專利名稱：照明裝置和使用該裝置的投影機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適于對液晶光閥以及其它空間光調制裝置進行照明的照明裝置、以及裝配有該照明裝置的投影機。
背景技術：
作為液晶投影機用照明裝置，已知具有為了將來自包括燈及拋物面鏡構成的燈裝置的光束分割成多個部分光束的同時，將其重疊在照明區域上的分割重疊裝置的照明裝置。在該照明裝置中，例如可以將用于縮小光束幅寬的遠焦光學系統裝配到該分割重疊裝置中，在該情況下，可以減小入射至照明區域的各部分光束的入射角而提高照明光的利用效率。(參照專利文獻1)專利文獻1特開平11-21202
發明內容在上述那樣的照明裝置中，為了有效地利用光源光，需要使燈的發光點與拋物面鏡的焦點位置精密地調準(alignment)，但實際上這種調準是很困難的。即，在將燈的發光點配置在拋物面鏡的焦點處時，有一種方法是在該燈裝置的若干米前方設置一積分球，為使得該積分球所檢出的光量為最大，將該燈的發光點移動至拋物面鏡的焦點而進行調準，但是這時存在將燈的發光點移動到位于從原來的最佳位置的拋物面鏡的焦點的后方僅幾百μm，即拋物面鏡的軸心側而設定的問題。
如此稍微地移動燈的發光點的理由在于在測量時將積分球設置在距燈裝置有限距離的位置處，而用于調整燈裝置的燈位置所使用的測量用暗室則由于各種制約因素而不能變得過大。此外，雖然也可以在燈裝置和積分球之間設置用于調整的光學系統，但是必須相應于配置在燈裝置的后部的積分器的規格、或者拋物面鏡的尺寸或者焦點距離適當地變換用于調整的光學系統，從而損害了該測量裝置的通用性或者會使測量步驟變得煩瑣。
因此，本發明的目的在于提供一種不僅可以通過通用的測量裝置以良好的操作性進行燈裝置的調整，而且還可以有效地利用光源光的照明裝置。
為解決上述課題，本發明提供一種照明裝置，它具備(a)產生光源光的發光部，(b)用于對來自該發光部的光源光的光束進行準直的旋轉拋物面鏡，(c)將通過該旋轉拋物面鏡的光源光進行波陣面分割而形成多個2次光源的2次光源形成單元，(d)使來自多個所述2次光源的光重疊并投射到規定面上的重疊光學系統，和(e)賦予光源光規定的發散成分的負放大倍數的透鏡單元。
在上述照明裝置中，由于所述負放大倍數的透鏡單元賦予光源光規定的發散成分，即使在由于所述發光部和旋轉拋物面鏡的配置關系等所引起經過該旋轉拋物面鏡的光源光發生超過規定程度的會聚的情況下，也可以通過透鏡單元消除該光源光的會聚，并可以實現在照明區域上光源光的有效利用。另外，在對所述發光部和旋轉拋物面鏡進行調準時，例如當由于測量裝置而使得發光部從原來的最佳位置朝所述2次光源形成單元的相反側僅移動規定偏移量時，與此相應地經過旋轉拋物面鏡的光源光稍微會聚。
在本發明的一具體實施方案中，所述發光部配置在從所述旋轉拋物面鏡的焦點位置向所述2次光源形成單元的相反側的后方僅移動微小的規定位置偏移量的位置處。在該情況下，雖然經過旋轉拋物面鏡的光源光稍微會聚，但是可以通過透鏡單元抵消這種偏移或者會聚進行有效的照明。
此外，在本發明的另一具體實施方案中，所述透鏡單元具有補償所述規定位置偏移量的負的放大倍數。在該情況下，通過附加透鏡單元，可以同樣地將經過旋轉拋物面鏡的光源光形成完全平行的光束。
此外，在本發明的另一具體實施方案中，有關發光部的規定位置偏移量的移動是在使用積分球進行所述發光部相對于所述旋轉拋物面鏡的調準時發生的。在該情況下，可以利用積分球迅速進行照明裝置的調準并具有較高的可重復性。而且，由于存在透鏡單元可以允許照明裝置的調準誤差，并且可以實現光源光的有效利用。
此外，在本發明的另一具體實施方案中，所述透鏡單元配置在從所述光源至所述2次光源形成單元之間的光路上。在該情況下，對透鏡單元的配置精度要求不太高，并且對后部的2次光源形成單元等的規格的影響較小，所以可以容易地進行透鏡單元的組裝，并且可以提供高精度的照明裝置。
此外，在本發明的另一具體實施方案中，所述透鏡單元為配置在所述2次光源形成單元的前部的凹透鏡。在該情況下，可簡單地組裝該透鏡單元。
此外，在本發明的另一具體實施方案中，所述2次光源形成單元由使分割透鏡相對的一對復眼(微)透鏡構成，所述透鏡單元是在所述一對復眼透鏡中，作為所述凹面鏡一側的復眼透鏡的入射面而形成的凹面。在該情況下，可以防止挪用2次光源形成單元而增加光學部件的件數。
此外，在本發明的另一具體實施方案中，還具有將經過所述2次光源形成單元的光源光分割成各色(各種顏色)的照明光的色分割光學系統。在該情況下，可以提供對應于各色光的彩色光源。
此外，本發明的第一投影機，具有(a)上述的照明裝置，(b)通過由所述照明裝置射出的照明光進行照明的空間光調制裝置，和(c)對來自所述空間光調制裝置的圖像光進行投射的投射光學系統。
在上述第一投影機中，因為使用具有上述特征的本發明的照明裝置，所以可以有效地利用光源光對空間光調制裝置進行照明，從而可以高亮度投射高畫質的圖像。
此外，本發明的第二投影機，具有(a)上述的照明裝置，(b)通過由所述色分割光學系統射出的各色照明光進行照明的各種顏色的多個空間光調制裝置，(c)將來自所述多個空間光調制裝置的各種顏色的圖像光合成而射出的光合成部件，和(d)對經由所述光合成部件合成的圖像光進行投射的投射光學系統。
在上述第二投影機中，因為使用具有上述特征的本發明的照明裝置，所以可以有效地利用光源光而對空間光調制裝置進行照明，從而可以高亮度投射高畫質的圖像。
圖1為用于說明本發明第1實施形態的投影機的光學系統的圖；圖2為主要說明光源裝置的功能的圖；圖3為說明光源燈的調準的圖；圖4為說明本發明第2實施形態的投影機的光學系統的圖。
符號說明21光源裝置 21a光源燈 21b旋轉拋物面鏡21c、21d復眼光學系統 21e偏振光變換部件 21h入射面23色分割光學系統 23a第1分色鏡 23b第2分色鏡23d(λ/2)板 25光調制部 25a-25c液晶光閥27十字分色棱鏡 29投射透鏡具體實施方式
第1實施形態下面參照
本發明的第1實施形態的投影機。
圖1為說明本發明第1實施形態的投影機的光學系統的圖。該投影機10具有產生光源光的光源裝置21、將來自光源裝置21的光源光分割成RGB 3種顏色的色分割光學系統23、由從該色分割光學系統23射出的各色照明光進行照明的光調制部25、用于合成來自該光調制部25的各色圖像光的光合成部件十字分色棱鏡27、以及用于將經該十字分色棱鏡27的圖像光投射至屏幕(未示出)的投射光學系統的投射透鏡29。
光源裝置21具有光源燈21a、旋轉拋物面鏡21b、作為積分器的一對復眼光學系統21c和21d、偏振光變換部件21e和重疊透鏡21f。在此，光源燈21a為例如由高壓汞燈所構成的發光部，發生白色的光源光。旋轉拋物面鏡21b將由光源燈21a射出的光源光準直成基本平行的光束。另外，所述一對復眼光學系統21c和21d為將由配置成矩陣狀的多個要素透鏡所構成的分割透鏡面相對配置的2次光源形成單元，通過這些要素透鏡對來自光源燈21a的光源光進行波陣面分割而分別進行會聚和發散。偏振光變換部件21e將由第二復眼光學系統21d所射出的光源光變換成例如僅與圖1的紙面相垂直的S偏振光成分，供給至下段光學系統。重疊透鏡21f為由凸透鏡所構成的重疊光學系統，可以適當地使經過偏振光變換部件21e的照明光整體上進行會聚，從而對在各種顏色的空間光調制裝置上形成的各照明區域進行重疊照明。即，經過兩個復眼光學系統21c和21d和重疊透鏡21f的照明光經過將在下面詳細敘述的色分割光學系統23，均勻地對由構成光調制部25的各色空間光調制裝置的各色液晶光閥25a-25c的顯示區域進行重疊照明。
色分割光學系統23具有第1和第2分色鏡23a、23b、3個場透鏡23f-23h以及反射鏡23i-23k，并與光源裝置21一起構成照明裝置。該第1分色鏡23a反射RGB 3色光中的R光而使G光和B光透射。該第2分色鏡23b反射GB 2色光中的G光而使B光透射。在該色分割光學系統23中，由該第1分色鏡23a反射的R光作為S偏振光直接經過反射鏡23i后入射至用于調節入射角度的場透鏡23f。另外通過該第1分色鏡23a并由第2分色鏡23b反射的G光經過λ/2相位差板23d由S偏振光變換成P偏振光后入射至場透鏡23g。
此外，通過第2分色鏡23b的B光作為S偏振光直接經過用于補償光程差的中繼透鏡LL1、LL2以及反射鏡23j、23k后入射至用于調節入射角度的場透鏡23h。
光調制部25具有3個液晶光閥25a-25c和配置成夾置各液晶光閥25a-25c的3組偏振光濾色片25e-25g。由該第1分色鏡23a反射的R光經過場透鏡23f而入射至液晶光閥25a。由該第1分色鏡23a透射后由第2分色鏡23b反射的G光經過λ/2相位差板23d以及場透鏡23g后入射至液晶光閥25b。透射該第1和第2分色鏡23a、23b兩者的B光經由中間部分(省略)而經由場透鏡23h入射至液晶光閥25c。各液晶光閥25a-25c是對入射的照明光的空間強度分布進行調制的非發光型的空間光調制裝置。分別入射至各液晶光閥25a-25c的3色光對應于作為電氣信號而輸入至該各液晶光閥25a-25c的驅動信號或者圖像信號而被2維調制。
此時，通過偏振光濾色片25e-25g對入射到各液晶光閥25a-25c的照明光的偏振光方向進行調整的同時，由從該各液晶光閥25a-25c射出的調制光取出預定偏振光方向的調制光。
十字分色棱鏡27為光合成部件，使用于反射R光的電介質多層膜27a和用于反射B光的電介質多層膜27b以垂直相交的狀態內置于其中。使來自液晶光閥25a的R光由電介質多層膜27a反射而朝行進方向的右側射出，并使來自液晶光閥25b的G光經過電介質多層膜27a、27b而直線射出，和使來自液晶光閥25c的B光由電介質多層膜27b反射而朝行進方向的左側射出。如此，而使得由十字分色棱鏡27所重疊合成的光入射至用于將所希望大小的圖像投射在屏幕上的投射透鏡29。
圖2為主要說明圖1的投影機10中的光源裝置21的功能的圖。此時，光源燈21a不在旋轉拋物面鏡21b的實際焦點位置上，僅以微小的位置偏移量向復眼光學系統21c、21d的相反側的后方偏置，配置在偏離光軸方向的焦點位置上。其結果，由光源燈21a所射出后由旋轉拋物面鏡21b所反射的光源光沒有形成正確的平行光束，而是朝向復眼光學系統21c、21d的方向的前方側稍微會聚。但是，在第1復眼光學系統21c處，在其光源燈21a側形成有作為透鏡單元的凹面的入射面21h，使得入射至第1復眼光學系統21c而通過入射面21h的光束成為與光軸平行的平行光束。也就是說，可以獲得與對于第1復眼光學系統21c的入射面21h為平坦面的傳統型的復眼光學系統，入射與光軸平行的光束的情況相同的結果，從而可以將入射至各液晶光閥25a-25c的照明光正確地重疊、同時可以將入射至各液晶光閥25a-25c的各部分光束的入射角限定在預定的角度范圍內，因此可以提高照明光的利用效率而提供明亮的光源。
圖3為說明光源燈21a相對旋轉拋物面鏡21b調準的圖。預先將光源燈21a臨時鎖止在旋轉拋物面鏡21b上，在此狀態下將該旋轉拋物面鏡21b固定在測量用的保持架(未示出)上。這時，在該旋轉拋物面鏡21b的正面隔開數m距離而設置積分球40。在該積分球40上形成有用于收集來自光源燈21a的光的入射窗41，并在球內設置有用于檢測來自該入射窗41的光的入射強度的光傳感器43。該光傳感器43與功率表45相連接而可視地顯示該檢測光的強度。在進行測量時，使光源燈21a發光，而通過位于對面的積分球40來檢測光源光的強度。此時，使光源燈21a相對于旋轉拋物面鏡21b沿光軸OA方向連續進行微小的移位并監測功率表45的輸出，以檢測出當該功率表45的輸出為最大時的光源燈21a的位置，在該最大輸出位置將光源燈21a相對于旋轉拋物面鏡21b真正地固定。
在該情況下，由于在距光源燈21a和旋轉拋物面鏡21b有限的距離處設置積分球40，從而使光源燈21a的發光點從原來的最佳位置即旋轉拋物面鏡21b的實際焦點位置朝該旋轉拋物面鏡21b的后側即后方移動一移動量s而設定。該移動量s通常為約幾百μm，并根據從旋轉拋物面鏡21b至積分球40的距離或者旋轉拋物面鏡21b的焦點距離而變化。在此，當保持從旋轉拋物面鏡21b至積分球40的距離一定時，該移動量s相應于旋轉拋物面鏡21b的焦點距離等的規格而被限定為一定值，光源燈21a的定位朝一定方向偏移而固定。通過如此將光源燈21a以該移動量s朝后方偏移的狀態(配置在偏離焦點位置時的狀態)固定時，從光源燈21a射出而由該旋轉拋物面鏡21b反射的光源光朝復眼光學系統21c、21d的方向即前方側稍微會聚。這種光源光的會聚可以通過與移動量s相對應的具有負的放大倍數的透鏡等而消除。具體地說，如圖2所示，使第1復眼光學系統21c的入射面21h形成為預定曲率的凹面，使得入射至第1復眼光學系統21c后通過入射面21h的光束成為與光軸平行的平行光束。該第1復眼光學系統21c的入射面21h的曲率可以由光源燈21a的移動量s而進行簡單的計算得出。當假定該旋轉拋物面鏡21b的焦點距離為f，而第1復眼光學系統21c的光學材料的折射率為n時，該入射面21h的曲率半徑R可用下式表示R＝(n-1)×f2/s。
對于具體的裝置，例如當s＝0.18mm時，該入射面21h的曲率半徑為700＜R＜1300mm的范圍時，可以使照明光有效地入射至各液晶光閥25a-25c，從而可以提高照明光的利用效率，并可以提高投影機的亮度。
下面說明本實施形態的投影機10的操作。由光源裝置21發出的光源光通過設置在色分割光學系統23中的第1及第2分色鏡23a、23b進行色分割，作為照明光分別入射至對應的液晶光閥25a-25c。各液晶光閥25a-25c根據來自外部的圖像信號調制后具有2維折射率分布，對照明光在2維空間上以像素單位進行調制。如此，由各液晶光閥25a-25c所調制的照明光即圖像光在由十字分色棱鏡27合成后入射至投射透鏡29。入射至該投射透鏡29的圖像光被投影至未示出的屏幕。這時，在光源裝置21中，第1復眼光學系統21c的入射面21h形成為預定曲率的凹面，所以入射至第1復眼光學系統21c后通過入射面21h的光束成為與光軸平行的平行光束，可以使入射至各液晶光閥25a-25c的照明光正確地重疊，并且將入射至各液晶光閥25a-25c的各部分光束的入射角限定在預定的角度范圍內，因此可以提高照明光的利用效率。
第2實施形態下面參照
本發明的第2實施形態的投影機。
第2實施形態的投影機與第1實施形態的投影機相比有一部分進行了變更，對于相同的部分標記相同的符號并省略對其重復說明。
圖4為說明本發明第2實施形態的投影機的圖。在該投影機中，代替圖2所示的第1復眼光學系統21c，配置有其入射面121h為平坦面的普通的第1復眼光學系統121c和作為透鏡單元的凹透鏡121i。在該第2實施形態的情況下，因為在第1復眼光學系統121c的前段貼裝有用于補償光源燈21a的從實際焦點位置的移動量s的凹透鏡121i，所以可以使入射至第1復眼光學系統121c的光束成為相對于光軸精密地平行的平行光束，從而可以將入射至各液晶光閥25a-25c的照明光正確地重疊、并可以將入射至各液晶光閥25a-25c的各部分光束的入射角限定在預定的角度范圍內，因此可以提高照明光的利用效率。
上面通過實施形態對本發明進行了說明，但是本發明并不限定上述實施形態。例如，在上述實施形態中，在旋轉拋物面鏡21b至第1復眼光學系統21c、121c之間的光程上配置有用于使光源光進行微小發散的透鏡單元21h、21i，但是也可以代替地在該第1復眼光學系統21c、121c到重疊透鏡21f之間配置由凹透鏡等構成的透鏡單元。
此外，可以在該第1復眼光學系統21c、121c和第二復眼光學系統21d之間組裝用于縮小光源光的光束寬度的遠焦光學系統，此時，可以減小入射至各液晶光閥25a-25c的各部分光束的入射角而進一步提高照明光的利用效率。
權利要求
1.一種照明裝置，它具有用于產生光源光的發光部，用于對來自該發光部的光源光的光束進行準直的旋轉拋物面鏡，用于將通過該旋轉拋物面鏡的光源光進行波陣面分割而形成2次光源的2次光源形成單元，用于將來自多個2次光源的光重疊而投射至預定面上的重疊光學系統，和賦予光源光預定的發散成分的負放大倍數的透鏡單元。
2.根據權利要求1所述的照明裝置，其特征在于，所述發光部配置在從所述旋轉拋物面鏡的焦點位置向所述2次光源形成單元的相反側、即后方移動微小的預定位置偏移量的位置處。
3.根據權利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述透鏡單元具有用于補償所述預定位置偏移量的負的放大倍數。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的照明裝置，其特征在于，所述發光部的所述預定位置偏移量的移動是在為使用積分球進行所述發光部相對于所述旋轉拋物面鏡的調準時發生的。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的照明裝置，其特征在于，所述透鏡單元配置在從所述光源至所述2次光源形成單元之間的光路上。
6.根據權利要求5所述的照明裝置，其特征在于，所述透鏡單元為配置在所述2次光源形成單元的前部的凹透鏡。
7.根據權利要求5所述的照明裝置，其特征在于，所述2次光源形成單元由使分割透鏡面相對的一對復眼透鏡構成，所述透鏡單元是所述一對復眼透鏡中作為所述凹面鏡一側的復眼透鏡的入射面形成的凹面。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的照明裝置，其特征在于，還包括將經過所述2次光源形成單元的光源光分割成各種顏色的照明光的色分割光學系統。
9.一種投影機，它具有根據權利要求1-7中任一項所述的照明裝置，通過由所述照明裝置射出的照明光進行照明的空間光調制裝置，和對來自所述空間光調制裝置的圖像光進行投射的投射光學系統。
10.一種投影機，它具有根據權利要求8所述的照明裝置，通過由所述色分割光學系統射出的各色照明光進行照明的各色的多個空間光調制裝置，將來自所述多個空間光調制裝置的各色的圖像光合成后射出的光合成部件，和對經由所述光合成部件合成的圖像光進行投射的投射光學系統。
全文摘要
本發明提供一種不僅可以通過通用的測量裝置以良好的操作性進行燈裝置的調整，而且可以有效地利用光源光的照明裝置。在光源裝置21中，由于第1復眼光學系統21c的入射面21h形成為預定曲率的凹面，使得入射至第1復眼光學系統21c而通過入射面21h的光束成為與光軸平行的平行光束，可以使入射至各液晶光閥25a－25c的照明光正確地重疊，并且將入射至各液晶光閥25a－25c的各部分光束的入射角限定在預定的角度范圍內，因此可以提高照明光的利用效率。
文檔編號G02F1/13GK1595224SQ200410074278
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月8日 優先權日2003年9月8日
發明者山川秀精 申請人:精工愛普生株式會社