CN104885008A - 投影型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供即使在被照射非常强的光的光学系统中也适于安装的棒状透镜和安装有该棒状透镜的投影型影像显示装置的结构。本发明是一种投影型影像显示装置，具备入射来自所述光源的白色光且射出照度均匀分散的光的截面为方形的棒状透镜，所述棒状透镜具备：仅一对棒(31、32)，通过将所述棒状透镜以在其方形截面的长边上分为两个的方式沿光轴分割而形成，且在相互对置的面的周边的一部分上形成了薄膜；以及盖部(40)，覆盖所述一对棒的外周，将该一对棒保持为由在相互对置的面上形成的所述薄膜稍微分隔地对置，且在所述棒状透镜的入射侧和射出侧形成有开口部。

Description

投影型影像显示装置

技术领域

本发明涉及投影型影像显示装置，特别是涉及被配置在从其光源部至液晶显示元件之间的光学元件。

背景技术

投影型影像显示装置已经通过以下的专利文献1等已知，该投影型影像显示装置对来自光源的白色光进行聚光而形成发光面，在该发光面的附近配置旋转型滤色器，对来自该滤色器的射出光进行聚光并入射至一个光调制元件，将由该光调制元件形成的图像通过投射透镜而投射到屏幕上。此外，在该投影型影像显示装置(或液晶显示装置)中，为了使来自光源的光高效地照射到显示面板的显示区域上，采用截面形状为与显示面板的显示区域相似形状的方形的棒状透镜，使其光源部至影像显示元件的光程长度短，为了实现装置整体的小型化，将棒状透镜由以其光轴为中心而分割为多个(4个)的分割棒的集合体构成，这也已经通过以下的专利文献2而已知。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特许第4716528号

专利文献2：特开平9－222603号公报

发明内容

发明要解决的课题

即，为了在棒状透镜中得到充分的照度分布的效果，需要使其长度相对于截面形状的一边成为规定的值的倍数，因此，在由于采用大型的显示面板等而棒状透镜的截面变大的情况下，其长度也变大，因此，存在装置整体大型化的问题，但根据上述专利文献2中公开的由4个分割棒的集合体构成的棒状透镜，不会使其长度变大而能够实现装置整体的小型化，但是，如以下也叙述的那样，其中针对投影型影像显示装置、尤其是伴随着大量的发热的光学系统中的安装构造，没有进行充分的考虑。

因此，本发明鉴于基于上述的现有技术的投影型影像显示装置而完成，其目的在于，提供实际上适于安装在投影型影像显示装置中的棒状透镜和安装有该棒状透镜的投影型影像显示装置的结构。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，根据本发明，提供一种投影型影像显示装置，具备：光源，放射白色光；截面为方形的棒状透镜，入射来自所述光源的白色光且射出照度均匀分散的光；光调制元件，配置在所述棒状透镜的射出面的附近，将从该棒状透镜射出的光作为入射光而根据图像信号进行调制，形成显示影像；以及投射透镜，对由所述光调制元件调制后的显示影像进行放大投射，该投影型影像显示装置的特征在于，所述棒状透镜具备：仅一对棒，将所述棒状透镜以在其方形截面的长边上分为二个的方式沿光轴分割而形成，且在相互对置的面的周边的一部分上形成了薄膜；以及盖部，覆盖所述一对棒的外周，将该一对棒保持为由形成在相互对置的面上的所述薄膜稍微分隔而对置，且在所述棒状透镜的入射侧和射出侧形成有开口部。

发明效果

根据上述的本发明，发挥以下优异的效果：提供即使在近年的伴随着光源的发光强度的增大而被照射非常强的光的光学系统中也适于安装的棒状透镜和安装有该棒状透镜的投影型影像显示装置的结构。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的投影型影像显示装置的主要部分结构的一例的俯视以及侧视图。

图2是包含表示上述投影型影像显示装置中的棒状透镜部的详细构造的部分截面的立体图。

图3是表示构成上述棒状透镜部的一对棒的构造的主视、侧视、后视图。

图4是包含上述一对棒的接合部分的部分放大立体图。

图5是表示上述棒状透镜部和对其进行保持的盖部之间的位置关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的一实施方式。

首先，图1是表示本发明的一实施方式的投影型影像显示装置的主要部分结构的一例的俯视图(图1(A))、以及侧视图(图1(B))，在此，在各图中，导入本地右手直角坐标系。即，在图1(A)中，将多重反射元件(棒状透镜)的长度方向设为Z轴，在与该Z轴正交的面内将与纸面平行的轴设为X轴，并且将从该纸面内向外的轴设为Y轴。此外，在图1(B)中，在与上述Z轴正交的面内将与所述纸面平行的轴设为Y轴，并且将从该纸面外向内的轴设为X轴。即，图1(A)是从Y轴方向观看投影型影像显示装置的俯视图，并且图1(B)是从X轴方向观看投影型影像显示装置的侧视图。

在这些图中，放电灯1和反射器2构成用于放射白色光的光源。另外，作为放电灯1，例如能够使用超高压水银灯等。即，超高压水银灯高效地放射白色光，且其亮度(强度)非常高，其放射光能够通过作为聚光性优异的反射器2的镜面而高效地聚光。更具体而言，该反射器2由将具有第一焦点(短焦点)和第二焦点(长焦点)的椭圆(但是为半圆)旋转而成的椭圆旋转面构成，在其内表面上，形成有透射红外线且高效地反射可见光的电介质的多层膜，将从配置在第一焦点(短焦点)上的放电灯1放射的光之中的可见光分量向第二焦点(长焦点)进行反射。

此外，在上述的光源的Z轴方向的后方，配置有作为聚光光学元件的多重反射元件即棒状透镜3，从上述放电灯1射出的光被反射器2捕获并聚光，入射至棒状透镜3。关于该棒状透镜3，其结构在以下详述，但其入射面(图的左端部)配置在上述椭圆面镜2的第二焦点(长焦点)、即由反射器反射的可见光分量聚光的位置的附近，且其射出面成为在X轴方向上长且在Y轴方向上短的形状，其长宽比被设定为与以下叙述的作为光调制元件的反射型影像显示元件10的长宽比相同。即，若将棒状透镜3的射出面的X轴方向的长度设为“C”，将Y轴方向的长度设为“D”，将反射型影像显示元件10的X轴方向的长度设为“E”，将Y轴方向的长度设为“F”，则满足C/D＝E/F。由此，在棒状透镜3内多次反射的光线在其射出面上成为与液晶反射型影像显示元件10相似且均匀的强度的光分布。

此外，在本例中，在棒状透镜3的射出面附近，配置有旋转式的滤色器即色轮(color wheel)4。该色轮4是将分别仅透射R(红)、G(绿)、B(蓝)、C(青)、Y(黄)、W(白)的光的6种扇状的透射型的滤色器按顺序在圆周(旋转)方向上配置而构成、且能够进行其旋转控制的圆盘状的滤色器。此外，代替上述的6种类的滤色器，由R(红)、G(绿)、B(蓝)构成的3种类的滤色器也能够实现该色轮4。

即，通过旋转上述的色轮4，从而从光源射出的白色光以时序分解为6色(R(红)、G(绿)、B(蓝)、C(青)、Y(黄)、W(白))的光。之后，从该色轮4射出的光经由构成对该射出光进行聚光的照明光学要素的中继镜(relay lens)5～8，进而经由TIR棱镜9，照射到反射型影像显示元件10上。

在此，叙述构成上述照明光学要素的中继镜5～8的作用，这些中继镜对从棒状透镜3射出且透射了色轮4的光进行聚光，从而起到防止光的发散的作用。此外，中继镜起到将在色轮4的射出面上均匀的光分布在反射型影像显示元件10的面上进行放大的作用。进而，中继镜具有使得光大致平行的作用。并且，TIR棱镜9将所入射的光全反射，导入至反射型影像显示元件10。

反射型影像显示元件10是能够控制各个单元(cell)的2维的光调制元件，由这些单元形成的影像经由投影透镜11，被放大投影到例如屏幕等之上。

该反射型影像显示元件10通过在图中以标号100示出的控制装置(例如，由微机或存储器构成)，与上述的色轮4的旋转取得同步，由此，按色轮4的每种色光来显示基于图像信号的图像，且将从TIR棱镜9入射的光向投影透镜11的方向反射。即，由反射型影像显示元件10反射后的光线成为不满足TIR棱镜9的全反射角的角度，所以透射TIR棱镜9，入射至投影透镜11。另外，在此，将光射出色轮4后透射TIR棱镜9而到达反射型影像显示元件10的表面的光学系统称为照明光学系统。

接下来，以下参照附图2～5说明上述的棒状透镜3的细节。

近年，为了提升投影图像的亮度从而提高显示性能，光源的发光强度增大，但是，伴随于此，在被照射非常强的光的光学系统、特别是入射来自光源的白色光而射出照度均匀分散的光的棒状透镜中，需要对于该强度非常高的放射光的对策。此外，在上述现有技术中也进行了叙述，还需要针对伴随作为光调制元件的液晶显示面板的大型化而使得棒状透镜(特别是，其长度方向)大型化的对策。

因此，发明人等尝试了各种研究，得知在如上述专利文献2所例示的那样，在将棒状透镜由以将其截面四等分的方式形成的4个棒的集合体形成的情况下，为了接合这4个棒而被施加在接合面上的粘结剂暴露于高热之下从而恶化，引起装置的故障等，成为使产品寿命缩短的重要原因。

因此，本发明特别是鉴于实际上安装于投影型影像显示装置中的情况下的问题而完成的，提供伴随大量的发热的光学系统中的棒状透镜的安装构造。

图2是包含用于表示上述的棒状透镜3的整体结构的部分截面的立体图，根据该图可知，棒状透镜3将其入射面(图的左侧)形成为例如正方形，以对从通常的光源放射的圆形的入射光高效地进行聚光，并且将其射出面如上所述那样以与作为光调制元件的反射型影像显示元件10的长宽比相同的方式形成为长方形。

并且，棒状透镜3以将其射出侧的长方形截面在其长边上二分的方式，由在纵向上沿光轴分割而形成的2个(仅一对)棒31和32构成。另外，构成棒状透镜3的这一对棒31、32的入射侧的主视图如附图3(A)所示，其侧视图如图3(B)所示，并且其射出侧的后视图如图3(C)所示。

此外，这一对棒31、32以将相互对置的在光轴方向上延伸的面通过以下也叙述的表面的薄膜或盖部40的以下构造而稍微分隔的状态被保持为相互平行。由此，在一对棒31、32之间形成非常薄的空气层，在各棒内传播的光在这些作为分隔面的边界面上反射，因此能够将这些棒31、32之间可靠地分离。

即，附图4是将上述的一对棒31、32的接合部分的一部分放大示出的立体图，根据该图也明显可知，在一对棒31、32的对置面的一方的面的一部分(角部)、更具体而言形成对置面的方形的四角的角部，通过真空蒸镀等而形成例如Si或金属薄膜(Ti、Mg等)等的薄膜33(例如，厚度(d＝5～20μm)。即，通过在对置面的一部分上形成该薄膜33，一对棒31、32以稍微分隔的状态被保持为相互平行。显然，棒31、32的接合面的平坦(平面)度越高，该薄膜的厚度能够越小。

进而，再次返回上述的图2，上述的盖部40具备以覆盖上述一对棒31、32的方式设置的4面的外壁41(在图中仅示出2面)、配置在光源侧(即，入射侧)的具有开口部的框部42、配置在射出侧(即，反射型影像显示元件侧)的具有开口部的框部43、并且还有从该外壁的内面突出为框状而形成的多个框部。另外，配置在入射侧的框部42具有作为来自光源侧的截面圆形的向棒状透镜3的入射光的光圈的功能。此外，从外壁41的内面突出而形成的多个保持框部44分别以其前端部与一对棒31、32的外周接触且其前端变细的方式形成。即，多个保持框部44由此将一对棒31、32从其外周通过线接触而保持在规定的位置上。

在上述的图4、进而图5中，示出了上述的一对棒31、32的正面与配置在上述盖部40的光源侧(入射侧)的框部42之间的位置关系。即，根据图也明显可知，在从盖部40(图中虚线所示)的开口部侧(即，经由上述的入射侧的框部42)观看棒状透镜3的情况下，在该一对棒31、32的对置面上形成的薄膜33被该框部42遮挡(即，位于该开口部的外部)。据此，从光源放射而通过反射器聚光的非常强的光不会直接照射到在接近于其入射面的位置上形成的薄膜33，因此，能够防止由于该薄膜33被暴露于高热之下所引起的恶化导致装置故障从而还导致产品寿命缩短的情况。另外，该盖部40能够通过铸造例如铝(Al)或镁(Mg)等金属而制造为上述的形状。

即，根据上述的本实施例，提供即使在近年的伴随光源的发光强度的增大而被照射非常强的光的光学系统中也适于安装的棒状透镜和安装有该棒状透镜的投影型影像显示装置的结构。更具体而言，即使在使以往的对角0.7英寸大小的反射型影像显示元件(比率＝4：3)成为1.0英寸大小的反射型影像显示元件的情况或使以往0.53英寸大小的反射型影像显示元件(比率＝16：9)成为0.97英寸大小的反射型影像显示元件的情况下、即增大了棒状透镜的截面的情况下，也不会增大该棒状透镜的长度(即，大型化)，即使是与以往相同的长度也能够得到具有充分的照度分布的(即，均匀的)射出光。

另外，在以上详述的本发明的实施方式的投影型影像显示装置中，叙述了作为反射型影像显示元件，采用用于由来自色轮4的各色光形成期望的图像的光调制元件的结构，但本发明不限定于此，代替于此，还能够应用于各种投影型影像显示装置，例如，还能够使用作为强电介质液晶面板并且对ON/OFF这两个状态进行切换的双稳态元件的液晶面板，另外，此时，不需要构成照明光学系统一部分的TIR棱镜9。此外，在上述的投影型影像显示装置中，作为旋转式的滤色器即色轮4，说明了由多个透射型的滤色器构成的滤色器，但本发明不限定于此，代替于此，例如还能够使用反射型的滤色器。

另外，本发明不限定于上述的实施例，还包含各种变形例。例如，上述的实施例是为了易于理解地说明本发明而说明了细节的实施例，不限定于必须具备所说明的全部结构。此外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，此外，还能够对某实施例的结构添加其他实施例的结构。此外，还能够针对各实施例的结构的一部分，追加其他结构，对其进行删除、置换。

附图标记说明

1……放电灯，2……反射器，4……色轮，5～8……中继镜，9……TIR棱镜，10……反射型影像显示元件，11……投影透镜，3……棒状透镜，31、32……棒，33……薄膜，40……盖(cover)部，41……，42、43……框部，44……保持框部。

Claims (4)

1.一种投影型影像显示装置，具备：

光源，放射白色光；

截面为方形的棒状透镜，入射来自所述光源的白色光且射出照度均匀分散的光；

光调制元件，配置在所述棒状透镜的射出面的附近，将从该棒状透镜射出的光作为入射光来根据图像信号进行调制，形成显示影像；以及

投射透镜，对由所述光调制元件调制的显示影像进行放大投射；

所述投影型影像显示装置的特征在于，

所述棒状透镜具备：

仅一对棒，通过将所述棒状透镜以在该棒状透镜的方形截面的长边上分为两个的方式沿光轴分割而形成，且在相互对置的面的周边的一部分上形成有薄膜；以及

盖部，覆盖所述一对棒的外周，以该一对棒由形成在相互对置的面上的所述薄膜稍微分隔地对置的方式保持该一对棒，并且在所述棒状透镜的入射侧和射出侧形成有开口部。

2.如所述权利要求1记载的投影型影像显示装置，其特征在于，

形成在构成所述棒状透镜的所述仅一对棒的对置的面上的所述薄膜，在所述仅一对棒的一方的棒的对置面的角部形成。

3.如所述权利要求2记载的投影型影像显示装置，其特征在于，

由Si或者金属薄膜形成所述薄膜。

4.如所述权利要求3记载的投影型影像显示装置，其特征在于，

所述盖部具备：

外壁，覆盖所述一对棒的外周；以及

多个保持框部，从该外壁的内面以框状突出，且与所述一对棒的外周抵接；

进而，所述盖部的入射侧的开口部以从该开口部侧观察棒状透镜的情况下所述一对棒的对置面上形成的所述薄膜位于该开口部的外部的方式形成为方形。