CN101939702B - 照明光学系统和图像投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供照明光学系统和图像投影装置。所述照明光学系统包括：集成器，该集成器被配置为把来自光源的光分成多个光束；以及集光光学系统，该集光光学系统被配置为向照明表面收集来自集成器的多个光束。该集光光学系统的后主点比集光光学系统的前主点更接近光源。该配置提供用光明亮地对照明表面进行照明并使得能够实现高对比度图像投影的紧凑的照明光学系统。

Description

照明光学系统和图像投影装置
技术领域
本发明涉及适于对诸如液晶面板的空间光调制元件进行照明的照明光学系统，并且涉及具有该照明光学系统的图像投影装置。
背景技术
图像投影装置通过照明光学系统把来自光源的光引向诸如液晶面板或微镜阵列器件的空间光调制元件，然后将被空间光调制元件图像调制过的光投影到诸如屏幕的投影表面上以显示图像。
日本专利公开No.3-111806公开了用于这种图像投影装置的照明光学系统。所述照明光学系统包括包含两个透镜阵列(第一和第二透镜阵列)的集成光学系统。所述集成光学系统通过构成第一透镜阵列的多个集光透镜把来自光源的光分成多个光束，每个集光透镜具有矩形孔径。所述集成光学系统通过由与第一透镜阵列的多个矩形孔径对应的多个集光透镜形成的第二透镜阵列和被设置为比第二透镜阵列接近照明表面(空间光调制元件)的集光透镜(会聚透镜)在所述照明表面上使多个光束相互重叠。所述集成光学系统提供对照明表面照明的光的均匀的强度分布。
日本专利公开No.2001-337393公开了抑制投影图像中的水平颜色不均匀性的照明光学系统，该颜色不均匀性是由于波长选择性二向色镜而产生的。在这种照明光学系统中，把来自被第一和第二透镜阵列构成的集成光学系统的光收集到空间光调制元件上的集光光学系统(多个集光透镜)的主点位于第二透镜阵列和空间光调制元件之间的中间位置处。与常规的照明光学系统相比，该照明光学系统可提高入射到二向色镜的光的平行度，从而导致减少对于二向色镜的角度特性的影响，以抑制投影图像的水平颜色不均匀性。
日本专利公开No.2004-45907公开了包含孔径光阑的照明光学系统，该孔径光阑限制入射到偏振光束分离器(以下称为“PBS”)的光的扩展角。该孔径光阑增加该照明光学系统的F数，从而实现高的对比度。
对于图像投影装置来说，具有增加投影图像的亮度和对比度的能力是重要的。但是，实际上难以既增加亮度又增加对比度。亮度的增加需要增加光利用效率。通过减小照明光学系统的F数实现光利用效率的增加。但是，F数的减小降低对比度。
对比度降低是由于用作颜色分解/合成元件的PBS的反射性能的劣化，该劣化由入射到PBS的光的入射角的增加而导致。减小F数来增加亮度增大入射到PBS的光的入射角，这使PBS的反射性能劣化。换句话说，不应被PBS反射的偏振光被其反射，而应被其反射的偏振光在不被反射的情况下在其中透射通过。作为结果，在投影黑色图像的状态中，应通过PBS的反射而从投影光中被正常去除的光(泄漏光)在其中透射通过，然后被投影到黑色图像上，这降低对比度。
另一方面，空间光调制元件具有与其类似的角度特性。即，它具有在使用具有小的F数的照明光学系统时产生投影到黑色图像上的泄漏光的特性。因此，为了投影具有高的对比度的图像，需要对空间光调制元件进行照明的照明光束为准直光束(即，具有大的F数的远心(telecentric)光束)。
如日本专利公开No.2004-45907所公开的那样设置孔径光阑使得能够增加照明光学系统的F数以获得高的对比度。但是，用孔径光阑限制光的扩展角阻挡来自光源的光，这大大降低光利用效率。
图6示出在日本专利公开No.2001-337393中公开的照明光学系统。该照明光学系统通过第一蝇眼(fly-eye)透镜51a、第二蝇眼透镜51b和会聚透镜52在空间光调制元件54上形成具有均匀的光量分布的照明区域。当空间光调制元件54在该照明光学系统中被放置在会聚透镜52的焦点位置处时，照明区域的尺寸通过用下式(7)表达的倍率β表示，照明区域的尺寸与构成第一蝇眼透镜51a的各透镜单元的放大尺寸相对应：
B＝fc/ff2...(7)。
这里，fc代表会聚透镜52的焦距，ff2代表第二蝇眼透镜51b的焦距。
因此，当第二蝇眼透镜51b的焦距ff2被固定时，增加会聚透镜52的焦距fc使倍率β增加，这可增大照明光学系统的F数。
但是，为了使得从会聚透镜52入射到空间光调制元件54的光束是远心的，需要把从空间光调制元件侧开始计算的会聚透镜52的焦点位置设在第一蝇眼透镜51a的集光点附近。
把第一蝇眼透镜51a的集光点设在第二蝇眼透镜51b附近使得能够增加照明光的利用效率。在这种情况下，会聚透镜52被放置在第二蝇眼透镜51b和空间光调制元件54之间的大致中间位置。附图标记55表示会聚透镜52的主点。
当fc代表会聚透镜52的焦距并且Da代表第二蝇眼透镜51b和空间光调制元件54之间的光学距离时，以下的关系成立：
Da≈2fc...(8)。
这意味着在日本专利公开No.2001-337393中公开的照明光学系统在该照明光学系统具有大的F数以实现高的对比度时，该照明光学系统的总长很长。
发明内容
本发明提供用来自光源的光对照明表面明亮地照明并使得能够实现高对比度图像投影的紧凑的照明光学系统以及具有该照明光学系统的图像投影装置。
本发明提供作为其一个方面的照明光学系统，该照明光学系统包括：集成器，该集成器被配置为把来自光源的光分成多个光束；以及集光光学系统，该集光光学系统被配置为把来自集成器的多个光束收集向照明表面。集光光学系统的后主点比集光光学系统的前主点更接近光源。
本发明提供作为其另一方面的图像投影装置，该图像投影装置包括：光调制元件；用来自光源的光对光调制元件进行照明的上述照明光学系统；以及投影光学系统，该投影光学系统被配置为把来自光调制元件的光投影到投影表面上。
本发明提供作为其又一方面的图像投影装置，该图像投影装置包括：多个光调制元件；照明光学系统，该照明光学系统被配置用来自光源的光对各光调制元件进行照明；投影光学系统，该投影光学系统被配置为把来自各光调制元件的光投影到投影表面上；以及颜色分解/合成光学系统，该颜色分解/合成光学系统被配置为把来自照明光学系统的光分成多个颜色光分量以把它们引向所述多个光调制元件，并且，合成来自所述多个光调制元件的多个颜色光分量以把合成的颜色光分量引向投影光学系统。该照明光学系统包括：集成器，该集成器被配置为把来自光源的光分成多个光束；以及集光光学系统，该集光光学系统被配置为把来自集成器的多个光束收集向各光调制元件。集光光学系统的后主点比集光光学系统的前主点更接近光源。
参照以下的说明和附图，本发明的其它方面将变得清晰。
附图说明
图1是作为本发明的第一实施例(实施例1)的图像投影装置的示意图。
图2是示出实施例1中的照明光学系统的配置的图。
图3是示出本发明的第二实施例(实施例2)中的照明光学系统的配置的示图。
图4是示出本发明的第三实施例(实施例3)中的照明光学系统的配置的示图。
图5是示出本发明的第四实施例(实施例4)中的照明光学系统的配置的图。
图6是示出常规的照明光学系统的配置的图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。
实施例1
图1示出作为本发明的实施例1的图像投影装置的配置。图像投影装置2包含光源10、照明光学系统3、三个空间光调制元件16a、16b和16c以及投影光学系统4。本实施例使用反射型液晶面板(以下称为“LCD”)作为空间光调制元件16a、16b和16c。但是，本发明的替代性实施例可使用透射型液晶面板或微镜阵列器件作为空间光调制元件。
照明光学系统3包含第一蝇眼透镜11a、第二蝇眼透镜11b、偏振转换元件12、第一会聚透镜13a以及第二会聚透镜13b。照明光学系统3还包含二向色镜14和三个偏振光束分离器(以下称为“PBS”)15a、15b和15c。
第一蝇眼透镜11a和第二蝇眼透镜11b构成集成光学系统(集成器)，该集成光学系统把来自光源10的光分成多个光束。第一会聚透镜13a和第二会聚透镜13b构成集光光学系统(会聚器)13，该集光光学系统(会聚器)13把来自集成光学系统的多个光束引向各LCD(反射型液晶面板)以用所述多个光束对LCD进行照明。在该集光光学系统中，第一会聚透镜13a与第一光学单元对应，第二会聚透镜13b与第二光学单元对应，该第二光学单元被放置为比第一光学单元更接近照明表面(LCD)。第一光学单元和第二光学单元通过集光光学系统(会聚器)13中最长的空气间隔彼此分开。第一光学单元与被放置在最长空气间隔的光源侧的光学单元对应，第二光学单元与被放置在最长空气间隔的照明表面侧的光学单元对应。
被放置为比集光光学系统13更接近LCD的二向色镜14以及三个PBS 15a、15b和15c构成颜色分解光学系统和颜色合成光学系统(以下统称为“颜色分解/合成光学系统”)。可以说，集光光学系统13是通过具有光焦度的多个透镜或衍射光学元件构成并被放置在集成光学系统(或偏振转换元件)和颜色分解/合成光学系统之间的光学系统。
在本实施例中，从光源10出射、穿过第一会聚透镜13a和第二会聚透镜13b的中心、然后到达放置在照明表面处的各LCD的中心的光线的光路被称为照明光学系统3的光轴。
第一蝇眼透镜11a和第二蝇眼透镜11b(以及集光光学系统13)执行与光轴平行地从光源10出射的照明光束的照度分布的均匀化(即，转换成特定的照度分布)。偏振转换元件12把照明光束转换成具有特定的偏振方向的光束。来自偏振转换元件12的光束被第一会聚透镜13a和第二会聚透镜13b收集以入射到二向色镜14。
二向色镜14将入射到其上的白色照明光(照明光束)分成红色光分量、绿色光分量和蓝色光分量中的一种颜色光分量(以下称为“第一颜色光分量”)和两种颜色光分量(以下称为“第二颜色光分量”和“第三颜色光分量”)。
PBS 15a反射透射通过二向色镜14的第一颜色光分量以将其引向LCD 16a。
驱动电路31与LCD 16a、16b和16c连接，并且，来自诸如个人计算机、DVD播放器或电视调谐器的图像供给装置32的图像信号被输入到驱动电路31。驱动电路31基于输入的图像信号驱动LCD 16a、16b和16c。图像投影装置2和图像供给装置32构成图像显示系统。
LCD 16a对于第一颜色光分量进行图像调制和反射。反射的第一颜色光分量(调制光)透射通过PBS 15a、然后入射到PBS 15c。
在被二向色镜14反射的第二颜色光分量和第三颜色光分量中，第二颜色光分量被PBS 15b反射然后被引向LCD 16b，并且，第三颜色光分量透射通过PBS 15b然后被引向LCD 16c。LCD 16b和16c分别对第二颜色光分量和第三颜色光分量进行图像调制和反射。反射的第二颜色光分量(调制光)透射通过PBS 15b然后入射到PBS 15c，并且，反射的第三颜色光分量(调制光)被PBS 15b反射然后入射到PBS15c。
PBS 15c反射第一颜色光分量并透射第二颜色光分量和第三颜色光分量以合成它们，然后把合成的颜色光分量(合成光)引向投影光学系统4。投影光学系统4放大合成光并把它投影到未示出的屏幕(投影表面)上。
接着，将参照图2描述本实施例中的照明光学系统的光学作用。在图2中，三个PBS 15a～15c被统一示为PBS 15，并且，三个LCD16a～16c被统一示为LCD 16。虽然图2把三个PBS统一示为一个PBS，但是，本发明的替代性实施例可仅使用一个PBS。
光源10由放电灯和抛物线反射器构成，该抛物线反射器反射和收集从放电灯发射的光。放电灯被放置在抛物线反射器的焦点位置处，使得来自放电灯的发散的光束转换成与反射器的抛物线表面的对称轴(即，照明光学系统的光轴)平行的光束。由于放电灯不是点光源，而是具有有限的尺寸，因此，来自抛物线反射器的光束包含不与抛物线表面的对称轴平行的一些光分量。
该平行(准直)光束入射到第一蝇眼透镜11a。通过组合多个透镜单元构成第一蝇眼透镜11a，所述多个透镜单元按矩阵形式布置，并且，各自具有矩形形状和正折光力(光焦度)。第一蝇眼透镜11a通过多个透镜单元把入射的光束分成多个光束并且收集它们。
多个分割光束穿过第二蝇眼透镜11b然后在偏振转换元件12附近按矩阵形式形成多个光源图像。
偏振转换元件12包含(虽然未示出)布置在多个行中的偏振光束分离表面、布置在多个行中的反射表面以及布置在多个行中的半波板。在偏振转换元件12附近按矩阵形式收集的分割光束中的每一个入射到与它的行对应的偏振光束分离表面，并且被分成透射通过偏振光束分离表面的P偏振光分量和被偏振光束分离表面反射的S偏振光分量。
由偏振光束分离表面反射的S偏振光分量被反射表面反射，在与P偏振光分量的方向相同的方向上前进，然后从偏振转换元件12出射。
透射通过偏振光束分离表面的P偏振光分量的偏振方向通过半波板被旋转90度，以被转换成S偏振光分量。S偏振光分量然后从偏振转换元件12出射。因此，具有特定(相同)偏振方向的光束(分割光束)从偏振转换元件12出射。
由此，通过偏振转换元件12转换的分割光束作为发散的光束入射到集光光学系统13，然后从集光光学系统13被引向二向色镜14、PBS15和LCD 16。
在本实施例中，由于二向色镜14被放置为比第二会聚透镜13b更接近照明表面(即，更接近LCD 16)，因此入射到二向色镜14的光束(分割光束)是远心的。因此，与常规的二向色镜不同，本实施例中的二向色镜14不需要用于校正入射角特性的变化的楔形涂层(wedge coat)。因此，与常规的二向色镜相比，可以降低二向色镜14的制造成本。
并且，该照明光学系统3构成集光光学系统，使得集光光学系统13的后主点RPP比其前主点FPP更接近光源10。特别地，适当地设定构成集光光学系统的诸如透镜的光学元件的焦距(光焦度)和所述光学元件之间的距离等使得集光光学系统13的后主点RPP比其前主点FPP更接近光源10。与后主点RPP比前主点FPP更接近照明表面的情况相比，该配置可以在不增加照明表面上的照度不均匀性的情况下缩短集光光学系统的长度(或使照明光学系统小型化)。术语“前”意指光源侧，即光入射侧，术语“后”意指LCD(照明表面)侧，即光出射侧。
此外，在本实施例中的照明光学系统3中，F1代表被放置为比第二会聚透镜13b更接近光源10的第一会聚透镜13a的焦距(第一光学单元的焦距)，F2代表第二会聚透镜13b的焦距(第二光学单元的焦距)，Fc代表集光光学系统13的焦距，Bk代表从第二会聚透镜13b的照明表面侧表面到LCD 16的光学距离(光路长度)。第二会聚透镜13b的照明表面侧表面是集光光学系统13的最后(最终)光学表面，即，包含于照明光学系统3中的多个光学表面中最接近照明表面的最照明表面侧光学表面。
在这种情况下，对于照明光学系统3来说满足下面的两个条件是优选的：
1.3＜Fc/(Fc-Bk)＜40...(1)
1.3＜F1/F2＜4...(2)。
如果Fc/(Fc-Bk)和F1/F2的值分别小于条件(1)和(2)的下限，那么不能充分保证从集光光学系统13的最后光学表面到LCD 16的光学距离，这使得需要在第一会聚透镜13a和第二会聚透镜13b之间放置二向色镜14。在这种情况下，由于入射到二向色镜14的光束不是远心的，所以会在投影图像中产生水平方向的颜色不均匀性。
另一方面，如果Fc/(Fc-Bk)和F1/F2的值分别大于条件(1)和(2)的上限，那么增大照明光学系统3的F数来获得高对比度图像会过量地增加照明光学系统3的总长，这增大图像投影装置的尺寸。
因此，设定Fc、F1、F2和Bk的值以便满足条件(1)和(2)可实现使得能够投影高对比度图像的紧凑的照明光学系统和具有该照明光学系统的图像投影装置。
但是，即使在不满足条件(1)和(2)时，对于缩短集光光学系统13的长度(或者使照明光学系统小型化)来说，使该集光光学系统的后主点RPP比前主点FPP更接近光源也是有效的。
并且，当满足条件(1)和(2)时，对于集光光学系统13的焦距Fc来说满足下面的条件(3)是优选的：
3＜Fc/Dp＜15...(3)。
这里，Dp代表LCD 16上的矩形照明区域的对角线长度。
如果Fc/Dp的值小于条件(3)的下限，那么难以增加照明光学系统3的F数，这会降低投影图像的对比度。如果Fc/Dp的值大于条件(3)的上限，那么会增加照明光学系统3的总长。
更优选地，满足下面的条件(4)：
2＜Fc/ff2＜5.5...(4)。
这里，ff2代表第二蝇眼透镜11b的焦距。
如果Fc/ff2的值小于条件(4)的下限，那么难以增加照明光学系统3的F数，这会降低投影图像的对比度。如果Fc/ff2的值大于条件(4)的上限，那么会增加照明光学系统3的总长。
又更优选地，满足下面的条件(5)：
2＜Bk/Dp...(5)。
如果Bk/Dp的值小于条件(5)的下限，那么后焦距(从最照明表面侧光学表面到照明表面的距离)减小。后焦距的减小降低选择放置在照明光学系统和照明表面之间的光学元件的自由度，这使得不能有效、均匀地对整个照明表面进行照明。
再更优选地，满足下面的条件(6)：
0.8＜Fc/F2＜0.98...(6)。
满足该条件(6)可以在不过量地增加照明光学系统的尺寸的情况下减小照明表面上的光束的入射角(或者使光束的所有光线与照明表面大致垂直地到达)。
特别地，这样的效果在具有相对于照明光学系统的光轴倾斜的偏振光束分离表面的偏振光束分离器被放置在照明光学系统和照明表面之间的情况下被明显地获得，这大大提高照明效率。在具有相对于照明光学系统的光轴倾斜的颜色分离表面(波长依赖的反射膜)的二向色镜或二向色棱镜被放置在照明光学系统和照明表面之间的情况下或者在波板(相位板、颜色选择性相位板)被放置在其间的情况下，也是如此。
此外，优选的是包含液晶面板和对液晶面板进行照明的上述照明光学系统的图像投影装置满足上述的条件(6)。这使得能够在不增加图像投影装置的尺寸的情况下增加对比度。
因此，设定Fc、F1、F2、Bk和ff2的值以便除了条件(1)、(2)之外还满足条件(3)～(6)中的至少一个可更确信地实现使得能够投影高对比度图像的紧凑的照明光学系统和具有该照明光学系统的图像投影装置。
以下将描述实施例1的数值例。该数值例对应于空间光调制元件的屏幕(图像调制区域)尺寸为0.7英寸(对角线长度Dp为17.78mm)的情况。
(数值例1)
表1示出图2所示的照明光学系统3的第一会聚透镜(第一光学单元)13a和第二会聚透镜(第二光学单元)13b的透镜数据。
〔表1〕
  表面   r   d   n
  1   ∞   8.76   1.516
  2   -150.3146   92
  3   72.364   13.21   1.516
  4   -340.7
表面1和2分别是第一会聚透镜13a的光源侧表面和照明表面侧表面。表面3和4分别是第二会聚透镜13b的光源侧表面和照明表面侧表面。这些定义与后面描述的其它数值例中的相同。
第二蝇眼透镜11b的焦距ff2和从第二会聚透镜13b的最后光学表面到空间光调制元件(LCD 16)即照明表面的光学距离Bk为：
ff2＝38.73mm
Bk＝65.4mm。
整个集光光学系统13的焦距Fc、第一会聚透镜13a的焦距F1和第二会聚透镜13b的焦距F2为：
Fc＝108.2mm
F1＝291.12mm
F2＝116.87mm。
并且，当FPPx和RPPx分别代表从集光光学系统13的第一表面(表面1)到集光光学系统13的前主点FPP和后主点RPP在光轴方向上的距离时，距离FPPx和RPPx为：
FPPx＝92.38mm
RPPx＝71.94mm。
因此，数值例1(实施例1)满足如表5中所示的条件(1)～(6)。
实施例2
图3示出作为本发明的第二实施例(实施例2)的照明光学系统的配置。具有与图2中的附图标记相同的附图标记的构成元件具有与实施例1中的相应构成元件的功能类似的功能，因此省略它们的描述。
(数值例2)
表2示出图3所示的照明光学系统的第一会聚透镜(第一光学单元)13a和第二会聚透镜(第二光学单元)13b的透镜数据。该数值例对应于空间光调制元件的屏幕尺寸为0.7英寸(对角线长度Dp为17.78mm)的情况。
〔表2〕
表面 r d n
  1   ∞   8.76   1.516
  2   -176.40   70.79
  3   124.55   13.21   1.516
  4   -81.37
第二蝇眼透镜11b的焦距ff2和从第二会聚透镜13b的最后光学表面到空间光调制元件(LCD16)即照明表面的光学距离Bk为：
ff2＝38.73mm
Bk＝65.4mm。
整个集光光学系统13的焦距Fc、第一会聚透镜13a的焦距F1和第二会聚透镜13b的焦距F2为：
Fc＝91.74mm
F1＝341.63mm
F2＝97.44mm。
并且，从集光光学系统13的第一表面(表面1)到集光光学系统13的前主点FPP和后主点RPP在光轴方向上的距离FPPx和RPPx为：
FPPx＝77.49mm
RPPx＝68.79mm。
因此，数值例2(实施例2)满足如表5中所示的条件(1)～(6)。
实施例3
图4示出作为本发明的第三实施例(实施例3)的照明光学系统的配置。具有与图2中的附图标记相同的附图标记的构成元件具有与实施例1中的相应构成元件的功能类似的功能，因此省略它们的描述。
(数值例3)
表3示出图4所示的照明光学系统的第一会聚透镜(第一光学单元)13a和第二会聚透镜(第二光学单元)13b的透镜数据。该数值例对应于空间光调制元件的屏幕尺寸为0.7英寸(对角线长度Dp为17.78mm)的情况。
〔表3〕
  表面   r   d   n
  1   ∞   8.76   1.516
  2   -152.19   192
  3   -4802.49   13.21   1.516
  4   -112.18
第二蝇眼透镜11b的焦距ff2和从第二会聚透镜13b的最后光学表面到空间光调制元件(LCD 16)即照明表面的光学距离Bk为：
ff2＝38.73mm
Bk＝65.4mm。
整个集光光学系统13的焦距Fc、第一会聚透镜13a的焦距F1和第二会聚透镜13b的焦距F2为：
Fc＝207.25mm
F1＝294.75mm
F2＝222.25mm。
并且，从集光光学系统13的第一表面(表面1)到集光光学系统13的前主点FPP和后主点RPP在光轴方向上的距离FPPx和RPPx为：
FPPx＝193.13mm
RPPx＝72.91mm。
因此，数值例3(实施例3)满足如表5中所示的条件(1)～(6)。
实施例4
图5示出作为本发明的第四实施例(实施例4)的照明光学系统的配置。具有与图2中的附图标记相同的附图标记的构成元件具有与实施例1中的相应构成元件的功能类似的功能，因此省略它们的描述。在本实施例中，集光光学系统13由充当第一光学单元的第一会聚透镜13a以及充当第二光学单元的第二和第三会聚透镜13b和13c构成。与第一会聚透镜13a和第二会聚透镜13b同样，第三会聚透镜13c具有正折光力。
(数值例4)
表4示出图5所示的照明光学系统的第一会聚透镜13a、第二会聚透镜13b和第三会聚透镜13c的透镜数据。该数值例对应于空间光调制元件的屏幕尺寸为0.7英寸(对角线长度Dp为17.78mm)的情况。
〔表4〕
表面 r d n
  1   ∞   8.76   1.516
  2   -150.31   92
  3   172.36   6   1.516
  4   -340.70   3
  5   120.00   6   1.516
  6   ∞
表面5和6分别是第三会聚透镜13c的光源侧表面和照明表面侧表面。
第二蝇眼透镜11b的焦距ff2和从第三会聚透镜13c的最后光学表面到空间光调制元件(LCD 16)即照明表面的光学距离Bk为：
ff2＝38.73mm
Bk＝65.4mm。
整个集光光学系统13的焦距Fc、第一会聚透镜13a的焦距F1以及第二和第三会聚透镜13b和13c的合成焦距F2为：
Fc＝108.01mm
F1＝291.12mm
F2＝115.12mm。
并且，从集光光学系统13的第一表面(表面1)到集光光学系统13的前主点FPP和后主点RPP在光轴方向上的距离FPPx和RPPx为：
FPPx＝96.02mm
RPPx＝73.20mm。
因此，数值例4(实施例4)满足如表5中所示的条件(1)～(6)。
在实施例1～3中，集光光学系统的第一光学单元由第一会聚透镜构成，并且，集光光学系统的第二光学单元由第二会聚透镜构成。在实施例4中，第一光学单元由第一会聚透镜构成，并且，第二光学单元由第二和第三会聚透镜构成。各实施例中的第一和第二光学单元通过集光光学系统13中最长的空气间隔(即，折射表面之间的距离)相互分开。第一光学单元与放置在最长空气间隔的光源侧的光学单元对应，第二光学单元与放置在最长空气间隔的LCD(照明表面)侧的光学单元对应。集光光学系统的配置不限于实施例1～4中的那些。例如，第一光学单元可由两个透镜构成，第二光学单元可由一个透镜构成。例如，集光光学系统可由四个或更多个透镜构成。并且，集光光学系统可使用其它的配置。
在表5中统一示出上面的四个实施例(数值例)中的条件(1)～(6)的值。
〔表5〕
Figure BPA00001195275800161
与不满足条件(1)～(6)的情况相比，满足上面的条件(1)～(6)中的至少一个更明显地实现实施例的效果。但是，对于各实施例来说，满足条件(1)～(6)中的至少一个不必是必须的。
并且，代替以上的条件(1)～(6)，满足下面的条件(1a)～(6a)是更优选的。
1.4＜Fc/(Fc-Bk)＜3.55...(1a)
1.31＜F1/F2＜3.65...(2a)
5.0＜Fc/Dp＜12.0...(3a)
2.2＜Fc/ff2＜5.45...(4a)
3＜Bk/Dp＜4.5...(5a)
0.89＜Fc/F2＜0.96...(6a)。
条件(1)的上限和下限中的一个可被条件(1a)的代替。对于条件(2)～(6)和条件(2a)～(6a)来说也是如此。
上述的实施例使用反射型液晶面板作为空间光调制元件。但是，本发明的替代性实施例可使用透射型液晶面板或数字微镜器件(DMD)作为空间光调制元件。
上述的实施例可在获得高亮度和高对比度的同时减小照明光学系统的从光源到照明光学系统的尺寸，由此能够在不过量地增加包含该照明光学系统的图像投影装置的尺寸的情况下(换句话说，在减小该尺寸的情况下)实现具有高对比度的明亮图像的投影。
此外，本发明不限于这些实施例，而是可以在不背离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。
本申请要求在2008年2月15日提交的日本专利申请No.2008-034266的权益，在此以引用方式把其全部内容并入本文。
工业适用性
本发明提供用来自光源的光对照明表面明亮地进行照明并使得能够实现高对比度图像投影的紧凑的照明光学系统以及具有该照明光学系统的图像投影装置。

Claims (6)

1.一种照明光学系统(3)，包括：
集成器(11a、11b)，该集成器被配置为把来自光源(10)的光分成多个光束；和
集光光学系统(13)，该集光光学系统(13)被配置为向照明表面(16)收集来自所述集成器的多个光束，该集光光学系统由具有正光焦度的第一光学单元(13a)和被放置为比所述第一光学单元更接近所述照明表面并具有正光焦度的第二光学单元(13b)构成，
其特征在于，所述集光光学系统(13)的后主点(RPP)比所述集光光学系统的前主点(FPP)更接近所述光源(10)，以及
第一光学单元和第二光学单元以所述集光光学系统中最长的空气间隔相互分开，
满足下面的条件：
0.8＜Fc/F2＜0.98，
这里，Fc代表所述集光光学系统(13)的焦距，F2代表所述第二光学单元(13b)的焦距。
2.根据权利要求1的照明光学系统(3)，
其中，所述照明光学系统(3)在所述集光光学系统(13)和所述照明表面(16)之间包含偏振光束分离器(15)，该偏振光束分离器(15)具有相对于所述照明光学系统的光轴倾斜的偏振光束分离表面。
3.根据权利要求1的照明光学系统(3)，
其中，满足下面的条件：
1.3＜Fc/(Fc-Bk)＜4
1.3＜F1/F2＜4，
这里，F1代表所述第一光学单元(13a)的焦距，Bk代表从包含于所述集光光学系统(13)中的多个光学表面中最接近所述照明表面(16)的光学表面到所述照明表面的光学距离。
4.根据权利要求1的照明光学系统(3)，
其中，满足下面的条件：
3＜Fc/Dp＜15，
这里，Dp代表所述照明表面(16)上的矩形照明区域的对角线长度。
5.根据权利要求1的照明光学系统(3)，其中，满足下面的条件：
2＜Bk/Dp，
这里，Bk代表从包含于所述集光光学系统(13)中的多个光学表面中最接近所述照明表面(16)的光学表面到所述照明表面的光学距离，Dp代表所述照明表面上的矩形照明区域的对角线长度。
6.一种图像投影装置(2)，包括：
光调制元件(16)；
根据权利要求1～5中的任一项的照明光学系统(3)，该照明光学系统(3)用来自光源(10)的光对所述光调制元件进行照明；和
投影光学系统(4)，该投影光学系统(4)被配置为把来自所述光调制元件的光投影到投影表面上。
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