CN101097394B - 照明光学器件和投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供照明光学器件，使得提高亮度和恢复具有照明光并与显示区对应的照射状态，以及提供包括第一复眼透镜和第二复眼透镜的照明光学器件，发散光从第一复眼透镜在第二复眼透镜处进入，其中，构成第二复眼透镜的透镜元件的至少一个覆盖比由第二复眼透镜提供的照射区更小的照射区。

Description

照明光学器件和投影显示装置

本发明基于2006年6月26日提交的日本发明专利申请No.2006-175876，并要求其优先权，该发明公开在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及照明光学器件和投影显示装置，其用于使显示装置照明，特别地，涉及包括具有两个复眼透镜的积分器光学器件的照明光学器件和投影显示装置。

背景技术

例如，日本专利特许公开No.2003-337378和日本专利特许公开No.2004-326101公开了具有含有按顺序排列的、如图1所示的透镜元件的两个复眼透镜的积分器光学器件。

在有关一般结构的描述中，这种光学器件包括第一复眼透镜1101，其具有类似用于照明的物体的多个类似构造的透镜元件，以便通过来自在该图中未示出的光源(灯)的光，照明图1所示的显示装置1107，诸如LCD，以及第二复眼透镜1102，其具有来自第一复眼透镜1101的各个透镜元件的光，其被叠加以便在待照明的物体上形成图像。

由第二复眼透镜1102的各个透镜元件产生的光通过偏振转换元件1103，被校准以便提供单向偏振光，诸如s偏振光或p偏振光，此后通过第一物镜1104和第二物镜1105，以及通过偏振板1106以便照明比显示显示装置1107的图像的显示区1108更宽的范围。

在光亮中心部分和更暗外围，灯的发散分布是不均匀的。因此，照明分布通过第一复眼透镜1101经受离散化。离散光进入第二复眼透镜1102。因此，由第二复眼透镜1102的各个透镜元件产生的光在照明区的亮度方面分别不同。

因此，透镜元件的光轴被偏转，这样从第二复眼透镜1102的各个透镜元件发出的光的照明区位于相同位置，以及在相同区叠加各个照明区。使得具有亮度的均匀照明分布的光照射在显示区上。

图2示例说明用于通过上述偏转控制照明区的结构。

图2A是示例说明第二复眼透镜1102的入射面的平面图。

图2B示例说明在光轴C处，第一复眼透镜1101的各个透镜的中心与第二复眼透镜1102的各个透镜的中心一致的情况下的照明区。构成图2A所示的各个复眼透镜的每一透镜处于在图2B所示的状态下，然后，具有从第二复眼透镜1102的各个透镜元件发出的光的照明区将提供丧失均匀照明光的各个不同区。

为提供均匀照明光，第二复眼透镜1102的图2A中的对角线位置的透镜处于偏转状态以及透镜中心处于偏离光轴C的位置中，如图2C所示。因此，照明区移动。与入射面中的位置一致的各个透镜的偏转量将不同，以使得具有来自第二复眼透镜1102的各个透镜元件的光的照明区将占据与图1所示相同的位置。

如上所述，由第二复眼透镜产生的光被用于照射比用于照射的物体的显示区更宽的范围。期望在生产期间处理照明光学器件上的光轴调整中的色散以及在生产后当使用时，处理由于撞击等等的光轴位移。

在光轴调整和撞击中的色散导致光轴位移不同于设计值的情况下，从第二复眼透镜发出的照明光照射离开设计位置的位置处的显示元件，以便在最槽情况下，不照射任何显示区，或在构造投影显示装置的情况下，使得显示部分视频。

为防止这种事件，由第二复眼透镜产生的光照射比用于照明的物体的显示区更宽的范围。即，照明区具有将被照射的边缘部分。在未产生光轴位移的情况下，照射在边缘部分上的光将不用于照射投影图像。一般地，构成第二复眼透镜的每一透镜用于照射包括边缘部分的相同区。因此，初始不用于投影图像的边缘部分的亮度具有与显示区相同的亮度，由此导致防碍光利用率的提高(亮度提高)。

另一方面，设计第二复眼透镜，以便通过使多个分量透镜元件的各个光轴偏转以便使相同照明区经受照射，可获得均匀照明区。在制造步骤期间，构成第二复眼透镜的透镜元件的各个光轴可能偏离偏转电平的设计值。然后，偏转来自那些透镜元件的照明光仅照射照明区。因此，将存在在初始要求照明的区域中亮度降低的部分。

如上所述，被称为阴影的现象出现在经受亮度降低的部分中，其中光是非均匀且均衡色散的。当其他照明光变得更均匀时，阴影将变得更明显。

为防止出现上述阴影，有必要在制造期间，限制构成第二复眼透镜的透镜元件的各个光轴的偏转量的偏差，以便使具有相同大小的照明区叠加在相同位置上，并且这要求极其高的技术性能。因此，生产质量管理变困难，导致更高成本。

另外，当个人看投影图像时聚焦的区域是投影许多重要视频的显示器的中心部分。因此，在中心出现的阴影与在边缘出现的阴影相比，变得非常明显。此外，视频的重要部分频繁地显示在视频窗的中心部分中，因此，期望该中心部分比外围更亮。然而，在具有构成第二复眼透镜的各个透镜照射相同区的结构的情况下，存在将产生阴影以及在所有区中将出现均匀亮度，使得将不存在对应于显示区的照射状态的可能性。

发明内容

本发明的目标将解决现有技术的上述问题以及其目的是提供照明光学器件和投影显示装置，允许提高亮度和用照明光照射的照射状态，以便对应于显示区。

本发明的照明光学器件是包括第一复眼透镜和第二复眼透镜的照明光学器件，在第二复眼透镜处，来自第一复眼透镜的发射光进入，其中

构成第二复眼透镜的透镜元件的至少一个向小于由第二复眼透镜的所有透镜元件照射的照明区的具有光的照射区提供照射。

在那种情况下，在第二复眼透镜的中心附近排列的多个透镜元件向占据照明区的中心附近的相同区域的照射区提供照射光，用来自(照射区中的)其他透镜元件的光照射的照射区的位置可以对应于第二复眼透镜中的透镜元件的排列。

另外，在第二复眼透镜的中心附近排列的多个透镜元件向占据照明区的中心附近的相同区域的照射区提供照射光，变得更接近于第二复眼透镜的中心的其他透镜元件将照明区的外围用作它们的照射区，而变得更远离第二复眼透镜的透镜元件向变得更接近照明区的中心的照射区提供照射光。

此外，可以将构成第二复眼透镜的透镜元件放置成具有对应于第二复眼透镜的排列的照射区的照明区。

本发明的投影显示装置是一种投影显示装置，包括：

第一复眼透镜；

第二复眼透镜，来自第一复眼透镜的发射光在此进入；以及

由第二复眼透镜的发散光照明的显示装置，

其中，构成第二复眼透镜的透镜元件的至少一个提供比照明显示装置的照明区更小的照射区。

在那种情况下，在第二复眼透镜的中心附近排列的多个透镜元件可以具有占据照明区的中心附近的相同区域的照射区，照射区中的其他透镜元件的照射区的位置可以对应于第二复眼透镜中的排列。

另外，在第二复眼透镜的中心附近排列的多个透镜元件向占据照明区的中心附近的相同区域的照射区提供照射光，变得更接近第二复眼透镜的中心的其他透镜元件将照明区的外围用作它们的照射区，而变得更远离第二复眼透镜的透镜元件向变得更接近照明区的中心的照射区提供照射光。

此外，可以定位构成第二复眼透镜的透镜元件，以便为照明区提供对应于向照射区提供照射光的第二复眼透镜的光。

在如上所述构成的本发明中，构成复眼透镜的所有透镜元件不照射相同区，但照明光学器件包括照射区小于照明区的透镜元件。因此，对应于这些区域可以控制照明区的照明分布。通过单独控制通常设置成提供相同照明的显示区和边缘部分的照明，可以增加显示区的照明，其需要具有比边缘部分更亮和更高的照明。

另外，能根据区域，控制照明区的照明分布。因此，阴影易于变明显的显示区，以及频繁显示重要要素的显示区经受通过更多透镜元件的照射，由此能变得更亮，以便限制生成可能在其他显示区中出现的阴影。

参考示例说明本发明的例子的附图，从下述描述本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示例说明包括两个具有按顺序对齐的透镜元件的复眼透镜的积分器光学器件；

图2A至图2C分别示例说明用于描述通过偏转控制照明区的结构的图；

图3是示例说明根据本发明的照明光学器件的实施例的结构图；

图4是在图3所示的实施例中，从照射端所取的、通过第二复眼透镜102示例说明的显示区108和照射区201间的关系的平面图；

图5A示例说明如在图3所示的实施例中，通过第二复眼透镜102获得的显示区108和照明区301间的关系，以及图5B是示例说明沿图5A中的线A-A的照明分布的图；

图6是示例说明根据本发明的另一实施例的结构图；

图7是示例说明具有根据本发明的照明光学器件的投影显示装置的关键部分的结构的框图；

图8A至图8D是根据图6所示的实施例，分别示例说明第二复眼透镜403的各个透镜元件的排列和各个照明区的图；

图9A至图9D是根据图6所示的实施例，分别示例说明第二复眼透镜403的各个透镜元件的排列和各个照明区的图；

图10A至图10D是分别示例说明根据图6所示的实施例的第二复眼透镜403的各个透镜元件的排列和各个照射区的图；

图11A至图11D是分别示例说明第二复眼透镜403的各个透镜元件的排列和各个照射区的图；以及

图12A至图12D是分别示例说明根据图3所示的实施例的第二复眼透镜403的各个透镜元件的排列和各个照射区的图。

具体实施方式

接着，将参考附图，描述本发明的实施例。

图3是示例说明根据本发明的照明光学器件的实施例的结构图。

图3示出从光学系统的一个方向所取的视图的情形。当从以光轴为中心90度旋转的方向提取视图时，情况也是类似的。

为了由在该图中未示出的光源(光)产生的光照射显示装置107，诸如LCD，通过具有与将被照射的物体类似形状的多个透镜元件的第一复眼透镜101和叠加由第一复眼透镜101产生的光以便将图像形成在用于照射的物体上的第二复眼透镜102来构造该实施例。

由第二复眼透镜102的各个透镜元件产生的光通过被校准的偏振转换元件103，以便提供单向偏振光，诸如s偏振光或p偏振光，此后，通过第一物镜104和第二物镜105，通过偏振板106以便照射显示显示装置107的图像的显示区108。

图4是本实施例中，从照射侧所取的、通过第二复眼透镜102示例说明显示区108和照明区201间的关系的平面图。

在图1所示的传统例子中，将该区域与由从第二复眼透镜1102的各个透镜元件发出的光照射的相同区域叠加。相反，本实施例被设计为提供由第二复眼透镜102的各个透镜元件产生的光照射的相互不同的区域经历逐渐位移。由来自各个透镜元件的光照射的区域设计成等于或小于将被照射的物体的显示区的大小，或小于传统光学系统中的最大区。

因此，照射区201将不被透镜元件的单个单元覆盖。然而，显示区的外周部分，和达到稍微在显示区外边的区域一样，被设计成由预定透镜元件的光轴的偏转照射。单个透镜元件照射的范围比传统照射区更小，但可通过叠加来自所有透镜元件的光照射的照射区，被设计成等效于传统的照射区。

图5是描述在图1所示的传统例子和图3所示的每一实施例中的照射区中的照明分布的图。

在图3所示的每一实施例和图1所示的传统例子中，用浅色示出与图5A所示的区域相同的照射区301的区域。照射区301包括显示区108。

图5B示例说明沿图5A中的线A-A的照明分布的图。实线示例说明图3中所示的实施例的照明分布，以及虚线示例说明图1中所示的传统例子的照明分布。如所示，图3中所示的实施例和图1中所示的传统例子的照明分布都绕显示区108的中心对称。本实施例设计成逐步移动由透镜元件照射的区域。因此，示例说明边缘部分中的照射光的总量的区域A的面积将变得小于示例说明图1中所示的传统实施例的边缘部分中的照明光的总量的区域B。由于区域C部分，显示区108中的照射光的总量将变得更大。

如上所述，将照射除显示元件107的显示区108外的边缘部分的光量被设计成小于图1中所示的传统例子。那部分照射显示区108。因此，显示区108的亮度将具有比现有技术更高的强度。

图6是示例说明根据本发明的另一实施例的结构图。图6示例说明从光学系统的一个方向所获得的视图的情形。当从以光轴为中心90度旋转的方向提取视图时，情况也是类似的。

在图3所示的实施例中，来自第二复眼透镜1102的各个透镜元件的光照射的照射区经受逐步位移，这样不同透镜元件将不会照射相同照射区。相反，在本实施例中，执行照射以便在显示区108的中心附近叠加第二复眼透镜1102的中心的透镜元件的照射区。因此，显示区108的中心附近的亮度以及照明均匀性将具有比图3所示的实施例更高的强度。

另外，在本实施例中，将照明光照射到显示区108的中心附近的透镜元件的数量被设计成大于照明光照射到边缘部分的透镜元件的数量。因此，出现在显示区108的中心附近的阴影将变得比出现在边缘部分中的阴影更不明显。

透镜元件被排列安置在外围，以便在显示区108的平面上定向，从显示区108的中心的照射方向分布。由第二复眼透镜的各个元件照射的照射区被放置在离由中心排列的透镜元件照射的照射区稍远的距离。由此，大部分显示区108的照射区被叠加以经受均匀照射。

在这种情况下，显示区108的周围以及在显示区108外的边缘部分中经受照射的部分将减少照射。因此，将照射设计成逐步减少以便不产生阴影。例如，不使照射减少到在显示区108中将意识到照明差的程度。否则，对使红、绿和蓝进行彩色分离的照明光学器件，推荐用于每一颜色的均匀照明分布的下降的方法，这将减小显示区108内部的色度差。

第二复眼透镜的透镜元件的光轴的某一偏转量有时出现在设计值上。然后，那些照射区的位移出现在一些点中。然而，因为照明逐步下降，亮度减小的点和具有亮度的附近点间的亮度差小，用来限制生成阴影。

接着，将描述根据本发明的投影显示装置。

图7是示例说明具有根据本发明的照明光学器件的投影显示装置的关键部分的结构的框图。

由反射镜401反射从光源400发出的光(白光)，通过由类似成形为显示装置406，诸如LCD的多个透镜元件构成的第一复眼透镜402分离到每一透镜元件，并通过具有与第一复眼透镜402的各个透镜元件对应的透镜元件的第二复眼透镜403。由第二复眼透镜403产生的光通过偏振转换元件407和第一物镜404，此后，通过分色镜分离成R、G和B，通过为各个颜色R、G和B定制的第二物镜405并叠加在为各个颜色R、G和B而定制的显示装置406上。此后，通过十字二向棱镜408合成通过各个显示装置406的每一颜色R、G和B的图像光，并放大和通过投影透镜409投影到屏幕(该图上未示出)上。

图8至图10是根据图6所示的实施例，分别示例说明第二复眼透镜403的各个透镜元件和各个照明区的排列的图。

在图8A至8D的每一图中，复眼透镜403的平面图在该图的左侧，而经受复眼透镜403的光照射的显示区108的平面图在该图的右侧。

将由来自构成位于如图8A所示的复眼透镜403的中心的透镜元件组601的四个透镜元件的光照射的各个照射区设计成叠加在显示区108的中心，以便增加显示区108的中心的亮度。由此，形成照射区602。

如图8B至8D所示，由分别经历从中心，在垂直和水平方向中单一偏向相邻单元的透镜元件603、605和607提供的照射区604、606和608反映从显示区108的中心的照射区602的移动。在第二复眼透镜403的周围中排列的透镜元件照射显示区108的外围。其中，图中的符号×表示透镜元件的透镜中心位置。

将参考图9，描述由于水平方向中的透镜元件的位置导致的照射区的差异。

在显示区108的中心叠加构成图9A所示的复眼透镜403的中心的透镜元件组701的四个透镜元件的各个照射区，以便增加显示区108的中心的亮度。由此，形成照射区702。

如图9B至9D所示，分别从中心在水平方向中经过单一偏移而定位的透镜元件703、705和707提供的照射区704、706和708反映了照射区702从显示区108中心的移动。在第二复眼透镜403的周围中排列的透镜元件照射显示区108的外围。其中，在该图中，用符号x表示透镜元件的透镜中心位置。

图10A至10D是示例说明用于通过在图8A至8D和图9A至9D所示的第二复眼透镜的多个透镜元件，叠加照射区的状态图。

来自构成位于图10A所示的复眼透镜403中心的透镜元件组801的四个透镜元件的光照射的各个照射区被设计成叠加在显示区108的中心，以便增加显示区108的中心的亮度。由此，形成照射区802。

如图10B至10D所示，从中心，在垂直和水平方向中分别经过单一偏向相邻单元的透镜元件803至806、811至814和819至822提供的照射区807至810、815至818和823至826反映了照射区802从显示区108的中心的移动。在第二复眼透镜403的周围排列的透镜元件照射显示区108的外围。由此，等效于由传统的积分器照明系统提供的照射区的范围经受照射。关于在图10未示出的透镜元件，确定它们的光轴的偏转量以便确定对应于它们所处的区域的照射区的位置。其中，在该图中，用符号x表示透镜元件的透镜中心位置。

与图8A到8D至图10A到图10D所示的实施例不同，图11A至11D示例说明具有从显示区108的外围移向中心的照射区的实施例，以便从与第二复眼透镜402的中心的透镜元件相邻的透镜元件附近的透镜元件开始。

来自构成位于图11A中所示的复眼透镜403的中心中的透镜元件组901的四个透镜元件的光照射的各个照射区被设计成叠加在显示区108的中心以便增加显示区108的中心的亮度。由此形成照射区902。

如图11B至11D所示，从中心在垂直和水平方向中分别经过单一偏向相邻单元的透镜元件903、905和907提供的照射区904、906和908反映了从显示区108的外围向中心的移动。其中，在该图中，用符号x表示透镜元件的透镜中心位置。

考虑具有图7所示的结构的投影显示装置，当变得更接近复眼透镜402的光轴中心时，光源400的照明分布通常变得更亮。因此，对图11所示的实施例，减轻外围亮度的降低以便为显示区108中的均匀照明作计划。其中，在该图中，用符号x表示透镜元件的光轴位置。

在图11中所示的模式中，通过复眼透镜的模拟，包括具有0.7英寸LCD的积分器光学器件的投影的亮度变得优于传统例子的亮度约9％。

图12A至12D是分别示例说明根据图3中所示的实施例的第二复眼透镜403的各个透镜元件和各个照射区的排列的图。

在图12A至12D中，复眼透镜403的平面图在该图中位于左侧，而经过来自复眼透镜403的光的照射的显示区108的平面图位于该图中的右侧。

来自位于图12A所示的复眼透镜403的中心的各个透镜元件1001至1004的光照射的照射区1005至1008被设计成分别不同。如图12B至12D所示，从中心，在垂直和水平方向中分别经过单一偏向相邻单元的透镜元件1009、1011和1013提供的照射区1010、1012和1014反映了从显示区1008的中心的移动。在第二复眼透镜403的周围中排列的透镜元件照射显示区108的外围。其中，在该图中，用符号x表示透镜元件的透镜中心位置。

尽管使用特定术语描述本发明的优选实施例，但这些描述仅用于示例目的，将理解的是在不背离下述权利要求的精神或范围的情况下，可以做出修改和变更。

Claims (5)

1.照明光学器件，包括第一复眼透镜和第二复眼透镜，来自第一复眼透镜出射光在第二复眼透镜处进入，其中，

构成第二复眼透镜的透镜元件的至少一个向比来自第二复眼透镜的所有透镜元件的光照射的照明区小的照射区提供照射；

来自第二复眼透镜的各透镜元件的光照射的照射区被设计为经历逐渐位移从而各不相同；

但是，第二复眼透镜的中心的透镜元件的照射区相同并且在来自第二复眼透镜的所有透镜元件的光照射的照明区的中心附近叠加。

2.如权利要求1所述的照明光学器件，其中，

来自在第二复眼透镜的周边排列的各透镜元件的光照射的照射区被定向为从来自第二复眼透镜的所有透镜元件的光照射的照明区的中心分散。

3.如权利要求2所述的照明光学器件，其中，

照明光照射到照明区的中心附近的第二复眼透镜的透镜元件的数量被设计成大于照明光照射到边缘部分的第二复眼透镜的透镜元件的数量。

4.如权利要求3所述的照明光学器件，其中，

第二复眼透镜的周边排列的透镜元件的光轴的偏转的量被设计为大于在第二复眼透镜的中心排列的透镜元件的光轴的偏转的量。

5.一种投影显示装置，包括如权利要求1至3中任一项所述的照明光学器件。

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