CN100559260C - 照明装置以及使用该照明装置的投影图像显示器 - Google Patents

Abstract

一种照明装置，包括两个光源部分(101，102)，一个棒状积分装置(1)，以及用于引导从棒状积分装置出射的光束的中继透镜系统(4)，其中棒状积分装置(1)为柱状光学元件，其具有作为上底的入射端面(130F)以及作为下底的出射端面(130B)。形成此部件的四个侧面中的一对相对侧面彼此平行相对，而其余相对侧面形成楔形面，其中该彼此相对的平面以特定角度倾斜，使得楔形面的相对侧面从入射端面(130F)到出射端面(130B)向后倾斜。来自两个光源部分(101，102)的光会聚到棒状积分装置的入射端面(130F)附近。

Description

照明装置以及使用该照明装置的投影图像显示器

发明领域

本发明涉及照明装置以及使用相同照明装置的投影式图像显示设备。

技术背景

常规地，投影式图像显示设备，作为一种显示大屏幕视频的方法为人们所了解，通过该设备，照射响应视频信号而显示图像的小光阀，并利用投影透镜放大及投映图像。某些光阀使用一种透射型或反射型液晶面板，而某些光阀使用一个数字反射镜器件，该器件是微反射镜的集合体，利用这些器件的投影式图像显示设备已经投入实际应用。以下是常规投影式图像显示设备的描述。

图21为示出使用常规柱形光学元件(自此以下，称“棒状积分装置”(rod integrator))和光阀的投影式图像显示设备的光学系统概念图。在该图中，参考标记2是一盏灯，参考标记3是一个椭圆形凹面镜，参考标记4是一个中继透镜系统，参考标记5是一个场镜，参考标记6是一个透射光阀，参考标记7是一个投影透镜，以及参考标记15是玻璃材质的棒状积分装置。

以下为工作的描述。灯2的光发射中心设置在椭圆形凹面镜3的第一焦点附近。在从灯2发射的光束被椭圆形凹面镜3反射后，光会聚在椭圆形凹面镜3的第二焦点附近。棒状积分装置15的入射面设置在第二焦点附近。入射光的光束在棒状积分装置15的纵向上被侧面适当地完全反射，并通过棒状积分装置15发射。

以下为常规棒状积分装置15的基本工作描述。图22为入射光线工作的顶视图，图23为入射光线工作的侧视图。在这些图中，以角度θ入射的光线，在棒状积分装置15的纵向上被侧面适当地完全反射。光线保持着它的角度透射，并以角度θ出射。因此，例如，如果椭圆形凹面镜3的会聚角的最大值为30°，相应地，光线以30°的最大值从棒状积分装置15出射。

另外，如果入射光线的角度不同，光在棒状积分装置15的纵向上被侧面适当地完全反射的次数就不同。因为这些光在出射面合并，所以即使在入射面存在不均匀的光照分布，光线在出射面也会叠加。这样的一个结果是可能在棒状积分装置15的出射面获得具有高均匀性的照明光束，并具有一种形式，近似等于希望得到的照明范围。注意，然而，因为可以通过更多的反射次数获得更好的均匀性，所以显然应该保证棒状积分装置15有足够的长度。

另外，棒状积分装置15发射的光束通过中继透镜系统4和场镜5照射透射光阀6，其中该中继透镜系统至少由一个透镜构成。基于驱动电路(未示出)输出的电信号，透射光阀6显示图像。透射光阀6显示的图像通过投影透镜7被放大并投射到屏幕(未示出)上。

另外，对这类投影式图像显示设备，具有较强的要求使其投影图像亮度更高，而且已经公开了使用多光源的投影式图像显示设备。例如，在专利文献1中公开了一些方法，在这些方法中，利用诸如光纤的光导装置合成多光源中的发射光束，再如一种方法，光源设置在预定位置，通过反射镜和反射棱镜等合成反射光。

另外，在下面的专利文献2中，只有一个光源，但是在棒状积分装置上形成一个楔形的部分，该楔形部分从入射端面到出射端面的截面不断增大。通过控制楔形部分的楔形角，对于灯发出的会聚光束的平行度，这种结构可以获得希望得到的数值。

为了提高如上所述常规投影式图像显示设备结构中的亮度，采用了一些方法，如提高灯的功耗，使用接近为点光源的灯，例如具有1.3mm或更短电极距的超高压水银灯，并增加光的会聚率来增加亮度。

然而，在使用上述两种方法时，在保持相同的电极距的同时增加功耗，会显著地缩短光源的寿命。另外，保持功耗相同并进一步缩短电极间的距离，同样会导致光源寿命的显著缩短。因此，如专利文献2，在具有单光源的结构中，如何在不缩短光源寿命的情况下进一步增加设备亮度成为课题。

另一方面，在专利文献1中公开的方法是一种合成方法，该方法试图通过使用多光源增加亮度，其中光源部分发射的光线的会聚角保持不变，该光源部分由一个光源和一个椭圆形凹面镜构成。例如，在合成两个光源部分发射的光束时，椭圆形凹面镜发射的具有大约15°的会聚角的光线，将以具有大约30°的最大发散角被合成及发射。

由于该原因，尽管看似可能使用一个会聚透镜，设置在由反射镜或反射棱镜构成的合成部分的后面一级，但当试图用汇聚角为15°的椭圆形凹面镜获得充足的会聚比(condensing ratio)时，椭圆形凹面镜的第一和第二焦点也必须保持足够的距离，且椭圆形凹面镜本身必须很大，而因此存在不能将设备小型化的问题。

另外，目前使用会聚角接近30°的椭圆形凹面镜的情况很普遍，这种情况提出了改善亮度和设备小型化的重要性，然而在同时使用两个这种凹面镜的时候，对应于由反射镜或反射棱镜构成的合成部分所反射的光线的会聚角，发散角的最大值大约为60°，而且将会聚透镜设置在合成部分的后面一级很困难且不切实际。

专利文献2的结构中，出射端面的发散角可以通过利用具有楔形部分的棒状积分装置来控制。然而，在单光源结构中，该技术通过在棒状积分装置的水平和垂直方向形成楔形表面，来在水平和垂直方向控制光束的平行度。也就是说，专利文献2没有公开一种使用双光源时，针对发散角最大值增大的技术。

专利文献1

JP H9-50082A

专利文献2

JP H11-142780A

发明内容

本发明解决上述常规问题，且其中的一个目标是提供一个照明装置以及使用该照明装置的一个投影式图像显示设备，该设备可以获得从多光源部分到被照射区域的高亮度和高均匀性。

为了实现该目标，根据本发明的照明装置配置有一个包括一盏灯和一个凹面镜的光源部分；一个棒状积分装置；以及一个引导棒状积分装置发射的光束的中继透镜系统；其中该棒状积分装置是一个入射端面位于前侧且出射端面位于后侧的柱形光学元件；其中，当出射端面的长侧(long-side)方向为水平方向且短侧(short-side)方向为垂直方向时，柱形光学元件中除去前侧和后侧的四个侧面中，一对相对面形成为楔形表面，楔形表面的侧面之间以预定角度的倾角彼此相对，使得在水平方向或垂直方向的侧面间的距离从入射端面向出射端面增大；其中光源部分发出的光会聚并照射到棒状积分装置的入射端面附近；且其中前述两个光源部分设置在水平方向或垂直方向上；该柱形光学元件中不同于该前侧和该后侧的四个侧面中，一对相对侧面中设置有该侧面彼此平行的部分，另一对相对侧面形成为楔形表面，该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得该楔形表面中的两个侧面间的距离从该入射端面向该出射端面增大；当上述彼此平行的部分的法线方向为第一方向，而垂直于该棒状积分装置的中线且垂直于该第一方向的方向为第二方向时：将两个光源部分设置为使得进入该棒状积分装置的入射端面的光的发散角在该第二方向具有最大值，且该第二方向的最大值大于该第一方向的最大值。

其次，根据本发明的投影式图像显示设备配置有一个包括一盏灯和一个凹面镜的光源部分；一个棒状积分装置；以及一个引导棒状积分装置发射的光束的中继透镜系统；调制由中继透镜系统引导的光束并形成图像的光阀；以及投映光阀形成的图像的投影透镜；其中棒状积分装置是一个入射端面位于前侧且出射端面位于后侧的柱形光学元件；其中，当出射端面的长侧方向为水平方向且短侧为垂直方向时，柱形光学元件中除去前侧和后侧的四个侧面中，一对相对侧面形成为楔形表面，其中楔形表面的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得在水平方向或垂直方向的侧面间的距离从入射端面向出射端面增大；其中光源部分发出的光会聚并照射到棒状积分装置的入射端面附近；且其中前述两个光源部分设置在水平方向或垂直方向上；该柱形光学元件中不同于前侧和后侧的四个侧面中，一对相对侧面设置有该侧面彼此平行的部分，另一对相对侧面形成为楔形表面，该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得该楔形表面中的两个侧面间的距离从该入射端面向该出射端面增大；当上述彼此平行的部分的法线方向为第一方向，而垂直于该棒状积分装置的中线且垂直于该第一方向的方向为第二方向时：将两个光源部分设置为使得进入该棒状积分装置的入射端面的光的发散角在该第二方向具有最大值，且该第二方向的最大值大于该第一方向的最大值。

附图简述

图1为根据本发明实施例1的光学系统概念图的顶视图；

图2为根据本发明一个实施例的棒状积分装置的透视图；

图3A为根据本发明一个实施例的棒状积分装置的顶视图；

图3B为根据本发明一个实施例的棒状积分装置的侧视图；

图4为根据本发明一个实施例的棒状积分装置的顶视图；

图5为根据本发明一个实施例的棒状积分装置的侧视图；

图6为解释确定根据本发明一个实施例的棒状积分装置的长度H的示图；

图7为根据本发明实施例2的光学系统概念图的顶视图；

图8为根据本发明实施例2的光学系统概念图的侧视图；

图9为根据本发明实施例3的光学系统概念图的顶视图；

图10A为根据本发明实施例3的光源部分和合成部分的详细示图；

图10B为根据本发明实施例3的棒状积分装置入射端面的放大示图；

图11为根据本发明实施例4的光学系统概念图的顶视图；

图12为根据本发明实施例4的光源部分和合成部分的详细示图；

图13为示出根据本发明一个实施例的反射镜设置的透视图；

图14A为根据本发明实施例5的投影式图像显示设备的顶视图；

图14B为图14A的侧视图；

图15为根据本发明实施例5的棒状积分装置的透视图；

图16A为根据本发明实施例5的棒状积分装置的顶视图；

图16B包括图16A所示的棒状积分装置的侧视图以及左右侧视图；

图17为根据本发明实施例5，光线入射到棒状积分装置的工作情况的顶视图；

图18为根据本发明实施例5，光线入射到棒状积分装置的工作情况的侧视图；

图19为根据本发明实施例6的光学系统概念图的顶视图；

图20示出会聚效率与入射角之间的关系；

图21为常规投影式图像显示设备的一个例子的光学系统的概念图；

图22为常规棒状积分装置的一个例子的顶视图；

图23为常规棒状积分装置的一个例子的侧视图。

发明详述

借助根据本发明的照明装置或投影式图像显示设备，利用棒状积分装置的一对楔形表面，可以控制出射端面的光发散角，并且当采用两个或更多光源部分时，即使入射端面的发散角在水平方向和垂直方向上是不同的，可以使出射端面的光发散角在水平方向和垂直方向基本相等。由于该原因，可以获得高亮度和高均匀性的光。另外，可能实现设备小型化。

在根据本发明的照明装置和投影式图像显示设备中，优选为在柱形光学元件中除去前侧和后侧的四个侧面中，一对相对侧面中设置有一个部分，其中的所述侧面相互平行，另一对相对面形成为楔形表面，其中所述侧面以预定角度的倾角相对，使得在两个侧面间的距离从入射端面向出射端面增大。利用这种结构，一对平行平面的侧面所反射的光，在入射端面和出射端面的光发散角相同，而一对楔形表面反射的光，在入射端面和出射端面的光发散角不同。当总共使用两个光源部分时，可以使出射端面的光发散角在水平方向和垂直方向基本相等，即使入射端面的光发散角在水平方向和垂直方向上是不同的。

另外，优选为平行于这两个光源部分，另外设置两个光源部分，并在柱形光学元件中除去前侧和后侧的四个侧面中，两对相对面都形成为楔形表面，其中该楔形表面的侧面以预定角度的倾角相对，使得在两个表面间的距离从入射端面向出射端面增大。当总共使用四个光源部分时，利用这种结构可以使出射端面的光发散角在水平方向和垂直方向基本相等，并可能可以使出射端面的光发散角小于入射端面的光发散角。当希望得到高亮度光时这一点尤其有利。

另外，优选为当两个光源部分为第一光源部分和第二光源部分时，照明装置进一步包括一个第一反射体，用于将第一光源部分的光引入棒状积分装置的入射端面，以及一个第二反射体，用于将第二光源部分的光引入棒状积分装置的入射端面。利用这种结构，因为提供了第一反射体和第二反射体，可以在设置两个光源部分时获得较高的自由度。

另外，从棒状积分装置的出射端面发射的光，优选其发散角在水平方向和垂直方向的最大值基本相同。利用该实施例，具有获得高亮度和高均匀性的光的优势。

另外，优选为当一对平行平面上的法线方向为第一方向，而垂直于棒状积分装置的中线且垂直于第一方向的方向为第二方向时，两个光源部分的设置应使进入棒状积分装置的入射端面的光的发散角在第二方向具有最大值，且该第二方向的最大值大于第一方向的最大值；与第二方向最大值相对应的光被棒状积分装置的楔形表面反射，与第一方向最大值相对应的光被棒状积分装置的平行面反射；出射端面的光发散角在第一方向具有最大值，并和入射端面的在第一方向的最大值基本相同，出射端面的发散角在第二方向的最大值小于入射端面的发散角在第二方向的最大值。利用这种结构，当使用棒状积分装置的平行面时，可以控制在入射端面垂直方向上的光发散角保持基本相同，棒状积分装置的楔形表面可用于使出射端面水平方向上的光发散角不同于入射端面水平方向上的光发散角。

另外，优选为第一光源部分和第二光源部分的设置方式为第二光源部分位于第一光源部分的发射方向上。

另外，优选为照明装置进一步包括一个投影透镜，而且两个光源部分的凹面镜的光轴垂直于投影透镜的光轴。利用这种结构，即使安装调整角度改变，光源部分也不会倾斜，因此降低了危害光源寿命的可能性，并增加可靠性。

另外，优选为第一光源部分和第二光源部分的设置方式为，使得第一光源部分的凹面镜的光轴和第二光源部分的凹面镜的光轴不与棒状积分装置的中线相交。利用这种结构，通过设置反射体，可以防止出现未被光线利用的区域。

另外，优选为第一和第二反射体由镀有电介质材料的反射镜或棱镜组成。

另外，优选为，当棒状积分装置的中线与通过凹面镜一个顶点的凹面镜的光轴间夹角为入射角；入射端面上，由凹面镜的有效孔径的最外围区域发射的光束和棒状积分装置的中线形成的角为最大角；且最大角和入射角之间的差为会聚角；入射角小于会聚角。利用这种结构，可以提高设备亮度。

另外，优选为入射角和会聚角的比在最少60％和最多80％的范围内。利用这种结构，可以获得极高的会聚效率。

另外，优选为，根据本发明的投影式图像显示设备配置有一个用于旋转光(turning light)的装置，该装置使棒状积分装置发射的光束围绕棒状积分装置的中线旋转，并依照光阀的设置将光束引入光阀。利用这种结构，由于提供了旋光装置，可以提高光阀的光利用率。

实施例1

首先，利用图1描述根据实施例1的投影式图像显示设备的结构和工作情况。图1为根据实施例1的光学系统概念图的顶视图。

如图1所示，根据本实施例的投影式图像显示设备配置有两个光源部分101和102，一个棒状积分装置1，一个引导棒状积分装置1发射的光束的中继透镜系统4，一个场镜5，一个透射光阀6用于调制中继透镜系统4引导的光束并形成图像，以及一个投影透镜7用于投映光阀6形成的图像。

在图1中应该注意，尽管示出了投影式图像显示设备的一个例子，光束以从两个光源部分101和102到中继透镜系统4的依次传播，这一结构同样可以是一个照明装置并可独立使用。另外，照明装置中可进一步加入一个投影透镜。对于下述实施例，这一点同样适用。

光源部分101和102具有相同的结构并各自配置有一个光源2，以及一个凹面镜3，该凹面镜3是一个会聚光学系统，用于会聚光源2发出的光。一个超高压水银灯，一个金属卤化物灯，一个氙气灯，或一个例如卤素灯的白色灯可以作为光源2。在该图的例子中，凹面镜3为椭圆形凹面镜。另外，棒状积分装置1由具有良好热阻抗的玻璃材料形成。

图2是棒状积分装置1的透视图，图3A是棒状积分装置1的顶视图。图3B包括侧视图以及左右侧视图。如图2所示，棒状积分装置1是一个柱形光学元件，包括一个位于前侧的入射端面130F，一个位于后侧的出射端面130B，以及四个侧面(130T，130U，130L，以及130R)。在彼此相对的侧面中，一个方向上是侧面130T和130U，为平行平面(见图3B)。在另一个方向上，是相对的侧面130L和130R，两个面以预定角度的倾角相对，使两个侧面130L和130R从入射端面130F向出射端面130B逐渐远离(见图3A)。

在本实施例中应该注意，“水平方向”是指出射端面130B的长侧方向(图2中箭头“a”的方向)，“垂直方向”是指出射端面130B的短侧方向(图2中箭头“b”的方向)。下述实施例中，这一点同样适用。

也就是说，从垂直方向上看棒状积分装置1时，一对侧面130T和130U是平行的，然而从水平方向上看时，侧面130R和130L设置为楔形，使之从入射端面130F向出射端面130B逐渐变宽。

在图1中，一对光源部分101和102的两个光源部分，其包括灯2和凹面镜3，设置在水平方向(箭头“a”的方向)。另外，光源部分101和102的灯2的光发射中心位于凹面镜3的第一焦点附近。

光源部分101和102中的每个均设置为与入射端面130F的入射光角成θ，每个灯2发射的光束被凹面镜3反射，然后会聚并照射在入射端面130F附近，也就是凹面镜3的第二焦点。这里，“入射光角”是指棒状积分装置的中线103和凹面镜3的光轴间的夹角，该光轴通过凹面镜3的顶点3a。在如图1所示的例子中，角度θ对应于入射光角。

应该注意，当不同于凹面镜3的反射表面位于入射端面130F和灯2之间时，“与凹面镜3的顶点3a相交的光线”是指经由反射表面与凹面镜3的顶点3a相交，并传播经过中线103和入射端面130F的交点的光束。

如上所述，棒状积分装置1的入射端面130F位于凹面镜3的第二焦点附近。在垂直和水平方向上，入射光束被棒状积分装置1的侧面适当地完全反射，并从棒状积分装置1的出射端面130B发射出。

以下为棒状积分装置1的基本工作的描述。

图4为棒状积分装置1的顶视图，示出入射光线的传播。图5为棒状积分装置1的侧视图，示出入射光线的传播。图4显示入射光线如何以最大角(2θ)进入入射端面130F，接着如何在棒状积分装置1中被反射并从出射端面130B出射。这里，“最大角”是指与进入棒状积分装置1的入射端面130F的光的光源之一对应的最大角。

更具体地，“最大角”是指凹面镜3的有效孔径(图1中有效直径为R)的最外围区域发射的光束，和棒状积分装置1的中线103，在入射端面130F处形成的夹角。在图1所示的例子中，角度θM对应于最大角。

另外，这里的“会聚角”是指最大角减去入射角获得的角。

假定θMAX为最大角，θE为入射角，以及θc为会聚角，上述关系可以在下述公式(1)中设定：

公式(1)θMAX＝θE+θc

在图1所示的例子中，入射角θE和会聚角θc均为θ，而最大角θMAX为2θ。如图4所示，由于被棒状积分装置1的一对楔形表面适当地完全反射，以最大角2θ入射的入射光线，从出射端面130B以不等于最大角2θ的角度θ’出射。

另一方面，在图5中，由于被棒状积分装置1的一对平行侧面适当地完全反射，以θ”入射的入射光线，保持并以与入射角相同的角度θ”出射。

例如在图2和3中，当棒状积分装置1的出射端面的有效水平长度为7.6mm时，楔形角大约为1.63734°，长度为56.18624mm，沿纵向在侧面经过五次反射，并使用具有良好抗热性和良好光学特性的石英(折射率nd＝1.45874)作为棒状积分装置1的玻璃材料，因此图4中最大角2θ为60°的入射光以大约30°出射。另外，在图5中，30°的入射光可以保持为30°角并以此角度透射。

更具体地，如上所述，当每个凹面镜的入射角为30°时，根据公式(1)，凹面镜3的最大角为60°。当两个凹面镜3如图1中的结构所示，设置在水平方向上，光以120°的最大角在棒状积分装置1的出射端面130F入射，但出射端面130B的最大发射角可以被设定为大约60°。

另一方面，当从垂直方向上看时，即使设置两个凹面镜3，入射端面入射光角的最大值也不会和只有一个凹面镜3时不同。最大值为60°，光在平行表面中反射时，保持这个角度透射，并以60°出射。

这样，即使当入射端面130F上，入射棒状积分装置1的入射光角的最大值在水平方向为120°，在垂直方向为60°时，出射端面130B的发射角在水平和垂直方向均可被设定为大约60°。

换句话说，即使当在入射端面130F上，入射光束会聚角在水平方向上的最大值大于垂直方向上的最大值时，出射端面130B上发射光束的发散角也可以被设定为，使得水平方向的最大值和垂直方向上的最大值近似相等。

另外，通过在棒状积分装置1发射部分的附近设置一个由分色镜构成的色轮(图1未示出)就可以得到彩色显示，其中该分色镜至少由允许红、蓝、绿三原色透射的二相色滤色器构成，并且该色轮在时分的基础上旋转从而分离白光。

应该注意，镀在构成色轮的分色镜上的薄膜的特性为，它们通常被认为支持30°的入射角，所以在这种情况下，希望得到的凹面镜3的入射角为30°。

另外，如果光束入射角度不同，在棒状积分装置1的水平方向和垂直方向的各对侧面上，光分别被适当地完全反射的次数也不同。并且因为它们在出射面合并，即使在入射面存在不均匀的照明分布，光线在出射面也会叠加。结果就是，在棒状积分装置1的出射端面130B获得的照明光束，可以具有极高的均匀性，并可以具有近似等同于所希望得到的照明范围的形状。

然而，尽管通常通过更多次反射可以得到更好的均匀性，也必须强调，需要考虑到最大出射角依赖于楔形角和入射光线的反射次数，从而来确定棒状积分装置1的构造。

下述为利用图6确定棒状积分装置1构造的描述。图6为棒状积分装置1的顶视图。在确定棒状积分装置1构造的过程中，尽管将参照公式依次描述细节，也必须确定入射光线在楔形表面130R和130L的反射次数(自此以下称为“反射次数”)，并得到入射端面130F的楔形角θT和水平长度L’，其中在入射端面130F上入射光束具有最大入射角。

另外，需要出射端面130B的水平长度L的值，光源的最大角θMAX，以及棒状积分装置1的折射率nd，但这些参数为常数。这是因为长度L是根据诸如光阀构造的因素来确定，最大角θMAX由每个光源部分的入射角确定，而折射率nd由构成棒状积分装置的材料确定。另外，同样需要发射角θE的值，但是这个值是根据最大角θMAX确定的，所以也是常数。

在图6中，如果在入射端面130F，具有最大角θMAX的入射光折射后立即出射的发射角假定为θ’MAX(度)，根据Snell定律，下述公式(2)是正确的：

公式(2)1×sinθMAX＝nd×sinθ’MAX

另外，如果在出射端面130B，具有最大角θMAX的入射光折射前立即出射的发射角假定为θ’E(度)，在出射端面130B上折射后立即出射的发射角假定为θE(度)，根据Snell定律，下述公式(3)同样是正确的：

公式(3)1×sinθE＝nd×sinθ’E

另外，如图6所示，在以反射面130R和130L的法线为参考设定原始入射角θR1(度)时，可由下述公式(4)表述θR1：

公式(4)θR1＝90-(θ’MAX-θT)

另外，如图6所示，在以反射面130R和130L的法线为参考设定对应于反射次数n(n＝2，3，4，...)的入射角θRn时，可由下述公式(5)表述θRn：

公式(5)θRn＝θR1+2×θT×(n-1)

当从公式(4)和(5)中消去θR1时，可以得到下述公式(6)：

公式(6)θRn＝90-(θ’MAX-θT)+2×θT×(n-1)

另一方面，在出射端面130B折射前的反射角θ’E由下述公式(7)表达：

公式(7)θ’E＝90-θRn-θT

通过变换公式(7)可以得到下述公式(8)：

公式(8)θRn＝90-θT-θ’E

因为在公式(6)和(8)中θRn相等，可以得到下述公式(9)，能够得到θT：

公式(9)θT＝(θ’MAX-θ’E)/2n

另一方面，紧记，公知的是，在照明光学系统的前后，照明区域的表面积和照明光立体角的乘积为常数，由于类似地，棒状积分装置1的出射面的表面积和照明光发射角的乘积等于透射光阀6的表面积和照明光立体角的乘积，因此入射端面130F水平方向的长度L’(mm)可以表示为如下形式。

π×L’×V×sinθMAX×sinθV＝π×L×V×sinθE×sinθV

注意到V(mm)是棒状积分装置垂直方向上的长度，θV(度)是垂直方向的最大入射角，而L(mm)是出射端面130B水平方向上的长度。

基于这一关系，L’可以利用下述公式(10)确定：

公式(10)L’＝L ×sinθE/sinθMAX

这样，通过确定楔形角θT和入射端面130F在水平方向的长度L’，可以通过下述公式(11)确定棒状积分装置1纵向的长度H(mm)：

公式(11)H＝(L-L’)/2tanθT

如上所述，如果确定长度L，反射次数n，最大角θMAX，以及发射角θE，可能得到长度L’，楔形角θT，和纵向的长度H，并因而可以确定棒状积分装置1的构造。

需要注意，关于如上所述的棒状积分装置1的构造，可以通过取代上述公式中希望得到的数值得到理论值。然而，当考虑到凹面镜3的椭圆形状，灯2的管状，灯的光分布特性，以及弧光的强度分布时，要求调整长度H的理论值。

另外，计算值具有公差范围。公式(9)中的θT(度)优选在下述范围内：

[(θ’MAX-θ’)/2n]-1≤θT≤[(θ’MAX-θ’)/2n]+1

另外，θT(度)优选在：计算值的±5’(分)的范围内。在此范围内，结果可能处于磨光的公差内。

下述为对使用上述公式的计算例子的描述。例如，目前较为普遍地使用具有大约30°会聚角(入射角)的椭圆凹面镜，这对于改善亮度和小型化具有重要性。由于这个原因，根据计算例子，棒状积分装置1使用了两个椭圆形凹面镜。在此情况下，根据公式(1)的最大角θMAX为60°。假设发射角θE的所需的值为30°，基于公式(2)至(9)得到1.63734°的楔形角θT。

另一方面，假设，依照光阀的尺寸，出射端面130B在水平方向的侧面长度L为7.6mm，基于公式(10)，可以确定入射端面130F的长度L’为4.38786mm。

另外，基于公式(11)，可能确定长度H为56.1862490mm。

然而，注意到这是在以5作为反射次数，棒状积分装置1的折射率nd为1.45874的情况下计算出来的。

下列表格示出反射次数n和最大角θMAX变化时，楔形角θT，长度L’，以及长度H的变化。表1示出由θMAX和反射次数n计算的楔形角θT的结果。表2示出由θMAX和出射端面长度L计算的入射端面130F的长度L’的结果。表3示出利用楔形角θT，出射端面130B的长度L，以及入射端面130F的长度L’，改变反射次数n和最大角θMAX而计算的长度H的结果。

在这些计算中，棒状积分装置1的nd为1.45874，出射端面130B的发射角θE为30°。

表1

表2

表3

这样确定的棒状积分装置1发出的光束通过中继透镜系统4和场镜5照射透射光阀6，其中该中继透镜系统至少由一个透镜构成。

基于驱动电路(未示出)输出的电信号，透射光阀6显示图像。显示在透射光阀6上的图像被投影透镜7放大并被透射到屏幕(未示出)上。

利用本实施例，当出射端面130B垂直方向的光发散角保持近似等于入射端面130F垂直方向的光发散角时(见图5)，可以控制出射端面130B水平方向的光发散角不同于入射端面130F水平方向的光发散角(最大角)(见图4)。

这样，例如，关于相对中线103在入射端面130F具有60°最大角(图4中2θ)，以及相对于中线103在垂直方向具有30°发散角(见图5中θ”)的光，可以将出射端面130B水平方向的光发散角(图4中θ’)和垂直方向的光发散角(图5中θ”)设定为相等的30°。

因此，使用两个光源时，出射端面130B发射的光发散角在水平方向具有一个最大角，在垂直方向具有一个最大角，二者同为60°，而且可以获得高亮度和高均匀性的光。关于亮度，可以获得的亮度大约为使用单光源部分获得的亮度1.7到1.8倍。另外，交替使用单光源部分，直到每个光源部分的光源耗尽为止的时间增加，而因此对比使用单光源的设备，可以获得大约两倍的光源寿命。

需要注意，本实施例是通过利用投影式图像显示设备的一个例子来描述的，但如果使用一种设备，其在光传播的方向上至少配置从光源2到中继透镜系统4的结构作为照明装置，可以获得一种照明装置，能够发出具有高亮度和高均匀性的光。

实施例2

图7为根据实施例2的投影式图像显示设备光学系统的概念图。和图1所示的根据实施例1的投影式图像显示设备具有相同结构的部分，使用相同的参考标记，这里省略这些部分的详细描述。对比图1所示的结构，图7所示的结构中，两个光源部分101和102的设置方式不同，并配置有第一反射体48和第二反射体49。

在本实施例中，组合棱镜(synthesizing prism)48和49用作为第一和第二反射体。组合棱镜48和49由具有极高热阻抗的玻璃材料形成，且它们的反射表面镀有具有极高反射比的多层电介质薄膜。

同样可能使用镀有多层电介质薄膜的反射镜。然而，当使用沉积铝或银的反射镜或棱镜时，必须在合成部分之前插入一个滤光片以滤掉紫外光。

第一反射体48将光源部分102发出的光引入棒状积分装置1的入射端面130F，第二反射体49将光源部分101发出的光引入棒状积分装置1的入射端面130F。当从上面看时，第一反射体48和第二反射体49的设置使其形成“＞”形，开口朝向与棒状积分装置1的入射端面130F相反的一侧(当从入射端面130F看时其基本为V形)。通过这种设置方式，第一反射体48和第二反射体49的反射表面的倾角为最大角的一半。

在本实施例中，通过使用第一反射体48和第二反射体49，在设置光源部分101和102时具有更高的自由度，而且在图7的例子中，光源部分101和102在水平方向设置为彼此相对。也就是说，光源2和凹面镜3在水平方向彼此相对。光源2发射的光束被凹面镜3反射，接着分别被第一反射体48和第二反射体49反射。反射光以角度θ会聚和照射在入射端面130F附近，也就是说，在凹面镜3的第二焦点附近，其中该角度θ相对于棒状积分装置1的中线103相等。

图8为根据本实施例的光学系统概念图的侧视图。虚线部分示出在根据屏幕(未示出)位置的仰角方向而调整装配调整角9的状况。通常，当光源在光轴方向倾斜时，受热和其它因素的影响，光源寿命会缩短。在本实施例中，由于两个光源部分101和102的凹面镜3的光轴以及投影透镜7的光轴垂直设置，因此在改变装配调整角9时光源部分的光轴不会倾斜。

这样，利用本实施例，即使当光源2和凹面镜3绕它们的光轴以装配调整角9的角度旋转时，光轴位置也不会改变，并且在此特定结构(specification)中水平光可以延伸而不会改变。由于该原因，即使设备本身倾斜安装，危害光源寿命的几率也极小，并可以得到高可靠性的设备。

实施例3

图9为根据实施例3的投影式图像显示设备光学系统的概念图。和图1所示的根据实施例1的投影式图像显示设备具有相同结构的部分，使用相同的参考标记，这里省略这些部分的详细描述。注意，然而，光源部分101和102显示为更实际的物体，而凹面镜3以横截面形式显示(下述图相同)。

对比图1所示的结构，图9所示的结构中的两个光源部分101和102的设置方式不同，并配置有合成反射镜61(第一反射体)和合成反射镜62(第二反射体)。例如，合成反射镜61和62为镀有多层电介质薄膜的反射镜。

另外，棒状积分装置1自身的结构和实施例1相同，但是对比实施例1的设置，本实施例的棒状积分装置1绕中心轴103旋转90°。

因此，在将实施例1中描述的“垂直方向”和“水平方向”的定义应用于实施例3时，图9纸面中的水平方向为“垂直方向”，而垂直纸面的方向为“水平方向”。

光源2和凹面镜3在垂直方向彼此相对。另外，合成反射镜61和62的反射面分别朝向灯2。另外，合成反射镜61和62的反射面在垂直方向分别倾斜45°，且合成反射镜61和合成反射镜62的倾斜方向相反。这样，灯2发出的光束被合成反射镜61的反射面和合成反射镜62的反射面旋转90°，并被引入棒状积分装置1的入射端面130F。

另外，合成反射镜61的反射面在水平方向倾斜15°(图9中箭头“c”的方向)，该角度为凹面镜3的会聚角的一半，合成反射镜62的反射面在水平方向倾斜15°(图9中箭头“d”的方向)，该角度为凹面镜3的会聚角的一半。

图10A示出从棒状积分装置1的出射端面130B一侧看去的图9所示的设备。如该图所示，光源部分101和102的设置使光源部分101的凹面镜3的光轴和光源部分102的凹面镜3的光轴不与棒状积分装置1的中线103相交。也就是说，两光轴分离以使其平行，而且两光轴都不与棒状积分装置1的中线103相交。合成反射镜61和62的设置与光源部分101和102的设置相对应。

图10B为示出棒状积分装置1的入射端面130F附近区域的侧视图。以及图13是合成反射镜61和62的设置的例子的透视图，显示该图为了便于理解合成反射镜61和62的设置。利用这些图，很明显地，光源部分101和102发出的光束是被合成反射镜61和62的倾斜表面反射。

由于合成反射镜61和62的反射表面的倾斜，以及在合成反射镜61和62的左边和右边，两个灯2在水平方向的位移，灯2发出的光被合成反射镜61和62反射，并以入射角θ(30°)会聚并照射在入射端面130F附近，也就是说，在凹面镜3的第二焦点附近，其中该角度θ相对于棒状积分装置1的中线103相等。

在此情况下，分别来自凹面镜3的最大角2θ(60°)的光入射到入射端面130F，使得最大角120°的光入射棒状积分装置1的入射端面130F。由于本实施例中的棒状积分装置1的楔形表面设置在水平方向，最大角120°的光被楔形表面反射，使得可能以与实施例1相同的方式，将出射端面130B处的最大发射角控制在大约60°。

如上所述，在本实施例中，光源部分101和102的设置使光源部分101的凹面镜3的光轴和光源部分102的凹面镜3的光轴不与棒状积分装置1的中线103相交，而合成反射镜61和62的设置与此相应。这样消除了实施例2中合成棱镜产生的不被光线利用的区域(图7中阴影区域)，并因此可以获得能够提供具有更高亮度和更高均匀性的图像的设备。

另外，通过将两个光源部分的凹面镜的光轴与投影棱镜的光轴垂直设置，即使在设备倾斜安装时，也会降低光源损坏的危险，而且像实施例2一样，可以获得较高的可靠性。

实施例4

图11为根据实施例4的投影式图像显示设备光学系统的概念图。和图1所示的根据实施例1的投影式图像显示设备具有相同结构的部分，使用相同的参考标记，这里省略这些部分的详细描述。图12示出从棒状积分装置1的出射端面130B一侧看去的图11所示的设备。如图11和12所示，按光束传播顺序，从光源2到棒状积分装置1的结构和实施例4相同。

如图11所示，棒状积分装置1发射的光束通过一个色轮11，一个至少由一个透镜构成的中继透镜系统4，一个全反射镜12，一个场镜5，以及一个全反射棱镜13，而照射在反射光阀14上。光阀14发射形成光学图像的调制光。光阀14发出的光束通过全反射棱镜13到达投影透镜7，而投影透镜7投影光阀14形成的光学图像。

通过将色轮11设置在棒状积分装置1的出射端面130B附近，可以形成彩色显示。色轮11由分色镜构成，分色镜至少允许红、蓝、绿三原色透射，该色轮在时分的基础上旋转并将白光分离。用于镀在构成色轮11的分色镜上的薄膜的特性是，它们通常认为支持形成30°的入射角，使得在此情况下，希望得到的入射角为30°。

全反射镜12和全反射棱镜13构成为用于旋转光的装置，并以下面的形式设置，使得从棒状积分装置的中线103方向看去时，棒状积分装置1发射的光束以中线103为中心旋转。确定旋转角度使其与反射光阀14的设置相匹配，而且在图11的例子中为90°。

利用这种结构，棒状积分装置1的出射端面130B发射的照明光，在被旋转90°的情况下照射反射光阀14。可以通过将全反射棱镜13与空气的边界角(the angle of the boundary with the atmosphere)以及全反射镜12的角度设定为希望得到的角度来调整旋转角，其中全反射棱镜13利用全反射将光束引入反射光阀14。

这样配置的用于旋转光的装置提高了会聚率。例如，尽管在使反射光阀14具有足够的表面积方面没有问题，也就是说，可以确保棒状积分装置1的出射面的短侧具有足够的长度，但为了使装置小型化，光阀也需要小型化，而且例如在使用对角线长度为17.78mm的反射光阀，使照明光的会聚角适于F值(F-number)为2时，必须使棒状积分装置1的出射面的短侧长度约为6mm。在此情况下，基于大约6mm的出射面的短侧长度，使用楔形角进一步缩短了入射面长度并降低了会聚率。

为解决此问题，通过在棒状积分装置的长侧长度上设置楔形角并提高会聚率，并且通过装备一种结构，在该结构中全反射镜12和全反射棱镜13旋转照明光以使与反射光阀的设置相匹配，从而可以较大地提高反射光阀的光利用率，并获得具有更高亮度和均匀性的照明装置，同时可以获得配置有该照明装置的投影式图像显示设备。

注意，然而，众所周知，在照明光学系统的前面以及后面，照明区域表面积和照明光立体角的乘积为常数，棒状积分装置1出射面的表面积和照明光发射角的乘积，当然等于透射光阀14的表面积和照明光立体角的乘积。

另外，如图12所示，如实施例3，光源部分101和102的设置使得光源部分101的凹面镜3的光轴和光源部分102的凹面镜3的光轴不与棒状积分装置1的中线103相交，而合成反射镜61和62的设置与此相对应。这使得可以获得具有更高亮度和更高均匀性的图像。

当棒状积分装置绕中线103旋转，并以本实施例中的方式设置时，两个左和右灯2的设置也依照旋转角而改变。甚至在此情况下，如果在保持位置关系的同时，图12所示的光源部分101和102以及合成反射镜61和62绕中线103旋转，也可以提供上述旋转棒状积分装置的设置。

另外，反射光阀14由数字反射镜器件构成，并且基于驱动电路(未示出)输出的电信号显示图像，其中该反射镜器件为微反射镜的集合。反射光阀14显示的图像通过全反射棱镜13和投影透镜7被放大并投影到屏幕(未示出)上。

实施例5

上述实施例的每一个都具有两个光源部分，但是实施例5是一个使用了四个光源部分的例子。图14A为根据实施例5的投影式图像显示设备的顶视图，图14B为侧视图。

根据本实施例的投影式图像显示设备配置有四个光源部分201到204，一个棒状积分装置20，一个引导棒状积分装置20发射的光束的中继透镜系统4，一个场镜5，一个透射光阀6用于调制中继透镜系统4发出的光束并形成图像，以及一个投影透镜7投映光阀6形成的图像。参考标记206表示棒状积分装置20的中线。

光源部分201到204具有相同的结构并分别配置有一个光源200，以及作为会聚光学系统的凹面镜205，其用于会聚光源2发出的光。对比图1所示的结构，光源部分的数目是不同的，但是每个光源部分的结构和图1中的光源部分是相同的。

图15为棒状积分装置20的透视图，而图16A为顶视图，图16B包括侧视图以及左右侧视图。如图15所示，棒状积分装置20是一个柱形光学元件，包括一个位于前侧的入射端面230F，一个位于后侧的出射端面230B，以及四个侧面(230T，230U，230L，以及230R)。

对比图2所示的上述实施例的棒状积分装置1，在两对相对侧面中，只有一对侧面130L和130R，形成为楔形表面，而在本实施例中，两对侧面都形成为楔形表面。

也就是说，相对的侧面230L和230R以预定角度的倾角相对，使两个侧面230L和230R从入射端面230F向出射端面230B逐渐远离(见图16A)。这对于相对的表面230T和230U来说同样适用(见图16B)。

如上所述，棒状积分装置20的入射端面230F设置在凹面镜205的第二焦点附近，入射光在棒状积分装置20的垂直方向和水平方向被适当地完全反射，并从棒状积分装置20的出射端面230B出射。

在图14A中，两个光源部分201和202组成的一对设置在水平方向(箭头“a”的方向)。在此情况下，两个光源部分203和204组成的一对以同样方式设置在纸面之后。另外，在图14B中，两个光源部分201和203组成的一对设置在垂直方向(箭头“b”的方向)。在此情况下，两个光源部分202和204组成的一对以同样方式设置在纸面之后。

在本实施例中，存在四个光源部分，两个设置在水平方向，两个设置在垂直方向。

也就是说，实施例5的光源部分的结构，具有两个设置在水平方向或垂直方向的光源部分，以及另两个与其平行设置的光源部分。在本实施例5中，光源部分依照两对楔形表面而设置，且一共存在四个光源部分。

以下为棒状积分装置20的基本工作的描述。图17为棒状积分装置20的顶视图，示出入射光线的传播。图18为棒状积分装置20的侧视图，示出入射光线的传播。

图17示出入射光线如何以最大角(2θ)入射至入射端面230F，接着在棒状积分装置20内部反射，并从出射端面230B出射。如图17所示，由于被棒状积分装置20的楔形表面230L和230R适当地完全反射，最大角2θ的入射光线从出射端面230B以θ’出射，其中θ’不同于最大角2θ。

在图18中这种情况也是相同的。最大角2θ的入射光线从出射端面230B以θ’出射，由于被棒状积分装置20的楔形表面230T和230U适当地完全反射，因此θ’不同于最大角2θ。

换句话说，利用本实施例，水平方向的2θ角的入射光线和垂直方向的2θ角的入射光线均从出射端面230B以θ’出射。

由于本实施例具有总共多达四个光源部分，如上所述在水平方向和垂直方向，可以使出射端面的光发散角小于入射端面的光发散角，在要求得到极高亮度的光时，这一点是有利的。

实施例6

利用例子描述了实施例1，其中入射棒状积分装置1的光的入射角和会聚角相等，但在实施例6中，入射角小于会聚角。

图19为根据实施例6的光学系统概念图的顶视图。除了入射角与会聚角的关系，此图示出的结构与图1所示的实施例1的结构相同，因此使用和图1中一样的参考标记，并省略每一部分的深入描述。

在图19中，θE为入射角，θC为会聚角。在此图的结构中，入射角θE小于会聚角θC。

本实施例中，图4中入射端面130F的2θ为θE+θC，在出射端面130B变成θ’，和实施例1相似，θ’不同于入射端面130F的角度。另外，如图5所示，同样地，将入射角θ”保持并透射，然后出射。

例如，最大角θE+θC为51°(θE＝21°)的入射光以大约30°的发射角θ’出射。在此情况下，棒状积分装置1出射面的有效水平长度设为7.5mm，楔形角约为1.51848°，长度为50.4485mm，在纵向侧面上的反射次数为4，且将具有良好热阻抗和光学特性的石英(折射率nd＝1.45859)用作为棒状积分装置1的玻璃材料。另外，当图5中的入射角θ”为30°时，光保持这个角度透射，并以30°角出射。

下表4示出不同入射角下，楔形角θT、入射面长度L’、棒状积分装置长度M、以及会聚效率标准化为最大值1的计算值。棒状积分装置出射面的有效长度为7.5mm的有效水平长度、以及5.8mm的有效垂直长度，并在计算会聚效率值时使用一个基本理想的中继透镜系统。另外，反射次数设定为3、4、和5。

在表4的例子中，会聚角θC固定为30°，入射角θE从15°到30°以3度为增量改变。除了在入射角θE为30°时，二者之间的关系为入射角小于会聚角。表4中字母E为会聚率。使用评估照明光学系统的模拟软件计算会聚率，其中将光学器件诸如光源、透镜和反射镜等建模，以确定希望到达屏幕的光线量，其中将光源发射的光线投影到该屏幕上。对应于棒状积分装置中的反射次数的每一组设置，表4所示的数值标准化为最大值1。

表4

图20利用表4的数值，示出会聚率和入射角的关系。水平轴θ为入射角，垂直轴E为会聚率。

在图19中，当水平轴上的θ为30°时，会聚角也为30°，但是其他情况下，入射角θ小于会聚角。图20中可以看出，在水平轴上的θ＝30°时会聚率最小，在此情况下入射角和会聚角相等，当入射角设定为θ＝21°时获得最大值，为会聚角的70％。

换句话说，根据表4和图20，明显地，当入射角小于会聚角时，可以提高设备亮度。在此情况下，当入射角θ和会聚角的比值在最小60％(θ＝18°)和最大80％(θ＝24°)的范围内时，汇聚率显示出特别优异的数值。

需要注意，尽管这里描述的是用于使用两个光源的情况，它同样也适用于使用四个光源的结构，如实施例5。

另外，在上述实施例的结构中，棒状积分装置1的一对相对侧面为平行平面，另一对相对侧面为以预定倾斜角度彼此相对的平面，棒状积分装置1设置为使得一对相对侧面的至少一部分为平行平面形成，以及另一对相对侧面的至少一部分为以预定倾斜角度彼此相对的平面形成。这是因为发射角可以变窄为希望得到的角度，并且可以通过使光束在以预定倾斜角度彼此相对的一对平面间反射，获得均匀照明。这一方面同样适用于实施例1至实施例5。

另外，在制造时必须抛光棒状积分装置的出射端面130B。然而，在抛光过程中，棒状积分装置1的端部，也就是出射端面130B的四个边缘和四个角，有时会碎裂。碎片部分尺寸可能为0.1mm或更大。

照明均匀性会受到出射端面130B碎片的负面影响，在照明中可能出现不均匀。

由于此原因，优选为，利用在棒状积分装置的四边的所需标准长度L上附加有额外长度的长度L1，来确定棒状积分装置的形状。这样，可以防止由出射端面130B的四个边缘和四个角的碎裂产生的影响负面影响照明均匀性。附加长度在例如直到0.2mm的范围内。这一点同样适用于实施例1至实施例5。

另外，通过利用玻璃材料的例子来描述上述实施例中的棒状积分装置，但它同样可能是中空的柱形光学元件，并具有由反射镜形成的四个内壁表面。此结构中的入射光束同样被内壁表面的反射镜适当地完全反射。

工业应用

如上所述，利用本发明，因为可以控制出射端面水平方向的光发散角使得不同于入射端面水平方向的光发散角，因此可以获得具有高亮度和高均匀性的光。由于此原因，在装配有棒状积分装置的照明装置和投影式图像显示设备中，本发明是很有益的。

Claims (17)

1、一种照明装置，包括：

包括一盏灯和一个凹面镜的光源部分；

棒状积分装置；以及

引导从该棒状积分装置发射的光束的中继透镜系统；

其中该棒状积分装置是一个柱形光学元件，具有一个位于前侧的入射端面以及一个位于后侧的出射端面；

其中，在该出射端面的长侧方向为水平方向且短侧方向为垂直方向时：

该柱形光学元件中不同于前侧和后侧的四个侧面中，一对相对侧面形成为楔形表面，在该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得在水平方向或垂直方向上，该楔形表面中的侧面间的距离从该入射端面向该出射端面增大；

其中该光源部分发出的光会聚并照射在该棒状积分装置的入射端面附近；以及

其中两个所述光源部分设置在水平方向或垂直方向；

该柱形光学元件中不同于该前侧和该后侧的四个侧面中，一对相对侧面中设置有该侧面彼此平行的部分，另一对相对侧面形成为楔形表面，该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得该楔形表面中的两个侧面间的距离从该入射端面向该出射端面增大；

当上述彼此平行的部分的法线方向为第一方向，而垂直于该棒状积分装置的中线且垂直于该第一方向的方向为第二方向时：

将两个光源部分设置为使得进入该棒状积分装置的入射端面的光的发散角在该第二方向具有最大值，且该第二方向的最大值大于该第一方向的最大值。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，该柱形光学元件中不同于该前侧和该后侧的四个侧面中，在该出射端面的短侧方向的相对侧面对中设置有该侧面彼此平行的部分，且在该出射端面的长侧方向的相对侧面对形成为楔形表面，该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得该楔形表面中的两个侧面间的距离从该入射端面向该出射端面增大。

3、根据权利要求1所述的照明装置，当所述两个光源部分为第一光源部分和第二光源部分时，进一步包括：第一反射体，用于将该第一光源部分发出的光引导至该棒状积分装置的入射端面；以及第二反射体，用于将该第二光源部分发出的光引导至该棒状积分装置的入射端面。

4、根据权利要求1所述的照明装置，其中从该棒状积分装置的出射端面发射的光的发散角，在水平方向的最大值和垂直方向的最大值基本相等。

5、根据权利要求3所述的照明装置，其中该第一光源部分和该第二光源部分设置为使得该第二光源部分位于该第一光源部分的发射方向上。

6、根据权利要求5所述的照明装置，进一步包括一个投影透镜，其中两个该光源部分的凹面镜的光轴与该投影透镜的光轴垂直。

7、根据权利要求5所述的照明装置，其中该第一光源部分和该第二光源部分设置为使得该第一光源部分的凹面镜的光轴和该第二光源部分的凹面镜的光轴不与该棒状积分装置的中线相交。

8、根据权利要求1所述的照明装置；

其中，当该棒状积分装置的中线与通过所述凹面镜一个顶点的该凹面镜的光轴间的角为入射角时；

由该凹面镜的有效孔径的最外围区域所发射的光束和穿过该凹面镜顶点的该凹面镜的光轴形成的角为会聚角；则：

该入射角小于该会聚角。

9、根据权利要求8所述的照明装置，其中该入射角和该会聚角的比值在最小60％和最大80％的范围内。

10、一个投影式图像显示设备，包括：

包括一盏灯和一个凹面镜的光源部分；

棒状积分装置；

引导从该棒状积分装置发射的光束的中继透镜系统；

调制由该中继透镜系统引导的光束并形成图像的光阀；以及

投映该光阀形成的图像的投影透镜；

其中该棒状积分装置是一个柱形光学元件，具有一个位于前侧的入射端面以及一个位于后侧的出射端面；

其中，当该出射端面的长侧方向为水平方向且短侧方向为垂直方向时：

该柱形光学元件中不同于该前侧和后侧的四个侧面中，一对相对侧面形成为楔形表面，该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得该楔形表面中的侧面之间在水平方向或垂直方向的距离从该入射端面向该出射端面增大；

其中该光源部分发出的光会聚并照射到该棒状积分装置的入射端面附近；以及

其中所述两个光源部分设置在水平方向或垂直方向上；

该柱形光学元件中不同于前侧和后侧的四个侧面中，一对相对侧面设置有该侧面彼此平行的部分，另一对相对侧面形成为楔形表面，该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得该楔形表面中的两个侧面间的距离从该入射端面向该出射端面增大；

当上述彼此平行的部分的法线方向为第一方向，而垂直于该棒状积分装置的中线且垂直于该第一方向的方向为第二方向时：

将两个光源部分设置为使得进入该棒状积分装置的入射端面的光的发散角在该第二方向具有最大值，且该第二方向的最大值大于该第一方向的最大值。

11、根据权利要求10所述的投影式图像显示设备，其中，该柱形光学元件中不同于该前侧和该后侧的四个侧面中，在该出射端面的短侧方向的相对侧面对中设置有该侧面彼此平行的部分，且在该出射端面的长侧方向的相对侧面对形成为楔形表面，该楔形表面中的侧面以预定角度的倾角彼此相对，使得该楔形表面中的两个侧面间的距离从该入射端面向该出射端面增大。

12、根据权利要求10所述的投影式图像显示设备，当所述两个光源部分为第一光源部分和第二光源部分时，进一步包括，第一反射体，用于将该第一光源部分发出的光引导至该棒状积分装置的入射端面，以及第二反射体，用于将该第二光源部分发出的光引导至该棒状积分装置的入射端面。

13、根据权利要求12所述的投影式图像显示设备，其中该第一光源部分和该第二光源部分设置为使得该第二光源部分位于该第一光源部分的发射方向上。

14、根据权利要求13所述的投影式图像显示设备，进一步包括一个投影透镜，其中所述两个光源部分的凹面镜的光轴与所述投影透镜的光轴垂直。

15、根据权利要求13所述的投影式图像显示设备，其中所述第一光源部分和所述第二光源部分设置为使得该第一光源部分的凹面镜的光轴和该第二光源部分的凹面镜的光轴不与该棒状积分装置的中线相交。

16、根据权利要求10所述的投影式图像显示设备，

其中，当该棒状积分装置的中线与通过该凹面镜顶点的该凹面镜光轴间的角为入射角时；

由该凹面镜的有效孔径的最外围区域所发射的光束和穿过该凹面镜顶点的该凹面镜的光轴形成的角为会聚角；则：

该入射角小于该会聚角。

17、根据权利要求10所述的投影式图像显示设备，包括一个用于旋转光的装置，该装置使从该棒状积分装置发射的光束旋转，并依照该光阀的设置将光束引导至该光阀。

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