照明光学系统和具有该照明光学系统的图像投影设备技术方案

本发明专利技术涉及一种照明光学系统和具有该照明光学系统的图像投影设备。该照明光学系统对图像显示元件进行照明，并且包括：第一透镜阵列，用于对从光源发出的光进行分割；第二透镜阵列，用于接收来自所述第一透镜阵列的光；以及聚光光学系统，用于将来自所述第二透镜阵列的光引导至所述图像显示元件，其中，所述图像显示元件的共轭点位于所述第一透镜阵列的入射面和所述第二透镜阵列的入射面之间。

【技术实现步骤摘要】
照明光学系统和具有该照明光学系统的图像投影设备
本专利技术涉及照明光学系统和具有该照明光学系统的图像投影设备。
技术介绍
近来，在诸如液晶投影仪等的图像投影设备中，正通过改善照明效率来提高亮度。为了改善照明效率，优选缩小照明区域并且使照明区域的边缘部分锐化。日本特开2011-90321公开了照明面位于相对于弯曲像面的近轴像面的光源侧并且弯曲像面的周边像面也位于相对于近轴像面的光源侧的照明设备。在该结构中，通过像场弯曲的影响缓解了照明区域的模糊。然而，在日本特开2011-90321的结构中，将面板表面设置到相对于近轴像面的光源侧，因而该面板的共轭点位于相对于第一透镜阵列(复眼透镜(fly-eyelens))的光源侧。在这种情况下，在照明区域的端部处产生高亮度部分(条纹)，因此有效照明区域缩小。结果，需要确保区域余量，因而明度下降。另一方面，如果区域余量不足，则条纹被投影并且图像质量下降。
技术实现思路
本专利技术提供能够实现高亮度和高质量的图像的投影的照明光学系统和图像投影设备。作为本专利技术的一个方面的一种照明光学系统，用于对图像显示元件进行照明，所述照明光学系统包括：第一透镜阵列，用于对从光源发出的光进行分割；第二透镜阵列，用于接收来自所述第一透镜阵列的光；以及聚光光学系统，用于将来自所述第二透镜阵列的光引导至所述图像显示元件，其特征在于，所述图像显示元件的共轭点位于所述第一透镜阵列的入射面和所述第二透镜阵列的入射面之间。作为本专利技术的另一方面的一种图像投影设备，包括：图像显示元件；以及照明光学系统，用于对所述图像显示元件进行照明，其中，所述照明光学系统包括：第一透镜阵列，用于对从光源发出的光进行分割；第二透镜阵列，用于接收来自所述第一透镜阵列的光；以及聚光光学系统，用于将来自所述第二透镜阵列的光引导至所述图像显示元件，其特征在于，所述图像显示元件的共轭点位于所述第一透镜阵列的入射面和所述第二透镜阵列的入射面之间。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本专利技术的其它特征和方面将变得明显。附图说明图1是第一实施例中的图像投影设备(照明光学系统)的主要结构的图。图2是第一实施例中的入射到单元边界部的光的光路的图。图3是第一实施例中的单元边界部的曲率半径和面板表面上的光斑直径的相关图。图4是第一实施例中的面板的短边方向上的亮度分布的图。图5是说明亮度不均匀的图。图6是面板的短边方向上的亮度分布的图。图7是图6中的高亮度部分的放大图。图8是复眼透镜的单元边界部的放大图。图9是说明面板的共轭点的图。图10是入射到除第一复眼透镜的单元边界部以外的区域的平行光的光路的图。图11是入射到第一复眼透镜的单元边界部的平行光的光路的图。图12是单元边界部的曲率半径和面板表面上的光斑直径之间的相关图。图13是第二实施例中的沿面板的短边方向的图像投影设备的主要结构的图。图14是第二实施例中的沿面板的长边方向的图像投影设备的主要结构的图。图15是第二实施例中的面板的短边方向上的光的光路的图。图16是第二实施例中的面板的长边方向上的光的光路的图。图17是第三实施例中的沿面板的短边方向的图像投影设备的主要结构的图。图18是第三实施例中的沿面板的长边方向的图像投影设备的主要结构的图。具体实施方式以下将参考附图来说明本专利技术的典型实施例。首先，将针对包括一般的照明光学系统的图像投影设备，说明在照明区域的端部所产生的高亮度部分(以下称为条纹)的产生原理。将参考图5来说明条纹的现象。图5是说明二维亮度不均匀的图，并且示出图像显示元件5的表面(面板表面)上的照明区域。在图5中，水平方向上的箭头表示面板的长边方向(x轴)并且垂直方向上的箭头表示面板的短边方向(y轴)。图6是图5中的y方向上的亮度分布的图。在图6中，纵轴表示照度并且横轴表示位置(y轴)。图6中的虚线部60表示高亮度部分(条纹)。图7是图6中的虚线部60及其周边的放大图。在条纹部分存在于图像显示元件5的有效区域(面板有效区域)内的情况下，该条纹部分在显示图像时被识别为明亮的发光线并且该条纹部分导致图像质量的水平下降。因此，图像投影设备需要被设计成针对照明范围(照明区域)的宽度具有余量以确保更宽的照明区域，使得条纹没有包括在面板有效区域内。因此，可以防止条纹侵入图像。然而，将图像投影设备设计成使照明区域变宽，导致面板表面的有效区域内的明度下降。因此，从照明效率方面而言，这是不利的。随后，将详细说明条纹的产生原理。条纹的产生是由两个光学结构(两个原因)引起的。第一个原因是在第一复眼透镜2(第一透镜阵列或第一光分割单元)中彼此邻接的单元之间的边界部(单元边界部)的形状是凹面，即单元边界部具有负折射力。第二个原因是图像显示元件5(面板)的共轭点的位置。参考图8，对于第一个原因，将说明第一复眼透镜2(单元边界部)的形状。图8是第一复眼透镜2的单元边界部的放大图。在一般的复眼透镜中，由于制造原因，邻接单元之间的边界部(单元边界部)如图8中的虚线部80所示具有凹面形状。复眼透镜是利用模具进行制造的。在这种情况下，关于复眼透镜的边界部的形状，模具的形状的误差趋于增大。关于边界部，在多数情况下无法实现良好的转印精度。因此，复眼透镜的单元边界部具有凹面形状。即使在改善了模具的精度的情况下，单元边界部的凹面部分也仅在深度或宽度方面改变，并且难以完全消除凹面部分。接着，对于第二个原因，将说明图像显示元件5(面板)的共轭点。例如，在日本特开2011-90321所公开的结构中，面板的共轭点位于第一复眼透镜的光源侧。即使在除日本特开2011-90321所公开的结构以外的结构的情况下，通常也将面板的共轭点设置成位于光源侧。以下将说明该原因。通常，第一复眼透镜2和图像显示元件5的表面(面板表面)位于具有大致近轴共轭关系的位置。然而，在将这两者设置到具有完全共轭关系的位置的情况下，第一复眼透镜2上的划痕或灰尘在面板表面上成像并且第一复眼透镜2上的划痕或灰尘被投影到屏幕(投影面)上。因此，将这两者在光轴方向上相对于具有共轭关系的位置略微偏移(移位)，以进行照明设计从而制造图像投影设备。关于这两者偏移的方向，通常将面板的共轭位置设计成朝向第一复眼透镜的光源侧偏移。将参考图9来说明图像显示元件5(面板)的共轭点。图9是说明图像显示元件5的共轭点的图。在图9中，附图标记1表示光源单元。光源单元1包括光源和抛物面反射器，并且光源单元1被配置为从光源发出平行光。附图标记2表示第一复眼透镜，附图标记3表示第二复眼透镜，附图标记4表示聚光透镜(聚光光学系统)，并且附图标记5表示图像显示元件(面板)。图9中的圆形黑点90表示面板的共轭点。面板的共轭点相对于第一复眼透镜2的具有倍率的面(在图9中为第一复眼透镜2的左侧面)偏向光源单元1，以能够增大第二复眼透镜3的焦距(增大曲率半径)。结果，抑制了上述的划痕或灰尘对第一复眼透镜2的表面的影响并且可以容易地对第二复眼透镜3进行成型。通常，为了缩小图像投影设备的大小，设计复眼透镜的焦距使其缩短，并且减小曲率半径。随后，将参考图10和图11来说明基于上述两个原因的条纹的产生原因。图10是入射到除第一复眼透镜2的单元边界部以外的区域的平行光的光路的图。在图10中，入射到第一复眼透镜2(单元部)的平行光会聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明光学系统，用于对图像显示元件进行照明，所述照明光学系统包括：第一透镜阵列，用于对从光源发出的光进行分割；第二透镜阵列，用于接收来自所述第一透镜阵列的光；以及聚光光学系统，用于将来自所述第二透镜阵列的光引导至所述图像显示元件，其特征在于，所述图像显示元件的共轭点位于所述第一透镜阵列的入射面和所述第二透镜阵列的入射面之间。

【技术特征摘要】
2014.04.01 JP 2014-075161;2015.03.09 JP 2015-045681.一种照明光学系统，用于对图像显示元件进行照明，所述照明光学系统包括：第一透镜阵列，用于对从光源发出的光进行分割；第二透镜阵列，用于接收来自所述第一透镜阵列的光；以及聚光光学系统，用于将来自所述第二透镜阵列的光引导至所述图像显示元件，其特征在于，所述图像显示元件的共轭点位于所述第一透镜阵列的入射面和所述第二透镜阵列的入射面之间，以及满足以下表达式：0.010<(A(空气中)-F2)/A(空气中)<0.300，其中，A(空气中)是在光轴方向上从所述第一透镜阵列的入射面起直到所述第二透镜阵列的入射面为止的空气换算长度，并且F2是所述第二透镜阵列的焦距。2.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，所述第一透镜阵列的入射面是所述第一透镜阵列的折射面。3.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，所述第一透镜阵列的出射面是所述第一透镜阵列的折射面，以及所述图像显示元件的共轭点位于所述第一透镜阵列的出射面和所述第二透镜阵列的入射面之间。4.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，满足以下表达式：A(空气中)-F2>t1A/n1，其中，t1A是所述第一透镜阵列的透镜单元部的厚度，并且n1是所述第一透镜阵列的折射率。5.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，所述第一透镜阵列、所述第二透镜阵列和所述聚光光学系统沿着所述聚光光学系统的光轴方向，从所述光源起以所述第一透镜阵列、所述第二透镜阵列和所述聚光光学系统的顺序配置。6.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，满足以下表达式：0.7<F2/F1<1.0，其中，F1是所述第一透镜阵列的焦距。7.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，所述第一透镜阵列包括多个单元和形成在所述多个单元之间的单元边界部，以及所述单元边界部具有负折射力。8.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在于，所述聚光光学系统使来自所述第一透镜阵列的所述单元边界部的光会聚在所述聚光光学系统和所述图像显示元件之间的位置。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：须藤贵士，前田勇树，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP