會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和投影式圖像顯示裝置制造方法
【專利摘要】會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)(1)具有：面發(fā)光光源(11)，其從發(fā)光面(12)放射光；作為準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直透鏡(13)，其將從發(fā)光面(12)放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光；作為會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的聚光透鏡(4)，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及作為光強(qiáng)度分布均勻化元件的積分棒(8)，其具有入射由聚光透鏡(4)會(huì)聚后的光的入射面(81)，對(duì)入射光的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化并從出射面(82)射出。在會(huì)聚于積分棒(8)的入射面(81)上的光中，會(huì)聚于入射面(81)的中央部的光的會(huì)聚角小于會(huì)聚于入射面(81)的角部的光的會(huì)聚角。
【專利說明】會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和投影式圖像顯示裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和使用該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的投影式圖像顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，投影式圖像顯示裝置的光源主要使用燈光源。但是，由于燈光源具有紅色的 發(fā)光光量較少，壽命較短這樣的缺點(diǎn)，因此，近年來，代替燈光源，使用具有更長(zhǎng)壽命的發(fā)光 二極管（LED)等面發(fā)光光源。由于單色的LED放射的光的波段較窄，因此，通過組合使用紅 色（R)、綠色（G)、藍(lán)色（B)的LED，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的顏色再現(xiàn)區(qū)域。
[0003] 在專利文獻(xiàn)1中提出了如下的照明光學(xué)系統(tǒng)：為了提高光的利用效率，使用具有 矩形發(fā)光面的R、G、B的LED,通過準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)分別使從各發(fā)光面的任意一點(diǎn)放射的光成 為平行光后，利用分色鏡對(duì)其進(jìn)行合成，通過會(huì)聚透鏡使合成光會(huì)聚在積分棒的入射面上。 在該照明光學(xué)系統(tǒng)中，在積分棒的入射面上以規(guī)定倍率形成LED的光源像（發(fā)光面的像）。
[0004] 并且，近年來，例如在極端橫長(zhǎng)的顯示器這樣的異形顯示器的用途中，有時(shí)發(fā)光面 的長(zhǎng)寬比和顯示器的屏幕形狀的長(zhǎng)寬比不同。這種情況下，光源對(duì)具有與發(fā)光面的長(zhǎng)寬比 不同的長(zhǎng)寬比的圖像顯示元件的區(qū)域進(jìn)行照明，產(chǎn)生光量損失。
[0005] 因此，在專利文獻(xiàn)2中提出了如下結(jié)構(gòu)：在投影式圖像顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng) 中，通過在光路中設(shè)置具有環(huán)（toroidal)面的復(fù)曲面透鏡（toric lens),對(duì)光源的發(fā)光面 的長(zhǎng)寬比進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2009-300772號(hào)公報(bào)（第0043?0050段）
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2004-61848號(hào)公報(bào)（第0046?0052段）
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 發(fā)明要解決的課題
[0011] 這里，為了不在投影式圖像顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生光量損失，需要滿足 以下2個(gè)條件。第1條件是使光的入射角度成為容許入射角度（裝置中能夠有效利用光的 規(guī)定角度）。第2條件是使光會(huì)聚在規(guī)定照明區(qū)域內(nèi)。
[0012] 在專利文獻(xiàn)1公開的技術(shù)中，在LED的擴(kuò)展量（Etendue)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于積分棒的擴(kuò)展 量的情況下，從LED放射的光高效地會(huì)聚在積分棒上。但是，在為了提高圖像顯示元件（被 照明體）的明亮度而使LED的擴(kuò)展量為積分棒的擴(kuò)展量以上的情況下，當(dāng)使LED的光源像 成像成與積分棒的入射面相同的尺寸時(shí)，光以大于容許入射角的角度入射到積分棒的入射 面，產(chǎn)生光量損失。
[0013] 并且，在LED的擴(kuò)展量小于積分棒的擴(kuò)展量的情況下，由于會(huì)聚透鏡的像差，LED 的光源像在其周邊部模糊，因此，實(shí)質(zhì)上較大地成像。其結(jié)果是，如果LED的光源像大于積 分棒的入射面，則產(chǎn)生光量損失。
[0014] 并且，在專利文獻(xiàn)2公開的照明光學(xué)系統(tǒng)中，能夠?qū)庠吹陌l(fā)光面的長(zhǎng)寬比進(jìn)行 轉(zhuǎn)換，會(huì)聚在具有不同長(zhǎng)寬比的期望照明區(qū)域內(nèi)，但是，通過對(duì)長(zhǎng)寬比進(jìn)行轉(zhuǎn)換，照明面中 的會(huì)聚角度根據(jù)擴(kuò)展量的保存法則而變化。擴(kuò)展量的保存法則是可利用的光源的面積與立 體角之積恒定這樣的自然法則。
[0015] 作為例子，考慮設(shè)光源（LED)的發(fā)光面的長(zhǎng)寬比為4:3,將該長(zhǎng)寬比轉(zhuǎn)換成16:9 并投影到屏幕上的情況。在專利文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)中，使用具有環(huán)面的復(fù)曲面透鏡，改變與光軸 垂直的方向的成像倍率和與光軸平行的方向的成像倍率。由此，能夠?qū)? :3的長(zhǎng)寬比轉(zhuǎn)換 成16:9的長(zhǎng)寬比。此時(shí)，屏幕的短邊方向成為對(duì)長(zhǎng)寬比進(jìn)行壓縮的方向。并且，與屏幕的 長(zhǎng)邊方向的光線相比，屏幕的短邊方向的光線的會(huì)聚角度較大。因此，屏幕的短邊方向的光 線的入射角度大于裝置中能夠有效利用的規(guī)定角度（容許入射角度），存在光量損失全體 不會(huì)降低的問題。
[0016] 本發(fā)明正是為了解決上述課題而完成的，其目的在于，提供一種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和 使用該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的投影式圖像顯示裝置，能夠降低對(duì)從光源放射的光進(jìn)行會(huì)聚時(shí)的光 量損失并得到較高的光利用效率。并且，本發(fā)明的目的在于，提供一種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)及其投 影式圖像顯示裝置，即使在面發(fā)光光源的長(zhǎng)寬比與光強(qiáng)度分布均勻化元件或圖像顯示元件 的長(zhǎng)寬比不同的情況下，也能夠降低光量損失。
[0017] 用于解決課題的手段
[0018] 本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其具有發(fā) 光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致 平行光；具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及光強(qiáng)度分布均 勻化元件，其具有入射由會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻 化并從出射面射出，在會(huì)聚于光強(qiáng)度分布均勻化元件的入射面上的光中，會(huì)聚于入射面的 中央部的光的會(huì)聚角小于會(huì)聚于入射面的角部的光的會(huì)聚角。
[0019] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及光強(qiáng)度 分布均勻化元件，其具有入射由會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光的光強(qiáng)度分布進(jìn) 行均勻化并從出射面射出，在由會(huì)聚于光強(qiáng)度分布均勻化元件的入射面上的光形成的光點(diǎn) 中，形成于入射面的中央部的光點(diǎn)大于形成于入射面的角部的光點(diǎn)。
[0020] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及光強(qiáng)度 分布均勻化元件，其具有入射由會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光的光強(qiáng)度分布進(jìn) 行均勻化并從出射面射出，在從面發(fā)光光源的發(fā)光面放射的光中，與從發(fā)光面的角部放射 的光相比，從發(fā)光面的中央部放射的光會(huì)聚在更加遠(yuǎn)離會(huì)聚元件的位置。
[0021] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及光強(qiáng)度 分布均勻化元件，其具有入射由會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光的光強(qiáng)度分布進(jìn) 行均勻化并從出射面射出，與面發(fā)光光源的發(fā)光面的角部相比，面發(fā)光光源的發(fā)光面在光 強(qiáng)度分布均勻化元件的入射面上成像的成像倍率在中央部更大。
[0022] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；以及具有正屈光力的會(huì)聚元件，其將被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光會(huì)聚到圖像 顯示元件的顯示面，在會(huì)聚于圖像顯示元件的顯示面上的光中，會(huì)聚于顯示面的中央部的 光的會(huì)聚角小于會(huì)聚于角部的光的會(huì)聚角。
[0023] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；以及具有正屈光力的會(huì)聚元件，其將被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光會(huì)聚到圖像 顯示元件的顯示面，在由會(huì)聚于圖像顯示元件的顯示面上的光形成的光點(diǎn)中，形成于顯示 面的中央部的光點(diǎn)大于形成于顯不面的角部的光點(diǎn)。
[0024] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；以及具有正屈光力的會(huì)聚元件，其將被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光會(huì)聚到圖像 顯示元件的顯示面，在從面發(fā)光光源的發(fā)光面放射的光中，與從發(fā)光面的角部放射的光相 t匕，從發(fā)光面的中央部放射的光會(huì)聚在更加遠(yuǎn)離會(huì)聚元件的位置。
[0025] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；以及具有正屈光力的會(huì)聚元件，其將被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光會(huì)聚到圖像 顯示元件的顯示面，與面發(fā)光光源的發(fā)光面的角部相比，面發(fā)光光源的發(fā)光面在圖像顯示 元件的顯示面上成像的成像倍率在中央部更大。
[0026] 并且，本發(fā)明的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有：面發(fā)光光源，其 具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光；具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換 成大致平行光；具有正屈光力的會(huì)聚元件，其具有2個(gè)以上的環(huán)面，會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行 光的光；以及光強(qiáng)度分布均勻化元件，其具有入射由會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射 光的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化并從出射面射出，發(fā)光面的長(zhǎng)寬比與入射面的長(zhǎng)寬比不同，在 會(huì)聚于入射面上的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的光中，會(huì)聚于入射面的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的中央部 的光的會(huì)聚角小于會(huì)聚于長(zhǎng)寬比的壓縮方向的緣部的光的會(huì)聚角。
[0027] 發(fā)明效果
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，能夠降低光量損失并提高光利用效率。并且，即使在面發(fā)光光源的長(zhǎng) 寬比與光強(qiáng)度分布均勻化元件的長(zhǎng)寬比不同的情況下，也能夠降低光強(qiáng)度分布均勻化元件 中的光量損失并提高光利用效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的具有會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的投影式圖像顯示裝置的基 本結(jié)構(gòu)的圖。
[0030] 圖2是示出參考例1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0031] 圖3是示出參考例1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0032] 圖4是示出實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0033] 圖5是示出實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中的積分棒的入射面上的會(huì)聚狀態(tài)的圖。
[0034] 圖6是對(duì)比比較例的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)㈧和實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)⑶來示出 形成在積分棒的入射面上的光點(diǎn)的圖。
[0035] 圖7是示意地示出實(shí)施方式1的積分棒的入射面中的成像大小的圖。
[0036] 圖8是示出實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的聚光透鏡的形狀的一例及其會(huì)聚狀態(tài)的 圖。
[0037] 圖9是示出變形例的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的聚光透鏡的形狀的一例及其會(huì)聚狀態(tài)的圖。
[0038] 圖10是示出與實(shí)施方式1的數(shù)值實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)的圖。
[0039] 圖11是示出與實(shí)施方式1的數(shù)值實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的聚光透鏡的形狀的圖。
[0040] 圖12是示出與實(shí)施方式1的數(shù)值實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的積分棒的入射 面上的光點(diǎn)的圖。
[0041] 圖13是示出與實(shí)施方式1的數(shù)值實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)像高與積 分棒上的入射位置之間的關(guān)系的圖。
[0042] 圖14的（A)和（B)是不出在實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中，不對(duì)積分棒的入射面 上的會(huì)聚角設(shè)置限制的情況下的入射面上的照度分布的圖。
[0043] 圖15的（A)和（B)是示出在實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中，將積分棒的入射面上 的會(huì)聚角限制在容許入射角即30度（半角）的情況下的入射面上的照度分布的圖。
[0044] 圖16的（A)和⑶是對(duì)比示出分別與圖14和圖15對(duì)應(yīng)的照度分布的曲線圖。
[0045] 圖17是示出面發(fā)光光源的配光分布的圖。
[0046] 圖18是示出比較例的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0047] 圖19是示出比較例的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的積分棒的入射面上的光點(diǎn)的圖。
[0048] 圖20是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的投影式圖像顯示裝置的 基本結(jié)構(gòu)的圖。
[0049] 圖21是概略地示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和投影式圖像顯示裝置 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0050] 圖22的（A)和（B)是示出參考例2的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0051] 圖23是示出參考例2的積分棒的入射面中的會(huì)聚區(qū)域的示意圖。
[0052] 圖24的（A)和（B)是示出參考例3的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0053] 圖25是示出參考例3的積分棒的入射面中的會(huì)聚區(qū)域的示意圖。
[0054] 圖26的（A)和（B)是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0055] 圖27是示出實(shí)施方式3的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中的會(huì)聚狀態(tài)的示意圖。
[0056] 圖28是示出實(shí)施方式3的從會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的微小發(fā)光區(qū)域放射的光的成像狀態(tài) 的示意圖。
[0057] 圖29的㈧和⑶是示出實(shí)施方式3的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的會(huì)聚F值控制透鏡的會(huì) 聚狀態(tài)的示意圖。
[0058] 圖30的（A)和（B)是示出與數(shù)值實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0059] 圖31是示出與數(shù)值實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的積分棒的入射面上的會(huì)聚點(diǎn) 的圖。
[0060] 圖32是示出從發(fā)光面放射的光的放射位置的圖。
[0061] 圖33是示出與比較例2對(duì)應(yīng)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0062] 圖34是示出與比較例2對(duì)應(yīng)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的積分棒的入射面上的會(huì)聚點(diǎn)的圖。
[0063] 圖35是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和投影式圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu) 的圖。
[0064] 圖36的（A)和（B)是與一般的積分棒對(duì)比示出實(shí)施方式4的錐形的積分棒的形 狀的說明圖。
[0065] 圖37的（A)和（B)是用于說明實(shí)施方式4的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的積分棒的入射面上 的會(huì)聚區(qū)域的圖。
[0066] 圖38的（A)和（B)是與一般的積分棒對(duì)比示出實(shí)施方式4的積分棒的結(jié)構(gòu)的立 體圖。
[0067] 圖39的（A)和（B)是示出數(shù)值實(shí)施例2的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0068] 圖40是示出數(shù)值實(shí)施例3的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的積分棒的入射面上的會(huì)聚點(diǎn)的圖。 [0069] 圖41是示出實(shí)施方式4的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的積分棒的入射面中的光線的角度依賴 性的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0070] 實(shí)施方式1
[0071] 圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的具有會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A的投影式圖像顯示裝置 2A的基本結(jié)構(gòu)的圖。實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A具有放射紅色（R)波段的光（以下為 紅色光）的紅色用面發(fā)光光源llr、放射綠色（G)波段的光（以下為綠色光）的綠色用面發(fā) 光光源llg、放射藍(lán)色（B)波段的光（以下為藍(lán)色光）的藍(lán)色用面發(fā)光光源lib。
[0072] 在圖1中，單點(diǎn)劃線表示紅色（R)光，長(zhǎng)虛線表示綠色（G)光，短虛線表示藍(lán)色（B) 光。
[0073] 面發(fā)光光源llr具有放射紅色光的發(fā)光面12r。并且，面發(fā)光光源llg具有放射綠 色光的發(fā)光面12g，面發(fā)光光源lib具有放射藍(lán)色光的發(fā)光面12b。發(fā)光面12r、12g、12b是 彼此相同的矩形形狀且相同大小的平面。
[0074] 面發(fā)光光源1 lr、1 lg、1 lb可以由LED (發(fā)光二極管）、EL (電致發(fā)光）元件、半導(dǎo)體 激光器以及它們的組合構(gòu)成，但是，下面對(duì)使用LED的情況進(jìn)行說明。
[0075] 會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A還在面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b的射出側(cè) 分別具備具有正屈光力的準(zhǔn)直透鏡（準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)）13r、13g、13b。
[0076] 準(zhǔn)直透鏡13ι將從紅色用發(fā)光面12ι放射的紅色光轉(zhuǎn)換成大致平行光（平行光 化）。準(zhǔn)直透鏡13g將從綠色用發(fā)光面12g放射的綠色光轉(zhuǎn)換成大致平行光。準(zhǔn)直透鏡13b 將從藍(lán)色用發(fā)光面12b放射的藍(lán)色光轉(zhuǎn)換成大致平行光。
[0077] 會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A還具有光合成單元，該光合成單元對(duì)穿過紅色用準(zhǔn)直透鏡131后 的紅色光、穿過綠色用準(zhǔn)直透鏡13g后的綠色光、穿過藍(lán)色用準(zhǔn)直透鏡13b后的藍(lán)色光進(jìn)行 合成。光合成單元例如由具有彼此垂直的2塊分色鏡6、7的十字分色鏡構(gòu)成。分色鏡6、7 具有透射或反射特定波段的光的特性。在圖1中，雙點(diǎn)劃線表示合成后的光。
[0078] 在該實(shí)施方式1中，光合成單元具有透射綠色光和藍(lán)色光并反射紅色光的分色鏡 6、透射紅色光和綠色光并反射藍(lán)色光的分色鏡7。與相互分開配置2塊分色鏡的情況相比， 十字分色鏡能夠減小鏡的配置空間，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)更加緊湊的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)。另外，光合 成單元不限于圖1所示的結(jié)構(gòu)。
[0079] 會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A還具有使由光合成單元（分色鏡6、7)合成后的光會(huì)聚的具有正 屈光力的聚光透鏡（會(huì)聚元件）4、以及對(duì)由聚光透鏡4會(huì)聚后的光的強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化 的作為光強(qiáng)度分布均勻化元件的積分棒8。積分棒8具有入射由聚光透鏡4會(huì)聚后的光的 入射面81、射出對(duì)光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化后的光的出射面82。
[0080] 聚光透鏡4入射由分色鏡6、7合成后的光，使該合成后的光以期望角度會(huì)聚在積 分棒8的入射面81上。R、G、B用面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b和積分 棒8的入射面81成為共軛關(guān)系，在積分棒8的入射面81上形成有發(fā)光面12r、12g、12b的 2次光源像。
[0081] 積分棒8由具有矩形截面的四棱柱狀的透明部件（這里是玻璃）構(gòu)成，入射面81 具有與圖像顯示元件（圖1中用標(biāo)號(hào)22示出）相似的矩形形狀。入射到積分棒8的入射 面81的光在玻璃與空氣的界面處反復(fù)進(jìn)行全反射并在積分棒內(nèi)部進(jìn)行傳播，由此，各顏色 的光被均勻化，從出射面82射出。另外，光強(qiáng)度分布均勻化元件不限于積分棒8,也可以是 利用內(nèi)表面處的全反射的中空光導(dǎo)管或其它元件。
[0082] 投影式圖像顯示裝置2A具有這樣構(gòu)成的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A、入射從會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng) 1A射出的光（由積分棒8對(duì)光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化后的光）的照明光學(xué)系統(tǒng)21、對(duì)從照明 光學(xué)系統(tǒng)21入射的光進(jìn)行調(diào)制并生成圖像光的圖像顯示元件22、對(duì)由圖像顯示元件22生 成的圖像光進(jìn)行放大投影的投影光學(xué)系統(tǒng)24。在具有屏幕的背面投影式的投影式圖像顯示 裝置的情況下，還具有對(duì)圖像光進(jìn)行放大投影的屏幕25。
[0083] 照明光學(xué)系統(tǒng)（也稱作照明光學(xué)元件）21將從積分棒8射出的光照射到圖像顯示 元件22的顯示面（顯示區(qū)域）23上，例如由透鏡等構(gòu)成。
[0084] 積分棒8的出射面82和圖像顯示元件22的顯示面23成為相互共軛的關(guān)系，具有 均勻亮度的矩形的積分棒8的出射面82的像成像在圖像顯示元件22的顯示面23上。通 過使積分棒8的出射面82和圖像顯示元件22的顯示面23成為相互相似的形狀，能夠高效 地對(duì)圖像顯示元件22的顯示面23進(jìn)行照明，能夠得到較高的光利用效率。
[0085] 圖像顯示元件22例如是透射式或反射式液晶面板或者反射式DMD(Digital Micro-Mirror Device)。圖像顯示元件22的顯示面23具有二維排列多個(gè)像素而成的結(jié)構(gòu)。 圖像顯示元件22根據(jù)視頻信號(hào)，按照每個(gè)像素對(duì)由照明光學(xué)系統(tǒng)21照射的光進(jìn)行強(qiáng)度調(diào) 制，由此生成圖像光。
[0086] 投影光學(xué)系統(tǒng)24將由圖像顯示元件22調(diào)制后的光（圖像光）放大投影到屏幕25 上。在前面投影式（前投影儀）的情況下，屏幕25使用反射式屏幕，觀察者觀察基于反射 光的圖像。在背面投影式（后投影儀）的情況下，屏幕25使用透射式屏幕，觀察者觀賞基 于透射光的圖像。屏幕25的表面和圖像顯示元件22的顯示面23配置在相互共軛的位置。
[0087] 在這樣構(gòu)成的投影式圖像顯示裝置2A中，如下所述顯示圖像。即，從面發(fā)光光源 llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b放射的紅色光、綠色光和藍(lán)色光透射對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡 (準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)）13r、13g、13b而成為大致平行光，入射到分色鏡6、7進(jìn)行合成。由分色鏡 6、7合成后的光通過聚光透鏡4會(huì)聚在積分棒8的入射面81上。通過積分棒8對(duì)光強(qiáng)度 分布進(jìn)行均勻化后的光穿過照明光學(xué)系統(tǒng)21而照射到圖像顯示元件22,通過圖像顯示元 件22進(jìn)行調(diào)制后的圖像光通過投影光學(xué)系統(tǒng)24放大投影到屏幕25上，在屏幕25上顯示 圖像。
[0088] 另外，由于會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A對(duì)圖像顯示元件22 (被照明體）進(jìn)行照明，因此有時(shí) 也稱作照明裝置。
[0089] 接著，對(duì)面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b的尺寸、積分棒8的入射 面81的尺寸、圖像顯示元件22的顯示面23的尺寸之間的關(guān)系進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。在實(shí) 施方式1中，面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b和積分棒8的入射面81成為 相互共軛的關(guān)系，并且，積分棒8的出射面82和圖像顯示元件22的顯示面23成為相互共 輒的關(guān)系。
[0090] 一般情況下，在設(shè)計(jì)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和照明光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，考慮擴(kuò)展量（Etendue)這 樣的量。將擴(kuò)展量的概念應(yīng)用于實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A和投影式圖像顯示裝置2A 時(shí)，關(guān)于假設(shè)從面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b放射的光束的配光分布為 朗伯分布（完全擴(kuò)散）時(shí)的面發(fā)光光源llr、llg、llb的擴(kuò)展量（Es)、積分棒8的擴(kuò)展量 (Ei)和圖像顯示元件22的擴(kuò)展量（E1)，通過發(fā)光面或受光面的面積與從發(fā)光面放射的光 或受光面接收的光的立體角之積，用以下的式（1)?（3)表示。
[0091] Es = As X π X sin2 ( Θ s)…（1)
[0092] Ei = Ai X π X sin2 ( Θ i)…（2)
[0093] El = A1 X π X sin2 ( θ 1)…（3)
[0094] 在式⑴中，Es是面發(fā)光光源llr、llg、llb的擴(kuò)展量。As是面發(fā)光光源llr、llg、 lib的發(fā)光面12r、12g、12b的面積。Θ s是從面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、 12b放射并將要由準(zhǔn)直透鏡13r、13g、13b取入的光線中的以最大擴(kuò)展角放射的光線相對(duì)于 發(fā)光面12r、12g、12b的法線的角度（取入角）。π是圓周率。
[0095] 在式（2)中，Ei是積分棒8的擴(kuò)展量。Ai是積分棒8的入射面81的面積。Θ i是 以上述取入角從面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b放射并入射到積分棒8的 入射面81的光線相對(duì)于積分棒8的入射面81的法線的角度（會(huì)聚角）。
[0096] 在式（3)中，E1是圖像顯示元件22的擴(kuò)展量。A1是圖像顯示元件22的顯示面23 的面積。θ 1是以上述會(huì)聚角入射到積分棒8的入射面81后入射到圖像顯示元件22的顯 示面23的光線相對(duì)于顯示面23的法線的角度（照明角）。
[0097] 一般情況下，會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)和照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成上述Es、Ei、El的值相同。 例如，面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b的尺寸（橫方向X縱方向）為 3mmX4mm(對(duì)角尺寸為5mm)，當(dāng)設(shè)從發(fā)光面12r、12g、12b呈半球狀放射（Θ s = 90° )的光 束的配光分布為朗伯分布時(shí)，根據(jù)式（1)，如下所述計(jì)算面發(fā)光光源llr、llg、llb的擴(kuò)展量 (Es)，成為大約37. 7。
[0098] Es = As X π X sin2 ( Θ s)
[0099] = (3X4) X π X sin2 (90° )
[0100] = 12X π ^ 37. 7
[0101] 與其對(duì)應(yīng)地，設(shè)圖像顯示元件22的顯示面23的尺寸為12mmX 16mm(對(duì)角尺寸 20mm)，在將對(duì)圖像顯示元件22的顯示面23進(jìn)行照明的光的F值設(shè)定為2. 0( θ 1 ~ 14. 5° ) 時(shí)，根據(jù)式（3)，如下所述計(jì)算圖像顯示元件22的擴(kuò)展量（El)，成為大約37. 7,可以與面發(fā) 光光源llr、llg、llb的擴(kuò)展量（Es)相同。
[0102] E1 = Α?Χ π Xsin2( Θ 1)
[0103] = (12X16) X π X sin2 (14. 5。）
[0104] ^ 192X π X0. 0627 ^ 37. 7
[0105] 并且，設(shè)入射到積分棒8的入射面81的光的F值為1. 0 ( Θ i = 30° )，在將積分 棒8的入射面81的尺寸設(shè)定為6_X8mm(對(duì)角尺寸10mm)時(shí)，根據(jù)式（2)，如下所述計(jì)算積 分棒8的擴(kuò)展量伍1)，成為大約37.7，可以與面發(fā)光光源111"、118、1113的擴(kuò)展量伍 8)和圖 像顯示元件22的擴(kuò)展量（E1)雙方相同。
[0106] Ei = A1 X π X sin2 ( Θ i)
[0107] = (6X8) X π X sin2 (30° )
[0108] = 48X π XO. 25 ^ 37. 7
[0109] 在上述例子的情況下，由準(zhǔn)直透鏡13r、13g、13b和聚光透鏡4構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)將 面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b (尺寸：3mmX4mm)放大為2倍并成像在積 分棒8的入射面81(尺寸：6mmX8mm)上。此時(shí)，在由于由準(zhǔn)直透鏡13r、13g、13b和聚光透 鏡4構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)具有的像差而使LED的光源像在其周邊部模糊并實(shí)質(zhì)上較大地成像 的情況下、或上述光學(xué)系統(tǒng)的成像倍率較大且面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、 12b的2次光源像大于積分棒8的入射面81而成像的情況下，還對(duì)積分棒8的入射面81的 外側(cè)照射光（即，存在未入射到入射面81的光），產(chǎn)生光量損失。
[0110] 另一方面，當(dāng)設(shè)由準(zhǔn)直透鏡13r、13g、13b和聚光透鏡4構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)的倍率小 于期望值時(shí)，面發(fā)光光源1 lr、1 lg、1 lb的發(fā)光面12r、12g、12b的2次光源像更小，不存在照 射到積分棒8的入射面81的外側(cè)的光。但是，該情況下，由于入射到積分棒8的入射面81 的光的會(huì)聚角增大，因此，入射到圖像顯示元件22的顯示面23的光的照明角也增大，其結(jié) 果是，導(dǎo)致光量損失或投影光學(xué)系統(tǒng)的大型化。
[0111] 即，會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A需要使以規(guī)定取入角從面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面 12r、12g、12b放射的光以規(guī)定會(huì)聚角成像成規(guī)定尺寸，當(dāng)超過該規(guī)定會(huì)聚角和尺寸時(shí)，產(chǎn)生 光量損失等。
[0112] 但是，考慮到很難取入從面發(fā)光光源llr、llg、llb放射的全部光（Θ s = 90° )， 并且考慮到制造誤差和均勻性，在對(duì)圖像顯示元件22的顯示面23進(jìn)行照明時(shí)，以比顯示面 23稍大的方式進(jìn)行照明（照明余量）等，由此，實(shí)際上，根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的規(guī)格，適當(dāng)對(duì)取入角 和積分棒8的入射面81的尺寸等進(jìn)行優(yōu)化。
[0113] 當(dāng)設(shè)積分棒8的擴(kuò)展量和圖像顯示元件22的擴(kuò)展量相同或成為固定關(guān)系時(shí)，如上 所述，在光的利用效率方面，最優(yōu)選使面發(fā)光光源llr、llg、llb的擴(kuò)展量和積分棒8的擴(kuò)展 量一致。但是，實(shí)際上，面發(fā)光光源llr、llg、llb和圖像顯示元件22的尺寸和規(guī)格的選擇 余地受限，不一定能夠使面發(fā)光光源llr、llg、llb的擴(kuò)展量和積分棒8的擴(kuò)展量一致。
[0114] 另一方面，當(dāng)設(shè)定為面發(fā)光光源的擴(kuò)展量小于積分棒的擴(kuò)展量時(shí)，無法得到圖像 顯示元件22能夠?qū)崿F(xiàn)的最大明亮度，因此，多數(shù)情況下設(shè)定為面發(fā)光光源的擴(kuò)展量大于積 分棒的擴(kuò)展量。并且，即使設(shè)定為面發(fā)光光源的擴(kuò)展量小于積分棒的擴(kuò)展量，當(dāng)會(huì)聚系統(tǒng)的 像差較大時(shí)也會(huì)產(chǎn)生光量損失。
[0115] 這樣，在設(shè)定為面發(fā)光光源的擴(kuò)展量大于積分棒的擴(kuò)展量的情況下，無法以期望 角度以下的會(huì)聚角在積分棒中取入來自面發(fā)光光源的全部光，產(chǎn)生光量損失。使用圖2和 圖3的參考例1對(duì)這點(diǎn)進(jìn)行說明。
[0116] 作為參考例1，圖2和圖3示出無法以期望角度以下的會(huì)聚角在積分棒中取入從面 發(fā)光光源放射的全部光而產(chǎn)生光量損失的情況下的結(jié)構(gòu)。為了便于說明，使用與實(shí)施方式 1的結(jié)構(gòu)要素相同的標(biāo)號(hào)對(duì)參考例1的結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行說明。
[0117] 根據(jù)圖像顯示元件22的規(guī)格（面積和F值）來確定積分棒8的入射面81的尺寸。 在圖2所示的參考例1中，以使得與積分棒8的入射面81尺寸相同的成像倍率，使面發(fā)光 光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b在積分棒8的入射面81上成像。該情況下，從面 發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、12b的各點(diǎn)放射的光以大于容許入射角的角度α 會(huì)聚在積分棒8的入射面81上，因此產(chǎn)生光量損失。將該光量損失稱作由于角度而引起的 光量損失。
[0118] 另外，容許入射角是指成為當(dāng)光入射到積分棒8的入射面81的入射角再增大時(shí)， 從積分棒8射出的光的一部分不會(huì)入射到后級(jí)的光學(xué)元件（這里是照明光學(xué)系統(tǒng)21和投 影光學(xué)系統(tǒng)24)的狀態(tài)的極限入射角。
[0119] 另一方面，在圖3所示的參考例1中，使從面發(fā)光光源llr、llg、lib的發(fā)光面12r、 12g、12b的各點(diǎn)放射的光以容許入射角以下的角度在包含積分棒8的入射面81的平面上成 像，但是，與圖2相比，成像倍率較大。因此，面發(fā)光光源llr、llg、llb的發(fā)光面12r、12g、 12b的2次光源像大于積分棒8的入射面81的尺寸，產(chǎn)生光量損失。將該損失稱作由于面 積而引起的光量損失。
[0120] 圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A中的光路的圖。另外，由于可 忽略對(duì)從面發(fā)光光源llr、llg、llb放射的光的會(huì)聚（收斂）狀態(tài)造成的影響，因此，這里省 略分色鏡6、7。面發(fā)光光源llr、llg、lib的擴(kuò)展量大于積分棒8的擴(kuò)展量，這與參考例1 (圖 2和圖3)相同。
[0121] 另外，在以下的說明中，根據(jù)需要，將面發(fā)光光源llr、llg、llb統(tǒng)稱作"面發(fā)光光 源11"。并且，將發(fā)光面12r、12g、12b統(tǒng)稱作"發(fā)光面12"，將準(zhǔn)直透鏡13r、13g、13b統(tǒng)稱作 "準(zhǔn)直透鏡13"。
[0122] 在面發(fā)光光源11的擴(kuò)展量大于積分棒8的擴(kuò)展量的情況下，如上所述，產(chǎn)生由于 角度而引起的光量損失（圖2)、由于面積而引起的光量損失（圖3)或其雙方。在實(shí)施方式 1中，特別是減少由于角度而引起的光量損失（圖2)。
[0123] 在圖4中，從面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的角部（四角）放射的光以規(guī)定入射角 入射到積分棒8的入射面81的角部。另一方面，從面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的中央部放 射的光以比從發(fā)光面12的四角放射的光的入射角小的入射角入射到積分棒8的入射面81 的中央部。
[0124] 換言之，與入射面81的角部相比，面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的像在積分棒8的 入射面81上成像時(shí)的成像倍率在中央部較大。
[0125] 圖5是示出從面發(fā)光光源ll(llr、llg、llb)的發(fā)光面12(12r、12g、12b)放射的光 會(huì)聚在積分棒8上的狀況的放大圖。這里，為了便于說明，設(shè)積分棒8的入射面81的法線 方向?yàn)樗椒较蜻M(jìn)行說明。
[0126] 從面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的角部的一點(diǎn)向水平方向的下方向放射的光在水平 方向的上方向上以角度ul會(huì)聚在積分棒8的入射面81的角部。從面發(fā)光光源11的發(fā)光 面12的角部的一點(diǎn)向水平方向的上方向放射的光在水平方向的下方向上以角度u2會(huì)聚在 積分棒8的入射面81的角部。
[0127] 并且，從面發(fā)光光源11的中央部的一點(diǎn)向水平方向的下方向放射的光在水平方 向的上方向上以角度vl會(huì)聚在積分棒8的入射面81的中央部。從面發(fā)光光源11的中央 部的一點(diǎn)向水平方向的上方向放射的光在水平方向的下方向上以角度v2會(huì)聚在積分棒8 的入射面81的中央部。
[0128] 當(dāng)設(shè)針對(duì)積分棒8的容許入射角相對(duì)于水平方向在上下方向上分別為α?xí)r，在積 分棒8的入射面81的角部，會(huì)聚角ul、u2大于α，因此，產(chǎn)生由于角度而引起的光量損失。 另一方面，在積分棒的入射面81的中央部，會(huì)聚角vl、v2小于α，因此，不會(huì)產(chǎn)生由于角度 而引起的光量損失。
[0129] 其結(jié)果是，與圖2所示的參考例1相比，能夠降低從面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的 中央部放射的光的由于角度而引起的光量損失。該情況下，從面發(fā)光光源11的中央部放射 的光的會(huì)聚角小于容許入射角，并且越接近容許入射角，越能夠減小光量損失。
[0130] 另外，在該實(shí)施方式1中，2次光源像和積分棒8的入射面81的尺寸相等，但是不 限于此，也可以進(jìn)行稍微增大成像倍率等的變形。
[0131] 圖6示出由從面發(fā)光光源的四角和中央部放射的光形成的、積分棒8的入射面81 上的光點(diǎn)。圖6的（Α)示出圖2所示的參考例1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中的入射面81上的光點(diǎn)， 圖6的（Β)示出圖4所示的實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中的入射面81上的光點(diǎn)。
[0132] 如圖6的（Α)所示，在參考例1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中，形成在面發(fā)光光源11的發(fā)光 面12的四角和中央部的光點(diǎn)全部較?。ǖ?，由于會(huì)聚系統(tǒng)的像差，周邊部的點(diǎn)嚴(yán)格來講 未會(huì)聚在一點(diǎn)，多少變得模糊，因此，也存在未入射到積分棒8的入射面81的光）。另一方 面，在實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)中，如圖6的（Β)所不，形成在面發(fā)光光源11的發(fā)光面12 的四角的光點(diǎn)較小，但是，形成在中央部的光點(diǎn)較大。
[0133] 這是因?yàn)?，如上所述，與從面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的四角放射的光相比，增大 從發(fā)光面12的中央部放射的光的成像倍率，因此，從發(fā)光面12的四角放射的光會(huì)聚在積分 棒8的入射面81，與此相對(duì)，從發(fā)光面12的中央部放射的光會(huì)聚在比積分棒8的入射面81 靠出射面82側(cè)（遠(yuǎn)離聚光透鏡4的一側(cè)）（圖5)。
[0134] 在積分棒8的入射面81的四角，當(dāng)光點(diǎn)較大時(shí)，其一部分從入射面81露出，因此， 產(chǎn)生上述由于面積而引起的光量損失。與此相對(duì)，在積分棒8的入射面81的中央部，即使 光點(diǎn)以某種程度增大，也不會(huì)從入射面81露出。因此，不會(huì)產(chǎn)生由于面積而引起的光量損 失，能夠降低由于角度而引起的光量損失。
[0135] 圖7是示出面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的中央部和角部的微小區(qū)域的像在積分棒 8的入射面81上成像的狀態(tài)的示意圖。
[0136] 通過準(zhǔn)直透鏡13和聚光透鏡4,面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的中央部和角部中的 微小長(zhǎng)度Λ a在積分棒8的入射面81中分別成像成Λ c (中央部）和Λ ρ (角部）的長(zhǎng)度。 此時(shí)，如上所述，與積分棒8的入射面81的角部的會(huì)聚角相比，中央部的會(huì)聚角較小，因此， 與角部相比，中央部的成像倍率較大。即，Ac大于Λρ。
[0137] 圖8是示出聚光透鏡4的具體形狀的一例的圖。聚光透鏡4具有入射來自面發(fā)光 光源11的光的第1面41以及射出從第1面41入射的光的第2面42。聚光透鏡4全體具 有正屈光力，使入射到第1面41的光收斂并從第2面42射出。第1面41具有凸面形狀。 關(guān)于第2面42,在包含聚光透鏡4的光軸（中心）的截面中，中央附近42a具有凹面形狀， 周邊部42b具有凸面形狀且非球面形狀。
[0138] 從面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的角部放射的光在第1面41中受到收斂作用，在第 2面42的周邊部42b (凸面）中進(jìn)一步受到收斂作用，會(huì)聚在會(huì)聚點(diǎn)fp上。該會(huì)聚點(diǎn)fp大 致位于積分棒8的入射面81上。
[0139] 另一方面，從面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的中央部放射的光在第1面41中受到收 斂作用，但是，在第2面42的中央附近42a (凹面），幾乎不會(huì)受到發(fā)散/收斂作用而會(huì)聚在 會(huì)聚點(diǎn)fc上。該會(huì)聚點(diǎn)fc位于比積分棒8的入射面81靠出射面82側(cè)（即遠(yuǎn)離聚光透鏡 4的一側(cè)）。
[0140] 根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠使積分棒8的入射面81的中央部的會(huì)聚角度小于角部的會(huì)聚 角度。
[0141] 另外，這里，聚光透鏡4的第2面42的中央附近42a具有近似以上述會(huì)聚點(diǎn)fc (來 自面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的中央部的光的會(huì)聚點(diǎn)）為中心的球面的形狀，但是不限于 此。
[0142] 圖9示出聚光透鏡4的形狀的變形例。在該變形例中，聚光透鏡4的第2面43的 中央附近43a的凹面形狀不是大致球面，具有比圖8的聚光透鏡4的第2面42的中央附近 42a大的曲率，或者具有中心不連續(xù)的形狀。在該例子中，在聚光透鏡4的中央附近43a，來 自各波帶的光的會(huì)聚點(diǎn)（Π 、f2)顯著不同，來自面發(fā)光光源11的發(fā)光面12的中央部的光 不具有明確的會(huì)聚點(diǎn)。該情況下，如果光以容許入射角以下的角度入射到積分棒8的入射 面81內(nèi)，則能夠防止光量損失的降低。
[0143] 另外，在以上的說明中，通過聚光透鏡4的第2面43的面形狀，發(fā)揮使光的會(huì)聚角 在積分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能，但是不限于這種結(jié)構(gòu)。
[0144] 例如，也可以使聚光透鏡4的第1面41和第2面42雙方的面形狀分擔(dān)使光的會(huì) 聚角在積分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能?；蛘?，也可以利用多個(gè)透鏡構(gòu)成 聚光透鏡4,使該多個(gè)透鏡具有該功能。
[0145] 并且，關(guān)于使光的會(huì)聚角在積分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能，只 要由準(zhǔn)直透鏡13和聚光透鏡4構(gòu)成的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的全體能夠發(fā)揮該功能即可，也可以僅 由準(zhǔn)直透鏡13發(fā)揮該功能，或者，還可以由準(zhǔn)直透鏡13和聚光透鏡4雙方發(fā)揮該功能。
[0146] 但是，發(fā)揮使光的會(huì)聚角在積分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能的面 具有非球面，在用于形成該非球面的成本比形成球面的成本高的情況下，優(yōu)選由共同作用 于從各顏色的面發(fā)光光源ll(llr、llg、llb)放射的光（S卩，使用個(gè)數(shù)較少）的聚光透鏡4 發(fā)揮該功能。
[0147] 數(shù)值實(shí)施例1
[0148] 下面，對(duì)實(shí)施方式1的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)1A的數(shù)值實(shí)施例1進(jìn)行說明。表1示出會(huì)聚 光學(xué)系統(tǒng)1A的光學(xué)數(shù)據(jù)。圖10示出表1的光學(xué)數(shù)據(jù)的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0149] 在本實(shí)施例中，面發(fā)光光源11的發(fā)光面12(12r、12g、12b)的尺寸為 4. 16mmX 2. 6mm。積分棒8的入射面81的尺寸為6. 08mmX 3. 8mm。來自面發(fā)光光源11的 光的取入角為80度（半角）。針對(duì)積分棒8的容許入射角利用半角表示為30度（即F值 1.0)。這相當(dāng)于以F值2.5 (大約11. 5度（半角））對(duì)圖像顯示元件22的顯示面23上 的15. 2_X9.5mm的區(qū)域進(jìn)行照明。并且，關(guān)于面發(fā)光光源11的發(fā)光波長(zhǎng)，紅色（11b)為 623nm，綠色（llg)為 526nm，藍(lán)色（llr)為 462nm。
[0150] 【表1】
[0151]
【權(quán)利要求】
1. 一種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光； 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及 光強(qiáng)度分布均勻化元件，其具有入射由所述會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光 的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化并從出射面射出， 在會(huì)聚于所述光強(qiáng)度分布均勻化元件的所述入射面上的光中，會(huì)聚于所述入射面的中 央部的光的會(huì)聚角小于會(huì)聚于所述入射面的角部的光的會(huì)聚角。
2. -種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光； 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及 光強(qiáng)度分布均勻化元件，其具有入射由所述會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光 的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化并從出射面射出， 在由會(huì)聚于所述光強(qiáng)度分布均勻化元件的所述入射面上的光形成的光點(diǎn)中，形成于所 述入射面的中央部的光點(diǎn)大于形成于所述入射面的角部的光點(diǎn)。
3. -種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光； 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及 光強(qiáng)度分布均勻化元件，其具有入射由所述會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光 的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化并從出射面射出， 在從所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面放射的光中，與從所述發(fā)光面的角部放射的光相 t匕，從所述發(fā)光面的中央部放射的光會(huì)聚在更加遠(yuǎn)離所述會(huì)聚元件的位置。
4. 一種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光； 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及 光強(qiáng)度分布均勻化元件，其具有入射由所述會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光 的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化并從出射面射出， 與所述面發(fā)光光源的發(fā)光面的角部相比，所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面在所述光強(qiáng)度 分布均勻化元件的所述入射面上成像的成像倍率在中央部更大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成所述會(huì)聚 光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)透鏡具有如下光學(xué)面：與從所述發(fā)光面的所述中央部放射的光相比， 以更強(qiáng)的屈光力會(huì)聚從所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的所述角部放射的光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在所述光學(xué)面中，主要作用于從 所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的中央部放射的光的部分的屈光力，小于主要作用于從所述 面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的角部放射的光的部分的屈光力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在所述光學(xué)面中，主要作用于從 所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的中央部放射的光的部分呈凹面形狀，主要作用于從所述面 發(fā)光光源的所述發(fā)光面的角部放射的光的部分呈凸面形狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光強(qiáng)度分 布均勻化元件是積分棒。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有多個(gè)所述面發(fā)光光源， 所述會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)還具有光合成單元，該光合成單元對(duì)從多個(gè)所述面發(fā)光光源放射的 光進(jìn)行合成并將其引導(dǎo)至所述會(huì)聚元件。
10. -種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光；以及 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其將被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光會(huì)聚到圖像顯示元件的顯示 面， 在會(huì)聚于所述圖像顯示元件的所述顯示面上的光中，會(huì)聚于所述顯示面的中央部的光 的會(huì)聚角小于會(huì)聚于角部的光的會(huì)聚角。
11. 一種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光；以及 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其將被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光會(huì)聚到圖像顯示元件的顯示 面， 在由會(huì)聚于所述圖像顯示元件的所述顯示面上的光形成的光點(diǎn)中，形成于所述顯示面 的中央部的光點(diǎn)大于形成于所述顯示面的角部的光點(diǎn)。
12. -種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光；以及 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其將被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光會(huì)聚到圖像顯示元件的顯示 面， 在從所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面放射的光中，與從所述發(fā)光面的角部放射的光相 t匕，從所述發(fā)光面的中央部放射的光會(huì)聚在更加遠(yuǎn)離所述會(huì)聚元件的位置。
13. -種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光； 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成大致平行光的光；以及 圖像顯示元件，其具有入射由所述會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的顯示面， 與所述面發(fā)光光源的發(fā)光面的角部相比，所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面在所述圖像顯 示元件的所述顯示面上成像的成像倍率在中央部更大。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10?13中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成所述 會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)透鏡具有如下光學(xué)面：與從所述發(fā)光面的所述中央部放射的光相 t匕，以更強(qiáng)的屈光力會(huì)聚從所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的所述角部放射的光。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在所述光學(xué)面中，主要作用于 從所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的中央部放射的光的部分的屈光力，小于主要作用于從所 述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的角部放射的光的部分的屈光力。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在所述光學(xué)面中，主要作用于 從所述面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的中央部放射的光的部分呈凹面形狀，主要作用于從所述 面發(fā)光光源的所述發(fā)光面的角部放射的光的部分呈凸面形狀。
17. -種會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有： 面發(fā)光光源，其具有發(fā)光面，從所述發(fā)光面放射光； 具有正屈光力的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述發(fā)光面放射的光轉(zhuǎn)換成大致平行光； 具有正屈光力的會(huì)聚元件，其具有2個(gè)以上的環(huán)面，會(huì)聚被轉(zhuǎn)換成所述大致平行光的 光；以及 光強(qiáng)度分布均勻化元件，其具有入射由所述會(huì)聚元件會(huì)聚后的光的入射面，對(duì)入射光 的光強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化并從出射面射出， 所述發(fā)光面的長(zhǎng)寬比與所述入射面的長(zhǎng)寬比不同， 在會(huì)聚于所述入射面上的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的光中，會(huì)聚于所述入射面的長(zhǎng)寬比的壓 縮方向的中央部的光的會(huì)聚角小于會(huì)聚于長(zhǎng)寬比的壓縮方向的緣部的光的會(huì)聚角。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在會(huì)聚于所述入射面上的長(zhǎng) 寬比的壓縮方向的光中，會(huì)聚于所述入射面的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的中央部的光點(diǎn)大于會(huì)聚 于長(zhǎng)寬比的壓縮方向的緣部的光點(diǎn)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，與從所述發(fā)光面的長(zhǎng)寬比的 壓縮方向的緣部放射的光的會(huì)聚位置相比，從所述發(fā)光面的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的中央放射 的光的會(huì)聚位置更加遠(yuǎn)離所述會(huì)聚元件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在所述發(fā)光面在所述入射面 上成像時(shí)的成像倍率中，所述發(fā)光面的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的緣部的成像倍率大于所述發(fā)光 面的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的中央部的成像倍率。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17?20中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示 元件的至少2個(gè)以上的光學(xué)面具有環(huán)面，與從所述發(fā)光面的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的中央部放 射的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的光相比，以更強(qiáng)的屈光力會(huì)聚從所述發(fā)光面的長(zhǎng)寬比的壓縮方向 的緣部放射的長(zhǎng)寬比的壓縮方向的光。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17?21中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光強(qiáng) 度分布均勻化元件具有所述入射面的面積小于所述出射面的面積的錐形，從所述出射面射 出的光的射出角小于會(huì)聚于所述入射面的光的會(huì)聚角。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17?22中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)具有多個(gè)所述面發(fā)光光源， 所述會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)還具有光合成單元，該光合成單元對(duì)從多個(gè)所述面發(fā)光光源放射的 光進(jìn)行合成并將其引導(dǎo)至所述會(huì)聚元件。
24. -種投影式圖像顯示裝置，其特征在于，該投影式圖像顯示裝置具有： 權(quán)利要求1?23中的任意一項(xiàng)所述的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)； 圖像顯示元件，其入射從所述會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)射出的光，對(duì)入射光進(jìn)行調(diào)制而生成圖像 光；以及 投影光學(xué)系統(tǒng)，其對(duì)由所述圖像顯示元件生成的圖像光進(jìn)行放大投影。
【文檔編號(hào)】G03B21/14GK104094151SQ201280068833
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月2日
【發(fā)明者】桑田宗晴, 諏訪勝重, 小島邦子 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社