專利名稱：光學(xué)照明單元、液晶投影儀及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)照明單元、一種液晶投影儀及其制造方法。
背景技術(shù)：
在使用透射型液晶板作為光調(diào)制單元的液晶投影儀中，有這樣一種液晶投影儀，它在液晶板的表面上與每個(gè)象素對應(yīng)的位置處設(shè)置一個(gè)微透鏡(以下也寫作“ML”)，以便增大入射到象素有效面積上的光量。
圖1是采用帶ML的液晶板的液晶投影儀中與采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀中照明光學(xué)單元主要部分的傳統(tǒng)配置實(shí)例簡圖。
在采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀光學(xué)照明單元中，如圖1A所示，從光源燈中發(fā)出的光被拋物面狀反射器12反射而準(zhǔn)直成一束光，并且之后被第一和第二蠅眼透鏡13、14(將光源燈周圍部位的光與中心部位的光疊加的積分器)勻化，被主會聚透鏡15和通道會聚透鏡16會聚并照射到不帶ML的液晶板17上。
從蠅眼透鏡13到會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)以這樣的方式設(shè)計(jì)和制造，即該系統(tǒng)具有這樣的數(shù)值孔徑，入射到液晶板17的象素有效面積上的光量變?yōu)榻谱畲螅⑶以撓到y(tǒng)具有的入射光瞳直徑近似等于來自反射器12的平行光束的光斑直徑。
另一方面，在采用帶有ML的液晶板的液晶投影儀中，如圖1B所示，來自與圖1A一樣的光源燈11的光被與圖1A一樣的反射器12反射，準(zhǔn)直成一束平行光，之后，該光束被第一和第二蠅眼透鏡18和19均化，被主會聚透鏡20和通道會聚透鏡21會聚并照射到帶有ML22(ML設(shè)置在與圖1A所示的液晶板17有相同結(jié)構(gòu)的液晶板的表面上)的液晶板上。
從蠅眼透鏡18到通道會聚透鏡21的光學(xué)系統(tǒng)以這樣的方式設(shè)計(jì)和制造，即該系統(tǒng)具有的數(shù)值孔徑小于圖1A所示的從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。
下面說明原因。在具有圖1A所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀中，當(dāng)用帶有ML的液晶板22代替液晶板17時(shí)，被ML折射的光可以進(jìn)入帶ML的液晶板22的象素有效面積以外的其它部分。因此，入射到有效面積上的光量可能會減少。為了防止在ML折射的光進(jìn)入有效面積以外的部分，應(yīng)該減小光入射到帶ML的液晶板22的最大錐形角。因此，從蠅眼透鏡到通道會聚透鏡的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造成具有小的數(shù)值孔徑，由此減小最大錐形角。
如上所述，在采用帶ML的液晶板的傳統(tǒng)液晶投影系統(tǒng)中，作為光學(xué)照明單元中的光學(xué)系統(tǒng)(圖1B中從蠅眼透鏡18到通道會聚透鏡21的光學(xué)系統(tǒng))，將光源燈的光以均勻和/或會聚的方式照射，迄今已經(jīng)設(shè)計(jì)制造出的光學(xué)系統(tǒng)，其數(shù)值孔徑小于采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀的數(shù)值孔徑。
但是，現(xiàn)有技術(shù)中存在下列缺點(diǎn)(a)～(c)(a)在采用帶ML的液晶板的液晶投影儀中，當(dāng)用于把光源燈的光以均勻和/或會聚的方式照射到液晶板的光學(xué)照明單元中的光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑被減小時(shí)，該光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)變大。具體地說，假設(shè)采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀光學(xué)照明單元中光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)落在大約2.2～2.5的范圍內(nèi)，則采用帶ML的液晶板的液晶投影儀光學(xué)照明單元中光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)變得不小于3。
因此，在采用帶ML的液晶板的液晶投影儀中，如圖1B所示，因?yàn)楣鈱W(xué)照明單元的光程增大，所以光學(xué)照明單元的外部尺寸增大，導(dǎo)致液晶投影儀的總體尺寸變大。
(b)當(dāng)制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，作為光學(xué)照明單元中的光學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)該設(shè)計(jì)制造對于兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)分別具有不同數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)。因此，即使包括兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)組件具有相同的功能(如圖1A中的蠅眼透鏡13和圖1B中的蠅眼透鏡18)，但它們的規(guī)格變得彼此不同。
因此，因?yàn)椴荒軐Σ煌墓鈱W(xué)系統(tǒng)制作通用的光學(xué)組件，所以很難降低組件的成本。
(c)當(dāng)制作采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，應(yīng)該分別執(zhí)行光學(xué)系統(tǒng)的布局操作。因此很難使制造操作更高效。
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的在于消除采用帶ML的液晶板的液晶投影儀中傳統(tǒng)光學(xué)照明單元的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本申請?zhí)岢觯诎糜诎压庠礋舭l(fā)出的光以均勻和/或會聚的方式照射到預(yù)定物體上的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照明單元中，光學(xué)照明單元包含一個(gè)反射器和一個(gè)光學(xué)組件，其中反射器反射光源燈發(fā)出的光以提供會聚光，光學(xué)組件準(zhǔn)直此會聚光以提供近似平行的光束，其中，使近似平行的光束進(jìn)入此光學(xué)系統(tǒng)。
在此光學(xué)照明單元(根據(jù)本發(fā)明的第一光學(xué)照明單元)中，從光源燈發(fā)出的光被反射器反射并會聚成會聚光、然后再被光學(xué)組件準(zhǔn)直成一束近似的平行光之后，此束近似的平行光進(jìn)入用于以均勻和/或會聚的方式將光源燈發(fā)出的光照射到物體的光學(xué)系統(tǒng)。因此，在此光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)入一束光，該光束的束斑直徑小于光源燈發(fā)出的光直接會聚成近似的平行光束時(shí)獲得的光束直徑。
結(jié)果，物體被這樣的光束照射，即該入射光束的最大圓錐角小于光源燈發(fā)出的光直接會聚成近似的平行光束時(shí)獲得的圓錐角。因此，甚至當(dāng)該光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳直徑大于進(jìn)入該光學(xué)系統(tǒng)的近似平行光束的束斑直徑時(shí)(即，甚至當(dāng)該光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑由此較大的入射光瞳直徑?jīng)Q定)，該光學(xué)系統(tǒng)外觀數(shù)值孔徑(apparent numerical aperture)相對于物體也變小。
如上所述，在本光學(xué)照明單元中，用于把光源燈發(fā)出的光以均勻和/或會聚的方式照射到物體上的光學(xué)系統(tǒng)的外觀數(shù)值孔徑相對于被光照射的物體變小。
因此，甚至當(dāng)入射光的最大圓錐角應(yīng)該相對于此物體較小時(shí)，也可以設(shè)計(jì)制造如同本光學(xué)系統(tǒng)的具有較大數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)。
因此，通過減小本光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)而減小光學(xué)照明單元的光程成為可能。
另外，當(dāng)制造用于需要較小入射光最大圓錐角的物體的光學(xué)照明單元和用于需要較大入射光最大圓錐角的物體的光學(xué)照明單元時(shí)，作為光學(xué)系統(tǒng)，可以只設(shè)計(jì)制造一個(gè)具有較大數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，并且該光學(xué)系統(tǒng)對兩個(gè)光學(xué)照明單元中的兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)是可以通用的。
因此，如果將上述光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到例如采用帶ML的液晶板的液晶投影儀，則可以消除前述的缺點(diǎn)(a)和(b)。
在此光學(xué)照明單元中，當(dāng)此光學(xué)系統(tǒng)包括用于將光源燈發(fā)出的光束均勻地照射到物體上的第一和第二蠅眼透鏡時(shí)，第一蠅眼透鏡可以象凹透鏡一樣彎曲，用作把從反射器會聚的光轉(zhuǎn)變成近似的平行光的光學(xué)組件。
因此，可以減少光學(xué)照明單元中光學(xué)組件的數(shù)量，并且還可以進(jìn)一步縮短光學(xué)照明單元的光程。
另外，在此光學(xué)照明單元中，用于把出自反射器的光會聚成近似平行光束的光學(xué)組件可以由象連接到反射器的凹透鏡一樣彎曲的玻璃構(gòu)造，從而覆蓋光源燈的前部。
因此，還可以進(jìn)一步減小照明光學(xué)單元的光程。
接下來，本申請?zhí)岢?，在包括具有第一和第二蠅眼透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照明單元中，光學(xué)系統(tǒng)用于把光源燈的光均勻地照射到預(yù)定物體上，光學(xué)照明單元包括一個(gè)用于反射光源燈發(fā)出的光以提供會聚光的反射器和一個(gè)用于發(fā)散此會聚光的光學(xué)組件，其中，使出自光學(xué)組件的光進(jìn)入該光學(xué)系統(tǒng)，并且第一蠅眼透鏡的透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離透鏡元敞口的中心。
在此光學(xué)照明單元中(根據(jù)本發(fā)明的第二光學(xué)照明單元)，從光源燈發(fā)出的光被反射器反射后，會聚成會聚光并被光學(xué)組件發(fā)散，所得的光進(jìn)入具有第一和第二蠅眼透鏡的光學(xué)系統(tǒng)，把出自光源燈的光均勻地照射到預(yù)定的物體上。第一蠅眼透鏡的透鏡元頂點(diǎn)位置偏離透鏡元的敞口中心。
在根據(jù)本發(fā)明的前述第一光學(xué)照明單元中，出自反射器的會聚光準(zhǔn)直成近似的平行光束并進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將出自光源燈的光以均勻和/或會聚的方式照射到預(yù)定的物體上。
為了準(zhǔn)直會聚光以提供如上所述的近似平行光束，本會聚光可以通過一個(gè)光學(xué)組件如凹透鏡(發(fā)散透鏡)發(fā)散。
但是，可以觀察到，出自反射器的會聚光由于光學(xué)組件的像差而不能準(zhǔn)直成高度平行的光束，即使提供可以發(fā)散入射光的光學(xué)組件、如凹透鏡也是如此。
當(dāng)用于把光源燈發(fā)出的光均勻地照射到預(yù)定物體上的光學(xué)系統(tǒng)包括第一和第二蠅眼透鏡(積分器)時(shí)，如果平行度不夠高的平行光束進(jìn)入第一蠅眼透鏡的透鏡元敞口部分，則從第一蠅眼透鏡的透鏡元入射到第二蠅眼透鏡對應(yīng)透鏡元的敞口部分的光量會減少，使得照射到物體上的光量減少。
另外，作為將光源燈的光均勻地照射到預(yù)定物體上的光學(xué)系統(tǒng)，存在這樣一種光學(xué)系統(tǒng)，它除了包括第一和第二蠅眼透鏡以外還包括用于把第二蠅眼透鏡發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性偏振光的偏振轉(zhuǎn)換元件。
在包括此光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照明單元中，當(dāng)設(shè)置用于發(fā)散出自反射器的會聚光的光學(xué)組件時(shí)，有一種可能性，即由于光學(xué)組件的像差，出自第一蠅眼透鏡的透鏡元并入射到偏振轉(zhuǎn)換元件敞口部分的光量減少，使得照射到物體上的光量也可能減少。
作為避免由于像差而減少照射到物體上的光量并提高光源燈發(fā)出的光的利用率的方法，有一種已知的方法，它提供一個(gè)新的光學(xué)組件如非球面透鏡來改變光的方向，由此增大入射到第二蠅眼透鏡的透鏡元敞口部分以及偏振轉(zhuǎn)換元件的敞口部分的光量。
但是根據(jù)此方法，因?yàn)楣鈱W(xué)照明單元的光學(xué)組件的數(shù)量增加，并且光學(xué)照明單元的光程增大，所以致使光學(xué)照明單元的外部尺寸增大。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的第二光學(xué)照明單元中，會聚光被光學(xué)組件如凹透鏡發(fā)散，并進(jìn)入用于把光源燈發(fā)出的光照射到預(yù)定物體上的光學(xué)系統(tǒng)，包含在此光學(xué)系統(tǒng)中的第一和第二蠅眼透鏡的第一蠅眼透鏡的透鏡元頂點(diǎn)位置偏離透鏡元的敞口中心，因此入射到第一蠅眼透鏡的光的方向和出自第一蠅眼透鏡的光的方向被改變(換言之，第一蠅眼透鏡還具有非球面透鏡的功能等)。
例如，當(dāng)此光學(xué)系統(tǒng)不包括偏振轉(zhuǎn)換元件時(shí)，透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離，使得出自第一蠅眼透鏡的光的平行度可以被提高，由此可以提高從第一蠅眼透鏡的透鏡元發(fā)出的入射到第二蠅眼透鏡對應(yīng)的透鏡元敞口位置的光量。
或者，當(dāng)此光學(xué)系統(tǒng)包括偏振轉(zhuǎn)換元件時(shí)，透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離，使得發(fā)自該透鏡元的光的方向可以指向此偏振轉(zhuǎn)換元件的敞口部分。
因此，可以減小光程并且可以按照與前述本發(fā)明第一光學(xué)照明單元完全相同的方式制作通用的光學(xué)系統(tǒng)；在不增加光學(xué)組件的數(shù)量和不導(dǎo)致光學(xué)照明單元的外部尺寸增大的情況下，避免由于發(fā)散會聚光的光學(xué)組件的像差而使照射到物體上的光量減少，由此提高了光源燈的光利用率。
接下來，本申請?zhí)岢?，在包括一個(gè)光源燈、一個(gè)配置有與各個(gè)象素對應(yīng)的微透鏡的透射型液晶板和一個(gè)包含光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照明單元的液晶投影儀中，其中光學(xué)系統(tǒng)用于以均勻和/或會聚的方式將光源燈發(fā)出的光照射到透射型液晶板上，液晶投影儀中的光學(xué)照明單元包括一個(gè)反射器和一個(gè)光學(xué)組件，反射器用于反射光源燈的光以提供會聚光，光學(xué)組件用于準(zhǔn)直會聚光以提供近似平行的光束，其中，使近似的平行光束進(jìn)入光學(xué)照明單元中的光學(xué)系統(tǒng)。
在此液晶投影儀(根據(jù)本發(fā)明的第一液晶投影儀)中，對于帶ML的液晶板來說，出于與在本發(fā)明前述光學(xué)照明單元提出的完全相同的原因，在光學(xué)照明單元中，可以減小光學(xué)系統(tǒng)的外觀數(shù)值孔徑，其中該光學(xué)系統(tǒng)用于把光源燈的光以均勻和/或會聚的方式照射到帶ML的液晶板上。
因此，甚至在設(shè)計(jì)制造具有較大數(shù)值孔徑的此種光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，能夠避免在液晶板的ML處折射的光進(jìn)入象素有效面積以外的其它部分，由此增大了入射到有效面積上的光量。
因此，此光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)做得較小，并且光學(xué)照明單元的光程縮短，因此可以消除前述的缺陷(a)。
另外，在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，作為光學(xué)系統(tǒng)，只設(shè)計(jì)制造數(shù)值孔徑能夠使入射到不帶ML的液晶板的象素有效面積上的光量變?yōu)樽畲蟮墓鈱W(xué)系統(tǒng)，并對兩種液晶投影儀共用，由此可以消除前述的缺陷(b)。
接下來，本申請?zhí)岢觯诎ㄒ粋€(gè)光源燈、一個(gè)配置有與各個(gè)象素對應(yīng)的微透鏡的透射型液晶板和包括一個(gè)光學(xué)單元的光學(xué)照明單元中，其中光學(xué)單元具有用于將光源燈均勻地照射到預(yù)定物體上的第一和第二蠅眼透鏡，液晶投影儀包括一個(gè)用于反射光源燈的光以提供會聚光的反射器和一個(gè)用于發(fā)散會聚光的光學(xué)組件，其中，使出自光學(xué)組件的光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，并且第一蠅眼透鏡的透鏡元頂點(diǎn)位置偏離透鏡元的敞口中心。
根據(jù)此液晶投影儀(根據(jù)本發(fā)明的第二液晶投影儀)，出于與本發(fā)明前述第二光學(xué)照明單元完全相同的原因，可以縮短光程，并且可以按照與本發(fā)明前述第一光學(xué)照明單元完全相同的方式成為通用的光學(xué)系統(tǒng)；在不增加光學(xué)組件數(shù)量以及不導(dǎo)致光學(xué)照明單元的外部尺寸增大的情況下(因此，不導(dǎo)致整個(gè)液晶投影儀的尺寸變大)，能夠避免由于發(fā)散會聚光的光學(xué)組件的像差所致的照射到物體上的光量減少，因此可以提高光源燈的利用率。
接下來，本申請?zhí)岢隽艘环N制造液晶投影儀的方法，包括步驟在用于以均勻和/或會聚的方式把光源燈的光照射到預(yù)定物體上的光學(xué)照明單元中設(shè)置一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括這樣一種數(shù)值孔徑，通過該數(shù)值孔徑入射到不帶微透鏡的透射型液晶板象素有效面積上的光量近似地變?yōu)樽畲?；設(shè)置一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供會聚光，并提供一個(gè)光學(xué)組件，用于準(zhǔn)直出自反射器的會聚光以提供近似的平行光束，使得在使用設(shè)置有與各個(gè)象素對應(yīng)的微透鏡的透射型液晶板時(shí)，該近似的平行光束進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)；和設(shè)置一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供近似的平行光束，使得在使用不帶微透鏡的透射型液晶板時(shí)，近似平行的光束進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)。
根據(jù)此制造方法，在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀以及在制造采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，作為光學(xué)照明單元中的光學(xué)系統(tǒng)，其中該光學(xué)照明單元用于以均勻和/或會聚的方式將光源燈的光照射到預(yù)定的物體上，設(shè)置了一個(gè)具有這種數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，即通過該數(shù)值孔徑入射到不帶ML的液晶板的象素有效面積上的光量近似地變?yōu)樽畲蟆?br> 然后，在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，設(shè)置用于反射光源燈的光以提供會聚光的反射器和用于準(zhǔn)直出自反射器的會聚光以提供進(jìn)入該光學(xué)系統(tǒng)的近似平行光束的光學(xué)組件，二者是包括前述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)照明單元的元件，并且由此完成光學(xué)照明單元組件。
另一方面，當(dāng)制造采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，設(shè)置用于反射光源燈的光以提供進(jìn)入該光學(xué)系統(tǒng)的近似平行光束的反射器，并且由此完成光學(xué)照明單元組件。
如上所述，根據(jù)此種液晶投影儀的制造方法，當(dāng)制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和制造采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，在光學(xué)照明單元的操作中，可以對兩種投影儀制作通用的光學(xué)系統(tǒng)的操作配置，以均勻和/或會聚的方式把光源燈的光照射到液晶板上。由此可以消除前述缺點(diǎn)(c)。


圖1是采用帶ML的液晶板的液晶投影儀中傳統(tǒng)的光學(xué)照明單元與采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀中光學(xué)照明單元的配置比較實(shí)例；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一光學(xué)照明單元的主要部分配置的實(shí)例簡圖；圖3是應(yīng)用圖2所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀的配置實(shí)例簡圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一光學(xué)照明單元的主要部分配置的另一實(shí)例簡圖；圖5是應(yīng)用圖4所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀的配置實(shí)例簡圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第一光學(xué)照明單元的主要部分配置的另一實(shí)例簡圖；
圖7是應(yīng)用圖6所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀的配置實(shí)例簡圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二光學(xué)照明單元的主要部分配置實(shí)例簡圖；圖9是圖8所示光學(xué)照明單元中從凸透鏡到蠅眼透鏡的放大部分簡圖；圖10是圖9中所示透鏡元51a的頂點(diǎn)位置偏離的方向簡圖；圖11是應(yīng)用圖8所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀的配置實(shí)例簡圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第二光學(xué)照明單元的主要部分配置實(shí)例簡圖；圖13是圖12所示的光學(xué)照明單元中從凸透鏡到偏振轉(zhuǎn)換元件的放大部分簡圖；圖14是應(yīng)用圖12所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀的配置實(shí)例簡圖；圖15A～15C是根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀的制造方法簡圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖對應(yīng)用本發(fā)明的帶ML的液晶投影儀的實(shí)施例做具體的描述。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一光學(xué)照明單元的主要部分配置實(shí)例簡圖，其中與圖1中相同的元件和部分采用相同的標(biāo)號。
在此光學(xué)照明單元中，光源燈11可拆卸地連接到具有橢圓狀反射面的橢圓反射器1。橢圓反射器1反射從光源燈11發(fā)出的光以提供會聚光。
在帶ML的液晶板22一側(cè)設(shè)置凹透鏡22，與橢圓反射器1相對。凹透鏡2使橢圓反射器1會聚的光發(fā)散，從而提供近似平行的光束。
從凸透鏡2開始向著帶ML的液晶板一側(cè)，依次設(shè)置與圖1A中相同的蠅眼透鏡13和14、相同的主會聚透鏡15和相同的通道會聚透鏡16，由此使得凸透鏡2發(fā)出的近似平行光束進(jìn)入蠅眼透鏡13。
從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)具有這樣的數(shù)值孔徑，即經(jīng)過該數(shù)值孔徑入射到具有與帶ML的液晶板22相同結(jié)構(gòu)的ML被移除的液晶板(與圖1A所示的液晶板相同)上象素有效面積上的光量變?yōu)樽畲?，并且以這樣的方式設(shè)計(jì)制造該系統(tǒng)，即，使入射光瞳的直徑近似等于從圖1A所示的反射器12發(fā)出的平行光束的光斑直徑。
因此，此光學(xué)照明系統(tǒng)的光程短于圖1B中所示的采用帶ML的液晶板的液晶投影儀中傳統(tǒng)的光學(xué)照明單元的光程(此光程比圖1A所示的光學(xué)照明單元的光程長一個(gè)對應(yīng)于凹透鏡2的部分的長度)。
蠅眼透鏡13的入射光瞳直徑與凹透鏡2發(fā)出的近似平行光束的光斑直徑之差近似等于蠅眼透鏡13各個(gè)透鏡(透鏡元)直徑的偶數(shù)倍(圖中為兩倍)。因此，光根本入射不到蠅眼透鏡13最外邊的透鏡元中，并入射到其余透鏡元的整個(gè)表面上。因此，光部分地入射到蠅眼透鏡13的透鏡元上以防止作為積分器的蠅眼透鏡13和14的作用受到損害。
下面說明光通過本光學(xué)照明系統(tǒng)照射到帶ML的液晶板22上的方式。
從光源燈發(fā)出的光被橢圓反射器1反射，會聚成會聚光，并被凹透鏡2準(zhǔn)直成近似平行的光束，由此進(jìn)入蠅眼透鏡2。因此，蠅眼透鏡13中進(jìn)入一束近似的平行光束，其束斑直徑小于如圖1A所示光源燈11的光直接會聚成近似平行光束時(shí)獲得的束斑直徑。
具有較小束斑直徑的近似平行光束通過蠅眼透鏡13、14變得均勻，并被主會聚透鏡15和通道會聚透鏡16會聚，而照射到帶ML的液晶板22上。
結(jié)果，帶有ML的液晶板22被最大圓錐角小于照射到圖1A所示液晶板上的光的圓錐角的光照射。即，對于帶ML的液晶板22，從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的外觀數(shù)值孔徑減小了。
因此，避免了在ML的折射光進(jìn)入帶ML的液晶板22的象素有效面積以外的部分，由此可以增大入射到有效面積的光量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在滿足增大入射到帶ML的液晶板22的象素有效面積上的光量這一要求的同時(shí)，還可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程來減小光學(xué)照明單元的外部尺寸。
另外，在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板(圖1A中所示的液晶板)的液晶投影儀時(shí)，因?yàn)楣鈱W(xué)照明單元中從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)可以制成對于兩種投影儀制造通用，所以可以降低組件的成本。
圖3表示應(yīng)用圖2所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀(根據(jù)本發(fā)明的第一液晶投影儀)的配置實(shí)例簡圖，其中與圖2中所示相同的元件及部件采用相同的標(biāo)號。
從光源燈11發(fā)出的光分別被橢圓反射器1、凹透鏡2會聚成會聚光和準(zhǔn)直成近似的平行光束，并經(jīng)過蠅眼透鏡13、14和主會聚透鏡15進(jìn)入到二向色鏡31中。
然后，被二向色鏡31反射的藍(lán)光經(jīng)反射鏡32和通道會聚透鏡33照射到帶ML的藍(lán)色顯示液晶板41(B)。
透過二向色鏡31的光中的綠光被二向色鏡34反射并經(jīng)通道會聚透鏡35進(jìn)入帶ML的綠色顯示液晶板41(G)。
透過二向色鏡34的紅光經(jīng)中繼透鏡36、反射鏡37、中繼透鏡38、反射鏡39和通道會聚透鏡40進(jìn)入到帶ML的紅色顯示液晶板41(R)。
分別透過帶ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)的紅光、綠光、藍(lán)光由二向色棱鏡42合成后，進(jìn)入投影透鏡43。
在此液晶投影儀中，以這樣的方式設(shè)計(jì)制造從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡33、35、40的光學(xué)系統(tǒng)，即該系統(tǒng)具有的數(shù)值孔徑使得從其經(jīng)過并入射到具有與帶ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)結(jié)構(gòu)相同但去除了ML的液晶板象素有效面積上的光量變?yōu)榻谱畲?，并且該系統(tǒng)的入射光瞳直徑與從圖1A中所示反射器12反射的平行光束束斑直徑近似相等。
在此液晶投影儀中，出于與對圖2所示的光學(xué)照明單元提出的完全相同的原因，在增大入射到帶ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面積上的光量的這一要求得到滿足的同時(shí)，可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程減小液晶投影儀的外部尺寸。另外，在制造此種液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以將從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡33、35、40的光學(xué)系統(tǒng)制作成對兩種投影儀通用的，由此可以降低組件的成本。
接下來，圖4表示根據(jù)本發(fā)明的第一光學(xué)照明單元的主要部分的另一配置實(shí)例簡圖，其中與圖2相同的元件及部件采用相同的標(biāo)號。
在此光學(xué)照明單元中，沒有設(shè)置圖2中所示的凹透鏡，圖2所述的蠅眼透鏡13用一個(gè)象凹透鏡一樣彎曲的蠅眼凹透鏡3代替，因此從橢圓反射器1發(fā)出的會聚光入射到此蠅眼凹透鏡3上。
蠅眼凹透鏡3發(fā)散橢圓反射器1會聚的光，以使得會聚光變?yōu)榻频钠叫泄馐?，并且該蠅眼凹透鏡用作包括類似于圖2中所示蠅眼透鏡13的積分器的元件。
蠅眼透鏡3的入射光瞳直徑和入射到蠅眼凹透鏡3上的會聚光的束斑直徑之差近似等于蠅眼凹透鏡3的透鏡元直徑的偶數(shù)倍(圖2中為兩倍)。
此光學(xué)照明單元的其余配置與圖2中所示的光學(xué)照明單元的相同。因此，在此光學(xué)照明單元中，光程甚至比圖2中所示光學(xué)照明單元的還短(此光程近似等于圖1A中所示光學(xué)照明單元的光程)。
在此光學(xué)照明單元中，橢圓反射器1反射光源燈11發(fā)出的光以提供會聚光，并且此會聚光進(jìn)入蠅眼凹透鏡3。然后，蠅眼凹透鏡3準(zhǔn)直會聚光以提供近似平行的光束，該近似平行的光束通過蠅眼凹透鏡3和蠅眼透鏡14變得均勻。
結(jié)果，帶有ML的液晶板22被這樣的光照射，即入射光的最大圓錐角小于圖1A所示入射到液晶板17上的光的圓錐角。即，對于帶有ML的液晶板22，從蠅眼凹透鏡3到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的外觀數(shù)值孔徑較小。
因此，在增大入射到帶ML的液晶板22象素有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以將該光學(xué)照明單元的光程變得比圖2中所示光學(xué)照明單元的光程短，并且因此可以減小光學(xué)照明單元的外部尺寸。
因?yàn)橄壯弁哥R3還用作光學(xué)組件，準(zhǔn)直出自橢圓反射器1的會聚光，提供近似平行的光束，所以可以減少光學(xué)照明單元的光學(xué)組件數(shù)量。
在制造采用帶ML的液晶板22的液晶投影儀和制造采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以為投影儀制作通用的從蠅眼透鏡14到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)，并且因此可以降低成本。
圖5是應(yīng)用圖4所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀(根據(jù)本發(fā)明的第一液晶投影儀)的配置實(shí)例簡圖，其中與圖3和4中相同的元件及部件用相同的標(biāo)號表示。
還是在此液晶投影儀中，出于與對圖4所示的光學(xué)照明單元提出的完全相同的原因，在增大入射到帶ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程減小光學(xué)照明單元的外部尺寸。另外，在制造此種液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以為投影儀制作通用的從蠅眼透鏡14到通道會聚透鏡33、35、40的光學(xué)系統(tǒng)，由此可以降低組件的成本。
接下來，圖6是根據(jù)本發(fā)明第一光學(xué)照明單元的主要部分配置的另一實(shí)例簡圖，其中與圖2中相同的元件和部件用相同的標(biāo)號表示。
在此光學(xué)照明單元中，不設(shè)置圖2中所示的凹透鏡2，將象凹透鏡一樣彎曲的凹蓋片玻璃4固定地連結(jié)到橢圓反射器1。此凹蓋片玻璃4發(fā)散從橢圓反射器1反射的會聚光，以便將會聚光準(zhǔn)直成近似的平行光束。從凹蓋片玻璃4發(fā)出的近似平行光束進(jìn)入蠅眼透鏡13。
蠅眼透鏡13的入射光瞳直徑與凹蓋片玻璃4發(fā)出的近似平行光束的束斑直徑之差近似等于蠅眼透鏡13的透鏡元直徑的偶數(shù)倍(圖中為兩倍)。
此光學(xué)照明單元的其余配置與圖2中所示光學(xué)照明單元的相同。因此，此光學(xué)照明單元的光程甚至比圖2中所示光學(xué)照明單元的光程還短(此光程近似等于圖1A中所示光學(xué)照明單元的光程)。
在此光學(xué)照明單元中，從光源燈11發(fā)出的光在橢圓反射器1上反射，變?yōu)闀酃?，此會聚光被凹蓋片玻璃4準(zhǔn)直成近似的平行光束并進(jìn)入蠅眼透鏡13。
結(jié)果，帶有ML的液晶板22被這樣的光照射，即入射光的最大圓錐角小于入射到圖1A所示液晶板17上的光的圓錐角。即，對于帶有ML的液晶板22，從蠅眼凹透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的外觀數(shù)值孔徑較小。
因此，在增大入射到帶ML的液晶板22象素有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以將該光學(xué)照明單元的光程變得比圖2中所示光學(xué)照明單元的光程短，并且因此可以減小光學(xué)照明單元的外部尺寸。
在制造采用帶ML的液晶板22的液晶投影儀和制造采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以為兩種投影儀制作通用的從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)，并且因此可以降低成本。
圖7是應(yīng)用圖6所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀(根據(jù)本發(fā)明的第一液晶投影儀)的配置實(shí)例簡圖，其中與圖3和6中相同的元件及部件用相同的標(biāo)號表示。
還是在此液晶投影儀中，出于與對圖6所示的光學(xué)照明單元提出的完全相同的原因，在增大入射到帶ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程減小照明光學(xué)單元的外部尺寸。另外，在制造此種液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以為兩種投影儀制作通用的從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡33、35、40的光學(xué)系統(tǒng)，由此可以降低組件的成本。
接下來，圖8是根據(jù)本發(fā)明第二光學(xué)照明單元的主要部分配置的另一實(shí)例簡圖，其中與圖2中相同的元件及部件用相同的標(biāo)號表示。
在此光學(xué)照明單元中，設(shè)置蠅眼透鏡51。該蠅眼透鏡51與圖2中所示蠅眼透鏡13類似，用作包括積分器的元件。
蠅眼透鏡51的入射光瞳直徑與入射到蠅眼透鏡51上的會聚光束束斑直徑之差近似等于蠅眼透鏡51的透鏡元直徑的偶數(shù)倍(圖中為兩倍)。
雖然圖8中未示出，在蠅眼透鏡51中，透鏡元的定點(diǎn)位置偏離透鏡元敞口的中心。
圖9是光學(xué)照明單元中從凸透鏡2到蠅眼透鏡14的部分放大簡圖。雖然設(shè)置了凹透鏡2以將橢圓反射器1反射的會聚光準(zhǔn)直成近似的平行光束，但如果只設(shè)置了凹透鏡2，如圖9所示，橢圓反射器1反射的會聚光可能不能被準(zhǔn)直成一束平行度足夠高的光束(在圖9中以夸張的形式表示此像差)。在此情況下，平行度不夠高的光束進(jìn)入蠅眼透鏡41。
在蠅眼透鏡51中，響應(yīng)于此凹透鏡2的像差，透鏡元51的頂點(diǎn)位置偏離透鏡元51a的窗口中心，使得從蠅眼透鏡61發(fā)出的光的平行度得以提高。
圖9表示蠅眼透鏡51的側(cè)視圖，如圖10所示，位于光學(xué)照明單元光軸(垂直于紙張的軸)上下方向的透鏡元51a的頂點(diǎn)T位置，相對于上下方向偏心，位于光軸左右方向的透鏡元51a的頂點(diǎn)T位置關(guān)于左右方向偏心，并且位于此光軸對角線方向的透鏡元51a的頂點(diǎn)T位置關(guān)于上下方向和左右方向偏心。
基本上，接近于蠅眼透鏡51外緣設(shè)置的透鏡元頂點(diǎn)位置的偏移量大于接近蠅眼透鏡51中心部分設(shè)置的透鏡元頂點(diǎn)位置的偏移量。
此光學(xué)照明單元的其余布置與圖2中所示光學(xué)照明單元的類似。
在包括積分器的光學(xué)照明單元中，當(dāng)平行度不夠高的光束進(jìn)入積分器第一蠅眼透鏡(圖2中的蠅眼透鏡13)的透鏡元敞開部分時(shí)，從第一蠅眼透鏡的透鏡元入射到第二蠅眼透鏡(圖2和圖8中的蠅眼透鏡14)中相應(yīng)透鏡元的敞開部分的光量減少，使得照射到帶ML的液晶板22上的光量也減少。
作為防止照射到帶ML的液晶板22上的光量由于像差而減少以及提高光源燈11的光利用率的方法，已知一種方法，通過新的光學(xué)組件如非球面透鏡改變光的方向，由此增大入射到第二蠅眼透鏡的透鏡元敞口部分的光量。
但是，使用此方法時(shí)，光學(xué)照明單元的組件數(shù)增加，光學(xué)照明單元的光程延長，使得光學(xué)照明單元的外部尺寸不可避免地增大。
因此，在此光學(xué)照明單元中，響應(yīng)于凹透鏡2的像差，用作第一蠅眼透鏡的蠅眼透鏡51的透鏡元51a的頂點(diǎn)位置偏離透鏡元51的敞口中心，由此可以提高從蠅眼透鏡51發(fā)出的光的平行度(換言之，第一蠅眼透鏡可以用作非球面透鏡等)。
根據(jù)此光學(xué)照明單元，與圖2所示的光學(xué)照明單元的方式完全相同，在滿足增大入射到帶ML的液晶板22的象素有效面積上的光量這一要求的同時(shí)，還可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程來減小光學(xué)照明單元的外部尺寸。
在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以對兩種投影儀制作相同的光學(xué)照明單元中從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)，并且因此可以降低組件的成本。
另外，在不增加光學(xué)組件數(shù)量并且不增大光學(xué)照明單元外部尺寸的情況下，能夠防止由于凹透鏡2的像差致使入射到蠅眼透鏡14上的光減少(入射到帶ML的液晶板22上的光量減少)，從而提高光源燈11的光利用率。
圖11是應(yīng)用圖8所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀(根據(jù)本發(fā)明的第二液晶投影儀)的配置實(shí)例簡圖，其中與圖2和3中相同的元件及部件用相同的標(biāo)號表示。
還是在此液晶投影儀中，出于與對圖8所示的光學(xué)照明單元提出的完全相同的原因，在增大入射到帶ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程減小照明光學(xué)單元的外部尺寸，并且減少光學(xué)照明單元中光學(xué)組件的數(shù)量。另外，在制造此種液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以為兩種投影儀制作通用的從蠅眼透鏡14到通道會聚透鏡33、35、40的光學(xué)系統(tǒng)，由此可以降低組件的成本。另外，還可以在不增加光學(xué)組件數(shù)量并且不增大光學(xué)照明單元外部尺寸(因此不增大液晶投影儀的整體尺寸)的情況下，防止由于凹透鏡2的像差致使入射到蠅眼透鏡14上的光減少(入射到帶ML的液晶板22上的光量減少)，由此可以提高光源燈11的光利用率。
接下來，圖12是根據(jù)本發(fā)明第二光學(xué)照明單元的主要部分配置實(shí)例簡圖，其中與圖8中相同的元件及部件采用相同的標(biāo)號。
在此光學(xué)照明單元中，圖2中所示的蠅眼透鏡13用蠅眼透鏡52代替，從橢圓反射器1反射的會聚光進(jìn)入蠅眼透鏡52。
蠅眼透鏡52類似于圖2中所示蠅眼透鏡13用作包括積分器的元件。
蠅眼透鏡52的入射光瞳直徑與入射到蠅眼透鏡52上的會聚光束束斑直徑之差近似等于蠅眼透鏡52的透鏡元直徑的偶數(shù)倍(圖中為兩倍)。
雖然圖12中未示出，但是在蠅眼透鏡52中，透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離透鏡元敞開部分的中心。
另外，在此光學(xué)照明單元中，偏振轉(zhuǎn)換元件61設(shè)置在蠅眼透鏡14和主會聚透鏡15之間。
圖13是光學(xué)照明單元中從凸透鏡2到偏振轉(zhuǎn)換元件61的部分放大簡圖。偏振轉(zhuǎn)換元件61通過層壓多個(gè)棱鏡61a而形成，其中用于透射來自蠅眼透鏡14的偏振光P和反射來自蠅眼透鏡14的偏振光S的偏振分離膜61b以及用于把在偏振分離膜61b反射的偏振光S反射成從偏振轉(zhuǎn)換元件61出射的反射平面61c交替地形成在層疊面上。
在偏振轉(zhuǎn)換元件61的出射面一側(cè)，連結(jié)一個(gè)半波片61d，該半波片轉(zhuǎn)換透過偏振分離膜61b的偏振光P以提供偏振光S。另外，在偏振轉(zhuǎn)換元件61的入射面一側(cè)，連結(jié)一個(gè)可以防止來自蠅眼透鏡14的光直接進(jìn)入反射面61c的遮蔽膜61e。
偏振轉(zhuǎn)換元件61的敞開部分(入射側(cè)表面上沒有連結(jié)遮蔽膜61e的部分)的間距與蠅眼透鏡62和14的透鏡元敞開部分的間距不對應(yīng)，而是大于這些間距。
雖然圖8中所示光學(xué)照明單元的蠅眼透鏡51中各個(gè)透鏡元51a的頂點(diǎn)位置偏離，以便提高蠅眼透鏡51發(fā)出的光的平行度，但是，在蠅眼透鏡52中，各個(gè)透鏡元52a的頂點(diǎn)位置也做成偏心，使得從透鏡元52a發(fā)出的光指向偏振轉(zhuǎn)換元件61的敞開部分。因此，接近蠅眼透鏡52的外緣設(shè)置的透鏡元52a頂點(diǎn)位置的偏離量并不總是大于接近蠅眼透鏡52的中心部分設(shè)置的透鏡元52a頂點(diǎn)位置的偏離量。
光學(xué)照明單元的其余配置與圖2所示光學(xué)照明單元的相同。
在包括積分器和偏振轉(zhuǎn)換元件的光學(xué)照明單元中，在平行度不夠高的光束進(jìn)入積分器第一蠅眼透鏡(圖2中的蠅眼透鏡13)的透鏡元敞開部分時(shí)，有可能減少從積分器進(jìn)入到偏振轉(zhuǎn)換元件敞開部分的光量，使得照射到帶ML的液晶板22上的光量也將減少。
當(dāng)采用一種通過提供一個(gè)新的光學(xué)組件如非球面透鏡來改變光的方向、避免由于像差而減少照射到物體上的光量并提高光源燈發(fā)出的光的利用率的方法時(shí)，光學(xué)照明單元中的光學(xué)組件數(shù)量不可避免地減少，并且光學(xué)照明單元中的光程延長，使得光學(xué)照明單元的外部尺寸增大。
因此，在此光學(xué)照明單元中，用作第一蠅眼透鏡的蠅眼透鏡52中透鏡元52a的頂點(diǎn)位置偏離，使得來自透鏡元52a的光的方向指向偏振轉(zhuǎn)換元件61的敞開部分。
在此光學(xué)照明單元中，出于與圖2所示的光學(xué)照明單元完全相同的方式，在增大入射到帶ML的液晶板22象素有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程減小照明光學(xué)單元的外部尺寸。
另外，在制造帶ML的液晶板22的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以對兩種投影儀制作通用的光學(xué)照明單元中從蠅眼透鏡14到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)，由此可以降低組件的成本。
另外，還可以在不增加光學(xué)組件數(shù)量并且不增大光學(xué)照明單元外部尺寸(因此不增大液晶投影儀的整體尺寸)的情況下防止由于凹透鏡2的像差致使入射到蠅眼透鏡14上的光減少(入射到帶ML的液晶板22上的光量減少)，從而提高光源燈11的光利用率。
圖14是應(yīng)用圖12所示光學(xué)照明單元的液晶投影儀(根據(jù)本發(fā)明的第二液晶投影儀)的配置實(shí)例簡圖，其中與圖2和3中相同的元件及部件用相同的標(biāo)號表示。
還是在此液晶投影儀中，出于與對圖12所示的光學(xué)照明單元提出的完全相同的原因，在增大入射到帶ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程減小照明光學(xué)單元的外部尺寸，并且可以減少光學(xué)照明單元中光學(xué)組件的數(shù)量。另外，在制造此種液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，可以對兩種投影儀制作通用的從蠅眼透鏡14到通道會聚透鏡33、35、40的光學(xué)系統(tǒng)，由此可以降低組件的成本。另外，還可以在不增加光學(xué)組件數(shù)量并且不增大光學(xué)照明單元外部尺寸(因此不增大液晶投影儀的整體尺寸)的情況下防止由于凹透鏡2的像差致使入射到偏振轉(zhuǎn)換元件61上的光減少(入射到帶ML的液晶板22上的光量減少)，從而提高光源燈11的光利用率。
最后，以圖2所示的光學(xué)照明單元為例，描述制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀以及采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀的方法。
圖15表示此制造方法。在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)以及在制造采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，首先如圖15A所示，設(shè)置如圖2所示的從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)(以這樣的方式設(shè)計(jì)制造該光學(xué)系統(tǒng)，即該系統(tǒng)具有的數(shù)值孔徑使得經(jīng)其入射到圖1A所示液晶板17的象素有效面積上的光量變?yōu)樽畲螅⑶胰肷涔馔睆浇频扔趶膱D1A所示的反射器反射的平行光束的束斑直徑)。
然后，在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，如圖15B所示，光源燈11連結(jié)到橢圓反射器1(圖2)，并且在蠅眼透鏡13之前的階段設(shè)置橢圓反射器1和凸透鏡2(圖2)。由此完成圖2所示的光學(xué)照明單元的組裝。
另一方面，在制造采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，如圖15C所示，光源燈11連結(jié)到反射器12(圖1A)，并且在蠅眼透鏡13a之前的階段設(shè)置反射器12。由此完成圖1A所示的光學(xué)照明單元的組裝。
根據(jù)此制造方法，在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀以及采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，在光學(xué)照明單元的組裝操作中，可以為兩種投影儀制作通用的從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的配置操作，由此可以使制造操作更高效。
在上述實(shí)施例中，光學(xué)照明單元中從蠅眼透鏡(積分器)到通道會聚透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳直徑做得大于入射到蠅眼透鏡上的光束束斑直徑(例如，在圖2中，從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳直徑近似等于從圖1A的反射器12反射的光束的束斑直徑)。但是，本發(fā)明并不限于此。該光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑可以近似等于束斑直徑(在圖2中，從蠅眼透鏡13到通道會聚透鏡13的光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳直徑可以做得近似等于從橢圓反射器1反射的光束束斑直徑)。
因此，還可以使采用帶ML的液晶板的液晶投影儀的光學(xué)照明單元進(jìn)一步緊湊。(但是，在制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，光學(xué)照明單元中從蠅眼透鏡到通道會聚透鏡的光學(xué)系統(tǒng)不能制作成通用的)。
雖然在圖2、8、12所示的實(shí)施例中采用了凹透鏡以便把反射器反射的會聚光準(zhǔn)直成近似的平行光束，但本發(fā)明不局限于此，并且可以采用除凹透鏡以外的可以發(fā)散入射光的其它光學(xué)組件(如全息元件)。
雖然在圖8和12所示的光學(xué)照明單元的第一蠅眼透鏡透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離，但本發(fā)明不限于此，圖4和圖6所示的光學(xué)照明單元中第一蠅眼透鏡的透鏡元頂點(diǎn)位置可以類似地偏移。
雖然圖12的實(shí)施例假設(shè)凹透鏡2有像差，甚至當(dāng)凹透鏡沒有像差以及光學(xué)照明單元不包括光學(xué)組件、如發(fā)散入射光的凹透鏡2時(shí)，第一蠅眼透鏡的透鏡元頂點(diǎn)位置可以以這種方式偏移，即來自透鏡元的光的方向可以指向偏振轉(zhuǎn)換元件的敞開部分。
雖然在圖15中以圖2所示的光學(xué)照明單元為例解釋了制造方法，但是關(guān)于圖8和12所示的光學(xué)照明單元，當(dāng)制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀以及采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，與圖15類似，在光學(xué)照明單元的組裝操作中，可以為兩種投影儀制作通用的從蠅眼透鏡14到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的布局操作。
或者，當(dāng)圖1A所示的光學(xué)照明單元中光源燈11發(fā)出的光由于反射器12的像差而變?yōu)槠叫卸炔粔蚋叩钠叫泄馐鴷r(shí)，對于圖8和12所示的光學(xué)照明單元，當(dāng)制造采用帶ML的液晶板的液晶投影儀和采用不帶ML的液晶板的液晶投影儀時(shí)，在光學(xué)照明單元的組裝操作中，可以為兩種投影儀制造通用的從蠅眼透鏡51和52到通道會聚透鏡16的光學(xué)系統(tǒng)的布局操作。
在上述實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用到配置有光學(xué)照明單元的液晶投影儀，其中光學(xué)照明單元包括從蠅眼透鏡到通道會聚透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。但是，本發(fā)明不限于此，可以應(yīng)用到包括從積分器到通道會聚透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照明單元，其中積分器包括蠅眼透鏡以外其它的光學(xué)組件(如衍射型積分器)。另外，根據(jù)本發(fā)明的第一光學(xué)照明單元和液晶投影儀可以應(yīng)用到包括不帶ML的光學(xué)照明單元的液晶投影儀。
雖然在上述實(shí)施例中本發(fā)明應(yīng)用到液晶投影儀，但根據(jù)本發(fā)明的第一和第二光學(xué)照明單元可以應(yīng)用到采用液晶板以外的光調(diào)制器的投影儀，并且還可以應(yīng)用到投影儀以外的其它裝置，這些裝置可以包括光學(xué)照明單元。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，可以在不脫離本發(fā)明要旨的前提下做各種改型。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第一光學(xué)照明單元中，對于用光照射的物體，因?yàn)榭梢詼p小用于將光源燈的光以均勻和/和會聚的方式照射到物體上的光學(xué)系統(tǒng)的外觀數(shù)值孔徑，所以可以使該光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)較小，從而當(dāng)需要入射光對于物體的最大圓錐角較小時(shí)，能夠縮短光學(xué)照明單元的光程。
在制造需要對物體的入射光的最大圓錐角較小的光學(xué)照明單元以及需要對物體的入射光的最大圓錐角較大的光學(xué)照明單元時(shí)，只需要設(shè)計(jì)制造較大數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，并且可以使該系統(tǒng)通用于兩種光學(xué)照明單元。
接下來，根據(jù)本發(fā)明的第二光學(xué)照明單元，可以縮短光程，并且類似于根據(jù)本發(fā)明的第一光學(xué)照明單元，制作通用的光學(xué)系統(tǒng)。還可以在不增加光學(xué)組件數(shù)量并且不增大光學(xué)照明單元外部尺寸的情況下，防止照射到物體上的光量由于發(fā)散會聚光的光學(xué)組件的像差而減少，由此可以提高光源燈的光利用率。
接下來，根據(jù)本發(fā)明的第一液晶投影儀，在利用帶微透鏡的透射型液晶板的液晶投影儀中，增大入射到液晶板象素的有效面積上的光量這一要求得到滿足的同時(shí)，可以通過縮短光學(xué)照明單元的光程來減小光學(xué)照明單元的外部尺寸(因此，可以減小整個(gè)液晶投影儀)。
另外，當(dāng)制造采用帶微透鏡的透射型液晶板的液晶投影儀以及采用不帶微透鏡的透射型液晶板的液晶投影儀時(shí)，由于將光學(xué)照明彈元的光源燈發(fā)出的光均勻和/或會聚地照射的光學(xué)系統(tǒng)，能夠制成對于兩種投影儀通用的光學(xué)系統(tǒng)，所以，降低了組件的成本。
接下來，根據(jù)本發(fā)明的第二液晶投影儀，出于與根據(jù)本發(fā)明的第一液晶投影儀完全相同的原因，能夠縮短光學(xué)照明單元的光程并使該光學(xué)系統(tǒng)變成通用的。還可以在不增加光學(xué)組件數(shù)量并且不增大光學(xué)照明單元外部尺寸(因此不增大液晶投影儀的整體尺寸)的情況下，防止由于光學(xué)組件的像差致使入射到物體上的光減少，從而提高光源燈的光利用率。
另外，根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀的制造方法當(dāng)制造采用帶微透鏡的透射型液晶板的液晶投影儀以及采用不帶微透鏡的透射型液晶板的液晶投影儀時(shí)，在光學(xué)照明單元的組裝操作中，能夠?qū)⒂糜诎压庠礋舻墓庖跃鶆蚝?和會聚的方式照射到液晶板上的光學(xué)系統(tǒng)的布局操作通用于兩種投影儀，使得制造工作更加有效。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)照明單元，包括一個(gè)用于把光源燈的光以均勻和/或會聚的方式照射到預(yù)定物體上的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)照明單元包括一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供會聚光；和一個(gè)光學(xué)組件，用于準(zhǔn)直會聚光以提供近似平行的光束，其中，近似平行的光束進(jìn)入所述的光學(xué)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明單元，其特征在于光學(xué)系統(tǒng)包括第一和第二蠅眼透鏡，用于將光源燈的光均勻地照射到物體上，并且第一蠅眼透鏡象凹透鏡一樣彎曲，使得第一蠅眼透鏡還用作光學(xué)組件。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明單元，其特征在于光學(xué)組件是一個(gè)象凹透鏡一樣的玻璃，連結(jié)到所述的反射器以覆蓋光源燈的前部。
4.一種光學(xué)照明單元，包括一個(gè)具有第一和第二蠅眼透鏡的光學(xué)系統(tǒng)，用于把光源燈的光均勻地照射到預(yù)定物體上，光學(xué)照明單元包括一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供會聚光；和一個(gè)光學(xué)組件，用于發(fā)散會聚光，其中，從光學(xué)組件出來的光進(jìn)入所述的光學(xué)系統(tǒng)，并且所述第一蠅眼透鏡的透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離所述透鏡元的敞開部分中心。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)照明單元，其特征在于所述透鏡元的頂點(diǎn)位置是偏離的，以便提高從第一蠅眼透鏡發(fā)出的光的平行度。
6.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)照明單元，還包括一個(gè)偏振轉(zhuǎn)換元件，用于轉(zhuǎn)換第一蠅眼透鏡發(fā)出的光以提供線性偏振光，其中，透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離，使得從透鏡元發(fā)出的光的方向指向偏振轉(zhuǎn)換元件的敞開部分。
7.一種液晶投影儀，包括一個(gè)光源燈；一個(gè)配置有與各個(gè)象素對應(yīng)的微透鏡的透射型液晶板；和一個(gè)包括光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照明單元，該光學(xué)系統(tǒng)用于把光源燈的光以均勻和/或會聚的方式照射到透射型液晶板上，液晶投影儀的特征在于光學(xué)照明單元包括一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供會聚光；和一個(gè)光學(xué)組件，用于準(zhǔn)直會聚光以提供近似平行的光束，其中近似平行的光束進(jìn)入光學(xué)照明單元中的光學(xué)系統(tǒng)。
8.一種液晶投影儀中，包括一個(gè)光源燈；一個(gè)配置有與各個(gè)象素對應(yīng)的微透鏡的透射型液晶板；和一個(gè)包括光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照明單元，該光學(xué)系統(tǒng)具有第一和第二蠅眼透鏡，用于將光源燈的光均勻地照射到預(yù)定物體上，液晶投影儀包括一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供會聚光；和一個(gè)光學(xué)組件，用于發(fā)散會聚光，其中，從光學(xué)組件出來的光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，并且所述第一蠅眼透鏡的透鏡元的頂點(diǎn)位置偏離透鏡元敞開部分的中心。
9.一種制造液晶投影儀的方法，包括步驟在用于以均勻和/或會聚的方式把光源燈的光照射到預(yù)定物體上的光學(xué)照明單元中設(shè)置一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括這樣一種數(shù)值孔徑，即從該數(shù)值孔徑通過入射到不帶微透鏡的透射型液晶板象素有效面積上的光量近似地變?yōu)樽畲?；設(shè)置一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供會聚光，并提供一個(gè)光學(xué)組件，用于準(zhǔn)直出自反射器的會聚光以提供近似的平行光束，使得在使用設(shè)置有與各個(gè)象素對應(yīng)的微透鏡的透射型液晶板時(shí)，該近似的平行光束進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)；和設(shè)置一個(gè)反射器，用于反射光源燈的光以提供近似的平行光束，使得在使用不帶微透鏡的透射型液晶板時(shí)，近似的平行光束進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
一種光學(xué)照明單元，具有將光源燈11的光以均勻和/或會聚的方式照射到預(yù)定物體22上的光學(xué)系統(tǒng)13～16，包括一個(gè)用于反射光源燈11的光以提供會聚光的反射器1和一個(gè)用于準(zhǔn)直此會聚光以提供近似的平行光束的光學(xué)組件2，使得近似的平行光束進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)13～16。因此，在使用帶微透鏡的透射型液晶板的液晶投影儀中，在滿足增大入射到液晶板的象素有效面積上的光量這一要求的同時(shí)，可以使光學(xué)照明單元的大小更緊湊。
文檔編號G02F1/1335GK1464995SQ02802416
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者勝間田匡男, 岡村哲郎 申請人:索尼公司