[发明专利]照射光学系统和使用其的投射型图像显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种照射光学系统，其被配置为：以来自光源单元的光通量照射表面。更具体地说，本发明涉及一种投射型图像显示设备(例如液晶投影仪)，其被配置为：使用所述照射光学系统来照射在被照表面上所提供的诸如液晶板之类的图像显示元件，并且将来自所述图像显示元件的光投射到诸如屏幕之类的投射表面上。

背景技术

各种类型的传统投影仪利用投射透镜将光通量放大并且投射到屏幕上，所述光通量是已经通过使用诸如液晶显示元件之类的图像显示元件根据图像信息而被调制的。关于类似于此的投影仪，强烈期望投射在屏幕上的图像在整个图像上具有几乎均匀的亮度。

(使用反射型液晶显示元件的)传统图像投射型照射光学系统从其光源单元发射光通量作为由抛物面反射器所反射的基本平行的光。平行光通量在第一透镜阵列中被分离和聚光。每一分离的光通量被在第二透镜阵列的附近聚光，以形成光源单元图像(二次光源图像)。构成每一透镜阵列的透镜具有与作为被照表面的液晶板类似的矩形形状。

已经从第二透镜阵列出射的多个分离的光通量被聚光透镜聚光，并且经由色彩分离/组合光学系统被叠加到液晶显示元件上，以照射该液晶显示元件。

在色彩分离/组合光学系统中使用包括二向色膜和偏振分离膜的光学元件(二向色棱镜或偏振光束分离器)。

为了在类似于此的照射光学系统中增加光使用效率，入射在被照表面上的光通量的角度分布通常变得很大。相应地，在照射光学系统中使用具有敏感角度特性的光学元件的情况下，可能出现各种问题。

例如，在照射光学系统中可能使用诸如偏振分离膜(偏振光束分离器)之类的光学元件。当光通量入射在偏振分离膜上时，接收具有47度至49度的入射角的入射在偏振分离膜上的光通量的光学元件的角度特性低于接收具有45度角的入射在偏振分离膜上的光通量的光学元件。随着入射角与45度特定角的偏离变大，特性变得更严重地劣化。特性的劣化可能引起漏光现象，这可能导致图像质量的劣化。

日本专利申请特开第2000-206463号和日本专利申请特开第06-75200号讨论了使用非对称光学元件的照射光学系统，该非对称光学元件的角度分布在光学元件对于角度分布敏感的方向上相对小，而在光学元件对于角度分布不敏感的方向上相对大。

在如日本专利申请特开第2000-206463号中所讨论的反射型液晶投影仪中，孔径光阑的外部尺寸在光学元件对光通量的角度分布敏感的方向上较小，而在光学元件对光通量的角度分布不敏感的方向上较大。

在日本专利申请特开第2000-206463号中所讨论的照射光学系统中，因为在照射光学系统中所提供的第二复眼透镜实质上运行为孔径光阑，所以该第二复眼透镜具有非对称外部形状(尺寸)。在这样的第二复眼透镜中，入射在光学元件上的光通量的角度分布关于对于角度分布敏感的方向与对于角度分布不敏感的方向是不对称的。

然而，在日本专利申请特开第2000-206463号中所讨论的光学系统中，因为根据光阑来确定入射角，所以大量亮度倾向于损失。

在日本专利申请特开第06-75200号中所讨论的照射光学系统中，聚光透镜在液晶板紧之前对光通量聚光。相应地，不能防止图像质量劣化，该图像质量劣化可能是由于设置在聚光透镜之后的诸如液晶板或二向色镜之类的对于角度分布具有高敏感度的光学元件而发生的。因此，所照射的光通量在液晶板上的分布可能变化，这可能带来投射到投射屏幕上的图像的不均匀亮度。

发明内容

本发明旨在一种照射光学系统，其能够以高亮度级别均匀地照射图像显示元件，同时在光学元件的角度分布敏感的光学元件截面中保持小的角度分布。本发明还旨在一种投射型图像显示设备，其能够使用所述照射光学系统来投射具有高对比度和高亮度的图像。

本发明的第一方面提供一种照射光学系统，被配置为：将来自光源单元的光通量引导到被照表面上，所述照射光学系统包括：压缩系统，被配置为：在第一截面和第二截面中以不同压缩率压缩从所述光源单元发射的光通量，所述第一截面和第二截面彼此正交并且都包括所述照射光学系统的光轴；以及偏振光分离装置，包括偏振分离表面，其中所述第二截面是包括所述偏振分离表面的法线的平面；并且其中满足以下条件：

-0.18＊(Fno)²+1.245＊(Fno)-1.260＜α/β＜1

1.4≤Fno≤3.6，

其中α和β分别是在所述第一截面和所述第二截面中的用于压缩光通量的压缩率，并且Fno是在所述第一截面和所述第二截面中根据入射在被照表面上的光通量的最大角度所计算的两个F数中的较小F数。