JP2017111177A - Light source device and projector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device and a projector in which a polarization state of light is less likely disturbed.SOLUTION: The light source device includes a light source part emitting light containing a first polarized light component, a condensation optical system where the first polarized light component enters, an optical element where the first polarized light component transmitted through the condensation optical system enters, and a pickup optical system where the first polarized light component coming from the optical element enters. At least one of the condensation optical system and the pickup optical system includes a first lens. Provided that the first lens has a positive coefficient of linear expansion, the first lens has a compressive stress in a surface layer when the first polarized light component is not incident to the first lens; and provided that the first lens has a negative coefficient of linear expansion, the first lens has a tensile stress in the surface layer when the first polarized light component is not incident to the first lens.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

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

プロジェクター用の光源装置として、レーザー光からなる青色光を射出する固体光源を用いたものが提案されている（例えば特許文献１）。この光源装置において、固体光源から射出された青色光のうちＰ偏光成分はダイクロイックミラーを透過する。ダイクロイックミラーを透過した青色光は集光レンズによって蛍光体に集光される。青色光のうち一部は蛍光体で蛍光に変換され、蛍光に変換されなかった青色光はダイクロイックミラーに向かって反射される。ダイクロイックミラーと蛍光体との間には位相差板が設けられているため、ダイクロイックミラーに再び入射する青色光はＳ偏光となっている。Ｓ偏光の青色光は蛍光とともに、被照明物に向けてダイクロイックミラーで反射される。   As a light source device for a projector, one using a solid light source that emits blue light made of laser light has been proposed (for example, Patent Document 1). In this light source device, the P-polarized component of the blue light emitted from the solid light source passes through the dichroic mirror. The blue light transmitted through the dichroic mirror is condensed on the phosphor by the condenser lens. Part of the blue light is converted to fluorescence by the phosphor, and the blue light that has not been converted to fluorescence is reflected toward the dichroic mirror. Since a phase difference plate is provided between the dichroic mirror and the phosphor, the blue light incident again on the dichroic mirror is S-polarized light. S-polarized blue light is reflected by the dichroic mirror toward the object to be illuminated along with the fluorescence.

特開２０１２−１０８４８６号公報JP 2012-108486 A

ところで、上記光源装置において、青色光（レーザー光）のパワーを大きくすると、集光レンズの温度が上昇し、膨張する。その結果、光弾性効果によって集光レンズを構成する硝子に複屈折が発生し、青色光の偏光状態が乱される、という問題があった。この場合、ダイクロイックミラーに再び入射した青色光がダイクロイックミラーで反射されない成分を含んでいるため、青色光の利用効率が低い。   By the way, in the light source device, when the power of blue light (laser light) is increased, the temperature of the condenser lens rises and expands. As a result, there is a problem that birefringence occurs in the glass constituting the condenser lens due to the photoelastic effect, and the polarization state of the blue light is disturbed. In this case, since the blue light incident again on the dichroic mirror includes a component that is not reflected by the dichroic mirror, the utilization efficiency of the blue light is low.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光の偏光状態が乱されにくい、光源装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a light source device and a projector in which the polarization state of light is not easily disturbed.

本発明の第１態様に従えば、第１の偏光成分を含む光を射出する光源部と、前記第１の偏光成分が入射する集光光学系と、前記集光光学系を透過した前記第１の偏光成分が入射する光学素子と、前記光学素子を経由した前記第１の偏光成分が入射するピックアップ光学系と、を備えた光源装置であって、前記集光光学系および前記ピックアップ光学系のうち少なくとも一方は、第１のレンズを含み、前記第１のレンズが正の線膨張係数を持つ場合、前記第１のレンズは、前記第１の偏光成分が前記第１のレンズに入射していないとき、表層に圧縮応力を有し、前記第１のレンズが負の線膨張係数を持つ場合、前記第１のレンズは、前記第１の偏光成分が前記第１のレンズに入射していないとき、表層に引張応力を有する光源装置が提供される。   According to the first aspect of the present invention, a light source unit that emits light including a first polarization component, a condensing optical system on which the first polarization component is incident, and the first light transmitted through the condensing optical system A light source apparatus comprising: an optical element on which one polarization component is incident; and a pickup optical system on which the first polarization component is incident via the optical element, wherein the light collecting optical system and the pickup optical system At least one of them includes a first lens, and when the first lens has a positive coefficient of linear expansion, the first lens has the first polarization component incident on the first lens. When the first lens has a negative linear expansion coefficient, the first lens has the first polarization component incident on the first lens. When not, a light source device having a tensile stress on the surface layer is provided

第１態様に係る光源装置によれば、第１の偏光成分の入射に伴う温度上昇により第１のレンズに発生した応力の少なくとも一部を、該第１のレンズの潜在応力（圧縮応力或いは引張応力）により相殺することができる。よって、第１のレンズの温度が上昇した時において、第１の偏向成分の偏光状態の乱れが低減される。   According to the light source device according to the first aspect, at least part of the stress generated in the first lens due to the temperature rise accompanying the incidence of the first polarization component is used as the latent stress (compressive stress or tensile stress) of the first lens. Stress). Therefore, when the temperature of the first lens rises, disturbance of the polarization state of the first deflection component is reduced.

上記第１態様において、前記光学素子は前記第１の偏光成分を反射させる反射面を備え、前記光源部と前記集光光学系との間の光路中に設けられた偏光分離素子と、前記偏光分離素子と前記集光光学系との間の光路中に設けられ、前記光のうち前記偏光分離素子を経由した前記第１の偏光成分が入射する位相差素子と、をさらに備え、前記集光光学系は前記ピックアップ光学系を兼ねており、前記反射面で反射された前記第１の偏光成分は、前記ピックアップ光学系と前記位相差素子とを透過して前記偏光分離素子に入射するのが好ましい。
この構成によれば、第１の偏光成分の偏光状態は、位相差素子を２回透過することで異なる偏光状態に変換される。そのため、反射面で反射されてピックアップ光学系及び位相差素子を透過した第１の偏光成分を偏光分離素子で効率的に反射させることができる。 In the first aspect, the optical element includes a reflection surface that reflects the first polarization component, the polarization separation element provided in an optical path between the light source unit and the condensing optical system, and the polarization A phase difference element that is provided in an optical path between the separation element and the condensing optical system, and in which the first polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident; The optical system also serves as the pickup optical system, and the first polarization component reflected by the reflecting surface passes through the pickup optical system and the phase difference element and enters the polarization separation element. preferable.
According to this configuration, the polarization state of the first polarization component is converted into a different polarization state by passing through the phase difference element twice. Therefore, the first polarization component reflected by the reflection surface and transmitted through the pickup optical system and the phase difference element can be efficiently reflected by the polarization separation element.

上記第１態様において、前記集光光学系は、前記第１のレンズと、石英で形成された第２のレンズとを含むのが好ましい。
この構成によれば、第２のレンズが内部吸収および熱膨張係数が小さい石英で形成されているので、第２のレンズは光吸収による自己発熱をしにくい。たとえ光吸収によって第２のレンズの温度が上昇しても、第２のレンズの熱歪みによって生じる複屈折があまり大きくならない。そのため、ピックアップ光学系に比べて温度上昇がし易い集光光学系において、第１の偏向成分の偏光状態の乱れがより低減される。 In the first aspect, it is preferable that the condensing optical system includes the first lens and a second lens made of quartz.
According to this configuration, since the second lens is made of quartz having a small internal absorption and thermal expansion coefficient, the second lens is unlikely to generate heat due to light absorption. Even if the temperature of the second lens rises due to light absorption, the birefringence caused by the thermal distortion of the second lens does not become very large. For this reason, in the condensing optical system in which the temperature rises more easily than the pickup optical system, the disturbance of the polarization state of the first deflection component is further reduced.

上記第１態様において、前記第２のレンズは、前記集光光学系において最も前記光学素子側に配置されているのが好ましい。
この構成によれば、最も温度が上昇し易い光学素子側に第２のレンズが配置されているため、第１の偏向成分の偏光状態の乱れを良好に低減できる。 In the first aspect, it is preferable that the second lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system.
According to this configuration, since the second lens is disposed on the optical element side where the temperature is most likely to rise, disturbance of the polarization state of the first deflection component can be reduced well.

上記第１態様において、前記集光光学系は、前記第１のレンズと第２のレンズとを含み、前記第１のレンズは、前記集光光学系において最も前記光学素子側に配置されているのが好ましい。
この構成によれば、集光光学系が複数のレンズから構成される場合において、最も温度が上昇し易い光学素子側に第１のレンズが配置されているため、第１の偏向成分の偏光状態の乱れを良好に低減できる。 In the first aspect, the condensing optical system includes the first lens and the second lens, and the first lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system. Is preferred.
According to this configuration, when the condensing optical system is composed of a plurality of lenses, the first lens is disposed on the optical element side where the temperature is most likely to rise, so the polarization state of the first deflection component Disturbance can be reduced satisfactorily.

上記第１態様において、前記第１のレンズは、イオン交換法によって強化されたレンズであり、Ｋ２Ｏを含有するのが好ましい。
この構成によれば、第１のレンズは表層に所定の応力層を備えるため、第１の偏向成分の偏光状態の乱れを良好に低減できる。 In the first aspect, the first lens is a lens reinforced by an ion exchange method, and preferably contains K 2 O.
According to this configuration, since the first lens includes the predetermined stress layer on the surface layer, disturbance of the polarization state of the first deflection component can be reduced satisfactorily.

上記第１態様において、前記光のうち前記偏光分離素子を経由した第２の偏光成分が入射する波長変換素子をさらに含むのが好ましい。
この構成によれば、光源部から射出した光と異なる波長帯の光を生成することができる。 In the first aspect, it is preferable that the light source further includes a wavelength conversion element on which a second polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident.
According to this configuration, it is possible to generate light having a wavelength band different from the light emitted from the light source unit.

本発明の第２態様に従えば、上記第２態様に係る光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。   According to the second aspect of the present invention, the light source device according to the second aspect, a light modulation device that forms image light by modulating light from the light source device according to image information, and the image light A projection optical system for projecting is provided.

第２態様に係るプロジェクターは上記第２態様に係る光源装置を備えるので、明るい画像光を投射することができる。   Since the projector according to the second aspect includes the light source device according to the second aspect, it is possible to project bright image light.

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to a first embodiment. 照明装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of an illuminating device. 拡散反射素子の断面図。Sectional drawing of a diffuse reflection element. 比較用レンズに生じる発熱時の温度分布のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result of the temperature distribution at the time of the heat_generation | fever which arises in the lens for a comparison. 発熱時の比較用レンズに生じる応力分布のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result of the stress distribution which arises in the lens for a comparison at the time of heat_generation | fever. 比較用レンズで熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示す図。The figure which shows typically the phenomenon when heat distortion arises with the lens for a comparison. レンズで熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示す図。The figure which shows typically the phenomenon when heat distortion arises with a lens. 第２実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to a second embodiment. 第１レンズ及び第２レンズに熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示す図。The figure which shows typically the phenomenon when heat distortion arises in the 1st lens and the 2nd lens.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

（第１実施形態）
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。 (First embodiment)
First, an example of a projector according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the projector 1 of this embodiment is a projection type image display device that displays a color video on a screen SCR. The projector 1 includes an illumination device 2, a color separation optical system 3, a light modulation device 4R, a light modulation device 4G, a light modulation device 4B, a combining optical system 5, and a projection optical system 6.

色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。   The color separation optical system 3 separates the illumination light WL into red light LR, green light LG, and blue light LB. The color separation optical system 3 includes a first dichroic mirror 7a and a second dichroic mirror 7b, a first total reflection mirror 8a, a second total reflection mirror 8b, a third total reflection mirror 8c, and a first A relay lens 9a and a second relay lens 9b are roughly provided.

第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。   The first dichroic mirror 7a separates the illumination light WL from the illumination device 2 into red light LR and other light (green light LG and blue light LB). The first dichroic mirror 7a transmits the separated red light LR and reflects other light (green light LG and blue light LB). On the other hand, the second dichroic mirror 7b reflects the green light LG and transmits the blue light LB, thereby separating the other light into the green light LG and the blue light LB.

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。   The first total reflection mirror 8a is disposed in the optical path of the red light LR, and reflects the red light LR transmitted through the first dichroic mirror 7a toward the light modulation device 4R. On the other hand, the second total reflection mirror 8b and the third total reflection mirror 8c are arranged in the optical path of the blue light LB, and guide the blue light LB transmitted through the second dichroic mirror 7b to the light modulation device 4B. The green light LG is reflected from the second dichroic mirror 7b toward the light modulation device 4G.

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。   The first relay lens 9a and the second relay lens 9b are arranged on the light emission side of the second total reflection mirror 8b in the optical path of the blue light LB. The first relay lens 9a and the second relay lens 9b function to compensate for the optical loss of the blue light LB caused by the optical path length of the blue light LB being longer than the optical path lengths of the red light LR and the green light LG. have.

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。   The light modulation device 4R modulates the red light LR according to the image information, and forms image light corresponding to the red light LR. The light modulation device 4G modulates the green light LG according to the image information, and forms image light corresponding to the green light LG. The light modulation device 4B modulates the blue light LB according to the image information, and forms image light corresponding to the blue light LB.

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。   For example, a transmissive liquid crystal panel is used for the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B. A polarizing plate (not shown) is disposed on each of the incident side and the emission side of the liquid crystal panel.

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。   Further, a field lens 10R, a field lens 10G, and a field lens 10B are disposed on the incident side of the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B, respectively. The field lens 10R, the field lens 10G, and the field lens 10B collimate the red light LR, the green light LG, and the blue light LB incident on the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B, respectively.

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。   Image light from the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B is incident on the combining optical system 5. The synthesis optical system 5 synthesizes image lights corresponding to the red light LR, green light LG, and blue light LB, respectively, and emits the synthesized image light toward the projection optical system 6. For example, a cross dichroic prism is used for the combining optical system 5.

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。   The projection optical system 6 includes a projection lens group, and enlarges and projects the image light combined by the combining optical system 5 toward the screen SCR. As a result, an enlarged color image is displayed on the screen SCR.

（照明装置）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置２について説明する。図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、光源装置２Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとを備えている。本実施形態において、インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは重畳光学系３３を構成している。 (Lighting device)
Then, the illuminating device 2 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the illumination device 2. As shown in FIG. 2, the illumination device 2 includes a light source device 2A, an integrator optical system 31, a polarization conversion element 32, and a superimposing lens 33a. In the present embodiment, the integrator optical system 31 and the superimposing lens 33a constitute a superimposing optical system 33.

光源装置２Ａは、アレイ光源２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とを備える。   The light source device 2A includes an array light source 21A, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a first retardation plate 28a, a homogenizer optical system 24, an optical element 25A including a polarization separation element 50A, A first condensing optical system 26, a fluorescent light emitting element 27, a second phase difference plate 28b, a second condensing optical system 29, and a diffuse reflection element 30 are provided.

アレイ光源２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、ホモジナイザー光学系２４と、光学素子２５Ａと、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、光学素子２５Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。   An array light source 21A, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a first phase difference plate 28a, a homogenizer optical system 24, an optical element 25A, a second phase difference plate 28b, and a second phase difference plate 28b The condensing optical system 29 and the diffuse reflection element 30 are sequentially arranged on the optical axis ax1. On the other hand, the fluorescent light emitting element 27, the first condensing optical system 26, the optical element 25A, the integrator optical system 31, the polarization conversion element 32, and the superimposing lens 33a are sequentially arranged on the optical axis ax2. Has been. The optical axis ax1 and the optical axis ax2 are in the same plane and are orthogonal to each other.

アレイ光源２１Ａは、固体光源としての複数の半導体レーザー２１１を備える。複数の半導体レーザー２１１は光軸ａｘ１と直交する同一面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１１は、例えば青色の光線ＢＬ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。本実施形態において、アレイ光源２１Ａは、複数の光線ＢＬからなる光線束を射出する。   The array light source 21A includes a plurality of semiconductor lasers 211 as solid light sources. The plurality of semiconductor lasers 211 are arranged in an array in the same plane orthogonal to the optical axis ax1. The semiconductor laser 211 emits, for example, a blue light beam BL (for example, a laser beam having a peak wavelength of 460 nm). In the present embodiment, the array light source 21A emits a light bundle composed of a plurality of light beams BL.

アレイ光源２１Ａから射出された光線ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１Ａから射出された光線ＢＬを平行光束に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１１に対応して配置されている。   The light beam BL emitted from the array light source 21 </ b> A enters the collimator optical system 22. The collimator optical system 22 converts the light beam BL emitted from the array light source 21A into a parallel light beam. The collimator optical system 22 is composed of, for example, a plurality of collimator lenses 22a arranged in an array. The plurality of collimator lenses 22 a are arranged corresponding to the plurality of semiconductor lasers 211.

コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、光線ＢＬの光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂから構成されている。   The light beam BL that has passed through the collimator optical system 22 enters the afocal optical system 23. The afocal optical system 23 adjusts the beam diameter of the light beam BL. The afocal optical system 23 includes, for example, a convex lens 23a and a concave lens 23b.

アフォーカル光学系２３を通過した光線ＢＬは第１の位相差板２８ａに入射する。第１の位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。半導体レーザー２１１から射出された光線ＢＬは直線偏光である。１／２波長板の回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２８ａを透過した光線ＢＬを、光学素子２５Ａに対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光線とすることができる。第１の位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。   The light beam BL that has passed through the afocal optical system 23 enters the first retardation plate 28a. The first retardation plate 28a is, for example, a half-wave plate that can be rotated. The light beam BL emitted from the semiconductor laser 211 is linearly polarized light. By appropriately setting the rotation angle of the half-wave plate, the light beam BL transmitted through the first phase difference plate 28a is converted into a light beam containing an S-polarized component and a P-polarized component with respect to the optical element 25A at a predetermined ratio. can do. By rotating the first retardation plate 28a, the ratio of the S-polarized component and the P-polarized component can be changed.

第１の位相差板２８ａを通過することによりＳ偏光成分の光線ＢＬｓとＰ偏光成分の光線ＢＬｐとを含む光は、ホモジナイザー光学系２４に入射する。本実施形態において、第１の位相差板２８ａ及びアレイ光源２１Ａは、特許請求の範囲の「光源部」に相当し、Ｐ偏光成分の光線ＢＬｐは、特許請求の範囲の「第１の偏光成分」に相当する。   The light including the S-polarized component light beam BLs and the P-polarized component light beam BLp is incident on the homogenizer optical system 24 by passing through the first retardation plate 28a. In the present embodiment, the first retardation plate 28a and the array light source 21A correspond to the “light source unit” in the claims, and the light beam BLp of the P-polarized component is the “first polarization component” in the claims. Is equivalent to.

ホモジナイザー光学系２４は、第１の集光光学系２６と協働して、蛍光体層３４上での光線ＢＬｓによる照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２４は、第２の集光光学系２９と協働して、後述する拡散反射素子３０上での青色光ＢＬｃ１による照度分布を均一化する。ホモジナイザー光学系２４は、例えば第１のレンズアレイ２４ａと第２のレンズアレイ２４ｂとから構成されている。第１のレンズアレイ２４ａは複数の第１小レンズ２４ａｍを含み、第２のレンズアレイ２４ｂは複数の第２小レンズ２４ｂｍを含む。複数の第２小レンズ２４ｂｍは複数の第１小レンズ２４ａｍとそれぞれ対応している。   The homogenizer optical system 24 collaborates with the first condensing optical system 26 to uniformize the illuminance distribution due to the light beam BLs on the phosphor layer 34. Further, the homogenizer optical system 24 cooperates with the second condensing optical system 29 to uniformize the illuminance distribution by the blue light BLc1 on the diffuse reflection element 30 described later. The homogenizer optical system 24 includes, for example, a first lens array 24a and a second lens array 24b. The first lens array 24a includes a plurality of first small lenses 24am, and the second lens array 24b includes a plurality of second small lenses 24bm. The plurality of second small lenses 24bm correspond to the plurality of first small lenses 24am, respectively.

ホモジナイザー光学系２４を透過した光は光学素子２５Ａに入射する。光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。   The light transmitted through the homogenizer optical system 24 enters the optical element 25A. The optical element 25A is composed of, for example, a dichroic prism having wavelength selectivity. The dichroic prism has an inclined surface K that forms an angle of 45 ° with the optical axis ax1. The inclined surface K forms an angle of 45 ° with respect to the optical axis ax2.

傾斜面Ｋには、波長選択特性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、第１の位相差板２８ａを通過した光を、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子５０Ａは、Ｓ偏光成分の光線ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の光線ＢＬｐを透過させる。   The inclined surface K is provided with a polarization separation element 50A having wavelength selection characteristics. The polarization separation element 50A has a polarization separation function of separating the light that has passed through the first retardation plate 28a into an S-polarized component and a P-polarized component for the polarization separation element 50A. Specifically, the polarization separation element 50A reflects the light beam BLs of the S polarization component and transmits the light beam BLp of the P polarization component.

また、偏光分離素子５０Ａは光線ＢＬｓ及び光線ＢＬｐとは波長帯が異なる蛍光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。   Further, the polarization separation element 50A has a color separation function of transmitting the fluorescent light YL having a wavelength band different from that of the light beams BLs and BLp regardless of the polarization state.

偏光分離素子５０Ａから射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、光線ＢＬｓを蛍光体層３４に向けて集光させるとともに、蛍光体層３４の上で互いに重畳させる。本実施形態において、蛍光体層３４は特許請求の範囲の「波長変換素子」に相当する。   The S-polarized light beam BLs emitted from the polarization separation element 50 </ b> A is incident on the first condensing optical system 26. The first condensing optical system 26 condenses the light beams BLs toward the phosphor layer 34 and superimposes them on the phosphor layer 34. In the present embodiment, the phosphor layer 34 corresponds to a “wavelength conversion element” in the claims.

本実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成されている。第１の集光光学系２６から射出された光線ＢＬｓは、蛍光発光素子２７に入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、この蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層３４を基板３５に固定する固定部材３６とを有している。   In this embodiment, the 1st condensing optical system 26 is comprised from the 1st lens 26a and the 2nd lens 26b, for example. The light beam BLs emitted from the first condensing optical system 26 enters the fluorescent light emitting element 27. The fluorescent light emitting element 27 includes a phosphor layer 34, a substrate 35 that supports the phosphor layer 34, and a fixing member 36 that fixes the phosphor layer 34 to the substrate 35.

本実施形態において、蛍光体層３４は、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定されている。蛍光体層３４の光線ＢＬｓが入射する側とは反対側の面は基板３５に接触している。   In the present embodiment, the phosphor layer 34 is fixed to the substrate 35 by a fixing member 36 provided between the side surface of the phosphor layer 34 and the substrate 35. The surface of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the light beam BLs is incident is in contact with the substrate 35.

蛍光体層３４は、波長４４０ｎｍの光線ＢＬを吸収して励起される蛍光体を含む。
この光線ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光（黄色光）ＹＬを射出する。 The phosphor layer 34 includes a phosphor that is excited by absorbing the light beam BL having a wavelength of 440 nm.
The phosphor excited by the light beam BLs emits fluorescence (yellow light) YL having a peak wavelength in a wavelength region of 500 to 700 nm, for example.

蛍光体層３４には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層３４としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。   It is preferable to use a material having excellent heat resistance and surface processability for the phosphor layer 34. As such a phosphor layer 34, for example, a phosphor layer in which phosphor particles are dispersed in an inorganic binder such as alumina, or a phosphor layer in which phosphor particles are sintered without using a binder is suitable. Can be used.

蛍光体層３４の光線ＢＬｓが入射する側とは反対側には、第１の反射素子としての反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。   On the opposite side of the phosphor layer 34 from the side on which the light beam BLs is incident, a reflecting portion 37 as a first reflecting element is provided. The reflection unit 37 reflects a component traveling toward the substrate 35 in the fluorescence YL generated in the phosphor layer 34.

基板３５の蛍光体層３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体層３４の熱劣化を防ぐことができる。   A heat sink 38 is disposed on the surface of the substrate 35 opposite to the surface that supports the phosphor layer 34. In the fluorescent light emitting element 27, since heat can be radiated through the heat sink 38, thermal deterioration of the phosphor layer 34 can be prevented.

蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体層３４の外部へと射出される。また、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体層３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体層３４から射出される。   Among the fluorescence YL generated in the phosphor layer 34, a part of the fluorescence YL is reflected by the reflecting portion 37 and emitted to the outside of the phosphor layer 34. In addition, among the fluorescence YL generated in the phosphor layer 34, another part of the fluorescence YL is emitted outside the phosphor layer 34 without passing through the reflection portion 37. In this way, the fluorescence YL is emitted from the phosphor layer 34.

蛍光体層３４から射出された蛍光ＹＬは、非偏光光である。蛍光ＹＬは、第１の集光光学系２６を通過した後、偏光分離素子５０Ａに入射する。そして、この蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａからインテグレーター光学系３１に向けて進む。   The fluorescence YL emitted from the phosphor layer 34 is non-polarized light. The fluorescence YL passes through the first condensing optical system 26 and then enters the polarization separation element 50A. The fluorescence YL travels from the polarization separation element 50 </ b> A toward the integrator optical system 31.

一方、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板２８ｂに入射する。第２の位相差板２８ｂは、偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、この第２の位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。本実施形態において、第２の位相差板２８ｂは特許請求の範囲の「位相差素子」に相当する。   On the other hand, the P-polarized light beam BLp emitted from the polarization separation element 50A enters the second retardation plate 28b. The second retardation plate 28b is composed of a quarter-wave plate disposed in the optical path between the polarization separation element 50A and the diffuse reflection element 30. Therefore, the P-polarized light beam BLp emitted from the polarization separation element 50A is converted into, for example, clockwise circularly polarized blue light BLc1 by the second retardation plate 28b, and then the second condensing optical system. 29 is incident. In the present embodiment, the second retardation plate 28 b corresponds to a “retardation element” in the claims.

本実施形態において、第２の集光光学系２９は、例えば１つのレンズ２９ａから構成されており、青色光ＢＬｃ１を拡散反射素子３０に向けて集光させる。本実施形態において、レンズ２９ａは、例えば、正の線膨張係数を持つ硝子から構成されている。   In the present embodiment, the second condensing optical system 29 includes, for example, a single lens 29 a and condenses the blue light BLc 1 toward the diffuse reflection element 30. In the present embodiment, the lens 29a is made of glass having a positive linear expansion coefficient, for example.

拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、青色光ＢＬｃ１をランバート反射させるものを用いることが好ましい。   The diffuse reflection element 30 diffusely reflects the blue light BLc1 emitted from the second condensing optical system 29 toward the polarization separation element 50A. As the diffuse reflection element 30, it is preferable to use an element that causes Lambertian reflection of the blue light BLc1.

図３は拡散反射素子３０の断面図である。
図３に示すように、拡散反射素子３０は、基材４３と、反射膜４４と、を備えている。基材４３は、例えば硝子等の任意の材料で構成されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the diffuse reflection element 30.
As shown in FIG. 3, the diffuse reflection element 30 includes a base material 43 and a reflection film 44. The base material 43 is made of an arbitrary material such as glass.

基材４３の２つの面のうち、青色光ＢＬｃ１が入射する側の面に、ランダムに配置された複数の曲面を含む凹凸構造４３ａが設けられている。本実施形態では、凹凸構造４３ａは複数の凹部からなり、個々の凹部は略球面状に形成されている。凹部の深さは、例えば球面全体の径の１／４程度である。拡散反射素子３０を光の入射方向から見た場合、複数の凹部はランダムに配置されている。   Of the two surfaces of the base material 43, a concavo-convex structure 43a including a plurality of randomly arranged curved surfaces is provided on the surface on which the blue light BLc1 is incident. In the present embodiment, the concavo-convex structure 43a is composed of a plurality of recesses, and each recess is formed in a substantially spherical shape. The depth of the recess is, for example, about 1/4 of the diameter of the entire spherical surface. When the diffuse reflection element 30 is viewed from the incident direction of light, the plurality of concave portions are randomly arranged.

反射膜４４は、例えば銀、アルミニウム等の光反射率の高い金属で形成された金属反射膜である。反射膜４４は凹凸構造４３ａの形状に沿って形成されており、反射膜４４の表面も略球面状の形状を呈している。凹凸構造４３ａの表面に反射膜４４が形成されたことにより、凹凸構造４３ａは反射性を有する。拡散反射素子３０の反射膜４４の形成面に青色光ＢＬｃ１が入射したとき、青色光ＢＬｃ１は１回の反射で射出され、多重反射は生じない。これにより、青色光ＢＬｃ１が拡散反射素子３０によって反射されるときの、その偏光状態の乱れが低減される。   The reflection film 44 is a metal reflection film formed of a metal having a high light reflectance such as silver or aluminum. The reflective film 44 is formed along the shape of the concavo-convex structure 43a, and the surface of the reflective film 44 also has a substantially spherical shape. Since the reflective film 44 is formed on the surface of the uneven structure 43a, the uneven structure 43a has reflectivity. When the blue light BLc1 is incident on the formation surface of the reflection film 44 of the diffuse reflection element 30, the blue light BLc1 is emitted by one reflection, and multiple reflection does not occur. Thereby, disturbance of the polarization state when the blue light BLc1 is reflected by the diffuse reflection element 30 is reduced.

反射膜４４として、金属反射膜に限らず、例えば誘電体多層膜を用いることも可能である。しかしながら、反射膜４４として金属反射膜を用いた場合、誘電体多層膜からなる反射膜を用いた場合と比べて、光の入射角が変化しても反射特性が低下しにくい。その結果、拡散反射素子３０による光の損失が少なくなり、光の利用効率を高めることができる。   The reflection film 44 is not limited to a metal reflection film, and for example, a dielectric multilayer film can be used. However, when a metal reflection film is used as the reflection film 44, the reflection characteristics are less likely to deteriorate even if the incident angle of light changes, compared to the case where a reflection film made of a dielectric multilayer film is used. As a result, light loss due to the diffuse reflection element 30 is reduced, and the light use efficiency can be increased.

なお、拡散反射素子３０の構造は図３に示した構成に限定されない。例えば、基材が銀、アルミニウム等の金属を形成しても良い。この場合、基材自体が光反射性を有しているため、基材上に金属膜を形成する必要がない。また、図３に示した構造では、凹凸構造４３ａの表面に反射膜４４を形成したが、基材４３の２つの面のうち、青色光ＢＬｃ１が入射する側の面と反対側の面に反射膜４４を形成しても良い。   The structure of the diffuse reflection element 30 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the base material may form a metal such as silver or aluminum. In this case, since the base material itself has light reflectivity, it is not necessary to form a metal film on the base material. In the structure shown in FIG. 3, the reflective film 44 is formed on the surface of the concave-convex structure 43a. Of the two surfaces of the base material 43, the reflective film 44 is reflected on the surface opposite to the surface on which the blue light BLc1 is incident. The film 44 may be formed.

拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態によれば、上記拡散反射素子３０を用いることにより、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させて、略均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ２を得ることができる。ここで、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射される。   The light diffusely reflected by the diffuse reflection element 30 is referred to as blue light BLc2. According to the present embodiment, by using the diffuse reflection element 30, the blue light BLc1 can be diffused and reflected to obtain the blue light BLc2 having a substantially uniform illuminance distribution. Here, the clockwise circularly polarized blue light BLc1 is reflected as the counterclockwise circularly polarized blue light BLc2.

青色光ＢＬｃ２は第２の集光光学系２９にピックアップされることで平行光に変換された後に再び第２の位相差板２８ｂに入射する。本実施形態において、第２の集光光学系２９は、特許請求の範囲に記載の「集光光学系」及び「ピックアップ光学系」に相当するものである。つまり、第２の集光光学系２９は、集光光学系としての機能とピックアップ光学系としての機能とを兼ねた光学系を構成している。   The blue light BLc2 is picked up by the second condensing optical system 29 and converted into parallel light, and then enters the second retardation plate 28b again. In the present embodiment, the second condensing optical system 29 corresponds to a “condensing optical system” and a “pickup optical system” recited in the claims. That is, the second condensing optical system 29 constitutes an optical system that has both a function as a condensing optical system and a function as a pickup optical system.

左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２の位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色光ＢＬ’ｓに変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬ’ｓは、偏光分離素子５０Ａによってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。   The counterclockwise circularly polarized blue light BLc2 is converted into S-polarized blue light BL's by the second retardation film 28b. The S-polarized blue light BL's is reflected toward the integrator optical system 31 by the polarization separation element 50A.

これにより、青色光ＢＬ’ｓは、偏光分離素子５０Ａを透過した蛍光ＹＬと共に、照明光ＷＬとして利用されることになる。すなわち、青色光ＢＬ’ｓ及び蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａから互いに同一方向に向けて射出される。これにより、青色光ＢＬ’ｓと蛍光（黄色光）ＹＬとが混ざった白色の照明光ＷＬが得られる。   Thereby, the blue light BL's is used as the illumination light WL together with the fluorescence YL transmitted through the polarization separation element 50A. That is, the blue light BL's and the fluorescence YL are emitted from the polarization separation element 50A in the same direction. Thereby, white illumination light WL in which blue light BL's and fluorescence (yellow light) YL are mixed is obtained.

照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１ａ，レンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂは、複数の小レンズがアレイ状に配列されたものからなる。   The illumination light WL is emitted toward the integrator optical system 31. The integrator optical system 31 includes, for example, a lens array 31a and a lens array 31b. The lens arrays 31a and 31b are composed of a plurality of small lenses arranged in an array.

インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。   The illumination light WL that has passed through the integrator optical system 31 enters the polarization conversion element 32. The polarization conversion element 32 includes a polarization separation film and a retardation plate. The polarization conversion element 32 converts the illumination light WL including the non-polarized fluorescence YL into linearly polarized light.

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳光学系３３に入射する。重畳光学系３３はインテグレーター光学系３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度の分布を均一化する。このようにして、照明装置２は照明光ＷＬを生成する。   The illumination light WL that has passed through the polarization conversion element 32 enters the superimposing optical system 33. The superimposing optical system 33 cooperates with the integrator optical system 31 to uniformize the illuminance distribution by the illumination light WL in the illuminated area. In this way, the lighting device 2 generates the illumination light WL.

ところで、上記説明では理想的な場合について説明した。すなわち、拡散反射素子３０から戻ってきた青色光ＢＬｃ２が第２の位相差板２８ｂによってＳ偏光に変換される場合について説明した。この場合、偏光分離素子５０Ａにより反射された青色光ＢＬ’ｓの光量は偏光分離素子５０Ａに入射した青色光ＢＬ’ｓの光量とほぼ同じである。しかしながら、実際には、偏光分離素子５０Ａにより反射された青色光ＢＬ’ｓの光量が反射前の光量に比べて減少する場合がある。この傾向は半導体レーザー２１１のパワーが大きくなるほど顕著となる。   In the above description, an ideal case has been described. That is, the case where the blue light BLc2 returned from the diffuse reflection element 30 is converted into S-polarized light by the second retardation plate 28b has been described. In this case, the amount of blue light BL's reflected by the polarization separation element 50A is substantially the same as the amount of blue light BL's incident on the polarization separation element 50A. However, in practice, the amount of blue light BL's reflected by the polarization separation element 50A may decrease compared to the amount before reflection. This tendency becomes more prominent as the power of the semiconductor laser 211 increases.

ここで、第２の集光光学系２９（レンズ２９ａ）を構成する硝材は内部吸収率がゼロではない。そのため、レンズ２９ａはアレイ光源２１Ａから射出されたレーザー光（青色光ＢＬｃ１或いはＢＬｃ２）の一部を吸収して発熱する。   Here, the internal absorptance of the glass material constituting the second condensing optical system 29 (lens 29a) is not zero. Therefore, the lens 29a absorbs part of the laser light (blue light BLc1 or BLc2) emitted from the array light source 21A and generates heat.

ここで、比較例として、レンズ２９ａと同じ正の線膨張係数を持つ硝子からなるレンズがレーザー光を吸収した場合のシミュレーション結果について説明する。以下、このレンズを比較用レンズ２９ｂと呼ぶ。比較用レンズ２９ｂとレンズ２９ａとの違いは、後述のように光が入射していない状態において表層に応力を有しているか否かの点である。   Here, as a comparative example, a simulation result when a lens made of glass having the same positive linear expansion coefficient as the lens 29a absorbs laser light will be described. Hereinafter, this lens is referred to as a comparative lens 29b. The difference between the comparative lens 29b and the lens 29a is whether or not the surface layer has stress in a state where no light is incident as will be described later.

図４は比較用レンズ２９ｂに生じる発熱時の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。図４に示すように、比較用レンズ２９ｂはレーザー光を吸収すると、中央部に最も高温となる高温部を有した温度分布が生じる。   FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of the temperature distribution during heat generation occurring in the comparative lens 29b. As shown in FIG. 4, when the comparative lens 29b absorbs the laser beam, a temperature distribution having a high temperature portion that is the highest temperature in the center portion is generated.

図５は発熱時の比較用レンズ２９ｂに生じる応力分布のシミュレーション結果である。なお、図５において、符号Ａ１で示す領域は圧縮応力が生じている圧縮応力発生領域に相当し、符号Ａ２で示す領域は引張応力が生じている引張応力発生領域に相当する。   FIG. 5 is a simulation result of a stress distribution generated in the comparative lens 29b during heat generation. In FIG. 5, a region indicated by reference numeral A1 corresponds to a compressive stress generation region where compressive stress is generated, and a region indicated by reference symbol A2 corresponds to a tensile stress generation region where tensile stress is generated.

図５に示すように、比較用レンズ２９ｂでは、発熱による熱歪み（膨張）によって、その表層に引張応力が生じ、その内部に圧縮応力が生じた状態となる。   As shown in FIG. 5, in the comparative lens 29b, due to thermal distortion (expansion) due to heat generation, a tensile stress is generated in the surface layer, and a compressive stress is generated therein.

図６は比較用レンズ２９ｂにおいて熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示した図である。図６中の矢印左側に示される状態は比較用レンズ２９ｂに熱歪みが生じない非発熱時に相当し、図６中の矢印右側に示される状態は比較用レンズ２９ｂに熱歪みが生じる発熱時の状態に相当する。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a phenomenon when thermal distortion occurs in the comparative lens 29b. The state shown on the left side of the arrow in FIG. 6 corresponds to a non-heat generation state when no thermal distortion occurs in the comparative lens 29b, and the state shown on the right side of the arrow in FIG. 6 corresponds to a state of heat generation when thermal distortion occurs in the comparison lens 29b. Corresponds to the state.

熱歪によって膨張した比較用レンズ２９ｂは、図６に示すように、その表層に引張応力Ｆ１が生じ、その内部に圧縮応力Ｆ２が生じた状態となる。比較用レンズ２９ｂは熱歪みによって複屈折が大きくなるため、入射光（青色光ＢＬｃ１或いは青色光ＢＬｃ２）の偏光状態を乱すようになる。   As shown in FIG. 6, the comparative lens 29b expanded by thermal strain is in a state in which a tensile stress F1 is generated on the surface layer and a compressive stress F2 is generated on the inside. Since the birefringence of the comparative lens 29b increases due to thermal distortion, the polarization state of incident light (blue light BLc1 or blue light BLc2) is disturbed.

光弾性効果による偏光状態の乱れは、偏光分離素子５０Ａによりインテグレーター光学系３１に向けて反射された青色光ＢＬ’ｓの光量を減少させる。そのため、照明光ＷＬとして利用できる青色光ＢＬ’ｓの青色光ＢＬｃ２に対する割合が減少する。つまり、光線ＢＬｐ（第１の偏光成分）の利用効率が低下してしまう。   The disturbance of the polarization state due to the photoelastic effect reduces the amount of blue light BL's reflected toward the integrator optical system 31 by the polarization separation element 50A. Therefore, the ratio of the blue light BL's that can be used as the illumination light WL to the blue light BLc2 is reduced. That is, the utilization efficiency of the light beam BLp (first polarization component) decreases.

これに対し、本実施形態においては、第２の集光光学系２９を構成するレンズ２９ａとして予め表層及び内部に応力を有したレンズを用いている。つまり、レンズ２９ａは特許請求の範囲の「第１のレンズ」に相当する。   On the other hand, in the present embodiment, a lens having a stress in the surface layer and inside is used in advance as the lens 29a constituting the second condensing optical system 29. That is, the lens 29a corresponds to the “first lens” in the claims.

本実施形態のレンズ２９ａは、青色光ＢＬｃ１が該レンズ２９ａに入射していないとき、表層に圧縮応力を有し、内部に引張応力を有している。ここで、青色光ＢＬｃ１が該レンズ２９ａに入射していないときとは、例えば、プロジェクター１の電源がＯＦＦ状態のため、アレイ光源２１Ａからレーザー光が射出されず、レンズ２９ａが室温となっている状態を意味する。   When the blue light BLc1 is not incident on the lens 29a, the lens 29a of the present embodiment has a compressive stress on the surface layer and a tensile stress inside. Here, when the blue light BLc1 is not incident on the lens 29a, for example, since the power of the projector 1 is in an OFF state, the laser light is not emitted from the array light source 21A, and the lens 29a is at room temperature. Means state.

このようなレンズ２９ａは物理強化法或いは化学強化法（イオン交換法）によって形成することができる。ここで、一般に化学強化法によってレンズ表層に形成される圧縮応力層の厚さは、物理強化法によってレンズ表層に形成される圧縮応力層の厚さよりも薄い。しかしながら、物理強化法によって圧縮応力層に所定の応力分布を持たせることは難しい。   Such a lens 29a can be formed by a physical strengthening method or a chemical strengthening method (ion exchange method). Here, generally, the thickness of the compressive stress layer formed on the lens surface layer by the chemical strengthening method is thinner than the thickness of the compressive stress layer formed on the lens surface layer by the physical strengthening method. However, it is difficult to give the compressive stress layer a predetermined stress distribution by the physical strengthening method.

そこで、本実施形態では、レンズ２９ａとしてイオン交換法によって強化されたレンズを用いた。さらに、レンズ２９ａの表層に圧縮応力層をより深く形成するため、Ｋ２Ｏを含有した硝子を用いてレンズ２９ａを形成するようにした。Ｋ２Ｏは、化学強化におけるイオン交換速度を大きくする作用があるため、レンズ２９ａの表層に形成される圧縮応力層の厚さを大きくすることができる。このように本実施形態では、Ｋ２Ｏを含有する硝子をイオン交換法によって強化することで、後述の圧力分布を有したレンズ２９ａを実現している。 Therefore, in this embodiment, a lens reinforced by an ion exchange method is used as the lens 29a. Further, in order to form a deeper compressive stress layer on the surface layer of the lens 29a, the lens 29a is formed using a glass containing K 2 O. Since K 2 O has the effect of increasing the ion exchange rate in chemical strengthening, the thickness of the compressive stress layer formed on the surface layer of the lens 29a can be increased. As described above, in this embodiment, by strengthening glass that contains K 2 O by ion exchange method realizes a lens 29a having a pressure distribution will be described later.

図７は、上記応力分布を有するレンズ２９ａにおいて熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示した図である。図７において、符号Ｆ１１はレンズ２９ａの表層に生じている圧縮応力であり、符号Ｆ２２はレンズ２９ａの内部に生じている引張応力である。図７中の矢印左側に示される状態はレンズ２９ａに熱歪みが生じない非発熱時に相当し、図７中の矢印右側に示される状態はレンズ２９ａに熱歪みが生じる発熱時の状態に相当する。   FIG. 7 is a diagram schematically showing a phenomenon when thermal distortion occurs in the lens 29a having the stress distribution. In FIG. 7, symbol F11 is a compressive stress generated in the surface layer of the lens 29a, and symbol F22 is a tensile stress generated in the lens 29a. The state shown on the left side of the arrow in FIG. 7 corresponds to a non-heat generation state where thermal distortion does not occur in the lens 29a, and the state shown on the right side of the arrow in FIG. 7 corresponds to a state during heat generation where thermal distortion occurs in the lens 29a. .

レンズ２９ａにおいて上述の温度分布が発生すると、図６に示した比較用レンズ２９ｂと同様に、その表層に引張応力Ｆ１が発生し、内部に圧縮応力Ｆ２が発生する。このとき、レンズ２９ａは表層及び内部に上記応力が予め生じているため、レンズ２９ａの表層においては上記圧縮応力Ｆ１１と上記引張応力Ｆ１とが合成され、レンズ２９ａの内部においては上記引張応力Ｆ２２と上記圧縮応力Ｆ２とが合成される。   When the above-described temperature distribution is generated in the lens 29a, a tensile stress F1 is generated in the surface layer and a compressive stress F2 is generated in the inside, as in the comparative lens 29b shown in FIG. At this time, since the above-mentioned stress is generated in the surface layer and the inside of the lens 29a at this time, the compression stress F11 and the tensile stress F1 are combined in the surface layer of the lens 29a, and the tensile stress F22 in the lens 29a. The compressive stress F2 is synthesized.

本実施形態においては、光源装置２Ａの使用時にレンズ２９ａに生じる熱歪みの大きさから上記応力（図６に示した引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２）を予め算出している。そして、この応力を打ち消す大きさに圧縮応力Ｆ１１及び引張応力Ｆ２２を設定するようにしている。そのため、熱歪みによりレンズ２９ａに発生した応力の少なくとも一部は該レンズ２９ａ内に生じている潜在的な応力（圧縮応力Ｆ１１及び上記引張応力Ｆ２２）により相殺される。そのため、光源装置２Ａの使用時においてレンズ２９ａ内に生じる応力分布は比較的小さい。   In the present embodiment, the stresses (the tensile stress F1 and the compressive stress F2 shown in FIG. 6) are calculated in advance from the magnitude of thermal strain generated in the lens 29a when the light source device 2A is used. Then, the compressive stress F11 and the tensile stress F22 are set so as to cancel the stress. For this reason, at least a part of the stress generated in the lens 29a due to thermal distortion is offset by the potential stress (compression stress F11 and the tensile stress F22) generated in the lens 29a. Therefore, the stress distribution generated in the lens 29a when using the light source device 2A is relatively small.

なお、レンズに生じる熱歪みは以下の方法で検出可能である。例えば、一対の偏光板の間にスライスしたレンズを配置し、単一波長光束を一方の偏向板側から他方の偏光板側に向かって照射する。このとき、一対の偏光板を平行ニコルに保ちながら光線軸回りに一回転したときの、透過光強度の角度依存性からレンズの位相差を算出し、この位相差からレンズに生じている歪みを算出する。   The thermal distortion generated in the lens can be detected by the following method. For example, a sliced lens is disposed between a pair of polarizing plates, and a single wavelength light beam is irradiated from one deflecting plate side toward the other polarizing plate side. At this time, the phase difference of the lens is calculated from the angle dependency of the transmitted light intensity when the pair of polarizing plates is rotated around the light axis while keeping the parallel Nicols, and the distortion generated in the lens is calculated from the phase difference. calculate.

本実施形態の光源装置２Ａによれば、光源装置２Ａの使用時に温度が上昇した場合、光弾性効果による複屈折が小さくなるので、レンズ２９ａに入射した光の偏光状態の乱れを低減することができる。よって、レンズ２９ａに入射した青色光ＢＬｃ２は、偏光状態が乱れることなく円偏光状態を保ったまま第２の位相差板２８ｂに入射し、第２の位相差板２８ｂによってＳ偏光に変換される。これにより、青色光ＢＬｃ２は偏光分離素子５０Ａによって高い効率で反射され、照明光ＷＬとして有効利用される。   According to the light source device 2A of the present embodiment, when the temperature rises when the light source device 2A is used, birefringence due to the photoelastic effect is reduced, so that disturbance of the polarization state of the light incident on the lens 29a can be reduced. it can. Therefore, the blue light BLc2 incident on the lens 29a is incident on the second retardation plate 28b while maintaining the circular polarization state without disturbing the polarization state, and is converted into S-polarized light by the second retardation plate 28b. . Thereby, the blue light BLc2 is reflected with high efficiency by the polarization separation element 50A, and is effectively used as the illumination light WL.

したがって、本実施形態の照明装置２は、明るい照明光ＷＬを照射することができる。
また、本実施形態のプロジェクター１によれば、明るい照明光ＷＬを射出する照明装置２を備えるので、明るい画像光をスクリーンＳＣＲ上に投射できる。 Therefore, the illuminating device 2 of this embodiment can irradiate bright illumination light WL.
Moreover, according to the projector 1 of this embodiment, since the illumination device 2 that emits the bright illumination light WL is provided, it is possible to project bright image light on the screen SCR.

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係るプロジェクター１について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その説明については省略若しくは簡略化する。 (Second Embodiment)
Next, the projector 1 according to the second embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure and member as the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.

図８は本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
図８に示すように、本実施形態のプロジェクター１Ａは、上記実施形態のプロジェクター１における照明装置２の代わりに、第１照明装置１２Ａおよび第２照明装置１２Ｂを備えている。 FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 8, the projector 1 </ b> A of the present embodiment includes a first lighting device 12 </ b> A and a second lighting device 12 </ b> B instead of the lighting device 2 in the projector 1 of the above embodiment.

本実施形態において、第１照明装置１２Ａは赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光ＹＬを射出し、第２照明装置１２Ｂは青色光を射出する。そのため、本実施形態のプロジェクター１Ａは、色分離光学系３Ａの構成が上記実施形態の色分離光学系３とは異なっている。   In the present embodiment, the first lighting device 12A emits yellow fluorescent light YL including red light and green light, and the second lighting device 12B emits blue light. Therefore, the projector 1A of the present embodiment is different from the color separation optical system 3 of the above embodiment in the configuration of the color separation optical system 3A.

本実施形態の色分離光学系３Ａは、第１照明装置１２Ａから射出された蛍光ＹＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧとに分離する。色分離光学系３Ａは、第１のダイクロイックミラー７ａと、第１の全反射ミラー８ａと、第４の全反射ミラー８ｄとを含む。   The color separation optical system 3A of the present embodiment separates the fluorescence YL emitted from the first illumination device 12A into red light LR and green light LG. The color separation optical system 3A includes a first dichroic mirror 7a, a first total reflection mirror 8a, and a fourth total reflection mirror 8d.

第１のダイクロイックミラー７ａは、第１照明装置１２Ａからの蛍光ＹＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧとに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に緑色光ＬＧを反射する。第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを反射して光変調装置４Ｒに導く。第４の全反射ミラー８ｄは、緑色光ＬＧを反射して光変調装置４Ｇに導く。   The first dichroic mirror 7a separates the fluorescence YL from the first illumination device 12A into red light LR and green light LG. The first dichroic mirror 7a transmits the separated red light LR and reflects the green light LG. The first total reflection mirror 8a reflects the red light LR and guides it to the light modulation device 4R. The fourth total reflection mirror 8d reflects the green light LG and guides it to the light modulation device 4G.

第１照明装置１２Ａは、図８に示すように、第１光源１００、コリメート光学系７０、ダイクロイックミラー８０、コリメート集光光学系９０、回転蛍光板４０、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとを備える。   As shown in FIG. 8, the first illumination device 12A includes a first light source 100, a collimating optical system 70, a dichroic mirror 80, a collimating condensing optical system 90, a rotating fluorescent plate 40, an integrator optical system 31, and a polarization conversion element 32. And a superimposing lens 33a.

第１光源１００は、励起光としてレーザー光からなる第１の波長帯の青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）Ｅを射出する半導体レーザーからなる。第１光源１００は、１つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、多数の半導体レーザーからなるものであってもよい。なお、第１光源１００は、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。   The first light source 100 is composed of a semiconductor laser that emits blue light (emission intensity peak: about 445 nm) E in the first wavelength band composed of laser light as excitation light. The first light source 100 may be composed of one semiconductor laser or may be composed of a large number of semiconductor lasers. The first light source 100 may be a semiconductor laser that emits blue light having a wavelength other than 445 nm (for example, 460 nm).

本実施形態において、第１光源１００は、その光軸が照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４とを備え、第１光源１００からの光を略平行化する。第１レンズ７２及び第２レンズ７４は、凸レンズからなる。 In the present embodiment, the first light source 100 is arranged so that its optical axis is orthogonal to the illumination optical axis 100ax.
The collimating optical system 70 includes a first lens 72 and a second lens 74, and makes the light from the first light source 100 substantially parallel. The first lens 72 and the second lens 74 are convex lenses.

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からコリメート集光光学系９０までの光路中に、第１光源１００の光軸及び照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色光Ｅを反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光ＹＬを通過させる。   The dichroic mirror 80 is disposed in the optical path from the collimating optical system 70 to the collimating condensing optical system 90 so as to intersect with each of the optical axis of the first light source 100 and the illumination optical axis 100ax at an angle of 45 °. Yes. The dichroic mirror 80 reflects the blue light E and transmits the yellow fluorescent light YL including red light and green light.

コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０からの青色光Ｅを略集光した状態で回転蛍光板４０の蛍光体層４２に入射させる機能と、回転蛍光板４０から射出される蛍光ＹＬを略平行化する機能とを有する。コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２及び第２レンズ９４を備える。第１レンズ９２及び第２レンズ９４は、凸レンズからなる。   The collimating condensing optical system 90 substantially collimates the fluorescence YL emitted from the rotating fluorescent plate 40 and the function of making the blue light E from the dichroic mirror 80 incident on the phosphor layer 42 of the rotating fluorescent plate 40 in a substantially condensed state. It has the function to do. The collimator condensing optical system 90 includes a first lens 92 and a second lens 94. The first lens 92 and the second lens 94 are convex lenses.

回転蛍光板４０は、モーター５０と、モーター５０により回転する円板４０ａと、円板４０ａ上に形成された蛍光体層４２と、蛍光体層４２と円板４０ａとの間に形成された反射層４１と、を備える。蛍光体層４２及び反射層４１は、円板４０ａ上にリング状に形成される。   The rotating fluorescent plate 40 includes a motor 50, a disc 40a rotated by the motor 50, a phosphor layer 42 formed on the disc 40a, and a reflective layer formed between the phosphor layer 42 and the disc 40a. 41. The phosphor layer 42 and the reflective layer 41 are formed in a ring shape on the disc 40a.

第２照明装置１２Ｂは、第２光源１１０と、集光光学系１６０と、拡散板１３２と、ピックアップ光学系１７０と、インテグレーター光学系３１と、重畳レンズ３３ａとを備える。本実施形態において、第２光源１１０、集光光学系１６０、拡散板１３２及びピックアップ光学系１７０は光源装置１２Ｂ１を構成する。   The second lighting device 12B includes a second light source 110, a condensing optical system 160, a diffusion plate 132, a pickup optical system 170, an integrator optical system 31, and a superimposing lens 33a. In the present embodiment, the second light source 110, the condensing optical system 160, the diffusion plate 132, and the pickup optical system 170 constitute a light source device 12B1.

第２光源１１０は、上記第１照明装置１２Ａの第１光源１００と同一構成からなり、例えば、複数の半導体レーザーから構成される。第２光源１１０は、その光軸が照明光軸１０１ａｘと平行に配置され、レーザー光からなる青色光Ｂを射出する。本実施形態において、第２光源１１０は、特許請求の範囲の「光源部」に相当する。   The second light source 110 has the same configuration as that of the first light source 100 of the first illumination device 12A, and includes, for example, a plurality of semiconductor lasers. The second light source 110 has its optical axis arranged parallel to the illumination optical axis 101ax, and emits blue light B made of laser light. In the present embodiment, the second light source 110 corresponds to a “light source unit” in the claims.

集光光学系１６０は、第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４を備える。集光光学系１６０は、第２光源１１０からの青色光を拡散板１３２付近に集光する。第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４は、凸レンズからなる。第１レンズ１６２は、第２レンズ１６４よりも拡散板１３２の近くに配置される。本実施形態において、拡散板１３２は、特許請求の範囲の「光学素子」に相当する。   The condensing optical system 160 includes a first lens 162 and a second lens 164. The condensing optical system 160 condenses the blue light from the second light source 110 in the vicinity of the diffusion plate 132. The first lens 162 and the second lens 164 are convex lenses. The first lens 162 is disposed closer to the diffusion plate 132 than the second lens 164. In the present embodiment, the diffusion plate 132 corresponds to an “optical element” in the claims.

拡散板１３２は、第２光源１１０からの青色光Ｂを拡散し、回転蛍光板４０から射出される蛍光ＹＬの配光分布に似た配光分布を有する青色光Ｂを生成する。拡散板１３２としては、例えば、光学硝子からなる磨り硝子を用いることができる。なお、拡散板１３２をモーター等の駆動装置により回転させるようにしても良い。このようにすれば、レーザー光からなる青色光Ｂのスペックルを低減させることができる。   The diffusion plate 132 diffuses the blue light B from the second light source 110 and generates blue light B having a light distribution similar to the light distribution of the fluorescence YL emitted from the rotating fluorescent plate 40. As the diffusing plate 132, for example, polished glass made of optical glass can be used. The diffusion plate 132 may be rotated by a driving device such as a motor. In this way, speckles of blue light B made of laser light can be reduced.

ピックアップ光学系１７０は、第１ピックアップレンズ１７２と、第２ピックアップレンズ１７４とを備え、拡散板１３２からの光をピックアップして略平行化する。第１ピックアップレンズ１７２及び第２ピックアップレンズ１７４は、凸レンズからなる。第１ピックアップレンズ１７２は、第２ピックアップレンズ１７４よりも拡散板１３２の近くに配置される。   The pickup optical system 170 includes a first pickup lens 172 and a second pickup lens 174, and picks up light from the diffusion plate 132 and makes it substantially parallel. The first pickup lens 172 and the second pickup lens 174 are convex lenses. The first pickup lens 172 is disposed closer to the diffusion plate 132 than the second pickup lens 174.

本実施形態において、光源装置１２Ｂ１から射出された青色光Ｂは、インテグレーター光学系３１、重畳レンズ３３ａ、第３の全反射ミラー８ｃおよびフィールドレンズ１０Ｂを介して被照明領域（光変調装置４Ｂの画素形成領域近傍）に青色光ＬＢとして重畳される。これにより、被照明領域は略均一な照度分布の青色光ＬＢで照明される。   In the present embodiment, the blue light B emitted from the light source device 12B1 is illuminated via the integrator optical system 31, the superimposing lens 33a, the third total reflection mirror 8c, and the field lens 10B (pixels of the light modulation device 4B). The blue light LB is superimposed on the vicinity of the formation region. Thereby, the illuminated area is illuminated with the blue light LB having a substantially uniform illuminance distribution.

ところで、本実施形態の第２照明装置１２Ｂにおいて、集光光学系１６０或いはピックアップ光学系１７０は第１光源１００から射出されたレーザー光（青色光Ｂ）の一部を吸収して発熱するおそれがある。   By the way, in the 2nd illumination device 12B of this embodiment, there exists a possibility that the condensing optical system 160 or the pick-up optical system 170 may absorb a part of laser beam (blue light B) inject | emitted from the 1st light source 100, and may generate | occur | produce heat. is there.

本実施形態において、第１光源１００から射出される青色光Ｂは直線偏光である。そのため、上述のように集光光学系１６０或いはピックアップ光学系１７０が発熱すると熱歪みが生じ、光弾性効果によって青色光Ｂの偏光状態が乱れる。   In the present embodiment, the blue light B emitted from the first light source 100 is linearly polarized light. Therefore, when the condensing optical system 160 or the pickup optical system 170 generates heat as described above, thermal distortion occurs, and the polarization state of the blue light B is disturbed by the photoelastic effect.

青色光Ｂの偏光状態が乱れると、青色光Ｂの一部の成分は、光変調装置４Ｂの前段に配置された入射側偏光板（不図示）を通過できない。   When the polarization state of the blue light B is disturbed, some components of the blue light B cannot pass through an incident-side polarizing plate (not shown) disposed in the front stage of the light modulation device 4B.

つまり、青色光Ｂの光利用効率が低下してしまうおそれがある。特に集光光学系１６０はレーザー光を集光させるため、発熱量が大きくなることで熱歪みが生じやすく、光弾性効果による複屈折が大きくなる。そのため、青色光Ｂの光利用効率が大きく低下するおそれがある。   That is, the light utilization efficiency of the blue light B may be reduced. In particular, the condensing optical system 160 condenses laser light, so that the amount of heat generation increases, so that thermal distortion tends to occur, and birefringence due to the photoelastic effect increases. Therefore, there is a possibility that the light utilization efficiency of the blue light B is greatly reduced.

本実施形態では、集光光学系１６０は、第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４から構成されている。第１レンズ１６２を通過する青色光Ｂの集光度は第２レンズ１６４を通過する青色光Ｂの集光度よりも高いため、第１レンズ１６２の方が第２レンズ１６４よりも温度が高くなりやすい。そのため、光源装置１２Ｂ１の使用時に第１レンズ１６２の方がより大きな複屈折を持つ。   In the present embodiment, the condensing optical system 160 includes a first lens 162 and a second lens 164. Since the concentration of the blue light B passing through the first lens 162 is higher than the concentration of the blue light B passing through the second lens 164, the temperature of the first lens 162 is likely to be higher than that of the second lens 164. . Therefore, the first lens 162 has a larger birefringence when the light source device 12B1 is used.

本実施形態においては、第１レンズ１６２として表層および内部に応力を有したレンズを用いた。つまり、第１レンズ１６２は特許請求の範囲の「第１のレンズ」に相当する。一方、第２レンズ１６４としては、応力分布を有しない、一般的な硝子からなるレンズを用いた。   In the present embodiment, a lens having a surface layer and stress inside is used as the first lens 162. That is, the first lens 162 corresponds to a “first lens” in the claims. On the other hand, as the second lens 164, a lens made of general glass having no stress distribution was used.

図９は第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４で熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示した図である。なお、本実施形態の第１レンズ１６２は、正の線膨張係数を持ち、Ｋ２Ｏを含有した硝子から構成されたレンズである。図９中の矢印左側に示される状態は第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４に熱歪みが生じない非発熱時に相当し、図９中の矢印右側に示される状態は第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４に熱歪みが生じる発熱時の状態に相当する。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a phenomenon when thermal distortion occurs in the first lens 162 and the second lens 164. Note that the first lens 162 of the present embodiment is a lens having a positive linear expansion coefficient and made of glass containing K 2 O. The state shown on the left side of the arrow in FIG. 9 corresponds to a non-heat generation state where no thermal distortion occurs in the first lens 162 and the second lens 164, and the state shown on the right side of the arrow in FIG. This corresponds to a heat generation state in which thermal distortion occurs in the lens 164.

図９において、符号Ｆ３は第１レンズ１６２の表層に生じている圧縮応力であり、符号Ｆ４は第１レンズ１６２の内部に生じている引張応力である。なお、第１レンズ１６２においては、青色光Ｂが入射しないとき（室温状態の場合）、これら圧縮応力Ｆ３及び引張応力Ｆ４が生じている。   In FIG. 9, reference symbol F <b> 3 is a compressive stress generated in the surface layer of the first lens 162, and reference symbol F <b> 4 is a tensile stress generated in the first lens 162. In the first lens 162, when the blue light B is not incident (in the room temperature state), the compressive stress F3 and the tensile stress F4 are generated.

本実施形態において、圧縮応力Ｆ３及び引張応力Ｆ４は、青色光Ｂが入射することで発熱した際に第１レンズ１６２に生じる熱歪みによる後述の引張応力Ｆ３２及び圧縮応力Ｆ４２をそれぞれ相殺する力よりも強い力に設定されている。以下、便宜上、圧縮応力Ｆ３を強圧縮応力Ｆ３と称し、引張応力Ｆ４を強引張応力Ｆ４と称す。   In the present embodiment, the compressive stress F3 and the tensile stress F4 are based on forces that cancel out a tensile stress F32 and a compressive stress F42, which will be described later, due to thermal strain generated in the first lens 162 when the blue light B is heated to generate heat. Is also set to a strong force. Hereinafter, for the sake of convenience, the compressive stress F3 is referred to as a strong compressive stress F3, and the tensile stress F4 is referred to as a strong tensile stress F4.

集光光学系１６０に青色光Ｂが入射すると、青色光Ｂの一部を吸収することで第２レンズ１６４及び第１レンズ１６２が発熱する。
光源に近い第２レンズ１６４においては、その表層に引張応力Ｆ３１が発生し、内部に圧縮応力Ｆ４１が発生する。第２レンズ１６４においては、第１レンズ１６２で生じる温度分布よりも小さい温度分布が生じる。そのため、第２レンズ１６４には、その表層に相対的に弱い引張応力Ｆ３１（以下、弱引張応力Ｆ３１と称す）が発生し、内部に相対的に弱い圧縮応力Ｆ４１（以下、弱圧縮応力Ｆ４１と称す）が発生する。
このような応力分布が生じた第２レンズ１６４においては、光弾性効果による複屈折が僅かに生じてしまう。そのため、第２レンズ１６４を透過した青色光Ｂにおいては、僅かな偏光状態の乱れが生じる。 When the blue light B is incident on the condensing optical system 160, the second lens 164 and the first lens 162 generate heat by absorbing a part of the blue light B.
In the second lens 164 close to the light source, a tensile stress F31 is generated on the surface layer, and a compressive stress F41 is generated inside. In the second lens 164, a temperature distribution smaller than the temperature distribution generated in the first lens 162 occurs. Therefore, relatively weak tensile stress F31 (hereinafter referred to as weak tensile stress F31) is generated on the surface layer of the second lens 164, and relatively weak compressive stress F41 (hereinafter referred to as weak compressive stress F41) is generated inside. Occurs).
In the second lens 164 in which such a stress distribution is generated, birefringence due to the photoelastic effect is slightly generated. For this reason, in the blue light B transmitted through the second lens 164, a slight disturbance of the polarization state occurs.

一方、第１レンズ１６２においては発熱による熱歪みによって、その表層に引張応力Ｆ３２が生じ、内部に圧縮応力Ｆ４２が生じる。   On the other hand, in the first lens 162, due to thermal distortion due to heat generation, a tensile stress F32 is generated in the surface layer, and a compressive stress F42 is generated inside.

第１レンズ１６２は強圧縮応力Ｆ３及び強引張応力Ｆ４を予め有するため、第１レンズ１６２の表層では上記強圧縮応力Ｆ３と上記弱引張応力Ｆ３２とが合成され、第１レンズ１６２の内部では上記強引張応力Ｆ４と上記弱圧縮応力Ｆ４２とが合成されることになる。   Since the first lens 162 has a strong compressive stress F3 and a strong tensile stress F4 in advance, the strong compressive stress F3 and the weak tensile stress F32 are combined on the surface layer of the first lens 162, and the first lens 162 has the above-mentioned inside. The strong tensile stress F4 and the weak compressive stress F42 are combined.

そのため、第１レンズ１６２は、表層において強圧縮応力Ｆ３よりも弱い弱圧縮応力Ｆ３３が発生し、内部において強引張応力Ｆ４よりも弱い弱引張応力Ｆ４３が発生する。本実施形態において、弱圧縮応力Ｆ３３と弱引張応力Ｆ４３の大きさはそれぞれ、第２レンズ１６４に生じている弱引張応力Ｆ３１と弱圧縮応力Ｆ４１の大きさと略同等となっている。   Therefore, the first lens 162 generates a weak compressive stress F33 weaker than the strong compressive stress F3 on the surface layer, and generates a weak tensile stress F43 weaker than the strong tensile stress F4 on the inside. In the present embodiment, the magnitudes of the weak compressive stress F33 and the weak tensile stress F43 are substantially equal to the magnitudes of the weak tensile stress F31 and the weak compressive stress F41 generated in the second lens 164, respectively.

このような応力分布が生じた第１レンズ１６２においては、光弾性効果による複屈折が僅かに生じてしまう。   In the first lens 162 in which such a stress distribution is generated, birefringence due to the photoelastic effect is slightly generated.

ここで、第１レンズ１６２に生じている応力分布は、第２レンズ１６４の応力分布をレンズ内部と表層とで反転させた関係となっている。そのため、第１レンズ１６２によって生じる複屈折は、第２レンズ１６４によって生じる複屈折によって略相殺される。つまり、第２レンズ１６４を透過した際に生じていた青色光Ｂの偏光状態の乱れが第１レンズ１６２を透過することで低減される。   Here, the stress distribution generated in the first lens 162 has a relationship in which the stress distribution of the second lens 164 is inverted between the inside of the lens and the surface layer. Therefore, the birefringence generated by the first lens 162 is substantially canceled by the birefringence generated by the second lens 164. That is, the disturbance of the polarization state of the blue light B that has occurred when passing through the second lens 164 is reduced by passing through the first lens 162.

本実施形態の第２照明装置１２Ｂによれば、第１レンズ１６２に付与する室温時の応力分布を調整することで、青色光Ｂが集光光学系１６０を透過する際に生じる偏光状態の乱れを低減することができる。よって、偏光状態の乱れが低減された青色光Ｂは光変調装置４Ｂの前段に配置された入射側偏光板（不図示）を高い効率で通過する。つまり、青色光Ｂの光利用効率を向上させることができる。   According to the second illumination device 12 </ b> B of the present embodiment, the polarization state disturbance generated when the blue light B passes through the condensing optical system 160 by adjusting the stress distribution at room temperature applied to the first lens 162. Can be reduced. Therefore, the blue light B in which the disturbance of the polarization state is reduced passes through the incident side polarizing plate (not shown) arranged in the front stage of the light modulation device 4B with high efficiency. That is, the light use efficiency of the blue light B can be improved.

本実施形態においては、光変調装置４Ｂに偏光状態の乱れが低減された青色光Ｂが入射するので、前記入射側偏光板を省略してもよい。このようにすれば、入射側偏光板による青色光Ｂの損失が起こらないので、青色光Ｂを効率良く利用することができる。   In the present embodiment, since the blue light B with the polarization state disturbance reduced is incident on the light modulation device 4B, the incident side polarizing plate may be omitted. By so doing, the loss of blue light B by the incident side polarizing plate does not occur, so that the blue light B can be used efficiently.

以上述べたように、本実施形態のプロジェクター１Ａによれば、明るい青色光Ｂを射出する第２照明装置１２Ｂを備えるので、明るい画像光をスクリーンＳＣＲ上に投射できる。   As described above, according to the projector 1A of the present embodiment, since the second illumination device 12B that emits the bright blue light B is provided, the bright image light can be projected on the screen SCR.

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記第２実施形態では、集光光学系１６０を構成する第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４のうち、拡散板１３２に近い第１レンズ１６２に応力分布を持たせるようにしたが、第２レンズ１６４に応力分布を持たせるようにしても良い。 In addition, this invention is not limited to the content of the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably.
For example, in the second embodiment, the first lens 162 close to the diffusion plate 132 out of the first lens 162 and the second lens 164 constituting the condensing optical system 160 has a stress distribution. The two lenses 164 may have a stress distribution.

また、拡散板１３２で拡散された青色光Ｂが入射するピックアップ光学系１７０においても発熱による熱歪みが生じることで、青色光Ｂの偏光状態に乱れが生じるおそれがある。そこで、ピックアップ光学系１７０を構成する第１ピックアップレンズ１７２及び第２ピックアップレンズ１７４のいずれか一方に応力分布を持たせることで複屈折を低減するようにしても良い。   Further, in the pickup optical system 170 on which the blue light B diffused by the diffusion plate 132 is incident, there is a possibility that the polarization state of the blue light B may be disturbed due to thermal distortion caused by heat generation. Therefore, birefringence may be reduced by giving a stress distribution to one of the first pickup lens 172 and the second pickup lens 174 constituting the pickup optical system 170.

また、集光光学系１６０を構成する第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４の一方を石英レンズで形成しても用いても良い。
ここで、石英レンズとしては例えば、合成石英を用いることができる。合成石英は、青色光Ｂの波長において内部吸収率が例えば、０．１％以下であり、一般の光学硝子の内部吸収率の１／５０程度である。そのため、強い光が入射しても発熱しにくい。また、合成石英は、熱膨張係数が一般の光学硝子の熱膨張係数の１／１０程度であるため、温度が上昇しても歪みにくい。そのため、青色光Ｂの強度を強くしても、大きな熱歪みが起こりにくい。つまり、光弾性効果による偏光状態の変化が起こりにくい。 One of the first lens 162 and the second lens 164 constituting the condensing optical system 160 may be formed of a quartz lens.
Here, for example, synthetic quartz can be used as the quartz lens. Synthetic quartz has an internal absorptivity of, for example, 0.1% or less at the wavelength of blue light B, and is about 1/50 of the internal absorptivity of a general optical glass. Therefore, it is difficult to generate heat even when strong light is incident. Synthetic quartz has a thermal expansion coefficient of about 1/10 of that of a general optical glass, and therefore is not easily distorted even when the temperature rises. Therefore, even if the intensity of the blue light B is increased, a large thermal distortion is unlikely to occur. That is, the polarization state is hardly changed by the photoelastic effect.

石英レンズは、通常の硝子からなるレンズに比べて、光弾性効果による偏光状態の変化が起こり難くい。そのため、第１レンズ１６２及び第２レンズ１６４のうち、拡散板１３２に近く高温となる第１レンズ１６２を石英レンズで形成するのが好ましい。この構成によれば、偏光状態の変化をより低減させることができる。なお、この場合において、第１レンズ１６２は特許請求の範囲の「第２のレンズ」に相当する。   Quartz lenses are less susceptible to changes in the polarization state due to the photoelastic effect than lenses made of ordinary glass. Therefore, it is preferable that the first lens 162 that is close to the diffusion plate 132 and has a high temperature among the first lens 162 and the second lens 164 is formed of a quartz lens. According to this configuration, the change in the polarization state can be further reduced. In this case, the first lens 162 corresponds to a “second lens” in the claims.

また、上記実施形態では、第２の集光光学系２９を構成するレンズ２９ａ及び集光光学系１６０の第１レンズ１６２が正の線膨張係数を持つ硝子から構成される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。   Moreover, in the said embodiment, the case where the lens 29a which comprises the 2nd condensing optical system 29, and the 1st lens 162 of the condensing optical system 160 were comprised from the glass which has a positive linear expansion coefficient was mentioned as an example. However, the present invention is not limited to this.

例えば、レンズ２９ａ及び第１レンズ１６２が負の線膨張係数を持つ硝子から構成されていても良い。この場合、レンズ２９ａ及び第１レンズ１６２は、室温において表層に引張応力を有し、内部に圧縮応力を有していればよい。例えば、レンズ２９ａにおいて熱歪みが生じると、その表層に圧縮応力が発生し、内部に引張応力が発生する。このとき、レンズ２９ａは表層及び内部に上記応力が生じているため、レンズ２９ａの表層においては引張応力と圧縮応力とが合成され、レンズ２９ａの内部においては圧縮応力と引張応力とが合成される。これにより、発熱時にレンズ２９ａに発生する応力分布を低減することができる。   For example, the lens 29a and the first lens 162 may be made of glass having a negative linear expansion coefficient. In this case, the lens 29a and the first lens 162 may have a tensile stress on the surface layer at room temperature and a compressive stress inside. For example, when thermal distortion occurs in the lens 29a, compressive stress is generated in the surface layer, and tensile stress is generated in the inside. At this time, since the stress is generated in the surface layer and the inside of the lens 29a, the tensile stress and the compressive stress are combined in the surface layer of the lens 29a, and the compressive stress and the tensile stress are combined in the lens 29a. . Thereby, the stress distribution generated in the lens 29a during heat generation can be reduced.

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the projector 1 provided with the three light modulation apparatuses 4R, 4G, and 4B was illustrated, it is also possible to apply to the projector which displays a color image | video with one light modulation apparatus. A digital mirror device may be used as the light modulation device.

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

１，１Ａ…プロジェクター、２，２Ａ…光源装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学系、２８ｂ…第２の位相差板（位相差素子）、２９…第２の集光光学系、２９ａ…レンズ（第１のレンズ）、３０…拡散反射素子（光学素子）、３４…蛍光体層（波長変換素子）、４４…反射膜（反射面）、５０Ａ…偏光分離素子、１１０…第２光源（光源部）、１３２…拡散板（光学素子）、１６０…集光光学系、１６２…第１レンズ、ＢＬｐ…光線（第１の偏光成分）、Ｆ３，Ｆ１１…圧縮応力、Ｆ４，Ｆ２２…引張応力。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Projector, 2, 2A ... Light source device, 4R, 4G, 4B ... Light modulation device, 6 ... Projection optical system, 28b ... 2nd phase difference plate (phase difference element), 29 ... 2nd condensing Optical system, 29a ... lens (first lens), 30 ... diffuse reflection element (optical element), 34 ... phosphor layer (wavelength conversion element), 44 ... reflection film (reflection surface), 50A ... polarization separation element, 110 ... 2nd light source (light source part), 132 ... Diffusing plate (optical element), 160 ... Condensing optical system, 162 ... 1st lens, BLp ... Light beam (1st polarization component), F3, F11 ... Compression stress, F4 , F22: Tensile stress.

Claims (8)

第１の偏光成分を含む光を射出する光源部と、
前記第１の偏光成分が入射する集光光学系と、
前記集光光学系を透過した前記第１の偏光成分が入射する光学素子と、
前記光学素子を経由した前記第１の偏光成分が入射するピックアップ光学系と、を備えた光源装置であって、
前記集光光学系および前記ピックアップ光学系のうち少なくとも一方は、第１のレンズを含み、
前記第１のレンズが正の線膨張係数を持つ場合、前記第１のレンズは、前記第１の偏光成分が前記第１のレンズに入射していないとき、表層に圧縮応力を有し、
前記第１のレンズが負の線膨張係数を持つ場合、前記第１のレンズは、前記第１の偏光成分が前記第１のレンズに入射していないとき、表層に引張応力を有する
光源装置。 A light source unit that emits light including a first polarization component;
A condensing optical system on which the first polarization component is incident;
An optical element on which the first polarized component transmitted through the condensing optical system is incident;
A light source apparatus comprising: a pickup optical system on which the first polarization component incident via the optical element is incident;
At least one of the condensing optical system and the pickup optical system includes a first lens,
When the first lens has a positive linear expansion coefficient, the first lens has a compressive stress on a surface layer when the first polarization component is not incident on the first lens;
When the first lens has a negative linear expansion coefficient, the first lens has a tensile stress on a surface layer when the first polarization component is not incident on the first lens. 前記光学素子は前記第１の偏光成分を反射させる反射面を備え、
前記光源部と前記集光光学系との間の光路中に設けられた偏光分離素子と、
前記偏光分離素子と前記集光光学系との間の光路中に設けられ、前記光のうち前記偏光分離素子を経由した前記第１の偏光成分が入射する位相差素子と、をさらに備え、
前記集光光学系は前記ピックアップ光学系を兼ねており、
前記反射面で反射された前記第１の偏光成分は、前記ピックアップ光学系と前記位相差素子とを透過して前記偏光分離素子に入射する
請求項１に記載の光源装置。 The optical element includes a reflecting surface that reflects the first polarization component;
A polarization separation element provided in an optical path between the light source unit and the condensing optical system;
A phase difference element that is provided in an optical path between the polarization separation element and the condensing optical system, and in which the first polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident;
The condensing optical system also serves as the pickup optical system,
The light source device according to claim 1, wherein the first polarization component reflected by the reflection surface is transmitted through the pickup optical system and the phase difference element and is incident on the polarization separation element. 前記集光光学系は、前記第１のレンズと、石英で形成された第２のレンズとを含む
請求項１又は２に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the condensing optical system includes the first lens and a second lens formed of quartz. 前記第２のレンズは、前記集光光学系において最も前記光学素子側に配置されている
請求項３に記載の光源装置。 The light source device according to claim 3, wherein the second lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system. 前記集光光学系は、前記第１のレンズと第２のレンズとを含み、
前記第１のレンズは、前記集光光学系において最も前記光学素子側に配置されている
請求項１又は２に記載の光源装置。 The condensing optical system includes the first lens and the second lens,
The light source device according to claim 1, wherein the first lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system. 前記第１のレンズは、イオン交換法によって強化されたレンズであり、Ｋ２Ｏを含有する
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first lens is a lens reinforced by an ion exchange method and contains K 2 O. 前記光のうち前記偏光分離素子を経由した第２の偏光成分が入射する波長変換素子をさらに含む
請求項２に記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, further comprising a wavelength conversion element on which a second polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。 The light source device according to any one of claims 1 to 7,
A light modulation device that forms image light by modulating light from the light source device according to image information;
A projection optical system that projects the image light.
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