CN1245651C - 棒状积分器、照明装置、投影机和光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种光利用效率较高，彩色重获方式的最佳的棒状积分器等。一种棒状积分器(103)，其包括从射出侧的开口部(112)，射出从光源部(101)射入入射侧的开口部(110)中的光的，反射性的内周面(反射面)(111)；射出侧的开口部(112)的外周部的端面113为散射面，该散射面113使向端面(113)的入射光，朝向与棒状积分器(103)的中心轴一致的光轴AX1的方向进行反射。

Description

棒状积分器、照明装置、投影机和光学装置

技术领域

本发明涉及棒状积分器、照明装置、投影机和光学装置，本发明特别是适合彩色重获方式的棒状积分器。

背景技术

近年，作为投影机，人们提出了各种类型。比如，在单板式的投影机中，人们提出了Sequential Color Recapture方式(在下面称为“彩色重获方式”)(比如，参照非专利文献1)。彩色重获方式的投影机包括提供作为白色光的照明光的光源部；棒状积分器，该棒状积分器用于使来自光源部的白色光均匀；色轮，该色轮设置于该棒状积分器的射出侧，用于进行色分解。在棒状积分器的光源侧入射端面上，形成使来自光源部的光射入的开口部，与位于开口部的周边的反射膜。另外，在色轮上，按照组合为螺旋状等的适合形状组合的方式设置有分色膜。分色膜使特定的波长区域的光透射，使其它的波长区域的光反射。比如，在将白色光分解为3个波长区域的光的场合，分别形成仅仅使红色(R)，绿色(G)，蓝色(B)的光透射的R光透射分色膜，G光透射分色膜，B光透射分色膜。另外，色轮以与光轴平行的轴为中心而旋转。

非专利文献1

Sequential Color Recapture and Dynamic Filitering：A Method ofScrolling Color，D.Scott Dewald，Steven M.Penn，and Michael Davis，Texas Instruments Incorporated，(SID 00 DIGEST，40.2/Dewald)。

在这里，考虑从棒状积分器的射出侧端面射出，射向色轮的R光透射分色膜的光。来自光源部的白色光中的R光在色轮的R光透射分色膜实现透射。与此相对，G光和B光被色轮的R光透射分色膜反射，朝向光源部的方向返回。接着，被反射的G光和B光再次从射出侧端面，射入棒状积分器。在该棒状积分器的内部，朝向光源部的方向行进的G光和B光到达入射侧端面。在棒状积分器的入射侧端面，象上述那样，在开口部的周边，形成了反射膜。由此，在棒状积分器的内部，朝向光源部的方向行进的G光和B光中的，射到反射膜的光被该反射膜反射。被反射膜反射了的G光和B光在该棒状积分器的内部，朝向色轮的方向行进。接着，从棒状积分器的射出侧端面射出。如果从射出侧端面射出的G光和B光照射到旋转的色轮的G光透射分色膜，或B光透射分色膜上时，就按其原样实现透射。另外，未实现透射，被色轮反射的光再次重复进行与上述相同的步骤。在这里，由于色轮一直在旋转，故经反射的光中的任何的光成分都可在色轮中实现透射。

在上述描述中，以对R光透射分色膜照射的光为例。对于从色轮射出，射向G光透射分色膜，或B光透射分色膜的光来说，上述光的行进过程是相同的。于是，可使光的损耗减小，可有效地利用光源光。由此，可以良好的效率进行色分解，可实现明亮的彩色显示。

但是，在上述彩色重获方式的投影机中，由于色轮旋转，故其无法与棒状积分器的射出侧的端面紧密贴合。由此，色轮与棒状积分器必须以规定的间距设置。

从棒状积分器的射出侧的出口的端部射出的光中的，未在色轮中实现透射而反射的光对棒状积分器的射出侧的出口周围的外端面进行照射。照向端面的光不能够返回到棒状积分器的内部。由此，就出现了光的利用效率降低的问题。

于是，为了提高光的利用效率，人们希望尽可能地减小棒状积分器与色轮之间的间距。如果棒状积分器与色轮之间的间距较小，由于通过色轮反射的光难于照射到端面上，故能够期待光的利用效率的提高。但是，由于色轮旋转驱动，故产生面摆动。为此，必须在棒状积分器与色轮之间，设置某种程度的间隙。于是，如果考虑装配精度，则难于使棒状积分器与色轮紧密贴合。

发明内容

本发明是为了解决上述的问题而提出的，本发明的目的在于提供光利用效率较高，适合彩色重获方式的棒状积分器和照明装置。另外，本发明的目的在于提供能够通过光利用效率较高，明亮的照明装置，投射明亮的，高对比度的图象的投影机，光学装置。

为了解决上述课题，实现上述目的，本发明提供一种棒状积分器，是将来自光源的光射入到入射侧的开口部的光从射出侧的开口部射出的具有以上述射出侧的开口部的外周部的端面为反射面的棒状积分器，其特征在于：上述射出侧的开口部的外周部的端面为使该端面的入射光朝向上述棒状积分器的中心轴的方向反射的散射面或闪耀面，其中该散射面为砂面、或具有微小的深度的多个V形槽组成的纹理面。由此，在将该棒状积分器与色轮组合而使用的场合，可由砂面、纹理面或闪耀面，将由色轮反射的光朝向中心轴的方向反射。其结果是，可提高光利用效率。

另外，按照本发明的优选形式，最好，上述端面为与上述中心轴基本相垂直的面。由此，不必要求加工端面本身的形状的工序。其结果是，仅仅通过在端面，形成反射膜的简单的加工工序，低价格地进行端面处理，就可提高光的利用效率。

此外，按照本发明的优选形式，最好，在上述端面中的闪耀面中，根据在上述端面中的闪耀面的位置，上述闪耀面的法线与中心轴之间的闪耀角是不同的，上述闪耀面与上述中心轴之间的距离越大，上述闪耀角越大。由此，可对闪耀面的反射次数进行控制。其结果是，可将反射次数控制在比如，1次，由此，可提高光的利用效率。

还有，按照本发明的优选形式，最好，上述端面的上述反射率基本为80％以上。由此，可进一步提高光的利用效率。

再有，按照本发明的优选形式，最好，上述端面的散射面由具有微小深度的多个V形槽形成。由此，可通过对光散射的方向进行控制，提高光的利用效率。

另外，按照本发明的优选方式，最好，在上述端面上，在上述散射面的周围，还具有反射面。由此，可进一步提高光的利用效率。

此外，本发明可提供一种照明装置，其特征在于该照明装置包括提供光的光源部；上述的棒状积分器，该棒状积分器用于使来自光源部的光的强度分布基本均匀。由此，可获得较高的光利用效率，明亮的照明光。

还有，本发明可提供一种投影机，其特征在于该投影机包括上述的照明装置；对应于图象信号，对入射光进行调制的空间光调制装置；投射经上述调制的光的投影透镜。由此，可获得杂光少的高对比度的明亮的投影图象。

再有，本发明可提供一种光学装置，其特征在于该光学装置具有上述的棒状积分器。由此，可通过明亮的照明光，进行有效的处理。

附图说明

图1为表示第1实施例的投影机的概略组成的图；

图2为表示第1实施例的棒状积分器的概略组成的图；

图3为表示第2实施例的棒状积分器的概略组成的图；

图4为表示第2实施例的棒状积分器的端部附近的组成的放大图；

图5(a)，(b)为表示第3实施例的棒状积分器的概略组成的图；

图6(a)，(b)为表示第4实施例的棒状积分器的概略组成的图；

图7为表示第5实施例的打印机的概略组成的图；

图8为固态棒状积分器的概略组成的图。

标号的说明；

标号100表示投影机；

标号101表示光源部；

标号102表示前面玻璃；

标号103表示棒状积分器；

标号104表示色轮；

标号104R表示R光透射分色膜；

标号104G表示G光透射分色膜；

标号104B表示B光透射分色膜；

标号106表示空间光调制装置；

标号107表示投影透镜；

标号108表示屏幕；

标号110表示开口部；

标号111表示内周面；

标号112表示开口部；

标号113表示端面；

标号120表示反射部件；

标号130表示照明装置；

标号303表示棒状积分器；

标号313a，313b表示闪耀面；

标号313表示端面；

标号503表示棒状积分器；

标号513表示端面；

标号603表示棒状积分器；

标号610表示框架；

标号611表示弹夹部；

标号612表示散射面；

标号613表示反射面；

标号700表示打印机；

标号701表示成像透镜；

标号702表示反射镜；

标号P表示印像纸；

标号800表示固态棒状积分器；

标号801表示周围壁部；

标号802表示光学部件；

标号AX1表示光轴；

标号AX2表示轴；

标号M表示马达；

标号P表示纸；

标号θa，θb表示闪耀角。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的优选实施例进行具体描述。

(第1实施例)

图1为表示本发明的第1实施例的投影机的概略组成的图。在本实施例中，特征的部分为棒状积分器103的组成。该特征的组成的具体内容将在后面进行描述。首先，对投影机100的整体进行描述。该投影机100可适合于采用透射型液晶光阀的投影机、也适用于采用倾斜反射镜器件的已有型的投影机、采用倾斜反射镜器件的彩色重获方式的投影机的任何一种。

光源部101提供白色光。来自光源部101的白色光在前面玻璃102中实现透射。在前面玻璃102上，设置IR涂层和UV涂层。在前面玻璃102中实现透射的光从其中一个端面，射入用于使照度均匀的棒状积分器103。在该棒状积分器103的内部实现多重反射而行进的光从另一端面射出。由光源部101，前面玻璃102，与棒状积分器103，构成照明装置130。

从棒状积分器103射出的光射入用于将来自光源部101的光进行色分解的色轮104上。在色轮104上，分色膜按照组合为螺旋状等的适合的形状的方式设置。分色膜使特定的波长区域的光透射，使其它波长区域的光反射。

在比如，将白色光分解为3个波长区域的光的场合，形成分别仅仅使红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的光透射的R光透射分色膜、G光透射分色膜、B光透射分色膜。另外，马达M使色轮104，以与光轴AX1相平行的轴AX2为中心而旋转。

通过色轮104进行色分解的光通过中继透镜105，射入反射型的空间光调制装置106。反射型的空间光调制装置106为采用倾斜反射镜器件的光调制装置。反射型的空间光调制装置106对应于图象信号，对入射光进行调制，将其射出。经调制的光通过投影透镜107，朝向屏幕108的方向反射。投影透镜107对形成于反射型的空间光调制装置106上的图象进行放大，将其投影到屏幕108上。另外，倾斜反射镜器件的一个实例为德克萨斯仪器(Texas instrument)公司的DMD。

图2为表示棒状积分器103的截面组成的图。从光源部101，射入入射侧的开口部110的光反复在作为反射面的反射性的内周面111被边反射，边行进。行进的光从射出侧的开口部112射出。另外，开口部110和112可为使光线透射的部分。首先，考虑来自光源部101的光中的光线L1。光线L1射入色轮104的R光透射分色膜104R。R光透射分色膜104R使R光透射，使G光与B光反射。通过色轮104反射的G光与B光射入棒状积分器103的射出侧的开口部112。射入棒状积分器103的光线L1在通过内周面111反射的同时，反向地朝向光源部101的方向行进。在棒状积分器103的内部反向行进的光线L1射入设置于入射侧的开口部110的周围的反射部件120。射入反射部件120的光线L1经反射，朝向色轮104的方向行进。然后，从棒状积分器103的射出侧的开口部112射出。在射出的光线L1射入旋转的色轮104的G光透射分色膜104G，或B光透射分色膜104B的场合，在色轮104上实现透射。无法在色轮104中实现透射，经反射的光线反复进行上述步骤。由此，可提高光的利用效率。

下面考虑来自光源部101的光中的光线L2。光线L2射入B光线分色膜104B。B光透射分色膜104B使B光透射，使R光与G光反射。经反射的R光与G光射入棒状积分器103的射出侧的开口部112的外周部的端面113。入射的R光与G光通过端面113被反射。在被反射的R光与G光射入所旋转的色轮104的R光透射分色膜104R，或G光透射分色膜104G的场合，在色轮104上透射。另外，端面113为具有使端面113的入射光朝向作为棒状积分器103的中心轴的光轴AX1的方向反射的特性的散射面。由此，端面113不仅将R光和G光，而且B光射入的场合也同样，将B光朝向光轴AX1的方向反射。散射面通过使构成棒状积分器103的玻璃部件的端面成为所谓的砂面的方式形成。

在这里，“棒状积分器103的中心轴”称为将入射侧的开口部110的中心与射出侧的开口部112的中心连接的直线状的轴。在下面，在全部的实施例中，为了简化起见，在使投影机100的光轴AX1与棒状积分器103的中心轴保持一致的状态，进行描述。

另外，在端面113上，形成有高于玻璃部件的粗糙面的反射率的反射膜。最好，该反射率为80％以上。此外，通过Al，Ag，形成反射膜，可获得90％以上的反射率。由此，可以较高的效率，利用光。

此外，端面113为基本上与和光轴AX1一致的中心轴相垂直的面。即，不必要求加工将端面113相对光轴AX1倾斜地切削，形成斜面等的端面113本身的形状的工序。由此，可按照仅仅在端面113上，形成反射膜的简便的工序，低价格地进行端面处理，就可提高光的利用效率。

(第2实施例)

图3为表示本发明的第2实施例的棒状积分器的概略组成的图。本实施例在端面313为闪耀面的方面，与上述第1实施例不同。与上述第1实施例相同的部分，采用同一标号，重复的说明省略。

图4为端面313的附近的放大图。另外，在图4中，为了容易理解，仅仅表示光轴AX1的上侧的端面313，光轴AX1的下侧的端面的组成省略。对于端面313的闪耀面313a，313b，根据在端面313的闪耀面313a，313b的位置，闪耀面的法线与作为中心轴的光轴AX1之间的夹角θa，θb是不同的。闪耀面313a，313b与作为中心轴的光轴AX1之间的距离越大，闪耀角越大。在图4所示的场合，相对光轴AX1，闪耀面313b比闪耀面313a的距离要大。因此，闪耀角θb大于闪耀角θa。

下面对本实施例的作用进行描述。考虑来自图中未示出的光源部101的光中的，射入B光透射分色膜104的光线L3。光线L3中的，B光在B光透射分色膜104B中实现透射，R光，G光被反射。经反射的R光，G光射入闪耀面313a。射入闪耀面313a的光线L3象朝向光轴AX1侧方向被反射。然后，经反射的光线L3再次射入B光透射分色膜104B。因为该光线L3为R光，G光，被B光透射分色膜104B反射。经反射的光线在棒状积分器303的内部相反地行进，实现重获。

另外，考虑来自图中未示出的光源部101的光中，射入G光透射分色膜104G的光线L4。光线L4中的，G光在G光透射分色膜104G中实现透射，R光，B光被反射。经反射的R光，B光射入闪耀面313b。与闪耀面313a相比较，闪耀面313b距光轴AX1的距离较大。于是，象上述那样，闪耀角θb大于闪耀角θa。由此，射入闪耀面313b的光线L4相对光线L3，进一步朝向光轴AX1侧的方向被反射。另外，经反射的光线L4射入B光透射分色膜104B。因为该光线L4为R光，B光，B光成分在B光透射分色膜104B中实现透射。经反射的R成分在棒状积分器303的内部相反地行进，实现重获。

最好，在闪耀面313b的位置X1反射的光线在闪耀面313b反射1次，然后，在位置X2，再次朝向色轮104射入。相对位置X1，位置X2位于光轴AX1侧。由此，在闪耀面，仅仅反射1次，可在色轮中实现透射，并且通过中继透镜105(图1)，可有效抽出的可能性较大。象这样，通过适当地设定闪耀角，可对从棒状积分器103中射出，然后，直至色轮104的反射次数进行控制。其结果是，可有效地利用实现重获的光线。其结果是，可提高光的利用效率。特别是最好，在闪耀面中的，对于光的反射没有作用的面，按照来自色轮104的反射光照射不到的角度形成。由此，进一步提高光的利用效率。

闪耀面313可通过光刻工序的灰度等级掩模法，面积灰度等级法的蚀刻，型复制法，切削加工法，冲压加工法形成。另外，反射膜可采用蒸镀，溅射，电镀等的方法。构成反射膜的材料可采用分色膜，Al，Ag，Pt，Au，Ti，Ta，Ni等，它们的合金。

(第3实施例)

图5(a)为表示本发明的第3实施例的棒状积分器503的概略组成的图。图5(b)为从射出侧看到的棒状积分器503的透视图。本实施例与第1实施例的不同之处在于端面513为由具有微小的深度的多个V形槽组成的粗糙面，即纹理面。与第1实施例相同的部分采用同一标号，重复的说明省略。

端面513的纹理结构通过锉刀沿一定方向研磨的方法，机械加工方法，冲压加工形成。最好，通过锉刀研磨的方向为在图5(b)中，与x方向，或y方向平行的方向。由此，可使通过纹理面反射的光朝向光轴AX1的方向反射。另外，端面513与上述各实施例相同，形成Al，Ag等的反射膜，使反射率大于规定值。

考虑象图5(a)所示的那样，在来自图中未示出的光源部101的光中，射入G光透射分色膜104G的光线L5。G光透射分色膜104G使G光实现透射，R光，B光被反射。经反射的R光与B光射入棒状积分器503的射出侧的开口部112的外周部的端面513。端面513为具有使端面513的入射光朝向与棒状积分器503的中心轴一致的光轴AX1的方向反射的特性的纹理面。另外，在端面513上，形成有高于上述那样的玻璃部件的粗糙面的规定反射率的反射膜。由此，可以较高的效率，利用光。

(第4实施例)

图6(a)为本发明的第4实施例的棒状积分器603的概略组成的图。本实施例与上述各实施例的不同之处在于在棒状积分器603的射出侧的开口部112的周围，设置有框架610。其它的，与上述各实施例相同的部分采用同一标号，重复的说明省略。

框架610与上述第1实施例相同，具有形成有反射膜的散射面612和反射面613。图6(b)为从射出侧看到框架610的图。

另外，框架610象图6(a)所示的那样，具有弹夹部611。

弹夹部611在将框架610嵌合于棒状积分器603上的场合，相对棒状积分器603，朝向箭头A方向加载。由此，可在不采用粘接剂的情况下，将框架610固定于棒状积分器603上。

本实施例的散射面612具有与上述第1实施例相同的功能。由此，省略重复的描述。在散射面612的周围，还设置有反射面613。该反射面613进一步将由色轮104反射的光进一步反射。由此，可提高光的利用效率。另外，框架610可通过冲压加工而制造的方式，非常低价地加工。

(第5实施例)

图7为表示本发明的第5实施例的打印机700的概略组成的图。与上述第1实施例相同的部分采用同一标号，重复的说明省略。来自上述第1实施例的照明装置130的光射入空间光调制装置106。空间光调制装置106可采用DMD。

通过空间光调制装置106反射的光通过成像透镜701，在印像纸P上成像。另外，在成像透镜701与印像纸P之间，设置有用于使光路弯曲的反射镜702。

作为空间光调制装置106的DMD比如，为按照1μm的间距，以二维方式呈基板状排列16μm的四方的微小反射镜的元件，通过分别对各微小反射镜进行旋转控制，对与各微小反射镜相对应的区域的通/断进行控制。在本实施例的场合，按照沿成像透镜701的方向将在照明装置130内的滤色片(图中未示出)中实现透射的光反射的方式，对空间光调制装置106的微小反射镜进行控制，由此，对与该微小反射镜相对应的印像纸1上的微小区域进行曝光。

另一方面，按照在滤色片(图中未示出)中实现了透射的光朝向成像透镜701方向以外的方向反射的方式，对空间光调制装置106的微小反射镜进行控制，由此，不对与该微小反射镜相对应的印像纸1上的微小区域进行曝光。针对各微小反射镜，进行这样的控制，由此，在印像纸1上的规定区域703上，按点状进行图象曝光(形成潜像)。

在空间光调制装置106中，按照可同时对沿与印像纸P的传送方向相垂直的方向的多个的扫描线进行曝光的方式，微小反射镜以2维方式排列，比如，形成192条扫描线的反射镜阵列。另外，照明装置130所具有的图中未示出的滤色片比如，呈每120°由相应的R，G，B的各色滤色片划分的圆盘状，按照一定速度旋转。于是，在空间光调制装置106中，每隔一定时间，R，G，B的光依次射入。沿箭头A方向连续地送入印像纸P。空间光调制装置106为在印像纸P上形成彩色图象，反射按照时间序列照射的R，G，B光，进行曝光。由此，可在印像纸P上，获得彩色图象。另外，比如，在JP特开2001-133895号文献中描述了在对印像纸进行曝光的类型的打印机的动作的具体内容。

此外，作为本发明的光学装置的实例，对采用对印像纸进行曝光的打印机进行了描述，但是，并不限于打印机。显然，如果为必须要求均匀的照明分布的照明光的光学装置，则可容易采用本发明。比如，本发明还可有效地应用于半导体曝光装置等。

另外，作为上述各实施例的散射面的反射面，或作为闪耀面的反射面也可按照以下的方法形成。比如，对厚度在50～300μm左右的板状材料，加工散射面，纹理面，或闪耀面。另外，将该板状材料固定于棒状积分器的射出侧的端面上。

还有，棒状积分器也可采用图8所示的固态棒状积分器800。固态棒状积分器指导光光路不是中空的，而填充有特定的光学部件802的棒状积分器。一般，光学部件802采用玻璃(BK7，石英等)。另外，在光源部采用单一波长半导体光源的场合，也可忽略耐热性，采用塑料材料(环氧树脂，丙烯酸类树脂等)。该固态棒状积分器800通过其折射率高于周围壁部801的光学部件802，填充中心部分。射入固态棒状积分器800的光按照在高折射率部件和低折射率部件的界面发生的全反射条件(TIR条件)实现反射。由此，可在界面，获得基本为100％的反射率。于是，与中空的棒状积分器相比较，光的传递效率提高。

Claims (8)

1.一种棒状积分器，是将从光源部射入到入射侧的开口部的光从射出侧的开口部射出的，具有以上述射出侧的开口部的外周部的端面为反射面的棒状积分器，其特征在于：

上述射出侧的开口部的外周部的端面为使该端面的入射光朝向上述棒状积分器的中心轴的方向反射的散射面或闪耀面，其中该散射面为砂面、或具有微小的深度的多个V形槽组成的纹理面。

2.根据权利要求1所述的棒状积分器，其特征在于上述端面为与上述中心轴垂直的面。

3.根据权利要求1所述的棒状积分器，其特征在于上述端面中的上述闪耀面，对应于上述端面中的上述闪耀面的位置，上述闪耀面的法线与上述中心轴所成的闪耀角不同，上述闪耀面与上述中心轴之间的距离越大，上述闪耀角越大。

4.根据权利要求1所述的棒状积分器，其特征在于上述端面的反射率为80％或80％以上。

5.根据权利要求1所述的棒状积分器，其特征在于上述端面在上述散射面的周围具有反射面。

6.一种照明装置，其特征在于包括：

提供光的光源部；

和用于使来自上述光源部的光的强度分布均匀的权利要求1～5中的任何一项所述的棒状积分器。

7.一种投影机，其特征在于包括：

权利要求6所述的照明装置；

对应于图象信号，对入射光进行调制的空间光调制装置；

和投射上述调制的光的投影透镜。

8.一种光学装置，其特征在于具有权利要求1～5中的任何一项所述的棒状积分器。

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