[发明专利]用于图像投影的光学系统以及图像投影装置

说明书

本专利申请是优先权日为2006年6月8日、申请日为2007年6月8日、申请号为200710110222.9、发明名称为“用于图像投影的光学系统以及图像投影装置”的发明专利申请的分案申请，其在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于使用诸如液晶板的成像元件的图像投影装置的光学系统。

背景技术

在这种图像投影装置中，重要的是该装置可以用高对比度和对整个图像来说基本上平均的亮度来投影亮图像。

采用反射成像元件如反射液晶板的用于图像投影装置(投影仪)的照明光学系统通过用抛物面反射镜反射来自光源的光束，产生基本上平行的光束。该平行光束被第一复眼透镜划分和聚集(collect)，而且每个被划分的光束都在第二复眼透镜的附近形成该光源的影像(二次光源影像(secondary light source image))。构成复眼透镜的每个微型透镜(透镜单元)具有类似于作为被照明表面的成像元件的矩形形状。

来自第二复眼透镜的被划分的光束被聚光透镜聚光以相互重叠，并穿过颜色分离/组合光学系统照射到成像元件上。该颜色分离/组合光学系统使用具有二向色膜或偏振分束膜的光学元件(二向色棱镜或偏振分束器)。

在这种图像投影装置中，增加来自光源的光的使用效率通常会使光束的角分布更大。因此，在使用具有敏感角特性的光学元件，即在使用具有相对于颜色分离/组合光学系统中的光轴倾斜的二向色膜或偏振分束膜的光学元件时，会产生图像质量的恶化，如亮度的不均匀(颜色的不均匀)或对比度的降低。

图20和21分别示出偏振分束膜的角度依赖特性(透射率特性和反射率特性)的示例。以47或49度的角度入射到偏振分束膜上的光的特性低于以45度的角度入射到其上的光的特性，而且该特性的降低程度随着入射角与45度的偏移增大而增加。

特性的降低导致所谓光的泄漏，这降低了对比度。在使用偏振分束膜时，入射角的偏移导致颜色的不均匀(颜色变化)，于是以不同于原始期望的颜色显示图像。

日本专利申请公开No.7-181392公开了一种非对称光学系统，其中为了防止图像质量的这种恶化，入射到光学元件上的光束的角分布在光学元件对角分布很敏感的方向(敏感方向)上小，而其角分布在光学元件对角分布不敏感的方向(不敏感方向)上大。

在日本专利申请公开No.7-181392公开的光学系统中，构成第一复眼透镜的透镜单元是偏心的，使得第一复眼透镜在敏感方向总体上具有正的屈光力(optical power)。

此外，在相同的方向上，构成第二复眼透镜的透镜单元也是偏心的，使得第二复眼透镜总体上具有负的屈光力。来自反射镜的光束仅在敏感方向上的这种压缩使得入射到光学元件上的光束的角分布在敏感方向和不敏感方向之间是非对称的。

但是，来自反射镜的光束仅在包括光轴的一个截面上的压缩无法减小另一个截面(垂直于上述一个截面的截面)上的入射到偏振分束膜上的光束的角分布，从而难以改善图像质量。此外，由于用于减小光束的直径的反射镜的尺寸的减小使得所投影的图像很暗，因此为了保证亮度需要反射镜的外直径大到一定的程度。

发明内容

本发明提供了一种用于图像投影的光学系统，其很容易制造和设计，并且能够以高对比度投影亮图像，还提供具有该光学系统的投影装置。

作为一个方面，本发明提供了一种用于图像投影的光学系统，其包括：将从光源发射的光束通过具有分光功能的光学表面而引入成像元件的照明光学系统；以及将从该成像元件通过光学表面引入的光束投影到投影表面上的投影光学系统。该照明光学系统包括转换系统，其分别将光束在相互垂直的第一截面和第二截面中的宽度转换为不同于光束在进入该转换系统之前的宽度的宽度。在第一截面中的转换率和在第二截面中的转换率互不相同。

作为另一方面，本发明提供了一种包括上述光学系统的图像投影装置。

本发明的其它目的和特征将通过下面的描述和附图而变得明显。

附图说明

图1是示出作为本发明实施例1的用于图像投影的光学系统中使用的照明光学系统的XZ截面图。

图2是示出实施例1中的照明光学系统的YZ截面图。

图3是示出用在实施例1中的偏振分束器的YZ截面图。

图4是示出用在实施例1中的第一复眼透镜的倾斜透视图。

图5是用于解释第一复眼透镜的光学作用的图。

图6是示出用在实施例1中的第二复眼透镜的倾斜透视图。

图7是示出在实施例1中从反射镜到偏振转换元件的光路的放大XZ截面图。