refractive index dispersion has a small refractive index, so that the converging angle θ is small. It becomes difficult to design a lens having a large light collection efficiency. Conversely, if a material with a high refractive index is used, it is easy to design a lens with a large collection angle θ, but the refractive index dispersion is large (the Abbe number is small),
Correction lenses 16 and 17 with large chromatic aberration and strong power are required.

【0130】前述の実施例1の例1で説明したコンデン
サレンズをこの投写型表示装置の光源装置に適用する場
合、青色光と赤色光とでは焦点距離が約1mm異なる。青
色光はコンデンサレンズ透過側約1400mmの所で集光する
集束光であり、赤色光はレンズ入射側約1400mmの所に集
光点を有する発散光となる。コンデンサレンズ131 透過
後100 mmの位置に補正レンズを設けるならば、青色光路
には焦点距離約1300mmの凹レンズ17を、赤色光路には焦
点距離約1500mmの凸レンズ16を用いれば良い。
When the condenser lens described in Example 1 of Example 1 is applied to the light source device of this projection display device, the focal lengths of blue light and red light differ by about 1 mm. The blue light is a focused light that is condensed at about 1400 mm on the condenser lens transmission side, and the red light is a divergent light that has a condensing point at about 1400 mm on the lens entrance side. If a correction lens is provided at a position 100 mm after passing through the condenser lens 131, a concave lens 17 having a focal length of about 1300 mm may be used in the blue optical path, and a convex lens 16 having a focal length of about 1500 mm may be used in the red optical path.

【0131】補正レンズは単色光に適用するため、材料
の屈折率やアッベ数は特に問題ではなく、ガラス材料な
らばBK7、プラスチック材料ならばポリメチルメタク
リレート(PMMA), ポリカーボネート(PC)を用
いれば低コストである。また、レンズは球面レンズに限
らず、フレネルレンズを用いれば光学系がコンパクトと
なる。
Since the correction lens is applied to monochromatic light, the refractive index and the Abbe number of the material are not particularly problematic. If the glass material is BK7, the plastic material is polymethylmethacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC). Low cost. Further, the lens is not limited to a spherical lens, and if a Fresnel lens is used, the optical system becomes compact.

【0132】実施例8.(投写型表示装置) 上記実施例7の投写型表示装置は、色分離手段を2枚の
ダイクロイックミラー14R, 14Bを交差して構成している
ため、投写画像に交差部の影による輝度ムラが発生する
問題がある。実施例8では、線発光のランプ120 を用
い、さらに線発光の方向と交差部の辺方向とを所定の方
向とすることにより交差部の影の発生を低減できる。構
成について図33を用いて説明する。120 は線発光のラン
プであり、メタルハライドランプ等の放電ランプからな
る。131 はランプ120 の出射光を平行光にするコンデン
サレンズ、14R, 14Bはダイクロイックミラー、3は画像
表示デバイスを示す。なお、図は簡略化のためダイクロ
イックミラー14B, 14Rを透過する光路のみの画像表示デ
バイス3を示し、その他の光路の画像表示デバイス、色
合成手段、投写レンズ等は省略している。x方向に設定
した電極121 により線発光の方向もx方向となる。ダイ
クロイックミラー14R, 14B交差部を電極と直交するy方
向に設定することにより、交差部の影を低減できる。そ
の原理を図34により説明する。
Example 8. (Projection Display Device) In the projection display device of Example 7, the color separation means is configured by intersecting the two dichroic mirrors 14R and 14B, so that there is uneven brightness in the projected image due to the shadow of the intersection. There is a problem that occurs. In the eighth embodiment, the generation of shadows at the intersection can be reduced by using the linear emission lamp 120 and by setting the direction of the linear emission and the side direction of the intersection at a predetermined direction. The configuration will be described with reference to FIG. Reference numeral 120 denotes a linear light emitting lamp, which is a discharge lamp such as a metal halide lamp. Reference numeral 131 is a condenser lens for collimating the light emitted from the lamp 120, 14R and 14B are dichroic mirrors, and 3 is an image display device. Note that the figure shows the image display device 3 having only the optical path that transmits the dichroic mirrors 14B and 14R for simplification, and the image display device of other optical paths, the color synthesizing means, the projection lens and the like are omitted. Due to the electrode 121 set in the x direction, the line emission direction is also the x direction. By setting the intersections of the dichroic mirrors 14R and 14B in the y direction orthogonal to the electrodes, the shadow of the intersections can be reduced. The principle will be described with reference to FIG.

【0133】図34(a)は図33においてx方向に電極12
1 を設定し、ダイクロイックミラー14R, 14Bの交差部14
C は電極121 の方向とは直交するy方向に設定した場合
のx−z断面図を示す。アークの中心A1を出射した光は
コンデンサレンズ131 によりz方向と平行な光束A2とな
り、接合部により影A3が生ずる。電極付近部B1を出射し
た光束はB2の如くz軸とある角度を成した平行光B2とな
り、接合部によりB3のような影が生ずる。同じく、電極
付近C1を出射した光束によりC3のような影が生ずる。し
かし、それぞれの影はそれぞれの照明光が重畳されるた
め、画像表示デバイス3上は視認性が低いぼやけた影と
なる。
FIG. 34 (a) shows the electrode 12 in the x direction in FIG.
Set 1 to the intersection 14 of the dichroic mirrors 14R, 14B
C shows an xz sectional view in the case of being set in the y direction orthogonal to the direction of the electrode 121. The light emitted from the center A1 of the arc becomes a light flux A2 parallel to the z direction by the condenser lens 131, and a shadow A3 is generated by the joint portion. The light flux emitted from the electrode vicinity portion B1 becomes parallel light B2 which makes an angle with the z axis like B2, and a shadow like B3 is generated by the joint portion. Similarly, a light flux emitted from the vicinity C1 of the electrode produces a shadow like C3. However, since the respective illumination lights are superimposed on the respective shadows, the image display device 3 becomes a blurred shadow with low visibility.

【0134】図34(b)は図33においてy方向に電極12
1 の方向を設定し、ダイクロイックミラー14R, 14Bの交
差部14C は電極121 の方向と同方向になる場合のx−z
断面図である。本断面図内でランプ120 はほぼ点発光の
発光部となり、コンデンサレンズ131 透過後の光束はz
軸とほぼ平行な成分のみとなるため、画像表示デバイス
3上に交差部の影が鮮明に投影される。画像表示デバイ
ス3上の照明ムラは投写画像の輝度ムラとなって現れ
る。
FIG. 34B shows the electrode 12 in the y direction in FIG.
Xz when the direction of 1 is set and the intersection 14C of the dichroic mirrors 14R and 14B is in the same direction as the direction of the electrode 121.
FIG. In this cross-sectional view, the lamp 120 serves as a point-emission light emitting portion, and the light flux after passing through the condenser lens 131 is z.
Since only the component substantially parallel to the axis is included, the shadow of the intersection is clearly projected on the image display device 3. The uneven illumination on the image display device 3 appears as uneven brightness of the projected image.

【0135】実施例9. (光源装置) 図35は実施例9の光源装置の構成を示す図である。コン
デンサレンズ131 はランプ120 の輻射熱により高温とな
る。コンデンサレンズ131 は一般にガラス材料が使用さ
れる。ガラスは熱伝導率が低いためコンデンサレンズ13
1 全体が一様な温度とならず、入射面側が最も高温とな
り出射面側に向かって低温となる。熱膨張による体積変
化が入射面側と出射面側で異なるためレンズが歪み、歪
みの限界を越えると割れて破損する。しかし、本発明者
の実験によると、一度割れたコンデンサレンズ131 は破
断面で歪みが吸収されるため、さらに割れが進行するこ
とはなかった。そこで本実施例9はコンデンサレンズ13
1 を予め2つ以上に分割して構成することにより、熱膨
張で生ずる歪みを分割部で吸収している。
Ninth Embodiment (Light Source Device) FIG. 35 is a diagram showing the structure of a light source device according to the ninth embodiment. The condenser lens 131 has a high temperature due to the radiant heat of the lamp 120. A glass material is generally used for the condenser lens 131. Condenser lens 13 because glass has low thermal conductivity
1 The entire surface does not have a uniform temperature, and the incident surface side has the highest temperature and the emission surface side has a lower temperature. Since the volume change due to thermal expansion differs between the incident surface side and the output surface side, the lens is distorted, and when the distortion limit is exceeded, the lens breaks and breaks. However, according to an experiment conducted by the present inventor, the condenser lens 131, which has been cracked once, absorbs the strain at the fracture surface, so that further cracking does not proceed. Therefore, the ninth embodiment is the condenser lens 13
By dividing 1 into two or more in advance, the splitting portion absorbs the strain caused by thermal expansion.

【0136】分割面は光軸(図35の1点鎖線)と平行に
することが望ましい。分割面に入射した光は乱反射する
ため、分割面が光軸に平行でない場合、その影が照明ム
ラとなりやすく、投写画像上で輝度ムラとなる。
It is desirable that the division plane be parallel to the optical axis (one-dot chain line in FIG. 35). Since the light incident on the split surface is diffusely reflected, if the split surface is not parallel to the optical axis, the shadow thereof is likely to cause uneven illumination and uneven brightness on the projected image.

【0137】また、分割は熱膨張差が最も大きくなるレ
ンズの厚い部分、つまりレンズ中心を通る面で分割する
のが最も効果的である。4分割にした例を図35に示した
がこれ以外の分割線つまり中心を通って2分割, 3分割
等の任意の分割線にしてもかまわない。
It is most effective to divide the lens at the thick portion of the lens where the difference in thermal expansion is the largest, that is, at the surface passing through the center of the lens. FIG. 35 shows an example of dividing into four, but any dividing line other than this, that is, dividing into two or three through the center may be used.

【0138】実施例10. (光源装置) 図36は実施例10の光源装置の構成を示す図である。図36
において、図10と同番号を付した部分は同一部分を示し
ており、131 は実施例1または4に示したコンデンサレ
ンズである。145 はランプ120 から出射される光束のう
ち不要光のスペクトルをカットするためのフィルタであ
る。
Embodiment 10. (Light Source Device) FIG. 36 is a diagram showing the structure of the light source device of Embodiment 10. Figure 36
In FIG. 10, the parts with the same numbers as in FIG. 10 indicate the same parts, and 131 is the condenser lens shown in the first or fourth embodiment. Reference numeral 145 is a filter for cutting the spectrum of unnecessary light in the luminous flux emitted from the lamp 120.

【0139】なお、本実施例10の動作は前述した実施例
2の動作と同様であるので、その説明は省略する。
The operation of the tenth embodiment is similar to the operation of the above-described second embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0140】実施例10においても実施例2と同様に、コ
ンデンサレンズ131 の面S1 ,S2には必要に応じて無
反射コーティング,紫外・赤外光反射コーティング,赤
外光反射コーティグを施しておけばよく、図36では紫外
・赤外光反射コーティングまたは赤外光反射コーティグ
からなるフィルタ145 がコンデンサレンズ131 の第2面
S2 に施されている。コンデンサレンズ131 の光入射側
の面で赤外線(熱線)を除去することは、熱的な影響に
よる、コンデンサレンズの割れ防止に有効である。な
お、実施例9で述べたように、コンデンサレンズ131 を
複数個に分割すると、より割れ防止に効果的である。
In the tenth embodiment, as in the second embodiment, the surfaces S1 and S2 of the condenser lens 131 may be provided with a non-reflection coating, an ultraviolet / infrared light reflection coating, and an infrared light reflection coating, if necessary. In FIG. 36, a filter 145 made of an ultraviolet / infrared light reflecting coating or an infrared light reflecting coating is applied to the second surface S2 of the condenser lens 131 in FIG. Removing infrared rays (heat rays) from the surface of the condenser lens 131 on the light incident side is effective in preventing cracking of the condenser lens due to thermal influence. As described in the ninth embodiment, dividing the condenser lens 131 into a plurality of pieces is more effective in preventing cracking.

【0141】実施例11.(偏光素子) (例1)図37は実施例11の例1の偏光素子の構成図であ
る。偏光素子62は、断面がひし形をした柱状素子162 を
一定間隔で一体に連結した形状をしており、入射側折り
返し面63の山(または谷)部と、出射側折り返し面64の
山(または谷)部とが表裏で同一の位置にある。なお、
図37(b)中の一点鎖線Lは、偏光素子62の中心線を示
し、Nは中心線Lに対する法線を示す。偏光素子62の入
射面63及び出射面64における斜辺の傾きθi は、P偏光
を低損失で透過させ、S偏光の一部を反射させる角度を
成している。なお、θi は偏光素子62の法線Nに対する
入射・出射平面の法線方向の角度である。出射面は入射
面と同一の形状であり、偏光方向が不定な自然光25を法
線Nに平行に偏光素子62に入射すると、P偏光(図37
(b)において紙面内左右方向の偏光)はほとんど透過
するが、S偏光(紙面に垂直な偏光)は入射面63と出射
面64で一部反射される。したがって、出射光26はP方向
の偏光成分が強い、偏った偏光(部分偏光)となる。
Example 11. (Polarizing Element) (Example 1) FIG. 37 is a configuration diagram of a polarizing element of Example 1 of Example 11. The polarizing element 62 has a shape in which columnar elements 162 each having a rhombic cross section are integrally connected at regular intervals, and the peaks (or valleys) of the incident side turn-back surface 63 and the peaks of the output side turn-back surface 64 (or The (valley) part is at the same position on the front and back. In addition,
The dashed-dotted line L in FIG. 37 (b) indicates the center line of the polarizing element 62, and N indicates the normal to the center line L. The inclination θi of the hypotenuse on the entrance surface 63 and the exit surface 64 of the polarizing element 62 forms an angle at which the P-polarized light is transmitted with low loss and a part of the S-polarized light is reflected. It should be noted that θ i is the angle in the direction normal to the plane of incidence / emission with respect to the normal N of the polarizing element 62. The exit surface has the same shape as the entrance surface, and when natural light 25 whose polarization direction is indefinite enters the polarizing element 62 in parallel with the normal line N, P-polarized light (FIG. 37) is generated.
In (b), most of the polarized light in the left-right direction on the paper surface is transmitted, but the S-polarized light (polarized light perpendicular to the paper surface) is partially reflected by the incident surface 63 and the exit surface 64. Therefore, the emitted light 26 becomes polarized light (partial polarized light) having a strong polarization component in the P direction.

【0142】P偏光を100 %透過するような入射角は、
前に述べたように、ブリュースタ角と呼ばれる。空気層
と屈折率nの基板層との界面におけるブリュースタ角θ
B は以下の(15)式で求められる。 θi =θB =tan-1n ……(15)
The incident angle for transmitting 100% of P-polarized light is
As mentioned before, it is called Brewster's angle. Brewster angle θ at the interface between the air layer and the substrate layer having a refractive index n
B is calculated by the following equation (15). θi = θB = tan -1 n (15)

【0143】図38は、n=1.57の透明基板への入射角に
対するP偏光とS偏光との透過率T・反射率Rを示す。
入射角θi がブリュースタ角θB =57.51 ゜のとき、P
偏光は100 %透過するが、S偏光は約18%の光が界面で
反射される。
FIG. 38 shows the transmittance T and reflectance R of P-polarized light and S-polarized light with respect to the incident angle on the transparent substrate with n = 1.57.
When the incident angle θi is Brewster's angle θB = 57.51 °, P
About 100% of polarized light is transmitted, but about 18% of S-polarized light is reflected at the interface.

【0144】図39は、偏光素子62の単位素子であるひし
形の柱状素子162 を透過する光束を示す図である。ブリ
ュースタ角を実現するためには、ひし形の頂角θP を
(16)式のように設定する。 θP =π−2θB ……(16) ひし形の単位素子162 に入射する光束25a は、入射面63
と出射面64とにおいて屈折した後、出射光束26a とな
る。光束25a より外側に入射する光束25b は、26bのよ
うに単位素子162 を透過するので不要光26b となる。図
中の斜線部は偏光素子として無効な領域である。ひし形
の単位素子162 を斜線部が互いに重なりあって一体とな
るように連結して形成すれば、斜線部による光損失を除
去できる。
FIG. 39 is a diagram showing a light beam transmitted through a rhombus-shaped columnar element 162 which is a unit element of the polarizing element 62. To achieve Brewster's angle, the apex angle θP of the rhombus is set as in equation (16). θP = π-2θB (16) The luminous flux 25a incident on the diamond-shaped unit element 162 is the incident surface 63
After being refracted at the exit surface 64, it becomes an exit light beam 26a. The light beam 25b incident on the outer side of the light beam 25a passes through the unit element 162 like 26b and thus becomes unnecessary light 26b. The shaded area in the figure is an area ineffective as a polarizing element. If the rhombic unit elements 162 are connected and formed so that the shaded portions overlap each other, the optical loss due to the shaded portions can be eliminated.

【0145】次に、図37(b)に示した偏光素子62の断
面形状の最適設計について述べる。図40(a)に示すよ
うに、中心線Lからの最大厚みをa、最小厚みをb、入
射面の折り返し周期をc、材料の屈折率n、(15)式で
求まるブリュースタ角をθBとすると、以下の(17)式
の関係にあればP偏光は無損失で素子を透過する。 a:b:c=1:1+2COS(2θB) :−(4/n)COS(2θB) ……(17) 上記(17)式を満たさない場合の一例として厚みbが
(17)式の関係より小さいときには、図40(b)中の斜
線部に示すように光を透過しない領域が発生し、縞状の
影ができる。また25b のような光束は損失光となる。
Next, the optimum design of the cross-sectional shape of the polarizing element 62 shown in FIG. 37 (b) will be described. As shown in FIG. 40 (a), the maximum thickness from the center line L is a, the minimum thickness is b, the turn-around period of the incident surface is c, the refractive index of the material is n, and the Brewster angle obtained by the equation (15) is θB. Then, if there is a relation of the following expression (17), P-polarized light will pass through the element without loss. a: b: c = 1: 1 + 2 COS (2θB) :-( 4 / n) COS (2θB) (17) As an example when the above equation (17) is not satisfied, the thickness b is calculated from the equation (17). When it is small, a region that does not transmit light is generated as shown by the hatched portion in FIG. 40 (b), and a striped shadow is formed. Also, a light flux such as 25b becomes lost light.

【0146】上記例1は図37(b)に示す入射角θi が
ブリュースタ角θB を成すように設定したが、入射角θ
i がブリュースタ角より少し大きいほうがS偏光を除去
できる割合が大きくなる。図41はn=1.57の基板への入
射角に対するP偏光とS偏光との透過比(消光比)の関
係を示す図で、例えば、入射角を70゜にした場合、図38
よりP偏光の透過率は4%低下するが、消光比は15%向
上する。この場合、θP をブリュースタ角に対する値6
4.98 °から40°に変更することになる。当然θP は0
°よりも大きいので、0<θP ≦π−2θB の範囲でθ
P を設定すればよい。
In Example 1 above, the incident angle θi shown in FIG. 37 (b) was set so as to form the Brewster angle θB.
The larger i is a little larger than the Brewster angle, the larger the ratio of removing S-polarized light. FIG. 41 is a diagram showing the relationship of the transmission ratio (extinction ratio) of P-polarized light and S-polarized light with respect to the incident angle to the substrate of n = 1.57. For example, when the incident angle is 70 °, FIG.
As a result, the transmittance of P-polarized light is reduced by 4%, but the extinction ratio is improved by 15%. In this case, θP is the value 6 for Brewster's angle.
It will be changed from 4.98 ° to 40 °. Naturally, θP is 0
Since it is larger than °, θ in the range of 0 <θP ≤ π-2θB
Just set P.

【0147】偏光素子62の材料は、所望の光波長に対し
透明な材料であればよい。可視光領域においては、ガラ
ス材料やプラスチック材料がある。耐熱性の面ではガラ
ス材料を成形あるいは研磨加工して作成することが有利
である。複雑な形状を容易に成形できる点ではプラスチ
ック材料が有利である。可視光領域において透明で吸収
損失が少なく光学特性に優れたプラスチック材料とし
て、ポリメチルメタクリレート(PMMA)や、ポリス
チレン(PS)や、ポリカーボネート(PC)等があ
る。高輝度の光源を照射し耐熱性が問題となる場合は、
例えば、熱可塑性樹脂ARTON(日本合成ゴム社製,
(商標名),加重たわみ温度164 ℃)や、高耐熱性ポリ
カーボネートApec HT(バイエル社製,(商標
名),加重たわみ温度141 〜215 ℃)のような材料があ
る。
The material of the polarizing element 62 may be any material that is transparent to the desired light wavelength. In the visible light region, there are glass materials and plastic materials. In terms of heat resistance, it is advantageous to mold or polish a glass material to prepare it. Plastic materials are advantageous in that complex shapes can be easily molded. Polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polycarbonate (PC) and the like are plastic materials which are transparent in the visible light region and have a small absorption loss and excellent optical characteristics. If heat resistance is a problem when irradiating with a high brightness light source,
For example, the thermoplastic resin ARTON (manufactured by Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.,
(Trade name), weighted deflection temperature 164 ° C.) and high heat resistant polycarbonate Apec HT (trade name, manufactured by Bayer, (trade name), weighted deflection temperature 141 to 215 ° C.).

【0148】プラスチック材料は紫外領域での吸収が大
きく、紫外線を多く含む高輝度光を照射すると発熱要因
となる。公知の紫外・赤外線カットフィルタを偏光素子
62の入射面63よりもランプ側に置いて、赤外光も含めて
遮光して偏光素子62に自然光25を照射することにより、
材料の温度上昇を低減でき、偏光素子62の熱的な変形や
変性を防止できる。
The plastic material has a large absorption in the ultraviolet region, and when it is irradiated with high-intensity light containing a large amount of ultraviolet rays, it causes heat generation. Known ultraviolet / infrared cut filter is a polarizing element
By placing it on the lamp side of the incident surface 63 of 62, blocking the infrared light including the infrared light, and irradiating the polarizing element 62 with the natural light 25,
The temperature rise of the material can be reduced, and thermal deformation or modification of the polarizing element 62 can be prevented.

【0149】また、公知のファンを用いて送風による空
冷等で偏光素子の強制冷却を行っても良く、前述の紫外
・赤外線カットフィルタを併用すれば、冷却効果はより
高くなる。
Further, the polarizing element may be forcibly cooled by air cooling or the like by using a known fan, and if the above-mentioned ultraviolet / infrared cut filter is used in combination, the cooling effect is further enhanced.

【0150】(例2)図42は実施例11の例2の偏光素子
を示す断面図である。本例2は、図37(b)に示した偏
光素子62を3枚積層したもので、不要な偏光成分(S偏
光)を除去できる割合が大きくなる。
Example 2 FIG. 42 is a sectional view showing a polarizing element of Example 2 of Example 11. In the second example, three polarizing elements 62 shown in FIG. 37 (b) are laminated, and a ratio of removing an unnecessary polarized component (S polarized light) becomes large.

【0151】図43は本例2の自然光を入射した場合のP
偏光とS偏光との強度比を消光比・偏光度で表した図で
ある。偏光素子62の1枚あたり入射面と出射面の2面で
S偏光が除去されるので、例1に示した素子(基板屈折
率n=1.57,入射角θi =57.51 °)を5枚積層すれ
ば、S偏光の強度がP偏光に対し15%以下となる。積層
枚数は用途に応じて図43の消光比を参考に適宜設定して
よい。
FIG. 43 shows P in the case where the natural light of Example 2 is incident.
It is the figure which represented the intensity ratio of polarization and S polarization by the extinction ratio and polarization degree. Since S-polarized light is removed from each of the incident surface and the output surface of one polarizing element 62, five elements (refractive index of substrate n = 1.57, incident angle θi = 57.51 °) shown in Example 1 should be laminated. For example, the intensity of S-polarized light is 15% or less of that of P-polarized light. The number of laminated layers may be appropriately set according to the application with reference to the extinction ratio in FIG.

【0152】例1における光学素子の厚さaを1mmとし
た場合、(17)式より厚さbは0.15mmとなり、この素子
を5枚積層しても層厚は6.6 mmである。一方、従来例を
示す図52において液晶ライトバルブの幅(あるいは照明
光束の幅)を40mmとすると、偏光素子6の奥行きDは3
0.8mm以上となり、例2の偏光素子により大幅な薄形化
が達成できることがわかる。しかも、本例2の偏光素子
は、液晶ライトバルブの幅(あるいは照明光束の幅)が
大きくなっても変わらない。一方、従来例の偏光素子
は、液晶ライトバルブの幅(あるいは照明光束の幅)に
比例して偏光素子の奥行きDが大きくなる。
When the thickness a of the optical element in Example 1 is set to 1 mm, the thickness b is 0.15 mm from the equation (17), and the layer thickness is 6.6 mm even if five elements are laminated. On the other hand, in FIG. 52 showing the conventional example, if the width of the liquid crystal light valve (or the width of the illumination light flux) is 40 mm, the depth D of the polarizing element 6 is 3
It is 0.8 mm or more, and it can be seen that the polarizing element of Example 2 can achieve a significant thinning. Moreover, the polarizing element of Example 2 does not change even if the width of the liquid crystal light valve (or the width of the illumination light flux) increases. On the other hand, in the conventional polarization element, the depth D of the polarization element increases in proportion to the width of the liquid crystal light valve (or the width of the illumination light beam).

【0153】(例3)図44は実施例11の例3を示す断面
図、図45は図44のb−b線における断面図である。例2
と同様に、偏光素子62を複数枚積層するが、光路の障害
とならない位置に、スペーサ65を挿入して偏光素子62間
に空気層66を確保している。2枚の偏光素子62間が近接
すると、分離したS偏光が偏光素子62間で多重反射をし
て再び透過光となるので、偏光度が低下する。さらに空
気層66の厚さが波長オーダになると干渉膜として働き、
透過光の色の変化及び色むらの原因となる。図44に示す
ように入射面63b で反射し分離されたS偏光26s が出射
面64a で再び反射させないためには、例2の偏光素子62
(厚さa=1mmの設計例)を用いればギャップdを0.32
mm以上となるようなスペーサ65を挿入すればよい。
Example 3 FIG. 44 is a sectional view showing Example 3 of Example 11, and FIG. 45 is a sectional view taken along line bb of FIG. Example 2
Similarly to the above, a plurality of polarizing elements 62 are laminated, but a spacer 65 is inserted at a position that does not obstruct the optical path to secure an air layer 66 between the polarizing elements 62. When the two polarizing elements 62 come close to each other, the separated S-polarized light undergoes multiple reflection between the polarizing elements 62 and becomes transmitted light again, so that the degree of polarization decreases. Furthermore, when the thickness of the air layer 66 reaches the wavelength order, it works as an interference film,
This causes a change in color of transmitted light and uneven color. As shown in FIG. 44, in order to prevent the S-polarized light 26s reflected on the incident surface 63b and separated from being reflected again on the output surface 64a, the polarizing element 62 of Example 2 is used.
If (design example of thickness a = 1 mm) is used, the gap d is 0.32
It suffices to insert the spacer 65 having a thickness of at least mm.

【0154】(例4)図46は実施例11の例4を示す断面
図、図47は図46のb−b線における断面図である。例3
において使用したスペーサ65に代えて、偏光素子62の一
部に突出部67を設けてスペーサを偏光素子62と一体成形
した場合の実施例である。プラスチック材料を使用すれ
ばスペーサの一体成形も比較的容易にできる。
(Example 4) FIG. 46 is a sectional view showing Example 4 of Example 11, and FIG. 47 is a sectional view taken along line bb of FIG. Example 3
This is an example in which the spacer 65 is integrally molded with the polarizing element 62 by providing a protrusion 67 on a part of the polarizing element 62 instead of the spacer 65 used in. If a plastic material is used, it is relatively easy to integrally form the spacer.

【0155】例3,4では、それぞれ空気層66を風路と
して公知のファン等を用いて送風すれば、効率よく偏光
素子の冷却が行える効果もある。
In Examples 3 and 4, if the air layer 66 is used as an air passage to blow air by using a known fan or the like, there is also an effect that the polarizing element can be efficiently cooled.

【0156】実施例12. (偏光素子) 図48は実施例12の偏光素子を示す断面図である。偏光素
子68は、入射側折り返し面69の山(または谷)部と出射
側折り返し面70の谷(または山)部とが、素子の表裏で
一致した関係となっている。このため全体の断面形状は
三角波状となり、層厚が一様であるため機械的強度が強
い構造となる。入射面がブリュースタ角θB をなすため
には、入射面69と出射面70との折り返し角θP は、下記
(18)式となる。 θP =π−2θB ……(18)
Example 12 (Polarizing Element) FIG. 48 is a sectional view showing a polarizing element of Example 12. In the polarizing element 68, the peaks (or troughs) of the incident side turn-back surface 69 and the troughs (or peaks) of the exit side turn-back surface 70 are aligned on the front and back sides of the element. Therefore, the entire cross-sectional shape becomes a triangular wave shape, and the layer thickness is uniform, so that the structure has a strong mechanical strength. In order for the incident surface to form the Brewster angle θB, the turning angle θP between the incident surface 69 and the exit surface 70 is given by the following equation (18). θP = π-2θB (18)

【0157】中心からの最大厚みをa、最小厚みをb、
折り返し周期をcとした場合、以下の(19)式の関係を
満たすとき、P偏光は無損失で偏光素子68を透過する。 a:b:c=1:{2+3COS (2θB)}/{2+COS(2θB)} :−{4COS(2θB)}/[n{2+COS(2θB)}] ……(19)
The maximum thickness from the center is a, the minimum thickness is b,
When the folding period is c, when the following expression (19) is satisfied, P-polarized light passes through the polarizing element 68 without loss. a: b: c = 1: {2 + 3COS (2θB)} / {2 + COS (2θB)}:-{4COS (2θB)} / [n {2 + COS (2θB)}] ...... (19)

【0158】その他、入射角をブリュースタ角以上に設
定すれば消光比が向上することや、偏光素子68の材料及
び積層して使用する例、スペーサ等については、実施例
11の例1,2,3,4と同様である。
In addition, if the incident angle is set to be larger than Brewster's angle, the extinction ratio will be improved, and the material of the polarizing element 68 and examples of stacking it, spacers, etc.
This is similar to Examples 1, 2, 3, 4, and 11.

【0159】実施例13. (投写型表示装置) 図49は実施例13における偏光素子を使用した投写型表示
装置の光学系の図である。前述した実施例11または実施
例12の偏光素子62,68、またはこれを複数枚積層した偏
光素子16を、従来の装置(図51)の偏光素子6に代替す
れば、光源120を液晶ライトバルブに近づけて設定でき
るので装置がコンパクトになり、また液晶ライトバルブ
の照度を高くできるので、高輝度な投写型表示装置を実
現できる。図49では従来例を示す図51と比較して偏光素
子6が変更された点が異なっているだけで、他の構成要
素、動作は同様なので説明を省略する。また、図49の偏
光素子16は3層構成の例を示しているが、層数を増やす
に従って消光比(偏光度)は良好になり液晶ライトバル
ブ3r,3g,3bの入射側偏光板17r,17g,17b の発熱を低減
できる。
Example 13 (Projection Display Device) FIG. 49 is a diagram showing an optical system of a projection display device using the polarizing element in Example 13. If the polarizing elements 62 and 68 of the eleventh or twelfth exemplary embodiment or the polarizing element 16 in which a plurality of these are laminated are replaced by the polarizing element 6 of the conventional device (FIG. 51), the light source 120 is a liquid crystal light valve. Since the setting can be made close to, the device can be made compact, and the illuminance of the liquid crystal light valve can be increased, so that a high-luminance projection display device can be realized. 49 is different from FIG. 51 showing a conventional example only in that the polarization element 6 is changed, and other components and operations are the same, and therefore description thereof will be omitted. Further, the polarizing element 16 of FIG. 49 shows an example of a three-layer structure, but as the number of layers is increased, the extinction ratio (polarization degree) becomes better, and the incident side polarization plate 17r, of the liquid crystal light valves 3r, 3g, 3b. The heat generation of 17g and 17b can be reduced.

【0160】[0160]

【発明の効果】以上に詳述したように、第1発明によれ
ば、以下のような優れた特性を有する大口径コンデンサ
レンズが得られる。 (A)単レンズ構成であるにも関わらず、NA≧0.9 と
大口径でかつ球面収差が小さな、高効率・低収差なコン
デンサレンズが実現できる。 (B)焦点距離に比べて大きな照射光束径が得られる。 (C)焦点距離に比べて第2面側に比較的長いバックフ
ォーカスを確保でき、第2面の有効径の外側を平面とす
れば作動距離(WD)も十分確保できる。また、第1面
の有効径の外側を平面とすることで、第2面側の上記平
面と併せてレンズ保持用のフランジが形成できるので、
レンズ実装が容易になる。 (D)第2面の周辺部を凹面にできるので、周辺部への
入射角を低減でき、透過率を向上できる。また、光源側
の面に多層膜からなるコーティングを施す場合、透過特
性の入射角依存性の影響を軽減できる。 (E)単レンズ構成なので、実装時にレンズ間の偏心を
考慮する必要がない。また、公知のガラスモールド法等
でフランジ部を一体的に成形すれば安価に量産可能であ
る。 (F)単レンズ構成なので、レンズ重量を小さくでき、
しかもレンズ材料による吸収損失も小さくできる。ま
た、組み合わせレンズに比べてレンズ全長も短くでき
る。
As described in detail above, according to the first invention, a large-diameter condenser lens having the following excellent characteristics can be obtained. (A) It is possible to realize a highly efficient and low-aberration condenser lens having a large aperture of NA ≧ 0.9 and a small spherical aberration despite having a single lens configuration. (B) An irradiation light beam diameter larger than the focal length can be obtained. (C) A relatively long back focus can be secured on the second surface side compared to the focal length, and a sufficient working distance (WD) can be secured if the outside of the effective diameter of the second surface is a flat surface. Further, by making the outside of the effective diameter of the first surface a flat surface, a flange for holding the lens can be formed together with the flat surface on the second surface side.
Lens mounting becomes easy. (D) Since the peripheral portion of the second surface can be concave, the incident angle to the peripheral portion can be reduced and the transmittance can be improved. Further, when the surface of the light source side is coated with a multilayer film, the influence of the incident angle dependence of the transmission characteristics can be reduced. (E) Since it has a single lens structure, it is not necessary to consider decentering between lenses during mounting. Further, if the flange portion is integrally formed by a known glass molding method or the like, it can be mass-produced at low cost. (F) Since it has a single lens structure, the lens weight can be reduced,
Moreover, the absorption loss due to the lens material can be reduced. Further, the total lens length can be shortened as compared with the combined lens.

【0161】また、第2発明によれば、上述の第1発明
の(A)〜(F)の効果に加えて、以下の効果を奏する
ことができる。 (G)硝材として耐熱性に優れ、かつ大きなアッベ数の
材料を使用するので、大電力の放電ランプを使用しても
割れるのを防止でき、しかも照明光の色ムラを小さくで
きる。
According to the second invention, the following effects can be obtained in addition to the effects (A) to (F) of the first invention described above. (G) Since a material having excellent heat resistance and a large Abbe number is used as the glass material, cracking can be prevented even when a high-power discharge lamp is used, and color unevenness of illumination light can be reduced.

【0162】また、第3発明によれば、第1,第2発明
のコンデンサレンズを用いた小型で高効率な照明用光源
装置を実現できる。しかも単レンズ構成のコンデンサレ
ンズなので光源装置が小型化でき、フランジ部を用いて
レンズ実装も容易に行える。また、光源装置を構成する
凹面鏡の曲率半径をコンデンサレンズの第1面有効径の
1/2以上とすることで、照明光の非点収差を小さくで
き、しかも放電ランプに対する配置余裕を十分確保でき
る。また、コンデンサレンズの第1面に単層の無反射コ
ーティングを施し、第2面に赤外・紫外反射コーティン
グか赤外反射コーティングを施したので、不要なスペク
トル成分を除去しながら高い透過率を確保できる。ま
た、直流駆動されるキセノン放電ランプを用いた場合、
点光源となる放電ランプの陰極先端部にコンデンサレン
ズの焦点と凹面鏡の曲率中心を配置したので、照明光を
コンデンサレンズの光軸に平行に出射できる。
According to the third invention, it is possible to realize a small and highly efficient light source device for illumination using the condenser lens of the first and second inventions. Moreover, since the condenser lens has a single lens structure, the light source device can be downsized, and the lens can be easily mounted by using the flange portion. Further, by setting the radius of curvature of the concave mirror constituting the light source device to be 1/2 or more of the effective diameter of the first surface of the condenser lens, the astigmatism of the illumination light can be reduced, and a sufficient margin for disposing the discharge lamp can be secured. . In addition, the first surface of the condenser lens is coated with a single layer of non-reflective coating, and the second surface is coated with infrared / ultraviolet reflective coating or infrared reflective coating, so that high transmittance can be achieved while removing unnecessary spectral components. Can be secured. Also, when using a DC driven xenon discharge lamp,
Since the focal point of the condenser lens and the center of curvature of the concave mirror are arranged at the cathode tip of the discharge lamp that serves as a point light source, the illumination light can be emitted parallel to the optical axis of the condenser lens.

【0163】また、第4発明によれば、第3発明による
光源装置を液晶投写型表示装置に適用したので、液晶パ
ネルを高照度かつ低収差な光で照明できる。この結果、
高輝度で消費電力が小さい液晶投写型表示装置を実現で
きる。また、放電ランプの電極方向を液晶パネルの表示
画面の短辺方向に合わせ、さらにバーナの排気部が表示
画面の長辺方向を向くように電極回りのランプ姿勢を設
定することで投写画面の輝度むらを低減できる。
Further, according to the fourth invention, since the light source device according to the third invention is applied to the liquid crystal projection display device, the liquid crystal panel can be illuminated with high illuminance and low aberration light. As a result,
A liquid crystal projection display device with high brightness and low power consumption can be realized. In addition, by aligning the electrode direction of the discharge lamp with the short side direction of the display screen of the liquid crystal panel and by setting the lamp posture around the electrodes so that the exhaust part of the burner faces the long side direction of the display screen, the brightness of the projected screen The unevenness can be reduced.

【0164】また、第5発明によれば、単レンズによる
ランプ出射光束の利用効率が高い光源装置と、色収差を
補正するレンズとにより、色均一性に優れた高輝度の投
写型表示装置を実現できる。
Further, according to the fifth aspect of the invention, a high-luminance projection display device excellent in color uniformity is realized by a light source device having a high utilization efficiency of a luminous flux emitted from a lamp by a single lens and a lens for correcting chromatic aberration. it can.

【0165】また、第6発明によれば、2枚のダイクロ
イックミラーを交差した色分離手段を用いているので、
光源から画像表示部までの光路長が短いため投写型表示
装置は高輝度となる。線発光の光源とダイクロイックミ
ラーの交差部を直交するように配置することにより、交
差部の影の発生が低減され、均一輝度の投写画像が得ら
れる。
Further, according to the sixth invention, since the color separation means in which two dichroic mirrors are crossed is used,
Since the optical path length from the light source to the image display section is short, the projection display device has high brightness. By arranging the intersection of the linear light source and the dichroic mirror so as to be orthogonal to each other, the generation of shadows at the intersection is reduced, and a projection image with uniform brightness can be obtained.

【0166】また、第7発明によれば、予めコンデンサ
レンズを分割して構成しているので、分割面で熱膨張に
よるレンズの歪が吸収されるため、割れを防止できる。
また、光軸と平行な面で分割しているので、分割部の影
が発生せず、均一輝度の投写画像が得られる。さらに、
熱膨張差が最も大きくなるレンズ中心を通る線に沿って
分割すれば、その効果が最も高くなる。
Further, according to the seventh aspect of the invention, since the condenser lens is divided beforehand, the distortion of the lens due to the thermal expansion is absorbed by the dividing surface, so that cracking can be prevented.
Further, since the image is divided on a plane parallel to the optical axis, a shadow of the divided portion does not occur, and a projected image with uniform brightness can be obtained. further,
The effect is maximized by dividing along the line passing through the center of the lens where the difference in thermal expansion is the largest.

【0167】また、第8発明によれば、コンデンサレン
ズの入射面側に赤外光または赤外光及び紫外光を反射す
るコーティングを施したので、熱の要因となる不要光ス
ペクトルを除去できるため、熱膨張によるコンデンサレ
ンズの破損を低減できる。しかも液晶パネルの不要スペ
クトルによる劣化を最小限に抑えられる。
Further, according to the eighth aspect of the invention, since the incident surface side of the condenser lens is coated with a reflection of infrared light or infrared light and ultraviolet light, it is possible to remove the unnecessary light spectrum which causes heat. It is possible to reduce damage to the condenser lens due to thermal expansion. In addition, deterioration due to unnecessary spectrum of the liquid crystal panel can be minimized.

【0168】また、第9発明によれば、表面及び裏面を
P偏光を低損失で透過する角度で複数回折り返した形状
であるので、自然光を部分偏光に変換する光学素子が薄
形となる。さらに、偏光素子の入射角及び出射角がブリ
ュースタ角となる様に頂角θP を設定することにより、
P偏光を無損失で素子界面を透過できる。さらに、素子
の厚み及び折り返し周期を(17)式により最適値に設計
することで、P偏光を無損失で偏光素子を透過できる。
また、偏光素子への入射角及び出射角をブリュースタ角
以上に設定するためθP を(16)式よりも小さくするこ
とにより、P偏光の透過率は若干低下はするが、消光比
を向上できる。
According to the ninth aspect of the invention, since the front surface and the back surface have a shape in which the P-polarized light is reflected back a plurality of times at an angle at which the P-polarized light is transmitted with low loss, the optical element for converting natural light into partially polarized light is thin. Furthermore, by setting the apex angle θP so that the incident angle and the outgoing angle of the polarizing element become Brewster's angle,
P-polarized light can be transmitted through the element interface without loss. Further, by designing the thickness of the element and the turn-back period to be optimum values by the equation (17), P-polarized light can be transmitted through the polarizing element without loss.
Further, by setting θP smaller than that of equation (16) in order to set the incident angle and the outgoing angle to the polarizing element to be larger than Brewster's angle, the extinction ratio can be improved although the transmittance of P-polarized light is slightly lowered. .

【0169】偏光素子の材料にプラスチック材料を用い
ることにより、複雑な形状もガラス材料等に比べ比較的
容易に、しかも安価に作成できる。プラスチック材料の
偏光素子で、高光強度の白色光を偏光する場合、紫外・
赤外線カットフィルタを併用することにより温度上昇に
ともなう、偏光素子の変形や変性を低減できる。さら
に、空冷等による強制冷却を行えば、偏光素子の変形や
変性を低減できる効果が高くなる。また、一枚あたりの
偏光素子が薄いので、複数枚積層しても偏光素子は薄形
であり、層数を増すにともない消光比が向上できる。さ
らに、スペーサを挿入して素子間に空気層を確保するこ
とにより、素子間でのS偏光の多重反射を除去でき消光
比が向上する。また、空気層を風路として送風冷却すれ
ば偏光素子の熱変形が緩和できる。また、偏光素子とス
ペーサとを一体成形すれば、偏光素子の組立工程を削減
できる。
By using a plastic material as the material of the polarizing element, a complicated shape can be produced relatively easily and at a low cost as compared with a glass material or the like. When polarizing white light with high light intensity using a polarizing element made of a plastic material,
By using the infrared cut filter together, it is possible to reduce the deformation and modification of the polarizing element due to the temperature rise. Further, if forced cooling is performed by air cooling or the like, the effect of reducing the deformation or modification of the polarizing element is enhanced. In addition, since one polarizing element is thin, the polarizing element is thin even if a plurality of polarizing elements are laminated, and the extinction ratio can be improved as the number of layers is increased. Further, by inserting a spacer to secure an air layer between the elements, multiple reflection of S-polarized light between the elements can be removed, and the extinction ratio is improved. In addition, if the air layer is used as an air passage to cool by blowing air, thermal deformation of the polarizing element can be relaxed. Also, if the polarizing element and the spacer are integrally molded, the assembly process of the polarizing element can be reduced.

【0170】また、第10発明によれば、偏光素子の断面
を三角波形状とすることにより、偏光素子の厚みが一様
となり、機械的強度が強い構造となる。さらに、第9発
明と同様に偏光素子の入射角及び出射角をブリュースタ
角に設定することにより、P偏光を無損失で素子界面を
透過できる。さらに、素子の厚み及び折り返し周期を最
適値に設計することにより、P偏光を無損失で偏光素子
を透過できる。
According to the tenth aspect of the invention, by making the cross section of the polarizing element into a triangular wave shape, the polarizing element has a uniform thickness and a strong mechanical strength. Further, by setting the incident angle and the outgoing angle of the polarizing element to Brewster's angle as in the ninth aspect, P-polarized light can be transmitted through the element interface without loss. Further, by designing the thickness of the element and the folding period to be optimum values, P-polarized light can be transmitted through the polarizing element without loss.

【0171】また、第11発明によれば、第9, 10発明の
偏光素子の応用例として、液晶ライトバルブを用いた投
写型表示装置に適用することにより、液晶ライトバルブ
入射側の偏光板の発熱が低減され、偏光板の変性や変形
に伴う画質劣化が防止できる。また、偏光素子が薄形で
あるため光源を液晶ライトバルブに接近して設置できる
ので、高輝度の投写画像が得られる。
According to the eleventh invention, as an application example of the polarizing element of the ninth and tenth inventions, by applying it to a projection type display device using a liquid crystal light valve, a polarizing plate on the incident side of the liquid crystal light valve can be obtained. The heat generation is reduced, and the deterioration of the image quality due to the modification and deformation of the polarizing plate can be prevented. Further, since the polarizing element is thin, the light source can be installed close to the liquid crystal light valve, so that a projected image with high brightness can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のコンデンサレンズの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a condenser lens of the present invention.

【図2】本発明のコンデンサレンズの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a condenser lens of the present invention.

【図3】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
たスポットダイアグラムである。
FIG. 3 is a spot diagram viewed from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図4】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。
FIG. 4 is an aberration diagram seen from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図5】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。
FIG. 5 is an aberration diagram of the condenser lens of the present invention viewed from the small conjugate side.

【図6】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。
FIG. 6 is an aberration diagram seen from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図7】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。
FIG. 7 is an aberration diagram seen from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図8】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。
FIG. 8 is an aberration diagram of the condenser lens of the present invention as viewed on the small conjugate side.

【図9】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。
FIG. 9 is an aberration diagram seen from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図10】本発明の光源装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a light source device of the present invention.

【図11】本発明の光源装置の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a light source device of the present invention.

【図12】直流駆動型のキセノン放電ランプの輝度分布
の1例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a luminance distribution of a DC drive type xenon discharge lamp.

【図13】放電ランプの配光特性の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of light distribution characteristics of the discharge lamp.

【図14】投写画像の輝度むらを低減するための放電ラ
ンプと液晶パネルとの配置を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an arrangement of a discharge lamp and a liquid crystal panel for reducing unevenness in brightness of a projected image.

【図15】本発明のコンデンサレンズの断面図である。FIG. 15 is a sectional view of a condenser lens of the present invention.

【図16】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みたスポットダイアグラムである。
FIG. 16 is a spot diagram seen from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図17】本発明のコンデンサレンズの断面図である。FIG. 17 is a sectional view of a condenser lens of the present invention.

【図18】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みたスポットダイアグラムである。
FIG. 18 is a spot diagram seen from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図19】本発明のコンデンサレンズの断面図である。FIG. 19 is a sectional view of a condenser lens of the present invention.

【図20】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みたスポットダイアグラムである。
FIG. 20 is a spot diagram viewed from the small conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図21】本発明のコンデンサレンズの断面図である。FIG. 21 is a sectional view of the condenser lens of the present invention.

【図22】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 22 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図23】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 23 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図24】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 24 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図25】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 25 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図26】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 26 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図27】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 27 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図28】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 28 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図29】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 29 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図30】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。
FIG. 30 is an aberration diagram seen from the smaller conjugate side of the condenser lens of the present invention.

【図31】本発明の光源装置の構成を示す図である。FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a light source device of the present invention.

【図32】本発明の投写型表示装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 32 is a diagram showing a configuration of a projection display device of the present invention.

【図33】本発明の投写型表示装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 33 is a diagram showing a configuration of a projection display device of the present invention.

【図34】本発明の投写型表示装置を説明するための断
面図である。
FIG. 34 is a sectional view for explaining the projection display device of the present invention.

【図35】本発明の光源装置の構成を示す図である。FIG. 35 is a diagram showing a configuration of a light source device of the present invention.

【図36】本発明の光源装置の構成を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing a configuration of a light source device of the present invention.

【図37】本発明の偏光素子の構成を示す図である。FIG. 37 is a diagram showing a configuration of a polarizing element of the present invention.

【図38】透明基板への入射角と透過率と反射率との関
係を示すグラフである。
FIG. 38 is a graph showing a relationship between an incident angle on a transparent substrate, a transmittance and a reflectance.

【図39】偏光素子の単位素子である柱状素子を透過す
る光束の説明図である。
FIG. 39 is an explanatory diagram of a light beam that passes through a columnar element that is a unit element of a polarizing element.

【図40】偏光素子を透過する光束の説明図である。FIG. 40 is an explanatory diagram of a light flux that transmits a polarizing element.

【図41】透明基板への入射角と消光比との関係を示す
グラフである。
FIG. 41 is a graph showing the relationship between the incident angle to the transparent substrate and the extinction ratio.

【図42】本発明の偏光素子の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 42 is a cross-sectional view showing the structure of the polarizing element of the present invention.

【図43】偏光素子の積層枚数と偏光度との関係を示す
グラフである。
FIG. 43 is a graph showing the relationship between the number of stacked polarizing elements and the degree of polarization.

【図44】本発明の偏光素子の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 44 is a cross-sectional view showing the structure of the polarizing element of the present invention.

【図45】図44のb−b線における断面図である。45 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 44.

【図46】本発明の偏光素子の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 46 is a cross-sectional view showing the structure of the polarizing element of the present invention.

【図47】図46のb−b線における断面図である。47 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 46.

【図48】本発明の偏光素子の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 48 is a cross-sectional view showing the structure of the polarizing element of the present invention.

【図49】本発明の投写型表示装置の光学系を示す図で
ある。
FIG. 49 is a diagram showing an optical system of the projection display apparatus of the present invention.

【図50】従来の投写型表示装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 50 is a diagram showing a configuration of a conventional projection display device.

【図51】従来の他の投写表示装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 51 is a diagram showing the configuration of another conventional projection display device.

【図52】従来の偏光素子を示す図である。FIG. 52 is a diagram showing a conventional polarizing element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源装置 3 画像表示デバイス 4 投写レンズ 14 ダイクロイックミラー 16 凸レンズ 17 凹レンズ 62 偏光素子 65 スペーサ 66 空気層 67 突出部 68 偏光素子 120 放電ランプ 121 電極 123 バーナ部 124 放電ギャップ 130 反射鏡 131 コンデンサレンズ S1 第1面(大きな共役側の面) S2 第2面(小さな共役側の面) 1 Light source device 3 Image display device 4 Projection lens 14 Dichroic mirror 16 Convex lens 17 Concave lens 62 Polarizing element 65 Spacer 66 Air layer 67 Protrusion 68 Polarizing element 120 Discharge lamp 121 Electrode 123 Burner section 124 Discharge gap 130 Reflector 131 Condenser lens S1 No. 1st surface (large conjugate side surface) S2 2nd surface (small conjugate side surface)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平4−313261 (32)優先日 平4(1992)11月24日 (33)優先権主張国 日本(JP) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-313261 (32) Priority date Hei 4 (1992) November 24 (33) Priority claim country Japan (JP)

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 大きな共役側に位置する第1面が凸面で
あり、小さな共役側に位置する第2面の周辺部が凹面の
形状よりなる両面非球面単レンズより構成され、以下の
条件を満足することを特徴とするコンデンサレンズ。 0.42<r1 /nf<0.45 18<|r2 /nf| −0.39<K1 <−0.25 0.11<△2 /f<0.14 但し f:レンズ全系の焦点距離 n:レンズの屈折率 r1 :第1面の中心曲率半径 r2 :第2面の中心曲
率半径 K1 :第1面の円錐定数 △2 :第2面の有効径最周辺における非球面と、中心曲
率半径r2 を有する基準球面との光軸方向の差で、第2
面周辺部が小さな共役側に曲がる方向を正とする
1. A double-sided aspherical single lens in which a first surface located on the large conjugate side is a convex surface and a peripheral portion of a second surface located on the small conjugate side is a concave surface, and the following conditions are satisfied: A condenser lens characterized by satisfying. 0.42 <r1 / nf <0.45 18 <| r2 / nf | -0.39 <K1 <-0.25 0.11 <△ 2 / f <0.14 where f: focal length of the entire lens system n: refractive index of lens r1: first surface Center curvature radius r2: Center curvature radius of the second surface K1: Conical constant of the first surface △ 2: Aspherical surface of the second surface in the periphery of the effective diameter and the reference spherical surface having the center curvature radius r2 in the optical axis direction Second by the difference
The direction in which the periphery of the surface bends to the smaller conjugate side is positive
【請求項2】 大きな共役側に位置する第1面が凸面で
あり、小さな共役側に位置する第2面の周辺部が凹面の
形状よりなる両面非球面単レンズより構成され、以下の
条件を満足することを特徴とするコンデンサレンズ。 0.4 <r1 /nf<0.6 −0.5 <r2 /nf<−
0.3 −0.6 <K1 <−0.2 −0.1 <SG2 /f<0.
1 但し、 f:レンズ全系の焦点距離 n:レンズの屈折率 r1 :第1面の中心曲率半径 r2 :第2面の中心曲
率半径 K1 :第1面の円錐定数 SG2 :第2面の有効径最周辺における非球面の面中心
に対する光軸方向の差で、第2面周辺部が小さな共役側
に曲がる方向を正とする
2. A double-sided aspherical single lens having a convex first surface located on the large conjugate side and a concave peripheral surface on the second surface located on the small conjugate side. A condenser lens characterized by satisfying. 0.4 <r1 / nf <0.6 -0.5 <r2 / nf <-
0.3-0.6 <K1 <-0.2 -0.1 <SG2 / f <0.
1 However, f: focal length of the entire lens system n: refractive index of the lens r1: center radius of curvature of the first surface r2: center radius of curvature of the second surface K1: cone constant of the first surface SG2: effective of the second surface The difference in the optical axis direction with respect to the surface center of the aspherical surface at the outermost periphery of the diameter is the positive direction in which the second surface peripheral portion bends to the smaller conjugate side
【請求項3】 開口数(NA)が0.9以上であること
を特徴とする請求項1または2記載のコンデンサレン
ズ。
3. A condenser lens according to claim 1, wherein the numerical aperture (NA) is 0.9 or more.
【請求項4】 第2面の有効径よりも大きな径の部分を
光軸と直交した平坦面とすることを特徴とする請求項1
または2記載のコンデンサレンズ。
4. A flat surface orthogonal to the optical axis is formed in a portion having a diameter larger than the effective diameter of the second surface.
Alternatively, the condenser lens described in 2.
【請求項5】 第1面の有効径よりも大きな径の部分を
光軸と直交した平坦面とすることを特徴とする請求項1
または2記載のコンデンサレンズ。
5. A flat surface orthogonal to the optical axis is formed on a portion having a diameter larger than the effective diameter of the first surface.
Alternatively, the condenser lens described in 2.
【請求項6】 放電ランプと、球面鏡と、請求項1また
は2記載のコンデンサレンズとを有し、前記球面鏡の曲
率中心と前記コンデンサレンズの第2面側焦点位置とが
ほぼ共通点であり、この共通点に前記放電ランプの発光
中心が配置されていることを特徴とする光源装置。
6. A discharge lamp, a spherical mirror, and the condenser lens according to claim 1 or 2, wherein a center of curvature of the spherical mirror and a focal point of the condenser lens on the second surface side are substantially common to each other. A light source device characterized in that the emission center of the discharge lamp is arranged at this common point.
【請求項7】 前記放電ランプが陽極及び陰極よりなる
1対の放電電極を備えたキセノン放電ランプであり、前
記共通点にこのキセノン放電ランプの陰極の放電先端部
が配置されていることを特徴とする請求項6記載の光源
装置。
7. The discharge lamp is a xenon discharge lamp having a pair of discharge electrodes composed of an anode and a cathode, and the discharge tip of the cathode of the xenon discharge lamp is arranged at the common point. The light source device according to claim 6.
【請求項8】 前記コンデンサレンズの開口数(NA)
が0.9以上であることを特徴とする請求項6または7
記載の光源装置。
8. The numerical aperture (NA) of the condenser lens
Is 0.9 or more, The claim 6 or 7 characterized by the above-mentioned.
The light source device described.
【請求項9】 前記コンデンサレンズの第1の面に単層
の無反射コーティングが施され、第2の面に光学多層膜
よりなる赤外・紫外反射コーティングか赤外反射コーテ
ィングかが施されていることを特徴とする請求項6また
は7記載の光源装置。
9. The first surface of the condenser lens is provided with a single-layer antireflection coating, and the second surface is provided with an infrared / ultraviolet reflection coating or an infrared reflection coating made of an optical multilayer film. The light source device according to claim 6, wherein:
【請求項10】 前記球面鏡の曲率半径をrとし、前記
コンデンサレンズの第1の面から出射する光束の直径を
D1 としたとき、以下の関係を満足することを特徴とす
る請求項6または7記載の光源装置。 r≧D1 /2
10. The following relationship is satisfied when the radius of curvature of the spherical mirror is r and the diameter of the light beam emitted from the first surface of the condenser lens is D1. The light source device described. r ≧ D1 / 2
【請求項11】 画像表示デバイスと、該画像表示デバ
イスを照明する光源装置と、前記画像表示デバイスに表
示した画像を拡大投写する投写レンズとを備え、前記光
源装置が、放電ギャップを挟む一対の放電電極及び該放
電ギャップを内包するバーナを有する放電ランプと、球
面鏡と、請求項1または2記載のコンデンサレンズとに
より構成され、前記球面鏡の曲率中心と前記コンデンサ
レンズの第2面側焦点位置とがほぼ共通点であり、この
共通点に前記放電ランプの放電ギャップが配置されてい
ることを特徴とする投写型表示装置。
11. A pair of an image display device, a light source device for illuminating the image display device, and a projection lens for enlarging and projecting an image displayed on the image display device, wherein the light source device has a pair of discharge gaps. A discharge lamp having a discharge electrode and a burner enclosing the discharge gap, a spherical mirror, and the condenser lens according to claim 1 or 2, wherein the center of curvature of the spherical mirror and the focal point on the second surface side of the condenser lens. Is a common point, and the discharge gap of the discharge lamp is arranged at this common point.
【請求項12】 前記画像表示デバイスの表示画面が矩
形形状であり、前記放電電極はこの表示画面の短辺方向
に合わせて配置されていることを特徴とする請求項11
記載の投写型表示装置。
12. The display screen of the image display device has a rectangular shape, and the discharge electrodes are arranged along the short side direction of the display screen.
The projection display device described.
【請求項13】 前記放電ランプのバーナの1部に設け
られた排気部を、前記画像表示デバイスの表示画面の長
辺方向に合わせるように、前記放電ランプの放電電極回
りの位置が設定されていることを特徴とする請求項11
記載の投写型表示装置。
13. A position around a discharge electrode of the discharge lamp is set so that an exhaust part provided in a part of a burner of the discharge lamp is aligned with a long side direction of a display screen of the image display device. 11. The method according to claim 11, wherein
The projection display device described.
【請求項14】 白色光を出射するランプ,球面鏡及び
コンデンサレンズにより構成された光源装置と、該光源
装置から出射される白色光を赤・緑・青の3原色の光に
分離する色分離手段と、赤・緑・青の3原色の画像を形
成する画像表示デバイスと、赤・緑・青の3原色の画像
を合成する色合成手段と、画像を拡大投写する投写レン
ズとを備え、3原色が分離された光路のうち2つの光路
に凹レンズあるいは凸レンズが挿入され、前記画像表示
デバイスの照明光の強度分布が均一であることを特徴と
する投写型表示装置。
14. A light source device composed of a lamp for emitting white light, a spherical mirror and a condenser lens, and a color separation means for separating white light emitted from the light source device into light of three primary colors of red, green and blue. And an image display device for forming images of the three primary colors of red, green, and blue, a color synthesizing unit for synthesizing images of the three primary colors of red, green, and blue, and a projection lens for enlarging and projecting the images. A projection display device characterized in that a concave lens or a convex lens is inserted in two optical paths of the primary color separated optical paths, and the intensity distribution of illumination light of the image display device is uniform.
【請求項15】 白色光を出射する線発光のランプと球
面鏡とコンデンサレンズとにより構成された光源装置
と、2枚のダイクロイックミラーを交差させて構成し、
前記白色光を赤・緑・青の3原色の光に分離する色分離
手段と、赤・緑・青の3原色の画像を形成する画像表示
デバイスと、赤・緑・青の画像を合成する色合成手段
と、画像を拡大投写する投写レンズとを備え、前記ラン
プの線発光の線方向と2枚のフィルタの交差部の辺方向
とがほぼ直交することを特徴とする投写型表示装置。
15. A light source device composed of a line emission lamp for emitting white light, a spherical mirror and a condenser lens, and two dichroic mirrors intersecting each other,
A color separation unit that separates the white light into light of the three primary colors of red, green and blue, an image display device that forms an image of the three primary colors of red, green and blue, and an image of red, green and blue are synthesized. A projection display device comprising: a color synthesizing unit and a projection lens for enlarging and projecting an image, wherein a line emission direction of the lamp and a side direction of an intersection of the two filters are substantially orthogonal to each other.
【請求項16】 白色光を出射する光源と、球面鏡と、
コンデンサレンズとを備え、該コンデンサレンズが2つ
以上に分割されていることを特徴とする光源装置。
16. A light source for emitting white light, a spherical mirror,
A light source device, comprising: a condenser lens, wherein the condenser lens is divided into two or more.
【請求項17】 前記コンデンサレンズが光軸と平行な
断面で分割されていることを特徴とする請求項16記載
の光源装置。
17. The light source device according to claim 16, wherein the condenser lens is divided in a cross section parallel to the optical axis.
【請求項18】 前記コンデンサレンズがレンズ中心を
通る断面で分割されていることを特徴とする請求項16
記載の光源装置。
18. The condenser lens is divided at a cross section passing through the center of the lens.
The light source device described.
【請求項19】 白色光を出射する光源と、球面鏡と、
コンデンサレンズとを備え、該コンデンサレンズの光入
射面に赤外光反射コーティングかまたは赤外光・紫外光
反射コーティングかが施されていることを特徴とする光
源装置。
19. A light source for emitting white light, a spherical mirror,
A light source device comprising a condenser lens, and an infrared light reflection coating or an infrared light / ultraviolet light reflection coating is applied to a light incident surface of the condenser lens.
【請求項20】 偏光方向が不定な自然光を一方向にの
み偏光が大きい部分偏光に変換する偏光素子において、
入射面及び出射面が低損失でP偏光を透過するような角
度で複数回折り返した形状であり、かつ、断面がひし形
の柱状の単位素子が一定間隔で連結した形状に形成され
ていることを特徴とする偏光素子。
20. A polarizing element for converting natural light whose polarization direction is indefinite into partial polarized light having a large polarization in only one direction,
The entrance surface and the exit surface are formed in a shape in which a plurality of diffraction elements are folded back at an angle such that P-polarized light is transmitted with low loss, and columnar unit elements having a rhomboidal cross section are connected at regular intervals. Characterizing polarizing element.
【請求項21】 入射角及び出射角θi が互いに等しく
ブリュースタ角θBをなし、かつ、ひし形の単位素子の
一対の対向する頂角θP が以下の条件を満足することを
特徴とする請求項20記載の偏光素子。 θP =π−2θB 但し θB =tan-1n n:偏光素子基板の屈折率
21. The incident angle and the outgoing angle θi are equal to each other to form the Brewster angle θB, and the pair of opposing apex angles θP of the diamond-shaped unit elements satisfy the following condition. The polarizing element described. θP = π-2θB where θB = tan -1 n n: refractive index of the polarizing element substrate
【請求項22】 中心からの最大厚みaと最小厚みb及
び折り返し周期cとの関係が、以下のように設定されて
いることを特徴とする請求項20または21記載の偏光
素子。 a:b:c=1:1+2 COS(2θB):−(4/n) C
OS(2θB)
22. The polarizing element according to claim 20, wherein the relationship among the maximum thickness a from the center, the minimum thickness b, and the folding cycle c is set as follows. a: b: c = 1: 1 + 2 COS (2θB) :−( 4 / n) C
OS (2θB)
【請求項23】 入射角及び出射角θi をブリュースタ
角θB 以上に設定するために、ひし形の単位素子の一対
の対向する頂角θP が以下の条件を満足することを特徴
とする請求項20記載の偏光素子。 0<θP ≦π−2θB
23. In order to set the incident angle and the outgoing angle θi to be greater than or equal to the Brewster angle θB, a pair of opposing apex angles θP of the diamond-shaped unit elements satisfy the following condition. The polarizing element described. 0 <θP ≤ π-2θB
【請求項24】 偏光方向が不定な自然光を、一方向に
のみ偏光が大きい部分偏光に変換する偏光素子におい
て、入射面・出射面が低損失でP偏光を透過するような
角度で複数回折り返した形状であり、その断面が入射面
の山(谷)部と出射面の谷(山)部の位置が素子面内で
一致する三角波形状に形成されていることを特徴とする
偏光素子。
24. In a polarizing element for converting natural light whose polarization direction is indefinite into partial polarization having large polarization in only one direction, a plurality of reflections are made at angles such that an incident surface and an outgoing surface transmit P polarized light with low loss. A polarizing element, characterized in that its cross section is formed in a triangular wave shape in which the positions of the peaks (valleys) of the incident surface and the troughs (peaks) of the outgoing surface coincide in the element plane.
【請求項25】 折り返し角θP が以下の条件を満足す
ることを特徴とする請求項24記載の偏光素子。 θP =π−2θB 但し θB =tan-1n n:偏光素子基板の屈折率
25. The polarizing element according to claim 24, wherein the turning angle θ P satisfies the following condition. θP = π−2θB where θB = tan −1 n n: refractive index of the polarizing element substrate
【請求項26】 中心からの最大厚みaと最小厚みb及
び折り返し間隔cとの関係が以下の条件を満足すること
を特徴とする請求項25記載の偏光素子。 a:b:c=1:{2+3COS(2θB)}/{2+COS(2
θB)}:−{4COS(2θB)}/[n{2+COS(2θ
B)}]
26. The polarizing element according to claim 25, wherein the relationship among the maximum thickness a, the minimum thickness b, and the folding interval c from the center satisfies the following conditions. a: b: c = 1: {2 + 3COS (2θB)} / {2 + COS (2
θB)}:-{4COS (2θB)} / [n {2 + COS (2θ
B)}]
【請求項27】 前記偏光素子はプラスチック材料にて
形成されていることを特徴とする請求項20または24
記載の偏光素子。
27. The polarizing element of claim 20, wherein the polarizing element is made of a plastic material.
The polarizing element described.
【請求項28】 請求項27記載の偏光素子と、自然光
を放射する光源と、前記偏光素子と光源との間に設けら
れた紫外・赤外線カットフィルタとを備えることを特徴
とする偏光光源装置。
28. A polarized light source device comprising: the polarizing element according to claim 27; a light source that emits natural light; and an ultraviolet / infrared cut filter provided between the polarizing element and the light source.
【請求項29】 請求項27記載の偏光素子と、自然光
を放射する光源と、前記偏光素子を送風冷却するファン
とを備えることを特徴とする偏光光源装置。
29. A polarized light source device comprising: the polarizing element according to claim 27; a light source that emits natural light; and a fan that cools the polarizing element by blowing air.
【請求項30】 前記偏光素子は複数枚積層されている
ことを特徴とする請求項20または24記載の偏光素
子。
30. The polarizing element according to claim 20, wherein a plurality of the polarizing elements are laminated.
【請求項31】 複数枚積層された前記偏光素子間にス
ペーサが挿入されて空気層が設けられていることを特徴
とする請求項30記載の偏光素子。
31. The polarizing element according to claim 30, wherein a spacer is inserted between the polarizing elements laminated to form an air layer.
【請求項32】 前記偏光素子に前記スペーサとなる突
起構造が一体成形されていることを特徴とする請求項3
1記載の偏光素子。
32. The projection structure serving as the spacer is integrally formed with the polarizing element.
1. The polarizing element according to 1.
【請求項33】 光源により照明した液晶ライトバルブ
の画像を投写レンズでスクリーンに拡大投写する投写型
表示装置において、光源と液晶ライトバルブ間に入射面
及び出射面が低損失でP偏光を透過するような角度で複
数回折り返した形状をした偏光素子を具備することを特
徴とする投写型表示装置。
33. In a projection display device for enlarging and projecting an image of a liquid crystal light valve illuminated by a light source on a screen by a projection lens, an incident surface and an emitting surface between the light source and the liquid crystal light valve transmit P-polarized light with low loss. A projection display device comprising a polarizing element having a shape in which a plurality of reflections are made at such angles.
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