CN1532569A

CN1532569A - 光源单元以及具有该光源单元的投影仪

Info

Publication number: CN1532569A
Application number: CNA2004100085468A
Authority: CN
Inventors: 田丸修治; 丸山贤治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: CN1311290C; JP2004251925A; TW200419213A; KR20040074949A; US7104654B2; JP4511800B2; US20040223125A1

Abstract

本发明的目的是提供一种光源单元，通过将椭球面反射镜和透镜的光轴定位到同轴能够高效地利用高压放电灯的会聚光。为了达到这个目的，本发明的光源单元包含一具有椭球面反射镜表面的椭球面反射镜和一围绕反射表面设置的边框，多对设置在边框表面上的第一安装部件，每一对第一安装部件经过灯的光轴相隔发光体的光轴相互面对；设置在椭球面反射镜围绕的空间中灯，从灯发射的光被反射表面反射，以致发射出平行光；一支架，具有面对第一安装部件设置的第二安装部件，第二安装部件与第一安装部件一对一安装，支架与椭球面反射镜由此成为一体；以及一透镜，面对着灯安装在支架上，其中当第一安装部件和第二安装部件安装在一起时，椭球面反射镜的光轴与透镜的光轴基本一致。

Description

光源单元以及具有该光源单元的投影仪

技术领域

本发明涉及一种光源单元以及具有该光源单元的投影仪，更具体地说，涉及一种调整光源单元中高压放电灯与凹透镜之间光轴的技术。

背景技术

以高压汞灯为代表的高压放电灯具有优良的性能，例如高亮度，高效发光，以及寿命长。因此，将高压放电灯作为理想的视频投影系统(VPS)的灯用作投影仪中的光源单元。高压放电灯的一个实例在日本在后公开专利申请No.2001-101923中有所描述。

投影仪中，一般高压放电灯发出的平行光用于显示图象。然而，最近几年，从高压放电灯发出的光被会聚然后用于显示图象，这样光源单元已经被引入。对于这种光源单元，由支架安装的凹透镜设置在椭球面反射镜(抛面镜)的前面，椭球面反射镜围绕着高压放电灯，椭球面反射镜和凹透镜的光轴调整到基本相同的位置。

采用具有上述结构的光源单元，可以获得各种优点。特别是，从高压放电灯发出的光经过椭球面反射镜准直和凹透镜会聚，除了显著地提高光的利用，还可以减小光会聚光路上的光学元件的尺寸。

与此同时，采用上述光源单元，其中所述从高压放电灯发出的光通过凹透镜会聚，还存在光源单元的光轴的调整要比以前更精确的缺点。

采用平行光的光源单元的实施例中，光的利用影响并不大，既使灯的光轴和光学装置不一致。然而，在从高压放电灯的光通过凹透镜会聚的实施例中，如果椭球面反射镜和凹透镜的光轴基本上不一致，椭球面反射镜的会聚点会偏移凹透镜。结果，在凹透镜中极难捕捉到光，因此，光的利用极大降低。

尽管在采用椭球面反射镜和凹透镜的光源单元的实例中进行粗定位，定位是基于安装凹透镜的支架和椭球面反射镜边框边缘的相对位置。采用这样的定位方法，凹透镜容易在边框的边缘内移动位置，因此，难以将光轴调整到理想的位置，这个位置对于用凹透镜会聚来自高压放电灯的光的光源单元是十分重要的。

上述提到椭球面反射镜和凹透镜的定位问题导致采用高压放电灯的投影仪的性能下降，因此需要尽快解决。同类的问题还存在使用例如除了凹透镜以外的透镜的光学元件的实例中。

因此，为了更精确地调整利用高压放电灯的光源单元中椭球面反射镜和凹透镜的光轴，还有改进的余地。

发明内容

本发明目的是提供一种光源单元，该光源单元能够使用来自高压放电灯的光，与传统实例相比，该光通过将椭球面反射镜和透镜的光轴设置在正确位置上而得以很好的会聚，以及提供一种投影仪，该投影仪采用上述光源单元具有优良的图像显示性能。

实现上述目的的本发明一个实例是光源单元包括：一具有椭球面反射表面的椭球面反射镜和一围绕反射表面设置的边框，多对的设置在边框表面上的第一安装部件，第一安装部件的每一对经过灯的光轴面对面设置；灯设置在椭球面反射镜围绕的空间中，使得从灯发射的光被反射表面反射，以致发出平行光；一支架，具有面对第一安装部件设置的第二安装部件，第二安装部件与第一安装部件一对一安装，支架与椭球面反射镜由此成为一体；和一透镜，面对着灯安装在支架上，其中，当第一安装部件和第二安装部件安装在一起时，椭球面反射镜的光轴与透镜的光轴基本一致。

另外，本发明的另一个实例是光源单元包括：一椭球面反射镜，具有一椭球面反射镜表面和至少三个设置在边框上的第一安装部件；设置在椭球面反射镜围绕的空间中的灯，从灯发出的光被反射表面反射，以致发射出平行光；一支架，具有面对第一安装部件设置的第二安装部件，第二安装部件与第一安装部件一对一安装，支架与椭球面反射镜由此成为一体；和一透镜，面对这灯安装在支架上，其中每个第一安装部件靠着第二安装部件在与椭球面反射镜光轴垂直相交的方向滑动，并且当第一安装部件和第二安装部件安装在一起时，椭球面反射镜的光轴与透镜的光轴基本一致。

根据具有上述结构的光源单元，分别利用在椭球面反射镜和支架上的第一安装部件和第二安装部件，将椭球面反射镜和支架正确地安装在预定的位置。因此，可以获得椭球面反射镜和安装在支架上的会聚透镜的光轴基本上在相同位置的效果。

另外，在本发明的实例中，第一安装部件靠着第二安装部件在与椭球面反射镜光轴垂直相交的方向滑动。因此，可以减低震动和防止光轴的不准直，即使所述椭球面反射镜的玻璃材料的收缩百分比变化和两个安装部件之间的间距和大小变成不同。

特别地，最好是(i)第一安装部件是棱形的凸起而第二安装部件是相应于凸起形状的低凹，或者(ii)述第二安装部件是凸起而第一安装部件是低凹。在这个实例中，每个棱形凸起定位成其纵向的中心线在与灯的光轴相交的方向。

用这样的结构，以这样的方式进行定位，即具有梯形横截面的第一安装部件或第二安装部件的斜面接触相应的安装部件，并且凸起和低凹的中心线相一致。由于凸起的中心通常设置在相同的位置，因此，椭球面反射镜和会聚透镜的光轴定位更加有效，并且防止了光轴的不准直。

最好是每个棱形凸起具有相对边框表面倾斜成30度到60度的面，其目的是更加有效地阻止椭球面反射镜和会聚棱镜光轴的不准直。

还有，每一对的第一安装部件经过灯的光轴面对面设置，在装配时每个安装部件的重量分布更加合理，可以有更稳定甚至更精确的定位。

使用上述的光源单元，可以实现一种具有利用高光效率和降低光轴不准直的优良性能的投影仪。因此，可以有极低照明不均匀的优良显示性能。

上述椭球面反射镜可以采用以下方法生产，包括一挤压步骤，其中玻璃材料放置在一模体的凹槽中并通过一箭形模和一环形模挤压，箭形模具有一相应于模体凹槽的相应形状，而所述环形模用以形成椭球面反射镜的边框，其中第一安装部件由箭形模和环形模中的一种形成。通过使用上述生产方法，决定椭球面反射镜光轴位置的箭形模的中心与环形模的中心总是一致，由此，椭球面反射镜边框上的凸起相对椭球面反射镜的光轴形成在正确的位置上。结果，可以充分安置椭球面反射镜和支架的位置，由此正确地安置椭球面反射镜和会聚透镜的位置。

附图说明

本发明的这些以及其它目的，优点和特性将从下面的描述中显现出来，该描述结合了用来说明本发明具体实施例的多个附图。

附图：

附图1：A和1B是说明光源单元结构的透视图；

附图2是说明光源单元结构的分解图；

附图3A，3B和3C说明了一光学发光装置的结构；

附图4是投影仪结构图；

附图5说明了椭球面反射镜的生产过程；

附图6是灯点亮装置的结构框图；

附图7是说明椭球面反射镜边框附近的结构图；

附图8说明了椭球面反射镜。树脂支架，以及凹透镜之间的位置关系；

附图9说明了投影形状的变化；

附图10图解了椭球面反射镜的俯视图；

附图11图解了椭球面反射镜的俯视图；以及

附图12说明了凸出和低凹组合的多种变化。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的优选实施例

附图1A和1B是说明本发明第一实施例的光源单元1结构的透视图。光源单元图1A和图1B分别是光源单元1的前向斜视图和后向斜视图。

如附图1A和1B所示的光源单元1是具有高压汞灯30的光学发光装置40，该高压汞灯30椭球面反射镜设置在椭球面反射镜围绕的空间中，从灯发射的光被反射镜表面反射后以平行光照射，该光学发光装置用树脂支架5安装在相对凹透镜正确的位置上，也就是在凹透镜的前面，并安装在树脂基座上。

附图2是说明附图1A和1B中所述光源单元1的具体结构分解图。

光学发光装置40是将作为VPS灯的高压汞灯30连接在具有椭球面和抛光反射表面39a反射镜的椭球面反射镜上。高压汞灯30上的配线捆束起来作为电源线301连接到插座302上，插座302插入树脂基座20上的插座202。通过插座202的配线(附图中没有表示出来)和电源线301，从外电源给高压汞灯供电。

光学发光装置40中的灯并不局限于高压汞灯30，还可以使用其它种类的灯，包括诸如金属卤化物灯的高压放电灯和卤素灯。

第一实施例的一个主要特征，环绕椭球面反射镜39开口39b的边缘基本上是正方形，并且棱形凸起402a-402d设置在环绕椭球面反射镜39的反射镜表面边框401上，每个凸起的中心线在纵向方向上与椭球面反射镜39的光轴相交，形成对称的十字形。凸起402a-402d用作椭球面反射镜39的装配部件，因此，能够将椭球面反射镜39互补地安装在树脂支架50上。凸起402a-402d和树脂支架50彼此装配在一起，椭球面反射镜39和凹透镜60的光轴调整为同轴。上述特征的效果将在后面详述。

采用由耐高温材料和高机械强度材料诸如聚亚苯基硫化物(PPS)制成的树脂支架50，是为了距离椭球面反射镜39的开口39b预定的距离，在树脂支架50的开口501上安装凹透镜60。

保护部件502a-502d设置在面对椭球面反射镜39边框401的凸起402a-402d的树脂支架50的表面上，为了安装作为第一安装部件的凸起402a-402d，作为第二安装部件的低凹503a-503d设置在保护部件502a-502d中。

虽然在第一实施例中作为第一安装部件的四个凸起402a-402d在凸缘40中设置成十字形结构，本发明的多个凸起(第一安装部件)数目并不局限于四个，还可以是三个或更多。至少用三个凸起(第一安装部件)，可以有效地抑制第一和第二安装部件相互偏离。另外，每一个凸起(第一安装部件)在与椭球面反射镜光轴垂直相交的方向与相应的低凹(第二安装部件)之间的滑动，这种结构能更精确地定位。

在一个实例中，具有数个凸起，最好是每一对凸起设置成彼此相对与光轴相交，并且使两个凸起在纵向方向上的中心线的在相同的方向。通过这样设置凸起，在一个方向的位置设置一对凸起，在另一方向的位置设置另一对凸起。因此，可以平行于凸缘401的表面精确地进行两维定位。

与树脂支架50一样，树脂基座20树脂支架由耐高温树脂制成。树脂基底20支撑装在一起的椭球面反射镜39和树脂支架50，椭球面反射镜39和树脂支架50设置在树脂基座20的板201上，并安装在板201两侧边的定位件203和204之间。

附图3A，3B和3C图解了在所述光学发光装置40中的高压汞灯30的结构。附图3A是透视图，附图3B是椭球面反射镜的截面图，以及附图3C是凸起402d的放大图。

椭球面反射镜39由耐热玻璃材料制成。一种制作椭球面反射镜39的方法是这样的，如附图5所示，软化的玻璃材料在高温下放入到具有凹部a2的模体A中，将具有一带有边框模b1的环形模B压向模体A的边缘a1，所述的边框模具有一相应于边框401的形状，箭形模C通过环形模B的开口压进模体A中，由此形成所述的椭球面反射镜39。

为了获得高反射率，例如蒸镀铝的方法可以用于反射表面39a的反射镜镀层。椭球面反射镜39在其中心具有一帽型插入孔391，高压汞灯30的外部引线35经由一帽37穿过帽型插入孔391。

反射表面39a具有通孔390，连接带外部引线36的电源线38穿过通孔390。

光学发光装置40的特点是围绕开口39b的椭球面反射镜39的边缘基本上是正方形的，因此，边框401也基本上成正方形。开口39b和边框401的形状基本上是正方形，以保证椭球面反射镜39装到树脂支架50上，并防止椭球面反射镜39旋动。

凸起402d的横截面基本上是梯形，如附图3C所示，具有顶面4020d和斜面4021d与4022d。凸起402d设置在基本上是方形的边框401的四个角之一，以配合树脂基座50上的低凹503d。凸起402a-402d具有相同的形状，分别设置在四个不同的角上，以配合相应的低凹，并且在中心与高压汞灯30的光轴成十字形。

高压汞灯30包括基本上由硅土玻璃制成的球形电弧灯管。在电弧灯管中，具有一对尖端彼此相对的电极34，以及以预定压力装入的作为发光金属的汞，作为卤素的溴，和用来启动的氩气体。

根据具有上述结构的第一实施例的光源单元1，椭球面反射镜39和树脂支架50在四点彼此连接，分别将边框401上凸起402a-402d安装到树脂支架50的低凹503a-503d中。采用上述结构，如附图8所示，可以相对容易和准确地将椭球面反射镜39和会聚透镜60安装到预定的位置。尤其是，在第一实施例中，凸起402a-402d是棱形，与边框401的表面成大于或等于45度角(在本发明中可以在30-60度的范围内调整该角度)的斜面4021a-4021d和4022a-4022d与低凹503a-503d接触，这种位置的互补使凸起402a-402d与低凹503a-503d的中心线分别会合。特别是，附图7中一对凸起402a和402c用于准确地在横向定位，凸起402b和402d用于准确地在纵向定位。

通过上述采用凸起402a-402d的边线以及低凹503a-503d的贯穿线的和两维的定位，可以将中心作为边框401和树脂支架50的定位基点，因此，可以比传统的光源单元具有更加准确的定位。

传统的光源单元，以如下方式定位，椭球面反射镜放置在盒状的树脂支架，并将椭球面反射镜压向树脂支架的一侧(参见附图10B)。因此，树脂支架必需在尺寸公差范围内达到最大内部尺寸，由于尺寸的不同，树脂支架和椭球面反射镜之间的间隙容易变大，并且当椭球面反射镜压向树脂支架的一侧来定位椭球面反射镜和树脂支架时，椭球面反射镜39和树脂支架的光轴不容易设置在相同的位置上(参见附图10B，横截面的虚线表示椭球面反射镜的光轴)。另外，当椭球面反射镜的边缘形状变形以及不是方形时，椭球面反射镜和树脂支架的光轴不容易设置在相同的位置上(不同类型变形的实例：如附图11B中所示的矩形，如附图11D所示的菱形，以及如附图11F所示的曲面形)。为了解决上述问题，本发明实施例所述的光源单元1有效地以上述类型在预定位置将椭球面反射镜39和凹透镜的光轴设置地相一致。

此外，在本发明实施例中的光源单元1，椭球面反射镜39的边框401基本上是正方形，在四角上的凸起402a-402d与中心光轴对称交叉。由此，椭球面反射镜39相对从其前面所看到的十字形的四个辐射方向的任何一个方向的位置变化被抑制。比外，通过凸起402a-402d的一个与相对的凸起402a-402d的另一个与光轴交叉定位，装入树脂支架50内时，重量分布更加合理，可以获得更加稳定的定位效果。

因此，根据第一实施例，由于椭球面反射镜39和凹透镜60的不正确定位引起的光轴不一致导致的光效降低可以有效地得以抑制，因此，获得极佳的光发射效果。

此外，可以在下述的生产过程中获得益处。

也就是说，当生产椭球面反射镜39时，通过使用环形模具B来形成包含凸起402a-402d的边框401，如附图5所示，可以使用变化的生产方式生产的椭球面反射镜。

具体地说，尽管经常采用如附图9A所示的这种生产方法来形成椭球面反射镜，形成如附图9B所示的图形会引起不一致。特别是，因为采用玻璃材料形成椭球面反射镜39，由于材料性能不同，不可以忽略生产加工中的公差变化。然而，在第一实施例中，尽管存在光学问题，还可以采用这样的椭球面反射镜，因为椭球面反射镜39的光轴总是设置在相对凸起402a-402d的相同的位置上。

当形箭模C用于形成上述凸起402a-402d时，也可以获得上述相同的效果。

此外，在第一实施例中，如附图10A所示，凸起402a-402d只是沿光轴的径向有变形。因此，即使椭球面反射镜39在生产加工中发生变形，如附图10C所示(变小)，如附图11A所示(矩形)，如附图11C所示(菱形)，以及如附图11E所示(曲面)，其变化和变形可以通过在与光轴交叉的方向上安装来减缓。因此，本发明与传统技术相比可以减缓震动，以及防止光轴的不准直。

接下来，说明驱动光源单元1的灯点亮装置的结构。附图6是说明第一实施例中灯点亮装置(镇流器)结构的框图。

如附图中所示，灯点亮装置700包括DC电源701，DC/DC转换器702，DC/AC逆变器703，高压发生器704，控制单元705，电流检测单元706，和电压检测单元707。

DC电源701具有整流电路，该DC电源从100V的AC电源产生DC电压。DC/DC转换器702由具有宏计算器的控制单元705控制，并提供给DC/AC逆变器703一预值DC电流。DC/AC逆变器703由控制单元705控制，以一预定频率产生矩形波的AC电流，并且将产生的电流传输到高压发生器704中。所述高压发生器704配备有变压器，将由高压发生器704产生的高压施加到光源单元1的高压汞灯30中，因而发射光。

光源单元1和灯点亮装置700装入下面详述的投影仪10中，光源单元1发射的光用于显示图像。

接下来，说明采用光源单元1的投影仪结构。附图4是说明采用上述高压汞灯30和光学发光装置40的投影仪10的内部结构图。

投影仪10包括具有光学发光装置40的光源单元，反射镜112，将白光分散成红，绿，蓝的分色镜113和114，用于反射每个不同的分散光中的一个的反射镜115，116和117，液晶光阀118，119和120每个形成相应单色图像，场透镜121，122和123，中继透镜124和125，会聚透过液晶光阀118，119和120光的分色棱镜126，以及投影镜头127，然后来自投影仪10的图像被投影在屏幕128上。上述的投影仪10是一种公知的三板投影仪，除了根据本发明投影仪10的光源单元的这一部分，在此就不详细解释了。

在上述投影仪中采用光源单元1，可以驱动投影仪采用高光效和抑制光轴的不准直。因此，可以有极少照明不均匀的良好显示性能。

期待上述没有光轴不准直的良好显示性能在下述情况中具有很好的效果，例如，当在高清晰度显示器中显示高分辨率图像，以及物体被显微镜放大时，将细微的结构显示清楚。

在上述的第一实施例中，凸起402a-402d是棱形。然而，为了将椭球面反射镜39和树脂支架50装在一起，凸起402a-402d的形状并不局限在棱形，凸起还可以是其它的形状。

特别是，凸起可以是如附图9中所示例子的凸起A，B，C，和D。凸起A和B具有圆形基底，凸起B具有抛物线截面，而凸起C具有三角形截面。

在选择凸起的形状时，最好是凸起具有倾斜角度在30-60度的范围内的平面。最好是凸起的锥尖向上。

而且，如附图12A-12D所示，凸起和低凹可以是三角棱形凸起和V形槽的组合，三角棱形凸起和板上V形切口的组合，三角棱形凸起和矩形槽的组合，以及圆锥形凸起和V形槽的组合的任意一种。通过使用上述的组合，凸起在低凹中滑动，由此可以实现准确地定位。

此外，即使第一实施例中椭球面反射镜39具有作为第一安装部件的凸起402a-402d而树脂支架50具有作为第二安装部件的低凹503a-503d，也可以是椭球面反射镜39具有低凹而树脂支架具有凸起。另外，还可以采用凸起和低凹的组合，例如，椭球面反射镜39具有凸起402a和402b以及低凹503c和503d，而树脂支架50具有凸起402c和402d以及低凹503a和503b。

还有，尽管第一实施例中的支架50由树脂制成(PPS树脂)，也可以使用其它种类的材料。然而，必须使用耐高温材料，因为在工作中高压汞灯30的温度会变得相当高。

尽管本发明参考附图的详细描述了实施例，对于本领域的普通技术人员仍会注意各种的变换和改进是显而易见的。因此，除了那些脱离本发明精神的变化和改进，其它改进应该包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种光源单元包含：

一椭球面反射镜，具有椭球面反射表面和围绕反射表面设置的边框，多对设置在边框表面上的第一安装部件，每对第一安装部件经过灯的光轴面对面设置；

设置在椭球面反射镜围绕的空间中的灯，使得灯发射的光被反射表面反射，以致发射出平行光；

一支架，具有面对第一安装部件设置的第二安装部件，第二安装部件与第一安装部件一对一安装，支架与椭球面反射镜由此成为一体；和

一透镜，面对着灯安装在支架上，其中

当第一安装部件和第二安装部件安装在一起时，椭球面反射镜的光轴与透镜的光轴基本一致。

2.如权利要求1所述的光源单元，其中，

(i)第一安装部件是棱形的凸起而第二安装部件是对应于凸起形状的低凹，或者(ii)第二安装部件是凸起而第一安装部件是低凹，以及

每个棱形凸起定位成其纵向的中心线在与灯的光轴相交的方向。

3.如权利要求2所述的光源单元，其中

每个棱形凸起具有相对边框表面成30度到60度倾斜的面。

4.一种包括权利要求1中所述光源单元的投影仪。

5.一种制造如权利要求1中所述光源单元中使用的椭球面反射镜的方法，该方法包含：

一挤压过程，其中玻璃材料放置在一模体的凹槽中并通过一箭形模和—环形模挤压，箭形模具有一相应于模体凹槽的形状，而环形模用于形成所述椭球面反射镜的边框，其中

第一安装部件由箭形模和环形模中的一种形成。

6.一种光源单元，包含：

一椭球面反射镜，具有一椭球面反射镜表面和至少三个设置在边框上的第一安装部件；

灯，设置在椭球面反射镜围绕的空间中，从灯发出的光被反射表面反射，以致发射出平行光；

一透镜，面对这灯安装在支架上，其中

每个第一安装部件靠着第二安装部件在与椭球面反射镜光轴垂直相交的方向滑动，并且

7.如权利要求6所述的一光源单元，其中第一安装部件是棱形凸起而第二安装部件是相对于所述凸起形状的低凹，或者(ii)第二安装部件是凸起而第一安装部件是低凹，和

每个棱形的凸起定位成其纵向中心线与灯的光轴相交的方向。

8.如权利要求7所述的一光源单元，其中

边框是围绕椭球面反射镜镜表面边缘形成，以及

每个棱形凸起具有相对边框表面成30度到60度倾斜的面。

9.一种包括如权利要求6所述的光源单元的投影仪。

10.一种制造如权利要求6所述光源单元的中使用的椭球面反射镜的方法，该方法包含：

一挤压步骤，其中将玻璃材料放置在一模体的凹槽中并通过一箭形模和一环形模挤压，所述箭形模具有一相应于模体凹槽的形状，而环形模用于形成椭球面反射镜的边框，其中

第一安装部件由箭形模和环形模中的一种形成。