JPH11125795A - Lighting device - Google Patents

Lighting device

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Publication number
JPH11125795A
JPH11125795A JP9321863A JP32186397A JPH11125795A JP H11125795 A JPH11125795 A JP H11125795A JP 9321863 A JP9321863 A JP 9321863A JP 32186397 A JP32186397 A JP 32186397A JP H11125795 A JPH11125795 A JP H11125795A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
integrator
lens
lighting device
optical
luminous flux
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9321863A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Ogawa
潤 小川
Eiki Matsuo
栄樹 松尾
Fumio Niizawa
二三男 新沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissho Giken KK
Original Assignee
Nissho Giken KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissho Giken KK filed Critical Nissho Giken KK
Priority to JP9321863A priority Critical patent/JPH11125795A/en
Publication of JPH11125795A publication Critical patent/JPH11125795A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the lighting device which can be reduced in cost while making the divergence angle of lighting luminous flux by improving the use efficiency of the luminous flux from a light source. SOLUTION: This lighting device consists of the light source 1a which has a relatively small light spot, an optical element 1b which determines the taking-in solid angle of the luminous flux, 1c which controls the spatial distribution of the luminous flux, 1d which controls the direction of the luminous flux, a 1st integrator 1e and a 2nd integrator 1f which has many curved surfaces formed on the surfaces in a grating shape, and a condenser lens 1g and irradiates an image formation part with the luminous flux from the light source. In this case, the projection luminous flux from 1g is nearly as large as or larger than the circle circumscribed with the external diameter of the image formation part, 1e has the same surface shape and external diameter shape with formed optical elements, and 1e and 1f are in the same shape. Consequently, while the cost is reduced, the lighting device which has high efficiency and illumination luminous flux with a small divergence angle is actualized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高効率でしかも開き
角の小さな光束を必要とする投写型ディスプレー装置の
一部として用いられる照明装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting device used as a part of a projection type display device which requires a light beam having a high efficiency and a small opening angle.

【0002】[0002]

【従来の技術】本出願人の一人は,PCT/JP96/
01767において,投写型ディスプレー装置の一つの
形態を提案した。その中で投写型ディスプレー装置の基
本的構成要素の一つである照明装置について,光源から
の光束の取り込み角・照度分布・方向の各制御間の関連
性と光学素子を用いてそれらの制御を実現するための具
体的な手段についての提案を行った。
2. Description of the Related Art One of the present applicants is PCT / JP96 /
In 01767, one form of a projection display device was proposed. Among them, the illumination device, which is one of the basic components of the projection display device, controls the relationship between the control of the angle of luminous flux from the light source, the illuminance distribution, and the direction, and controls them using optical elements. A proposal was made on specific means for realizing it.

【0003】その中の代表的な実施例を図8に示す。図
中光源1aはメタルハライドランプのような放電灯から
構成される。光源の仮想中心(例えば2つの電極間の機
械的中心等)から発せられる主光線は,取り込み角制御
と分布制御を兼ねる第1の反射鏡1cで反射され,方向
制御レンズ1dに入射する。次に,方向制御レンズ1d
を通過した光束は,形状変換部分群を構成する2枚のイ
ンテグレータ1e,1f及びコンデンサーレンズ1gを
経て目的とする画像形成部2を照射する。画像形成部2
は,2a,2cの様なコンデンサーレンズと透過型のT
N液晶の様な光スイッチング素子としての役割を果たす
受動型画像形成装置2bより構成される。画像形成部2
の働きで,選択的に反射または透過した光束は,結像部
3の働きによりスクリーン上に拡大投影される。画像形
成部2の具体的な構成やその素子の種類(透過型や反射
型を含む)及び結像部3の具体的な内容は本発明にとっ
て本質的なことではないため,説明を省略する。
FIG. 8 shows a typical embodiment among them. In the figure, a light source 1a is composed of a discharge lamp such as a metal halide lamp. A chief ray emitted from a virtual center of the light source (for example, a mechanical center between two electrodes) is reflected by a first reflecting mirror 1c that performs both the control of the taking-in angle and the distribution, and enters the direction control lens 1d. Next, the direction control lens 1d
The light beam having passed through the light source irradiates a target image forming unit 2 via two integrators 1e and 1f and a condenser lens 1g constituting a shape conversion part group. Image forming unit 2
Is a condenser lens such as 2a and 2c and a transmissive T
It comprises a passive image forming apparatus 2b which functions as an optical switching element such as N liquid crystal. Image forming unit 2
The light flux selectively reflected or transmitted by the function of is enlarged and projected on the screen by the function of the image forming unit 3. The specific configuration of the image forming unit 2, the type of the element (including the transmission type and the reflection type), and the specific content of the image forming unit 3 are not essential to the present invention, and thus the description thereof is omitted.

【0004】この実施例において,注目すべきことは光
束制御部分群として反射鏡1cとレンズ1dを有し,イ
ンテグレータ入射前に光束の開き角・開き角分布・照度
分布・方向の制御を行い,照明効率を向上する手段とし
てのインテグレータの効果を格段に向上させていること
である。その理由の詳細は,PCT/JP96/017
67に具体的な例を用いて説明した。しかし,図8の従
来例では,光路中に光学素子が多いため,光学素子界面
の表面反射による光束損失が大きくなり,良好な照明効
率が得られないという問題点がある。
In this embodiment, it should be noted that the light beam control subgroup includes a reflecting mirror 1c and a lens 1d, and controls the opening angle, the opening angle distribution, the illuminance distribution, and the direction of the light beam before entering the integrator. That is, the effect of the integrator as a means for improving the lighting efficiency is significantly improved. See PCT / JP96 / 017 for details of the reason.
67 has been described using a specific example. However, in the conventional example shown in FIG. 8, since there are many optical elements in the optical path, there is a problem that the light flux loss due to the surface reflection at the interface of the optical elements increases, and good illumination efficiency cannot be obtained.

【0005】また,インテグレータレンズには光束制御
部分群によって開き角を小さく保った光束が入射するた
め,インテグレータ側面で内面反射光や周辺エッジ部の
散乱光が発生する。内面反射光や散乱光は図示なきスク
リーンに投写され,コントラストが低下する一要因とな
っている。
[0005] In addition, since a light beam whose opening angle is kept small by the light beam control subgroup enters the integrator lens, internally reflected light and scattered light from the peripheral edge are generated on the side surface of the integrator. The internally reflected light and the scattered light are projected on a screen (not shown), which is one of the causes of a decrease in contrast.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

【0006】本発明は,光源からの光束の利用効率を向
上させつつ,コスト低減と迷光の除去を図るとともに,
高効率で開き角の小さな照明光束を有する照明装置を提
供するものである。
The present invention aims to reduce the cost and eliminate stray light while improving the use efficiency of the light flux from the light source.
An object of the present invention is to provide a lighting device having a highly efficient illumination light beam with a small opening angle.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0007】上述の目的を達成するために,本発明の一
つの形態にかかる照明装置は,光源と,光源の仮想中心
から発する主光線を受けてその取り込み立体角を制御す
る少なくとも1つの光学面(光学面とは反射鏡,レンズ
の屈折面,フレネルレンズ,回折格子,屈折率分布型素
子等,光束の経路を変える作用を有する境界面を意味す
る)を含む取り込み角制御部分群と,これより射出する
主光線の進行方向に設けられた仮想面上での主光線の空
間的分布を制御する光学面と,この面からの主光線の方
向を制御する光学面の少なくとも2つの光学面を含む光
束制御部分群と,表面に多数の曲面が格子状に形成され
た第1インテグレータと第2インテグレータとからなる
インテグレータレンズと,コンデンサーレンズとを備え
るものであって,第1インテグレータに複数形成された
光学素子の面形状,及び外径形状が同一で,第1インテ
グレータと第2インテグレータが同形状を有する光学素
子で構成し,また本発明の照明装置はコンデンサーレン
ズより射出される光束が画像生成部の外径と外接する円
とほぼ等しい大きさあるいはそれ以下の大きさを有する
ように構成される。
In order to achieve the above object, an illuminating device according to one aspect of the present invention includes a light source and at least one optical surface that receives a chief ray emitted from a virtual center of the light source and controls a capturing solid angle thereof. (The optical surface means a boundary surface that has the function of changing the path of a light beam, such as a reflecting mirror, a refracting surface of a lens, a Fresnel lens, a diffraction grating, a gradient index element, etc.) At least two optical surfaces, an optical surface for controlling the spatial distribution of the chief ray on a virtual plane provided in the traveling direction of the chief ray to be emitted and an optical surface for controlling the direction of the chief ray from this surface, A light flux controlling subgroup, an integrator lens including a first integrator and a second integrator having a large number of curved surfaces formed in a lattice on the surface thereof, and a condenser lens. A plurality of optical elements formed in one integrator have the same surface shape and outer diameter shape, and the first integrator and the second integrator are constituted by optical elements having the same shape. The illumination device of the present invention emits light from a condenser lens. The light beam to be emitted has a size substantially equal to or less than a circle circumscribing the outer diameter of the image generating unit.

【0008】また本発明の好ましい形態においては,イ
ンテグレータ側面で発生する内面反射を除去し,投写ス
クリーンに投写される迷光をなくし,コントラストを向
上させることができるため,第1インテグレータと第2
インテグレータの大きさは,第1,第2インテグレータ
それぞれに入射する光束の最大径を包含するように形成
することが好ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, the internal reflection generated on the side of the integrator is removed, stray light projected on the projection screen can be eliminated, and the contrast can be improved.
It is preferable that the size of the integrator is formed so as to include the maximum diameter of the light beam incident on each of the first and second integrators.

【0009】また本発明の好ましい形態においては,入
射面側に主光線の方向を制御する光学面と射出側に第1
インテグレータの機能を持つ面とが一体の屈折型光学素
子を構成し,入射面側に第2インテグレータの機能を持
つ面と射出側にコンデンサーレンズの屈折面とが一体の
屈折型光学素子を構成する。レンズとレンズを接着剤に
よって密着させることによって一体構造をとることもで
きる。一体構造にすることによって,界面をなくし照明
効率を向上することができる。またインテグレータレン
ズのような複数の光学素子を持つ光学素子と円形のレン
ズとを密着構造とすることによって,インテグレータレ
ンズの中心軸合わせ等の調整行程を削減できる。
In a preferred embodiment of the present invention, an optical surface for controlling the direction of the principal ray is provided on the incident surface side and the first surface is provided on the exit side.
The surface having the function of the integrator constitutes an integral refractive optical element, and the surface having the function of the second integrator on the incident surface side and the refractive surface of the condenser lens constitute the integral refractive optical element on the exit side. . An integral structure can be obtained by bringing the lens and the lens into close contact with an adhesive. With the integrated structure, the interface can be eliminated and the illumination efficiency can be improved. In addition, by forming an optical element having a plurality of optical elements such as an integrator lens and a circular lens in close contact with each other, it is possible to reduce an adjustment process such as center axis alignment of the integrator lens.

【0010】また本発明の好ましい形態においては,イ
ンテグレータレンズにおいて複数の光学素子によって形
成された直交する境界線の1組が,インテグレータレン
ズ中心軸を通る法線に直交する水平及び垂直軸と一致す
るようにインテグレータレンズを構成することが好まし
い。
In a preferred embodiment of the present invention, one set of orthogonal boundaries formed by a plurality of optical elements in the integrator lens coincides with horizontal and vertical axes orthogonal to a normal passing through the central axis of the integrator lens. It is preferable to configure the integrator lens as described above.

【0011】また本発明の好ましい形態においては,組
込調整時の自由度が確保できるとともに,界面を減らし
照明効率の向上を図ることができるため,第2インテグ
レータとコンデンサーレンズとを,第2インテグレータ
の屈折率とコンデンサーレンズの屈折率に似た屈折率を
持つ液体を介して,密着されるとともに,コンデンサー
レンズの調整機構を有することが好ましい。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the degree of freedom at the time of assembling adjustment can be ensured, the interface can be reduced and the illumination efficiency can be improved, so that the second integrator and the condenser lens can be combined with the second integrator. It is preferable to have a mechanism for adjusting the condenser lens while being in close contact with the liquid through a liquid having a refractive index similar to that of the condenser lens.

【0012】また本発明の好ましい形態においては,第
1インテグレータと第2インテグレータとを一体の光学
素子として構成する。また光束制御部分群において光束
の入射側に空間的分布制御する面と射出側に方向を制御
する面を持つ一体の屈折型光学素子を構成する。これに
より,界面を少なくすることで照明効率を向上させ,か
つ光学素子を省略することで部品点数・組込工数の削減
ができ,コスト低減を図ることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the first integrator and the second integrator are configured as an integrated optical element. Further, in the light flux controlling subgroup, an integral refractive optical element having a surface for controlling the spatial distribution on the incident side of the light beam and a surface for controlling the direction on the exit side is configured. As a result, the illumination efficiency is improved by reducing the number of interfaces, and the number of components and the number of assembly steps can be reduced by omitting the optical element, thereby reducing costs.

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0013】以下,図1から図7を参照して本発明の照
明装置の実施形態を説明する。図1は本発明による実施
形態に係る照明装置の全体構成を説明するための断面図
である。図2はインテグレータの動作原理をを説明する
ための断面図である。図3は照明装置小型化を示す断面
図である。図4(a)は図1に示す照明装置の第1イン
テグレータレンズの正面図である。図4(b)は図1に
示す照明装置の第2インテグレータレンズの正面図であ
る。図5,図6,図7はそれぞれ光学素子を一体構造と
したときの断面図である。
An embodiment of a lighting device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the overall configuration of a lighting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the operation principle of the integrator. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the miniaturization of the lighting device. FIG. 4A is a front view of a first integrator lens of the illumination device shown in FIG. FIG. 4B is a front view of a second integrator lens of the illumination device shown in FIG. FIGS. 5, 6, and 7 are cross-sectional views when the optical element is formed as an integral structure.

【0014】実施の形態例図1を参照して本発明の照明
装置の形態例の詳細を説明する。
Embodiment An embodiment of a lighting device according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0015】図1における本発明の照明装置は,光軸に
沿って置かれたキセノンランプやメタルハライドランプ
等の比較的小さな光点を有する光源1aから射出した光
を光軸に関して回転対称形状を有する反射光学素子1b
により反射され,図の右側に向かう。光軸に関して回転
対称形状を有する反射光学素子とは,一例として放物面
鏡である。反射光学素子より射出された光はレンズ1c
により,仮想平面上に主光線が所定の分布となるように
光束が制御される。仮想面の位置は任意性を持っている
が後続の光学素子の近傍等設計に都合のよい場所が選択
される。仮想平面上で分布を制御された光は,レンズ1
dにより照明装置の光軸に平行となるように主光線の方
向を制御され,第1インテグレータ1e,及び第2イン
テグレータ1fとからなるインテグレータレンズ,及び
コンデンサーレンズ1gにより,画像形成装置2を照射
する。
The illumination device of the present invention shown in FIG. 1 has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis for light emitted from a light source 1a having a relatively small light spot such as a xenon lamp or a metal halide lamp placed along the optical axis. Reflective optical element 1b
And reflected toward the right side of the figure. The reflective optical element having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis is, for example, a parabolic mirror. The light emitted from the reflection optical element is the lens 1c
Thereby, the luminous flux is controlled so that the principal ray has a predetermined distribution on the virtual plane. Although the position of the virtual plane is arbitrary, a location convenient for design, such as the vicinity of the subsequent optical element, is selected. The light whose distribution is controlled on the virtual plane is the lens 1
The direction of the principal ray is controlled by d to be parallel to the optical axis of the illumination device, and the image forming apparatus 2 is irradiated by the integrator lens including the first integrator 1e and the second integrator 1f and the condenser lens 1g. .

【0016】次に図2を参照してインテグレータレンズ
の動作原理について説明する。レンズ1dからの入射光
束は1eを構成する複数のレンズ中の任意のレンズ1e
a上に開き角γを有する光束を形成する。この開き角γ
を有する光束は1f上の1eaに対応するレンズ1fa
により,コンデンサーレンズ1gを介して画像形成部2
上に結像される。一方レンズ1dからの主光線は光軸と
平行に1eに入射し,レンズ1faの中心を通り,同じ
く画像形成部2に到達する。このような原理に基づいて
インテグレータレンズを構成とると,1eaと1faの
間隔は1eaの焦点距離にほぼ等しく,また1faと1
gの光学的倍率βは,1eaと画像形成部2の大きさの
比となる。
Next, the operation principle of the integrator lens will be described with reference to FIG. The incident light beam from the lens 1d is an arbitrary lens 1e among a plurality of lenses constituting 1e.
A light beam having an opening angle γ is formed on a. This opening angle γ
Is a lens 1fa corresponding to 1ea on 1f.
The image forming unit 2 via the condenser lens 1g
Imaged on top. On the other hand, the principal ray from the lens 1d enters the lens 1e in parallel with the optical axis, passes through the center of the lens 1fa, and reaches the image forming unit 2 in the same manner. When an integrator lens is constructed based on such a principle, the interval between 1ea and 1fa is almost equal to the focal length of 1ea, and 1fa and 1fa.
The optical magnification β of g is the ratio of 1ea to the size of the image forming unit 2.

【0017】また実施形態例においては,コンデンサー
レンズ1gから射出される光束大きさが画像形成部2の
外径に外接する円とほぼ等しくなるように1fと1gの
大きさを設け,画像形成部2を照射する図1に示す光束
の開き角θを小さくするように画像生成部2と1gの距
離を設ける。このとき上述の動作原理通りのインテグレ
ータレンズが構成される。すなわち,第1インテグレー
タ1eと第2インテグレータ1fの間隔は倍率関係を満
たすように1e、1fを形成する複数レンズは面形状を
有し,その外径形状は倍率関係を満たすように画像形成
部2の相似形状となっている。このとき,図3に示すよ
うにコンデンサーレンズ1gから射出される光束の大き
さが画像形成部2の外径に外接する円とほぼ等しくある
いはそれ以下となるように1f、1g及び画像形成部2
を配置することは,照明装置全体の小型化に大変有利で
ある。
Further, in the embodiment, the sizes of 1f and 1g are set so that the size of the light beam emitted from the condenser lens 1g is substantially equal to the circle circumscribing the outer diameter of the image forming unit 2. The distance between the image generating unit 2 and 1 g is set so as to reduce the opening angle θ of the light beam shown in FIG. At this time, an integrator lens according to the above-described operation principle is configured. In other words, the distance between the first integrator 1e and the second integrator 1f satisfies the magnification relationship, and the plurality of lenses forming 1e and 1f have a surface shape, and the outer diameter shape satisfies the magnification relationship. It has a similar shape. At this time, as shown in FIG. 3, if the light beams emitted from the condenser lens 1g are substantially equal to or smaller than a circle circumscribing the outer diameter of the image forming unit 2, the light beams 1f, 1g and the image forming unit 2 are adjusted.
Is very advantageous for miniaturization of the entire lighting device.

【0018】このように動作するインテグレータレンズ
は光束の有効活用と照度の均一化に関し,非常に有効で
あるが特開平7−174974にも記載されているよう
に,光源からの光束を放物面鏡などにより,直接インテ
グレータレンズに送り込む構成では,インテグレータレ
ンズの入射面における光束の開き角やその分布が不均一
となるため,1eと1fを同じ大きさのレンズアレーで
構成する場合,1e,1f間で光束の結合損失が発生す
る。またPCT/JP96/01767で記載されてい
るように,照明光束の開き角を小さくするすることは1
e,1f間のでの光束損失の可能性を増大させることに
なる。
The integrator lens that operates in this way is very effective in terms of effective use of light beams and uniformity of illuminance. However, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-174974, a light beam from a light source is parabolic. In a configuration in which the light beam is directly transmitted to the integrator lens by a mirror or the like, the divergence angle and distribution of the luminous flux on the incident surface of the integrator lens become non-uniform. Therefore, when 1e and 1f are configured by a lens array of the same size, Light flux coupling loss occurs between them. Also, as described in PCT / JP96 / 01767, it is necessary to reduce the opening angle of the illumination light beam.
This increases the possibility of luminous flux loss between e and 1f.

【0019】しかし実施の形態例では,インテグレータ
レンズへ光束を入射させる前段階として,レンズ1c,
1dにより光束の開き角の大きさと,開き角分布を最適
化することで,第1インテグレータ1eに形成された複
数のレンズの面形状,及び外径形状が同一であり,かつ
第2インテグレータ1fは,1eと同一形状を持つよう
に構成し,かつコンデンサーレンズ1gから射出される
光束が画像形成部2の外径と外接する円とほぼ等しい大
きさを有するように構成したインテグレータレンズの光
束損失を最低限にとどめることができる。
However, in the embodiment, the lenses 1c and 1c are used before the light beam enters the integrator lens.
By optimizing the size of the opening angle of the light beam and the opening angle distribution by 1d, the surface shape and the outer diameter shape of the plurality of lenses formed in the first integrator 1e are the same, and the second integrator 1f is , 1e, and the luminous flux emitted from the condenser lens 1g has a light flux loss of an integrator lens configured to have a size substantially equal to a circle circumscribing the outer diameter of the image forming unit 2. Can be kept to a minimum.

【0020】またインテグレータ1e,1fに入射する
光束のうち1e,1fの周辺部に至る光束は,開き角が
小さいために1e,1fの側面において内面反射を発生
する。内面反射はその射出角によって画像形成部2以降
の結像部,しいては投写スクリーン上に迷光となってコ
ントラスト低下などの影響を及ぼす場合がある。内面反
射を除去する方法としては,発生部に楔を入れることや
すみ塗りを施す,またインテグレータの大きさを変更す
るなど様々な方法が考えられるが,実施形態のようなイ
ンテグレータの場合,照明装置自体の大きさを保つ範囲
でインテグレータの大きさは自由にとれるため,インテ
グレータの大きさを大きくすることによって内面反射の
射出方向を変え,迷光の除去を行うことができる。具体
的には,図4(a)に示すようにインテグレータ1eに
入射する光束の最大径11,1fに入射する光束の最大
径12を包含するように,インテグレータ1eを構成す
る。また図4(b)に示すようにインテグレータ1eに
入射する光束の最大径11、1fに入射する光束の最大
径12を包含するように,インテグレータ1fを構成す
る。
Among the light beams incident on the integrators 1e and 1f, the light beams reaching the peripheral portions of the integrators 1e and 1f generate internal reflection on the side surfaces of the light beams 1e and 1f due to a small opening angle. The internal reflection may cause stray light on the image forming part after the image forming part 2 and further on the projection screen depending on the exit angle, which may affect the contrast and the like. There are various methods to remove the internal reflection, such as wedge-filling the surface of the generator or applying a dark coat, or changing the size of the integrator. In the case of the integrator as in the embodiment, the lighting device itself is used. Since the size of the integrator can be freely set as long as the size of the integrator is maintained, the emission direction of internal reflection can be changed by increasing the size of the integrator, thereby removing stray light. Specifically, as shown in FIG. 4A, the integrator 1e is configured to include the maximum diameter 11 of the light beam incident on the integrator 1e and the maximum diameter 12 of the light beam incident on 1f. Further, as shown in FIG. 4B, the integrator 1f is configured so as to include the maximum diameter 11 of the light beam incident on the integrator 1e and the maximum diameter 12 of the light beam incident on 1f.

【0021】次にインテグレータレンズの動作原理から
明らかなように,インテグレータ間軸合わせ精度確保す
ることは,照明効率を確保する上で重要となる。またイ
ンテグレータ間の軸ずれは照明光束の進行方向を変更さ
せるため,画像形成部2の全面を照射できなくなる可能
性がある。実施の形態のようにレンズ1dと第1インテ
グレータ1eとが密着構造を有し,また第2インテグレ
ータ1fとコンデンサーレンズ1gとが密着構造をとる
場合,インテグレータ間軸合わせ精度を確保するために
は,密着構造作成時の光学素子間の軸合わせ精度を確保
することが重要となる。実施の形態例では図4に示すよ
うにインテグレータレンズ中心軸13を中心にして,水
平軸14,垂直軸15と,複数の光学素子によって形成
された境界線の直交する1組が一致するインテグレータ
レンズのレンズ配列を有することで,密着構造作成時の
インテグレータ側の中心基準が採れる。この中心基準を
用いて軸合わせ精度を確保することができる。これによ
りインテグレータ間の軸合わせを円形レンズ側の外径基
準で行うことが可能になるとともに,調整行程を省くこ
とができる。
Next, as is clear from the operation principle of the integrator lens, it is important to secure the alignment accuracy between the integrators in order to secure the illumination efficiency. In addition, since the axis shift between the integrators changes the traveling direction of the illumination light beam, the entire surface of the image forming unit 2 may not be irradiated. When the lens 1d and the first integrator 1e have a close contact structure as in the embodiment and the second integrator 1f and the condenser lens 1g have a close contact structure, in order to ensure the alignment accuracy between the integrators, It is important to ensure the alignment accuracy between the optical elements at the time of forming the contact structure. In the embodiment, as shown in FIG. 4, with respect to the center axis 13 of the integrator lens, an integrator lens in which a horizontal axis 14, a vertical axis 15 and a set of orthogonal lines of boundaries formed by a plurality of optical elements coincide. With this lens arrangement, the center reference on the integrator side when creating a contact structure can be taken. Alignment accuracy can be ensured using this center reference. This makes it possible to perform axis alignment between the integrators on the basis of the outer diameter of the circular lens and to omit the adjustment process.

【0022】またインテグレータレンズは,一般的には
コスト的に安価な成形によって製造される。成形は非常
に高温で行われるため,成形品には歪みによる伸びが生
じ,個々のレンズ位置にずれを生じる。インテグレータ
レンズが図4に示すようにレンズ配列を有することは,
成形での歪みが生じても中心基準が採れ,さらには第1
インテグレータと第2インテグレータが同一の型から成
形されるために,歪みによる個々のレンズの位置ずれを
吸収することができる。これにより照明効率が確保さ
れ,インテグレータの歩留まり向上が図れる。
The integrator lens is generally manufactured by molding at a low cost. Since molding is performed at a very high temperature, the molded product is stretched due to strain, and the position of each lens is shifted. The fact that the integrator lens has a lens arrangement as shown in FIG.
Even if distortion occurs during molding, the center standard can be taken.
Since the integrator and the second integrator are molded from the same mold, displacement of individual lenses due to distortion can be absorbed. This ensures illumination efficiency and improves the yield of integrators.

【0023】また実施の形態において,1fと1gを双
方の屈折率とほぼ等しい屈折率の液体を介して密着させ
てもよい。これにより密着させたまま1gを移動させる
ことが可能となるため,インテグレータレンズ間の軸ず
れ等で発生する光束の進行方向ずれを1gで調整でき,
画像形成部2の全面を良好に照射することができる。
In the embodiment, 1f and 1g may be brought into close contact with each other via a liquid having a refractive index substantially equal to the refractive index of both. As a result, it is possible to move 1 g while being in close contact with each other, so that the deviation in the traveling direction of the light beam caused by the axial deviation between the integrator lenses can be adjusted with 1 g.
The entire surface of the image forming section 2 can be satisfactorily irradiated.

【0024】さらに照明装置を複数のミラーで光路を折
り返し,装置全体を小型にする3次元的レイアウトをと
ることは容易に考えられる。3次元的レイアウトの場
合,光路の折り返し状況によって画像形成部2に到達す
る矩形光束が軸中心に回転し,画像形成部2全面を光束
がカバーしないことがある。この場合,矩形光束を形成
するインテグレータは照明装置光軸を中心として回転さ
せる必要がある。一般的に軸中心に精度よく矩形のレン
ズを回転させることは非常に困難である。本発明の照明
装置のインテグレータの場合,張り合わせたレンズの外
径基準によってレンズを回転させるだけの簡便な方法で
軸中心にインテグレータを回転させることができる。
Further, it is easily conceivable to adopt a three-dimensional layout in which the optical path of the lighting device is folded back by a plurality of mirrors to reduce the size of the entire device. In the case of a three-dimensional layout, a rectangular light beam that reaches the image forming unit 2 rotates around the axis depending on the turn-back state of the optical path, and the light beam may not cover the entire surface of the image forming unit 2. In this case, it is necessary to rotate the integrator that forms the rectangular light beam around the optical axis of the lighting device. Generally, it is very difficult to accurately rotate a rectangular lens about an axis. In the case of the integrator of the illumination device according to the present invention, the integrator can be rotated about the axis by a simple method of simply rotating the lens based on the outer diameter of the attached lens.

【0025】次に,画像形成部2に到達する光束量に関
しては一般的に高い目標値が設定されるため,照明装置
の光路中に界面を少なくして,表面反射の影響を減らす
ことは有利である。図8のような従来例では,光束制御
部分群とインテグレータで照明効率を向上させても,界
面の影響で十分な効率の向上は実現できない。このよう
な場合,各光学素子間での屈折率差を減らし,界面を減
らすことが必要となる。
Next, since a high target value is generally set for the amount of luminous flux reaching the image forming section 2, it is advantageous to reduce the number of interfaces in the optical path of the illumination device to reduce the influence of surface reflection. It is. In the conventional example as shown in FIG. 8, even if the illumination efficiency is improved by the light flux controlling subgroup and the integrator, the efficiency cannot be sufficiently improved due to the influence of the interface. In such a case, it is necessary to reduce the refractive index difference between the optical elements and reduce the number of interfaces.

【0026】例えば図1に示す実施形態のように光束の
方向を制御するレンズ1dとインテグレータ1eは屈折
率が等しく,またインテグレータ1fとコンデンサーレ
ンズ1gはほぼ等しい屈折率を有する場合,1dと1e
を双方の屈折率とほぼ等しい接着剤を用いて密着させ一
体の光学素子を構成し,1fと1gを双方の屈折率とほ
ぼ等しい接着剤で密着させ一体の光学素子を構成するこ
とで界面を減らすことが可能である。
For example, as in the embodiment shown in FIG. 1, when the lens 1d for controlling the direction of the light beam and the integrator 1e have the same refractive index, and the integrator 1f and the condenser lens 1g have substantially the same refractive index, 1d and 1e are used.
Are adhered to each other using an adhesive approximately equal in both refractive indices to form an integral optical element, and if 1f and 1g are adhered to each other using an adhesive approximately equal in both refractive indices to constitute an integral optical element, an interface is formed. It is possible to reduce.

【0027】次に各光学素子を省略構成して界面を減ら
す場合では,図5のように1dと1e及び1fと1gを
それぞれ1つの光学素子とすることも可能である。また
1eと1fは等しい屈折率を有しているため,図1から
容易にわかるようにインテグレータの配置を変更して,
図6に示すように一つの光学素子とすることが可能であ
り,また接着剤による密着構造をとることもできる。ま
た光束制御部分群1c,1dに置いても,主光線の分布
を制御する面と主光線の方向を制御する面の2面を用い
て図7に示すように一体構造とし,全体として光束の開
き角・開き角分布制御をすることは可能である。また1
c,1dがほぼ等しい屈折率を有する場合,やはり接着
剤を介しての密着構造をとることができる。照明装置の
光路中の光学素子を部分部分で一つの光学素子とする場
合,部品点数・組込・調整工数削減ができるためコスト
削減に大変有利となる。このように本発明は上述の実施
の形態には限られず種々の形態を取り得る。
Next, when the number of interfaces is reduced by omitting each optical element, as shown in FIG. 5, 1d and 1e and 1f and 1g can be each one optical element. Also, since 1e and 1f have the same refractive index, the arrangement of the integrator is changed as is easily understood from FIG.
As shown in FIG. 6, one optical element can be used, and a close contact structure using an adhesive can be adopted. Further, even in the light flux controlling subgroups 1c and 1d, an integral structure as shown in FIG. 7 is formed by using two surfaces, that is, a surface for controlling the distribution of the principal ray and a surface for controlling the direction of the principal ray. It is possible to control the opening angle and the opening angle distribution. Also one
When c and 1d have substantially the same refractive index, a close contact structure via an adhesive can also be obtained. In the case where the optical element in the optical path of the illuminating device is formed as one optical element in a portion, the number of parts, assembly and adjustment steps can be reduced, which is very advantageous for cost reduction. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various forms.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように本発明の照明装置に
よれば,光源からの光束の分布と方向を制御する光学系
を備えて,コンデンサーレンズから射出される光束が画
像形成部の外径と外接する円とほぼ等しい大きさあるい
はそれ以下の大きさを有し、第1インテグレータと第2
インテグレータを同一形状と構成したことで,インテグ
レータレンズでの光束損失を最低限にとどめつつ,部品
点数を削減や歩留まりの向上ができる。またインテグレ
ータレンズの大きさを入射光束の最大径を包含するよう
に有することで内面反射を除去し,迷光をなくすことが
可能となった。またインテグレータレンズにおける複数
レンズの直交する境界線をインテグレータレンズの水平
及び垂直軸と一致させるようにレンズ配置をとり,イン
テグレータ軸だし基準を設けることによって,インテグ
レータレンズの軸合わせ精度を向上させることができ
る。そして本発明の照明装置は各光学素子の組み合わせ
で,密着構造や一体構造をとることによって,表面反射
の影響を少なくし,良好な照明効率を得ることが可能と
なるとともに,部品点数の削減が行え,インテグレータ
間の軸合わせ等の調整行程の削減ができる。これにより
低コストで高効率なしかも開き角が小さい照明光束を有
する照明装置を実現できる。
As described above, according to the illuminating device of the present invention, the optical system for controlling the distribution and direction of the light beam from the light source is provided, so that the light beam emitted from the condenser lens has the outer diameter of the image forming unit. Has a size substantially equal to or smaller than the circle circumscribed by the first integrator and the second integrator.
By configuring the integrators to have the same shape, it is possible to reduce the number of parts and improve the yield while minimizing the luminous flux loss at the integrator lens. In addition, by providing the size of the integrator lens so as to include the maximum diameter of the incident light beam, it is possible to eliminate internal reflection and eliminate stray light. In addition, it is possible to improve the alignment accuracy of the integrator lens by arranging the lenses such that the orthogonal boundary line of the plurality of lenses in the integrator lens coincides with the horizontal and vertical axes of the integrator lens and providing an integrator axis reference. . The lighting device of the present invention has a close-contact structure or an integral structure by combining the respective optical elements, thereby reducing the influence of surface reflection, obtaining good lighting efficiency, and reducing the number of parts. This makes it possible to reduce the adjustment process such as axis alignment between integrators. This makes it possible to realize a low-cost, highly efficient illumination device having an illumination light beam with a small opening angle.

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

【図1】本発明の実施形態例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】インテグレータ動作原理を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the principle of operation of the integrator.

【図3】照明装置小型化を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the miniaturization of the lighting device.

【図4】本発明の実施形態のインテグレータの正面図で
ある。
FIG. 4 is a front view of the integrator according to the embodiment of the present invention.

【図5】主光線の方向を制御する面と第1インテグレー
タを一体化した場合の断面図と第2インテグレータとコ
ンデンサーレンズを一体構造とした場合の断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view when the surface for controlling the direction of the principal ray and the first integrator are integrated, and a cross-sectional view when the second integrator and the condenser lens are integrated.

【図6】第1インテグレータと第2インテグレータを一
体構造とした場合の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view when a first integrator and a second integrator are integrated.

【図7】主光線の空間的分布を制御する面と主光線の方
向を制御する面を一体構造とした場合の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view in a case where a surface for controlling the spatial distribution of the principal ray and a surface for controlling the direction of the principal ray are integrated.

【図8】PCT/JP96/01767図7記載の従来
の照明部の構成を表す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional lighting unit shown in FIG. 7 of PCT / JP96 / 01767.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 本発明の照明装置 1a 光源 1b 1c 1d 1e 1f 1g 照明装置の光学
素子 2 画像形成部 2a 2c 画像形成部の光学素子 2b 画像形成装置 3 結像部 3a 3b 3c 3d 3e 結像部の光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination device of this invention 1a Light source 1b 1c 1d 1e 1f 1g Optical element of illumination device 2 Image forming part 2a 2c Optical element of image forming part 2b Image forming device 3 Image forming part 3a 3b 3c 3d 3e Optical element of image forming part

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と,光源の仮想中心から発する主光線
を受けてその取り込み立体角を制御する少なくとも1つ
の光学面を含む取り込み角制御部分群と,この部分群よ
り射出する主光線の進行方向に横断的に設けられた仮想
面上における主として主光線の空間的分布制御機能を有
する光学面と,この面からの主光線を受けて主としてそ
の方向を制御する機能を有する光学面の以上少なくとも
2つの光学面を含む光束制御部分群と,表面に多数の曲
面が格子状に形成された第1インテグレータと第2イン
テグレータとからなるインテグレータレンズと,コンデ
ンサーレンズとを備え,光源から射出された光束を画像
形成部に照射する照明装置において,前記コンデンサー
レンズから射出される光束が画像形成部の外径と外接す
る円とほぼ等しい大きさあるいはそれ以下の大きさを有
し,前記第1インテグレータに形成された複数の光学素
子の面形状,及び外径形状が同一であるとともに,第1
インテグレータと第2インテグレータとが同形状を有す
る光学素子であることを特徴とする照明装置。
1. A capture angle control subgroup including a light source, at least one optical surface for receiving a chief ray emitted from a virtual center of the light source and controlling the capture solid angle, and the progress of the chief ray emitted from this subgroup. At least an optical surface having a function of mainly controlling the spatial distribution of chief rays on a virtual surface provided transversely to the direction, and an optical surface having a function of receiving chief rays from this surface and mainly controlling the direction thereof; A light flux controlling part group including two optical surfaces, an integrator lens including a first integrator and a second integrator having a large number of curved surfaces formed in a lattice shape on the surface, and a condenser lens; In the illumination device that irradiates the image forming unit with light, the light flux emitted from the condenser lens is substantially equal to a circle circumscribing the outer diameter of the image forming unit. It has come of or less in size, the surface shape of the plurality of optical elements formed on the first integrator, and with the outer diameter shape is the same, the first
A lighting device, wherein the integrator and the second integrator are optical elements having the same shape.
【請求項2】前記インテグレータレンズの大きさは,第
1,第2インテグレータそれぞれに入射する光束の最大
径を包含することを特徴とする請求項1記載の照明装
置。
2. The illumination device according to claim 1, wherein the size of the integrator lens includes a maximum diameter of a light beam incident on each of the first and second integrators.
【請求項3】前記方向を制御する光学面と前記第1イン
テグレータとが一体の光学素子で形成されるとともに,
前記第2インテグレータと前記コンデンサーレンズとが
一体の光学素子で形成されることを特徴とする請求項1
記載の照明装置。
3. An optical surface for controlling the direction and the first integrator are formed by an integral optical element.
2. The device according to claim 1, wherein the second integrator and the condenser lens are formed as an integrated optical element.
The lighting device according to the above.
【請求項4】前記インテグレータレンズにおいて,複数
の光学素子によって形成された境界線の直交する1組
が,インテグレータレンズの中心軸を通る法線と直交す
る水平及び垂直軸と一致するようにインテグレータレン
ズを構成することを特徴とする請求項1記載の照明装
置。
4. An integrator lens according to claim 1, wherein a set of orthogonal lines formed by a plurality of optical elements coincides with horizontal and vertical axes orthogonal to a normal passing through a center axis of the integrator lens. The lighting device according to claim 1, wherein:
【請求項5】前記第2インテグレータと前記コンデンサ
ーレンズとを,第2インテグレータの屈折率とコンデン
サーレンズの屈折率とほぼ等しい屈折率を持つ液体を介
して密着させるとともに,コンデンサーレンズの調整機
構を有することを特徴とする請求項1に記載の照明装
置。
5. A condenser lens, wherein the second integrator and the condenser lens are brought into close contact with each other via a liquid having a refractive index substantially equal to the refractive index of the second integrator and the condenser lens. The lighting device according to claim 1, wherein:
【請求項6】前記第1,第2インテグレータを一体の光
学素子として構成することを特徴とする請求項1記載の
照明装置。
6. The lighting device according to claim 1, wherein the first and second integrators are configured as an integrated optical element.
【請求項7】前記光束制御部分群において,主光線の空
間的分布制御機能を有する光学面と方向を制御する機能
を有する光学面とを一体の光学素子で構成することを特
徴とする請求項1記載の照明装置。
7. The light flux controlling part group, wherein an optical surface having a function of controlling a spatial distribution of a principal ray and an optical surface having a function of controlling a direction are constituted by an integrated optical element. The lighting device according to claim 1.
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