專利名稱：照明光學(xué)系統(tǒng)和使用該照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把從光源射出的非偏的光變成方向幾乎一致的一種直線偏振射出的光學(xué)系統(tǒng)，另外，本發(fā)明還涉及可以利用該照明光學(xué)系統(tǒng)顯示明亮圖象的投影儀。
背景技術(shù)：
在投影儀中，照射在被稱為光閥的電光裝置上的照明光，根據(jù)要顯示的住處進(jìn)行調(diào)制，然后把該調(diào)制過的光映射在屏幕上實(shí)現(xiàn)圖象顯示，通常利用液晶板的液晶光閥作為這種電光裝置。
被投影儀顯示的圖象最好是明亮的，為此，最好提高從組裝在投影儀內(nèi)的照明光學(xué)系統(tǒng)射出的照明光的利用率。然而因?yàn)樵谕队皟x上使用的液晶光閥通常只利用一種直線偏振光，所以在射出非偏振光的照明光學(xué)系統(tǒng)的情況下，存在不能被液晶光閥利用的偏振方向的光。因此使從照明光學(xué)系統(tǒng)射出的照明光的利用率降低。為了提高液晶光閥中的照明光的利用效率，現(xiàn)有技術(shù)中一直在利用把從光源射出的非偏振光變換成一種直線偏振光的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的照明系統(tǒng)。
圖13是表示照明光學(xué)系統(tǒng)的概略平面構(gòu)成圖。
設(shè)光的行進(jìn)方向?yàn)閆軸方向(與照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸SX平行的方向)。設(shè)朝向光行進(jìn)的方向12時(shí)的方向?yàn)閅軸方向(縱向)，設(shè)3時(shí)的方向?yàn)閄軸方向(橫向)。該照明光系統(tǒng)具有光源1110，第一透鏡陣列1120，第二透鏡陣列1130，偏振變換光學(xué)系統(tǒng)1140、重疊透鏡1150沿光軸SX順次排列的結(jié)構(gòu)。第一透鏡陣列1120具有多個(gè)小透鏡1122。第二透鏡陣列1130與第一透鏡陣列1120的多個(gè)小透鏡相對(duì)應(yīng)地具有多個(gè)小透鏡1132。
偏振變換光學(xué)系統(tǒng)1140的多組互相平行的偏振分光膜1142和反射膜1144沿X軸方向排列。這些偏振分光膜1142和反射膜1144相對(duì)Z方向具有一定的傾斜。在各偏振分光膜1142的射出面?zhèn)确謩e設(shè)置λ/2相差片1148。
從光源1110射出的大致平行的光被第一透鏡陣列1120的多個(gè)小透鏡1122分割成多個(gè)局部光束。被分割后的多個(gè)局部光束通過第一透鏡陣列1120和第二透鏡陣列1130的各個(gè)小透鏡1122和1132的聚光作用分別會(huì)聚在偏振變換光學(xué)系統(tǒng)1140的偏振分光膜1142附近。光源1110的光軸LX相對(duì)照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸X在-X方向只偏移Dp(＝Wp/2)，以便使從第一透鏡陣列1120射出的多個(gè)局部光束高效率地入射到偏振變換光學(xué)系統(tǒng)1140的偏振分光膜1142上，Wp表示偏振分光膜1142與反射膜1144的間隔。
會(huì)聚在偏振分光膜1142附近的光中的一直線偏振成分(例如D偏振)幾乎全部透過偏振分光膜1142。而另一直線偏振成分(例如S偏振)幾乎全部被偏振分光膜1142反射，經(jīng)偏振分光膜1142反射的另一直線偏振成分被反射膜1144反射，入射到重疊透鏡1150上。透過偏振分光膜1142的那部分直線偏振成分入射到λ/2相位差片1148后與另一直線偏振成分變成同一方向的直線偏振光，入射到重疊透鏡1150上。入射到重疊透鏡1150的多個(gè)局部光線束在各自的照明區(qū)域LA上大致重疊。如上所述，傳統(tǒng)的照明光學(xué)系統(tǒng)的照明區(qū)域可以被一種大致直線偏振光照明。
圖14是表示傳統(tǒng)的照明光學(xué)系統(tǒng)的問題的說明圖。圖14(A)示出了透過偏振分光膜1142的光(以下也有簡稱透射光的情況)的光路，圖14(B)是表示被偏振分光膜1142和反射膜1144反射的光(以下也有簡稱“反射光”的情況)的光路。為了容易說明起見，在把偏振分光膜1142和反射膜1144的反射光路置換成直線形的等效光路，略去重疊透鏡1150引起的偏移的同時(shí)示出在圖14(A)和圖14(B)中。
如圖14(A)和圖14(B)所示，入射在偏振分光膜1142上的光中從反射光的偏振分光膜1142到照明區(qū)域的光路長度與透射光的光路長度相比，只長從偏振分光膜1142到反射膜1144的光路長度Wp。因此，反射光照明的照明區(qū)域LA上的第二區(qū)域W2的大小比透射光照明的第一區(qū)域W1的大小要大，所以反射光產(chǎn)生的照明效率比透射光產(chǎn)生的照明效率要低。結(jié)果引起照明光學(xué)系統(tǒng)的照明效率變低的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明是為解決已有技術(shù)中的上述問題而提出的，目的是提供抑制在使用偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的照明光學(xué)系統(tǒng)時(shí)發(fā)生的照明效率降低的技術(shù)。
為了解決上述問題的至少一部分，本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)在于裝備有發(fā)射非偏振的光的光源；將至少一組互相平行的偏振分光膜和反射膜沿規(guī)定方向傾斜配置，并使入射的非偏振的光變換成具有規(guī)定偏振方向的直線偏振的光的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)；具有設(shè)置在上述光源與上述偏振分光膜之間的光路上的至少一個(gè)第一透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；第二光學(xué)系統(tǒng)，具有從上述第一透鏡射出的第一光中透過上述偏振分光膜后的第二光入射的第二透鏡，以及被上述偏振分光膜和上述反射膜反射后的第三光入射的第三透鏡，調(diào)整上述第二透鏡和上述第三透鏡中的至少一方的光學(xué)特性，以使在規(guī)定的區(qū)域上上述第二光照射的第一區(qū)域的大小和在上述規(guī)定區(qū)域上上述第三光照射的第二區(qū)域的大小相等。
按照本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)槭乖谝?guī)定的區(qū)域上第二光照射的第一區(qū)域的大小與在規(guī)定的區(qū)域上第三光照射的第二區(qū)域的大小調(diào)整到相等的狀態(tài)，所以可抑制在利用偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的現(xiàn)有照明光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的照明效率的降低。結(jié)果可實(shí)現(xiàn)照明效率高的照明光學(xué)系統(tǒng)。
在上述照明光學(xué)系統(tǒng)中最好把上述第三透鏡的曲面位置調(diào)整到相對(duì)上述第二透鏡曲面位置偏移的位置上。
如上所述，通過把第三透鏡的曲面位置調(diào)整到相對(duì)上述第二透鏡曲面位置偏移的位置上，可以將在規(guī)定的區(qū)域上第二光照射的第一區(qū)域的大小與在規(guī)定區(qū)域上第三光照射的第二區(qū)域的大小調(diào)整到相等的狀態(tài)。
另外，最好使上述第二透鏡和第三透鏡具有相同的曲面形狀。
這樣一來，僅把第三透鏡的曲面位置調(diào)整到相對(duì)上述第二透鏡的曲面位置偏移的位置上，就可以容易地把在規(guī)定的區(qū)域上第二光照射的第一區(qū)域的大小與在規(guī)定區(qū)域上第三光照射的第二區(qū)域的大小調(diào)整到相等的狀態(tài)。
在此，上述第二透鏡的曲面位置與上述第三透鏡的曲面位置的差Di可以由下式確定Di＝(Wp·Wi)/(Wi＋W)式中Wi為上述第一透鏡的大小，W為上述第一區(qū)域的大小，Wp為上述偏振分光膜與上述反射膜的間隔。借此可以簡單地確定上述第二透鏡曲面位置與上述第三透鏡曲面的關(guān)系。
另外本發(fā)明的投影儀的特點(diǎn)在于裝備有發(fā)射照明光的照明光學(xué)系統(tǒng)；響應(yīng)圖象信息調(diào)制來自上述照明光學(xué)系統(tǒng)的光的電光學(xué)裝置；投射由上述電光學(xué)裝置獲得的調(diào)制光的投射光學(xué)系統(tǒng)，所述的照明光學(xué)系統(tǒng)裝備有射出非偏振光的光源。
將至少一組互相平行的偏振分光膜和反射膜沿規(guī)定方向傾斜配置，并使入射的非偏振的光變換成具有規(guī)定的偏振方向的直線偏振的光的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)；第一光學(xué)系統(tǒng)，具有被設(shè)置在上述光源和上述偏振分光膜之間的光路上的至少一個(gè)第一透鏡；第二光學(xué)系統(tǒng)，具有從上述第一透鏡射出的光中透過上述偏振分光膜后的第二光入射的第二透鏡，以及被上述偏振分光膜和上述反射膜反射后的第三光入射的第三透鏡；調(diào)整上述第二透鏡和上述第三透鏡中至少一方的光學(xué)特性，以使在上述電光學(xué)裝置上上述第二光照射的第一區(qū)域的大小與在上述電光學(xué)裝置上第三透鏡照射的第二區(qū)域的大小相等。
由于本發(fā)明的投影儀使用上述發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)，與使用現(xiàn)有技術(shù)的照明光學(xué)系統(tǒng)的情況相比，可以高效率地將光照射在電光學(xué)裝置上，結(jié)果可以顯示比現(xiàn)有技術(shù)明亮的圖象。
附圖的簡要說明圖1是顯示作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的概略平面構(gòu)成圖；圖2(A)-(C)是表示第一透鏡陣列120外觀的說明圖；圖3是表示偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140的外觀的斜視圖；圖4是表示偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140的功能的說明圖；圖5是表示第二透鏡陣列130A外觀的說明圖；圖6(A)-(C)是表示第二透鏡陣列130A功能的說明圖；圖7是表示照明光學(xué)系統(tǒng)100A的變型例的概略平面構(gòu)成圖；圖8是表示照明光學(xué)系統(tǒng)100A另一變型例的概略平面構(gòu)成圖；圖9是表示照明光學(xué)系統(tǒng)其它變型例的概略平面構(gòu)成圖；圖10是表示圖7所示的照明光學(xué)系統(tǒng)100B的變型例的概略平面構(gòu)成圖；圖11是表示圖8所示的照明光學(xué)系統(tǒng)100C的變型例的概略平面構(gòu)成圖；圖12是表示使用本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的說明圖；圖13是表示現(xiàn)有技術(shù)照明光學(xué)系統(tǒng)主要部件的概略平面構(gòu)成圖；圖14(A)、(B)是表示現(xiàn)有技術(shù)的照明光學(xué)系統(tǒng)存在問題的說明圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在以下的實(shí)施例中，如沒有特殊說明，都設(shè)光的行進(jìn)方向?yàn)閆軸方向(與光軸平行方向)，朝著光行進(jìn)方向12時(shí)的方向?yàn)閅軸方向，3時(shí)方向?yàn)閄軸方向(橫向)A、照明光學(xué)系統(tǒng)圖1是表示作為本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的主要部件的概略平面構(gòu)成圖。該照明光學(xué)系統(tǒng)100包括光源110、第一透鏡陣列120、偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140、第二透鏡陣列130A和重疊透鏡150。偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140、第二透鏡陣列和重疊透鏡150以使其中心光軸大致與照明光學(xué)系統(tǒng)100A的系統(tǒng)光軸SX一致的方式配置。光源110的光源光軸LX僅從系統(tǒng)光軸SX向-X軸方向大致平行地偏移規(guī)定的值Dp。這個(gè)偏移值Dp將在以后說明。
光源110具有射出放射狀的光線的發(fā)射光源的光源燈112和使光源燈射出的放射光射向第一透鏡陣列120的方向的凹面鏡114。作為光源燈112，通常用金屬鹵化物燈或高壓水銀燈等。作為凹面鏡114最好用拋物面或橢圓面鏡等。如用拋物面鏡，則可以射出大致平行的光。如用橢圓面鏡，可以射出會(huì)聚光。在本實(shí)施例中用拋物面鏡作為凹面鏡114。
圖2是表示第一透鏡陣列120的外觀的說明圖。圖2(A)是平面圖，圖2(B)是正面圖，圖2(C)是側(cè)面圖。第一透鏡陣列120具有使具有大致矩形形狀輪廓的平凸?fàn)畹牡谝恍⊥哥R122排列成M行N列的矩形狀的結(jié)構(gòu)。圖2示出了M＝5、N＝4的例子。最好將第一小透鏡122設(shè)定成從正面(Z軸方向)看到的形狀與照明光學(xué)系統(tǒng)的照明區(qū)域LA的實(shí)際照明對(duì)象的形狀大致相似。例如后面所述，在把本實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)使用在使用液晶光閥的投影儀上的情況下，如果液晶光閥的圖象形成區(qū)域的縱橫比(橫向尺寸與縱向尺寸的比率)為4∶3，則第一小透鏡122的縱橫比(WiX∶WiY)也大致設(shè)定為4∶3。借此使由從第一小透鏡122的射出的光束照明的照明區(qū)域LA上的區(qū)域變成與第一小透鏡122的形狀相似的形狀。
圖3是表示偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140的外觀的斜視圖。該偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140包括偏振光分束陣列141和可選擇地配置在偏振光分束陣列的光射出面一部分上的λ/2相位差片148(圖中用斜線表示)。偏振光分束陣列141具有將斷面分別為平行四邊形的多個(gè)柱狀透光性器材146順次貼合后的形狀。在透光性器材146的界面上交錯(cuò)地形成偏振分光膜142與反射膜144。λ/2相位差板148選擇地貼附在偏振分光膜142或反射膜144的光射出面的X方向的映象部分上。在本例中，使λ/2相位片148貼在偏振分光膜142的射出面的X方向的映象部分上。通過以使偏振分光膜142和反射膜144交錯(cuò)配置的方式粘合形成有這些膜的多個(gè)玻璃片后再按規(guī)定的角度加以傾斜切斷，即可制作該偏振光分束鏡陣列141。偏振分光膜142是電介質(zhì)多層膜，反射膜144可以用電介質(zhì)多層膜或鋁膜構(gòu)成。
偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140具有把入射的光束變換一種直線偏振光(例如S偏振光或P偏振光等)后射出的功能。圖4是表示偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140功能的說明圖。含S偏振成分和P偏振成分的非偏振光(具有隨機(jī)偏振方向的入射光)入射在該偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140的入射面上。該入射光首先被偏振分光膜142分成S偏振光和P偏振光。P偏振光按原樣透過偏振分光膜142。在透過偏振分光膜的P偏振光的射出面上預(yù)先配置好λ/2相位差板148。將該P(yáng)偏振光變換成S偏振光射出。另外，S偏振光幾乎被偏振分光膜142垂直地反射，又經(jīng)反射膜144反射，在與按原樣通過偏振分光膜142的P偏振光大致平行的狀態(tài)下，反向X軸方向平行移動(dòng)距離Wp后射出。因此通過偏振變換系統(tǒng)140的光基本上變成S偏振光射出。在想把從偏振變換光學(xué)系統(tǒng)射出的光變成P偏振光的場合下，也可以把λ/2相位差片148配置在由反射膜144反射的S偏振光射出的射出面上。
另外，可以把包括相鄰的一個(gè)偏振分光膜142和一個(gè)反射膜144和一個(gè)λ/2相位差片148而構(gòu)成的一個(gè)部件作為偏振變換元件。偏振分光器陣列141是由這樣的偏振變換元件149沿X方向多列配置而成的，在這個(gè)例子中是由四列偏振變換元件149構(gòu)成。
可是，從圖4可以清楚看出，從偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140射出的兩束S偏振光的中心(兩束S偏振光的中央)比入射的非偏振光(S偏振光+P偏振光)的中心更加向X方向偏移。這個(gè)偏移量大致等于偏振分光膜142與反射膜144的間隔Wp(即偏振分光膜142沿X軸方向的寬度)的一半。因此，如圖1所示，將光源110的光軸LX設(shè)定在從系統(tǒng)光軸SX僅偏移大致等于Wp/2的距離Dp的位置上，而間隔Wp設(shè)定為大致等于第一小透鏡122的X方向的寬度WiX(圖示)的一半。
如上述地入射到偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140的光被變換成透過偏振分光膜142的光和反射的光這兩種光。因此，從第一透鏡陣列120射出的多部分光束通過偏振光學(xué)系統(tǒng)140后分別變換成兩部分光束。
圖5是表示第二透鏡陣列130A外觀的說明圖。圖5(A)是平面圖、圖5(B)是正面圖、圖5(C)是側(cè)面圖。第二透鏡陣列130A具有分別與透過偏振分光膜142的多個(gè)部分光束對(duì)應(yīng)的多個(gè)第二小透鏡132Aa、和分別與被偏振分光膜142和反射膜144反射的光對(duì)應(yīng)的多個(gè)第三小透鏡132Ab。設(shè)定第二小透鏡132Aa和第三小透鏡132Ab的Y軸方向的寬度，使其等于第一小透鏡122的Y軸方向的寬度WiY的一半，設(shè)定第二小透鏡132Aa和第三小透鏡132Ab的X軸方向的寬度，使其等于第一小透鏡122的X軸方向?qū)挾萕iX的一半。如圖1所示，按照使第二小透鏡132Aa和第三小透鏡132Ab的曲面朝向偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140側(cè)的方式來配置第二透鏡陣列130A。第三小透鏡132Ab的曲面位置，根據(jù)后述的理由，與第二小透鏡132Aa的曲面位置相比只高一個(gè)高度Di。因此如圖1所示，第三小透鏡132Ab的曲面位置比第二小透鏡132Aa的曲面位置向偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140側(cè)只偏離長度Di。第二小透鏡132Aa和第三小透鏡132Ab的曲面形狀相同。曲面形狀由透鏡的折射率和焦距確定。
由入射在第二透鏡陣列130A的第二小透鏡132Aa和第三小透鏡130Ab的部分光束使在第一小透鏡122內(nèi)形成的像通過重疊透鏡150成像在照明區(qū)域LA上。
即透過圖1的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140的偏振分光膜142的多個(gè)部分光束通過第二小透鏡陣列130A對(duì)應(yīng)的第二小透鏡132Aa入射在重疊透鏡150上。另外被偏振分光膜142和反射膜144反射的多個(gè)部分光束通過第二透鏡陣列130A對(duì)應(yīng)的第三小透鏡132Ab入射在重疊透鏡150上。入射在重疊透鏡150上的多個(gè)部分光束在照明區(qū)域LA上大致重疊。如上所述，本實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)100A，可以只由大致一種直線偏振光照明在照明區(qū)域LA上面。
照明光學(xué)系統(tǒng)100A的特征在于在偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140射出面?zhèn)仍O(shè)置如圖5所示的第二透鏡陣列130A。即特征在于第三小透鏡132Ab的曲面位置被配置成比第二小透鏡132Aa的曲面位置反向偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140側(cè)偏移長度Di。
圖6是表示第二透鏡陣列130A功能的說明圖。圖6(A)示出了透過偏振分光膜142的光(以下有時(shí)簡單稱“透射光”)的光路。6(B)圖和圖(C)分別示出了被偏振分光膜142和反射膜144反射的光(以下有時(shí)簡單稱為“反射光”)的光路。但圖6(B)表示假定第三小透鏡132Ab配列在與圖5所示的第三小透鏡132Ab的曲面位置處在第二小透鏡132Aa的曲面位置處在相同高度的情況。為了說明方便，在圖6中，在用直線形的等效光路代替偏振分光膜142和反射膜144反射的光路的同時(shí)，略去了因重疊透鏡150引起的光的偏向。
如圖6(A)和6(B)所示，在第三小透鏡132Ab的曲面位置與第二小透鏡132Aa的曲面位置同高度、即Di＝O的情況，與用圖14說明的現(xiàn)有技術(shù)的照明光學(xué)系統(tǒng)相同，反射光的光路長度與透射光的光路長度相比，變成幾乎只等于從偏振分光膜142到反射膜144的光路長度Wp(Wp是偏振分光膜142與反射膜144的間隔)。因此，顯然反射光照明的照明區(qū)域LA上的第二區(qū)域W2的大小比透射光照明的第一區(qū)域W1的大小要大。
另外，如圖6C所示，由于可通過改變第三小透鏡132Ab的曲面位置，來改變?nèi)肷湓诘谌⊥哥R132Ab上的反射光的寬度，所以可以最終改變反射光照明的區(qū)域LA上的區(qū)域W2的大小。具體地說，通過使第三小透鏡132Ab的曲面位置從圖6B的位置向偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140側(cè)偏移，可以使反射光照明的照明區(qū)域LA上的第二區(qū)域W2的大小變小(圖1)。結(jié)果可以把第二區(qū)域W2的大小調(diào)整成與第一區(qū)域W1的大小相等。
另外，該長度Di即第二小透鏡132Aa的曲面位置與第三小透鏡132Ab的曲面位置的差(偏移量)Di可以根據(jù)下述方法求出。
首先，在圖6(A)和(C)中，根據(jù)幾何學(xué)的關(guān)系求出下式(1)至(3)的關(guān)系式。
T1/T2＝R1/R2＝Wi/W (1)T1＋T2＋Wp＝R1＋R2(2)T1＋Di＝R1 (3)式中T1是第一小透鏡122與第二小透鏡132Aa間的光路長，T2是第二小透鏡132Aa與照明區(qū)域LA間的光路長，R1是第一小透鏡122與第三小透鏡132Ab間的光路長，R2是第三小透鏡132Ab與照明區(qū)域LA間的光路長。而Wi表示第一小透鏡122的大小。W表示照明區(qū)域LA上的第一區(qū)域W1的大小。Wp表示偏振分光膜142與反射膜144的間隔，該間隔與偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140中的透射光和反射光的光路長的差大致相等。
偏移量Di可以根據(jù)上述(1)式至(3)式按下式(4)求出Di＝R1－T1＝(Wp·Wi)/(Wi＋W)(4)若利用上述(4)式，可以簡單求出第二透鏡陣列132Aa的曲面位置與第三小透鏡陣列132Ab的曲面位置的偏移量。而該偏移量Di通?？梢栽O(shè)定在0＜Di＜Wi的范圍但也可設(shè)定在Di＞W(wǎng)i的范圍內(nèi)。
另外，在圖1中，雖然是使第一透鏡陣列130A和重疊透鏡150隔開配置的，但也可以使它們緊密靠近配置。另外也可以用光學(xué)粘接劑互相貼合在一起。另外，偏振變換光學(xué)系統(tǒng)在圖1中雖然是使其與第二透鏡陣列130A隔開配置的，但同樣也可以使其與第二透鏡陣列130A緊密靠近配置，也可以互相貼合在一起。
圖7是概略表示照明光學(xué)系統(tǒng)100A的變型例的平面構(gòu)成圖。該照明光學(xué)系統(tǒng)100B表示把第二透鏡陣列130A置換成第二透鏡陣列130B的例子。表示出第二透鏡陣列處在使第二小透鏡132Ba和第三小透鏡陣列132Bb的曲面朝向重疊透鏡150側(cè)配置的情況。但在這種情況下，最好是使第二小透鏡132Ba的曲面位置比第三小透鏡132Bb的曲面位置只高出Di地形成。另外，雖然偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140與第二透鏡陣列130B是隔開配置的，但也可以互相緊密靠配置，也可以互相貼合在一起。
圖8是概略表明照明光學(xué)系統(tǒng)100A的另一變型例的平面構(gòu)成圖。該照明光學(xué)系統(tǒng)100C表示把第二透鏡陣列130A置換成第二透鏡陣列130C的例子。第二透鏡陣列130C表示處在使第二小透鏡132Ca的曲面朝向重疊透鏡150側(cè)，而使第三小透鏡132Cb的曲面位置朝向偏振光學(xué)系統(tǒng)140側(cè)配置的情況。但在這種情況下，最好使第二小透鏡132Ca的曲面位置與第三小透鏡132Cb的位置的差形成為Di。另外，雖然偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140與第二透鏡陣列130C是隔開配置的，但也可以緊密靠近配置，也可以互相貼合在一起。
另外，上述實(shí)施例和各個(gè)變型側(cè)還可按下述變型。
圖9是概略表示照明光學(xué)系統(tǒng)100A的另一變型例的平面構(gòu)成圖。表示該照明光學(xué)系統(tǒng)100D將照明光學(xué)系統(tǒng)100A的第二透鏡陣列130A和重疊透鏡150置換成第二透鏡130D的例子。使第二小透鏡陣列130D由具有相應(yīng)于第二和第三小透鏡的位置的偏心量的偏心透鏡構(gòu)成，以使第二透鏡陣列130A的第二小透鏡132Aa和第三小透鏡132Ab分別兼?zhèn)渲丿B透鏡150的功能。
圖10是概略表示圖7所示的照明光學(xué)系統(tǒng)100B的變型例的平面圖。表示該照明光學(xué)系統(tǒng)100E將照明光學(xué)系統(tǒng)100B的第二透鏡陣列與重疊透鏡150置換成第二透鏡陣列130E，由具有相應(yīng)于第二透鏡陣列130B的第二小透鏡132Ba和第三小透鏡132b的各自位置的偏心量的偏心透鏡構(gòu)成，以便使所述各個(gè)小透鏡分別兼?zhèn)渲丿B透鏡150的功能。
圖11是概略表示圖8所示的照明光學(xué)系統(tǒng)100C的變型例的平面構(gòu)成圖。表示該照明光學(xué)系統(tǒng)100F把照明光學(xué)系統(tǒng)100C的第二透鏡陣列和重疊透鏡150置換成第二透鏡陣列130C的例子。使第二透鏡陣列130F由具有相應(yīng)于第二透鏡陣列130C的第二小透鏡132Ca和第三小透鏡132Cb各自的位置的偏心量的偏心透鏡構(gòu)成，以便使所述各個(gè)小透鏡分別兼?zhèn)渲丿B透鏡150的功能。
因?yàn)榭梢栽谏鲜鋈魏蔚膶?shí)施例或變型例等中，使第三小透鏡的曲面位置相對(duì)第二小透鏡的位置向偏振變換光學(xué)系統(tǒng)140側(cè)偏移，所以可以把透過偏振分光膜142的光照明的區(qū)域的大小和被子偏振分光膜144反射的光照明區(qū)域的大小調(diào)整到與由偏振分光膜142以及反射膜144反射的光照明的區(qū)域的大小大致相等的狀態(tài)。從而可以限制在現(xiàn)有技術(shù)的照明光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的照明光學(xué)系統(tǒng)的照明效率的下降。另外，因?yàn)榭墒÷灾丿B透鏡150，所以可實(shí)現(xiàn)照明光學(xué)系統(tǒng)的簡單化和降低成本。
另外，雖然上述實(shí)施例和各變型例等具有沿著用直線表示的系統(tǒng)光軸SX配置各光學(xué)元件的構(gòu)成，但不限于這些構(gòu)成，也可以采用把反射片配置在各光學(xué)元件間的某個(gè)位置上構(gòu)成使光的光路偏向的構(gòu)成。
從以上說明可以清楚看出，第一透鏡陣列和第二透鏡陣列分別相當(dāng)于本發(fā)明的第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)。另外，第一小透鏡至第三小透鏡分別相當(dāng)本發(fā)明的第一透鏡至第三透鏡陣列。B、投影儀圖12是表示使用本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的說明圖。該投影儀1000由照明光學(xué)系統(tǒng)100F、色光分離光學(xué)系統(tǒng)200、傳遞光學(xué)系統(tǒng)220、三個(gè)透射型液晶光閥(液晶面板)300R、300G和300B，交叉分色棱鏡520以及投影光學(xué)系統(tǒng)540構(gòu)成。
照明光學(xué)系統(tǒng)100F，如上所述，使與偏振方向一致的直線偏振光(在上述例子中為S偏振光)的照明光射出，在色光分離光學(xué)系統(tǒng)200中分離成紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三色的色光，已分離出的各色光照射在相當(dāng)于照明區(qū)域LA的光閥300R、300G、300B上，并響應(yīng)各自對(duì)應(yīng)的色光的色信號(hào)(圖像信息)受到調(diào)制。被液晶光閥300R、300G、300B調(diào)制后的三色調(diào)制光束被交叉分色棱鏡520合成后經(jīng)投影光學(xué)系統(tǒng)540投射在屏幕SC上。借此在屏幕SC上顯示出圖象。而關(guān)于如圖12所示的投影儀的各部件的構(gòu)成和功能，由于已在例如被本申請(qǐng)人公開的特開平10-32594號(hào)公報(bào)中詳細(xì)描述，所以在本說明書中省略詳細(xì)說明。
由于本發(fā)明的投影儀1000使用了能抑制在現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系中發(fā)生的照明光學(xué)系統(tǒng)照明效率下降的照明光學(xué)系統(tǒng)100F，而可以顯示比較明亮的圖象。
另外作為該投影儀1000的照明光學(xué)系統(tǒng)，利用上述其它的實(shí)施例和變型例也可以獲得同樣的效果。
另外，液晶光閥300R、300G、300B相當(dāng)于本發(fā)明中的電光學(xué)裝置。
另外，本發(fā)明不受上述實(shí)施例和實(shí)施方式的限定，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)可以各種方式實(shí)施。
(1)雖然在上述照明光學(xué)系統(tǒng)中是就通過使第三小透鏡的曲面位置相對(duì)第二透鏡陣列的第二小透鏡的曲面位置偏移來抑制照明效率下降的例子說明的，但本發(fā)明不受這個(gè)限制。通過使第二小透鏡和第三小透鏡的曲面形狀在第二小透鏡和第三小透鏡上變化，也可以抑制照明效率下降。即可以調(diào)整第二小透鏡和第三小透鏡中的至少一方的光學(xué)特性，以便使透過偏振分光膜的光的照明區(qū)域的大小與被偏振分光膜和反射膜反射的光的照明區(qū)域的大小相等。另外在本發(fā)明的光學(xué)特性中，不限于折射率和曲面形狀等所說的光學(xué)特性，也包含透鏡曲面的位置。
(2)另外，在上述照明光學(xué)系統(tǒng)中，雖然是以裝備具有多組偏振分光膜和反射膜的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的情況為例說明的，但也可以用裝備有一組偏振分光膜和反射膜的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成。
(3)雖然在上述投影儀中，是以使用透射型液晶光閥作為電光學(xué)裝置為例進(jìn)行說明的，但這不是對(duì)本發(fā)明的投影儀的限定，也可以是使用反射型液晶光閥的投影儀。還可以是使用把特定的直線偏振光作為照明光利用的所有型號(hào)的電光學(xué)裝置的投影儀。
(4)雖然在上述實(shí)施例中，是就把本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)使用在投影儀上的情況說明的，但不受投影儀這個(gè)限定。本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)可以作為各種裝置中的照明光學(xué)系統(tǒng)使用。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射照明光的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于裝備有發(fā)射非偏振的光的光源；將至少一組互相平行的偏振分光膜和反射膜沿規(guī)定方向傾斜配置，并使入射的非偏振的光變換成具有規(guī)定偏振方向的直線偏振的光的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)；具有設(shè)置在上述光源與上述偏振分光膜之間的光路上的至少一個(gè)第一透鏡的第一光學(xué)系統(tǒng)；第二光學(xué)系統(tǒng)，具有從上述第一透鏡射出的第一光中透過上述偏振分光膜后的第二光入射的第二透鏡，以及被上述偏振分光膜和上述反射膜反射后的第三光入射的第三透鏡；調(diào)整上述第二透鏡和上述第三透鏡中的至少一方的光學(xué)特性，使在規(guī)定的區(qū)域上上述第二光照射的第一區(qū)域的大小和在上述規(guī)定區(qū)域上上述第三光照射的第二區(qū)域的大小相等。
2.如權(quán)利要求1所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第三透鏡的曲面位置被調(diào)整到相對(duì)上述第二透鏡曲面偏離的位置上。
3.如權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第二透鏡和上述第三透鏡具有相同的曲面形狀。
4.如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第二透鏡的曲面位置與上述第三透鏡曲面位置的差Di，如設(shè)上述第一透鏡的大小為Wi，設(shè)上述第一區(qū)域的大小為W，上述偏振分光膜與上述反射膜的間隔為Wp時(shí)，則由下式Di＝(WpWi)/(Wi＋W)來確定。
5.一種投圖象的投影儀，其特征在于裝備有發(fā)射照明光的照明光學(xué)系統(tǒng)；響應(yīng)圖象住處調(diào)制來自上述照明光學(xué)系統(tǒng)的光的電光學(xué)裝置；投射由上述電光學(xué)裝置獲得的調(diào)制光的投射光學(xué)系統(tǒng)，所述的照明光學(xué)系統(tǒng)裝備有發(fā)射偏振光的光源。將至少一組互相平行的偏振分光膜和反射膜沿規(guī)定方向傾斜配置，并使入射的非偏振的光變換成具有規(guī)定的偏振方向的直線偏振的光的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)；第一光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有被設(shè)置在上述光源和上述偏振分光膜之間的光路上的至少一個(gè)第一透鏡；第二光學(xué)系統(tǒng)，具有從上述第一透鏡射出的光中透過上述偏振分光膜后的第二光入射的第二透鏡，以及被上述偏振分光膜和上述反射膜反射后的第三光入射的第三透鏡；調(diào)整上述第二透鏡和上述第三透鏡中至少一方的光學(xué)特性，以使在上述電光學(xué)裝置上上述第二光照射的第一區(qū)域的大小與在上述電光學(xué)裝置上第三透鏡照射的第二區(qū)域的大小相等。
6.如權(quán)利要求5所述的投影儀，其特征在于將上述第三透鏡的曲面位置調(diào)整到相對(duì)上述第二透鏡的曲面位置偏離的位置上。
7.如權(quán)利要求6所述的投影儀，其特征在于上述第二透鏡和上述第三透鏡具有相同的曲面形狀。
8.如權(quán)利要求6或7所述的投影儀，其特征在于上述第二透鏡的曲面位置與上第三透鏡的曲面位置的差Di，如設(shè)上述第一透鏡的大小為Wi，上述第一區(qū)域的大小為W，上述偏振分光膜與上述反射膜的間隔為Wp，則由下式Di＝(Wp·Wi)/(Wi＋W)來確定。
全文摘要
相對(duì)第二透鏡陣列(130A)的第二小透鏡(132Ab)的位置調(diào)整第三小透鏡(132Ab)的曲面位置,以便使在照明區(qū)域(LA)上透過偏振分光膜(142)的光照射的第一區(qū)域(W1)的大小與在照明區(qū)域(LA)上被偏振分光膜(142)和反射膜(144)反射的光照射的第二區(qū)域(W2)的大小相等,通過采用這種構(gòu)成,可以抑制使用偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)系統(tǒng)發(fā)生的照明效率下降。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1337586SQ0113313
公開日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2001年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月4日
發(fā)明者小川恭范, 秋山光一, 山川秀精 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社