專(zhuān)利名稱(chēng)：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。
背景技術(shù)：
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(lái)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(jìn)行利用圖像顯示元件根據(jù)每個(gè) 像素的濃淡來(lái)改變來(lái)自光源的光的光強(qiáng)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(kāi)平10—171045號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)平11—281923號(hào) 公報(bào)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(lái)反射從燈射出的光，從而向 圖像顯示元件側(cè)射出。但是，對(duì)于這樣的光源來(lái)說(shuō)，具有不入射到反 射鏡而從反射鏡的開(kāi)口側(cè)發(fā)散的光線(xiàn)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(bǔ)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(mǎn)足市場(chǎng)所要 求的小型化要求。
這里，作為在提高光利用效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化的部件，例如在 日本特開(kāi)平6—289394號(hào)公報(bào)中揭示有在從反射鏡開(kāi)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(chēng)之為"雙反射鏡方式")。
在日本特開(kāi)平6—289394號(hào)公報(bào)中所公幵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(kāi) 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(xiàn)大體分類(lèi)為兩個(gè)。即，從燈入射到反射鏡， 僅從反射鏡反射射出的光線(xiàn)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(xiàn)L6。進(jìn)一步，光線(xiàn)L6分類(lèi)為兩個(gè)光 線(xiàn)L7和L8。 S卩，L8是這樣的光線(xiàn)，在沒(méi)有副反射器的情況下，不入 射到反射鏡，從該開(kāi)口部發(fā)散，不射向(不入射到)進(jìn)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(wú)效。另外，L8是既使在沒(méi) 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(xiàn)。因此，L7是通過(guò)采用雙反射鏡方式能有效利用的光線(xiàn)。 而且，在下面，光線(xiàn)L3中也包含在沒(méi)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(xiàn)。
但是，在雙反射鏡方式的情況下、在沒(méi)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(xiàn)L3的一部分，由副反射器反射 后入射到反射鏡。通常，無(wú)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(méi)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(dá)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(guò)利用副反 射器反射的構(gòu)成，具有沒(méi)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(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，減少既使沒(méi)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(xiàn)中、由副反射 器反射的光線(xiàn)，提高光利用效率。
本發(fā)明的一個(gè)方面在于，設(shè)置第一反射鏡，反射從光源射出的 光線(xiàn)，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(méi)有由第一反射鏡反射的光線(xiàn)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(gè)實(shí)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(gè)例子的立體圖。
圖2是說(shuō)明第一陣列透鏡的一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)例子的 截面圖。
圖7是第一實(shí)施例的副反射器的周緣形狀的說(shuō)明圖。 圖8是第二實(shí)施例的副反射器的周緣形狀的說(shuō)明圖。 圖9是第三實(shí)施例的副反射器的周緣形狀的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。其中，在 各個(gè)圖中，對(duì)相同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)，對(duì)于已說(shuō)明過(guò)的符號(hào)，省 略其說(shuō)明。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(duì)于反射鏡2來(lái)說(shuō)，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(kāi)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(guò)作 為光閥(light valve)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(guò)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(guò)反 射鏡2而入射到第一陣列透鏡10。第一陣列透鏡IO，利用配設(shè)成矩陣 狀的多個(gè)透鏡單元將從光源100入射的光分割成多個(gè)光，進(jìn)行導(dǎo)向使 得高效地通過(guò)第二陣列透鏡11和偏振變換元件12。即，設(shè)計(jì)第一陣列 透鏡10，使得燈1和第二陣列透鏡11的各個(gè)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(gè)透鏡單元的第二陣列透鏡11，將構(gòu)成的透鏡單元分別對(duì)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(shí)，利用偏振變換元件12，使來(lái)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(gè)透鏡單元的投影 圖像，分別通過(guò)會(huì)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(gè)液晶顯示元件24、 25、 26上。而且，設(shè)計(jì)第二陣列透鏡11和接近它所配設(shè)的會(huì)聚透鏡 13，使得第一陣列透鏡10的各個(gè)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，利甩第一陣列透鏡10 分割成多個(gè)的光束，通過(guò)第二陣列透鏡11和會(huì)聚透鏡13，而重疊并投 影到液晶顯示元件24、 25、 26上，能夠進(jìn)行在實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題程度的 均勻的高照度分布的照明。
在該過(guò)程中，利用分色鏡(dichroic mirror) 14，例如B光(藍(lán)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(guò)，分離為兩色的光，此外，G光和R光通過(guò)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(guò)分色鏡15，分離為三色 的光。考慮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(guò)G光和B光，也可以反射G光，透過(guò)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(guò)聚光透鏡19，透過(guò)B光 用的液晶顯示元件24，入射到光合成棱鏡27。透過(guò)分色鏡14的G光 和R光中的G光從分色鏡15反射，通過(guò)聚光透鏡20，入射到G光用 液晶顯示元件25，透過(guò)該液晶顯示元件25，入射到光合成棱鏡27。 R 光透過(guò)分色鏡15，由第一中繼透鏡21會(huì)聚，還由反射鏡16反射，進(jìn) 一步由第二中繼透鏡22會(huì)聚，由反射鏡18反射后，還由第三中繼透鏡23會(huì)聚，入射到R光用的液晶顯示元件26。透過(guò)液晶顯示元件26 的R光入射到光合成棱鏡27。透過(guò)各個(gè)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(guò)例如變焦透鏡這樣 的投影透鏡28，而到達(dá)屏幕(未圖示)。具有作為顯示裝置的功能，即 利用光強(qiáng)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(zhǎng)相等 的中繼透鏡。
此外，第一陣列透鏡10、第二陣列透鏡11、會(huì)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?yàn)榫匦?，所以至少第一?列透鏡10的各個(gè)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(gè)透鏡單元的集合體的最外周而形成的周緣形狀，稱(chēng)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(gè)。僅入射到由第一陣列透鏡io的有效外形所i圍的有效區(qū)域(下面
稱(chēng)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(lái) 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(kāi)平10—171045 號(hào)公報(bào)的圖2所示那樣的矩形，但可以根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)而使用各種形狀。 例如，如日本特開(kāi)平ll一281923號(hào)公報(bào)的圖2所示那樣，是使得完全 充滿(mǎn)圓形而配置的透鏡單元集合體形狀。在下面，為了容易地進(jìn)行說(shuō) 明，以第一陣列透鏡10的有效外形是矩形的情況進(jìn)行說(shuō)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(shí)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(lái)說(shuō)明利用本實(shí)施方式來(lái)提高光利用效率的理由。 首先，為了容易說(shuō)明，使用圖l并導(dǎo)入右手直角坐標(biāo)系。圖l (a) 是放大顯示作為本實(shí)施方式的主要部分構(gòu)成部件的圖3的燈光源1、反
9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(diǎn)，將從作為原點(diǎn)的點(diǎn)C 開(kāi)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(guò)點(diǎn)C的與第一陣列透鏡10的矩形有效外形 的一個(gè)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(gè)邊方向平行)的軸設(shè)為x軸，將通過(guò)點(diǎn)C的與第一陣列透鏡 10的矩形有效外形的一個(gè)邊正交與另一個(gè)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(gè)邊正交與另一個(gè)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1 (b)所示那樣，導(dǎo)入將點(diǎn)C設(shè)為原點(diǎn)的三維極坐標(biāo)。即，將從 點(diǎn)C開(kāi)始到副反射器5的外形點(diǎn)的距離(向徑)設(shè)為R，將z軸和副 反射器5的外形點(diǎn)所形成的偏移角(下面稱(chēng)為"極角")設(shè)為e (0蕓 0蕓:n )、將x軸和副反射器5的外形點(diǎn)所形成的偏移角(下面稱(chēng)為"方 位角")設(shè)為①(0S①^2jO。
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(lái)說(shuō)明。圖2是從光軸方向的射出側(cè)來(lái)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(gè)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(dá)屏幕。這里，將存在透鏡單元的陰影部分稱(chēng)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(gè)透鏡單元的長(zhǎng)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(zhǎng)的方向(在圖2中是該對(duì)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①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 (0>)規(guī)定為方位角O的函數(shù)。以這些信息為基礎(chǔ)，在下面對(duì)雙反射鏡方式的副反射器的最佳形狀進(jìn)行說(shuō)明。
圖4表示沒(méi)有副反射器的情況下的各個(gè)截面的代表光線(xiàn)，(a)圖 是包含光軸的A—A截面的光線(xiàn)圖，(b)圖是包含光軸的B—B截面的 光線(xiàn)圖，(c)圖是表示第一陣列透鏡的光線(xiàn)分布的圖。
在圖4中，將各個(gè)光線(xiàn)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、 01、 92、 63、 6 4。在圖4 (a)的A—A截面 上，可以看出，光線(xiàn)角度eo^ 9<6 2的光線(xiàn)由反射鏡2反射，是入射 到第一陣列透鏡10的有效光線(xiàn)(下面記為"有效光")L3。光線(xiàn)角度 6 2^ 0<6 4的光線(xiàn)由反射鏡2反射，是沒(méi)有入射到第一陣列透鏡10 上的無(wú)效光線(xiàn)(下面記為"無(wú)效光")L4。
另一方面，在對(duì)角方向的圖4 (b)的b—b截面上，光線(xiàn)角度eo
^ 0 < 9 3的光線(xiàn)由反射鏡2反射，是入射到第一陣列透鏡10的有效光 L3。此外，光線(xiàn)角度9 3S 0<94的光線(xiàn)由反射鏡2反射，是沒(méi)有入 射到第一陣列透鏡10的無(wú)效光L4。即，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(zhǎng)(遠(yuǎn))的方向的對(duì)角方向和 A—A方向，則在A—A方向，光線(xiàn)角度e2S 6<9 3的光線(xiàn)為無(wú)效光， 這一點(diǎn)是不同的。
如從圖4(c)可理解的那樣，由具有圓形開(kāi)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(méi)有入射到 有效區(qū)域上的無(wú)效光L4，不能得到充分的光利用效率。特別是，與從 光軸開(kāi)始的距離(有效徑)長(zhǎng)(遠(yuǎn))的對(duì)角方向的B—B方向比較，從 光軸開(kāi)始的距離(有效徑)短的A—A方向，較多地分布無(wú)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(diǎn)配置的情況下的 各個(gè)截面的代表光線(xiàn)，(a)圖是包含光軸的A—A截面的光線(xiàn)圖，(b) 圖是包含光軸的B—B截面的光線(xiàn)圖，(c)圖是表示第一陣列透鏡的光 線(xiàn)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(xiàn)角度0OS 6<92的光線(xiàn)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(xiàn)角度6 2蕓0<63和63^9<64的光線(xiàn)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(xiàn)角度0e < e 3和e 3
^ 6 < e 4的有效光L7，如圖5 (a)的虛線(xiàn)所示那樣，是在沒(méi)有副反射 器50的情況下，沒(méi)有入射到第一陣列透鏡10而無(wú)效的光線(xiàn)。
在圖5 (b)的B—B截面中，光線(xiàn)角度eos e<0 2的光線(xiàn)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(xiàn)角度0 2^ 6<8 3的光線(xiàn)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(xiàn)角度ee < e 3的有效光L8，如
圖5 (b)的虛線(xiàn)所示那樣，是在沒(méi)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IO的光線(xiàn)。光線(xiàn)角度6 3S 9<04的光 線(xiàn)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(xiàn)角度ee <e 4的有效光L7是在沒(méi)有副反射器
50的情況下，沒(méi)有入射到第一陣列透鏡IO而無(wú)效的光線(xiàn)。
這樣，如果比較A—A截面圖和B—B截面圖，對(duì)于光線(xiàn)角度6 3 ^6<94的光線(xiàn)，由于存在副反射器50，至此能夠?qū)闊o(wú)效光的光變 為有效光。另一方面，關(guān)于02S 0<63，在A—A截面圖中，與沒(méi)有 副反射器時(shí)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，9 2蕓9<6 3的區(qū)域的光，無(wú)論是沒(méi)有還是有副反 射器50，任何一種情況下都為有效光，這一點(diǎn)是不同的。即，該區(qū)域 的光在沒(méi)有副反射器50的情況下，通過(guò)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?。這是因?yàn)锽—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(méi)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(xiàn) 入射到第一陣列透鏡10的有效區(qū)域內(nèi)，沒(méi)有入射到有效區(qū)域之外的光 線(xiàn)。因此，可理解到，與沒(méi)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(xiàn)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(lái)調(diào)整。但是，在沒(méi)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10的B—B方向的有效光L8(光線(xiàn)角度9 e <0 3的光線(xiàn))，由于存在副反射器50，由該副反射器50反射，進(jìn)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(méi)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(xiàn)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€(xiàn)，通過(guò)副反射器50和反射鏡2共 計(jì)兩次的反射而變?yōu)橛行Ч獾牟糠帧?br> 因此，在本實(shí)施方式中，不利用副反射器來(lái)反射圖5的對(duì)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(duì)角方向的4個(gè)角也入射光線(xiàn)。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(shí)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(zhǎng)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(duì)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(shí)施方式的第一陣列透鏡10的有效外形對(duì)應(yīng)的形狀 的副反射器將發(fā)光中心設(shè)為原點(diǎn)來(lái)配置的情況下，各個(gè)截面的代表的 光線(xiàn)。(a)圖是包含光軸的A—A截面的光線(xiàn)圖，(b)圖是包含光軸 的B—B截面的光線(xiàn)圖，(c)圖是表示第一陣列透鏡的光線(xiàn)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(kāi)始的距離(有效徑) 長(zhǎng)的角度(4))方向的對(duì)角方向的B—B方向，和從光軸開(kāi)始的距離(有 效徑)短的角度(4>)方向的A—A方向，進(jìn)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(duì)應(yīng)，所以，為與圓形不同的形狀。BP,副反射 器5的周緣形狀，至少第一陣列透鏡10的有效徑長(zhǎng)的角度(小)方向 的對(duì)角方向的B—B方向，以及另外的對(duì)角方向的B' —B'附近，具 有凹部形狀(凹面)，使得圖6的光線(xiàn)角度6 2 6 3的光線(xiàn)不由副反射 器反射。與此相對(duì)，從光軸開(kāi)始的距離短的角度(40方向的對(duì)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(xiàn)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(xiàn)圖。 此外，在圖6 (b)的B—B截面中，與圖5 (b)不同，光線(xiàn)角度8 2 0 3的光線(xiàn)與光線(xiàn)角度6 0 6 2同樣地由反射鏡2反射，是入射到第 一陣列透鏡10的有效光L3。光線(xiàn)角度e 2 e 3的光線(xiàn)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(xiàn)入射到第一陣列透鏡10的有效區(qū)域中，與沒(méi)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(méi)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(shuō)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， 一A'方向?yàn)榉謩e相同的形狀，但是，例如 第一陣列透鏡的有效區(qū)域是長(zhǎng)方形的情況下，形成A—A方向和A' —A'方向其e不同的構(gòu)成。即，A—A方向是長(zhǎng)邊，換言之，Y軸方 向是長(zhǎng)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e，更進(jìn)一步，B—B方向和B， —B'
方向的e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(shuō)明中，關(guān)于圖6(d)的副反射器5的周緣形狀， 僅說(shuō)明了 A—A (A' —A，)方向和B—B (B， 一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4)的 包含光軸的P—P截面，可求出從發(fā)光中心的點(diǎn)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(xiàn)，例示該光線(xiàn)， 如果繪制在與副反射器50相同半徑R的球面上所通過(guò)的點(diǎn)，則能夠得 到與第一陣列透鏡io的有效外形對(duì)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(xiàn)例如在圖6 (a)中 是光線(xiàn)角度0 2的光線(xiàn)，在圖6 (b)中是光線(xiàn)角度9 3的光線(xiàn)。
關(guān)于求出副反射器的周緣形狀的方法，使用光線(xiàn)圖概念性地說(shuō)明， 但下面，描述基于本實(shí)施方式求出雙反射鏡方式的副反射器的周緣形 狀的方法。
14圖7是以P—P截面切圖1時(shí)的光線(xiàn)圖。在圖7(a)中，確定副反 射器5的形狀，使得通過(guò)第一陣列透鏡10的有效徑的光線(xiàn)通過(guò)副反射 器5的有效區(qū)域的最外周。通過(guò)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(diǎn)C，使用圖1中規(guī)定的x， y， z坐標(biāo)軸、e， 4)坐標(biāo)軸。此外，將反射鏡2的第一焦點(diǎn)距離設(shè)為 f,、將第二焦點(diǎn)距離設(shè)為f2、將從點(diǎn)C開(kāi)始到平行透鏡9的距離設(shè)為D、 將通過(guò)副反射器5的最外周的光線(xiàn)與反射鏡2相交的點(diǎn)H的離光軸的 距離設(shè)為P,、將從點(diǎn)H向光軸101投影的垂線(xiàn)的垂點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)L，將點(diǎn) L離反射鏡2的橢圓原點(diǎn)O的距離設(shè)為Z,、將在反射鏡2的點(diǎn)H反射 的所述光線(xiàn)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(guò)的有效外形的距離的有效徑設(shè)為M ( 4>)。在本實(shí)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(diǎn)距離5的情況下，各個(gè)參數(shù)滿(mǎn)足下面4個(gè)公式 的公式l、公式2、公式3、公式4。
公式1:
M (*) =(/2-/廣")XtanP 公式2:
公式3:
Pi={ (/") +2— Z"Xtan6 公式4:
sine+^2 + ((/廣,)+2-Z,F =sin9 +^2 + {(/2一,)+2"1}2 利用這些4個(gè)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 ( 4> )對(duì)應(yīng)的極角e 。
艮P，根據(jù)公式2和公式3求出點(diǎn)H的坐標(biāo)(ZP 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6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f^-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6 max，最小值6 min。 0 max =120.4。 、 emin=111.5° 。此時(shí)，9 max+6 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e的情況下，e是M(①)的倒數(shù)的
sin—的函數(shù)。因此，6 min和9 max分別與使用Mmin和Mmax的情 況下的極角對(duì)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(zhǎng)徑(Mmax)對(duì)應(yīng)的部分，g卩，與第一陣列透鏡的長(zhǎng)徑的方位角 O，相同角度O，的周緣，為0min。此外，與第一陣列透鏡的短徑的 方位角O'相同角度的周緣，為6max。這樣，與第一陣列透鏡的徑的 長(zhǎng)短對(duì)應(yīng)，加大副反射器5的周緣外形的開(kāi)口部的極角，形成切口部。 此外，反過(guò)來(lái)說(shuō)，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(qiáng)入射到第一陣列透鏡的長(zhǎng)徑(Mmax) 的淺角度e min，則形成這樣的構(gòu)成，與第一陣列透鏡的短徑(Mmin) 對(duì)應(yīng)的部分，形成深的角度emax的開(kāi)口部。此外，副反射器的開(kāi)口 部的形狀(周緣外形)，在與第一陣列透鏡的長(zhǎng)徑對(duì)應(yīng)的部分，開(kāi)口部 的徑變長(zhǎng)，即開(kāi)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，emax= 6 min，如圖5所說(shuō)明的那樣，由于光線(xiàn)角度6 2 6 3的光線(xiàn)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+emin〉1， 那么光線(xiàn)角度e 2 e 3的光線(xiàn)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(shí)際上，燈不是點(diǎn)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(mǎn)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。
0max+6min^1.02…(公式5)
16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(shí)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(xiàn)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(diǎn)C，確定x， y， z坐標(biāo)軸、8 ， (J)坐標(biāo)軸。此夕卜， 將反射鏡2的第一焦點(diǎn)距離設(shè)為&、將通過(guò)副反射器5的最外周的光 線(xiàn)與反射鏡2相交的點(diǎn)H距光軸的距離設(shè)為P2、將點(diǎn)H向光軸101投 影的垂線(xiàn)的垂足設(shè)為點(diǎn)L、將點(diǎn)L距反射鏡2的頂點(diǎn)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(guò)光的最外側(cè)的有效外形的距離 的有效徑設(shè)為M ( * )。在這樣確定的情況下，各個(gè)參數(shù)滿(mǎn)足以下3個(gè) 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(guò)這3個(gè)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 ( 4> )對(duì)應(yīng)的極角e 。
與實(shí)施例1相同的，如果使得至少滿(mǎn)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(shuō)明將本發(fā)明適用于棒狀透鏡的情況 下的實(shí)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(shí)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(xiàn)，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(diǎn)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(diǎn)距離設(shè)為f,、將第二焦點(diǎn)距離設(shè)為f2、將從點(diǎn)C開(kāi)始 到棒狀透鏡29的距離設(shè)為E、將通過(guò)副反射器5的最外周的光線(xiàn)與反 射鏡2相交的點(diǎn)H距光軸的距離設(shè)為P3、將所述交點(diǎn)H向光軸101投 影的垂線(xiàn)的垂點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)L，將點(diǎn)L離反射鏡2的橢圓原點(diǎn)O的距離設(shè) 為Z3、將反射鏡2反射的所述光線(xiàn)和光軸101所形成的角設(shè)為e 、將 從棒狀透鏡29的入射端面中心直到光通過(guò)的最外側(cè)有效外形的距離的 有效徑設(shè)為M ( 4> )。在這樣確定的情況下，各個(gè)參數(shù)滿(mǎn)足下面4個(gè)公 式的公式9、公式IO、公式ll、公式12。
公式9:
M ( 4> ) = (/2—E) Xtan3
公式10:
Z32+{ (/2+,) + 2}2+P32+ (VC^D) 2=i
公式ll:
P3={ (") +2—z3}xtane
公式12:
sinP +々32 + {(/")+2-23}2 =sine +^2 + {(/2-y;)+2 + Z3}2
通過(guò)這4個(gè)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 (4>)對(duì)應(yīng)的極角6。
與實(shí)施例7相同，能夠預(yù)料到如果使得至少滿(mǎn)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(shuō)明的實(shí)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(huì)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(lái)自所述光源的光向所述圖像 顯示元件照射，由多個(gè)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(chēng)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(guò)這樣，由所述反射鏡反射、有效利用的
光線(xiàn)，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(diǎn)，將從原點(diǎn)開(kāi)始
存在所述積分儀的光軸方向設(shè)為z軸，將通過(guò)原點(diǎn)的與z軸垂直的任 意的一個(gè)軸設(shè)為y軸，將通過(guò)原點(diǎn)的與yz平面垂直的軸設(shè)為x軸，將 從原點(diǎn)開(kāi)始到所述球面上的反射膜，或者反射鏡的最外形的任意點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的方位角設(shè)為》，在該情況下，能夠利用 下面公式的三維極坐標(biāo)來(lái)表示所述球面上的反射膜或者反射鏡的形 狀
x=RXsin9 Xcos4) …(公式13) y-RXsin6 Xsin4) …(公式14) z=RXcos6 …(公式15)
能夠求出e為
e=arctan (M+ (MA2/4fl—fl)) …(公式15) 因此，在將極角9的最大值設(shè)為0 max、最小值設(shè)為e min時(shí)，滿(mǎn) 足下面的公式emax+emin^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(guò)這樣，由所述反射 鏡反射的、有效利用的光線(xiàn)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。
19
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(gè)光學(xué)元件所形成，用于成像來(lái)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，將同所述積分儀的長(zhǎng)徑與光軸所成的角相同方向設(shè)為中心，形成切口部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述積分儀的有效形狀是矩形的情況下，所述切口部相對(duì)所述積分儀的光軸，形成為角度與所述積分儀的對(duì)角線(xiàn)所形成的角度相同 的方位角。
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 與所述積分儀的長(zhǎng)徑對(duì)應(yīng)的方位角的極角9min和與所述積分儀的短徑對(duì)應(yīng)的方位角的極角0max滿(mǎn)足如下關(guān)系 6 max+ 6 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(gè)光學(xué)元件所形成，用于成像來(lái)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(diǎn)，將從原點(diǎn)開(kāi)始存在所述積分儀的 光軸方向設(shè)為z軸，將通過(guò)原點(diǎn)的與z軸垂直的任意的一個(gè)軸設(shè)為y 軸，將通過(guò)原點(diǎn)的與yz平面垂直的軸設(shè)為x軸，將從原點(diǎn)到所述第二 反射鏡的最外形的任意點(diǎn)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(diǎn)的極角設(shè)為9 ，將xy平面中從x軸到所述第二反射鏡 的最外形的任意點(diǎn)的方位角設(shè)為4> ，而且將所述極角e的最大值設(shè)為 0max、最小值設(shè)為6min，此時(shí)，滿(mǎn)足下面的公式e max+ e min^ 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(gè)光學(xué)元件所形成，用于成像來(lái)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， 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(duì)的曲面上形成開(kāi)口部， 所述第二反射鏡的開(kāi)口部的徑根據(jù)所述第二反射鏡的方位角來(lái)變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源單元，其特征在于 是在同所述積分儀的長(zhǎng)徑與光軸所成的角度相同的方位角的位置，所述開(kāi)口部的徑變長(zhǎng)的光學(xué)單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源單元，其特征在于 在所述積分儀的有效形狀是矩形的情況下，所述切口部相對(duì)所述積分儀的光軸，形成角度為與所述積分儀的對(duì)角線(xiàn)所形成的角度相同 的方位角。
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IO所述的光源單元，其特征在于 與所述積分儀的長(zhǎng)徑對(duì)應(yīng)的方位角的極角0min和與所述積分儀的短徑對(duì)應(yīng)的方位角的極角6max滿(mǎn)足如下關(guān)系 6 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(xiàn)，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(méi)有被第一反射鏡反射的光線(xiàn)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(hào)G03B21/14GK101581872SQ20091014248
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
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