專利名稱：照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于對(duì)諸如液晶面板的空間光調(diào)制元件進(jìn)行照明的照明光學(xué)系統(tǒng)，并 且涉及具有該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像投影裝置。
背景技術(shù)：
圖像投影裝置通過(guò)照明光學(xué)系統(tǒng)把來(lái)自光源的光引向諸如液晶面板或微鏡陣列 器件的空間光調(diào)制元件，然后將被空間光調(diào)制元件圖像調(diào)制過(guò)的光投影到諸如屏幕的投影 表面上以顯示圖像。日本專利公開(kāi)No. 3-111806公開(kāi)了用于這種圖像投影裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)。所述 照明光學(xué)系統(tǒng)包括包含兩個(gè)透鏡陣列(第一和第二透鏡陣列)的集成光學(xué)系統(tǒng)。所述集成 光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)成第一透鏡陣列的多個(gè)集光透鏡把來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束，每個(gè)集光 透鏡具有矩形孔徑。所述集成光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)由與第一透鏡陣列的多個(gè)矩形孔徑對(duì)應(yīng)的多個(gè) 集光透鏡形成的第二透鏡陣列和被設(shè)置為比第二透鏡陣列接近照明表面(空間光調(diào)制元 件)的集光透鏡(會(huì)聚透鏡)在所述照明表面上使多個(gè)光束相互重疊。所述集成光學(xué)系統(tǒng) 提供對(duì)照明表面照明的光的均勻的強(qiáng)度分布。日本專利公開(kāi)No. 2001-337393公開(kāi)了抑制投影圖像中的水平顏色不均勻性的照 明光學(xué)系統(tǒng)，該顏色不均勻性是由于波長(zhǎng)選擇性二向色鏡而產(chǎn)生的。在這種照明光學(xué)系統(tǒng) 中，把來(lái)自被第一和第二透鏡陣列構(gòu)成的集成光學(xué)系統(tǒng)的光收集到空間光調(diào)制元件上的集 光光學(xué)系統(tǒng)(多個(gè)集光透鏡)的主點(diǎn)位于第二透鏡陣列和空間光調(diào)制元件之間的中間位置 處。與常規(guī)的照明光學(xué)系統(tǒng)相比，該照明光學(xué)系統(tǒng)可提高入射到二向色鏡的光的平行度，從 而導(dǎo)致減少對(duì)于二向色鏡的角度特性的影響，以抑制投影圖像的水平顏色不均勻性。日本專利公開(kāi)No. 2004-45907公開(kāi)了包含孔徑光闌的照明光學(xué)系統(tǒng)，該孔徑光闌 限制入射到偏振光束分離器(以下稱為“PBS”)的光的擴(kuò)展角。該孔徑光闌增加該照明光 學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高的對(duì)比度。對(duì)于圖像投影裝置來(lái)說(shuō)，具有增加投影圖像的亮度和對(duì)比度的能力是重要的。但 是，實(shí)際上難以既增加亮度又增加對(duì)比度。亮度的增加需要增加光利用效率。通過(guò)減小照 明光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)實(shí)現(xiàn)光利用效率的增加。但是，F(xiàn)數(shù)的減小降低對(duì)比度。對(duì)比度降低是由于用作顏色分解/合成元件的PBS的反射性能的劣化，該劣化由 入射到PBS的光的入射角的增加而導(dǎo)致。減小F數(shù)來(lái)增加亮度增大入射到PBS的光的入射 角，這使PBS的反射性能劣化。換句話說(shuō)，不應(yīng)被PBS反射的偏振光被其反射，而應(yīng)被其反 射的偏振光在不被反射的情況下在其中透射通過(guò)。作為結(jié)果，在投影黑色圖像的狀態(tài)中，應(yīng) 通過(guò)PBS的反射而從投影光中被正常去除的光(泄漏光)在其中透射通過(guò)，然后被投影到 黑色圖像上，這降低對(duì)比度。另一方面，空間光調(diào)制元件具有與其類似的角度特性。即，它具有在使用具有小的 F數(shù)的照明光學(xué)系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生投影到黑色圖像上的泄漏光的特性。因此，為了投影具有高的對(duì) 比度的圖像，需要對(duì)空間光調(diào)制元件進(jìn)行照明的照明光束為準(zhǔn)直光束(即，具有大的F數(shù)的
4遠(yuǎn)心(telecentric)光束)。如日本專利公開(kāi)No. 2004-45907所公開(kāi)的那樣設(shè)置孔徑光闌使得能夠增加照明 光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)以獲得高的對(duì)比度。但是，用孔徑光闌限制光的擴(kuò)展角阻擋來(lái)自光源的光， 這大大降低光利用效率。圖6示出在日本專利公開(kāi)No. 2001-337393中公開(kāi)的照明光學(xué)系統(tǒng)。該照明光學(xué) 系統(tǒng)通過(guò)第一蠅眼(fly-eye)透鏡51a、第二蠅眼透鏡51b和會(huì)聚透鏡52在空間光調(diào)制元 件54上形成具有均勻的光量分布的照明區(qū)域。當(dāng)空間光調(diào)制元件54在該照明光學(xué)系統(tǒng)中 被放置在會(huì)聚透鏡52的焦點(diǎn)位置處時(shí)，照明區(qū)域的尺寸通過(guò)用下式(7)表達(dá)的倍率β表 示，照明區(qū)域的尺寸與構(gòu)成第一蠅眼透鏡51a的各透鏡單元的放大尺寸相對(duì)應(yīng)B = fc/ff2…(7)。這里，fc代表會(huì)聚透鏡52的焦距，ff2代表第二蠅眼透鏡51b的焦距。因此，當(dāng)?shù)诙壯弁哥R51b的焦距ff2被固定時(shí)，增加會(huì)聚透鏡52的焦距fc使倍 率β增加，這可增大照明光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)。但是，為了使得從會(huì)聚透鏡52入射到空間光調(diào)制元件54的光束是遠(yuǎn)心的，需要把 從空間光調(diào)制元件側(cè)開(kāi)始計(jì)算的會(huì)聚透鏡52的焦點(diǎn)位置設(shè)在第一蠅眼透鏡51a的集光點(diǎn) 附近。把第一蠅眼透鏡51a的集光點(diǎn)設(shè)在第二蠅眼透鏡51b附近使得能夠增加照明光的 利用效率。在這種情況下，會(huì)聚透鏡52被放置在第二蠅眼透鏡51b和空間光調(diào)制元件54 之間的大致中間位置。附圖標(biāo)記55表示會(huì)聚透鏡52的主點(diǎn)。當(dāng)fc代表會(huì)聚透鏡52的焦距并且Da代表第二蠅眼透鏡51b和空間光調(diào)制元件 54之間的光學(xué)距離時(shí)，以下的關(guān)系成立Da 2fc. · · (8)。這意味著在日本專利公開(kāi)No. 2001-337393中公開(kāi)的照明光學(xué)系統(tǒng)在該照明光學(xué) 系統(tǒng)具有大的F數(shù)以實(shí)現(xiàn)高的對(duì)比度時(shí)，該照明光學(xué)系統(tǒng)的總長(zhǎng)很長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用來(lái)自光源的光對(duì)照明表面明亮地照明并使得能夠?qū)崿F(xiàn)高對(duì)比度圖 像投影的緊湊的照明光學(xué)系統(tǒng)以及具有該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像投影裝置。本發(fā)明提供作為其一個(gè)方面的照明光學(xué)系統(tǒng)，該照明光學(xué)系統(tǒng)包括集成器，該集 成器被配置為把來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；以及集光光學(xué)系統(tǒng)，該集光光學(xué)系統(tǒng)被配置 為把來(lái)自集成器的多個(gè)光束收集向照明表面。集光光學(xué)系統(tǒng)的后主點(diǎn)比集光光學(xué)系統(tǒng)的前 主點(diǎn)更接近光源。本發(fā)明提供作為其另一方面的圖像投影裝置，該圖像投影裝置包括光調(diào)制元件； 用來(lái)自光源的光對(duì)光調(diào)制元件進(jìn)行照明的上述照明光學(xué)系統(tǒng)；以及投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影 光學(xué)系統(tǒng)被配置為把來(lái)自光調(diào)制元件的光投影到投影表面上。本發(fā)明提供作為其又一方面的圖像投影裝置，該圖像投影裝置包括多個(gè)光調(diào)制 元件；照明光學(xué)系統(tǒng)，該照明光學(xué)系統(tǒng)被配置用來(lái)自光源的光對(duì)各光調(diào)制元件進(jìn)行照明； 投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)被配置為把來(lái)自各光調(diào)制元件的光投影到投影表面上；以 及顏色分解/合成光學(xué)系統(tǒng)，該顏色分解/合成光學(xué)系統(tǒng)被配置為把來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)的
5光分成多個(gè)顏色光分量以把它們引向所述多個(gè)光調(diào)制元件，并且，合成來(lái)自所述多個(gè)光調(diào) 制元件的多個(gè)顏色光分量以把合成的顏色光分量引向投影光學(xué)系統(tǒng)。該照明光學(xué)系統(tǒng)包 括集成器，該集成器被配置為把來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；以及集光光學(xué)系統(tǒng)，該集光 光學(xué)系統(tǒng)被配置為把來(lái)自集成器的多個(gè)光束收集向各光調(diào)制元件。集光光學(xué)系統(tǒng)的后主點(diǎn) 比集光光學(xué)系統(tǒng)的前主點(diǎn)更接近光源。參照以下的說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得清晰。


圖1是作為本發(fā)明的第一實(shí)施例(實(shí)施例1)的圖像投影裝置的示意圖。圖2是示出實(shí)施例1中的照明光學(xué)系統(tǒng)的配置的圖。圖3是示出本發(fā)明的第二實(shí)施例(實(shí)施例2)中的照明光學(xué)系統(tǒng)的配置的示圖。圖4是示出本發(fā)明的第三實(shí)施例(實(shí)施例3)中的照明光學(xué)系統(tǒng)的配置的示圖。圖5是示出本發(fā)明的第四實(shí)施例(實(shí)施例4)中的照明光學(xué)系統(tǒng)的配置的圖。圖6是示出常規(guī)的照明光學(xué)系統(tǒng)的配置的圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。實(shí)施例1圖1示出作為本發(fā)明的實(shí)施例1的圖像投影裝置的配置。圖像投影裝置2包含光 源10、照明光學(xué)系統(tǒng)3、三個(gè)空間光調(diào)制元件16a、16b和16c以及投影光學(xué)系統(tǒng)4。本實(shí)施 例使用反射型液晶面板(以下稱為“LCD”)作為空間光調(diào)制元件16a、16b和16c。但是，本 發(fā)明的替代性實(shí)施例可使用透射型液晶面板或微鏡陣列器件作為空間光調(diào)制元件。照明光學(xué)系統(tǒng)3包含第一蠅眼透鏡11a、第二蠅眼透鏡lib、偏振轉(zhuǎn)換元件12、第一 會(huì)聚透鏡13a以及第二會(huì)聚透鏡13b。照明光學(xué)系統(tǒng)3還包含二向色鏡14和三個(gè)偏振光束 分離器(以下稱為“PBS”)15a、15b和15c。第一蠅眼透鏡1 Ia和第二蠅眼透鏡1 Ib構(gòu)成集成光學(xué)系統(tǒng)(集成器)，該集成光學(xué) 系統(tǒng)把來(lái)自光源10的光分成多個(gè)光束。第一會(huì)聚透鏡13a和第二會(huì)聚透鏡13b構(gòu)成集光 光學(xué)系統(tǒng)(會(huì)聚器)13，該集光光學(xué)系統(tǒng)(會(huì)聚器)13把來(lái)自集成光學(xué)系統(tǒng)的多個(gè)光束引向 各LCD (反射型液晶面板)以用所述多個(gè)光束對(duì)LCD進(jìn)行照明。在該集光光學(xué)系統(tǒng)中，第一 會(huì)聚透鏡13a與第一光學(xué)單元對(duì)應(yīng)，第二會(huì)聚透鏡13b與第二光學(xué)單元對(duì)應(yīng)，該第二光學(xué)單 元被放置為比第一光學(xué)單元更接近照明表面(IXD)。第一光學(xué)單元和第二光學(xué)單元通過(guò)集 光光學(xué)系統(tǒng)(會(huì)聚器)13中最長(zhǎng)的空氣間隔彼此分開(kāi)。第一光學(xué)單元與被放置在最長(zhǎng)空氣 間隔的光源側(cè)的光學(xué)單元對(duì)應(yīng)，第二光學(xué)單元與被放置在最長(zhǎng)空氣間隔的照明表面?zhèn)鹊墓?學(xué)單元對(duì)應(yīng)。被放置為比集光光學(xué)系統(tǒng)13更接近IXD的二向色鏡14以及三個(gè)PBS 15a、15b 和15c構(gòu)成顏色分解光學(xué)系統(tǒng)和顏色合成光學(xué)系統(tǒng)(以下統(tǒng)稱為“顏色分解/合成光學(xué)系 統(tǒng)”)。可以說(shuō)，集光光學(xué)系統(tǒng)13是通過(guò)具有光焦度的多個(gè)透鏡或衍射光學(xué)元件構(gòu)成并被放 置在集成光學(xué)系統(tǒng)(或偏振轉(zhuǎn)換元件)和顏色分解/合成光學(xué)系統(tǒng)之間的光學(xué)系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，從光源10出射、穿過(guò)第一會(huì)聚透鏡13a和第二會(huì)聚透鏡13b的中心、然后到達(dá)放置在照明表面處的各LCD的中心的光線的光路被稱為照明光學(xué)系統(tǒng)3的光
軸ο第一蠅眼透鏡Ila和第二蠅眼透鏡llb(以及集光光學(xué)系統(tǒng)13)執(zhí)行與光軸平行 地從光源10出射的照明光束的照度分布的均勻化(即，轉(zhuǎn)換成特定的照度分布)。偏振轉(zhuǎn) 換元件12把照明光束轉(zhuǎn)換成具有特定的偏振方向的光束。來(lái)自偏振轉(zhuǎn)換元件12的光束被 第一會(huì)聚透鏡13a和第二會(huì)聚透鏡13b收集以入射到二向色鏡14。二向色鏡14將入射到其上的白色照明光(照明光束)分成紅色光分量、綠色光分 量和藍(lán)色光分量中的一種顏色光分量(以下稱為“第一顏色光分量”)和兩種顏色光分量 (以下稱為“第二顏色光分量”和“第三顏色光分量”)。PBS 15a反射透射通過(guò)二向色鏡14的第一顏色光分量以將其引向IXD 16a。驅(qū)動(dòng)電路31與IXD 16a、16b和16c連接，并且，來(lái)自諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)、DVD播放器 或電視調(diào)諧器的圖像供給裝置32的圖像信號(hào)被輸入到驅(qū)動(dòng)電路31。驅(qū)動(dòng)電路31基于輸入 的圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)IXD 16a、16b和16c。圖像投影裝置2和圖像供給裝置32構(gòu)成圖像顯示系統(tǒng)。IXD 16a對(duì)于第一顏色光分量進(jìn)行圖像調(diào)制和反射。反射的第一顏色光分量(調(diào) 制光)透射通過(guò)PBS 15a、然后入射到PBS 15c。在被二向色鏡14反射的第二顏色光分量和第三顏色光分量中，第二顏色光分量 被PBS 15b反射然后被引向IXD 16b，并且，第三顏色光分量透射通過(guò)PBS 15b然后被引向 IXD 16c。IXD 16b和16c分別對(duì)第二顏色光分量和第三顏色光分量進(jìn)行圖像調(diào)制和反射。 反射的第二顏色光分量(調(diào)制光)透射通過(guò)PBS 15b然后入射到PBS 15c，并且，反射的第 三顏色光分量(調(diào)制光)被PBS 15b反射然后入射到PBS15c。PBS 15c反射第一顏色光分量并透射第二顏色光分量和第三顏色光分量以合成它 們，然后把合成的顏色光分量(合成光)引向投影光學(xué)系統(tǒng)4。投影光學(xué)系統(tǒng)4放大合成光 并把它投影到未示出的屏幕(投影表面)上。接著，將參照?qǐng)D2描述本實(shí)施例中的照明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)作用。在圖2中，三個(gè) PBS 15a 15c被統(tǒng)一示為PBS 15，并且，三個(gè)IXD16a 16c被統(tǒng)一示為IXD 16。雖然圖 2把三個(gè)PBS統(tǒng)一示為一個(gè)PBS，但是，本發(fā)明的替代性實(shí)施例可僅使用一個(gè)PBS。光源10由放電燈和拋物線反射器構(gòu)成，該拋物線反射器反射和收集從放電燈發(fā) 射的光。放電燈被放置在拋物線反射器的焦點(diǎn)位置處，使得來(lái)自放電燈的發(fā)散的光束轉(zhuǎn)換 成與反射器的拋物線表面的對(duì)稱軸(即，照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸)平行的光束。由于放電燈 不是點(diǎn)光源，而是具有有限的尺寸，因此，來(lái)自拋物線反射器的光束包含不與拋物線表面的 對(duì)稱軸平行的一些光分量。該平行(準(zhǔn)直)光束入射到第一蠅眼透鏡11a。通過(guò)組合多個(gè)透鏡單元構(gòu)成第一蠅 眼透鏡11a，所述多個(gè)透鏡單元按矩陣形式布置，并且，各自具有矩形形狀和正折光力(光 焦度)。第一蠅眼透鏡Ila通過(guò)多個(gè)透鏡單元把入射的光束分成多個(gè)光束并且收集它們。多個(gè)分割光束穿過(guò)第二蠅眼透鏡lib然后在偏振轉(zhuǎn)換元件12附近按矩陣形式形 成多個(gè)光源圖像。偏振轉(zhuǎn)換元件12包含(雖然未示出)布置在多個(gè)行中的偏振光束分離表面、布置 在多個(gè)行中的反射表面以及布置在多個(gè)行中的半波板。在偏振轉(zhuǎn)換元件12附近按矩陣形式收集的分割光束中的每一個(gè)入射到與它的行對(duì)應(yīng)的偏振光束分離表面，并且被分成透射 通過(guò)偏振光束分離表面的P偏振光分量和被偏振光束分離表面反射的S偏振光分量。由偏振光束分離表面反射的S偏振光分量被反射表面反射，在與P偏振光分量的 方向相同的方向上前進(jìn)，然后從偏振轉(zhuǎn)換元件12出射。透射通過(guò)偏振光束分離表面的P偏振光分量的偏振方向通過(guò)半波板被旋轉(zhuǎn)90度， 以被轉(zhuǎn)換成S偏振光分量。S偏振光分量然后從偏振轉(zhuǎn)換元件12出射。因此，具有特定(相 同)偏振方向的光束(分割光束)從偏振轉(zhuǎn)換元件12出射。由此，通過(guò)偏振轉(zhuǎn)換元件12轉(zhuǎn)換的分割光束作為發(fā)散的光束入射到集光光學(xué)系 統(tǒng)13，然后從集光光學(xué)系統(tǒng)13被引向二向色鏡14、PBS15和IXD 16。在本實(shí)施例中，由于二向色鏡14被放置為比第二會(huì)聚透鏡13b更接近照明表面 (即，更接近IXD 16)，因此入射到二向色鏡14的光束(分割光束)是遠(yuǎn)心的。因此，與常 規(guī)的二向色鏡不同，本實(shí)施例中的二向色鏡14不需要用于校正入射角特性的變化的楔形 涂層(wedge coat) 0因此，與常規(guī)的二向色鏡相比，可以降低二向色鏡14的制造成本。并且，該照明光學(xué)系統(tǒng)3構(gòu)成集光光學(xué)系統(tǒng)，使得集光光學(xué)系統(tǒng)13的后主點(diǎn)RPP 比其前主點(diǎn)FPP更接近光源10。特別地，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定構(gòu)成集光光學(xué)系統(tǒng)的諸如透鏡的光學(xué) 元件的焦距(光焦度)和所述光學(xué)元件之間的距離等使得集光光學(xué)系統(tǒng)13的后主點(diǎn)RPP 比其前主點(diǎn)FPP更接近光源10。與后主點(diǎn)RPP比前主點(diǎn)FPP更接近照明表面的情況相比， 該配置可以在不增加照明表面上的照度不均勻性的情況下縮短集光光學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)度(或 使照明光學(xué)系統(tǒng)小型化)。術(shù)語(yǔ)“前”意指光源側(cè)，即光入射側(cè)，術(shù)語(yǔ)“后”意指LCD(照明表 面)側(cè)，即光出射側(cè)。此外，在本實(shí)施例中的照明光學(xué)系統(tǒng)3中，F(xiàn)l代表被放置為比第二會(huì)聚透鏡13b 更接近光源10的第一會(huì)聚透鏡13a的焦距(第一光學(xué)單元的焦距)，F(xiàn)2代表第二會(huì)聚透鏡 13b的焦距(第二光學(xué)單元的焦距)，F(xiàn)c代表集光光學(xué)系統(tǒng)13的焦距，Bk代表從第二會(huì)聚 透鏡13b的照明表面?zhèn)缺砻娴絀XD 16的光學(xué)距離(光路長(zhǎng)度)。第二會(huì)聚透鏡13b的照明 表面?zhèn)缺砻媸羌夤鈱W(xué)系統(tǒng)13的最后(最終)光學(xué)表面，即，包含于照明光學(xué)系統(tǒng)3中的 多個(gè)光學(xué)表面中最接近照明表面的最照明表面?zhèn)裙鈱W(xué)表面。在這種情況下，對(duì)于照明光學(xué)系統(tǒng)3來(lái)說(shuō)滿足下面的兩個(gè)條件是優(yōu)選的1. 3 < Fe/ (Fc-Bk) < 40. . . (1)1. 3 < F1/F2 < 4. · · (2)。如果Fe/(Fc-Bk)和F1/F2的值分別小于條件(1)和(2)的下限，那么不能充分保 證從集光光學(xué)系統(tǒng)13的最后光學(xué)表面到LCD 16的光學(xué)距離，這使得需要在第一會(huì)聚透鏡 13a和第二會(huì)聚透鏡13b之間放置二向色鏡14。在這種情況下，由于入射到二向色鏡14的 光束不是遠(yuǎn)心的，所以會(huì)在投影圖像中產(chǎn)生水平方向的顏色不均勻性。另一方面，如果Fe/(Fc-Bk)和F1/F2的值分別大于條件(1)和(2)的上限，那么 增大照明光學(xué)系統(tǒng)3的F數(shù)來(lái)獲得高對(duì)比度圖像會(huì)過(guò)量地增加照明光學(xué)系統(tǒng)3的總長(zhǎng)，這 增大圖像投影裝置的尺寸。因此，設(shè)定Fe、F1、F2和Bk的值以便滿足條件(1)和⑵可實(shí)現(xiàn)使得能夠投影高 對(duì)比度圖像的緊湊的照明光學(xué)系統(tǒng)和具有該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像投影裝置。但是，即使在不滿足條件(1)和(2)時(shí)，對(duì)于縮短集光光學(xué)系統(tǒng)13的長(zhǎng)度(或者
8使照明光學(xué)系統(tǒng)小型化)來(lái)說(shuō)，使該集光光學(xué)系統(tǒng)的后主點(diǎn)RPP比前主點(diǎn)FPP更接近光源 也是有效的。并且，當(dāng)滿足條件(1)和(2)時(shí)，對(duì)于集光光學(xué)系統(tǒng)13的焦距Fc來(lái)說(shuō)滿足下面的 條件⑶是優(yōu)選的3 < Fc/Dp < 15. . . (3)。這里，Dp代表IXD 16上的矩形照明區(qū)域的對(duì)角線長(zhǎng)度。如果Fc/Dp的值小于條件(3)的下限，那么難以增加照明光學(xué)系統(tǒng)3的F數(shù)，這會(huì) 降低投影圖像的對(duì)比度。如果Fc/Dp的值大于條件(3)的上限，那么會(huì)增加照明光學(xué)系統(tǒng) 3的總長(zhǎng)。更優(yōu)選地，滿足下面的條件(4)2 < Fc/ff2 < 5. 5. . . (4)。這里，ff2代表第二蠅眼透鏡lib的焦距。如果Fc/ff2的值小于條件(4)的下限，那么難以增加照明光學(xué)系統(tǒng)3的F數(shù)，這 會(huì)降低投影圖像的對(duì)比度。如果Fc/ff2的值大于條件(4)的上限，那么會(huì)增加照明光學(xué)系 統(tǒng)3的總長(zhǎng)。又更優(yōu)選地，滿足下面的條件(5)2 < Bk/Dp. · · (5)。如果Bk/Dp的值小于條件(5)的下限，那么后焦距(從最照明表面?zhèn)裙鈱W(xué)表面到 照明表面的距離)減小。后焦距的減小降低選擇放置在照明光學(xué)系統(tǒng)和照明表面之間的光 學(xué)元件的自由度，這使得不能有效、均勻地對(duì)整個(gè)照明表面進(jìn)行照明。再更優(yōu)選地，滿足下面的條件(6)0. 8 < Fc/F2 < 0. 98. · · (6)。滿足該條件(6)可以在不過(guò)量地增加照明光學(xué)系統(tǒng)的尺寸的情況下減小照明表 面上的光束的入射角(或者使光束的所有光線與照明表面大致垂直地到達(dá))。特別地，這樣的效果在具有相對(duì)于照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸傾斜的偏振光束分離表面 的偏振光束分離器被放置在照明光學(xué)系統(tǒng)和照明表面之間的情況下被明顯地獲得，這大大 提高照明效率。在具有相對(duì)于照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸傾斜的顏色分離表面(波長(zhǎng)依賴的反射 膜)的二向色鏡或二向色棱鏡被放置在照明光學(xué)系統(tǒng)和照明表面之間的情況下或者在波 板(相位板、顏色選擇性相位板)被放置在其間的情況下，也是如此。此外，優(yōu)選的是包含液晶面板和對(duì)液晶面板進(jìn)行照明的上述照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像 投影裝置滿足上述的條件(6)。這使得能夠在不增加圖像投影裝置的尺寸的情況下增加對(duì) t匕貞。因此，設(shè)定Fc、Fl、F2、Bk和ff2的值以便除了條件(1)、(2)之外還滿足條件(3) (6)中的至少一個(gè)可更確信地實(shí)現(xiàn)使得能夠投影高對(duì)比度圖像的緊湊的照明光學(xué)系統(tǒng)和具 有該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像投影裝置。以下將描述實(shí)施例1的數(shù)值例。該數(shù)值例對(duì)應(yīng)于空間光調(diào)制元件的屏幕(圖像調(diào) 制區(qū)域)尺寸為0. 7英寸(對(duì)角線長(zhǎng)度Dp為17. 78mm)的情況。(數(shù)值例1)表1示出圖2所示的照明光學(xué)系統(tǒng)3的第一會(huì)聚透鏡(第一光學(xué)單元)13a和第二會(huì)聚透鏡(第二光學(xué)單元)13b的透鏡數(shù)據(jù)?！脖?〕
權(quán)利要求
一種照明光學(xué)系統(tǒng)，包括集成器，該集成器被配置為把來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；和集光光學(xué)系統(tǒng)，該集光光學(xué)系統(tǒng)被配置為向照明表面收集來(lái)自所述集成器的多個(gè)光束，其中，所述集光光學(xué)系統(tǒng)的后主點(diǎn)比所述集光光學(xué)系統(tǒng)的前主點(diǎn)更接近所述光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述照明光學(xué)系統(tǒng)在所述集光光學(xué)系統(tǒng)和所述照明表面之間包含偏振光束分離 器，該偏振光束分離器具有相對(duì)于所述照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸傾斜的偏振光束分離表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述集光光學(xué)系統(tǒng)由第一光學(xué)單元和被放置為比所述第一光學(xué)單元更接近所述 照明表面的第二光學(xué)單元構(gòu)成，所述第一光學(xué)單元和所述第二光學(xué)單元中的每一個(gè)具有正 光焦度，以及滿足下面的條件 1. 3 < Fe/ (Fc-Bk) < 4 1. 3 < F1/F2 < 4，這里，F(xiàn)l代表所述第一光學(xué)單元的焦距，F(xiàn)2代表所述第二光學(xué)單元的焦距，F(xiàn)c代表所 述集光光學(xué)系統(tǒng)的焦距，Bk代表從包含于所述集光光學(xué)系統(tǒng)中的多個(gè)光學(xué)表面中最接近所 述照明表面的最照明表面?zhèn)裙鈱W(xué)表面到所述照明表面的光學(xué)距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)的照明光學(xué)系統(tǒng)， 其中，滿足下面的條件3 < Fc/Dp < 15，這里，F(xiàn)c代表所述集光光學(xué)系統(tǒng)的焦距，Dp代表所述照明表面上的矩形照明區(qū)域的對(duì) 角線長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)的照明光學(xué)系統(tǒng)， 其中，滿足下面的條件2 < Bk/Dp,這里，Bk代表從包含于所述集光光學(xué)系統(tǒng)中的多個(gè)光學(xué)表面中最接近所述照明表面的 最照明表面?zhèn)裙鈱W(xué)表面到所述照明表面的光學(xué)距離，Dp代表所述照明表面上的矩形照明區(qū) 域的對(duì)角線長(zhǎng)度。
6.一種圖像投影裝置，包括 光調(diào)制元件；根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的照明光學(xué)系統(tǒng)，該照明光學(xué)系統(tǒng)用來(lái)自光源的光對(duì) 所述光調(diào)制元件進(jìn)行照明；和投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)被配置為把來(lái)自所述光調(diào)制元件的光投影到投影表面上。
7.一種圖像投影裝置，包括 多個(gè)光調(diào)制元件；照明光學(xué)系統(tǒng)，該照明光學(xué)系統(tǒng)被配置為用來(lái)自光源的光對(duì)各光調(diào)制元件進(jìn)行照明； 投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)被配置為把來(lái)自各光調(diào)制元件的光投影到投影表面上；和顏色分解/合成光學(xué)系統(tǒng)，該顏色分解/合成光學(xué)系統(tǒng)被配置為把來(lái)自所述照明光學(xué) 系統(tǒng)的光分成多個(gè)顏色光分量，以把它們分別引向所述多個(gè)光調(diào)制元件并且合成來(lái)自所述 多個(gè)光調(diào)制元件的多個(gè)顏色光分量以把合成的顏色光分量引向所述投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述照明光學(xué)系統(tǒng)包括集成器，該集成器被配置為把來(lái)自所述光源的光分成多個(gè)光束；和集光光學(xué)系統(tǒng)，該集光光學(xué)系統(tǒng)被配置為向各光調(diào)制元件收集來(lái)自所述集成器的多個(gè) 光束，其中，所述集光光學(xué)系統(tǒng)的后主點(diǎn)比所述集光光學(xué)系統(tǒng)的前主點(diǎn)更接近所述光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像投影裝置，其中，所述顏色分解/合成光學(xué)系統(tǒng)在所述集光光學(xué)系統(tǒng)和所述光調(diào)制元件之間包含 偏振光束分離器，該偏振光束分離器具有相對(duì)于所述照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸傾斜的偏振光束 分離表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的圖像投影裝置，其中，所述顏色分解/合成光學(xué)系統(tǒng)包含一個(gè)二向色鏡和三個(gè)偏振光束分離器，以及其中，所述二向色鏡的顏色分離表面和所述三個(gè)偏振光束分離器的偏振光束分離表面 分別相對(duì)于所述照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸傾斜。
全文摘要
本發(fā)明提供照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影裝置。所述照明光學(xué)系統(tǒng)包括集成器，該集成器被配置為把來(lái)自光源的光分成多個(gè)光束；以及集光光學(xué)系統(tǒng)，該集光光學(xué)系統(tǒng)被配置為向照明表面收集來(lái)自集成器的多個(gè)光束。該集光光學(xué)系統(tǒng)的后主點(diǎn)比集光光學(xué)系統(tǒng)的前主點(diǎn)更接近光源。該配置提供用光明亮地對(duì)照明表面進(jìn)行照明并使得能夠?qū)崿F(xiàn)高對(duì)比度圖像投影的緊湊的照明光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK101939702SQ20098010471
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
發(fā)明者井上智曉 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社