CN1677228A

CN1677228A - 光学部件、照明装置及投射型视频显示装置

Info

Publication number: CN1677228A
Application number: CNA2005100629052A
Authority: CN
Inventors: 吉居正一; 黑坂刚考
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2005-10-05
Also published as: US7311403B2; US20050219478A1; JP2005316406A

Abstract

投射型视频显示装置具有3个LED光源。各个LED光源所出射的光，被十字形分色镜导入到杆状积分器的光入射面。在十字形分色镜的第1光入射区域(面对红色用LED光源的区域)中，设置第1分色镜，在十字形分色镜的第2光入射区域(面对蓝色用LED光源的区域)中，设置第2分色镜。第1分色镜让红色光通过，反射其他色光，第2分色镜让蓝色光通过，反射其它色光。

Description

光学部件、照明装置及投射型视频显示装置

技术领域

本发明涉及一种光学部件以及照明装置及投射型视频显示装置。

背景技术

作为液晶投影仪等所使用的照明装置，一般是由超高压水银灯、卤化金属灯、氙气灯等灯，以及将其照射光平行光化的抛物面反射镜(parabolareflector)所构成的。另外，相关照明装置中，为了减轻照射面的光量不均，有些具有由一对复眼透镜(fly eye lens)所产生的积分(integrate)功能(将通过光学设备在平面内抽样所形成的规定形状的多个照明区域，在照明对象物上重叠聚光的功能)。另外，近年来还有人尝试使用将发光二极管(LED)作为光源(特开2002-189263号)。

人们很希望在照明装置以及投射型视频显示装置中，有效地利用光源所出射的光。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题，目的在于提供一种能够提高光源所出射的光的利用效率的光学部件，以及使用该光学部件的照明装置，以及使用该照明装置的投射型视频显示装置。

本发明的光学部件的特征在于，包括：具有相面对的第1、第2光入射区域，一个光出射区域，以及与上述光出射区域相面对的第3光入射区域，将从各个光入射区域所入射的各色光分别导向大致相同的方向，从上述光出射区域出射的光路变更部件；以及设置在上述第1光入射区域中，让红色光通过，反射红色光以外的光的第1分色镜，以及设置在上述第2光入射区域中，让蓝色光通过，反射蓝色光以外的光的第2分色镜。

通过上述构成，入射到光路变更部件中的非红色光中的将会从第1光入射区域出来的光，被第1分色镜所反射，同样，入射到光路变更部件中的非蓝色光中的将会从第2光入射区域出来的光，被第2分色镜所反射，通过让上述所反射的光从光路变更部件的光出射区域中出来，提高了光利用效率。

作为优选方式，上述构成的光学部件中，上述第1分色镜被光学设计为，对一旦入射到上述光路变更部件中并返回的红色光中的规定角度范围内的红色光进行反射；上述第2分色镜被光学设计为，对一旦入射到上述光路变更部件中并返回的蓝色光中的规定角度范围内的蓝色光进行反射。

上述构成的光学部件中，上述光路变更部件可以是十字形分色镜。或者，上述光路变更部件还可以是十字形分色棱镜。上述构成的光学部件中，可以将上述第1分色镜与上述第2分色镜设置为互相不平行。

另外，本发明的照明装置的特征在于，具有：上述任一个所述的光学部件，以及设置在上述第1光入射区域中的红色光源，以及设置在上述第2光入射区域中的蓝色光源，以及设置在上述第3光入射区域中的绿色光源。

作为优选方式，上述构成的照明装置中，从上述第3光入射区域中所入射的绿色光的一部分，通过在上述第1分色镜或第2分色镜中反射，而从上述光学部件的光出射区域中出射。

另外，作为优选方式，上述构成的照明装置中，具有将从上述光学部件所出射的各色光的强度在照明对象物上均一化的光积分器。

上述光积分器可以是中空或非中空构造的杆状积分器。另外，上述构成中，上述第1分色镜以及上述第2分色镜的至少一方与上述杆状积分器的侧面平行。

作为优选方式，上述光积分器由一对复眼透镜构成。

另外，作为优选方式，上述构成的照明装置中，上述光源由固体发光器件构成。

另外，作为优选方式，上述构成的照明装置中，照明中常时出射红色光、绿色光与蓝色光(以下将该项称作第1构成)。或者是，上述构成的照明装置中，照明中将红色光、绿色光与蓝色光以规定时间一个个顺次出射(以下将该项称作第2构成)。

此外，本发明的投射型视频显示装置的特征在于，具有：上述第1构成的照明装置，一个全色灯泡，以及投射经上述全色灯泡所得到的视频光的投射机构。

另外，本发明的投射型视频显示装置的特征在于，具有：上述第2构成的照明装置，以及一个灯泡，以及与各色光的出射时序同步，向上述灯泡提供各色用视频信号的机构，以及投射经上述灯泡所得到的视频光的投射机构。

作为优选方式，上述任一个照明装置中，将电路基板、存储装置以及外部器件安装部等部件，配置在上述红色光源的附近。另外，作为优选方式，上述任一个投射型视频显示装置中，将电路基板、存储装置以及外部器件安装部等部件，配置在上述红色光源的附近。

作为优选方式，上述任一个照明装置中，由一次电池或二次电池进行驱动。另外，作为优选方式，上述任一个投射型视频显示装置中，由一次电池或二次电池进行驱动。

附图说明

图1为说明本发明的实施方式的投射型视频显示装置(照明装置)的光学系统的示意图。

图2为说明十字形分色镜的剖面图。

图3为说明本发明实施方式的投射型视频显示装置(照明装置)的光学系统的平面图。

图4为说明本发明的另一个实施方式的投射型视频显示装置(照明装置)的光学系统的平面图。

图5为说明本发明的实施方式的投射型视频显示装置的信号处理系统等的示意图。

具体实施方式

下面对照图1至图5对本发明的实施方式进行说明。图1为说明单板式的投射型视频显示装置6A的光学系统的立体图，图3是该照明装置的扩大图。投射型视频显示装置6A具有3个LED光源1R、1G、1B(以下，在不特指各个LED光源时，使用符号“1”)。各个LED光源1，具有将LED(发光二极管)配置为阵列状的构造。各个LED光源1的纵横比可以与液晶面板4的纵横比大体一致。LED光源1R发射红色光，LED光源1G发射绿色光，LED光源1B发射蓝色光。LED光源1G与杆状积分器3的光入射面面对面配置，将十字形分色镜2夹在中间。LED光源1R与LED光源1B面对面配置，将十字形分色镜2夹在中间。也即，十字形分色镜2的第1光入射区域中设有LED光源1R，第2光入射区域中设有LED光源1B，第3光入射区域中设有LED光源1G。另外，虽然图中未示出，但还可以通过在十字形分色镜2的非光入射区域中设置镜板，来提高LED所发出的光的利用效率。

十字形分色镜2，通过将第1十字形分色镜部2a与第2十字形分色镜部2b十字相交配置而成。第1十字形分色镜部2a，反射红色光，让红色光以外的光通过。第2十字形分色镜部2b，反射蓝色光，让蓝色光以外的光通过。例如，将第1十字形分色镜部2a，分割成两个部分，通过所分割的这两个部分将第2十字形分色镜部2b夹在中间。

将十字形分色镜2中的两片分色镜2a、2b各自的一端侧(位于光入射侧的一端侧)的边缘面，定义为十字形分色镜2中的光入射区域。十字形分色镜2，其相面对的第1、第2光入射区域(红色光入射区域与蓝色光入射区域)互相平行。十字形分色镜2的第1光入射区域(面对LED光源1R的区域)中，设有分色镜23，十字形分色镜2的第2光入射区域(面对LED光源1B的区域)中，设有分色镜24。并且，分色镜23与24也互相平行设置。分色镜23让红色光通过，反射其他色光。另外，分色镜24让蓝色光通过，反射其他色光。通过设置分色镜23、24，能够提高LED光源1G所出射的绿色光的利用效率。另外，分色镜23、24具有杆状积分器3的作用，能够提高照明光的均一性。

各个LED光源1所出射的色光，通过十字形分色镜2被导入到杆状积分器3的光入射区域中。杆状积分器3，具有内面为镜面的矩形筒状构造(中空构造)。杆状积分器3的至少光入射区域的纵横比与液晶面板4的纵横比大体一致。杆状积分器3将来自LED光源1的各色光，在上述镜面上进行反射，导入到液晶面板4中，因此，各色光的光强度分布在液晶面板4(照明对象物)上被大体均匀化。

上述杆状积分器3的侧面与上述分色镜23、24平行或大致平行。另外，上述杆状积分器3的侧面形成在上述光入射区域的面上(参照图3)。另外，上述十字形分色镜2的相对面的两个非光入射区域(前述的镜板的设置区域)也互相平行，上述杆状积分器3的侧面平行于或大致平行于上述非光入射区域。另外，上述杆状积分器3的侧面形成在上述非光入射区域的面上。LED光源1R以及LED光源1B中的主光线轴，与各个光入射区域垂直。另外，LED光源1R以及LED光源1B中的主光线轴，以45°角与第1十字形分色镜部2a以及第2十字形分色镜部2b相交叉。

液晶面板4的构造中具有RGB彩色滤光片，或不具有RGB彩色滤光片。在使用具有RGB彩色滤光片的构造的液晶面板4的情况下，将全LED光源1R、1G、1B同时点亮，将白色光导入到液晶面板4中。在使用上述不具有RGB彩色滤光片的构造的液晶面板4的情况下，将LED光源1R、1G、1B分时顺次以规定的时间点亮，并且与该规定时间的点亮时序同步，将各色视频信号提供给液晶面板4。

透过液晶面板4从而被调制了的光(视频光)，被投射透镜5放大投射，投影显示到图中未示出的屏幕上。

LED光源1可以具有用于平行光化的透镜。另外，LED光源1，例如可以将LED芯片阵列状配置，且在各个LED芯片的光出射侧通过模型来设置透镜单元(例如平行光化用)。还可以使用一个LED所构成的光源，来代替阵列状的LED光源1。

还可以在杆状积分器3的光出射侧设置偏光变换装置。这种情况下的偏光变换装置可以具有与杆状积分器3的光出射部的大小相对应的单一的PBS(偏光束分离器)，以及与该PBS中的偏光分离膜平行设置的反射镜，以及设置在上述反射镜或PBS的光出射侧的相位差板。并且这种情况下，偏光变换装置的光出射部的大小，为杆状积分器3的光出射部的大小的2倍。因此，偏光变换装置的光出射部的整体形状最好与液晶面板的纵横比大体一致。这种情况下，如果液晶面板的纵横比为A∶B，则杆状积分器3的光出射部的纵横比例如为A∶B/2。另外，还可以让杆状积分器3中不仅仅是光出射部，还有光入射部的纵横比也为A∶B/2。这种情况下，可以在十字形分色镜2与杆状积分器3的光入射部之间，设置变形光学系统，来调整光束的纵横比。

另外，偏光变换装置还可以设置在各个LED的光出射侧。这种情况下的偏光变换装置可以具有LED的光出射部的大小大致相同的单一的PBS，以及与该PBS中的偏光分离膜平行设置的反射镜，以及设置在上述反射镜或PBS的光出射侧的相位差板。

偏光变换装置并不仅限于由单一的PBS构成，还可以对一个LED使用两个PBS。这种情况下，将两个PBS中的偏光分离膜设置为从侧面看为＜形状，在上述＜形状的尖端侧设置LED。另外，还可以对排列成1列的多个LED使用上述两个PBS。这种情况下，排列成1列的多个LED设置在上述＜形状的尖端侧。另外，可以使用电介质多层膜或线栅作为偏光分离膜。

还可以使用图2中所示的十字形分色镜21来代替十字形分色镜2。该十字形分色镜21，通过将第1十字形分色镜部211与第2十字形分色镜部212垂直十字形配置而成。第1十字形分色镜部211，反射红色光，让红色光以外的光通过。第2十字形分色镜部212，反射蓝色光，让蓝色光以外的光通过。第1十字形分色镜部211，由分割部211a与分割部211b构成，第2十字形分色镜部212，由分割部212a与分割部212b构成。十字形分色镜21，具有让这4片分割部各自的角边靠近而十字交叉配置而成的构造。通过这样的构造，解决了十字形分色镜2中所容易产生的问题(投射视频中的分界线(暗线、纵条纹))。

图4中所示的投射型视频显示装置6B具有十字架分色镜22以及杆状积分器31。十字形分色镜22中，相面对的第1、第2光入射区域互相不平行呈锥形。这样，对应于上述第1、第2光入射区域的非平行，将两个分色镜23、24设置为互相不平行。与上述十字形分色镜22相面对的两个非光入射区域(配置上述镜板的区域)互相也不平行。还可以只让相面对的第1、第2光入射区域，与相面对的两个非光入射区域中的任一组不平行。锥形十字形分色镜22中也可以采用图2中所述的4分割的构造。

十字形分色镜22的光出射区域，比第3光入射区域小。这样的构成中，分色镜23、24的存在更加有效。还可以采用光出射区域比第3光入射区域大的构成，这种构成中，能够让的光的分散角度变小。这种情况下也一样，对应于上述第1、第2光入射区域的非平行，将两个分色镜23、24设置为互相不平行。

杆状积分器31相面对的2侧面，形成为与上述十字形分色镜22的第1、第2光入射区域平行或大致平行的锥形。另外，上述杆状积分器31的上述2侧面，与上述第1、第2光入射区域形成在同一个面中。上述杆状积分器31的相面对的另外2侧面，形成为与上述十字形分色镜21的非光入射区域平行或大致平行。另外，上述杆状积分器31的上述2侧面，与上述非光入射区域形成在同一个面中。上述杆状积分器31的光出射区域比其光入射区域小。还可以采用杆状积分器31的光出射区域比其光入射区域大的构造，这种构成中，能够让的光的分散角度变小。

图4的构成例中，十字形分色镜22中的第1十字形分色镜部22a与第2十字形分色镜部22b非垂直相交。调整LED光源1R以及LED光源1B的主光轴线，使得上述十字形分色镜部22a、22b所反射的光源的主光轴线平行。当然，也可以让第1十字形分色镜部22a与第2十字形分色镜部22b垂直相交。这种情况下，LED光源1R以及LED光源1B的主光轴线，以45°与各个十字形分色镜部相交叉。

图5为说明投射型视频显示装置6A、6B的信号处理系统的一例示意图。投射型视频显示装置6，具有视频信号处理电路63、灰度校正电路64以及液晶面板4等，在上述液晶面板4中调制并投射LED光源1所出射的光。电池(一次电池或二次电池)61，给各个电路以及LED光源供电。投射型视频显示装置6的微型计算机66，将经无线LAN网卡41从个人计算机50所接收到的图像数据(符号数据)，以及在存储接口68中从存储卡中所读出的图像数据(符号数据)，提供给视频译码部62。

视频译码部62对符号数据进行译码，生成视频信号，并将其提供给OSD(On Screen Display)内置的视频信号处理电路63。微型计算机66，经无线LAN网卡41接收到文字数据的等情况下，还能够控制视频信号处理电路63，将该文字OSD显示。另外，投射型视频显示装置6A、6B中设有遥控信号受光部67，能够通过遥控发送器60来操作该投射型视频显示装置6A、6B。

无线LAN网卡41的装填部、存储卡68的装填部，或者其他电路基板等，设置在LED光源1R的附近。由于各个LED光源1发光时也发热，因此最好将LED光源配置在散热板上。在解决这样的光源冷却的问题的情况下，例如，如果将散热板加大，则电路基板等的设置空间就变小，如果将散热板缩小，则电路基板等的设置空间就变大。这里，LED光源1R与其他LED光源相比，发热量较低。本实施方式中，将无线LAN网卡41的装填部、存储卡68的装填部，或者其他电路基板等，设置在LED光源1R的附近，即使为了该配置而将用于LED光源1R的散热板缩小，对于光源冷却的影响也很小。换而言之，为了实现投射型视频显示装置6的小型化，能够将电路基板等靠近光学系统配置，且对光学系统的冷却的影响非常小。当然，这样的构成(在红色光源附近，设置电路基板、存储装置、外部器材安装部等部件的构成、通过一次电池或二次电池进行驱动的构成)，还能够适用于用作照明装置的构成。

以上的说明中，投射型视频显示装置6A、6B使用透过型液晶面板，但本发明并不仅限于此，还能够使用反射型液晶面板，还能够使用分别驱动作为象素的微小反射镜这种类型的显示面板，来代替上述液晶面板。另外，固体发光元件并不仅限于发光二极管(LED)，还能够使用有机/无机的场致发光等。

另外，以上所说明的照明装置中，还可以使用非中空构造的玻璃杆状积分器来作为光积分器。另外，还能够使用一对复眼透镜所构成的积分透镜作为光积分器。在光源所出射的光束中能够得到足够的均一性的情况下，可以省略光积分器。另外，还能够使用十字形分色棱镜来代替十字形分色镜。另外，光源并不仅限于固体发光元件。另外，还能够使用投射用曲面反射镜来代替投射透镜。另外，还能够让十字形分色镜2(21、22)与分色镜23以及分色镜24一体化。

另外，分色镜23可以光学设计为，对入射到上述光路变更部件(十字形分色棱镜或十字形分色镜)内并返回的红色光中，将规定角度范围内(例如70°至90°)的红色光反射。另外，分色镜24可以光学设计为，对入射到上述光路变更部件内并返回的蓝色光中，将规定角度范围内(例如70°至90°)的蓝色光反射。例如在分色镜23、24是通过电介质多层膜所形成的情况下，能够通过调整电介质多层膜的材质、膜厚、层叠数，来设计上述规定角度范围。

通过本发明，能够达到提高照明装置以及投射型视频显示装置中的光源光的利用效率的效果。

Claims

1、一种光学部件，其特征在于，包括：

光路变更部件，其具有相面对的第1、第2光入射区域，一个光出射区域，以及与所述光出射区域相面对的第3光入射区域，将从各个光入射区域入射的各色光分别导向大致相同的方向，从所述光出射区域出射；

第1分色镜，其被设置在所述第1光入射区域中，让红色光通过，反射红色光以外的光；和

第2分色镜，其被设置在所述第2光入射区域中，让蓝色光通过，反射蓝色光以外的光。

2、根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，

所述第1分色镜被光学设计为，对一旦入射到所述光路变更部件内并返回的红色光中的规定角度范围内的红色光进行反射；所述第2分色镜被光学设计为，对一旦入射到所述光路变更部件内并返回的蓝色光中的规定角度范围内的蓝色光进行反射。

3、根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，

所述光路变更部件是十字形分色镜。

4、根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，

所述光路变更部件是十字形分色棱镜。

5、根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，

所述第1分色镜与所述第2分色镜被设置为互相不平行。

6、一种照明装置，其特征在于，具有：

如权利要求1所述的光学部件；设置在所述第1光入射区域中的红色光源；设置在所述第2光入射区域中的蓝色光源；和设置在所述第3光入射区域中的绿色光源。

7、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，

从所述第3光入射区域入射的绿色光的一部分，通过在所述第1分色镜或第2分色镜中反射，从所述光学部件的光出射区域出射。

8、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，

具有光积分器，其将从所述光学部件出射的各色光的强度在照明对象物上均一化。

9、根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，

所述光积分器是中空或非中空构造的杆状积分器。

10、根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，

所述第1分色镜以及所述第2分色镜的至少一方与所述杆状积分器的侧面平行。

11、根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，

所述光积分器由一对复眼透镜构成。

12、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，

所述光源由固体发光元件构成。

13、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，

照明中常时出射红色光、绿色光与蓝色光。

14、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，

照明中将红色光、绿色光与蓝色光以规定时间一个个顺次出射。

15、一种投射型视频显示装置，其特征在于，具有：

如权利要求13所述的照明装置，一个全色灯泡，以及投射经所述全色灯泡所得到的视频光的投射机构。

16、一种投射型视频显示装置，其特征在于，具有：

如权利要求14所述的照明装置；一个灯泡；与各色光的出射时序同步，向所述灯泡供给各色用视频信号的机构；以及投射经所述灯泡所得到的视频光的投射机构。

17、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，

将电路基板、存储装置以及外部器件安装部等部件，配置在所述红色光源的附近。

18、根据权利要求15或权利要求16所述的投射型视频显示装置，其特征在于，

19、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，

由一次电池或二次电池进行驱动。

20、根据权利要求15或权利要求16所述的投射型视频显示装置，其特征在于，

由一次电池或二次电池进行驱动。