CN100520559C - 光混合部件及多灯式照明装置以及投射型视频显示装置 - Google Patents

Abstract

采用将来自第1光源的光入射到反射混合部件(13)的反射面(13a)中，将来自第2光源的光入射到反射面(13b)中的配置结构。反射混合部件(13)中的反射面(13a)与反射面(13b)所构成的部分(三楞柱部)之间的间距Wp与透镜间距Wf之间的关系是：(Wp/Wf≠1)。因此，复眼透镜(14a)的各个透镜部中，被入射不同分布的光束，从而防止入射到液晶显示面板(5)中的光产生亮度不均，同时能够防止在屏幕上产生颜色不均。

Description

光混合部件及多灯式照明装置以及投射型视频显示装置

技术领域

本发明涉及一种光混合部件及多灯式照明装置以及投射型视频显示装置。

背景技术

以前，作为显示大画面的装置，将来自照明装置的光照射到液晶面板上，将该液晶面板中所显示的图像，放大投射到屏幕上的液晶投影仪是公知的，该照明装置有些采用使用多个光耀的多灯式照明装置(参展特困2002—296679号公报)。如图9所示，多灯式照明装置50，将第1光源51以及第2光源52所发射的光束，通过反射混合部件53来进行合成。上述反射混合部件53，如图7所示，具有交互的第1反射面53a与第2反射面53b。反射混合部件53也称作棱镜阵列。相关多灯式照明装置50，通过使用多个小光源，来缩短各个光源的弧光长度，实现长寿化与聚光的高效化，同时，即使在产生了光源寿命到头，导致停止发光(灯用尽)的情况下，也能够继续进行投射。

但是，上述反射混合部件53的光出射侧，通常设有积分透镜。上述积分透镜，由1对复眼透镜(fly eye lens)构成，各个凸透镜对将来自光源的光照射在液晶显示面板的全面上，用来将依赖于光源所出射的光的部分亮度不均平均化，降低画面中央与周边部的光亮差。

但是，上述反射混合部件53的光出射侧设有积分透镜的构成中，如图6所示，在反射混合部件53中的第1反射面53a以及第2反射面53b所构成的三棱柱部的间距Wp，与积分透镜中的光入射侧复眼透镜55的透镜间距Wf的比例例如为1:1时，上述复眼透镜55的各个透镜部55a中被入射同一图形的光束，该同一图形的光束聚光在液晶显示面板55中，导致入射到液晶面板中的光产生亮度不均。

另外，在上述反射混合部件53的光出射侧设有积分透镜的构成中，如图8所示，积分透镜的入射侧复眼透镜55的入射面中，在其上部区域与下部区域均通过相同的亮度不均图形，从上述反射混合部件53导入光。因此，如果通过上述上部区域中的各个透镜对导入到液晶面板(LCD)中的光束图形，为图中标记为“上半部”的框内的图形，则通过上述下部区域中的各个透镜对导入到液晶面板(LCD)中的光束图形，也为相同的图形(参照图中的“下半部”)。因此，在液晶面板(LCD)中，上述图形被强调，导致投射视频中产生亮度不均。

特别是，在使用3张液晶面板的投影仪中，为了颜色分离合成系统的小型化，而只在3原色中的1色中采用光路长不同的构成，为了在光学上让光路长度一致，而使用阵列光学系统。因此，只有上述1色以相对其他2色上下左右反转的状态，向液晶面板射入光，从而与其他2色产生亮度分布差。由于各个颜色中的亮度分布差，投射到屏幕上的投射视频中产生亮度不均或颜色不均。与亮度不均相比，人眼更容易感知颜色不均，因此该颜色不均导致显示视频品种大幅恶化。

发明内容

本发明为解决上述问题，目的在于提供一种不会产生亮度不均与颜色不均的进行照明的光混合部件以及多灯式照明装置与投射型视频显示装置。

本发明的相关多灯式照明装置，为解决上述问题，是一种具有出射大致平行的光的第1光源与第2光源、将来自上述第1光源的出射光导向特定方向的第1反射面，与将来自上述第2光源的出射光导向与上述特定方向平行的方向的第2反射面交互配置而成的光混合部件、以及设置在上述光混合部件的光出射侧的复眼透镜对的多灯式照明装置，其特征在于：设定第1反射面与第2反射面的配置，让上述复眼透镜对中的光入射侧的复眼透镜的各个透镜部，被入射互不相同光强分布的光束。

通过采用上述构成，由于复眼透镜的各个透镜部不会被入射同一图形的光束，因此能够防止入射到照明对象物的光中，产生亮度不均，同时还能够防止屏幕中的视频中产生颜色不均。

可以将第1反射面与第2反射面所构成的三棱柱部分彼此的间距与上述复眼透镜的透镜间距的比，设定在1±0.2以外的范围。另外，还可以将第1反射面与第2反射面所构成的三棱柱部分彼此的间距与上述复眼透镜的透镜间距的比，设定在不位于1/N(N为自然数)的范围内。另外，还可以让第1反射面与第2反射面所构成的三棱柱部分的间距中有变化。

另外，本发明的投射型视频显示装置，通过光阀来调制照明装置所出射的光并投射，特征在于具有上述任一个多灯式照明装置，作为上述照明装置。

另外，本发明的相关光混合部件，是一种具有通过将从第1方向所接收到的光，导向特定方向的第1反射面，与将从第2方向所接收到的光，导向与上述特定方向平行的方向的第2反射面交互配置而成的形状的光混合部件，其特征在于，以垂直于上述第1反射面与第2反射面的接合线的线为界，至少被分割成两个区域，且让各个区域的上述接合线互不一致。

上述构成的光混合部件中，可以由不足必需受光区域大小的多个光学构件，互相错开接合而成；各个光学构件具有由第1反射面与第2反射面交互配置而成的形状；来自第1方向的入射光，被第1反射面导向特定的方向，来自第2方向的入射光，被第2反射面导向与上述特定的方向平行的方向。另外，还可以具有上述构成的光混合部件、设置在上述第1方向上，向第1反射面出射照明光的第1光源、以及设置在上述第2方向上，向第2反射面出射照明光的第2光源，构成多灯式照明装置

另外，本发明的投射型视频显示装置，通过光阀来调制照明装置所出射的光并投射，其特征在于，具有上述多灯式照明装置，作为上述照明装置，该多灯式照明装置的光出射侧具有复眼透镜对。

像这样将光混合部件进行区域分割的构成中，由于各个区域的接合线互不一致，因此，复眼透镜的入射面中，例如在上部区域与下部区域中，通过不同的亮度不均图形，从光混合部件导入光。因此，通过上述上部区域中的各个复眼透镜对导入到光阀中的光束图形，与通过上述下部区域中的各个复眼透镜对导入到光阀中的光束图形不同，亮度不均很容易相互抵消，从而减轻了投射视频中的亮度不均。

另外，相关构成的投射型视频显示装置中，可以将上述光混合部件的区域分界线的像，导入到上述复眼透镜对的入射侧透镜群中的透镜凹部。通过这样，能够防止作为区域边界线的像的暗线，被各个透镜对导入给光阀。

附图说明

图1为说明本发明的实施方式1的多灯式照明装置以及投射型视频显示装置的光学系统的示意图。

图2为说明图1的构成中的反射混合部件与光入射侧的复眼阵列之间的配置关系的示意图。

图3为说明相对多灯式照明装置中的间距比的颜色不均的变化的模拟曲线图。

图4为说明本发明的实施方式2的图，(a)为反射混合部的俯视图，(b)为侧视图。

图5为说明本发明的实施方式2的入射侧复眼透镜中的亮度图形以及液晶显示面板中的亮度图形的示意图。

图6为说明以往构成中的反射混合部件与光入射侧的复眼阵列之间的配置关系的示意图。

图7为说明以往例的图，(a)为反射混合部的俯视图，(b)为侧视图。

图8为说明以往例的入射侧复眼透镜中的亮度图形以及液晶显示面板中的亮度图形的示意图。

图9为说明以前的多灯式照明装置的示意图。

具体实施方式

(实施方式1)

下面对照图1至图3，对本发明的实施方式1的多灯式照明装置以及投射型视频显示装置进行说明。

图1为说明本发明的实施方式的多灯式照明装置以及投射型视频显示装置的概要结构图。该实施方式的多灯式照明装置以及投射型视频显示装置，与背景技术中所说明的特开2002—296679号公报中所公布的构成基本相同。多灯式照明装置1具有：第1光源11、第2光源12、反射混合部件13、积分透镜(复眼透镜对)14、以及偏光变换装置15。投射型视频显示装置10，具有上述多灯式照明装置1、聚光透镜2、3、4、液晶显示面板5、以及投射透镜6。另外，相关图中，为了简化说明，而只显示了单板结构的光学系统，但在所谓的三板式构成中，例如添加分色光学系统(分色镜等)与混色系统(十字二向棱镜等)。

上述光源11、12中的发光部，由超高压水银灯、金属卤化物水银灯、氙灯等构成，其照射光被抛物面反射镜大致变为平行光并出射。反射混合部件13，例如在玻璃基板表面中形成多个三棱柱部构成，在上述三棱柱部中的斜面中，蒸镀具有高反射率的金属，将该斜面作为第1、第2反射面13a、13b。

图1中，显示出让反射光的光轴与反射混合部件13的法线O一致。上述光源11所射出的光束的光轴与上述法线O成给定的角度α。同样，上述光源12所射出的光束的光轴与上述法线O成给定的角度α。另外，给定的角度α为形成在垂直于反射面13a、13b的面中的角度。之后，调整上述三棱柱部的斜面(反射面13a、13b)的角度(顶角)以及第1光源11与第2光源12的位置(朝向)，让第1光源11所出射的光被反射面13a所反射，反射向平行于法线O的方向，第2光源12所出射的光被反射面13b所反射，反射向平行于法线O的方向。

上述积分透镜14，与上述反射混合部件13平行(相对上述法线O垂直)设置。积分透镜14，如背景技术中所述，由一对复眼透镜14a、14b所构成，各个凸透镜对将来自光源11、12的光，照射到液晶显示面板5的全面中，让光源11、12所出射的光中所存在的部分亮度不均平均化，降低画面中央与周边部之间的光量差。

偏光变换装置15，由偏光束分离阵列(以下称作PBS阵列)构成。PBS阵列，具有偏光分离膜与相位差板(1/2λ板)。PBS阵列的各个偏光分离膜，让例子积分透镜14的光中的例如P偏光通过，同时将S偏光的光路变更90°。光路变换之后的S偏光，被相邻的偏光分离膜所反射，被设置在其前侧(光出射侧)的上述相位差板，变换成P偏光并出射。另外，透过了偏光分离膜的P偏光原样出射。也即，这种情况下，几乎所有的光都被变换成P偏光。上述例子中，对将所有的光变换成P偏光的构成进行了说明，但也可以通过将相位差板位置设置在P偏光出射位置上，而全部变换成S偏光。

上述多灯式照明装置1所出射的光，经过聚光透镜2、3、4到达液晶显示面板5。入射到该液晶显示面板5中的光，按照各个像素中所设定的透光率来接收光强调制，变为视频光，通过投射透镜6投射到图中未显示的屏幕中。

图2为说明反射混合部件13与光入射侧的复眼透镜14a之间的配置关系的示意图。反射混合部件13中的三棱柱部(由反射面13a与反射面13b所构成的部分)的间距Wp，与复眼透镜14a的间距Wf大致相同，但并不相同。

也即，背景技术中所示的图6的构成中，Wp/Wf＝1，而图2所示的实施例中，Wp/Wf≠1。通过这样，将间距Wp与透镜间距Wf之间的关系设定为，让复眼透镜14a的各个透镜部中，被入射不同分布的光束，从而能够避免复眼透镜14a的各个透镜部被入射同一图像的光束，从而能够防止入射到液晶显示面板5中的光中产生亮度不均。

图3为通过模拟所得到的曲线图，设光源11、12中的等的弧光长为1.3mm，横轴为间距Wp与透镜间距Wf的比(间距比)，纵轴为颜色不均的程度(Δu’v’)，显示了颜色不均相对间距比的变化。该曲线图中，在Wp/Wf＝1时，将上述间距比表示为100％。另外，将液晶显示面板5分割成纵横3×3的9个区域，计算出各个区域的平均光量，根据各色的代表颜色坐标与平均光量，导出各个点中的白色坐标(u’，v’)，将9个点之间的(u’，v’)坐标间的距离最大的作为上述Δu’v’。另外，该曲线图中，还一并显示了使用1个光源(这里弧光长为1.3mm)的现有的单灯照明装置中的Δu’v’(0.0050附近)。从该曲线图可以得知，多灯式照明装置中显示出了与上述现有的单灯照明装置一样低的颜色不均的，是在间距比为80～120％以外的范围，也即Wp/Wf＝1±0.2以外的范围，因此要将间距Wp以及Wf设置在Wp/Wf＝1±0.2以外的范围内。

但是，光源11、12中的出射光的平行度，依赖于灯的弧光长。在弧光长非常短的理想的光源中，即使在Wp/Wf＝1±0.2以外的范围内，像Wp/Wf＝1/2或Wp/Wf＝1/3那样，分母为自然数的情况下，也会产生颜色不均。

因此，像Wp/Wf≠1/2或Wp/Wf≠1/3这样，让分母为自然数以外的值来设定Wp与Wf。通过这样，设定间距Wp与透镜间距Wf的关系，让复眼透镜14a的各个透镜部中，入射互不相同分布的光束，从而能够避免复眼透镜14a的各个透镜部中被入射同一图形的光束，即使例如在弧光长度非常短的理想的光源中，也能够防止入射到液晶显示面板5中的光产生亮度不均，同时能够防止在屏幕上产生颜色不均。

另外，还可以让所有的间距Wp并不都一样，而让间距Wp部分不同(间距Wp中有变化)。例如，可以每5个间距设定1个三棱柱部(反射混合部件13中的反射面13a与反射面13b所构成的部分)的间隔为间距Wp’(间距Wp’≠间距Wp)的场所。这种情况下，间距Wp也可以像Wp/Wf＝1/2这样，分母为自然数。在采用这样的构成的情况下，也能够设定间距Wp与透镜间距Wf的关系，让复眼透镜14a的各个透镜部中，入射互不相同分布的光束，从而能够避免复眼透镜14a的各个透镜部中被入射同一图形的光束，防止入射到液晶显示面板5中的光产生亮度不均，同时能够防止在屏幕上产生颜色不均。

(实施方式2)

下面对照图4与图5，对本发明的实施方式2的光混合部件(反射混合部件)及多灯式照明装置以及投射型视频显示装置进行说明。另外，多灯式照明装置与投射型视频显示装置的基本构成，与实施方式1一样，所以也对照图1进行说明。

反射混合部件13’，如图4(a)的俯视图以及(b)的侧视图所示，具有区域A与区域B。也即，以垂直于三棱柱部的楞线的线为界，分割成两个区域A、B，两个区域A、B以三棱柱部的楞线间距的1/2距离互相错开。这样，各个区域A、B，由具有必需的受光区域的1/2大小的两个反射型光学构件(以下，给反射型光学构件也标注符号A、B)构成，反射混合部件13’将这两个反射型光学构件A、B组合起来而构成。

反射型光学构件A、B，例如在玻璃基板表面上形成多个三棱柱部，在上述三棱柱部中的斜面中，蒸镀具有高反射率的金属，将该斜面作为第1、第2反射面13’a、13’b。调整反射型光学构件A、B中的斜面(反射面13’a、13’b)的角度(顶角)以及第1光源11与第2光源12的位置(朝向)，让第1光源11所出射的光被反射面13’a所反射，反射向平行于法线O的方向，第2光源12所出射的光被反射面13’b所反射，反射向平行于法线O的方向。

本实施方式中，反射混合部件13’如上进行区域分割，由于各个区域A、B的三棱柱部的楞线(接合线)互不一致，因此，入射侧复眼透镜14a的入射面中，如图5所示，在上部区域与下部区域中，通过不同的亮度不均图形，从反射混合部件13’导入光。因此，通过上述上部区域中的各个复眼透镜对导入到液晶显示面板5中的光束图形，与通过上述下部区域中的各个复眼透镜对导入到液晶显示面板5中的光束图形不同，亮度不均很容易相互抵消，从而减轻了投射视频中的亮度不均。

另外，本实施方式中，各个复眼透镜具有纵10×横12个透镜单元，上部区域与下部区域的边界位于透镜单元的凹部。也即，将反射混合部件13’的各个区域的边界线的像，导入到上述复眼透镜对的入射侧透镜群中的透镜凹部中。这样一来，能够防止作为区域边界线的像的暗线，在各个透镜对中被导入到液晶显示面板5中。

上述构成中，反射混合部件13’通过将这两个反射型光学构件A、B互相错开接合而成，因此通过对1个基材(玻璃基材等)进行加工，能够在该1个基材中形成区域A、B。但是，将两个反射型光学构件A、B接合起来的构成，则较容易制造。另外，并不仅限于两个区域，还可以采用3个区域以上的区域划分。在采用3个区域的情况下，可以互相错开三棱柱部的楞线间距的1/3。

另外，上述实施例中，使用透射性液晶显示面板5，但也可以使用反射型液晶显示面板来代替，或者，还可以代替液晶显示面板，而使用分别驱动微反射镜的类型的光调制器件。另外，本发明中使用反射混合部件13、13’，将第1、第2光源11、12的两个光混合起来，但也可以例如使用玻璃基板表面中形成有多个三棱柱部的透明部件，将第1、第2光源11、12的两个光透过折射，并混合起来。

如上所述，通过本发明，能够进行不会产生亮度不均以及颜色不均的照明，起到能够在投射型视频显示装置中进行高品质的视频投影的效果。

Claims (11)

1.一种多灯式照明装置，具有：出射大致平行的光的第1光源以及第2光源；将来自上述第1光源的出射光导向特定方向的第1反射面、与将来自上述第2光源的出射光导向与上述特定方向平行的方向的第2反射面，以交互方式配置的光混合部件；以及设置在上述光混合部件的光出射侧的复眼透镜对，其特征在于：

设定第1反射面与第2反射面的配置，使得向上述复眼透镜对中的光入射侧的复眼透镜的各个透镜部，入射互不相同光强分布的光束。

2.如权利要求1所述的多灯式照明装置，其特征在于：

将由第1反射面和第2反射面所构成的三棱柱部分彼此的间距对上述复眼透镜的透镜间距之比，设定在1±0.2以外的的范围。

3.如权利要求1所述的多灯式照明装置，其特征在于：

将由第1反射面和第2反射面所构成的三棱柱部分的间距对上述复眼透镜的透镜间距之比，设定在不位于1/N的范围内，其中，N为自然数。

4.如权利要求1所述的多灯式照明装置，其特征在于：

由第1反射面与第2反射面所构成的部分的间距中有变化。

5.一种光混合部件，具有通过将从第1方向所接收到的光导向特定方向的第1反射面、与将从第2方向所接收到的光导向与上述特定方向平行的方向的第2反射面交互配置而成的形状，其特征在于：

以垂直于上述第1反射面与第2反射面的接合线的线为界，至少被分割成两个区域，让各个区域的上述接合线互不一致。

6.如权利要求5所述的光混合部件，其特征在于：

由多个光学构件相互错开接合而成，各个光学构件具有由第1反射面与第2反射面交互配置而成的形状，来自第1方向的入射光被第1反射面导向特定的方向，来自第2方向的入射光被第2反射面导向与上述特定的方向平行的方向。

7.如权利要求5所述的光混合部件，其特征在于：

由小于必要的受光区域的大小的多个光学构件通过互相错开接合而成，各个光学构件具有由第1反射面与第2反射面交互配置而成的形状，来自第1方向的入射光被第1反射面导向特定的方向，来自第2方向的入射光被第2反射面导向与上述特定的方向平行的方向。

8.一种多灯式照明装置，其特征在于，具有：

权利要求5～7中任意一个光混合部件、设置在上述第1方向上并向第1反射面出射照明光的第1光源、以及设置在上述第2方向上并向第2反射面出射照明光的第2光源。

9.一种投射型视频显示装置，对于由照明装置所出射的光，通过光阀进行调制再投射，其特征在于：

具有权利要求1～4中任意一个多灯式照明装置，作为上述照明装置。

10.一种投射型视频显示装置，对于由照明装置所出射的光，通过光阀进行调制再投射，其特征在于：

具有权利要求8的多灯式照明装置，作为上述照明装置；该多灯式照明装置的光出射侧具有复眼透镜对。

11.如权利要求10所述的投射型视频显示装置，其特征在于：

将上述光混合部件的区域分界线的像，导入到上述复眼透镜对的入射侧透镜群中的透镜凹部。

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