專利名稱：照明光學(xué)系統(tǒng)、圖像顯示裝置以及照明空間調(diào)節(jié)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以平衡方式照亮物體的照明光學(xué)系統(tǒng)，包括該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置和由照明光學(xué)系統(tǒng)照明的空間調(diào)節(jié)器，以及對該空間調(diào)節(jié)器照明的方法。
背景技術(shù)：
近年來，例如，已經(jīng)廣泛使用一種投影型液晶顯示裝置，該裝置使用一種以液晶面板為代表的空間調(diào)節(jié)器作為光開關(guān)器件，并且通過諸如液晶投影儀等的投影光學(xué)系統(tǒng)將液晶面板上的圖像放大和投影在屏幕上。在這種類型的液晶顯示裝置中，采用了由包括B(藍色)、R(紅色)、G(綠色)的三色濾光片的一個液晶面板構(gòu)成的單面板系統(tǒng)，以及由用于B(藍色)、R(紅色)、G(綠色)光路的三個單色液晶面板構(gòu)成的三面板系統(tǒng)。
作為在這種投影型液晶顯示裝置中的照明光學(xué)系統(tǒng)的光源，通常采用具有在可見光波長范圍內(nèi)的連續(xù)發(fā)射光譜的金屬鹵化物燈、超高壓汞燈等。
圖10示出了超高壓汞燈的發(fā)射光譜。如圖10所示，超高壓汞燈的發(fā)射光譜包含幾個能量峰。在發(fā)射光譜中，具有在400nm～480nm的波長范圍內(nèi)的能量峰PB的光線用作藍光，具有在490nm～550nm波長范圍內(nèi)的能量峰PG的光線用作綠光。而且，620nm～700nm波長范圍內(nèi)的光線用作紅光。
然而，如圖10所示，在該超高壓汞燈中，與藍光和綠光相比，紅光的相對強度顯著不足。由于紅光分量的不足，最終得到的投影圖像的白色平衡(white balance)趨向于綠色和藍色，因此不能獲得理想的色彩呈現(xiàn)性能。于是，不可避免地降低綠光分量和藍光分量的強度，以調(diào)節(jié)白色平衡，從而獲得滿意的色彩呈現(xiàn)性能。但是，在這種方法中，總照明度降低，由此導(dǎo)致出現(xiàn)不能獲得足夠的投影圖像的亮度的問題。
而且，圖10中的發(fā)射光譜包含黃光分量或橙光分量，它們具有在580nm左右波長范圍內(nèi)的、比紅光波段的能級更高的能量峰PY。黃光分量或橙光分量的存在引起投影圖像的色彩呈現(xiàn)性能的問題，例如將應(yīng)該是紅色的投影圖像的原始色彩變成橙色，或者將應(yīng)該是綠色的投影圖像的原始色彩變成黃綠色。在使用金屬鹵化物燈的情況下，存在類似的問題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有良好色彩呈現(xiàn)性能同時確保足夠亮度的照明光學(xué)系統(tǒng)，一種包括這種照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置和由該照明光學(xué)系統(tǒng)照明的空間調(diào)節(jié)器，以及一種對該空間調(diào)節(jié)器照明的方法。
根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)包括第一光源；第二光源，其具有不同于該第一光源發(fā)射光譜的發(fā)射光譜；和替代光學(xué)系統(tǒng)，用來自該第二光源的光束取代來自該第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光。在這種情況下，來自第二光源的光束優(yōu)選具有在特定波段內(nèi)的強度峰，并且當特定波段是紅光波段時，具有紅光波段內(nèi)的峰的發(fā)光二極管或紅色激光器優(yōu)選用作第二光源。
而且，替代光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選包括光合成部件，合成和射出來自第一光源的、作為在第一偏振方向上起偏的第一線偏振光束而入射的光束和來自第二光源的、作為在第二偏振方向上起偏的第二線偏振光束而入射的光束；偏振旋轉(zhuǎn)部件，僅僅將從光合成部件射出的光束中的特定波段內(nèi)的沿第一偏振方向起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向，以及僅僅將從光合成部件射出的光束中的特定波段內(nèi)的沿第二偏振方向起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向；以及起偏振部件，僅僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件射出的光束中的第一偏振方向上的線偏振光束通過。
相反地，上述替代光學(xué)系統(tǒng)可以包括偏振旋轉(zhuǎn)部件，僅僅將從光合成部件射出的光束中除特定波段之外的波段內(nèi)的在第一偏振方向上起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向，以及將從光合成部件射出的光束中除特定波段之外的波段內(nèi)的在第二偏振方向上起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向；以及起偏振部件，僅僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件射出的光束中的在第二偏振方向上的線偏振光束通過。
在根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，通過替代光學(xué)系統(tǒng)將來自第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光用來自第二光源的光束替代，該第二光源的發(fā)射光譜不同于第一光源的發(fā)射光譜。從而，來自第一光源的光束中光強度弱的特定波段內(nèi)的光可以被來自第二光源的具有足夠強度的光束所替代。
根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置包括照明光學(xué)系統(tǒng)；空間調(diào)制器件，使用從照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光束作為照明光，和以像素點為基礎(chǔ)進行選擇性的空間調(diào)制，以形成光學(xué)圖像，其中該照明光學(xué)系統(tǒng)包括第一光源；第二光源，具有不同于第一光源的波長譜的發(fā)射光譜；和替代光學(xué)系統(tǒng)，用來自第二光源的光束取代來自第一光源的光束中特定波段內(nèi)的光。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，在照明光學(xué)系統(tǒng)中，通過替代光學(xué)系統(tǒng)將來自第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光用來自第二光源的光束替代，該第二光源的發(fā)射光譜不同于第一光源的發(fā)射光譜。從而，來自第一光源的光束中光強度弱的特定波段內(nèi)的光可以被來自第二光源的具有足夠強度的光束所替代。
在根據(jù)本發(fā)明對空間調(diào)制器照明的方法中，該空間調(diào)制器進行以像素點為基礎(chǔ)的選擇性空間調(diào)制以形成光學(xué)圖像，該方法包括下列步驟從第一光源發(fā)射出光束；從第二光源發(fā)射出光束，該第二光源具有不同于第一光源發(fā)射光譜的發(fā)射光譜；用從第二光源射出的光束替換來自第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光；和在特定波段內(nèi)的光被來自第二光源的光束替換的狀態(tài)下，將來自第一光源的光束導(dǎo)引至空間調(diào)制器。
在根據(jù)本發(fā)明對空間調(diào)制器照明的方法中，在來自第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光被來自第二光源的光束所替代之后，該第二光源的發(fā)射光譜不同于第一光源的發(fā)射光譜，來自第一光源的光束被導(dǎo)引至空間調(diào)制器。從而，來自第一光源的光束中光強度弱的特定波段內(nèi)的光可以被來自第二光源的具有足夠強度的光束所替代。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的投影型液晶顯示裝置的平面示意圖；圖2是圖1所示投影型液晶顯示裝置的蠅眼透鏡部分和偏振轉(zhuǎn)換部件中的光路的剖面圖；圖3是圖2所示偏振轉(zhuǎn)換部件的一部分的放大剖面圖；圖4是圖1所示投影型液晶顯示裝置的蠅眼透鏡部分和偏振轉(zhuǎn)換部件中的光路的透視示意圖；圖5是圖1所示投影型液晶顯示裝置的另一蠅眼透鏡部分和另一偏振轉(zhuǎn)換部件中的光路的剖面圖；圖6是圖5所示偏振轉(zhuǎn)換部件的一部分的放大剖面圖；圖7A和7B是顯示出圖1所示PS分離/合成部件中入射光束的偏振方向的剖面圖；圖8A～8C是穿過圖1所示投影型液晶顯示裝置的光束的波長譜圖；圖9A和9B是圖7A和7B所示偏振旋轉(zhuǎn)部件和偏光板的另一實施例的剖面圖；和圖10是典型超高壓汞燈的發(fā)射光譜圖。
具體實施例方式
下面參考附圖更詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
首先，參考圖1，下面說明根據(jù)本發(fā)明一實施例的、作為圖像顯示裝置的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，“前面”表示從物體看過去靠近光源的一側(cè)；而“后面”表示從物體看過去與光源相對的一側(cè)。
圖1示出了當直接從上方或側(cè)面看過去的、根據(jù)實施例的液晶顯示裝置的示意圖。液晶顯示裝置是三面板系統(tǒng)投影型彩色液晶顯示裝置，包括第一光學(xué)系統(tǒng)1和第二光學(xué)系統(tǒng)2。
第一光學(xué)系統(tǒng)1包括第一光源11、第二光源21和PS分離/合成部件16。來自第一光源11的光束的中心軸10(此后稱為光軸10)和來自第二光源21的光束的中心軸20(此后稱為光軸20)相互大致正交；并且PS分離/合成部件16設(shè)置在光軸10和20彼此相交的位置。
第一光學(xué)系統(tǒng)1還包括蠅眼透鏡部件13、偏振變換部件14和聚光透鏡15，它們沿光軸10從第一光源11側(cè)依次設(shè)置在第一光源11和PS分離/合成部件16之間。第一光學(xué)系統(tǒng)1還包括準直透鏡22、蠅眼透鏡部分23、偏振變換部件24和聚光透鏡25，它們沿光軸20從第二光源21側(cè)依次設(shè)置在第二光源21和PS分離/合成部件16之間。第一光學(xué)系統(tǒng)1還包括偏振旋轉(zhuǎn)部件17和偏光板18，它們沿光軸10依次設(shè)置在PS分離/合成部件16的后面。
其中，第一光學(xué)系統(tǒng)1對應(yīng)于本發(fā)明中的特定例子“照明光學(xué)系統(tǒng)”。而且，包括偏振轉(zhuǎn)換部件14和24、PS分離/合成部件16、偏振旋轉(zhuǎn)部件17和偏光板18的光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)于本發(fā)明中的特定例子“替代光學(xué)系統(tǒng)”。而且，偏振變換部件14對應(yīng)于本發(fā)明中的特定例子“第一偏振變換裝置”，而偏振變換部件24對應(yīng)于本發(fā)明中的特定例子“第二偏振變換裝置”。PS分離/合成部件16對應(yīng)于本發(fā)明中的特殊例子“光合成部件”，偏振旋轉(zhuǎn)部件17對應(yīng)于本發(fā)明中的特殊例“偏振旋轉(zhuǎn)部件”，以及偏光板18對應(yīng)于本發(fā)明中的特殊例“起偏振部件”。
第一光源11包括發(fā)光體11A和具有旋轉(zhuǎn)對稱性的凹面鏡11B。作為發(fā)光件11A，例如，采用具有可見光的波長范圍內(nèi)的連續(xù)發(fā)射光譜的超高壓汞燈。替代地，例如，可采用金屬鹵化物燈。凹面鏡11B的形狀優(yōu)選為具有盡可能高的聚光效率，因此，例如球面鏡是優(yōu)選的。作為光源21，采用發(fā)光二極管(LED)或紅色激光器(下文中將參考圖8B加以說明)，它們的發(fā)射光譜不同于第一光源11的發(fā)射光譜，并且具有在特定波段即紅光波段W(例如，從620nm至700nm的范圍，更優(yōu)選地，從625nm至645nm的范圍)內(nèi)的峰。
準直透鏡22具有將由第二光源21發(fā)射的光束變成大致平行于光軸20的光束的作用。
蠅眼透鏡部分13包括從第一光源11側(cè)依次設(shè)置在偏振變換部件14和第一光源11之間的第一透鏡陣列131和第二透鏡陣列132，并且對應(yīng)于本發(fā)明中的特殊例“第一均勻化光學(xué)系統(tǒng)”，偏振變換部件14是替代光學(xué)系統(tǒng)的一部分。蠅眼透鏡部分23包括從第二光源21側(cè)依次設(shè)置在偏振變換部件24與第二光源21之間的第三透鏡陣列231和第四透鏡陣列232，并且對應(yīng)于本發(fā)明中的特定例“第二均勻化光學(xué)系統(tǒng)”，偏振變換部件24是替代光學(xué)系統(tǒng)的另一部分。蠅眼透鏡部分13和23作為積分裝置，將從第一光源11和第二光源21發(fā)射的漫射光束積分，使得下文中描述的液晶面板40R、40G和40B(此后總稱為“液晶面板40”)中的面內(nèi)亮度分布均勻。下文中將更詳細地說明蠅眼透鏡部分13。
偏振變換部件14的作用是將來自第一光源11的光束轉(zhuǎn)變?yōu)檠氐谝黄穹较蚱鹌竦牡谝痪€偏振光束(P偏振光束)，偏振變換部件24的作用是將來自第二光源21的光束轉(zhuǎn)變?yōu)檠氐诙穹较蚱鹌竦牡诙€偏振光束(S偏振光束)，該第二偏振方向與第一偏振方向垂直。這里，P偏振光束代表一種線偏振光束，其中進入目標樣品平面內(nèi)的光的電學(xué)矢量的振動方向被包括在入射平面(包括光束入射點處的法線和入射光束的平面)內(nèi)，S偏振光束代表一種線偏振光束，其中電學(xué)矢量的振動方向位于與入射平面正交的平面內(nèi)。下文中將更詳細地說明偏振變換部件14和24。
聚光透鏡15和25分別會聚從偏振變換部件14和24射出的多條小光束。聚光透鏡15和25可以設(shè)置在PS分離/合成部件16的發(fā)射一側(cè)。
PS分離/合成部件16在很小損耗的條件下合成第一線偏振光束和第二線偏振光束，它包括粘接在一起的兩個棱鏡，粘接的表面是分離/合成面16A，在兩棱鏡之間形成一偏振分離/合成膜。PS分離/合成部件16的作用是使P偏振光束的第一線偏振光束幾乎沒有損耗地通過其中，并且在PS分離/合成面16A上幾乎無損耗地反射S偏振光束的第二線偏振光束。
偏振旋轉(zhuǎn)部件17是具有波長選擇性的偏振旋轉(zhuǎn)部件，它僅僅將入射光束中的上述特定波段(紅光波段W)內(nèi)的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，并且使其它波段的光通過時偏振方向不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此，在從第一光源11進入偏振旋轉(zhuǎn)部件17中的第一線偏振光束中，僅僅在上述波段內(nèi)的光的偏振方向選擇性地從第一偏振方向(P偏振方向)旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向(S偏振方向)。
另一方面，在從第二光源21進入偏振旋轉(zhuǎn)部件17的第二線偏振光束中，僅僅在上述特定波段內(nèi)的光的偏振方向選擇性地從第二偏振方向(S偏振方向)旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向(P偏振方向)。這里，當上述特定波段是紅光波段(例如，從620nm至700nm的范圍)時，這與第二光源21的發(fā)射光譜段基本相同，在來自第二光源21的第二線偏振光束中，來自第二光源21的第二線偏振光束中的所有波長分量的偏振方向旋轉(zhuǎn)至P偏振方向。
作為具有這種波長選擇性的偏振旋轉(zhuǎn)部件17，例如，可采用ColorLink公司的”ColorSelect”。
偏光板18僅僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件17射出的線偏振光束中的沿第一偏振方向(P偏振方向)起偏的線偏振光束通過。下文中將就此加以說明。
第二光學(xué)系統(tǒng)2包括二向色鏡36R和36G，它們以一定間距沿光軸10依次設(shè)置在偏光板18的后面；反射鏡37A，設(shè)置在光軸上并位于二向色鏡36G的后面；反射鏡37B，設(shè)置在通過反射鏡37A的中心并與光軸10正交的軸上；以及反射鏡37C，設(shè)置在通過二向色鏡36R的中心并與光軸10正交的軸上。
二向色鏡36R和36G的作用是將從偏光板射出的白色光束分成基本顯示色彩的R(紅色)和G(綠色)的彩色分量光；和沿與入射方向垂直的方向反射該些彩色分量光。反射鏡37A沿與入射方向垂直的方向反射藍色分量光，它是在通過二向色鏡36R和36G分離出紅色和綠色分量之后的剩余彩色分量，而反射鏡37B沿與入射方向垂直的方向進一步反射被反射鏡37A反射的藍色分量光。反射鏡37C沿與入射方向垂直的方向反射被二向色鏡36R分離出并被反射的紅色分量光。
第二光學(xué)系統(tǒng)2還包括聚光透鏡38R、38G和38B，它們分別設(shè)置在被反射鏡37G、37B和37C反射的各條光的傳播方向上；和液晶面板40R、40G和40B，分別設(shè)置在聚光透鏡38R、38G和38B的射出一側(cè)。聚光透鏡38R、38G和38B會聚由二向色鏡36R和36G分離出的紅、綠和藍色分量光，并且在聚光透鏡38R、38G和38B的各射出側(cè)設(shè)置偏振濾光片(未顯示)，用來將入射光轉(zhuǎn)變成更完美的線偏振光。液晶面板40R、40G和40B的功能是根據(jù)待顯示的各圖像，以像素點為基礎(chǔ)調(diào)制通過聚光透鏡38R、38G和38B的各彩色分量光的偏振方向。這里，液晶面板40對應(yīng)于本發(fā)明中的特定例“空間調(diào)制器(spatial modulation device)。
第二光學(xué)系統(tǒng)2還包括用于色彩合成的二向色棱鏡42，設(shè)置在通過二向色鏡36G和液晶面板40G的中心的軸和通過液晶面板40R和40B的中心的軸互相交叉的位置；和投影透鏡43，設(shè)置在用于色彩合成的二向色棱鏡42的射出一側(cè)(即，位于通過二向色鏡36G和液晶面板40G的中心的軸上并位于液晶面板40G的相對一側(cè))。用于色彩合成的二向色棱鏡42將通過液晶面板40R、40G和40B的彩色分量光合成并且射出合成后的光，投影透鏡43將從用于色彩合成的二向色棱鏡42射出的合成光會聚和投影在屏幕31上。
而且，聚光透鏡32設(shè)置在二向色鏡36G和反射鏡37A之間，和聚光透鏡33設(shè)置在反射鏡37A和反射鏡37B之間。在設(shè)置聚光透鏡32和33時考慮到下列情況，即對應(yīng)于藍色分量光的、通向液晶面板40B的光程長度大于對應(yīng)于紅色分量光和綠色分量光的光程長度，因此藍色分量光更易于色散。所以，藍色分量光被進一步會聚，從而可以防止藍色分量光的強度降低。
接下來，參考圖2～4，下面詳細說明蠅眼透鏡部分13和偏振變換部件14的結(jié)構(gòu)。圖2示出了圖1中的蠅眼透鏡部分13和偏振變換部件14沿著穿過光軸10和垂直于紙平面的平面所作的剖面圖，圖3示出了圖2所示偏振變換部件14的一部分的放大圖，和圖4示出了蠅眼透鏡部分1 3和偏振變換部件14的透視示意圖。在圖2和3中，為了避免混淆代表光路的線條，沒有示出交叉路線。而且，在圖4中，沒有示出從聚光透鏡15至聚光透鏡38R、38G和38B的部件。
如圖2和4所示，第一透鏡陣列131(它是蠅眼透鏡部分13的一部分)包括沿垂直于光軸10的平面二維排列的多個微小透鏡元件(微透鏡)，并且通過各個透鏡元件將來自第一光源11的大致相互平行的光束分成多條小的光束，以便會聚各條光束。第一透鏡陣列131的各透鏡元件的形狀類似于液晶面板40的形狀，并且透鏡元件和液晶面板40具有圖像共軛關(guān)系。
第二透鏡陣列132(它是蠅眼透鏡部分13的另一部分)包括相應(yīng)于第一透鏡陣列131的各個透鏡元件兩維排列的多個透鏡元件。第二透鏡陣列132的各透鏡元件將從第一透鏡陣列131中的相應(yīng)透鏡元件入射的小光束射出，以便相互疊加小光束。從第二透鏡陣列132的透鏡元件射出的小光束通過聚光透鏡15會聚在液晶面板40R、40G和40B的表面上，并且在其上相互疊加。
設(shè)置在蠅眼透鏡部分13后面的偏振變換部件14包括PS分離棱鏡陣列141和相位板142。PS分離棱鏡陣列141包括PS分離棱鏡141A，具有條形和正方形橫截面；和反射棱鏡141B(參考圖3)，它們是交替排列的。
PS分離棱鏡141A和反射棱鏡141B以如下方式形成它們的寬度等于第一和第二透鏡陣列131和132的各透鏡元件寬度的一半。
PS分離棱鏡141A包括具有45度底角的兩個三角棱鏡，它們的傾斜面粘接在一起，并且該粘接面是PS分離面141C，在該面上形成了PS分離膜。PS分離棱鏡141A被設(shè)置為使得PS分離棱鏡141A的中心位于第一和第二透鏡陣列131和132的各透鏡元件的光軸145上。從第二透鏡陣列132射出的PS偏振態(tài)混合光束(P+S)聚焦在PS分離面141C上的大致中心位置，并且分離為在與入射方向相同的方向上傳播的P偏振光束P1和在與入射方向垂直的方向上傳播的S偏振光束S。
反射棱鏡141B包括兩個三角棱鏡，它們的形狀與PS分離棱鏡141A的三角棱鏡的形狀相同，該些三角棱鏡的傾斜面粘接在一起。粘接面是反射面141D并在面上形成了反射膜。反射棱鏡141B被設(shè)置為使得反射棱鏡141B的中心處于與第一和第二透鏡陣列131和132中彼此相鄰的透鏡元件之間的部分對應(yīng)的位置。反射棱鏡141B的反射面141D將被PS分離棱鏡141A的PS分離面141C反射的S偏振光束S反射到垂直于入射方向的方向上，同時保持偏振方向。因此，從反射棱鏡141B射出的主光束146(它是入射光束的主光束)變成平行于光軸145的方向(即，圖1中光軸10的方向)。PS分離棱鏡陣列141不一定包括具有條形和正方形橫截面的粘接棱鏡，可以包括具有相同形狀和相同尺寸的菱形棱鏡。
相位板142具有與各反射棱鏡141B的發(fā)光面的尺寸相同的板形；并且設(shè)置為與各反射棱鏡141B的發(fā)光面靠近或接觸。相位板142也稱為半波板，由表現(xiàn)出雙折射現(xiàn)象的諸如白云母、合成樹脂等制成。相位板142引起入射光束中相互正交的電學(xué)矢量分量之間產(chǎn)生入射光束的半波長的相位差。因此，進入相位板142的S偏振光束S的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，使得S偏振光束S射出時成為P偏振光束P2。
結(jié)果是，幾乎所有進入偏振變換部件14的PS偏振態(tài)混合光束(P+S)轉(zhuǎn)變成P偏振光束P1和P2射出，因此與去除S偏振分量和僅允許P偏振通過的常規(guī)偏振濾光片相比較，在變換過程中的能量損失非常小。
接著，參考圖5和6，下面說明蠅眼透鏡部分23和偏振變換部件24的結(jié)構(gòu)。圖5示出了圖1所示的蠅眼透鏡部分13和偏振變換部件14沿著穿過光軸20和垂直于紙平面的平面所作的剖面圖，圖6示出了圖5所示偏振變換部件24的一部分的放大剖面圖。在圖5和6中，為了避免混淆代表光路的線條，沒有示出交叉路線。
如圖5和6所示，蠅眼透鏡部分23和偏振變換部件24的結(jié)構(gòu)與圖2和3所示蠅眼透鏡部分13和偏振變換部件14的結(jié)構(gòu)大致相同。然而，從偏振變換部件14射出的光束是P偏振光束，從偏振變換部件24射出的光束是S偏振光束S。
第三透鏡陣列231(它是蠅眼透鏡部分23的一部分)包括二維排列的多個微小透鏡元件，并且通過各個透鏡元件將來自準直透鏡22的大致相互平行的光束分成多條小的光束，以便會聚各條光束。第三透鏡陣列231的各透鏡元件的形狀類似于液晶面板40的形狀，并且透鏡元件和液晶面板40具有圖像共軛關(guān)系。
第四透鏡陣列232(它是蠅眼透鏡部分23的另一部分)包括相應(yīng)于第三透鏡陣列231的各個透鏡元件而兩維排列的多個透鏡元件。第四透鏡陣列232的各透鏡元件將從第三透鏡陣列231中的相應(yīng)透鏡元件入射的小光束射出，以便相互疊加小光束。從第四透鏡陣列232的透鏡元件射出的小光束通過聚光透鏡15會聚在液晶面板40R、40G和40B的表面上，并且在其上相互疊加。
設(shè)置在蠅眼透鏡部分23后面的偏振變換部件24包括PS分離棱鏡陣列241和相位板242。PS分離棱鏡陣列241包括PS分離棱鏡241A，具有條形和正方形橫截面；和反射棱鏡241B(參考圖6)，它們是交替排列的。PS分離棱鏡241A和反射棱鏡241B以如下方式形成它們的寬度等于第三和第四透鏡陣列231和232的各透鏡元件寬度的一半。
PS分離棱鏡241A包括具有45度底角的兩個三角棱鏡，它們的傾斜面粘接在一起，并且該粘接面是PS分離面241C，在該面上形成了PS分離膜。PS分離棱鏡241A被定位在第三和第四透鏡陣列231和232的各透鏡元件的光軸245上。從第四透鏡陣列232射出的PS偏振態(tài)混合光束(P+S)聚焦在PS分離面241C上的大致中心位置，并且分離為在與入射方向相同的方向上傳播的P偏振光束P和在與入射方向垂直的方向上傳播的S偏振光束S。
相位板242具有與各PS分離棱鏡241A的發(fā)光面的尺寸相同的板形；并且設(shè)置為與各PS分離棱鏡241A的發(fā)光面靠近或接觸。進入相位板242的P偏振光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，使得P偏振光束射出時成為S偏振光束S1。
反射棱鏡241B通過反射面241D將被PS分離面241C反射的S偏振光束S反射到垂直于入射方向的方向上，同時保持偏振方向。因此，從反射棱鏡241B射出的S偏振光束S2的主光束246(它是入射光束的主光束)變成平行于光軸245的方向(即，圖1中光軸20的方向)。
接下來，將說明根據(jù)實施例的液晶顯示裝置的操作和功能。
首先，參考圖1，下面將說明根據(jù)實施例的整個顯示裝置的操作。
在第一光學(xué)系統(tǒng)1中，從第一光源11發(fā)射的光束L1依次通過蠅眼透鏡部分13、偏振變換部件14、聚光透鏡15、PS分離/合成部件16、偏振旋轉(zhuǎn)部件17和偏光板18，并且朝靠近第一光學(xué)系統(tǒng)1設(shè)置的第二光學(xué)系統(tǒng)2傳播。另一方面，從第二光源21發(fā)射的光束L2依次通過準直透鏡22、蠅眼透鏡部分23、偏振變換部件24、聚光透鏡25、PS分離/合成部件16、偏振旋轉(zhuǎn)部件17和偏光板18，并且朝第二光學(xué)系統(tǒng)2傳播。在這種情況下，通過偏光板18的光束L1和L2變成混合光束(L1+L2)。下文將說明第一光學(xué)系統(tǒng)1的作用。
通過第一光學(xué)系統(tǒng)1的偏光板18的混合光束(L1+L2)依次進入第二光學(xué)系統(tǒng)2的二向色鏡36R和36G(參見圖1)。二向色鏡36R從混合光束(L1+L2)中分離出紅色分量光，并且沿與入射方向垂直的方向反射紅色分量光。二向色鏡36G從通過二向色鏡36R的混合光束(L1+L2)中分離出綠色分量光，并且沿與入射方向垂直的方向反射綠色分量光。已通過二向色鏡36G的藍色分量光通過聚光透鏡32，并且被反射鏡37A沿與入射方向垂直的方向反射。
當被二向色鏡36R反射的紅色分量光被反射鏡37C沿垂直于入射方向的方向反射之后，紅色分量光通過聚光透鏡38R，并且進入液晶面板40R。被二向色鏡36G反射的綠色分量光通過聚光透鏡38G，并且進入液晶面板40G。被反射鏡37A反射的藍色分量光進一步通過聚光透鏡33，并且被反射鏡37B沿垂直于入射方向的方向反射，并且通過聚光透鏡38B，然后進入液晶面板40B。
根據(jù)彩色圖像信號，液晶面板40R、40G和40B分別旋轉(zhuǎn)R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)的彩色分量光的偏振方向，并且射出彩色分量光。當從各液晶面板40R、40G和40B射出的各彩色分量光的強度被偏光板(未顯示)調(diào)制以后，各彩色分量光從對應(yīng)于各色彩的不同側(cè)面入射到用于色彩合成的二向色棱鏡42，紅色分量光、綠色分量光和藍色分量光被合成，并且合成光通過投影透鏡43被投影到屏幕31上。
第一和第三透鏡陣列131和231的各透鏡元件的形狀與液晶面板40的形狀相似，并且它們具有圖像共軛關(guān)系。因此，如圖2和5所示，通過第一和第三透鏡陣列131和231的各透鏡元件的各小光束被放大和投影在液晶面板40上，并且在其上疊加。所以，即使在光束進入第一和第三透鏡陣列131和231之前光束斷面中的強度分布不均勻，在液晶面板40上的亮度分布變得足夠均勻。
接下來，參考圖1～8C，下面將詳細地說明根據(jù)實施例的作為照明光學(xué)系統(tǒng)的第一光學(xué)系統(tǒng)1的功能。圖7A和7B是顯示當光束L1和L2通過PS分離/合成部件16、偏振旋轉(zhuǎn)部件17和偏光板18時，光束L1和光束L2的偏振方向的示意圖。圖8A～8B是根據(jù)實施例的照明光學(xué)系統(tǒng)中預(yù)定位置的發(fā)射光譜圖。在圖1、3、5、7A和7B中，P偏振的偏振方向(在紙平面內(nèi))用“雙箭頭”表示，S偏振的偏振方向(垂直于紙平面)用“·”表示。
首先，參考圖1～6，將說明從第一光源11至PS分離/合成部件16的作用，以及從第二光源21至PS分離/合成部件16的作用。
第一光源11發(fā)射出大致平行于光軸10的光束L1。光束L1是包括P偏振分量和S偏振分量的PS偏振態(tài)混合光束。光束L1進入第一蠅眼透鏡部分13的第一透鏡陣列131，并且被各透鏡元件分成多條小光束(參見圖2)。各小光束通過第二透鏡陣列132中的各相應(yīng)透鏡元件的中心的附近，并且小光束進入偏振變換部件14同時被會聚。在偏振變換部件14中，從光束L1分離出的幾乎所有小光束(它是PS偏振態(tài)混合光束)轉(zhuǎn)變成P偏振光束，并且該P偏振光束進入聚光透鏡15中并被發(fā)散(參見圖3)。已經(jīng)通過偏振變換部件14的P偏振光束經(jīng)過聚光透鏡15后變成大致遠心光束(telecentric luminousflux)，以進入PS分離/合成部件16。
從第二光源21發(fā)射出的光束L2進入準直透鏡22并被發(fā)散。準直透鏡22將光束L2變成大致平行于光軸20的光束，并且射出光束L2。光束L2是PS偏振態(tài)混合光束，包括P偏振分量和S偏振分量。光束L2進入蠅眼透鏡部分23的第三透鏡陣列231，并被各透鏡元件分成多條小光束(參見圖5)。各小光束通過第四透鏡陣列232中各相應(yīng)透鏡元件的中心附近，然后進入偏振變換部件24并被會聚。在偏振變換部件24中，從光束L2分出的幾乎所有小光束(它是PS偏振態(tài)混合光束)轉(zhuǎn)變成S偏振光束，然后S偏振光束進入聚光透鏡25中并被發(fā)散(參見圖6)。已經(jīng)通過偏振變換部件24的P偏振光束被聚光透鏡25變成大致遠心光束，以進入PS分離/合成部件16。
接下來，參考圖7A～8C，下面詳細地說明PS分離/合成部件16、偏振旋轉(zhuǎn)部件17和偏光板18的作用，它們是本發(fā)明的特征部分。
圖7A示出了光束L1的偏振方向，和圖7B示出了光束L2的偏振方向。
如圖7A所示，進入PS分離/合成部件16的光束L1的幾乎全部小光束是P偏振光束。光束L1中的P偏振光束幾乎沒有任何損失地穿過分離/合成面16A，并且從PS分離/合成部件16射出P偏振光束以進入偏振旋轉(zhuǎn)部件17。進入PS分離/合成部件16的光束L1中的少許S偏振光束被分離/合成面16A反射到與入射方向垂直的方向(即，垂直于光軸10的方向)上，從而被除去。在偏振旋轉(zhuǎn)部件17中，僅僅對應(yīng)于從620nm至700nm波段范圍的紅色分量光的偏振方向選擇性地旋轉(zhuǎn)90度。因此，從偏振旋轉(zhuǎn)部件17射出的光束L1是PS偏振態(tài)混合光束，它包括紅色分量光的S偏振光束和除紅色之外的彩色分量光的P偏振光束。然而，S偏振光束被偏光板18阻擋，因此通過偏光板18后的光束L1是P偏振光束。換句話說，從第一光源11發(fā)射出的光束L1變成除去了紅色分量光的P偏振光束。
另一方面，如圖7B所示，進入PS分離/合成部件16的光束L2的幾乎全部小光束是S偏振光束。光束L2中的S偏振光束幾乎沒有任何損失地被分離/合成面16A反射到與入射方向垂直的方向(即，平行于光軸10的方向)上，并且從PS分離/合成部件16射出，以進入偏振旋轉(zhuǎn)部件17。進入PS分離/合成部件16的光束L2中的少許P偏振光束穿過分離/合成面16A，從而被除去。在偏振旋轉(zhuǎn)部件17中，對應(yīng)于從620nm至700nm波段范圍的紅色分量光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。因此，從偏振旋轉(zhuǎn)部件17射出的光束L2中的幾乎全部小光束變成P偏振光束，并且該P偏振光束穿過設(shè)置在偏振旋轉(zhuǎn)部件17后面的偏光板18。換句話說，從第二光源21發(fā)射出的光束L2變成紅色分量光性質(zhì)的P偏振光束。
在圖8A～8C顯示的發(fā)射光譜中，水平軸代表波長，垂直軸代表發(fā)光強度。圖8A示出了來自第一光源11的光束L1的波長譜，圖8B示出了來自第二光源21的光束L2的波長譜，和圖8C示出了穿過偏光板18之后的、包括光束L1和光束L2的混合光束(L1+L2)的波長譜。在圖8A～8C中，波段W的范圍對應(yīng)于620nm至700nm的范圍。
如圖8A所示，在來自第一光源11的光束L1的波長譜中，紅光波段W的發(fā)光強度較低，因此紅色分量光不足。另一方面，來自第二光源21的光束L2的波長譜是紅色分量光，其具有在紅光波段W內(nèi)的發(fā)光峰，如圖8B所示。另外，如圖8C所示，穿過偏光板18之后的、包括光束L1和光束L2的混合光束(L1+L2)的波長譜具有下列形狀的波長譜，即圖8A中的紅光波段W內(nèi)的波長譜被圖8B中的紅光波段W內(nèi)的波長譜所取代。換句話說，來自第一光源11的光束L1中的強度不足的紅色分量光被來自第二光源21的具有足夠強度的光束L2所取代，以便保持R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)的彩色分量光間的良好強度平衡。
如上所述，在根據(jù)本實施例的照明光學(xué)系統(tǒng)和液晶顯示裝置中，第一光源11(它是超高壓汞燈)中對應(yīng)于紅色分量光的紅光波段W內(nèi)的波長譜被第二光源21(它是紅光LED)的紅光波段W內(nèi)的波長譜取代，因此在不減少G(綠色)和B(藍色)分量光的條件下可以獲得R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)的彩色分量光間的優(yōu)越強度平衡，并且可以表現(xiàn)出優(yōu)越的色彩表現(xiàn)性能。
更具體地說，當在PS分離/合成部件16中混合光束L1和光束L2之后，光束L1中的特定波段的偏振方向和光束L2中的特定波段的偏振方向被同一偏振旋轉(zhuǎn)部件17旋轉(zhuǎn)，因此，從光束L1中去除的波段和用來取代所去除波段的光束L2的波段彼此完全重合。因此，可以準確和方便地進行對所需波段的替換。
而且，由于紅光波段W可以具有足夠強度的峰，因此可以將580nm左右波段范圍內(nèi)的黃光分量或橙光分量的峰對色彩表現(xiàn)性能的不利影響降低到實際很小的程度。
本發(fā)明參考實施例進行了說明，但是本發(fā)明不局限于上述實施例，而是可以進行各種地修改。例如，在本實施例中，蠅眼透鏡部分13和23以及偏振變換部件14和24分別依次設(shè)置在距第一和第二光源11和21的地方，但是該順序不是具體限定的。它們可以按照相反的順序設(shè)置，或者可以移除蠅眼透鏡部分13和23。
而且，在實施例中，液晶面板40R、40G和40B用作空間調(diào)制器，但是本發(fā)明不局限于此?？梢圆捎靡环N器件，其中像素由微透鏡例如DMD(digitalmicromirror device，數(shù)字微鏡部件)制成。
而且，在本實施例中，偏振旋轉(zhuǎn)部件17是具有波長選擇性的偏振旋轉(zhuǎn)部件，其中入射光束中僅僅上述特定波段(紅光波段W)內(nèi)的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，而其它波段內(nèi)的光穿過時偏振方向不會旋轉(zhuǎn)，并且從偏振旋轉(zhuǎn)部件17射出的線性偏振光束中僅僅在第一偏振方向(P偏振方向)上的線偏振光束穿過偏光板18。然而，相反地，如圖9A和9B所示，偏振旋轉(zhuǎn)部件170可以是具有下列波長選擇性的偏振旋轉(zhuǎn)部件，使得入射光束中的上述波段(紅光波段W)內(nèi)的光穿過時偏振方向不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而僅僅入射光束中的其它波段內(nèi)的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，以及從偏振旋轉(zhuǎn)部件170射出的線性偏振光束中僅僅在第二偏振方向(S偏振方向)上的線偏振光束可以穿過偏光板180。因此，偏光板180的輸出不僅可以是在第一偏振方向(P偏振方向)上的線偏振光束，而且可以是在第二偏振方向(S偏振方向)上的線偏振光束，它們均可以用作照明光線。
而且，在本實施例中，特定波段是紅光波段W，和將具有不足紅色分量光的超高壓汞燈用作第一光源11，以及包括許多紅色分量光的紅光LED用作第二光源21，因此執(zhí)行對紅色分量光的替換，但是本發(fā)明不限于此，可以進行任何其它彩色分量光的替換。例如，當具有不足藍色分量光的燈用作第一光源時，藍光LED等可以用作第二光源21。在這種情況下，偏振旋轉(zhuǎn)部件17的選擇波長范圍可以設(shè)定為所需范圍(在該情況下，是對應(yīng)于藍光波段的范圍)。第一光源11和第二光源21的每一個可以是任何其它類型的光源。而且，偏振變換部件14和24可以是簡單的偏振濾光片。
而且，上述特定波段除了是紅光波段之外，可以包括580nm左右波段內(nèi)的黃光分量或橙光分量的峰值波段的一部分或全部，和光束L1中的上述紅光波段可以被光束L2所取代，并且可以去除黃色分量光或橙色分量光的波段的一部分或全部內(nèi)的光線。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)或圖像顯示裝置包括第一光源；第二光源，其發(fā)射光譜不同于第一光源的發(fā)射光譜；和替代光學(xué)系統(tǒng)，用來自第二光源的光束取代來自第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光，因此來自第一光源的光束中的光強度弱的特定波段內(nèi)的光可以被來自第二光源的具有足夠強度的光束所取代。因此，在不會使照明度低于需要照明度的條件下可以保持白色平衡，并且可以表現(xiàn)出優(yōu)越的色彩表現(xiàn)性能。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，來自第二光源的光束具有在特定波段內(nèi)的強度峰，因此在維持更高照明度的同時可以表現(xiàn)出優(yōu)越的色彩表現(xiàn)性能。
在根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，替代光學(xué)系統(tǒng)包括第一偏振變換部件，將來自第一光源的光束轉(zhuǎn)變?yōu)樵诘谝黄穹较蛏掀鹌牡谝痪€偏振光束；第二偏振變換部件，將來自第二光源的光束轉(zhuǎn)變?yōu)樵谂c第一偏振方向垂直的第二偏振方向上起偏的第二線偏振光束；光合成部件，將第一線偏振光束和第二線偏振光束合成；偏振旋轉(zhuǎn)部件，將從第一偏振變換部件射出的光束中僅僅特定波段內(nèi)的光的偏振方向從第一偏振方向選擇性地旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向，并且將從第二偏振變換部件射出的光束的偏振方向從第二偏振方向旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向；以及起偏振部件，僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件射出的光束中的在第一偏振方向上的線偏振光束通過，因此從光束中去除的波段和用來取代所去除波段的光束的波段彼此完全重合。因此，可以方便和準確地進行所需波段的替換，并且在不損失來自第一光源的光強度的條件下可以獲得優(yōu)越的色彩表現(xiàn)性能。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，用來使光強度分布均勻的第一均勻化光學(xué)系統(tǒng)被包括在第一光源和替代光學(xué)系統(tǒng)之間，因此可以使最終得到的投影圖像中的亮度分布更加均勻。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，用來使光強度分布均勻的第二均勻化光學(xué)系統(tǒng)被包括在第二光源和替代光學(xué)系統(tǒng)之間，因此可以使最終得到的投影圖像中的亮度分布更加均勻。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，特定波段是紅光波段，第二光源是展示紅光波段內(nèi)的光強度分布的發(fā)光二極管或紅色激光器，因此當具有不足紅色分量光的光源例如超高壓汞燈等用作第一光源時，可以用第二光源中的紅色分量光進行替換。具體地說，第二光源中的紅光波段具有峰，因此即使包括了除R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)的彩色分量光例如黃色分量光、橙色分量光等，也可以表現(xiàn)出優(yōu)越的色彩表現(xiàn)性能，不會受到多余分量光的不利影響。
根據(jù)本發(fā)明的對空間調(diào)制器照明的方法包括下列步驟從第一光源發(fā)射出光束；從第二光源發(fā)射出光束，該第二光源的發(fā)射光譜不同于第一光源的發(fā)射光譜；用來自第二光源的光束取代來自第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光；以及在特定波段內(nèi)的光被來自第二光源的光束取代的狀態(tài)下，將來自第一光源的光束引導(dǎo)至空間調(diào)制器。從而，來自第一光源的光束中光強度弱的特定波段內(nèi)的光可以被來自第二光源的具有足夠強度的光束取代。因此，在不會將照明度降低到需要照明度之下的條件下可以保持白色平衡，并且可以表現(xiàn)出優(yōu)越的色彩表現(xiàn)性能。
權(quán)利要求
1.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，包括第一光源；第二光源，其具有不同于該第一光源發(fā)射光譜的發(fā)射光譜；和替代光學(xué)系統(tǒng)，用來自該第二光源的光束取代來自該第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中來自第二光源的光束中的該特定波段內(nèi)的光的強度大于來自第一光源的光束中的該特定波段內(nèi)的光的強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中來自第二光源的光束具有在特定波段內(nèi)的強度峰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該替代光學(xué)系統(tǒng)包括光合成部件，合成和射出來自第一光源的、作為在第一偏振方向上起偏的第一線偏振光束而入射的光束和來自第二光源的、作為在第二偏振方向上起偏的第二線偏振光束而入射的光束，偏振旋轉(zhuǎn)部件，僅僅將從光合成部件射出的光束中的該特定波段內(nèi)的沿第一偏振方向起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向，以及僅僅將從光合成部件射出的光束中的該特定波段內(nèi)的沿第二偏振方向起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向，以及起偏振部件，僅僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件射出的光束中的第一偏振方向上的線偏振光束通過。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該替代光學(xué)系統(tǒng)還包括第一偏振裝置，將從第一光源發(fā)射的隨機偏振光束射出，成為在第一偏振方向上起偏的第一線偏振光束，和光合成部件，合成和射出從第一光源經(jīng)由第一偏振裝置后以第一線偏振光束入射的光束和來自第二光源作為在第二偏振方向上起偏的第二線偏振光束入射的光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該替代光學(xué)系統(tǒng)包括光合成部件，合成和射出來自第一光源的、作為在第一偏振方向上起偏的第一線偏振光束入射的光束和來自第二光源的、作為在第二偏振方向上起偏的第二線偏振光束入射的光束，偏振旋轉(zhuǎn)部件，僅僅將從光合成部件射出的光束中除該特定波段外的波段內(nèi)的沿第一偏振方向起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向，以及僅僅將從光合成部件射出的光束中除特定波段外的波段內(nèi)的沿第二偏振方向起偏的光選擇性地旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向，以及起偏振部件，僅僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件射出的光束中的第二偏振方向上的線偏振光束穿過。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該替代光學(xué)系統(tǒng)還包括第一偏振裝置，將從第一光源射出的隨機偏振光束射出，成為在第一偏振方向上起偏的第一線偏振光束，和該光合成部件合成和射出從第一光源經(jīng)由第一偏振裝置后以第一線偏振光束入射的光束和來自第二光源的、作為在第二偏振方向上起偏的第二線偏振光束而入射的光束。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該替代光學(xué)系統(tǒng)包括第一偏振變換部件，將來自第一光源的光束轉(zhuǎn)變?yōu)樵诘谝黄穹较蛏掀鹌牡谝痪€偏振光束，第二偏振變換部件，將來自第二光源的光束轉(zhuǎn)變?yōu)樵诖怪庇诘谝黄穹较虻牡诙穹较蛏掀鹌牡诙€偏振光束，光合成部件，合成第一線偏振光束和第二線偏振光束，偏振旋轉(zhuǎn)部件，僅僅將從第一偏振變換部件射出的光束中的特定波段內(nèi)的光從第一偏振方向選擇性地旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向，以及將從第二偏振變換部件射出的光束的偏振方向從第二偏振方向旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向，以及起偏振部件，僅僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件射出的光束中的在第一偏振方向上的線偏振光束通過。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該替代光學(xué)系統(tǒng)包括第一偏振變換部件，將來自第一光源的光束轉(zhuǎn)變?yōu)樵诘谝黄穹较蛏掀鹌牡谝痪€偏振光束，第二偏振變換部件，將來自第二光源的光束轉(zhuǎn)變?yōu)樵诖怪庇诘谝黄穹较虻牡诙穹较蛏掀鹌牡诙€偏振光束，光合成部件，合成第一線偏振光束和第二線偏振光束，偏振旋轉(zhuǎn)部件，僅僅將從第一偏振變換部件射出的光束中除特定波段之外的波段內(nèi)的光從第一偏振方向選擇性地旋轉(zhuǎn)至第二偏振方向，以及將從第二偏振變換部件射出的光束的偏振方向從第二偏振方向旋轉(zhuǎn)至第一偏振方向，以及起偏振部件，僅僅允許從偏振旋轉(zhuǎn)部件射出的光束中的在第二偏振方向上的線偏振光束通過。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，還包括第一均勻化光學(xué)系統(tǒng)，使得第一光源和替代光學(xué)系統(tǒng)之間的光強度分布均勻。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該第一均勻化光學(xué)系統(tǒng)包括第一透鏡陣列，包括二維排列的多個透鏡元件，通過多個透鏡元件將入射光束分成多條小光束，以射出多個小的光束，接著會聚多條小光束，和第二透鏡陣列，包括二維排列的、與來自第一透鏡陣列的多條小光束相對應(yīng)的多個透鏡元件，和將從第一透鏡陣列的透鏡元件入射的小光束朝著小光束相互疊加的方向射出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還包括第二均勻化光學(xué)系統(tǒng)，使得第二光源和替代光學(xué)系統(tǒng)之間的光強度分布均勻。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該第二均勻化光學(xué)系統(tǒng)包括第三透鏡陣列，包括二維排列的多個透鏡元件，通過多個透鏡元件將入射光束分成多條小光束，以射出多條小光束，接著會聚多條小光束，和第四透鏡陣列，包括二維排列的、與來自第三透鏡陣列的多條小光束相對應(yīng)的多個透鏡元件，和將從第三透鏡陣列的透鏡元件入射的小光束朝著小光束相互疊加的方向射出。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中來自第二光源的光束的中心軸與來自第一光源的光束的中心軸垂直。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中該特定波段是紅光波段，和第二光源是具有紅光波段內(nèi)的峰的發(fā)光二極管或紅色激光器。
16.一種圖像顯示裝置，包括照明光學(xué)系統(tǒng)，空間調(diào)制器件，使用從照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光束作為照明光，和以像素點為基礎(chǔ)進行選擇性的空間調(diào)制，以形成光學(xué)圖像，其中該照明光學(xué)系統(tǒng)包括第一光源，第二光源，具有不同于第一光源的波長譜的發(fā)射光譜，和替代光學(xué)系統(tǒng)，用來自第二光源的光束取代來自第一光源的光束中特定波段內(nèi)的光。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的圖像顯示裝置，其特征在于，還包括投影透鏡，將從空間調(diào)制器射出的光投影在屏幕上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的圖像顯示裝置，其中該空間調(diào)制器是液晶顯示器。
19.一種對空間調(diào)制器照明的方法，該空間調(diào)制器進行以像素為基礎(chǔ)的選擇性空間調(diào)制以形成光學(xué)圖像，該方法包括下列步驟從第一光源發(fā)射出光束；從第二光源發(fā)射出光束，該第二光源具有不同于第一光源發(fā)射光譜的發(fā)射光譜；用從第二光源射出的光束替換來自第一光源的光束中的特定波段內(nèi)的光；和在該特定波段內(nèi)的光被來自第二光源的光束替換的狀態(tài)下，將來自第一光源的光束導(dǎo)引至空間調(diào)制器。
全文摘要
一種照明光學(xué)系統(tǒng)，其具有優(yōu)良的色彩表現(xiàn)性能同時確保足夠的照明度，還提供包括該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置，和由照明光學(xué)系統(tǒng)照明的空間調(diào)制器，以及對空間調(diào)制器照明的方法。包括第一光源(11)；第二光源(21)，具有不同于第一光源(11)發(fā)射光譜的發(fā)射光譜；和替代光學(xué)系統(tǒng)，用來自第二光源的光束(L2)替換來自第一光源(11)的光束(L1)的特定波段內(nèi)的光，和來自第一光源(11)的光束(L1)中光強度弱的特定波段內(nèi)的光被來自第二光源(21)的具有足夠強度的光束(L2)替換。因此，在不會將照明度降低到需要照明度以下時可以保持白色平衡，可以表現(xiàn)出優(yōu)良的色彩表現(xiàn)性能。
文檔編號G02B27/28GK1522384SQ0380059
公開日2004年8月18日 申請日期2003年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月14日
發(fā)明者富田英夫, 匡男, 勝間田匡男, 山本英樹, 樹 申請人:索尼公司