CN100383660C - 照明装置和投影型图像显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明装置和投影型图像显示器，其中，辅助光源(12)呈阵列状设置有射出比如，红色光的LED片(12a...)，并且在各LED片(12a)的光射出侧，设置有形成平行光用的透镜单元(12b...)。与复眼透镜对(2)中的各透镜相对应，设置LED片(12a)，相应的透镜对将从LED片(12a)射出的光，送向液晶光阀(31，32，33)的整个表面。合成反射镜(13)使从主光源(11)射出的白色光实现透射，并且将从辅助光源(12)射出的光反射，将从这两个光源(11，12)射出的白色光和辅助光合成，将其送向复眼透镜对(2)。

Description

照明装置和投影型图像显示器

技术领域

本发明涉及照明装置和投影型图像显示器。

背景技术

液晶投影仪等所采用的照明装置一般为下述类型，其由超高压水银灯，金属卤化物灯，氙灯等的白色灯，使其照射光变为平行光的抛物面反射器构成。另外，近年，人们考虑下述方式，其中，将发光二极管(LED)作为辅助光源，对白色灯(白色光源，特别是水银类放电灯)中的，从颜色再现性的观点不足的波长成分进行补充(参照日本第2002-174854号专利公开公报)。另外，具有采用作为照明装置的，使用多个光源的多灯式照明装置的投影型图像显示器(参照日本第2002-296679号专利公开公报)。

但是，人们要求对将发光二极管等用作辅助光源，提高白色光源的颜色再现性的方面进一步改善。

发明内容

本发明是针对上述情况而提出的，本发明的目的在于提供将发光二极管等用作辅助光源的实用的照明装置和采用它的投影型图像显示器。

为了解决上述课题，本发明的照明装置由白色光源和辅助光源构成，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分，其特征在于上述白色光源的光轴和上述辅助光轴的光轴以交叉的方式设置，在上述交叉位置设置有光合成机构，该光合成机构将来自上述白色光源的光和来自上述辅助光源的光合成，将其射出。

按照上述方案，通过上述光合成机构，将来自白色光源的光和来自辅助光源的光合成，对上述白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分进行补充。

在上述方案中，可这样形成，即，上述辅助光源设置多个射出平行光的固体光源，在上述光合成机构的光射出侧，设置有光合成器，该光合成器避免各固体光源的光以分散方式送到照明对象上的情况。按照该方式，可避免将各固体光源的光分散地送向照射对象物的情况。可采用下述方案，其中，上述光合成器具有复眼透镜对，使各固体光源和复眼透镜对中的各透镜部相对应。

另外，本发明的照明装置由白色光源和辅助光源构成，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分，其特征在于上述辅助光源只采用仅射出规定波长范围的红色光的类型，上述辅助光源设置于上述白色光源的光射出区域的周围，设置光合成器，该光合成器避免这些光源的光以分散方式送到照明对象上的情况。另外，本发明的照明装置由白色光源和辅助光源构成，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分，其特征在于上述白色光源通过屏蔽部件，限制圆形的光射出部，具有矩形光射出部，上述辅助光源设置于上述屏蔽部件上，设置有光合成器，该光合成器避免这些光源的光以分散方式送到照明对象上的情况。可采用下述方案，其中，上述辅助光源设置有多个固体光源，该多个固体光源射出平行光，上述光合成器具有复眼透镜对，使各固体光源与复眼透镜对中的各透镜部相对应。

此外，本发明的照明装置由具有凹面反射部件的白色光源和辅助光源构成，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分，其特征在于该装置按照上述辅助光源的射出光会聚于上述白色光源的发光点附近的方式构成。另外，本发明的照明装置由白色光源和辅助光源构成，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分，上述白色光源的射出光会聚于规定位置，辅助光源的射出光也会聚于上述规定位置，作为光合成器的杆式棱镜的光射入面位于上述规定位置。可采用下述方案，其中，上述辅助光源设置有多个固体光源，各固体光源具有聚光元件。

另外，本发明的照明装置的特征在于其包括射出基本平行光的第1光源和第2光源；光学部件，在该光学部件中，对来自上述第1光源的射出光沿特定方向进行导向的第1光学元件和对来自第2光源的射出光沿与特定方向平行的方向进行导向的第2光学元件交替地设置，上述第1光源具有白色光源，第2光源包括辅助光源，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分的光。另外，本发明的照明装置的特征在于其包括射出基本平行光的第1光源；光学部件，在该光学部件中，对来自上述第1光源的射出光沿特定方向进行导向的多个光学元件按照规定间距设置，第2光源组，该第2光源组设置于上述光学元件之间，射出与上述特定方向平行的方向基本平行的光，上述第1光源包括白色光源，上述第2光源组包括辅助光源，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分的光。可采用下述方案，其中，上述辅助光源设置有多个固体光源，该多个固体光源射出基本平行的光。

在具有固体光源的照明装置中，可采用下述方案，其中，上述固体光源具有射出光的波长不同的固体光源，具有有选择地使各固体光源发光的机构。按照该方案，容易扩大颜色再现的调整范围。

另外，本发明的投影型图像显示器的特征在于具有上述任何一种所述的照明装置。

附图说明

图1为表示本发明的实施例的投影型图像显示器的光学系统的说明图，

图2为表示图1投影型图像显示器所采用的本实施例的照明装置的说明图，

图3为图2的照明装置所采用的辅助光源的说明图，

图4(a)和图4(b)为表示本发明的还一实施例的照明装置的说明图，其中图4(a)为主视图，图4(b)为作用说明图，

图5(a)和图5(b)为表示本发明的又一实施例的照明装置的说明图，其中图5(a)为主视图，图5(b)为作用说明图，

图6(a)和图6(b)为表示本发明的再一实施例的照明装置的说明图，其中图6(a)为作用说明图，图6(b)为表示主光源与辅助光源的配置关系的说明图，

图7(a)和图7(b)为表示本发明的另一实施例的照明装置的说明图，其中图7(a)为作用说明图，图7(b)为表示主光源和辅助光源的配置关系的说明图，

图8为表示本发明的实施例的照明装置和投影型图像显示器的光学系统的说明图，

图9为表示本发明的又一实施例的说明图。

具体实施方式

(第1实施例)下面根据图1和图7(a)和图7(b)，对本发明的实施例的照明装置和投影型图像显示器进行描述。

图1为表示3板式的投影型图像显示器中的光学系统的图。在该投影型图像显示器中，将从照明装置1射出的光送向复眼透镜对2。该复眼透镜对2中的相应的透镜对将从照明装置1射出的光合成，将其送向液晶光阀31，32，33的整个表面。将经过复眼透镜对2的光送向偏振变换器3。

该偏振变换器3由偏振分光镜阵列(在下面，将其称为PBS阵列)构成。该PBS阵列包括偏振光分离膜与相位差片(1/2λ片)。PBS阵列的各偏振光分离膜使来自复眼透镜对2的光中的，比如，P偏振光通过，对S偏振光改变90°光路。光路改变的S偏振光通过邻接的偏振光分离膜反射，照原样射出。另一方面，在偏振光分离膜中实现透射的P偏振光通过设置于其前侧(光射出侧)的相位差片，变换为S偏振光，然后射出。即，在此场合，将基本全部的光变换为S偏振光。经过偏振转换器3的光通过聚光镜4和反射镜5，送向第1二色镜6。

该第1二色镜6使红色波长频带的光实现透射，将青色(绿+蓝)的波长频带的光反射。在第1二色镜6中实现透射的红色波长频带的光通过反射镜7反射，改变其光路。通过反射镜7反射的红色光在红色光用的透射型的液晶光阀31中实现透射，由此，进行光调制。另一方面，将通过该第1二色镜6反射的蓝色的波长频带的光送向第2二色镜8。

该第2二色镜8使蓝色波长频带的光实现透射，将绿色波长频带的光反射。将通过第2二色镜8反射的绿色波长频带的光送向绿色光用的透射型的液晶光阀32，使其实现透射，由此对其进行光调制。另外，在第2二色镜8中实现透射的蓝色波长频带的光通过反射镜9，10(传递透镜等在图中未示出)，送向蓝色光用的透射型的液晶光阀33，使其实现透射，由此，对其进行光调制。

液晶光阀31，32，33包括入射侧偏振片；面板部，该面板部按照在一对玻璃基板(形成像素电极，定向膜)之间，密封液晶的方式构成；射出侧偏振片。通过液晶光阀31，32，33而调制的调制光(各种颜色的图像光)通过二向色棱镜21合成，形成彩色图像光。该彩色图像光通过投影透镜22进行放大投影，投影而显示于图中未示出的屏幕上。

照明装置1还象图2所示的那样，包括主光源11和辅助光源12与合成反射镜13。该主光源11和辅助光源12按照这些光源交叉的方式设置，在上述交叉位置，设置有合成反射镜13，可将来自主光源11的光和来自辅助光源12的光合成。

主光源11由抛物面凹面镜(抛物面反射器)11a与发光部11b构成，使白色光基本保持平行，将它们射出。上述发光部11b由超高压水银灯，金属卤化物灯，氙灯等构成。

在辅助光源12中，LED片12a...呈阵列状设置，并且在各LED片12a的光射出侧，设置形成平行光用的透镜单元12b...。其整体的尺寸基本上与复眼透镜对2的大小相同。LED片12a...通过透明树脂而模制，该树脂树脂呈凸状，形成上述透镜单元12b...。对应于上述复眼透镜对2中的各透镜对，设置LED片12a，相应的透镜对将从LED片12a射出的光送向液晶光阀31(32，33)的整个表面。LED片12a和透镜单元12b呈方形状，另外与液晶光阀31(32，33)的高宽比一致，或基本一致。由此，可在没有浪费的方式将从LED片12a射出的光送向液晶光阀31(32，33)的整个表面，射出光的利用效率提高。

作为LED片12a，选择射出红色波长成分的类型，该红色波长成分的类型是在主光源11中，从颜色再现性的观点来说是不足的。显然，也可不仅仅设置射出同一波长的光的LED片，还象图3所示的那样，在红色光范围，射出光波长相互不同的LED①(12a)和LED②(12a)。另外，按照分LED①(12a)的组和LED②(12a)的组而有选择地进行通电的方式，设置开关，可有效地发光。按照该方案，也可调整规定的波长成分的光量，扩大颜色再现调整范围。另外，呈阵列状设置分别制作的模制LED，形成辅助光源12。

合成反射镜13可按照下述方式构成，该方式为：其具有使从主光源11射出的白色光实现透射的特性，并且对来自辅助光源12射出的光的波长成分，具有较高的反射作用，可将来自主光源11射出的白色光与来自辅助光源12射出的光合成，将其送向复眼透镜对2。

图4(a)和图4(b)表示照明装置1的另一实例。在该照明装置1中，使主光源11的射出光轴和辅助光源12的射出光轴平行，使辅助光源12位于主光源11中的抛物面凹面镜11a的周围。另外，在图4(a)和图4(b)的方案中，将分别模制的，射出平行光的LED 12c...并排于上述抛物面凹面镜11a的周围，形成辅助光源12，与该配置相对应形成复眼透镜对2的透镜组。另外，在图4(a)和图4(b)的方案中，仅仅设置有作为LED12c的，只射出规定波长范围的红色光的类型。另外，LED12c呈方形，与液晶光阀31(32，33)的高宽比一致，或基本一致。由此，可没有浪费地将从LED12c射出的光送向液晶光阀31(32，33)的整个表面，射出光的利用效率提高。另外，也可采用下述方案，其中，可设置射出在上述的规定波长范围的红色光中，不同的波长的红色光的LED，有选择地使它们发光。另外，主光源11采用具有方形光射出口的类型。

图5(a)和图5(b)表示照明装置1的还一实例。该照明装置1按照下述方式构成，该方式为：使主光源11的射出光轴和辅助光源12的射出光轴平行，辅助光源12位于主光源11的光射出区域的周围。另外，主光源11采用抛物面凹面镜11a的射出开口为圆形的类型，另一方面，按照获得矩形开口11d的方式，屏蔽部11c设置于抛物面凹面镜11a的圆形开口。屏蔽部11c的内面为镜面，实现不需要的光的有效利用。此外，使辅助光源12位于上述屏蔽部11c上，实现空间的有效利用。另外，在图5(a)和图5(b)的方案中，分别模制的，射出平行光的LED12c并排于上述矩形开口11d的周围，形成辅助光源12，与该配置相对应，形成复眼透镜对2的透镜组。另外，LED12c呈方形，另外，与液晶光阀31(32，33)的高宽比一致。由此，可在没有浪费的情况下将从LED12c射出的光送向液晶光阀31(32，33)的整个表面，射出光的利用效率提高。另外，也可采用下述方案，其中，设置射出在上述规定波长范围中，不同的波长的红色光的LED，有选择地使它们发光。

图6(a)和图6(b)表示照明装置1的还一实例。在该照明装置1中的辅助光源12中，LED 12d...按照与抛物面凹面镜11a的圆形开口相对应的方式，呈环状设置。LED12d包括将射出光汇聚的透镜组，其按照聚光点位于主光源11的发光点附近的方式设置。

图7(a)和图7(b)表示照明装置1的还一实例。该照明装置1中的主光源11具有椭圆凹面镜11e，可将射出光汇聚于一点上。在辅助光源12中，按照对应于椭圆凹面镜11e的圆形开口的方式，呈环状设置LED12e...。另外，在LED12e的光射出侧，设置有透镜12f(相当于聚光镜的周围部分)，将LED12e...的射出光汇聚。该聚光位置与主光源11的聚光位置一致。另外，使杆式棱镜14的光入射面位于上述聚光位置。

该杆式棱镜14的光入射面12a和光射出面14b按照与液晶光阀31(32，33)的高宽比相同的方式设定。射入杆式合成器14的光入射面14a的光在杆式合成器14的内部，反复反射，实现合成，通过聚光镜4等，照射到液晶光阀31(32，33)。另外，在上述方案中，不设置偏振变换器3。另外，杆式合成器14可采用射出侧的形状大于射入侧的类型，按照该方式，可减小光发散的程度。

(第2实施例)下面根据图8和图9，对本发明的实施例的照明装置和投影型图像显示器进行描述。

图8为表示本发明的实施例的照明装置和投影型图像显示器的外形的组成图，该照明装置101包括白色光源111，辅助光源112，反射合成部113。另外，该投影型图像显示器110包括上述照明装置101，合成透镜114，偏振变换器115，聚光镜102，103，104，液晶显示面板105，与投影透镜106。另外，在该图中，为了简化说明，以单板结构的方式，给出光学系统，但是，实际上，三板式结构(参照图1)采用作用有颜色分离光学系统和颜色合成系统的方案。

合成透镜114由一对复眼透镜114a，114b形成，其按照相应的凸透镜对将来自光源111，112的光照射到液晶显示面板105的整个表面上的方式设置，可使位于从光源111，112射出的光中的局部亮度不均匀进行平均化处理，减小画面中间和周边部的光量差，在没有不均匀的方式将辅助光源112的颜色光与白色光混合。

偏振变换器115通过偏振分光镜(在下面称为PBS阵列)构成。PBS阵列包括偏振光分离膜和相位差片(1/2λ片)。PBS阵列中的各偏振光分离膜使来自合成透镜114的光中的，比如，P偏振光通过，对S偏振光改变90°光路。光路发生改变的S偏振光通过邻接的偏振光分离膜反射，通过设置于前侧(光射出侧)的相位差片，变换为P偏振光，然后射出。另一方面，在偏振光分离膜中实现透射的P偏振光照原样射出。即，在该场合，几乎全部的光变换为P偏振光。在上述实例中，采用将全部的光变换为P偏振光的方案，但是，可采用通过将相位差片位置设置于P偏振光射出位置的方式，变换为全部的S偏振光。

从上述照明装置101射出的光经过聚光镜102，103，104，到达液晶显示面板105。射入该液晶显示面板105的光按照针对像素设定的光透射率，接收光强度调制，形成图像光，通过投影透镜106，投影于图中未示出的屏幕。

下面对照明装置101进行具体描述。上述白色光源111的发光部由超高压水银灯，金属卤物灯，氙灯等构成，该照射光通过抛物面反射镜，形成基本平行的光，实现射出。

另外，在辅助光源112中，LED片112a...呈阵列状设置，并且在各LED片112a的光射出侧，设置平行光处理用的透镜单元112b...。辅助光源112比如，按照其形状与合成透镜114相类似的方式形成。该LED片112a...通过透明树脂而模制，该透明树脂呈凸状，形成上述透镜单元112b...。

作为LED片112a，选择射出红色波长成分的类型，该红色波长成分的类型是在白色光源111中，从颜色再现性的观点来说是不足的。显然，不仅设置射出同一波长的光的LED片，还可设置在红外线范围内，射出光波相互不同的LED。另外，也可按照将多个LED分组，有选择地进行通电的方式设置开关，有选择地使其发光。按照该方式，调整规定的波长成分的光量，扩大颜色再现调整范围。另外，也可呈阵列状设置分别模制的LED，形成辅助光源112。

反射合成部113采用下述结构，其中，比如，在玻璃基板表面上，并设多个三棱柱状部，在上述三棱柱状部中的人字形的对合面上，蒸镀具有高反射率的反射膜，该面形成第1，第2反射面113a，113b 。另外，光源111，112按照下述方式对称地设置，该方式为：从光源111射出的光束的光轴与从光源112射出的光束的光轴在与反射合成部113的反射面113a，113b相垂直的平面上，与垂直线β(在图中，给出反射光的光轴与垂直线β共同的场合)成规定的角度α。另外，按照下述方式设定上述三棱柱状部的人字形的，对合面(反射面113a，113b)的角度(顶角)和光源111，112的位置，该方式为：从白色光源111射出的光由反射面113a反射，沿与垂直线β平行的方向反射，从辅助光源112射出的光通过反射面113b反射，沿与垂直线β平行的方向反射。即，通过反射合成部113，没有浪费地将来自白色光轴111的射出光和来自辅助光源112的射出光合成于一个光轴上。

另外，在上述实施例中，可采用反射合成部113，将第1，第2光源111，112的两个光合成，但是，也可比如，采用在玻璃基板表面上设置多条三棱柱状部的透明部件，使第1，第2光源111，112的两个光实现透射，发生折射，将其合成。

图9表示还一实施例。图9所示的反射合成部123在上述反射合成部113中，剩余有第1反射面113a，形成反射面123a，其相当于第2反射面113b所在的区域，形成有凹部123b。在各凹部123b...，设置有模制的LED124...。

从白色光源111射出的光通过反射面123a反射。LED124...沿与上述反射方向平行的方向射出基本平行的光。该LED124...形成辅助光源，射出从白色光源111中的颜色再现性的观点来说不足的波长成分的光。白色光和辅助光通过图中未示出的合成透镜，在没有不均匀的情况下混合，送向液晶显示面板。

另外，在以上的实施例中，采用透射型的液晶显示面板105，但是并不局限于此。也可采用反射型的液晶显示面板，或还可采用比如，分别驱动微小反射镜的类型的光调制元件，以代替液晶显示面板。另外，给出了具有3个光阀的方案，但是，也可采用下述方案，其中，对来自照明装置的光进行分光，或不分光，而将其送向一个光阀。另外，固体光源不限于发光二极管(LED)。另外，不限于点光源，还可将面光源(有机EL等)作为辅助光源。另外，可将色纯度较高的固体光源用作辅助光源，但是，如果色纯度较高，则也可将灯光源用作辅助光源。

如上面所描述的那样，按照本发明，可实现下述效果，即，可采用辅助光源，进行提高颜色再现性的照明，在投影型图像显示器中，实现高品质的图像投影。

Claims (6)

1.一种照明装置，该照明装置由白色光源和辅助光源构成，该辅助光源射出该白色光源中的，从颜色再现性的观点来说不足的波长成分，其特征在于上述白色光源的射出光会聚于规定位置，并且辅助光源的射出光也会聚于该规定位置，作为光合成器的杆式棱镜的光入射面位于该规定位置。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于上述白色光源具有凹面反射部件。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于上述辅助光源设置于上述白色光源的光射出区域的周围。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的照明装置，其特征在于上述辅助光源设置有多个固体光源，在各固体光源中，设置有聚光元件。

5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于上述固体光源具有射出光的波长不同的固体光源，具有有选择地使各固体光源发光的机构。

6.一种投影型图像显示器，其通过光阀，调制从照明装置射出的光，对其进行投影，其特征在于其包括作为上述照明装置的，权利要求1～5中的任何一项所述的照明装置。

Images