专利名称：光学系统单元及具有该光学系统单元的投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统单元以及具有该光学系统单元的投影仪。
技术背景当前，作为将个人电脑的画面、录像图像以及被存储在存储卡等的图 像数据的图像等投影到屏幕上的图像投影装置的数据投影仪被广泛使用。该数据投影仪内设有具有金属卤化物灯或超高压水银灯等光源或发光二极管光源的光源装置，将从该光源射出的光聚光于称为DMD的微镜显 示元件或者液晶板的显示元件，使在显示元件上形成的光像通过投影侧光 学系统即具有变焦功能的透镜组而作为彩色图像显示在屏幕上。在这样的投影仪中，来自光源装置的射出光的光轴上配置有光道或玻 璃杆等导光装置，由此实现光的强度的均匀化，但从导光装置射出并被照 射到显示元件上的光束由于通过其他的光源侧光学系统而扩散分布变大， 有时会增加无用光。发明内容本发明提供一种光学系统单元以及具有该光学系统单元的投影仪，该光学系统单元具有导光装置，使从光源装置射出的光能够作为与光轴大 致平行的光束射出；以及光圈，具有适合于从该导光装置射出并由显示元件生成图像的光束的形状。本发明的优选方式之一是一种光学系统单元，具有光源侧光学系统、 由反射光生成图像的显示元件、投影侧光学系统，使从光源装置射出的光 束经由上述光源侧光学系统照射到显示元件上，由该显示元件生成图像， 并将该图像经由上述投影侧光学系统投影到屏幕上，该光学系统单元的特 征在于，上述光源侧光学系统的导光装置中，为了使射出面的面积比入射 面的面积大，将除了上述入射面以及上述射出面以外的至少1个面形成为相对于相向的面倾斜。
图1是显示本发明的实施例的投影仪的外观的立体图。图2是显示本发明的实施例的投影仪的功能电路框图。图3是本发明的实施例的投影仪中，拆除了在光源装置中使用放电灯 的情况的上面板后的俯视图。图4是本发明的实施例的投影仪中，拆除了在光源装置中使用发光二 极管的情况的上面板后的俯视图。图5是本发明的实施例的光道的立体图。图6A以及图6B是本发明的实施例的光道的入射面以及射出面的主视图。图7A、图7B以及图7C是表示本发明的实施例的光道的光的导光的 概念图。图8是本发明的实施例的光圈的主视图。图9是本发明的变形例中的光源装置以及导光装置的简略俯视图。 图10是显示本发明的变形例中的发光二极管的配置方法的概念图。
具体实施方式
用于实施本发明的最佳实施方式的投影仪10具有光源装置63、光学 系统单元70、冷却风扇、投影仪控制部38。该光学系统单元70具有光 源侧光学系统62、通过反射光生成图像的显示元件51、具有变焦功能的透 镜组即投影侧光学系统90。该投影仪10是使从光源装置63射出的光束经 由光源侧光学系统62照射到显示元件51上，由该显示元件51生成图像， 并将该图像经由投影侧光学系统90投影到屏幕上。另外，光源装置63具有多种颜色的发光二极管64、将来自发光二极 管64的射出光聚光的聚光透镜65、分色棱镜66。在分色棱镜66的三个方 向上分别配置红色发光二极管64R、绿色发光二极管64G、蓝色发光二极 管64B，在分色棱镜66和各种颜色的发光二极管64之间配置有聚光透镜 65。而且，该光学系统单元70具有作为光源侧光学系统62的导光装置， 该导光装置是光道75，该光道75具有作为上下板76和两侧板77的方形的 4片板。使两侧板77倾斜地相对配置，以使射出面75b的面积比入射面75a 的面积大。在该两侧板77的侧边上使上下板76重叠，并在棱线附近通过 粘结固定而形成大致四方锥台形状。并使入射面75a形成为正方形，使射 出面75b形成为长方形。另外，内设有投影侧光学系统90的投影侧块80中，在具有变焦功能 的透镜组之间配置光圈98。该光圈98是开口为纵长的椭圆形状的部件。以下，根据附图对本发明的实施例进行详细说明。如图1所示，本发 明的一个实施例的投影仪10为大致长方体形状，在成为主体外壳的前方侧 板的前面板12的侧方具有覆盖投影口的透镜盖19，并且在该前面板12上 具有多个排气孔17。而且，虽然未图示，但还具有接收来自遥控器的控制 信号的Ir接收部。另外，在主体外壳即上面板11上具有键/指示器部37，在该键/指示 器部37上具有电源开关键、报知电源的开或关的电源指示器、使光源装 置的灯点亮的灯开关键、显示灯的点亮的灯指示器、以及在光源装置等过 热时进行报知的过热指示器等的键或指示器。而且，在主体外壳的背面具有输入输出连接部，在其背面板上设置 了USB端子或图像信号输入用D—SUB端子、S端子、RCA端子等；以及 电源适配器插头等各种端子20。并且，在未图示的主体外壳的侧板即右侧板14以及图1所示的侧板即 左侧板15的下部附近，分别具有多个吸气孔18。而且，如图2所示，该投影仪10的控制电路具有投影仪控制部38、输 入输出接口22、图像转换部23、显示编码器24、显示驱动部26等。从输 入输出连接部21输入的各种规格的图像信号通过输入输出接口 22、系统总 线(SB)被图像转换部23统一转换为适于显示的规定格式化的图像信号之 后，被送到显示编码器24。另外，显示编码器24是，将送来的图像信号在录像RAM25中进行展 开存储，然后由该录像RAM25的存储内容生成录像信号并被输出到显示 驱动部26的部件。而且，从显示编码器24输入录像信号的显示驱动部26是，对应于送 来的图像信号以适当帧率驱动空间光调制元件(SOM)即显示元件51的部 件。使从光源装置63射出的光束通过光源侧光学系统入射到显示元件51， 由此由显示元件51的反射光形成光像，通过作为投影侧光学系统的投影系 统透镜组将图像投影显示在未图示的屏幕上。该投影侧光学系统的可动透 镜组97是通过透镜电机45进行变焦调整或对焦调整的驱动的部件。另外，图像压縮/伸长部31中，将图像信号的辉度信号以及色差信号 通过ADTC以及哈夫曼编码等处理进行数据压縮后进行依次写入作为拆装 自由的存储介质的存储卡32中的存储处理，在再生模式时图像压縮/伸长 部31读出被存储在存储卡32中的图像数据，以1帧单位使构成一系列动 画的各个图像数据伸长，并通过图像转换部23送到显示编码器24，根据被 存储在存储卡32中的图像数据进行动画等的显示。而且，投影仪控制部38是进行投影仪10内的各电路的动作控制的部 件，由固定地存储了 CPU380或各种设定等的动作程序的ROM381以及作 为工作存储器使用的RAM382构成。另外，由设置于主体外壳的上面板11上的主键以及指示器等构成的键 /指示器部37的操作信号直接被送到投影仪控制部38，来自遥控器的键操 作信号被Ir接收部35接收，被Ir处理部36解调的编码信号被送到投影仪 控制部38。并且，在投影仪控制部38上经由系统总线(SB)连接有声音处理部 47，声音处理部47具有PCM音源等音源电路，在投影模式以及再生模式 时，能够对声音数据进行模拟，并驱动扬声器48使其扩音播放。另外，该投影仪控制部38是控制电源控制电路41的部件。灯开关键 被操作时，通过电源控制电路41使光源装置63点亮，而且，在冷却风扇 驱动控制电路43中，通过设置在光源装置63等的多个温度传感器进行温 度检测来控制冷却风扇的旋转速度，再通过计时器等在光源装置63灭灯后 也能维持冷却风扇的旋转。而且，根据温度传感器的温度检测结果，使光 源装置63停止并进行使投影仪主体的电源为OFF等的控制。而且，这些ROM381、 RAM382、 IC或电路元件被安装在作为图3所 示的主控制基板的控制电路基板103上。电力系统的电源控制电路41被组装入电源电路块101，作为控制系统的主控制基板的控制电路基板103和安 装有电力系统的电源电路块101等的电源控制电路基板102是将基板分开 而形成的。如图3所示，该投影仪10的内部构造是，将安装有电源电路块101等 的电源控制电路基板102配置在右侧板14的附近，通过分隔用隔壁120将 筐体内部气密地分隔成背面板13侧的吸气侧空间室121和前面板12侧的 排气侧空间室122。而且，将作为冷却风扇的多叶式扇叶型的送风机110 配置成送风机110的吸入口 111位于吸气侧空间室121，送风机110的喷 出口 113位于排气侧空间室122和吸气侧空间室121的交界。另外，在排气侧空间室122内配置有光源装置63、朝向光学系统单 元70反射来自光源装置63的射出光的第一反射镜72、光学系统单元70 的照明侧块78、以及排气温度降低装置114。该光源装置63具有成为旋转椭圆面形状或旋转抛物面形状且上下切 成平面形状的反射镜；内设于该反射镜内部的、使用卤素等的放电灯。在 光源装置63的光轴上配置有圆板形状的彩色轮71，在该彩色轮71上沿着 周方向并列设置有红色、绿色、蓝色的扇形过滤器。该彩色轮71被轮电机 73驱动旋转。另外，从光源装置63射出的光束被彩色轮71着色，并入射 到光学系统单元70。并且，如图4所示，作为光源装置63也可以使用将发光二极管64作 为光源的装置。将该发光二极管64作为光源的光源装置63具有红色发 光二极管64R;绿色发光二极管64G;蓝色发光二极管64B;将来自各发 光二极管64的射出光聚光的聚光透镜65;以及分色棱镜66。而且，各种颜色的发光二极管64分别配置在分色棱镜66的三个方向 上，聚光透镜65配置在各发光二极管64和分色棱镜66之间。另外，各种 颜色的发光二极管64被上述投影仪控制部进行分时控制。由于各种颜色的 发光二极管64射出光的三原色即红色、绿色、蓝色的单色光，所以不需要 由彩色轮71对光着色，从发光二极管64射出的光可以直接被光学系统单 元70利用。另外，将该发光二极管64作为光源的光源装置63中，由于将聚光透 镜65配置在发光二极管64的附近，所以在一个发光二极管64中光量不足的情况下，将同色的发光二极管64排列成阵列状，由聚光透镜65对来自 各发光二极管的射出光进行聚光，由此补充光量。并且，由于绿色发光二 极管64G的光量与红色、蓝色发光二极管64R、 64B相比光量少，所以能 够通过多配置绿色发光二极管64G使光量均匀化。而且，光学系统单元70由位于光源装置63附近的照明侧块78、图像 生成块79、投影侧块80这三个块构成，并沿着左侧板15配置。照明侧块78具有光源侧光学系统62的一部分，该光源侧光学系统62 将从光源装置63射出的光导入图像生成块79所具有的显示元件51。作为 照明侧块78所具有的光源侧光学系统62，其具有使从光源装置63射出 的光束成为均匀的强度分布的光束的作为导光装置的光道75;以及将透过 光道75的光聚光的聚光透镜等。如图5所示，该光道75具有平行且与光轴垂直的入射面75a和射出面 75b，并具有形成上下左右的面的大致四方形状的4片板，在倾斜地相对配 置的两侧板77的侧边上使上下板76重叠，通过沿棱线附近进行粘结固定 使上板76和下板76平行地形成为大致四方锥台形状，并将内表面作为反 射面。另夕卜，如图6A所示，入射面75a形成为正方形。如图6B所示，射 出面75b形成为横向长的长方形。并且，本实施例的光道75是入射面为4mmX4mm、射出面为4mmX 5mm、长度方向的长度为28.6mm、侧板77的倾斜相对于光轴X为1度左 右的光道。通过这样形成光道75，从入射面75a入射的光在每次被侧板77反射时 以侧板77的倾斜角的2倍即2度被校正成与光轴X接近平行的光。通过多 次被侧板77反射，成为与光轴X接近平行的光而从射出面75b射出。也就是，如图7A所示，相对于光轴X以30度的角度入射到光道75 内的光束为，每被侧板77反射一次则与光轴X所成角度减小2度，在被侧 板77反射四次的情况下，成为与光轴X所成角度为22度的光而从射出面 75b射出。另外，如图7B所示，相对于光轴X以25度的角度入射的光为， 被侧板77反射三次，成为与光轴X所成的角度为19度的光而射出。如图 7C所示，相对于光轴X以20度的角度入射的光为，被侧板77反射两次， 成为与光轴X所成的角度为16度的光而射出。因此，与光轴X所成的角度越大的光，被侧板77反射的次数越多，因 而被校正的角度也就越大；越是与光轴X接近平行的光，由侧板77反射的 次数越少，因而被校正的角度也就越小。因此，被射出的光束成为与光轴 X接近平行的光较多的光束之中的、扩散角度小的成分的光较多的光束， 从而能够被聚光在小范围内。另外，如图3和图4所示，图像生成块79具有光源侧光学系统62，该 光源侧光学系统62包括改变从光道75射出的光的方向的第二反射镜74; 使被该第二反射镜74反射的光聚光在显示元件51上的多片透镜所形成的 光源侧透镜组83;以及将透过光源侧透镜组83的光以规定角度照射在显示 元件51上的照射镜84等。而且，图像生成块79还具有作为显示元件51 的DMD (数字微镜器件)。并且，在该显示元件51的背面板13侧配置有 用于冷却显示元件51的显示元件冷却装置53，以防止显示元件51成为高温o而且，投影侧块80具有将被显示元件51反射并形成图像的光投射到 屏幕的、投影侧光学系统90的透镜组。作为投影侧光学系统90是具有内 设于固定镜筒的固定透镜组93和内设于可动镜筒的可动透镜组97而成为 具有变焦功能的可变焦点型透镜的系统。通过透镜电机使可动透镜组97移 动而能够进行变焦调整或对焦调整。另外，在固定透镜组93和可动透镜组97之间具有投影侧光学系统90 用的光圈98。如图8所示，该光圈98是开口为纵长的椭圆形状的部件。这 样地使开口为纵长的椭圆形状的光圈98，通过使光道75的侧板77倾斜地 形成，从光道75射出的光束的横方向的聚光密度变大而改善光的收束，由 此使横方向的结像性能提高。而且，能够用该光圈98遮挡杂散光而不使图 像光减少。根据本实施例，以作为导光装置的光道75的入射面75b的面积比射出 面75a的面积大的方式倾斜地形成侧板77，由此光束朝向横方向的角度能 够接近与光轴X平行的光束，从而改善横方向的收束，因此能够提高横方 向的结像性能。另外，为使横方向的扩散成分少而使无用光减少，从而能 够提高从光源装置63射出的光的利用效率。另外，入射面75a形成为正方形、射出面75b形成为长方形，由此使入射光不浪费地有效地入射进导光装置，成为与显示元件51的形状相近的 光束，并且由于在水平方向上能够大量射出与光轴X接近平行的光，所以能够使需要被投影侧光学系统90除去的迷光减少，从而提高从光源装置63 射出的光的利用效率。而且，上下板76在倾斜地相对配置的两侧板77的侧边重叠，通过粘 结固定在棱线附近而形成为大致四方锥台形状，由此能够利用与以往的形 成光道75的部件相同的部件容易地制造提高了从光源装置63射出的光的 利用动率的光道75。而且，通过在投影侧块80上配置开口为纵长的椭圆形状的光圈98，由 此能够排除无用光，从而能够提供可投影对比度提高了的鲜明的图像的投 影仪10。另外，作为光源装置63的光源使用发光二极管64，由此不需要彩色轮 71，使光源装置63小型化，从而能够实现投影仪10的薄型化以及小型化， 另外，与放电灯相比，发光二极管64的发热量少，从而热对策也变得容易。而且，通过在发光二极管64附近配置聚光透镜65，能够在利用一个发 光二极管64而光量不足的情况下，配置多个发光二极管64。另外，通过在 分色棱镜66的三个方向上配置发光二极管64，能够使各种颜色的光量均匀 化，从而能够容易地增加规定色的发光二极管64的数量。并且，上述的光源装置63中，对于红色、绿色、蓝色的各发光二极管 64，可以是将各种颜色的发光二极管配置在分色棱镜66的三个方向，也可 以是不将各种颜色的发光二极管配置在分色棱镜66的三个方向，而是将各 种颜色的发光二极管并列地配置成阵列状。如图9所示，作为在将该各种 颜色的发光二极管配置成阵列状的发光二极管64的射出侧配置了对来自各 发光二极管的射出光进行聚光的聚光透镜65的光源装置63，配置成该光源 装置63的光轴与光道75的光轴一致。这种情况下，由于光源装置63的绿色发光二极管64G与红色、蓝色发 光二极管64R、 64B相比光量少，所以为了补充绿色发光二极管64G的辉 度，如图IO所示，多配置绿色发光二极管64G的数量。这样，通过比红色、 蓝色发光二极管64R、 64B的数量多地配置绿色发光二极管64G，能够使 从各发光二极管64射出的光束的光量均匀化，能够提供明了的图像。另外，上述实施例中的光道75的大小不限于所记载的数值，由于使两侧面77和光轴X所成的角度变大时，射出面75b的面积也变大，所以能够 射出与光轴X平行的光。尤其，由于使两侧面77和光轴X所成的角度更 大时，从光道75射出的光束的面积过大，所以优选l度左右。另外，由于 以入射到入射面75a的角度成为有效光的光最大角度约为30度，所以为使 该最大角度的光成为有效光，而优选长度方向的长度是入射面75a的一边 的长度的5倍以上。而且，不倾斜地形成光道75的两侧面77，而使两侧面中的一面相对于 入射面75a以及射出面75b倾斜实施例中使用的倾斜度2倍的倾斜即2度 左右而形成，这样也能够得到与上述实施例相同的效果。这样，通过只倾 斜形成规定的一个侧面而能使光道75的制造变得容易。而且，为使射出面75b的纵向的长度比入射面75a的纵向的长度大， 也可以使上面以及下面倾斜地形成。这样，上下的面也倾斜地形成，由此 上下方向的光束也能够成为与光轴X接近平行的光束，所以进一步减少光 源装置63射出的光中的无用光，从而提高光的利用效率。另外，在上述实施例中，作为导光装置使用了光道75，但作为导光装 置也可以使用导光棒，通过使导光棒的侧面或上下的面倾斜地形成，也能 够获得相同的效果。另外，由于使导光棒的侧面或上下的面倾斜地形成， 所以倾斜地切入长方体形状的导光棒的侧面或上下的面即可，从而制造变 得容易。而且，本发明不限于以上的实施例，在不脱离本发明主旨的范围内可 以自由地变更、改良。
权利要求
1、一种光学系统单元，具有光源侧光学系统、由反射光生成图像的显示元件、和投影侧光学系统，使从光源装置射出的光束经由上述光源侧光学系统照射到显示元件上，由该显示元件生成图像，并将该图像经由上述投影侧光学系统投影到屏幕上，该光学系统单元的特征在于，上述光源侧光学系统的导光装置中，为了使射出面的面积比入射面的面积大，将除了上述入射面以及上述射出面以外的至少1个面形成为相对于相向的面倾斜。
2、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置中，入射面形成为正方形，射出面形成为长方形。
3、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置为 光道。
4、 如权利要求2所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置为 光道。
5、 如权利要求3所述的光学系统单元，其特征在于，上述光道具有形 成上下左右的面的大致四方形状的4片板，上下板在倾斜地相对配置的两 侧板的侧边重叠，通过沿棱线附近进行粘结固定而形成为大致四方锥台形 状。
6、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置的 两侧面相对于光轴分别以1度的角度倾斜地配置。
7、 如权利要求2所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置的 两侧面相对于光轴分别以1度的角度倾斜地配置。
8、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置中， 两侧面中的 一面相对于入射面以及射出面倾斜地形成。
9、 如权利要求2所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置 中，两侧面中的一面相对于入射面以及射出面倾斜地形成。
10、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置 为导光棒。
11、 如权利要求2所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置为导光棒。
12、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述投影侧光学系统具有光圈，该光圈形成为开口为纵长的椭圆形状。
13、 如权利要求2所述的光学系统单元，其特征在于，上述投影侧光 学系统具有光圈，该光圈形成为开口为纵长的椭圆形状。
14、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置 中，为了使射出面的纵向的长度比入射面的纵向的长度大，而使上面以及 下面倾斜地形成。
15、 如权利要求1所述的光学系统单元，其特征在于，上述导光装置 形成为光轴方向的长度是入射面的1个边的长度的5倍以上。
16、 一种投影仪，具有权利要求1所述的光学系统单元，并且还具有 冷却风扇和投影仪控制部。
17、 如权利要求16所述的投影仪，其特征在于， 上述光源装置具有放电灯、和将来自该放电灯的射出光在焦点附近聚光的旋转椭圆面形状或旋转抛物面形状的反射镜， 在上述光源装置和导光装置之间具有彩色轮。
18、 如权利要求16所述的投影仪，其特征在于， 上述光源装置具有多种颜色的发光二极管、和将来自该发光二极管的射出光聚光的聚光透镜。
19、 如权利要求18所述的投影仪，其特征在于， 上述光源装置具有分色棱镜，该分色棱镜的三个方向上分别配置有红色发光二极管、绿色发光二极管、蓝色发光二极管，在上述分色棱镜和各 种颜色的发光二极管之间配置有上述聚光透镜。
20、 如权利要求18所述的投影仪，其特征在于， 上述光源装置中，多种颜色的发光二极管并列地配置成阵列状，在该多种颜色的发光二极管的前方配置有上述聚光透镜。
全文摘要
本发明提供具有能够射出与光轴大致平行的光束的导光装置的光学系统单元以及具有该光学系统单元的投影仪。一种光学系统单元，具有光源侧光学系统、由反射光生成图像的显示元件、投影侧光学系统，使从光源装置射出的光束经由上述光源侧光学系统照射到显示元件上，由该显示元件生成图像，并将该图像经由上述投影侧光学系统投影到屏幕上，该光学系统单元的特征在于，上述光源侧光学系统的导光装置中，为了使射出面的面积比入射面的面积大，将除了上述入射面以及上述射出面以外的至少1个面形成为相对于相向的面倾斜。
文档编号G03B21/20GK101334582SQ200810130610
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者岩永正国 申请人:卡西欧计算机株式会社