[发明专利]用于图像投影的光学系统和图像投影设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用反射图像形成元件的图像投影设备的光学系统。

背景技术

日本专利特开No.2000-206463已公开了一种图像投影设备，该图像投影设备使用诸如反射液晶面板的反射图像形成元件，并且在该图像投影设备中，其光学系统使照射该图像形成元件的光通量的会聚角在两个相互垂直的截面上是彼此不同的，以便改善投影图像的对比度。

此光学系统使一个方向上的光通量的会聚角小，在这个方向上，照射光或者投影光被偏振分束器的偏振分束膜弯折90度(即某个方向)，该偏振分束器用于把照射光引入到反射图像形成元件并且分析投影光的偏振状态。这种光学系统抑制了取决于入射角的偏振分束膜的特性的变化，并且减少来自于偏振分束膜的所谓的泄漏光的量，以改善投影图像的对比度。

上述某个方向上的照射光或投影光的光通量的过小的会聚角减少投影光的量，导致暗投影图像。日本专利特开No.2000-206463中公开的光学系统通过在两个相互垂直的方向上具有不同孔径宽度的孔径光阑限制照射光的光通量。然而，该光学系统需要孔径光阑的窄的孔径宽度，以便减小光通量的会聚角，导致光量显著减小。

日本专利特开No.2001-83604已公开了一种光学系统，该光学系统借助诸如柱形透镜的透镜的功能减小光通量的会聚角。这种光学系统也已经被日本专利特开No.2000-137290公开。

具体地，设置无焦系统，该无焦系统仅在照射光学系统的某个方向上由具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜组成。该无焦系统能够将光通量压缩到并且用透镜会聚压缩光通量只能在该某个方向上减小光通量的会聚角。

在日本专利特开No.2000-137290中公开的光学系统中，由于光通量被压缩，可以认为没有光量损失。然而，由于实际照射光通量不仅包括平行光线还包括各种方向的光线，照射光通量的角度分量与的值成反比例地增加。在产生用于重叠地照射图像形成元件的多个光通量的透镜阵列处，以及在将来自光源的非偏振光转换成预定线性偏振光的偏振转换元件处，光通量的角度的增加导致效率降低，这导致实际光量减小。

发明内容

本发明提供能够改善对比度同时抑制光量减小的光学系统，以及具有该光学系统的图像投影设备。

根据一个方面，本发明提供一种用于图像投影的光学系统，包括：会聚光学系统，其将来自光源的光通量朝向反射图像形成元件会聚；以及偏振分束表面，其透射来自会聚光学系统的光通量当中具有第一偏振方向的入射光通量，以将其引入到该反射图像形成元件，并且使来自反射图像形成元件的出射光通量当中具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的光行进至投影光学系统。在平行于偏振分束表面的法线且平行于反射图像形成元件的入射/出射表面的法线的第一截面中，该会聚光学系统具有这样的配置，该配置使通过出射光通量的强度分布质心的光线在偏振分束表面上的入射角大于通过入射光通量的强度分布质心的光线在偏振分束表面上的入射角，该配置是以下配置之一：其中会聚光学系统的一部分关于其另一部分被偏轴的配置，以及关于入射/出射表面的法线进行倾斜的配置。

根据另一个方面，本发明提供一种包括上述光学系统的图像投影设备，以及由该图像投影设备和图像提供设备组成的图像显示系统，该图像提供设备将图像信息提供给该图像投影设备。

从以下描述和附图中，本发明的其它目标和特征将变得明显。

附图说明

图1示出了作为本发明实施例1的用于图像投影的光学系统的xz截面。

图2示出了实施例1的光学系统的yz截面。

图3示出了实施例1中在偏振转换元件处的光强度的分布。

图4是用于说明实施例1中的孔径光阑的效果的图。

图5是用于说明实施例1中的照射光通量的状态的图。

图6是用于说明实施例1中的照射光通量的会聚角的图。

图7是用于说明实施例1到5中的用于分析投影光的性能的图。

图8是用于说明实施例1中的确定光强度分布的方法的图。

图9示出了作为本发明实施例2的用于图像投影的光学系统的xz截面。

图10示出了实施例2的光学系统的yz截面。

图11示出了实施例2中在偏振转换元件处的光强度的分布。

图12示出了作为实施例2的修改例的用于图像投影的光学系统的xz截面。

图13示出了图12所示的光学系统的yz截面。

图14示出了作为本发明的实施例3的用于图像投影的光学系统的xz截面。

图15示出了实施例3的光学系统的yz截面。