專利名稱：照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
前投式投影儀(投影設(shè)備)是一種圖像顯示設(shè)備。前投式投影儀包括用作光源的放電燈，以及用作光調(diào)制裝置的反射式液晶顯示裝置、透射式液晶裝置或數(shù)字微鏡裝置(DMD)。在這些裝置和光學(xué)系統(tǒng)中已經(jīng)進(jìn)行了各種改善。最近，已經(jīng)提出使用激光器作為圖像顯示設(shè)備的新光源。激光束從顯著較小的發(fā)射區(qū)域發(fā)射。光束的亮度在中心最高并朝向發(fā)射區(qū)域的周界迅速降 低，帶來(lái)了基本為高斯分布的亮度分布。因此，來(lái)自包括激光裝置作為光源的照明光學(xué)系統(tǒng)的光僅在使亮度均勻的情況下才可以用作具有均勻分布的照明。已經(jīng)提出了這樣的照明光學(xué)系統(tǒng)(例如，參照日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開第2006-5015號(hào)和第2009-192789號(hào))。

發(fā)明內(nèi)容
所提出的照明光學(xué)系統(tǒng)是一維激光陣列光源，并且其缺點(diǎn)在于，由于為產(chǎn)生大量光增大了裝置的數(shù)量而導(dǎo)致其尺寸增大。考慮到這樣的情況構(gòu)思了本技術(shù)，本技術(shù)提供了照明光學(xué)系統(tǒng)和具有照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示設(shè)備，照明光學(xué)系統(tǒng)即使在所包含的裝置(即，光源)的數(shù)量增大時(shí)仍然尺寸較小。為了解決上述問(wèn)題，照明光學(xué)系統(tǒng)包括二維激光陣列光源、集成器光學(xué)系統(tǒng)、多個(gè)第一透鏡以及多個(gè)第二透鏡。二維激光陣列光源包括以二維陣列布置在平面上的多個(gè)激光光源。集成器光學(xué)系統(tǒng)被配置為將入射光重疊并將光向照射表面發(fā)射。多個(gè)第一透鏡被布置為與所述平面平行，并被配置為在限制所述二維陣列的第一軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第一軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射。多個(gè)第二透鏡布置在所述第一透鏡的后方，并被配置為在限制與所述第一軸線方向正交的第二軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第二軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射。為了解決上述問(wèn)題，圖像顯示設(shè)備包括光調(diào)制裝置、二維激光陣列光源、集成器光學(xué)系統(tǒng)、多個(gè)第一透鏡以及多個(gè)第二透鏡。二維激光陣列光源包括以二維陣列布置在平面上的多個(gè)激光光源。集成器光學(xué)系統(tǒng)被配置為將入射光重疊并將光向光調(diào)制裝置發(fā)射。多個(gè)第一透鏡被布置為與所述平面平行，并被配置為在限制所述二維陣列的第一軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第一軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射。多個(gè)第二透鏡被布置在所述第一透鏡的后方，并被配置為在限制與所述第一軸線方向正交的第二軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第二軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射。上述照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示設(shè)備即使對(duì)于作為光源的裝置的數(shù)量增大的情況也具有較小的照明光學(xué)系統(tǒng)。


圖I圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的圖像顯示設(shè)備的示例構(gòu)造；圖2圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造;圖3圖示了在第二平面上投影得到的根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造;圖4圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第一實(shí)施例的二維激光陣列光源的示例構(gòu)造；
圖5圖示了在第二平面上投影得到的從根據(jù)第一實(shí)施例的二維激光陣列光源發(fā)射的光；圖6圖示了在第一平面上投影得到的入射在根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的集成器光學(xué)系統(tǒng)上和從集成器光學(xué)系統(tǒng)出射的光之間的關(guān)系；圖7圖示了在第二平面上投影得到的入射在根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的集成器光學(xué)系統(tǒng)上和從集成器光學(xué)系統(tǒng)出射的光之間的關(guān)系；圖8圖不了從根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射的光束入射在入射表面上的亮度分布；圖9圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第二實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造;圖10圖示了在第二平面上投影得到的根據(jù)第二實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造;并且圖11圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第三實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)的實(shí)施例。第一實(shí)施例以下將參照?qǐng)DI概要地說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的圖像顯示設(shè)備。圖像顯示設(shè)備I輸出將紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)的光調(diào)制圖像進(jìn)行合成得到的圖像用于顯示。圖像顯示設(shè)備I例如是投影設(shè)備，比如前投式投影儀或背投式投影儀。圖像顯示設(shè)備I包括照明光學(xué)系統(tǒng)10R、IOG和10B，反射偏振元件2R、2G和2B，光調(diào)制裝置3R、3G和3B，色彩合成棱鏡4 (合成光學(xué)系統(tǒng))以及投影透鏡5 (投影光學(xué)系統(tǒng))。照明光學(xué)系統(tǒng)10R、IOG和IOB是分別具有與色彩R、G和B對(duì)應(yīng)的二維激光陣列光源的照明光學(xué)系統(tǒng)。例如，照明光學(xué)系統(tǒng)IOR具有與紅色對(duì)應(yīng)的二維激光陣列光源。照明光學(xué)系統(tǒng)IOG具有與綠色對(duì)應(yīng)的二維激光陣列光源。照明光學(xué)系統(tǒng)IOB具有與藍(lán)色對(duì)應(yīng)的二維激光陣列光源。在照明光學(xué)系統(tǒng)IOR中，從二維激光陣列光源發(fā)射的光(LI)被轉(zhuǎn)化為具有均勻亮度分布的光并入射在作為照射表面的光調(diào)制裝置3R上。在照明光學(xué)系統(tǒng)IOG中，從二維激光陣列光源發(fā)射的光(L2)被轉(zhuǎn)化為具有均勻亮度分布的光并入射在作為照射表面的光調(diào)制裝置3G上。在照明光學(xué)系統(tǒng)IOB中，從二維激光陣列光源發(fā)射的光(L3)被轉(zhuǎn)化為具有均勻亮度分布的光并入射在作為照射表面的光調(diào)制裝置3B上。來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)10RU0G和IOB的RGB光束在對(duì)應(yīng)的反射式偏振元件2R、2G和2B處反射并入射在對(duì)應(yīng)的光調(diào)制裝置3R、3G和3B上。光調(diào)制裝置3R、3G和3B分別對(duì)RGB光束進(jìn)行光調(diào)制并反射。在對(duì)應(yīng)的光調(diào)制裝置3R、3G和3B處得到光調(diào)制的RGB光束在光學(xué)補(bǔ)償裝置(未示出)得到光學(xué)補(bǔ)償(相位調(diào)制程度的微控制)，然而入射對(duì)應(yīng)的反射偏振元件2R、2G和2B。取決于光調(diào)制程度，入射在反射偏振元件2R、2G和2B上的RGB光束的一部分透射到色彩合成棱鏡4，其他部分被反射并返回到對(duì)應(yīng)的照明光學(xué)系統(tǒng)10RU0G和10B。色彩合成棱鏡4使綠色波帶的入射光透射并使紅色和藍(lán)色波帶的入射光朝向投影透鏡5反射。色彩合成棱鏡4由例如粘合在一起的多個(gè)玻璃棱鏡(四個(gè)形狀與等腰直角 三角形大致相同的棱鏡)構(gòu)成。第一干涉濾光器使得藍(lán)色波帶的入射光反射，并使得紅色和綠色波帶的入射光透射。第二干涉濾光器使紅色波帶的入射光反射，并使得綠色和藍(lán)色波帶的入射光透射。因此，色彩合成棱鏡4將來(lái)自光調(diào)制裝置3R的光(L4)、來(lái)自光調(diào)制裝置3G的光(L5)以及來(lái)自光調(diào)制裝置3B的光(L6)合成，并將合成光向投影透鏡5發(fā)射。投影透鏡5以預(yù)定倍率放大來(lái)自色彩合成棱鏡4的合成光(L7)，并將放大圖像投影在屏幕(未示出)上。光調(diào)制裝置可以是反射式液晶裝置、透射式液晶裝置或數(shù)字微鏡裝置(DMD)。以下將參照?qǐng)D2和圖3說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造。圖2圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造。圖3圖示了在第二平面上投影得到的根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造。在第一平面上，y方向被定義為光源的光軸成為法線的平面上的軸線方向，并且X方向被定義為與I方向正交的軸線方向。第一平面由從圖的底部向頂部延伸的X軸和正交地從圖的背面向前面延伸的y軸定義。第二平面由從圖的底部向頂部延伸的y軸和正交地從圖的背面向前面延伸的X軸定義。照明光學(xué)系統(tǒng)10包括不與特定色彩(波長(zhǎng))對(duì)應(yīng)的二維激光陣列光源12。照明光學(xué)系統(tǒng)10具有與照明光學(xué)系統(tǒng)10RU0G和IOB相同的構(gòu)造，并且照明光學(xué)系統(tǒng)10的說(shuō)明也與照明光學(xué)系統(tǒng)10RU0G和IOB對(duì)應(yīng)。照明光學(xué)系統(tǒng)10(照明光學(xué)設(shè)備)包括二維激光陣列光源12、第一透鏡13、第二透鏡14、以及集成器光學(xué)系統(tǒng)11。在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，來(lái)自集成器光學(xué)系統(tǒng)11的光入射在光調(diào)制裝置19上。二維激光陣列光源12具有布置為平面上的二維陣列的多個(gè)單激光光源。例如二維激光陣列光源12具有布置為m行和η列的二維陣列(矩陣)的mXn個(gè)單激光光源。單激光光源具有對(duì)于光軸的預(yù)定發(fā)散角(光束擴(kuò)散角)，并具有沿著特定方向較大的發(fā)散角。二維激光陣列光源12包括沿著特定方向排列的多個(gè)單激光光源。因此，二維激光陣列光源12也具有對(duì)于光軸的預(yù)定發(fā)散角，并具有沿著特定方向較大的發(fā)散角。這里，該特定方向是y方向。在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，第一透鏡13與二維激光陣列光源12的布置單激光光源的表面平行地布置。第一透鏡13由柱面透鏡構(gòu)成。沿著y方向排列的第一透鏡13對(duì)應(yīng)于沿著x方向排列的單激光光源的列。第一透鏡13是快軸準(zhǔn)直器(FAC)透鏡，其使入射光的快軸分量準(zhǔn)直，并將快軸分量轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平行光(未完全準(zhǔn)直的光)。第一透鏡13將來(lái)自二維激光陣列光源12的光轉(zhuǎn)換為其發(fā)散角主要在y方向(二維陣列的第一軸方向)上受到限制的準(zhǔn)平行光。這里，準(zhǔn)平行光具有其中入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11的入射表面上的光沿著y方向重疊的發(fā)散角。第一透鏡13被散焦，使得焦點(diǎn)位置距二維激光陣列光源12處于預(yù)定距離。這樣，第一透鏡13將所發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為在y方向上為準(zhǔn)平行光。在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，第二透鏡14與二維激光陣列光源12的其上布置單激光光源的表面平行地布置。第二透鏡14布置在第一透鏡13的后方(更靠近集成器光學(xué)系統(tǒng) 11)。第二透鏡14由柱面透鏡構(gòu)成。沿著X方向排列的第二透鏡14對(duì)應(yīng)于沿著γ方向的單激光光源的列。第二透鏡14是慢軸準(zhǔn)直器(SAC)透鏡，其使入射光的慢軸分量準(zhǔn)直，并將慢軸分量轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平行光。第二透鏡14將來(lái)自二維激光陣列光源12的光轉(zhuǎn)換為其發(fā)散角在X方向(二維陣列的第二軸方向)上受到限制的準(zhǔn)平行光。這里，準(zhǔn)平行光具有其中入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11的入射表面上的光沿著X方向重疊的發(fā)散角。第二透鏡14被散焦，使得焦點(diǎn)位置距二維激光陣列光源12處于預(yù)定距離。這樣，第二透鏡14將所發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為在X方向上為準(zhǔn)平行光。集成器光學(xué)系統(tǒng)11包括第一蠅眼透鏡15、第二蠅眼透鏡16、會(huì)聚透鏡17和場(chǎng)透鏡18。從二維激光陣列光源12發(fā)射并通過(guò)第一透鏡13和第二透鏡14被轉(zhuǎn)換為部分地重疊的準(zhǔn)平行光的光入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11中的蠅眼透鏡15上。因此，集成器光學(xué)系統(tǒng)11布置在距第二透鏡14預(yù)定距離處，使得來(lái)自第二透鏡14的光部分地重疊。入射在蜆眼透鏡15上的光在集成器光學(xué)系統(tǒng)11中被劃分，并在入射表面上重疊。在集成器光學(xué)系統(tǒng)11中來(lái)自場(chǎng)透鏡18的光入射在作為照射表面的光調(diào)制裝置19上。第一蠅眼透鏡15和第二蠅眼透鏡16使得入射的準(zhǔn)平行光的亮度均勻。來(lái)自第二蠅眼透鏡16的入射在會(huì)聚透鏡17上的光透射通過(guò)場(chǎng)透鏡18并入射在光調(diào)制裝置19上。這樣，在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，來(lái)自二維激光陣列光源12的光的發(fā)散角在y方向上通過(guò)第一透鏡13減小，并然后在X方向上通過(guò)第二透鏡14減小。來(lái)自第一透鏡13和第二透鏡14的準(zhǔn)平行光在X和y方向上部分地重疊，并入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11上。從二維激光陣列光源12發(fā)射的光束是線偏振光束。來(lái)自二維激光陣列光源12的光束的偏振方向與由反射式液晶顯示裝置(反射式液晶顯示設(shè)備)或透射式液晶顯示裝置(透射式液晶顯示設(shè)備)構(gòu)成的光調(diào)制裝置19的偏振方向一致。這樣，照明光學(xué)系統(tǒng)10維持二維激光陣列光源12的偏振方向，并能夠在無(wú)需增加諸如P/S轉(zhuǎn)換元件之類的裝置的情況下維持較高的光使用效率。在此情況下，二維激光陣列光源12的偏振比優(yōu)選地是10以上。S卩，作為主偏振分量的P或S分量在作為副偏振分量的另一分量是I的情況下是10以上。更優(yōu)選地，二維激光陣列光源12的偏振比是20以上。即，作為主偏振分量的P或S分量在作為副偏振分量的另一分量是I的情況下是20以上。當(dāng)未實(shí)現(xiàn)優(yōu)選偏振比時(shí)，可以通過(guò)使用P/S轉(zhuǎn)換元件來(lái)提高照明光學(xué)系統(tǒng)10的光學(xué)效率。以下將參照?qǐng)D4和圖5說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造。圖4圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第一實(shí)施例的二維激光陣列光源的示例構(gòu)造。圖5圖示了在第二平面上投影得到的從根據(jù)第一實(shí)施例的二維激光陣列光源發(fā)射的光。二維激光陣列光源12包括以y方向上的間距Pl (距離Pl)和x方向上的間距P2(距離P2)布置的單激光光源20的陣列。二維激光陣列光源12的單激光光源20被布置為使得發(fā)散角在y方向上較大。單激光光源20以X方向上的間距P2(其小于間距Pl)布置，以構(gòu)成一維激光陣列光源。一維激光陣列光源和對(duì)應(yīng)的第一透鏡13構(gòu)成一維激光陣列單元。多個(gè)一維激光單元以I方向上的間距Pl布置，構(gòu)成單激光光源20的二維陣列。第二透鏡14布置在二維激光陣列光源12的后方，并構(gòu)成二維激光陣列單元。取決于期望的光量，二維激光陣列光源12包括一個(gè)或多個(gè)二維激光陣列單元。 從二維激光陣列光源12發(fā)射的光通過(guò)第一透鏡13轉(zhuǎn)換為在y方向上具有發(fā)散角β I并通過(guò)第二透鏡14轉(zhuǎn)換為在X方向上具有發(fā)散角α I的準(zhǔn)平行光，并入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11上。利用具有這樣構(gòu)造的照明光學(xué)系統(tǒng)10，當(dāng)二維激光陣列光源12中的裝置(單激光光源20)的數(shù)量增大時(shí)，裝置可以容易地沿著具有較大發(fā)散角的方向排布。在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，可以通過(guò)第一透鏡13和第二透鏡14，由二維激光陣列光源12的布置表面上布置為二維陣列的裝置的任一者產(chǎn)生準(zhǔn)平行光。因此，照明光學(xué)系統(tǒng)10可以容易地允許裝置的數(shù)量的增大。即使當(dāng)單激光光源20的數(shù)量增大以增大所產(chǎn)生的光量時(shí)，照明光學(xué)系統(tǒng)10也可以被設(shè)計(jì)為具有小尺寸。通過(guò)將單激光光源20布置為為二維陣列使得在發(fā)散角較大的y方向上單激光光源20的數(shù)量小于在發(fā)散角較小的X方向上的單激光光源20的數(shù)量，二維激光陣列光源12具有減小的尺寸。利用照明光學(xué)系統(tǒng)10，即使在二維激光陣列光源12中裝置的數(shù)量增大的情況下，集成器光學(xué)系統(tǒng)能夠以與取得來(lái)自布置在中心區(qū)域的裝置的照明光相似的方式，容易地取得來(lái)自布置在二維陣列表面的周邊和遠(yuǎn)離中心區(qū)域的位置處的裝置的照明光。照明光學(xué)系統(tǒng)10通過(guò)將第一透鏡13布置得比第二透鏡14更靠近光源，并通過(guò)首先將來(lái)自二維激光陣列光源12沿著y方向的具有更大發(fā)散角的光轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平行光，而具有減小的尺寸。以下將參照?qǐng)D6和圖7，說(shuō)明入射在根據(jù)第一實(shí)施例的集成器光學(xué)系統(tǒng)11上的光和從集成器光學(xué)系統(tǒng)11出射的光之間的關(guān)系。圖6圖示了在第一平面上投影得到的入射在根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的集成器光學(xué)系統(tǒng)上和從集成器光學(xué)系統(tǒng)出射的光之間的關(guān)系。圖7圖示了在第二平面上投影得到的入射在根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的集成器光學(xué)系統(tǒng)上和從集成器光學(xué)系統(tǒng)出射的光之間的關(guān)系。在第一平面上的投影中，從第二透鏡14以發(fā)散角α I出射的光入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11上，并接著以接收角α 2入射在光調(diào)制裝置19上。此時(shí)，集成器光學(xué)系統(tǒng)11取得來(lái)自第二透鏡14的出射表面(其X方向上的長(zhǎng)度是Llx)的光，并照射光調(diào)制裝置19的照射表面(其X方向上的長(zhǎng)度是L2x)。
相似地，在第二平面上的投影中，從第二透鏡14以發(fā)散角β I出射的光入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11上，然后以接收角β 2入射在光調(diào)制裝置19上。此時(shí)，集成器光學(xué)系統(tǒng)11取得來(lái)自第二透鏡14的出射表面(其y方向上的長(zhǎng)度是Lly)的光，并照射光調(diào)制裝置19的照射表面(其I方向上的長(zhǎng)度是L2y)?；趩渭す夤庠?0的發(fā)射區(qū)域的尺寸、安裝精度、以及散焦量來(lái)確定發(fā)散角α I和β I。Llx, Lly, α I、α 2、L2x、L2y、β 和β 2之間的關(guān)系由使用亥姆霍茲-拉格朗日不變量的表達(dá)式⑴和⑵表示。kl · Llx · α I = L2x · α 2 (I)k2 · Lly · β I = L2y · β 2 (2)其中kl和k2是表不從第二透鏡14出射的光與由集成器光學(xué)系統(tǒng)11取得的光之間的關(guān)系的系數(shù)。系數(shù)kl和k2優(yōu)選地在O. 5至I. 5的范圍內(nèi)。例如，O. 5以下的系數(shù)表明集成器光學(xué)系統(tǒng)11未使用50%以上的光。I. 5以上的系數(shù)表明集成器光學(xué)系統(tǒng)11被設(shè)計(jì)為具有過(guò)多的冗余。因此，當(dāng)滿足表達(dá)式⑴和(2)時(shí)，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)照明光學(xué)系統(tǒng)10，其中
O.5彡kl彡I. 5且O. 5彡k2彡I. 5。系數(shù)kl和k2可以相等。這樣，在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，可以通過(guò)根據(jù)集成器光學(xué)系統(tǒng)11的接收角控制光束的發(fā)散角，來(lái)優(yōu)化光束的使用效率。在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，可以通過(guò)增大入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)11上的光的重疊程度來(lái)實(shí)現(xiàn)照射表面的均勻性。以下將參照?qǐng)D8來(lái)說(shuō)明來(lái)自根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)10并入射在入射表面上的光束的亮度分布。圖8圖示了來(lái)自根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)并入射在入射表面上的光束的亮度分布。圖8中的圖描述了來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)10并入射在入射表面上的光束的亮度分布91 (實(shí)線)，以及根據(jù)比較示例的照明光學(xué)系統(tǒng)的亮度分布90 (虛線)，其中橫軸表示入射表面上的位置，縱軸表示亮度。根據(jù)比較示例的亮度分布90表示其中來(lái)自二維激光陣列光源的光作為平行光被取入照明光學(xué)系統(tǒng)的情況，并且由于未充分實(shí)現(xiàn)光源的均勻性而導(dǎo)致亮度分布不均勻。照明光學(xué)系統(tǒng)10的亮度分布91表示其中實(shí)現(xiàn)光源的均勻性的完全均勻的亮度分布。這樣，由集成器光學(xué)系統(tǒng)11使亮度均勻的光束可以從照明光學(xué)系統(tǒng)10向要照射的表面發(fā)射。在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，即使當(dāng)二維激光陣列光源12被設(shè)定為發(fā)射大量光時(shí)，發(fā)散角不變得足夠大，因此可以通過(guò)控制X和I上的發(fā)散角來(lái)使集成器光學(xué)系統(tǒng)11的發(fā)散角和接收角平衡。這樣，照明光學(xué)系統(tǒng)10降低了光學(xué)效率方面的損耗，并產(chǎn)生了足夠均勻的照明光。照明光學(xué)系統(tǒng)10通過(guò)維持二維激光陣列光源12的偏振方向和將光出射以照射照明表面，實(shí)現(xiàn)了較高的光學(xué)效率。第二實(shí)施例以下將參照?qǐng)D9和圖10說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造。圖9圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第二實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造。圖10圖示了在第二平面上投影得到的根據(jù)第二實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造。在第二實(shí)施例的說(shuō)明中，與第一實(shí)施例中相似的構(gòu)造由相同的附圖標(biāo)記表示，并避免重復(fù)說(shuō)明。X方向、y方向、第一平面和第二平面的定義與第一實(shí)施例中的那些相同。與根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)10相似，照明光學(xué)系統(tǒng)30包括不與特定色彩對(duì)應(yīng)的二維激光陣列光源12。照明光學(xué)系統(tǒng)30(照明光學(xué)設(shè)備)包括二維激光陣列光源12、第一透鏡13、第二透鏡14、以及集成器光學(xué)系統(tǒng)31。在照明光學(xué)系統(tǒng)30中，從集成器光學(xué)系統(tǒng)31發(fā)射的光入射在光調(diào)制裝置19上。集成器光學(xué)系統(tǒng)31包括會(huì)聚透鏡32、棒狀透鏡33、會(huì)聚透鏡34和場(chǎng)透鏡18。在集成器光學(xué)系統(tǒng)31中，從二維激光陣列光源12發(fā)射并通過(guò)第一透鏡13和第二透鏡14轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平行光的光通過(guò)會(huì)聚透鏡32入射在棒狀透鏡33上。來(lái)自二維激光陣列光源12的
光部分地重疊(散焦)并入射在棒狀透鏡33的入射表面上。因此，集成器光學(xué)系統(tǒng)31布置在距第二透鏡14預(yù)定距離處，使得從第二透鏡14出射的光部分地重疊。入射在棒狀透鏡33上的光通過(guò)棒狀透鏡33重疊以使得亮度均勻。會(huì)聚透鏡34接收來(lái)自棒狀透鏡33的光并將接收到的光通過(guò)場(chǎng)透鏡18向光調(diào)制裝置19發(fā)射。這樣，在照明光學(xué)系統(tǒng)30中，從二維激光陣列光源12發(fā)射的光在y方向上的發(fā)散角通過(guò)第一透鏡13減小，然后X方向上的發(fā)散角通過(guò)第二透鏡14減小。從第一透鏡13和第二透鏡14出射的準(zhǔn)平行光在X和y方向上部分地重疊，并接著入射在集成器光學(xué)系統(tǒng)31上。二維激光陣列光源12的偏振方向與由反射式液晶顯示裝置(反射式液晶顯示設(shè)備)或透射式液晶顯示裝置(透射式液晶顯示設(shè)備)構(gòu)成的光調(diào)制裝置19的偏振方向一致。這樣，照明光學(xué)系統(tǒng)30維持二維激光陣列光源12的偏振方向，并能夠在無(wú)需增加諸如P/S轉(zhuǎn)換元件之類的裝置的情況下維持較高的光使用效率。與第一實(shí)施例相似，當(dāng)滿足表達(dá)式(I)和(2)時(shí)，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)照明光學(xué)系統(tǒng)30，其中O. 5彡kl彡I. 5且O. 5彡k2彡I. 5。利用具有這種構(gòu)造的照明光學(xué)系統(tǒng)30，在二維激光陣列光源12中裝置(單激光光源20)的數(shù)量增大時(shí)，裝置可以容易地沿著具有較大發(fā)散角的方向排布。在照明光學(xué)系統(tǒng)30中，可以通過(guò)第一透鏡13和第二透鏡14，由二維激光陣列光源12的布置表面上布置為二維陣列的裝置的任一者產(chǎn)生準(zhǔn)平行光。因此，照明光學(xué)系統(tǒng)30可以容易地允許裝置的數(shù)量的增大。因?yàn)榈谝煌哥R13和第二透鏡14對(duì)應(yīng)于照明光學(xué)系統(tǒng)30中二維激光陣列光源12的布置表面上布置為二維陣列的裝置的每一個(gè)，所以可以抑制第一透鏡13和第二透鏡14的球面像差。即使當(dāng)單激光光源20的數(shù)量增大以增大所產(chǎn)生的光量時(shí)，照明光學(xué)系統(tǒng)30也可以被設(shè)計(jì)為具有小尺寸。利用照明光學(xué)系統(tǒng)30，即使在二維激光陣列光源12中裝置的數(shù)量增大的情況下，集成器光學(xué)系統(tǒng)能夠以與取得來(lái)自布置在中心區(qū)域的裝置的照明光相似的方式，容易地取得來(lái)自布置在二維陣列表面的周邊和遠(yuǎn)離中心區(qū)域的位置處的裝置的照明光。照明光學(xué)系統(tǒng)10通過(guò)將第一透鏡13布置得比第二透鏡14更靠近光源，并通過(guò)首先將來(lái)自二維激光陣列光源12沿y方向的沿著具有更大發(fā)散角的光轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平行光，而具有減小的尺寸。
第三實(shí)施例以下將參照?qǐng)D11說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造。圖11圖示了在第一平面上投影得到的根據(jù)第三實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例構(gòu)造。在第三實(shí)施例的說(shuō)明中，與第一實(shí)施例中相同的構(gòu)造由相同的附圖標(biāo)記表示，并避免重復(fù)說(shuō)明。X方向、y方向、第一平面和第二平面的定義與第一實(shí)施例中的那些相同。與根據(jù)第一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)10相似，照明光學(xué)系統(tǒng)40包括不與特定色彩對(duì)應(yīng)的二維激光陣列光源12。照明光學(xué)系統(tǒng)40(照明光學(xué)設(shè)備)包括二維激光陣列光源12、第一透鏡13、第二透鏡14、中繼光學(xué)系統(tǒng)41、以及集成器光學(xué)系統(tǒng)11。在照明光學(xué)系統(tǒng)40中，從集成器光學(xué)系統(tǒng)11發(fā)射的光入射在照射表面上。照明光學(xué)系統(tǒng)40可以包括集成器光學(xué)系統(tǒng)31來(lái)代替集成器光學(xué)系統(tǒng)11。中繼光學(xué)系統(tǒng)41包括第一中繼透鏡42和第二中繼透鏡43。在照明光學(xué)系統(tǒng)40 中，二維激光陣列光源12的尺寸(面積)可以任意地設(shè)定以與構(gòu)成集成器光學(xué)系統(tǒng)11的光學(xué)裝置(例如，第一蠅眼透鏡15)的尺寸相匹配，這是因?yàn)閬?lái)自第二透鏡14的光通過(guò)中繼光學(xué)系統(tǒng)41。這樣，照明光學(xué)系統(tǒng)40的中繼光學(xué)系統(tǒng)41增大了二維激光陣列光源12和集成器光學(xué)系統(tǒng)11的組合的靈活性。本技術(shù)也可以按照以下構(gòu)造來(lái)提供。(I) 一種照明光學(xué)系統(tǒng)，包括二維激光陣列光源，其包括以二維陣列布置在平面上的多個(gè)激光光源；集成器光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為將入射光重疊并將光向照射表面發(fā)射；多個(gè)第一透鏡，其與所述平面平行，并被配置為在限制所述二維陣列的第一軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第一軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射；多個(gè)第二透鏡，其布置在所述第一透鏡的后方，并被配置為在限制與所述第一軸線方向正交的第二軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第二軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射；(2)根據(jù)(I)所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，對(duì)于從所述第二透鏡發(fā)射的沿著所述第一軸線方向和所述第二軸線方向兩者的光束，發(fā)射范圍的長(zhǎng)度與發(fā)散角的乘積等于所述照射表面上的照射區(qū)域的長(zhǎng)度與接收角的乘積的O. 5倍以上、I. 5倍以下；(3)根據(jù)⑴或⑵所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡是柱面透鏡；(4)根據(jù)⑴至(3)中任一項(xiàng)所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束是線偏振光，并且所述線偏振光的偏振分量與在與所述線偏振光正交的方向上的偏振分量的比率是10以上；(5)根據(jù)(I)至(4)中任一項(xiàng)所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述二維激光陣列光源的激光光源在所述第一軸線方向上以第一間距布置，并在所述第二軸線方向上以小于所述第一間距的第二間距布置；(6)根據(jù)(I)至(5)中任一項(xiàng)所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述集成器光學(xué)系統(tǒng)包括第一蠅眼透鏡；第二蠅眼透鏡，其布置在所述第一蠅眼透鏡的后方；以及透鏡組，其布置在所述第二蠅眼透鏡的后方；(7)根據(jù)(I)至(5)中任一項(xiàng)所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述集成器光學(xué)系統(tǒng)包括棒狀透鏡；布置在所述棒狀透鏡前方的前方透鏡；以及布置在所述棒狀透鏡后方的后方透鏡；(8)根據(jù)(I)至(7)中任一項(xiàng)所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，還包括中繼光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為將來(lái)自所述第二透鏡的光中繼到所述集成器光學(xué)系統(tǒng)；(9) 一種圖像顯示設(shè)備，包括光調(diào)制裝置；二維激光陣列光源，其包括以二維陣列布置在平面上的多個(gè)激光光源；集成器光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為將入射光重疊并將光向光調(diào)制裝置發(fā)射；多個(gè)第一透鏡，其與所述平面平行，并被配置為在限制所述二維陣列的第一軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第一軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射；多個(gè)第二透鏡，其布置在所述第一透鏡的后方，并被配置為在限制與所述第一軸線方向正交的第二軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第二軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射；
(10)根據(jù)(9)所述的圖像顯示設(shè)備，其中，反射式液晶顯示設(shè)備用作所述光調(diào)制裝置，并且所述二維激光陣列光源的偏振方向與所述反射式液晶顯示設(shè)備的偏振方向一致。在不偏離本技術(shù)的范圍的情況下可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變，并且實(shí)施例不限于上述的精確構(gòu)造和應(yīng)用。本公開包含與2011年7月6日遞交給日本專利局的日本在先專利申請(qǐng)JP2011-150077中揭示的主題相關(guān)的主題，其全文通過(guò)引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，包括 二維激光陣列光源，其包括以二維陣列布置在平面上的多個(gè)激光光源； 集成器光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為將入射光重疊并將光向照射表面發(fā)射； 多個(gè)第一透鏡，其與所述平面平行，并被配置為在限制所述二維陣列的第一軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第一軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射； 多個(gè)第二透鏡，其布置在所述第一透鏡的后方，并被配置為在限制與所述第一軸線方向正交的第二軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第二軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，對(duì)于從所述第二透鏡發(fā)射的沿著所述第一軸線方向和所述第二軸線方向兩者的光束，發(fā)射范圍的長(zhǎng)度與發(fā)散角的乘積等于所述照射表面上的照射區(qū)域的長(zhǎng)度與接收角的乘積的O. 5倍以上、I. 5倍以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡是柱面透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中， 來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束是線偏振光，并且 所述線偏振光的偏振分量與在與所述線偏振光正交的方向上的偏振分量的比率是10以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述二維激光陣列光源的激光光源在所述第一軸線方向上以第一間距布置，并在所述第二軸線方向上以小于所述第一間距的第二間距布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述集成器光學(xué)系統(tǒng)包括 第一蠅眼透鏡； 第二蠅眼透鏡，其布置在所述第一蠅眼透鏡的后方；以及 透鏡組，其布置在所述第二蠅眼透鏡的后方。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述集成器光學(xué)系統(tǒng)包括 棒狀透鏡； 布置在所述棒狀透鏡前方的前方透鏡；以及 布置在所述棒狀透鏡后方的后方透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，還包括 中繼光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為將來(lái)自所述第二透鏡的光中繼到所述集成器光學(xué)系統(tǒng)。
9.一種圖像顯示設(shè)備，包括 光調(diào)制裝置； 二維激光陣列光源，其包括以二維陣列布置在平面上的多個(gè)激光光源； 集成器光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為將入射光重疊并將光向所述光調(diào)制裝置發(fā)射； 多個(gè)第一透鏡，其與所述平面平行，并被配置為在限制所述二維陣列的第一軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第一軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射； 多個(gè)第二透鏡，其布置在所述第一透鏡的后方，并被配置為在限制與所述第一軸線方向正交的第二軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自所述二維激光陣列光源的光束沿著所述第二軸線方向重疊，并將光束向所述集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其中， 反射式液晶顯示設(shè)備用作所述光調(diào)制裝置，并且 所述二維激光陣列光源的偏振方向與所述反射式液晶顯示設(shè)備的偏振方向一致。
全文摘要
本發(fā)明提供了照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示設(shè)備。照明光學(xué)系統(tǒng)包括二維激光陣列光源，其包括以二維陣列布置在平面上的多個(gè)激光光源；集成器光學(xué)系統(tǒng)，其被配置為將入射光重疊并將光向照射表面發(fā)射；多個(gè)第一透鏡，其與所述平面平行，并被配置為在限制二維陣列的第一軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自二維激光陣列光源的光束沿著第一軸線方向重疊，并將光束向集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射；多個(gè)第二透鏡，其布置在第一透鏡的后方，并被配置為在限制與第一軸線方向正交的第二軸線方向上的發(fā)散角的同時(shí)將來(lái)自二維激光陣列光源的光束沿著第二軸線方向重疊，并將光束向集成器光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射。
文檔編號(hào)G03B21/00GK102866500SQ201210229628
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者竹津伊織, 喜田晃二, 大野智輝, 喜多哲也 申請(qǐng)人:索尼公司