[发明专利]照明光学系统和图像投影装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于诸如液晶投影仪之类的图像投影装置的照明光学系统。

背景技术

图像投影装置具有照明光学系统并具有投影光学系统，所述照明光学系统将从光源发射的光引向诸如液晶面板的图像形成元件以用光照射图像形成元件，所述投影光学系统将被放大并且被图像形成元件添加了图像信息的光投影到诸如屏幕的投影表面上。

许多这样的图像投影装置使用诸如高压水银灯或者金属卤化物灯的放电弧管作为光源。高电压被施加于其彼此分开并且彼此面对的成对放电电极之间的放电弧管在所述成对放电电极之间产生弧以从该弧发光。

另一方面，为了用来自光源的光均匀照射图像形成元件，如日本专利公开No.2003-186111所公开的那样，许多照明光学系统使用由二维排列的多个透镜单元构成的蝇眼透镜阵列。

图16示出在日本专利公开No.2003-186111中公开的包括这样的蝇眼透镜阵列（以下简称为“蝇眼透镜”）的照明光学系统。来自由放电弧管和反射器构成的光源21的光被第一蝇眼透镜22的多个透镜单元分割为多个光束，并且分割的光束被透镜单元会聚以在第二蝇眼透镜23附近形成作为光源图像的弧图像。在第二蝇眼透镜23紧后面布置偏振转换元件25。

偏振转换元件25通过以固定节距排列多个偏振分束器并且通过在偏振分束器的入射表面之中的每隔一个入射表面上布置半波板而制造，每个偏振分束器具有与构成第二蝇眼透镜23的透镜单元的排列节距的1/2对应的宽度（高度）。从光源21发射的为非偏振光的光通过偏振转换元件25的偏振转换作用被转换为具有在特定方向上的偏振方向的线性偏振光。然而，在从光源21发射的光中，只有通过偏振转换元件25的有效入射区域进入偏振转换元件25的部分光接受偏振转换作用。

如作为示出从光源侧看到的偏振转换元件25的图17中的阴影区域所示，阻光部件24被布置在偏振转换元件25的非有效入射区域中。由于阻光部件24阻挡而没有通过偏振转换元件25的有效入射区域进入偏振转换元件25的光变为损失光。另一方面，形成弧图像AI的一部分并且没有进入与第一蝇眼透镜22的透镜单元以一对一的关系设置的第二蝇眼透镜23的透镜单元的光也变为损失光。

即，在穿过第一蝇眼透镜22并且形成弧图像AI的光中，除了通过有效入射区域进入偏振转换元件25并且进一步进入第二蝇眼透镜23的透镜单元的光以外的光变为损失光，这劣化了来自光源的光的利用效率。

在日本专利公开No.2003-186111中公开的照明光学系统中，光源21由弧方向（布置放电电极的方向）被设置为与照明光学系统的光轴平行的放电弧管以及具有关于作为对称轴的光轴旋转对称的抛物面形状的反射器构成。

在这样的配置中，弧图像AI如图17所示的那样关于光轴放射状地形成，并且具有相互不同的取向。在这种情况下，难以有效地使形成弧图像AI的所有光通过有效入射区域进入偏振转换元件25并且进一步进入第二蝇眼透镜23的透镜单元。

此外，诸如高压水银灯的放电弧管具有以下特性，即，放电电极的顶端随着累积发光时间的增加而磨损，并且由此弧长也增加。弧长的增加增大弧图像的尺寸，这减少了通过有效入射区域进入偏振转换元件25并且进一步进入第二蝇眼透镜23的透镜单元的光。由此，来自光源的光的利用效率明显劣化。由此，使用放电弧管的常规照明光学系统对于弧长的增加是敏感的，并且其亮度可能降低。换言之，放电电极的磨损直接引起来自光源的光的利用效率的劣化。

发明内容

本发明提供一种照明光学系统，即使累积发光时间增加，其也能够维持来自光源的光的高利用效率，并且提供使用该照明光学系统的图像投影装置。

作为本发明的一个方面，本发明提供一种照明光学系统，其包括作为光学元件的以下部件：聚光透镜系统，其被配置为会聚从光源发射的光；第一蝇眼透镜，其被配置为将来自聚光透镜系统的光分割为多个光束，并且使得光束形成二维排列的光源图像；以及第二蝇眼透镜，其被配置为将来自第一蝇眼透镜的光束向着要被照射的照明表面透射。光源产生在与照明光学系统的光轴方向正交的第一方向上具有有限纵向长度的发光体（light emitter）。光源和所述光学元件被配置为形成比第二蝇眼透镜更接近照明表面的光源图像，并且满足以下条件：

P2/P1≤2.0，

其中，P1代表第一方向上的光源图像的排列节距，P2代表与第一方向和光轴方向正交的第二方向上的光源图像的排列节距。