專利名稱：投射顯示器和光學(xué)積分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振光變換元件，特別涉及一種投射型圖像顯示裝置和光學(xué)積分器，能夠抑制組合于具有一對(duì)陣列透鏡的光學(xué)積分器上而構(gòu)成偏振光變換積分器的偏振光變換元件的成本，同時(shí)，可改善光利用效率、照度不均、以及照度比。
背景技術(shù)：
在來自用于投射型圖像顯示裝置的光源的射出光束面的照度分布中，由于光源的放電燈管球的影子或者光源的反射器中心部的孔的原因，而在光軸附近存在圓形的暗部分。在該射出光直接入射到光閥元件的情況下，在得到的投射圖像中，還于光軸附近呈現(xiàn)較暗的圓形光斑，從而，會(huì)構(gòu)成照度分布不均勻的圖像。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了減少該影子，并使到圖像周邊部為止的照度分布均勻，已知使用具有兩個(gè)陣列透鏡的光學(xué)積分器。這些技術(shù)例如記載于日本特開平10-171045號(hào)公報(bào)或者日本特開平11-281923號(hào)公報(bào)中。
尤其是在使用液晶面板作為圖像顯示元件的情況下，為了提高光利用效率，而使用所謂的偏振光變換積分器方式，該方式利用在交互形成于配置成陣列狀的多個(gè)平行四邊形柱透光性部件界面上的偏振光分束器膜與反射膜來執(zhí)行偏振光的分離，使具備利用配置于一個(gè)偏振光的射出側(cè)的1/2λ相位差板而與規(guī)定偏振光波對(duì)齊后射出的偏振光變換功能的偏振光變換元件與所述光學(xué)積分器組合。這種技術(shù)例如記載于日本特開平10-171045號(hào)公報(bào)中。偏振光變換元件例如記載于日本特開2003-287719號(hào)公報(bào)中。
使用現(xiàn)有技術(shù)的偏振光變換積分器的投射型液晶顯示裝置存在如下問題。
就使用偏振光變換積分器的投射型液晶顯示裝置而言，從燈的電球放射的光，例如被拋物面的反射器反射后，與照明光軸平行，入射到第一陣列透鏡。第一陣列透鏡利用配置成矩陣狀的多個(gè)透鏡單元將入射的光分割成多束光，高效地通過第二陣列透鏡與偏振光變換元件而導(dǎo)出。即，將第一陣列透鏡設(shè)計(jì)成燈與第二陣列透鏡的各透鏡單元彼此與物體成像的關(guān)系(共軛關(guān)系)。其中，第一陣列透鏡的縱橫比(aspect ratio)與液晶面板相同。此外，具有配置成矩陣狀的多個(gè)透鏡單元的第二陣列透鏡，將構(gòu)成的透鏡單元各自對(duì)應(yīng)的第一陣列透鏡的透鏡單元的形狀投影于液晶顯示元件上。此時(shí)，由偏振光變換元件將來自第二陣列透鏡的光與規(guī)定的偏振光方向?qū)R，之后，分別經(jīng)由聚光透鏡、聚光鏡，使第一陣列透鏡的各透鏡單元的投影像重合于液晶顯示元件上。其中，第二陣列透鏡與同其鄰近配置的聚光透鏡被設(shè)計(jì)成第一陣列透鏡與圖像顯示元件彼此構(gòu)成物體與像的關(guān)系(共軛關(guān)系)，所以，由第一陣列透鏡而被分割成多個(gè)的光束被第二陣列透鏡與聚光透鏡重疊投影于液晶顯示元件上，可以進(jìn)行實(shí)用上沒有問題的均勻性高的照度分布的照明。
這里，設(shè)液晶顯示元件的顯示尺寸的對(duì)角線長(zhǎng)度為si，第一陣列透鏡的各透鏡單元的對(duì)角線長(zhǎng)度為bi，第一陣列透鏡與第二陣列透鏡之間的距離為L(zhǎng)1i，聚光透鏡與液晶顯示元件間的距離為L(zhǎng)2i。
如上所述，第二陣列透鏡400與同其鄰近配置的聚光透鏡被設(shè)計(jì)成第一陣列透鏡的各透鏡單元與液晶顯示元件彼此成共軛的關(guān)系，從拋物面的反射器接收平行于照明光軸的光束，第一陣列透鏡的各透鏡單元的形狀成像于液晶顯示元件上。因此，成像于液晶顯示元件上的第一陣列透鏡的透鏡單元像的倍率si/bi近似地由式1表示。
即，形成于液晶顯示元件上的照射有效區(qū)域的大小與第一陣列透鏡的透鏡單元中的光學(xué)像的大小大致成正比。
(式1) si/biL2i/L1i若確定液晶顯示元件的尺寸si，則從聚光透鏡至液晶顯示元件的距離L2i基本上唯一確定。因此，照明光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)為第一陣列透鏡的各透鏡單元對(duì)角線長(zhǎng)度bi與第一陣列透鏡同第二陣列透鏡間的距離L1i。
若確定反射器的外形尺寸，則第一陣列透鏡的外形尺寸也唯一確定。另一方面，若減少第一陣列透鏡的單元分割數(shù)，延長(zhǎng)各透鏡單元的對(duì)角線長(zhǎng)度bi(即增大單元尺寸)，則通過各單元的光的照度分布變得不均勻。因此，通過各單元的光在重疊液晶顯示元件上的照度也變得不均勻。此外，若第一陣列透鏡的各透鏡單元的對(duì)角線長(zhǎng)度長(zhǎng)，則根據(jù)式1，第一陣列透鏡與第二陣列透鏡之間的距離L1i變大，偏振光變換元件的光透過率下降。這是因?yàn)槿舻谝魂嚵型哥R與第二陣列透鏡之間的距離L1i長(zhǎng)，則由第一陣列透鏡成像于第二陣列透鏡之后的燈的光源像變大，偏振光變換元件500b的通過率降低。此外，若第一陣列透鏡的各透鏡單元的bi長(zhǎng)，則投射型圖像顯示裝置的尺寸也大型化。但是，若第一陣列透鏡的分割數(shù)變少，則與之對(duì)應(yīng)的偏振光變換元件的列數(shù)減少，偏振光變換元件的成本下降。
另一方面，若增多第一陣列透鏡的單元分割數(shù)，縮短各透鏡單元的對(duì)角線長(zhǎng)度bi(即減小單元尺寸)，則通過各單元的光的照度分布變得均勻，所以，通過各單元的光在重疊液晶顯示元件18上的照度也變均勻。此外，若第一陣列透鏡的bi變短，則根據(jù)式1，第一陣列透鏡與第二陣列透鏡之間的距離L1i變短，偏振光變換元件的光通過率提高。這是因?yàn)槿舻谝魂嚵型哥R與第二陣列透鏡之間的距離L1i變短，則由第一陣列透鏡成像于第二陣列透鏡之后的燈的光源像變小，偏振光變換元件的光通過率提高。此外，若第一陣列透鏡的bi短，則可小型化投射型圖像顯示裝置。但是，若第一陣列透鏡的分割數(shù)多，則與之對(duì)應(yīng)的偏振光變換元件的列數(shù)增加，偏振光變換元件的成本會(huì)上升。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，若減少偏振光變換元件的列數(shù)，降低成本，則陣列透鏡的分割數(shù)變少，照度均勻性與光利用效率下降，導(dǎo)致投射型圖像顯示裝置的大型化。此外，若為了提高照度均勻性、光利用效率，并小型化投射型圖像顯示裝置，而增多陣列透鏡的分割數(shù)，則偏振光變換元件的列數(shù)增加，所以成本會(huì)上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種投射型圖像顯示裝置，可在抑制偏振光變換元件的成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)照度均勻性與光利用效率的提高、以及裝置的小型化。
本發(fā)明的一個(gè)方面是，在用于投射型圖像顯示裝置中的光學(xué)積分器中，構(gòu)成為使陣列透鏡的相向方向的分割數(shù)比投射型圖像顯示裝置的偏振光變換元件中的偏振光變換單元的規(guī)定方向的排列數(shù)大。


圖1是偏振光變換積分器的主要部分構(gòu)成例的放大圖。
圖2是投射型圖像顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。
圖3是使用偏振光變換積分器的照明光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
圖4是表示入射到偏振光變換積分器中的第一陣列透鏡的中心列的光線的光路的放大圖。
圖5是表示入射到偏振光變換積分器中的第二陣列透鏡的光的分布圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。其中，在各個(gè)圖中，對(duì)相同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)，對(duì)說明過一次的部分省略說明。
圖2是使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的偏振光變換積分器的投射型圖像顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)的示意構(gòu)成圖。在圖2中，燈1是超高壓水銀燈、鹵化金屬燈、氙氣燈、水銀氙氣燈、鹵素?zé)舻劝咨珶簟７瓷淦?具有配置成從背后側(cè)覆蓋燈1的、旋轉(zhuǎn)拋物面形狀的反射面，具有圓形或者多邊形的射出開口。從燈1射出的光通過作為光閥元件的液晶顯示元件18、19、20后，朝向投射透鏡22，投影到屏幕7。
從燈1射出的光，例如被具有旋轉(zhuǎn)拋物面形狀的反射面的反射器2反射后，與照明光軸100平行，入射到偏振光變換積分器。
偏振光變換積分器包括由第一陣列透鏡3與第二陣列透鏡2構(gòu)成的、執(zhí)行均勻照明的光學(xué)積分器、和將偏振光方向?qū)R為規(guī)定偏振光方向的偏振光變換元件5(具體如后所述)。
第一陣列透鏡3將從照明光軸看、具有與液晶顯示元件基本相似的矩形形狀的多個(gè)透鏡單元配置成矩陣狀(二維)，由多個(gè)透鏡單元將從光源入射的光分割成多個(gè)光，高效地通過第二陣列透鏡4與偏振光變換元件5而導(dǎo)出。即，第一陣列透鏡3被設(shè)計(jì)成燈1與第二陣列透鏡4的各透鏡單元成光學(xué)上共軛的關(guān)系。
與第一陣列透鏡3相同，具有將從照明光軸看、矩形形狀的多個(gè)透鏡單元被配置成矩陣狀的第二陣列透鏡4，將構(gòu)成的透鏡單元各自對(duì)應(yīng)的第一陣列透鏡3的透鏡單元的形狀投影(成像)于液晶顯示元件18、19、20上。
此時(shí)，偏振光變換元件5將來自第二陣列透鏡4的規(guī)定光對(duì)齊為規(guī)定的偏振光方向，之后，第一陣列透鏡3的各透鏡單元的投影像分別被聚光透鏡6、和聚光鏡13、14、第一中繼透鏡15、第二中繼透鏡16、第三中繼透鏡17而重合于各液晶顯示元件18、19、20上。
其中，第二陣列透鏡4與同其鄰接配置的聚光透鏡6被設(shè)計(jì)成第一陣列透鏡3的各透鏡單元與液晶顯示元件18、19、20在光學(xué)上構(gòu)成共軛的關(guān)系，被第一陣列透鏡3分割成多個(gè)的光束被第二陣列透鏡4與聚光透鏡6重疊而投影于液晶顯示元件18、19、20上，可進(jìn)行實(shí)用上沒有問題的均勻性高的照度分布的照明。
如上所述，由第一陣列透鏡3、第二陣列透鏡4、偏振光變換元件5構(gòu)成的偏振光變換積分器，可一邊將來自光源的偏振光方向隨機(jī)的光對(duì)齊至規(guī)定偏振光方向，一邊均勻照明液晶顯示元件。
在該過程中，二色鏡11例如反射B光(藍(lán)色頻帶的光)，透過G光(綠色頻帶的光)和R光(紅色頻帶的光)，分離為二色光，G光與R光再被二色鏡12分離成G光與R光。例如，G光被二色鏡12反射，R光透過二色鏡12后，分離成三色光?？紤]各種光的分離方案，可由二色鏡11使R光反射，使G光和B光透過，也可使G光反射，使R光和B光透過。
被二色鏡11反射的B光被反射鏡10反射，通過聚光鏡13，透過B光用液晶顯示元件18后，入射到光合成棱鏡21。另一方面，在透過二色鏡11的G光和R光內(nèi)，G光被二色鏡12反射，通過聚光鏡14后，入射到G光用液晶顯示元件19，并透過該液晶顯示元件19，入射到光合成棱鏡21。此外，R光透過二色鏡12，被第一中繼透鏡15聚光，再被反射鏡8反射，再由第二中繼透鏡16聚光，被反射鏡9反射后，再被第三中繼透鏡17聚光，入射到R光用液晶顯示元件20。透過液晶顯示元件20的R光入射到光合成棱鏡21。
透過各液晶顯示元件的B光、G光、R光被光合成棱鏡21合成為彩色圖像之后，通過例如為變焦透鏡等的投射透鏡22，而到達(dá)屏幕7。由光強(qiáng)度調(diào)制形成于液晶顯示元件18、19、20上的光學(xué)像被投射透鏡22放大投影到屏幕上，用作顯示裝置。
其中，第一光路(B光)與第二光路(G光)中未使用中繼透鏡，而第三光路(R光)中使用使光路長(zhǎng)度與B光、G光相等的中繼透鏡。
下面，用圖1來說明利用本實(shí)施方式，抑制偏振光變換元件的成本不變的同時(shí)，提高照度均勻性、光利用效率，并可小型化圖像顯示裝置的理由。
圖1是放大表示本實(shí)施方式的偏振光變換積分器的主要部分構(gòu)成的圖。圖1(a)是表示本發(fā)明實(shí)施方式的偏振光變換積分器的主要部分構(gòu)成圖，圖1(b)是圖1(a)的偏振光變換元件的放大細(xì)節(jié)圖。
這里，為了使后面的說明容易，導(dǎo)入正交坐標(biāo)系。將照明光軸方向設(shè)為Z軸，將平行于液晶顯示元件的矩形照射有效區(qū)域的長(zhǎng)邊方向的軸設(shè)為Y軸，將平行于矩形有效顯示區(qū)域的短邊方向的軸設(shè)為X軸(垂直于圖1的紙面)。即，沿X軸、Y方向兩個(gè)方向排列構(gòu)成第一陣列透鏡、第二陣列透鏡的透鏡單元。另外，圖1是從X軸方向看偏振光變換積分器的上面圖。
首先，在描述上述理由之前，說明偏振光變換元件5的構(gòu)成。在圖1(b)中，對(duì)于偏振光變換元件5來說，平行于與照明光軸100方向(Z軸方向)正交的面(XY平面)，沿Y軸方向，將沿平行于例如液晶顯示元件短邊的方向、即X軸方向(垂直于圖1紙面的方向)延伸的平行四棱柱的透光性部件51排列成多個(gè)陣列狀，在排列成陣列狀鄰接的透光性部件51之間的界面上，交互形成偏振光分束器(下面省略為‘PBS’)膜52與反射膜53。此外，在通過偏振光變換元件5的入射側(cè)開口部55、透過PBS膜52的光射出的射出面上，配備1/2λ相位差板54。
偏振光變換元件5相對(duì)于由照明光軸100與平行四棱柱的透光性部件51的延伸方向(X軸方向)形成的面(是包含照明光軸100的XZ平面，下面將該面方便地稱為‘光軸面’)S100，對(duì)稱地構(gòu)成。在圖1紙面右側(cè)，透光性部件51的傾角相對(duì)光軸面S100向右上45度，在圖1紙面左側(cè)，透光性部件51的傾角相對(duì)光軸面S100向右下45度。PBS膜與反射膜的順序也相對(duì)光軸面S100對(duì)稱，在圖1紙面右側(cè)，為相對(duì)光軸面S100從照明光軸100向右側(cè)為PBS膜、反射膜、PBS膜、反射膜、…的順序。此外，在圖1紙面左側(cè)，按相對(duì)光軸面S100從照明光軸100向左側(cè)為PBS膜、反射膜、PBS膜、反射膜、…的順序來形成。
在上述構(gòu)成的偏振光變換元件5中，通過第一陣列透鏡3(300)、第二陣列透鏡4(400)后入射到開口部55之一(例如開口部556)的光L(L’)中，例如S偏振光被PBS膜52反射，被面對(duì)的反射鏡53反射后，以S偏振光射出。此外，P偏振光的光透過PBS膜52，被射出面的1/2λ相位差板54變換為S偏振光后射出。偏振光變換元件5具有沿Y軸方向排列多個(gè)(例如圖1中為6個(gè))構(gòu)成為其基本的偏振光變換單元50的構(gòu)成，具有使入射的光的偏振光方向與規(guī)定偏振光方向的光對(duì)齊后射出的偏振光變換功能。其中，下面在特定偏振光變換單元、開口部的情況下，添加從圖1紙面左端側(cè)開始數(shù)的數(shù)字1-6來表示。
下面，描述上述理由。
在本實(shí)施方式中，為了抑制偏振光變換元件5的成本上升，可使用與現(xiàn)有技術(shù)相同的偏振光變換元件5。如專利文獻(xiàn)3的圖12中記載的那樣，偏振光變換元件使兩面形成例如PBS膜與反射膜的板玻璃、與什么都未形成的板玻璃相互貼合，所以，若貼合的塊數(shù)多，則導(dǎo)致成本上升。因此，這里使用構(gòu)成基本的偏振光變換單元50為6個(gè)的元件。其中，由于對(duì)稱于光軸面S100，所以構(gòu)成基本的偏振光變換單元的數(shù)量為偶數(shù)。
此外，為了形成更均勻的照明光束，如圖1(a)所示，作為第一陣列透鏡3、第二陣列透鏡4，通過減小各單元尺寸，增加分割數(shù)，使列數(shù)與以前(6列)相比增加1列或者變?yōu)槠鏀?shù)列(這里為向偏振光變換單元的數(shù)量6加1后的7列)。其中，這里所謂的列數(shù)是指液晶顯示元件的照射有效區(qū)域的長(zhǎng)邊方向(Y軸方向)的列數(shù)。此外，由于即便將列數(shù)增加1列，陣列透鏡也使用模具成形，所以與偏振光變換元件相比，不會(huì)導(dǎo)致成本上升。
伴隨列數(shù)增加，具有第一陣列透鏡、第二陣列透鏡從圖1紙面左側(cè)起第四個(gè)透鏡單元列(中心列)位于光軸面S100上的特征。另外，確定第一陣列透鏡3的各透鏡單元的光軸位置、第二陣列透鏡4的光透鏡單元的光軸位置、形狀，使通過第二陣列透鏡4的中心3列(從圖1紙面左起第三～第五透鏡單元列)的光束入射到偏振光變換元件5的中心2列。其中，所謂陣列透鏡的各透鏡單元的光軸位置是指表示各透鏡單元的透鏡曲率中心的軸位置，下面，為了避免與照明光軸混淆，將光軸稱為‘曲率中心軸’。
此外，通過分割數(shù)增加，第一陣列透鏡的各透鏡單元的形狀變小，根據(jù)式1，可縮短第一陣列透鏡3與第二陣列透鏡4之間的距離。由此，照度均勻性與光利用效率提高。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可抑制偏振光變換元件5的成本不變，與現(xiàn)有技術(shù)相比，照度均勻性與光利用效率提高，可小型化圖像顯示裝置。
在上述中，用光線圖概念性地說明一邊抑制偏振光變換元件的成本、一邊與現(xiàn)有技術(shù)相比、使照度均勻性與光利用效率提高、并小型化圖像顯示裝置的方法。下面，用圖1、圖3、圖4、圖5來描述基于本實(shí)施方式的第一陣列透鏡、第二陣列透鏡的形狀、曲率中心軸。在本實(shí)施例中，設(shè)陣列透鏡的列數(shù)為7列，構(gòu)成偏振光變換元件的偏振光變換單元的列數(shù)為6列。
圖3簡(jiǎn)易地直線地圖示在圖2描述的本發(fā)明的投射型圖像顯示裝置中、從光源至液晶顯示元件的照明光學(xué)系統(tǒng)的光路上的各光學(xué)元件。圖4是表示入射到圖1(a)中的第一陣列透鏡的中心列的光線的光路的放大圖。圖5是表示入射到第二陣列透鏡的光的分布圖。
首先，用圖3來說明求出第一陣列透鏡3與第二陣列透鏡4之間的距離、與第一陣列透鏡3的各透鏡單元的形狀的方法。若設(shè)液晶顯示元件18的顯示尺寸的對(duì)角線長(zhǎng)度為si，相同縱橫比的第一陣列透鏡3的各透鏡單元的對(duì)角線長(zhǎng)度為bi，第一陣列透鏡3與第二陣列透鏡4之間的距離為L(zhǎng)1i，聚光透鏡6與液晶顯示元件18間的距離為L(zhǎng)2i，則如所述式1所示，形成于液晶顯示元件18上的照射有效區(qū)域的大小與第一陣列透鏡3的透鏡單元的光學(xué)像大小大致成正比。
由于構(gòu)成第一陣列透鏡3的透鏡單元與液晶顯示元件18存在大致相似的關(guān)系，所以，若設(shè)液晶顯示元件18的顯示尺寸的橫幅為s’i，相同縱橫比的第一陣列透鏡3的各透鏡單元的橫幅為b’i，則其比可由式2表示。
(式2)s’i/b’iL2i/L1i若確定液晶顯示元件18的尺寸(si、s’i)，則由于從聚光透鏡6至液晶顯示元件18的距離L2i也基本上唯一確定，所以s’i與L2i為常數(shù)，式2可變形為式2’。
(式2’)L1i/b’iL2i/s’i在本實(shí)施方式中，由于陣列透鏡的列數(shù)為7列，所以若設(shè)反射器2的水平方向(Y軸方向)的有效范圍為K，則可由式3來表示第一陣列透鏡3的各透鏡單元的對(duì)角線長(zhǎng)度b’i。
(式3)b’iK÷7若求出各透鏡單元的橫幅，則根據(jù)與液晶顯示元件相似的縱橫比，確定各透鏡單元的形狀。此外，根據(jù)式2’與式3，第一陣列透鏡3與第二陣列透鏡4之間的距離L1i可表示為式4。
(式4)L1i(K÷7)×(L2i/s’i)如上所述，可求出第一陣列透鏡3的透鏡單元尺寸與第一陣列透鏡3同第二陣列透鏡4之間的距離。
下面，用圖1(a)來說明求出第一陣列透鏡3的各透鏡單元的曲率與曲率中心軸位置的方法。
就第一陣列透鏡3的透鏡單元的曲率而言，確定曲率，以使與照射光軸方向平行入射到第一陣列透鏡3的光在偏振光變換元件5的開口部之前最聚光。如圖1(a)所示，確定第一陣列透鏡3的透鏡單元的曲率中心軸位置，使通過第一陣列透鏡3的各透鏡單元列的光L29～L35分別通過偏振光變換元件5的開口部551～556。具體而言，確定第一陣列透鏡3的各列透鏡單元的曲率中心軸位置，以使通過第一陣列透鏡3的從左起第一列的光L29通過偏振光變換元件5的開口部551，通過第一陣列透鏡3的從左起第二列的光L30通過偏振光變換元件5的開口部552，通過第一陣列透鏡3的從左起第三列的光L31通過偏振光變換元件5的開口部553，通過第一陣列透鏡3的從左起第五列的光L33通過偏振光變換元件5的開口部554，通過第一陣列透鏡3的從左起第6列的光L34通過偏振光變換元件5的開口部555，通過第一陣列透鏡3的從左起第7列的光L35通過偏振光變換元件5的開口部556。確定曲率中心軸位置，以使通過第一陣列透鏡3的從左起第四列(中心列)的光L32的曲率中心軸位置與照明光學(xué)系統(tǒng)的照明光軸位置一致。即，如圖1所述，設(shè)定成光L32的曲率中心軸位置在所述光軸面S100上。
在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為向隔著偏振光變換元件5的中心軸的左右兩列入射經(jīng)由第二陣列透鏡4后由第一陣列透鏡的中心3列分割的光。因此，第一陣列透鏡的中心列的透鏡單元的曲率中心與照明光軸的方向一致，夾持中心列排列于兩側(cè)的透鏡單元的曲率中心以所述中心列的透鏡單元的曲率中心為軸對(duì)稱。
此外，第二陣列透鏡也構(gòu)成為向夾持偏振光變換元件5的中心軸的左右2列入射透過中心3列的光。因此，與第一陣列透鏡相同，第二陣列透鏡的中心列的透鏡單元的曲率中心與照明光軸的方向一致，夾持中心列排列于兩側(cè)的透鏡單元的曲率中心以所述中心列的透鏡單元之曲率中心為軸對(duì)稱。
下面，用圖4來說明通過第二陣列透鏡3的從左起第四列(中心列)的光L32通過偏振光變換元件5的光路。如圖4所示，通過第二陣列透鏡3的從左起第四列(中心列)的光L32的一部分通過偏振光變換元件5的開口部553，被偏振光變換單元503偏振光變換，一部分通過開口部554，被偏振光變換單元504偏振光變換。通過任意開口部的光均被偏振光變換元件5對(duì)齊偏振波，變?yōu)橛行Ю玫墓狻?br> 下面，用圖5來說明求出第二陣列透鏡4的各透鏡單元形狀的方法。由于確定第一陣列透鏡3的透鏡單元的曲率，以使燈1的電弧像成像于第二陣列透鏡4上，所以如圖5所示，可在第二陣列透鏡4的位置上的光的分布為以陣列透鏡的分割數(shù)大小來投影燈1的電弧像的分布。圖5中，41是第二陣列透鏡的透鏡單元。在本實(shí)施例中，構(gòu)成比其它透鏡單元窄地配置第二陣列透鏡的縱向中心和橫向中心上配置的透鏡單元的形狀。
這里，對(duì)于構(gòu)成第一陣列透鏡與第二陣列透鏡的中心列的各透鏡單元的曲率中心軸來說，根據(jù)圖1(a)可知，位于由照明光學(xué)系統(tǒng)的照明光學(xué)軸100和中心列的延遲方向(作為平行于液晶顯示元件短邊的方向之X軸方向)形成的光軸面S100上，所以，通過第二陣列透鏡4的中心列的光L32為橫幅非常窄的分布。本實(shí)施方式著眼于該分布性質(zhì)，第二陣列透鏡4的中心列的透鏡單元形狀也為橫幅窄的形狀。這樣，通過變窄中心列的透鏡單元形狀，可使通過與第二陣列透鏡4的中心列相鄰的列的透鏡單元的光L31、L33通過偏振光變換元件5的開口部553、554。即，若與形成于第二陣列透鏡4上的、燈1的電弧像形狀一致，確定第二陣列透鏡4的各透鏡單元形狀41，則來自光源的光可有效通過偏振光變換元件5。與聚光透鏡6的曲率一致地確定第二陣列透鏡4的各透鏡單元的曲率與曲率中心軸位置，使第一陣列透鏡3的各透鏡單元的像重疊成像于液晶顯示元件18上。
其中，由于光L31(光L33)與光L32入射到偏振光變換元件5的開口部553(554)，所以優(yōu)選構(gòu)成第二陣列透鏡4的中心列的透鏡單元的寬度Wm為開口部55的寬度Wp的2/3以下。即，若通過第二陣列透鏡的中心3列的光為均等的橫幅，則這些光通過偏振光變換元件的中心2列所需的、中心3列的第二陣列透鏡之單元尺寸為偏振光變換元件的開口部寬度Wp的2/3。實(shí)際上，由于通過第二陣列透鏡的中心列的光之橫幅比通過相鄰列的光窄，所以只要將中心列的單元橫幅Wm設(shè)為Wp的2/3以下即可。
另外，在上述實(shí)例中，說明了分別比偏振光變換元件的縱、橫向列數(shù)多地分割陣列透鏡的縱向與橫向的分割數(shù)，使第二陣列透鏡的縱與橫的中心列的透鏡單元形狀變窄的實(shí)例，但是并不局限于此。例如，也可分別比偏振光變換元件的對(duì)應(yīng)列數(shù)多地分割陣列透鏡的縱向與橫向之一的分割數(shù)，僅使多地分割方向的中心列的透鏡單元形狀變窄。
通過上述構(gòu)成，由于可抑制偏振光變換元件的列數(shù)不變，增加陣列透鏡的單元分割數(shù)，所以可減小第一陣列透鏡與第二陣列透鏡之間的距離，提高照度均勻性、光利用效率，小型化圖像顯示裝置。
可提供一種投射型圖像顯示裝置，在抑制偏振光變換元件的成本的同時(shí)，提高照度均勻性與光利用效率，實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。
權(quán)利要求
1.一種投射型圖像顯示裝置，具有光源、使用所述光源射出的光來形成光學(xué)像的圖像顯示元件、和放大投影光學(xué)像的投射透鏡，其特征在于，包括偏振光變換元件，將入射到所述圖像顯示元件的光作為規(guī)定的偏振光射出，其具有沿著第一方向并相對(duì)于中心軸對(duì)稱地排列偶數(shù)行的多個(gè)單元；第一陣列透鏡，沿著與所述偏振光變換元件大致平行的方向配置，其具有沿著所述第一方向并以比所述多個(gè)單元的行數(shù)多的方式配置奇數(shù)行的多個(gè)第一透鏡單元；和第二陣列透鏡，具有分別對(duì)應(yīng)于所述第一陣列透鏡的各個(gè)第一透鏡單元而沿著所述第一方向配置奇數(shù)行的多個(gè)第二透鏡單元，其中，所述第一方向的中心行的第二陣列透鏡的寬度比其它行的寬度窄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述第一陣列透鏡的配置于所述第一方向的中心行兩側(cè)的第一透鏡單元具有以配置于所述中心行的第一透鏡單元的曲率中心軸為軸而對(duì)稱的曲率中心軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述第二陣列透鏡的配置于所述第一方向的中心行兩側(cè)的第一透鏡單元具有以配置于所述中心行的第一透鏡單元的曲率中心軸為軸而對(duì)稱的曲率中心軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于通過所述第一方向的中心行和所述中心行的兩側(cè)行的第二透鏡單元的光，通過所述多個(gè)單元中的配置于隔著所述中心軸的兩個(gè)列上的兩個(gè)單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述多個(gè)單元沿所述第一方向相對(duì)于中心軸對(duì)稱地配置有多列，所述多個(gè)第一透鏡單元沿所述第一方向，以比所述多個(gè)單元的列數(shù)多的方式配置奇數(shù)列，所述多個(gè)第二透鏡單元分別對(duì)應(yīng)于所述第一陣列透鏡的各個(gè)第一透鏡單元，沿所述第一方向配置奇數(shù)列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于設(shè)所述第一方向的中心行的所述第二透鏡單元的寬度為Wm，設(shè)所述偏振光變換元件的開口部寬度為Wp，此時(shí)，滿足Wm≤2/3Wp的關(guān)系。
7.一種可用于投射型圖像顯示裝置中的光學(xué)積分器，其特征在于，包括第一陣列透鏡，具有沿第一方向配置奇數(shù)行的多個(gè)第一透鏡單元；和第二陣列透鏡，包含多個(gè)第二透鏡單元，該多個(gè)第二透鏡單元分別對(duì)應(yīng)于所述第一陣列透鏡的各個(gè)第一透鏡單元，沿所述第一方向配置奇數(shù)行，具有所述第一方向的中心行的第二透鏡單元比其它行的寬度窄的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)積分器，其特征在于配置于所述第一方向中心行兩側(cè)的第一透鏡單元具有以配置于所述中心行的第一透鏡單元的曲率中心軸為軸而對(duì)稱的曲率中心軸，配置于所述第一方向中心行兩側(cè)的第一透鏡單元具有以配置于所述中心行的第一透鏡單元的曲率中心軸為軸而對(duì)稱的曲率中心軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)積分器，其特征在于所述多個(gè)第一透鏡單元沿著所述第一方向配置奇數(shù)列，所述多個(gè)第二透鏡單元沿著所述第一方向配置奇數(shù)列，所述第一方向的中心列的第二透鏡單元的形狀比其它列的寬度窄。
10.一種投射型圖像顯示裝置，具有光源、使用所述光源射出的光來形成光學(xué)像的圖像顯示元件、和放大投影光學(xué)像的投射透鏡，其特征在于，包括偏振光變換元件，將入射到所述圖像顯示元件的光作為規(guī)定的偏振光射出，具有沿著第一方向排列n列的多個(gè)單元；第一陣列透鏡，沿著與所述偏振光變換元件大致平行的方向配置，具有沿所述第一方向至少配置n+1列的多個(gè)第一透鏡單元；和第二陣列透鏡，沿著所述第一方向至少配置n+1列，包含分別對(duì)應(yīng)于所述第一陣列透鏡的各個(gè)第一透鏡單元的多個(gè)第二透鏡單元，從所述第二透鏡單元中的部分相鄰的多個(gè)列的第二透鏡單元射出的光入射到所述多個(gè)單元之一上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述偏振光變換元件具有沿所述第一方向線對(duì)稱地排列偶數(shù)行的所述多個(gè)單元，所述第二陣列透鏡具有沿所述第一方向配置奇數(shù)行的第二透鏡單元，所述部分相鄰的多個(gè)列的第二透鏡單元是配置在沿所述第一方向排列的中心3列上的第二透鏡單元，通過配置于所述中心3列上的第二透鏡單元的光入射到配置于所述偏振光變換元件的中心2列的多個(gè)單元上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述多個(gè)單元沿著所述第一方向相對(duì)于中心軸對(duì)稱地配置多列，所述多個(gè)第一透鏡單元沿著所述第一方向、以比所述多個(gè)單元的列數(shù)多的方式配置奇數(shù)列，所述多個(gè)第二透鏡單元分別對(duì)應(yīng)于所述第一陣列透鏡的各個(gè)第一透鏡單元，沿著所述第一方向配置奇數(shù)列。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于設(shè)所述第一方向的中心行的所述第二透鏡單元的寬度為Wm，設(shè)所述偏振光變換元件的開口部寬度為Wp，此時(shí)，滿足Wm≤2/3Wp的關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投射型圖像顯示裝置，可在抑制偏振光變換元件的成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)照度均勻性與光利用效率的提高、和裝置的小型化。一種用于投射型圖像顯示裝置中的光學(xué)積分器，構(gòu)成為使陣列透鏡的相向方向的分割數(shù)比投射型圖像顯示裝置的偏振光變換元件中的偏振光變換單元之規(guī)定方向的排列數(shù)大。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1892291SQ200610100250
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者木村展之, 加藤健太郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所