專利名稱：光學(xué)部件單元以及圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不需要反射膜等特別的部件就能夠反射光的光學(xué)部件單元以及圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)系統(tǒng)中，光源所射出的光在其光路被變更的狀態(tài)入射到各種光學(xué)部件中。例如，液晶投影儀等投射型顯示裝置中，光源所射出的光在光調(diào)制施行后入射到二向色元件中，但如果光源與二向色元件之間的光路是直線狀的，則裝置全體便會大型化。近年來的投射型顯示裝置，薄型化·小型化的要求較高，因此通過設(shè)置變更光源所射出的光的行進(jìn)方向的機(jī)構(gòu)，來滿足薄型化·小型化的要求。
作為用來變更光的行進(jìn)方向的機(jī)構(gòu)，使用棱鏡(主要是三角棱鏡)是很有效的。在三角棱鏡的斜面形成有反射面，并通過光入射到該反射面而使行進(jìn)方向變化。其一例公開在特開2005-316446號公報中。特開2005-316446號公報中，作為光學(xué)系統(tǒng)是適用于液晶投影儀的，光源所射出的光由棱鏡的反射面(特開2005-316446號公報的對角面)反射而使光路變化。因而，為了發(fā)揮反射功能，在對角面上設(shè)有反射膜或反射鏡罩。
特開2005-316446號公報中，使用了反射鏡罩，但由于反射鏡罩需要安裝在棱鏡上，所以根據(jù)其安裝精度，有時入射光不朝向給定的方向反射從而不能將來自光源的光導(dǎo)入到液晶顯示器件(特開2005-316446號公報的圖像形成機(jī)構(gòu))中。另外，在通過反射鏡罩實(shí)現(xiàn)反射功能的情況下，存在部件數(shù)目相應(yīng)增加這樣的問題。進(jìn)而，如果反射鏡罩的部件數(shù)目增加，成本也會相應(yīng)增加。另外，還有在棱鏡的反射面形成反射膜而不是反射鏡罩的方法。如果形成反射膜，則避免了部件數(shù)目的問題或安裝精度等問題，能夠?qū)⑷肷涔膺M(jìn)行反射。但是，存在反射膜所使用的銀或鋁等金屬反射膜產(chǎn)生光吸收等而使反射率降低的問題、基于氧化或硫化等的耐侯性降低這樣的問題。
以前，具有由光透過性材料(例如玻璃)構(gòu)成的光學(xué)部件(以下稱作導(dǎo)光部件)、和由光透過性材料(例如玻璃)構(gòu)成的光學(xué)部件(三角棱鏡)的光學(xué)部件單元，一般是廣泛公知的。另外，三角棱鏡是使光入射的方向(入射方向)與光出射的方向(出射方向)不同的光學(xué)部件。
像這樣設(shè)置用于使入射方向與出射方向不同的三角棱鏡與導(dǎo)光部件的方法，可以列舉出在三角棱鏡與導(dǎo)光部件之間設(shè)置折射率小于三角棱鏡以及導(dǎo)光部件的空氣隙的方法(“プロジェクタ豆知識”、[Online]，“2006年3月13日檢索”，互聯(lián)網(wǎng)<http//www.geocities.co.jp/Hollywood-Studio/7057/mame1/mame3.htm>)。
根據(jù)該方法，在三角棱鏡與導(dǎo)光部件之間設(shè)置空氣隙，由此能夠抑制光的一部分沒有被全反射而透過三角棱鏡等所引起的光利用效率的降低或顏色不均的發(fā)生。
這里，設(shè)置上述空氣隙的方法，考慮使用小珠作為隔離物的方法。具體的說，利用含有小珠的粘合劑將導(dǎo)光部件的光出射面的外周部的一部分與三角棱鏡的光入射面的外周部的一部分粘合起來，而在導(dǎo)光部件的光出射面與三角棱鏡的光入射面之間，通過小珠形成空氣隙(例如特開平11-231256號公報)。
另一方面，在導(dǎo)光部件的光出射面與三角棱鏡的光入射面的全面均是有效范圍的情況下，粘合劑中含有的小珠使光散射，因此光學(xué)部件單元的光利用效率降低。
因此，優(yōu)選含有小珠的粘合劑的量較少，但如果減少含有小珠的粘合劑的量，則導(dǎo)光部件與三角棱鏡的粘合強(qiáng)度就會降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一特征是一種光學(xué)部件單元，其由使光源所射出的光彎折后導(dǎo)入到成像光學(xué)系統(tǒng)的透光性(light-transmission)部件構(gòu)成，其中，上述透光性部件，具有使入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光中的、對上述成像光學(xué)系統(tǒng)的最大有效入射角以下的光全反射的折射率；上述最大有效入射角，由在上述成像光學(xué)系統(tǒng)與上述光學(xué)部件單元之間所設(shè)置的介質(zhì)即入射側(cè)介質(zhì)的折射率與上述成像光學(xué)系統(tǒng)決定。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述透光性部件，具有用于光反射的反射面，以及使上述反射面所反射的光出射的出射面；在上述透光性部件的折射率設(shè)為nt，上述透光性部件的外部區(qū)域的折射率為na，上述入射側(cè)介質(zhì)的折射率為ni，上述最大有效入射角為θi，入射到上述出射面的入射角為θr，上述反射面與上述出射面所形成的角度為β，且在與上述反射面與上述出射面雙方垂直的面內(nèi)，上述反射面中的反射角小于角度Δ的光所反射的方向設(shè)為“負(fù)向”，反射角大于角度Δ的光所反射的方向設(shè)為“正向”，上述成像光學(xué)系統(tǒng)的法線方向設(shè)為“正交方向”時，其中上述角度Δ是與入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光的光軸中心平行的方向與上述反射面的法線方向所形成的、上述反射面的反射角中的上述垂直的面內(nèi)成分的角度，在滿足“nt＞na”以及“nt＞ni”的條件下，從上述正向入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光在“θr＜(90-β)°”時，滿足“nt×sin(sin-1((ni/nt)×sinθi)+β)/na≥sin90°”的條件，從上述正交方向入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)中的光在“nt×sinβ/na≥sin90°”時，從上述負(fù)向入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)中的光在“θr＜β°”時，滿足“nt×sin(sin-1((ni/nt)×sinθi)-β)/na≥sin90°”的條件。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述棱鏡的折射率nt，滿足“1.59597≤nt”的條件。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，具有第1光學(xué)部件，其具有第1光入射面、第1光出射面以及第1光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；第2光學(xué)部件，其具有第2光入射面、第2光出射面以及第2光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；低折射率區(qū)域形成部件，其與上述第1光出射面的外周部的一部分與上述第2光入射面的外周部的一部分相粘合，用于在上述第1光出射面與上述第2光入射面之間，形成折射率比上述第1光學(xué)部件以及上述第2光學(xué)部件小的低折射率區(qū)域；以及懸架部件，其具有與上述第1光反射側(cè)面的一部分以及上述第2光反射側(cè)面的一部分相粘合的粘合面，將上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件懸架；上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件中的至少一方，是光入射方向與光出射方向不同的部件；上述懸架部件，將透過上述第1光反射側(cè)面的一部分后的光進(jìn)行反射。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述懸架部件由玻璃或透明樹脂構(gòu)成。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述懸架部件，由與上述第1光學(xué)部件以及上述第2光學(xué)部件相同種類的材料構(gòu)成。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述懸架部件的上述粘合面，是使透過上述第1光反射側(cè)面以及上述第2光反射側(cè)面的光進(jìn)行反射的鏡面。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述第1光學(xué)部件是具有四棱柱形狀的導(dǎo)光部件；上述第2光學(xué)部件是具有三棱柱形狀的三角棱鏡。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述三角棱鏡具有使從上述第2光入射面所入射的光的行進(jìn)方向改變并將從上述第2光入射面所入射的光導(dǎo)入到上述第2光出射面?zhèn)鹊墓夥瓷湫泵妫鲜鰬壹懿考?，具有在平行于上述粘合面的投影面上沿著上述光反射斜面的邊?br> 作為優(yōu)選，本發(fā)明的上述特征中，上述懸架部件，具有在平行于上述粘合面的投影面上沿著上述光反射斜面的法線的邊。
本發(fā)明的一特征中，光學(xué)部件單元，具有第1光學(xué)部件，其具有第1光入射面、第1光出射面以及第1光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；第2光學(xué)部件，其具有第2光入射面、第2光出射面以及第2光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；低折射率區(qū)域形成部件，其與上述第1光出射面的外周部的一部分以及上述第2光入射面的外周部的一部分相粘合，用于在上述第1光出射面與上述第2光入射面之間，形成折射率比上述第1光學(xué)部件以及上述第2光學(xué)部件小的低折射率區(qū)域；以及懸架部件，其具有與上述第1光反射側(cè)面的一部分以及上述第2光反射側(cè)面的一部分相粘合的粘合面，將上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件懸架；上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件中的至少一方，是光入射方向與光出射方向不同的部件；上述懸架部件，使透過上述第1光反射側(cè)面的一部分后的光進(jìn)行反射。
本發(fā)明的一特征中，圖像顯示裝置具備上述一特征相關(guān)的光學(xué)部件單元。


圖1為液晶投影儀的概要結(jié)構(gòu)圖。
圖2為棱鏡與投射透鏡的說明圖。
圖3為表示F值與折射率之間的關(guān)系的表。
圖4為懸架部件的說明圖。
圖5為用于得到最大反射效率的棱鏡折射率的關(guān)系。
圖6為使用DMD的液晶投影儀的概要結(jié)構(gòu)圖。
圖7為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的圖像顯示裝置100的圖。
圖8為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的圖像顯示裝置100之構(gòu)成的圖。
圖9為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元的立體圖。
圖10為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元的一例的圖。
圖11為表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元的一例的圖。
圖12為表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式相關(guān)的懸架部件160的外形的變形例的圖。
具體實(shí)施例方式
下面對照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，以下的附圖記載中，對相同或類似部分標(biāo)注相同或類似的符號。
但應(yīng)當(dāng)注意的是，附圖僅僅是示意的，各個尺寸比率等與現(xiàn)實(shí)的不同。因此，具體的尺寸等需要參酌以下的說明來判斷。另外，當(dāng)然附圖中還含有互相之間尺寸關(guān)系或比率不同的部分。
下面對照附圖對第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1中示出了液晶投影儀作為投射型顯示裝置的一例。另外，以下“紅色用”表示用于紅色光的光學(xué)部件，“綠色用”表示用于綠色光的光學(xué)部件，“藍(lán)色用”表示用于藍(lán)色光的光學(xué)部件。各個光學(xué)部件的具體例子將順次進(jìn)行說明。圖1所示例的液晶投影儀，具有光源10(紅色用光源10R、綠色用光源10G以及藍(lán)色用光源10B的總稱)、導(dǎo)光單元20(紅色用導(dǎo)光單元20R、綠色用導(dǎo)光單元20G、藍(lán)色用導(dǎo)光單元20B的總稱)、棱鏡40、液晶顯示器件50(紅色用液晶顯示器件50R、綠色用液晶顯示器件50G、藍(lán)色用液晶顯示器件50B的總稱)、十字二向色棱鏡60、成像光學(xué)系統(tǒng)70、以及屏幕80。導(dǎo)光單元20具有導(dǎo)光角控制部件21(紅色用導(dǎo)光角控制部件21R、綠色用導(dǎo)光角控制部件21G、以及藍(lán)色用導(dǎo)光角控制部件21B的總稱)與光均一化部件22(紅色用光均一化部件22R、綠色用光均一化部件22G、以及藍(lán)色用光均一化部件22B的總稱)。紅色用光源10R、綠色用光源10G以及藍(lán)色用光源10B，分別是發(fā)出紅色波段的光(紅色光)的光源、發(fā)出綠色波段的光(綠色光)的光源、以及發(fā)出藍(lán)色波段的光(藍(lán)色光)的光源。對作為光源使用LED(Light Emitting Diode)的情況進(jìn)行說明，但并不僅限于此。
紅色用導(dǎo)光角控制部件21R、綠色用導(dǎo)光角控制部件21G、以及藍(lán)色用導(dǎo)光角控制部件21B是錐狀的棒形部件。這里對作為透光性部件使用丙稀樹脂、聚碳酸酯樹脂、玻璃以及其他透明材料(以下簡稱作透明材料)的情況進(jìn)行說明。光源10所射出的各色光入射到導(dǎo)光角控制部件21。導(dǎo)光角控制部件21為錐形，因此所入射的光一邊在錐面上全反射，一邊沿行進(jìn)方向在被賦予角度的狀態(tài)下行進(jìn)。也即，通過導(dǎo)光角控制部件21而使光沿行進(jìn)方向一邊被賦予角度一邊行進(jìn)。由于導(dǎo)光角控制部件21是透光性部件，因此光在透光性部件內(nèi)部行進(jìn)。
紅色用光均一化部件22R、綠色用光均一化部件22G、以及藍(lán)色用光均一化部件22B是透光性部件，其形狀為長方體的形狀。光均一化部件22設(shè)置在導(dǎo)光角控制部件21的出射側(cè)，經(jīng)過導(dǎo)光角控制部件21后的光入射到光均一化部件22中。如圖1所示，將光均一化部件22的長方體形狀的截面形成得與導(dǎo)光角控制部件21的出射端面相同。如果導(dǎo)光角控制部件21使用透光性部件，則光的能量分布變得不均勻。因此，如果光均一化部件22使用長方體形狀的透光性部件，則能夠通過各種角度的光混合來消除不均，從而實(shí)現(xiàn)能量分布的均一化。
棱鏡40是由透明材料構(gòu)成的棱鏡，圖1中例示出了三角棱鏡。這里，為了將綠色光的光路彎折而使用棱鏡40。圖1中，綠色光與藍(lán)色光在平行的光路上行進(jìn)，并且綠色光與藍(lán)色光的行進(jìn)方向相反，紅色光也在平行的光路上行進(jìn)。因此，由于能夠使三色光的光路都平行，因此有助于液晶投影儀裝置全體的緊湊化。另一方面，為了從十字二向色棱鏡60的3個側(cè)面入射各色的光，需要將三色光中至少1色的光的光路彎折。圖1中，通過綠色光的光路彎折90°，而使3色光入射到十字二向色鏡60中。以下采用綠色光的光路彎折90°的情況進(jìn)行了說明，但也可以使光路彎折90°以外的角度。
透過紅色用光均一化部件22R后的紅色光、光路被棱鏡40彎折的綠色光、以及透過藍(lán)色用光均一化部件22B后的藍(lán)色光，在入射到十字二向色棱鏡60之前，分別入射到紅色用液晶顯示器件50R、綠色用液晶顯示器件50G、以及藍(lán)色用液晶顯示器件50B中。各個液晶顯示器件50對各色光實(shí)施光調(diào)制，形成各色的圖像。另外，由各個液晶顯示器件50光調(diào)制后的紅色光、綠色光以及藍(lán)色光，從十字二向色棱鏡60的3個側(cè)面入射。
十字二向色棱鏡60是立方體的棱鏡，兩個多層介質(zhì)(第1多層介質(zhì)61與第2多層介質(zhì)62)形成為十字狀。第1多層介質(zhì)61是具有僅反射藍(lán)色波段的光而透過其他波段光的光學(xué)特性的多層膜。第2多層介質(zhì)62是具有僅反射紅色波段的光而透過其他波段光的光學(xué)特性的多層膜。因此，入射到十字二向色棱鏡60中的藍(lán)色光由第1多層介質(zhì)61反射，紅色光由第2多層介質(zhì)62反射。入射到十字二向色棱鏡60中的綠色光直接透過十字二向色棱鏡60。
這樣，十字二向色棱鏡60中，紅色光、綠色光以及藍(lán)色光這3色的光被色合成。成像光學(xué)系統(tǒng)70用來將由十字二向色棱鏡60色合成后的光投影到屏幕80。這里，成像光學(xué)系統(tǒng)70使用透鏡。一般使用投射透鏡，通過該投射透鏡使彩色圖像在屏幕80上顯示。下面采用成像光學(xué)系統(tǒng)70的透鏡是投射透鏡71的情況進(jìn)行說明。但如后所述，在使用DMD(DigitalMicromirror Device)的投射型顯示裝置等情況下，采用使光導(dǎo)入到DMD等的中繼透鏡群為成像光學(xué)系統(tǒng)，不是投射透鏡。
如圖2所示，棱鏡40具有綠色光入射的入射面41、綠色光反射的反射面42、以及綠色光出射的出射面43。圖1與圖2中，例示了三角棱鏡，但只要具有入射面41、反射面42及出射面43，也可以使用任意形狀的棱鏡。如圖2所示，綠色用光均一化部22G與棱鏡40之間形成有間隙區(qū)域44。間隙區(qū)域44是由折射率較低的介質(zhì)構(gòu)成的區(qū)域，一般使用空氣層。在使用空氣層的情況下，綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間形成有空氣間隙(air gap空氣隙)。但只要是折射率較小的介質(zhì)，也可以使用空氣層以外的任意介質(zhì)。
棱鏡40的外部區(qū)域(以反射面42為邊界的棱鏡40的外側(cè)區(qū)域)47，與間隙區(qū)域44一樣，選擇折射率較低的介質(zhì)。因此與間隙區(qū)域44一樣，外部區(qū)域47中一般也使用空氣層，但并不僅限于空氣層。下面對間隙區(qū)域44與外部區(qū)域47使用相同折射率na的介質(zhì)(總稱為低折射率區(qū)域)的情況進(jìn)行說明。但間隙區(qū)域44與外部區(qū)域47也可以是不同的介質(zhì)。另外，棱鏡40與投射透鏡17之間的介質(zhì)設(shè)為入射側(cè)介質(zhì)48，該入射側(cè)介質(zhì)48使用具有比棱鏡40的折射率低的折射率的材料(折射率ni的材料)。
這里，棱鏡40由玻璃等透明材料構(gòu)成，其折射率(以下稱作折射率nt)比低折射率區(qū)域的折射率na高。因此，棱鏡40與低折射率區(qū)域之間具有折射率差。另外，如圖2所示，在棱鏡40內(nèi)部行進(jìn)的綠色光，相對反射面42具有角度的狀態(tài)下入射。如果在該反射面42上全反射，則為了圖像形成所使用的光的光量就變?yōu)樽畲?。但由于成像光學(xué)系統(tǒng)70的可利用光的入射角被限制，因此不需要使任一個角度的光都全反射。總之，只要是使為了圖像形成在成像光學(xué)系統(tǒng)70中可利用的角度的光即利用光全反射即可。因此，作為用于提高棱鏡40中的該反射效率的方法具有以下兩個方法，即增大棱鏡40與低折射率區(qū)域之間的折射率差，以及在由棱鏡40與外部區(qū)域47的折射率規(guī)定的全反射角度范圍內(nèi)控制入射到棱鏡40的反射面42的光的角度。
以上兩個用于提高反射效率的方法中的、由棱鏡40的前級的光學(xué)系統(tǒng)完全控制入射到棱鏡40的反射面42的入射角度，是困難的，可能會發(fā)生一些光量損失。因而，本發(fā)明中，通過控制棱鏡40的折射率nt，來擴(kuò)大在反射面42上的反射角度。具體的說，棱鏡40的材料使用折射率較高的高折射率材料。如果棱鏡40使用高折射率的材料，則不管入射到入射面41的綠色光的入射角如何，都能夠擴(kuò)大在反射面42上的全反射角度。
因此，本發(fā)明中，根據(jù)成像光學(xué)系統(tǒng)70的F值，規(guī)定棱鏡40最低限所需的折射率(最小折射率Min)。通過對棱鏡40的折射率nt以“Min≤nt”的方式進(jìn)行適當(dāng)控制，能夠提高反射效率，而不需要使用反射膜或反射罩等特別的部件。
由棱鏡40的反射面42反射的綠色光，通過十字二向色棱鏡60色合成后最終入射到投射透鏡71中。光源10G所射出的綠色光中的、由投射透鏡71的F值所規(guī)定的最大有效入射角以上的光，對最終投影在屏幕80上的圖像沒有貢獻(xiàn)。因此，將要提高入射到棱鏡40中的綠色光中的、投射透鏡71的最大有效入射角以下的綠色光的反射效率。
如圖2所示，入射到棱鏡40的出射面43的入射角設(shè)為θr，投射透鏡71的上述最大有效入射角為θi。另外，設(shè)棱鏡40的入射面41與出射面43所形成的角度為α，反射面42與出射面43所形成的角度為β，入射面41與反射面42所形成的角度為γ。此時，投射透鏡71的最大有效入射角θi與從出射面43所出射的綠色光的折射角相等。另外，設(shè)棱鏡40的角度分別為α、β、γ(α+β+γ＝180°)，在使用直角等邊三角形形狀的三角棱鏡的情況下，“α＝90°”，“β＝γ＝45°”。
這種情況下，用來讓最大有效入射角θi范圍內(nèi)的綠色光在棱鏡40的反射面42上全反射的全反射條件，是在與反射面42與出射面43雙方垂直的面內(nèi)，反射面42的反射角小于角度Δ的光所反射的方向設(shè)為“負(fù)向”，反射角大于角度Δ的光所反射的方向設(shè)為“正向”，與投射透鏡71的入射面正交的方向設(shè)為“正交方向”時，控制棱鏡40的折射率nt使其滿足下述條件式的情況，其中，上述角度Δ是與入射到投射透鏡71的光的光軸中心平行的方向與反射面42的法線方向所形成的、反射面42的反射角中的與上述反射面42與出射面43雙方垂直的面內(nèi)成分的角度。另外，下述條件式中，假設(shè)具備“nt＞na”以及“nt＞ni”這兩個條件。
從正向所入射的光在“θr＜(90-β)°”時，滿足“nt×sin(sin-1((ni/nt)×sinθi)+)/na≥sin90°”的條件；從垂直方向所入射的光在“nt×sinβ/na≥sin90°”時，從負(fù)向所入射的光在“θr＜β°”時，滿足“nt×sin(sin-1((ni/nt)×sinθi)-β)/na≥sin90°”的條件。
上述式子中，用來決定折射率nt的可變要素是“na、ni、β、θi”，其中的na及ni，作為低折射率區(qū)域能夠預(yù)先選擇任意的介質(zhì)以及入射側(cè)介質(zhì)，關(guān)于β也能夠預(yù)先選擇棱鏡40采用哪一種形狀。一般來說，低折射率區(qū)域的介質(zhì)選擇空氣，因此“na＝1.0”，入射側(cè)介質(zhì)48也選擇空間，因此“ni＝1.0”。并且，由于棱鏡40的形狀采用直角等邊三角形的形狀，因此“β＝45°”。所以，na、ni以及β能夠作為固定要素，實(shí)質(zhì)上用于決定折射率nt的可變要素就為θi。也即，由投射透鏡71的最大有效入射角θi來決定棱鏡40的折射率nt。從上述公式可以得知，需要按照與最大有效入射角θi的角度幅值的擴(kuò)大成比例的方式將棱鏡40的折射率nt增大。
投射透鏡71的最大有效入射角θi由投射透鏡71的F值規(guī)定。也即，投射透鏡71的F值越小，最大有效入射角θi的幅值變得越大。這樣一來，投射透鏡71的F值越小，就要求棱鏡40的折射率nt越高，F(xiàn)值越大，則折射率nt可以較低。另外，上述最大有效入射角度θi，除了投射透鏡71的F值之外，入射側(cè)介質(zhì)48的折射率ni也是可變要素。這里，由于“ni＝1.0”，從而由投射透鏡71的F值規(guī)定最大有效入射角θi，但在ni可變的情況下，由投射透鏡71的F值與入射側(cè)介質(zhì)48的折射率ni規(guī)定最大有效入射角θi。
另外，如圖2所示，為了決定“正向”與“負(fù)向”，使用平行于入射到投射透鏡71的光的光軸中心的方向與反射面42的法線方向所形成的角度Δ。在棱鏡40具有直角等邊三角形的形狀(也即α＝90°，β＝γ＝45°)，投射透鏡71的法線方向與入射到投射透鏡71中的光的光軸中心的方向相一致的情況下，上述角度Δ與反射面中的反射角(也即45°)相等。因此，這種情況下，反射面42中的反射角大于45°的光的反射方向是“正向”，小于45°的光的反射方向是“負(fù)向”。
通過以上，在由反射面42全反射的情況下，能夠由投射透鏡71的F值所規(guī)定的最大有效入射角θi，來規(guī)定必需的棱鏡40的最小折射率Min。
但是，雖然根據(jù)投射透鏡71的F值進(jìn)行棱鏡40的折射率控制，來實(shí)現(xiàn)反射面42中的綠色光的反射效率的提高，但本發(fā)明中，通過根據(jù)投射透鏡71的F值來決定棱鏡40的折射率nt，從而還具有僅使投射透鏡71所需的有助于圖像形成的綠色光反射，而將不需要的綠色光進(jìn)行排出的功能。也即，根據(jù)投射透鏡71的F值來進(jìn)行使棱鏡40的折射率nt接近最小折射率Min的控制，由此不但具有單純變更綠色光的光路的功能，還具有選擇性地反射所投影在屏幕80中的有助于圖像形成的光的這一過濾功能。
在棱鏡40的反射面42只具有單純反射光的功能的情況下(例如通過形成反射膜等來反射光的情況等)，原來存在著圖像形成所需要的光以外的光入射到投射透鏡71中的可能性。這樣一來，由于不需要的光是非正常的反射光，因此成為對投射透鏡71的成像有害的光(所謂的雜散光)，最終給屏幕80中所形成的圖像帶來對比度下降這一壞影響。本發(fā)明中，選擇具有與投射透鏡71的F值所對應(yīng)的最小折射率Min接近的值的折射率nt的棱鏡40。比投射透鏡71的F值所規(guī)定的最大有效入射角θi大的角度的光成為雜散光的要因，因此最好不反射該光而使其透過棱鏡40的反射面42。因此，選擇具有與投射透鏡71的F值所對應(yīng)的最小折射率Min接近的值的折射率nt的棱鏡40，從而能夠只提高最大有效入射角θi的范圍內(nèi)的光的反射效率。也即，對圖像形成所不需要的光按照不積極進(jìn)行反射而使其排除(透過)的方式進(jìn)行控制。因此，通過選擇棱鏡40的折射率nt接近投射透鏡71的F值所對應(yīng)的最小折射率Min的值，從而能夠發(fā)揮出光的反射功能與過濾功能這兩個作用。
對照圖3，對棱鏡40所需要的最小折射率Min進(jìn)行說明(設(shè)β＝45°，ni＝1.0，na＝1.0，也即設(shè)ni與na是空氣的折射率)。圖3中，在投射透鏡71的F值是“1.7”時，最大有效入射角θi為“17.10°”。也即，入射到投射透鏡71中的光中只有入射角為“17.10°”以內(nèi)的光，對投影在屏幕80中的圖像形成有貢獻(xiàn)，因此僅該范圍內(nèi)的光在棱鏡40的反射面42上被全反射。此時，通過前述公式所導(dǎo)出的最小折射率Min為“1.73347”。因此，在投射透鏡71的F值為“1.7”時，為了全反射所必需的棱鏡40的折射率nt就為“nt≥1.73347”。另外，圖3的表中的反射面入射角度，表示入射到棱鏡40的反射面42的光的入射角度。
同樣，在F值為“2.0”時如果折射率nt滿足“nt≥1.68289”的條件，在F值為“2.4”時如果折射率nt滿足“nt≥1.63587”的條件，在F值為“2.9”時如果折射率nt滿足“nt≥1.59597”的條件，則由投射透鏡71的F值所規(guī)定的最大有效入射角以內(nèi)的光進(jìn)行全反射。另外，棱鏡40的折射率nt的最大值可以使用至2.0017的值為止。作為具體的玻璃材料，優(yōu)選使用HOYA株式會社制TAFD25(nt＝1.90366)等。
但是，根據(jù)入射到反射面42的入射角，反射光的一部分也可能沒有朝向出射面43反射而朝向入射面41反射。本發(fā)明中，如圖2所示，由間隙區(qū)域44形成低折射率區(qū)域。一旦形成了低折射率區(qū)域，朝向入射面41反射的一部分綠色光，就由于棱鏡40的折射率nt與低折射率區(qū)域的折射率na的折射率差，不透過入射面41而是再次朝向出射面43反射。為此，即使由反射面42反射的綠色光的一部分朝向入射面41反射，也由于形成了低折射率區(qū)域而使該一部分的光返回到出射面43，從而能夠抑制光量損失的產(chǎn)生。
因此，為了形成低折射率區(qū)域，在綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間夾設(shè)隔離物45。如果夾設(shè)隔離物45并在綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間填充低折射率的介質(zhì)(折射率na的介質(zhì))，便能夠形成低折射率區(qū)域。特別是在低折射率區(qū)域是空氣層的情況下，即使不使用特別的介質(zhì)，只在綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間夾設(shè)隔離物45，就能夠形成低折射率區(qū)域。下面對低折射率區(qū)域是空氣層的情況進(jìn)行說明。
如前所述，由于綠色用光均一化部件22G使用透光性部件，因此從綠色用光均一化部件22G出射到低折射率區(qū)域的綠色光因折射率差而進(jìn)行折射。另外，由于棱鏡40也使用透光性部件，因此從低折射率區(qū)域入射到棱鏡40中的綠色光再次被折射。所以綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間的間隙管理需要嚴(yán)格進(jìn)行。這是因?yàn)?，如前所述，由于綠色光反復(fù)進(jìn)行折射，并在不同的介質(zhì)間行進(jìn)，如果不對綠色用光均一化部件22G與棱鏡40的間隙進(jìn)行嚴(yán)格管理，就會無法以規(guī)定角度進(jìn)行折射。這里，用于間隙管理的隔離物45為球形(例如小珠等)，設(shè)置在綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間的連接部分的四角。隔離物45此外還可以采用例如細(xì)長的圓柱形部件設(shè)置在綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間的端部的兩處中的結(jié)構(gòu)。
另外，綠色用均一化部件22G與棱鏡40之間的低折射率區(qū)域優(yōu)選是密封的空間。在低折射率區(qū)域是空氣層的情況下，由于該低折射率區(qū)域是短波長的綠色光(藍(lán)色光、紅色光也一樣)的通路，因此如果混入了灰塵等其他的雜質(zhì)，綠色光就有可能受到雜質(zhì)的影響。因此，為了讓綠色用光均一化部件22G與棱鏡4之間的低折射率區(qū)域處于密閉狀態(tài)，形成密封部件46。密封部件46按照將隔離物45的內(nèi)側(cè)包圍起來的方式形成，在該密封部件46的內(nèi)部形成密封空間的低折射率區(qū)域。
這里，優(yōu)選按照夾設(shè)低折射率區(qū)域的方式連結(jié)綠色用光均一化部件22G與棱鏡40。雖然也具有在隔離物45與密封部件46上使用粘合劑使綠色用光均一化部件22G與棱鏡40粘合起來的方法，但這里使用懸架部件30。適于用作懸架部件30的是透光性板狀部件，最優(yōu)選使用與綠色用光均一化部件22G以及棱鏡40同種的透光性部件(例如如同種的玻璃部件等那樣折射率相同的部件)。懸架部件30通過粘合劑等與綠色用光均一化部件22G以及棱鏡40粘合，處于將兩者連結(jié)的狀態(tài)。懸架部件30為了在與綠色用光均一化部件22G以及棱鏡40粘合的狀態(tài)下將兩者牢固地連結(jié)而被利用，但如果使用不同種類的透光性部件，則可能在例如溫度上升時，因熱膨脹系數(shù)的差而導(dǎo)致粘合面發(fā)生剝離。因此最好使用同種透光性部件。
如圖2所示，懸架部件30中的大部分成為與綠色用光均一化部件22G以及棱鏡40的粘合面。圖2中示出了1個懸架部件30，但在其相反側(cè)還粘合有同一懸架部件30。因此，由于從兩個方向?qū)⒕G色用光均一化部件22G與棱鏡40連接起來，從而連接強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)。
這里，在綠色用光均一化部件22G中行進(jìn)的綠色光，其大半入射到低折射率區(qū)域內(nèi)，但如圖4所示，還要考慮一部分綠色光入射到懸架部件30內(nèi)。如果入射到懸架部件30中的一部分綠色光泄漏到外部，該一部分綠色光便會損失，因此成為光量損失的要因。但本發(fā)明中，即使一部分綠色光入射到懸架部件30中，由于懸架部件30使用與棱鏡40相同種類的透光性部件，是高折射率。所以低折射區(qū)域的折射率與懸架部件30之間的折射率差較大，入射到懸架部件30中的一部分綠色光，被與懸架部件30的粘合面的相反面所反射。因此不會泄漏到外部，而是再次返回到棱鏡40中。
另外，圖1中對綠色光的光路彎折的液晶投影儀進(jìn)行了說明，但也可以采用藍(lán)色光或紅色光彎折的液晶投影儀。另外，還可以是并非彎折1色光的光路而是彎折2色乃至3色光的光路的液晶投影儀。另外，光源以LED為前提進(jìn)行了說明，但也可以使用例如放電燈、激光光源、EL(場致發(fā)光器件)等。
但是，在構(gòu)成為投射型顯示裝置時，棱鏡40的外部區(qū)域47，且不說置于特殊環(huán)境下的情況，通常設(shè)置在空氣中。但是，綠色用光均一化部件22G與棱鏡40之間的間隙區(qū)域44，是由隔離物45所包圍的封閉空間，因此并不一定要形成空氣層，還有可能封入所期望的介質(zhì)。例如，還可能在內(nèi)部填充光學(xué)粘合劑等作為用來調(diào)整折射率的部件。因此，在將光學(xué)粘合劑AC R220B(丸紅ケミツクス株式會社制)填充到間隙空間44內(nèi)的情況下，成像光學(xué)系統(tǒng)70的F值中的用來得到最大反射效率的棱鏡40的折射率的關(guān)系如圖5所示。
接下來，使用圖6，對使用DMD的投射型顯示裝置進(jìn)行說明。圖6中，使用DMD的投射型圖像顯示裝置，具有光源91、導(dǎo)光角控制部件92、棱鏡93、光均一化部件94、成像光學(xué)系統(tǒng)95、DMD96、投射透鏡97、以及屏幕98。其中，導(dǎo)光角控制部件92、棱鏡93、光均一化部件94、投射透鏡97、以及屏幕98，起到與前述者相同的功能。光源91是發(fā)出藍(lán)色光、綠色光、以及紅色光這3色光的光源。成像光學(xué)系統(tǒng)95是用于使光均一化部件94出射后的各色光成像到DMD96中的中繼透鏡組。DMD96是對應(yīng)1像素的微小鏡，通過對該微小鏡的傾斜方向進(jìn)行控制，來進(jìn)行光調(diào)制。
使用DMD的投射型顯示裝置中，通過控制棱鏡93的折射率，不需要形成反射膜等，就能夠反射必要的光。也即，僅由用于成像到DMD96中的成像光學(xué)系統(tǒng)95的中繼透鏡組的F值所規(guī)定的最大有效入射角以下的光有助于圖像形成，因此讓棱鏡93具有選擇性地僅使該光全反射的折射率。另外，將棱鏡93的折射率抑制在光量損失允許的范圍內(nèi)。通過適當(dāng)控制棱鏡93的折射率，不需要在棱鏡93中形成反射膜，就能夠進(jìn)行全反射，并且能夠抑制光量損失。另外，投射型顯示裝置并不限于使用DMD的，還能夠使用反射型液晶顯示器件等任意的投射型顯示裝置。
(圖像顯示裝置)下面對照附圖，對本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的圖像顯示裝置進(jìn)行說明。圖7為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的相關(guān)圖像顯示裝置100的圖。
如圖7所示，圖像顯示裝置100具有投射透鏡180，將投射透鏡180所放大的圖像顯示在屏幕200上。
另外，第2實(shí)施方式中，對圖像顯示裝置100作為3片式投影儀進(jìn)行了說明，但并不僅限于此。例如圖像顯示裝置100還可以是單片式的投影儀，還可以是背投式電視。另外，圖像顯示裝置100還可以是照相機(jī)等中所使用的取景顯示器。
下面對照附圖，對圖像顯示裝置之構(gòu)成進(jìn)行說明。圖8為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的圖像顯示裝置100之構(gòu)成的圖。另外，圖8中只記載了本發(fā)明相關(guān)的構(gòu)成，但圖像顯示裝置100當(dāng)然還具有其他光學(xué)部件(例如中繼透鏡等)。
如圖8所示，圖像顯示裝置100，具有多個光源110(光源110r、光源110g、光源110b)、多個錐形柱120(錐形柱120r、錐形柱120g、錐形柱120b)、多個導(dǎo)光部件130(導(dǎo)光部件130r、導(dǎo)光部件130g、導(dǎo)光部件130b)、多個液晶面板140(液晶面板140r、液晶面板140g、液晶面板140b)、三角棱鏡150、二向色棱鏡170、以及投射透鏡180。
光源110r是發(fā)出紅色光的光源，具有多個紅色LED排列而成的紅色LED陣列111r。同樣，光源110g是發(fā)出綠色光的光源，具有多個綠色LED排列而成的綠色LED陣列111g。光源110b是發(fā)出藍(lán)色光的光源，具有多個藍(lán)色LED排列而成的藍(lán)色LED陣列111b。
錐形柱120r是具有光出射面的面積大于光入射面的面積的錐形形狀，且光源110r所發(fā)出的紅色光由錐形柱120r的側(cè)面進(jìn)行反射的光學(xué)部件。
同樣，錐形柱120g是具有光出射面的面積大于光入射面的面積的錐形形狀，且光源110g所發(fā)出的綠色光由錐形柱120g的側(cè)面進(jìn)行反射的光學(xué)部件。
進(jìn)而，錐形柱120b是具有光出射面的面積大于光入射面的面積的錐形形狀，且光源110b所發(fā)出的藍(lán)色光由錐形柱120b的側(cè)面進(jìn)行反射的光學(xué)部件。
導(dǎo)光部件130r由透光性材料構(gòu)成，是具有四棱柱形狀的實(shí)心光學(xué)部件。另外，透光性材料例如是丙稀酸樹脂、聚碳酸酯樹脂等透明樹脂、玻璃等。另外，四棱柱形狀當(dāng)然包括錐形。另外，導(dǎo)光部件130r，是通過導(dǎo)光部件130r的側(cè)面(以下稱作光反射側(cè)面)對從錐形柱120r的光出射面所出射的紅色光進(jìn)行反射，并導(dǎo)入到液晶面板140r側(cè)的光學(xué)部件。
同樣，導(dǎo)光部件130g由透光性材料構(gòu)成，是具有四棱柱形狀的實(shí)心光學(xué)部件。是通過導(dǎo)光部件130g的側(cè)面(以下稱作光反射側(cè)面)對從錐形柱120g的光出射面所出射的綠色光進(jìn)行反射，并導(dǎo)入到液晶面板140g(三角棱鏡150)側(cè)的光學(xué)部件。另外，四棱柱形狀當(dāng)然包括錐形。
另外，導(dǎo)光部件130b由透光性材料構(gòu)成，是具有四棱柱形狀的實(shí)心光學(xué)部件。是通過導(dǎo)光部件130b的側(cè)面(以下稱作光反射側(cè)面)對從錐形柱120b的光出射面所出射的藍(lán)色光進(jìn)行反射，并導(dǎo)入到液晶面板140b側(cè)的光學(xué)部件。另外，四棱柱形狀當(dāng)然包括錐形。
另外，導(dǎo)光部件130r、導(dǎo)光部件130g以及導(dǎo)光部件130b具有同樣的構(gòu)成，因此根據(jù)需要將其總稱為導(dǎo)光部件130。
液晶面板140r，根據(jù)來自驅(qū)動電路(未圖示)的視頻信號，將紅色光進(jìn)行調(diào)制并出射到二向色棱鏡170。同樣，液晶面板140g，根據(jù)來自驅(qū)動電路(未圖示)的視頻信號，將綠色光進(jìn)行調(diào)制并出射到二向色棱鏡170，液晶面板140b，根據(jù)來自驅(qū)動電路(未圖示)的視頻信號，將藍(lán)色光進(jìn)行調(diào)制并出射到二向色棱鏡170。
三角棱鏡150由透光性材料構(gòu)成，是具有三棱柱形狀的實(shí)心光學(xué)部件，將從導(dǎo)光部件130g的光出射面所出射的綠色光的行進(jìn)方向改變并導(dǎo)入到液晶面板140g側(cè)。另外，三角棱鏡150是為了通過將光源110g所發(fā)出的綠色光的行進(jìn)方向改變來實(shí)現(xiàn)圖像顯示裝置100的小型化而設(shè)置的。
另外，在導(dǎo)光部件130g的光出射面與三角棱鏡150的光入射面之間，按照不妨礙綠色光的全反射的方式設(shè)置有空氣隙161。
另外，導(dǎo)光部件130g的光反射側(cè)面的一部分以及三角棱鏡150的光反射側(cè)面的一部分，與懸架部件160相粘合。另外，懸架部件160具有由透光性材料構(gòu)成的板狀形狀，將導(dǎo)光部件130g與三角棱鏡150懸架起來。
另外，懸架部件160由與導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150相同種類的材料構(gòu)成。
另外，第2實(shí)施方式中，“相同種類”表示材料的種類相同。例如，在導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150由透明樹脂構(gòu)成的情況下，懸架部件160也由透明樹脂構(gòu)成，在導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150由玻璃構(gòu)成的情況下，懸架部件160也由玻璃構(gòu)成。另外，導(dǎo)光部件130及三角棱鏡150的折射率可以與懸架部件160的折射率不同。
另外，關(guān)于空氣隙161的周邊構(gòu)造(也即光學(xué)部件單元)將在后面詳細(xì)說明(參照圖9與圖10)。
二向色棱鏡170，對來自液晶面板140r的紅色光、來自液晶面板140g的綠色光、以及來自液晶面板140b的藍(lán)色光進(jìn)行合成。具體的說，二向色棱鏡170將來自液晶面板140r的紅色光與來自液晶面板140b的藍(lán)色光向投射透鏡180側(cè)進(jìn)行反射。另外，二向色棱鏡170讓來自液晶面板140g的綠色光透過。
投射透鏡180使液晶面板140r、液晶面板140g、以及液晶面板140b所顯示的圖像放大后在屏幕200上顯示。具體的說，投射透鏡180將二向色棱鏡170合成后的光投射到屏幕200上。
(光學(xué)部件單元)下面對照附圖，對本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元進(jìn)行說明。圖9為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元的立體圖。另外，第2實(shí)施方式中，光學(xué)部件單元是指由導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150以及懸架160所構(gòu)成的單元。
如圖9所示，導(dǎo)光部件130具有用于光入射的光入射面131、用于光出射的光出射面132、和從光入射面131的外周的一邊連續(xù)到光出射面132的外周的一邊所設(shè)置的多個光反射側(cè)面133(光反射側(cè)面133a～光反射側(cè)面133d)。另外，光反射側(cè)面133將從光入射面131所入射的光全反射后導(dǎo)入到光出射面132。
三角棱鏡150具有用于光入射的光入射面151、用于光出射的光出射面152、和從光入射面151的外周的一邊連續(xù)到光出射面152的外周的一邊所設(shè)置的多個光反射側(cè)面153(光反射側(cè)面153a～光反射側(cè)面153d)。
這里，光入射面151的面方向，與光出射面152的面方向不同。也即，三角棱鏡150光入射的方向(光入射方向)與光出射的方向(光出射方向)不同。
另外，光反射側(cè)面153，將從光入射面151所入射的光全反射后導(dǎo)入到光出射面152。特別是，光反射側(cè)面153b是將從光入射面151所輸入的光全反射，并使光入射方向與光出射方向不同的光反射斜面。
懸架部件160具有與光反射側(cè)面133的一部分以及光反射側(cè)面153的一部分相粘合的粘合面160a，由此將懸架部件130g與三角棱鏡150懸架起來。
另外，第2實(shí)施方式中，懸架部件160由與光反射側(cè)面133a的一部分以及光反射側(cè)面153a的一部分相粘合的第1懸架部件，以及與光反射側(cè)面133c的一部分以及光反射側(cè)面153c的一部分相粘合的第2懸架部件構(gòu)成。
這里，在導(dǎo)光部件130的光出射面132與三角棱鏡150的光入射面151之間，設(shè)置有折射率比導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150的折射率低的區(qū)域，即空氣隙161。
具體的說，光出射面132的外周部的一部分以及光入射面151的外周部的一部分中，為了確?？諝庀?61的寬度，由粘合劑163粘合有小珠162。這樣，小珠162是用來形成空氣隙161的部件。
另外，小珠162例如具有通過硼硅玻璃所構(gòu)成的球形形狀，具有約20μm程度的直徑。另外，粘合劑163是通過紫外線(UV)照射就硬化的粘合劑，硬化后的折射率約為1.4～1.5(25℃)左右。并且，小珠162預(yù)先包含在粘合劑163中。
另外，含有小珠162的粘合劑163，優(yōu)選設(shè)置在光出射面132外周部的四角以及光入射面151外周部的四角中。
這樣，通過在導(dǎo)光部件130的光出射面132與三角棱鏡150的光入射面151之間設(shè)置空氣隙161，防止了從導(dǎo)光部件130的光出射面132所出射的光的一部分沒有被全反射而使光利用效率降低。例如，在沒有設(shè)置空氣隙161的情況下，有時從導(dǎo)光部件130的光出射面132出射后由三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b所反射的光的一部分，會以很大的入射角度入射到導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133。這種情況下，由于不滿足全反射條件，因此從導(dǎo)光部件130的光出射面132所出射的光的一部分，透過導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133，從而導(dǎo)致光利用效率降低。
圖10為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元的一例的圖。另外，圖10是從側(cè)面觀察光學(xué)部件單元所得到的圖。
如圖10所示，懸架部件160將導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150懸架起來。另外，懸架部件160如上所述，具有由透光性材料所構(gòu)成的板狀的形狀。
這里，懸架部件160與導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133a的一部分以及三角棱鏡150的光反射側(cè)面153a的一部分相粘合。另外，懸架部件160具有大于空氣的折射率，也即具有與導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150相同程度的折射率。
因此，如圖10所示，與懸架部件160相粘合的光反射側(cè)面133a的一部分中，從光入射面131所入射的光沒有被全反射，而透過光反射側(cè)面133a的一部分。另外，透過光反射側(cè)面133a的一部分后的光由懸架部件160的反射面160b所全反射。進(jìn)而，與懸架部件160相粘合的光反射側(cè)面153a的一部分中，由懸架部件160的反射面160b所反射的光沒有被全反射，而透過光反射側(cè)面153a的一部分。
(作用與效果)本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元中，懸架部件160與導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133的一部分以及三角棱鏡150的光反射側(cè)面153的一部分相粘合，由此將導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150懸架起來。
因此，由于懸架部件160提高了導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150的粘合強(qiáng)度，所以即使光出射面132以及光入射面151中設(shè)置含有小珠的粘合劑163的面積較小，也能夠充分確保導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150的粘合強(qiáng)度。
這樣，由于能夠縮小在光反射側(cè)面133a以及光反射側(cè)面153a中設(shè)置含有小珠162的粘合劑163的面積，因此能夠抑制粘合劑163中含有的小珠162所引起的光利用效率的降低。
另外，通過讓懸架部件160由透光性材料(透明樹脂或玻璃)構(gòu)成，由此透過懸架部件160相粘合的光反射側(cè)面133a的一部分的光，由懸架部件160的反射面160b所反射。
因此，在為了提高導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150的粘合強(qiáng)度，而設(shè)置懸架部件160的情況下，也能夠抑制懸架部件160所產(chǎn)生的光利用效率的降低。
另外，本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元，通過讓懸架部件160由與導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150相同種類的材料構(gòu)成，提高了導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133a的一部分與懸架部件160的粘合強(qiáng)度，并且提高了三角棱鏡150的光反射側(cè)面153a的一部分與懸架部件160的粘合強(qiáng)度。
因此，懸架部件160進(jìn)一步提高了導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150的粘合強(qiáng)度，所以能夠進(jìn)一步縮小在光反射側(cè)面133a與光反射側(cè)面153a中設(shè)置含有小珠162的粘合劑163的面積。
下面對照附圖，對本發(fā)明的第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，以下主要對上述第2實(shí)施方式與第3實(shí)施方式的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
具體的說，上述第2實(shí)施方式相關(guān)的懸架部件160，由透光性材料構(gòu)成，因此透過導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133a后的光，由懸架部件160的反射面160b所全反射。
與此相對，第3實(shí)施方式相關(guān)的懸架部件160中，粘合面160a是用于光反射的鏡面。另外，第3實(shí)施方式中，由于粘合面160a是鏡面，因此懸架部件160不需要特意通過透光性材料構(gòu)成，不管由什么樣的材料構(gòu)成都可以。
圖11為表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元的一例的圖。另外，圖11為從側(cè)面觀察光學(xué)部件單元所得到的圖。
如圖11所示，懸架部件160將導(dǎo)光部件130g與三角棱鏡150懸架起來。另外，懸架部件160的粘合面160a，是用于光反射的鏡面。
這里，懸架部件160與上述第2實(shí)施方式一樣，與導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133a的一部分以及三角棱鏡150的光反射側(cè)面153a的一部分相粘合。因此，假設(shè)在粘合面160a不是鏡面的情況下，通過導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133a的一部分不能進(jìn)行光反射。
另外，如圖11所示，第3實(shí)施方式中，由于懸架部件160的粘合面160a是鏡面，因此通過導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133a的一部分也可進(jìn)行光反射。
(作用與效果)本發(fā)明的第3實(shí)施方式相關(guān)的光學(xué)部件單元，通過懸架部件160的粘合面160a由鏡面構(gòu)成，從而與懸架部件160粘合的導(dǎo)光部件130的光反射側(cè)面133a的一部分，也可進(jìn)行光反射。
因此，在為了提高導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150的粘合強(qiáng)度而設(shè)置懸架部件160的情況下，也能夠抑制因懸架部件160所產(chǎn)生的光利用效率的降低。
下面對照附圖，對本發(fā)明的第4實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，以下主要對上述第2實(shí)施方式與第4實(shí)施方式的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
具體的說，上述第2實(shí)施方式中，并沒有特別觸及懸架部件160的外形，而第4實(shí)施方式中，將對懸架部件160的外形進(jìn)行說明。
(懸架部件的外形)下面對照附圖，對本發(fā)明的第4實(shí)施方式相關(guān)的懸架部件的外形進(jìn)行說明。圖12為表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式相關(guān)的懸架部件160的外形之變形例的圖。另外，圖12為表示在與懸架部件160的粘合面160a平行的投影面上的光學(xué)部件單元之形狀的圖。
另外，圖12中，與上述第2實(shí)施方式一樣，光學(xué)部件單元具有導(dǎo)光部件130、三角棱鏡150、以及用于使導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150懸架的懸架部件160。另外，在導(dǎo)光部件130的光出射面132與三角棱鏡150的光入射面151之間，設(shè)置有空氣隙161。
如圖12(a)所示，懸架部件160，在平行于懸架部件160的粘合面160a的投影面上具有長方形的形狀，懸架部件160的一部分，從三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b伸出到三角棱鏡150的外側(cè)。
這樣，由于懸架部件160的一部分伸出到三角棱鏡150的外側(cè)，因此充分確保了與三角棱鏡150相粘合的粘合面160a的面積。另外，在將光學(xué)部件單元組裝到圖像顯示裝置100的工序中，懸架部件160的一部分有時會妨礙該工序。另外，懸架部件160還有可能破損。
如圖12(b)所示，懸架部件160，在平行于懸架部件160的粘合面160a的投影面上，具有長方形的形狀，并且懸架部件160設(shè)置為不從三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b伸出到三角棱鏡150的外側(cè)。
這樣，由于懸架部件160設(shè)置為不從三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b伸出到三角棱鏡150的外側(cè)，因此將光學(xué)部件單元組裝到圖像顯示裝置100的工序變得容易，還降低了懸架部件160破損的可能性。另外，由于與三角棱鏡150相粘合的粘合面160a的面積變小，因此三角棱鏡150與懸架部件160的粘合強(qiáng)度降低。
如圖12(c)所示，懸架部件160在平行于懸架部件160的粘合面160a的投影面上，具有沿著三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b(光反射斜面)的邊160m。
這樣，由于懸架部件160具有沿著三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b(光反射斜面)的邊160m，因此充分確保了與三角棱鏡150相粘合的粘合面160a的面積。另外，將光學(xué)部件單元組裝到圖像顯示裝置100中的工序變得容易，還降低了懸架部件160破損的可能性。
如圖12(d)所示，懸架部件160，在平行于懸架部件160的粘合面160a的投影面上，具有沿著三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b(光反射斜面)的邊160m，和沿著三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b(光反射斜面)的法線a的邊160n。
因此，如圖12(d)所示，在三角棱鏡150的光入射面151側(cè)以及光出射面152側(cè)隔著空氣隙161分別設(shè)置有多個導(dǎo)光部件130的情況下，分別用于懸架各個導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150的多個懸架部件160也不會發(fā)生干擾。另外，還充分確保了與三角棱鏡150相粘合的粘合面160a的面積。
另外，邊160n只要沿著法線a，也可以不重疊在與法線a同一個線上。另外，邊160n也可以不平行于法線a。
進(jìn)而，邊160m與邊160n相交叉的部分可以帶有弧形。另外，懸架部160也可以是去掉了邊160m與邊160n相交叉的角附近的形狀。
另外，法線a優(yōu)選在平行于懸架部件160的粘合面160a的投影面上，通過從三角棱鏡150的光反射側(cè)面153b(光反射斜面)的略中央部。
如上所述，從三角棱鏡150與懸架部件160的粘合強(qiáng)度以及光學(xué)部件單元在圖像顯示裝置100中組裝的工序的容易性等觀點(diǎn)出發(fā)，懸架部件160具有如圖12(c)以及圖12(d)所示的形狀比較有效。特別是在三角棱鏡150的光入射面151側(cè)與光出射面152側(cè)中設(shè)有多個導(dǎo)光部件130的情況下，懸架部件160具有圖12(d)所示的形狀非常有效。
通過上述實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但這里所公開的一部分論述與附圖，并不應(yīng)該理解為對本發(fā)明進(jìn)行限定。根據(jù)該公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠明確各種各樣的代替實(shí)施方式、實(shí)施例以及運(yùn)用技術(shù)。
例如，上述實(shí)施方式中，導(dǎo)光部件130的光出射面132與三角棱鏡150的光入射面151之間所設(shè)置的低折射區(qū)域，是空氣所構(gòu)成的空氣隙161，但并不僅限于此。
具體的說，可以通過折射率比導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150小的透光性材料填充到空氣隙161中來構(gòu)成低折射率區(qū)域。
另外，折射率比導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150小的透光性材料，可以列舉出丙稀酸樹脂、聚碳酸酯樹脂等透明樹脂、低折射率粘合劑等。
這樣，通過將折射率比導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150小的透光性材料填充到空氣隙161中，來構(gòu)成低折射率區(qū)域，能夠防止灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入到導(dǎo)光部件130的光出射面132與三角棱鏡150的光入射面151之間。
另外，如果作為折射率比導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150小的透光性材料使用低折射率粘合劑，還能夠進(jìn)一步提高導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150的粘合強(qiáng)度。
進(jìn)而，上述實(shí)施方式中，空氣隙161設(shè)置在導(dǎo)光部件130的光出射面132與三角棱鏡150的光入射面151之間，但并不僅限于此。具體的說，空氣隙可以設(shè)置在三角棱鏡的光出射面與導(dǎo)光部件的光入射面之間。
另外，上述實(shí)施方式中，光學(xué)部件單元由導(dǎo)光部件130與三角棱鏡150構(gòu)成，但并不僅限于此。具體的說，光學(xué)部件單元可以由三角棱鏡與三角棱鏡構(gòu)成。
另外，上述實(shí)施方式中，光學(xué)部件單元具有用于將光源110g所發(fā)出的綠色光的行進(jìn)方向變更的光學(xué)部件，但并不僅限于此，還可以具有變更光源110r所發(fā)出的紅色光的行進(jìn)方向的光學(xué)部件，或具有變更光源110b所發(fā)出的藍(lán)色光的行進(jìn)方向的光學(xué)部件。進(jìn)而，光學(xué)部件單元還可以具有使多色光混合后的光的行進(jìn)方向變更的光學(xué)部件，或具有使補(bǔ)色(例如黃色)光的行進(jìn)方向變更的光學(xué)部件。
另外，上述實(shí)施方式中，作為光調(diào)制器件使用液晶面板140，但并不僅限于此，還可以使用DMD(Digital Micro Mirror Device)或反射型液晶面板作為光調(diào)制器件。
進(jìn)而，上述實(shí)施方式中，導(dǎo)光部件130是四棱柱形狀，但并不僅限于此，還可以是圓柱形狀或多邊棱柱形狀等。同樣，上述實(shí)施方式中，導(dǎo)光部件130是三棱柱形狀，但并不僅限于此，還可以是圓柱形狀或多邊棱柱形狀等。
另外，上述第2實(shí)施方式中，懸架部件160由與導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150相同的材料構(gòu)成，但并不僅限于此，還可以由與導(dǎo)光部件130以及三角棱鏡150不同種類的材料構(gòu)成。
進(jìn)而，上述實(shí)施方式中，各個光源110具有各色LED陣列，但并不僅限于此，還可以具有各色LED單體。
另外，上述實(shí)施方式中，可以對錐形柱120、導(dǎo)光部件130、三角棱鏡150、以及懸架部件160等光學(xué)部件的棱線實(shí)施倒棱加工。
進(jìn)而，上述實(shí)施方式中，三角棱鏡150通過由光反射側(cè)面153b對光進(jìn)行全反射，來變更光的行進(jìn)方向，但并不僅限于此。例如，例如三角棱鏡150可以具有將在光反射側(cè)面153b上所蒸鍍的鋁作為鏡面的構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)部件單元，由使光源所射出的光彎折后導(dǎo)入到成像光學(xué)系統(tǒng)的透光性部件構(gòu)成，上述透光性部件，具有使入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光中的、對上述成像光學(xué)系統(tǒng)的最大有效入射角以下的光全反射的折射率，上述最大有效入射角，由在上述成像光學(xué)系統(tǒng)與上述光學(xué)部件單元之間所設(shè)置的介質(zhì)即入射側(cè)介質(zhì)的折射率與上述成像光學(xué)系統(tǒng)來決定。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述透光性部件具有用于光反射的反射面，以及使上述反射面所反射的光出射的出射面；在上述透光性部件的折射率設(shè)為nt，上述透光性部件的外部區(qū)域的折射率為na，上述入射側(cè)介質(zhì)的折射率為ni，上述最大有效入射角為θi，入射到上述出射面的入射角為θr，上述反射面與上述出射面所形成的角度為β，且在與上述反射面與上述出射面雙方垂直的面內(nèi)，上述反射面中的反射角小于角度Δ的光所反射的方向設(shè)為“負(fù)向”，反射角大于角度Δ的光所反射的方向設(shè)為“正向”，上述成像光學(xué)系統(tǒng)的法線方向設(shè)為“正交方向”時，其中上述角度Δ是與入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光的光軸中心平行的方向與上述反射面的法線方向所形成的、上述反射面中的反射角中的上述垂直的面內(nèi)成分的角度，在滿足“nt＞na”以及“nt＞ni”的條件下，從上述正向入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光，在“θr＜(90-β)°”時滿足“nt×sin(sin-1((ni/nt)×sinθi)+β)/na≥sin90°”的條件；從上述正交方向入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光在“nt×sinβ/na≥sin90°”時，從上述負(fù)向入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)中的光在“θr＜β°”時，滿足“nt×sin(sin-1((ni/nt)×sinθi)-β)/na≥sin90°”的條件。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述透光性部件的折射率nt，滿足“1.59597≤nt”的條件。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件單元，其特征在于，具有第1光學(xué)部件，其具有第1光入射面、第1光出射面以及第1光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；第2光學(xué)部件，其具有第2光入射面、第2光出射面以及第2光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；低折射率區(qū)域形成部件，其與上述第1光出射面的外周部的一部分與上述第2光入射面的外周部的一部分相粘合，用于在上述第1光出射面與上述第2光入射面之間，形成折射率比上述第1光學(xué)部件以及上述第2光學(xué)部件小的低折射率區(qū)域；以及懸架部件，其具有與上述第1光反射側(cè)面的一部分以及上述第2光反射側(cè)面的一部分相粘合的粘合面，將上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件懸架；上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件中的至少一方，是光入射方向與光出射方向不同的部件；上述懸架部件，將透過上述第1光反射側(cè)面的一部分后的光進(jìn)行反射。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述懸架部件，由玻璃或透明樹脂構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述懸架部件，由與上述第1光學(xué)部件以及上述第2光學(xué)部件相同種類的材料構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述懸架部件的上述粘合面，是使透過上述第1光反射側(cè)面以及上述第2光反射側(cè)面后的光進(jìn)行反射的鏡面。
8.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述第1光學(xué)部件，是具有四棱柱形狀的導(dǎo)光部件；上述第2光學(xué)部件，是具有三棱柱形狀的三角棱鏡。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述三角棱鏡，具有使從上述第2光入射面所入射的光的行進(jìn)方向改變并將從上述第2光入射面所入射的光導(dǎo)入到上述第2光出射面?zhèn)鹊墓夥瓷湫泵?，上述懸架部件，具有在平行于上述粘合面的投影面上沿著上述光反射斜面的邊?br> 10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)部件單元，其特征在于上述懸架部件，具有在平行于上述粘合面的上述投影面上沿著上述光反射斜面的法線的邊。
11.一種光學(xué)部件單元，其特征在于，具有第1光學(xué)部件，其具有第1光入射面、第1光出射面以及第1光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；第2光學(xué)部件，其具有第2光入射面、第2光出射面以及第2光反射側(cè)面，由透光性材料構(gòu)成；低折射率區(qū)域形成部件，其與上述第1光出射面的外周部的一部分以及上述第2光入射面的外周部的一部分相粘合，用于在上述第1光出射面與上述第2光入射面之間，形成折射率比上述第1光學(xué)部件以及上述第2光學(xué)部件小的低折射率區(qū)域；以及懸架部件，其具有與上述第1光反射側(cè)面的一部分以及上述第2光反射側(cè)面的一部分相粘合的粘合面，將上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件懸架；上述第1光學(xué)部件與上述第2光學(xué)部件中的至少一方，是光入射方向與光出射方向不同的部件；上述懸架部件，使透過上述第1光反射側(cè)面的一部分后的光進(jìn)行反射。
12.一種圖像顯示裝置，具有權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件單元。
13.一種圖像顯示裝置，具有權(quán)利要求11所述的光學(xué)部件單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)部件單元，其由使光源所射出的光彎折后導(dǎo)入到成像光學(xué)系統(tǒng)的透光性部件構(gòu)成，其中，上述透光性部件，具有使入射到上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光中的、對上述成像光學(xué)系統(tǒng)的最大有效入射角以下的光全反射的折射率，上述最大有效入射角，由在上述成像光學(xué)系統(tǒng)與上述光學(xué)部件單元之間所設(shè)置的介質(zhì)即入射側(cè)介質(zhì)的折射率與上述成像光學(xué)系統(tǒng)來決定。
文檔編號G02B5/00GK101067666SQ20071010089
公開日2007年11月7日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者橫手惠纮, 池田貴司, 關(guān)口裕士, 遠(yuǎn)藤勝己 申請人:三洋電機(jī)株式會社, 富士能佐野株式會社