CN101216659A - 投射型显示装置和光学单元 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供投射型显示装置和光学单元。在使用多个光源的投射型显示装置或者光学单元中，通过形成包括多个光源、第一平行化透镜、光合成透镜、影像显示元件、投射透镜的光学单元，在从光源到投射透镜之间的光路上将光聚光在影像显示元件上一次，由此将使用的光学部件抑制在最小限度，并且通过缩短从多个光源到投射透镜之间的光路长度，实现投射型显示装置或者光学单元的小型化。由此能够提供通过使光学部件的数量为最小限度而实现低成本化，以及通过使从光源射出的光无漏光地照射在影像显示元件上而实现高亮度化的投射型显示装置或光学单元。

Description

投射型显示装置和光学单元
技术领域
本发明涉及通过投射透镜将形成在影像显示元件上的光学像放大投射到屏幕上的投射型显示装置。
背景技术
现有技术中，将影像显示元件上所形成的光学像投射到屏幕等的投射型显示装置已被公知并实用化。近年来，在影像显示元件中正在利用液晶面板等。由于重视影像的明亮度，在日本特开平8-036180号公报中公开有用多个光源来使明亮度提高的技术。
图7是表示现有的光学单元的示意图。光学单元包括：射出光的光源51；将来自光源51的光反射的抛物面形状的反射镜(reflector)57；将光源51和经抛物面形状的反射镜57反射的光照射至影像显示元件53的光传导单元52；形成光学像的影像显示元件53；将来自影像显示元件53的光学像投射到屏幕(未图示)上的投射透镜54；和阻断成为光学元件的劣化原因的紫外线与红外线的UV-IR滤光器55。
光传导单元52的第一透镜52a1、52a2将来自光源511、512的光聚光在第二透镜52b1、52b2上，分别在第二透镜52b1、52b2的附近形成光源像，透过第二透镜52b的光通过光合成透镜52c而聚光，入射到第三透镜52d，再通过第三透镜52d调整光的光线角度，入射到影像显示元件53。
在图7的光学单元中，由于从光源51射出的光经第二透镜52b和第三透镜52d至少聚光二次，所以光路长度变长，存在导致光学单元大型化的问题。而且，由于光学部件的数量变多，存在光学单元高成本化的问题。
此外，在图7中，例如，在抛物面形状的反射镜的焦点处配置有不具有有限的形状的点光源，在射出光时，从光源射出的光经抛物面形状的反射镜反射后，大致平行地射出。但是，由于光源51具有有限的大小，例如，在光源511处，从偏离焦点的位置所发出的光如虚线60所示，不平行化而产生像差，所以导致例如不入射到第二透镜52b1而直接入射到光合成透镜52c，或者由于入射到第二透镜52b2，因此不能使光入射到影像显示元件53上。
发明内容
本发明鉴于上述问题而完成，目的在于提供能够通过使光学部件的数量为最小限度而实现低成本化，以及通过使从光源射出的光无漏光地照射在影像显示元件上而实现高亮度化的投射型显示装置或者光学单元。
本发明通过形成包括多个光源、第一平行化透镜、光合成透镜、影像显示元件、投射透镜的光学单元，在从光源到投射透镜之间的光路上将光聚光在影像显示元件上一次，由此将使用的光学部件抑制在最小限度，并且通过缩短从多个光源到投射透镜之间的光路长度，实现投射型显示装置或者光学单元的小型化。
附图说明
图1是表示实施例1的光学单元的示意图。
图2是表示面光源与影像显示元件的关系的示意图。
图3是表示实施例2的光学单元的示意图。
图4是表示实施例3的光学单元的示意图。
图5是表示实施例4的投射型显示装置的示意图。
图6是表示实施例5的投射型显示装置的示意图。
图7是表示现有的光学***的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施例进行说明。其中，在各图中，具有共通的功能的要素使用同一符号标注，对于已经说明过一次的内容，省略其说明。
【实施例1】
图1是表示实施例1的光学单元的示意图。1是电源，2是第一平行化透镜，5是光合成透镜，4是影像显示元件，7是射出侧偏振光板，12是投射透镜。
光源1可以利用例如超高压水银灯、LED、激光等。此外，虽然未图示，但是当然也可以使用对从光源射出的光进行反射的抛物面或者椭圆面形状的反射镜。
在实施例1中，对使用二个光源1a、1b的情况进行说明。
第一平行化透镜2a、2b是分别与光源1a、1b对应设置的透镜，使从光源1射出的光平行化。
光合成透镜5对从第一平行化透镜2a、2b射出的光进行合成，以使其照射到影像显示元件4上的方式进行聚光。
影像显示元件4是透过型的影像显示元件。将经第一平行化透镜平行化以后的光调制为与影像信号对应的光学像。在影像显示元件4使用液晶面板的情况下，有必要设置吸收或反射不需要的光的射出侧偏振光板7。在实施例1中，在影像显示元件的射出一侧设置有射出侧偏振光板7，但是也可以仅配置在影像显示元件的入射一侧，或者也可以配置在影像显示元件的入射侧射出侧两方。投射透镜12将来自影像显示元件4的光投射在屏幕上。
第一平行化透镜2是球面透镜或者自由曲面透镜等。材质由玻璃、塑料等形成。此外，光合成透镜5与第一平行化透镜相同，使用球面透镜或者自由曲面透镜等，材质可以是玻璃、塑料等也是不言而喻的。
第一平行化透镜2是光的成像部，使光源1的光源像成像在影像显示元件上。射出第一平行化透镜2的光为大致平行光，导向影像显示元件4，由于为大致平行光，所以能够抑制光漏出影像显示元件4的有效区域，使光的利用效率提高。
此外，在实施例1中，对使用二个光源1a、1b的情况进行了说明，但是，即使在使用三个以上光源的情况下，如果相对光合成透镜5的光轴对称配置，当然也能够得到与实施例1同样的效果。
相对光合成透镜5、或者影像显示元件4、或者投射透镜12的光轴对称是指：在光源1为二个以上偶数个的情况下，以使光源1和第一平行化透镜2的中心成为正多边形的顶点的方式配置光源，该正多边形的中心被配置在透镜5的光轴上。
此外，在光源1为奇数个的情况下，是指将一个配置在光合成透镜5的光轴上，其余的与上述偶数个的情况同样地配置。通过相对于光合成透镜5的光轴对称地配置，光源像相对于面板对称地生成，因此可以抵消光源1的亮度的不统一，能够均匀地照射在影像显示元件4上。
此外，如图2(a)所示，光源1a、1b也可以为矩形形状的面光源。在这种情况下，通过使光源1a、1b的形状与图2(b)所示的影像显示元件4的有效区域4a大致相似，能够抑制超出影像显示元件4的有效区域4a的损失光，提高光的利用效率。
再者，如图2(b)所示，在影像显示元件4的有效区域4a的基础上，为了实现在影像显示元件4的有效区域4a上的充分的均匀性而取有边界(margin)4b的情况下，光源1a、1b的形状形成为与包括边界4b的区域大致相似。由此能够无漏光地将光照射在影像显示元件4的有效区域4a，所以，能够提高光的利用效率。
此外，虽然省略了图示，但是在光源1与第一平行化透镜2之间，配置有：由作为使光照度均匀化的积分器(integrator)的第一和第二阵列透镜(array lens)所形成的阵列透镜组、和光导管等，并且通过配置统一光的偏振光方向的偏振光变换元件等，能够提高影像显示元件4中光的利用效率。
以上，在实施例1中，通过以光源1、第一平行化透镜2、光合成透镜5、影像显示元件4、射出侧偏振光板7、投射透镜12形成光学单元，能够将使用的光学部件抑制在最小限度，实现低成本化。而且，通过在从光源1到投射透镜12之间的光路上将光聚光在影像显示元件4上为一次，能够缩短从光源1到投射透镜12的光路长度，从而能够实现光学单元的小型化。
【实施例2】
图3是表示实施例2的光学单元的示意图。其中，在实施例2中，关于与实施例1的相同点，为了说明的简略化，省略其说明。
在实施例2中，3为第二平行化透镜、6为聚光透镜。其他的光学部件与实施例1相同。
第二平行化透镜3a、3b与第一平行化透镜2a、2b相同，是分别对应于光源1a、1b设置的透镜，被配置在第一平行化透镜2a、2b与光合成透镜5之间。第二平行化透镜3a、3b使经第一平行化透镜2a、2b平行化后的光进一步平行化，能够抑制从影像显示元件4的有效区域漏出的光，提高光的利用效率。
聚光透镜6被配置在光合成透镜5和影像显示元件4之间。来自光合成透镜5的光经聚光透镜6聚光，并平行化照射到影像显示元件4。由于在实施例1中，来自光合成透镜5的光直接照射到影像显示元件4上，所以有可能相对于影像显示元件4入射倾斜光，导致从影像显示元件射出不需要的光。在实施例2中，通过聚光透镜6，使平行光照射到影像显示元件4，从而不射出不需要的光，因此能够提高对比度。
此外，第二平行化透镜3和聚光透镜6与实施例1中的第一平行化透镜2相同，是球面透镜或者自由曲面透镜等，材质是玻璃、塑料等形成。
以上，相对于实施例1，在实施例2中，以聚光透镜6使来自光源1的光聚光，因此可以不射出不需要的光，与此同时，可以提高显示影像的对比度。
【实施例3】
图4是表示实施例3的光学单元的示意图。其中，在实施例3中，关于与实施例2的相同点，为了说明的简略化，省略其说明。
在实施例3中，使实施例2的第一平行化透镜2a、2b一体化，作为第一平行化透镜，同样地，使第二平行化透镜3a、3b一体化，作为第二平行化透镜。其他的光学部件与实施例2相同。
实施例3通过使第一平行化透镜3一体化，缩短实施例2的第一平行化透镜2a的光轴与第一平行化透镜2b的光轴之间距离。通过将第一平行化透镜2a的光轴与第一平行化透镜2b的光轴靠近，能够使光源1a与光源1b靠近，在将从光源1射出的光导向影像显示元件4时，可以抑制超出影像显示元件4的有效区域的漏光，提高光的利用效率，并且能够实现光学单元的小型化。此外，通过使光源1a与光源1b靠近，则光源1a的光轴与光源1b的光轴相互靠近，因此在使光从光合成透镜5聚光在聚光透镜6的情况下，相对于实施例1或2，能够使光的聚光角变小，在影像显示元件4中不会射出不需要的光，因此能够提高显示影像的对比度。而且，通过使第二平行化透镜3a、3b一体化，能够得到与上述效果同样的效果这一点是不言而喻的。
并且，在实施例1中，使第一平行化透镜2a、2b一体化，当然也能够得到与上述效果同样的效果。
【实施例4】
图5是表示实施例4的投射型显示装置的示意图。实施例4是具有实施例3的光学单元的投射型显示装置。其中，在实施例4中，关于与实施例3的相同点，为了说明的简略化，省略其说明。
实施例4的投射型显示装置包括：生成对应于影像信号的驱动信号的驱动部13、冷却装置14、向驱动部13和冷却装置14等供给电源的电源部16、和包括有上述这些部件的框体17。
在实施例4中，对包括实施例3的光学单元的投射型显示装置进行了说明，但是当然也可以搭载实施例1或者2的光学单元。
【实施例5】
图6中表示实施例5的投射型显示装置。实施例5是包括多个实施例3的光学单元的投射型显示装置。其中，在实施例5中，关于与实施例3的相同点，为了说明的简略化，省略其说明。
实施例5的投射型显示装置具有多个实施例3的光学单元20，将从光源1射出的光导向影像显示元件4，得到光学像。各个光学单元20具备产生不同颜色的光源，分别以不同颜色点亮，为了得到对应于该点亮的颜色的光学像，驱动部驱动各光学单元的影像显示元件4，得到与各颜色对应的光学像。将来自各个光学单元20的光学像经颜色合成部18合成，通过投射透镜12对光学像进行投射。
在实施例5中，对具备实施例3的光学单元的投射型显示装置进行了说明，但是当然也可以搭载实施例1或者2的光学单元。
在以上的实施例中，对在影像显示元件中应用透过型的影像显示元件的情况进行了说明，但是当然也可以适用于使用反射型的影像显示元件、DMD(Digital Micromirror Device：数字微镜)等的影像显示元件的情况。

Claims (20)

1.一种投射型显示装置，其特征在于，包括：
射出光的多个光源；
使分别从所述多个光源射出的光平行化，且分别与所述多个光源对应配置的多个第一平行化透镜；
对来自所述多个第一平行化透镜的光进行合成的光合成透镜；
影像显示元件，其配置在来自所述光合成透镜的光被聚光的位置，且将来自所述光合成透镜的光调制成对应于影像信号的光学像；
对由所述影像显示元件形成的光学像进行投射的投射透镜；和
驱动所述影像显示元件的驱动部。
2.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源分别被形成为与所述影像显示元件的形状大致相似的面形状。
3.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源具有偶数个,
作为所述偶数个的多个光源，按照相对所述投射透镜的光轴对称的方式配置。
4.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源具有奇数个，
所述多个光源中的一个配置在所述投射透镜的光轴上，
配置在所述投射透镜的光轴上的光源以外的所述多个光源，按照相对所述投射透镜的光轴对称的方式配置。
5.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源分别为激光或LED。
6.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于，包括：
在所述第一平行化透镜与所述光合成透镜之间，分别对应所述第一平行化透镜配置的第二平行化透镜。
7.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个第一平行化透镜形成为一体型。
8.根据权利要求6所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个第二平行化透镜形成为一体型。
9.一种投射型显示装置，其特征在于，包括：
射出光的多个光源；
使分别从所述多个光源射出的光平行化，且分别与所述多个光源对应配置的多个第一平行化透镜；
对来自所述多个第一平行化透镜的光进行合成的光合成透镜；
聚光透镜，对来自所述光合成透镜的光进行聚光，并使所述聚光后的光平行化后照射到所述影像显示元件上；
将来自所述聚光透镜的光调制成对应于影像信号的光学像的影像显示元件；
对由所述影像显示元件形成的光学像进行投射的投射透镜；和
驱动所述影像显示元件的驱动部。
10.根据权利要求9所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源分别被形成为与所述影像显示元件的形状大致相似的面形状。
11.根据权利要求9所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源具有偶数个，
作为所述偶数个的多个光源，按照相对所述投射透镜的光轴对称的方式配置。
12.根据权利要求9所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源具有奇数个，
所述多个光源中的一个配置在所述投射透镜的光轴上，
配置在所述投射透镜的光轴上的光源以外的所述多个光源，按照相对所述投射透镜的光轴对称的方式配置。
13.根据权利要求9所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源分别为激光或LED。
14.根据权利要求9所述的投射型显示装置，其特征在于，包括：
在所述第一平行化透镜与所述光合成透镜之间，分别对应所述第一平行化透镜配置的第二平行化透镜。
15.根据权利要求9所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个第一平行化透镜形成为一体型。
16.根据权利要求14所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个第二平行化透镜形成为一体型。
17.一种投射型显示装置，其将来自所述多个光源的光通过分别对应所述多个光源配置的多个第一平行化透镜进行平行化，并对所述已平行化的光进行合成，使其照射到影像显示元件上，再对由所述影像显示元件调制成光学像的光进行投射，其特征在于：
在从所述多个光源到投射透镜为止的光路上，来自所述多个光源的光仅被聚光在所述影像显示元件的入射侧附近。
18.根据权利要求17所述的投射型显示装置，其特征在于，包括：
配置在所述影像显示元件的入射侧附近，对来自所述多个光源的光进行聚光，并使所述聚光后的光平行化的聚光透镜。
19.根据权利要求17所述的投射型显示装置，其特征在于：
所述多个光源分别被形成为与所述影像显示元件的形状大致相似的面形状。
20.一种光学单元，其特征在于，包括：
射出光的多个光源；
使分别从所述多个光源射出的光平行化，且分别与所述多个光源对应配置的多个第一平行化透镜；
对来自所述多个第一平行化透镜的光进行合成的光合成透镜；
影像显示元件，其配置在来自所述光合成透镜的光被聚光的位置，且将来自所述光合成透镜的光调制成对应于影像信号的光学像；和
对由所述影像显示元件形成的光学像进行投射的投射透镜。
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