專利名稱：用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使用反射圖像形成元件的圖像投影設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
日本專利特開No.2000-206463已公開了一種圖像投影設(shè)備，該圖像投影設(shè)備使用諸如反射液晶面板的反射圖像形成元件，并且在該圖像投影設(shè)備中，其光學(xué)系統(tǒng)使照射該圖像形成元件的光通量的會聚角在兩個相互垂直的截面上是彼此不同的，以便改善投影圖像的對比度。
此光學(xué)系統(tǒng)使一個方向上的光通量的會聚角小，在這個方向上，照射光或者投影光被偏振分束器的偏振分束膜彎折90度(即某個方向)，該偏振分束器用于把照射光引入到反射圖像形成元件并且分析投影光的偏振狀態(tài)。這種光學(xué)系統(tǒng)抑制了取決于入射角的偏振分束膜的特性的變化，并且減少來自于偏振分束膜的所謂的泄漏光的量，以改善投影圖像的對比度。
上述某個方向上的照射光或投影光的光通量的過小的會聚角減少投影光的量，導(dǎo)致暗投影圖像。日本專利特開No.2000-206463中公開的光學(xué)系統(tǒng)通過在兩個相互垂直的方向上具有不同孔徑寬度的孔徑光闌限制照射光的光通量。然而，該光學(xué)系統(tǒng)需要孔徑光闌的窄的孔徑寬度，以便減小光通量的會聚角，導(dǎo)致光量顯著減小。
日本專利特開No.2001-83604已公開了一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)借助諸如柱形透鏡的透鏡的功能減小光通量的會聚角。這種光學(xué)系統(tǒng)也已經(jīng)被日本專利特開No.2000-137290公開。
具體地，設(shè)置無焦系統(tǒng)，該無焦系統(tǒng)僅在照射光學(xué)系統(tǒng)的某個方向上由具有正光焦度(+)的透鏡和具有負(fù)光焦度(-)的透鏡組成。該無焦系統(tǒng)能夠?qū)⒐馔繅嚎s到|-/+|，并且用透鏡會聚壓縮光通量只能在該某個方向上減小光通量的會聚角。
在日本專利特開No.2000-137290中公開的光學(xué)系統(tǒng)中，由于光通量被壓縮，可以認(rèn)為沒有光量損失。然而，由于實(shí)際照射光通量不僅包括平行光線還包括各種方向的光線，照射光通量的角度分量與|-/+|的值成反比例地增加。在產(chǎn)生用于重疊地照射圖像形成元件的多個光通量的透鏡陣列處，以及在將來自光源的非偏振光轉(zhuǎn)換成預(yù)定線性偏振光的偏振轉(zhuǎn)換元件處，光通量的角度的增加導(dǎo)致效率降低，這導(dǎo)致實(shí)際光量減小。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能夠改善對比度同時抑制光量減小的光學(xué)系統(tǒng)，以及具有該光學(xué)系統(tǒng)的圖像投影設(shè)備。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供一種用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)，包括會聚光學(xué)系統(tǒng)，其將來自光源的光通量朝向反射圖像形成元件會聚；以及偏振分束表面，其透射來自會聚光學(xué)系統(tǒng)的光通量當(dāng)中具有第一偏振方向的入射光通量，以將其引入到該反射圖像形成元件，并且使來自反射圖像形成元件的出射光通量當(dāng)中具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的光行進(jìn)至投影光學(xué)系統(tǒng)。在平行于偏振分束表面的法線且平行于反射圖像形成元件的入射/出射表面的法線的第一截面中，該會聚光學(xué)系統(tǒng)具有這樣的配置，該配置使通過出射光通量的強(qiáng)度分布質(zhì)心的光線在偏振分束表面上的入射角大于通過入射光通量的強(qiáng)度分布質(zhì)心的光線在偏振分束表面上的入射角，該配置是以下配置之一其中會聚光學(xué)系統(tǒng)的一部分關(guān)于其另一部分被偏軸的配置，以及關(guān)于入射/出射表面的法線進(jìn)行傾斜的配置。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提供一種包括上述光學(xué)系統(tǒng)的圖像投影設(shè)備，以及由該圖像投影設(shè)備和圖像提供設(shè)備組成的圖像顯示系統(tǒng)，該圖像提供設(shè)備將圖像信息提供給該圖像投影設(shè)備。
從以下描述和附圖中，本發(fā)明的其它目標(biāo)和特征將變得明顯。
圖1示出了作為本發(fā)明實(shí)施例1的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面。
圖2示出了實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的yz截面。
圖3示出了實(shí)施例1中在偏振轉(zhuǎn)換元件處的光強(qiáng)度的分布。
圖4是用于說明實(shí)施例1中的孔徑光闌的效果的圖。
圖5是用于說明實(shí)施例1中的照射光通量的狀態(tài)的圖。
圖6是用于說明實(shí)施例1中的照射光通量的會聚角的圖。
圖7是用于說明實(shí)施例1到5中的用于分析投影光的性能的圖。
圖8是用于說明實(shí)施例1中的確定光強(qiáng)度分布的方法的圖。
圖9示出了作為本發(fā)明實(shí)施例2的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面。
圖10示出了實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的yz截面。
圖11示出了實(shí)施例2中在偏振轉(zhuǎn)換元件處的光強(qiáng)度的分布。
圖12示出了作為實(shí)施例2的修改例的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面。
圖13示出了圖12所示的光學(xué)系統(tǒng)的yz截面。
圖14示出了作為本發(fā)明的實(shí)施例3的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面。
圖15示出了實(shí)施例3的光學(xué)系統(tǒng)的yz截面。
圖16示出了實(shí)施例3中在偏振轉(zhuǎn)換元件處的光強(qiáng)度的分布。
圖17示出了作為本發(fā)明實(shí)施例4的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面。
圖18示出了實(shí)施例4的光學(xué)系統(tǒng)的yz截面。
圖19示出了實(shí)施例4中在偏振轉(zhuǎn)換元件處的光強(qiáng)度的分布。
圖20示出了實(shí)施例4的透鏡陣列的修改例。
圖21示出了作為本發(fā)明實(shí)施例5的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面。
圖22示出了作為本發(fā)明的實(shí)施例6的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面。
具體實(shí)施例方式
以下將通過參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
實(shí)施例1圖1和2示出了作為本發(fā)明實(shí)施例1的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的配置。在本實(shí)施例中，Oc表示聚光透鏡6的光軸。光軸Oc也是通過聚光透鏡6的中心和作為反射圖像形成元件的反射液晶面板8的入射/出射表面(此后僅稱為面板表面)的中心的軸(或光軸)。
沿著光軸Oc的方向也被稱作光行進(jìn)方向(或者z軸方向)，在該方向上，來自光源燈LP的光通量通過聚光透鏡6和偏振分束器7朝向反射液晶面板8行進(jìn)。
圖1示出了xz截面(第一截面)中的光學(xué)配置，其中在每一個都包括聚光透鏡6的光軸Oc的xz截面和yz截面(第二截面)這兩個截面中，該xz截面是平行于反射液晶面板8的短邊的延伸方向的截面，該xz和yz截面彼此垂直。
xz截面也是平行于偏振分束器7的偏振分束表面7a的法線且平行于反射液晶面板8的面板表面(入射/出射表面)8a的法線的截面。
圖2示出了yz截面中的光學(xué)配置，該yz截面是平行于反射液晶面板8的長邊的延伸方向的截面。這些xz和yz截面的定義也應(yīng)用于后文所述的實(shí)施例。
從諸如高壓水銀放電管的光發(fā)射管1發(fā)射的白色照射光通量被反射器2會聚，然后進(jìn)入第一透鏡陣列3。光發(fā)射管1和反射器2構(gòu)成光源燈LP。
進(jìn)入第一透鏡陣列3的光通量被組成第一透鏡陣列3的多個透鏡單元劃分成多個光通量。每個被劃分的光通量向第二透鏡陣列4的入射表面或其附近會聚，從而在該處形成次級光源圖像。
從第二透鏡陣列4射出的該多個被劃分的光通量進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5。
偏振轉(zhuǎn)換元件5包括如圖2中所示的多個偏振分束表面5a、多個反射表面5b、和多個二分之一波長板5c。
進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5的非偏振光的P偏振光透射通過偏振分束表面5a以從偏振轉(zhuǎn)換元件5射出而沒有改變。另一方面，S偏振光被偏振分束表面5a反射，然后被反射表面5c反射。
然后，該S偏振光被二分之一波長板5c旋轉(zhuǎn)90度，以從偏振轉(zhuǎn)換元件5射出作為P偏振光。該偏振轉(zhuǎn)換元件5以這種方式將入射的非偏振光轉(zhuǎn)換成具有P偏振光的偏振方向的線性偏振光。
從偏振轉(zhuǎn)換元件5射出的該多個被劃分的光通量被聚光透鏡6聚光為疊置在反射液晶面板8上。因此，具有均勻強(qiáng)度分布的照射區(qū)域形成在反射液晶面板8上。
以這種方式將來自光源燈LP的照射光通量引入到反射液晶面板8的光學(xué)系統(tǒng)(在本實(shí)施例中從第一透鏡陣列3到聚光透鏡6或偏振分束器7)被稱為照射光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)是一個會聚光學(xué)系統(tǒng)。
圖1和圖2示出了該配置，在該配置中，該照射光通量(或照射光)透射通過偏振分束器7的偏振分束器表面7a以到達(dá)反射液晶面板8。偏振分束器表面7a由多層膜形成。
這種配置因?yàn)榻厝チ艘粋€偏振光分量所以更加優(yōu)秀，其中該偏振光分量包含在照射光中，并且與其偏振方向被偏振轉(zhuǎn)換元件5統(tǒng)一化的偏振光分量不同。
驅(qū)動電路80連接到反射液晶面板8，并且諸如個人計(jì)算機(jī)的圖像提供設(shè)備81、DVD播放器、和電視調(diào)諧器連接到驅(qū)動電路80。該驅(qū)動電路80基于從圖像提供設(shè)備81接收到的圖像(視頻)信息而驅(qū)動反射液晶面板8，以使反射液晶面板8形成原始圖像。反射液晶面板8圖像調(diào)制并反射入射光(入射光通量)。在此，由反射液晶面板圖像調(diào)制然后從其射出的光通量被稱作出射光通量。這也被應(yīng)用于后述的實(shí)施例。
用于本實(shí)施例的圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)被用于作為圖像投影設(shè)備的投影儀。該投影儀和圖像提供設(shè)備81組成了圖像顯示系統(tǒng)。這也被應(yīng)用于后述的實(shí)施例。
被反射液晶面板8圖像調(diào)制的投影光再次進(jìn)入偏振分束器7然后被其偏振分束表面7a反射。從而，投影光的偏振狀態(tài)被分析。
對于這一點(diǎn)，設(shè)置在偏振分束器7和反射液晶面板8之間的四分之一相位板9校正投影光的行進(jìn)方向和偏振方向之間的幾何傾斜。這在反射液晶面板8的黑色顯示狀態(tài)中抑制了來自偏振分束器7(即，來自偏振分束表面7a)的泄漏光。
被偏振分束表面7a反射然后從偏振分束器7射出的光被偏振板10進(jìn)一步分析。透射通過偏振板10的光被投影透鏡(或投影光學(xué)系統(tǒng))11投影到諸如屏幕的未示出的投影表面上。
在如上配置的光學(xué)系統(tǒng)中，從光源燈LP行進(jìn)到投影透鏡11的光學(xué)路徑被偏振分束器7(即被偏振分束表面7a)彎折。光學(xué)路徑被彎折的方向是作為第一方向的x方向，垂直于x方向和入射/出射表面(即作為反射液晶面板8的光接收表面的面板表面8a)的法線的方向是y方向。
圖3示出了在偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光的強(qiáng)度分布。被反射器2反射的照射光被第一透鏡陣列3劃分并被偏振轉(zhuǎn)換元件5進(jìn)一步劃分。結(jié)果，在偏振轉(zhuǎn)換元件5上獲得了其中多個光源圖像以放射狀圖案分布的照射光的強(qiáng)度分布。
在本實(shí)施例中，如圖1和2所示，圖4中所示的孔徑光闌12被設(shè)置在臨近偏振轉(zhuǎn)換元件5的位置，以截去部分照射光。其原因是要限制角度光分量進(jìn)入到反射液晶面板8，該角度光分量在被偏振分束器7分析時通常變?yōu)樾孤┕狻?br>
在本實(shí)施例中，如圖1中所示，從光源燈LP(即，從反射器2)到偏振轉(zhuǎn)換元件5和孔徑光闌12的光學(xué)系統(tǒng)部分被平移，即，關(guān)于包括聚光透鏡6、偏振分束器7(或偏振分束表面7a)和包括反射液晶面板8的后續(xù)光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分在x方向上偏軸預(yù)定的量Δ。
這使得如圖5中所示，照射光通量(或照射光)的強(qiáng)度分布的質(zhì)心C從聚光透鏡6的光軸Oc在x方向平移了預(yù)定的量Δ。該偏軸使孔徑光闌12具有關(guān)于聚光透鏡6的光軸Oc在x方向偏移的形狀的孔徑。
將簡單描述如何平移即如何偏軸該光學(xué)系統(tǒng)部分。這里的描述是在xz截面(或第一截面)中，該xz截面平行于偏振分束器7的偏振分束表面7a的法線且平行于反射液晶面板8的面板表面8a的法線。
首先，如上所述，會聚光學(xué)系統(tǒng)(即，照射光學(xué)系統(tǒng))將經(jīng)由偏振分束表面7a朝向入射/出射表面(或面板表面)8a上的同一個入射點(diǎn)會聚的照射光通量的強(qiáng)度分布的上述質(zhì)心C關(guān)于入射/出射表面8a的法線在上述入射點(diǎn)處以照射光通量的會聚角方向進(jìn)行偏移。
該會聚光學(xué)系統(tǒng)具有如上偏軸的配置和關(guān)于入射/出射表面8a的法線傾斜的配置中的一種配置。
進(jìn)而，會聚光學(xué)系統(tǒng)被配置成，使得被反射液晶面板8反射之后通過偏振分束表面7a上的質(zhì)心C的光線的入射角大于進(jìn)入反射液晶面板8之前在偏振分束表面7a上的光線的入射角。
通過強(qiáng)度分布的質(zhì)心C的光線對應(yīng)于進(jìn)入上述相同入射點(diǎn)的光通量中通過照射光學(xué)系統(tǒng)(或會聚光學(xué)系統(tǒng))的光瞳位置處的質(zhì)心的光線。
此配置能夠增大由反射液晶板8反射、然后撞擊到偏振分束表面7a上的光線的入射角，這導(dǎo)致增大用作圖像光的光量。換句話說，此配置能夠改善偏振分束表面7a的S偏振光的反射系數(shù)。
接著，將描述偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光的強(qiáng)度分布和朝向反射液晶面板8會聚的光通量的角強(qiáng)度分布之間的關(guān)系。
反射液晶面板8設(shè)置在聚光透鏡6的焦點(diǎn)位置的附近，使得進(jìn)入聚光透鏡6的照射光通量和朝向反射液晶面板8會聚的光通量之間的關(guān)系如圖6所示。圖6示出了xz截面。
圖6中，進(jìn)入聚光透鏡6的、平行于聚光透鏡6的光軸Oc的光通量a朝向反射液晶面板8的面板表面8a的中心8o會聚從而與聚光透鏡6的光軸Oc形成角θ。
當(dāng)平行光通量a的寬度是Q并且聚光透鏡6的焦距是fc時，角θ和照射光學(xué)系統(tǒng)(Q和fc)之間的關(guān)系表達(dá)為如下θ＝tan-1(Q/2fc)。
另一方面，以角β進(jìn)入聚光透鏡6的光通量b會聚于反射液晶面板8的面板表面8a的位置8p，從而形成與光通量a的角相同的角θ，該位置8p從面板表面8a的中心8o平移。
從中心8o到位置8p在x方向上的距離p被表達(dá)為如下p＝fc×tan(β)。
根據(jù)這個公式，由于照射光通量被聚光透鏡6會聚，在偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光通量的強(qiáng)度分布被轉(zhuǎn)換為朝向面板表面8a上的任意點(diǎn)(即，同一個入射點(diǎn))會聚的光通量的角度強(qiáng)度分布。
這里的“角度強(qiáng)度分布”意味著在該光通量的會聚角方向上朝向面板表面8a上的任意點(diǎn)會聚的光通量的強(qiáng)度分布。另外，后面將說明的該角度強(qiáng)度分布的質(zhì)心意味著在該角度強(qiáng)度分布中在會聚角方向上強(qiáng)度最大的位置。
“角度強(qiáng)度分布”還意味著關(guān)于角度的強(qiáng)度分布，換言之，在橫軸指示角度且縱軸指示強(qiáng)度的情況下的強(qiáng)度分布。具體地，該角度強(qiáng)度分布意味著關(guān)于進(jìn)入某個點(diǎn)的光通量的入射角的強(qiáng)度分布。后文將描述的“質(zhì)心”意味著質(zhì)心，或者通過關(guān)于入射角的強(qiáng)度分布的質(zhì)心的光線。
在本實(shí)施例中，把偏振轉(zhuǎn)換元件5設(shè)置在聚光透鏡6的入射側(cè)焦點(diǎn)附近使照射光通量遠(yuǎn)心。從而，限制偏振轉(zhuǎn)換元件5附近的光通量(即，設(shè)置孔徑光闌12)和光學(xué)元件(該第一和第二透鏡陣列3、4及偏振轉(zhuǎn)換元件5)的偏軸對于會聚在反射液晶面板8上的光通量的角度強(qiáng)度分布控制是有效的。
圖6中所示的進(jìn)入聚光透鏡6的光通量的寬度Q可以被認(rèn)為是這樣一個區(qū)域，在該區(qū)域中，來自偏振轉(zhuǎn)換元件5的照射光通量透射通過聚光透鏡6并從那里射出，使得Qx代表x方向上的光通量的寬度，并且Qy代表圖5中y方向上的光通量的寬度。
在圖5中，Qx和Qy具有以下關(guān)系Qx＜Qy。
因而，當(dāng)x方向上的照射光通量的會聚角是θx(＝θ1)且y方向上的照射光通量的會聚角是θy(＝θ2)，它們具有如下關(guān)系θx＜θy。
此外，x方向上的照射光通量的會聚角在x方向上被偏移。結(jié)果，朝向面板表面8a上的該任意點(diǎn)會聚的光通量的角度強(qiáng)度分布的質(zhì)心(這以后稱作角度強(qiáng)度質(zhì)心)在x方向上也被偏移。
換言之，從光通量的角度強(qiáng)度質(zhì)心朝向該任意點(diǎn)的方向(在此之后稱為質(zhì)心方向)關(guān)于面板表面8a在該任意點(diǎn)處的法線被傾斜。
當(dāng)質(zhì)心方向與面板表面8a的法線方向的角度(在此之后，該角度被稱作質(zhì)心方向的傾斜角)是α?xí)r，把α設(shè)置在以下的范圍內(nèi)是優(yōu)選的1°≤α≤3° …(1)。
如果α小于條件表達(dá)式(1)的下限，可能很難獲得偏移會聚光通量的角度強(qiáng)度質(zhì)心的效果。另一方面，如果α大于條件表達(dá)式(1)的上限，則偏振分束器7的光分析性能可能下降，并且因此很難獲得所需的高對比度。
此外，如上所述，當(dāng)下面條件表達(dá)式被滿足時θx＜θy …(2)，來自偏振分束器7的泄漏光的量可以被最小化。更優(yōu)的是，θx/θy的比率滿足下面的條件表達(dá)式0.6＜θx/θy＜0.9 …(3)。
如果比率小于條件表達(dá)式(3)的下限，則光量的損失會增加，導(dǎo)致一個暗投影圖像。另一方面，如果比率大于條件表達(dá)式(3)的上限，偏移角度強(qiáng)度質(zhì)心的方向?qū)?yīng)于在分析光中增加泄漏光的量的方向，使得可能不改善對比度，并從而可能難以獲得偏移角度強(qiáng)度質(zhì)心的效果。
注意，該這些條件表達(dá)式(1)到(3)是優(yōu)選滿足的，但并不是必需要求被滿足的。這些條件(1)到(3)在后述實(shí)施例中也是優(yōu)選滿足的。
圖7示出了偏振分束器7和用于光(或投影光)的偏振板10的光分析性能(或者光分析特性)。圖7中的x軸和y軸分別對應(yīng)于圖1和2中的x方向和y方向。
組成偏振分束器7的偏振分束表面7a的多層膜的特性(即，諸如反射率特性和透射率特性的角特性)依賴于其上的光的入射角而變化。圖7示出了在反射液晶面板8上的入射角是0度的情況下的偏振分束表面7a的二維角度特性。x和y軸的交叉點(diǎn)示為0度。圖7示出了泄漏光隨著入射角接近0度而降低，以及泄漏光朝向外圍增加。
根據(jù)發(fā)明人的研究，該角特性關(guān)于中心(即0度)不是對稱的，并且在x方向上的角特性比y方向上的角特性差。換言之，該角特性在x方向上是不對稱的。
在這種情況下，本實(shí)施例中，如上所述，孔徑光闌12被設(shè)置在偏振轉(zhuǎn)換元件5附近。進(jìn)而，從反射器2到偏振轉(zhuǎn)換元件5的光學(xué)系統(tǒng)部分關(guān)于包括聚光透鏡6和后續(xù)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分偏軸了預(yù)定的量Δ，從而在x方向上從聚光透鏡6的光軸Oc平移角度強(qiáng)度質(zhì)心。
從而，質(zhì)心方向關(guān)于面板表面8a的法線方向傾斜，這使得能夠?qū)碜哉丈涔鈱W(xué)系統(tǒng)的光通量的強(qiáng)度分布調(diào)節(jié)成圖7所示的光分析特性。面板表面任意點(diǎn)處的法線平行于聚光透鏡6的光軸Oc。
因而，與試圖通過只用一個孔徑光闌改善對比度的常規(guī)配置相比，光量的損失能夠減少。
上述的角度強(qiáng)度分布能夠從在偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光的強(qiáng)度分布而推導(dǎo)出來。然而，偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光的強(qiáng)度分布是透射過偏振轉(zhuǎn)換元件5的光通量的空中強(qiáng)度分布，使得可能難以確定分布。
在這種情況下，如圖8所示，去掉投影透鏡11以直接從偏振板10將光引入到屏幕14使得能夠獲得相似于偏振轉(zhuǎn)換元件5上的強(qiáng)度分布的強(qiáng)度分布。在這種情況下的分布的中心是反射液晶面板8的中心。在圖8中，附圖標(biāo)記15示出了一個彎折光學(xué)路徑的反射鏡。
實(shí)施例2圖9和10示出了作為本發(fā)明實(shí)施例2的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的配置。本實(shí)施例對應(yīng)于這樣一個光學(xué)系統(tǒng)，其中一個變形光通量壓縮系統(tǒng)被設(shè)置在實(shí)施例1的照射光學(xué)系統(tǒng)中。
在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1中所述的那些元件相同的元件被指定以相同的附圖標(biāo)記。
在本實(shí)施中，凸柱形透鏡21和凹柱形透鏡22按照從燈側(cè)開始的順序設(shè)置在光源燈LP和第一透鏡陣列3之間。凸柱形透鏡21是在x方向上具有正折射焦度(即正光焦度)且在y方向上沒有折射焦度的復(fù)曲面透鏡(toric lens)。該凹柱形透鏡22是在x方向上具有負(fù)折射焦度且在y方向上沒有折射焦度的復(fù)曲面透鏡。
圖9示出了xz截面，其中光通量被凸柱形透鏡21和凹柱形透鏡22壓縮。圖10示出了yz截面，其中光通量沒有被凸柱形透鏡21和凹柱形透鏡22折射。
從光源燈LP的光發(fā)射管1發(fā)射出的白色照射光通量被反射器2校準(zhǔn)以成為平行光通量，然后進(jìn)入凸柱形透鏡21。進(jìn)入凸柱形透鏡21的平行照射光通量被會聚在圖9中所示的截面，然后進(jìn)入凹柱形透鏡22。進(jìn)入凹柱形透鏡22的會聚光通量被凹柱形透鏡22的折射焦度轉(zhuǎn)換為再次成為平行光通量，即，被壓縮然后進(jìn)入第一透鏡陣列3，其中該凹柱形透鏡22被設(shè)置為以便與凸柱形透鏡21共同創(chuàng)建一個基本上無焦的狀態(tài)。
進(jìn)入第一透鏡陣列3的光通量被組成第一透鏡陣列3的多個透鏡單元劃分為多個光通量。該多個光通量透射通過第二透鏡陣列4，然后進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5。
進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5的非偏振光被轉(zhuǎn)換成具有如實(shí)施例1中所述的偏振方向的線性偏振光。
從偏振轉(zhuǎn)換元件5射出的多個光通量被聚光透鏡6聚光，以疊置在反射液晶面板8上。
同樣在本實(shí)施例中，如同實(shí)施例1中，照射光通量被透射通過偏振分束器7的偏振分束表面7a到達(dá)反射液晶面板8。
被反射液晶面板8圖像調(diào)制的光被偏振分束表面7a反射，通過該偏振分束表面7a分析其偏振狀態(tài)。四分之一相位板9的功能和實(shí)施例1中的相同。
被偏振分束表面7a反射然后從偏振分束器7射出的光進(jìn)一步被偏振板10分析。透射通過偏振板10的光被投影透鏡11投影到一個未示出的屏幕上。
圖11示出了在偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光的強(qiáng)度分布。被反射器2反射的照射光(在圖中用1所示)被凸和凹圓柱形透鏡21和22壓縮，然后被第一透鏡陣列3劃分，并且被偏振轉(zhuǎn)換元件5進(jìn)一步劃分。結(jié)果，在偏振轉(zhuǎn)換元件5上獲得其中分布著多個拉平的光源圖像的照射光的強(qiáng)度分布。
在本實(shí)施例中，從光源燈LP(即從反射器2)到偏振轉(zhuǎn)換元件5的光學(xué)系統(tǒng)部分被平移，即，關(guān)于包括聚光透鏡6、偏振分束器7(或偏振分束表面7a)和包含反射液晶面板8的后續(xù)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分，在x方向偏軸預(yù)定的量Δ。
這能使在偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光通量的強(qiáng)度分布的質(zhì)心C在x方向上從聚光透鏡6的光軸Oc平移預(yù)定的量Δ。
從而，光通量以如下狀態(tài)朝向面板表面8a上的任意點(diǎn)會聚在該狀態(tài)中，偏振轉(zhuǎn)換元件5上的其強(qiáng)度分布被轉(zhuǎn)換成角度強(qiáng)度分布。這可以關(guān)于面板表面8a上任意點(diǎn)處的法線在x方向上偏移朝向面板表面8a上的該任意點(diǎn)會聚的光通量的角度強(qiáng)度質(zhì)心。換言之，這可以關(guān)于面板表面8a的法線在x方向上傾斜質(zhì)心方向。
如上所述，在本實(shí)施例中，該照射光通量的角度強(qiáng)度分布被凸柱形透鏡21和凹柱形透鏡22拉平。進(jìn)而，從反射器2到偏振轉(zhuǎn)換元件5的光學(xué)系統(tǒng)部分在x方向上關(guān)于包括聚光透鏡6和后續(xù)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分被平移預(yù)定的量Δ，從而從聚光透鏡6的光軸Oc平移角度強(qiáng)度質(zhì)心。
這使得能夠?qū)碜哉丈涔鈱W(xué)系統(tǒng)的光通量的強(qiáng)度分布(或者會聚光通量)調(diào)節(jié)為圖7中所示的光分析特性。因而，與試圖僅通過使用凸和凹柱形透鏡改善對比度的常規(guī)配置比較，光量的損失能夠被減少。此外，在本實(shí)施例中，在x方向上壓縮光通量能夠偏移角度強(qiáng)度質(zhì)心，使得光量的損失被進(jìn)一步減少。
將要簡要描述如何平移，即，如何偏軸光學(xué)系統(tǒng)部分。這里的描述是在平行于偏振分束器7的偏振分束表面7a的法線且平行于反射液晶面板8的面板表面(或入射/出射表面)8a的法線的方向的xz截面(或者第一截面)中進(jìn)行的。該xz截面平行于本實(shí)施例中的光通量的壓縮方向。
首先，如上所述，會聚光學(xué)系統(tǒng)將經(jīng)由偏振分束表面7a朝向入射/出射表面(或面板表面)8a上的同一個入射點(diǎn)會聚的照射光通量的強(qiáng)度分布的質(zhì)心C關(guān)于入射/出射表面8a的法線在上述入射點(diǎn)處以照射光通量的會聚角方向進(jìn)行偏移。
該會聚光學(xué)系統(tǒng)具有如上偏軸的配置和關(guān)于入射/出射表面8a的法線傾斜的配置中的一種配置。
進(jìn)而，會聚光學(xué)系統(tǒng)被配置成，使得被反射液晶面板8反射之后通過偏振分束表面7a上的質(zhì)心C的光線的入射角大于進(jìn)入反射液晶面板8之前在偏振分束表面7a上的光線的入射角。
通過強(qiáng)度分布的質(zhì)心C的光線對應(yīng)于進(jìn)入上述相同入射點(diǎn)的光通量中通過照射光學(xué)系統(tǒng)(或會聚光學(xué)系統(tǒng))的光瞳位置處的質(zhì)心的光線。
此配置能夠增加被反射液晶面板8反射然后撞擊偏振分束表面7a的光線的入射角，導(dǎo)致增加用作圖像光的光量。換言之，這種配置能夠改善S偏振光的偏振分束表面7a的反射系數(shù)。
此后將對發(fā)明人的具體研究進(jìn)行描述。發(fā)明人研究了圖9和10所示的使用相對小的反射液晶面板以優(yōu)先考慮亮度的配置、和圖12和13所示的使用相對大的反射液晶面板以優(yōu)先考慮對比度的配置。圖12和13所示的元件與圖9和10所示的相同。
上述兩種配置在聚光透鏡6的焦距方面以及構(gòu)成第一和第二透鏡陣列3和4的每個透鏡單元的尺寸方面是不同的。這兩種配置中的聚光透鏡6的不同焦距改變了會聚在反射液晶面板8上的光通量的會聚角，從而控制其中優(yōu)先考慮亮度的狀態(tài)和其中優(yōu)先考慮對比度的狀態(tài)。
進(jìn)而，聚光透鏡6的不同焦距以及在第一和第二透鏡陣列3和4中的每個透鏡單元的不同尺寸控制對應(yīng)于反射液晶面板8的尺寸的均勻照射區(qū)域的尺寸。
在圖9和10中所示的配置中，當(dāng)fc、Δ和Q的值是如下時獲得好的對比度fc＝67mmΔ＝1.5mmQ＝21mm，且α是1.28°另一方面，在圖12和13中所示的配置中，當(dāng)fc、Δ和Q的值是如下時獲得好的對比度fc＝134mmΔ＝3.5mmQ＝28.4mm，且α是1.50°如上所述，本實(shí)施例中的配置與實(shí)施例1中的配置非常不同。然而，對比度受到圖7中所示的光分析性能的很大影響，使得質(zhì)心方向的傾斜角α滿足實(shí)施例1中所述的條件表達(dá)式(1)是優(yōu)選的。
實(shí)施例3圖14和15示出了作為本發(fā)明實(shí)施例3的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的配置。該實(shí)施例是一個修改例，并且和實(shí)施例2中描述的元件相同的元件被指定以相同的附圖標(biāo)記。
本實(shí)施例對應(yīng)于這樣一種光學(xué)系統(tǒng)，在該光學(xué)系統(tǒng)中，在實(shí)施例2的照射光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置孔徑光闌?？讖焦怅@被設(shè)置在接近偏振轉(zhuǎn)換元件5的位置。
圖14示出了其中光通量被凸柱形透鏡21和凹柱形透鏡22壓縮的xz截面。圖15示出了其中光通量沒有被凸柱形透鏡21和凹柱形透鏡22折射的yz截面。
從光發(fā)射管1發(fā)射的白色照射光通量被反射器2校準(zhǔn)以成為平行光通量，然后進(jìn)入凸柱形透鏡21。該進(jìn)入凸柱形透鏡21的平行光通量會聚在如圖14中所示的截面中，然后進(jìn)入凹柱形透鏡22。進(jìn)入凹柱形透鏡22的會聚光通量被凹柱形透鏡22的折射焦度轉(zhuǎn)換為再次成為平行光通量，即，被壓縮然后進(jìn)入第一透鏡陣列3，其中該凹柱形透鏡22被設(shè)置為以便與凸柱形透鏡21共同創(chuàng)建基本上無焦的狀態(tài)。
進(jìn)入第一透鏡陣列3的光通量被組成第一透鏡陣列3的多個透鏡單元劃分為多個光通量。該多個光通量透射通過第二透鏡陣列4，然后進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5。
進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5的非偏振的光被轉(zhuǎn)換成具有如實(shí)施例1和2中所述的偏振方向的線性偏振光。
從偏振轉(zhuǎn)換元件5射出的多個光通量被聚光透鏡6聚光，以疊置在反射液晶面板8上。
同樣在本實(shí)施例中，如同實(shí)施例1和2中，照射光通量透射通過偏振分束器7的偏振分束表面7a，以到達(dá)反射液晶面板8。
被反射液晶面板8圖像調(diào)制的光被偏振分束表面7a反射，通過該偏振分束表面7a分析其偏振狀態(tài)。四分之一相位板9的功能和實(shí)施例1中的相同。
被偏振分束表面7a反射然后從偏振分束器7射出的光進(jìn)一步被偏振板10分析。透射通過偏振板10的光被投影透鏡11投影到一個未示出的屏幕上。
偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光的強(qiáng)度分布與使用圖11在實(shí)施例2中描述的相同。換言之，獲得其中分布了多個拉平的光源圖像的強(qiáng)度分布。
在本實(shí)施例中，孔徑光闌31設(shè)置在接近偏振轉(zhuǎn)換元件5的位置上以截去部分照射光通量。
進(jìn)而，在如圖14所示的本實(shí)施例中，從光源燈LP(即從反射器2)到偏振轉(zhuǎn)換元件5的光學(xué)系統(tǒng)部分在x方向上關(guān)于包括聚光透鏡6和后續(xù)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分被平移，即被偏軸一個預(yù)定量Δ。
如圖16中所示，這可以使得偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光通量的強(qiáng)度分布的質(zhì)心C從聚光透鏡6的光軸Oc在x方向上被平移預(yù)定的量Δ。
光通量以如下狀態(tài)朝向面板表面8a上的任意點(diǎn)會聚在該狀態(tài)中，偏振轉(zhuǎn)換元件5上的其強(qiáng)度分布被轉(zhuǎn)換成角度強(qiáng)度分布。因此，質(zhì)心方向在x方向上關(guān)于面板表面8a的法線傾斜。
如上所述，在本實(shí)施例中，該照射光通量的角度強(qiáng)度分布被凸柱形透鏡21和凹柱形透鏡22拉平。進(jìn)而，孔徑光闌31被設(shè)置在偏振轉(zhuǎn)換元件5的附近，并且從反射器2到偏振轉(zhuǎn)換元件5的光學(xué)系統(tǒng)部分在x方向上關(guān)于包括聚光透鏡6和后續(xù)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分被平移了預(yù)定的量Δ。
這能夠?qū)⒊蛎姘灞砻?a上的任意點(diǎn)會聚的光通量的角度強(qiáng)度質(zhì)心在x方向上關(guān)于該任意點(diǎn)處面板表面8a的法線偏移。換言之，這可以使質(zhì)心方向關(guān)于面板表面8a的法線傾斜，從而使得能夠?qū)碜哉丈涔鈱W(xué)系統(tǒng)的光通量的強(qiáng)度分布調(diào)節(jié)為圖7中的光分析特性。
實(shí)施例4圖17和18示出了作為本發(fā)明實(shí)施例4的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的配置。在本實(shí)施例中，與實(shí)施例2中描述的元件相同的元件被分配以相同的附圖標(biāo)記。
在本實(shí)施例中，從光源燈側(cè)開始依次設(shè)置了在x方向和y方向上具有正折射焦度(即正光焦度)的凸透鏡41；由多個透鏡單元構(gòu)成的第一透鏡陣列42，其具有在y方向上帶有負(fù)折射焦度的凹柱形透鏡表面；以及由多個透鏡單元構(gòu)成的第二透鏡陣列43，其具有在x方向上帶有負(fù)折射焦度的凹柱形透鏡表面。
圖17示出了其中第二透鏡陣列43的凹柱形透鏡表面具有負(fù)折射焦度的xz截面。圖18示出了其中第一透鏡陣列42的凹柱形透鏡表面具有負(fù)折射焦度的yz截面。
從光源燈LP的光發(fā)射管1發(fā)射的白色照射光通量被反射器2校準(zhǔn)成為平行光通量，然后進(jìn)入凸透鏡41。該進(jìn)入凸透鏡41的平行光通量會聚在圖17和18中所示的每一個截面中。然后，在圖17所示的截面中，會聚光通量沒有改變地通過第一透鏡陣列42，并且進(jìn)入第二透鏡陣列43的凹柱形透鏡表面。
進(jìn)入該凹柱形透鏡表面的會聚光通量被凹柱形透鏡表面的折射焦度轉(zhuǎn)換為再次成為平行光通量，即被壓縮，其中該凹柱形透鏡表面被設(shè)置為以便與凸透鏡41共同創(chuàng)建基本上無焦的狀態(tài)。
另一方面，在圖18所示的截面中，來自凸透鏡41的會聚光通量進(jìn)入第一透鏡陣列42的凹柱形透鏡表面。進(jìn)入該凹柱形透鏡表面的會聚光通量被凹柱形透鏡表面的折射焦度轉(zhuǎn)換為再次成為平行光通量，即被壓縮，其中該凹柱形透鏡表面被設(shè)置為以便與凸透鏡41共同創(chuàng)建基本上無焦的狀態(tài)。
此外，來自凸透鏡41的光通量被該第一透鏡陣列3中的該多個透鏡單元劃分為多個光通量。該多個光通量透射通過第二透鏡陣列4，然后進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5。
進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換元件5的非偏振光被轉(zhuǎn)換為偏振方向如實(shí)施例1所述的線性偏振光。
從偏振轉(zhuǎn)換元件5射出的多個光通量被聚光透鏡6聚光，以疊置在反射液晶面板8上。
同樣在本實(shí)施例中，如同實(shí)施例1中，照射光通量透射通過偏振分束器7的偏振分束表面7a，到達(dá)反射液晶面板8。
被反射液晶面板8圖像調(diào)制的光被偏振分束表面7a反射，通過該偏振分束表面7a分析其偏振狀態(tài)。四分之一相位板9的功能和實(shí)施例1中的相同。
被偏振分束表面7a反射然后從偏振分束器7射出的光進(jìn)一步被偏振板10分析。透射通過偏振板10的光被投影透鏡11投影到一個未示出的屏幕上。
圖19示出了偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光的強(qiáng)度分布。由凸透鏡41會聚的照射光被第一透鏡陣列3劃分為多個光通量，然后被第一和第二透鏡陣列3、4轉(zhuǎn)換成平行光通量，然后進(jìn)而被偏振轉(zhuǎn)換元件5劃分。結(jié)果，在偏振轉(zhuǎn)換元件5上，獲得了其中分布了多個拉平的光源圖像的照射光的強(qiáng)度分布。
同樣在如圖17所示的本實(shí)施例中，從光源燈LP(即從反射器2)到偏振轉(zhuǎn)換元件5的光學(xué)系統(tǒng)部分在x方向上關(guān)于包括聚光透鏡6、偏振分束器7(或偏振分束表面7a)和包含反射液晶面板8的后續(xù)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分被平移，即被偏軸一個預(yù)定量Δ。這可以使偏振轉(zhuǎn)換元件5上的照射光通量的強(qiáng)度分布的質(zhì)心C在x方向上從聚光透鏡6的光軸Oc平移一個預(yù)定量Δ。
光通量以如下狀態(tài)朝向面板表面8a上的任意點(diǎn)會聚在該狀態(tài)中，偏振轉(zhuǎn)換元件5上的其強(qiáng)度分布被轉(zhuǎn)換成角度強(qiáng)度分布。因此，質(zhì)心方向在x方向上關(guān)于面板表面8a的法線傾斜。
如上所述，在本實(shí)施例中，該照射光通量的角度強(qiáng)度分布被集成地形成在第一和第二透鏡陣列3和4上的凸柱形透鏡41和凹柱形透鏡表面拉平。進(jìn)而，從反射器2到偏振轉(zhuǎn)換元件5的光學(xué)系統(tǒng)部分在x方向上關(guān)于包括聚光透鏡6和后續(xù)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)部分被平移了預(yù)定的量Δ。
這能夠?qū)⒊蛎姘灞砻?a上的任意點(diǎn)會聚的光通量的角度強(qiáng)度質(zhì)心在x方向上關(guān)于該任意點(diǎn)處的面板表面8a的法線偏移。換言之，這可以使質(zhì)心方向關(guān)于面板表面8a的法線傾斜，從而使得能夠?qū)碜哉丈涔鈱W(xué)系統(tǒng)的光通量的強(qiáng)度分布調(diào)節(jié)為圖7中的光分析特性。
盡管多個透鏡單元和凹柱形透鏡表面形成在本實(shí)施例中的每個透鏡陣列中的不同表面上，可以使用這樣一種透鏡陣列142，其中多個透鏡單元和一個凹柱形透鏡形成在圖20中所示的相同表面上。特別地，透鏡陣列142的每個透鏡單元的中心位于凹表面5。
進(jìn)而，盡管本實(shí)施例使用具有拋物線表面的反射器2并通過使用凸透鏡41會聚照射光通量，也可使用橢圓形的反射器以除去凸透鏡41。
實(shí)施例5圖21示出了作為本發(fā)明實(shí)施例5的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的xz截面中的配置。本實(shí)施例是一個修改例，與實(shí)施例2中描述的元件相同的元件被分配以相同的附圖標(biāo)記。
本實(shí)施例與實(shí)施例2不同之處在于，整個照射光學(xué)系統(tǒng)(本實(shí)施例中的從光源燈LP到聚光透鏡6)關(guān)于反射液晶面板8(即，面板表面8a)的法線N在x方向上傾斜一個角度θ。
這能夠?qū)⒊蛎姘灞砻?a上的任意點(diǎn)會聚的光通量的角度強(qiáng)度質(zhì)心在x方向上關(guān)于面板表面8a在該任意點(diǎn)處的法線N偏移。換言之，這可以使質(zhì)心方向關(guān)于面板表面8a的法線N傾斜，從而使得能夠?qū)碜哉丈涔鈱W(xué)系統(tǒng)的光通量的強(qiáng)度分布調(diào)節(jié)為圖7中的光分析特性，如同上述實(shí)施例中的每個實(shí)施例。
實(shí)施例6在上述每一個實(shí)施例中，描述了這樣的情況在該情況中，來自光源的照射光通量透射通過偏振分束器(即，偏振分束表面)以便被引入到反射液晶面板，并且由反射液晶面板反射的光通量(即投影光)被偏振分束器反射以便被引入到投影透鏡。
然而，作為本發(fā)明的一個替換實(shí)施例，可以采用圖22中所示的配置，在該配置中，照射光通量被偏振分束器反射，以便被引入到反射液晶面板，并且由反射液晶面板反射的光通量透射通過偏振分束器，以便被引入到投影透鏡。此外，在照射光學(xué)系統(tǒng)側(cè)和投影透鏡側(cè)都可以設(shè)置上述每個實(shí)施例中所述的偏振板。
進(jìn)而，在上述的每一個實(shí)施例中，描述了這樣的情況在該情況中，只設(shè)置有一個反射液晶面板。然而，如圖22中所示，可以設(shè)置三個液晶面板。
圖22示出了作為本發(fā)明實(shí)施例6的用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)的配置，其在實(shí)施例2中所述的照射光學(xué)系統(tǒng)中包括三個液晶面板。
在與聚光透鏡6相比更靠近投影透鏡11的一側(cè)，附圖標(biāo)記71示出了透射綠色(G)光并且反射紅色(R)光和藍(lán)色(B)光的二向色反射鏡。附圖標(biāo)記72，73和74示出了分別用于G、R、和B的液晶面板。附圖標(biāo)記75，76和77示出了對應(yīng)于實(shí)施例1和2中所述的四分之一相位板9的分別用于G、R、和B的四分之一相位板。
附圖標(biāo)記81示出了第一偏振分束器，其將R光取決于其偏振方向朝向用于R的液晶面板73(此后稱為R面板)反射，并且將B光取決于其偏振方向朝向用于B的液晶面板74(此后稱為B面板)透射。第一偏振分束器將分別由R和B面板73和74反射的R光和B光進(jìn)行組合。
附圖標(biāo)記82示出了第二偏振分束器，其將G光朝向用于G的液晶面板72(此后稱為G面板)透射，并且反射由G面板72反射的G光。
附圖標(biāo)記78示出了第一偏振板，并且79示出了第二偏振板。附圖標(biāo)記78示出了一種顏色選擇相位板，其將R光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，并且不轉(zhuǎn)換B光的偏振方向。附圖標(biāo)記84示出了第三偏振板，85示出了第四偏振板。
附圖標(biāo)記83示出了顏色組合棱鏡，其透射來自第一偏振板81的R光和B光，并且反射來自第二偏振分束器82的G光。顏色組合棱鏡83組合R光、B光、和G光，以將它們引入投影透鏡11。
根據(jù)上述每一個實(shí)施例，在第一截面中可以偏移照射反射圖像形成元件的光通量的角度強(qiáng)度分布的質(zhì)心。這使得能夠降低來自偏振分束表面的泄漏光的量，同時抑制光量降低。因此，該光學(xué)系統(tǒng)可以以高對比度投影明亮圖像。
在上述每個實(shí)施例中，描述了使用液晶面板的情況。然而，本發(fā)明的替換實(shí)施例可以使用諸如DMD(數(shù)字微反射鏡裝置)的其他反射圖像形成元件。
此外，本發(fā)明不限于這些優(yōu)選實(shí)施例，并且可以進(jìn)行各種變化和修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)，包括會聚光學(xué)系統(tǒng)，其將來自光源的光通量朝向反射圖像形成元件會聚；以及偏振分束表面，其透射來自會聚光學(xué)系統(tǒng)的光通量當(dāng)中具有第一偏振方向的入射光通量，以將其引入到該反射圖像形成元件，并且使來自反射圖像形成元件的出射光通量當(dāng)中具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的光行進(jìn)至投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，在平行于偏振分束表面的法線且平行于反射圖像形成元件的入射/出射表面的法線的第一截面中，該會聚光學(xué)系統(tǒng)具有這樣的配置，該配置使通過出射光通量的強(qiáng)度分布質(zhì)心的光線在偏振分束表面上的入射角大于通過入射光通量的強(qiáng)度分布質(zhì)心的光線在偏振分束表面上的入射角，該配置是以下配置之一其中會聚光學(xué)系統(tǒng)的一部分關(guān)于其另一部分被偏軸的配置，以及關(guān)于入射/出射表面的法線傾斜的配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中該會聚光學(xué)系統(tǒng)包括將來自光源的光通量劃分為多個光通量的透鏡陣列，將來自透鏡陣列的非偏振光轉(zhuǎn)換為具有某種偏振方向的線性偏振光的偏振轉(zhuǎn)換元件，以及將來自偏振轉(zhuǎn)換元件的多個光通量疊置在反射圖像形成元件上的會聚透鏡，以及該會聚光學(xué)系統(tǒng)在第一截面上具有以下配置之一其中透鏡陣列和偏振轉(zhuǎn)換元件關(guān)于會聚透鏡、偏振分束表面、和反射圖像形成元件偏軸的配置，以及關(guān)于入射/出射表面的法線傾斜的配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足以下條件1°≤α≤3°其中α表示由朝向入射點(diǎn)會聚的入射光通量的質(zhì)心朝向入射點(diǎn)的方向和入射/出射表面的入射點(diǎn)處的法線形成的角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足以下條件θ1＜θ2其中θ1表示朝向第一截面中的入射點(diǎn)會聚的入射光通量的會聚角，并且θ2表示垂直于該第一截面并且平行于入射/出射表面的法線的第二截面中的入射光通量的會聚角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中還滿足以下條件0.6＜θ1/θ2＜0.9。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中該會聚光學(xué)系統(tǒng)包括將來自光源的光通量劃分為多個光通量的透鏡陣列，將來自透鏡陣列的非偏振光轉(zhuǎn)換為具有某種偏振方向的線性偏振光的偏振轉(zhuǎn)換元件，以及將來自偏振轉(zhuǎn)換元件的多個光通量疊置在反射圖像形成元件上的會聚透鏡，以及多個光學(xué)元件設(shè)置在光源和會聚透鏡之間，其中每一個光學(xué)元件在第一截面中和垂直于第一截面且平行于入射/出射表面的法線的第二截面中具有不同的光焦度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中該會聚光學(xué)系統(tǒng)包括將來自光源的光通量劃分為多個光通量的透鏡陣列，將來自透鏡陣列的非偏振光轉(zhuǎn)換為具有某種偏振方向的線性偏振光的偏振轉(zhuǎn)換元件，將來自偏振轉(zhuǎn)換元件的多個光通量疊置在反射圖像形成元件上的會聚透鏡，以及設(shè)置在光源和會聚透鏡之間的孔徑光闌，以及該孔徑光闌關(guān)于會聚透鏡的光軸在第一截面中被偏軸。
8.一種圖像投影設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)。
9.一種圖像顯示系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像投影設(shè)備；以及圖像提供設(shè)備，其將圖像信息提供給該圖像投影設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影設(shè)備，其中公開了一種用于圖像投影的光學(xué)系統(tǒng)，其能夠改善對比度同時抑制光量減少。該光學(xué)系統(tǒng)包括會聚光學(xué)系統(tǒng)，以及偏振分束表面，其透射來自會聚光學(xué)系統(tǒng)的具有第一偏振方向的入射光通量，以將其引入到圖像形成元件，并且使來自圖像形成元件的出射光通量中具有第二偏振方向的光行進(jìn)到投影光學(xué)系統(tǒng)。在平行于偏振分束表面的法線的第一截面中，會聚光學(xué)系統(tǒng)具有這樣一種配置，該配置使通過出射光通量的強(qiáng)度分布質(zhì)心的光線在分束表面上的入射角大于通過入射光通量的強(qiáng)度分布質(zhì)心的光線在其上的入射角。
文檔編號G03B21/00GK101086558SQ20071011022
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者奧山敦, 山內(nèi)悠, 須藤貴士, 門脇亮太 申請人:佳能株式會社