照明光学系统及投射型显示装置制造方法及图纸

提供一种结构小型、简单并能够光利用率高地投射明亮图像的投影型显示装置。该装置设有：反射沿前进方向行进的光的一部分的第一反射镜（４）和反射由该第一反射镜反射、且在后退方向上行进的光的一部分的第二反射镜（３）。第一反射镜与第二反射镜构成光学共振腔（Ｃ１）。在第一反射镜的中心形成面向作为被照明物的柱状光学元件（５）的受光面的开口（１４），在第二反射镜的中心形成使沿前进方向行进的光通过的窗（１３）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将光源发出的光导入形成图像的光阀中的照明光学系统，另外涉及采用此照明光学系统的投射型显示装置。
技术介绍
在投射型显示装置中，具有使输入光聚光后传送的功能的照明光学系统将光源发出的光转换为在截面内强度均匀的光，再用它照明光阀。作为光源采用超高压水银灯(lamp)，灯发出的散射光通过设置在灯附近的凹面镜，转换为平行光或会聚光，输入到照明光学系统。如果使灯发出的光聚光，则在与光轴垂直的截面内具有如中央部明亮、大致旋转对称的光强度分布，但是此光强度分布并不适合矩形光阀的照明，因此要转换为在矩形截面内光强度均匀的照明光束。获得这种照明光束的一种方法是使用柱状光学元件。采用这种方法将灯光聚光在棱柱形状的玻璃(glass)或中空镜(hollow-bodymirror)的一端后再输入。此光通过在内部反复反射而混合，再作为均匀的矩形照明光从另一端面而输出(例如参照专利文献1)。另外的方法是使用两个透镜阵列(lens array)。采用这种方法，通过第二透镜阵列的透镜将构成第一透镜阵列的矩形的透镜外形的像成像在光阀的输入侧。也就是说，将通过构成第一透镜阵列的许多透镜的光束会聚，获得截面为矩形的均匀照明光。(例如参照专利文献2)。在光阀为液晶元件的情况下，利用单一方向的偏振光作为照明光束。由于灯等的光源发出各种偏振方向的光，因此为了提高光利用效率，如果假定是在光阀上照射第一方向的偏振光的情况，则与第一方向垂直的第二方向的偏振光有必要转换为第一方向的光。偏振光转换的方法包括使用柱状光学元件的方法(例如参照专利文献3)、使用透镜阵列的方法(例如参照专利文献4)及使用棱镜(prism)、相位板与反射镜的方法(例如参照专利文献5)等等。另外，为了实现小型且廉价的投射型显示装置，以光阀数少为好。使用一个光阀将全色图像投影的装置是众所周知的(例如参照非专利文献1图2)。由于这种装置通过使用色轮(color wheel)，按照三基色各颜色的顺序进行显示，因此不显示的两种颜色的光被浪费，灯的光利用效率降低。所以为了提高光利用效率，提出在一个光阀上同时照射两种以上基色光的方法(例如参照专利文献6、专利文献7及非专利文献1的图9)。专利文献1特开平07-98479号公报(第2图)专利文献2特开平03-111806号公报(第3图)专利文献3美国Patent Application Publication No.US2001/0008470 A1(第9图)专利文献4特开2000-284229号公报(第1图)专利文献5特开昭63-121821号公报(第1图)专利文献6特开平03-316296号公报(第1图)专利文献7美国Patent Application Publication No.US2002/0135862 A1(第6图)非专利文献1Serge Bierhuizen、Single Panel ColorSequential Projectors With Polarization Recovery、SID′02 Digest-55.5(第2图、第9图)在采用柱状光学元件作为光积分器(integrator)的情况下，为了在上述传统型照明光学系统中获得均匀的照明光，元件必须有一定的长度。另外，在采用透镜阵列的情况下，由于两个透镜阵列的截面尺寸大、而且在它们之间必须有一定距离，结果存在装置增大的问题。另外，为了进行偏振光转换，在使用柱状光学元件的情况下，在光输入侧的元件端面上必须设置开口(aperture)，但是在这种情况下存在灯光通过时造成损失的问题。为了进行偏振光转换，在透镜阵列之后设置长条形的转换棱镜的情况下，由于元件结构复杂，存在显示装置难以廉价制造的问题。另外，为了进行偏振光转换，在采用偏振光分离棱镜和相位板的情况下，存在显示装置结构变得复杂、重量变重的问题。另外，为了用一个光阀进行全色显示，在使用色轮的场合，存在光利用效率降低的问题，在使用旋转棱镜的场合，存在显示装置结构变得复杂、尺寸变大的问题。另外，为了用一个光阀进行全色显示，在使用BMF(Band Modulation Filter频带调制滤光器)开关的场合，存在显示装置寿命难以延长的问题。另外，为了用一个光阀进行全色显示，在使用具有配置成旋涡状的色区的色轮的场合，为了回收色区上的反射光，使用在输入端面上设置开口的柱状光学元件，因此存在光损失的问题。另外，存在光源即使仅有微小移动，投影图像的亮度也会显著下降的问题。另外，在传统型照明光学系统中反射型光开关(switch)、分色镜、反射型偏振光分离元件、反射型光阀等等反射型光学元件都与光轴垂直配置，反射光沿后退方向朝灯行进，因此存在返回灯的反射光的一部分引起灯电极温度上升和寿命劣化的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决以上课题，其目的在于通过小型、简单的结构获得具有光积分器功能的照明光学系统。另外，本专利技术的目的在于获得能够使反射型光学元件反射的光不返回到光源，而作为照明光再利用的照明光学系统。另外，本专利技术的目的在于获得小型、廉价、同时能够投影明亮图像的投射型显示装置。本专利技术的将光源发出的光沿光路导入到被照明物的照明光学系统的特征在于设有(1)为了远离上述光源而将沿上述光路在前进方向行进的光的一部分反射的第一反射镜和(2)将经上述第一反射镜反射、而在后退方向上行进、接近上述光源的光的一部分反射的第二反射镜；上述第一反射镜有容许沿上述前进方向行进的上述光的其它部分通过该第一反射镜并到达上述被照明物的开口，上述第二反射镜有容许上述光源发出的光通过该第二反射镜的窗，光学共振腔由该第一与第二反射镜构成。本专利技术的投射型显示装置的特征在于它设有上述照明光学系统以及将经由该照明光学系统的上述被照明物的光投射到屏幕上的投射透镜。附图说明 是表示本专利技术实施例1的照明光学系统结构的结构图。是由第二反射镜3和第一反射镜4构成的光学共振腔C1的透视图。图3(a)是表示无光学共振腔C1时聚光点PF附近的光分布图，图3(b)是表示有光学共振腔C1时聚光点PF附近的光分布图。图4(a)、(b)、(c)是分别说明光学共振腔将沿前进方向行进的光会聚的动作的说明图。图5(a)、图5(b)是说明光学共振腔获取沿后退方向行进的光并将它作为沿前进方向行进的光反射的说明图。是表示本专利技术实施例2的照明光学系统结构的结构图。是表示本专利技术实施例3的照明光学系统结构的结构图。是表示图7中照明光学系统的偏振光转换器16的结构及其附近光路的示图。是表示从灯侧观看图7中的照明光学系统的第二反射镜32的示图。图10(a)是表示图7中的照明光学系统的反射型液晶光阀102及其附近的光路的示图，图10(b)及(c)是表示图10(a)所示的色轮82的变形例的示图。是表示本专利技术实施例4的照明光学系统的偏振光转换器160的结构的示图。是表示本专利技术实施例5的投射型显示装置结构的示图。符号说明1灯、2灯部反射镜、3第二反射镜、4第一反射镜、5柱状光学元件、5a输入端面、61/4波长板、7反射型偏振光分离器、8色轮、9光学中继器、10光阀、11投射透镜、12马达、13窗、14开口(被照明区域)、15透镜、16偏振光转换器、17反射型偏振光分离器、18偏振片、20正交棱镜、32第二反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将光源发出的光沿光路导入到被照明物的照明光学系统，其特征在于：它设有将离开所述光源沿所述光路在前进方向行进的光的一部分反射的第一反射镜和将由该第一反射镜反射、并在后退方向上接近所述光源地行进的光的一部分反射的第二反射镜； 所述第一反射镜有容许沿所述前进方向行进的所述光的其它部分通过该第一反射镜而到达所述被照明物的开口，所述第二反射镜有容许所述光源发出的光通过该第二反射镜的窗，该第一与第二反射镜构成光学共振腔。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：日比武利，冈森伸二，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]