CN101581872B - 光源单元和投影型图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源单元和投影型图像显示装置，其设置有第一反射镜和第二反射镜，其中，第一反射镜用于反射从光源射出的光线，并具有射向图像显示元件的方向的作用；第二反射镜，改变从光源射出但并没有被第一反射镜反射的光线的方向，使得由该反射镜反射，与第一阵列透镜(10)的有效区域对应改变第二反射镜的外周形状。

Description

光源单元和投影型图像显示装置

本申请是2006年6月16日提出的申请号为200610092302.1的同名申请的分案申请

技术领域

本发明涉及光源单元和投影型图像显示装置。

背景技术

众所周知，液晶投影仪等投影型图像显示装置向液晶面板等图像显示元件辐射来自电灯泡等光源的光，并放大投影图像显示元件上的光学像。这种投影型图像显示装置，进行利用图像显示元件根据每个像素的浓淡来改变来自光源的光的光强度调制，向配置在前面的屏幕投影形成的光学像，或者从屏幕的背面侧投影形成的光学像，上述内容例如在日本特开平10-171045号公报、日本特开平11-281923号公报中有所揭示。

作为投影型图像显示装置所使用的光源，以下述光源为主流，即，利用配置成从背面侧覆盖灯的反射镜2，来反射从灯射出的光，从而向图像显示元件侧射出。但是，对于这样的光源来说，具有不入射到反射镜而从反射镜的开口侧发散的光线成分，因此不能得到充分的光利用效率。虽然可以使反射镜大型化以补偿该损失，但是这也导致光源的大型化、即投影型图像显示装置的大型化，因此不能满足市场所要求的小型化要求。

这里，作为在提高光利用效率的同时实现小型化的部件，例如在日本特开平6-289394号公报中揭示有在从反射镜开口侧发散的光的方向接近灯设置第二反射镜的方式(下面，称之为“双反射镜方式”)。

在日本特开平6-289394号公报中所公开的双反射镜方式的光源，包括：灯；从背面侧覆盖灯1，将从灯入射的光向图像显示元件侧(开口侧)反射的反射镜；和接近灯的前面侧配置的副反射器。副反射器将从灯入射的光向反射镜侧反射。作为副反射器，例如也可以是在灯的反射镜侧相反侧的管球外面所形成的反射膜。

双反射镜方式的光线大体分类为两个。即，从灯入射到反射镜，仅从反射镜反射射出的光线L3；从灯入射到副反射器，由副反射器反射后，从反射镜反射射出的光线L6。进一步，光线L6分类为两个光线L7和L8。即，L8是这样的光线，在没有副反射器的情况下，不入射到反射镜，从该开口部发散，不射向(不入射到)进行光量分布的均匀化的积分仪(integrator)部件，或者既使入射到反射镜而反射，也不射向(入射到)积分仪部件，而变为无效。另外，L8是既使在没有副反射器的情况下，也由反射镜反射，射向(入射到)积分仪部件的有效光线。因此，L7是通过采用双反射镜方式能有效利用的光线。而且，在下面，光线L3中也包含：在没有副反射器的情况下，入射到反射镜，由反射镜反射，射向(入射到)积分仪部件之光线。

但是，在双反射镜方式的情况下、在没有副反射器的情况下，从光源入射到反射镜，并反射的有效光线L3的一部分，由副反射器反射后入射到反射镜。通常，无论反射镜还是副反射器，都使用高反射率的材质，但是由于没有理想的反射率为100％的材质，所以，副反射器的反射率也不能达到100％。因此，至今为止，虽然在由反射镜反射一次后入射到第一阵列透镜，但是形成在入射到反射镜前通过利用副反射器反射的构成，具有没有由该副反射器反射的部分，就具有了光利用效率降低这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于，减少既使没有副反射器的情况下从灯射出，由反射镜反射而射向(入射到)积分仪部件的有效光线中、由副反射器反射的光线，提高光利用效率。

本发明的一个方面在于，设置：第一反射镜，反射从光源射出的光线，具有射向图像显示元件的方向之作用；第二反射镜，改变从光源射出的没有由第一反射镜反射的光线的方向使得由该反射镜反射，与第一阵列透镜10的有效区域对应改变第二反射镜的外周形状。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的从光源到第一阵列透镜的主要部分光学系统的一个例子的立体图。

图2是说明第一阵列透镜的一个构成的图。

图3是投影型液晶显示装置的光学系统的一个例子的概略构成图。

图4是现有方式的从光源到第一阵列透镜的主要部分光学系统的一个例子的截面图。

图5是现有技术的双反射镜方式的从光源到第一阵列透镜的主要部分光学系统的截面图。

图6是从光源到第一阵列透镜的主要部分光学系统的一个例子的截面图。

图7是第一实施例的副反射器的周缘形状的说明图。

图8是第二实施例的副反射器的周缘形状的说明图。

图9是第三实施例的副反射器的周缘形状的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的最佳实施方式进行说明。其中，在各个图中，对相同的部分标注相同的符号，对于已说明过的符号，省略其说明。图3是本发明的一个实施方式的投影型液晶显示装置的光学系统的概略构成图。

在图3中，灯1和副反射器5和反射镜2构成了双反射镜方式的光源100。灯1是超高压水银灯、卤化金属灯、氙灯、水银氙灯、卤素灯等白色灯。对于反射镜2来说，其具有配置成从背后侧覆盖灯1的、旋转椭圆体形状的反射面，所以具有圆形或者多角形的射出开口。这样，作为第一反射镜，夹着灯而配置在第一阵列透镜10的相反侧。此外，与灯1的反射镜2侧的相反侧，即灯1和第一阵列透镜10之间，接近灯1配设有副反射器5。成为该第二反射镜的副反射器，将从灯入射的光向反射镜侧反射。作为副反射器，例如也可以是在灯的反射镜侧的相反侧的管球外面所形成的反射膜。从光源100射出的光通过作为光阀(light valve)元件的液晶显示元件24、25、26，而射向投影透镜28，向屏幕(未图示)投影。

从灯1射出的光，例如从具有旋转椭圆面形状反射面的反射镜2反射而变为聚焦光，通过平行透镜9而与光轴平行，入射到第一阵列透镜10。此外，从灯射出的光的一部分，由副反射器5反射，通过反射镜2而入射到第一阵列透镜10。第一阵列透镜10，利用配设成矩阵状的多个透镜单元将从光源100入射的光分割成多个光，进行导向使得高效地通过第二阵列透镜11和偏振变换元件12。即，设计第一阵列透镜10，使得灯1和第二阵列透镜11的各个透镜单元相互成为物体和像的关系(共轭关系)。与第一阵列透镜10相同，具有配设成矩阵状的多个透镜单元的第二阵列透镜11，将构成的透镜单元分别对应的第一阵列透镜10的透镜单元的形状投影(成像)到液晶显示元件24、25、26上。此时，利用偏振变换元件12，使来自第二阵列透镜11的光与规定的偏振方向一致，而且，第一阵列透镜10的各个透镜单元的投影图像，分别通过会聚透镜13、和聚光透镜19、20、第一中继透镜21、第二中继透镜22、第三中继透镜23，而重合到各个液晶显示元件24、25、26上。而且，设计第二阵列透镜11和接近它所配设的会聚透镜13，使得第一阵列透镜10的各个透镜单元和液晶显示元件24、25、26相互成为物体和像的关系(共轭关系)，所以，利用第一阵列透镜10分割成多个的光束，通过第二阵列透镜11和会聚透镜13，而重叠并投影到液晶显示元件24、25、26上，能够进行在实用上没有问题程度的均匀的高照度分布的照明。

在该过程中，利用分色镜(dichroic mirror)14，例如B光(蓝色带域的光)反射，G光(绿色带域的光)和R光(红色带域的光)透过，分离为两色的光，此外，G光和R光通过分色镜15分离为G光和R光。例如，G光由分色镜15反射，R光透过分色镜15，分离为三色的光。考虑到各种该光的分离方法，也可以利用分色镜14反射R光，透过G光和B光，也可以反射G光，透过R光和B光。作为例子，B光从分色镜14反射，由反射镜17反射，通过聚光透镜19，透过B光用的液晶显示元件24，入射到光合成棱镜27。透过分色镜14的G光和R光中的G光从分色镜15反射，通过聚光透镜20，入射到G光用液晶显示元件25，透过该液晶显示元件25，入射到光合成棱镜27。R光透过分色镜15，由第一中继透镜21会聚，还由反射镜16反射，进一步由第二中继透镜22会聚，由反射镜18反射后，还由第三中继透镜23会聚，入射到R光用的液晶显示元件26。透过液晶显示元件26的R光入射到光合成棱镜27。透过各个液晶显示元件的B光、G光、R光利用光合成棱镜27合成为彩色图像之后，通过例如变焦透镜这样的投影透镜28，而到达屏幕(未图示)。具有作为显示装置的功能，即利用光强度调制在液晶显示元件24、25、26上所形成的光学图像，利用投影透镜28放大投影到屏幕上。

其中，在第一光路(B光)和第二光路(G光)中不使用中继透镜，但是在第三光路(R光)中使用用于与B光、G光的光路长相等的中继透镜。

此外，第一阵列透镜10、第二阵列透镜11、会聚透镜13等构成光学积分仪。由于液晶显示元件的显示区域为矩形，所以至少第一阵列透镜10的各个透镜单元的形状，形成为与液晶显示元件的显示区域相似的矩形。此外，在下面为了方便，将连接构成第一阵列透镜10的各个透镜单元的集合体的最外周而形成的周缘形状，称为“第一阵列透镜10的有效外形”，该第一阵列透镜10将从光源入射的光分割成多个。仅入射到由第一阵列透镜10的有效外形所包围的有效区域(下面称为“有效区域”)内的光，照射到图像显示元件上。因此，如果将来自光源的光入射到由第一阵列透镜10的有效外形所包围的有效区域内，就可以提高光的利用效率。

第一阵列透镜10的有效外形，一般的是日本特开平10-171045号公报的图2所示那样的矩形，但可以根据光学设计而使用各种形状。例如，如日本特开平11-281923号公报的图2所示那样，是使得完全充满圆形而配置的透镜单元集合体形状。在下面，为了容易地进行说明，以第一阵列透镜10的有效外形是矩形的情况进行说明，但是本发明不限于此，关于第一阵列透镜的有效外形不是圆情况下的任何一种阵列透镜都能够适用，这是不言而喻的。即，本实施方式特别有效的是第一阵列透镜根据方位角而径不同的情况。

下面，使用附图来说明利用本实施方式来提高光利用效率的理由。

首先，为了容易说明，使用图1并导入右手直角坐标系。图1(a)是放大显示作为本实施方式的主要部分构成部件的图3的灯光源1、反射镜2、副反射器5、平行透镜9、第一阵列透镜10的部分的立体图。其中，第一阵列透镜10表示了存在透镜单元的所述有效区域。

在图1中，将灯1的发光中心C设为原点，将从作为原点的点C开始的存在积分仪(第一阵列透镜10)的光轴101方向设为z轴，将与z轴正交的平面内，通过点C的与第一阵列透镜10的矩形有效外形的一个边平行的A-A方向(它与第一阵列透镜10的矩形形状透镜单元的一个边方向平行)的轴设为x轴，将通过点C的与第一阵列透镜10的矩形有效外形的一个边正交与另-个边平行的A’-A’方向(它与第一阵列透镜10的矩形形状透镜单元的一个边正交与另一个边方向平行)的轴设为y轴。此外，为了规定副反射器5的有效外形形状，如图1(b)所示那样，导入将点C设为原点的三维极坐标。即，将从点C开始到副反射器5的外形点的距离(向径)设为R，将z轴和副反射器5的外形点所形成的偏移角(下面称为“极角”)设为θ(0≤θ≤π)、将x轴和副反射器5的外形点所形成的偏移角(下面称为“方位角”)设为Φ(0≤Φ≤2π)。

这里，关于第一阵列透镜10的有效区域的外形形状，使用一般的阵列透镜的图来说明。图2是从光轴方向的射出侧来观察第一阵列透镜10的图。第一阵列透镜10通常由与图像显示元件的形状基本相似的矩形透镜单元10a配置成矩阵状(二维状)的带有阴影的部分、和其周边的平坦部10d所构成。入射到各个透镜单元10a上的光，分别重叠到图像显示元件上，利用投影透镜投影到屏幕上。入射到平坦部10d上的光不能到达屏幕。这里，将存在透镜单元的阴影部分称为阵列透镜的有效区域10b。在本图中，有效区域10b是矩形，但不限于矩形。

如果设定与图1相同的坐标，则如下所述。即，配置直角坐标系的x轴，使得与第一阵列透镜10的各个透镜单元的长度方向平行，将该方向设为A-A方向。接着，将从光轴到第一阵列透镜10的有效区域10b的最外周(有效外形10c)的距离(下面，将该距离记为“有效径”)最长的方向(在图2中是该对角方向)设为B-B方向。此外，将与A-A方向(x轴)成任意的方位角Φ的方向设为P-P方向。在P-P方向，有效径设为M(Φ)。即，表示第一阵列透镜10的有效外形的有效径M(Φ)规定为方位角Φ的函数。以这些信息为基础，在下面对双反射镜方式的副反射器的最佳形状进行说明。

图4表示没有副反射器的情况下的各个截面的代表光线，(a)图是包含光轴的A-A截面的光线图，(b)图是包含光轴的B-B截面的光线图，(c)图是表示第一阵列透镜的光线分布的图。

在图4中，将各个光线分别与光轴101所形成的角的角度按从大到小的顺序设为θ0、θ1、θ2、θ3、θ4。在图4(a)的A-A截面上，可以看出，光线角度θ0≤θ＜θ2的光线由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光线(下面记为“有效光”)L3。光线角度θ2≤θ＜θ4的光线由反射镜2反射，是没有入射到第一阵列透镜10上的无效光线(下面记为“无效光”)L4。

另一方面，在对角方向的图4(b)的B-B截面上，光线角度θ0≤θ＜θ3的光线由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光L3。此外，光线角度θ3≤θ＜θ4的光线由反射镜2反射，是没有入射到第一阵列透镜10的无效光L4。即，如果比较作为从第一阵列透镜10的光轴到有效外形的距离(有效径)长(远)的方向的对角方向和A-A方向，则在A-A方向，光线角度θ2≤θ＜θ3的光线为无效光，这一点是不同的。

如从图4(c)可理解的那样，由具有圆形开口的反射镜2反射并射出的光束是圆形光束。因此，如果决定反射镜2的尺寸使得覆盖第一阵列透镜10，则在第一阵列透镜10的面上，较多地分布没有入射到有效区域上的无效光L4，不能得到充分的光利用效率。特别是，与从光轴开始的距离(有效径)长(远)的对角方向的B-B方向比较，从光轴开始的距离(有效径)短的A-A方向，较多地分布无效光L4。

图5表示现有形状的副反射器以发光中心为原点配置的情况下的各个截面的代表光线，(a)图是包含光轴的A-A截面的光线图，(b)图是包含光轴的B-B截面的光线图，(c)图是表示第一阵列透镜的光线分布的图，(d)图是表示从灯中心直视副反射器50的图，为现有技术的圆形状。

在图5(a)的A-A截面中，光线角度θ0≤θ＜θ2的光线由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光L3。光线角度θ2≤θ＜θ3和θ3≤θ＜θ4的光线由副反射器50反射后，由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光L7。光线角度θ2≤θ＜θ3和θ3≤θ＜θ4的有效光L7，如图5(a)的虚线所示那样，是在没有副反射器50的情况下，没有入射到第一阵列透镜10而无效的光线。

在图5(b)的B-B截面中，光线角度θ0≤θ＜θ2的光线由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光L3。光线角度θ2≤θ＜θ3的光线由副反射器50反射后，由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光L8。该光线角度θ2≤θ＜θ3的有效光L8，如图5(b)的虚线所示那样，是在没有副反射器50的情况下，由反射镜2反射，入射到第一阵列透镜10的光线。光线角度θ3≤θ＜θ4的光线由副反射器50反射后，由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光L7。光线角度θ3≤θ＜θ4的有效光L7是在没有副反射器50的情况下，没有入射到第一阵列透镜10而无效的光线。

这样，如果比较A-A截面图和B-B截面图，对于光线角度θ3≤θ＜θ4的光线，由于存在副反射器50，至此能够将为无效光的光变为有效光。另一方面，关于θ2≤θ＜θ3，在A-A截面图中，与没有副反射器时相比，由于存在副反射器50，能够变为有效光。另一方面，在B-B截面图中，θ2≤θ＜θ3的区域的光，无论是没有还是有副反射器50，任何一种情况下都为有效光，这一点是不同的。即，该区域的光在没有副反射器50的情况下，通过由反射镜2反射而变为有效光，在具有副反射器50的情况下，由副反射器50和反射镜2反射，结果变为有效光。这是因为：B-B截面的情况与A-A截面相比，第一阵列透镜的有效径大，所以在B-B截面中既使没有副反射器也变为有效光。

如上述那样，在图5(c)的第一阵列透镜10的面上，全部的光线入射到第一阵列透镜10的有效区域内，没有入射到有效区域之外的光线。因此，可理解到，与没有副反射器50的情况相比，可大幅度地改善光利用效率。如图5(c)所示那样，为了使得由入射的光线所形成的区域收纳在第一阵列透镜10的尺寸内，能够根据反射镜和副反射器的径来调整。但是，在没有副反射器50的情况下，由反射镜2反射而入射到第一阵列透镜10的B-B方向的有效光L8(光线角度θ2≤θ＜θ3的光线)，由于存在副反射器50，由该副反射器50反射，进一步由反射镜反射，入射到第一阵列透镜10。因此，由于副反射器50的反射率不是100％，所以没有反射的光的分光利用效率降低。图5(c)所示的第一阵列透镜10上斜线部分，表示：由于具有副反射器，至此仅由反射镜2反射变为有效光的光线，通过副反射器50和反射镜2共计两次的反射而变为有效光的部分。

因此，在本实施方式中，不利用副反射器来反射图5的对角方向(例如B-B方向)的有效光L8，使得第一阵列透镜10的有效区域的对角方向的4个角也入射光线。如果这样，有效光L8不由副反射器反射，所以可提高其分光利用效率。

为此，在本实施方式中，使得第一阵列透镜的面上的第一阵列透镜的有效径长的角度(φ)方向(例如，如果第一阵列透镜的有效外形的形状是大致矩形，则是B-B方向的对角方向)的附近，副反射器的周缘形状具有凹部(凹面)。

图6表示与本实施方式的第一阵列透镜10的有效外形对应的形状的副反射器将发光中心设为原点来配置的情况下，各个截面的代表的光线。(a)图是包含光轴的A-A截面的光线图，(b)图是包含光轴的B-B截面的光线图，(c)图是表示第一阵列透镜的光线分布的图，(d)是从灯中心直视副反射器5的图。

在图6(d)中，第一阵列透镜10的从光轴开始的距离(有效径)长的角度(φ)方向的对角方向的B-B方向，和从光轴开始的距离(有效径)短的角度(φ)方向的A-A方向，进行重叠记载。如从图7(d)(或者图1(a))所理解的那样，副反射器5的周缘形状与第一阵列透镜10的有效外形对应，所以，为与圆形不同的形状。即，副反射器5的周缘形状，至少第一阵列透镜10的有效径长的角度(φ)方向的对角方向的B-B方向，以及另外的对角方向的B’-B’附近，具有凹部形状(凹面)，使得图6的光线角度θ2～θ3的光线不由副反射器反射。与此相对，从光轴开始的距离短的角度(φ)方向的对角方向A-A方向，以及与此正交的A’-A’方向附近，接近现有技术的副反射器50的周缘形状(由虚线表示的圆形形状)。

因此，在图6(a)的A-A截面中，是与图5(a)相同的光线图。此外，在图6(b)的B-B截面中，与图5(b)不同，光线角度θ2～θ3的光线与光线角度θ0～θ2同样地由反射镜2反射，是入射到第一阵列透镜10的有效光L3。光线角度θ2～θ3的光线不由副反射器5反射，所以根据图5可提高光利用效率。

这样，可以得知，在图5(c)的第一阵列透镜10的面上，全部的光线入射到第一阵列透镜10的有效区域中，与没有副反射器5的情况相比，可大幅度地改善光利用效率。此外，在图5(b)中，在由反射率不是100％的副反射器50反射后，由反射镜2反射，入射到第一阵列透镜10的B-B方向的有效光L8，在图6(b)中直接由反射镜2反射，入射到第一阵列透镜10。这样，关于既使没有副反射器5也为有效光的光，利用不由副反射器5反射的构成，能够提高光利用效率。

其中，在图6的说明中，第一阵列透镜形成为正方形，如(d)所示那样，A-A方向和A’-A’方向为分别相同的形状，但是，例如第一阵列透镜的有效区域是长方形的情况下，形成A-A方向和A’-A’方向其θ不同的构成。即，A-A方向是长边，换言之，Y轴方向是长边，而A’-A’方向(x轴方向)是短边的情况下，x轴方向的θ最大，随后是Y轴方向的θ，更进一步，B-B方向和B’-B’方向的θ最小。而且，关于θ的大小，使用图7等在后面描述。

此外，在图6的说明中，关于图6(d)的副反射器5的周缘形状，仅说明了A-A(A’-A’)方向和B-B(B’-B’)方向，但如从图6(a)，(b)所知的那样，将方位角φ设为参数，在任意方位角φ的包含光轴的P-P截面，可求出：从发光中心的点C射出，由反射镜2反射，入射到第一阵列透镜10的有效外形上这样的光线，例示该光线，如果绘制在与副反射器50相同半径R的球面上所通过的点，则能够得到与第一阵列透镜10的有效外形对应的规定副反射器5的周缘形状(例如图1所示的副反射器5的周缘形状)。该光线例如在图6(a)中是光线角度θ2的光线，在图6(b)中是光线角度θ3的光线。

关于求出副反射器的周缘形状的方法，使用光线图概念性地说明，但下面，描述基于本实施方式求出双反射镜方式的副反射器的周缘形状的方法。

图7是以P-P截面切图1时的光线图。在图7(a)中，确定副反射器5的形状，使得通过第一阵列透镜10的有效径的光线通过副反射器5的有效区域的最外周。通过这样，从反射镜2反射，作为有效光入射到第一阵列透镜10的光，不由反射率不是100％的副反射器5反射，所以，能够提高光的利用效率。

这里，在图7中，将灯的发光中心设为点C，使用图1中规定的x，y，z坐标轴、θ，φ坐标轴。此外，将反射镜2的第一焦点距离设为f₁、将第二焦点距离设为f₂、将从点C开始到平行透镜9的距离设为D、将通过副反射器5的最外周的光线与反射镜2相交的点H的离光轴的距离设为P₁、将从点H向光轴101投影的垂线的垂点设为点L，将点L离反射镜2的椭圆原点O的距离设为Z₁、将在反射镜2的点H反射的所述光线和光轴101所形成的角设为β、将从第一阵列透镜10的中心直到光通过的有效外形的距离的有效径设为M(φ)。在本实施方式中，将反射镜的形状形成为椭圆旋转体。因此，在确定灯的发光中心C，使得为椭圆的第一焦点距离f₁的情况下，各个参数满足下面4个公式的公式1、公式2、公式3、公式4。

公式1：

M(φ)＝(f₂-f₁-D)×tanβ

公式2：

${Z_1}^2\÷{\{(f_2+f_1)\÷2\}}^2+{P_1}^2\÷{\left(\sqrt{f_2\×f_1}\right)}^2=1$

公式3：

P₁＝{f₂-f₁)÷2-Z₁}×tanθ

公式4：

$\sin \mathrm{\β}\÷\sqrt{P_1^2+{\{(f_2-f_1)\÷2-Z_1\}}^2}=\sin \mathrm{\θ}\÷\sqrt{P_1^2+{\{(f_2-f_1)\÷2+Z_1\}}^2}$

利用这些4个公式的公式1、公式2、公式3、公式4，能够求出与第一阵列透镜10的有效径M(φ)对应的极角θ。

即，根据公式2和公式3求出点H的坐标(Z₁，P₁)，此外，根据公式1求出角β，将它们带入公式4，而能够将极角θ设为方位角φ的函数而求出，如果使用该结果，在半径R的副反射器球面上绘制，就能够得到副反射器5的周缘外形形状。

这里，例如具体地设为f₁＝10mm，f₂＝100mm，D＝40mm，将第一阵列透镜10的最外有效径的最大值设为Mmax＝18mm，将最小值设为Mmin＝15mm，可求出极角的最大值θmax，最小值θmin。θmax＝120.4°、θmin＝111.5°。此时，

。图7(b)表示了副反射器的周缘外形的形状和极角θ的关系。使用公式1和公式4，作为M(Φ)的函数求出θ的情况下，θ是M(Φ)的倒数的sin-1的函数。因此，θmin和θmax分别与使用Mmin和Mmax的情况下的极角对应。如果在图7(b)中表示它们的关系，与第一阵列透镜的长径(Mmax)对应的部分，即，与第一阵列透镜的长径的方位角Φ’相同角度Φ’的周缘，为θmin。此外，与第一阵列透镜的短径的方位角Φ’相同角度的周缘，为θmax。这样，与第一阵列透镜的径的长短对应，加大副反射器5的周缘外形的开口部的极角，形成切口部。此外，反过来说，如果将副反射器5的周缘外形的极角大小，设定为从光源直接反射给反射镜2，勉强入射到第一阵列透镜的长径(Mmax)的浅角度θmin，则形成这样的构成，与第一阵列透镜的短径(Mmin)对应的部分，形成深的角度θmax的开口部。此外，副反射器的开口部的形状(周缘外形)，在与第一阵列透镜的长径对应的部分，开口部的径变长，即开口部较深地形成。

由于现有技术的副反射器50的周缘形状是圆形，所以，θmax＝θmin，如图5所说明的那样，由于光线角度θ2～θ3的光线8由副反射器50反射，所以降低了光利用效率，如果至少为θmax÷θmin＞1，那么光线角度θ2～θ3的光线8中的一部分不由副反射器反射，由反射镜2直接反射，所以，可以预料：与现有技术的双反射镜方式的情况相比，提高了光利用效率。

实际上，灯不是点光源，具有一定程度的尺寸，第一阵列透镜10的有效径形成任意的形状，所以，考虑这些，如果使得至少满足下面的公式5，就能够预料到，与现有技术的双反射镜方式的情况相比，可提高光利用效率。

θmax÷θmin≥1.02…(公式5)

其中，在该例子中，副反射器的面形状形成为球面形状，但不限于此，例如也可以是旋转椭圆面形状。

图8是表示求出双反射镜方式的副反射器的周缘形状的第二实施例的主要部分构成图，图6的反射镜2相当于抛物面形状的情况。在图8中，反射镜2’是具有旋转抛物面形状的反射面的反射镜。由反射镜2’反射的光线与光轴101平行，所以不需要平行透镜。与图7相同，将灯的发光中心设为点C，确定x，y，z坐标轴、θ，φ坐标轴。此外，将反射镜2的第一焦点距离设为f₁、将通过副反射器5的最外周的光线与反射镜2相交的点H距光轴的距离设为P₂、将点H向光轴101投影的垂线的垂足设为点L、将点L距反射镜2的顶点T的距离设为Z₂、将作为从第一阵列透镜10的中心到通过光的最外侧的有效外形的距离的有效径设为M(φ)。在这样确定的情况下，各个参数满足以下3个公式的公式6、公式7、公式8。

公式6：

M(φ)＝P₂

公式7：

P₂ ²＝4×f₁×Z₂

公式8：

P₂＝(Z₂-f₁)×tanθ

通过这3个公式的公式6、公式7、公式8，能够求出与第一阵列透镜10的有效径M(φ)对应的极角θ。

与实施例1相同的，如果使得至少满足所述公式5，则能够预料到：与现有技术的双反射镜方式的情况相比，可提高光利用效率。

在图7的例子中，作为积分仪，使用图3所示的阵列透镜方式的积分仪，但是本发明不限于此。在使用棒状透镜(rod lens)作为积分仪的情况下也能够适用。下面，说明将本发明适用于棒状透镜的情况下的实施例3。

图9是表示求出双反射镜方式的副反射器的周缘形状的第三实施例的主要部分构成图。在图9中，在使用棒状透镜作为积分仪的情况下，不需要平行透镜，从灯1射出并从旋转椭圆形状的反射镜2反射的光线，作为聚焦光入射到棒状透镜29中。将灯的发光中心设为点C，与图7同样的，确定x，y，z坐标轴、θ，φ坐标轴。此外，将反射镜2的第一焦点距离设为f₁、将第二焦点距离设为f₂、将从点C开始到棒状透镜29的距离设为E、将通过副反射器5的最外周的光线与反射镜2相交的点H距光轴的距离设为P₃、将所述交点H向光轴101投影的垂线的垂点设为点L，将点L离反射镜2的椭圆原点O的距离设为Z₃、将反射镜2反射的所述光线和光轴101所形成的角设为β、将从棒状透镜29的入射端面中心直到光通过的最外侧有效外形的距离的有效径设为M(φ)。在这样确定的情况下，各个参数满足下面4个公式的公式9、公式10、公式11、公式12。

公式9：

M(φ)＝(f₂-f₁-E)×tanβ

公式10：

${Z_3}^2\÷{\{(f_2+f_1)\÷2\}}^2+{P_3}^2\÷{\left(\sqrt{(f_2\×f_1)}\right)}^2=1$

公式11：

P₃＝{f₂-f₁)÷2-Z₃}×tanθ

公式12：

$\sin \mathrm{\β}\÷\sqrt{P_3^2+{\{(f_2-f_1)\÷2-Z_3\}}^2}=\sin \mathrm{\θ}\÷\sqrt{P_3^2+{\{(f_2-f_1)\÷2+Z_3\}}^2}$

通过这4个公式的公式9、公式10、公式11、公式12，能够求出与棒状透镜29的有效径M(φ)对应的极角θ。

与实施例7相同，能够预料到：如果使得至少满足所述公式5，则与现有技术的双反射镜方式的情况相比，可提高光利用效率。

以上说明的实施方式能够如下这样地掌握。在投影型图像显示装置中，该投影型图像显示装置包括：利用反射镜会聚灯的射出光的光源；图像显示元件；照明光学系统，将来自所述光源的光向所述图像显示元件照射，由多个光学元件所形成；和投影透镜，放大投影由所述图像显示元件所形成的光学像，其中，在所述灯的管球部的一部分设置将其射出光成分向所述反射镜反射的球面上的反射膜，或者反射镜面(下面称为副反射器)，与所述反射镜后面的积分仪的有效形状相匹配，设定所述副反射器的反射面形状。

与所述反射镜后面的积分仪的有效形状相匹配地设定这样的所述副反射器的反射面形状，通过这样，由所述反射镜反射、有效利用的光线，能够避免由反射率不是100％的所述副反射器反射，所以，能够提高光的利用效率。

在第二发明中，其特征在于，在第一发明的投影型图像显示装置中，在如下情况下，即将所述灯的发光中心设为原点，将从原点开始存在所述积分仪的光轴方向设为z轴，将通过原点的与z轴垂直的任意的一个轴设为y轴，将通过原点的与yz平面垂直的轴设为x轴，将从原点开始到所述球面上的反射膜，或者反射镜的最外形的任意点的距离设为R，将从z轴到所述球面上的反射膜，或者反射镜的最外形的任意点的极角设为θ，将xy平面中从x轴到所述球面上的反射面，或者反射镜的最外形的任意点的方位角设为φ，在该情况下，能够利用下面公式的三维极坐标来表示所述球面上的反射膜或者反射镜的形状：

x＝R×sinθ×cosφ…(公式13)

y＝R×sinθ×sinφ…(公式14)

z＝R×cosθ…(公式15)

能够求出θ为：

θ＝arctan(M÷(M^2/4f1-f1))…(公式15)

因此，在将极角θ的最大值设为θmax、最小值设为θmin时，满足下面的公式：θmax÷θmin≥1.02…(公式16)。

这样，与所述反射镜后面的积分仪的有效形状相匹配，将这样的所述副反射器的反射面形状设定为非圆形形状，通过这样，由所述反射镜反射的、有效利用的光线就能够避免由反射率不是100％的所述副反射器反射，所以，能够提高光的利用效率。

Claims (6)

1.一种投影型图像显示装置，其特征在于，包括：

灯；

积分仪，均匀化从所述灯射出的光；

照明光学系统，由多个光学元件所形成，用于成像来自所述积分仪的光；

图像显示元件，调制所述成像的光；

投影透镜，投影所述图像显示元件所形成的光学像；

第一反射镜，从所述灯观察配置在与所述积分仪相反的方向；

第二反射镜，配置在所述灯和所述积分仪之间，在该第二反射镜中，在将所述灯的发光中心设为原点，将从所述原点开始存在所述积分仪的光轴方向设为z轴，将通过所述原点的与所述z轴垂直的任意的一个轴设为y轴，将通过所述原点的与yz平面垂直的轴设为x轴，将xy平面中的从所述x轴到所述第二反射镜的最外形的任意点的方位角设为φ、将从所述Z轴到所述第二反射镜的最外形的任意点的极角设为θ时，在与所述积分仪的从光轴开始的距离长的角度方向对应的方位角，在所述第二反射镜的周缘形状具有凹部；以及

平行透镜，配置在所述第二反射镜和所述积分仪之间，使来自所述第一反射镜的聚焦光与所述光轴平行，

在将所述第一反射镜的第一焦点距离设为f₁、将第二焦点距离设为f₂、将从所述原点开始到所述平行透镜的距离设为D、将通过所述第二反射镜的最外周的光线与所述第一反射镜相交的点H离所述光轴的距离设为P₁、将从所述点H向所述光轴投影的垂线的垂点设为点L、将所述点L离所述第一反射镜的椭圆原点(O)的距离设为Z₁、将在所述第一反射镜的所述点H反射的光线和所述光轴所形成的角设为β、将作为从所述积分仪的中心直到光通过的有效外形的距离的有效径设为M(φ)时，各个参数满足以下的公式1、公式2、公式3和公式4，

公式1：

M(φ)＝(f₂-f₁-D)×tanβ

公式2：

${Z_1}^2\÷{\{(f_2+f_1)\÷2\}}^2+{P_1}^2\÷{\left(\sqrt{f_2\×f_1}\right)}^2=1$

公式3：

P₁＝{f₂-f₁)÷2-Z₁}×tanθ

公式4：

$\sin \mathrm{\β}\÷\sqrt{{P_1}^2+{\{(f_2-f_1)\÷2-Z_1\}}^2}=\sin \mathrm{\θ}\÷\sqrt{{P_1}^2+{\{(f_2-f_1)\÷2+Z_1\}}^2}.$

2.根据权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

连接构成所述积分仪的各个透镜单元的集合体的最外周而形成的周缘形状是矩形。

3.根据权利要求2所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述第一反射镜是椭圆旋转体，

所述第二反射镜是球面体。

4.根据权利要求3所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

与所述积分仪的从光轴开始的距离长的角度方向对应的极角的最小值θmin和与所述积分仪的从光轴开始的距离短的角度方向对应的极角的最大值θmax满足如下关系：

θmax÷θmin≥1.02。

5.一种投影型图像显示装置，其特征在于，包括：

灯；

积分仪，均匀化从所述灯射出的光；

照明光学系统，由多个光学元件所形成，用于成像来自所述积分仪的光；

图像显示元件，调制所述成像的光；

投影透镜，投影所述图像显示元件所形成的光学像；

第一反射镜，从所述灯观察配置在所述积分仪的相反方向；和

第二反射镜，配置在所述灯和所述积分仪之间，其中，将所述灯的发光中心设为原点，将从原点开始存在所述积分仪的光轴方向设为z轴，将通过原点的与z轴垂直的任意的一个轴设为y轴，将通过原点的与yz平面垂直的轴设为x轴，将从原点到所述第二反射镜的最外形的任意点的距离设为R，将从z轴到所述第二反射镜的最外形的任意点的极角设为θ，将xy平面中从x轴到所述第二反射镜的最外形的任意点的方位角设为φ时，与所述积分仪的从光轴开始的距离长的角度方向对应的极角的最小值θmin和与所述积分仪的从光轴开始的距离短的角度方向对应的极角的最大值θmax满足下面的公式：θmax÷θmin≥1.02；以及

平行透镜，配置在所述第二反射镜和所述积分仪之间，使来自所述第一反射镜的聚焦光与所述光轴平行，

在将所述第一反射镜的第一焦点距离设为f₁、将第二焦点距离设为f₂、将从所述原点开始到所述平行透镜的距离设为D、将通过所述第二反射镜的最外周的光线与所述第一反射镜相交的点H离所述光轴的距离设为P₁、将从所述点H向所述光轴投影的垂线的垂点设为点L、将所述点L离所述第一反射镜的椭圆原点(O)的距离设为Z₁、将在所述第一反射镜的所述点H反射的所述光线和所述光轴所形成的角设为β、将作为从所述积分仪的中心直到光通过的有效外形的距离的有效径设为M(φ)时，各个参数满足以下的公式1、公式2、公式3和公式4，

公式1：

M(φ)＝(f₂-f₁-D)×tanβ

公式2：

${Z_1}^2\÷{\{(f_2+f_1)\÷2\}}^2+{P_1}^2\÷{\left(\sqrt{f_2\×f_1}\right)}^2=1$

公式3：

P₁＝{(f₂-f₁)÷2-Z₁}×tanθ

公式4：

$\sin \mathrm{\β}\÷\sqrt{{P_1}^2+{\{(f_2-f_1)\÷2-Z_1\}}^2}=\sin \mathrm{\θ}\÷\sqrt{{P_1}^2+{\{(f_2-f_1)\÷2+Z_1\}}^2}.$

6.根据权利要求5所述的投影型图像显示装置，其特征在于：所述第一反射镜是椭圆旋转体，所述第二反射镜是球面体。

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