照明設(shè)備和顯示單元的制作方法
【專利摘要】提供了一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括基板和二維地布置在基板上的多個子區(qū)域。子區(qū)域中的每一個子包括多個單元透鏡。子區(qū)域和單元透鏡被配置為根據(jù)子區(qū)域的布置將入射光通量空間地劃分成多個光通量，同時將所述劃分的光通量部分地迭加到另一個上。此外，子區(qū)域中的每一個包括布置在二維陣列中的多個單元透鏡，并且單元透鏡中的每一個具有形狀各向異性。
【專利說明】照明設(shè)備和顯示單元
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年1月30提交的日本在先專利申請JP2013-015393的權(quán)益， 通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開涉及發(fā)射照明光的照明設(shè)備和利用這種照明設(shè)備顯示圖像的顯示單元。
【背景技術(shù)】
[0004] 作為投影儀（投影顯示單元）中的主要部件之一的典型的光學(xué)模塊被配置為包括 光源的照明光學(xué)系統(tǒng)（照明設(shè)備）和包括光調(diào)制設(shè)備的投影光學(xué)系統(tǒng)。在這種投影儀領(lǐng)域 中，近來被稱為"微投影儀"的小型（手掌大小的）輕量級的便攜式投影儀已經(jīng)非常普遍。 典型的微投影儀主要使用LED(發(fā)光二極管）作為照明設(shè)備的光源。
[0005] 另一方面，近來激光器作為照明設(shè)備的新光源已經(jīng)引起了關(guān)注。例如，在高功率藍(lán) 色激光二極管和高功率紅色激光二極管商業(yè)化之后，開發(fā)出了綠色激光二極管并且即將投 入實際應(yīng)用?；谶@種背景，提議使用紅色（R)、綠色（G)和藍(lán)色（B)等三種主色的單色激 光器（激光二極管）的投影儀作為照明設(shè)備的光源。利用單色激光器作為光源，可獲得具 有廣泛色彩再現(xiàn)范圍和低功耗的投影儀。
[0006] 而且，在這種投影儀中，為了使從照明設(shè)備發(fā)射的照明光的光量（強(qiáng)度）均勻化， 照明設(shè)備通常包括預(yù)定的均勻化光學(xué)系統(tǒng)（均勻化光學(xué)元件）。例如，在PTL 1和PTL 2 中，包括作為這種均勻化光學(xué)元件的復(fù)眼透鏡。
[0007] [引用列表]
[0008] [專利文獻(xiàn)]
[0009] [PTL 1]日本未經(jīng)審查專利申請公開第2002-311382號
[0010] [PTL 2]日本未經(jīng)審查專利申請公開第2012-8549號
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 技術(shù)問題
[0012] 在這種投影儀中，通常希望從照明設(shè)備發(fā)射的照明光的亮度不均勻性（照明不均 勻性）減少和顯示圖像質(zhì)量改善。
[0013] 希望提供一種照明設(shè)備和一種能夠降低照明光的亮度不均勻性的顯示單元。
[0014] 技術(shù)方案
[0015] 在實施方式中，提供一種光學(xué)元件，包括基板和二維地布置在基板上的多個子區(qū) 域。每個子區(qū)域均包括多個單元透鏡。子區(qū)域和單元透鏡被配置為根據(jù)子區(qū)域的布置將入 射光通量空間地劃分成多個光通量，同時將所述劃分光通量部分地迭加到另一光通量上。 此外，每個子區(qū)域均包括被布置成二維陣列的多個單元透鏡，并且每個單元透鏡均具有形 狀各向異性。
[0016] 在另一實施方式中，照明設(shè)備包括光源部和被配置為從光源部接收光的光學(xué)元 件。光學(xué)元件包括基板和以二維方式布置在基板上的多個子區(qū)域，每個子區(qū)域均包括多個 單元透鏡。子區(qū)域和單元透鏡被配置為根據(jù)子區(qū)域的布置從空間上將入射光通量劃分成多 個光通量，同時將所述劃分的光通量部分地迭加到另一光通量上。此外，每個子區(qū)域均包括 被布置成二維陣列的多個單元透鏡，并且每個單元透鏡均具有形狀各向異性。
[0017] 在另一實施方式中，顯示裝置包括包括光源和光學(xué)元件的照明設(shè)備。光學(xué)元件包 括基板和二維方式地布置在基板上的多個子區(qū)域，每個子區(qū)域均包括多個單元透鏡和用于 利用從照明設(shè)備發(fā)射的光顯示圖像的顯示光學(xué)系統(tǒng)。子區(qū)域和單元透鏡被配置為根據(jù)子區(qū) 域的布置將入射光通量空間地劃分成多個光通量，同時將所述劃分的光通量部分地迭加到 另一光通量上。此外，子區(qū)域中的每一個包括被布置在二維陣列中的多個單元透鏡，并且每 個單元透鏡均具有形狀各向異性。
[0018] 發(fā)明的有利效果
[0019] 在根據(jù)本公開的實施方式的第一照明設(shè)備和第一顯示單元中，因為子區(qū)域中的參 數(shù)被設(shè)置成允許在相應(yīng)子區(qū)域中獲得的上述光量分布上的頂部和谷部通過光量分布迭加 減去彼此，所以降低了由衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的亮度不均勻性。因此，可以使照明光的亮度不均勻 性降低（可以使顯示圖像質(zhì)量得到改進(jìn)）。
[0020] 在根據(jù)本公開的實施方式的第二照明設(shè)備和第二顯示單元中，因為對于多個子區(qū) 域中的每個子區(qū)域，單元透鏡的光入射側(cè)透鏡頂點的位置不同，所以抑制了由單元透鏡上 的機(jī)械加工痕跡所產(chǎn)生的亮度不均勻性。因此，可以使照明光的亮度不均勻性降低（可以 使顯示圖像質(zhì)量得到改進(jìn)）。而且，在其中光入射側(cè)透鏡頂點的位置偏移多個子區(qū)域中單 元透鏡的光射出側(cè)透鏡頂點的位置的子區(qū)域中，鄰近于彼此的單元透鏡的離心方向彼此相 反；因此，容易形成單元透鏡。因此，可容易制造第一均勻化的光學(xué)元件。
[0021] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述整體描述和下列細(xì)節(jié)描述均是示例性的，并且旨在提供對所 要求保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 包括附圖以提供對技術(shù)的進(jìn)一步理解，并且附圖被結(jié)合并構(gòu)成本說明書的一部 分。附圖與本說明書一起示出了實施方式并且用于說明本技術(shù)的原理。
[0023] [圖1]圖1是示出了根據(jù)本公開的第一實施方式的顯示單元的整體配置實例的示 意圖。
[0024] [圖2]圖2是示出了圖1中所示的復(fù)眼透鏡的具體配置實例的示意性平面圖。
[0025] [圖3]圖3是示出了圖2中所示的相應(yīng)單元透鏡的截面配置實例的示意圖。
[0026] [圖4]圖4是用于描述由一個單元透鏡所形成的光量分布（衍射不均勻性）的圖 表。
[0027] [圖5]圖5是示出了由圖4中所描述的衍射不均勻性產(chǎn)生的亮度不均勻性的實例 的照片。
[0028] [圖6]圖6是用于描述由相應(yīng)子區(qū)域中的相應(yīng)的一些單元透鏡所形成的光量分布 迭加的圖表。
[0029] [圖7]圖7是示出了根據(jù)實例1和比較例1的光量分布的圖表。
[0030] [圖8]圖8是示出了根據(jù)變形例1的顯示單元的整體配置實例的示意圖。
[0031] [圖9]圖9是示出了圖8中所示的復(fù)眼透鏡的具體配置實例的示意性平面圖。
[0032] [圖10]圖10是示出了圖9中所示的相應(yīng)單元透鏡的截面配置實例的示意圖。
[0033] [圖11]圖11是示出了根據(jù)第二實施方式的顯示單元的整體配置實例的示意圖。
[0034] [圖12]圖12是示出了圖11中所示的復(fù)眼透鏡的具體配置實例的示意性平面圖。
[0035] [圖13]圖13是示出了圖12中所示的相應(yīng)單元透鏡的截面配置實例的示意圖。
[0036] [圖14]圖14是用于描述圖12中所示的每個子區(qū)域中鄰近于彼此的單元透鏡之 間的離心方向差的示意性截面圖。
[0037] [圖15]圖15是用于描述來自根據(jù)比較例2的復(fù)眼透鏡的射出光束的光學(xué)路徑的 示意圖。
[0038] [圖16]圖16是用于描述由比較例2中相應(yīng)單元透鏡上的機(jī)械加工痕跡所產(chǎn)生的 亮度不均勻性的圖表。
[0039] [圖17]圖17是示出了由圖16中所描述的機(jī)械加工痕跡所產(chǎn)生的亮度不均勻性 的實例的示意圖。
[0040] [圖18]圖18是用于描述從圖12和圖13中所示的復(fù)眼透鏡射出光束的光學(xué)路徑 的實例的示意圖。
[0041] [圖19]圖19是示出了降低由實例2中的機(jī)械加工痕跡所產(chǎn)生的亮度不均勻性的 效果的圖表。
[0042] [圖20]圖20是用于描述來自圖12和圖13中所示的復(fù)眼透鏡的射出光束的光學(xué) 路徑的另一實例的不意圖。
[0043] [圖21]圖21是示出了根據(jù)比較例3的復(fù)眼透鏡的相應(yīng)單元透鏡的截面配置實例 的示意圖。
[0044] [圖22]圖22是示出了根據(jù)比較例4的復(fù)眼透鏡的相應(yīng)單元透鏡的截面配置實例 的示意圖。
[0045] [圖23]圖23是示出了根據(jù)第三實施方式的顯示單元的整體配置實例的示意圖。
[0046] [圖24]圖24是示出了圖23中所示的復(fù)眼透鏡的具體配置實例的示意性平面圖。
[0047] [圖25]圖25是示出了根據(jù)變形例2的顯示單元的整體配置實例的示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面將參考附圖詳細(xì)描述本公開的一些實施方式。應(yīng)注意，將按照下列順序進(jìn)行 描述。
[0049] 1.第一實施方式（其中對于每個子區(qū)域的單元透鏡的布置節(jié)距不同的FEL的實 例）
[0050] 2.第一實施方式的變形例
[0051] 變形例1 (其中對于每個子區(qū)域，單元透鏡在光軸方向上的厚度不同的FEL的實 例）
[0052] 3.第二實施方式（其中對于每個子區(qū)域，單元透鏡的光入射側(cè)透鏡頂點的位置不 同的FEL實例）
[0053] 4.第三實施方式（使用第一實施方式和第二實施方式等的配置組合的FEL實例）
[0054] 5.相應(yīng)實施方式等的共用的變形例
[0055] 變形例2 (其中將任意相應(yīng)實施方式應(yīng)用于具有雙級配置的FEL的實例）
[0056] 6.其他變形例 [0057](第一實施方式）
[0058] (顯示單元3的整體配置）
[0059] 圖1示出了根據(jù)本公開的第一實施方式的顯示單元（顯示單元3)的整體配置。顯 示單元3是將圖像（圖像光）投影到屏幕30 (投影表面）上的投影顯示單元。顯示單元3 包括照明設(shè)備1和用于利用從照明設(shè)備1發(fā)射的照明光來顯示圖像的光學(xué)系統(tǒng)（顯示光學(xué) 系統(tǒng)）。
[0060] (照明設(shè)備1)
[0061] 照明設(shè)備1包括紅色激光器11R、綠色激光器11G、藍(lán)色激光器11B、耦合透鏡12R、 12G和12B、二向色棱鏡131和132、光學(xué)設(shè)備14、驅(qū)動部140、復(fù)眼透鏡（FEL) 15以及冷凝器 透鏡17。應(yīng)注意，附圖中所示出的ZO表示光軸。
[0062] 紅色激光器11R、綠色激光器IlG以及藍(lán)色激光器IlB分別是發(fā)射紅色激光、綠色 激光以及藍(lán)色激光的三種光源。光源部由這些激光光源配置，并且在這種情況下，三種光源 中的每一種均是激光源。例如，紅色激光器11R、綠色激光器IlG以及藍(lán)色激光器IlB中的 每一個均可執(zhí)行脈沖光發(fā)射。換言之，例如，每個激光器均可使用預(yù)定的光發(fā)射頻率（光發(fā) 射周期）間歇地（不連續(xù)地）發(fā)射激光。例如，紅色激光器11R、綠色激光器IlG以及藍(lán)色 激光器IlB中的每一個均可被配置為激光二極管或者固態(tài)激光器。應(yīng)注意，在每種激光源 均是激光二極管的情況下，紅色激光的波長λ . r為約600nm至約700nm、綠色激光的波長 入.g為約500nm至約600nm并且藍(lán)色激光的波長λ . b為約400nm至約500nm。
[0063] 而且，通過使激發(fā)光進(jìn)入由激光晶體制成的激光介質(zhì)中，產(chǎn)生從這些激光光源發(fā) 射的激光。在這種情況下，通過作為激光介質(zhì)和激光晶體的原子或者分子的分布和晶體大 小確定激光的強(qiáng)度分布（光量分布、FFP(遠(yuǎn)場模式））。激光產(chǎn)生的理想光量分布（輪廓 線）接近高斯（Gaussian)分布。
[0064] 耦合透鏡12G是用于將從綠色激光器IlG發(fā)射的綠色激光校準(zhǔn)（成平行光）以將 校準(zhǔn)的綠色激光耦合至二向色棱鏡131的透鏡（耦合透鏡）。同樣，耦合透鏡12B是用于 校準(zhǔn)從藍(lán)色激光器IlB發(fā)射的藍(lán)色激光以將校準(zhǔn)的藍(lán)色激光耦合至二向色棱鏡131的透鏡 (耦合透鏡）。同樣地，耦合透鏡12R是用于校準(zhǔn)從紅色激光器IlR發(fā)射的紅色激光以將校 準(zhǔn)的紅色激光耦合至二向色棱鏡132的透鏡（耦合透鏡）。應(yīng)注意，在這種情況下，將入射 在耦合透鏡12R、12G和12B中的每一個上的激光校準(zhǔn)（成平行光），但并不局限于，并且不 通過耦合透鏡12R、12G和12B將激光校準(zhǔn)（成平行光）。然而，更為優(yōu)選的是以上述方式校 準(zhǔn)激光，因為可實現(xiàn)單元配置的小型化。
[0065] 二向色棱鏡131選擇性地允許通過耦合透鏡12B入射的藍(lán)色激光穿過并且通過耦 合透鏡12G選擇性地反射入射的綠色激光。二向色棱鏡132選擇性地允許從二向色棱鏡 131發(fā)射的藍(lán)色激光和綠色激光穿過并且選擇性地反射通過耦合透鏡12R而入射在其上的 紅色激光。因此，實現(xiàn)紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光的顏色合成（光學(xué)路徑合成）。 [0066] 光學(xué)設(shè)備14是設(shè)置在從上述光源部射出的光（激光）的光學(xué)路徑上的設(shè)備。在這 種情況下，光學(xué)設(shè)備14被設(shè)置在光源部與復(fù)眼透鏡15之間（更具體地，在二向色棱鏡132 與復(fù)眼透鏡15之間）的光學(xué)路徑上。光學(xué)設(shè)備14是用于減少照明光中所謂的斑點噪聲的 光學(xué)設(shè)備，并且允許沿著上述光學(xué)路徑前進(jìn)的激光穿過光學(xué)設(shè)備14。應(yīng)注意，例如，該光學(xué) 設(shè)備14可被配置為透鏡（諸如柱狀透鏡）、二向色陣列或者衍射設(shè)備。
[0067] 驅(qū)動部140驅(qū)動光學(xué)設(shè)備14。更具體地，驅(qū)動部140具有使光學(xué)設(shè)備14振動（微 振動）的功能（例如，使光學(xué)設(shè)備14在沿著光軸ZO的方向上或者垂直于光軸ZO的方向上 振動）。這種功能能夠改變穿過光學(xué)設(shè)備14的光通量的狀態(tài)以減少斑點噪聲等。應(yīng)注意， 例如，該驅(qū)動部140可包括線圈和永久磁鐵（例如，由釹（Nd)、鐵（Fe)、硼（B)等制成的永 久磁鐵）。
[0068] 復(fù)眼透鏡15是由以二維方式布置在基板上的多個單元晶胞（后面所描述的單元 透鏡）配置的光學(xué)元件（集成器）。復(fù)眼透鏡15根據(jù)單元透鏡的布置空間上地將入射光 通量劃分成多個光通量以發(fā)射光通量。復(fù)眼透鏡15被設(shè)置在上述光學(xué)設(shè)備14之后的光學(xué) 路徑上（在本文中，介于光學(xué)設(shè)備14與冷凝器透鏡17之間），并且允許從光源部入射的光 (入射光通量）穿過復(fù)眼透鏡15。而且，復(fù)眼透鏡15發(fā)射劃分后的光通量，同時將劃分后 的光通量迭加到另一光通量上。因此，從復(fù)眼透鏡15射出的光Lout均勻（面內(nèi)光量分布 均勻），然后，作為照明光發(fā)射。復(fù)眼透鏡15對應(yīng)于本公開的實施方式中的"第一均勻化的 光學(xué)元件"的具體實例。應(yīng)注意，在復(fù)眼透鏡15中，斜入射光還被有效地用作照明光；因此， 如下所述，單元透鏡不僅形成在光入射表面Sin上，而且還形成在光出射表面Sout上。
[0069] 圖2示出了復(fù)眼透鏡15的平面（X-Y平面）配置實例并且對應(yīng)于從光入射表面 Sin觀看的平面配置。而且，圖3示出了復(fù)眼透鏡15的截面（Y-Z截面）配置實例。
[0070] 如圖2中所示，多個單元透鏡（如下所述的單元透鏡UL11、UL12、UL13、以及UL14) 以二維方式進(jìn)行布置來配置復(fù)眼透鏡15。換言之，多個單元透鏡沿著X軸方向（在本文中， 水平方向）和Y軸方向（在本文中，垂直方向）進(jìn)行布置。而且，每個單元透鏡均具有為各 向異性形狀（在本文中，矩形形狀）的平面（X-Y平面）形狀，即，沿著X軸方向的長軸方向 和沿著Y軸方向的短軸方向。將各向異性形狀（矩形形狀）的直徑長度比（長軸方向上的 長度與短軸方向上的長度之比）調(diào)整為大致等于（優(yōu)選等于）后面所描述的反光液晶設(shè)備 21的直徑長度比。
[0071] 如圖2中所不，在本實施方式的復(fù)眼透鏡15中，光通過表面（光入射表面Sin和 光出射表面Sout)被劃分成多個子區(qū)域（在本文中，四個子區(qū)域All、A12、A13、以及A14)。 更具體地，四個子區(qū)域All、A12、A13、以及A14被布置成相對于光通過表面上的中心點Pc 為點對稱。此外，在各個子區(qū)域All、A12、A13以及A14中，多個單元透鏡以二維方式布置。 更具體地，多個單元透鏡ULll以二維方式布置在子區(qū)域All中、多個單元透鏡UL12以二維 方式布置在子區(qū)域A12中、多個單元透鏡UL13以二維方式布置在子區(qū)域A13中并且多個單 元透鏡UL14以二維方式布置在子區(qū)域A14中。
[0072] 應(yīng)注意，如上所述，因為希望在復(fù)眼透鏡15上入射的光通量相對于中心點Pc具有 軸對稱的圓形、矩形或者六邊形形狀，所以多個子區(qū)域的數(shù)量可優(yōu)選地為偶數(shù)，或者多個子 區(qū)域可優(yōu)選地以點對稱（或者線對稱）方式布置在光通過表面上以確保光通量入射的各向 異性。
[0073] 而且，在復(fù)眼透鏡15中，對于多個子區(qū)域A11、A12、A13以及A14中的每個子區(qū)域， 上述單元透鏡的形狀參數(shù)不同。更具體地，在本實施方式中，如圖2中所示，對于多個子區(qū) 域A11、A12、A13以及A14中的每一個，作為上述參數(shù)，在光穿過的表面中的單元透鏡的布置 節(jié)距不同。換言之，子區(qū)域A11、A12、A13以及A14中單元透鏡的平面形狀彼此相似。更具 體地,將布置節(jié)距wl、w2、w3以及w4設(shè)置如下，其中，子區(qū)域All中的單元透鏡ULll的布 置節(jié)距（長軸方向上的節(jié)距）為wl、子區(qū)域A12中的單元透鏡UL12的布置節(jié)距為《2、子區(qū) 域A13中的單元透鏡UL13的布置節(jié)距為w3并且子區(qū)域A14中的單元透鏡UL14的布置節(jié) 距為w4。因此，子區(qū)域A11、A12、A13以及A14中的參數(shù)（在本文中，布置節(jié)距&至《 4)滿 足下列預(yù)定關(guān)系。
[0074] wl :w2:w3:w4 = I. 05:1. 00:0. 95:0. 90
[0075] (wl>w2>w3>w4)
[0076] 另一方面，如圖3中所示，復(fù)眼透鏡15中的單元透鏡ULll至UL14在光軸方向（Z 軸方向）上的厚度具有共用于子區(qū)域A11、A12、A13以及A14的值（厚度：d)。應(yīng)注意，后 面將描述該復(fù)眼透鏡15的具體配置。
[0077] 冷凝器透鏡17是用于冷凝從復(fù)眼透鏡15出射的光的透鏡，從而發(fā)射作為照明光 的冷凝的出射光。
[0078](顯示光學(xué)系統(tǒng)）
[0079] 上述顯示光學(xué)系統(tǒng)由偏振分束器（PBS) 23、場透鏡22、反光液晶設(shè)備21以及投影 透鏡24(投影光學(xué)系統(tǒng)）構(gòu)成。偏振分束器23是選擇性地允許特定偏振光（例如，p偏振 光）穿過并且選擇性地反射其他偏振光（例如，s偏振光）的光學(xué)元件。因此，由偏振分束 器23選擇性地反射從照明設(shè)備1發(fā)射的照明光（例如，s偏振光），從而進(jìn)入反光液晶設(shè)備 21，并且從反光液晶設(shè)備21發(fā)射的圖像光（例如，p偏振光）選擇性地穿過偏振射束分離 器23進(jìn)入投影透鏡24。
[0080] 場透鏡22被設(shè)置在偏振分束器23與反光液晶設(shè)備21之間的光學(xué)路徑上。場透 鏡22是一種用于通過使照明光遠(yuǎn)心地（telecentrically)進(jìn)入相應(yīng)液晶設(shè)備21而使光學(xué) 系統(tǒng)小型化的透鏡。
[0081] 反光液晶設(shè)備21是從照明設(shè)備1反射照明光同時基于從顯示控制部（未示出） 供應(yīng)的圖像信號調(diào)制照明光以發(fā)射圖像光的光調(diào)制設(shè)備。此時，反光液晶設(shè)備21反射光以 允許從其入射的光和從其射出的光具有不同的偏振狀態(tài)（例如，s偏振和p偏振）。例如， 反光液晶設(shè)備21可被配置為諸如LCOS (娃上液晶）等液晶設(shè)備。
[0082] 投影透鏡24是用于將通過反光液晶設(shè)備21調(diào)制的照明光（圖像光）投影（以放 大倍率形式投影）到屏幕30上的透鏡。
[0083] (復(fù)眼透鏡15的特定配置）
[0084] 在根據(jù)本實施方式的照明設(shè)備1中，在復(fù)眼透鏡15中，將子區(qū)域A11、A12、A13以 及A14中的參數(shù)（布置節(jié)距wl至w4)設(shè)置成滿足下列關(guān)系。換言之，首先，如下所述，通過 從單元透鏡ULll至ULl中的每個（一個單元透鏡）出射的光而形成在照射表面（反光液 晶設(shè)備21)上的光量分布具有頂部（亮部分或者峰值部分）和谷部（暗部分或者峰谷部 分）。子區(qū)域All至A14中的布置節(jié)距wl至《4被設(shè)置成允許通過光量分布的迭加使在相 應(yīng)子區(qū)域All至A14中獲得的上述光量分布上的頂部和谷部減去彼此。換言之，布置節(jié)距 wl至《4被設(shè)置成將后面所描述的照明光的衍射不均勻性（由衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的亮度不均勻 性）的頂部和谷部布置成減去彼此。如下面更為詳細(xì)的描述，照明光中的該衍射不均勻性 降低。
[0085] 如在圖4中示出了通過從子區(qū)域Al 1中的一個單元透鏡ULl 1出射的光形成在反 光液晶設(shè)備21上的上述光量分布（衍射不均勻性）。在圖4中，（由冷凝器透鏡17和場透 鏡22配置的中繼系統(tǒng)所確定的）照明系統(tǒng)的光學(xué)放大倍率為β，一個單元透鏡ULll的照 明區(qū)域?qū)挾葹镈l (其等于β*?1)，并且反光液晶設(shè)備21上的有效照明區(qū)域為Deff。應(yīng)注 意，照明區(qū)域?qū)挾菵l被設(shè)置為略微大于有效照明區(qū)域Deff (Dl大于Deff)，從而即使發(fā)生輕 微的微擾也可提高照明效率并且使非照明區(qū)域不可侵入有效的照明區(qū)域Deff。
[0086] 因此，如在圖4中所示，以這種照明區(qū)域?qū)挾菵l在光量分布上產(chǎn)生由上述頂部和 上述谷部引起的衍射不均勻性。此處，照明區(qū)域?qū)挾菵l中光量分布的頂部的最亮部分（最 大峰值部分）之間的間隔為hll，并且第二最亮部分（第二峰值部分）之間的間隔為hl2。 應(yīng)注意，間隔hll和hl2以及照明區(qū)域?qū)挾菵l (即等于β *wl)是取決于照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 的參數(shù)并且在原理上通過計算來確定。
[0087] 在這種情況下，由具有通過下列表達(dá)式（1)確定的布置節(jié)距《2的單元透鏡UL12 所形成的光量分布上的頂部和谷部減少了由具有布置節(jié)距的單元透鏡ULll所形成的照 明區(qū)域?qū)挾菵l的光量分布上的頂部和谷部。換言之，通過光量分布上頂部和谷部的迭加， 由具有兩種布置節(jié)距wl和《2的單元透鏡ULll和UL12所形成的光量分布上的頂部和谷部 抵消彼此。
[0088] [數(shù)學(xué)式1]
【權(quán)利要求】
1. 一種光學(xué)元件，包括： 基板；以及 多個子區(qū)域，二維地布置在所述基板上，所述子區(qū)域中的每一個包括多個單元透鏡； 其中，所述子區(qū)域和所述單元透鏡被配置為根據(jù)所述子區(qū)域的布置將入射光通量空間 地劃分成多個光通量，同時將所述劃分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且 其中，所述子區(qū)域中的每一個包括布置在二維陣列中的多個所述單元透鏡，并且所述 單元透鏡中的每一個具有形狀各向異性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，相應(yīng)的子區(qū)域的所述劃分的光通量迭加足 以至少部分抵消相鄰的子區(qū)域的光通量的衍射不均勻性的量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，所述子區(qū)域被布置成相對于所述光學(xué)元件 的光入射面的中心點為點對稱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，在所述子區(qū)域的每一個中的所述單元透鏡 之間的布置節(jié)距不同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件，其中，當(dāng)所述子區(qū)域的數(shù)量為N、在第n(n= 1、
2.....或者N)個子區(qū)域中的單元透鏡的布置節(jié)距為wn并且相鄰的第（n-1)個子區(qū)域中的 單元透鏡的布置節(jié)距為w(Iri)時,滿足下列關(guān)系： [數(shù)學(xué)式3]
其中，N是2或者更大的自然數(shù)，Ill是在針對相應(yīng)的子區(qū)域的照明區(qū)域的光量分布中介 于最亮峰值部分之間的間隔，并且h2是在針對所述相應(yīng)的子區(qū)域的所述光量分布中介于第 二最亮峰值部分之間的間隔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，對于所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透鏡 在光軸方向上的厚度不同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)元件，其中，當(dāng)所述子區(qū)域的數(shù)據(jù)為N、第n(n = 1、 2、...、或者N)個子區(qū)域中的單元透鏡在所述光軸方向上的厚度為dn并且相鄰的第（n-1) 個子區(qū)域中的單元透鏡在所述光軸方向上的厚度為dfoj時，滿足下列關(guān)系： [數(shù)學(xué)式7]
其中，N是2或者更大的自然數(shù)，其中，a是代表在放大倍率上變化的合適的系數(shù)值A(chǔ)1是針對相應(yīng)的子區(qū)域的照明區(qū)域的光量分布中介于最亮峰值部分之間的間隔，并且h2是針 對所述相應(yīng)的子區(qū)域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之間的間隔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，針對所述單元透鏡中的每一個，光入射側(cè)單 元透鏡頂點的位置從相應(yīng)的單元透鏡的光軸偏移，并且對于所述子區(qū)域中的每一個，所述 光入射側(cè)單元透鏡頂點偏移的量級不同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其中，針對所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透鏡 的光射出側(cè)單元透鏡頂點的位置相同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其中，針對每個所述子區(qū)域，所述單元透鏡被布 置在二維陣列中，并且相鄰的單元透鏡的偏移的方向相對于所述相應(yīng)的單元透鏡的光軸是 相反的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件， 其中，在所述子區(qū)域中的每一個中的所述單元透鏡之間的布置節(jié)距不同； 其中，對于所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透鏡在光軸方向上的厚度不同；并且 其中，針對所述單元透鏡中的每一個，光入射側(cè)單元透鏡的頂點的位置從相應(yīng)的單元 透鏡的光軸偏移，并且對于所述子區(qū)域中的每一個，所述光入射側(cè)單元透鏡頂點的偏移的 量級不同。
12. -種照明設(shè)備，包括： 光源部；以及 光學(xué)元件，被配置為從所述光源部接收光，所述光學(xué)元件包括： 基板；以及 多個子區(qū)域，二維地布置在所述基板上，所述子區(qū)域中的每一個包括多個單元透鏡； 其中，所述子區(qū)域和所述單元透鏡被配置為根據(jù)所述子區(qū)域的布置將入射光通量空間 劃分成多個光通量，同時將所述劃分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且 其中，所述子區(qū)域中的每一個包括布置在二維陣列中的多個所述單元透鏡，并且所述 單元透鏡中的每一個具有形狀各向異性。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明設(shè)備，其中，相應(yīng)的子區(qū)域的所述劃分的光通量迭加 足以至少部分抵消相鄰的子區(qū)域的光通量的衍射不均勻性的量。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明設(shè)備，其中，所述子區(qū)域被布置成相對于所述光學(xué)元 件的光入射面的中心點為點對稱。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明設(shè)備，其中，在所述子區(qū)域的每一個中的所述單元透 鏡之間的布置節(jié)距不同。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明設(shè)備，其中，當(dāng)所述子區(qū)域的數(shù)量為N、在第n(n = 1、
2.....或者N)個子區(qū)域中的單元透鏡的布置節(jié)距為wn并且相鄰的第（n-1)個子區(qū)域中的 單元透鏡的布置節(jié)距為w(Iri)時,滿足下列關(guān)系： [數(shù)學(xué)式3]
其中，N是2或者更大的自然數(shù)，Ill是在針對相應(yīng)的子區(qū)域的照明區(qū)域的光量分布中介 于最亮峰值部分之間的間隔，并且h2是在針對所述相應(yīng)的子區(qū)域的所述光量分布中介于第 二最亮峰值部分之間的間隔。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明設(shè)備，其中，對于所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透 鏡在光軸方向上的厚度不同。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的照明設(shè)備，其中，當(dāng)所述子區(qū)域的數(shù)據(jù)為N、第n(n = 1、 2、...、或者N)個子區(qū)域中的單元透鏡在所述光軸方向上的厚度為dn并且相鄰的第（n-1) 個子區(qū)域中的單元透鏡在所述光軸方向上的厚度為dfoj時，滿足下列關(guān)系： [數(shù)學(xué)式7]
其中，N是2或者更大的自然數(shù)，其中，a是代表在放大倍率上變化的合適的系數(shù)值A(chǔ)1是針對相應(yīng)的子區(qū)域的照明區(qū)域的光量分布上介于最亮峰值部分之間的間隔，并且h2是針 對相應(yīng)的子區(qū)域的所述光量分布上介于第二最亮峰值部分之間的間隔。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明設(shè)備，其中，對于所述單元透鏡中的每一個，光入射側(cè) 單元透鏡頂點的位置從相應(yīng)的單元透鏡的光軸偏移，并且對于所述子區(qū)域中的每一個，所 述光入射側(cè)單元透鏡頂點偏移的量級不同。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的照明設(shè)備，其中，針對所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透 鏡的光射出側(cè)單元透鏡頂點的位置相同。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的照明設(shè)備，其中，針對每個所述子區(qū)域，所述單元透鏡被布 置在二維陣列中，并且相鄰的單元透鏡的偏移的方向相對于所述相應(yīng)的單元透鏡的光軸是 相反的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明設(shè)備， 其中，在所述子區(qū)域中的每一個中的所述單元透鏡之間的布置節(jié)距不同； 其中，對于所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透鏡在光軸方向上的厚度不同；并且 其中，針對所述單元透鏡中的每一個，光入射側(cè)單元透鏡的頂點的位置從相應(yīng)的單元 透鏡的光軸偏移，并且對于所述子區(qū)域中的每一個，所述光入射側(cè)單元透鏡頂點的偏移的 量級不同。
23. -種顯示裝置，包括： 照明設(shè)備，包括光源和光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括： 基板；以及 多個子區(qū)域，二維地布置在所述基板上，所述子區(qū)域中的每一個包括多個單元透鏡；以 及 顯示光學(xué)系統(tǒng)，用于利用從所述照明設(shè)備發(fā)射的光顯示圖像； 其中，所述子區(qū)域和所述單元透鏡被配置為根據(jù)所述子區(qū)域的布置將入射光通量空間 地劃分成多個光通量，同時將所述劃分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且 其中，所述子區(qū)域中的每一個包括布置在二維陣列中的多個所述單元透鏡，并且所述 單元透鏡中的每一個具有形狀各向異性。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示裝置，其中，相應(yīng)的子區(qū)域的所述劃分的光通量迭加 足以至少部分抵消相鄰子區(qū)域的光通量的衍射不均勻性的量。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示裝置，其中，所述子區(qū)域被布置成相對于所述光學(xué)元 件的光入射面的中心點為點對稱。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示裝置，其中，在所述子區(qū)域的每一個中的所述單元透 鏡之間的布置節(jié)距不同。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的照明設(shè)備，其中，當(dāng)所述子區(qū)域的數(shù)量為N、在第n(n = 1、
2.....或者N)個子區(qū)域中的單元透鏡的布置節(jié)距為wn并且相鄰的第（n-1)個子區(qū)域中的 單元透鏡的布置節(jié)距為w(Iri)時,滿足下列關(guān)系： [數(shù)學(xué)式3]
其中，N是2或者更大的自然數(shù)，Ill是在針對相應(yīng)的子區(qū)域的照明區(qū)域的光量分布中介 于最亮峰值部分之間的間隔，并且h2是在針對所述相應(yīng)的子區(qū)域的所述光量分布中介于第 二最亮峰值部分之間的間隔。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示裝置，其中，對于所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透 鏡在光軸方向上的厚度不同。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的顯示裝置，其中，當(dāng)所述子區(qū)域的數(shù)據(jù)為N、第n(n = 1、 2、...、或者N)個子區(qū)域中的單元透鏡在所述光軸方向上的厚度為dn并且相鄰的第（n-1) 個子區(qū)域中的單元透鏡在所述光軸方向上的厚度為dfoj時，滿足下列關(guān)系： [數(shù)學(xué)式7]
其中，N是2或者更大的自然數(shù)，其中，a是代表在放大倍率上變化的合適的系數(shù)值A(chǔ)1是針對相應(yīng)的子區(qū)域的照明區(qū)域的光量分布中介于最亮峰值部分之間的間隔，并且h2是針 對所述相應(yīng)的所述子區(qū)域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之間的間隔。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示裝置，其中，針對所述單元透鏡中的每一個，光入射側(cè) 單元透鏡頂點的位置從相應(yīng)的單元透鏡的光軸偏移，并且對于所述子區(qū)域中的每一個，所 述光入射側(cè)單元透鏡頂點偏移的量級不同。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的顯示裝置，其中，針對所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透 鏡的光射出側(cè)單元透鏡頂點的位置相同。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的顯示裝置，其中，對于每個所述子區(qū)域，所述單元透鏡被布 置在二維陣列中，并且相鄰的單元透鏡的偏移的方向相對于所述相應(yīng)的單元透鏡的光軸是 相反的。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示裝置， 其中，在所述子區(qū)域中的每一個中的所述單元透鏡之間的布置節(jié)距不同； 其中，對于所述子區(qū)域中的每一個，所述單元透鏡在光軸方向上的厚度不同；并且 其中，針對所述單元透鏡中的每一個，光入射側(cè)單元透鏡的頂點的位置從相應(yīng)的單元 透鏡的光軸偏移，并且對于所述子區(qū)域中的每一個，所述光入射側(cè)單元透鏡頂點的偏移的 量級不同。
【文檔編號】G02B3/00GK104364678SQ201480000889
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月30日
【發(fā)明者】金田一賢 申請人:索尼公司