光源装置、照明光学装置及显示装置的制作方法

专利名称：光源装置、照明光学装置及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反射由光源放射的光并射出光的光源装置、使用了该光源装置的照明光学装置及显示装置。
背景技术：
到目前为止，使用各种空间光调制元件的投影型显示装置已为公众所知。这些显示装置，例如将透过型、反射型等的液晶板作为空间光调制元件，通过光源对液晶板进行照明，并且在液晶板上进行基于由外部提供的视频信号的光学成像，通过投影透镜将所成的光学像放大投影到屏幕上。
另外，近年来随着人们对高亮度化的需求日益增高，使用3块液晶板等空间光调制元件的3片式投影型显示装置已成为主流。不过，这样的投影型显示装置，由于需要使用3块液晶板，因此存在一种装置整体的成本提高的问题。
另一方面，只使用1块液晶板而谋求低成本化的单片式投影型显示装置为公众所知(例如，专利文献1)。然而，由于这种单片式投影型显示装置需要在液晶板的各像素设置三原色的滤色片，因此存在分辨率实际上下降的问题。另外，由于滤色片会使约2/3的照明光损失，所以存在画面亮度下降的问题。
对此，有如专利文献2中所记述的、使用圆盘状的色轮(color wheel)的色彩顺次方式的投影型显示装置为公众所知。这种方式是在1个空间光调制元件上顺次照射红、绿、蓝的三原色色光而进行全色显示(full color display)。
图15是表示上述传统投影型显示装置的结构的概略图；图16是表示图15所示的色轮的结构的概略图。
如图15所示，从放电灯200放射出的白色光，通过椭圆面镜201而被聚光到色轮203上。UV-IR截止滤光器(cut filter)202被用来从放电灯200射出的放射光中去除紫外线和红外线。色轮203是如图16所示的将红、绿、蓝的扇形滤色片203R、203G、203B组合成圆盘状而得到的，通过旋转马达203a，可以有选择地使红、绿、蓝的光带的光依次透过。
介于色轮203、照明用的聚光透镜204及场透镜(field lens)205，将放电灯200的放射光照射到液晶板206上，通过与液晶板206的图像显示同步来旋转色轮203，分时间在液晶板206上进行与红、绿、蓝的视频信号相应的光学成像。
此时，使用场透镜205是为了将透过液晶板206的光有效地聚光到投影透镜207上。投影透镜207将液晶板206上的光学像放大投影到屏幕上(图中省略)，从而得到全色显示的大画面影像。根据这种方式，使用1块液晶板也能得到与3片式同等的高分辨率的彩色图像。另外，由于无需为液晶板206上的各像素设置微小的滤色片，因此，可以提高液晶板206的成品率，实现投影型显示装置的低成本化。
专利文献1 日本专利公开公报特开昭和59-230383号专利文献2 日本专利公开公报特开2000-98272号发明内容对上述的投影型显示装置的光源装置，要求具有较高的信赖性(长寿命)，但图15所示的传统的投影型显示装置的光源装置则存在以下的问题。图17是表示图15所示的光源装置的结构的部分截面概略图；图18是图17所示的A-A部分的放大截面图。
首先，存在的问题是因设置在放电灯中的金属箔或外部导线的氧化而导致断线，光源装置的信赖性下降。在图17所示的放电灯200的情况下，如图18所示，在外部导线210和密封部211之间会发生因密封时的热应力而引起的变形，产生缝隙。因此，外部导线210或金属箔212的外部导线210侧的端部与空气接触，在灯的点灯过程中产生的极端高温的条件下，该部分的氧化被促进。由氧化而导致断线的时间会随温度而发生变化。例如，若金属箔212中使用了钼，则在空气中350℃的条件下，大约为2000小时左右。
一般情况下，用于投影型显示装置的放电灯200，在点灯过程中的温度非常高，发光管213最高可达到接近1000℃的温度。因此，通过来自发光管213的热传导、电极214的热传导等，金属箔212和外部导线210的连接部附近的温度可达数百度。此时，如果通过风扇等强制进行空气冷却，可降低温度，但若降低到发光管213的温度，发光金属的蒸发会受到抑制，而使发光效率下降。因此，极为需要局部的冷却，而这样的冷却较为困难。而且，当要求在密封状态下使用时，不能使用风扇进行强制空气冷却。
为了解决该问题，传统光源装置采用一种充分地加长金属箔，使得放电灯易氧化的部分尽量远离发光管。由此，可减少因热传导而导致的温度上升，抑制氧化而导致的断线。
然而，由于从放电灯200放射出的白色光通过椭圆面镜201而被聚光到色轮203上，因此，例如，当白色光被聚光到色轮203上的红色滤色片203R上时，红色成分透过，而绿色及蓝色成分被反射，成为返回光而照射到放电灯200的密封部211，而使其温度进一步升高。
这样，在存在有返回到光源装置的返回光的使用环境下，该返回光照射放电灯200的密封部211，是导致该部分温度上升的主要因素。因此，在有返回光的环境下使用传统光源装置时，存在很难延长其使用寿命的课题。
本发明的目的在于提供一种即使在存在有返回到光源装置的返回光的环境下，也不会降低其信赖性且使用寿命长的光源装置、照明光学装置及显示装置。
本发明所提供的光源装置，包括作为光源的发光单元、反射由发光单元放射的光并向外部射出的反射单元、对由反射单元射出到外部的光中被反射而返回到发光单元一侧的光的至少一部分进行遮光的遮光单元。
该光源装置中，由于由反射单元射出到外部的光中被反射而返回到发光单元一侧的光的至少一部分被遮光，因此，即使在存在有返回到光源装置的返回光的使用条件下，也能够防止因返回光而导致的发光单元的寿命缩短，从而实现信赖性较高的光源装置。
本发明还提供一种照明光学装置，包括上述的光源装置、被配置在由光源装置射出的光的聚光位置附近、有选择地让光源装置射出的光中的指定波长的光透过的光选择单元。
该照明光学装置中，由于由反射单元射出到外部的光中被光选择单元反射而返回到发光单元一侧的光的至少一部分被遮光，因此，即使在存在有返回到光源装置的返回光的使用条件下，也能够防止因返回光而导致的光源装置的寿命缩短，从而实现信赖性较高的照明光学装置。
本发明还提供一种显示装置，包括上述的光源装置、使用由光源装置射出的光，进行基于视频信号的光学成像的形成单元、将通过形成单元所成的光学像投影到屏幕上的投影单元。
该显示装置中，由于由反射单元射出到外部的光中被反射而返回到发光单元一侧的光的至少一部分被遮光，因此，即使在存在有返回到光源装置的返回光的使用条件下，也能够防止因返回光而导致的光源装置的寿命缩短，从而实现信赖性较高的显示装置。


图1是表示本发明实施例1的光源装置的结构的部分截面概略图。
图2是用来说明图1所示的光源装置的遮光作用的光程图。
图3是表示本发明实施例2的光源装置的结构的部分截面概略图。
图4是表示本发明实施例3的光源装置的结构的部分截面概略图。
图5是表示本发明实施例4的光源装置的结构的部分截面概略图。
图6是表示本发明实施例5的光源装置的结构的部分截面概略图。
图7是表示本发明实施例6的光源装置的结构的部分截面概略图。
图8是用来说明图7所示的光源装置的遮光作用的光程图。
图9是表示本发明实施例7的照明光学装置的结构的部分截面概略图。
图10是表示图9所示的色选择部件的结构的概略图。
图11是表示本发明实施例8的显示装置的结构的概略图。
图12是表示本发明实施例9的显示装置的结构的概略图。
图13是表示本发明实施例10的显示装置的结构的概略图。
图14是表示本发明实施例11的显示装置的结构的概略图。
图15是表示传统投影型显示装置的结构的概略图。
图16是表示图15所示的色轮结构的概略图。
图17是表示图15所示的光源装置的结构的部分截面概略图。
图18是表示图17所示的A-A部的放大截面图。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明各实施例的光源装置以及将其应用于照明光学装置及显示装置时的具体实施例进行说明。
实施例1图1是表示本发明实施例1的光源装置的结构的部分截面概略图；图2是用来说明图1所示的光源装置的遮光作用的光程图。图1所示的光源装置17，包括作为发光单元的一个例子的放电灯10、作为反射单元及聚光单元的一个例子的椭圆面镜11、以及作为遮光单元的一个例子的遮光部件12。
作为放电灯10，可使用例如超高压水银灯。由于超高压水银灯其亮度非常强，聚光性较佳，因此，可通过椭圆面镜11而有效地进行聚光。在放电灯10的发光管的两端设置有密封部14、15，在其内部封有金属箔14a、15a和导线14b、15b。
金属箔14a、15a由钼等的金属材料构成；导线14b、15b由钨等的金属材料构成。不管是哪种金属，都是高融点材料，都适用于该种用途。外部导线16的一端与导线15b连接，而另一端被引出到椭圆面镜11的外部。通过对外部导线16和导线14b施加高电压，则在电极10a、10b之间发生放电，其结果是得到发光。此外，作为发光单元，并不局限于上述的超高压水银灯，也可使用卤素灯、金属卤素灯、氙气灯等各种光源。
椭圆面镜11的第1焦距(短焦点)F1(参照图2)为10mm，第2焦距(长焦点)F2(参照图2)为120mm。在椭圆面镜11的反射面11a上，例如，形成有可有效地反射可见光、透过红外光的电介质多层膜，用来有效地反射由放电灯10放射的光中的可见光成分。
放电灯10，其在电极10a、10b之间形成的发光部的重心被配置成大体上与椭圆面镜11的第1焦点F1(参照图2)一致，通过粘合体13而被固定在椭圆面镜11上。由此，与发光部的大小成比例的聚光点能被形成于椭圆面镜11的第2焦点F2(参照图2)的附近，从而可有效地对放电灯10的放射光进行聚光。作为粘合体13，最好是耐热性较佳的材料，例如SUMICERAM(R)(朝日化工有限公司制)等无机耐热性粘合剂可予以使用。遮光部件12被配置在椭圆面镜11的射出侧开口部的附近。
在此，参照图2来详细地说明遮光部件12的遮光作用。首先，由放电灯10放射出的光，被椭圆面镜11的反射面11a反射而指向指定的方向。具体来讲，光线20、21分别被反射成射向椭圆面镜11的第2焦点F2的光线20a、20a。而光线22、23同样也分别被反射成光线22a、23a。此时，经椭圆面镜11的反射面11a反射的光，分布在光线20a至光线22a之间的区域以及光线21a至光线23a之间的区域。因此，在使用椭圆面镜11进行聚光时，会存在没有反射光的区域RA，区域RA大致为圆锥状。
遮光部件12呈圆盘状，被配置在上述没有反射光的区域RA的部分。根据这种结构，遮光部件12不会对从椭圆面镜11射出的直接的反射光进行遮光，而是能够反射该反射光在光源装置17的外部被反射而再次返回到椭圆面镜11的光中的一部分。
例如，在椭圆面镜11的第2焦点F2附近配置有扩散性的反射面24的情况下，射入该反射面24的光的一部分，被反射而指向椭圆面镜11(放电灯10)的方向。遮光部件12对该反射光、即再次返回到椭圆面镜11的光中的射入放电灯10的密封部15的光进行遮光。由此，能够抑制因返回光而导致的密封部15的温度上升，提高光源装置17的信赖性。
作为遮光部件12，可使用在透光的平面玻璃的表面上形成反射可见光的电介质多层膜的部件。由于从椭圆面镜11射向第2焦点F2的光为会聚光，所以，不存在来自椭圆面镜11的直接的反射光的区域RA，越靠近椭圆面镜11越大。因此，若形成电介质多层膜，则在靠近椭圆面镜11一侧的面IS上形成可以扩大遮光部分的区域，因而可获得更好的效果。
另外，作为遮光部件12，可以根据返回光的波长而使用形成有反射红外线的电介质多层膜、反射紫外光的电介质多层膜、反射红外线及紫外光的电介质多层膜、或反射红外线、紫外光及可见光的电介质多层膜的部件，或者玻璃本身吸收指定波长的光的部件等，也可以使用对光进行反射的媒体，例如铝箔或上述的无机耐热性粘合剂(SUMICERAM(R))等。另外，遮光部件并不局限于上述之例。如果是不对来自椭圆面镜11的直接光进行遮光，而只对返回光进行遮光的部件，即能得到本发明所谋求的效果。
遮光部件12最好被配置在椭圆面镜11的射出侧开口部的端部至密封部15的端部的之间，但也可配置在椭圆面镜11的射出侧开口部的端部至反射面24的之间，此时，最好是配置在将该间隔进行了3等分的3个区域中最接近椭圆面镜11的区域内，而更为理想的是配置在将该间隔进行了4等分的4个区域中最接近椭圆面镜11的区域内。
另外，遮光部件12的大小，最好是小于遮光部件12的配置位置上不存在反射光的区域RA的截面的大小，即遮光部件12的直径小于区域RA的圆形截面的直径。此时，可将遮光部件12的直径和区域RA的圆形截面的直径之差用作遮光部件12的配置边缘(margin)，从而可以容易地安装或构成遮光部件12。
此外，也可以使遮光部件12的直径大于区域RA的圆形截面的直径，此时，也可将遮光部件12的直径和区域RA的圆形截面直径之差用作遮光部件12的配置边缘。而且，在由椭圆面镜11反射的光的光量较为充分时，即使使遮光部件12的直径大于区域RA的圆形截面的直径，也能够获得足够的光量。
此外，在本实施例中，说明了将遮光部件12配置在呈圆盘状的遮光部件12的中心与椭圆面镜11的光轴25相交的位置上的例子。但遮光部件12的位置并不局限于此例，也可根据返回光的分布而配置在其中心偏离了光轴25的位置上。例如，由于反射面24相对于光轴25而倾斜，因此，当返回光从偏离光轴25的位置射入时，可按该偏移而将其配置在偏心于光轴25的位置上。这样，配置遮光部件12的位置可根据用途来进行适当的设定。
如上所述，本实施例中，即使在存在有返回椭圆面镜11的返回光的使用条件下，也由于返回光可以通过配置在椭圆面镜11的射出侧开口部附近的遮光部件12而被进行遮光，所以，能够抑制密封部15的温度上升，从而可提供一种信赖性较高且使用寿命长的光源装置17。
此外，在上述的说明中，没有特别提及遮光部件12的固定方法，但作为遮光部件12的固定方法，有多种方法可以使用。例如，可以设置一种从椭圆面镜11的射出侧开口部的边缘一点延伸至光轴25的支撑部件，将遮光部件12固定到该支撑部件上。此时，为了避免对椭圆面镜11射出的反射光进行不必要的遮光，最好将支撑部件配置成与外部导线16重叠在一起。另外，在使用从椭圆面镜11的射出侧开口部的边缘一点穿过光轴25而延伸至相反一侧的边缘一点的支撑部件时，最好将支撑部件配置成其至少一半与外部导线16重叠。
实施例2图3是表示本发明实施例2的光源装置的结构的部分截面概略图。图3所示的光源装置17a包括，放电灯10、椭圆面镜11、作为遮光单元的一个例子的遮光部件12a以及作为透光性密封单元的一个例子的透光性密封部件18。对于与实施例1相同的部分，标注相同的符号，并省略其说明。
图3所示的光源装置17a和图1所示的光源装置17的不同之处在于，透光性密封部件18被配置在椭圆面镜11的射出侧开口部，在椭圆面镜11的内部形成大致密封的空间。由此，万一放电灯10发生了破裂时，可防止玻璃碎片等飞溅到光源装置17a的外面。另一方面，这种结构的光源装置17a，由于在椭圆面镜11的内部形成有密封空间，因此，放电灯10的各部位的温度也更容易出现上升。
对此，本实施例中，如图3所示，遮光部件12a被设在透光性密封部件18的中心部位。遮光部件12a被配置在没有反射光的区域部分，在与实施例1相同的作用下，对再次射入椭圆面镜11的返回光中的射入放电灯10的密封部15的光进行遮光，来抑制该部位的温度上升。由此，可提高光源装置17a的信赖性。
遮光部件12a呈圆盘状，由形成在透光性密封部件18的椭圆面镜11(放电灯10)一侧的表面、用来反射可见光的电介质多层膜构成。由于从椭圆面镜11射向第2焦点F2(图中省略标示)的光为会聚光，所以，不存在来自椭圆面镜11的直接的反射光的区域，越靠近椭圆面镜11越大。因此，若形成电介质多层膜，则由于在靠近椭圆面镜11一侧的面上形成会扩大遮光部分的区域，因而可获得更好的效果。不过，也可以在不同于图3的平面侧的透光性密封部件18的表面、即位于与放电灯10相反的一侧的表面上配置遮光部件12a，该遮光部件也可使用与上述同样的电介质多层膜来构成，此时也能获得所希望的效果。
另外，作为遮光部件12a，也可以使用形成有至少反射红外线及紫外线的其中之一的电介质多层膜的部件、或玻璃本身吸收指定波长的光的部件；还可以使用对光进行反射的媒体，例如铝箔或上述的无机耐热性粘合剂(SUMICERAM(R))等。而且，作为遮光部件12a并不局限于上述之例，如果是不对来自椭圆面镜11的直接光进行遮光，而只对返回光进行遮光的部件，即能得到本发明所要谋求的效果。
此外，在本实施例中，说明了将遮光部件12a配置在呈圆盘状的遮光部件12a的中心与椭圆面镜11的光轴25相交的位置上的例子。但遮光部件12a的位置并不局限于此例，也可根据返回光的分布而配置在其中心偏离了光轴25的位置。这样，配置遮光部件12a的位置可根据用途来进行适当的设定。另外，透光性密封部件并不局限于平行平面玻璃，也可使用具有任意光焦度的透镜等，在该透镜等上形成遮光部件12a。而且，也可以在平行平板玻璃的中心部形成的孔上安装遮光部件，或将透光性密封部件和遮光部件构成一体，使得遮光部件被配置在透光性密封部件的中心部。
如上所述，本实施例中，即使在存在有返回椭圆面镜11的返回光的使用条件下，也由于返回光可以通过配置在椭圆面镜11的射出侧开口部设置的透光性密封部件18的内侧表面上的遮光部件12a而被进行遮光，所以，能够抑制密封部15的温度上升，从而可提供一种信赖性较强且使用寿命长的光源装置17a。
另外，本实施例所述的是在椭圆面镜11的内部形成大致密封的空间的情况，但并非特别必要时，也无需形成密封空间，而可以采用设有通风口等的结构。
实施例3图4是表示本发明实施例3的光源装置的结构的部分截面概略图。图4所示的光源装置17b包括，放电灯10、椭圆面镜11及作为遮光单元的一个例子的遮光部件12b；对于与实施例1相同的部分，标注相同的符号，并省略其说明。
图4所示的光源装置17b和图1所示的光源装置17的不同之处在于，遮光部件12b被固定在导线15b及外部导线16上。遮光部件12b呈圆盘状，是在由透光性的平面玻璃、耐热性塑料或陶瓷等构成的基板上形成有反射可见光的电介质多层膜的部件，通过耐热性较强的粘合剂等被固定到导线15b及外部导线16上。遮光部件12b被配置在没有反射光的区域部分，在与实施例1相同的作用下，对再次射入椭圆面镜11的返回光中的射入放电灯10的密封部15的光进行遮光，来抑制该部位的温度上升。
在这种情况下，即使是不具备图3所示的透光性密封部件18的光源装置，也能够稳定地固定住遮光部件12b，并且由于可以在更接近放电灯10的密封部15的位置配置遮光部件12b，因此，能够进一步扩大遮光部件12b的遮光部分，从而可进一步提高绝热效果。
如上所述，本实施例中，即使在存在有返回椭圆面镜11的返回光的使用条件下，也由于返回光可通过固定在导线15b及外部导线16上的遮光部件12b而被进行遮光，所以，能够抑制密封部15的温度上升，从而可提供一种信赖性较强且使用寿命长的光源装置17b。
此外，本实施例中，省略了图3所示的透光性密封部件18，但也可以与实施例2同样，安装透光性密封部件18而形成一个密封空间。另外，遮光部件12b并不只局限于上述之例，也可以使用与实施例1相同的部件。另外，遮光部件12b的安装位置也并不局限于上述之例，也可固定在密封部15的端部，或导线15b及外部导线16的其中之一上。
实施例4图5是表示本发明实施例4的光源装置的结构的部分截面概略图。图5所示的光源装置17c包括，放电灯10、椭圆面镜11、作为遮光单元的一个例子的遮光部件12c、透光性密封部件18以及作为吸收单元的一个例子的吸收部件19，对于与实施例2相同的部分，标注相同的符号，并省略其说明。
图5所示的光源装置17c和图3所示的光源装置17a的不同之处在于，遮光部件12c形成于透光性密封部件18的表面(与放电灯10相反的一侧的表面)上，吸收部件19形成于透光性密封部件18的背面(放电灯10一侧的表面)上。遮光部件12c与实施例2中的遮光部件12a相同，呈圆盘状，由形成在透光性密封部件18的表面、用来反射可见光的电介质多层膜构成。
遮光部件12c被配置在没有反射光的区域部分，在与实施例2相同的作用下，对再次射入椭圆面镜11的返回光中的射入放电灯10的密封部15的光进行遮光，来抑制该部位的温度上升。此时，遮光部件12c离开椭圆面镜11的距离为透光性密封部件18的厚度，但由于透光性密封部件18非常薄，因此可获得与实施例2大致相同的遮光效果。
吸收部件19呈圆盘状，是在透光性密封部件18的背面形成有吸收可见光的黑色膜的部件。吸收部件19被配置在不存在反射光的区域部分，吸收通过该部分的不需要的光。若没有吸收部件19，该不需要的光会通过透光性密封部件18而被外部的反射部件反射。而遮光部件12c则不能反射该反射光，从而使密封部15的温度上升。因此，本实施例中，由于通过吸收部件19来吸收不需要的光，所以能够抑制因不需要的光所引起的反射光而导致的密封部15的温度上升。
另外，在遮光部件12c的一部分位于没有反射光的区域之外时，由椭圆面镜11反射的光，被遮光部件12c的背面(位于没有反射光的区域之外的部分)反射，照射到放电灯10的密封部15。此时，通过将吸收部件19配置在能够遮住遮光部件12c的背面的位置上，由椭圆面镜11反射的光，不会被反射到吸收部件19的背面，而是被吸收部件19吸收，因此能够抑制密封部15的温度上升。
如上所述，本实施例中，即使在存在有返回椭圆面镜11的返回光的使用条件下，也由于返回光可以通过配置在椭圆面镜11的射出侧开口部的透光性密封部件18的外侧表面上的遮光部件12c而被进行遮光，而且，不需要的光也通过配置在透光性密封部件18的内侧表面上的吸收部件19而被吸收，所以，能够抑制密封部15的温度上升，从而提供一种信赖性较强且使用寿命长的光源装置17c。
另外，吸收部件19并不只局限于上述之例，如果是能吸收不需要的光等的部件，则可使用各种部件；其配置等也并不只局限于上述之例，也可形成在遮光部件12c的背面(透光性密封部件18侧的面)，而与遮光部件12c成为一体。
实施例5图6是表示本发明实施例5的光源装置的结构的部分截面概略图。图6所示的光源装置17d包括，放电灯10、椭圆面镜11及作为遮光单元的一个例子的遮光部件12d；对于与实施例1相同的部分，标注相同的符号，并省略其说明。
图6所示的光源装置17d和图1所示的光源装置17的不同之处在于，覆盖密封部15的遮光部件12d，取代遮光部件12而予以使用。遮光部件12d呈有底面的圆筒状，是一种在耐热性塑料或陶瓷等制成的有底圆筒的外表面上形成有反射可见光的电介质多层膜的部件，使用耐热性较强的粘合材料等而被固定在密封部15上。遮光部件12d被配置在没有反射光的区域部分，在与实施例1相同的作用下，几乎将再次射入椭圆面镜11的返回光中射入放电灯10的密封部15的光完全遮住，来抑制该部位的温度上升。
此时，即使是不具备图3所示的透光性密封部件18的光源装置，也由于能够稳定地固定遮光部件12d，并且将密封部15几乎全面覆盖，因此，能够将射入密封部15的光完全遮住，从而可以进一步提高绝热效果。
如上所述，本实施例中，即使在存在有返回椭圆面镜11的返回光的使用条件下，也由于返回光通过覆盖密封部15的遮光部件12d几乎完全被遮住，因此，能够抑制密封部15的温度上升，从而提供一种信赖性较强且使用寿命长的光源装置17d。
另外，遮光部件并不只局限于上述之例，也可以是在密封部15上直接形成遮光部件，或覆盖密封部15的局部，例如覆盖密封部15的端部侧的一部分。
实施例6图7是表示本发明实施例6的光源装置的结构的部分截面概略图；图8是用来说明图7所示的光源装置的遮光作用的光程图。图7所示的光源装置47包括，作为发光单元的一个例子的放电灯40、作为第1聚光单元的一个例子的抛物面镜41、作为第2聚光单元的一个例子的平凸透镜42及作为遮光单元的一个例子的遮光部件43。
抛物面镜41的焦距F为10mm。在抛物面镜41的反射面41a上，例如有效地反射可见光而透过红外光的电介质多层膜被形成，可有效地反射由放电灯40放射出的光中的可见光成分。
放电灯40的结构与图1所示的放电灯10相同，在电极40a、40b之间形成的发光部的重心被配置成大致与抛物面镜41的焦点F一致，通过粘合体44而被固定在抛物面镜41上。由此，经反射面41a反射的光，变成相对光轴54大致平行向前的光而从抛物面镜41射出。作为粘合体44，与实施例1相同，最好为耐热性较佳的材料，例如SUMICERAM(R)等无机耐热性粘合剂。
平凸透镜42被配置在抛物面镜41的射出侧开口部，在抛物面镜41的内部形成大致密封的空间。本实施例中，作为第2聚光单元使用的是平凸透镜42，但如果是对抛物面镜41的射出光具有聚光作用的部件，则并没有特别的限制，像使用将两凸透镜及多个的透镜组合起来的部件、或将靠近抛物面镜41一侧的面设成凸面等的多种变更都是可能的。另外，本实施例说明了在抛物面镜41的内部形成大致密封的空间的情况，但并非特别必要时，也无需形成密封空间，而可以采用设有通风口等的结构。
下面，参照图8来详细说明遮光部件43的遮光作用。首先，由放电灯40射出的光，被抛物面镜41的反射面41a反射而指向指定的方向。具体来讲，光线50、51被反射成相对光轴54大致平行向前的光线50a、51a。另外，光线52、53被反射成相对光轴54大致平行向前的光线52a、53a。此时，经抛物面镜41的反射面41a反射的光，分布在光线50a至光线52a之间的区域以及光线51a至光线53a之间的区域。因此，在使用抛物面镜41进行聚光时，会存在没有反射光的区域RB，区域RB呈大致圆筒状和大致圆锥状组合而形成的形状。
遮光部件43呈圆盘状，被配置在上述没有反射光的区域RB的部分。根据这种结构，遮光部件43不会对从抛物面镜41射出的直接的反射光进行遮光，而能够反射该反射光经光源装置47的外部反射而再次返回到抛物面镜41的光中的一部分。
例如，如图8所示，像在平凸透镜42的焦点附近配置有扩散性的反射面55的情况下，射入到该反射面55的光的一部分被反射而指向抛物面镜41的方向。遮光部件43对该反射光、即再次返回到抛物面镜41的光中、尤其是射入放电灯41的密封部45的光进行遮光。由此，能够抑制因返回光而导致的密封部45的温度上升，提高光源装置47的信赖性。
作为遮光部件43，可使用在透光的平面玻璃的表面上形成反射可见光的电介质多层膜的部件。另外，作为遮光部件43也可以使用形成有反射紫外线的电介质多层膜的部件及玻璃本身吸收指定波长的光的部件等；还可以使用对光进行反射的媒体，例如铝箔或上述的无机耐热性粘合剂(SUMICERAM(R))等。而且，遮光部件43并不局限于上述之例，如果是不对来自抛物面镜41的直接光进行遮光，而只对返回光进行遮光的部件，即能得到本发明所要谋求的效果。
遮光部件43最好被配置在抛物面镜41的射出侧开口部的端部至密封部15的端部之间，但也可以配置在抛物面镜41的射出侧开口部的端部至反射面55的之间。此时，最好被配置在将该间隔进行了3等分的3个区域中最接近抛物面镜41的区域内，而更为理想的是配置在将该间隔进行了4等分的4个区域中最接近抛物面镜41的区域内。
另外，遮光部件43的大小，最好是小于遮光部件12的配置位置的不存在反射光的区域RB截面的大小，即遮光部件43的直径最好小于区域RB的圆形截面的直径。此时，可将遮光部件43的直径和区域RB的圆形截面直径之差用作遮光部件43的配置边缘，从而可较为容易地安装或构成遮光部件43。此外，在由抛物面镜41反射的光的光量较为充分时，也可以使遮光部件43的直径大于区域RB的圆形截面的直径，此时，也可将遮光部件43的直径和区域RB的圆形截面的直径之差用作遮光部件43的配置边缘。
本实施例中，说明了将遮光部件43配置在呈圆盘状的遮光部件43的中心与抛物面镜41的光轴54相交的位置上的例子。但遮光部件43的位置并不只局限于此例，也可根据返回光的分布而配置在其中心偏离光轴54的位置上，例如，由于反射面55相对于光轴54而倾斜，所以，当返回光偏离光轴54时，可按照该偏移而将其配置在偏心于光轴54的位置上。这样，配置遮光部件43的位置可根据用途来进行适当的设定。
如上所述，本实施例中，即使在存在有返回抛物面镜41的返回光的使用条件下，也由于在抛物面镜41的射出侧开口部配置的平凸透镜42上设置有遮光部件43，该遮光部件43对返回光进行遮光，所以，能够抑制密封部45的温度上升，从而提供一种信赖性较强且使用寿命长的光源装置47。
另外，在上述的各实施例中，作为聚光单元及第1聚光单元使用了椭圆面镜或抛物面镜，但并不只局限于这些例子，作为聚光单元可使用抛物面镜；作为第1聚光单元可使用椭圆面镜，或使用除椭圆面镜或抛物面镜以外的具有非球面形状的反射镜等；如果是能将放电灯放射出的光向指定的方向反射并进行聚光的部件，则各种部件都可以使用。
实施例7图9是表示本发明实施例7的照明光学装置的结构的部分截面概略图；图10是图9所示的色选择部件的结构的概略图。图9所示的照明光学装置64包括，光源装置17c’、UV-IR截止滤光器(cut filter)61、作为色选择单元的一个例子的色选择部件62及马达63。光源装置17c’是在图5所示的光源装置17c上增加了框体64，而其它的结构则与光源装置17c相同，因此，相同的部分标注相同的符号，并省略其说明。此外，照明光学装置64中所使用的光源装置并不只局限于此例，也可以使用上述各实施例中的任一光源装置。
光源装置17c’的射出光，其中的紫外光和红外光通过UV-IR截止滤光器61而被除去。色选择部件62被配置在光源装置17c’的射出光被聚光的位置附近，是像图9所示那样的能够有选择性地使红、绿、蓝的光带的光透过的、将红色滤光片62R、绿色滤光片62G、蓝色滤光片62B组合起来而构成的部件。通过使设在色选择部件62的旋转轴上的马达63旋转，可按时间来切换红、绿、蓝的光带的光，依次使其透过。此外，色选择部件62并不只局限于上述之例，也可使用只让指定的波长段的光透过的单色滤光片及减光滤光片等各种部件，可根据其特性、形状及使用状态，将各种部件作为本发明的色选择单元来使用。
另一方面，射入到色选择部件62的光中的、各色滤光片62R、62G、62B的透过光带以外的光，被再次向光源装置17c’的方向反射。该反射光一旦射入到光源装置17c’，则如上所述，会因返回光而导致放电灯10的密封部15的温度上升，从而成为光源装置17c’的信赖性下降的主要因素。
因此，在本实施例中，光源装置17c’具备遮光部件12c。遮光部件12c，由于不对从光源装置17c’射出的有效光线进行遮光，而是有效地对再次射入的反射光中的、尤其是射入到放电灯的密封部15的光进行遮光，因此，能够抑制密封部15的温度上升。其结果，由于能够提高光源装置17c’的信赖性，所以，可以实现信赖性较高的照明光源装置64。
另外，经UV-IR截止滤光器61反射的紫外光或红外光也变成返回光，再次射入光源装置60，这是导致光源装置17c’的信赖性下降的主要因素。因此，作为遮光部件12c也可以使用不但反射可见光，而且还反射紫外光及红外光的部件。
此外，本实施例中，图5所示的光源装置17c被安装在框体64上，框体64相对照明光源装置64可进行拆装。框体64由塑料等制成，大致呈长方体形状，其顶端部64a伸出光源装置17c’的前面、即遮光部件12c的表面指定长度；而遮光部件12c则被配置在内侧，距顶端部64a的表面有一个指定距离。因此，由于用户可以把握住框体64来拆装光源装置17c’，同时，又可以防止用户直接接触遮光部件12c而对遮光部件12c造成损伤，所以，能够可靠地保护遮光部件12c。
实施例8图11是表示本发明实施例8的显示装置的结构的概略图。图11所示的显示装置84是投影型显示装置，包括照明光学装置80、聚光光学系统81、作为形成单元的一个例子的透过型的液晶板82及作为投影单元的一个例子的投影透镜83。
照明光学装置80，将图9所示的照明光学装置64的光源装置更改成了图3所示的光源装置17a，相同的部分标注相同的符号，并省略其说明。从照明光学装置80射出的红、绿、蓝的透过光射入到聚光光学系统81。聚光光学系统81包括聚光透镜(condenserlend)81a和场透镜(field lend)81b。聚光透镜81a将由照明光学装置80射出的发散光转换成相对光轴85大致平行向前行进的光。而使用场透镜81b是为了将透过液晶板82的光有效地聚光到投影透镜83上。
照明光学装置80的射出光，经聚光光学系统81聚光来照明液晶板82，通过使按时间发生变化的红、绿、蓝的照明光和液晶板82的图像显示同步，则可在液晶板82上进行与红、绿、蓝的视频信号相应的光学成像，并按时间依次转换。通过投影透镜83将液晶板82上的光学像放大投影到屏幕86上，可得到全色显示的大画面影像。
根据上述结构，使用1块液晶板也能获得与3片式同等的高分辨率的彩色图像。另外，由于无需为液晶板82上的各像素设置微小的滤色片，因此，可以提高液晶板82的成品率，实现显示装置的低成本化。
另外，本实施例中，由于照明光学装置80的光源装置17a具备遮光部件12a，所以，通过遮光部件12a，可以不对从光源装置17c’射出的有效光进行遮光，而是有效地对再次射入的反射光中的、尤其是射入到放电灯10的密封部15的光进行遮光。其结果，由于能够抑制密封部15的温度上升，因而可以提高使用了光源装置17a的照明光学装置80的信赖性，实现小型且信赖性较高的显示装置84。
此外，在上述的说明中，作为空间光调制元件使用了透过型的液晶板，但并不只局限于此例，也可以使用像反射型的液晶板、DMD(Digital Micromirror device数字微反射镜器件)等在空间上对照明光进行调制而光学成像的各种元件。另外，本发明适用的显示装置并不只局限于上述之例，也可以适用于像后面将要说明的那样，将上述投影型显示装置放到机壳内，通过安装在机壳上的透过型的屏幕来欣赏显示图像的背投影显示装置等各种显示装置。
实施例9图12是表示本发明实施例9的显示装置的结构的概略图。图12所示的显示装置是背投影显示装置，包括光源装置41’、场透镜101、作为形成单元的一个例子的透过型的液晶板102、作为投影单元的一个例子的投影透镜103、反射镜104及屏幕105。
光源装置41’是将图8所示的光源装置41中设有遮光部件43的平凸透镜42更改成设有遮光部件43的透光性密封部件18后的部件。其它结构与图8所示的光源装置41相同，取得与图8所示的遮光部件43相同的效果。
由光源装置41’放射出的光束，经场透镜101全面射入到液晶板102而被调制，视频信号被予以附加。经液晶板102调制的输出光束，其光学像通过投影透镜103而被放大。来自投影透镜103的输出光束，通过框体100上安装的反射镜104而以任意的角度被折转，投影到屏幕105上。而且，光源装置41’的数目等并不只局限于上述之例，也可以使用2个或2个以上的光源装置，或者也可使用3片式光学结构等的其它光学结构，而非仅仅是单片式的光学结构。
根据上述的结构，本实施例中，由于照明光学装置41’具备遮光部件43，因此，通过遮光部件43，可以不对从光源装置41’射出的有效光进行遮光，而是有效地对由场透镜101反射而再次射入的反射光中的、尤其是射入到放电灯的密封部45的光进行遮光。其结果，由于能够抑制密封部45的温度上升，因而可以提高光源装置41’的信赖性，实现信赖性较高的背投影显示装置。
实施例10图13是表示本发明实施例10的显示装置的结构的概略图。图13所示的显示装置是反射镜顺次方式的3片式投影型显示装置，包括光源装置41’、色分解光学系统111、聚光透镜115～117、作为形成单元的一个例子的光阀部(light valve)118、色合成光学系统122、作为投影单元的一个例子的投影光学系统126。而且，显示装置的色合成方式也并不只局限于反射镜顺次方式，也可以使用交叉棱镜(Cross Prism)等其它的方式。
色分解光学系统111由蓝色反射分色镜112、反射镜113及绿色反射分色镜114构成。光阀部118由红色用光阀单元119、绿色用光阀单元120及蓝色用光阀单元121构成。色合成光学系统122由绿色反射分色镜123、红色反射分色镜124及全反射镜125构成。
光源装置41’与图12所示的光源装置41’相同，可获得与图8所示的遮光部件43同样的效果。来自光源装置41’的光射入色分解光学系统111。射入的光中的蓝色光，通过蓝色反射分色镜112而被反射，进而又被反射镜113反射，再通过聚光透镜117而到达蓝色用光阀单元121。
透过了蓝色反射分色镜112的绿色光及红色光被射入绿色反射分色镜114，绿色光被绿色反射分色镜114反射，并通过聚光透镜116而到达绿色用光阀单元120。另一方面，红色光透过绿色反射分色镜114，并通过聚光透镜115而到达红色用光阀单元119。
蓝色用光阀单元121、绿色用光阀单元120及红色用光阀单元119分别由入射侧偏光板、液晶板及射出侧偏光板构成。入射侧偏光板被设定成可透过外形形状的较短方向的偏光方向的光，而吸收与其垂直的偏光方向的光。透过了入射侧偏光板的光射入到液晶板。液晶板根据外部信号来改变多数的像素开口的每一个的透过光的偏光方向，在不驱动各像素时，让偏光方向转动90度，而在进行了驱动时，则不改变偏光方向而使光透过。射出侧偏光板具有与入射侧偏光板垂直的方向的偏光特性。
因此，由于液晶板改变偏光方向90度而透过的像素部的光的偏光方向与射出侧偏光板的透过轴一致，所以，液晶板改变偏光方向90度而透过的像素部的光可透过射出侧偏光板。另一方面，由于液晶板不改变偏光方向而透过的像素部的光的偏光方向垂直于射出侧偏光板的透过轴，所以，液晶板不改变偏光方向而透过的像素部的光被射出侧偏光板吸收。
这样，透过了光阀部118的光则被射入到色合成光学系统122。此时，从蓝色用光阀单元121射出的光透过绿色反射分色镜123、红色反射分色镜124后，被射入到投影光学系统126。从绿色用光阀单元120射出的光被绿色反射分色镜123反射后，透过红色反射分色镜124而被射入到投影光学系统126。从红色用光阀单元119射出的光被全反射镜125及红色反射分色镜124反射后，射入到投影光学系统126。投影光学系统126将各光阀上的图像放大投影到屏幕127上。
根据上述的结构，本实施例中，由于照明光学装置41’具备遮光部件43，因此，通过遮光部件43，可以不对从光源装置41’射出的有效光进行遮光，而是有效地对由聚光透镜115～117反射后再次射入的反射光中的、尤其是射入到放电灯的密封部45的光进行遮光。其结果，由于能够抑制密封部45的温度上升，因而可以提高光源装置41’的信赖性，实现信赖性较高的3片式投影型显示装置。
实施例11图14是表示本发明实施例11的显示装置的结构的概略图。图14所示的显示装置是使用了多个光源的投影型显示装置，包括2个光源装置17a、色选择部件131、聚光透镜132、UV-IR截止滤光器134、第1透镜阵列(lens array)135、第2透镜阵列136、偏光镜138、作为形成单元的一个例子的透过型的液晶板139、检偏器(analyzer)140及作为投影单元的一个例子的投影光学系统141。另外，光源的数目也并不只局限于上述之例，也可使用3个或3个以上的光源。
每个光源装置17a都与图3所示的光源装置17a相同，可获得与图3所示的遮光部件12a同样的效果。2个光源的光源装置17a被配置成各自的光轴在各自的第2焦点位置上相交。如图所示，色选择部件131被配置在两个光源的光轴的交点上。色选择部件131的结构与图10所示的色选择部件62相同。
透过了色选择部件131的光，经过聚光透镜132、133而变成大致平行的光之后，透过UV-IR截止滤光器134，被射入到形成有多个微透镜的第1透镜阵列135。
在第1透镜阵列135的每个微透镜所形成的第2光源位置，第2透镜阵列136予以配置，在各光源像的位置上所配置的微透镜多数集合而形成在第2透镜阵列136。该微透镜的结构为，将第1透镜阵列135的各微透镜的开口形状扩大而投影到液晶板139上；第1透镜阵列135的微透镜的像被重叠，从而进行均匀照明。
透过了第1透镜阵列135及第2透镜阵列136的光射入到聚光透镜137，透过了聚光透镜137的光射入到偏光镜138。在偏光镜138中，吸收轴方向的偏光成分被吸收，而与之垂直的方向的偏光成分的光则被透过而射入到液晶板139。
液晶板139由可以根据来自外部的输入信号而独立进行调制的多个像素构成，被设定成，射入其中的光中的、射入到应进行黑色显示的像素部的光，在透过液晶板139而被射出时，偏光方向偏转90度，因而被检偏器140吸收。另一方面，射入到应进行白色显示的像素部的光，在透过透过型液晶板139而被射出时，偏光方向不发生偏转，因而透过检偏器140而射入到投影光学系统141，透过型液晶板139的图像则被扩大投影到屏幕142上。
根据上述的结构，本实施例中，由于各光源装置17a具备遮光部件12a，因此，通过遮光部件12，可以不对从光源装置17a射出的有效光进行遮光，而是有效地对由色选择部件131反射而再次射入的反射光中的、尤其是射入到放电灯的密封部15(参照图3)的光进行遮光。其结果，由于能够抑制密封部15的温度上升，所以，可以提高所有的光源装置17a的信赖性，从而实现信赖性较高的投影型显示装置。
而且，本发明所适用的装置并不只局限于上述的显示装置，也可适用于半导体制造所使用的曝光装置等使用光源的各种装置。此外，上述各实施例中的各部件还可以根据需要进行任意组合，此时也能获得各部件的效果。
产业上的利用可能性本发明的光源装置，即使在存在有返回到光源装置的返回光的使用条件下，也能够防止因返回光而导致的发光单元的使用寿命下降，从而可实现信赖性较高的光源装置，适用于使用了放电灯等作为发光单元的光源装置等。
权利要求
1.一种光源装置，其特征在于包括作为光源的发光单元；反射单元，用来反射由上述发光单元放射的光并向外部射出；遮光单元，对由上述反射单元射出到外部的光中的、被反射而返回到上述发光单元一侧的光的至少一部分进行遮光。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于上述发光单元包括放电灯；上述反射单元包括聚光单元，用来反射由上述放电灯放射的光并向外部射出而使由上述放电灯放射的光聚光到指定的位置；上述遮光单元，对由上述聚光单元聚光并射出到外部的光中的、被反射而返回到上述放电灯一侧的光的至少一部分进行遮光。
3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被设置在上述聚光单元的开口部附近。
4.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被配置在上述聚光单元的开口部和上述放电灯之间。
5.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被固定在位于上述聚光单元的开口部一侧的上述放电灯的导线上。
6.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被设置在位于上述聚光单元的开口部一侧的上述放电灯的端部。
7.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元覆盖位于上述聚光单元的开口部一侧的上述放电灯的密封部。
8.根据权利要求2～7中的任一项所述的光源装置，其特征在于还包括，吸收单元，被配置在上述遮光单元和上述放电灯之间、吸收由上述放电灯放射的光。
9.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于还包括，透光性密封单元，被配置在上述聚光单元的开口部，在上述聚光单元的内部形成大致密封空间；其中，上述遮光单元被设置在上述透光性密封单元上。
10.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被设置在位于上述放电灯一侧的上述透光性密封单元的表面。
11.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被设置在位于上述放电灯的相反一侧的上述透光性密封单元的表面。
12.根据权利要求11所述的光源装置，其特征在于还包括，吸收单元，被设置在位于上述放电灯一侧的上述遮光单元的表面、用来吸收由上述放电灯放射的光。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的光源装置，其特征在于上述透光性密封单元为平面玻璃。
14.根据权利要求2～13中任一项所述的光源装置，其特征在于上述聚光单元为椭圆面镜。
15.根据权利要求2～13中任一项所述的光源装置，其特征在于上述聚光单元为抛物面镜。
16.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于上述发光单元包括放电灯；上述反射单元包括，将由上述放电灯放射的光向指定的方向反射的第1聚光单元；和将从上述第1聚光单元射出的光聚光到指定的位置的第2聚光单元；上述遮光单元，对由上述第2聚光单元聚光并射出到外部的光中的、被反射而返回到上述放电灯一侧的光的至少一部分进行遮光。
17.根据权利要求16所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被设置在上述第2聚光单元的附近。
18.根据权利要求16所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被设置在上述第2聚光单元上。
19.根据权利要求16所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被配置在上述第2聚光单元和上述放电灯之间。
20.根据权利要求16～19中任一项所述的光源装置，其特征在于上述第1聚光单元为抛物面镜。
21.根据权利要求16～19中任一项所述的光源装置，其特征在于上述第1聚光单元为椭圆面镜。
22.根据权利要求16～21中任一项所述的光源装置，其特征在于上述第2聚光单元为平凸透镜；上述遮光单元被设置在位于上述放电灯一侧的上述平凸透镜的表面。
23.根据权利要求1～22中任一项所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元由反射红外线及紫外线中的至少其中之一的多层膜构成。
24.根据权利要求1～23中任一项所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元反射可见光。
25.根据权利要求1～24中任一项所述的光源装置，其特征在于上述遮光单元被配置在不存在由上述反射单元反射的光的区域内。
26.一种照明光学装置，其特征在于包括光源装置，如权利要求2～25中的任一项所述；光选择单元，被配置在由上述光源装置射出的光的聚光位置的附近、有选择地让由上述光源装置射出的光中的指定波长的光透过。
27.一种显示装置，其特征在于包括光源装置，如权利要求1～25中的任一项所述；形成单元，利用由上述光源装置射出的光，进行基于视频信号的光学成像；投影单元，将通过上述形成单元所成的光学像投影到屏幕上。
全文摘要
本发明提供一种光源装置、照明光学装置及显示装置，该光源装置中的透光性密封部件18被设置在椭圆面镜11的射出侧开口部，在椭圆面镜11的内部形成密封空间，并且在透光性密封部件18的放电灯10一侧的表面形成有遮光部件12a；椭圆面镜11将由放电灯10放射出的光进行聚光而向外部射出；遮光部件12a则将由椭圆面镜11射出到外部的光中被反射而返回到放电灯10一侧的光进行遮光，从而可抑制放电灯10各部的温度上升，提高光源装置17a的信赖性。
文档编号H01J61/86GK1942700SQ20058001130
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月12日 优先权日2004年4月15日
发明者和田充弘, 大宅智之 申请人:松下电器产业株式会社