专利名称：透镜阵列元件和投射式图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及投射式图像显示装置等中使用的透镜阵列元件，尤其涉及对其他光学
元件进行定位用的基准面得到改良的透镜阵列元件及使用该透镜阵列元件的投射式图像 显示装置。
背景技术：
投影仪等投射式图像显示装置具有液晶面板或DMD(digital mirrordevice :数字 微镜元件)等图像显示元件。从灯等光源发出的光会聚于图像显示元件上，对应于输入图 像信号进行空间调制。对通过空间调制而形成的光学图像进行放大投影，从而得到大的画面。 在这种投射式图像显示装置中，在对图像显示元件进行照明的光束的截面内对其 进行均匀化是很重要的。其目的在于，使从光源发出的光高效传送到图像显示元件上，减少 照明装置的光学系统的光损失，并且提高在屏幕上放大投影的图像的面内均匀性。
板状玻璃光学元件即透镜阵列元件的使用目的在于使照明光束均匀化。图8示出 了用于使照明光束均匀化的光学系统的一个例子。该光学系统例示采用发光二极管作为光 源。从发光二极管21 23发出的光首先通过透镜24 26被进行平行光化，该平行光化 的宽幅光束通过由棱镜27 29和光学薄膜30 31构成的3色合成棱镜进行色合成。
色合成的光通过在同一面内配置多个单元(cell)状透镜的透镜阵列部32被分 割。该分割光通过透镜33、34、偏光分束镜35，其被分割成的一束一束的光束，该光束在反 射型图像显示元件36上重叠并对图像显示元件36进行照明。被显示元件36调制反射后 的光由投影设备37投影到屏幕(未图示)上。 透镜阵列部32含配置于光源侧的第1透镜阵列元件38和配置于被照明物侧的第 2透镜阵列元件39。构成第l透镜阵列元件38的各透镜的形状和被照明物的形状相似。被 第1透镜阵列元件38的一个一个的透镜分割后的光束通过具有对应的分割数的第2透镜 阵列元件39的透镜，被重叠投射到图像显示元件36上而成像。这样，能够均匀地照明光调 制元件36。 在透镜阵列元件设置于投射式图像显示装置时，有必要对透镜阵列元件的光学功 能面即光透射面相对光学系统的光轴进行正确配置。如果阵列元件的中心和光轴存在偏 差，或者透镜阵列元件相对光轴的上下左右方向的角度存在偏差的话，则不能得到正确的 光路。因此，光利用效率极其低下，投影图像变暗。另外，还产生照度不均等这样的缺点。
为了将矩形板状透镜阵列元件与光轴即其他的光学元件之间进行高精度的位置 对准，已知采用的方法是将透镜阵列元件的端面作为基准面。在将端面作为基准面的情况 下，透镜阵列元件的端面的形状精度非常重要。 在JP特开2005-107410号公报中公开了这样的结构，用于将透镜阵列元件的端面 用作位置对准基准面，在与透镜阵列元件相邻的2个端面上，通过模具来成型相对板面垂 直的基准面的结构。在端面中的基准面之外的区域，向着单元状透镜形成侧的板面，形成若
3干向内侧倾斜的具有拔模斜度的倾斜面。 根据这种结构，能够利用基准面进行正确的定位。即，利用与透镜阵列元件的上下
方向相当的边和与左右方向相当的边能够容易地进行位置对准，能够防止透镜阵列元件在 上下左右方向上的角度偏移。基准面之外的端面区域因为是具有拔模斜度的倾斜面，所以， 成型后脱模比较容易。对此，由于基准面相对板面垂直，所以能够进行高精度定位。 另外，投射式图像显示装置的用途已经从进行演示等的各种业务应用扩展为家庭
应用。随之而来的是，装置的小型化要求以及光学部件的小型化高精度化的要求也越来越高。 在采用模具成型透镜阵列元件的情况下，为了满足严格的形状精度的要求，成型 时的压力不得不设定得较高。因此，如果不设置足够的拔模斜度的话，脱模则变得困难。
因此，在JP特开2005-107410号公报的内容中，通过仅将基准面相对板面垂直形 成而确保位置对准的精度，而将其他部分的端面形成为具有拔模斜度的倾斜面，则可以确 保成型步骤中的脱模性。 然而，如果采用这样的结构，则会在垂直基准面和倾斜面的边界部分形成台阶。由 于该台阶，在边界部分即基准面区域的侧端脱模时会产生不好的变形。这种变形正是有损 位置对准精度的原因所在。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而提出，目的在于提供一种基于在矩形板状端面设置 用于光学上位置对准的基准面，能够抑制在利用模具进行成型时由于脱模而产生的精度不 良的透镜阵列元件。 为解决上述技术问题，本发明的透镜阵列元件，具有矩形板状的外形，其板面被作 为光透射面，上述板面中的至少一个上述板面上形成有多个单元状透镜，该透镜阵列元件 的特征在于，上述矩形板状的外形的端面，形成为从一个上述板面向另一个上述板面以倒 向内侧的方式倾斜的倾斜面，上述端面中，至少在相邻的2个端面中的一部分上形成有相 对于上述板面垂直的基准面，与上述端面的倾斜面并列的上述基准面的区域的正面形状为 梯形，上述梯形的斜边配置为从上述一个板面向上述另一个板面延伸，上述梯形的上底配 置在上述另一个板面一侧。 另外，本发明的结构可以适用于透镜阵列元件为树脂成型的情况或者玻璃成型的 情况。 根据上述构成的透镜阵列元件，由于与上述端面的倾斜面并列的上述基准面的区 域的正面形状为梯形，并且形成了与端面的倾斜面相同的拔模斜度，因此基准面区域中的 台阶部的部分的脱模性得到了改善，基准面区域不会受到损伤，能够得到高精度的形状。
因此，能够将透镜阵列元件相对于其他的光学元件进行高精度的定位，在投射式 显示装置等中，能够使透镜阵列的中心和光学系统的光轴正确地位置对准，因此能够提高 光的利用效率并确保投射图像的明亮化，而且能够避免产生照度不均等问题。
图1为示出本发明的实施方式的透镜阵列元件的立体图。
图2为该透镜阵列元件的俯视图。 图3为沿图2中箭头A方向所见的主视图。 图4为沿图2中箭头B方向所见的侧视图。 图5为图2中端面4的区域的放大侧视图。 图6为图2中基准面5的局部放大主视图。 图7为本发明的实施方式中的透镜阵列元件成型用模具的示意截面图。 图8为示出适用了透镜阵列元件的投射式图像显示装置的外观结构的主视图。
具体实施例方式
本发明在上述结构的基础上可以是如下的形态。 S卩，在上述结构的透镜阵列元件中，上述板面的边缘的棱线部优选进行倒棱加工。
另外，在比形成上述基准面的区域的上述梯形的上述上底更上方的区域优选形成连接上述
上底和上述板面的边缘的上述棱线部的斜面。这样，能够进一步提高脱模性。
本发明的投射式显示装置的特征在于，具有光源；照明光学系统，入射来自上述
光源的光并作为照明光射出该光；图像显示元件，对来自上述照明光学系统的照明光进行
调制从而形成图像；以及投影光学系统，将被上述图像显示元件调制后的光投影到屏幕上，
上述照明光学系统含有权利要求1所述的透镜阵列元件，上述透镜阵列元件相对上述照明
光学系统的其他的元件使用上述基准面进行了定位。 下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。 图1为本发明的实施方式的透镜阵列元件1的立体图。该透镜阵列元件1用于投 射式图像显示装置的光学系统等中。图2为透镜阵列元件1的俯视图。图3为沿图2中箭 头A方向所见主视图，图4为沿图2中箭头B方向所见的侧视图。其中，在图1中，对所图 示的本实施方式的特征进行了夸张处理，并且省略了细节部分。因此，图2 图4示出的透 镜阵列元件1的形状存在和图1示出的形状不同的部分。另外，同样在图2的俯视图中，为 避免图示的繁琐，以省略了图3 图6中所示出的端面部的详细形状的方式进行了描画。
如图1 4所示，透镜阵列元件1整体具有基本上为矩形板状的外形，该板面作为 光透射面。在该板面的一侧即上面2上，多个单元状透镜3排列成矩阵状。形成透镜阵列 元件1的外缘的四边的端面4中，相邻的两个端面4上，各形成2个基准面5。基准面5在 与其他光学元件和透镜阵列元件1进行位置对准时用来定位。 端面4从图中的背面6侧向着形成有单元状透镜3的上面2的一侧，形成为以倒 向内侧的方式倾斜的倾斜面。端面4的倾斜面作为在采用模具成型来成形透镜阵列元件1 时的拔模斜度而发挥作用。 将端面4的倾斜面的状态通过对端面4的区域进行了放大的侧视图即图5来示 出。相对该倾斜端面4，基准面5相对矩形板状板面垂直，换言之，基准面5形成为与单元状 透镜3的光轴平行。因此，如图5清楚所示，端面4的倾斜面和基准面5的边界部分形成有 台阶，相对于基准面5的区域形成有侧面部7。如图5所示，上面2和背面6的边缘的棱线 部进行倒棱加工形成R部8。该R部8也是为了提高成型时的脱模性。
图3和图4中清楚地示出了与端面4的倾斜面并列的基准面5的区域的正面形状 为梯形，基准面5部分的放大主视图如图6所示。该梯形斜边即基准面5的侧面部7从透镜阵列元件l的背面6侧向上面2的侧延伸配置。因此，侧面部7对应着梯形的斜边，上面
2 —侧成为梯形的上底9。这样，梯形的斜边即侧面部7与端面4的倾斜面沿向上面2的方
向而向内侧倾斜的情形一样，沿向上面2—侧的方向而向梯形的内侧倾斜。 在比形成基准面5的区域的梯形的上底9更上部的区域形成斜面10，该斜面10从
上底9连接上面2的边缘的棱线部。这也属于使成型时脱模性提高的结构。 上述结构的透镜阵列元件1采用模具成型。成型用模具简图在图7中以截面图的
形式示出。模具由上模12和下模11构成，两模间形成腔体13。下模11中形成腔体13的
面为平坦面。上模12中形成腔体13的面形成为与透镜阵列元件1相对应的形状。另外，
用于形成单元状透镜3的面在图示中被省略。 对上模12中形成腔体13的内面的各部分，附加了与图1等所示出的透镜阵列元 件1的各部分的附图标记相应的附图标记。即，上模12和透镜阵列元件1相对应的各部分 的附图标记的数字的部分相同。 通过上面形成面2a形成透镜阵列元件1的上面2，通过端面形成面4a形成端面
4。通过基准面形成面5a形成基准面5。通过侧面部形成面7a形成侧面部7。通过该模具
进行成型并使成型品脱模时，使下模11和上模12在上下方向上分离。 端面形成面4a的倾斜成为成型品脱模时的拔模斜度。基准面形成面5a尽管没有
拔模斜度，但是侧面部形成面7a形成了和端面形成面4a —样的方向的拔模斜度。这样，基
准面5的区域中的侧面部7的部分的脱模性得到改善，基准面5的区域不会受到损伤，从而
能够得到高精度的形状。 如上所述，为了确认本实施方式的效果，将本发明与基准面5的正面观察的形状 不是梯形而是矩形的结构之间的脱模性进行比较。结果，在基准面5的正面形状为矩形的 情况下，成型后侧面部(对应侧面部7)附近产生了不好的变形，这会对利用基准面5进行 的定位产生影响。另外，如本实施方式所述，即使基准面5是没有拔模斜度的结构，在基准 面5的正面形状为梯形并且设置了侧面部7的拔模斜度的情况下，在脱模时，也能充分抑制 发生对基准面5的功能产生影响的变形。 上述结构的透镜阵列元件1例如可以如下所述地组装在投射式图像显示装置的 光学系统等中。即，在具有与透镜阵列元件1的形成单元状透镜3的面相对应的开口部的 框体上，设置与透镜阵列元件1的端面4相对的框体基准面。使在透镜阵列元件1的相邻 的2边上形成的基准面5与该框体基准面抵接嵌合。另外，基准面5的相反侧的透镜阵列 元件1的端面4被固定于框体上的按压部件按压。这样，透镜阵列元件1的基准面5通过 框体基准面实现了高精度定位。框体在光学系统的光路上以其他光学元件和光轴一致的方
式被正确地定位、固定。 在本实施方式的透镜阵列元件1中，单元状透镜3和基准面5通过模具一体成型， 因此从基准面5到透镜阵列的中心距离基本上由模具精度所决定，该精度质量的稳定性很 高。而且，由于基准面5相对透镜阵列元件1的矩形板状的板面垂直形成，因此在将基准面 5和框体基准面抵接时，能够实现高精度的定位。另外，对于用于将透镜阵列元件l固定于 框体上的按压力，能够稳定地保持基准面5和框体基准面的位置关系，很难产生由按压力 引起的位置偏移。 另外，在上述透镜阵列元件1的例子中，在四边端面4中相邻的2个端面4上形成了基准面5，但是并非仅限于此。还可以采用同时在其他的端面4上也形成基准面5的结 构。 另外，上述实施方式的结构在透镜阵列元件为树脂成型的情况下或玻璃成型的情 况下都能够适用。 如上所述，根据本发明的透镜阵列元件，由于在该板面形状的外形的端面上设置 的基准面，能够得到高精度的形状，能够相对其他的光学元件实现高精度的定位，所以适用 于投射式显示装置等中。
权利要求
一种透镜阵列元件，具有矩形板状的外形，其板面被作为光透射面，上述板面中的至少一个上述板面上形成有多个单元状透镜，该透镜阵列元件的特征在于，上述矩形板状的外形的端面，形成为从一个上述板面向另一个上述板面以倒向内侧的方式倾斜的倾斜面，在上述端面中的至少相邻的2个端面的一部分上，形成有相对于上述板面垂直的基准面，与上述端面的倾斜面并列的上述基准面的区域的正面形状为梯形，上述梯形的斜边配置为从上述一个板面向上述另一个板面延伸，上述梯形的上底配置在上述另一个板面一侧。
2. 如权利要求1所述透镜阵列元件，其特征在于，对上述板面的边缘的棱线部进行了 倒棱加工。
3. 如权利要求1所述透镜阵列元件，其特征在于，在比形成上述基准面的区域的上述 梯形的上述上底更上方的区域，形成有连接上述上底和上述板面的边缘的上述棱线部的斜 面。
4. 一种投射式显示装置，其特征在于，具有 光源；照明光学系统，入射来自上述光源的光并作为照明光射出该光； 图像显示元件，对来自上述照明光学系统的照明光进行调制从而形成图像；以及 投影光学系统，将被上述图像显示元件调制后的光投影到屏幕上， 上述照明光学系统含有权利要求1所述的透镜阵列元件，利用上述基准面将上述透镜阵列元件相对于上述照明光学系统的其他的元件进行了 定位。
全文摘要
透镜阵列元件，具有矩形板状的外形，其板面作为光透射面，在该板面的至少其中一个上，排列多个单元状透镜(3)。矩形板状的外形的端面(4)，从其中一个板面(6)向另一个板面(2)向着内侧倾斜形成倾斜面。端面中，至少相邻2个端面中的一部分上形成相对上述板面垂直的基准面(5)，和上述端面的倾斜面并列的上述基准面的区域的正面观察的形状为梯形，上述梯形的斜边(7)从上述其中的一个板面向上述另外的板面(2)延伸地配置，上述梯形的上底(9)配置于上述第2个板面一侧。针对为光学位置对准而设于矩形板状端面的基准面，能够抑制其在模具成型时由于脱模而导致的精度不良的产生。
文档编号G02B3/00GK101750646SQ200910258408
公开日2010年6月23日 申请日期2009年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者奥尾元幸, 松本茂 申请人:松下电器产业株式会社