專利名稱：光源單元和投影型圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光源單元和投影型圖像顯示裝置。
技術(shù)背景眾所周知，液晶投影儀等投影型圖像顯示裝置向液晶面板等圖像 顯示元件輻射來自電燈泡等光源的光，并放大投影圖像顯示元件上的 光學(xué)像。這種投影型圖像顯示裝置，進行利用圖像顯示元件根據(jù)每個 像素的濃淡來改變來自光源的光的光強度調(diào)制，向配置在前面的屏幕 投影形成的光學(xué)像，或者從屏幕的背面?zhèn)韧队靶纬傻墓鈱W(xué)像，上述內(nèi) 容例如在日本特開平10—171045號公報、日本特開平11—281923號 公報中有所揭示。作為投影型圖像顯示裝置所使用的光源，以下述光源為主流，艮P， 利用配置成從背面?zhèn)雀采w燈的反射鏡2，來反射從燈射出的光，從而向 圖像顯示元件側(cè)射出。但是，對于這樣的光源來說，具有不入射到反 射鏡而從反射鏡的開口側(cè)發(fā)散的光線成分，因此不能得到充分的光利 用效率。雖然可以使反射鏡大型化以補償該損失，但是這也導(dǎo)致光源 的大型化、即投影型圖像顯示裝置的大型化，因此不能滿足市場所要 求的小型化要求。這里，作為在提高光利用效率的同時實現(xiàn)小型化的部件，例如在 曰本特開平6—289394號公報中揭示有在從反射鏡開口側(cè)發(fā)散的光的 方向接近燈設(shè)置第二反射鏡的方式(下面，稱之為"雙反射鏡方式")。 在日本特開平6—289394號公報中所公開的雙反射鏡方式的光源， 包括.*燈；從背面?zhèn)雀采w燈l，將從燈入射的光向圖像顯示元件側(cè)(開 口側(cè))反射的反射鏡；和接近燈的前面?zhèn)扰渲玫母狈瓷淦?。副反射?將從燈入射的光向反射鏡側(cè)反射。作為副反射器，例如也可以是在燈 的反射鏡側(cè)相反側(cè)的管球外面所形成的反射膜。雙反射鏡方式的光線大體分類為兩個。即，從燈入射到反射鏡， 僅從反射鏡反射射出的光線L3;從燈入射到副反射器，由副反射器反 射后，從反射鏡反射射出的光線L6。進一步，光線L6分類為兩個光 線L7和L8。 g卩，L8是這樣的光線，在沒有副反射器的情況下，不入 射到反射鏡，從該開口部發(fā)散，不射向(不入射到)進行光量分布的 均勻化的積分儀(integrator)部件，或者既使入射到反射鏡而反射， 也不射向(入射到)積分儀部件，而變?yōu)闊o效。另外，L8是既使在沒 有副反射器的情況下，也由反射鏡反射，射向(入射到)積分儀部件 的有效光線。因此，L7是通過采用雙反射鏡方式能有效利用的光線。 而且，在下面，光線L3中也包含在沒有副反射器的情況下，入射到 反射鏡，由反射鏡反射，射向(入射到)積分儀部件之光線。但是，在雙反射鏡方式的情況下、在沒有副反射器的情況下，從 光源入射到反射鏡，并反射的有效光線L3的一部分，由副反射器反射 后入射到反射鏡。通常，無論反射鏡還是副反射器，都使用高反射率 的材質(zhì)，但是由于沒有理想的反射率為100%的材質(zhì)，所以，副反射器 的反射率也不能達到100%。因此，至今為止，雖然在由反射鏡反射一 次后入射到第一陣列透鏡，但是形成在入射到反射鏡前通過利用副反 射器反射的構(gòu)成，具有沒有由該副反射器反射的部分，就具有了光利 用效率降低這樣的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，減少既使沒有副反射器的情況下從燈射出， 由反射鏡反射而射向(入射到)積分儀部件的有效光線中、由副反射 器反射的光線，提高光利用效率。本發(fā)明的一個方面在于，設(shè)置第一反射鏡，反射從光源射出的 光線，具有射向圖像顯示元件的方向之作用；第二反射鏡，改變從光源射出的沒有由第一反射鏡反射的光線的方向使得由該反射鏡反射，與第一陣列透鏡10的有效區(qū)域?qū)?yīng)改變第二反射鏡的外周形狀。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的從光源到第一陣列透鏡的主 要部分光學(xué)系統(tǒng)的一個例子的立體圖。圖2是說明第一陣列透鏡的一個構(gòu)成的圖。圖3是投影型液晶顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)的一個例子的概略構(gòu)成圖。圖4是現(xiàn)有方式的從光源到第一陣列透鏡的主要部分光學(xué)系統(tǒng)的 一個例子的截面圖。圖5是現(xiàn)有技術(shù)的雙反射鏡方式的從光源到第一陣列透鏡的主要 部分光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖6是從光源到第一陣列透鏡的主要部分光學(xué)系統(tǒng)的一個例子的 截面圖。圖7是第一實施例的副反射器的周緣形狀的說明圖。 圖8是第二實施例的副反射器的周緣形狀的說明圖。 圖9是第三實施例的副反射器的周緣形狀的說明圖。
具體實施方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的最佳實施方式進行說明。其中，在 各個圖中，對相同的部分標(biāo)注相同的符號，對于己說明過的符號，省 略其說明。圖3是本發(fā)明的一個實施方式的投影型液晶顯示裝置的光 學(xué)系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。在圖3中，燈1和副反射器5和反射鏡2構(gòu)成了雙反射鏡方式的 光源100。燈1是超高壓水銀燈、鹵化金屬燈、氙燈、水銀氙燈、鹵素 燈等白色燈。對于反射鏡2來說，其具有配置成從背后側(cè)覆蓋燈1的、 旋轉(zhuǎn)橢圓體形狀的反射面，所以具有圓形或者多角形的射出開口。這 樣，作為第一反射鏡，夾著燈而配置在第一陣列透鏡10的相反側(cè)。此 外，與燈1的反射鏡2側(cè)的相反側(cè)，即燈1和第一陣列透鏡10之間， 接近燈1配設(shè)有副反射器5。成為該第二反射鏡的副反射器，將從燈入 射的光向反射鏡側(cè)反射。作為副反射器，例如也可以是在燈的反射鏡 側(cè)的相反側(cè)的管球外面所形成的反射膜。從光源100射出的光通過作 為光閥(lightvalve)元件的液晶顯示元件24、 25、 26，而射向投影透 鏡28，向屏幕(未圖示)投影。從燈1射出的光，例如從具有旋轉(zhuǎn)橢圓面形狀反射面的反射鏡2 反射而變?yōu)榫劢构?，通過平行透鏡9而與光軸平行，入射到第一陣列 透鏡IO。此外，從燈射出的光的一部分，由副反射器5反射，通過反射鏡2而入射到第一陣列透鏡10。第一陣列透鏡10,利用配設(shè)成矩陣 狀的多個透鏡單元將從光源100入射的光分割成多個光，進行導(dǎo)向使 得高效地通過第二陣列透鏡11和偏振變換元件12。 g卩，設(shè)計第一陣列 透鏡10，使得燈1和第二陣列透鏡11的各個透鏡單元相互成為物體和 像的關(guān)系(共軛關(guān)系)。與第一陣列透鏡10相同，具有配設(shè)成矩陣狀 的多個透鏡單元的第二陣列透鏡11，將構(gòu)成的透鏡單元分別對應(yīng)的第 一陣列透鏡10的透鏡單元的形狀投影(成像)到液晶顯示元件24、 25、 26上。此時，利用偏振變換元件12，使來自第二陣列透鏡11的光與 規(guī)定的偏振方向一致，而且，第一陣列透鏡10的各個透鏡單元的投影 圖像，分別通過會聚透鏡13、和聚光透鏡19、 20、第一中繼透鏡21、 第二中繼透鏡22、第三中繼透鏡23，而重合到各個液晶顯示元件24、 25、 26上。而且，設(shè)計第二陣列透鏡11和接近它所配設(shè)的會聚透鏡 13，使得第一陣列透鏡10的各個透鏡單元和液晶顯示元件24、 25、 26 相互成為物體和像的關(guān)系(共軛關(guān)系)，所以，利用第一陣列透鏡10 分割成多個的光束，通過第二陣列透鏡11和會聚透鏡13，而重疊并投 影到液晶顯示元件24、 25、 26上，能夠進行在實用上沒有問題程度的 均勻的高照度分布的照明。在該過程中，利用分色鏡(dichroic mirror) 14，例如B光(藍色 帶域的光)反射，G光(綠色帶域的光)和R光(紅色帶域的光)透 過，分離為兩色的光，此外，G光和R光通過分色鏡15分離為G光和 R光。例如，G光由分色鏡15反射，R光透過分色鏡15，分離為三色 的光?？紤]到各種該光的分離方法，也可以利用分色鏡14反射R光， 透過G光和B光，也可以反射G光，透過R光和B光。作為例子，B 光從分色鏡14反射，由反射鏡17反射，通過聚光透鏡19，透過B光 用的液晶顯示元件24，入射到光合成棱鏡27。透過分色鏡14的G光 和R光中的G光從分色鏡15反射，通過聚光透鏡20，入射到G光用 液晶顯示元件25，透過該液晶顯示元件25，入射到光合成棱鏡27。 R 光透過分色鏡15，由第一中繼透鏡21會聚，還由反射鏡16反射，進 一步由第二中繼透鏡22會聚，由反射鏡18反射后，還由第三中繼透 鏡23會聚，入射到R光用的液晶顯示元件26。透過液晶顯示元件26 的R光入射到光合成棱鏡27。透過各個液晶顯示元件的B光、G光、R光利用光合成棱鏡27合成為彩色圖像之后，通過例如變焦透鏡這樣 的投影透鏡28，而到達屏幕(未圖示)。具有作為顯示裝置的功能，即 利用光強度調(diào)制在液晶顯示元件24、 25、 26上所形成的光學(xué)圖像，利 用投影透鏡28放大投影到屏幕上。其中，在第一光路(B光)和第二光路(G光)中不使用中繼透 鏡，但是在第三光路(R光)中使用用于與B光、G光的光路長相等 的中繼透鏡。此外，第一陣列透鏡10、第二陣列透鏡11、會聚透鏡13等構(gòu)成 光學(xué)積分儀。由于液晶顯示元件的顯示區(qū)域為矩形，所以至少第一陣 列透鏡10的各個透鏡單元的形狀，形成為與液晶顯示元件的顯示區(qū)域 相似的矩形。此外，在下面為了方便，將連接構(gòu)成第一陣列透鏡10的 各個透鏡單元的集合體的最外周而形成的周緣形狀，稱為"第一陣列 透鏡10的有效外形"，該第一陣列透鏡10將從光源入射的光分割成多 個。僅入射到由第一陣列透鏡IO的有效外形所包圍的有效區(qū)域(下面 稱為"有效區(qū)域")內(nèi)的光，照射到圖像顯示元件上。因此，如果將來 自光源的光入射到由第一陣列透鏡10的有效外形所包圍的有效區(qū)域 內(nèi)，就可以提高光的利用效率。第一陣列透鏡10的有效外形， 一般的是日本特開平10—171045 號公報的圖2所示那樣的矩形，但可以根據(jù)光學(xué)設(shè)計而使用各種形狀。 例如，如日本特開平11一281923號公報的圖2所示那樣，是使得完全 充滿圓形而配置的透鏡單元集合體形狀。在下面，為了容易地進行說 明，以第一陣列透鏡10的有效外形是矩形的情況進行說明，但是本發(fā) 明不限于此，關(guān)于第一陣列透鏡的有效外形不是圓情況下的任何一種 陣列透鏡都能夠適用，這是不言而喻的。即，本實施方式特別有效的 是第一陣列透鏡根據(jù)方位角而徑不同的情況。下面，使用附圖來說明利用本實施方式來提高光利用效率的理由。 首先，為了容易說明，使用圖1并導(dǎo)入右手直角坐標(biāo)系。圖1 (a) 是放大顯示作為本實施方式的主要部分構(gòu)成部件的圖3的燈光源1、反 射鏡2、副反射器5、平行透鏡9、第一陣列透鏡10的部分的立體圖。 其中，第一陣列透鏡10表示了存在透鏡單元的所述有效區(qū)域。在圖1中，將燈1的發(fā)光中心c設(shè)為原點，將從作為原點的點c開始的存在積分儀(第一陣列透鏡10)的光軸101方向設(shè)為z軸，將 與z軸正交的平面內(nèi)，通過點C的與第一陣列透鏡10的矩形有效外形 的一個邊平行的A—A方向(它與第一陣列透鏡10的矩形形狀透鏡單 元的一個邊方向平行)的軸設(shè)為x軸，將通過點C的與第一陣列透鏡 IO的矩形有效外形的一個邊正交與另一個邊平行的A' —A'方向(它 與第一陣列透鏡10的矩形形狀透鏡單元的一個邊正交與另一個邊方向 平行)的軸設(shè)為y軸。此外，為了規(guī)定副反射器5的有效外形形狀， 如圖l (b)所示那樣，導(dǎo)入將點C設(shè)為原點的三維極坐標(biāo)。即，將從 點C開始到副反射器5的外形點的距離(向徑)設(shè)為R，將z軸和副 反射器5的外形點所形成的偏移角(下面稱為"極角")設(shè)為e (0^ 6 S jr )、將x軸和副反射器5的外形點所形成的偏移角(下面稱為"方 位角")設(shè)為巾(0i①g2兀)。這里，關(guān)于第一陣列透鏡10的有效區(qū)域的外形形狀，使用一般的 陣列透鏡的圖來說明。圖2是從光軸方向的射出側(cè)來觀察第一陣列透 鏡10的圖。第一陣列透鏡IO通常由與圖像顯示元件的形狀基本相似 的矩形透鏡單元10a配置成矩陣狀(二維狀)的帶有陰影的部分、和 其周邊的平坦部10d所構(gòu)成。入射到各個透鏡單元10a上的光，分別 重疊到圖像顯示元件上，利用投影透鏡投影到屏幕上。入射到平坦部 10d上的光不能到達屏幕。這里，將存在透鏡單元的陰影部分稱為陣列 透鏡的有效區(qū)域10b。在本圖中，有效區(qū)域10b是矩形，但不限于矩形。如果設(shè)定與圖1相同的坐標(biāo)，則如下所述。即，配置直角坐標(biāo)系 的x軸，使得與第一陣列透鏡10的各個透鏡單元的長度方向平行，將 該方向設(shè)為A—A方向。接著，將從光軸到第一陣列透鏡10的有效區(qū) 域10b的最外周(有效外形10c)的距離(下面，將該距離記為"有效 徑")最長的方向(在圖2中是該對角方向)設(shè)為B—B方向。此外， 將與A—A方向(x軸)成任意的方位角O的方向設(shè)為P—P方向。在 P—P方向，有效徑設(shè)為M(O)。 g卩，表示第一陣列透鏡10的有效外 形的有效徑M (O)規(guī)定為方位角①的函數(shù)。以這些信息為基礎(chǔ)，在 下面對雙反射鏡方式的副反射器的最佳形狀進行說明。圖4表示沒有副反射器的情況下的各個截面的代表光線，(a)圖是包含光軸的A—A截面的光線圖，(b)圖是包含光軸的B—B截面的 光線圖，(c)圖是表示第一陣列透鏡的光線分布的圖。在圖4中，將各個光線分別與光軸101所形成的角的角度按從大 到小的順序設(shè)為eo、 91、 02、 03、 94。在圖4(a)的A—A截面 上，可以看出，光線角度6 0^ 6<92的光線由反射鏡2反射，是入射 到第一陣列透鏡10的有效光線(下面記為"有效光")L3。光線角度ee < e 4的光線由反射鏡2反射，是沒有入射到第一陣列透鏡io上的無效光線(下面記為"無效光")L4。另一方面，在對角方向的圖4 (b)的b—b截面上，光線角度eo ■ e < e 3的光線由反射鏡2反射，是入射到第一陣列透鏡io的有效光L3。此外，光線角度6 3S 6<64的光線由反射鏡2反射，是沒有入 射到第一陣列透鏡10的無效光L4。 g卩，如果比較作為從第一陣列透鏡 10的光軸到有效外形的距離(有效徑)長(遠)的方向的對角方向和 A—A方向，則在A—A方向，光線角度92S 9<63的光線為無效光， 這一點是不同的。如從圖4 (c)可理解的那樣，由具有圓形開口的反射鏡2反射并 射出的光束是圓形光束。因此，如果決定反射鏡2的尺寸使得覆蓋第 一陣列透鏡10，則在第一陣列透鏡10的面上，較多地分布沒有入射到 有效區(qū)域上的無效光L4，不能得到充分的光利用效率。特別是，與從 光軸開始的距離(有效徑)長(遠)的對角方向的B—B方向比較，從 光軸開始的距離(有效徑)短的A—A方向，較多地分布無效光L4。圖5表示現(xiàn)有形狀的副反射器以發(fā)光中心為原點配置的情況下的 各個截面的代表光線，(a)圖是包含光軸的A—A截面的光線圖，(b) 圖是包含光軸的B—B截面的光線圖，(c)圖是表示第一陣列透鏡的光 線分布的圖，(d)圖是表示從燈中心直視副反射器50的圖，為現(xiàn)有技 術(shù)的圓形狀。在圖5 (a)的A—A截面中，光線角度e e < 6 2的光線由反 射鏡2反射，是入射到第一陣列透鏡10的有效光L3。光線角度0 2S 0<93和63^ 6<64的光線由副反射器50反射后，由反射鏡2反射，是入射到第一陣列透鏡io的有效光L7。光線角度e e <9 3和e 394的有效光L7，如圖5 (a)的虛線所示那樣，是在沒有副反射 器50的情況下，沒有入射到第一陣列透鏡10而無效的光線。在圖5 (b)的B—B截面中，光線角度9 0 < 0 2的光線由反 射鏡2反射，是入射到第一陣列透鏡10的有效光L3。光線角度9 2S 6<6 3的光線由副反射器50反射后，由反射鏡2反射，是入射到第一陣列透鏡io的有效光L8。該光線角度e e < e 3的有效光L8，如圖5 (b)的虛線所示那樣，是在沒有副反射器50的情況下，由反射鏡 2反射，入射到第一陣列透鏡10的光線。光線角度6 3S 6<8 4的光 線由副反射器50反射后，由反射鏡2反射，是入射到第一陣列透鏡IO的有效光L7。光線角度ee < e 4的有效光L7是在沒有副反射器50的情況下，沒有入射到第一陣列透鏡10而無效的光線。這樣，如果比較A—A截面圖和B—B截面圖，對于光線角度6 3 ^0<9 4的光線，由于存在副反射器50，至此能夠?qū)闊o效光的光變 為有效光。另一方面，關(guān)于82^6<03，在A—A截面圖中，與沒有 副反射器時相比，由于存在副反射器50，能夠變?yōu)橛行Ч?。另一方面?在B—B截面圖中，6 2^ 9<6 3的區(qū)域的光，無論是沒有還是有副反 射器50，任何一種情況下都為有效光，這一點是不同的。即，該區(qū)域 的光在沒有副反射器50的情況下，通過由反射鏡2反射而變?yōu)橛行Ч猓?在具有副反射器50的情況下，由副反射器50和反射鏡2反射，結(jié)果 變?yōu)橛行Ч狻＿@是因為B—B截面的情況與A—A截面相比，第一陣 列透鏡的有效徑大，所以在B—B截面中既使沒有副反射器也變?yōu)橛行?光。如上述那樣，在圖5 (c)的第一陣列透鏡10的面上，全部的光線 入射到第一陣列透鏡10的有效區(qū)域內(nèi)，沒有入射到有效區(qū)域之外的光 線。因此，可理解到，與沒有副反射器50的情況相比，可大幅度地改 善光利用效率。如圖5 (c)所示那樣，為了使得由入射的光線所形成 的區(qū)域收納在第一陣列透鏡10的尺寸內(nèi)，能夠根據(jù)反射鏡和副反射器 的徑來調(diào)整。但是，在沒有副反射器50的情況下，由反射鏡2反射而 入射到第一陣列透鏡1O的B—B方向的有效光L8(光線角度0 2S 6< 0 3的光線)，由于存在副反射器50，由該副反射器50反射，進一步 由反射鏡反射，入射到第一陣列透鏡IO。因此，由于副反射器50的反射率不是100%，所以沒有反射的光的分光利用效率降低。圖5 (c)所示的第一陣列透鏡10上斜線部分，表示由于具有副反射器，至此僅由反射鏡2反射變?yōu)橛行Ч獾墓饩€，通過副反射器50和反射鏡2共 計兩次的反射而變?yōu)橛行Ч獾牟糠?。因此，在本實施方式中，不利用副反射器來反射圖5的對角方向 (例如B—B方向)的有效光L8，使得第一陣列透鏡10的有效區(qū)域的 對角方向的4個角也入射光線。如果這樣，有效光L8不由副反射器反 射，所以可提高其分光利用效率。為此，在本實施方式中，使得第一陣列透鏡的面上的第一陣列透 鏡的有效徑長的角度(4))方向(例如，如果第一陣列透鏡的有效外 形的形狀是大致矩形，則是B — B方向的對角方向)的附近，副反射器 的周緣形狀具有凹部(凹面)。圖6表示與本實施方式的第一陣列透鏡10的有效外形對應(yīng)的形狀 的副反射器將發(fā)光中心設(shè)為原點來配置的情況下，各個截面的代表的 光線。(a)圖是包含光軸的A—A截面的光線圖，(b)圖是包含光軸 的B—B截面的光線圖，(c)圖是表示第一陣列透鏡的光線分布的圖， (d)是從燈中心直視副反射器5的圖。在圖6 (d)中，第一陣列透鏡10的從光軸開始的距離(有效徑) 長的角度(小)方向的對角方向的B—B方向，和從光軸開始的距離(有 效徑)短的角度方向的A—A方向，進行重疊記載。如從圖7 (d)(或者圖1 (a))所理解的那樣，副反射器5的周緣形狀與第一陣 列透鏡10的有效外形對應(yīng)，所以，為與圓形不同的形狀。SP，副反射 器5的周緣形狀，至少第一陣列透鏡10的有效徑長的角度(4 )方向 的對角方向的B—B方向，以及另外的對角方向的B' —B'附近，具 有凹部形狀(凹面)，使得圖6的光線角度9 2 9 3的光線不由副反射 器反射。與此相對，從光軸開始的距離短的角度(4>)方向的對角方 向A—A方向，以及與此正交的A， 一A'方向附近，接近現(xiàn)有技術(shù)的 副反射器50的周緣形狀(由虛線表示的圓形形狀)。因此，在圖6 (a)的A—A截面中，是與圖5 (a)相同的光線圖。 此外，在圖6 (b)的B—B截面中，與圖5 (b)不同，光線角度0 2 9 3的光線與光線角度e o e 2同樣地由反射鏡2反射，是入射到第 一陣列透鏡io的有效光L3。光線角度e 2 e 3的光線不由副反射器5反射，所以根據(jù)圖5可提高光利用效率。這樣，可以得知，在圖5 (c)的第一陣列透鏡10的面上，全部的 光線入射到第一陣列透鏡10的有效區(qū)域中，與沒有副反射器5的情況 相比，可大幅度地改善光利用效率。此外，在圖5 (b)中，在由反射 率不是100%的副反射器50反射后，由反射鏡2反射，入射到第一陣 列透鏡10的B—B方向的有效光L8，在圖6 (b)中直接由反射鏡2 反射，入射到第一陣列透鏡IO。這樣，關(guān)于既使沒有副反射器5也為 有效光的光，利用不由副反射器5反射的構(gòu)成，能夠提高光利用效率。其中，在圖6的說明中，第一陣列透鏡形成為正方形，如(d)所 示那樣，A—A方向和A' —A'方向為分別相同的形狀，但是，例如 第一陣列透鏡的有效區(qū)域是長方形的情況下，形成A—A方向和A， 一A，方向其e不同的構(gòu)成。艮P， A—A方向是長邊，換言之，Y軸方 向是長邊，而A， 一A，方向(x軸方向)是短邊的情況下，x軸方向 的e最大，隨后是Y軸方向的9，更進一步，B—B方向和B， 一B， 方向的9最小。而且，關(guān)于e的大小，使用圖7等在后面描述。此外，在圖6的說明中，關(guān)于圖6 (d)的副反射器5的周緣形狀， 僅說明了 A—A (A， 一A')方向和B—B (B， —B')方向，但如從 圖6 (a)， (b)所知的那樣，將方位角小設(shè)為參數(shù)，在任意方位角cb的 包含光軸的P—P截面，可求出從發(fā)光中心的點C射出，由反射鏡2 反射，入射到第一陣列透鏡10的有效外形上這樣的光線，例示該光線， 如果繪制在與副反射器50相同半徑R的球面上所通過的點，則能夠得 到與第一陣列透鏡10的有效外形對應(yīng)的規(guī)定副反射器5的周緣形狀 (例如圖1所示的副反射器5的周緣形狀)。該光線例如在圖6 (a)中 是光線角度9 2的光線，在圖6 (b)中是光線角度9 3的光線。關(guān)于求出副反射器的周緣形狀的方法，使用光線圖概念性地說明， 但下面，描述基于本實施方式求出雙反射鏡方式的副反射器的周緣形 狀的方法。圖7是以P—P截面切圖1時的光線圖。在圖7 (a)中，確定副反射器5的形狀，使得通過第一陣列透鏡10的有效徑的光線通過副反射 器5的有效區(qū)域的最外周。通過這樣，從反射鏡2反射，作為有效光 入射到第一陣列透鏡10的光，不由反射率不是100%的副反射器5反 射，所以，能夠提高光的利用效率。這里，在圖7中，將燈的發(fā)光中心設(shè)為點C，使用圖1中規(guī)定的x， y， z坐標(biāo)軸、e，》坐標(biāo)軸。此外，將反射鏡2的第一焦點距離設(shè)為 A、將第二焦點距離設(shè)為f2、將從點C開始到平行透鏡9的距離設(shè)為D、 將通過副反射器5的最外周的光線與反射鏡2相交的點H的離光軸的 距離設(shè)為P,、將從點H向光軸101投影的垂線的垂點設(shè)為點L，將點 L離反射鏡2的橢圓原點O的距離設(shè)為Z,、將在反射鏡2的點H反射 的所述光線和光軸101所形成的角設(shè)為P 、將從第一陣列透鏡10的中 心直到光通過的有效外形的距離的有效徑設(shè)為M ( cj))。在本實施方式 中，將反射鏡的形狀形成為橢圓旋轉(zhuǎn)體。因此，在確定燈的發(fā)光中心C， 使得為橢圓的第一焦點距離&的情況下，各個參數(shù)滿足下面4個公式 的公式l、公式2、公式3、公式4。公式hM ( $ ) :(/廣/,-D)XtanP公式2:Z,2+{ (/2+/1)+2}2+Pl2+ (V^I) 2=1公式3:P,二( (/廣乂) +2— Z"Xtan0公式4:sinP +^2+{(")+2_^}2 =sin9 +V 12+{(")+2 + Z1F 利用這些4個公式的公式1、公式2、公式3、公式4，能夠求出 與第一陣列透鏡10的有效徑M ( cj))對應(yīng)的極角e 。艮P，根據(jù)公式2和公式3求出點H的坐標(biāo)(Z,， P,)，此外，根據(jù) 公式1求出角P ，將它們帶入公式4，而能夠?qū)O角e設(shè)為方位角4>的 函數(shù)而求出，如果使用該結(jié)果，在半徑R的副反射器球面上繪制，就 能夠得到副反射器5的周緣外形形狀。這里，例如具體地設(shè)為fi = 10mm， f2=100mm， D=40mm，將第 一陣列透鏡10的最外有效徑的最大值設(shè)為Mmax=18mm，將最小值 設(shè)為Mmin= 15mm，可求出極角的最大值0 max,最小值0 min。 9 max =120.4° 、 0min=111.5° 。此時，0 max+0 min—1.08。圖7 (b)
表示了副反射器的周緣外形的形狀和極角e的關(guān)系。使用公式l和公
式4，作為M (O)的函數(shù)求出9的情況下，e是M(①)的倒數(shù)的 sin一'的函數(shù)。因此，9min和emax分別與使用Mmin和Mmax的情 況下的極角對應(yīng)。如果在圖7 (b)中表示它們的關(guān)系，與第一陣列透 鏡的長徑(Mmax)對應(yīng)的部分，g卩，與第一陣列透鏡的長徑的方位角 ①'相同角度①，的周緣，為6min。此外，與第一陣列透鏡的短徑的 方位角①，相同角度的周緣，為9max。這樣，與第一陣列透鏡的徑的 長短對應(yīng)，加大副反射器5的周緣外形的開口部的極角，形成切口部。 此外，反過來說，如果將副反射器5的周緣外形的極角大小，設(shè)定為 從光源直接反射給反射鏡2，勉強入射到第一陣列透鏡的長徑(Mmax) 的淺角度6min，則形成這樣的構(gòu)成，與第一陣列透鏡的短徑(Mmin) 對應(yīng)的部分，形成深的角度9max的開口部。此外，副反射器的開口 部的形狀(周緣外形)，在與第一陣列透鏡的長徑對應(yīng)的部分，開口部 的徑變長，即開口部較深地形成。
由于現(xiàn)有技術(shù)的副反射器50的周緣形狀是圓形，所以，6maX= 6 min，如圖5所說明的那樣，由于光線角度e 2 9 3的光線8由副反 射器50反射，所以降低了光利用效率，如果至少為0maX+ 9min>l， 那么光線角度6 2 9 3的光線8中的一部分不由副反射器反射，由反 射鏡2直接反射，所以，可以預(yù)料與現(xiàn)有技術(shù)的雙反射鏡方式的情 況相比，提高了光利用效率。
實際上，燈不是點光源，具有一定程度的尺寸，第一陣列透鏡10 的有效徑形成任意的形狀，所以，考慮這些，如果使得至少滿足下面 的公式5，就能夠預(yù)料到，與現(xiàn)有技術(shù)的雙反射鏡方式的情況相比，可 提高光利用效率。
<formula>formula see original document page 16</formula>公式5)
其中，在該例子中，副反射器的面形狀形成為球面形狀，但不限 于此，例如也可以是旋轉(zhuǎn)橢圓面形狀。圖8是表示求出雙反射鏡方式的副反射器的周緣形狀的第二實施 例的主要部分構(gòu)成圖，圖6的反射鏡2相當(dāng)于拋物面形狀的情況。在 圖8中，反射鏡2'是具有旋轉(zhuǎn)拋物面形狀的反射面的反射鏡。由反射 鏡2'反射的光線與光軸101平行，所以不需要平行透鏡。與圖7相同， 將燈的發(fā)光中心設(shè)為點C，確定x， y， z坐標(biāo)軸、6 ， 4)坐標(biāo)軸。此外， 將反射鏡2的第一焦點距離設(shè)為f,、將通過副反射器5的最外周的光 線與反射鏡2相交的點H距光軸的距離設(shè)為P2、將點H向光軸101投 影的垂線的垂足設(shè)為點L、將點L距反射鏡2的頂點T的距離設(shè)為Z2、 將作為從第一陣列透鏡10的中心到通過光的最外側(cè)的有效外形的距離 的有效徑設(shè)為M (cj))。在這樣確定的情況下，各個參數(shù)滿足以下3個 公式的公式6、公式7、公式8。
公式6:<formula>formula see original document page 17</formula>
公式7:
<formula>formula see original document page 17</formula>公式8:
<formula>formula see original document page 17</formula>
通過這3個公式的公式6、公式7、公式8，能夠求出與第一陣列 透鏡10的有效徑M (》)對應(yīng)的極角8 。
與實施例1相同的，如果使得至少滿足所述公式5,則能夠預(yù)料到 與現(xiàn)有技術(shù)的雙反射鏡方式的情況相比，可提高光利用效率。
在圖7的例子中，作為積分儀，使用圖3所示的陣列透鏡方式的 積分儀，但是本發(fā)明不限于此。在使用棒狀透鏡(rod lens)作為積分 儀的情況下也能夠適用。下面，說明將本發(fā)明適用于棒狀透鏡的情況 下的實施例3。
圖9是表示求出雙反射鏡方式的副反射器的周緣形狀的第三實施 例的主要部分構(gòu)成圖。在圖9中，在使用棒狀透鏡作為積分儀的情況 下，不需要平行透鏡，從燈1射出并從旋轉(zhuǎn)橢圓形狀的反射鏡2反射 的光線，作為聚焦光入射到棒狀透鏡29中。將燈的發(fā)光中心設(shè)為點C， 與圖7同樣的，確定x， y， z坐標(biāo)軸、6， 4)坐標(biāo)軸。此外，將反射鏡2的第一焦點距離設(shè)為f,、將第二焦點距離設(shè)為f2、將從點C開始 到棒狀透鏡29的距離設(shè)為E、將通過副反射器5的最外周的光線與反 射鏡2相交的點h距光軸的距離設(shè)為p3、將所述交點h向光軸101投 影的垂線的垂點設(shè)為點L，將點L離反射鏡2的橢圓原點 的距離設(shè) 為Z3、將反射鏡2反射的所述光線和光軸101所形成的角設(shè)為P 、將 從棒狀透鏡29的入射端面中心直到光通過的最外側(cè)有效外形的距離的 有效徑設(shè)為M (》)。在這樣確定的情況下，各個參數(shù)滿足下面4個公 式的公式9、公式IO、公式ll、公式12。
公式9:<formula>formula see original document page 18</formula>公式10:
<formula>formula see original document page 18</formula>
公式11:
<formula>formula see original document page 18</formula>
公式12:
<formula>formula see original document page 18</formula>
通過這4個公式的公式9、公式IO、公式ll、公式12，能夠求出 與棒狀透鏡29的有效徑M ( d))對應(yīng)的極角e 。
與實施例7相同，能夠預(yù)料到如果使得至少滿足所述公式5，則 與現(xiàn)有技術(shù)的雙反射鏡方式的情況相比，可提高光利用效率。
以上說明的實施方式能夠如下這樣地掌握。在投影型圖像顯示裝 置中，該投影型圖像顯示裝置包括利用反射鏡會聚燈的射出光的光 源；圖像顯示元件；照明光學(xué)系統(tǒng)，將來自所述光源的光向所述圖像 顯示元件照射，由多個光學(xué)元件所形成；和投影透鏡，放大投影由所 述圖像顯示元件所形成的光學(xué)像，其中，在所述燈的管球部的一部分 設(shè)置將其射出光成分向所述反射鏡反射的球面上的反射膜，或者反射 鏡面(下面稱為副反射器)，與所述反射鏡后面的積分儀的有效形狀相 匹配，設(shè)定所述副反射器的反射面形狀。
與所述反射鏡后面的積分儀的有效形狀相匹配地設(shè)定這樣的所述副反射器的反射面形狀，通過這樣，由所述反射鏡反射、有效利用的
光線，能夠避免由反射率不是100%的所述副反射器反射，所以，能夠
提高光的利用效率。
在第二發(fā)明中，其特征在于，在第一發(fā)明的投影型圖像顯示裝置 中，在如下情況下，即將所述燈的發(fā)光中心設(shè)為原點，將從原點開始
存在所述積分儀的光軸方向設(shè)為z軸，將通過原點的與z軸垂直的任 意的一個軸設(shè)為y軸，將通過原點的與yz平面垂直的軸設(shè)為x軸，將 從原點開始到所述球面上的反射膜，或者反射鏡的最外形的任意點的 距離設(shè)為R，將從z軸到所述球面上的反射膜，或者反射鏡的最外形的 任意點的極角設(shè)為e，將xy平面中從x軸到所述球面上的反射面，或 者反射鏡的最外形的任意點的方位角設(shè)為4)，在該情況下，能夠利用 下面公式的三維極坐標(biāo)來表示所述球面上的反射膜或者反射鏡的形 狀
x二RXsin9 Xcos由 …(公式13) y二RXsin6 Xsin4) …(公式14) z二RXcos e …(公式15)
能夠求出e為
6 二arctan (M+ (MA2/4f 1 — f 1)) …(公式15)
因此，在將極角0的最大值設(shè)為e max、最小值設(shè)為9 min時，滿 足下面的公式emax+0min^1.02 …(公式16)。
這樣，與所述反射鏡后面的積分儀的有效形狀相匹配，將這樣的所 述副反射器的反射面形狀設(shè)定為非圓形形狀，通過這樣，由所述反射 鏡反射的、有效利用的光線就能夠避免由反射率不是100%的所述副反 射器反射，所以，能夠提高光的利用效率。
權(quán)利要求
1.一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括燈；積分儀，均勻化從所述燈射出的光；照明光學(xué)系統(tǒng)，由多個光學(xué)元件所形成，用于成像來自所述積分儀的光；圖像顯示元件，調(diào)制所述成像的光；投影透鏡，投影所述圖像元件所形成的光學(xué)像；第一反射鏡，從所述燈觀察配置在與所述積分儀相反的方向；和第二反射鏡，配置在所述燈和所述積分儀之間，其中，在該第二反射鏡中，在將所述燈的發(fā)光中心設(shè)為原點，將從原點開始存在所述積分儀的光軸方向設(shè)為z軸，將通過原點的與z軸垂直的任意的一個軸設(shè)為y軸，將通過原點的與yz平面垂直的軸設(shè)為x軸，將xy平面中的從x軸到所述第二反射鏡的最外形的任意點的方位角設(shè)為φ時，在與所述積分儀的從光軸開始的距離長的角度方向?qū)?yīng)的方位角，形成凹部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 連接構(gòu)成所述積分儀的各個透鏡單元的集合體的最外周而形成的周緣形狀是矩形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一反射鏡是橢圓旋轉(zhuǎn)體， 所述第二反射鏡是球面體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 與所述積分儀的從光軸開始的距離長的角度方向?qū)?yīng)的方位角的極角0min和與所述積分儀的從光軸開始的距離短的角度方向?qū)?yīng)的 方位角的極角9max滿足如下關(guān)系 0 max+ 0 min = 1.02 。
5. —種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括 燈；積分儀，均勻化從所述燈射出的光；照明光學(xué)系統(tǒng)，由多個光學(xué)元件所形成，用于成像來自所述積分 儀的光；圖像顯示元件，調(diào)制所述成像的光； 投影透鏡，投影所述圖像顯示元件所形成的光學(xué)像； 第一反射鏡，從所述燈觀察配置在所述積分儀的相反方向；和 第二反射鏡，配置在所述燈和所述積分儀之間，其中， 將所述燈的發(fā)光中心設(shè)為原點，將從原點開始存在所述積分儀的 光軸方向設(shè)為z軸，將通過原點的與z軸垂直的任意的一個軸設(shè)為y 軸，將通過原點的與yz平面垂直的軸設(shè)為x軸，將從原點到所述第二 反射鏡的最外形的任意點的距離設(shè)為R，將從z軸到所述第二反射鏡的 最外形的任意點的極角設(shè)為6 ，將xy平面中的從x軸到所述第二反射 鏡的最外形的任意點的方位角設(shè)為4> ，而且將所述極角e的最大值設(shè) 為9max、最小值設(shè)為9min，此時，滿足下面的公式6max+ 9min^1.02。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述第一反射鏡是橢圓旋轉(zhuǎn)體， 所述第二反射鏡是球面體。
7. —種適用于投影型圖像顯示裝置的光源單元，其特征在于， 該投影型圖像顯示裝置包括積分儀，均勻化光；照明光學(xué)系統(tǒng)，由多個光學(xué)元件所形成，用于成像來自所述積分 儀的光；圖像顯示元件，調(diào)制所述成像的光；投影透鏡，投影所述圖像顯示元件所形成的光學(xué)像，光源單元包括燈；第一反射鏡，從所述燈觀察配置在所述積分儀的相反方向； 第二反射鏡，夾著所述燈并配置在所述第一反射鏡的相反方向， 所述第二反射鏡的與所述燈相對的曲面上形成凹部， 在將所述燈的發(fā)光中心設(shè)為原點，將從原點開始存在所述積分儀 的光軸方向設(shè)為z軸，將通過原點的與z軸垂直的任意的一個軸設(shè)為y 軸，將通過原點的與yz平面垂直的軸設(shè)為x軸，將從原點到所述第二 反射鏡的最外形的任意點的距離設(shè)為R，將xy平面中的從x軸到所述 第二反射鏡的最外形的任意點的方位角設(shè)為4)時，從所述原點到所述 第二反射鏡的最外形的任意點的距離R根據(jù)所述xy平面中的從x軸到 所述第二反射鏡的最外形的任意點的方位角小來變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源單元，其特征在于 從所述原點到所述第二反射鏡的最外形的任意點的距離R在與所述積分儀的從光軸開始的距離長的角度方向?qū)?yīng)的方位角變長。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源單元，其特征在于 在連接構(gòu)成所述積分儀的各個透鏡單元的集合體的最外周而形成的周緣形狀是矩形的情況下，所述凹部在與所述積分儀的從光軸開始 的距離長的角度方向?qū)?yīng)的方位角形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源單元，其特征在于 所述第一反射鏡是橢圓旋轉(zhuǎn)體， 所述第二反射鏡是球面體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光源單元，其特征在于與所述積分儀的從光軸開始的距離長的角度方向?qū)?yīng)的方位角的極角6min和與所述積分儀的從光軸開始的距離短的角度方向?qū)?yīng)的 方位角的極角0 max滿足如下關(guān)系 9 max+ 6 min^ 1.02。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光源單元和投影型圖像顯示裝置，其設(shè)置有第一反射鏡和第二反射鏡，其中，第一反射鏡用于反射從光源射出的光線，并具有射向圖像顯示元件的方向的作用；第二反射鏡，改變從光源射出但并沒有被第一反射鏡反射的光線的方向，使得由該反射鏡反射，與第一陣列透鏡(10)的有效區(qū)域?qū)?yīng)改變第二反射鏡的外周形狀。
文檔編號G03B21/20GK101231454SQ20071019616
公開日2008年7月30日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者中山啟, 木村展之 申請人:株式會社日立制作所