CN108139657B - 投影型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种投影型影像显示装置，以简单的结构、低廉的价格实现照明用光源的可靠性和亮度的提高。本发明的投影型影像显示装置，包括：灯(20)；用于反射灯发出的光束的反射器(21)；使反射器所反射的光成为平行光的准直透镜(2)；对平行光进行调制来输出调制光的光调制装置；和将调制光投影的投影透镜，反射器构成为使得灯发出的光束的反射光不照射到该灯，准直透镜是在入射侧和出射侧这两个面上设置有凹面的单片双凹透镜。

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，特别涉及照明用光源的性能的提高。

背景技术

在液晶投影仪等投影型影像显示装置所使用的照明用光源中，为了使灯(lamp)发出的光束高效地入射到有限的面内而使用了反射器。

作为本技术领域的背景技术，有日本特开2008-242156号公报(专利文献1)。专利文献1公开了这样的结构，其目的在于提供一种光损失少的小型光源装置和安装有该光源装置的投影仪，反射器包括由旋转椭球体的一部分构成的第一、第二、第三和第四反射器部分，各反射器部分的第一焦点分别配置在发光管的发光点处，各反射器部分的第二焦点以系统光轴为基准分别配置在各反射器部分一侧。由此，能够防止各反射器部分的反射光被位于系统光轴周围的发光管和副反射镜遮挡。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-242156号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

上述专利文献1的技术设置有由具有多个椭球面的反射镜构成的反射器，多个椭球面分别反射从发光管出射的光源光，且由位于包含系统光轴的面上的边界线彼此分割，多个椭球面的各椭球面的第一焦点分别配置在发光管的发光中心处，多个椭球面的各椭球面的第二焦点以系统光轴为基准分别配置在各椭球面所在的一侧。而且，包括准直用的凹透镜和使从凹透镜出射的光束统一到同一方向上的棱镜。因而，由于需要特殊的反射器和光学部件，装置变得昂贵，制造工序增加，进而存在成品率变差的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种投影型影像显示装置，以简单的结构、低廉的价格实现照明用光源的可靠性和亮度的提高。

解决问题的技术手段

为解决上述问题，本发明之一例为一种投影型影像显示装置，包括：灯；用于反射灯发出的光束的反射器；使反射器所反射的光成为平行光的准直透镜；对平行光进行调制来输出调制光的光调制装置；将调制光投影的投影透镜，反射器构成为使得灯发出的光束的反射光不照射到灯，准直透镜是在入射侧和出射侧这两个面上设置有凹面的单片双凹透镜。

发明效果

根据本发明能够提供一种投影型影像显示装置，以简单的结构、低廉的价格实现照明用光源的可靠性和亮度的提高。

附图说明

图1是本实施例的投影型影像显示装置的整体结构的概念视图。

图2是作为本实施例的前提的灯出射光线的说明图。

图3是用于说明本实施例的照明装置的参考例。

图4是用于说明本实施例的照明装置的其他参考例。

图5是本实施例的照明装置的结构图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。

实施例

图1表示本实施例的投影型影像显示装置的整体结构的概念视图。在本实施例，作为投影型影像显示装置，以使用了液晶面板的液晶投影仪为例进行说明。

图1中，1是由后述的灯(lamp)和使来自灯的光束反射而聚集于规定方向的反射器构成的光源单元，2是使来自后述的反射器的光成为平行光的双凹透镜。此处，将光源单元1和双凹透镜2合称为照明装置3。此外，4是用于提高去往照射面的照度的均匀性的积分透镜，5是使偏振方向统一在一个直线方向上的偏振转换元件(棱镜分束器：PBS)，6是使经过偏振转换元件5的照明光会聚而照射到后级的各色光调制装置的被照明区域上的重叠透镜。此处，将积分透镜4、偏振转换元件5、重叠透镜6合称为照明光学系统7。

8a、8b是二向色镜，9a、9b、9c是反射镜，10a、10b、10c是场透镜，它们构成分色光学系统18。分色光学系统18将照明光学系统7形成的照明光分离成红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)3种颜色，并且将各色光导向后级的光调制装置。具体而言，首先，二向色镜8a使RGB这3色中的R光和G光透射并使B光反射。并且，二向色镜8b使RG这2色中的G光反射并使R光透射。接着，在该分色光学系统18中，二向色镜8a上反射的B光经中继透镜11a、反射镜9a入射到用于调节入射角的场透镜10a。此外，在二向色镜8a上透射并进一步在二向色镜8b上反射的G光入射到用于调节入射角的场透镜10b。另外，从二向色镜8b透射的R光经中继透镜11c、反射镜9b、中继透镜11d和反射镜9c入射到用于调节入射角的场透镜10c。

设置有3个液晶面板12a、12b、12c，3个第一偏振滤波片13a、13b、13c和3个第二偏振滤波片14a、14b、14c，该3个液晶面板12a、12b、12c与从分色光学系统18出射的各色光对应地被分别照明，该3个第一偏振滤波片13a、13b、13c分别配置在各液晶面板的入射侧，该3个第二偏振滤波片14a、14b、14c分别配置在各液晶面板的出射侧。该液晶面板、第一偏振滤波片、第二偏振滤波片构成各色的光调制装置。在二向色镜8a上反射的B光经场透镜10a等入射到液晶面板12a上进行照明。从二向色镜8a透射并在二向色镜8b上反射的G光经场透镜10b等入射到液晶面板12b上进行照明。从二向色镜8a、8b透射的R光经场透镜10c等入射到液晶面板12c上进行照明。各液晶面板12a、12b、12c对入射的照明光的空间强度分布进行调制，对分别入射到各液晶面板上的3种颜色的光，按照作为电信号输入到各液晶面板的驱动信号或图像信号进行调制。此时，利用第一偏振滤波片13a、13b、13c调节向各液晶面板12a、12b、12c入射的照明光的偏振方向，并利用第二偏振滤波片14a、14b、14c从各液晶面板12a、12b、12c所出射的调制光中取出规定偏振方向的调制光。由此形成各自对应的各色的调制光。

正交二向色棱镜15将来自各色光调制装置的调制光合成。投影透镜16将经正交二向色棱镜15形成的合成光的图像光按期望的放大率放大而在屏幕(未图示)上投影彩色的图像。

图2是作为本实施例的前提的灯出射光线的说明图。图2中，光源单元1包括灯20(灯泡)和使来自灯20的光束反射而聚集于规定方向的反射器21。从灯20发出的光束在反射器21的作用下向规定方向反射而使光束聚集到下一级照明光学系统。此处，为了提高灯20的可靠性，需要抑制灯的温度上升，有效的方法是设计反射器21的反射面形状以使得反射器21上反射的反射光线不照到灯20。因此，通过如图2所示那样，作为反射器21的反射面形状，通过采用在反射从灯20附近通过的光线1的区域增大焦距，在反射其他光线2和3的区域缩短焦距的非球面形状，能够实现上述设想。

图3是照明装置的参考例。如图3所示，由于需要使平行光入射到积分透镜4，所以考虑在反射器2的后级作为准直透镜配置凹透镜22的情况。在图3中，为了提高所有光线1～3的平行度，优选将凹透镜22配置在焦距长的光线1与焦距短的光线2相交前的位置。但是，如果采用这样的配置，则在积分透镜4上的光强度分布中，区域A为光强度高的区域，但中心部的区域B的光强度变低。因此存在投影型影像显示装置的亮度整体下降的问题。

图4是照明装置的其他参考例。如图4所示，为了提高积分透镜4中央部的光强度，有效的方法是将凹透镜22配置在接近反射器21焦距的位置。但是，焦距长的光线1与焦距短的光线2、3的焦点位置不同，而且对于接近的光线将它们区分而使所有光线平行是非常困难的，例如存在当使光线2变得平行时，光线1成为发散光导致平行度降低的问题。此外，就去往凹透镜22的入射角而言，与焦距长的光线1相比焦距短的光线2的入射角更大，因此为了使光线2成为平行光，需要利用凹透镜22对光线2进行更高程度的校正。但是，由于光线2相比光线1通过更靠近透镜光轴的位置，并且如果利用廉价的球面透镜构成凹透镜22，则球面透镜中校正光线角度的效果越靠近光轴越低，因此不能完全地校正光线2的角度，如图4所示那样，光线2成为会聚光。

因此，为了解决上述问题，本实施例在离反射器21的焦点位置近的位置配置了双凹透镜2。以下，使用附图进行说明。

图5是本实施例的照明装置的结构图。在图5中，在接近反射器21焦距的位置配置了双凹透镜2，其中该双凹透镜2在凹透镜的入射侧的规定范围内设置了有效直径小的凹面，而该规定范围是焦距短的、光轴附近部分的光线2通过的范围。由此，能够使双凹透镜2内部的焦距短的光线2的角度接近焦距长的光线1，而对于焦距长的光线1和焦距短的、光轴周围部分的光线3而言，由于它们从双凹透镜2的入射侧的平面部透射，因此不受小径的凹面的影响。即，在图5中，区域C是从双凹透镜2的入射面的小径的凹透镜部通过的光线，由小径的凹透镜部校正光线角度。另一方面，从双凹透镜2的入射侧的平面部透射的光(光线3)不受小径的凹面的影响，由双凹透镜2的出射侧的大径的凹面校正光线角度。由此，能够使所有光线成为大致平行光。从而，能够提高积分透镜4中央的光强度，提高投影型影像显示装置的亮度。另外，虽然光线1不从双凹透镜2的入射侧凹面通过，但是能够使出射侧的凹面的曲率半径比图4所示的凹透镜22大，所以与图4相比，光线1也能够更接近与光轴平行。

此处，通过采用在入射侧和出射侧两个面上设置有凹面的1片双凹透镜作为双凹透镜2，能够削减部件个数，能够提供低价的装置。此外，通过使双凹透镜2的各个凹面不为非球面而采用球面透镜，能够减少透镜制作的工序数，能够提供低价的装置。此外，通过使双凹透镜2的入射侧的凹面的有效直径小于出射侧的凹面的有效直径，能够提高积分透镜4中央部的光强度。

如上所述，本实施例是一种投影型影像显示装置，包括：灯；将灯发出的光束反射的反射器；将反射器所反射的光转换为平行光的准直透镜；对平行光进行调制而输出调制光的光调制装置；和将调制光投影的投影透镜，反射器以使得灯发出的光束的反射光不照射到灯的方式构成，准直透镜由在入射侧和出射侧这两个面上设置有凹面的单片双凹透镜构成。

此外，双凹透镜的两个面的凹透镜分别为球面透镜。双凹透镜的入射侧的凹面的有效直径比出射侧的凹面的有效直径小。

由此，能够以简单的结构、低廉的价格提供实现了照明用光源的可靠性和亮度的提高的投影型影像显示装置。

以上对实施例进行了说明，不过本发明并不限定于上述的实施例，还包括各种变形例。例如，在上述实施例中，为了使本发明容易理解而进行了详细说明，但是并不限定于必须具备所说明的所有结构。

附图标记说明

1：光源单元，2：双凹透镜，3：照明装置，4：积分透镜，5：偏振转换元件(棱镜分束器：PBS)，6：重叠透镜，7：照明光学系统，8a、8b：二向色镜，9a、9b、9c：反射镜，10a、10b、10c：场透镜，11a、11b、11c、11d：中继透镜，12a、12b、12c：液晶面板，13a、13b、13c：第一偏振滤波片，14a、14b、14c：第二偏振滤波片，15：正交二向色棱镜，16：投影透镜，18：分色光学系统，20：灯，21：反射器，22：凹透镜。

Claims (6)

1.一种投影型影像显示装置，包括：

灯；

用于反射该灯发出的光束的反射器；

使该反射器所反射的光成为平行光的准直透镜；

对该平行光进行调制来输出调制光的光调制装置；和

将该调制光投影的投影透镜，

所述投影型影像显示装置的特征在于：

所述反射器构成为非球面形状，在该非球面形状中，用于反射通过所述灯附近的光线的区域的焦距较长，而用于反射其他光线的区域的焦距相对较短，使得所述灯发出的光束的反射光不照射到该灯，

所述准直透镜是在入射侧和出射侧这两个面上设置有凹面的单片双凹透镜。

2.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述双凹透镜的两个面的凹透镜分别为球面透镜。

3.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述双凹透镜的入射侧的凹面的有效直径比出射侧的凹面的有效直径小。

4.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述焦距较长的光线通过所述双凹透镜的出射侧的凹面但不通过入射侧的凹面，所述焦距较短的光线的光轴附近部分通过所述双凹透镜的入射侧和出射侧两者的凹面，所述焦距较短的光线的光轴周围部分通过所述双凹透镜的出射侧的凹面但不通过入射侧的凹面。

5.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

提高所述平行光的照度的均匀性来形成照明光的照明光学系统；

将所述照明光学系统形成的照明光分离成红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)这3色光的分色光学系统；

对从所述分色光学系统出射的各色光进行调制而输出调制光的各色的光调制装置；

将来自所述光调制装置的调制光合成的正交二向色棱镜；和

将经所述正交二向色棱镜形成的合成光的图像光投影的投影透镜。

6.如权利要求5所述的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述投影型影像显示装置是液晶投影仪，

所述光调制装置由液晶面板和偏振滤波片构成，按照作为电信号输入到该液晶面板的图像信号，对入射到该液晶面板的光进行调制。

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