專利名稱：照明光學(xué)系和具有其的圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明光學(xué)系和具有其的圖像顯示裝置，例如適合于投影儀的照明光學(xué)系和具有其的圖像顯示裝置，該投影儀使從光源系射出的光束入射到使用液晶板等的光閥(圖像顯示元件)，由此進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)投射光學(xué)系(投射透鏡)將調(diào)制后的光束放大投射到投射面(屏幕面)上。
背景技術(shù)：
過(guò)去，提出有多種由投射透鏡將使用液晶光閥等相應(yīng)于圖像信息而調(diào)制的光束放大投射到屏幕等的構(gòu)成的投影儀(例如美國(guó)US2002/140905、日本特開(kāi)2001-201794號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)2001-221988號(hào)公報(bào))。作為這樣的投影儀，投射到屏幕的圖像整體具有接近均勻的亮度很重要。
圖8為過(guò)去用于投影儀的照明光學(xué)系的說(shuō)明圖。在圖8中，具有光源系100、光學(xué)積分器200、及光學(xué)系600；該光源系100用反射器102等對(duì)從光源101朝所有方向發(fā)出的光束進(jìn)行聚光后朝前方射出；該光學(xué)積分器200包含根據(jù)來(lái)自光源系100的光束形成多個(gè)光源像的2維地配置了微小透鏡的第1積分器201和第2積分器202；該光學(xué)系600分別對(duì)來(lái)自光學(xué)積分器200的多個(gè)光束進(jìn)行聚光后重疊地照明作為被照明面的光閥400。
在圖8中，為了容易說(shuō)明，僅示出用于說(shuō)明照明光學(xué)系的功能的主要構(gòu)成要素。
在圖8所示照明光學(xué)系中，光源系100具有光源101和反射器102，光學(xué)積分器200由2維地配置微小透鏡的第1積分器201和第2積分器202構(gòu)成。光學(xué)系600由聚光透鏡601構(gòu)成。
從光源101射出的放射狀的光束由反射器102反射，作為大體平行的光線束射出。第1積分器201根據(jù)來(lái)自光源系100的光束在第2積分器202的近旁形成多個(gè)光源像(2次光源像)。另一方面，第1積分器201的各透鏡元件(微小光學(xué)元件)關(guān)于第2積分器202和聚光透鏡601與作為被照明面的光閥400共軛，各透鏡元件由聚光透鏡601重疊地成像到光閥400。
近年的投影儀的具有紅、綠、藍(lán)用的3個(gè)光閥的構(gòu)成為主流，需要與其同時(shí)使用分色鏡等分色光學(xué)系對(duì)來(lái)自1個(gè)光源的光進(jìn)行分色，照明各色的光閥。此時(shí)，在使用具有2維地配置的微小透鏡(在縱向和橫向都具有光焦度的透鏡，即通常的透鏡)的積分器的圖8那樣的構(gòu)成中，投影到屏幕的圖像產(chǎn)生顏色不均。因此，在日本特開(kāi)平06-075200號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了這樣的構(gòu)成，該構(gòu)成如圖18所示那樣，即由柱形透鏡群501-a、柱形透鏡群502-a構(gòu)成，由場(chǎng)透鏡503在液晶板507上重合從第2透鏡陣列出射的光束，照明液晶板，從而減少顏色不均的發(fā)生。
然而，在專利文獻(xiàn)4所述的構(gòu)成中，關(guān)于柱形透鏡群501-a、柱形透鏡群502-a不具有光焦度的方向不能實(shí)現(xiàn)光量的均勻化，所以，在液晶板507上產(chǎn)生照度不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的透鏡陣列具有沿預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件；其中關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)的光焦度相互不同。
另外，本發(fā)明的照明光學(xué)系具有上述透鏡陣列。
另外，本發(fā)明的另一方面的照明光學(xué)系由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其中具有第1分光單元和照度不均減輕單元；該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；該照度不均減輕單元減輕在該被照明面上的照度不均。
另外，本發(fā)明的另一方面的照明光學(xué)系由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其中具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；在這里，關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的光焦度相互不同。
另外，本發(fā)明的另一方面的照明光學(xué)系由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其中具有第1分光單元和第2分光單元；該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；該第2分光單元包含在上述預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第2微小光學(xué)元件，該多個(gè)第2微小光學(xué)元件與該多個(gè)光束分別對(duì)應(yīng)地排列；在這里，關(guān)于與該預(yù)定的排列方向垂直的方向，該多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的光焦度相互不同和/或該多個(gè)第2微小光學(xué)元件中的2個(gè)第2微小光學(xué)元件的光焦度相互不同。
另外，本發(fā)明的另一方面的照明光學(xué)系由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其中具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；在這里，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的近軸焦距為fx1，則上述第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)為1/fx1≠0。
另外，本發(fā)明的另一方面的照明光學(xué)系由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其中具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；
在這里，具有光偏轉(zhuǎn)單元，當(dāng)設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向、上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向、與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向時(shí)，該光偏轉(zhuǎn)單元配置在上述第1分光單元與上述被照明面之間，使光僅朝上述X方向偏轉(zhuǎn)；該光偏轉(zhuǎn)元件至少具有1個(gè)棱鏡。
另外，本發(fā)明的圖像顯示裝置具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自上述光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的上述照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的要部截面圖。
圖2為與圖1的紙面垂直方向的要部截面圖。
圖3為用于本發(fā)明的實(shí)施例1的照明光學(xué)系的光學(xué)積分器的透視圖。
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例2的要部截面圖。
圖5為與圖4的紙面垂直方向的要部截面圖。
圖6為本發(fā)明的被照明面的XZ面內(nèi)照度分布的示意圖。
圖7為對(duì)積分器的各光學(xué)構(gòu)件顯示圖6的本發(fā)明的被照明面的XZ面內(nèi)照度分布的示意圖。
圖8為過(guò)去的照明光學(xué)系的構(gòu)成圖。
圖9為比較例的非對(duì)稱的照明光學(xué)系的要部截面圖。
圖10為與圖9的紙面垂直方向的要部截面圖。
圖11為用于比較例的非對(duì)稱光學(xué)系的光學(xué)積分器的透視圖。
圖12為由比較例的非對(duì)稱的照明光學(xué)系獲得的被照明面的亮度分布的示意圖。
圖13為由比較例的非對(duì)稱的照明光學(xué)系獲得的被照明面的亮度分布的示意圖。
圖14為本發(fā)明的實(shí)施例3的要部示意圖。
圖15為本發(fā)明的實(shí)施例4的要部示意圖。
圖16為本發(fā)明的偏光變換元件的說(shuō)明圖。
圖17A為本發(fā)明的圖像顯示裝置的實(shí)施例5的積分器的構(gòu)成圖(在XY平面的截面圖)。
圖17B為本發(fā)明的圖像顯示裝置的實(shí)施例5的積分器的構(gòu)成圖(在XZ平面的截面圖)。
圖18為過(guò)去例子的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
歸納本實(shí)施例，可如以下那樣記載。
本實(shí)施例的透鏡陣列具有沿預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件；其中關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向(雖然為圖1、2、3中的X方向，但也可改寫(xiě)為XZ平面，即與上述預(yù)定的排列方向垂直的平面)，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)的光焦度相互不同。換言之，意味著多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的一部分(也可為1個(gè))的與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向的光焦度與其它第1微小光學(xué)元件的與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向的光焦度不同。
在這里，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件僅排列到上述預(yù)定的排列方向。另外，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的關(guān)于上述排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相同。另外，所有上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件的關(guān)于上述排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相同(焦距的最大值與最小值的差在關(guān)于第1微小光學(xué)元件的排列方向相關(guān)的焦距的平均值的5％或其以內(nèi)，或最大值的3％或其以內(nèi))。另外，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)的關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向的光焦度實(shí)質(zhì)為0(也可改稱為沒(méi)有光焦度或焦距無(wú)限大)。在這里，與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向指相對(duì)上述預(yù)定的排列方向和通過(guò)上述透鏡陣列的光束的主光線兩者實(shí)質(zhì)上垂直的方向。換言之，上述第1微小光學(xué)元件具有縱向和橫向，與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向?yàn)橄鄬?duì)上述預(yù)定的排列方向和上述縱向的兩者實(shí)質(zhì)上垂直的方向。
在這里，本實(shí)施例的照明光學(xué)系具有上述那樣的透鏡陣列，通過(guò)上述透鏡陣列將來(lái)自光源的光束引導(dǎo)至上述被照明面地構(gòu)成。
另外，本發(fā)明的另一方面的照明光學(xué)系具有第1分光單元，由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；該第1分光單元具有在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；其中具有減輕在該被照明面上的照度不均的照度不均減輕單元。
另外，本發(fā)明的另一方面的照明光學(xué)系具有第1分光單元，由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；該第1分光單元具有在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；其中關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的光焦度相互不同。
在這里，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件僅排列到上述預(yù)定的排列方向。另外，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的至少2個(gè)關(guān)于上述預(yù)定的排列方向具有大體相同大小的光焦度。另外，上述第1分光單元由上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件構(gòu)成。另外，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)的關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向的光焦度實(shí)質(zhì)為0。
在這里，具有偏光變換元件，該偏光變換元件具有沿上述預(yù)定的排列方向排列的多個(gè)遮光區(qū)域，將從上述第1分光單元射出的光變換成預(yù)定的直線偏振光。另外，具有偏光變換元件，該偏光變換元件具有沿上述預(yù)定的排列方向排列的多個(gè)偏光分離面，將從上述第1分光單元出射的光變換成預(yù)定的直線偏振光。
另外，本實(shí)施例的另一方面的照明光學(xué)系具有第1分光單元和第2分光單元；該第1分光單元具有在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；該第2分光單元具有在上述預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第2微小光學(xué)元件，該多個(gè)第2微小光學(xué)元件與該多個(gè)光束分別對(duì)應(yīng)地排列；其中關(guān)于與該預(yù)定的排列方向垂直的方向，該多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的光焦度相互不同和/或該多個(gè)第2微小光學(xué)元件中的2個(gè)第2微小光學(xué)元件的光焦度相互不同。
在這里，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件的關(guān)于上述排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相同，上述多個(gè)第2微小光學(xué)元件的關(guān)于上述排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相同。另外，具有偏光變換元件，該偏光變換元件具有沿上述預(yù)定的排列方向排列的多個(gè)遮光區(qū)域，將從上述第2分光單元射出的光變換成預(yù)定的直線偏振光。
在這里，上述照明光學(xué)系的與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向?yàn)橄鄬?duì)上述預(yù)定的排列方向和上述照明光學(xué)系的光軸兩者實(shí)質(zhì)上垂直的方向。換言之，與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向?yàn)橄鄬?duì)上述預(yù)定的排列方向和通過(guò)上述第1分光單元的光束的主光線兩者實(shí)質(zhì)上垂直的方向，或者說(shuō)，上述第1微小光學(xué)元件具有縱向和橫向，與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向?yàn)橄鄬?duì)上述預(yù)定的排列方向和上述縱向的兩者實(shí)質(zhì)上垂直的方向。
另外，本實(shí)施例的另一方面的照明光學(xué)系，具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其中在由上述第1分光單元分光獲得的多個(gè)光束的光路中的至少1個(gè)具有減輕在該被照明面上的照度不均的照度不均減輕單元。
在這里，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的近軸焦距為fx1，則上述第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)為1/fx1≠0。
另外，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的近軸焦距為fx1，則上述第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)為1/fx1＝0。
另外，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件在包含上述Y方向和上述Z方向的YZ平面內(nèi)的近軸焦距為fy1，則上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件的fy1實(shí)質(zhì)上相等。
另外，具有第2分光單元，該第2分光單元包含在上述預(yù)定的排列方向1維地排列的、與上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件對(duì)應(yīng)的多個(gè)第2微小光學(xué)元件，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件的關(guān)于上述預(yù)定的排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相等，上述多個(gè)第2微小光學(xué)元件的關(guān)于上述預(yù)定的排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相等。在這里，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第2微小光學(xué)元件在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的近軸焦距為fx2，則上述第2微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)為1/fx2≠0。
在這里，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第2微小光學(xué)元件在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的近軸焦距為fx2，則上述第2微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)為1/fx2＝0。
另外，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第2微小光學(xué)元件在包含上述Y方向和上述Z方向的YZ平面內(nèi)的近軸焦距為fy2，則上述多個(gè)第2微小光學(xué)元件的fy2實(shí)質(zhì)上相等。
另外，本實(shí)施例的另一方面的照明光學(xué)系設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，在包含上述Y方向和上述Z方向的YZ平面內(nèi)將由上述第1分光單元分光的多個(gè)光束重疊地照射到上述被照明面，上述照度不均減輕單元減輕在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面或與其平行的平面內(nèi)的上述被照明面的照度不均。
另外，在本實(shí)施例的另一方面的照明光學(xué)系中，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的各光學(xué)構(gòu)件的近軸焦距為fx，在由上述第1分光單元分光獲得的多個(gè)光束從上述第1分光單元到達(dá)上述被照明面的各光路中，設(shè)存在的所有的光學(xué)構(gòu)件的近軸焦距fx的倒數(shù)的總和為fxsum＝∑(1/fx)則至少1個(gè)光路的fxsum的值與不同光路的fxsum的值不同。
在這里，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，則在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)具有形成壓縮光束的無(wú)焦系的光學(xué)系。
另外，設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，具有第1光學(xué)元件，該第1光學(xué)元件配置在上述多個(gè)光束中的一部分光束的光路內(nèi)，具有在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的光焦度。
另外，設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，具有第1光學(xué)元件和第2光學(xué)元件；該第1光學(xué)元件配置在上述多個(gè)光束中的一部分光束的光路內(nèi)，具有在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的光焦度；該第2光學(xué)元件配置在上述多個(gè)光束中的與上述一部分的光束不同的光束的光路內(nèi)，上述XZ平面內(nèi)的光焦度與上述第1光學(xué)元件的光焦度不同。
另外，具有光偏轉(zhuǎn)單元，當(dāng)設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向、上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向、與上述Y方向和Z方向垂直的方向?yàn)閄方向時(shí)，該光偏轉(zhuǎn)單元配置在上述第1分光單元與上述被照明面之間，使光僅朝上述X方向偏轉(zhuǎn)；該光偏轉(zhuǎn)元件至少具有1個(gè)棱鏡。在這里，上述光偏轉(zhuǎn)元件為上述光源側(cè)為平面、上述被照明面?zhèn)葹橥剐蔚睦忡R。另外上述光偏轉(zhuǎn)元件為上述光源側(cè)為平面、在上述被照明面?zhèn)染哂?個(gè)凸部的形狀的棱鏡。另外，上述光偏轉(zhuǎn)元件為上述光源側(cè)為凸形、上述被照明面?zhèn)葹榘夹蔚睦忡R。另外，上述光偏轉(zhuǎn)元件由多個(gè)棱鏡構(gòu)成。另外，上述光偏轉(zhuǎn)元件沒(méi)有光焦度。另外，上述光偏轉(zhuǎn)元件沒(méi)有焦距。另外，上述光偏轉(zhuǎn)元件減輕在上述被照明面的照度不均勻地使光束偏轉(zhuǎn)。
在這里，具有第2分光單元，該第2分光單元包含在上述預(yù)定的排列方向1維地排列的、與上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件對(duì)應(yīng)的多個(gè)第2微小光學(xué)元件，上述光偏轉(zhuǎn)元件配置在上述第1分光單元與上述第2分光單元之間。
另外，本實(shí)施例的圖像顯示裝置具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的上述任一照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。
本實(shí)施例的另一方面的圖像顯示裝置具有多個(gè)圖像形成元件，使用來(lái)自光源的光束照明上述多個(gè)圖像形成元件的上述任一個(gè)照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述多個(gè)圖像形成元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系；其中上述照明光學(xué)系具有將來(lái)自上述光源的光分離成與上述多個(gè)圖像形成元件對(duì)應(yīng)的多色光的顏色分離光學(xué)系，上述顏色分離光學(xué)系的顏色分離平面實(shí)質(zhì)上與上述排列方向垂直。
本實(shí)施例的另一方面的圖像顯示裝置具有多個(gè)圖像形成元件，使用來(lái)自光源的光束照明上述多個(gè)圖像形成元件的上述任一個(gè)照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述多個(gè)圖像形成元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系；其中上述照明光學(xué)系具有將來(lái)自上述光源的光分離成與上述多個(gè)圖像形成元件對(duì)應(yīng)的多色光的顏色分離光學(xué)系，上述顏色分離光學(xué)系具有的顏色分離平面實(shí)質(zhì)上與上述排列方向平行。在這里，上述顏色分離面為分色面和/或偏光分離面。
下面，根據(jù)附圖具體地詳細(xì)說(shuō)明上述實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1為具有本發(fā)明的照明光學(xué)系的圖像顯示裝置的實(shí)施例1的要部截面圖，圖2為含照明光學(xué)系的光軸La的與紙面垂直方向的要部截面圖。圖3為圖1的一部分的透視圖。在圖1、圖2中，將座標(biāo)軸的Z軸設(shè)在光軸方向，將Y軸(柱形透鏡的排列方向)設(shè)在與Z軸直交的紙面內(nèi)方向，將與Z軸直交、垂直于紙面的方向設(shè)為X軸。因此，圖1為YZ平面，圖2為XZ平面。
在圖1～圖3中，符號(hào)100為光源系，符號(hào)101為光源，符號(hào)102為反射器，符號(hào)200為光學(xué)積分器，符號(hào)201為第1積分器，符號(hào)202為第2積分器，符號(hào)203為分布修正透鏡，符號(hào)300為光學(xué)系，符號(hào)301為聚光透鏡，符號(hào)302為第1光束壓縮透鏡，符號(hào)303為第2光束壓縮透鏡，符號(hào)400為被照射面(光閥)，符號(hào)PL為投射透鏡，符號(hào)S為屏幕，符號(hào)11為照明單元，符號(hào)12為分光器，符號(hào)13為反射型液晶顯示板，符號(hào)14為投射透鏡，符號(hào)15為屏幕。在這里，來(lái)自具有光源101和反射器102的光源系100的光依次通過(guò)光學(xué)積分器200和光學(xué)系300引導(dǎo)至反射型或透射型的光閥(具有被照明面的光閥)400，該光學(xué)積分器200包含第1積分器(第1分光單元)201和圖3所示形狀構(gòu)成的第2積分器(第2分光單元)202，該光學(xué)系300包含第1光束壓縮透鏡302、聚光透鏡301、第2光束壓縮透鏡303。由投射透鏡PL將基于光閥400的圖像信息投射到屏幕S上。以下將第1、第2積分器稱為“積分器”。光源101可適用鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、超高壓水銀燈等。
第1積分器(第1分光單元)201為如圖11所示的積分器那樣沿Y方向排列多個(gè)作為第1微小光學(xué)元件的柱形透鏡A′、B′、C′、D′、E′的構(gòu)成。
第2積分器(第2分光單元)202為如圖3所示那樣由沿Y方向排列在X方向和Y方向光焦度不同的多個(gè)作為第2微小光學(xué)元件的光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E的構(gòu)成。在這里，光學(xué)構(gòu)件A、E由僅在Y方向具有光焦度的柱形透鏡形成，光學(xué)構(gòu)件B、C、D由X方向和Y方向的光焦度不同的復(fù)曲面透鏡構(gòu)成。
也可由復(fù)曲面透鏡構(gòu)成所有光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E，或相反地使光學(xué)構(gòu)件A、B、D、E為柱形透鏡，僅使光學(xué)構(gòu)件C為復(fù)曲面透鏡。另外，在本實(shí)施例中，示出第2積分器202由5個(gè)光學(xué)構(gòu)件組成的場(chǎng)合，但光學(xué)構(gòu)件的數(shù)量為幾個(gè)都可。
另外，光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E的Y軸方向(包含Y軸和Z軸的YZ平面內(nèi))的光焦度最好相等。當(dāng)然，也可存在一些不同，但2個(gè)透鏡的焦距的差最好在該2個(gè)透鏡的一方的焦距的10％或其以內(nèi)，在3％或其以內(nèi)最更理想。
在本實(shí)施例中，第2積分器202構(gòu)成減輕光閥400的照度不均的照度不均減輕單元。
第1光束壓縮透鏡302和第2光束壓縮透鏡303由僅在圖2的XZ面內(nèi)具有光焦度的柱形透鏡構(gòu)成，使來(lái)自光源系100的光束的截面形狀(XY面內(nèi)形狀)與光閥400的被照射面的形狀對(duì)應(yīng)。在本實(shí)施例中，使光束僅朝X方向縮小。
聚光透鏡301由僅在圖1的YZ面內(nèi)具有光焦度的柱形透鏡構(gòu)成。也可在光學(xué)積分器200與光學(xué)系300之間配置偏光變換元件，由具有預(yù)定的偏光方位的光束照明設(shè)于光閥400的液晶板。
在圖1所示的包含第1、第2積分器201、202的各透鏡的排列方向的YZ截面內(nèi)，來(lái)自光源系100的光束(平行光束)入射到第1積分器201，由第1積分器201聚光，入射到第2積分器202。
然后，在第2積分器202的出射面或其近旁形成多個(gè)2次光源像。來(lái)自該多個(gè)2次光源像的各光束由光學(xué)系300重疊地照射在被照射面(光閥)400上。為此，在YZ截面內(nèi)，光閥400上的照度分布大體均勻。
而在圖2所示包含與第1、第2積分器201、202的各透鏡的排列方向直交的方向的XZ截面內(nèi)，例如當(dāng)按照過(guò)去那樣使第1、第2積分器201、202都由排列了多個(gè)柱形透鏡的構(gòu)成形成時(shí)，來(lái)自光源系100的光束即使通過(guò)第1、第2積分器201、202，也由于第1、第2積分器201、202沒(méi)有光焦度，所以，不形成多個(gè)2次光源像。
因此，來(lái)自多個(gè)2次光源像的光束不由光學(xué)系300重疊在光閥400上。為此，難以使光閥400上的照度分布均勻。為此，在本發(fā)明中，使第2積分器202的光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E中的1個(gè)或其以上的光學(xué)構(gòu)件為在X方向具有曲率的復(fù)曲面透鏡，使XZ截面的光閥400上的照度分布均勻。
另外，在本實(shí)施例中，在由第1積分器201分光(分成5份)、到達(dá)光閥400的各光路(5個(gè)光路)中，至少在1個(gè)光路具有朝與第1積分器201的光學(xué)構(gòu)件的排列方向直交的方向(X方向)使光聚光或發(fā)散的照度不均減輕單元(球面透鏡、非球面透鏡、棱鏡等)，從而可減輕由非對(duì)稱的照明光學(xué)系產(chǎn)生的光閥400上的亮度分布的不均，獲得更均勻的分布。
下面說(shuō)明本實(shí)施例的第2積分器202的形狀和光學(xué)的特征。
過(guò)去的光學(xué)積分器僅由多個(gè)柱形透鏡構(gòu)成。而本實(shí)施例的光學(xué)積分器將其一部分的光學(xué)構(gòu)件形成在與排列方向(Y方向)直交的方向(X方向)具有曲率半徑的復(fù)曲面形狀(復(fù)曲面透鏡)。具體地說(shuō)，如上述那樣，第2積分器202具有5個(gè)光學(xué)構(gòu)件，當(dāng)從上將各光學(xué)構(gòu)件設(shè)為A、B、C、D、E時(shí)，使3個(gè)光學(xué)構(gòu)件B、C、D形成為在與構(gòu)成第2積分器202的多個(gè)光學(xué)構(gòu)件的排列方向(Y方向)和包含第2積分器202的照明光學(xué)系的光軸La兩者直交的截面方向(X方向)具有相互不同的光焦度(不為0)的形狀。由該構(gòu)成實(shí)現(xiàn)光閥(被照明面)400上的亮度的均勻化。
特別是在本實(shí)施例中，通過(guò)如上述那樣確定第2積分器的構(gòu)成，從而可減輕由過(guò)去的非對(duì)稱的照明光學(xué)系產(chǎn)生的光閥400上的亮度分布的不均，獲得更均勻的分布。
下面說(shuō)明該理由。首先，在第1積分器和第2積分器采用圖11記載的那樣的具有柱形透鏡A′～E′的積分器，進(jìn)行構(gòu)成圖9、圖10記載的那樣的照明光學(xué)系的場(chǎng)合與本實(shí)施例的比較。圖9、圖10示出構(gòu)成該比較例的照明光學(xué)系的相互直交的2個(gè)截面。
圖9為平行于光學(xué)積分器200的各透鏡的排列方向(Y方向)的截面(YZ面)，光學(xué)系300包括僅在Y方向具有聚光力的聚光透鏡301、第1光束壓縮透鏡302、及第2光束壓縮透鏡303。第1光束壓縮透鏡302和第2光束壓縮透鏡303在圖9的截面沒(méi)有光焦度，可僅作為玻璃塊處理。另外，第1積分器201、第2積分器202、及聚光透鏡301都由僅在圖9的截面具有光焦度的柱形透鏡構(gòu)成。
圖10為與圖9直交的方向的截面(XZ面)。在圖10中，光學(xué)積分器200和聚光透鏡301沒(méi)有光焦度。另一方面，第1光束壓縮透鏡302和第2光束壓縮透鏡303構(gòu)成按一定的光瞳倍率壓縮平行光并射出的大體無(wú)焦系地配置。因此，從光源系100射出的大體平行的光束由第1光束壓縮透鏡302和第2光束壓縮透鏡303壓縮后，再次作為大體平行光束到達(dá)光閥400進(jìn)行照明。
這樣，作為第1積分器、第2積分器，采用記載于圖11的那樣的積分器，在采用圖9、圖10那樣的構(gòu)成的照明光學(xué)系的場(chǎng)合，在液晶板507上的照度分布成為圖12記載的那樣的照度分布。這是由于從光源系100射出的光束的強(qiáng)度分布不均勻和光束壓縮透鏡302、303的像差的影響的原因，一般具有圖12所示那樣的由3個(gè)平緩的山構(gòu)成的分布。
在該比較例那樣的非對(duì)稱的照明光學(xué)系(即第1積分器和第2積分器都僅由柱形透鏡構(gòu)成的那樣的光學(xué)系)中使用的光學(xué)積分器如圖11那樣為排列多個(gè)柱形透鏡A′、B′、C′、D′、E′的柱形透鏡陣列CL，在被照明面中，成為圖12所示那樣的亮度的分布。當(dāng)從上設(shè)圖11的5個(gè)構(gòu)成透鏡為A′、B′、C′、D′、E′時(shí)，通過(guò)各透鏡的光束在光閥400的X方向的光量分布如圖13所示。通過(guò)所有透鏡的光束的光量分布在兩端的附近具有亮度的峰值，該峰值重合，形成圖12的兩端的峰值。此時(shí)與光學(xué)積分器具有的多個(gè)透鏡的排列方向(Y方向)直交的XZ截面即圖10的截面的各透鏡A′、B′、C′、D′、E′的焦距無(wú)限大。
換言之，在所有的透鏡A′、B′、C′、D′、E′中，圖10的截面即與多個(gè)透鏡的排列方向(Y方向)(與照明光學(xué)系的光軸La兩者)直交的XZ截面的各透鏡的焦距fx的倒數(shù)的1/fx為0。另外，如在所有的透鏡A′、B′、C′、D′、E′中，如1/fx大體相等，則成為與圖3同樣的偏移的光量分布的可能性高。
在通過(guò)各透鏡A′、B′、C′、D′、E′的光束在光閥400上的光量分布中，存在于兩端的大體對(duì)稱的位置的2個(gè)亮度的峰值的主要原因?yàn)閳D10所示截面的透鏡系的像差，但該峰值的位置可通過(guò)使位于與透鏡A′～E′對(duì)應(yīng)的各光路上的各光學(xué)構(gòu)件的∑(1/fx)成為相互不同的值而調(diào)整。因此，在本實(shí)施例中，通過(guò)最佳地調(diào)整各光路的∑(1/fx)的值，使從各光學(xué)構(gòu)件A～E到被照明面400的光束的光量分布的兩端峰值的位置相互錯(cuò)開(kāi)，從而可使被照明面400的整體的光量分布平坦化。
圖6、圖7關(guān)于光學(xué)構(gòu)件B、C、D的光路，設(shè)fx為有限的值，最佳地調(diào)整了∑(1/fx)，兩端的峰值的位置如圖7所示那樣隨光路產(chǎn)生偏移。結(jié)果，獲得了圖6那樣的不均較少的分布。
如以上那樣，在本實(shí)施例中，當(dāng)設(shè)與積分器的各光學(xué)構(gòu)件的排列方向直交的截面(XZ截面)中的各光學(xué)構(gòu)件的近軸焦距為fx時(shí)，在由該第1積分器201分光、到達(dá)被照明面400的各光路中，在至少1個(gè)光路中改變存在的所有光學(xué)構(gòu)件的fx的倒數(shù)的總和∑(1/fx)可降低在非對(duì)稱的照明光學(xué)系中產(chǎn)生的光閥400上的亮度分布的不均，獲得更均勻的分布。
在圖1中，使第2積分器202的5個(gè)光學(xué)構(gòu)件中的圖2所示光學(xué)構(gòu)件B、C、D為關(guān)于與光學(xué)構(gòu)件的排列方向(Y方向)直交的方向(X方向)具有相互不同的光焦度的復(fù)曲面形狀的光學(xué)構(gòu)件(透鏡)，但不限于此。例如，第2積分器202的5個(gè)光學(xué)構(gòu)件也可全部具有關(guān)于與排列方向直交的方向相互不同的光焦度(包含0)。另外，第2積分器202的5個(gè)光學(xué)構(gòu)件中關(guān)于與排列方向(Y方向)直交的方向(X方向)具有不為0的相互不同的光焦度的光學(xué)構(gòu)件可為任何的光學(xué)構(gòu)件，例如在圖3中可為光學(xué)構(gòu)件A、B、C，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、B、D，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、B、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、C、D，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、C、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、D、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件B、C、D，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件B、C、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件B、D、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件C、D、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、B，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、C，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、D，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件B、C，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件B、D，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件B、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件C、D，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件C、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件D、E，或僅為光學(xué)構(gòu)件A，或僅為光學(xué)構(gòu)件B，或僅為光學(xué)構(gòu)件C，或僅為光學(xué)構(gòu)件D，或僅為光學(xué)構(gòu)件E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、B、C、D，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、B、C、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、B、D、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件A、C、D、E，或?yàn)楣鈱W(xué)構(gòu)件B、C、D、E。在這里，最好具有多個(gè)的光學(xué)構(gòu)件中的至少1個(gè)的與光學(xué)構(gòu)件的排列方向(Y方向)直交的方向(X方向)的光焦度大體為0。另外，光學(xué)構(gòu)件不限于5個(gè)，只要為3個(gè)或其以上，則為幾個(gè)都行。
另外，包含在與排列方向直交的方向(X方向)具有光焦度的光學(xué)構(gòu)件地構(gòu)成的積分器不限于為第2積分器，也可為第1積分器，另外，也可為第1積分器和第2積分器都包含在與排列方向直交的方向具有光焦度的光學(xué)構(gòu)件的那樣的構(gòu)成。
另外，與實(shí)施例1的光學(xué)構(gòu)件B、C、D的排列方向直交的方向(X方向)的光焦度不一定需要為相互不同的值，也可為相同的值。至少所有光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E中的與光學(xué)構(gòu)件的排列方向直交的方向(X方向)的光焦度相互不同的光學(xué)構(gòu)件的組如有1組，則可具有實(shí)施例1的效果。最好光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E中的3個(gè)光學(xué)構(gòu)件的與光學(xué)構(gòu)件的排列方向直交的方向(XZ方向)的光焦度相互不同地構(gòu)成。
另外，關(guān)于光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D的光路中的一部分的光路，也可使第1積分器具有在XZ平面內(nèi)的光焦度，關(guān)于別的光路，使第2積分器具有XZ平面內(nèi)的光焦度。
但是，實(shí)際上復(fù)曲面形狀透鏡在與鄰接的透鏡的邊界產(chǎn)生臺(tái)階。為此，制作時(shí)存在產(chǎn)生成形上塌邊的可能性，所以，實(shí)際上最好適用到與被照射面(光閥)沒(méi)有共軛關(guān)系的第2積分器。
(實(shí)施例2)圖4為具有本發(fā)明的照明光學(xué)系的圖像顯示裝置的實(shí)施例2的要部截面圖，圖5為包含圖1的照明光學(xué)系的光軸La、與紙面垂直方向的要部截面圖。
本實(shí)施例與圖1的實(shí)施例1相比，不同點(diǎn)在于，與第1積分器201同樣地由多個(gè)柱形透鏡構(gòu)成第2積分器202，在光源系100與光學(xué)積分器200之間作為減輕被照射面400上的照度不均的照度不均減輕單元設(shè)置分布修正透鏡203，其它構(gòu)成相同。
分布修正透鏡203形成為沿X方向排列在圖4的YZ面內(nèi)沒(méi)有光焦度、僅在圖5的XZ面內(nèi)具有光焦度的多個(gè)(3個(gè))柱形透鏡的構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1同樣，第2光學(xué)積分器具有5個(gè)光學(xué)構(gòu)件。當(dāng)設(shè)第2積分器202的各光學(xué)構(gòu)件從上依次為A、B、C、D、E時(shí)，分布修正透鏡203的3個(gè)柱形透鏡在通過(guò)光學(xué)構(gòu)件B、C、D這樣3個(gè)光學(xué)構(gòu)件的光路上沿與排列方向(Y方向)直交的截面方向(Y方向)具有光焦度地排列。構(gòu)成分布修正透鏡203的各柱形透鏡具有不同的光焦度、且光閥400上的亮度分布變得平緩地具有最佳的光焦度。
本實(shí)施例的分布修正透鏡203配置在光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E中的光學(xué)構(gòu)件B、C、D的光路內(nèi)，但也可將該分布修正透鏡作為僅配置在光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E的光路中的1個(gè)光路的、在XZ平面內(nèi)具有光焦度的修正透鏡。當(dāng)然，也可僅配置到光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E的光路中的2個(gè)光路，或3個(gè)光路，或4個(gè)光路，或5個(gè)光路。但是，在跨于2個(gè)或其以上的光路配置分布修正透鏡的場(chǎng)合，最好至少配置XZ平面內(nèi)的光焦度相互不同的分布修正透鏡。另外，在跨于全部光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E的光路配置分布修正透鏡的場(chǎng)合，配置于其中的1個(gè)光路的透鏡的XZ平面內(nèi)的光焦度需要與配置于其它光路的透鏡在XZ平面內(nèi)的光焦度不同。另外，在這里說(shuō)明的分布修正透鏡最好為實(shí)質(zhì)上僅在XZ平面內(nèi)具有光焦度那樣的構(gòu)成。另外，分布修正透鏡203的配置位置不限于光源系與第1積分器之間，也可配置第1積分器與第2積分器之間，或配置于第2積分器與被照明面之間(最好在緊接第2積分器之后即第2積分器的被照明面?zhèn)?，不在?積分器與分布修正透鏡之間配置其它光學(xué)元件的狀態(tài))。
另外，配置于光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E的光路中的一部分的光路的第1分布修正透鏡和配置于別的光路的第2分布修正透鏡也可配置到光學(xué)上不同的場(chǎng)所。例如，也可將第1分布修正透鏡和第2分布修正透鏡配置到(i)光源系與第1積分器之間，(ii)將第2分布修正透鏡配置于第2積分器與被照明面之間，(iii)設(shè)置到第2積分器與被照明面之間(最好在緊接第2積分器之后即第2積分器的被照明面?zhèn)?，未在?積分器與分布修正透鏡之間配置其它光學(xué)元件的狀態(tài))中的相互不同的2個(gè)部位。在該場(chǎng)合，第1分布修正透鏡與第2分布修正透鏡也可具有相同的光焦度，但最好相互不同。另外，也可將第1～3分布修正透鏡分別配置于上述(i)(ii)(iii)。在該場(chǎng)合，第1～3分布修正透鏡的光焦度雖然也可相同，但最好相互不同。
另外，在本實(shí)施例中，也可與實(shí)施例1同樣地構(gòu)成第2積分器202，這樣，可在XZ面內(nèi)容易地使被照射面400的照度分布更均勻。相反，在本實(shí)施例中，也可使第1積分器和第2積分器為圖11所示那樣的通常的柱形透鏡陣列，即排列多個(gè)實(shí)質(zhì)上僅在柱形透鏡的排列方向具有光焦度的柱形透鏡的柱形透鏡陣列。
(實(shí)施例3)圖14為作為本發(fā)明圖像顯示裝置的反射型液晶投影儀的實(shí)施例3的要部示意圖。在本實(shí)施例中，照明光學(xué)系使用由實(shí)施例1、2所示照明光學(xué)系。另外，圖像顯示元件使用反射型的液晶板。
在圖14中，來(lái)自照明單元11的出射光束由分光器12反射，入射到反射型的液晶顯示板13受到反射，此后由液晶顯示板13進(jìn)行了光調(diào)制的光束通過(guò)分光器12入射到投射透鏡14，由投射透鏡14將基于液晶顯示板13的圖像信息投射到屏幕15。
(實(shí)施例4)圖15為使用本發(fā)明的照明光學(xué)系的液晶投影儀的實(shí)施例4的要部示意圖。在圖15中，符號(hào)1為按連續(xù)光譜發(fā)出白色光的光源(光源單元)。符號(hào)2為將來(lái)自光源1的光會(huì)聚到預(yù)定方向的反射器。符號(hào)3為光學(xué)積分器，具有第1積分器(第1分光單元)3a和第2積分器(第2分光單元)3b，將來(lái)自光源系的光分成多個(gè)光束。
最好構(gòu)成第1積分器3a的光學(xué)構(gòu)件的具有光焦度的方向(排列多個(gè)光學(xué)構(gòu)件的方向)相對(duì)后段的顏色分離平面(由在顏色分離構(gòu)件中進(jìn)行顏色分離時(shí)的1個(gè)入射光束的主光線和多個(gè)出射光束的主光線形成的平面)，在光學(xué)的意義(展開(kāi)光路的場(chǎng)合)上實(shí)質(zhì)垂直。反言之，光學(xué)構(gòu)件具有的各光學(xué)構(gòu)件的縱向最好在光學(xué)意義上實(shí)質(zhì)上包含于顏色分離平面，或?qū)嵸|(zhì)上平行。當(dāng)然，在光路由反射鏡等折曲的場(chǎng)合，光學(xué)的方向也可能變化。由于顏色分離平面與紙面實(shí)質(zhì)上平行(相同)，所以，第1積分器3a具有光焦度的方向?yàn)榧埫娣较?。換一種說(shuō)法，構(gòu)成第1積分器3a的光學(xué)構(gòu)件的具有光焦度的方向(排列多個(gè)光學(xué)構(gòu)件的方向)與后段的顏色分離面(偏光分離面和分色面)在光學(xué)意義上實(shí)質(zhì)平行。符號(hào)4為使入射的無(wú)偏振光統(tǒng)一為預(yù)定的偏振光出射的偏光變換元件。符號(hào)5為光學(xué)系，具有聚光透鏡5a、場(chǎng)透鏡5b、第1、第2光束壓縮透鏡202、分布修正透鏡203。符號(hào)5c為反射鏡。
符號(hào)6a為使B光(藍(lán)色光)的偏光方向變換90度、R光(紅色光A)的偏光方向不變換的第1顏色選擇性相位差板，符號(hào)6b為使R光的偏光方向變換90度、B光的偏光方向不變換的第2顏色選擇性相位差板，符號(hào)7為使G光(綠色光)的偏光方向變換90度、R光(紅色光A)的偏光方向不變換的第3顏色選擇性相位差板。符號(hào)8為1/2波長(zhǎng)板。符號(hào)9a、9b、9c、9d為具有透射P偏光、反射S偏光的偏光分離面的第1偏光分光器、第2偏光分光器、第3偏光分光器、第4偏光分光器。在這里，符號(hào)9d也可為分色棱鏡和分色反射鏡。當(dāng)然符號(hào)9c也可同樣地為分色棱鏡和分色反射鏡。
符號(hào)10為濾去R光的中間波長(zhǎng)區(qū)域的光的濾色器。符號(hào)11r、11g、11g為圖像顯示元件，按反射光、進(jìn)行圖像調(diào)制后顯示圖像的順序，分別為紅色用的反射型的液晶顯示元件、綠色用的反射型的液晶顯示元件、藍(lán)色用的反射型的液晶顯示元件。符號(hào)12r、12g、12b分別為紅色用的1/4波長(zhǎng)板、綠色用的1/4波長(zhǎng)板、藍(lán)色用的1/4波長(zhǎng)板。符號(hào)13為投射透鏡，由單一的焦距的透鏡系或變焦透鏡構(gòu)成。
下面說(shuō)明光學(xué)的作用。從光源1發(fā)出的光由反射器2反射會(huì)聚到預(yù)定的方向。在這里，反射器2的反射面呈拋物面形狀，來(lái)自設(shè)于拋物面的焦點(diǎn)位置的光源1的發(fā)光點(diǎn)1a的光由拋物面形狀的反射面反射后，成為平行于對(duì)稱軸的光束。但是，光源1的發(fā)光點(diǎn)1a不為理想的點(diǎn)光源，具有有限的大小，所以，在聚光的光束包含不與拋物面的對(duì)稱軸平行的光的成分。來(lái)自這些反射器2的聚光光束入射到第1積分器3a。
由第1積分器3a入射的光束分成多個(gè)光束并聚光，經(jīng)過(guò)第2積分器3b在偏光變換元件4的近旁形成多個(gè)光源像(第1發(fā)光點(diǎn)像)。偏光變換元件4如圖16所示那樣為按線狀排列由偏光分離面4a、反射面4b、1/2波長(zhǎng)板4c構(gòu)成的多個(gè)偏光變換部分4d的構(gòu)成。在圖16中，僅示出1個(gè)偏光變換部分4d。聚光成線狀的多個(gè)光束入射到與該列對(duì)應(yīng)的偏光分離面4a，分成透射的P偏光成分的光和反射的S偏光成分的光。反射的S偏光成分的光由反射面4b反射，朝與偏光成分相同的方向出射，透過(guò)1/2波長(zhǎng)板4c變換成與P偏光成分相同的偏光成分，作為偏光方向(|)統(tǒng)一了的光射出。符號(hào)4e為遮光部分。
進(jìn)行了偏光變換后的多個(gè)光束在偏光變換元件4的近旁聚光后，作為發(fā)散光束到達(dá)光學(xué)系5。來(lái)自偏光變換元件4的多個(gè)光束由光學(xué)系5形成為矩形的具有均勻的照度分布的3個(gè)照明區(qū)域。
在該3個(gè)照明區(qū)域分別配置反射型液晶顯示元件11r、11g、11b。
設(shè)在照明光路中的第3顏色選擇性相位差板7使B光和R光保持為P偏光(|)，將波長(zhǎng)約500～575nm的范圍內(nèi)的G光變換成S偏光(·)。這里所說(shuō)的偏光方向(·)(|)表示為相對(duì)偏光變換元件和偏光分光器的偏光分離面的偏光的方向。
在第3顏色選擇性相位差板7中調(diào)整了偏光方向的B光、G光、R光入射到第4偏光分光器9d。作為S偏光的G光在偏光分離面9d1反射，作為P偏光的R光、B光通過(guò)透過(guò)偏光分離面9d1而進(jìn)行顏色分離。
由偏光分離面的9d1進(jìn)行顏色分離的G光相對(duì)第1偏光分光器9a作為S偏光(·)入射，在偏光分離面9a1反射，通過(guò)1/4波長(zhǎng)板12g到達(dá)G用(綠色用)的反射型的液晶顯示元件11g。在G用的反射型的液晶顯示元件11g，G光受到圖像調(diào)制后反射。受到圖像調(diào)制和反射的G光中的S偏光成分(·)再次在偏光分離面9a1反射，成為返回光，返回到光源1側(cè)，從投射光中除去。
圖像調(diào)制后的反射光的P偏光成分(|)透過(guò)偏光分離面9a1成為投射光。
由液晶顯示元件11g進(jìn)行圖像調(diào)制、透過(guò)第1偏光分光器9a的光(|)使滯相軸朝著偏光方向和45度方向地配置的第1個(gè)1/2波長(zhǎng)板8，相對(duì)第3偏光分光器9c作為S偏光(·)入射，在偏光分離面9c1反射，到達(dá)投射透鏡13。
透過(guò)第4偏光分光器9d的R光和B光(|)入射到濾色器10。濾色器10為反射處于G光與R光中間的波長(zhǎng)區(qū)域(波長(zhǎng)約500～575nm的范圍)的黃色的色光的分色濾色器，除去在第3顏色選擇性相位差板7的特性轉(zhuǎn)變區(qū)域發(fā)生的不需要的黃色的光成分。
另外，濾色器10也可為吸收黃色的光的特性。
由濾色器10調(diào)整了顏色的透射光入射到第1顏色選擇性相位差板6a。第1顏色選擇性相位差板6a將R光(波長(zhǎng)550nm或其以上的光)保持為P偏光(|)，使B光變換成S偏光(·)。在這里，偏光狀態(tài)變化的轉(zhuǎn)變區(qū)域設(shè)定為作為色光不包含的G光的區(qū)域(波長(zhǎng)500～575nm)。
這樣，R光作為P偏光(|)入射到第2偏光分光器9b，B光作為S偏光(·)入射到第2偏光分光器9b。因此，在第2偏光分光器9b，R光透過(guò)偏光分離面9d1到達(dá)R用的反射型的液晶顯示元件11r，B光在偏光分離面9b1反射，到達(dá)B用的反射型的液晶顯示元件11b。
在R用的反射型液晶顯示元件11r使R光受到圖像調(diào)制和反射。由液晶顯示元件11r進(jìn)行了圖像調(diào)制和反射的R光的P偏光成分(|)再次透過(guò)偏光分離面9b1成為返回光，返回到光源1側(cè)，從投射光中除去。
由液晶顯示元件11b進(jìn)行圖像調(diào)制后的R光的P偏光成分(·)由偏光分離面9b1反射，成為投射光。
同樣，在B用的反射型液晶顯示元件11b，B光受到圖像調(diào)制和反射。由液晶顯示元件11b進(jìn)行了圖像調(diào)制的B光的S偏光成分(·)再次在偏光分離面9b1反射成為返回光，返回到光源1側(cè)，從投射光中除去。
由液晶顯示元件11b進(jìn)行圖像調(diào)制后的B光的P偏光成分(|)透過(guò)偏光分離面9b1，成為投射光。
這樣，B光與R光的投射光合成為1個(gè)光束。
合成的R光和B光的投射光入射到第2顏色選擇性相位差板6b。第2顏色選擇性相位差板6b僅使R光(波長(zhǎng)約530nm或其以上的光)的偏光方向回轉(zhuǎn)90度。這樣，R光與B光都作為P偏光(|)入射到第3偏光分光器9c，透過(guò)偏光分離面9c1，與G光的投射光合成。
合成的基于各圖像信息的R、G、B光的投射光由液晶顯示板13投影到屏幕S等，在該處形成圖像信息。
(實(shí)施例5)該實(shí)施例5的基本的光學(xué)系與圖1、2等其它實(shí)施例相同，可適用于與圖15同樣的圖像顯示裝置。在這里，將記載于實(shí)施例1～4的第1積分器、第2積分器作為圖11所述的那樣的通常的柱形透鏡陣列，接近該柱形透鏡陣列地追加光偏轉(zhuǎn)元件即棱鏡或棱鏡的集合體(以下將其稱為修正棱鏡)作為構(gòu)成要素，從而減輕被照明面(圖像形成元件)的照度不均。這里所說(shuō)的修正棱鏡示于圖17A、17B。本實(shí)施例為相對(duì)該圖17A記載的(1)～(6)中的任一個(gè)的YZ截面圖采用了適用圖17B(i)～(vi)中的任一個(gè)的XZ截面圖的修正棱鏡的照明光學(xué)系、圖像顯示裝置。
圖17A、17B示出緊接在第1積分器后配置修正棱鏡的場(chǎng)合。圖17A、17B記載了柱形透鏡陣列具有5個(gè)柱形透鏡、緊接在其后配置修正棱鏡的狀態(tài)。在這里，如記載于YZ平面下的截面圖那樣，該修正棱鏡不緊接在1個(gè)或其以上的柱形透鏡后配置，而是緊接除該1個(gè)或其以上的柱形透鏡之外的柱形透鏡之后配置。即，當(dāng)緊接在柱形透鏡陣列具有的所有柱形透鏡后配置修正棱鏡時(shí)，照度不均的修正效果消失或者降低，所以，修正棱鏡僅緊接在一部分柱形透鏡之后配置。在這里，修正棱鏡也可配置在第2積分器之后。
在圖17B的XZ平面的截面圖中示出棱鏡的XZ平面的截面圖的一例。這樣，可為光源側(cè)呈平面狀、被照明面?zhèn)瘸释剐蔚睦忡R，也可為光源側(cè)呈平面狀、被照明面?zhèn)瘸示哂?個(gè)凸部的形狀的棱鏡，或?yàn)楣庠磦?cè)呈凸?fàn)睢⒈徽彰髅鎮(zhèn)瘸拾夹蔚睦忡R，當(dāng)然，也可由多個(gè)棱鏡構(gòu)成。但是，由于為修正棱鏡，所以，最好沒(méi)有光焦度(沒(méi)有焦距)地構(gòu)成。該修正棱鏡不限于上述構(gòu)成，也包含減輕在被照明面的照度不均地使光束偏轉(zhuǎn)的所有棱鏡或棱鏡體。
另外，在本實(shí)施例的圖17A、17A中，在光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E中的多個(gè)光路((i)～(vi)中)配置相同的棱鏡地進(jìn)行了記載，但最好在光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E中的多個(gè)相互不同的光路配置多個(gè)相互不同的棱鏡。例如也可在光學(xué)構(gòu)件B的光路配置棱鏡(i)，或在光學(xué)構(gòu)件C的光路配置棱鏡(ii)。另外，也可使光學(xué)的配置位置相互不同地配置相同形狀的棱鏡。
另外，雖然也可在所有光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E的光路中配置棱鏡，但該場(chǎng)合需要配置于光學(xué)構(gòu)件A、B、C、D、E中的一部分光路的棱鏡與配置于別的光路的棱鏡具有不同的形狀(厚度不同或角度不同)，光學(xué)的配置位置相互不同。另外，當(dāng)然上述實(shí)施例也可在沒(méi)有矛盾的范圍任意地組合使用。
另外，本實(shí)施例的照明光學(xué)系(圖像顯示裝置)記載了具有2個(gè)在預(yù)定的方向(在圖1的實(shí)施例中Y方向)排列多個(gè)微小光學(xué)元件的透鏡陣列(包含復(fù)曲面的柱形透鏡陣列)的構(gòu)成，但也可為具有1個(gè)或3個(gè)或其以上的這樣的透鏡陣列的構(gòu)成。在該場(chǎng)合，這些透鏡陣列也最好配置在光源與光束壓縮透鏡(第1光束壓縮透鏡、第2光束壓縮透鏡中的光源側(cè)的透鏡)之間。另外，也可在Y方向和X方向都排列多個(gè)微小光學(xué)元件的透鏡陣列地構(gòu)成。雖然在該X方向排列的透鏡陣列也最好為具有2個(gè)的構(gòu)成，但也可形成為1個(gè)或3個(gè)或其以上的構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種透鏡陣列，具有沿預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件；其特征在于關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)的光焦度相互不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列，其特征在于上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件僅沿上述預(yù)定的排列方向排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列，其特征在于上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的關(guān)于上述排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列，其特征在于所有上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件的關(guān)于上述排列方向的光焦度實(shí)質(zhì)上相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列，其特征在于上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)的關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向的光焦度實(shí)質(zhì)為0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡陣列，其特征在于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向?yàn)橄鄬?duì)上述預(yù)定的排列方向和通過(guò)上述透鏡陣列的光束的主光線兩者實(shí)質(zhì)上垂直的方向。
7.一種照明光學(xué)系，用來(lái)自光源的光束照明被照明面，其特征在于具有權(quán)利要求1所述的透鏡陣列。
8.一種照明光學(xué)系，由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其特征在于具有第1分光單元和照度不均減輕單元；該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；該照度不均減輕單元減輕在該被照明面上的照度不均。
9.一種照明光學(xué)系，由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其特征在于具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；在這里，關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的光焦度相互不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明光學(xué)系，其特征在于上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件僅排列到上述預(yù)定的排列方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明光學(xué)系，其特征在于上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的至少2個(gè)關(guān)于上述預(yù)定的排列方向具有大體相同大小的光焦度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明光學(xué)系，其特征在于上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)的關(guān)于與上述預(yù)定排列方向垂直的方向的光焦度實(shí)質(zhì)為0。
13.一種照明光學(xué)系，由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其特征在于具有第1分光單元和第2分光單元；該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；該第2分光單元包含在上述預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第2微小光學(xué)元件，該多個(gè)第2微小光學(xué)元件與該多個(gè)光束分別對(duì)應(yīng)地排列；在這里，關(guān)于與該預(yù)定的排列方向垂直的方向，該多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的光焦度相互不同和/或該多個(gè)第2微小光學(xué)元件中的2個(gè)第2微小光學(xué)元件的光焦度相互不同。
14.一種照明光學(xué)系，由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其特征在于具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；在這里，如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的近軸焦距為f×1，則上述第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)為1/f×1≠0。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的照明光學(xué)系，其特征在于如設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向，設(shè)上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向，設(shè)與上述Y方向和上述Z方向垂直的方向?yàn)閄方向，設(shè)上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件在包含上述X方向和上述Z方向的XZ平面內(nèi)的近軸焦距為f×1，則上述第1微小光學(xué)元件中的至少1個(gè)為1/f×1＝0。
16.一種照明光學(xué)系，由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其特征在于具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；在這里，具有光偏轉(zhuǎn)單元，當(dāng)設(shè)上述排列方向?yàn)閅方向、上述照明光學(xué)系的光軸的方向?yàn)閆方向、與上述Y方向和Z方向垂直的方向?yàn)閄方向時(shí)，該光偏轉(zhuǎn)單元配置在上述第1分光單元與上述被照明面之間，使光僅朝上述X方向偏轉(zhuǎn)；該光偏轉(zhuǎn)元件至少具有1個(gè)棱鏡。
17.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自上述光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的權(quán)利要求7所述的照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。
18.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自上述光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的權(quán)利要求8所述的照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。
19.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自上述光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的權(quán)利要求9所述的照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。
20.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自上述光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的權(quán)利要求13所述的照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。
21.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自上述光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的權(quán)利要求14所述的照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。
22.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有至少1個(gè)圖像顯示元件，使用來(lái)自上述光源的光束對(duì)上述至少1個(gè)圖像顯示元件進(jìn)行照明的權(quán)利要求16所述的照明光學(xué)系，及將來(lái)自上述至少1個(gè)圖像顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系。
全文摘要
為了提供一種可減輕被照明面上的照度不均的照明光學(xué)系，本發(fā)明的照明光學(xué)系由來(lái)自光源的光束對(duì)被照明面進(jìn)行照明；其中具有第1分光單元，該第1分光單元包含在預(yù)定的排列方向1維地排列的多個(gè)第1微小光學(xué)元件，將來(lái)自上述光源的光分成多個(gè)光束；在這里，關(guān)于與上述預(yù)定的排列方向垂直的方向，上述多個(gè)第1微小光學(xué)元件中的2個(gè)第1微小光學(xué)元件的光焦度相互不同。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK1627180SQ200410100280
公開(kāi)日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者豬子和宏 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社