CN101198901A

CN101198901A - 投影式图像显示装置

Info

Publication number: CN101198901A
Application number: CNA2006800209627A
Authority: CN
Inventors: 山岸成多; 岛冈优策; 伏见吉正; 和田充弘
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: WO2007032153A1; CN101198901B; JP4733691B2; US20090066920A1; JPWO2007032153A1

Abstract

一种投影式图像显示装置，包括：反射器(5)，在内面具有旋转椭圆面(4)；光源(35)，至少发光部(1)是可看作平面的形状，并且相对于垂直于该平面直立的法线具有±90°以内的配光，并且使发光部(1)位于光学地形成反射器(5)的椭圆反射面(4)的旋转椭圆面的第1焦点(3)上；棒积分器(8)，使形成反射器(5)的椭圆反射面(4)的旋转椭圆面的第2焦点位于其入射侧开口部；光调制元件(11)，根据外部信号调制透过的光的输出；中继光学系统(10)，将棒积分器(8)的射出侧开口部的像转映到光调制元件(11)上；投影透镜(15)，将光调制元件(11)上的像放大投影到屏幕上。由此，能够改善具有平面状的发光面、向该面的一个方向发射光的光源的向图像显示装置的光取入率，实现亮度的最大化。

Description

投影式图像显示装置

技术领域

本发明涉及具备具有平面状发光面的光源的投影式图像显示装置。

背景技术

以往，在投影式图像显示装置的照明部中，一般作为光源使用了高压水银灯(例如参照专利文献1)。其主要理由是，发光部是电极间的缝隙，非常小(主流的缝隙长为1～1.5mm)，所以容易以光学方式聚光在图像显示装置上，并且光源自身的发光效率也良好。但是，在高压水银灯的情况下，除了必要的可视光以外还产生紫外光或红外光，光源周边部变得非常高温。此外，寿命一般是2000小时左右，即使是长寿命类型也是10000小时，市场更换是必须的，有耗费运行成本等问题。

为了克服这些问题，进行了使用LED(发光二极管)元件作为投影式图像显示装置的照明部光源的尝试(将使用这样的LED元件的光源称作“LED光源”)。这着眼于能够实现20000小时以上的寿命、并且具有R(红)、G(绿)、B(蓝)的各单色下的发光特性而颜色再现性良好、也不产生有害光等的、LED元件的特征。

专利文献1：日本特开平11-142780号公报

但是，LED元件的发光效率达不到高压水银灯的发光效率，并且输出的绝对值也较小，所以具有在作为投影式图像显示装置的照明部光源使用的情况下不能得到足够亮度的问题。为了克服该问题，LED元件自身的发光效率及输出的提高问题是必须要解决的，但对于系统侧，存在如何将来自LED光源的光高效率地取入到图像显示装置中、或者是否能够为了得到足够的光量而利用多个光源的课题。

发明内容

本发明是鉴于以往技术的上述课题而做出的，其目的是提供一种投影式图像显示装置，能够改善LED光源那样的具有平面状的发光面，将光向该面的一个方向发射的光源的、向图像显示装置的光取入率，并且能够实现多个光源的结构而达到高亮度化。

为了达到上述目的，本发明涉及的投影式图像显示装置的第1结构是，具备：反射器，在内面具有由旋转椭圆面构成的反射面；光源，至少发光部是可看作平面的形状，并且相对于垂直于上述平面直立的法线具有±90°以内的配光，并且配置成使上述发光部位于光学上形成上述反射器的上述反射面的上述旋转椭圆面的第1焦点上；棒积分器，配置成使形成上述反射器的上述反射面的上述旋转椭圆面的第2焦点位于其入射侧开口部；光调制元件，根据外部信号调制透过的光的输出；中继光学系统，将上述棒积分器的射出侧开口部的像转映到上述光调制元件上；以及投影光学系统，将上述光调制元件上的像放大投影到屏幕上。

此外，本发明涉及的投影式图像显示装置的第2结构是，具备：反射器，在内面具有由旋转抛物面构成的反射面；光源，至少发光部是可看作平面的形状，并且相对于垂直于上述平面直立的法线具有±90°以内的配光，并且配置成使上述发光部位于光学上形成上述反射器的上述反射面的上述旋转抛物面的焦点上；聚光透镜，配置在上述反射器的射出面的前方；棒积分器，配置成使入射侧开口部位于上述聚光透镜的焦点位置；光调制元件，根据外部信号调制透过的光的输出；中继光学系统，将上述棒积分器的射出侧开口部的像转映到上述光调制元件上；以及投影光学系统，将上述光调制元件上的像放大投影到屏幕上。

此外，本发明涉及的投影式图像显示装置的第3结构是，具备：反射器，在内面具有由旋转抛物面构成的反射面；光源，至少发光部是可看作平面的形状，并且相对于垂直于上述平面直立的法线具有±90°以内的配光，并且配置成使上述发光部位于光学上形成上述反射器的上述反射面的上述旋转抛物面的焦点上；透镜阵列型积分器，配置在上述反射器的射出面的前方，是微透镜的集合体；光调制元件，被上述透镜阵列型积分器照明，根据外部信号调制透过的光的输出；以及投影光学系统，将上述光调制元件上的像放大投影到屏幕上。

此外，本发明涉及的投影式图像显示装置的第4结构是，具备：反射器，在内面具有由旋转椭圆面构成的反射面；光源，至少发光部是可看作平面的形状，并且相对于垂直于上述平面直立的法线具有±90°以内的配光，并且配置成使上述发光部位于光学上形成上述反射器的上述反射面的上述旋转椭圆面的第1焦点上；聚光透镜，配置成其在形成上述反射器的上述反射面的上述旋转椭圆面的第2焦点位置上具有焦点；透镜阵列型积分器，配置在上述聚光透镜的前方，是微透镜的集合体；光调制元件，被上述透镜阵列型积分器照明，根据外部信号调制透过的光的输出；以及投影光学系统，将上述光调制元件上的像放大投影到屏幕上。

此外，在上述本发明的投影式图像显示装置的第1～第4结构中，优选的是，上述光源的上述发光部以上述反射器的上述反射面的旋转中心轴为基准向上述反射器的上述反射面的面顶侧倾斜。此外，在此情况下，优选的是，垂直于上述光源的上述发光部的上述平面而直立的上述法线与上述反射器的上述反射面的旋转中心轴所成的角θ处于60°≤θ≤90°的范围内。

此外，在上述本发明的投影式图像显示装置的第1或第4结构中，优选的是，上述反射器的上述反射面的旋转中心轴相对于上述系统轴倾斜，以使来自上述反射器的光的聚光角相对于除了上述反射器及光源以外的光学部件所共同的光轴即系统轴大致对称。

此外，在上述本发明的投影式图像显示装置的第2或第3结构中，优选的是，上述反射器的上述反射面的旋转中心轴相对于上述系统轴平行移动地配置，使得来自上述反射器的光的聚光角相对于除了上述反射器及光源以外的光学部件所共同的光轴即系统轴大致对称。

此外，在上述本发明的投影式图像显示装置的第1～第4结构中，优选的是，具备多组由上述反射器与上述光源构成的照明部，上述多个反射器相对于除了上述照明部以外的光学部件所共同的光轴即系统轴对称地配置。此外，在此情况下，优选的是，上述多个反射器配置成其外表面彼此接近。

根据上述本发明的投影式图像显示装置的第1～第4结构，能够将来自具有较大射出角的面发光光源的光高效率地聚光并取入到图像显示装置中。

此外，根据上述光源的上述发光部以上述反射器的上述反射面的旋转中心轴为基准向上述反射器的上述反射面的面顶侧倾斜的优选例，向反射器的射出面的方向直接射出的光变少，光利用效率提高。

此外，根据使上述反射器的上述反射面的旋转中心轴相对于上述系统轴倾斜、以使来自上述反射器的光的聚光角相对于除了上述反射器及光源以外的光学部件所共同的光轴即系统轴大致对称的优选例，能够实现向图像显示装置的光取入效率的最佳化。

此外，根据具备由上述反射器和上述光源构成的多组照明部、上述多个反射器相对于除了上述照明部以外的光学部件所共同的光轴即系统轴对称地配置的优选例(多灯结构)，能够得到通过单灯结构不能得到的光量，能够飞跃性地改善投影像的亮度。特别是，如果将上述多个反射器配置成其外面彼此接近，则能够在光源的背面上不带来光学影响地配置用于冷却的部件(散热片等)。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

图2是表示在本发明的实施方式的投影式图像显示装置中使用的光源的侧视图。

图3是表示在本发明的实施方式的投影式图像显示装置中使用的光源的光强度分布(配光分布)的一例的图。

图4是表示本发明的第1实施方式的投影式图像显示装置的另一例的结构图。

图5是表示本发明的第1实施方式的投影式图像显示装置的再一例的结构图。

图6是表示本发明的第1实施方式的投影式图像显示装置的又一例的结构图。

图7是表示本发明的第2实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

图8是表示本发明的第3实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

图9是表示本发明的第4实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

图10是表示本发明的第5实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

图11是表示本发明的第6实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

图12是表示本发明的第7实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

图13是表示本发明的第8实施方式的投影式图像显示装置的结构图。

具体实施方式

以下，利用实施方式更具体地说明本发明。

[第1实施方式]

图1是表示本发明的第1实施方式的投影式图像显示装置的结构图，图2是表示在该投影式图像显示装置中使用的光源的侧视图。

如图1所示，本实施方式的投影式图像显示装置依次配置照明部34、棒积分器8、聚光透镜9、中继光学系统10、作为光调制元件的光调制器11和作为投影光学系统的投影透镜15而构成。

照明部34包括光源35和在内面具有椭圆反射面4的反射器5构成。光源35是固体发光光源，由连接在未图示的电力供给源上的基板2和安装在基板2上且可看作平面的发光部1构成。反射器5的椭圆反射面4是将椭圆绕其长轴旋转1周得到的曲面(旋转椭圆面)用包含长轴的面二等分而得到的，此时的作为旋转中心的椭圆的长轴与反射器5的中心轴(以下称作“反射器轴”)17一致。反射器5配置成，使形成该椭圆反射面4的旋转椭圆面的第1焦点3位于光源35的发光部1的表面(发光面)上。并且，在此情况下，将光源35配置成其发光面与包含反射器轴17的面一致。另外，在图1中，6表示反射器5的开口。

如图2所示，来自光源35的发光部1的发光面的光相对于垂直于该发光面的法线(光源中心轴)以开度角θL射出。在图3中，在横轴取射出光相对于光源中心轴的开度角θL、在纵轴取光强度，表示光源的光强度分布(配光分布)的一例。由图3可知，在-90°≤θL≤+90°的范围内射出有效的光。即，光源35相对于垂直立设在发光面上的法线具有±90°以内的配光。

棒积分器8一般由玻璃制的六面体构成，但也可以使用将平面反射镜排列4片而构成侧壁的结构作为棒积分器。该棒积分器8配置成，使形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第2焦点7位于其入射侧开口部。

聚光透镜9配置成其焦点位置位于棒积分器8的射出侧开口部。该聚光透镜9将来自棒积分器8的光变换为大致平行光。

中继光学系统10由多个透镜构成，能够将来自聚光透镜9的光高效率地向光调制器11引导。该中继光学系统10将棒积分器8的射出侧开口部的像转映到光调制器11上。

光调制器11配置在中继光学系统10的照明位置上，包括形成图像的透过型的液晶面板13、设在液晶面板13的入射侧的入射侧偏振片12和设在液晶面板13的射出侧的射出侧偏振片14。液晶面板13是将可通过外部信号独立地控制液晶状态的单元二维排列而构成的，能够根据外部信号调制透过的光的输出。入射侧偏振片12仅使入射光中的、向一方向偏振的光透过。射出侧偏振片14使向其透过轴的方向偏振的光透过，吸收向与透过轴正交的方向偏振的光。由于光调制器11的详细的动作说明对于本发明的主旨并不是必需的，所以在这里省略。

投影透镜15由多个透镜构成，将形成在光调制器11的液晶面板13上的图像放大投影在屏幕(未图示)上。

在图1中，16表示作为除了照明部34以外的光学部件即棒积分器8、聚光透镜9、中继光学系统10、光调制器11及投影透镜15共同的光轴即系统轴，在图1所示的投影式图像显示装置中，该系统轴16与反射器轴17一致。

以下，对上述那样构成的投影式图像显示装置的动作进行说明。

从发光面位于形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第1焦点3上的光源射出的光，被反射器5的椭圆反射面4反射，从反射器5的开口6射出。从反射器5的开口6射出的光被聚光到形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第2焦点7上，入射到在该第2焦点7的位置上具有入射侧开口部的棒积分器8中。在棒积分器8内反复反射的光入射到以棒积分器8的射出侧开口部为焦点位置的聚光透镜9中，成为大致平行光后入射到中继光学系统10中。来自聚光透镜9的光通过中继光学系统10高效率被引导到光调制器11，在光调制器11的液晶面板13上形成图像。该图像被投影透镜15放大投影到屏幕上。

根据本实施方式的投影式图像显示装置，通过具备上述那样的结构，来自光源35的发光部1的光除了直接向反射器5的开口6的方向射出的光以外，即使是其开度角θL接近于90°的光也能够聚光。因而，在聚光透镜9以后的结构中，只要不超出由F元件(Fno)、光线通过的有效面积决定的光的处理量的限制，就能够有效地利用来自光源35的发光部1的光。即，根据本实施方式的投影式图像显示装置，能够将来自光源35的发光部1的光高效率地取入到图像显示装置中。

另外，在光源35的发光部1的周边配置有用于表面保护等的盖玻璃的情况下，优选在将发光面保持为与包含发射器轴17的面平行的状态下进行使光源35移动的修正，以使形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第1焦点3的位置不会从发光部1光学偏离。此外，例如在光源35上一体地设有用于聚光的光学部件的情况下，也优选进行同样的修正，以使形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第1焦点3的位置不会从发光部1光学偏离。

此外，通过本实施方式的投影式图像显示装置得到的图像是单色显示，但如果采用以下那样的结构，也能够进行彩色显示。例如，对R(红)、G(绿)、B(蓝)的各颜色的光准备从光源35的发光部1到聚光透镜9的构成部件，在光变为大致平行的聚光透镜9与中继光学系统10之间配置由分色镜等构成的颜色合成光学系统。并且，将各颜色的发光在时间上错开进行，如果与其同步地按照颜色将图像形成在液晶面板13上，则能够进行彩色显示。此外，通过对红、绿、蓝的各颜色的光准备从光源35的发光部1到光调制器11的构成部件，将上述颜色合成光学系统配置在光调制器11与投影透镜15之间，也能够进行彩色显示。如本实施方式那样在光调制器11中使用液晶的情况下，如果是本领域的技术人员，则能够容易地想到能够导入用于将来自光源35的自然光变换为一方向的偏振光的偏振变换系统、或者用于实现均匀照明的积分器光学系统。

此外，在本实施方式中，在光调制器11中使用透过型的液晶面板13，但通过将从中继光学系统10到投影透镜15的光学系统最佳化，也能够在光调制器11中使用将微小可动反射镜二维排列而成的DMD(Digital Micro-Mirror Device，数字微镜器件)或反射式的液晶面板。

此外，在本实施方式中，举例说明了使通过形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第1及第2焦点3、7的反射器轴17与系统轴16一致的情况为例进行了说明，但在此情况下，虽然能够将来自光源35的发光部1的光高效率地取入到图像显示装置中，但在向光调制器11均匀照明的方面存在一些问题。即，光源35配置成其发光部1的发光面与包含反射器轴17的面一致，来自光源35的发光部1的光仅被反射器5的椭圆反射面4的单侧一半反射，所以来自反射器5的开口6的光的聚光角相对于系统轴16为非对称(参照图1)。因此，来自反射器5的开口6的光在棒积分器8中难以变得均匀，难以得到向光调制器11的照明的均匀性。所以，如图4、图5所示，优选以第2焦点7为基准使反射器轴17相对于系统轴16倾斜，使得来自反射器5的开口6的光的聚光角相对于系统轴16成为对称。由此，能够实现向图像显示装置的光取入率的最佳化，并且也能够实现向光调制器11的均匀照明。但是，在光源35的强度分布(配光分布)不对称的情况下，有时即使来自反射器5的开口6的光的聚光角相对于系统轴16的对称性稍稍偏离，也能够得到最大光利用效率。

此外，在本实施方式中，将光源35配置成其发光部1的表面(发光面)与包含反射器轴17的面一致，但如图6所示，如果将发光面朝向反射器5的椭圆反射面4的面顶侧倾斜，则向反射器5的开口6的方向直接射出的光变少，光利用效率提高。但是，如果光源35的发光面过于倾斜，则在椭圆反射面4的面顶侧反射的光被发光部1或基板2遮蔽，所以优选考虑图3所示的配光分布，观察能够补偿向反射器5的开口6的方向直接射出量的光量、和被发光部1或基板2遮蔽的光量的平衡，来决定最佳的倾斜角，垂直于光源35的发光部1的表面(发光面)而直立的法线与反射器轴17所成的角度θ优选在60°≤θ≤90°的范围内。

此外，在本实施方式中，是将聚光透镜9与中继光学系统10明确分开的结构，但也可以如图5、图6所示那样将两者一体构成。

[第2实施方式]

如图7所示，本实施方式的投影式图像显示装置依次配置有照明部36、聚光透镜22、棒积分器8、中继光学系统24、作为光调制元件的光调制器11和作为投影光学系统的投影透镜15而构成。在图7中，16表示除了照明部36以外的光学部件即聚光透镜22、棒积分器8、中继光学系统24、光调制器11及投影透镜15共同的光轴即系统轴。另外，棒积分器8、光调制器11、投影透镜15与在上述第1实施方式中说明的相同，所以省略其详细的说明。

照明部36包括光源35和在内面具有由旋转抛物面构成的反射面19的反射器20。光源35与上述第1实施方式的情况同样，是固体发光光源，由连接在未图示的电力供给源上的基板2和安装在基板2上且可看作平面的发光部1构成。反射器20配置成，使形成其反射面19的旋转抛物面的焦点18位于光源35的发光部1的表面(发光面)上。并且，在此情况下，光源35配置成其发光面位于包含旋转抛物面的旋转中心轴(以下称作“反射器轴”)25的面一致。由此，来自光源35的发光部1的发光面的光通过反射器20的反射面19被反射为平行于反射器轴25的光，从反射器20的开口21射出。

聚光透镜22配置在反射器20的开口21(射出面)的前方，将来自反射器20的开口21的光聚光到在聚光透镜22的焦点位置具有入射侧开口部的棒积分器8的该入射侧开口部。

中继光学系统24是将上述第1实施方式的图1所示的聚光透镜9与中继光学系统10组合而构成的，配置成其焦点位置位于棒积分器8的射出侧开口部。该中继光学系统24将来自棒积分器8的光高效率地向光调制器11导引，将棒积分器8的射出侧开口部的像转映到光调制器11上。

从发光面位于形成反射器20的反射面19的旋转抛物面的焦点18上的光源35射出的光，被反射器20的反射面19反射，从反射器20的开口21作为大致平行于反射器轴25的光射出。从反射器20的开口21射出的光被聚光透镜22聚光到棒积分器8的入射侧开口部，入射到该棒积分器8中。在棒积分器8内反复反射的光，入射到以棒积分器8的射出侧开口部为焦点位置的中继光学系统10中。来自棒积分器8的光被中继光学系统10高效率地导引到光调制器11中，在光调制器11的液晶面板13上形成图像。该图像被投影透镜15放大投影在屏幕上。

根据本实施方式的投影式图像显示装置，通过具备上述那样的结构，与上述第1实施方式的情况同样，来自光源35的发光部1的光中，除了向反射器20的开口21的方向直接射出的光以外，即使是其开度角θL接近于90°的光也能够聚光。因而，在聚光透镜22以后的结构中，只要不超出由F元件(Fno)、光线通过的有效面积决定的光的处理量的限制，就能够有效地利用来自光源35的发光部1的光。即，根据本实施方式的投影式图像显示装置，能够将来自光源35的发光部1的光高效率地取入到图像显示装置中。

另外，在本实施方式的投影式图像显示装置中，在光源35的发光部1的周边配置有用于表面保护等的盖玻璃的情况下，优选在将发光面保持为与包含发射器轴25的面平行的状态下进行使光源35移动的修正，以使形成反射器22的反射面19的旋转抛物面的焦点18的位置不会从发光部1光学偏离。此外，例如在光源35上一体地设有用于聚光的光学部件的情况下，也优选进行同样的修正，以使形成反射器20的反射面19的旋转椭圆面的焦点18的位置不会从发光部1光学偏离。

此外，通过本实施方式的投影式图像显示装置得到的图像是单色显示，但如果采用以下那样的结构，也能够进行彩色显示。例如，对R(红)、G(绿)、B(蓝)的各颜色的光准备从光源35的发光部1到反射器20的结构部件，在光成为大致平行的反射器20的开口21与聚光透镜22之间配置由分色镜等构成的颜色合成光学系统。并且，将各颜色的发光在时间上错开进行，如果与其同步地按照颜色将图像形成在液晶面板13上，则能够进行彩色显示。此外，通过对红、绿、蓝的各颜色的光准备从光源35的发光部1到光调制器11的结构部件，将上述颜色合成光学系统配置在光调制器11与投影透镜15之间，也能够进行彩色显示。另外，与上述第1实施方式的情况同样，如果是本领域的技术人员，则能够容易地想到可以具有偏振变换功能。

此外，如图7所示，优选使反射器轴25相对于系统轴16平行移动地配置，以使来自反射器20的开口21的聚光角相对于系统轴16成为对称。由此，与上述第1实施方式的情况同样，能够实现向图像显示装置的光取入率的最佳化，并且也能够实现向光调制器11的均匀照明。但是，在光源35的强度分布(配光分布)不对称的情况下，有时即使来自反射器20的开口21的光的聚光角相对于系统轴16的对称性稍稍偏差，也能够得到最大光利用效率，所以反射器轴25的上述位移量需要根据结构而相应地最佳化。

进而，在本实施方式的投影式图像显示装置中，也通过使光源35的发光部1的表面(发光面)在反射器轴25上朝向反射面19(旋转抛物面)的面顶侧倾斜，向反射器20的开口21的方向直接射出的光变少，使用效率提高。

[第3实施方式]

如图8所示，本实施方式的投影式图像显示装置依次配置有照明部36、透镜阵列型积分器26、场透镜30、作为光调制元件的光调制器11和作为投影光学系统的投影透镜15构成。在图8中，16表示除了照明部36以外的光学部件即透镜阵列型积分器26、场透镜30、光调制器11及投影透镜15共同的光轴即系统轴。另外，照明部36与在上述第2实施方式中说明的相同，所以省略其详细的说明。此外，光调制器11、投影透镜15与在上述第1实施方式中说明的相同，所以省略其详细的说明。

透镜阵列型积分器26配置在反射器20的开口21(射出面)的前方，由作为微透镜集合体的第1透镜阵列27、与第1透镜阵列27的微透镜一对一对应的第2透镜阵列28和聚光透镜29构成，将从反射器20的开口21射出的光分割为多个局部光，将该多个局部光重叠照明在光调制器11上。

从发光面位于形成反射器20的反射面19的旋转抛物面的焦点18上的光源35射出的光，被反射器20的反射面19反射，从反射器20的开口21作为大致平行于反射器轴25的光射出。从反射器20的开口21射出的光入射到配置在前方的透镜阵列型积分器26。来自透镜阵列型积分器26的光经由场透镜30被导引到光调制器11，在光调制器11的液晶面板13上形成图像。该图像通过投影透镜15被放大投影在屏幕上。

根据本实施方式的投影式图像显示装置，通过具备上述那样的结构，与上述第2实施方式的情况同样，来自光源35的发光部1的光中，除了向反射器20的开口21的方向直接射出的光以外，即使是其开度角θL接近于90°的光也能够聚光。因而，在透镜阵列型积分器26以后的结构中，只要不超出由F元件(Fno)、光线通过的有效面积决定的光的处理量的限制，就能够有效地利用来自光源35的发光部1的光。即，根据本实施方式的投影式图像显示装置，能够将来自光源35的发光部1的光高效率地取入到图像显示装置中。

另外，通过本实施方式的投影式图像显示装置得到的图像是单色显示，但如果采用以下那样的结构，也能够进行彩色显示。例如，对R(红)、G(绿)、B(蓝)的各颜色的光准备从光源35的发光部1到反射器20的结构部件，在光成为大致平行的反射器20的开口21与透镜阵列型积分器26之间配置由分色镜等构成的颜色合成光学系统。并且，将各颜色的发光在时间上错开进行，如果与其同步地按照颜色将图像形成在液晶面板13上，则能够进行彩色显示。此外，通过对红、绿、蓝的各颜色的光准备从光源35的发光部1到光调制器11的结构部件、将上述各颜色合成光学系统配置在光调制器11与投影透镜15之间，也能够进行彩色显示。另外，与上述第1及第2实施方式的情况同样，如果是本领域的技术人员，则能够容易地想到可以具有偏振变换功能。

这里，如果反射器的反射面的形状不是旋转抛物面、焦点间距离较长而能够看作是旋转抛物面，并且来自反射器的开口的射出光接近于平行光，则能够采用同样的结构(对于上述第2实施方式也同样)。在如本实施方式那样在光调制器11中使用液晶的情况下，如果是本领域的技术人员，则能够容易地想到能够导入用于将来自光源35的自然光变换为一方向的偏振光的偏振变换系统。

此外，如图8所示，优选使反射器轴25相对于系统轴16平行移动地配置，使得来自反射器20的开口21的聚光角相对于系统轴16成为对称。这里，所谓“对称”，是指从透镜阵列型积分器26观察时数值孔径(NA)是对称的。但是，在光源35的强度分布(配光分布)不对称的情况下，有时即使来自反射器20的开口21的光的聚光角相对于系统轴16的对称性稍稍偏差，也能够得到最大光利用效率，所以反射器轴25的上述位移量需要根据结构相应地最佳化。

[第4实施方式]

如图9所示，本实施方式的投影式图像显示装置依次配置有照明部34、聚光透镜9、透镜阵列型积分器26、场透镜30、作为光调制元件的光调制器11、和作为投影光学系统的投影透镜15构成。在图9中，16表示除了照明部34以外的光学部件即聚光透镜9、透镜阵列型积分器26、场透镜30、光调制器11及投影透镜15共同的光轴即系统轴，17表示反射器轴。另外，照明部34、聚光透镜9、光调制器11、投影透镜15与上述第1实施方式中说明的相同，所以省略其详细说明。此外，透镜阵列型积分器26、场透镜30与上述第3实施方式中说明的相同，所以省略其详细的说明。

聚光透镜9配置成其在形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第2焦点7的位置上具有焦点。

从发光面位于形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第1焦点3上的光源35射出的光，被反射器5的椭圆反射面4反射，从反射器5的开口6射出。从反射器5的开口6射出的光被聚光到形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第2焦点7，入射到在该第2焦点7的位置上具有焦点的聚光透镜9，成为大致平行光并入射到透镜阵列型积分器26。来自透镜阵列型积分器26的光经由场透镜30被导引到光调制器11，在光调制器11的液晶面板13上形成图像。该图像通过投影透镜15放大投影在屏幕上。

根据本实施方式的投影式图像显示装置，通过具备上述那样的结构，来自光源35的发光部1的光中，除了向反射器5的开口6的方向直接射出的光以外，即使是其开度角θL接近于90°的光也能够聚光。因而，在聚光透镜9以后的结构中，只要不超出由F元件(Fno)、光线通过的有效面积决定的光的处理量的限制，就能够有效地利用来自光源35的发光部1的光。即，根据本实施方式的投影式图像显示装置，能够将来自光源35的发光部1的光高效率地取入到图像显示装置。

另外，通过本实施方式的投影式图像显示装置得到的图像是单色显示，但如果采用以下那样的结构，也能够进行彩色显示。例如，对R(红)、G(绿)、B(蓝)的各颜色的光准备从光源35的发光部1到聚光透镜9的构成部件，在光成为大致平行的聚光透镜9与透镜阵列型积分器26之间配置由分色镜等构成的颜色合成光学系统。并且，将各颜色的发光在时间上错开进行，如果与其同步地按照颜色将图像形成在液晶面板13上，则能够进行彩色显示。此外，通过对红、绿、蓝的各颜色的光准备从光源35的发光部1到光调制器11的结构部件，将上述颜色合成光学系统配置在光调制器11与投影透镜15之间，也能够进行彩色显示。在如本实施方式那样在光调制器11中使用液晶的情况下，如果是本领域的技术人员，则能够容易地想到可以导入用于将来自光源35的自然光变换为一方向的偏振光的偏振变换系统。

此外，如图9所示，优选使反射器轴17以第2焦点7为基准相对于系统轴16倾斜，以使来自反射器5的开口6的聚光角相对于系统轴16成为对称。但是，在光源35的强度分布(配光分布)不对称的情况下，有时即使来自反射器5的开口6的光的聚光角相对于系统轴16的对称性稍稍偏差，也能够得到最大光利用效率，所以反射器轴17的上述位移量需要根据结构而相应地最佳化。

此外，也与其他实施方式同样，如果使光源35的发光部1的表面(发光面)在反射器轴17上朝向反射器5的椭圆反射面4的顶面侧倾斜，则向反射器5的开口6的方向直接射出的光变少，光利用效率提高。

[第5实施方式]

如图10所示，本实施方式的投影式图像显示装置依次配置有照明部32、棒积分器8、中继光学系统31、作为光调制元件的光调制器11、和作为投影光学系统的投影透镜15而构成。在图10中，16表示除了照明部32以外的光学部件即棒积分器8、中继光学系统31、光调制器11及投影透镜15共同的光轴即系统轴。另外，棒积分器8、光调制器11、投影透镜1 5与上述第1实施方式中说明的相同，所以省略其详细的说明。此外，透镜阵列型积分器26、场透镜30与上述第3实施方式中说明的相同，所以省略其详细的说明。

照明部32为双灯结构。具体而言，照明部32具备两组在内面具有椭圆反射面4的反射器5、和发光部1的表面(发光面)位于形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第1焦点3的位置的光源35，将它们相对于系统轴16对称地配置，以使反射器5的外表面彼此接近。并且，棒积分器8配置成，即使形成反射器5的椭圆反射面4的旋转椭圆面的第2焦点7彼此微妙地错开，只要光有效地入射到棒积分器8的入射侧开口部中就没有问题。此外，也可以不是图10那样的结构，而做成反射器5的反射器轴17彼此接近的配置。但是，在固体发光光源的情况下，一般在基板2的背面配置有散热片等散热机构，所以如图10那样的结构，会在基板2的背面上出现空间上的富余，所以更优选。此外，通过相同的考虑方式，也能够进一步实现具有多个灯的结构。

中继光学系统31与上述第1实施方式的图5所示的、将聚光透镜与中继光学系统一体地构成的结构相同，配置成其焦点位置位于棒积分器8的射出侧开口部。

根据本实施方式的投影式图像显示装置(双灯结构)，能够得到通过单灯结构不能得到的光量，能够飞跃性地改善投影图像的亮度。

另外，在上述第4实施方式的投影式图像显示装置的情况下，通过采用同样的结构，也能够实现具有多个灯的结构。

[第6实施方式]

如图11所示，本实施方式的投影式图像显示装置依次配置有照明部33、透镜阵列型积分器26、场透镜30、作为光调制元件的光调制器11、和作为投影光学系统的投影透镜15而构成。在图11中，16表示除了照明部33以外的光学部件即透镜阵列型积分器26、场透镜30、光调制器11及投影透镜15共同的光轴即系统轴。另外，透镜阵列型积分器26、场透镜30与上述第3实施方式中说明的相同，所以省略其详细说明。此外，光调制器11、投影透镜15与上述第1实施方式中说明的相同，所以省略其详细的说明。

照明部33为双灯结构。具体而言，照明部33具备两组在内面具有由旋转抛物面构成的反射面19的反射器20、和发光部1的表面(发光面)位于形成反射器20的反射面19的旋转抛物面的焦点18的位置的光源35，将它们相对于系统轴16对称地配置，以使反射器20的外表面彼此接近、并且各反射器轴25与系统轴16平行。另外，即使反射器轴25与系统轴16从平行状态微妙地错开，只要是透镜阵列型积分器26能够处理的范围的偏差，就没有问题。此外，也可以不是图11那样的结构，而做成反射器20的反射器轴25彼此接近的配置。但是，在固体发光光源的情况下，一般在基板2的背面上配置有散热片等的散热机构，所以如图11那样的结构，会在基板2的背面上出现空间上的富余，更优选。此外，通过相同的考虑方式，也能够进一步实现具有多个灯的结构。

另外，在上述第3实施方式的投影式图像显示装置的情况下，通过采用同样的结构，也能够实现具有多个灯的结构。

[第7实施方式]

图12所示的投影式图像显示装置是应用上述第5实施方式的投影式图像显示装置(10)来对应彩色显示的结构。这里，是将来自对R(红)、G(绿)、B(蓝)的各颜色的光准备的照明部32R、32G、32B的光，通过分色镜合成的结构。来自照明部32R的光被红色反射分色镜40反射，来自照明部32B的光被蓝色反射分色镜41反射，来自照明部32G的光透过红色反射分色镜40和蓝色反射分色镜41，由此，能够将来自各照明部32R、32G、32B的光合成。对于显示动作在上述第1～第4实施方式中进行了说明，所以这里省略其说明。

另外，将来自各照明部32R、32G、32B的光合成的机构并不一定限于分色镜，例如也可以使用棱镜或衍射光栅。

[第8实施方式]

图13所示的投影式图像显示装置是应用上述第6实施方式的投影式图像显示装置(11)来对应彩色显示的结构。这里，是通过R(红)、G(绿)、B(蓝)的分色镜合成的结构。来自照明部33R的光被红色反射分色镜40反射，来自照明部33B的光被蓝色反射分色镜41反射，来自照明部33G的光透过红色反射分色镜40和蓝色反射分色镜41，由此，能够合成来自各照明部33R、33G、33B的光。对于显示动作在上述第1～第4实施方式中进行了说明，所以这里省略其说明。

另外，将来自各照明部33R、33G、33B的光合成的机构并不一定限于分色镜，例如也可以使用棱镜或衍射光栅。

以上，根据本发明，能够将来自具有较大射出角的面发光光源的光高效率地聚光、取入到图像显示装置中。因而，本发明对于要求充分的亮度的投影式图像显示装置是具有实用性的。

Claims

1.一种投影式图像显示装置，其特征在于，具备：

反射器，在内面具有由旋转椭圆面构成的反射面；

光源，至少发光部是可看作平面的形状，并且相对于垂直于上述平面直立的法线具有±90°以内的配光，并且配置成使上述发光部位于光学上形成上述反射器的上述反射面的上述旋转椭圆面的第1焦点上；

棒积分器，配置成使形成上述反射器的上述反射面的上述旋转椭圆面的第2焦点位于其入射侧开口部；

光调制元件，根据外部信号调制透过的光的输出；

中继光学系统，将上述棒积分器的射出侧开口部的像转映到上述光调制元件上；以及

投影光学系统，将上述光调制元件上的像放大投影到屏幕上。

2.一种投影式图像显示装置，其特征在于，具备：

反射器，在内面具有由旋转抛物面构成的反射面；

光源，至少发光部是可看作平面的形状，并且相对于垂直于上述平面直立的法线具有±90°以内的配光，并且配置成使上述发光部位于光学上形成上述反射器的上述反射面的上述旋转抛物面的焦点上；

聚光透镜，配置在上述反射器的射出面的前方；

棒积分器，配置成使入射侧开口部位于上述聚光透镜的焦点位置；

光调制元件，根据外部信号调制透过的光的输出；

3.一种投影式图像显示装置，其特征在于，具备：

反射器，在内面具有由旋转抛物面构成的反射面；

透镜阵列型积分器，配置在上述反射器的射出面的前方，是微透镜的集合体；

光调制元件，被上述透镜阵列型积分器照明，根据外部信号调制透过的光的输出；以及

4.一种投影式图像显示装置，其特征在于，具备：

反射器，在内面具有由旋转椭圆面构成的反射面；

聚光透镜，配置成其在形成上述反射器的上述反射面的上述旋转椭圆面的第2焦点位置上具有焦点；

透镜阵列型积分器，配置在上述聚光透镜的前方，是微透镜的集合体；

5.如权利要求1～4中任一项所述的投影式图像显示装置，其特征在于，上述光源的上述发光部以上述反射器的上述反射面的旋转中心轴为基准，向上述反射器的上述反射面的面顶侧倾斜。

6.如权利要求5所述的投影式图像显示装置，其特征在于，垂直于上述光源的上述发光部的上述平面直立的上述法线与上述反射器的上述反射面的旋转中心轴所成的角θ处于60°≤θ≤90°的范围内。

7.如权利要求1或4所述的投影式图像显示装置，其特征在于，上述反射器的上述反射面的旋转中心轴相对于上述系统轴倾斜，以使来自上述反射器的光的聚光角相对于除了上述反射器及光源以外的光学部件所共同的光轴即系统轴大致对称。

8.如权利要求2或3所述的投影式图像显示装置，其特征在于，上述反射器的上述反射面的旋转中心轴相对于上述系统轴平行移动地配置，使得来自上述反射器的光的聚光角相对于除了上述反射器及光源以外的光学部件所共同的光轴即系统轴大致对称。

9.如权利要求1～4中任一项所述的投影式图像显示装置，其特征在于，具备多组由上述反射器与上述光源构成的照明部，上述多个反射器相对于除了上述照明部以外的光学部件所共同的光轴即系统轴对称地配置。

10.如权利要求9所述的投影式图像显示装置，其特征在于，上述多个反射器配置成其外表面彼此接近。