CN100580503C - 光学系统和图像投影设备 - Google Patents
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Abstract
说明了一种光学系统，该光学系统能够改善其对比度特征并能够显示具有随着使用环境的亮度而变化的亮度的图像。该光学系统包括：在第一轴方向中分离并重新组合照明光束的光学积分器，以及光强分布转换器，该转换器在第二轴方向转换照明光束的光强分布。该光学系统进一步包括光束限制单元，该单元具有孔径。该孔径的大小在第二轴方向可变，且在第一轴方向不可变。
Description
技术领域
本发明涉及在诸如投影仪之类的图像投影设备中使用的光学系统，具体来说，涉及使用来自光源的光照射诸如液晶显示元件之类的成像元件，放大在成像元件上形成的原始图像并将其投射到屏幕等等上的光学系统。
背景技术
在使用诸如液晶显示板之类的成像元件的投影仪中，有效地使用来自光源的光，减小屏幕上的照度的不均匀性，并显示具有高对比度的图像是十分重要的。过去人们提出了用于改善它们的许多方法。
例如，已知有光学积分器，该光学积分器由两个透镜阵列构成，每一个透镜阵列都具有二维地排列的透镜单元。在此光学积分器中，第一透镜阵列将来自光源的光束分离成多个光束，而第二透镜阵列在液晶显示板的显示区上执行成像，多个光束被放大和重叠，从而获得具有高均匀性的照明光(参见日本专利公开No.H03-111806)。
此外，还有人提出了通过在第一方向进行基本上平行的光束传输而在垂直于第一方向的第二方向进行光学积分来实现照明的均匀性的方法(参见日本专利公开No.2004-245977和No.2004-271887)。第一方向是其中由于在投影仪中使用的色彩分离或组合元件的入射角依赖关系而导致对比度被劣化的方向，所述元件包括诸如分色镜之类的偏转元件，诸如偏振光光束分离器之类的偏振光束分离元件，以及液晶显示板的元件。
另一方面，投影仪不仅要求显示明亮的图像，而且要通过不在明亮的环境中显示太明亮的图像来防止观看者感觉到耀眼。换句话说，投影仪要求根据使用环境的亮度来抑制显示的图像的亮度，同时还维持高对比度特征或改善那些对比度特征的功能。
为了实现此要求的功能，在日本专利公开No.2004-151674中提出了一种方法，该方法通过使用光学积分器来抑制显示的图像的亮度，该光学积分器包括两个透镜阵列，每一个透镜阵列都具有二维地排列的透镜单元，还包括可变地屏蔽照明光束同时改善对比度特征的装置。
然而，当在单独地于二维轴线方向中控制在日本专利公开No.2004-245977和No.2004-271887中所描述的光学积分器和用于转换光强分布的光强分布转换装置的照明光学系统中简单地使用日本专利公开No.2004-151674中提出的用于可变地屏蔽照明光束的装置时，会发生问题。
具体来说，由于照明光学系统是在两个方向采用不同的照明光传输方法的系统，因此，存在这样的可能性：液晶显示板的均匀照明的平衡可能会中断，并可能无法维持显示的图像的均匀性。
发明内容
本发明的目的是提供包括光学积分器和光强分布转换器的光学系统，该光学系统能够改善其对比度特征并能够显示具有随着使用环境的亮度而变化的亮度的图像，而不会使图像的亮度的均匀性变差。
根据一个方面，本发明提供了一种将来自光源的照明光束引入到成像元件并将来自该成像元件的光束投射到投影表面上的光学系统，该光学系统包括：光学积分器，其分离并重新组合照明光束，并且包括第一柱形阵列匀束器和第二柱形阵列匀束器，所述第一柱形阵列匀束器在二维截面中的第一轴方向具有折光力，所述二维截面垂直于照明光束的行进方向，所述第二柱形阵列匀束器在第一轴方向具有折光力；以及光束压缩器，其压缩在二维截面中垂直于第一轴方向的第二轴方向的照明光束；以及光束限制单元，该单元具有孔径，该孔径的大小在第二轴方向可变，且在第一轴线方向不可变。
根据另一个方面，本发明提供了将来自光源的照明光束引入到成像元件上的光学系统。该光学系统包括：光学积分器，其分离并重新组合照明光束，并且包括第一柱形阵列匀束器和第二柱形阵列匀束器，所述第一柱形阵列匀束器在二维截面中的第一轴方向具有折光力，所述二维截面垂直于照明光束的行进方向，所述第二柱形阵列匀束器在第一轴方向具有折光力；以及光束压缩器，其压缩在二维截面中垂直于第一轴方向的第二轴方向的照明光束；以及光束限制单元，该单元具有孔径，该孔径的大小在第二轴方向可变，且在第一轴方向不可变。
根据再一个方面，本发明提供了一种将来自光源的照明光束引入到成像元件上并将来自成像元件的光束投射到投影表面上的光学系统。该光学系统包括：光学积分器，其分离并重新组合照明光束，并且包括第一柱形阵列匀束器和第二柱形阵列匀束器，所述第一柱形阵列匀束器在二维截面中的第一轴方向具有折光力，所述二维截面垂直于照明光束的行进方向，所述第二柱形阵列匀束器在第一轴方向具有折光力；以及光束压缩器，其压缩在二维截面中垂直于第一轴方向的第二轴方向的照明光束；以及光束限制单元，该单元具有孔径，其中，该光束限制单元具有这样一个部分，在其中随着离开光学系统的光轴的距离在第一轴方向增大而孔径的宽度在第二轴方向变大。。
本发明还提供了图像投影设备，其具有上文所描述的光学系统和成像元件中之一，以及由图像投影光学系统和图像提供设备构成的图像显示系统。
通过阅读下面参考附图对优选实施例进行的说明，本发明的其他目的和特点将变得显而易见。
附图说明
图1是显示了本发明的实施例1的液晶投影仪的照明光学系统的结构的透视图。
图2是实施例1的照明光学系统的顶部剖面图。
图3是实施例1的照明光学系统的侧面剖面图。
图4和5是显示了在实施例1的照明光学系统中使用的光束限制单元的孔径形成边缘的形状的图。
图6A和6B是显示了测试实施例1的照明光学系统的效果的实验结果的图。
图7是显示了本发明的实施例2的液晶投影仪的照明光学系统的结构的剖面图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。
实施例1
图1到3显示了本发明的实施例1的照明光学系统的结构。图1是显示了照明光学系统的主结构的透视图，图2是其顶部剖面图。图3是照明光学系统的侧面剖面图。
在这些图中，1表示照明光学系统。100表示作为光源的放电气体激励发光灯，如超高压水银灯、金属卤素盐灯或氙气灯。下面放电气体激励发光灯将简称为光源灯。从光源灯100发出的光束通过被抛物面反射镜101反射而相互平行，从而光束变为基本上平行的可见光束。
然而，实际光源具有其大小有限的发光分布(或者，光源的发光区域的大小是有限的)。因此，此实施例使用通过限制气体的电子激励区域并缩小放电间隙以便获得发散性(发散角)尽可能小的高质量平行光束(基本上平行的光束)而制成的近点光源。换句话说，应该使光源的发光区域尽可能地小。此外，此实施例采用了能够通过向放电间隙施加直流而在负电极端生成高强度点光源的直流型灯。这将防止实质发光区域的大小增大(或减小发光区域的大小)。发光区域的大小的增大是由在正电极和负电极端形成发光区域所引起的，由于电子从电极双向辐射(这是向放电间隙施加交流电所产生的)所造成的。
从由光源灯100和抛物面反射镜101构成的灯单元发出的基本上平行的光束进入第一柱形阵列匀束器102。第一柱形阵列匀束器102的光入射表面涂覆着将紫外线从可见光范围分出的UV反射膜。紫外线可能会激励光学薄膜和光学玻璃(透镜的材料)或使它们变差，以及使液晶聚合物(在液晶显示元件中用作成像元件或光调制器的有机材料)退化或使其变形。提供UV反射膜以防止光学薄膜和光学玻璃的激励或变差，以及液晶聚合物的退化或变形。
第一柱形阵列匀束器102只在图1和3中垂直方向上(或第一轴方向；下面简称为“垂直方向”)具有折光力。图1和2中的水平方向叫做“第二轴方向”，或简称为“水平方向”。
进入第一柱形阵列匀束器102的光束被分成若干个光束，数量与其柱面透镜单元的数量相同。每一个分离的光束会聚在每一个柱面透镜单元的聚焦线位置，然后再通过柱形会聚透镜107转换为具有预先确定的宽度的基本上平行的光束。这里的聚焦线位置是这样的位置，在该位置，进入第一柱形阵列匀束器102的柱面透镜单元的平行光束会聚在包括沿着柱面透镜单元的排列方向的线和柱面透镜单元的光学表面的法线的平面上。柱面透镜单元不是形成焦点，而是形成聚焦线。聚焦线对应于普通透镜的焦点。
应该注意，此实施例和之后所描述的实施例中的基本上平行的光束不仅包括完全平行的光束，而且还包括在光学上可以被视为平行光束的非平行(off-parallel)光束。
第一柱形阵列匀束器102和柱形聚光透镜107的主平面之间的间隔被设置为对应于第一柱形阵列匀束器102的焦距和柱形聚光透镜107的焦距的总和。从而，柱形聚光透镜107可以执行上文所提及的再转换为基本上平行的光束的操作。第一柱形阵列匀束器102、柱形聚光透镜107和第二柱形阵列匀束器103构成光学积分器。
此外，柱形聚光透镜107的光轴线相对于第一柱形阵列匀束器102的每一个柱面透镜单元的光轴线(或光轴平面)而偏心。因此，通过第一柱形阵列匀束器102的柱面透镜单元的光束在柱形聚光透镜107的出射侧聚焦线的位置彼此重叠。从而，执行光学积分操作(即，分离并重新组合光束，或分离光束并重叠所分离的光束)。
这里的光轴线是由柱形聚光透镜107的光轴平面与其光学表面的交叉所构成的线，光轴平面是柱形聚光透镜107的平面对称光学表面的中心面。光轴线可以替换为光轴平面。
利用这样的配置，将液晶显示板2放置在聚焦线位置可以改善液晶显示板2的调制平面上亮度的均匀性。
已通过第一柱形阵列匀束器102的光束通过第二柱形阵列匀束器(或第二柱面透镜阵列)103。第一柱形阵列匀束器102的聚焦线位置设置为对应于第二柱形阵列匀束器103的光瞳位置。第二柱形阵列匀束器103和柱形聚光透镜107的串联透镜配置，为第一柱形阵列匀束器102的每一个柱面透镜单元的光瞳和液晶显示板2的调制平面提供了光学共轭关系。从而，第一柱形阵列匀束器102的每一个柱面透镜单元的光瞳在液晶显示板2的调制平面上于垂直方向中成像。
下面将描述提供第二柱形阵列匀束器103的理由。从由光源灯100和抛物面反射镜101构成的灯单元发出的光束不变为理想的平行光束，并且由于气体激励发光源的有限大小的发光分布而具有发散性(或发散角)。提供第二柱形阵列匀束器103用于校正光束的发散性(或减小发散角)，以将通过第一柱形阵列匀束器102的每一个柱面透镜单元的光瞳的光束确定地引入到液晶显示板2的调制平面。
通过第二柱形阵列匀束器103的多个光束进入偏振转换元件阵列104。其中以多级配置安排偏振光光束分离器的偏振转换元件阵列104将从灯单元发出的光转换为具有预先确定的偏振方向(即，在本实施例中为垂直偏振方向)的偏振光。
入射在以多级配置安排的偏振光束分离膜上的P偏振光(具有垂直偏振方向的偏振光)从其中通过。另一方面，入射在该偏振光束分离膜上的S偏振光(具有水平偏振方向的偏振光)在其上被反射，然后再次在相邻的偏振光束分离膜上被反射。从而，S偏振光的光路按阵列的间距的量偏移。S偏振光的偏振方向在从偏振转换元件阵列104出射的紧前面被1/2波片旋转90度角。从而，S偏振光被转换为P偏振光，然后从偏振转换元件阵列104出射出来。如上所述，偏振转换元件阵列104将非偏振光转换为P偏振光。
从偏振转换元件阵列104出射出来的多个光束进入第一柱面透镜105。第一柱面透镜105只在水平方向具有折光力，并通过与在光束的行进方向中放置在第一柱面透镜105前面的第二柱面透镜108配成一对来构成光束压缩器(或光强分布转换器)。第二柱面透镜108也只在水平方向具有折光力。
虽然在本实施例中第一和第二柱面透镜105和108只在水平方向具有折光力，但是，本发明不仅限于此。第一和第二柱面透镜105和108中的至少一个可以是在垂直方向上也具有折光力的复曲面透镜。进入第一柱面透镜105的光束在水平方向被压缩并在基本上为远焦的状态下被引入到液晶显示板2。有意地给光束压缩器提供预先确定量的光瞳畸变像差。光瞳畸变像差控制光束，以便液晶显示板2的调制平面上的光强分布可以变得基本上均匀。
光束压缩器内部的光束具有一个特征：它不会变为理想的平行光束，因为光束压缩器具有上文所描述的光瞳畸变像差，并且来自灯单元的光束是从具有有限大小的发光分布的气体激励光源发出的。
特别是，在图2中，通过放置在构成了光束压缩器的第一和第二柱面透镜105和108的共同聚焦线位置(或其附近)处的光束限制单元106的孔径的光束不是变为在垂直方向上延伸的线性光束，而是在水平方向具有有限宽度的光束。稍后将描述构成光束限制单元106的遮光叶片的孔径形成边缘、面向孔径的内部的边缘的形状。
通过第一柱面透镜105的多个光束进入柱形聚光透镜107，并在放置于柱形聚光透镜107的聚焦线位置处的液晶显示板2的调制平面上于垂直方向中彼此重叠。从而，执行光学积分。
通过柱形聚光透镜107的光束进入第二柱面透镜108。如上所述，第二柱面透镜108只在水平方向具有折光力，并通过与第一柱面透镜105配成一对来构成光束压缩器。此第二柱面透镜108在水平方向压缩光束，从而光束在基本上为远焦的状态下被引入到液晶显示板2。
此外，第二柱面透镜108的位置是这样的，以便第一柱面透镜105的光瞳位置或其附近可以与液晶显示板2的调制平面基本上具有光学共轭关系。然而，由于给光束压缩器有意地提供了像差，因此，光学共轭的准确性变低。如上所述，第一柱面透镜105的光瞳在液晶显示板2的调制平面上于水平方向中成像。
提供第二柱面透镜108的理由与提供第二柱形阵列匀束器103的理由相同。换句话说，提供二柱面透镜108用于校正从灯单元发出的光束的发散性(该灯单元由光源灯100和抛物面反射镜101构成)，以将通过第一柱面透镜105的光瞳的光束确定地引入到液晶显示板2的调制平面。
通过第二柱面透镜108的光束进入光学构件109。具有偏振光束分离效果的偏振光光束分离器可以放置在此光学构件的位置。在此情况下，偏振光束分裂的方向被设置为水平方向。这些是将光束从光源灯101引入到液晶显示板2的照明光学系统的基本结构。
接下来，将对光束限制单元106进行描述。光束限制单元106可以通过在图1和2中的箭头所显示的方向驱动其遮光构件来改变缝隙状的孔径(以下简称为“缝隙孔径”)在水平方向的宽度。然而，垂直方向上的孔径宽度是预先确定的开口宽度，不可改变。
在垂直方向中，通过不提供如图4和5所示的遮光构件可以打开该孔径。而且，该孔径的形状可以是火焰状形状(或矩形开口形状)，以便在垂直方向限制光束(或其通过)。此外，可提供两个遮光构件，它们在垂直方向彼此分开以便它们的间隔是可变的。
虽然遮光构件的孔径侧边缘的形状，即，缝隙孔径形成边缘可以是图1所示的简单的平行直线的形状，但图4所示的朝着孔径内部的非平行形状的106A凸面以及类似图5所示的波形形状的曲线形状106B是优选的。
这是因为，具有简单的平行直线形状的孔径形成边缘线性地切割光束，并且易于发生引入到液晶显示板2的光束的强度分布的部分高低差(partial step)。
相比之下，此实施例的照明光学系统在垂直方向上具有光学积分效应。因此，多个光束(在积分之前通过具有如图4和5所示的孔径形状(106A和106B)的光束限制单元106，控制其水平方向上的宽度)的集成，防止了引入到液晶显示板2的光束的强度分布的部分高低差。
应该注意，图4和5只显示了光束限制单元106的孔径形成边缘的形状的例子，但是，在本发明中其形状不仅限于此。也可以使用由多条直线构成的锯齿形状和矩形齿形状。此外，也可以使用朝向孔径的内部凸出的半圆和半椭圆形状。
光束限制单元106被放置在构成了光束压缩器的第一和第二柱面透镜105和108(每一个透镜在照明光学系统中的光束的行进方向都具有正的折光力)之间它们的共同聚焦线位置，或者其附近。在此位置，光束在水平方向具有有限宽度，因为光束压缩器具有光瞳畸变像差，且来自灯单元的光束不会成为理想的平行光束。因此，当光束限制单元106的缝隙孔径宽度无限地缩小时，只有正好平行的光束才从具有远焦特征的光束压缩器出射出来。
换句话说，在此情况下，光束限制单元106具有类似于空间滤波器的作用，该空间滤波器一般用于从激光中提取准直光。因此，引入到液晶显示板2的光束随着光束限制单元106的缝隙孔径宽度被设置得更窄而更接近平行光束。
另一方面，目前为投影仪进行放大显示而生产的液晶显示板包括TN模式操作类型和VAN模式操作类型。包括在此实施例中的液晶显示板2的液晶显示板具有对比度特征，该特征显示了相对于垂直地入射在调制平面上的照明光的最大对比度值以及当入射照明光与垂线的倾斜增大时的较小对比度值。因此，缩小光束限制单元106的缝隙孔径宽度减小了显示的图像的亮度，从而改善了对比度值。
至于显示的图像的亮度的均匀性，即使通过对光束限制单元106的缝隙孔径宽度的控制来改变显示的图像的亮度，通过从光束压缩器的共同聚焦线位置偏移光束限制单元106的位置以便适当地设置光瞳畸变像差，也可以维持其均匀性。
图6A和6B显示了设计示例(实验的示例)。这些设计示例是其中光束限制单元106的孔径形成边缘具有图4所示的形状106A的示例。图6A和6B显示了引入到液晶显示板2的照明光的光量分布。白区显示了亮区，黑区显示这些图中的暗区。图6A显示了液晶显示板2上的照明光量最大的状态，换句话说，光束限制单元106的缝隙孔径完全打开的状态，图6B显示了缝隙孔径宽度被设置得较窄以基本上将照明光量减半的状态。图6A和6B都显示了光量(光强度)的良好的均匀性。这证明了，通过改变缝隙孔径的宽度只改变总光量。
因此，可以设计光束限制单元106以便当预期明亮的显示图像时获得某一所期望的亮度分布，以及当预期暗的显示图像时获得另一所期望的亮度分布。因此，在考虑到用于图像显示的漫射屏幕的特征和观看者对亮度均匀性的感觉的情况下，可以设置显示的图像的亮度分布。例如，可以设置亮度分布，以便显示的图像的中心区可以比周围区域更亮或更暗。
虽然第一和第二柱面透镜105和108只在水平方向具有折光力，柱形聚光透镜107只在垂直方向上具有折光力，但是，本发明不仅限于此。例如，第一和第二柱面透镜105和108中的至少一个可以是在垂直方向上也具有折光力的复曲面透镜，以使用折光力代替柱形聚光透镜107的效果。这就可以省略柱形聚光透镜107。
实施例2
图7显示了使用实施例1的照明光学系统1的液晶投影仪(图像投影设备)的一个实施例。图7显示了投影仪的整个光学系统的剖面。在此图中的长方形线中，虚线的右侧区域显示了照明光学系统1的顶视图，虚线的左侧区域显示了其侧视图。
3表示控制投影仪的全部操作的控制器，并包括用于驱动液晶显示板2R、2G和2B的驱动器。驱动器将来自诸如个人计算机、DVD播放器和电视调谐器之类的图像提供设备200的视频输入信号(或图像信号)转换为用于每一颜色的液晶驱动信号，并将驱动信号输出到用于红色的液晶显示板2R，输出到用于绿色的液晶显示板2G，以及输出到用于蓝色的液晶显示板2B。从而，在每一液晶显示板上形成原始图像。液晶显示板2R、2G和2B是反射液晶元件。
作为具有垂直于图面的偏振方向的线性偏振光，从照明光学系统1出射出来的照明光的品红光分量，被用于反射品红光分量和透射绿光分量的分色镜30反射，然后进入蓝串色(cross color)起偏器34。该蓝串色起偏器34向蓝色的偏振光分量提供1/2波长延迟。品红光分量通过蓝串色起偏器34产生蓝光分量(在平行于图面方向偏振的线性偏振光)和红光分量(在垂直于图面的方向偏振的线性偏振光)。
蓝光分量作为P偏振光进入第一偏振光光束分离器33，并透射通过其偏振光束分离膜，然后被引入用于蓝色的液晶显示板2B。红光分量作为S偏振光进入第一偏振光光束分离器33，并被其光束分离膜反射，然后被引入用于红色的液晶显示板2R。
另一方面，透射通过分色镜30的绿光分量透射通过用于校正光程长度的伪玻璃(dummy glass)36，然后作为S偏振光进入第二偏振光光束分离器31。绿光分量被第二偏振光光束分离器31的偏振光束分离膜反射，并被引入用于绿色的液晶显示板2G。
如此，用对应的色光分量照射用于红色、绿色和蓝色的液晶显示板2R、2G以及2B。根据在每一个液晶显示板上形成的原始图像，入射在每一个液晶显示板上的色光分量被调制(换句话说，给予根据每一个像素的调制状态的偏振光的延迟)并被反射。
在被每一个液晶显示板调制和反射的光中，在与照明光相同的方向偏振的偏振光分量沿着大致折回照明光路的光路朝向灯单元返回。
被用于红色的液晶显示板2R调制的红光分量(其是在平行于图面的方向偏振的偏振光)，透射通过第一偏振光光束分离器33的偏振光束分离膜，然后透射通过红串色起偏器34，该起偏器为红色偏振光提供1/2波长延迟。红光分量被红串色起偏器34转换为在垂直于图面的方向偏振的偏振光，然后作为S偏振光进入第三偏振光光束分离器32。
被用于蓝色的液晶显示板2B调制的蓝光分量(其是在垂直于图面的方向偏振的S偏振光)，被第一偏振光光束分离器33的偏振光束分离膜反射。接下来，该蓝光分量照原样透射通过红串色起偏器34，然后作为S偏振光进入第三偏振光光束分离器32。
被用于绿色的液晶显示板2G调制的绿光分量作为P偏振光透射通过第二偏振光光束分离器31的偏振光束分离膜。接下来，该绿光分量穿过透射通过用于校正光程长度的伪玻璃37，然后进入第三偏振光光束分离器32。
进入第三偏振光光束分离器32的作为S偏振光的红光和蓝光分量被其偏振光束分离膜反射，然后行进到投射透镜4。作为P偏振光的绿光分量透射通过第三偏振光光束分离器32的偏振光束分离膜，然后行进到投射透镜4。
如此组合了色彩的调制光被投射透镜4的入射光瞳捕获，并传输到光漫射屏幕5。从而，根据视频输入信号的图像(原始图像)显示在光漫射屏幕5上。
投射透镜4A提供了每一个液晶显示板的调制平面和光漫射屏幕5之间的光学共轭关系。以机械方式或以电的方式调整三个液晶显示板，以便对应的像素的图像可以以预先确定的精度在光漫射屏幕5上彼此重叠。
在采用上述配置的投影仪中，在照明设备1中提供的光束限制单元106被诸如在单元106中提供的电机或电磁螺线管(未显示)之类的传动器驱动。驱动光束限制单元106，以便缝隙孔径宽度非逐步地或逐步地改变。
控制器3控制传动器。投影仪具有用于缝隙孔径宽度的控制模式，其中，基于根据用户的操作从操作面板9输出的信号来控制缝隙孔径宽度。投影仪具有用于缝隙孔径宽度的另一种控制模式，其中，基于来自用于检测外部亮度的照度传感器10的输出信号，控制缝隙孔径宽度。在此模式下，控制缝隙孔径宽度，以便其在当外部亮度高时比当外部亮度低时更窄。
此外，还可以提供缝隙孔径宽度的另一种控制模式，其中，从存储在缓冲存储器(未显示)中的输入图像信号检测预显示的图像场景的亮度信号电平，并基于检测到的亮度信号电平控制缝隙孔径宽度。在此模式下，控制缝隙孔径宽度，以便其在当亮度信号电平高时比当亮度信号电平低时更窄。
缝隙孔径宽度的这些自动控制可以用来根据用户的意图、显示情况或图像的类型来自动地调整显示的图像的亮度。
如上所述，在这些实施例中，只在水平方向(第二轴方向)限制光束的宽度的光束限制单元106，被放置在透镜105和108之间的第一和第二柱面透镜105和108的共同聚焦线位置或者其附近，并且光束限制单元106的缝隙孔径宽度是可改变的。因此，可以实现一种投影仪，在该投影仪中，可以任选地设置显示的图像的亮度，并改善对比率，即使显示的图像的亮度降低，也不会损坏显示的图像亮度的均匀性。
换句话说，在这些实施例中，只有在第二轴方向的孔径大小才可以由光束限制单元106改变。因此，也可以任选地设置显示的图像的亮度，而不会损害显示的图像的亮度的均匀性和降低其对比率。特别是，甚至在抑制显示的图像的亮度的情况下，也可以在不损害显示的图像的亮度的均匀性的情况下改善对比率。
虽然上文描述的实施例是针对所谓的正投影型的投影仪进行的，但是，本发明可以应用于所谓的背投影型投影仪。
此外，虽然描述了液晶显示板被用作成像元件的情况，但是，本发明也可以应用于使用其他成像元件的情况。
此外，虽然描述了在照明光学系统中提供光束限制单元106的情况，但是，也可以不在照明光学系统中而在将于成像元件上形成的原始图像投射到屏幕上的投射透镜中提供其配置类似于光束限制单元106的配置的光束限制单元。
Claims (27)
1、一种将来自光源的照明光束引入到成像元件并将来自该成像元件的光束投射到投影表面上的光学系统，该光学系统包括：
光学积分器，其分离并重新组合照明光束，并且从光源侧依次包括第一柱形阵列匀束器、第二柱形阵列匀束器和聚光透镜，所述第一柱形阵列匀束器在二维截面中的第一轴方向具有折光力，所述二维截面垂直于照明光束的行进方向，所述第二柱形阵列匀束器在第一轴方向具有折光力；
光束压缩器，其压缩在二维截面中垂直于第一轴方向的第二轴方向的照明光束；以及
光束限制单元，该单元具有孔径，该孔径的大小在第二轴方向可变，且在第一轴方向不可变。
2、根据权利要求1所述的光学系统，其中，光束限制单元的孔径形成边缘具有非平行形状。
3、根据权利要求1所述的光学系统，其中，光束限制单元的孔径形成边缘具有曲线形状。
4、根据权利要求1所述的光学系统，其中，光束压缩器由两个正透镜单元构成，并具有转换光束宽度的功能。
5、根据权利要求4所述的光学系统，其中，在该两个正透镜单元之间提供光束限制单元。
6、一种将来自光源的照明光束引入到成像元件的光学系统，该光学系统包括：
光学积分器，其分离并重新组合照明光束，并且从光源侧依次包括第一柱形阵列匀束器、第二柱形阵列匀束器和聚光透镜，所述第一柱形阵列匀束器在二维截面中的第一轴方向具有折光力，所述二维截面垂直于照明光束的行进方向，所述第二柱形阵列匀束器在第一轴方向具有折光力；
光束压缩器，其压缩在二维截面中垂直于第一轴方向的第二轴方向的照明光束；以及
光束限制单元，该单元具有孔径，该孔径的大小在第二轴方向可变，且在第一轴方向不可变。
7、根据权利要求6所述的光学系统，其中，光束限制单元的孔径形成边缘具有非平行形状。
8、根据权利要求6所述的光学系统，其中，光束限制单元的孔径形成边缘具有曲线形状。
9、根据权利要求6所述的光学系统，其中，光束压缩器由两个正透镜单元构成，并具有转换光束宽度的功能。
10、根据权利要求9所述的光学系统，其中，在该两个正透镜单元之间提供光束限制单元。
11、一种将来自光源的照明光束引入到成像元件并将来自该成像元件的光束投射到投影表面上的光学系统，该光学系统包括：
光学积分器，其分离并重新组合照明光束，并且从光源侧依次包括第一柱形阵列匀束器、第二柱形阵列匀束器和聚光透镜，所述第一柱形阵列匀束器在二维截面中的第一轴方向具有折光力，所述二维截面垂直于照明光束的行进方向，所述第二柱形阵列匀束器在第一轴方向具有折光力；
光束压缩器，其压缩在二维截面中垂直于第一轴方向的第二轴方向的照明光束；以及
光束限制单元，该单元具有孔径，
其中，该光束限制单元具有这样一个部分，在其中随着离开光学系统的光轴的距离在第一轴方向增大而孔径的宽度在第二轴方向变大。
12、根据权利要求11所述的光学系统，其中，光束限制单元的孔径形成边缘具有非平行形状。
13、根据权利要求11所述的光学系统，其中，光束限制单元的孔径形成边缘具有曲线形状。
14、根据权利要求11所述的光学系统，其中，光束压缩器由两个正透镜单元构成，并具有转换光束宽度的功能。
15、根据权利要求14所述的光学系统，其中，在该两个正透镜单元之间提供光束限制单元。
16、一种图像投影设备，包括：
成像元件；以及
根据权利要求1所述的光学系统。
17、根据权利要求16所述的图像投影设备，进一步包括控制器，该控制器基于来自操作构件的操作信号、输入的图像信号的类型和有关输入图像的亮度场景信息中的至少一个来控制光束限制单元的操作。
18、根据权利要求16所述的图像投影设备，进一步包括：
检测外部亮度的检测器；以及
基于该检测器的检测结果控制光束限制单元的操作的控制器。
19、一种图像投影设备，包括：
成像元件；以及
根据权利要求6所述的光学系统。
20、根据权利要求19所述的图像投影设备，进一步包括控制器，该控制器基于来自操作构件的操作信号、输入的图像信号的类型和有关输入图像的亮度场景信息中的至少一个来控制光束限制单元的操作。
21、根据权利要求19所述的图像投影设备，进一步包括：
检测外部亮度的检测器；以及
基于该检测器的检测结果控制光束限制单元的操作的控制器。
22、一种图像投影设备，包括：
成像元件；以及
根据权利要求11所述的光学系统。
23、根据权利要求22所述的图像投影设备，进一步包括控制器，该控制器基于来自操作构件的操作信号、输入的图像信号的类型和有关输入图像的亮度场景信息中的至少一个来控制光束限制单元的操作。
24、根据权利要求22所述的图像投影设备，进一步包括：
检测外部亮度的检测器；以及
基于该检测器的检测结果控制光束限制单元的操作的控制器。
25、一种图像显示系统，包括：
根据权利要求16所述的图像投影设备；以及
向该图像投影设备提供图像信号的图像提供设备。
26、一种图像显示系统，包括：
根据权利要求19所述的图像投影设备；以及
向该图像投影设备提供图像信号的图像提供设备。
27、一种图像显示系统，包括：
根据权利要求22所述的图像投影设备；以及
向该图像投影设备提供图像信号的图像提供设备。
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