專利名稱：光源單元與投影儀裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及光源單元和裝有該光源單元的投影儀裝置，尤其涉及在沒有降低從光源發(fā)出的光的利用效率的情況下小型化的光源單元，以及裝有該光源單元的投影儀裝置。
背景技術(shù)：
投影儀裝置被配置成在屏幕上顯示圖像，這是通過使從光源單元出射的光在穿過色輪之后入射到鏡面隧道(mirror tunnel)里，從而使光具有均勻的強(qiáng)度分布，并且通過以微型反射鏡器件、液晶顯示器件等在每個像素處切換的光量來投射該光而實現(xiàn)。
如圖9所示，光源單元50包括用于輻射光的光源51、凸透鏡52和鏡面隧道53，其中凸透鏡52放置在光軸K上，用于會聚從光源51上發(fā)射出的光，且將從凸透鏡52射出的光入射到鏡面隧道53中(參見JP Hei 06-51401A)。
光源51由反射鏡54和插進(jìn)反射鏡54的燈55組成。燈55由燈泡56和電極引入單元59組成，并且燈55被插入以便燈泡56可以位于反射鏡54中。另外，圖9中省略了色輪。
這里，已經(jīng)從燈泡56射出且由反射鏡54的內(nèi)壁反射的一部分光照射到電極引入單元59上，從而該光的光量被衰減。此外，凸透鏡52也不能充分地將由反射鏡54反射的光輻射到鏡面隧道53的入射面53a上。
因此，為了保證一定的光量，對光源單元50來說，非常必要的是使其具有的尺寸大于等于一個特定尺寸，而且其中內(nèi)建有光源單元50的投影儀在尺寸方面有變大的趨勢。因此，投影儀裝置不總易于攜帶和安裝的。
雖然從對整體進(jìn)行小型化的觀點(diǎn)來說，光源單元的尺寸優(yōu)選是更小些，但是從確保光量的觀點(diǎn)來說，光源單元的燈泡的尺寸有必要具有特定的尺寸或更大的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個優(yōu)選方面是包括下列部分的光源單元反射鏡，具有用于容納燈的開口和用于輻射光的開口，所述反射鏡具有經(jīng)過鏡面加工以形成多項式曲面形狀的內(nèi)表面；光源，裝有用于發(fā)光的燈泡和用于將電極引向所述燈泡的電極引入單元，其中，從所述用于容納燈的開口處將所述燈泡插進(jìn)所述反射鏡，并將所述燈泡設(shè)置成使得從所述燈泡發(fā)射出且由所述反射鏡的內(nèi)壁反射的光的聚焦位置不會位于所述電極引入單元上；以及會聚透鏡，對從所述反射鏡上發(fā)射出的光進(jìn)行會聚，其中將所述會聚透鏡設(shè)置成位于從所述光源發(fā)射出的光的光軸上。
此外，本發(fā)明的另外一個優(yōu)選方面是包括下列組成部分的投影儀裝置由反射鏡、光源和會聚透鏡組成的光源單元、用于引導(dǎo)從所述會聚透鏡出射的光的鏡面隧道、用于會聚從所述鏡面隧道出射的光的透鏡；用于接收從所述透鏡出射的光從而投射圖像的微型反射鏡器件、以及用于擴(kuò)展從所述微型反射鏡器件投射的圖像的投影儀透鏡(25)；其中該反射鏡具有用于容納燈的開口和用于輻射光的開口，所述反射鏡具有經(jīng)過鏡面加工以形成多項式曲面形狀的內(nèi)表面；該光源裝有用于發(fā)光的燈泡和用于將電極引向所述燈泡的電極引入單元，從所述用于容納燈的開口處將所述燈泡插進(jìn)所述反射鏡，并將所述燈泡設(shè)置成使得從燈泡發(fā)射出且由反射鏡的內(nèi)壁反射的光的聚焦位置不會位于所述電極引入單元上；該會聚透鏡對從所述反射鏡上發(fā)射出的光進(jìn)行會聚，其中，將所述會聚透鏡設(shè)置成位于從所述光源發(fā)射出的光的光軸上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的投影儀裝置內(nèi)部的俯視圖。
圖2是根據(jù)本實施例的投影儀裝置的光學(xué)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖3是光源單元的示意性截面圖。
圖4A、4B和4C是表示用于本發(fā)明的燈的示意圖。
圖5是根據(jù)本實施例的會聚透鏡的示意性透視圖。
圖6是沿著圖5中所示的會聚透鏡的線VI-VI方向的截面圖。
圖7是在根據(jù)本實施例的會聚透鏡的光源一側(cè)的透鏡表面的示意性正視圖。
圖8是表示組成光源單元的部件之間的位置關(guān)系的示意性圖。
圖9是傳統(tǒng)光源單元的截面圖。
具體實施例方式
接下來，參照附圖描述本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明的范圍并不限于所示出的例子。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的投影儀裝置內(nèi)部的俯視圖。圖2是根據(jù)本實施例的投影儀裝置的光學(xué)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖3是光源單元的示意性截面圖。另外，在圖3中省略了色輪20的圖示。
如圖1所示，投影儀裝置1裝有一個外殼2。用于控制投影儀裝置1的整體的電源基板3設(shè)置在外殼2的內(nèi)部。在電源基板3上附著有未示出的電源。在外殼2的中心部分附近設(shè)置有由電源基板3控制的光源單元4。
如圖2和3所示，光源單元4由光源5和會聚透鏡6組成。如圖3所示，光源5由反射鏡9和容納在反射鏡9內(nèi)的燈10組成。
反射鏡9形成為多項式曲面形狀。反射鏡9的多項式曲面形狀是由通過將下面公式(1)中的每個參數(shù)用表格1中所示的值替換得到的公式來表達(dá)的一種形狀。
z=cr21+1-(1+k)c2r2+c1r+c2r2+c3r3+c4r4···c10r10---(1)]]>
表格1

在公式(1)中，字母z表示在光軸方向上的軸(光的傳播方向被認(rèn)為是正)，字母c表示曲率半徑；字母k表示二次曲面常數(shù)；并且字母r(mm)表示當(dāng)垂直線從輻射光開口11的邊緣部分下垂到光軸K時該垂直線的長度，而這個輻射光開口將會在后面加以描述。
此外，輻射光開口11形成在反射鏡9上，以便射出光。進(jìn)一步地，用于容納燈的開口12也形成在反射鏡9的底部，并且燈10從用于容納燈的開口12處被放置進(jìn)去。
如圖4A所示，燈10是由燈泡13和電極引入單元14組成，其中，燈泡13射出光，電極引入單元安裝在燈泡13的縱向方向上的燈泡的兩端，用于將電極引入燈泡13內(nèi)。此外，在燈泡13內(nèi)，裝有用于進(jìn)行放電的電弧15。燈泡13設(shè)置在反射鏡9中用于容納燈的開口12的附近，以便于從燈泡13發(fā)射出的、將由反射鏡9的內(nèi)壁反射的光的聚焦位置形成在該發(fā)射光傳播方向一側(cè)，且比電極引入單元14更遠(yuǎn)的位置。
作為用于本發(fā)明的燈泡13的具體形狀，例如，可引用以下形狀。
首先，如圖4B所示，二次曲面系數(shù)為-0.91508、曲率半徑為4.175964mm、半長軸為49.17239mm且半短軸為14.32976mm的橢圓A位于使得橢圓A的長軸L能以直角與光軸K交叉的位置。此時，將光軸K設(shè)置成使得在遠(yuǎn)離位于橢圓A的長軸L一端的R點(diǎn)側(cè)，且距離位于橢圓A的長軸L的另一端的Q點(diǎn)5.25mm處，光軸K以直角與橢圓A的長軸L交叉。(此后，稱光軸K與橢圓A的長軸以直角交叉的點(diǎn)為“點(diǎn)S”)。
接下來，將橢圓B設(shè)置成使得橢圓B的中心點(diǎn)U位于長軸L上的Q點(diǎn)一側(cè)，且距離橢圓A的中心點(diǎn)T為24.77409mm的位置上，以便于橢圓B的短軸N可以和橢圓A的短軸M平行。在橢圓B中，二次曲面系數(shù)為-0.85721，曲率半徑為110047mm，半長軸為21.7811mm并且半短軸為8.230445mm。
接下來，將橢圓A和B繞著光軸K旋轉(zhuǎn)。因此，如圖4C所示的實線紡錘形(solid spindle)C可由橢圓A的圓弧O形成，這個圓弧O比光軸K距離點(diǎn)Q更近并且繞者光軸K旋轉(zhuǎn)。
實線紡錘形C的外側(cè)部分對應(yīng)于在本實施例中使用的燈泡的外圍。此外，在由橢圓B的圓弧P圍繞光軸K旋轉(zhuǎn)所形成的紡錘形D里面的空間，對應(yīng)于燈泡內(nèi)用于容納電弧15的空間，其中橢圓B的圓弧P位于比光軸K距離點(diǎn)Q更近的地方。
然后，在紡錘形C和D之間的空間的形狀對應(yīng)于用來容納電弧的玻璃部件的形狀，并且點(diǎn)S對應(yīng)于容納在燈泡內(nèi)的電弧的位置。如圖4A所示，通過在燈泡13的縱向方向上將用于向電弧供電的電極引入單元14連接到具有上述形狀的燈泡13的兩端上，可形成用于本發(fā)明的燈10。
將會聚透鏡6設(shè)置在沿著從反射鏡9的輻射光開口11射出的光的傳播方向上。只要會聚透鏡6能夠充分會聚從輻射光開口11射出的光，從而使會聚的光在光的傳播方向上射出，那么會聚透鏡6的形狀就不會受到限制。下面示出能夠用作會聚透鏡的透鏡的例子。
圖5是會聚透鏡6的例子的示意性透視圖，而圖6是沿著圖5中表示的會聚透鏡6的線VI-VI截取的截面圖。
如圖5和6所示，從反射鏡9的輻射光開口11出射的光所輻射到的一側(cè)的透鏡表面16被做成凹面，并且透鏡表面16被做成在透鏡表面16的中心部分凹陷得最多。此外，在會聚透鏡6光出射的一側(cè)上的透鏡表面17被做成凸面，并且形成為使得透鏡表面17的中心部分可以往外翻。另外，雖然會聚透鏡6的透鏡表面16的中心部分被做成向內(nèi)凹陷，而會聚透鏡6的透鏡表面17的中心部分被做成往外翻，但是透鏡表面16可以簡單地形成為一個凹面，而透鏡表面17也可以簡單地形成為一個凸面。
將會聚透鏡6設(shè)置成使得透鏡表面16可以與反射鏡9的輻射光開口11相對，而使得透鏡表面17可以與鏡面隧道21的入射表面21a相對，這個鏡面隧道將在后面描述。此外，會聚透鏡6被設(shè)置成使得透鏡表面16的中心和透鏡表面17的中心位于光軸K上。
在會聚透鏡6的光源5側(cè)的透鏡表面16的形狀和在鏡面隧道21側(cè)的透鏡表面17的形狀，可通過將下面公式(2)中的每一個參數(shù)用在表格2中所示的值來代替而得到的公式來表達(dá)。
z=cr21+1-(1+k)c2r2+c1r+c2r2+c3r3+c4r4---(2)]]>
表格2

在公式(2)中，字母z表示在光軸方向上的軸(假定光的傳播方向為正)；字母c表示曲率半徑；并且字母k表示二次曲面常數(shù)。此外，字母r(mm)表示當(dāng)垂直線Z從會聚透鏡6的邊緣部分上的點(diǎn)V下落至光軸K時該垂直線Z的長度，如圖6所示。
會聚透鏡6在光源5側(cè)的透鏡表面16可被分成能夠?qū)⑤椛涞墓鈺燮饋聿⑶乙蛟阽R面隧道21側(cè)的透鏡表面17的范圍(此后稱“有效范圍”)和其它范圍。例如，在半徑為10mm的會聚透鏡的情況下，如圖7所示，有效范圍19是在距離中心點(diǎn)X的距離為1.5mm的范圍以外且在距離中心點(diǎn)X的距離為9mm的范圍以內(nèi)的范圍。那么，從點(diǎn)W到中心點(diǎn)X的距離是3.4mm，并且從中心點(diǎn)X到點(diǎn)Y的距離是6.51mm，其中，點(diǎn)Y是光軸K和透鏡表面17相互交叉的地方。
如圖1和2所示，在會聚透鏡6的光出射方向上設(shè)置有色輪20，用于將從會聚透鏡6出射的光轉(zhuǎn)變成紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)中的每一個顏色。在透射穿過色輪20的光的傳播方向上設(shè)置鏡面隧道21，并且在鏡面隧道21的光出射方向上設(shè)置用于將圖像投射到屏幕上的成像單元22。另外，色輪20可以被設(shè)置在鏡面隧道21的光出射方向側(cè)。
色輪20是圓形旋轉(zhuǎn)盤，并且裝有紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)的色彩濾波器，這些濾波器在圓周方向上排列。色輪20被設(shè)置成使得旋轉(zhuǎn)的中心軸橫向地從光軸K移位。
鏡面隧道21是透明的矩形柱，并且沿著光軸K布置。鏡面隧道21將入射光從入射表面21a引向光軸的方向，使入射光在鏡面隧道21的側(cè)表面和外部空氣層之間的交界面進(jìn)行全反射。然后，鏡面隧道21使所引導(dǎo)的光從鏡面隧道21的出射表面出射，作為具有均勻強(qiáng)度分布的光通量。另外，在整個內(nèi)部圓周表面上具有反光膜的矩形圓柱可以用作鏡面隧道21。
如在圖1和2所示，成像單元22被設(shè)置在光從鏡面隧道2 1出射的方向上。如圖2所示，成像單元22由下列部分組成，例如，從鏡面隧道21出射的光照射到的透鏡23，從透鏡23出射的光照射到的微型反射鏡器件24，以及由微型反射鏡器件24反射的光投射到其上的投影儀透鏡25。
透鏡23將已經(jīng)從鏡面隧道21出射的光投射到微型反射鏡器件24上。盡管透鏡23在圖2中作為單透鏡示出，但是透鏡23也可以由多個透鏡組成。
微型反射鏡器件24通過多個微型反射鏡形成顯示圖像的每個像素，并且通過切換這些微型反射鏡投射圖像的傾斜方向來切換像素的明暗。微型反射鏡由超薄的金屬片形成，比如鋁片，并且每個微型反射鏡都有垂直寬度和水平寬度，兩者都在10μm到20μm之間的范圍內(nèi)。這些微型反射鏡的每一個在多個反射鏡驅(qū)動器件(未示出)的每一個上形成，例如，在行方向和列方向上以矩陣的形狀排列的CMOS。
投影儀透鏡25擴(kuò)展來自微型反射鏡器件24的反射光，從而將擴(kuò)展的光投射到屏幕上(未示出)。另外，雖然投影儀透鏡25在圖2中作為單透鏡示出，但是投影儀透鏡25可以由多個透鏡組成。
如圖1所示，熱風(fēng)扇26被設(shè)置在外殼2和鏡面隧道21之間，該熱風(fēng)扇用于使得冷空氣流入光源5的內(nèi)部，從而冷卻光源5。此外，軸向氣流風(fēng)扇29被設(shè)置在反射鏡9的用于容納燈的開口12的方向上，用來抽凈已經(jīng)流入光源5的空氣。
這里描述在本實施例中使用的光源單元4的位置關(guān)系的例子。另外，在這里，上面示出的反射鏡、燈和會聚透鏡的尺寸按照本說明書中的那些尺寸使用。圖8是光源單元4的示意性截面圖，該圖示出了組成光源單元4的各個部件之間的位置關(guān)系。另外，為了使位置關(guān)系清楚，在圖8中省略了色輪20的圖解。
電弧5被設(shè)置成位于光軸K上距離反射鏡9的底部5.794mm的位置上。會聚透鏡6被設(shè)置成使得光源5側(cè)的透鏡表面16的中心位于距離電弧15為33.34mm的位置。此外，鏡面隧道21被設(shè)置成使得從電弧15到入射表面21a與光軸K以直角交叉的點(diǎn)的距離為47.5mm。
接下來，描述本發(fā)明實施例的操作。
當(dāng)驅(qū)動投影儀裝置時，光從光源5的燈泡13發(fā)射出來，并且發(fā)射出的光的大部分被輻射到進(jìn)行了鏡面加工的反射鏡9的內(nèi)壁上。
此時，如圖3所示，光源5的燈泡13被設(shè)置在反射鏡9內(nèi)的用于容納燈的開口12的附近，從而從燈泡13發(fā)出且被反射鏡9的內(nèi)壁反射的發(fā)射光的焦點(diǎn)位置，可以形成在沿著反射光的傳播方向上，且位于比會聚透鏡6一側(cè)的電極引入單元14的末端更遠(yuǎn)的位置處。因此，大部分的反射光被輻射到會聚透鏡6的透鏡表面16的中心部分以外的部分。在輻射到會聚透鏡6的透鏡表面16上的光中，輻射到有效范圍19內(nèi)的光，在被從透鏡表面17輻射進(jìn)入色輪20之前，就被會聚。
在輻射進(jìn)色輪20的光分別被紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)中的每種顏色的濾波器轉(zhuǎn)換成紅色、綠色和藍(lán)色之后，轉(zhuǎn)換的光被輻射到鏡面隧道21的入射表面21a上。入射到鏡面隧道21里的光被引向光軸方向，并且經(jīng)歷在鏡面隧道21內(nèi)的側(cè)表面和外部空氣層之間的交界面處的全反射，如圖3所示。然后，引導(dǎo)的光在已經(jīng)從出射表面21b射出之后被輻射進(jìn)入透鏡23。
輻射到透鏡23上的光的光通量由透鏡23擴(kuò)展，然后擴(kuò)展的光被輻射到微型器件24上。然后，由微型反射鏡器件24反射的光通過投影儀透鏡25擴(kuò)展，從而被投射到未示出的屏幕上。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于從燈泡13發(fā)出且由反射鏡9反射的發(fā)射光的焦點(diǎn)位置并不位于電極引入單元14上，因而大部分的發(fā)射光不能照射到燈的電極引入單元14上。因此，發(fā)射的光不會衰減，而是輻射到透鏡上。因此，發(fā)射光的損耗能夠減小，由此從光源5發(fā)射出來的發(fā)射光的利用率能夠得到改善。所以，有可能使反射鏡9最小化，并且與傳統(tǒng)的光源單元相比，也有可能使得光源單元4的整體最小化。
此外，由于光源單元4被最小化，安裝了最小化的光源單元4的投影儀裝置1本身也能被最小化。
權(quán)利要求
1.一種光源單元，包括反射鏡(9)，具有用于容納燈的開口和用于輻射光的開口，所述反射鏡具有經(jīng)過鏡面加工以形成多項式曲面形狀的內(nèi)表面；光源(5)，裝有用于發(fā)光的燈泡和用于將電極引向所述燈泡的電極引入單元(14)，其中，從所述用于容納燈的開口處將所述燈泡插進(jìn)所述反射鏡，并將所述燈泡設(shè)置成使得從所述燈泡發(fā)射出且由所述反射鏡的內(nèi)壁反射的光的聚焦位置不會位于所述電極引入單元上；以及會聚透鏡(6)，對從所述反射鏡上發(fā)射出的光進(jìn)行會聚，其中將所述會聚透鏡設(shè)置成位于從所述光源發(fā)射出的光的光軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源單元，其中，在所述會聚透鏡一側(cè)的透鏡表面是凹面，并且在另一側(cè)的透鏡表面是凸面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源單元，其中，在凹面?zhèn)鹊臅弁哥R的透鏡表面的中心部分是向內(nèi)凹陷的，而另一側(cè)的透鏡表面的中心部分是向外翻的。
4.一種投影儀裝置包括光源單元(4)，包括反射鏡(9)，具有用于容納燈的開口和用于輻射光的開口，所述反射鏡具有經(jīng)過鏡面加工以形成多項式曲面形狀的內(nèi)表面；光源(5)，裝有用于發(fā)光的燈泡和用于將電極引向所述燈泡的電極引入單元(14)，其中，從所述用于容納燈的開口處將所述燈泡插進(jìn)所述反射鏡，并將所述燈泡設(shè)置成使得從所述燈泡發(fā)射出且由反射鏡的內(nèi)壁反射的光的聚焦位置不會位于所述電極引入單元上；以及會聚透鏡(6)，對從所述反射鏡上發(fā)射出的光進(jìn)行會聚，其中，將所述會聚透鏡設(shè)置成位于從所述光源發(fā)射出的光的光軸上。鏡面隧道(21)，引導(dǎo)從所述會聚透鏡出射的光；透鏡(23)，會聚從所述鏡面隧道出射的光；微型反射鏡器件(24)，接收從所述透鏡出射的光，從而投射圖像；以及投影儀透鏡(25)，擴(kuò)展從所述微型反射鏡器件投射的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影儀裝置，其中，在所述會聚透鏡一側(cè)的透鏡表面是凹面，并且另一側(cè)的透鏡表面是凸面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影儀裝置，其中，在凹面一側(cè)的會聚透鏡的透鏡表面的中心位置是向內(nèi)凹陷的，而另一側(cè)的透鏡表面的中心部分是向外翻的。
全文摘要
光源單元與投影儀裝置通過改善光的利用效率確保了一定的光量，并由此實現(xiàn)了小型化。該光源單元包括具有用于容納燈的開口和用于輻射光的開口的反射鏡，所述反射鏡具有經(jīng)過鏡面加工以形成多項式曲面形狀的內(nèi)表面；裝有燈泡和用于將電極引向所述燈泡的電極引入單元的光源，其中，從所述用于容納燈的開口處將所述燈泡插進(jìn)所述反射鏡，并將所述燈泡設(shè)置成使得從燈泡發(fā)射出且由反射鏡的內(nèi)壁反射的光的聚焦位置不會位于所述電極引入單元上；以及會聚透鏡，用于對從所述反射鏡上發(fā)射出的光進(jìn)行會聚，其中將所述會聚透鏡設(shè)置成位于從所述光源發(fā)射出的光的光軸上。
文檔編號G02B26/08GK101091384SQ20068000140
公開日2007年12月19日 申請日期2006年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月7日
發(fā)明者鈴木幸夫 申請人:卡西歐計算機(jī)株式會社