[发明专利]光学积分器，照明装置及投影型图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及能高效率利用光源的光学积分器和照明装置，以及在谋求小型化方面实现高品位的图像显示的投影型图像显示装置。

技术背景

作为前投影方式，以往存在将有关利用光源生成的图像的调制光投影到屏幕上，在屏幕上进行图像显示的投影机(投影型图像显示装置)。这种投影型图像显示装置的构成也适用于背投影电视为代表的背投影方式。当投影型图像显示装置用灯作为光源时，有用激光和二极管等发光元件的，另一方面，以生成投影对象的原图像的空间光调制元件(光阀)的种类来区分时，分为用DMD(数字反射镜装置：注册商标)的、以及用液晶那样的显示板的。

图10示出用灯作光源并用DMD作光阀的以往的投影型图像显示装置1(DPL方式：数字光投影机)的构成示意图。投影型图像显示装置1，配置彩色轮3使对着光源的灯2，在灯2出射的光线行进方向上，彩色轮3的下游侧，配置柱形积分器4、共计3组的会聚透镜5a～5c、及反射镜6，反射镜6向DMD7反射光线，由投影透镜8投影DMD7生成的图像的调制光。以下的说明中，规定光路中与光线行进方向相反的方向为上游侧，沿行进方向的方向为下游侧。

灯2中，可用具有灯丝型的电极构造的卤素灯，具有发生电弧放电的电极构造的金属卤化物灯，氙短弧灯，及高压型水银灯。设置在灯2中央的发光管2a出射的光线，由主要用玻璃基材构成的椭圆面或双曲面形成的反射器(反射镜)2b反射行进，使照射所要的方向和区域。灯2出射的光线中，包含紫外线，可见光线，及红外线，视觉上是白色光线。另外，彩色轮3配置在出射光线的焦点近旁。

彩色轮3至少分割为形成使透射红色、绿色、及蓝色的光线的二色镜的3个部分。彩色轮3的旋转由未图示的控制部所控制。

配置在彩色轮3的下游侧的柱形积分器4，主要用玻璃材料柱形地形成，将从一端面(入射面)4a以所要的广角入射的光线群，利用玻璃材料与周围空气的折射率之差，在玻璃材料的内侧界面上反复进行全反射，高效地在玻璃内部传播。结果，在柱形积分器的另一端面(出射面4b)，以维持光线群的入射角原样的状态，产生光源的多重反射像，使出射面4b上的照度均匀化。另外，也可将柱形积分器4配置在彩色轮3的上游侧。另外，DMD7用控制微米量级的可动反射镜阵列生成图像的元件形成。

下面，说明投影型图像显示装置1的投影控制，未图示的控制部利用DMD7的同步信号进行彩色轮3的相位旋转控制，通过控制，进行彩色轮3的旋转，使在对DMD7输入红色图像数据的时间带，灯2的出射光线通过彩色轮3的红色部分。

因此，利用灯2的出射光线通过彩色轮3，依次成为红色(下称R)、绿色(下称G)、及蓝色(下称B)的光线，与此同步，因DMD7也依次形成R、G、B用的图像，故通过R、G、B光线入射DMD7，依次生成R、G、B图像的光线。通过由投影透镜8将这些R、G、B图像的光线投影到屏幕(未图示)，屏幕上显示R、G、B图像。由于屏幕上显示的R、G、B图像各自以180Hz以上的大于人眼的色分辨力的速度更换，因此看起来错以为彩色图像。

图11示出用灯作光源同时用液晶板作光阀的以往的投影型图像显示装置1(LCD方式)的示意图。近来的LCD方式中为确保屏幕上的亮度，用3块液晶板17R、17G、17B方式成为主流。

投影型图像显示装置10，与具有椭圆形或抛物面反射镜的灯11对向地配置第1复眼透镜12a，PS分离合成单元13，第2复眼透镜12b，以及透镜14，另在透镜14的下游侧配置共计6个二色镜15R、15G、15B、16R、16G、16B，同时在各二色镜15R、15G、…之间适当配置红用液晶板17R、绿用液晶板17G、及蓝用液晶板17B。

第1和第2复眼透镜12a、12b是利用多重成像使光源即灯11的照度斑点均匀化的透镜。PS分离合成单元13把灯11出射的光线分离成相对于光轴为纵方向的偏光成分(P波)和横方向的偏光成分(S波)，将一方的偏光成分变换为另一方的偏光成分，并合成。通过将控制各液晶板17R、17G、17B的透射吸收的偏光板的透射轴对准于该PS分离合成单元13动作的设计，提高光源的利用率。

各二色镜15R、15G，…提供分别选择性地反射透射灯11出射的R、G、B光线的特性。具体是，二色镜15R、16R一面反射R光线，一面透射G、B光线，二色镜15G、16G一面反射G光线，一面透射R、B光线，二色镜15B、16B一面反射B光线，一面透射R、G光线。