CN102445831A - 照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置 - Google Patents

照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置。该照明装置包括：一个或多个光源，均包括具有由一个或多个发光斑构成的发光区域的固态发光装置，一个或多个传播方向角度转换装置，均用于转换从固态发光装置入射的光的传播方向角度，以及积分器，包括具有接收来自传播方向角度转换装置的光的单元的第一复眼透镜和具有接收来自第一复眼透镜的光的单元的第二复眼透镜，该积分器将预定照明范围中的照度分布均匀化。由传播方向角度转换装置和第一和第二复眼透镜构成的光学系统具有使通过该第一复眼透镜中的各个单元形成在该第二复眼透镜上的每个光源像的尺寸都不超过该第二复眼透镜中的一个单元的尺寸的光学放大倍率。

Description

照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置
技术领域
本发明涉及使用诸如发光二极管(LED)的固态发光装置的照明装置，以及包括其的投影型显示装置和直视型显示装置。
背景技术
近年来，将画面投射到屏幕上的投影仪除了办公室以外还被广泛地应用在家庭中。该投影仪通过使用光阀门调节来自光源的光以产生图像光，并且将图像光投射到屏幕上，从而进行显示。最近，手掌尺寸的超小型投影仪、带有内置超小型投影仪的手机等已开始普及。
发明内容
顺便提及，作为在投影仪中使用的光源，具有高照度的放电灯是主流的。然而，该放电灯尺寸相对较大并且较耗电。因此，作为替代放电灯的光源，诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和有机EL(OLED)的固态发光装置已经引起了关注(例如，日本未审查专利申请公开第2008-134324号)。除了较小的尺寸和更低的耗能外，这些固态发光装置在高稳定性方面也比放电灯更有优势。
在将上述固态发光装置用作投影仪的光源的情况中，考虑缩小包括在投影仪中的其它主要部件的尺寸以进一步缩小投影仪自身的尺寸。然而，当缩小包括在投影仪中的其它主要部件的尺寸时，光使用效率容易被降低。因此，例如，即使通过增加上述固态发光装置的数目来增加光源的光量，也可能会出现由于光使用效率的降低而不能获得期望的亮度的问题。
期望提供一种具有提高光使用效率的小型照明装置。此外，期望提供使用这种小型照明装置的投影型显示装置和直视型显示装置。
根据本发明的实施方式的照明装置包括：一个或多个光源，均包括具有由一个或多个发光斑构成的发光区域的固态发光装置，一个或多个传播方向角度转换装置，均用于转换从固态发光装置入射的光的传播方向角度，以及积分器(integrator)，包括具有接收来自传播方向角度转换装置的光的多个单元(cell)的第一复眼透镜和具有接收来自该第一复眼透镜的光的多个单元的第二复眼透镜。该积分器将来自该传播方向角度转换装置的光所照明的预定照明范围中的照度分布均匀化。由传播方向角度转换装置和该第一和第二复眼透镜构成的光学系统具有使通过第一复眼透镜中的各个单元形成在第二复眼透镜上的每个光源像的尺寸都不超过第二复眼透镜中的一个单元的尺寸的光学放大倍率。
根据本发明的实施方式的投影型显示装置包括：照明光学系统；空间调制装置，根据输入的图像信号调制来自照明光学系统的光以产生图像光；和投影光学系统，投影由空间调制装置产生的图像光。包括在该投影型显示装置中的照明光学系统具有与上述照明装置相同的部件。
根据本发明的实施方式的直视型显示装置包括：照明光学系统；空间调制装置，根据输入的图像信号调制来自照明光学系统的光以产生图像光；投影光学系统，投影由该空间调制装置产生的图像光；以及透射型屏幕，显示从投影光学系统投影出的图像光。包括在该直视型显示装置中的照明光学系统具有与上述照明装置相同的部件。
在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，由传播方向角度转换装置和第一和第二复眼透镜构成的光学系统具有使通过第一复眼透镜中的各个单元形成在第二复眼透镜上的每个光源像的尺寸都不超过第二复眼透镜中的一个单元的尺寸的光学放大倍率。因此，入射第二复眼透镜的光有效地到达照明范围。
在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，在固态发光装置由发出预定波长范围内的光的单个芯片构成或由发出相同波长范围内或不同波长范围内的光的多个芯片构成的情况中，由传播方向角度转换装置和第一和第二复眼透镜构成的光学系统的光学放大倍率满足下面的表达式：
h＝P×m≤hFEL2
其中，h是光源像的尺寸，P是发光区域的尺寸(当固态发光装置由一个芯片构成时，该尺寸等于芯片的发光斑的尺寸，而当固态发光装置由多个芯片构成时，该尺寸等于以最小内部面积包括所有芯片的发光斑的包围圈的尺寸)，m是由传播方向角度转换装置和第一和第二复眼透镜构成的光学系统的光学放大倍率，以及hFEL2是第二复眼透镜中的单元的尺寸。
在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，在传播方向角度转换装置将从固态发光装置入射的光的传播方向角度转换成等于或接近平行光的传播方向角度的情况中，传播方向角度转换装置的焦距和第一和第二复眼透镜中的每个的焦距都优选满足下面的表达式。这时，在第一和第二复眼透镜的每个单元都具有除1以外的纵横比的情况中，考虑纵横比来优选地设置传播方向角度转换装置的焦距和第一和第二复眼透镜中的每个的焦距。
h＝P×(fFEL/fCL)≤hFEL2
其中，fFEL是第一和第二复眼透镜中的每个的焦距，以及fCL是传播方向角度转换装置的焦距。
在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，传播方向角度转换装置具有使入射至其的光的光束尺寸具有不超过传播方向角度转换装置的尺寸的焦距和数值孔径。在这种情况中，传播方向角度转换装置的焦距和数值孔径优选满足下面的表达式。这时，在播方向角度转换装置具有除1以外的纵横比的情况中，考虑纵横比来优选地设置传播方向角度转换装置的焦距和数值孔径。
Figure BDA0000094621210000031
其中，
Figure BDA0000094621210000032
是入射传播方向角度转换装置的光束尺寸，NA是传播方向角度转换装置的数值孔径，hCL是传播方向角度转换装置的尺寸。
在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，在设置多个光源和多个传播方向角度转换装置的情况中，每个光源都以内置有固态发光装置的封装件的形式形成，并且每个传播方向角度转换装置都对应于每个封装件来设置。在这种情况中，照明装置优选还包括将穿过各个传播方向角度转换装置的光束合成至单个光路的光路合成装置。此外，在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，在设置多个光源和一个传播方向角度转换装置的情况中，每个光源都以内置有该固态发光装置的封装件的形式形成。在这种情况中，照明装置优选还包括将来自各固态发光装置的光束合成至单个光路的光路合成装置。此外，在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，在设置一个光源和一个传播方向角度转换装置的情况中，光源可以以内置有该固态发光装置的封装件的形式形成。此外，在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，该芯片可由发光二极管、有机EL发光器件或激光二极管构成。此外，在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，传播方向角度转换装置的垂直放大系数和水平放大系数的比可等于第二复眼透镜中每个单元的纵横比的倒数。
根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置，由于不是在多个单元上形成一个光源像，可提高照明装置中的光使用效率。
此外，在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，在第一和第二复眼透镜的每个单元都具有除1以外的纵横比的情况中，在考虑纵横比的情况下来设置传播方向角度转换装置的焦距和第一和第二复眼透镜中的每个的焦距时，可进一步提高照明装置中的光使用效率。此外，在根据本发明的实施方式的照明装置、投影型显示装置和直视型显示装置中，在传播方向角度转换装置具有除1以外的纵横比的情况中，当在考虑纵横比的情况下来设置传播方向角度转换装置的焦距和数值孔径时，可进一步提高照明装置中的光使用效率。
应理解，无论是上文的一般性描述还是下文的详细描述都是示例性的，并且旨在提供所保护的技术的进一步解释。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，并且附图结合在该说明书中构成说明书的一部分。附图与说明书一起示出实施方式以用于解释本技术的原理。
图1A和1B是示出根据本发明第一实施方式的投影仪的示意性结构的示图。
图2A和2B是示出在图1A和1B中的投影仪的光路的实例的示图。
图3A和3B是示出在图1A和1B中的光源的顶面结构和截面结构的实例的示图。
图4A和4B是示出在图1A和1B中的光源的顶面结构和截面结构的另一实例的示图。
图5A和5B是示出在图1A和1B中的光源的顶面结构和截面结构的又一实例的示图。
图6A到6C是示出图1A和1B中的光源的发光斑的实例的示图。
图7A和7B是示出在图1A和1B中的复眼透镜的示意性结构的示图。
图8是用于示出图1A和1B中的照明范围的尺寸的示意图。
图9是示出在图1A和1B中的投影仪中设置在后面的复眼透镜中出现的光源像的实例的示意图。
图10A和10B是示出根据本发明第二实施方式的投影仪的示意性结构的示图。
图11A和11B是示出在图10A和10B中的投影仪的光路的实例的示图。
图12A和12B是示出根据本发明第三实施方式的投影仪的示意性结构的示图。
图13A和13B是示出在图12A和12B中的投影仪的光路的实例的示图。
图14A和14B是示出根据本发明第四实施方式的投影仪的示意性结构的示图。
图15A和15B是示出在图14A和14B中的偏振光分离器的截面结构的实例的示图。
图16是示出在图14A和14B中的延迟片阵列的顶面结构的实例的示图。
图17A到17C是示出在图14A和14B中的投影仪的光路的实例的示图。
图18是示出在图14A和14B中的投影仪中设置在后面的复眼透镜中出现的光源像的实例的示意图。
图19是示出在根据第一到第三实施方式的实例中的设计值的表格。
图20是示出在根据第四实施方式的实例中的设计值的表格。
图21A是示出根据第一至第四实施方式的光源的变形例的截面结构的实例的示图，并且图21B是示出从光射出面侧所观察到的包括在图21A中的光源中的固态发光装置的示图。
图22A是示出图21A中的光源的截面结构的另一实例的示图，并且图22B是示出从光射出面侧所观察到的包括在图22A中的光源中的固态发光装置的示图。
图23A是示出图21A中的光源的截面结构的又一实例的示图，并且图23B是示出从光射出面侧所观察到的包括在图23A中的光源中的固态发光装置的示图。
图24A是示出图21A中的光源在XY平面中旋转90度的截面结构的实例的示图，并且图24B是示出从光射出面侧所观察到的包括在图24A中的光源中的固态发光装置的示图。
图25A是示出图22A中的光源在XY平面中旋转90度的截面结构的实例的示图，并且图25B是示出从光射出面侧所观察到的包括在图25A中的光源中的固态发光装置的示图。
图26A是示出图23A中的光源在XY平面中旋转90度的截面结构的实例的示图，并且图26B是示出从光射出面侧所观察到的包括在图26A中的光源中的固态发光装置的示图。
图27是示出使用根据任何一个上述实施方式的照明光学系统的后投影显示装置的示意性结构的示图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述技术的优选实施方式。注意将按照下面的顺序进行描述。
1.第一实施方式(图1A和1B至图9)
在使用耦合透镜对光进行平行化之后将来自每个光源的光束合成至单个光路的实例。
2.第二实施方式(图10A和10B以及图11A和11B)
在使用耦合透镜对光进行平行化之前将来自每个光源的光束合成至单个光路的实例。
3.第三实施方式(图12A和12B以及图13A和13B)
从单个封装件发出不同波长范围的光以消除光路的合成的实例。
4.第四实施方式(图14A和14B至图18)
设置有偏振光分离器和延迟片阵列的实例
5.实例(图19和图20)
6.变形例(图21A和21B至图27)
[第一实施方式]
[结构]
图1A和1B是示出根据本发明第一实施方式的投影仪1的示意性结构的示图。注意投影仪1对应于发明中的“投影式显示装置”的具体实例。图1A示出从上面(从y轴方向)所观察到的投影仪1的结构实例，并且图1B示出了从侧面(从x轴方向)所观察到的投影仪1的结构实例。图2A和2B是示出在图1A和1B中的投影仪1的光路的实例的示图。图2A示出从上面(从y轴方向)所观察到的投影仪1中的光路的实例，并且图2B示出了从侧面(从x轴方向)所观察到的投影仪1中的光路的实例。
通常，y轴对应于垂直方向，并且x轴对应于水平方向，然而，y轴可对应于水平方向，并且x轴对应于垂直方向。注意，在下文的描述中，为了方便起见，将基于y轴对应于垂直方向，并且x轴对应于水平方向的假设进行描述。此外，在下文的描述中，假设“横向”表示x轴方向并且“纵向”表示y轴方向。
投影仪包括例如照明光学系统1A、空间调制装置60和投影光学系统70。该空间调制装置60基于输入的图像信号调制来自照明光学系统的光以产生图像光。该投影光学系统70将通过该空间调制装置60产生的图像光投影在反射型屏幕2上。注意该照明光学系统1A对应于“照明装置”的具体实例。
该照明光学系统1A提供照射空间调制装置60的照明范围60A(被照射面)的光束。注意，如果需要，可在照明光学系统1A的光通过的区域中设置任何光学装置。例如，在照明光学系统1A的光通过的区域中，可设置滤波器等用于调暗来自照明光学系统1A光中的除可见光以外的光。
如图1A和1B中所示，例如，照明光学系统1A包括光源10A、10B和10C，耦合透镜(传播方向角度转换装置)20A、20B和20C，光路合成装置30、积分器40和聚光透镜50。该光路合成装置30将来自光源10A、10B和10C的光合成单个光路，并且由例如两个二向色镜30A和30B构成。积分器40将照明范围60A中的光的照度分布均匀化，并且由例如一对复眼透镜40A和40B构成。在光源10A的光轴上，从光源10A侧顺次设置光路合成装置30、积分器40和聚光透镜50。在二向色镜30A中光源10B的光轴与光源10A的光轴正交，并且在光源10B的光轴上，从光源10B侧顺次设置耦合透镜20B和二向色镜30A。在二向色镜30B中光源10C的光轴与光源10A的光轴正交，并且在光源10C的光轴上从光源10C侧顺次设置耦合透镜20C和二向色镜30B。
注意，在图1A和1B中，虽然例示了其中投影仪1中的每个组件(除光源10B和10C以及耦合透镜20B和20C之外)设置在平行于z轴的线上，但投影仪1中的一些组件可以设置在与z轴不平行的线上。例如，虽然没有示出，但可通过从图1A和1B的状态将整个照明光学系统1A旋转90度可使照明光学系统1A设置成其光轴在与z轴正交的方向上。然而，在该情况中，需要设置将从照明光学系统1A输出的光导向至空间调制装置60的光学装置(例如，反射镜)。此外，例如，通过从图1A和1B的状态将光源10A、耦合镜20A和光路合成装置30旋转90度，可将这些组件设置成使得这些部件的光轴在与z轴正交的方向上。然而，还在该情况中，需要设置将从光路合成装置30输出的光导向至积分器40的光学装置(例如，反射镜)。
如图3A和3B至图5A和5B中所示，例如，光源10A、10B和10C均具有固态发光装置11和支持和覆盖固态发光装置11的封装件12。固态发光装置11从由一个或多个点状发光斑、或一个或多个非点状发光斑构成的发光区域发出光。固态发光装置11可由发出在预定波长范围内的光的单个芯片11A构成，如图3A和3B中所示，或者由发出相同波长范围或不同波长范围的光的多个芯片11A构成，如图4A和4B以及图5A和5B中所示。在固态发光装置11是由多个芯片11A构成的情况中，例如，将芯片11A横向设置，如在图4A和4B中所示，例如，或者横向和纵向(即，以格子状)设置，如在图5A和5B中所示。包括在固态发光装置11中的芯片11A的数目对于光源10A、10B和10C中的每个可以不同，或者可以是对于所有光源10A、10B和10C都相同。
在固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，例如，固态发光装置11的尺寸(WV×WH)等于单个芯片11A的尺寸(WV1×WH1)，如图3A中所示。另一方面，在固态发光装置11是由多个芯片11A构成的情况中，例如，当将所有芯片11A视为一组时，固态发光装置11的尺寸等于该组的尺寸，如图4A和5A中所示。在图4A的实例中，在多个芯片11A横向设置的情况中，固态发光装置11的尺寸(WV×WH)是WV1×2WH1。此外，在图5A的实例中，在多个芯片11A在横向和纵向(即，以格子状)设置的情况中，固态发光装置11的尺寸(WV×WH)是2WV1×2WH1。.
芯片11A由发光二极管(LED)、有机EL发光器件(OLED)、或激光二极管(LD)构成。包括在光源10A、10B和10C中的每个中的所有芯片11A可由LED、OLED或LD构成。此外，包括在光源10A、10B和10C中的一个或多个中的芯片11A可由LED构成，并且包括在其它光源中的芯片11A可由OLED构成。此外，包括在光源10A、10B和10C中的一个或多个中的芯片11A可由LED构成，并且包括在其它光源中的芯片11A可由LD构成。此外，包括在光源10A、10B和10C中的一个或多个中的芯片11A可由OLED构成，并且包括在其它光源中的芯片11A可由LD构成。
例如，包括在光源10A、10B和10C中的每个中的芯片11A均发出对于光源10A、10B和10C中的每个不同的波长范围的光。例如，包括在光源10A中的芯片11A发出约400nm至500nm波长的光(蓝光)。例如，包括在光源10B中的芯片11A发出约500nm至600nm波长的光(绿光)。例如，包括在光源10C中的芯片11A发出约600nm至700nm波长的光(红光)。顺便提及，包括在光源10A中的芯片11A可发出除蓝光之外的其它光(绿光或红光)。此外，包括在光源10B中的芯片11A可发出除绿光之外的其它光(蓝光或红光)。此外，包括在光源10C中的芯片11A可发出除红光之外的其它光(绿光或蓝光)。
例如，如图3A和3B至图6A到6C，芯片11A具有尺寸(PV1×PH1)小于芯片11A的尺寸(WV×WH)的发光斑11B。发光斑11B对应于当将电流注入芯片11A以驱动芯片11A时芯片11A发光的区域(发光区域)。在芯片11A由LED或OLED构成的情况中，发光斑11B具有非点状形状(面形状)，并且在芯片11A由LD构成的情况中，发光斑11B具有小于在LED或OLED情况中的发光斑11B的点状形状。
在固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，发光斑11B的数目例如为一，如图6A中所示。另一方面，在固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，例如，发光斑11B的数目等于芯片11A的数目，如图6B和6C中所示。本文中，在固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，固态发光装置11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于发光斑11B的尺寸(PV1×PH1)。另一方面，在固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，固态发光装置11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈的尺寸。在图6B的实例中，在多个芯片11A横向设置的情况下，发光区域的尺寸(PV×PH)大于PV1×2PH1且小于WV×WH。此外，在图6C的实例中，在多个芯片11A横向和纵向(即，以格子状)设置的情况下，发光区域的尺寸(PV×PH)大于2PV1×2PH1且小于WV×WH。
如图2A和2B中所示，例如，耦合透镜20A基本上将从光源10A发出的光平行化，并且将从光源10A发出的光的传播方向角度(θH，θV)转换成等于或接近于平行光的传播方向角度。耦合透镜20A设置在包含在从光源10A发出的光中的在传播方向角度内的光入射耦合透镜20A的位置上。如图2A和2B中所示，例如，耦合透镜20B基本将从光源10B发出的光平行化，并且将从光源10B发出的光的传播方向角度(θH，θV)转换成等于或接近于平行光的传播方向角度。耦合透镜20B设置在使包含在从光源10B发出的光中的在传播方向角度内的光入射耦合透镜20B的位置上。如图2A和2B中所示，例如，耦合透镜20C基本将从光源10C发出的光平行化，并且将从光源10C发出的光的传播方向角度(θH，θV)转换成等于或接近于平行光的传播方向角度。耦合透镜20C设置在使包含在从光源10C发出的光中的在传播方向角度内的光入射耦合透镜20C的位置上。换句话说，耦合透镜20A、20B和20C均与光源10A、10B和10C(对于每个封装件)一对一设置。注意，耦合透镜20A、20B和20C中的每个可以由一个或多个透镜构成。
二向色镜30A和30B均包括具有波长选择性的反射镜。顺便提及，上述反射镜通过沉积多层干涉膜构成。如图2A和2B中所示，例如，二向色镜30A使从反射镜的背侧入射的光(从光源10A侧入射的光)从其通过到达反射镜的前侧，并且反射镜反射从反射镜的前侧入射的光(从光源10B侧入射的光)。另一方面，二向色镜30B使从反射镜的背侧入射的光(从二向色镜30A侧入射的光源10A和10B的光)从其通过到达反射镜的前侧，并且反射镜反射从反射镜的前侧入射的光(从光源10C侧入射的光，如图2A和2B中所示。因此，光路合成装置30将从光源10A、10B和10C发出的各个光束合成至单个光束。
复眼透镜40A和40B中的每个均由以预定排列图案(在该情况中，是纵×横＝4×3的矩阵)设置的多个透镜(单元)构成。包括在复眼透镜40B中的每个单元42被设置成朝向复眼透镜40A中的每个单元41。复眼透镜40A设置在复眼透镜40B焦点位置上(或基本在焦点位置上)，并且复眼透镜40B设置在复眼透镜40A焦点位置上(或基本在焦点位置上)。因此，在积分器40中，复眼透镜40A分离的光束均基本聚焦在复眼透镜40B的像侧的透镜表面上，从而在焦点上形成二次光源平面(光源像)。该二次光源平面位于与投影光学系统70的入瞳共轭的面的位置上。然而，该二次光源平面没有必要严格位于与投影光学系统70的入瞳共轭的面的位置上，并且可以位于在设计中可接受的区域内。复眼透镜40A和40B可以一体形成。
从光源10A、10B和10C发出的光束通常在垂直于光束的传播方向的平面上显示非均匀强度分布。因此，如果将光束导向至照明范围60A(被照射面)，在照明范围60A中的照度分布是不均匀的。然而，如上所述，当从光源10A、10B和10C发出的光束被积分器40分成多个光束并且然后以叠加方式被导向照明范围60A时，使照明范围60A中的照度分布均匀。
聚光透镜50收集来自通过积分器40形成的多个光源的光束以叠加方式照明照明范围60A。空间调制装置60根据对应于光源10A、10B和10C中的每个的波长分量的彩色图像信号二维调制来自照明光学系统1A的光束，并且因此产生成像光。如图2A和2B中所示，例如，空间调制装置60是透射型装置，并且例如由透射型液晶面板构成。顺便提及，虽然没有示出，空间调制装置60可以由诸如反射型液晶面板和数字微镜(digitalmicro mirror)装置的反射型装置构成。然而，在这些情况中，空间调制装置60反射的光需要入射投影光学系统70。
下面，将描述实施方式的投影仪1的特征。
(特征1)
在该实施方式中，耦合透镜20A、20B和20C中的每个的焦距以及复眼透镜40A和40B中的每个的焦距被设置成使得由复眼透镜40A的每个单元41在复眼透镜40B上形成的每个光源像S的尺寸都具有不超过复眼透镜40B中一个单元42的尺寸。下面的表达式表示该关系。此外，在图9中示意性示出了该关系。在图9中，示出了复眼透镜40A和40B的每个单元都具有除1以外的纵横比的情况。顺便提及，后面将详细描述图9。
h1＝P1×(fFEL/fCL1)≤hFEL2...(1)
h2＝P2×(fFEL/fCL2)≤hFEL2...(2)
h3＝P3×(fFEL/fCL3)≤hFEL2...(3)
其中，h1是光源10A的光形成的光源像S(光源像S1)的尺寸，
h2是光源10B的光形成的光源像S(光源像S2)的尺寸，
h3是光源10C的光形成的光源像S(光源像S3)的尺寸，
P1是包括在光源10A中的固态发光装置11的发光区域的尺寸，
P2是包括在光源10B中的固态发光装置11的发光区域的尺寸，
P3是包括在光源10C中的固态发光装置11的发光区域的尺寸，
fFEL是复眼透镜40A和40B中的每个的焦距，
fCL1是耦合透镜20A的焦距，
fCL2是1耦合透镜20B的焦距，
fCL3是耦合透镜20C的焦距，以及
hFEL2是复眼透镜40B中的一个单元42的尺寸。
注意，在包括在光源10A中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P1等于芯片11A的发光斑11B的尺寸。同样，在包括在光源10B中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P2等于芯片11A的发光斑11B的尺寸，并且在包括在光源10C中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P3等于芯片11A的发光斑11B的尺寸。在包括在光源10A中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P1等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈的尺寸。同样，在包括在光源10B中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P2等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈的尺寸。在包括在光源10C中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P3等于包括以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈的尺寸。此外，在耦合透镜20A是由多个透镜构成的情况中，fCL1是透镜的组合焦距。同样，在耦合透镜20B是由多个透镜构成的情况中，fCL2是透镜的组合焦距。在耦合透镜20C是由多个透镜构成的情况中，fCL3是透镜的组合焦距。
作为基本上等价于上述等式(1)到(3)的表达式，引用下面的表达式(4)到(6)。表达式(4)到(6)特别在固态发光装置11的发光区域的尺寸基本等于固态发光装置11的尺寸的情况中是有益的。
h1＝W1×(fFEL/fCL1)≤hFEL2...(4)
h2＝W2×(fFEL/fCL2)≤hFEL2...(5)
h3＝W3×(fFEL/fCL3)≤hFEL2...(6)
其中，W1是包括在光源10A中的固态发光装置11的尺寸，
W2是包括在光源10B中的固态发光装置11的尺寸，以及
W3是包括在光源10C中的固态发光装置11的尺寸。
注意，在固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，W等于芯片11A的尺寸。此外，在固态发光装置11由被视为单个芯片的多个芯片11A构成的情况中，W等于单个芯片的尺寸。
顺便提及，在实施方式中，例如，如图7A和7B中所示，在复眼透镜40A和40B的每个单元41和42都具有除1以外的纵横比的情况中，优选地，耦合透镜20A、20B和20C中的每个的焦距以及复眼透镜40A和40B中每个的焦距都满足下面的六个关系表达式。此外，优选地，耦合透镜20A、20B和20C中的每个的纵横焦距比(fCL1H/fCL1V、fCL2H/fCL2V和fCL3H/fCL3V)(变像比：anamorphic ratio)等于复眼透镜40B的每个单元42的尺寸的纵横比的倒数(hFEL2V/hFEL2H)，并且照明光学系统1A是变像光学系统。例如，当复眼透镜40B的每个单元42在第一方向(例如，横向)上较长的情况中，使用焦距fCL1V、fCL2V和fCL3V分别比焦距fCL1H、fCL2H和fCL3H更长的透镜作为耦合透镜20A、20B和20C。图9示意性示出了下面的表达式(7)至(12)。
h1H＝P1H×(fFELH/fCL1H)≤hFEL2H...(7)
h2H＝P2H×(fFELH/fCL2H)≤hFEL2H...(8)
h3H＝P3H×(fFELH/fCL3H)≤hFEL2H...(9)
h1V＝P1V×(fFELV/fCL1V)≤hFEL2V...(10)
h2V＝P2V×(fFELV/fCL2V)≤hFEL2V...(11)
h3V＝P3V×(fFELV/fCL3V)≤hFEL2V...(12)
其中，h1H是由光源10A的光形成的光源像S(光源像S1)在第一方向(例如，横向)的尺寸，
h2H是由光源10B的光形成的光源像S(光源像S2)在第一方向(例如，横向)的尺寸，
h3H是由光源10C的光形成的光源像S(光源像S3)在第一方向(例如，横向)的尺寸，
h1V是由光源10A的光形成的光源像S(光源像S1)在垂直于第一方向的第二方向(例如，纵向)的尺寸，
h2V是由光源10B的光形成的光源像S(光源像S2)在垂直于第一方向的第二方向(例如，纵向)的尺寸，
h3V是由光源10C的光形成的光源像S(光源像S3)在垂直于第一方向的第二方向(例如，纵向)的尺寸，
P1H是包括在光源10A中的固态发光装置11的发光区域在第一方向或其对应的方向的尺寸，
P2H是包括在光源10B中的固态发光装置11的发光区域在第一方向或其对应的方向的尺寸，
P3H是包括在光源10C中的固态发光装置11的发光区域在第一方向或其对应的方向的尺寸，
P1V是包括在光源10A中的固态发光装置11的发光区域在第二方向或其对应的方向的尺寸，
P2V是包括在光源10B中的固态发光装置11的发光区域在第二方向或其对应的方向的尺寸，
P3V是包括在光源10C中的固态发光装置11的发光区域在第二方向或其对应的方向的尺寸，
fFELH是复眼透镜40A和40B中的每个在第一方向的焦距，
fFELV是复眼透镜40A和40B中的每个在第二方向的焦距，
fCL1H是耦合透镜20A在第一方向或其对应方向的焦距，
fCL2H是耦合透镜20B在第一方向或其对应方向的焦距，
fCL3H是耦合透镜20C在第一方向或其对应方向的焦距，
fCL1V是耦合透镜20A在第二方向或其对应方向的焦距，
fCL2V是耦合透镜20B在第二方向或其对应方向的焦距，
fCL3V是耦合透镜20C在第二方向或其对应方向的焦距，
hFEL2H是复眼透镜40B的一个单元42在第一方向的尺寸，和
hFEL2V是复眼透镜40B的一个单元42在第二方向的尺寸。
此处，“第一方向或其对应方向”表示在光源10A、10B和10C以及耦合透镜20A、20B和20C设置在积分器40的光轴上的情况中的第一方向。此外，“第一方向或其对应方向”表示在光源10A、10B和10C和耦合透镜20A、20B和20C设置在偏离积分器40的光轴的光路上的情况中，由于设置在从光源10A、10B和10C到积分器40的光路上的光学装置的排列而对应于第一方向的方向。
此外，“第二方向或其对应方向”表示在光源10A、10B和10C以及耦合透镜20A、20B和20C设置在积分器40的光轴上的情况中的第二方向。此外，“第二方向或其对应方向”表示在光源10A、10B和10C以及耦合透镜20A、20B和20C设置在偏离积分器40的光轴的光路上的情况中，由于设置在从光源10A、10B和10C到积分器40的光路上的光学装置的排列而对应于第二方向的方向。
注意，在包括在光源10A中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P1H等于芯片11A的发光斑11B的第一方向或其对应方向的尺寸。同样，在包括在光源10B中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P2H等于芯片11A的发光斑11B的第一方向或其对应方向的尺寸。在包括在光源10C中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P3H等于芯片11A的发光斑11B的第一方向或其对应方向的尺寸。此外，在包括在光源10A中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P1H等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈在第一方向或其对应方向的尺寸。同样，在包括在光源10B中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P2H等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈在第一方向或其对应方向的尺寸。在包括在光源10C中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P3H等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈在第一方向或其对应方向的尺寸。另一方面，在包括在光源10A中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P1V等于芯片11A的发光斑11B在第二方向或其对应方向的尺寸。同样，在包括在光源10B中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P2V等于芯片11A的发光斑11B在第二方向或其对应方向的尺寸。在包括在光源10C中的固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P3V等于芯片11A的发光斑11B在第二方向或其对应方向的尺寸。此外，在包括在光源10A中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P1V等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈在第二方向或其对应方向的尺寸。同样，在包括在光源10B中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P2V等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11的包围圈在第二方向或其对应方向的尺寸。在包括在光源10C中的固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P3V等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈在第二方向或其对应方向的尺寸。
此外，在该实施方式中，当复眼透镜40A和40B的每个单元41和42都具有除1以外的纵横比的情况中，优选地，复眼透镜40A的每个单元41的尺寸的纵横比和照明区域60A的纵横比满足下面的关系式。在该情况中，照明区域60A的纵横比H/V与空间调制装置60的分辨率有关，并且例如当空间调制装置60的分辨率是VGA(640×480)时，纵横比H/V是640/480，例如，当空间调制装置60的分辨率是WVGA(800×480)时，纵横比H/V是800/480。
hFEL1H/hFEL1V＝H/V...(13)
其中，hFEL1H是复眼透镜40A中的一个单元的第一方向的尺寸，
hFEL1V是复眼透镜40A中的一个单元的第二方向的尺寸，
H是照明区域60A的第一方向的尺寸，和
V是照明区域60A的第二方向的尺寸。
(特征2)
此外，在该实施方式中，将耦合透镜20A、20B和20C中的每个的焦距和数值孔径设置成使得入射耦合透镜20A、20B和20C的光分别具有不超出耦合透镜20A、20B和20C的尺寸的光束尺寸。通过下面的表达式表示该关系。
Figure BDA0000094621210000191
Figure BDA0000094621210000192
Figure BDA0000094621210000193
其中，
Figure BDA0000094621210000194
是入射耦合透镜20A的光的光束尺寸，
是入射耦合透镜20B的光的光束尺寸，
Figure BDA0000094621210000196
是入射耦合透镜20C的光的光束尺寸，
NA1是耦合透镜20A的数值孔径，
NA2是耦合透镜20B的数值孔径，
NA3是耦合透镜20C的数值孔径，
hCL1是耦合透镜20A的尺寸，
hCL2是耦合透镜20B的尺寸，以及
hCL3是耦合透镜20C的尺寸。
顺便提及，在该实施方式中，当耦合透镜20A、20B和20C中的每个均具有除1以外的纵横比时，优选地，耦合透镜20A、20B和20C中的每个的焦距和数值孔径满足下面的两个关系式。
Figure BDA0000094621210000201
Figure BDA0000094621210000203
Figure BDA0000094621210000204
Figure BDA0000094621210000205
Figure BDA0000094621210000206
其中，
Figure BDA0000094621210000207
是入射耦合透镜20A的光的第一方向(例如，横向)或其对应方向的光束尺寸，
是入射耦合透镜20B的光的第一方向(例如，横向)或其对应方向的光束尺寸，
Figure BDA0000094621210000209
是入射耦合透镜20C的光的第一方向(例如，横向)或其对应方向的光束尺寸，
Figure BDA00000946212100002010
是入射耦合透镜20A的光的第二方向(例如，纵向)或其对应方向的光束尺寸，
Figure BDA00000946212100002011
是入射耦合透镜20B的光的第二方向(例如，纵向)或其对应方向的光束尺寸，
Figure BDA00000946212100002012
是入射耦合透镜20C的光的第二方向(例如，纵向)或其对应方向的光束尺寸，
NA1H是耦合透镜20A的第一方向或其对应方向的数值孔径，
NA2H是耦合透镜20B的第一方向或其对应方向的数值孔径，
NA3H是耦合透镜20C的第一方向或其对应方向的数值孔径，
NA1V是耦合透镜20A的第二方向或其对应方向的数值孔径，
NA2V是耦合透镜20B的第二方向或其对应方向的数值孔径，
NA3V是耦合透镜20C的第二方向或其对应方向的数值孔径，
hCL1H是耦合透镜20A的第一方向或其对应方向的尺寸，
hCL2H是耦合透镜20B的第一方向或其对应方向的尺寸，
hCL3H是耦合透镜20C的第一方向或其对应方向的尺寸，
hCL1V是耦合透镜20A的第二方向或其对应方向的尺寸，
hCL2V是耦合透镜20B的第二方向或其对应方向的尺寸，以及
hCL3V是耦合透镜20C的第二方向或其对应方向的尺寸。
[功能和效果]
下面，将描述该实施方式的投影仪3的功能和效果。在该实施方式中，耦合透镜20A、20B和20C的焦距fCL1、fCL2和fCL3以及每个复眼透镜40A和40B中的焦距fFEL均被设置成使得由复眼透镜40A的每个单元41在复眼透镜40B上形成的每个光源像S的尺寸均具有不超过复眼透镜40B中一个单元42的尺寸。此处，固态发光装置11从由一个或多个点状发光斑、或一个或多个非点状发光斑构成的发光区域发出光。固态发光装置11可由例如一个或多个发光二极管、一个或多个有机EL发光器件、或一个或多个激光二极管构成。因此，即使在复眼透镜40B设置在复眼透镜40A的焦点位置上的情况中，由复眼透镜40A的每个单元41在复眼透镜40B上形成的每个光源像S均不具有点状形状但具有一定的尺寸(参见图9)。然而，在该实施方式中，由于不是在多个单元上形成一个光源像S，入射复眼透镜40B的光有效地到达照明区域。因此，可提高在照明光学系统1A中的光使用效率。
此外，在该实施方式中，在复眼透镜40A和40B的每个单元都具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20A、20B和20C的焦距fCL1H、fCL2H、fCL3H、fCL1V、fCL2V和fCL3V以及复眼透镜40A和40B的焦距fFELH和fFELV时，可进一步提高照明光学系统1A中的光使用效率。此外，在该实施方式中，在耦合透镜20A、20B和20C具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20A、20B和20C的焦距fCL1H、fCL2H、fCL3H、fCL1V、fCL2V和fCL3V和数值孔径NA1H、NA2H、NA3H、NA1V、NA2V和NA3V时，可进一步提高照明光学系统1A中的光使用效率。此外，在该实施方式中，在光源10A、10B和10C的传播方向角度彼此不同的情况中，当考虑传播方向角度设置耦合透镜20A、20B和20C的焦距fCL1H、fCL2H、fCL3H、fCL1V、fCL2V和fCL3V和数值孔径NA1H、NA2H、NA3H、NA1V、NA2V和NA3V时，可进一步提高照明光学系统1A中的光使用效率。
[第二实施方式]
[结构]
图10A和10B示出了根据本发明第二实施方式的投影仪3的示意性结构。注意，投影仪3对应于本发明中的“投影型显示装置”的具体实例。图10A示出从上面(从y轴方向)所观察到的投影仪3的结构实例，并且图10B示出了从侧面(从x轴方向)所观察到的投影仪3的结构实例。图11A和11B示出了在图10A和10B中的投影仪3的光路的实例。图11A从上面(从y轴方向)所观察到的投影仪3中的光路的实例，并且图11B示出了从侧面(从x轴方向)所观察到的投影仪3中的光路的实例。
投影仪3具有与具有照明光学系统1A的投影仪1的结构不同的结构，因为投影仪3具有照明光学系统3A。因此，在下面的说明中，将主要描述与投影仪1的不同点，并且将适当的省略与投影仪1的相同点的描述。
照明光学系统3A包括代替照明光学系统1A中的耦合透镜20A、20B和20C以及二向色镜30A和30B的耦合透镜20D和二向色镜30C。二向色镜30C设置在光源10A、10B和10C的光轴彼此相交的位置上。耦合透镜20D设置在二向色镜30C的光出射侧并且在二向色镜30C和积分器40之间。
二向色镜30C包括具有波长选择性的两个反射镜。注意，上述反射镜均通过沉积多层干涉膜构成。两个反射镜被设置为彼此垂直，使得反射镜的表面朝向二向色镜30C的光出射侧。如图11A和11B中所示，例如，二向色镜30C使从一个反射镜中的(在下文中，方便起见称为反射镜A)的背侧入射的光(从光源10A和10B侧入射的光)从其通过到达反射镜A的前侧，并且通过反射镜A反射从反射镜A的前侧入射的光(从光源10C侧入射的光)被反射镜射出。此外，如图11A和11B中所示，例如，二向色镜30C使从另一个反射镜(在下文中，方便起见称为反射镜B)的背侧入射的光(从光源10A和10C侧入射的光)从其通过到达反射镜B的前侧，并且通过反射镜B反射从反射镜B的前侧入射的光(从光源10B侧入射的光)。因此，光路合成装置30合成从光源10A、10B和10C发出的各个光束以生成单个光束。
如图11A和11B中所示，例如，耦合透镜20D基本将从二向色镜30C侧入射的光平行化，并且将从二向色镜30C侧入射的光的传播方向角度转换成等于或接近于平行光的传播方向角度。
[功能和效果]
下面，将描述该实施方式的投影仪3的功能和效果。在该实施方式中，如在第一实施方式中，耦合透镜20D的焦距fCL4以及每个复眼透镜40A和40B中的焦距fFEL均被设置成使得由复眼透镜40A的每个单元在复眼透镜40B上形成的每个光源像S的尺寸均具有不超过复眼透镜40B中一个单元的尺寸。因此，如在第一实施方式中，可改进照明光学系统3A的光使用效率。
此外，在该实施方式中，在复眼透镜40A和40B的每个单元均具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20D的焦距fCL4H和fCL4V以及复眼透镜40A和40B的焦距fFELH和fFELV时，可进一步提高照明光学系统3A中的光使用效率。此外，在该实施方式中，在耦合透镜20D具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20D的焦距fCL4H和fCL4V以及数值孔径NA4H和NA4V时，可进一步提高照明光学系统3A中的光使用效率。
注意，通过第二实施方式中的耦合透镜20D的焦距fCL4代替第一实施方式中的焦距fCL1、fCL2和fCL3。同样，通过第二实施方式中的耦合透镜20D的第一方向或其对应方向的焦距fCL4H代替第一实施方式中的焦距fCL1H、fCL2H和fCL3H。通过第二实施方式中的耦合透镜20D的第二方向或其对应方向的焦距fCL4V代替第一实施方式中的焦距fCL1V、fCL2V和fCL3V。通过第二实施方式中的入射耦合透镜20D的光的光束尺寸
Figure BDA0000094621210000241
代替第一实施方式中的光束尺寸
Figure BDA0000094621210000242
和通过第二实施方式中的耦合透镜20D的数值孔径NA4代替第一实施方式中的数值孔径NA1、NA2、NA3。通过第二实施方式中的耦合透镜20D的尺寸hCL4代替第一实施方式中的尺寸hCL1、hCL2和hCL3。通过第二实施方式中的入射耦合透镜20D的光的第一方向(例如，在横向)或其对应方向的光束尺寸
Figure BDA0000094621210000244
代替第一实施方式中的光束尺寸
Figure BDA0000094621210000245
和
Figure BDA0000094621210000246
通过第二实施方式中的入射耦合透镜20D的光的第二方向(例如，在纵向)或其对应方向的光束尺寸
Figure BDA0000094621210000247
代替第一实施方式中的光束尺寸
Figure BDA0000094621210000248
和
Figure BDA0000094621210000249
通过第二实施方式中的耦合透镜20D的第一方向或其对应方向的数值孔径NA4H代替第一实施方式中的数值孔径NA1H、NA2H、NA3H。通过第二实施方式中的耦合透镜20D的第一方向或其对应方向的尺寸hCL4H代替第一实施方式中的尺寸hCL1H、hCL2H和hCL3H。通过第二实施方式中的耦合透镜20D的第二方向或其对应方向的尺寸hCL4V代替第一实施方式中的尺寸hCL1V、hCL2V和hCL3V。顺便提及，在下面的实施方式中同样进行这些替代。
[第三实施方式]
[结构]
图12A和12B示出了根据本发明第三实施方式的投影仪4的示意性结构。注意，投影仪4对应于本发明中的“投影型显示装置”的具体实例。图12A示出从上面(从y轴方向)所观察到的投影仪4的结构实例，并且图12B示出了从侧面(从x轴方向)所观察到的投影仪4的结构实例。图13A和13B示出了在图12A和12B中的投影仪4的光路的实例。图13A示出了从上面(从y轴方向)所观察到的投影仪4中的光路的实例，并且图13B示出了从侧面(从x轴方向)所观察到的投影仪4中的光路的实例。
投影仪4具有与具有照明光学系统3A的投影仪3的结构不同的结构，因为投影仪4包括照明光学系统4A。因此，在下面的说明中，将主要描述与投影仪3的不同点，并且将适当的省略与投影仪3的相同点的描述。
照明光学系统4A包括代替照明光学系统3A中的光源10A、10B和10C和二向色镜30C的光源10D。光源10D设置在耦合透镜20D的光轴上，并且照明光学系统4A被配置为使光源10D发出的光直接入射耦合透镜20D。
光源10D具有例如固态发光装置11以及支持和覆盖固态发光装置11的封装件12。包括在光源10D中的固态发光装置11从由一个或多个点状发光斑、或一个或多个非点状发光斑构成的发光区域发出光。包括在光源10D中的固态发光装置11可由例如发出在预定波长范围内的光的单个芯片11A、或者由发出相同波长范围或不同波长范围的光的多个芯片11A构成。在包括在光源10D中的固态发光装置11是由多个芯片11A构成的情况中，例如，将芯片11A横向、或横向和纵向(即，以格子状)设置。
芯片11A是由发光二极管(LED)、有机EL发光器件(OLED)或激光二极管(LD)构成。在光源10D包括多个芯片11A的情况中，包括在光源10D中的所有芯片11A可由LED、OLED或LD中的一种构成。此外，在光源10D包括多个芯片11A的情况中，一些芯片11A可由LED构成，并且其它芯片11A可由OLED构成。此外，在光源10D包括多个芯片11A的情况中，一些芯片11A可由LED构成，并且其它芯片11A可由LD构成。此外，在光源10D包括多个芯片11A的情况中，一些芯片11A可由OLED构成，并且其它芯片11A可由LD构成。
在光源10D包括多个芯片11A的情况中，包括在光源10D内的所有芯片11A可射出相同波长范围或不同波长范围的光。在光源10D包括多个芯片11A的情况中，所有芯片11A可射出约400nm至500nm的波长的光(蓝光)，可射出约500nm至600nm的波长的光(绿光)，或可射出约600nm至700nm的波长的光(红光)。此外，在光源10D包括多个芯片11A的情况中，包括在光源10D内的多个芯片11A可通过射出具有约400nm至500nm的波长的光(蓝光)的芯片、射出约500nm到600nm的波长的光(绿光)的芯片以及射出约600nm到700nm的波长的光(红光)的芯片的组合构成。
[功能和效果]
下面，将描述该实施方式的投影仪4的功能和效果。在该实施方式中，如在第二实施方式中，耦合透镜20D的焦距fCL4以及每个复眼透镜40A和40B的焦距fFEL均被设置成使得由复眼透镜40A的每个单元在复眼透镜40B上形成的每个光源像S的尺寸均具有不超过复眼透镜40B中一个单元的尺寸。因此，如在第二实施方式中，可改进照明光学系统4A的光使用效率。
此外，在该实施方式中，在复眼透镜40A和40B的每个单元均具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20D的焦距fCL4H和fCL4V以及复眼透镜40A和40B的焦距fFELH和fFELV时，可进一步提高照明光学系统4A中的光使用效率。此外，在该实施方式中，在耦合透镜20D具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20D的焦距fCL4H和fCL4V以及数值孔径NA4H和NA4V时，可进一步提高照明光学系统4A中的光使用效率。
[第四实施方式]
[结构]
图14A和14B示出了根据本发明第四实施方式的投影仪5的示意性结构。注意，投影仪5对应于本发明中的“投影型显示装置”的具体实例。图14A示出从上面(从y轴方向)所观察到的投影仪5的结构实例，并且图14B示出了从侧面(从x轴方向)所观察到的投影仪5的结构实例。
投影仪5具有与具有照明光学系统4A的投影仪4的结构不同结构，因为投影仪5包括照明光学系统5A。因此，在下面的说明中，将主要描述与投影仪4的不同点，并且将适当的省略与投影仪4的相同点的描述。
在照明光学系统5A中，光源10D和耦合透镜20D的光轴倾斜至与积分器40的光轴相交的方向。光源10D和耦合透镜20D的光轴优选在横向上倾斜，如图14A中所示。顺便提及，虽然没有示出，但光源10D和耦合透镜20D的光轴可以在纵向上倾斜或者在纵向上不倾斜。
照明光学系统5A还包括偏振光分离器80和延迟片阵列90。偏振光分离器80设置在耦合透镜20D和积分器40之间，并且延迟片阵列90设置在积分器40和聚光透镜50(或照明区域60A)之间。在该实施方式中，复眼透镜40B设置在相对于复眼透镜40A的焦点位置更接近复眼透镜40A的位置，并且延迟片阵列设置在复眼透镜40A的焦点上(或基本在焦点上)。
偏振光分离器80是对入射光的偏振光具有各向异性的光学装置，并且将从耦合透镜20D侧入射的光分离，使得S偏振光分量的传播方向与P偏振光分量的传播方向不同。偏振光的分离方向优选是横向，然而，也可以是纵向。如图15A和15B中所示，例如，偏振光分离器80优选是在一个表面上具有凹凸形状的偏振光衍射装置。该凹凸形状通过平行设置具有刃形或台阶形的多个带状形状的凸部构成。顺便提及，偏振光分离器80可以是二进制型(binary)偏振光衍射装置，但没有示出。
偏振光分离器80使包含在从耦合透镜20D侧入射的光中的S偏振光分量从其通过，使得该光的入射角和出射角彼此相等(或基本相等)。此外，偏振光分离器80使包含在从耦合透镜20D侧入射的光中的P偏振光分量衍射并且从其通过，使得该光的入射角和出射角彼此不同。注意偏振光分离器80可使包含在从耦合透镜20D侧入射的光中的P偏振光分量从其通过，使得该光的入射角和出射角彼此相等(或基本相等)，例如，与上述实例相反。在这种情况中，偏振光分离器80可进一步使包含在从耦合透镜20D侧入射的光中的S偏振光分量衍射并且从其通过，使得该光的入射角和出射角彼此不同。优选地，从偏振光分离器80输出的S偏振光的传播方向与从偏振光分离器80输出的P偏振光的传播方向相反，并且关于偏振光分离器80的法线(光轴)的关系为线对称。
如图16中所示，例如，延迟片阵列90具有不同相位差的第一区域90A和第二区域90B。第一区域90A设置在被偏振光分离器80分离的S和P偏振光分量中的一个入射的位置中，并且第一区域90A使入射第一区域90A的光通过并保持偏振光方向。另一方面，第二区域90B设置在与被偏振光分离器80分离的S和P偏振光分量中入射第一区域90A的偏振光分量不同的偏振光分量入射的位置中，并且第二区域90B将入射第二区域90B的光转换成等同于入射第一区域90A的光的偏振光的偏振光。第一区域90A和第二区域90B均具有在垂直于偏振光分离器80的分离(衍射)方向的方向上延伸的带状形状，并且在平行于偏振光分离器80的分离(衍射)方向的方向交替设置。在复眼透镜40A和40B的每个单元都具有除1以外的纵横比的情况中，第一区域90A和第二区域90B均优选在垂直于复眼透镜40A和40B的长度方向的方向上延伸。
彼此相邻的第一区域90A和第二区域90B的总宽度Aarray是例如等于复眼透镜40B的一个单元42的宽度。在第一区域90A和第二区域90B横向设置的情况中，例如，如在图16中所示，其总宽度Aarray是例如等于单元42的横向方向的宽度(hFEL2H)。在第一区域90A和第二区域90B纵向设置的情况中，虽然没有示出，但总宽度Aarray是例如等于单元42的纵向方向中的宽度(hFEL2V)。例如，第一区域90A的宽度hAWP1和第二区域90B的宽度hAWP2彼此相等。
顺便提及，在该实施方式中，例如，如图17A至17C中所示，来自耦合透镜20D侧的光在倾斜方向入射该偏振光分离器80。注意，图17A仅示意性示出了已经入射偏振光分离器80的光的S偏振光分量或P偏振光分量的光路，并且图17B仅示意性示出了包含在已经入射偏振光分离器80的光中的与图17A中所示偏振光分量不同的偏振光分量的光路。图17C示意性示出了与偏振光分量无关共享光路的状态。
例如，光轴在与延迟片阵列90中的排列方向平行的方向(例如，横向方向)上倾斜的光入射至偏振光分离器80。因此，例如，在图17A和17B中所示，包含在已经入射偏振光分离器80的光中的一种偏振光分量的光在平行于入射光的光轴的方向射出，并且包含在已经入射偏振光分离器80的光中的其它偏振光分量的光在与入射光的光轴相交的方向射出。此时，在平行于入射光的光轴的方向射出的光的光轴和在与入射光的光轴相交的方向射出的光的光轴的等分线优选平行(或基本平行于)于偏振光分离器80的法线(z轴)。
例如，积分器40将在平行于入射光的光轴的方向射出的光分离成多个微小光束以入射延迟片阵列90的第一区域90A，如图17A中所示。此外，例如，积分器40将在与入射光的光轴相交的方向射出的光分离成多个微小光束以入射例如延迟片阵列90的第二区域90B，如图17B中所示。虽然没有示出，但在平行于入射光的光轴的方向射出的光可入射延迟片阵列90的第二区域90B并且在与入射光的光轴相交的方向射出的光可入射延迟片阵列90的第一区域90A。在任何一种情况中，主要从延迟片阵列90射出P偏振光和S偏振光中的一种。
复眼透镜40A将在平行于入射光的光轴的方向射出的光分离为多个微小光束，并且然后每个分离的光束均基本聚焦在延迟片阵列90的第一区域90A中以在该位置形成二次光源平面(光源像SA)(参见图18)。同样，复眼透镜40A将在与入射光的光轴相交的方向射出的光分离成多个微小光束，并且然后每个分离的光束均基本聚焦在延迟片阵列90的第二区域90B中以在该位置形成二次光源平面(光源像SB)(参见图18)。注意，光源像SA和光源像SB所构成的光源像相当于上述实施方式中的光源像S。
在实施方式中，耦合透镜20D的焦距fCL4和复眼透镜40A和40B中的每个的焦距fFEL均被设置为使得复眼透镜40A中的每个单元41在延迟片阵列90上形成的每个光源像S1和每个光源像S2的尺寸均分别具有不超过第一区域90A中的一个单元和第二区域90B中的一个单元的尺寸。
本文中，在第一区域90A和第二区域90B均在第二方向延伸的情况中，通过下面的表达式(23)和(24)表示上面的条件。此外，在图18中示意性示出上面的条件。
hH1＝P4H×(fFEL/fCL4H)≤hAWP1...(23)
hH1＝P4H×(fFEL/fCL4H)≤hAWP2...(24)
其中，hH1是光源像SA的第一方向或其对应方向的尺寸，
hH2是光源像SB的第二方向或其对应方向的尺寸，
P4H是包括在光源10D中的固态发光装置11的发光区域的第一方向或其对应方向的尺寸，
fCL4H是耦合透镜20D的第一方向或其对应方向的焦距，
hAWP1是第一区域90A的排列方向的尺寸，以及
hAWP2是第二区域90B的排列方向的尺寸。
顺便提及，在固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，P4H等于芯片11A的发光斑11B在第一方向或其对应方向的尺寸。在固态发光装置11由多个芯片11A构成的情况中，P4H等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈在第一方向或其对应方向的尺寸。此外，在耦合透镜20D是由多个透镜构成的情况中，fCL4H是透镜在第一方向或其对应方向的组合焦距。
作为实际上等价于上述表达式(23)和(24)的表达式，引用下面的表达式(25)和(26)。表达式(25)到(26)特别在固态发光装置11的发光区域的尺寸基本等于固态发光装置11的尺寸的情况中是有益的。
hH1＝W4H×(fFEL/fCL4H)≤hAWP1...(25)
hH2＝W4H×(fFEL/fCL4H)≤hAWP2...(26)
其中，W4H是包括在光源10D内的固态发光装置11在第一方向或其对应方向的尺寸。
注意，在固态发光装置11由单个芯片11A构成的情况中，W4H等于芯片11A的尺寸。在固态发光装置11由被视为单个芯片的多个芯片11A构成的情况中，W4H等于该单个芯片的尺寸。
[功能和效果]
接着，将描述该实施方式的投影仪5的功能和效果。在该实施方式中，耦合透镜20D的焦距fCL4以及每个复眼透镜40A和40B的焦距fFEL均被设置成使得由复眼透镜40A的每个单元41在延迟片阵列90上形成的每个光源像S1和每个光源像S2的尺寸均分别具有不超过第一区域90A的一个单元和第二区域90B的一个单元的尺寸。因此，可提高在照明光学系统5A中的光使用效率。
此外，在实施方式中，在复眼透镜40A和40B的每个单元均具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20D的焦距fCL4H和fCL4V以及复眼透镜40A和40B的焦距fFELH和fFELV时，可进一步提高照明光学系统5A中的光使用效率。此外，在实施方式中，在耦合透镜20D具有除1以外的纵横比的情况中，当考虑纵横比设置耦合透镜20D的焦距fCL4H和fCL4V以及数值孔径NA4H和NA4V时，可进一步提高照明光学系统5A中的光使用效率。
此外，在实施方式中，从光源10D侧观察，偏振光分离器80设置在积分器40前，延迟片阵列90设置在积分器40的后面，并且使来自耦合透镜20D的光在斜方向入射偏振光分离器80。因此，当偏振光板用在空间调制装置60的光入射侧等上时，使光源10D发出的光转换成主要包括平行于偏振光板的传输轴的偏振光分量的偏振光。结果，可减小设置在空间调制装置60的光入射侧等上的偏振光板中产生的光损失，并且因此可大幅提高在整个投影仪5中的光使用效率。
[5.实例]
接下来，将根据每个实施方式描述分别用在投影仪1、3、4和5中使用的照明光学系统1A、3A、4A和5A的实例。图19示出了第一至第三实施方式的实例的设计值，并且图20示出了第四实施方式的实例的设计值。图中的实例1至3对应于照明光学系统1A、3A和4A共享的设计值并且图中的实例4对应于照明光学系统5A的设计值。在图19中的最下方描述的“条件表达式”是通过将设计值带入下面的表达式(27)到(29)和(31)到(33)得到的。表达式(27)至(29)和(31)至(33)是通过组合表达式(17)至(22)和分别由W1H、W2H、W3H、W1V、W2V和W3V替换上述表达式(7)到(12)中的P1H、P2H、P3H、P1V、P2V和P3V所得到的表达式而得到的。图20中的“条件表达式”是通过相似的方法将设计值代入下面的表达式(30)和(34)中得到的。注意在图19和20中，为了方便起见，将fCL1H、fCL2H、fCL3H和fCL4H统称为fCLH，并且为了方便起见，将fCL1V、fCL2V、fCL3V和fCL4V统称为fCLV。此外，在图19和20中，为了方便起见，将数值孔径NA1H、NA2H、NA3H和NA4H统称为NAH，并且为了方便起见，将数值孔径NA1V、NA2V、NA3V和NA4V统称为NAV。
(w1H/hFEL2H)×fFELH≤fCL1H≤hCL1H/(2×NA1H)...(27)
(w2H/hFEL2H)×fFELH≤fCL2H≤hCL2H/(2×NA2H)...(28)
(w3H/hFEL2H)×fFELH≤fCL3H≤hCL3H/(2×NA3H)...(29)
(w4H/hFEL2H)×fFELH≤fCL4H≤hCL4H/(2×NA4H)...(30)
(w1V/hFEL2V)×fFELV≤fCL1V≤hCL1V/(2×NA1V)...(31)
(w2V/hFEL2V)×fFELV≤fCL2V≤hCL2V/(2×NA2V)...(32)
(w3V/hFEL2V)×fFELV≤fCL3V≤hCL3V/(2×NA3V)...(33)
(w4V/hFEL2V)×fFELV≤fCL4V≤hCL4V/(2×NA4V)...(34)
应理解，从图19和20中，任何设计值均可用于分别设置满足表达式(27)到(34)的焦距fCL1H、fCL2H、fCL3H、fCL4H、fCL1V、fCL2V、fCL3V和fCL4V。
[6.变形例]
如上所述，虽然已参照多个实施方式描述了本发明，但本发明不限于上述实施方式，并且可进行各种变形。
(变形例1)
例如，在实施方式中，如图3A和3B至图6A和6B中所示，描述了芯片11A是顶发光型元件的情况，然而，芯片11A可以是端面发光型元件。在这种情况中，如图21A和21B至图26A和26B中所示，例如，光源10A、10B、10C和10D均都具有罐型结构，其中，由一个或多个端面发光型芯片11A构成的固态发光装置11包含在管座13和端帽14封闭的内部空间中。
管座13和端帽14一起构成光源10A、10B、10C或10D的封装件，并且管座13例如包括支持子托架15的支持基板13A、设置在支持基板13A的后表面上的外框基板13B以及多个连接端子13C。子托架15由具有导电性和散热性的材料制成。支持基板13A和外框基板13B均通过在具有导电性和散热性的材料上形成一个或多个绝缘通孔和一个或多个导电通孔来构成。支持基板13A和外框基板13B均具有例如圆盘形状，并且被层叠使得两个基板的中心轴(未示出)彼此重合。外框基板13B具有大于支持基板13A的直径。外框基板13B的外边缘是从以外框基板13B的中心轴为法线的平面中的中心轴朝向放射状方向突出的环形凸缘。该凸缘具有限定在制造过程中在支持基板13A中安装端帽14的基准位置的功能。多个连接端子13C至少穿过支持基板13A。连接端子13C的除了一个或多个端子外的其它端子(在下文中，为方便起见称为“端子α”)分别电连接至各个芯片11A的电极(未示出)。例如，端子α向外框基板13B侧较长地突出，并且向支持基板13A侧较短地突出。此外，连接端子13C的除了上述端子α外的其它端子(在下文中为了方便称为“端子β”)电连接至所有芯片11A的其它电极(未示出)。例如，端子β向外框基板13B侧较长地突出，并且端子β的位于支持基板13A侧的端部边缘被嵌入在支持基板13A中。在每个连接端子13C中，向外框基板13B侧较长地突出的部分相当于例如嵌入在基板等内的部分。另一方面，在每个连接端子13C中，向支持基板13A侧较短地突出的部分相当于通过电线16一对一电连接至芯片11A的部分。在每个连接端子13C中，嵌入在支持基板13A的部分例如相当于通过支持基板13A和子托架15电连接至所有芯片11A的部分。端子α由被设置在支持基板13A和外部框架基板13B中的绝缘通孔支持，并且通孔使端子α与支持基板13A和外部框架基板13B绝缘和分开。此外，通过上述绝缘件使端子α彼此绝缘分离。另一方面，端子β由被设置在支持基板13A和外框基板13B中的绝缘通孔支持，并且电连接至通孔。
端帽密封固态发光装置11。该端帽14具有例如在其顶部或底部设置有开口的筒部14A。筒部14A的底部例如与支持基板13A侧面接触，并且固态发光装置11设置在筒部14A的内部空间中。端帽14具有被设置为用于覆盖筒部14A的顶部上的开口的透光窗14B。透光窗14B设置在面向固态发光装置11的光射出面的位置，并且具有传输从固态发光装置11发出的光的功能。
在变形例中，固态发光装置11从由一个或多个点状发光斑、或一个或多个非点状发光斑构成的发光区域发出光。例如，固态发光装置11可由例如发出预定波长范围的光的单个芯片11A、或者由发出相同波长范围的光的多个芯片11A、或发出不同波长范围的光的多个芯片11A构成。在固态发光装置11是由多个芯片11A构成的情况中，例如，芯片11A横向设置，如在图21A和21B中和22A和22B中所示，或者例如纵向设置，即，如在图24A和24B和25A和25B中所示。包括在固态发光装置11中的芯片11A的数目在光源10A、10B、10C和10D中可以不同或相同。
在固态发光装置11是由单个芯片11A构成的情况中，例如，固态发光装置11的尺寸(WV×WH)等于单个芯片11A的尺寸(WV1×WH1)，如图23B和26B中所示。另一方面，在固态发光装置11是由多个芯片11A构成的情况中，例如，当将所有芯片11A视为一组时，固态发光装置11的尺寸等于该组的尺寸，如图21B、22B、24B和25B中所示。在多个芯片11A横向设置的情况中，固态发光装置11的尺寸(WV×WH)在图21B中的实例中大于WV1×3WH1，并且在图22B中的实例中大于WV1×2WH1。此外，在多个芯片11A纵向设置的情况中，固态发光装置11的尺寸(WV×WH)在图24B中的实例中大于3WV1×WH1，并且在图25B中的实例中大于2WV1×WH1。
芯片11A是由例如激光二极管(LD)构成。包括在光源10A、10B、10C和10D中的所有芯片11A可由LD构成。此外，包括在光源10A、10B、10C和10D中的一个或多个中的芯片11A可由LD构成，并且包括在其它光源中的芯片11A可由LED或OLED构成。
例如，如图21A和21B至图26A到26C中所示，每个芯片11A均包括小于芯片11A的尺寸(WV×WH)的尺寸(PV1×PH1)的发光斑11B。当将电流注入芯片11A以驱动芯片11A时，发光斑11B相当于从芯片11A发出光的区域(发光区域)。在芯片11A是由LD构成的情况中，发光斑11B是小于LED或OLED的发光斑的点状形状。
在固态发光装置11是由单个芯片11A构成的情况中，例如，发光斑11B的数目是1，如图23B和26B中所示。另一方面，在固态发光装置11是由多个芯片11A构成的情况中，例如，发光斑11B的数目等于芯片11A的数目，如图21B、22B、24B和25B中所示。在这种情况中，在固态发光装置11是由单个芯片11A构成的情况中，固态发光装置11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于发光斑11B的尺寸(PV1×PH1)。另一方面，在固态发光装置11是由多个芯片11A构成的情况中，固态发光装置11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于以最小内部面积包括所有芯片11A的发光斑11B的包围圈的尺寸。在多个芯片11A横向设置的情况中，在图21B的实例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于PV1×3PH1且小于WV×WH。同样，在图22B的实例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于PV1×2PH1且小于WV×WH。此外，在多个芯片11A纵向设置的情况中，在图24B的实例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于3PV1×PH1且小于WV×WH。同样，在图25B的实例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于2PV1×PH1且小于WV×WH。
(变形例2)
此外，在上述实施方式和变形例中，虽然照明光学系统1A、3A、4A和5A均被配置为包括使平行光入射复眼透镜40A的无限光学系统，但照明光学系统1A、3A、4A和5A均可被配置为包括使会聚光(或发散光)入射复眼透镜40A的有限光学系统。在这种情况中，在上述实施方式和变形例中，代替耦合透镜20A至20D，可设置具有会聚或发散从光源10A至10D发出的光的功能的传播方向角度换转装置。顺便提及，在该情况中，优选地，将由上述传播方向角度换转装置和复眼透镜40A和40B构成的光学系统的光学放大倍率设置成由复眼透镜40A的每个单元41在复眼透镜40B上形成的每个光源像S的尺寸均具有不超过复眼透镜40B中一个单元42的尺寸。具体地，优选地，由上述传播方向角度换转装置和复眼透镜40A和40B构成的光学系统的光学放大倍率满足下面的关系表达式。
h＝P×m≤hFEL2
其中，m是由上述传播方向角度换转装置和复眼透镜40A和40B构成的光学系统的光学放大倍率。
此外，在变形例中，在复眼透镜40A和40B的每个单元41和42均具有除1以外的纵横比的情况中，照明光学系统1A、3A、4A和5A均优选为变像光学系统。
(变形例3)
此外，在上述实施方式及其变形例中描述了将本技术应用于投影型显示装置的情况，然而，本技术当然也可应用于其它显示装置。例如，如图27所示，本技术可应用于后投影显示装置(rear-projection display device)6。该后投影显示装置6包括分别包括照明光学系统1A、3A、4A或5A的投影仪1、3、4或5以及显示从投影仪1、3、4或5(投影光学系统70)投影出的成像光的透射型屏幕7，如图27中所示。以这种方式，将照明光学系统1A、3A、4A或5A用作后投影显示装置6的照明光学系统，使得可提高光使用效率。
本发明包含于2010年10月12日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-229372中所公开的主题，其全部内容结合与此作为参考。
本领域的技术人员应当理解，根据设计需求和其它因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变形，均应包含在所附权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (20)

1.一种照明装置，包括：
一个或多个光源，均包括具有由一个或多个发光斑构成的发光区域的固态发光装置；
一个或多个传播方向角度转换装置，均用于转换从所述固态发光装置入射的光的传播方向角度；和
积分器，包括具有接收来自所述传播方向角度转换装置的光的多个单元的第一复眼透镜和具有接收来自所述第一复眼透镜的光的多个单元的第二复眼透镜，所述积分器将来自所述传播方向角度转换装置的光所照明的预定照明范围中的照度分布均匀化，
其中，由所述传播方向角度转换装置和所述第一和第二复眼透镜构成的光学系统具有使通过所述第一复眼透镜中的各个单元形成在所述第二复眼透镜上的每个光源像的尺寸都不超过所述第二复眼透镜中的一个单元的尺寸的光学放大倍率。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述固态发光装置由发出预定波长范围内的光的单个芯片构成或由多个发出相同波长范围内或不同波长范围内的光的多个芯片构成，并且，
所述光学系统的光学放大倍率满足以下关系式：
h＝P×m≤hFEL2
其中，h是所述光源像的尺寸，
P是所述发光区域的尺寸，当所述固态发光装置由一个芯片构成时，所述发光区域的尺寸等于芯片的发光斑的尺寸，当所述固态发光装置由多个芯片构成时，所述发光区域的尺寸等于以最小内部面积包围所有芯片的发光斑的包围圈的尺寸，
m是所述光学系统的光学放大倍率，以及
hFEL2是所述第二复眼透镜中的一个单元的尺寸。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其中，
所述传播方向角度转换装置将从所述固态发光装置入射的光的传播方向角度转换成等于或接近平行光的传播方向角度，
所述传播方向角度转换装置的焦距fCL和所述第一和第二复眼透镜各自的焦距fFEL满足以下关系式：
h＝P×(fFEL/fCL)≤hFEL2。
4.根据权利要求3所述的照明装置，其中，
所述第一和第二复眼透镜中的每个单元都具有除1以外的纵横比，并且
所述传播方向角度转换装置的焦距和所述第一和第二复眼透镜各自的焦距满足以下关系式：
hx＝Px×(fFELx/fCLx)≤hFEL2x
hy＝Py×(fFELy/fCLy)≤hFEL2y
其中，hx是所述光源像在第一方向上的尺寸，
hy是所述光源像在垂直于所述第一方向的第二方向上的尺寸，
Px是所述发光区域在所述第一方向或其对应方向上的尺寸，当所述固态发光装置由一个芯片构成时，该尺寸等于芯片的发光斑在所述第一方向或其对应方向上的尺寸，而当所述固态发光装置由多个芯片构成时，该尺寸等于以最小内部面积包围所有芯片的发光斑的包围圈在所述第一方向或其对应方向上的尺寸，
Py是所述发光区域在所述第二方向或其对应方向上的尺寸，当所述固态发光装置由一个芯片构成时，该尺寸等于芯片的发光斑在所述第二方向或其对应方向上的尺寸，而当所述固态发光装置由多个芯片构成时，该尺寸等于以最小内部面积包围所有芯片的发光斑的包围圈在所述第二方向或其对应方向上的尺寸，
fFELx是所述第一和第二复眼透镜在所述第一方向上的焦距，
fFELy是所述第一和第二复眼透镜在所述第二方向上的焦距，
fCLx是所述传播方向角度转换装置在所述第一方向或其对应方向上的焦距，
fCLy是所述传播方向角度转换装置在所述第二方向或其对应方向上的焦距，
hFEL2x是所述第二复眼透镜中的一个单元在所述第一方向上的尺寸，以及
hFEL2y是所述第二复眼透镜中一个单元在所述第二方向上的尺寸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，其中，所述传播方向角度转换装置具有使入射至其的光的光束尺寸不超过所述传播方向角度转换装置的尺寸的焦距和数值孔径。
6.根据权利要求5所述的照明装置，其中，所述传播方向角度转换装置的焦距fCL和数值孔径NA满足以下关系式：
Figure FDA0000094621200000031
其中，
Figure FDA0000094621200000032
是入射至所述传播方向角度转换装置的光的光束尺寸，
hCL是所述传播方向角度转换装置的尺寸。
7.根据权利要求6所述的照明装置，其中，
所述传播方向角度转换装置具有除1以外的纵横比，并且
所述传播方向角度转换装置的焦距和数值孔径满足以下关系式：
Figure FDA0000094621200000041
Figure FDA0000094621200000042
其中，
Figure FDA0000094621200000043
是入射至所述传播方向角度转换装置的光在第一方向或其对应方向上的光束尺寸，
Figure FDA0000094621200000044
是入射至所述传播方向角度转换装置的光在第二方向或其对应方向上的光束尺寸，
NAx是所述传播方向角度转换装置在第一方向或其对应方向上的数值孔径，
NAy是所述传播方向角度转换装置在第二方向或其对应方向上的数值孔径，
hCLx是所述传播方向角度转换装置在第一方向或其对应方向上的尺寸，以及
hCLy是所述传播方向角度转换装置在第二方向或其对应方向上的尺寸。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，还包括光路合成装置，其中，
所述照明装置包括多个光源和多个传播方向角度转换装置，
每个所述光源都以内置有所述固态发光装置的封装件的形式形成，
每个所述传播方向角度转换装置对应于每个封装件设置，以及
所述光路合成装置将穿过各个所述传播方向角度转换装置的光束合成至单个光路。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，还包括光路合成装置，其中，
所述照明装置包括多个光源和一个传播方向角度转换装置，
每个所述光源都以内置有所述固态发光装置的封装件的形式形成，
所述光路合成装置将来自各个所述固态发光装置的光束合成至单个光路，以及
所述传播方向角度转换装置将从所述光路合成装置发出的光的传播方向角度转换成等于或接近平行光的传播方向角度。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，其中，
所述照明装置包括一个光源和一个传播方向角度转换装置，
所述光源以内置有所述固态发光装置的封装件的形式形成。
11.根据权利要求2至4中任一项所述的照明装置，其中，所述芯片是发光二极管、有机EL发光器件或激光二极管。
12.根据权利要求3或4所述的照明装置，其中，所述传播方向角度转换装置的纵横放大率的比等于所述第二复眼透镜中每个单元的纵横比的倒数。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，其中，
所述第一复眼透镜大致设置在所述第二复眼透镜的焦点位置上，以及
所述第二复眼透镜大致设置在所述第一复眼透镜的焦点位置上。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的照明装置，还包括：
偏振光分离器，设置在所述传播方向角度转换装置和所述积分器之间；和
相差板阵列，设置在所述积分器和所述照明范围之间，其中，
所述偏振光分离器将来自所述传播方向角度转换装置的光分离成在彼此不同的方向上传播的S偏振光分量和P偏振光分量，
所述相差板阵列包括第一区域和第二区域，每个第一区域给出与每个第二区域不同的相位差，
每个第一区域设置在由所述偏振光分离器分离的S偏振光分量和P偏振光分量中的任一偏振光分量的入射位置上，并且使入射至所述第一区域的光以保持偏振光方向的状态通过，
每个第二区域设置在S偏振光分量和P偏振光分量中的另一偏振光分量的入射位置上，并且将入射至所述第二区域的光转换成具有与入射至所述第一区域的光相同的偏振光方向的偏振光。
15.根据权利要求14所述的照明装置，其中，所述第一区域和所述第二区域在沿着垂直于所述偏振光分离器的分离方向的方向上延伸，并且交替设置在所述偏振光分离器的分离方向上，每个第一区域都呈带状，并且每个第二区域也都呈带状。
16.根据权利要求14所述的照明装置，其中，
所述第一和第二复眼透镜的每个单元都具有除1以外的纵横比，
所述第一区域和所述第二区域在垂直于所述第一和第二复眼透镜的长度方向的方向上延伸，每个第一区域都呈带状，并且每个第二区域也都呈带状。
17.根据权利要求14所述的照明装置，其中，
所述相差板阵列大致设置在所述第一复眼透镜的焦点位置上，
所述第二复眼透镜设置在相对于所述第一复眼透镜的焦点位置更靠近所述第一复眼透镜的位置上。
18.一种投影型显示装置，包括：
照明光学系统；
空间调制装置，根据输入的图像信号来调制来自所述照明光学系统的光以产生图像光；和
投影光学系统，投影由所述空间调制装置产生的图像光，其中，所述照明光学系统包括：
一个或多个光源，均包括具有由一个或多个发光斑构成的发光区域的固态发光装置；
一个或多个传播方向角度转换装置，均用于转换从所述固态发光装置入射的光的传播方向角度；和
积分器，包括具有接收来自所述传播方向角度转换装置的光的多个单元的第一复眼透镜和具有接收来自所述第一复眼透镜的光的多个单元的第二复眼透镜，所述积分器将来自所述传播方向角度转换装置的光所照明的预定照明范围中的照度分布均匀化，
其中，由所述传播方向角度转换装置和所述第一和第二复眼透镜构成的光学系统具有使通过所述第一复眼透镜中的各个单元形成在所述第二复眼透镜上的每个光源像的尺寸都不超过所述第二复眼透镜中的一个单元的尺寸的光学放大倍率。
19.根据权利要求18所述的投影型显示装置，其中，所述投影型显示装置为后投影显示装置。
20.一种直视型显示装置，包括：
照明光学系统；
空间调制装置，根据输入的图像信号来调制来自所述照明光学系统的光以产生图像光；和
投影光学系统，投影由所述空间调制装置产生的图像光，其中，所述照明光学系统包括：
一个或多个光源，均包括具有由一个或多个发光斑构成的发光区域的固态发光装置；
一个或多个传播方向角度转换装置，均用于转换从所述固态发光装置入射的光的传播方向角度；和
积分器，包括具有接收来自所述传播方向角度转换装置的光的多个单元的第一复眼透镜和具有接收来自所述第一复眼透镜的光的多个单元的第二复眼透镜，所述积分器将来自所述传播方向角度转换装置的光所照明的预定照明范围中的照度分布均匀化，
其中，由所述传播方向角度转换装置和所述第一和第二复眼透镜构成的光学系统具有使通过所述第一复眼透镜中的各个单元形成在所述第二复眼透镜上的每个光源像的尺寸都不超过所述第二复眼透镜中的一个单元的尺寸的光学放大倍率。
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