专利名称：准直透镜单元、照明装置及投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及准直透镜单元、照明装置及投影机。
背景技术：
以往，众所周知具备抑制从固体光源装置出射的光的扩散角的第1透镜和使来自 该第1透镜的光近似平行化的第2透镜的准直透镜单元(例如，参照专利文献1)。根据以往的准直透镜单元，由第1透镜抑制了扩散角的光由第2透镜近似平行化， 因此可使从固体光源装置出射的光高效地近似平行化。另一方面，以往，众所周知采用具有出射主激励光的固体光源和将主激励光变换 出射的荧光层的白色固体光源装置的投影机(例如，参照专利文献2)。根据以往的投影机，由于具备能量消耗少的小型、轻量的白色固体光源装置，因此 可构成能量消耗少的小型、轻量的投影机。专利文献1 日本特开2005-208571号公报专利文献2 日本特开2005-274957号公报
发明内容
但是，以往的投影机中，从固体光源装置出射的光的取向分布表现为兰伯特取向 分布(Lambert orientation distribution)，因此若要在以往的投影机适用以往的准直透 镜单元，则从准直透镜单元出射的光中，准直透镜单元的光轴附近中的光束密度变得比从 准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度相对低。因而，即使在后级配置使从准直 透镜单元出射的光的面内光强度分布均一的积分光学系统，向被照明区域照射的光中以大 角度照射的光的比例也变大。结果，在尤其是采用内置有微透镜的液晶装置作为光调制装 置的投影机中，存在因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用 效率降低的问题。因而，本发明鉴于解决上述问题而提出，目的是提供不会因向被照明区域照射的 光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低的准直透镜单元。另外，目的是提 供具有这样的准直透镜单元的照明装置。另外，目的是提供具有这样的照明装置的投影机。[1]本发明的准直透镜单元，其特征在于，具备至少2个透镜，使从兰伯特发光类 型的固体光源装置出射的光近似平行化，构成上述至少2个透镜的各透镜的入射面及出射 面中，至少2个面包括非球面，上述至少2个非球面中位于靠近上述固体光源装置侧的至少 1个面的前级非球面，具有将从上述固体光源装置出射的光的光束密度分布变换为上述准 直透镜单元的光轴附近中的光束密度比从上述准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光 束密度高的规定的光束密度分布的光束密度分布变换功能，上述至少2个非球面中离上述 固体光源装置最远的1面的后级非球面，具有使形成有上述规定的光束密度分布的光近似 平行化的功能，从上述准直透镜单元出射的光中，上述准直透镜单元的光轴附近中的光束 密度比从上述准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高。
因而，根据本发明的准直透镜单元，可以使从准直透镜单元出射的光中，准直透镜 单元的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高，因 此，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。另外，本说明书中，「光束密度」是指从准直透镜单元出射的光在单位面积的光强度。本发明的准直透镜单元中，前级非球面和后级非球面最好都是非球面的光轴方向 的位置根据离光轴的距离而任意定义的旋转对称非球面。[2]本发明的准直透镜单元，优选的是，从上述准直透镜单元出射的光的光束密度 在上述准直透镜单元的光轴处呈现最大值，并随着从上述准直透镜单元的光轴离开而逐渐 降低。通过这样的构成，可以使被照明区域中的面内光强度分布更均一。[3]本发明的准直透镜单元，优选的是，作为上述至少2个透镜，具备位于靠近上 述固体光源装置侧的第1透镜和位于远离上述固体光源装置侧的第2透镜，在上述第1透 镜的出射面或上述第2透镜的入射面形成上述前级非球面，且在上述第2透镜的出射面形 成上述后级非球面。通过这样的构成，可使从固体光源装置出射的光的光束密度中，准直透镜单元的 光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度合理且足够地高。[4]本发明的准直透镜单元，优选的是，上述第1透镜的出射面包括球面，在上述 第2透镜的入射面形成上述前级非球面。通过这样的构成，与在第1透镜的出射面形成前级非球面的场合比较，由于可以 将光束直径更大的光入射前级非球面，因此可以采用更宽面积的前级非球面合理且高精度 地行进光束密度分布变换。[5]本发明的准直透镜单元，优选的是，上述第1透镜和上述第2透镜的间隔大于 上述第1透镜的有效半径。通过这样的构成，可以将光束直径足够大的光入射前级非球面。这里，第1透镜和第2透镜的间隔是指沿准直透镜单元的光轴的第1透镜的出射 面和第2透镜的入射面之间的间隔。另外，第1透镜的有效半径是指，来自固体光源装置的 光通过第1透镜的出射面时来自该固体光源装置的光的光束半径。[6]本发明的准直透镜单元，优选的是，上述第1透镜包括光学玻璃，上述第2透镜 包括树脂。第1透镜的出射面设为球面，第2透镜的入射面设为前级非球面的场合，如上述， 最好第1透镜由光学玻璃制造，第2透镜由树脂制造。这样，通过用通常的研削研磨法制造 第1透镜，并用冲压成形法制造第2透镜，可以总体上以高量产性制造准直透镜单元。[7]本发明的准直透镜单元，优选的是，上述第1透镜的nd为1. 7以上。通过这样的构成，可以高效抑制从固体光源装置出射的光的扩散角。本说明书中，「nd」是指对波长589. 3nm的光的折射率。[8]本发明的准直透镜单元，优选的是，上述第1透镜的入射面包括平面。通过这样的构成，可使第1透镜便宜，降低准直透镜单元的制造成本。
[9]本发明的准直透镜单元，优选的是，作为上述至少2个透镜，具备位于靠近上 述固体光源装置侧的第1透镜、位于远离上述固体光源装置侧的第2透镜以及在上述第1 透镜及上述第2透镜之间配置的第3透镜，在上述第1透镜的出射面、上述第3透镜的入射 面及出射面以及上述第2透镜的入射面中的2个面形成上述前级非球面，且在上述第2透 镜的出射面形成上述后级非球面。通过这样的构成，也可使从固体光源装置出射的光的光束密度中，准直透镜单元 的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度合理且足 够地高。[10]本发明的照明装置，其特征在于，具备兰伯特发光类型的固体光源装置和使 从上述固体光源装置出射的光近似平行化的准直透镜单元，上述准直透镜单元是本发明的 准直透镜单元。因而，根据本发明的照明装置，由于具有本发明的准直透镜单元，因此，不会因向 被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。[11]本发明的照明装置，优选的是，上述准直透镜单元是上述[1]或[2]所述的准 直透镜单元，并且，作为上述至少2个透镜，具备位于靠近上述固体光源装置侧的第1透镜 及位于远离上述固体光源装置侧的第2透镜，在将上述固体光源装置中的出射具有兰伯特 光度分布的光的部位作为光出射部时，上述照明装置中，包括透明固体或液体的散热部件 与上述光出射部及上述第1透镜相接配置，在上述第1透镜的出射面形成上述前级非球面。通过这样的构成，可经由上述散热部件冷却容易成为高温的光出射部，结果，可防 止光出射部的劣化，延长照明装置的寿命。另外，通过这样的构成，散热部件与第1透镜相接配置，因此，从固体光源装置到 第1透镜的光路中，关于光的折射，仅仅考虑散热部件和第1透镜的界面即可，因此可以比 较容易行进照明装置的设计。另外，通过这样的构成，由于在第1透镜的出射面形成前级非球面，因此可在从第 1透镜出射的光束中形成疏密。另外，通过这样的构成，与在第2透镜的入射面形成前级非球面的场合比较，可以 延长从前级非球面到后级非球面的距离，因此可以采用更长距离合理且高精度行进光束密 度分布变换。「光出射部」是指，固体光源装置中出射具有兰伯特光度(光强度)分布的光的部 位。作为光出射部，可示例从激励光生成荧光并出射的荧光层和/或将入射光变换为具有 兰伯特光度分布的光而出射的扩散板。另外，荧光层成为高温会大大降低光变换效率，因此 采用荧光层作为光出射部的场合，上述的构成的效果非常大。作为散热部件，从光出射部的冷却的观点看最好采用热传导率高的部件。另外，从 光利用效率的观点，最好采用透明度高的部件。作为散热部件，例如，可以采用由蓝宝石、尖 晶石、石英玻璃、光学玻璃等构成的固体或者水等可通过可见光的冷媒构成的液体。[12]上述[11]所述的照明装置，优选的是，上述前级非球面包括短轴方向与光轴 平行的椭圆近似曲面。通过这样的构成，可使从固体光源装置出射的光的光束密度中，准直透镜单元的 光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度足够高。
另外，本说明书中，「椭圆近似曲面」包含椭圆面和近似椭圆面的曲面。[13]上述[11]或[12]所述的照明装置，优选的是，在设上述散热部件的nd为nl， 上述第1透镜的nd为π2时，满足「n2-nl彡0. 2J的条件。通过这样的构成，可在散热部件和第1透镜的界面使光充分折射。从上述的观点看，而且最好满足「n2_nl彡0. 3」的条件。散热部件的nd和第1透 镜的nd之间的差越大，在散热部件和第1透镜的界面及第1透镜的出射面和空气的界面， 可使光越强地折射，因此，第1透镜不会大型化到必要以上。作为满足「n2-nl彡0. 2」的条件的「散热部件的材料」和「第1透镜的材料」的组 合，例如，可以是蓝宝石(nd = 1. 71)和高折射率光学玻璃(nd = 2. 0以上，旭硝子(Asahi Glass)公司的A-NBA20，小原公司的L-BBHl等)、水(nd = 1. 333)和高折射率光学玻璃(nd =1.6以上，小原(Ohara)公司的S-LAL7等)、石英玻璃或白板玻璃(nd = 1. 5左右)和高 折射率光学玻璃(nd= 1.75以上，小原公司的S-LAH59等)。另外，本发明中的「散热部件 的材料」和「第1透镜的材料」的组合不限于上述的组合。[14]上述[11] [13]的任一项所述的照明装置，优选的是，上述散热部件包括固 体，上述散热部件的与上述第1透镜的入射面相接的面包括平面，上述第1透镜的入射面包 括平面。通过这样的构成，可使散热部件及第1透镜便宜，降低照明装置的制造成本。另外，通过这样的构成，容易使散热部件和第1透镜紧密接合，从该观点看也可以 降低照明装置的制造成本。[15]本发明的投影机，其特征在于，具备照明装置、根据图像信息调制来自上述照 明装置的照明光的光调制装置以及将来自上述光调制装置的调制光作为投影图像投影的 投影光学系统，上述照明装置是本发明的照明装置。因而，本发明的投影机成为不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的 比例大而导致光利用效率降低的、光利用效率高的投影机。
图1是实施例1的投影机1000的光学系统的平面图。 图2是实施例1中的固体光源装置10的截面图。 图3是实施例1的准直透镜单元20的说明图。 图4是实施例2的准直透镜单元20a的说明图。 图5是实施例3的准直透镜单元20b的说明图。 图6是比较例1的准直透镜单元20c的说明图。 图7是比较例2的准直透镜单元20d的说明图。 图8是比较例3的准直透镜单元20e的说明图。 图9是比较例4的准直透镜单元20f的说明图。 图10是实施例4的照明装置IOOg及投影机IOOOg的说明图。 图11是实施例5的照明装置IOOh及投影机IOOOh的说明图。 图12是实施例6的准直透镜单元20i的说明图。 图13是实施例7的投影机IOOOj的光学系统的平面图。
图14是从准直透镜阵列Ha侧观察实施例7的固体光源阵列Ila的图。图15是实施例7的准直透镜单元20j及照明装置IOOj (没有图示标号)的说明 图。图16是实施例8的准直透镜单元20k及照明装置100k (没有图示标号)的说明图。图17是实施例9的准直透镜单元201及照明装置1001 (没有图示标号)的说明图。标号说明10，IOa. · ·固体光源装置，12. · ·基台，14，13a. · ·固体光源，16，18a. · ·荧光层， 18. · ·密封部件，20，20a，20b，20c，20d，20e，20f，20i，20j，20k，201. · ·准直透镜单元，21， 21a，21b，21c，21d，21e，21f，21i，21j，21k，211. · ·(第 1 透镜的)入射面，22，22a，22b，22c， 22d，22e，22f，22i，22j，22k，221...第 1 透镜，23，23a，23b，23c，23d，23e，23f，23i，23j， 23k, 231...(第 1 透镜的)出射面，24，24&，2413，24(；，24(1，246，246 241，24」，241^，241...第 2 透镜，25，25a，25b，25c，25d，25e，25f，25i，25j，25k，251. · ·(第 2 透镜的)入射面，26， 26a，26b，26c，26d，26e，26f，26i，26j，26k，261. · ·(第 2 透镜的)出射面，27. ··(第 3 透 镜的)入射面，28...第3透镜，29...(第3透镜的)出射面，30，32，34...散热部件， 40...散热部件保持部，42...衬垫，100，100g，100h，IOOj. ··照明装置，120...第1透 镜阵列，122...第1小透镜，130...第2透镜阵列，132...第2小透镜，140...偏振变换 元件，150...重叠透镜，200...色分离导光光学系统，210，220...分色镜，230，240，250， 820...反射镜，260...入射侧透镜，270，730，810...中继透镜，300R、300G、300B，710，742， 830...聚光透镜，400R、400G、400B...液晶装置，410...微镜型光调制装置，500...交 叉分色棱镜，600，610...投影光学系统，700，740...棒积分光学系统，720...偏振变换 棒，722···偏振变换部，7 ，744...积分棒，750...色轮(color wheel)，752...马达， 800...中继光学系统，Ila...固体光源阵列，12a...基板，14a...准直透镜阵列，15a...准 直透镜，16a...聚光光学系统，17a...透明基板，1000，1000g，1000h，1000j...投影机， SCR...屏幕。
具体实施例方式以下，根据图示的实施例说明本发明的准直透镜单元、照明装置及投影机。[实施例1]首先，说明实施例1的准直透镜单元20、照明装置100及投影机1000的构成。图1是实施例1的投影机1000的光学系统的平面图。图2是实施例1中的固体光 源装置10的截面图。图3是实施例1的准直透镜单元20的说明图。图3(a)是将从固体 光源装置10出射的光由准直透镜单元20近似平行化的情形的示图，图3(b)是从准直透镜 单元20出射的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图3(c)是从准直透镜单元20 出射的光的面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图3(a)中的光线是表示从固 体光源装置10出射的光由准直透镜单元20近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图 3(b)的纵轴表示从准直透镜单元20出射的光的相对光强度，以光轴中的光强度为1。横轴 表示离光轴的距离。
另外，以下的说明中，将相互正交的3个方向分别设为ζ轴方向(图1中的照明光 轴IOOax方向)、x轴方向(与图1中的纸面平行且与ζ轴垂直的方向)及y轴方向(与图 1中的与纸面垂直且与ζ轴垂直的方向)。实施例1的投影机1000如图1所示，具备照明装置100、色分离导光光学系统200、 作为光调制装置的3个液晶装置400R、400G、400B、交叉分色棱镜500、投影光学系统600。照明装置100具有固体光源装置10、准直透镜单元20、第1透镜阵列120、第2透 镜阵列130、偏振变换元件140、重叠透镜150。固体光源装置10如图2所示，是具有基台12、固体光源14、荧光层16及密封部件 18的兰伯特发光类型的发光二极管，出射包含红色光、绿色光及蓝色光的白色光。另外，固 体光源装置10除了上述构成要素外还具有引线等，但图示及说明省略。准直透镜单元20如图1及图3 (a)所示，是具有位于靠近固体光源装置10侧的第 1透镜22及位于远离固体光源装置10侧的第2透镜M，将从兰伯特发光类型的固体光源 装置出射的光近似平行化的准直透镜单元，具有将来自固体光源装置10的光变换为在准 直透镜单元20的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20的光轴离开的周边部中的光 束密度高的光并出射的功能。另外，从准直透镜单元20出射的光的光束密度在准直透镜单 元20的光轴中表现为最大值，并随着从准直透镜单元20的光轴离开而逐渐降低。这里，「逐渐降低」是指单调且连续地降低。另外，准直透镜单元20中的第1透镜22和第2透镜M的间隔dl构成为大于第 1透镜22的有效半径d2。第1透镜22是入射面21包括平面，出射面23形成为球面的包括光学玻璃的平 凸透镜，具有抑制来自固体光源装置10的光的扩散角的功能。另外，第1透镜22的nd是 1. 83。第2透镜M是在入射面25形成前级非球面，在出射面沈形成后级非球面的包括 树脂(PMMA(nd= 1.494))的非球面双凸透镜，入射面(前级非球面)25具有将从固体光源 装置10出射的光的光束密度分布变换为准直透镜单元20的光轴附近中的光束密度比从准 直透镜单元20的光轴离开的周边部中的光束密度高这样的规定光束密度分布的光束密度 分布变换功能，出射面(后级非球面)26具有使形成规定的光束密度分布的光近似平行化 的功能。结果，如图3(b)及图3(c)所示，从准直透镜单元20出射的光中，准直透镜单元20 的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20的光轴离开的周边部中的光束密度高，在 准直透镜单元20的光轴上表现为最大值，随着离开准直透镜单元20的光轴而逐渐降低。第1透镜阵列120起到将来自准直透镜单元20的光分割为多个部分光束的光束 分割光学元件的功能，具有多个第1小透镜122在与照明光轴IOOax正交的面内以多行、多 列的矩阵状排列的构成。图示的说明虽然省略，但是第1小透镜122的外形形状与液晶装 置400R、400G、400B的图像形成区域的外形形状相似。第2透镜阵列130和重叠透镜150都具有将第1透镜阵列120的各第1小透镜122 的像在液晶装置400R、400G、400B的图像形成区域附近成像的功能。第2透镜阵列130具 有与第1透镜阵列120近似同样的构成，具有多个第2小透镜132在与照明光轴IOOax正 交的面内以多行、多列的矩阵状排列的构成。偏振变换元件140是将第1透镜阵列120分割的各部分光束的偏振方向作为偏振
9方向一致的近似1种直线偏振光而出射的偏振变换元件。偏振变换元件140具有使来自 固体光源装置10的照明光束所包含的偏振分量中一方的直线偏振分量透射而使另一方的 直线偏振分量沿与照明光轴IOOax垂直的方向反射的偏振分离层；将偏振分离层反射的另 一方的直线偏振分量沿与照明光轴IOOax平行的方向反射的反射层；将透射偏振分离层的 一方的直线偏振分量变换为另一方的直线偏振分量的相位差板。重叠透镜150是将通过第1透镜阵列120、第2透镜阵列130及偏振变换元件140 的多个部分光束会聚而在液晶装置400R、400G、400B的图像形成区域附近重叠的光学元 件。以重叠透镜150的光轴和照明装置100的照明光轴IOOax近似一致的方式配置重叠透 镜150。另外，重叠透镜150也可以由多个透镜组合而成的复合透镜构成。色分离导光光学系统200具有分色镜210、220、反射镜230、对0、250、入射侧透镜 沈0、中继透镜270。色分离导光光学系统200具有将来自照明装置100的照明光分离为红色 光、绿色光及蓝色光的3个色光，将各个色光导入成为照明对像的3个液晶装置400R、400G、 400B的功能。在液晶装置400R、400G、400B的光路前级，配置有聚光透镜300R、300G、300B。液晶装置400R、400G、400B根据图像信息调制照明光，成为照明装置100的照明对 像。液晶装置400R、400G、400B在一对透明玻璃基板间密闭封入电光物质即液晶而形成，例 如，以多晶硅TFT作为开关元件，按照赋予的图像信息，调制从入射侧偏振片出射的1种直 线偏振光的偏振方向。另外，这里虽然图示省略，在聚光透镜300R、300G、300B和各液晶装置400R、400G、 400B之间，分别介入配置有入射侧偏振片，在各液晶装置400R、400G、400B和交叉分色棱镜 500之间，分别介入配置有出射侧偏振片。这些入射侧偏振片、液晶装置400R、400G、400B及 出射侧偏振片对入射的各色光行进光调制。交叉分色棱镜500是将按从出射侧偏振片出射的各色光调制的光学像合成而形 成彩色图像的光学元件。该交叉分色棱镜500形成为将4个直角棱镜贴合的平面上看的近 似正方形状，在直角棱镜彼此贴合的近似X字状的界面，形成电介质多层膜。在近似X字状 的一方的界面形成的电介质多层膜反射红色光，在另一方的界面形成的电介质多层膜反射 蓝色光。通过这些电介质多层膜使红色光及蓝色光弯曲，与绿色光的行进方向成为一致，从 而合成3个色光。从交叉分色棱镜500出射的彩色图像由投影光学系统600扩大投影，在屏幕SCR 上形成图像。接着，说明实施例1的准直透镜单元20、照明装置100及投影机1000的效果。根据实施例1的准直透镜单元20，在第2透镜M的入射面25形成的前级非球面 具有将来自固体光源装置10的光变换为准直透镜单元20的光轴附近中的光束密度比从准 直透镜单元20的光轴离开的周边部中的光束密度高的光而出射的功能，因此，从准直透镜 单元出射的光中，可以使准直透镜单元的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴 离开的周边部中的光束密度高，从而，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光 的比例大而导致光利用效率降低。另外，根据实施例1的准直透镜单元20，从准直透镜单元20出射的光的光束密度 在准直透镜单元20的光轴中表现为最大值，并随着从准直透镜单元20的光轴离开而逐渐降低，因此，可以使被照明区域中的面内光强度分布更均一。另外，根据实施例1的准直透镜单元20，具备位于靠近固体光源装置10侧的第1 透镜22及位于远离固体光源装置10侧的第2透镜对，在第2透镜M的入射面25形成前 级非球面，在出射面26形成后级非球面，因此可使从固体光源出射的光的光束密度中，准 直透镜单元的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密 度合理且足够地高。另外，根据实施例1的准直透镜单元20，第1透镜22的出射面23包括球面，在第 2透镜M的入射面25形成前级非球面，因此与在第1透镜的出射面形成前级非球面的场合 比较，可使光束直径更大的光入射前级非球面，因此，可以采用更宽面积的前级非球面合理 且高精度地行进光束密度分布变换。另外，根据实施例1的准直透镜单元20，准直透镜单元20中的第1透镜22和第2 透镜M之间隔dl比第1透镜22的有效半径d2大，因此可以将光束直径足够大的光入射 前级非球面。另外，根据实施例1的准直透镜单元20，如上述，将第1透镜22的出射面23设为 球面，第2透镜M的入射面25设为前级非球面，因此可以由光学玻璃制造第1透镜，由树 脂制造第2透镜。这样，通过用通常的研削研磨法(研磨抛光法)制造第1透镜，并用冲压 成形法制造第2透镜，可以总体上以高量产性制造准直透镜单元。另外，根据实施例1的准直透镜单元20，第1透镜22的nd为1. 7以上，因此可以 高效抑制从固体光源装置出射的光的扩散角。另外，根据实施例1的准直透镜单元20，第1透镜22的入射面21包括平面，因此， 可使第1透镜便宜，降低准直透镜单元的制造成本。根据实施例1的照明装置100，由于具有兰伯特发光类型的固体光源装置10和使 从固体光源装置10出射的光近似平行化的实施例1的准直透镜单元20，因此，不会因向被 照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。根据实施例1的投影机1000，由于具备实施例1的照明装置100，因此成为不会因 向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低的、光利用效 率高的投影机。[实施例2]图4是实施例2的准直透镜单元20a的说明图。图4(a)是从固体光源装置10出 射的光由准直透镜单元20a近似平行化的情形的示图，图4(b)是从准直透镜单元20a出射 的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图4(c)是从准直透镜单元20a出射的光的 面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图4(a)中的光线是表示从固体光源装置 10出射的光由准直透镜单元20a近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图4(b)的纵轴 表示从准直透镜单元20a出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴 的距离。实施例2的准直透镜单元20a，基本上具有与实施例1的准直透镜单元20同样的 构成，但是构成准直透镜单元20a的第1透镜的构成不同于实施例1的准直透镜单元20的 情况。另外，伴随第1透镜的构成不同，第2透镜的构成也不同。即，实施例2的准直透镜单元20a中，如图4 (a)所示，第1透镜2 包括弯月凸透镜。另外，与其伴随，第2透镜2 的入射面(前级非球面)2 及出射面(后级非球面)26a 的形状不同于实施例1的准直透镜单元20。这样，实施例2的准直透镜单元20a的第1透镜22a的构成及第2透镜2 的构 成虽然与实施例1的准直透镜单元20不同，但是，在第2透镜Ma的入射面2 形成的前 级非球面具有将来自固体光源装置10的光变换为准直透镜单元20的光轴附近中的光束密 度比从准直透镜单元20的光轴离开的周边部中的光束密度高的光而出射的功能，因此如 图4(b)及图4(c)所示，从准直透镜单元出射的光中，可以使准直透镜单元的光轴附近中的 光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高，从而，与实施例1的准 直透镜单元20同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致 光利用效率降低。[实施例3]图5是实施例3的准直透镜单元20b的说明图。图5(a)是从固体光源装置10出 射的光由准直透镜单元20b近似平行化的情形的示图，图5 (b)是从准直透镜单元20b出射 的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图5(c)是从准直透镜单元20b出射的光的 面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图5(a)中的光线表示从固体光源装置10 出射的光由准直透镜单元20b近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图5(b)的纵轴表 示从准直透镜单元20b出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴的 距离。实施例3的准直透镜单元20b，基本上具有与实施例2的准直透镜单元20a同样的 构成，但是构成准直透镜单元20b的第1透镜的构成不同于实施例2的准直透镜单元20a 的情况。另外，伴随第1透镜的构成不同，第2透镜的构成也不同。S卩，实施例3的准直透镜单元20b中，如图5 (a)所示，第1透镜22b包括在出射面 2 形成非球面的弯月凸透镜。另外，与其伴随，第2透镜Mb的入射面(前级非球面)2 及出射面(后级非球面)26b的形状不同于实施例2的准直透镜单元20a。这样，实施例3的准直透镜单元20b的构成准直透镜单元20b的第1透镜22b的 构成不同于实施例2的准直透镜单元20a，但是，在第1透镜22b的出射面2 形成的非球 面及在第2透镜24b的入射面2 形成的前级非球面，具有将来自固体光源装置10的光变 换为准直透镜单元20b的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20b的光轴离开的周边 部中的光束密度高的光而出射的功能，因此如图5(b)及图5(c)所示，从准直透镜单元出射 的光中，可以使准直透镜单元的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周 边部中的光束密度高，从而，与实施例2的准直透镜单元20a同样，不会因向被照明区域照 射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。另外，根据实施例3的准直透镜单元20b，在第1透镜22b的出射面2 形成了非 球面，因此可缩短准直透镜单元20b的光路长度，可使准直透镜单元20b小型化。接着，说明与本发明的准直透镜单元相关的比较例。[比较例1]图6是比较例1的准直透镜单元20c的说明图。图6(a)是从固体光源装置10出 射的光由准直透镜单元20c近似平行化的情形的示图，图6 (b)是从准直透镜单元20c出射 的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图6(c)是从准直透镜单元20c出射的光的面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图6(a)中的光线表示从固体光源装置10 出射的光由准直透镜单元20c近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图6(b)的纵轴表 示从准直透镜单元20c出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴的距离。比较例1的准直透镜单元20c，基本上具有与实施例2的准直透镜单元20a同样的 构成，但是构成准直透镜单元20c的第2透镜的构成不同于实施例2的准直透镜单元20a 的情况。S卩，比较例1的准直透镜单元20c中，如图6(a)所示，第2透镜Mc由入射面25c 由球面构成而出射面26c形成为非球面的弯月凸透镜构成。这样，比较例1的准直透镜单元20c在构成准直透镜单元20c的第1透镜22c的 出射面(球面)23c、第2透镜Mc的入射面(球面)25c都未形成前级非球面，因此与在以 往的投影机适用以往的准直透镜单元的场合同样，从准直透镜单元20c出射的光中，准直 透镜单元20c的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20c的光轴离开的周边部中的光 束密度相对低(参照图6(b)及图6(c))。因而，即使在后级配置使从准直透镜单元出射的 光的面内光强度分布均一的积分光学系统，向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的 比例也变大。结果，在尤其是采用内置有微透镜的液晶装置作为光调制装置的投影机中，会 因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。[比较例2]图7是比较例2的准直透镜单元20d的说明图。图7(a)是从固体光源装置10出 射的光由准直透镜单元20d近似平行化的情形的示图，图7(b)是从准直透镜单元20d出射 的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图7(d)是从准直透镜单元20d出射的光的 面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图7(a)中的光线表示从固体光源装置10 出射的光由准直透镜单元20d近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图7(b)的纵轴表 示从准直透镜单元20d出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴的 距离。比较例2的准直透镜单元20d，基本上具有与比较例1的准直透镜单元20c同样的 构成，但是构成准直透镜单元20d的第2透镜的构成不同于比较例1的准直透镜单元20c。BP,比较例2的准直透镜单元20d中，如图7(a)所示，第2透镜Md由在入射面 25d形成非球面，在出射面26d形成后级非球面的非球面弯月凸透镜构成。但是，比较例2的准直透镜单元20d的构成准直透镜单元20d的第2透镜Md的 入射面(非球面)25d不具有将从固体光源装置10出射的光的光束密度分布变换为准直透 镜单元20d的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20d的光轴离开的周边部中的光束 密度高的规定的光束密度分布的光束密度分布变换功能，因此与在以往的投影机适用以往 的准直透镜单元的场合同样，从准直透镜单元20d出射的光中，准直透镜单元20d的光轴附 近中的光束密度比从准直透镜单元20d的光轴离开的周边部中的光束密度相对低(参照图 7(b)及图7(c))。因此，即使在后级配置使从准直透镜单元出射的光的面内光强度分布均 一的积分光学系统，向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例也变大。结果，在尤 其是采用内置有微透镜的液晶装置作为光调制装置的投影机中，会因向被照明区域照射的 光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。
[比较例3]图8是比较例3的准直透镜单元20e的说明图。图8 (a)是从固体光源装置10出 射的光由准直透镜单元20e近似平行化的情形的示图，图8 (b)是从准直透镜单元20e出射 的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图8(e)是从准直透镜单元20e出射的光的 面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图8(a)中的光线表示从固体光源装置10 出射的光由准直透镜单元20e近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图8(b)的纵轴表 示从准直透镜单元20e出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴的 距离。比较例3的准直透镜单元20e，基本上具有与比较例2的准直透镜单元20d同样的 构成，但是构成准直透镜单元20e的第2透镜的构成不同于比较例2的准直透镜单元20d。S卩，比较例3的准直透镜单元20e中，如图8(a)所示，第2透镜Me由在入射面 25e形成非球面，在出射面26e形成后级非球面的非球面双凸透镜构成。但是，比较例3的准直透镜单元20e的构成准直透镜单元20e的第2透镜Me的 入射面(非球面)25e虽然具有将从固体光源装置10出射的光的光束密度分布变换为准直 透镜单元20e的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20e的光轴离开的周边部中的光 束密度高的规定的光束密度分布的光束密度分布变换功能，但是该能力不充分，无法使从 准直透镜单元出射的光中在准直透镜单元的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的 光轴离开的周边部中的光束密度高，因此与在以往的投影机适用以往的准直透镜单元的场 合同样，从准直透镜单元20e出射的光中，准直透镜单元20e的光轴附近中的光束密度比从 准直透镜单元20e的光轴离开的周边部中的光束密度相对低(参照图8(b)及图8(c))。因 而，即使在后级配置使从准直透镜单元出射的光的面内光强度分布均一的积分光学系统， 向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例也变大。结果，在尤其是采用内置有微 透镜的液晶装置作为光调制装置的投影机中，会因向被照明区域照射的光中以大角度照射 的光的比例大而导致光利用效率降低。[比较例4]图9是比较例4的准直透镜单元20f的说明图。图9(a)是从固体光源装置10出 射的光通过准直透镜单元20f时折射的情形的示图，图9 (b)是从准直透镜单元20f出射的 光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图9(f)是从准直透镜单元20f出射的光的面 内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图9(a)中的光线表示从固体光源装置10 出射的光由准直透镜单元20f近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图9(b)的纵轴表 示从准直透镜单元20f出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴的 距离。比较例4的准直透镜单元20f，基本上具有与比较例1的准直透镜单元20c同样的 构成，但是构成准直透镜单元20f的第2透镜的构成不同于比较例1的准直透镜单元20c。BP,比较例4的准直透镜单元20f中，如图9(a)所示，第2透镜Mf由入射面25f 及出射面^f为球面的弯月凸透镜构成。这样，比较例4的准直透镜单元20f在第1透镜22f的出射面23f、第2透镜24f 的入射面25f都未形成前级非球面，在第2透镜24f的出射面沈地未形成后级非球面。因 而，如图9(b)及图9(c)所示，从准直透镜单元20f出射的光中，从准直透镜单元20f的光轴离开的周边部中的光束密度上升。另外，如图9(a)所示，无法使固体光源装置10出射的 光近似平行化。结果，从准直透镜单元20f出射的光中，虽然可使准直透镜单元20f的光轴 附近中的光束密度比从准直透镜单元20f的光轴离开的周边部中的光束密度高，但是无法 使从固体光源装置10出射的光近似平行化。接着，说明具有本发明的准直透镜单元的照明装置及投影机的其他实施例。[实施例4]图10是实施例4的照明装置IOOg及投影机IOOOg的说明图。实施例4的投影机lOOOg，基本上具有与实施例1的投影机1000同样的构成，但是 照明装置的构成不同于实施例1的投影机1000。S卩，实施例4的照明装置IOOg如图10所示，作为积分光学系统，具备棒积分光学 系统700。另外，具有与实施例1的照明装置100同样的构成的部分省略了记载。棒积分光学系统700具有聚光透镜710、偏振变换棒720、中继透镜730。聚光透镜710将来自准直透镜单元20的平行光会聚，向偏振变换棒720的偏振变 换部722导光。偏振变换棒720具有偏振变换部722及积分棒部724，出射面内光强度分布均一化 的光。偏振变换部722具有将来自聚光透镜710的光变换为近似1种直线偏振光的功能。 积分棒部7M具有通过将偏振变换的光在内面多重反射而均一化的功能。中继透镜730和聚光透镜300R、300G、300B都具有使偏振变换棒720出射的光不 发散地在液晶装置400R、400G、400B的图像形成区域附近成像的功能。另外，中继透镜730 也可以由多个透镜组合的复合透镜构成。这样，根据实施例4的照明装置100g，由于具有兰伯特发光类型的固体光源装置 10和使从固体光源装置10出射的光近似平行化的准直透镜单元20，因此与实施例1的照 明装置100同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利 用效率降低。根据实施例4的投影机lOOOg，由于具备上述照明装置100g，因此成为不会因向被 照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低的、光利用效率高 的投影机。另外，实施例4的投影机IOOOg除了照明装置的构成以外，具有与实施例1的投影 机1000同样的构成，因此同样具有与实施例1的投影机1000的效果相应的效果。[实施例5]图11是实施例5的照明装置IOOh及投影机IOOOh的说明图。图11 (a)是投影机 IOOOh的光学系统的平面图，图11(b)是色轮750的示图。实施例5的投影机IOOOh如图11(a)所示，具有照明装置100h、中继光学系统800、 微镜型光调制装置410、投影光学系统610。照明装置IOOh具有固体光源装置10、准直透镜单元20、棒积分光学系统740、色轮 750。固体光源装置10及准直透镜单元20与实施例1的说明同样，说明省略。棒积分光学系统740具有聚光透镜742和积分棒744。聚光透镜742将来自准直 透镜单元20的平行光会聚，向积分棒744的入射面导光。积分棒744通过将从入射面入射的光在内面多重反射而均一化，出射面内光强度分布均一化的光。色轮750如图11(a)所示，在积分棒744的入射面之前配设。色轮750如图11(b) 所示，包括在沿旋转方向划分的4个扇形的区域形成了 3个透射型的滤色镜752R、752G、 752B及透光区域752W的圆板状部件。滤色镜752R通过将入射积分棒744的光中的红波长域的光透射而反射或吸收其 他波长域的光，从而仅仅使红色光分量透射。同样，滤色镜752G、752B分别通过将入射积分 棒744的光中的绿或蓝波长域的光透射而反射或吸收其他波长域的光，从而仅仅使绿色光 分量或蓝色光分量透射。滤色镜752R、752G、752B例如可优选采用电介质多层膜、用涂料形 成的过滤板等。透光区域752W可使入射积分棒744的光直接通过。通过该透光区域752W 可提高投影图像中的辉度，确保投影图像的亮度。中继光学系统800如图11 (a)所示，具有中继透镜810、反射镜820、聚光透镜830， 具有将来自积分棒744的光导向微镜型光调制装置410的图像形成区域的功能。中继透镜810和聚光透镜830都具有将来自积分棒744的光不发散地在微镜型光 调制装置410的图像形成区域附近成像的功能。另外，中继透镜810可以由1枚透镜构成， 也可以由多个透镜组合的复合透镜构成。反射镜820相对于照明光轴IOOhax倾斜配置，使来自中继透镜810的光弯曲，向 微镜型光调制装置410导光。从而，可使投影机紧凑。聚光透镜830将来自中继透镜810及反射镜820的光在微镜型光调制装置410的 图像形成区域会聚，且与投影光学系统610 —起将由微镜型光调制装置410调制的光扩大 投影。微镜型光调制装置410为具有通过根据图像信息由与各像素对应的微镜反射来 自中继光学系统800的光而将表现图像的图像光向投影光学系统610出射的功能的反射方 向控制型光调制装置。作为微镜型光调制装置410，例如，可采用DMD (数字微镜装置)(Tl 公司的商标)。从微镜型光调制装置410出射的图像光由投影光学系统610扩大投影，在屏幕SCR 上形成图像。这样，根据实施例5的照明装置100h，由于具备兰伯特发光类型的固体光源装置 10和使从固体光源装置10出射的光近似平行化的准直透镜单元20，因此与实施例1的照 明装置100同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利 用效率降低。根据实施例5的投影机lOOOh，由于具备上述照明装置100h，因此成为不会因向被 照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低的、光利用效率高 的投影机。[实施例6]图12是实施例6的准直透镜单元20i的说明图。图12(a)是从固体光源装置10 出射的光由准直透镜单元20i近似平行化的情形的示图，图12(b)是从准直透镜单元20i 出射的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图12(c)是从准直透镜单元20i出射的 光的面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图12(a)中的光线表示从固体光源 装置10出射的光由准直透镜单元20i近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图12(b)的纵轴表示从准直透镜单元20i出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示 离光轴的距离。实施例6的准直透镜单元20i，基本上具有与实施例1的准直透镜单元20同样的 构成，但是还具有第3透镜，这与实施例1的准直透镜单元20不同。S卩，实施例6的准直透镜单元20i中，如图12(a)所示，作为至少2个透镜，具有位 于靠近固体光源装置10侧的第1透镜22i及位于远离固体光源装置10侧的第2透镜24i 以及在第1透镜22i及第2透镜24i之间配置的第3透镜观，在第1透镜22i的出射面23i 及第3透镜观的入射面27的2面形成前级非球面，且，在第2透镜24i的出射面26i形成 后级非球面。第1透镜22i的入射面21i、第2透镜Mi的入射面25i及第3透镜28的出 射面四由平面构成。另外，本发明不限于上述的构成，也可以在第3透镜的出射面或者第 2透镜的入射面形成前级非球面。这样，实施例6的准直透镜单元20i还具有第3透镜观，这与实施例1的准直透镜 单元20不同，但是在第1透镜22i的出射面23i及第3透镜观的入射面27形成的前级非 球面具有将来自固体光源装置10的光变换为准直透镜单元20i的光轴附近中的光束密度 比从准直透镜单元20i的光轴离开的周边部中的光束密度高的光而出射的功能，因此如图 12(b)及图12(c)所示，从准直透镜单元出射的光中，可使准直透镜单元的光轴附近中的光 束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高，从而与实施例1的准直透 镜单元20同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利 用效率降低。另外，根据实施例6的准直透镜单元20i，由于在第1透镜22i的出射面23i及第 3透镜观的入射面27的2面形成前级非球面，且，在第2透镜Mi的出射面26i形成后级 非球面，因此，即使采用这样的构成，也可以合理且充分使固体光源装置出射的光的光束密 度中，准直透镜单元的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的 光束S度尚ο[实施例7]图13是实施例7的投影机IOOOj的光学系统的平面图。图14是从准直透镜阵列 Ha侧观察实施例7中的固体光源阵列Ila的图。图15是实施例7的准直透镜单元20j及 照明装置IOOj (没有图示标号)的说明图。图15(a)是从固体光源装置10a(仅仅图示透明 基板17a及荧光层18a)出射的光由准直透镜单元20j近似平行化的情形的示图，图15 (b) 是从准直透镜单元20j出射的光的相对光强度(相对光束密度)的曲线图，图15(c)是从 准直透镜单元20j出射的光的面内光强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图15(a) 中的光线表示从固体光源装置IOa出射的光由准直透镜单元20j近似平行化的情形，而不 是反映光束密度。图15(b)的纵轴表示从准直透镜单元20j出射的光的相对光强度，光轴 中的光强度设为1。横轴表示离光轴的距离。实施例7的照明装置100j，基本上具有与实施例1的照明装置100同样的构成，但 是还具备散热部件，这与实施例1的照明装置100不同。另外，伴随还具有散热部件，固体 光源装置及准直透镜单元(第1透镜及第2透镜)的构成也不同。以下，说明实施例7的 照明装置IOOj的构成。实施例7的照明装置IOOj如图13所示，具有固体光源装置10a、准直透镜单元20j、第1透镜阵列120、第2透镜阵列130、偏振变换元件140、重叠透镜150。另外，照明装 置IOOj中，散热部件30与荧光层18a (后述)及第1透镜22 j (后述)相接配置固体光源装置IOa是具备固体光源阵列11a、准直透镜阵列14a、聚光光学系统 16a、透明基板17a、荧光层18a的兰伯特发光类型的固体光源装置，出射包含红色光、绿色 光及蓝色光的白色光。另外，固体光源装置IOa除了上述构成要素外还具有引线等，但是图 示及说明省略。固体光源阵列Ila如图14所示，具有基板1 及25个固体光源13a。固体光源阵 列Ila中，25个固体光源13a以5行5列的矩阵状配置。图14中，仅仅在最左上的固体光 源13a附上了标号。固体光源13a包括生成蓝色光作为激励光的半导体激光器。该半导体激光器如图 14所示，具有长方形形状的发光区域。准直透镜阵列1 具有与25个固体光源13a对应设置，将25个固体光源13a生 成的光分别近似平行化的多个准直透镜15a(仅仅在一个端部图示了标号)。图示的说明虽 然省略，多个准直透镜15a以5行5列的矩阵状配置。准直透镜1 例如包括入射面为双 曲面且出射面为平面的非球面平凸透镜。聚光光学系统16a将来自准直透镜阵列14a的蓝色光(来自25个固体光源13a 的激励光)在规定的会聚位置会聚。聚光光学系统16a包括例如入射面为平面且出射面为 双曲面的非球面平凸透镜。另外，本发明中，构成准直透镜或聚光光学系统的透镜的个数、形状不限于上述。透明基板17a是支持荧光层18a的部件，例如，包括石英玻璃或光学玻璃。荧光层 18a位于规定的会聚位置的附近，从来自聚光光学系统16a的蓝色光的一部分生成包含红 色光及绿色光的荧光并出射。荧光层18a是固体光源装置IOa中的光出射部。散热部件30包括透明固体即蓝宝石(nd = 1. 71)。散热部件30中的与第1透镜 22j (后述)的入射面21 j (后述)相接的面由平面构成。准直透镜单元20j，基本上具有与实施例1的准直透镜单元20同样的构成，但是第 1透镜的构成及第2透镜的构成不同于实施例1的准直透镜单元20。因而，以下的说明中， 准直透镜单元20j与准直透镜单元20同样构成的部分的说明省略。准直透镜单元20j如图13及图15(a)所示，具备位于靠近固体光源装置IOa侧的 第1透镜22j及位于远离固体光源装置IOa侧的第2透镜Mj。第1透镜22j是入射面21j由平面构成、在出射面23j形成了短轴方向与光轴平 行的椭圆近似曲面构成的前级非球面的非球面平凸透镜。第1透镜22j包括高折射率光学 玻璃(nd = 2. 07)。因而，照明装置IOOj在将散热部件30的nd设为nl，第1透镜22 j的 nd设为π2时，满足「n2-nl彡0. 2J的条件。第2透镜24j是入射面25j由平面构成、在出射面26j形成了后级非球面的包括 高折射率光学玻璃(nd = 1. 70)的非球面平凸透镜。第1透镜阵列120、第2透镜阵列130、偏振变换元件140及重叠透镜150与实施 例1的说明同样，因此说明省略。这样，实施例7的准直透镜单元20j的第1透镜22j的构成及第2透镜Mj的构 成不同于实施例1的准直透镜单元20，但是在第1透镜22j的出射面23j形成的前级非球面具有将来自固体光源装置IOa的光变换为准直透镜单元20j的光轴附近中的光束密度 比从准直透镜单元20j的光轴离开的周边部中的光束密度高的光而出射的功能，因此如图 15(b)及图15(c)所示，从准直透镜单元出射的光中，可以使准直透镜单元的光轴附近中的 光束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高，从而，与实施例1的准 直透镜单元20同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致 光利用效率降低。实施例7的照明装置IOOj还具有散热部件30，这与实施例1的照明装置100不 同，但是，由于具备兰伯特发光类型的固体光源装置IOa和使从固体光源装置IOa出射的光 近似平行化的实施例7的准直透镜单元20j，因此与实施例1的照明装置100同样，不会因 向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。另外，根据实施例7的照明装置100j，透明固体构成的散热部件30与光出射部 (荧光层18a)及第1透镜22j相接配置，因此，可经由散热部件30冷却容易成为高温的光 出射部，结果，可防止光出射部的劣化，延长照明装置的寿命。另外，根据实施例7的照明装置IOOj，散热部件30与第1透镜22 j相接配置，因此 从固体光源装置IOa到第1透镜22j的光路中，关于光的折射，仅仅考虑散热部件30和第 1透镜22j的界面即可，因此可以比较容易行进照明装置的设计。另外，根据实施例7的照明装置100j，在第1透镜22j的出射面23j形成前级非球 面，因此，可在从第1透镜22j出射的光束中形成疏密。另外，根据实施例7的照明装置100j，与在第2透镜的入射面形成前级非球面的场 合比较，可以延长从前级非球面到后级非球面的距离，因此可以采用更长距离合理且高精 度行进光束密度分布变换。另外，根据实施例7的照明装置100j，前级非球面由短轴方向与光轴平行的椭圆 近似曲面构成，因此从固体光源装置IOa出射的光的光束密度中，可使准直透镜单元20 j的 光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20j的光轴离开的周边部中的光束密度足够高。另外，根据实施例7的照明装置IOOj，设散热部件30的nd为nl，第1透镜22j的 nd为π2时，满足「n2-nl彡0. 2」的条件，因此，可在散热部件30和第1透镜22j的界面中 使光充分折射。另外，根据实施例7的照明装置100j，散热部件30由固体构成，散热部件30中的 与第1透镜22j的入射面21 j相接的面由平面构成，第1透镜22j的入射面21 j由平面构 成，因此可使散热部件30及第1透镜22j便宜，可降低照明装置的制造成本。另外，根据实施例7的照明装置100j，容易使散热部件30和第1透镜22j紧密接 合，从该观点看也可以降低照明装置的制造成本。[实施例8]图16是实施例8的准直透镜单元20k及照明装置100k(没有图示标号)的说明 图。图16(a)是从固体光源装置IOa(仅仅图示透明基板17a及荧光层18a)出射的光由准 直透镜单元20k近似平行化的情形的示图，图16(b)是从准直透镜单元20k出射的光的相 对光强度(相对光束密度)的曲线图，图16(c)是从准直透镜单元20k出射的光的面内光 强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图16(a)中的光线表示从固体光源装置IOa出 射的光由准直透镜单元20k近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图16(b)的纵轴表示从准直透镜单元20k出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴的距离。实施例8的照明装置100k(没有图示标号)，基本上具有与实施例7的照明装置 IOOj同样的构成，但是散热部件及准直透镜单元(第1透镜及第2透镜)的构成不同于实 施例7的照明装置IOOj。S卩，实施例8的照明装置IOOk中，散热部件32包括石英玻璃(nd = 1.46)，准直 透镜单元20k的第1透镜2 包括高折射率光学玻璃(nd = 2.07)。另外，与其伴随，如图 16(a)所示，第1透镜22k的出射面(前级非球面)23k及第2透镜Mk的出射面(后级非 球面)2 的形状不同于实施例7的照明装置100j。这样，实施例8的准直透镜单元20k的第1透镜22k的构成及第2透镜24k的构 成不同于实施例7的准直透镜单元20j，但是在第1透镜22k的出射面23k形成的前级非 球面具有将来自固体光源装置IOa的光变换为准直透镜单元20k的光轴附近中的光束密度 比从准直透镜单元20k的光轴离开的周边部中的光束密度高的光而出射的功能，因此如图 16(b)及图16(c)所示，从准直透镜单元出射的光中，可使准直透镜单元的光轴附近中的光 束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高，从而与实施例7的准直透 镜单元20j同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利 用效率降低。实施例8的照明装置IOOk的散热部件32及准直透镜单元20k (第1透镜22k及 第2透镜Mk)的构成不同于实施例7的照明装置100j，但是由于具有兰伯特发光类型的固 体光源装置IOa和使从固体光源装置IOa出射的光近似平行化的实施例8的准直透镜单元 20k,因此与实施例7的照明装置IOOj同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射 的光的比例大而导致光利用效率降低。另外，实施例8的照明装置IOOk除了散热部件及准直透镜单元(第1透镜及第2 透镜)的构成以外，具有与实施例7的照明装置IOOj同样的构成，因此，同样具有与实施例 7的照明装置IOOj的效果相应的效果。[实施例9]图17是实施例9的准直透镜单元201及照明装置1001 (没有图示标号)的说明 图。图17(a)是从固体光源装置IOa(仅仅图示透明基板17a及荧光层18a)出射的光由准 直透镜单元201近似平行化的情形的示图，图17(b)是从准直透镜单元201出射的光的相 对光强度(相对光束密度)的曲线图，图17(c)是从准直透镜单元201出射的光的面内光 强度分布(光束密度分布)的示图。另外，图17(a)中的光线表示从固体光源装置IOa出 射的光由准直透镜单元201近似平行化的情形，而不是反映光束密度。图17(b)的纵轴表 示从准直透镜单元201出射的光的相对光强度，光轴中的光强度设为1。横轴表示离光轴的 距离。实施例9的照明装置1001 (没有图示标号)，基本上具有与实施例7的照明装置 IOOj同样的构成，但是散热部件及准直透镜单元(第1透镜及第2透镜)的构成不同于实 施例7的照明装置100j。另外，伴随散热部件及准直透镜单元的构成的不同，还具有散热部 件保持部的方面也不同于实施例7的照明装置100j。S卩，实施例9的照明装置1001中，散热部件34包括水(nd = 1. 333)，准直透镜单
20元201的第1透镜221包括高折射率光学玻璃(nd = 1. 65)。另外，与其伴随，如图17 (a)所 示，第1透镜221的出射面(前级非球面)231及第2透镜241的出射面(后级非球面)261 的形状不同于实施例7的照明装置100j。另外，水是常温(5°C 35°C)的液体，因此，照明装置1001还具有用于保持散热 部件34的散热部件保持部40。散热部件保持部40包括透明部件(例如，光学玻璃)。散 热部件保持部40在内部具有空间，在该空间容纳透明基板17a、荧光层18a及散热部件34。 而且，在散热部件保持部40设置了用于嵌入第1透镜201的孔，第1透镜221经由衬垫42 安装到散热部件保持部40。因而，如图17(a)所示，第1透镜221在入射面951中与散热部 件34直接相接。这样，实施例9的准直透镜单元201的第1透镜221的构成及第2透镜Ml的构 成不同于实施例7的准直透镜单元20j，但是在第1透镜221的出射面231形成的前级非 球面具有将来自固体光源装置IOa的光变换为准直透镜单元201的光轴附近中的光束密度 比从准直透镜单元201的光轴离开的周边部中的光束密度高的光而出射的功能，因此如图 17(b)及图17(c)所示，从准直透镜单元出射的光中，可使准直透镜单元的光轴附近中的光 束密度比从准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高，从而与实施例7的准直透 镜单元20j同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利 用效率降低。实施例9的照明装置1001的散热部件34及准直透镜单元201 (第1透镜221及 第2透镜Ml)的构成不同于实施例7的照明装置100j，但是由于具有兰伯特发光类型的固 体光源装置IOa和使从固体光源装置IOa出射的光近似平行化的实施例9的准直透镜单元 201，因此与实施例7的照明装置IOOj同样，不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射 的光的比例大而导致光利用效率降低。另外，实施例9的照明装置1001除了散热部件及准直透镜单元(第1透镜及第2 透镜)的构成以外，具有与实施例7的照明装置IOOj同样的构成，因此同样具有与实施例 7的照明装置IOOj的效果相应的效果。以上，根据上述的实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述的实施例。在不脱 离其要旨的范围中可以各种样态实施，例如，可进行如下变形。(1)上述实施例1、2、4、5中，前级非球面仅仅在第2透镜的入射面形成，但是本发 明不限于此。前级非球面也可以仅仅在第1透镜的出射面形成。另外，实施例7 9中，后 级非球面在第2透镜的出射面形成，但是本发明不限于此。后级非球面也可以在第2透镜 的入射面形成。(2)上述各实施例中，采用出射白色光的固体光源装置，但是本发明不限于此。也 可以采用出射白色光以外的光(例如，红色光等单色光构成的光、包含多种特定的色光分 量的光)的固体光源装置。(3)上述实施例7 9中，采用具有2个透镜的准直透镜单元，但是本发明不限于 此。也可以采用具有3个以上的透镜的准直透镜单元。另外，上述实施例6中，采用具有3 个透镜的准直透镜单元，但是本发明不限于此。也可以采用具有4个以上的透镜的准直透 镜单元。(4)上述实施例9中，采用在内部容纳透明基板17a、荧光层18a及散热部件34的散热部件保持部40，但是本发明不限于此。例如，也可以采用还容纳「使散热部件循环或搅 拌的装置」的散热部件保持部。这样，通过使液体构成的散热部件循环或进行搅拌，可以更 强地冷却光出射部。(5)上述各实施例中，说明了将本发明的照明装置适用于投影机的例，但是本发明 不限于此。例如，本发明的照明装置也可以适用于其他光学设备(例如，光盘装置、自动车 的前灯、各种照明器具等)。(6)上述实施例1、4及7中，采用透射型的投影机，但是本发明不限于此。例如，也 可以采用反射型的投影机。这里，「透射型」是指，像透射型液晶装置等这样，作为光调制手 段的光调制装置使光透射的类型，「反射型」是指，像反射型液晶装置等这样，作为光调制手 段的光调制装置使光反射的类型。即使在反射型的投影机适用本发明，也可以获得与透射 型的投影机同样的效果。(7)上述实施例1、4及7中，例示说明了采用3个液晶光调制装置的投影机，但是 本发明不限于此。在采用1个、2个或4个以上的液晶装置的投影机中也可适用。(8)本发明可适用于从观察投影图像侧投影的前投型投影机，也可适用于从观察 投影图像侧的相反侧投影的后投型投影机。
权利要求
1.一种准直透镜单元，其特征在于，具备至少2个透镜，使从兰伯特发光类型的固体光源装置出射的光近似平行化， 构成上述至少2个透镜的各透镜的入射面及出射面中，至少2个面包括非球面， 上述至少2个非球面中位于靠近上述固体光源装置侧的至少1个面的前级非球面，具 有将从上述固体光源装置出射的光的光束密度分布变换为上述准直透镜单元的光轴附近 中的光束密度比从上述准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高的规定的光束 密度分布的光束密度分布变换功能，上述至少2个非球面中离上述固体光源装置最远的1面的后级非球面，具有使形成有 上述规定的光束密度分布的光近似平行化的功能，从上述准直透镜单元出射的光中，上述准直透镜单元的光轴附近中的光束密度比从上 述准直透镜单元的光轴离开的周边部中的光束密度高。
2.权利要求1所述的准直透镜单元，其特征在于，从上述准直透镜单元出射的光的光束密度在上述准直透镜单元的光轴处呈现最大值， 并随着从上述准直透镜单元的光轴离开而逐渐降低。
3.权利要求1或2所述的准直透镜单元，其特征在于，作为上述至少2个透镜，具备位于靠近上述固体光源装置侧的第1透镜和位于远离上 述固体光源装置侧的第2透镜，在上述第1透镜的出射面或上述第2透镜的入射面形成上述前级非球面，且在上述第 2透镜的出射面形成上述后级非球面。
4.权利要求3所述的准直透镜单元，其特征在于， 上述第1透镜的出射面包括球面，在上述第2透镜的入射面形成上述前级非球面。
5.权利要求4所述的准直透镜单元，其特征在于，上述第1透镜和上述第2透镜的间隔大于上述第1透镜的有效半径。
6.权利要求4或5所述的准直透镜单元，其特征在于， 上述第1透镜包括光学玻璃，上述第2透镜包括树脂。
7.权利要求6所述的准直透镜单元，其特征在于， 上述第1透镜的nd为1.7以上。
8.权利要求4 7的任一项所述的准直透镜单元，其特征在于， 上述第1透镜的入射面包括平面。
9.权利要求1或2所述的准直透镜单元，其特征在于，作为上述至少2个透镜，具备位于靠近上述固体光源装置侧的第1透镜、位于远离上述 固体光源装置侧的第2透镜以及在上述第1透镜和上述第2透镜之间配置的第3透镜，在上述第1透镜的出射面、上述第3透镜的入射面和出射面以及上述第2透镜的入射 面中的2个面形成上述前级非球面，且在上述第2透镜的出射面形成上述后级非球面。
10.一种照明装置，其特征在于，具备兰伯特发光类型的固体光源装置和使从上述固体 光源装置出射的光近似平行化的准直透镜单元，上述准直透镜单元是权利要求1 9的任一项所述的准直透镜单元。
11.权利要求10所述的照明装置，其特征在于，上述准直透镜单元是权利要求1或2所述的准直透镜单元，并且，作为上述至少2个透 镜，具备位于靠近上述固体光源装置侧的第1透镜和位于远离上述固体光源装置侧的第2 透镜，在将上述固体光源装置中的出射具有兰伯特光度分布的光的部位作为光出射部时，在 上述照明装置中，包括透明固体或液体的散热部件与上述光出射部和上述第1透镜相接配 置，在上述第1透镜的出射面形成上述前级非球面。
12.权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述前级非球面包括短轴方向与光轴平行的椭圆近似曲面。
13.权利要求11或12所述的照明装置，其特征在于，在设上述散热部件的nd为nl，上述第1透镜的nd为n2时，满足n2-nl彡0. 2的条件。
14.权利要求11 13的任一项所述的照明装置，其特征在于， 上述散热部件包括固体，上述散热部件的与上述第1透镜的入射面相接的面包括平面， 上述第1透镜的入射面包括平面。
15.一种投影机，其特征在于，具备照明装置、根据图像信息调制来自上述照明装置的照明光的光调制装置以及将来 自上述光调制装置的调制光作为投影图像投影的投影光学系统， 上述照明装置是权利要求10 14的任一项所述的照明装置。
全文摘要
本发明提供准直透镜单元、照明装置及投影机，其不会因向被照明区域照射的光中以大角度照射的光的比例大而导致光利用效率降低。具备第1透镜22及第2透镜24、使从兰伯特发光类型的固体光源装置10出射的光近似平行化的准直透镜单元20的特征在于，在第2透镜24的入射面25形成的前级非球面，具有变换到规定的光束密度分布的光束密度分布变换功能，在第2透镜24的出射面26形成的后级非球面，具有使来自前级非球面的光近似平行化的功能，从准直透镜单元20出射的光中，准直透镜单元20的光轴附近中的光束密度比从准直透镜单元20的光轴离开的周边部中的光束密度高。
文档编号G02B27/30GK102109142SQ20101061351
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者秋山光一 申请人:精工爱普生株式会社