專利名稱：投影式圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具備具有平面狀發(fā)光面的光源的投影式圖像顯示裝置。
背景技術：
以往，在投影式圖像顯示裝置的照明部中， 一般作為光源使用了 高壓水銀燈(例如參照專利文獻1)。其主要理由是，發(fā)光部是電極
間的縫隙，非常小(主流的縫隙長為1 1.5mm)，所以容易以光學方 式聚光在圖像顯示裝置上，并且光源自身的發(fā)光效率也良好。但是， 在高壓水銀燈的情況下，除了必要的可視光以外還產(chǎn)生紫外光或紅外 光，光源周邊部變得非常高溫。此外，壽命一般是2000小時左右， 即使是長壽命類型也是10000小時，市場更換是必須的，有耗費運行 成本等問題。
為了克服這些問題，進行了使用LED (發(fā)光二極管)元件作為投 影式圖像顯示裝置的照明部光源的嘗試(將使用這樣的LED元件的 光源稱作"LED光源")。這著眼于能夠實現(xiàn)20000小時以上的壽命、 并且具有R (紅)、G (綠)、B (藍)的各單色下的發(fā)光特性而顏色 再現(xiàn)性良好、也不產(chǎn)生有害光等的、LED元件的特征。
專利文獻l:日本特開平11-142780號公報
但是，LED元件的發(fā)光效率達不到高壓水銀燈的發(fā)光效率，并且 輸出的絕對值也較小，所以具有在作為投影式圖像顯示裝置的照明部 光源使用的情況下不能得到足夠亮度的問題。為了克服該問題，LED 元件自身的發(fā)光效率及輸出的提高問題是必須要解決的，但對于系統(tǒng)
側，存在如何將來自LED光源的光高效率地取入到圖像顯示裝置中、 或者是否能夠為了得到足夠的光量而利用多個光源的課題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于以往技術的上述課題而做出的，其目的是提供一種 投影式圖像顯示裝置，能夠改善LED光源那樣的具有平面狀的發(fā)光 面，將光向該面的一個方向發(fā)射的光源的、向圖像顯示裝置的光取入 率，并且能夠實現(xiàn)多個光源的結構而達到高亮度化。
為了達到上述目的，本發(fā)明涉及的投影式圖像顯示裝置的第1結 構是，具備反射器，在內面具有由旋轉橢圓面構成的反射面；光源，
至少發(fā)光部是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述平面直立的
法線具有±90°以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位于光學上形 成上述反射器的上述反射面的上述旋轉橢圓面的第1焦點上；棒積分 器，配置成使形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉橢圓面的第2 焦點位于其入射側開口部；光調制元件，根據(jù)外部信號調制透過的光 的輸出；中繼光學系統(tǒng)，將上述棒積分器的射出側開口部的像轉映到 上述光調制元件上；以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元件上的像放 大投影到屏幕上。
此外，本發(fā)明涉及的投影式圖像顯示裝置的第2結構是，具備
反射器，在內面具有由旋轉拋物面構成的反射面；光源，至少發(fā)光部 是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述平面直立的法線具有士 90°以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位于光學上形成上述反射 器的上述反射面的上述旋轉拋物面的焦點上；聚光透鏡，配置在上述 反射器的射出面的前方；棒積分器，配置成使入射側開口部位于上述 聚光透鏡的焦點位置；光調制元件，根據(jù)外部信號調制透過的光的輸 出；中繼光學系統(tǒng)，將上述棒積分器的射出側開口部的像轉映到上述 光調制元件上；以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元件上的像放大投影到屏幕上。
此外，本發(fā)明涉及的投影式圖像顯示裝置的第3結構是，具備 反射器，在內面具有由旋轉拋物面構成的反射面；光源，至少發(fā)光部 是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述平面直立的法線具有士 90°以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位于光學上形成上述反射 器的上述反射面的上述旋轉拋物面的焦點上；透鏡陣列型積分器，配 置在上述反射器的射出面的前方，是微透鏡的集合體；光調制元件， 被上述透鏡陣列型積分器照明，根據(jù)外部信號調制透過的光的輸出； 以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元件上的像放大投影到屏幕上。
此外，本發(fā)明涉及的投影式圖像顯示裝置的第4結構是，具備
反射器，在內面具有由旋轉橢圓面構成的反射面；光源，至少發(fā)光部 是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述平面直立的法線具有士 90°以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位于光學上形成上述反射 器的上述反射面的上述旋轉橢圓面的第1焦點上；聚光透鏡，配置成 其在形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉橢圓面的第2焦點位 置上具有焦點；透鏡陣列型積分器，配置在上述聚光透鏡的前方，是
微透鏡的集合體；光調制元件，被上述透鏡陣列型積分器照明，根據(jù) 外部信號調制透過的光的輸出；以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元 件上的像放大投影到屏幕上。
此外,在上述本發(fā)明的投影式圖像顯示裝置的第1 第4結構中， 優(yōu)選的是，上述光源的上述發(fā)光部以上述反射器的上述反射面的旋轉 中心軸為基準向上述反射器的上述反射面的面頂側傾斜。此外，在此 情況下，優(yōu)選的是，垂直于上述光源的上述發(fā)光部的上述平面而直立 的上述法線與上述反射器的上述反射面的旋轉中心軸所成的角e處 于60°《9《90°的范圍內。
此外，在上述本發(fā)明的投影式圖像顯示裝置的第1或第4結構中， 優(yōu)選的是，上述反射器的上述反射面的旋轉中心軸相對于上述系統(tǒng)軸傾斜，以使來自上述反射器的光的聚光角相對于除了上述反射器及光 源以外的光學部件所共同的光軸即系統(tǒng)軸大致對稱。
此外，在上述本發(fā)明的投影式圖像顯示裝置的第2或第3結構中， 優(yōu)選的是，上述反射器的上述反射面的旋轉中心軸相對于上述系統(tǒng)軸 平行移動地配置，使得來自上述反射器的光的聚光角相對于除了上述 反射器及光源以外的光學部件所共同的光軸即系統(tǒng)軸大致對稱。
此外，在上述本發(fā)明的投影式圖像顯示裝置的第1 第4結構中， 優(yōu)選的是，具備多組由上述反射器與上述光源構成的照明部，上述多 個反射器相對于除了上述照明部以外的光學部件所共同的光軸即系 統(tǒng)軸對稱地配置。此外，在此情況下，優(yōu)選的是，上述多個反射器配 置成其外表面彼此接近。
根據(jù)上述本發(fā)明的投影式圖像顯示裝置的第1 第4結構，能夠 將來自具有較大射出角的面發(fā)光光源的光高效率地聚光并取入到圖 像顯示裝置中。
此外，根據(jù)上述光源的上述發(fā)光部以上述反射器的上述反射面的 旋轉中心軸為基準向上述反射器的上述反射面的面頂側傾斜的優(yōu)選 例，向反射器的射出面的方向直接射出的光變少，光利用效率提高。
此外，根據(jù)使上述反射器的上述反射面的旋轉中心軸相對于上述 系統(tǒng)軸傾斜、以使來自上述反射器的光的聚光角相對于除了上述反射 器及光源以外的光學部件所共同的光軸即系統(tǒng)軸大致對稱的優(yōu)選例， 能夠實現(xiàn)向圖像顯示裝置的光取入效率的最佳化。
此外，根據(jù)具備由上述反射器和上述光源構成的多組照明部、上 述多個反射器相對于除了上述照明部以外的光學部件所共同的光軸 即系統(tǒng)軸對稱地配置的優(yōu)選例(多燈結構)，能夠得到通過單燈結構 不能得到的光量，能夠飛躍性地改善投影像的亮度。特別是，如果將 上述多個反射器配置成其外面彼此接近，則能夠在光源的背面上不帶 來光學影響地配置用于冷卻的部件(散熱片等)。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
圖2是表示在本發(fā)明的實施方式的投影式圖像顯示裝置中使用的 光源的側視圖。
圖3是表示在本發(fā)明的實施方式的投影式圖像顯示裝置中使用的 光源的光強度分布(配光分布)的一例的圖。
圖4是表示本發(fā)明的第1實施方式的投影式圖像顯示裝置的另一 例的結構圖。
圖5是表示本發(fā)明的第1實施方式的投影式圖像顯示裝置的再一
例的結構圖。
圖6是表示本發(fā)明的第1實施方式的投影式圖像顯示裝置的又一
例的結構圖。
圖7是表示本發(fā)明的第2實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
圖8是表示本發(fā)明的第3實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
圖9是表示本發(fā)明的第4實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
圖10是表示本發(fā)明的第5實施方式的投影式圖像顯示裝置的結 構圖。
圖11是表示本發(fā)明的第6實施方式的投影式圖像顯示裝置的結 構圖。
圖12是表示本發(fā)明的第7實施方式的投影式圖像顯示裝置的結 構圖。
圖13是表示本發(fā)明的第8實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
具體實施例方式
以下，利用實施方式更具體地說明本發(fā)明。
圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構 圖，
圖2是表示在該投影式圖像顯示裝置中使用的光源的側視圖。
如圖1所示，本實施方式的投影式圖像顯示裝置依次配置照明部34、棒積分器8、聚光透鏡9、中繼光學系統(tǒng)IO、作為光調制元件的 光調制器11和作為投影光學系統(tǒng)的投影透鏡15而構成。
照明部34包括光源35和在內面具有橢圓反射面4的反射器5構 成。光源35是固體發(fā)光光源，由連接在未圖示的電力供給源上的基 板2和安裝在基板2上且可看作平面的發(fā)光部1構成。反射器5的橢 圓反射面4是將橢圓繞其長軸旋轉1周得到的曲面(旋轉橢圓面)用 包含長軸的面二等分而得到的，此時的作為旋轉中心的橢圓的長軸與 反射器5的中心軸(以下稱作"反射器軸")17—致。反射器5配置 成，使形成該橢圓反射面4的旋轉橢圓面的第1焦點3位于光源35 的發(fā)光部1的表面(發(fā)光面)上。并且，在此情況下，將光源35配 置成其發(fā)光面與包含反射器軸17的面一致。另外，在圖1中，6表 示反射器5的開口。
如圖2所示，來自光源35的發(fā)光部1的發(fā)光面的光相對于垂直 于該發(fā)光面的法線(光源中心軸)以開度角9L射出。在圖3中，在 橫軸取射出光相對于光源中心軸的開度角9L、在縱軸取光強度，表 示光源的光強度分布(配光分布)的一例。由圖3可知，在-90°《 6L《+90。的范圍內射出有效的光。即，光源35相對于垂直立設在 發(fā)光面上的法線具有±90°以內的配光。
棒積分器8 —般由玻璃制的六面體構成，但也可以使用將平面反 射鏡排列4片而構成側壁的結構作為棒積分器。該棒積分器8配置成， 使形成反射器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓面的第2焦點7位于其入 射側開口部。
聚光透鏡9配置成其焦點位置位于棒積分器8的射出側開口部。 該聚光透鏡9將來自棒積分器8的光變換為大致平行光。
中繼光學系統(tǒng)10由多個透鏡構成，能夠將來自聚光透鏡9的光 高效率地向光調制器11引導。該中繼光學系統(tǒng)10將棒積分器8的射 出側開口部的像轉映到光調制器11上。
光調制器11配置在中繼光學系統(tǒng)10的照明位置上，包括形成圖 像的透過型的液晶面板13、設在液晶面板13的入射側的入射側偏振 片12和設在液晶面板13的射出側的射出側偏振片14。液晶面板13 是將可通過外部信號獨立地控制液晶狀態(tài)的單元二維排列而構成的， 能夠根據(jù)外部信號調制透過的光的輸出。入射側偏振片12僅使入射 光中的、向一方向偏振的光透過。射出側偏振片14使向其透過軸的 方向偏振的光透過，吸收向與透過軸正交的方向偏振的光。由于光調 制器11的詳細的動作說明對于本發(fā)明的主旨并不是必需的，所以在 這里省略。
投影透鏡15由多個透鏡構成，將形成在光調制器11的液晶面板 13上的圖像放大投影在屏幕(未圖示)上。
在圖1中，16表示作為除了照明部34以外的光學部件即棒積分 器8、聚光透鏡9、中繼光學系統(tǒng)IO、光調制器11及投影透鏡15共 同的光軸即系統(tǒng)軸，在圖l所示的投影式圖像顯示裝置中，該系統(tǒng)軸 16與反射器軸17—致。
以下，對上述那樣構成的投影式圖像顯示裝置的動作進行說明。
從發(fā)光面位于形成反射器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓面的第1 焦點3上的光源射出的光，被反射器5的橢圓反射面4反射，從反射 器5的開口 6射出。從反射器5的開口 6射出的光被聚光到形成反射 器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓面的第2焦點7上，入射到在該第2 焦點7的位置上具有入射側開口部的棒積分器8中。在棒積分器8內 反復反射的光入射到以棒積分器8的射出側開口部為焦點位置的聚 光透鏡9中，成為大致平行光后入射到中繼光學系統(tǒng)10中。來自聚 光透鏡9的光通過中繼光學系統(tǒng)IO高效率被引導到光調制器11，在 光調制器11的液晶面板13上形成圖像。該圖像被投影透鏡15放大 投影到屏幕上。
根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示裝置，通過具備上述那樣的結 構，來自光源35的發(fā)光部1的光除了直接向反射器5的開口6的方 向射出的光以外，即使是其開度角6L接近于90。的光也能夠聚光。 因而，在聚光透鏡9以后的結構中，只要不超出由F元件(Fno)、光 線通過的有效面積決定的光的處理量的限制，就能夠有效地利用來自 光源35的發(fā)光部1的光。即，根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示裝 置，能夠將來自光源35的發(fā)光部1的光高效率地取入到圖像顯示裝 置中。
另外，在光源35的發(fā)光部1的周邊配置有用于表面保護等的蓋 玻璃的情況下，優(yōu)選在將發(fā)光面保持為與包含發(fā)射器軸17的面平行 的狀態(tài)下進行使光源35移動的修正，以使形成反射器5的橢圓反射 面4的旋轉橢圓面的第1焦點3的位置不會從發(fā)光部1光學偏離。此 外，例如在光源35上一體地設有用于聚光的光學部件的情況下，也 優(yōu)選進行同樣的修正，以使形成反射器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓 面的第1焦點3的位置不會從發(fā)光部1光學偏離。
此外，通過本實施方式的投影式圖像顯示裝置得到的圖像是單色 顯示，但如果采用以下那樣的結構，也能夠進行彩色顯示。例如，對 R (紅)、G (綠)、B (藍)的各顏色的光準備從光源35的發(fā)光部1 到聚光透鏡9的構成部件，在光變?yōu)榇笾缕叫械木酃馔哥R9與中繼光 學系統(tǒng)IO之間配置由分色鏡等構成的顏色合成光學系統(tǒng)。并且，將各顏色的發(fā)光在時間上錯開進行，如果與其同步地按照顏色將圖像形 成在液晶面板13上，則能夠進行彩色顯示。此外，通過對紅、綠、
藍的各顏色的光準備從光源35的發(fā)光部1到光調制器11的構成部 件，將上述顏色合成光學系統(tǒng)配置在光調制器11與投影透鏡15之間， 也能夠進行彩色顯示。如本實施方式那樣在光調制器11中使用液晶 的情況下，如果是本領域的技術人員，則能夠容易地想到能夠導入用 于將來自光源35的自然光變換為一方向的偏振光的偏振變換系統(tǒng)、 或者用于實現(xiàn)均勻照明的積分器光學系統(tǒng)。
此外，在本實施方式中，在光調制器11中使用透過型的液晶面 板13，但通過將從中繼光學系統(tǒng)10到投影透鏡15的光學系統(tǒng)最佳 化，也能夠在光調制器11中使用將微小可動反射鏡二維排列而成的 DMD (Digital Micro-Mirror Device,數(shù)字微鏡器件)或反射式的液晶 面板。
此外，在本實施方式中，舉例說明了使通過形成反射器5的橢圓 反射面4的旋轉橢圓面的第1及第2焦點3、 7的反射器軸17與系統(tǒng) 軸16—致的情況為例進行了說明，但在此情況下，雖然能夠將來自 光源35的發(fā)光部1的光高效率地取入到圖像顯示裝置中，但在向光 調制器ll均勻照明的方面存在一些問題。即，光源35配置成其發(fā)光 部1的發(fā)光面與包含反射器軸17的面一致，來自光源35的發(fā)光部1 的光僅被反射器5的橢圓反射面4的單側一半反射，所以來自反射器 5的開口 6的光的聚光角相對于系統(tǒng)軸16為非對稱(參照圖1)。因 此，來自反射器5的開口 6的光在棒積分器8中難以變得均勻，難以 得到向光調制器11的照明的均勻性。所以，如圖4、圖5所示，優(yōu) 選以第2焦點7為基準使反射器軸17相對于系統(tǒng)軸16傾斜，使得來 自反射器5的開口 6的光的聚光角相對于系統(tǒng)軸16成為對稱。由此， 能夠實現(xiàn)向圖像顯示裝置的光取入率的最佳化，并且也能夠實現(xiàn)向光 調制器11的均勻照明。但是，在光源35的強度分布(配光分布)不對稱的情況下，有時即使來自反射器5的開口 6的光的聚光角相對于 系統(tǒng)軸16的對稱性稍稍偏離，也能夠得到最大光利用效率。
此外，在本實施方式中，將光源35配置成其發(fā)光部1的表面(發(fā) 光面)與包含反射器軸17的面一致，但如圖6所示，如果將發(fā)光面 朝向反射器5的橢圓反射面4的面頂側傾斜，則向反射器5的開口 6 的方向直接射出的光變少，光利用效率提高。但是，如果光源35的 發(fā)光面過于傾斜，則在橢圓反射面4的面頂側反射的光被發(fā)光部1或 基板2遮蔽，所以優(yōu)選考慮圖3所示的配光分布，觀察能夠補償向反 射器5的開口 6的方向直接射出量的光量、和被發(fā)光部1或基板2遮 蔽的光量的平衡，來決定最佳的傾斜角，垂直于光源35的發(fā)光部1 的表面(發(fā)光面)而直立的法線與反射器軸17所成的角度e優(yōu)選在 60°《e《90°的范圍內。
此外，在本實施方式中，是將聚光透鏡9與中繼光學系統(tǒng)10明 確分開的結構，但也可以如圖5、圖6所示那樣將兩者一體構成。
圖7是表示本發(fā)明的第2實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
如圖7所示，本實施方式的投影式圖像顯示裝置依次配置有照明 部36、聚光透鏡22、棒積分器8、中繼光學系統(tǒng)24、作為光調制元 件的光調制器11和作為投影光學系統(tǒng)的投影透鏡15而構成。在圖7 中，16表示除了照明部36以外的光學部件即聚光透鏡22、棒積分器 8、中繼光學系統(tǒng)24、光調制器11及投影透鏡15共同的光軸即系統(tǒng) 軸。另外，棒積分器8、光調制器11、投影透鏡15與在上述第1實 施方式中說明的相同，所以省略其詳細的說明。
照明部36包括光源35和在內面具有由旋轉拋物面構成的反射面 19的反射器20。光源35與上述第1實施方式的情況同樣，是固體發(fā) 光光源，由連接在未圖示的電力供給源上的基板2和安裝在基板2上
且可看作平面的發(fā)光部1構成。反射器20配置成，使形成其反射面 19的旋轉拋物面的焦點18位于光源35的發(fā)光部1的表面(發(fā)光面) 上。并且，在此情況下，光源35配置成其發(fā)光面位于包含旋轉拋物 面的旋轉中心軸(以下稱作"反射器軸")25的面一致。由此，來自 光源35的發(fā)光部1的發(fā)光面的光通過反射器20的反射面19被反射 為平行于反射器軸25的光，從反射器20的開口21射出。
聚光透鏡22配置在反射器20的開口 21 (射出面)的前方，將來 自反射器20的開口 21的光聚光到在聚光透鏡22的焦點位置具有入 射側開口部的棒積分器8的該入射側開口部。
中繼光學系統(tǒng)24是將上述第1實施方式的圖1所示的聚光透鏡9 與中繼光學系統(tǒng)IO組合而構成的，配置成其焦點位置位于棒積分器 8的身寸出側開口部。該中繼光學系統(tǒng)24將來自棒積分器8的光高效 率地向光調制器11導引，將棒積分器8的射出側開口部的像轉映到 光調制器11上。
以下，對上述那樣構成的投影式圖像顯示裝置的動作進行說明。
從發(fā)光面位于形成反射器20的反射面19的旋轉拋物面的焦點18 上的光源35射出的光，被反射器20的反射面19反射，從反射器20 的開口 21作為大致平行于反射器軸25的光射出。從反射器20的開 口 21射出的光被聚光透鏡22聚光到棒積分器8的入射側開口部，入 射到該棒積分器8中。在棒積分器8內反復反射的光，入射到以棒積 分器8的射出側開口部為焦點位置的中繼光學系統(tǒng)10中。來自棒積 分器8的光被中繼光學系統(tǒng)10高效率地導引到光調制器11中，在光 調制器11的液晶面板13上形成圖像。該圖像被投影透鏡15放大投 影在屏幕上。
根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示裝置，通過具備上述那樣的結 構，與上述第1實施方式的情況同樣，來自光源35的發(fā)光部1的光 中，除了向反射器20的開口21的方向直接射出的光以外，即使是其
開度角6L接近于90。的光也能夠聚光。因而，在聚光透鏡22以后 的結構中，只要不超出由F元件(Fno)、光線通過的有效面積決定的 光的處理量的限制，就能夠有效地利用來自光源35的發(fā)光部1的光。 即，根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示裝置，能夠將來自光源35的 發(fā)光部1的光高效率地取入到圖像顯示裝置中。
另外，在本實施方式的投影式圖像顯示裝置中，在光源35的發(fā) 光部1的周邊配置有用于表面保護等的蓋玻璃的情況下，優(yōu)選在將發(fā) 光面保持為與包含發(fā)射器軸25的面平行的狀態(tài)下進行使光源35移動 的修正，以使形成反射器22的反射面19的旋轉拋物面的焦點18的 位置不會從發(fā)光部1光學偏離。此外，例如在光源35上一體地設有 用于聚光的光學部件的情況下，也優(yōu)選進行同樣的修正，以使形成反 射器20的反射面19的旋轉橢圓面的焦點18的位置不會從發(fā)光部1 光學偏離。
此外，通過本實施方式的投影式圖像顯示裝置得到的圖像是單色 顯示，但如果采用以下那樣的結構，也能夠進行彩色顯示。例如，對 R (紅)、G (綠)、B (藍)的各顏色的光準備從光源35的發(fā)光部1 到反射器20的結構部件，在光成為大致平行的反射器20的開口 21 與聚光透鏡22之間配置由分色鏡等構成的顏色合成光學系統(tǒng)。并且， 將各顏色的發(fā)光在時間上錯開進行，如果與其同步地按照顏色將圖像 形成在液晶面板13上，則能夠進行彩色顯示。此外，通過對紅、綠、 藍的各顏色的光準備從光源35的發(fā)光部1到光調制器11的結構部 件，將上述顏色合成光學系統(tǒng)配置在光調制器11與投影透鏡15之間， 也能夠進行彩色顯示。另夕卜，與上述第1實施方式的情況同樣，如果 是本領域的技術人員，則能夠容易地想到可以具有偏振變換功能。
此外，如圖7所示，優(yōu)選使反射器軸25相對于系統(tǒng)軸16平行移 動地配置，以使來自反射器20的開口 21的聚光角相對于系統(tǒng)軸16 成為對稱。由此，與上述第1實施方式的情況同樣，能夠實現(xiàn)向圖像
顯示裝置的光取入率的最佳化，并且也能夠實現(xiàn)向光調制器11的均 勻照明。但是，在光源35的強度分布(配光分布)不對稱的情況下，
有時即使來自反射器20的開口 21的光的聚光角相對于系統(tǒng)軸16的 對稱性稍稍偏差，也能夠得到最大光利用效率，所以反射器軸25的 上述位移量需要根據(jù)結構而相應地最佳化。
進而，在本實施方式的投影式圖像顯示裝置中，也通過使光源35 的發(fā)光部1的表面(發(fā)光面)在反射器軸25上朝向反射面19 (旋轉 拋物面)的面頂側傾斜，向反射器20的開口 21的方向直接射出的光 變少，使用效率提高。
圖9是表示本發(fā)明的第4實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
如圖9所示，本實施方式的投影式圖像顯示裝置依次配置有照明 部34、聚光透鏡9、透鏡陣列型積分器26、場透鏡30、作為光調制 元件的光調制器ll、和作為投影光學系統(tǒng)的投影透鏡15構成。在圖 9中，16表示除了照明部34以外的光學部件即聚光透鏡9、透鏡陣 列型積分器26、場透鏡30、光調制器11及投影透鏡15共同的光軸 即系統(tǒng)軸，17表示反射器軸。另外，照明部34、聚光透鏡9、光調 制器ll、投影透鏡15與上述第1實施方式中說明的相同，所以省略 其詳細說明。此外，透鏡陣列型積分器26、場透鏡30與上述第3實 施方式中說明的相同，所以省略其詳細的說明。
聚光透鏡9配置成其在形成反射器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓 面的第2焦點7的位置上具有焦點。
以下，對上述那樣構成的投影式圖像顯示裝置的動作進行說明。
從發(fā)光面位于形成反射器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓面的第1
焦點3上的光源35射出的光，被反射器5的橢圓反射面4反射，從 反射器5的開口 6射出。從反射器5的開口 6射出的光被聚光到形成 反射器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓面的第2焦點7，入射到在該第 2焦點7的位置上具有焦點的聚光透鏡9，成為大致平行光并入射到 透鏡陣列型積分器26。來自透鏡陣列型積分器26的光經(jīng)由場透鏡30 被導引到光調制器11，在光調制器11的液晶面板13上形成圖像。 該圖像通過投影透鏡15放大投影在屏幕上。
根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示裝置，通過具備上述那樣的結 構，來自光源35的發(fā)光部1的光中，除了向反射器5的開口6的方 向直接射出的光以外，即使是其開度角6L接近于9(T的光也能夠聚 光。因而，在聚光透鏡9以后的結構中，只要不超出由F元件(Fno)、 光線通過的有效面積決定的光的處理量的限制，就能夠有效地利用來 自光源35的發(fā)光部1的光。即，根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示 裝置，能夠將來自光源35的發(fā)光部1的光高效率地取入到圖像顯示 裝置。
另外，通過本實施方式的投影式圖像顯示裝置得到的圖像是單色 顯示，但如果采用以下那樣的結構，也能夠進行彩色顯示。例如，對 R (紅)、G (綠)、B (藍)的各顏色的光準備從光源35的發(fā)光部1 到聚光透鏡9的構成部件，在光成為大致平行的聚光透鏡9與透鏡陣 列型積分器26之間配置由分色鏡等構成的顏色合成光學系統(tǒng)。并且，將各顏色的發(fā)光在時間上錯開進行，如果與其同步地按照顏色將圖像 形成在液晶面板13上，則能夠進行彩色顯示。此外，通過對紅、綠、 藍的各顏色的光準備從光源35的發(fā)光部1到光調制器11的結構部 件，將上述顏色合成光學系統(tǒng)配置在光調制器11與投影透鏡15之間， 也能夠進行彩色顯示。在如本實施方式那樣在光調制器11中使用液 晶的情況下，如果是本領域的技術人員，則能夠容易地想到可以導入
用于將來自光源35的自然光變換為一方向的偏振光的偏振變換系統(tǒng)。
此外，如圖9所示，優(yōu)選使反射器軸17以第2焦點7為基準相 對于系統(tǒng)軸16傾斜，以使來自反射器5的開口 6的聚光角相對于系 統(tǒng)軸16成為對稱。但是，在光源35的強度分布(配光分布)不對稱 的情況下，有時即使來自反射器5的開口 6的光的聚光角相對于系統(tǒng) 軸16的對稱性稍稍偏差，也能夠得到最大光利用效率，戶萬以反射器 軸17的上述位移量需要根據(jù)結構而相應地最佳化。
此外，也與其他實施方式同樣，如果使光源35的發(fā)光部1的表 面(發(fā)光面)在反射器軸17上朝向反射器5的祁有圓反射面4的頂面 側傾斜，則向反射器5的開口 6的方向直接射出的光變少，光利用效 率提高。
圖10是表示本發(fā)明的第5實施方式的投影式圖像顯示裝置的結 構圖。
如圖10所示，本實施方式的投影式圖像顯示裝置依次配置有照 明部32、棒積分器8、中繼光學系統(tǒng)31、作為光調制元件的光調制 器11、和作為投影光學系統(tǒng)的投影透鏡15而構成。在圖10中，16 表示除了照明部32以外的光學部件即棒積分器8、中繼光學系統(tǒng)31、 光調制器11及投影透鏡15共同的光軸即系統(tǒng)軸。另外，棒積分器8、 光調制器11、投影透鏡15與上述第1實施方式中說明的相同，所以 省略其詳細的說明。此外，透鏡陣列型積分器26、場透鏡30與上述 第3實施方式中說明的相同，所以省略其詳細的說明。
照明部32為雙燈結構。具體而言，照明部32具備兩組在內面具 有橢圓反射面4的反射器5、和發(fā)光部l的表面(發(fā)光面)位于形成 反射器5的橢圓反射面4的旋轉橢圓面的第1焦點3的位置的光源 35，將它們相對于系統(tǒng)軸16對稱地配置，以使反射器5的外表面彼 此接近。并且，棒積分器8配置成，即使形成反射器5的橢圓反射面
4的旋轉橢圓面的第2焦點7彼此微妙地錯開，只要光有效地入射到 棒積分器8的入射側開口部中就沒有問題。此外，也可以不是圖10 那樣的結構，而做成反射器5的反射器軸17彼此接近的配置。但是， 在固體發(fā)光光源的情況下， 一般在基板2的背面配置有散熱片等散熱 機構，所以如圖10那樣的結構，會在基板2的背面上出現(xiàn)空間上的 富余，所以更優(yōu)選。此外，通過相同的考慮方式，也能夠進一步實現(xiàn) 具有多個燈的結構。
中繼光學系統(tǒng)31與上述第1實施方式的圖5所示的、將聚光透 鏡與中繼光學系統(tǒng)一體地構成的結構相同，配置成其焦點位置位于棒 積分器8的射出側開口部。
根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示裝置(雙燈結構)，能夠得到 通過單燈結構不能得到的光量，能夠飛躍性地改善投影圖像的亮度。
另外，在上述第4實施方式的投影式圖像顯示裝置的情況下，通 過采用同樣的結構，也能夠實現(xiàn)具有多個燈的結構。
圖11是表示本發(fā)明的第6實施方式的投影式圖像顯示裝置的結 構圖。
如圖11所示，本實施方式的投影式圖像顯示裝置依次配置有照 明部33、透鏡陣列型積分器26、場透鏡30、作為光調制元件的光調 制器11、和作為投影光學系統(tǒng)的投影透鏡15而構成。在圖11中， 16表示除了照明部33以外的光學部件即透鏡陣列型積分器26、場透 鏡30、光調制器11及投影透鏡15共同的光軸即系統(tǒng)軸。另外，透 鏡陣列型積分器26、場透鏡30與上述第3實施方式中說明的相同， 所以省略其詳細說明。此外，光調制器ll、投影透鏡15與上述第1 實施方式中說明的相同，所以省略其詳細的說明。
照明部33為雙燈結構。具體而言，照明部33具備兩組在內面具有由旋轉拋物面構成的反射面19的反射器20、和發(fā)光部1的表面(發(fā) 光面)位于形成反射器20的反射面19的旋轉拋物面的焦點18的位 置的光源35，將它們相對于系統(tǒng)軸16對稱地配置，以使反射器20 的外表面彼此接近、并且各反射器軸25與系統(tǒng)軸16平行。另外，即 使反射器軸25與系統(tǒng)軸16從平行狀態(tài)微妙地錯開，只要是透鏡陣列 型積分器26能夠處理的范圍的偏差，就沒有問題。此外，也可以不 是圖11那樣的結構，而做成反射器20的反射器軸25彼此接近的配 置。但是，在固體發(fā)光光源的情況下， 一般在基板2的背面上配置有 散熱片等的散熱機構，所以如圖ll那樣的結構，會在基板2的背面 上出現(xiàn)空間上的富余，更優(yōu)選。此外，通過相同的考慮方式，也能夠 進一步實現(xiàn)具有多個燈的結構。
根據(jù)本實施方式的投影式圖像顯示裝置(雙燈結構)，能夠得到 通過單燈結構不能得到的光量，能夠飛躍性地改善投影圖像的亮度。
另外，在上述第3實施方式的投影式圖像顯示裝置的情況下，通 過采用同樣的結構，也能夠實現(xiàn)具有多個燈的結構。
圖12是表示本發(fā)明的第7實施方式的投影式圖像顯示裝置的結 構圖。
圖12所示的投影式圖像顯示裝置是應用上述第5實施方式的投 影式圖像顯示裝置(10)來對應彩色顯示的結構。這里，是將來自對 R (紅)、G (綠)、B (藍)的各顏色的光準備的照明部32R、 32G、 32B的光，通過分色鏡合成的結構。來自照明部32R的光被紅色反射 分色鏡40反射，來自照明部32B的光被藍色反射分色鏡41反射， 來自照明部32G的光透過紅色反射分色鏡40和藍色反射分色鏡41， 由此，能夠將來自各照明部32R、 32G、 32B的光合成。對于顯示動 作在上述第1 第4實施方式中進行了說明，所以這里省略其說明。
另外，將來自各照明部32R、 32G、 32B的光合成的機構并不一
定限于分色鏡，例如也可以使用棱鏡或衍射光柵。
圖13是表示本發(fā)明的第8實施方式的投影式圖像顯示裝置的結構圖。
圖13所示的投影式圖像顯示裝置是應用上述第6實施方式的投 影式圖像顯示裝置(11)來對應彩色顯示的結構。這里，是通過R(紅)、 G (綠)、B (藍)的分色鏡合成的結構。來自照明部33R的光被紅色 反射分色鏡40反射，來自照明部33B的光被藍色反射分色鏡41反 射，來自照明部33G的光透過紅色反射分色鏡40和藍色反射分色鏡 41，由此，能夠合成來自各照明部33R、 33G、 33B的光。對于顯示 動作在上述第1 第4實施方式中進行了說明，所以這里省略其說明。
另外，將來自各照明部33R、 33G、 33B的光合成的機構并不一 定限于分色鏡，例如也可以使用棱鏡或衍射光柵。
以上，根據(jù)本發(fā)明，能夠將來自具有較大射出角的面發(fā)光光源的 光高效率地聚光、取入到圖像顯示裝置中。因而，本發(fā)明對于要求充 分的亮度的投影式圖像顯示裝置是具有實用性的。
權利要求
1、一種投影式圖像顯示裝置，其特征在于，具備反射器，在內面具有由旋轉橢圓面構成的反射面；光源，至少發(fā)光部是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述平面直立的法線具有±90°以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位于光學上形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉橢圓面的第1焦點上；棒積分器，配置成使形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉橢圓面的第2焦點位于其入射側開口部；光調制元件，根據(jù)外部信號調制透過的光的輸出；中繼光學系統(tǒng)，將上述棒積分器的射出側開口部的像轉映到上述光調制元件上；以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元件上的像放大投影到屏幕上。
2、 一種投影式圖像顯示裝置，其特征在于，具備 反射器，在內面具有由旋轉拋物面構成的反射面；光源，至少發(fā)光部是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述 平面直立的法線具有±卯°以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位 于光學上形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉拋物面的焦點上；聚光透鏡，配置在上述反射器的射出面的前方；棒積分器，配置成使入射側開口部位于上述聚光透鏡的焦點位置；光調制元件，根據(jù)外部信號調制透過的光的輸出； 中繼光學系統(tǒng)，將上述棒積分器的射出側開口部的像轉映到上述 光調制元件上；以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元件上的像放大投影到屏幕上。
3、 一種投影式圖像顯示裝置，其特征在于，具備反射器，在內面具有由旋轉拋物面構成的反射面； 光源，至少發(fā)光部是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述 平面直立的法線具有±90°以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位 于光學上形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉拋物面的焦點上； 透鏡陣列型積分器，配置在上述反射器的射出面的前方，是微透 鏡的集合體；光調制元件，被上述透鏡陣列型積分器照明，根據(jù)外部信號調制透過的光的輸出；以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元件上的像放大投影到屏幕上。
4、 一種投影式圖像顯示裝置，其特征在于，具備 反射器，在內面具有由旋轉橢圓面構成的反射面；光源，至少發(fā)光部是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于上述 平面直立的法線具有土90。以內的配光，并且配置成使上述發(fā)光部位 于光學上形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉橢圓面的第1焦 點上；聚光透鏡，配置成其在形成上述反射器的上述反射面的上述旋轉 橢圓面的第2焦點位置上具有焦點；透鏡陣列型積分器，配置在上述聚光透鏡的前方，是微透鏡的集 合體；光調制元件，被上述透鏡陣列型積分器照明，根據(jù)外部信號調制 透過的光的輸出；以及投影光學系統(tǒng)，將上述光調制元件上的像放大投影到屏幕上。
5、 如權利要求1 4中任一項所述的投影式圖像顯示裝置，其特 征在于，上述光源的上述發(fā)光部以上述反射器的上述反射面的旋轉中 心軸為基準，向上述反射器的上述反射面的面頂側傾斜。
6、 如權利要求5所述的投影式圖像顯示裝置，其特征在于，垂 直于上述光源的上述發(fā)光部的上述平面直立的上述法線與上述反射器的上述反射面的旋轉中心軸所成的角e處于60°《e《90°的范 圍內。
7、 如權利要求1或4所述的投影式圖像顯示裝置，其特征在于，上述反射器的上述反射面的旋轉中心軸相對于上述系統(tǒng)軸傾斜，以使 來自上述反射器的光的聚光角相對于除了上述反射器及光源以外的 光學部件所共同的光軸即系統(tǒng)軸大致對稱。
8、 如權利要求2或3所述的投影式圖像顯示裝置，其特征在于， 上述反射器的上述反射面的旋轉中心軸相對于上述系統(tǒng)軸平行移動 地配置，使得來自上述反射器的光的聚光角相對于除了上述反射器及 光源以外的光學部件所共同的光軸即系統(tǒng)軸大致對稱。
9、 如權利要求1 4中任一項所述的投影式圖像顯示裝置，其特 征在于，具備多組由上述反射器與上述光源構成的照明部，上述多個 反射器相對于除了上述照明部以外的光學部件所共同的光軸即系統(tǒng) 軸對稱地配置。
10、 如權利要求9所述的投影式圖像顯示裝置，其特征在于，上 述多個反射器配置成其外表面彼此接近。
全文摘要
一種投影式圖像顯示裝置，包括反射器(5)，在內面具有旋轉橢圓面(4)；光源(35)，至少發(fā)光部(1)是可看作平面的形狀，并且相對于垂直于該平面直立的法線具有±90°以內的配光，并且使發(fā)光部(1)位于光學地形成反射器(5)的橢圓反射面(4)的旋轉橢圓面的第1焦點(3)上；棒積分器(8)，使形成反射器(5)的橢圓反射面(4)的旋轉橢圓面的第2焦點位于其入射側開口部；光調制元件(11)，根據(jù)外部信號調制透過的光的輸出；中繼光學系統(tǒng)(10)，將棒積分器(8)的射出側開口部的像轉映到光調制元件(11)上；投影透鏡(15)，將光調制元件(11)上的像放大投影到屏幕上。由此，能夠改善具有平面狀的發(fā)光面、向該面的一個方向發(fā)射光的光源的向圖像顯示裝置的光取入率，實現(xiàn)亮度的最大化。
文檔編號G03B21/00GK101198901SQ20068002096
公開日2008年6月11日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權日2005年9月12日
發(fā)明者伏見吉正, 和田充弘, 山岸成多, 島岡優(yōu)策 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社