CN104094151A - 会聚光学系统和投影式图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

会聚光学系统(1)具有：面发光光源(11)，其从发光面(12)放射光；作为准直光学系统的准直透镜(13)，其将从发光面(12)放射的光转换成大致平行光；作为会聚光学系统的聚光透镜(4)，其会聚被转换成大致平行光的光；以及作为光强度分布均匀化元件的积分棒(8)，其具有入射由聚光透镜(4)会聚后的光的入射面(81)，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面(82)射出。在会聚于积分棒(8)的入射面(81)上的光中，会聚于入射面(81)的中央部的光的会聚角小于会聚于入射面(81)的角部的光的会聚角。

Description

会聚光学系统和投影式图像显示装置
技术领域
本发明涉及会聚光学系统和使用该会聚光学系统的投影式图像显示装置。
背景技术
以往，投影式图像显示装置的光源主要使用灯光源。但是，由于灯光源具有红色的发光光量较少，寿命较短这样的缺点，因此，近年来，代替灯光源，使用具有更长寿命的发光二极管(LED)等面发光光源。由于单色的LED放射的光的波段较窄，因此，通过组合使用红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的LED，能够实现较宽的颜色再现区域。
在专利文献1中提出了如下的照明光学系统：为了提高光的利用效率，使用具有矩形发光面的R、G、B的LED，通过准直光学系统分别使从各发光面的任意一点放射的光成为平行光后，利用分色镜对其进行合成，通过会聚透镜使合成光会聚在积分棒的入射面上。在该照明光学系统中，在积分棒的入射面上以规定倍率形成LED的光源像(发光面的像)。
并且，近年来，例如在极端横长的显示器这样的异形显示器的用途中，有时发光面的长宽比和显示器的屏幕形状的长宽比不同。这种情况下，光源对具有与发光面的长宽比不同的长宽比的图像显示元件的区域进行照明，产生光量损失。
因此，在专利文献2中提出了如下结构：在投影式图像显示装置的照明光学系统中，通过在光路中设置具有环(toroidal)面的复曲面透镜(toric lens)，对光源的发光面的长宽比进行转换。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-300772号公报(第0043～0050段)
专利文献2：日本特开2004-61848号公报(第0046～0052段)
发明内容
发明要解决的课题
这里，为了不在投影式图像显示装置的照明光学系统中产生光量损失，需要满足以下2个条件。第1条件是使光的入射角度成为容许入射角度(装置中能够有效利用光的规定角度)。第2条件是使光会聚在规定照明区域内。
在专利文献1公开的技术中，在LED的扩展量(Etendue)远远小于积分棒的扩展量的情况下，从LED放射的光高效地会聚在积分棒上。但是，在为了提高图像显示元件(被照明体)的明亮度而使LED的扩展量为积分棒的扩展量以上的情况下，当使LED的光源像成像成与积分棒的入射面相同的尺寸时，光以大于容许入射角的角度入射到积分棒的入射面，产生光量损失。
并且，在LED的扩展量小于积分棒的扩展量的情况下，由于会聚透镜的像差，LED的光源像在其周边部模糊，因此，实质上较大地成像。其结果是，如果LED的光源像大于积分棒的入射面，则产生光量损失。
并且，在专利文献2公开的照明光学系统中，能够对光源的发光面的长宽比进行转换，会聚在具有不同长宽比的期望照明区域内，但是，通过对长宽比进行转换，照明面中的会聚角度根据扩展量的保存法则而变化。扩展量的保存法则是可利用的光源的面积与立体角之积恒定这样的自然法则。
作为例子，考虑设光源(LED)的发光面的长宽比为4：3，将该长宽比转换成16：9并投影到屏幕上的情况。在专利文献2的结构中，使用具有环面的复曲面透镜，改变与光轴垂直的方向的成像倍率和与光轴平行的方向的成像倍率。由此，能够将4：3的长宽比转换成16：9的长宽比。此时，屏幕的短边方向成为对长宽比进行压缩的方向。并且，与屏幕的长边方向的光线相比，屏幕的短边方向的光线的会聚角度较大。因此，屏幕的短边方向的光线的入射角度大于装置中能够有效利用的规定角度(容许入射角度)，存在光量损失全体不会降低的问题。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种会聚光学系统和使用该会聚光学系统的投影式图像显示装置，能够降低对从光源放射的光进行会聚时的光量损失并得到较高的光利用效率。并且，本发明的目的在于，提供一种会聚光学系统及其投影式图像显示装置，即使在面发光光源的长宽比与光强度分布均匀化元件或图像显示元件的长宽比不同的情况下，也能够降低光量损失。
用于解决课题的手段
本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及光强度分布均匀化元件，其具有入射由会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，在会聚于光强度分布均匀化元件的入射面上的光中，会聚于入射面的中央部的光的会聚角小于会聚于入射面的角部的光的会聚角。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及光强度分布均匀化元件，其具有入射由会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，在由会聚于光强度分布均匀化元件的入射面上的光形成的光点中，形成于入射面的中央部的光点大于形成于入射面的角部的光点。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及光强度分布均匀化元件，其具有入射由会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，在从面发光光源的发光面放射的光中，与从发光面的角部放射的光相比，从发光面的中央部放射的光会聚在更加远离会聚元件的位置。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及光强度分布均匀化元件，其具有入射由会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，与面发光光源的发光面的角部相比，面发光光源的发光面在光强度分布均匀化元件的入射面上成像的成像倍率在中央部更大。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；以及具有正屈光力的会聚元件，其将被转换成大致平行光的光会聚到图像显示元件的显示面，在会聚于图像显示元件的显示面上的光中，会聚于显示面的中央部的光的会聚角小于会聚于角部的光的会聚角。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；以及具有正屈光力的会聚元件，其将被转换成大致平行光的光会聚到图像显示元件的显示面，在由会聚于图像显示元件的显示面上的光形成的光点中，形成于显示面的中央部的光点大于形成于显示面的角部的光点。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；以及具有正屈光力的会聚元件，其将被转换成大致平行光的光会聚到图像显示元件的显示面，在从面发光光源的发光面放射的光中，与从发光面的角部放射的光相比，从发光面的中央部放射的光会聚在更加远离会聚元件的位置。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；以及具有正屈光力的会聚元件，其将被转换成大致平行光的光会聚到图像显示元件的显示面，与面发光光源的发光面的角部相比，面发光光源的发光面在图像显示元件的显示面上成像的成像倍率在中央部更大。
并且，本发明的会聚光学系统的特征在于，该会聚光学系统具有：面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；具有正屈光力的准直光学系统，其将从发光面放射的光转换成大致平行光；具有正屈光力的会聚元件，其具有2个以上的环面，会聚被转换成大致平行光的光；以及光强度分布均匀化元件，其具有入射由会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，发光面的长宽比与入射面的长宽比不同，在会聚于入射面上的长宽比的压缩方向的光中，会聚于入射面的长宽比的压缩方向的中央部的光的会聚角小于会聚于长宽比的压缩方向的缘部的光的会聚角。
发明效果
根据本发明，能够降低光量损失并提高光利用效率。并且，即使在面发光光源的长宽比与光强度分布均匀化元件的长宽比不同的情况下，也能够降低光强度分布均匀化元件中的光量损失并提高光利用效率。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的具有会聚光学系统的投影式图像显示装置的基本结构的图。
图2是示出参考例1的会聚光学系统的结构的图。
图3是示出参考例1的会聚光学系统的结构的图。
图4是示出实施方式1的会聚光学系统的结构的图。
图5是示出实施方式1的会聚光学系统中的积分棒的入射面上的会聚状态的图。
图6是对比比较例的会聚光学系统(A)和实施方式1的会聚光学系统(B)来示出形成在积分棒的入射面上的光点的图。
图7是示意地示出实施方式1的积分棒的入射面中的成像大小的图。
图8是示出实施方式1的会聚光学系统的聚光透镜的形状的一例及其会聚状态的图。
图9是示出变形例的会聚光学系统的聚光透镜的形状的一例及其会聚状态的图。
图10是示出与实施方式1的数值实施例1对应的会聚光学系统的具体结构的图。
图11是示出与实施方式1的数值实施例1对应的聚光透镜的形状的图。
图12是示出与实施方式1的数值实施例1对应的会聚光学系统的积分棒的入射面上的光点的图。
图13是示出与实施方式1的数值实施例1对应的会聚光学系统的相对像高与积分棒上的入射位置之间的关系的图。
图14的(A)和(B)是示出在实施方式1的会聚光学系统中，不对积分棒的入射面上的会聚角设置限制的情况下的入射面上的照度分布的图。
图15的(A)和(B)是示出在实施方式1的会聚光学系统中，将积分棒的入射面上的会聚角限制在容许入射角即30度(半角)的情况下的入射面上的照度分布的图。
图16的(A)和(B)是对比示出分别与图14和图15对应的照度分布的曲线图。
图17是示出面发光光源的配光分布的图。
图18是示出比较例的会聚光学系统的结构的图。
图19是示出比较例的会聚光学系统的积分棒的入射面上的光点的图。
图20是示出本发明的实施方式2的具有会聚光学系统的投影式图像显示装置的基本结构的图。
图21是概略地示出本发明的实施方式3的会聚光学系统和投影式图像显示装置的结构的结构图。
图22的(A)和(B)是示出参考例2的会聚光学系统的结构的示意图。
图23是示出参考例2的积分棒的入射面中的会聚区域的示意图。
图24的(A)和(B)是示出参考例3的会聚光学系统的结构的示意图。
图25是示出参考例3的积分棒的入射面中的会聚区域的示意图。
图26的(A)和(B)是示出本发明的实施方式3的会聚光学系统的结构的图。
图27是示出实施方式3的会聚光学系统中的会聚状态的示意图。
图28是示出实施方式3的从会聚光学系统的微小发光区域放射的光的成像状态的示意图。
图29的(A)和(B)是示出实施方式3的会聚光学系统的会聚F值控制透镜的会聚状态的示意图。
图30的(A)和(B)是示出与数值实施例2对应的会聚光学系统的结构的图。
图31是示出与数值实施例2对应的会聚光学系统的积分棒的入射面上的会聚点的图。
图32是示出从发光面放射的光的放射位置的图。
图33是示出与比较例2对应的会聚光学系统的结构的结构图。
图34是示出与比较例2对应的会聚光学系统的积分棒的入射面上的会聚点的图。
图35是示出本发明的实施方式4的会聚光学系统和投影式图像显示装置的结构的图。
图36的(A)和(B)是与一般的积分棒对比示出实施方式4的锥形的积分棒的形状的说明图。
图37的(A)和(B)是用于说明实施方式4的会聚光学系统的积分棒的入射面上的会聚区域的图。
图38的(A)和(B)是与一般的积分棒对比示出实施方式4的积分棒的结构的立体图。
图39的(A)和(B)是示出数值实施例2的会聚光学系统的结构的结构图。
图40是示出数值实施例3的会聚光学系统的积分棒的入射面上的会聚点的图。
图41是示出实施方式4的会聚光学系统的积分棒的入射面中的光线的角度依赖性的图。
具体实施方式
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的具有会聚光学系统1A的投影式图像显示装置2A的基本结构的图。实施方式1的会聚光学系统1A具有放射红色(R)波段的光(以下为红色光)的红色用面发光光源11r、放射绿色(G)波段的光(以下为绿色光)的绿色用面发光光源11g、放射蓝色(B)波段的光(以下为蓝色光)的蓝色用面发光光源11b。
在图1中，单点划线表示红色(R)光，长虚线表示绿色(G)光，短虚线表示蓝色(B)光。
面发光光源11r具有放射红色光的发光面12r。并且，面发光光源11g具有放射绿色光的发光面12g，面发光光源11b具有放射蓝色光的发光面12b。发光面12r、12g、12b是彼此相同的矩形形状且相同大小的平面。
面发光光源11r、11g、11b可以由LED(发光二极管)、EL(电致发光)元件、半导体激光器以及它们的组合构成，但是，下面对使用LED的情况进行说明。
会聚光学系统1A还在面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的射出侧分别具备具有正屈光力的准直透镜(准直光学系统)13r、13g、13b。
准直透镜13r将从红色用发光面12r放射的红色光转换成大致平行光(平行光化)。准直透镜13g将从绿色用发光面12g放射的绿色光转换成大致平行光。准直透镜13b将从蓝色用发光面12b放射的蓝色光转换成大致平行光。
会聚光学系统1A还具有光合成单元，该光合成单元对穿过红色用准直透镜13r后的红色光、穿过绿色用准直透镜13g后的绿色光、穿过蓝色用准直透镜13b后的蓝色光进行合成。光合成单元例如由具有彼此垂直的2块分色镜6、7的十字分色镜构成。分色镜6、7具有透射或反射特定波段的光的特性。在图1中，双点划线表示合成后的光。
在该实施方式1中，光合成单元具有透射绿色光和蓝色光并反射红色光的分色镜6、透射红色光和绿色光并反射蓝色光的分色镜7。与相互分开配置2块分色镜的情况相比，十字分色镜能够减小镜的配置空间，因此，能够实现更加紧凑的会聚光学系统。另外，光合成单元不限于图1所示的结构。
会聚光学系统1A还具有使由光合成单元(分色镜6、7)合成后的光会聚的具有正屈光力的聚光透镜(会聚元件)4、以及对由聚光透镜4会聚后的光的强度分布进行均匀化的作为光强度分布均匀化元件的积分棒8。积分棒8具有入射由聚光透镜4会聚后的光的入射面81、射出对光强度分布进行均匀化后的光的出射面82。
聚光透镜4入射由分色镜6、7合成后的光，使该合成后的光以期望角度会聚在积分棒8的入射面81上。R、G、B用面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b和积分棒8的入射面81成为共轭关系，在积分棒8的入射面81上形成有发光面12r、12g、12b的2次光源像。
积分棒8由具有矩形截面的四棱柱状的透明部件(这里是玻璃)构成，入射面81具有与图像显示元件(图1中用标号22示出)相似的矩形形状。入射到积分棒8的入射面81的光在玻璃与空气的界面处反复进行全反射并在积分棒内部进行传播，由此，各颜色的光被均匀化，从出射面82射出。另外，光强度分布均匀化元件不限于积分棒8，也可以是利用内表面处的全反射的中空光导管或其它元件。
投影式图像显示装置2A具有这样构成的会聚光学系统1A、入射从会聚光学系统1A射出的光(由积分棒8对光强度分布进行均匀化后的光)的照明光学系统21、对从照明光学系统21入射的光进行调制并生成图像光的图像显示元件22、对由图像显示元件22生成的图像光进行放大投影的投影光学系统24。在具有屏幕的背面投影式的投影式图像显示装置的情况下，还具有对图像光进行放大投影的屏幕25。
照明光学系统(也称作照明光学元件)21将从积分棒8射出的光照射到图像显示元件22的显示面(显示区域)23上，例如由透镜等构成。
积分棒8的出射面82和图像显示元件22的显示面23成为相互共轭的关系，具有均匀亮度的矩形的积分棒8的出射面82的像成像在图像显示元件22的显示面23上。通过使积分棒8的出射面82和图像显示元件22的显示面23成为相互相似的形状，能够高效地对图像显示元件22的显示面23进行照明，能够得到较高的光利用效率。
图像显示元件22例如是透射式或反射式液晶面板或者反射式DMD(DigitalMicro-Mirror Device)。图像显示元件22的显示面23具有二维排列多个像素而成的结构。图像显示元件22根据视频信号，按照每个像素对由照明光学系统21照射的光进行强度调制，由此生成图像光。
投影光学系统24将由图像显示元件22调制后的光(图像光)放大投影到屏幕25上。在前面投影式(前投影仪)的情况下，屏幕25使用反射式屏幕，观察者观察基于反射光的图像。在背面投影式(后投影仪)的情况下，屏幕25使用透射式屏幕，观察者观赏基于透射光的图像。屏幕25的表面和图像显示元件22的显示面23配置在相互共轭的位置。
在这样构成的投影式图像显示装置2A中，如下所述显示图像。即，从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b放射的红色光、绿色光和蓝色光透射对应的准直透镜(准直光学系统)13r、13g、13b而成为大致平行光，入射到分色镜6、7进行合成。由分色镜6、7合成后的光通过聚光透镜4会聚在积分棒8的入射面81上。通过积分棒8对光强度分布进行均匀化后的光穿过照明光学系统21而照射到图像显示元件22，通过图像显示元件22进行调制后的图像光通过投影光学系统24放大投影到屏幕25上，在屏幕25上显示图像。
另外，由于会聚光学系统1A对图像显示元件22(被照明体)进行照明，因此有时也称作照明装置。
接着，对面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的尺寸、积分棒8的入射面81的尺寸、图像显示元件22的显示面23的尺寸之间的关系进行更加详细的说明。在实施方式1中，面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b和积分棒8的入射面81成为相互共轭的关系，并且，积分棒8的出射面82和图像显示元件22的显示面23成为相互共轭的关系。
一般情况下，在设计会聚光学系统和照明光学系统时，考虑扩展量(Etendue)这样的量。将扩展量的概念应用于实施方式1的会聚光学系统1A和投影式图像显示装置2A时，关于假设从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b放射的光束的配光分布为朗伯分布(完全扩散)时的面发光光源11r、11g、11b的扩展量(Es)、积分棒8的扩展量(Ei)和图像显示元件22的扩展量(El)，通过发光面或受光面的面积与从发光面放射的光或受光面接收的光的立体角之积，用以下的式(1)～(3)表示。
Es＝As×π×sin2(θs)…(1)
Ei＝Ai×π×sin2(θi)…(2)
El＝Al×π×sin2(θl)…(3)
在式(1)中，Es是面发光光源11r、11g、11b的扩展量。As是面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的面积。θs是从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b放射并将要由准直透镜13r、13g、13b取入的光线中的以最大扩展角放射的光线相对于发光面12r、12g、12b的法线的角度(取入角)。π是圆周率。
在式(2)中，Ei是积分棒8的扩展量。Ai是积分棒8的入射面81的面积。θi是以上述取入角从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b放射并入射到积分棒8的入射面81的光线相对于积分棒8的入射面81的法线的角度(会聚角)。
在式(3)中，El是图像显示元件22的扩展量。Al是图像显示元件22的显示面23的面积。θl是以上述会聚角入射到积分棒8的入射面81后入射到图像显示元件22的显示面23的光线相对于显示面23的法线的角度(照明角)。
一般情况下，会聚光学系统和照明光学系统设计成上述Es、Ei、El的值相同。例如，面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的尺寸(横方向×纵方向)为3mm×4mm(对角尺寸为5mm)，当设从发光面12r、12g、12b呈半球状放射(θs＝90°)的光束的配光分布为朗伯分布时，根据式(1)，如下所述计算面发光光源11r、11g、11b的扩展量(Es)，成为大约37.7。
Es＝As×π×sin2(θs)
＝(3×4)×π×sin2(90°)
＝12×π≈37.7
与其对应地，设图像显示元件22的显示面23的尺寸为12mm×16mm(对角尺寸20mm)，在将对图像显示元件22的显示面23进行照明的光的F值设定为2.0(θl≈14.5°)时，根据式(3)，如下所述计算图像显示元件22的扩展量(El)，成为大约37.7，可以与面发光光源11r、11g、11b的扩展量(Es)相同。
El＝Ai×π×sin2(θl)
＝(12×16)×π×sin2(14.5°)
≈192×π×0.0627≈37.7
并且，设入射到积分棒8的入射面81的光的F值为1.0(θi＝30°)，在将积分棒8的入射面81的尺寸设定为6mm×8mm(对角尺寸10mm)时，根据式(2)，如下所述计算积分棒8的扩展量(Ei)，成为大约37.7，可以与面发光光源11r、11g、11b的扩展量(Es)和图像显示元件22的扩展量(El)双方相同。
Ei＝Al×π×sin2(θi)
＝(6×8)×π×sin2(30°)
＝48×π×0.25≈37.7
在上述例子的情况下，由准直透镜13r、13g、13b和聚光透镜4构成的光学系统将面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b(尺寸：3mm×4mm)放大为2倍并成像在积分棒8的入射面81(尺寸：6mm×8mm)上。此时，在由于由准直透镜13r、13g、13b和聚光透镜4构成的光学系统具有的像差而使LED的光源像在其周边部模糊并实质上较大地成像的情况下、或上述光学系统的成像倍率较大且面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的2次光源像大于积分棒8的入射面81而成像的情况下，还对积分棒8的入射面81的外侧照射光(即，存在未入射到入射面81的光)，产生光量损失。
另一方面，当设由准直透镜13r、13g、13b和聚光透镜4构成的光学系统的倍率小于期望值时，面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的2次光源像更小，不存在照射到积分棒8的入射面81的外侧的光。但是，该情况下，由于入射到积分棒8的入射面81的光的会聚角增大，因此，入射到图像显示元件22的显示面23的光的照明角也增大，其结果是，导致光量损失或投影光学系统的大型化。
即，会聚光学系统1A需要使以规定取入角从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b放射的光以规定会聚角成像成规定尺寸，当超过该规定会聚角和尺寸时，产生光量损失等。
但是，考虑到很难取入从面发光光源11r、11g、11b放射的全部光(θs＝90°)，并且考虑到制造误差和均匀性，在对图像显示元件22的显示面23进行照明时，以比显示面23稍大的方式进行照明(照明余量)等，由此，实际上，根据光学系统的规格，适当对取入角和积分棒8的入射面81的尺寸等进行优化。
当设积分棒8的扩展量和图像显示元件22的扩展量相同或成为固定关系时，如上所述，在光的利用效率方面，最优选使面发光光源11r、11g、11b的扩展量和积分棒8的扩展量一致。但是，实际上，面发光光源11r、11g、11b和图像显示元件22的尺寸和规格的选择余地受限，不一定能够使面发光光源11r、11g、11b的扩展量和积分棒8的扩展量一致。
另一方面，当设定为面发光光源的扩展量小于积分棒的扩展量时，无法得到图像显示元件22能够实现的最大明亮度，因此，多数情况下设定为面发光光源的扩展量大于积分棒的扩展量。并且，即使设定为面发光光源的扩展量小于积分棒的扩展量，当会聚系统的像差较大时也会产生光量损失。
这样，在设定为面发光光源的扩展量大于积分棒的扩展量的情况下，无法以期望角度以下的会聚角在积分棒中取入来自面发光光源的全部光，产生光量损失。使用图2和图3的参考例1对这点进行说明。
作为参考例1，图2和图3示出无法以期望角度以下的会聚角在积分棒中取入从面发光光源放射的全部光而产生光量损失的情况下的结构。为了便于说明，使用与实施方式1的结构要素相同的标号对参考例1的结构要素进行说明。
根据图像显示元件22的规格(面积和F值)来确定积分棒8的入射面81的尺寸。在图2所示的参考例1中，以使得与积分棒8的入射面81尺寸相同的成像倍率，使面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b在积分棒8的入射面81上成像。该情况下，从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的各点放射的光以大于容许入射角的角度α会聚在积分棒8的入射面81上，因此产生光量损失。将该光量损失称作由于角度而引起的光量损失。
另外，容许入射角是指成为当光入射到积分棒8的入射面81的入射角再增大时，从积分棒8射出的光的一部分不会入射到后级的光学元件(这里是照明光学系统21和投影光学系统24)的状态的极限入射角。
另一方面，在图3所示的参考例1中，使从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的各点放射的光以容许入射角以下的角度在包含积分棒8的入射面81的平面上成像，但是，与图2相比，成像倍率较大。因此，面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的2次光源像大于积分棒8的入射面81的尺寸，产生光量损失。将该损失称作由于面积而引起的光量损失。
图4是示出本发明的实施方式1的会聚光学系统1A中的光路的图。另外，由于可忽略对从面发光光源11r、11g、11b放射的光的会聚(收敛)状态造成的影响，因此，这里省略分色镜6、7。面发光光源11r、11g、11b的扩展量大于积分棒8的扩展量，这与参考例1(图2和图3)相同。
另外，在以下的说明中，根据需要，将面发光光源11r、11g、11b统称作“面发光光源11”。并且，将发光面12r、12g、12b统称作“发光面12”，将准直透镜13r、13g、13b统称作“准直透镜13”。
在面发光光源11的扩展量大于积分棒8的扩展量的情况下，如上所述，产生由于角度而引起的光量损失(图2)、由于面积而引起的光量损失(图3)或其双方。在实施方式1中，特别是减少由于角度而引起的光量损失(图2)。
在图4中，从面发光光源11的发光面12的角部(四角)放射的光以规定入射角入射到积分棒8的入射面81的角部。另一方面，从面发光光源11的发光面12的中央部放射的光以比从发光面12的四角放射的光的入射角小的入射角入射到积分棒8的入射面81的中央部。
换言之，与入射面81的角部相比，面发光光源11的发光面12的像在积分棒8的入射面81上成像时的成像倍率在中央部较大。
图5是示出从面发光光源11(11r、11g、11b)的发光面12(12r、12g、12b)放射的光会聚在积分棒8上的状况的放大图。这里，为了便于说明，设积分棒8的入射面81的法线方向为水平方向进行说明。
从面发光光源11的发光面12的角部的一点向水平方向的下方向放射的光在水平方向的上方向上以角度u1会聚在积分棒8的入射面81的角部。从面发光光源11的发光面12的角部的一点向水平方向的上方向放射的光在水平方向的下方向上以角度u2会聚在积分棒8的入射面81的角部。
并且，从面发光光源11的中央部的一点向水平方向的下方向放射的光在水平方向的上方向上以角度v1会聚在积分棒8的入射面81的中央部。从面发光光源11的中央部的一点向水平方向的上方向放射的光在水平方向的下方向上以角度v2会聚在积分棒8的入射面81的中央部。
当设针对积分棒8的容许入射角相对于水平方向在上下方向上分别为α时，在积分棒8的入射面81的角部，会聚角u1、u2大于α，因此，产生由于角度而引起的光量损失。另一方面，在积分棒的入射面81的中央部，会聚角v1、v2小于α，因此，不会产生由于角度而引起的光量损失。
其结果是，与图2所示的参考例1相比，能够降低从面发光光源11的发光面12的中央部放射的光的由于角度而引起的光量损失。该情况下，从面发光光源11的中央部放射的光的会聚角小于容许入射角，并且越接近容许入射角，越能够减小光量损失。
另外，在该实施方式1中，2次光源像和积分棒8的入射面81的尺寸相等，但是不限于此，也可以进行稍微增大成像倍率等的变形。
图6示出由从面发光光源的四角和中央部放射的光形成的、积分棒8的入射面81上的光点。图6的(A)示出图2所示的参考例1的会聚光学系统中的入射面81上的光点，图6的(B)示出图4所示的实施方式1的会聚光学系统中的入射面81上的光点。
如图6的(A)所示，在参考例1的会聚光学系统中，形成在面发光光源11的发光面12的四角和中央部的光点全部较小(但是，由于会聚系统的像差，周边部的点严格来讲未会聚在一点，多少变得模糊，因此，也存在未入射到积分棒8的入射面81的光)。另一方面，在实施方式1的会聚光学系统中，如图6的(B)所示，形成在面发光光源11的发光面12的四角的光点较小，但是，形成在中央部的光点较大。
这是因为，如上所述，与从面发光光源11的发光面12的四角放射的光相比，增大从发光面12的中央部放射的光的成像倍率，因此，从发光面12的四角放射的光会聚在积分棒8的入射面81，与此相对，从发光面12的中央部放射的光会聚在比积分棒8的入射面81靠出射面82侧(远离聚光透镜4的一侧)(图5)。
在积分棒8的入射面81的四角，当光点较大时，其一部分从入射面81露出，因此，产生上述由于面积而引起的光量损失。与此相对，在积分棒8的入射面81的中央部，即使光点以某种程度增大，也不会从入射面81露出。因此，不会产生由于面积而引起的光量损失，能够降低由于角度而引起的光量损失。
图7是示出面发光光源11的发光面12的中央部和角部的微小区域的像在积分棒8的入射面81上成像的状态的示意图。
通过准直透镜13和聚光透镜4，面发光光源11的发光面12的中央部和角部中的微小长度Δa在积分棒8的入射面81中分别成像成Δc(中央部)和Δp(角部)的长度。此时，如上所述，与积分棒8的入射面81的角部的会聚角相比，中央部的会聚角较小，因此，与角部相比，中央部的成像倍率较大。即，Δc大于Δp。
图8是示出聚光透镜4的具体形状的一例的图。聚光透镜4具有入射来自面发光光源11的光的第1面41以及射出从第1面41入射的光的第2面42。聚光透镜4全体具有正屈光力，使入射到第1面41的光收敛并从第2面42射出。第1面41具有凸面形状。关于第2面42，在包含聚光透镜4的光轴(中心)的截面中，中央附近42a具有凹面形状，周边部42b具有凸面形状且非球面形状。
从面发光光源11的发光面12的角部放射的光在第1面41中受到收敛作用，在第2面42的周边部42b(凸面)中进一步受到收敛作用，会聚在会聚点fp上。该会聚点fp大致位于积分棒8的入射面81上。
另一方面，从面发光光源11的发光面12的中央部放射的光在第1面41中受到收敛作用，但是，在第2面42的中央附近42a(凹面)，几乎不会受到发散/收敛作用而会聚在会聚点fc上。该会聚点fc位于比积分棒8的入射面81靠出射面82侧(即远离聚光透镜4的一侧)。
根据这种结构，能够使积分棒8的入射面81的中央部的会聚角度小于角部的会聚角度。
另外，这里，聚光透镜4的第2面42的中央附近42a具有近似以上述会聚点fc(来自面发光光源11的发光面12的中央部的光的会聚点)为中心的球面的形状，但是不限于此。
图9示出聚光透镜4的形状的变形例。在该变形例中，聚光透镜4的第2面43的中央附近43a的凹面形状不是大致球面，具有比图8的聚光透镜4的第2面42的中央附近42a大的曲率，或者具有中心不连续的形状。在该例子中，在聚光透镜4的中央附近43a，来自各波带的光的会聚点(f1、f2)显著不同，来自面发光光源11的发光面12的中央部的光不具有明确的会聚点。该情况下，如果光以容许入射角以下的角度入射到积分棒8的入射面81内，则能够防止光量损失的降低。
另外，在以上的说明中，通过聚光透镜4的第2面43的面形状，发挥使光的会聚角在积分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能，但是不限于这种结构。
例如，也可以使聚光透镜4的第1面41和第2面42双方的面形状分担使光的会聚角在积分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能。或者，也可以利用多个透镜构成聚光透镜4，使该多个透镜具有该功能。
并且，关于使光的会聚角在积分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能，只要由准直透镜13和聚光透镜4构成的会聚光学系统的全体能够发挥该功能即可，也可以仅由准直透镜13发挥该功能，或者，还可以由准直透镜13和聚光透镜4双方发挥该功能。
但是，发挥使光的会聚角在积分棒8的入射面81的角部和中央部不同的功能的面具有非球面，在用于形成该非球面的成本比形成球面的成本高的情况下，优选由共同作用于从各颜色的面发光光源11(11r、11g、11b)放射的光(即，使用个数较少)的聚光透镜4发挥该功能。
数值实施例1
下面，对实施方式1的会聚光学系统1A的数值实施例1进行说明。表1示出会聚光学系统1A的光学数据。图10示出表1的光学数据的会聚光学系统的结构。
在本实施例中，面发光光源11的发光面12(12r、12g、12b)的尺寸为4.16mm×2.6mm。积分棒8的入射面81的尺寸为6.08mm×3.8mm。来自面发光光源11的光的取入角为80度(半角)。针对积分棒8的容许入射角利用半角表示为30度(即F值1.0)。这相当于以F值2.5(大约11.5度(半角))对图像显示元件22的显示面23上的15.2mm×9.5mm的区域进行照明。并且，关于面发光光源11的发光波长，红色(11b)为623nm，绿色(11g)为526nm，蓝色(11r)为462nm。
【表1】
在表1所示的光学数据的面编号Si栏中，对应于图10所示的标号Si示出第i面的编号。编号i为1以上的自然数。设位于最靠近物体侧的结构要素的面为第1面，编号i朝向像侧增加。物体侧是面发光光源11r、11g、11b侧。在面编号Si栏中，设面发光光源的发光面12r、12g、12b为OBJ，设积分棒8的入射面81为IMA。CG是面发光光源的玻璃罩。
并且，在表1的曲率半径Ri栏中，示出从物体侧起第i面的曲率半径的值。在面间隔Di栏中，示出从物体侧起第i面Si与第i+1面Si+1在光轴上的间隔。曲率半径Ri和面间隔Di的值的单位为毫米(mm)。在Nd、νd栏中分别示出针对d线(587.6nm)的折射率和阿贝数的值。
在表1的S2的面间隔中，(r)、(g)、(b)分别相当于红色、绿色、蓝色的面发光光源的情况下的面间隔。为了对各颜色间的色差进行校正，设面S2与面S3的面间隔为按照每个颜色而不同的值。
并且，在表1中，面编号的右上方标注的记号“*”表示该透镜面为非球面形状。
这里，S8、S9、S10、S11、S12为非球面形状。表2示出非球面数据。
【表2】
面编号 S8 S9 S10 S11 S12
k -8.022716E-01 -2.44512E+03 -1.19044E+00 1.89839E+00 0
A1 0 0 0 0 0
A2 0 0 0 0 2.582873E-01
A3 0 0 0 0 -1.455971E-01
A4 -5.680631E-06 -1.748405E-05 -3.938850E-06 -1.078345E-05 3.232564E-02
A5 0 0 0 0 -3.530807E-03
A6 4.538869E-08 6.726470E-09 3.247966E-10 8.854132E-07 1.803433E-04
A7 0 0 0 0 -2.341330E-06
A8 -4.538010E-11 1.202274E-11 -5.310997E-12 -7.148446E-09 -7.555612E-08
A9 0 0 0 0 0
A10 -1.236856E-13 1.266630E-14 3.509382E-14 3.135224E-11 0
A11 0 0 0 0 0
A12 -2.594120E-16 0 0 -6.369895E-14 0
A13 0 0 0 0 0
A14 1.771464E-18 0 0 4.978408E-17 0
作为表2所示的非球面数据，记载由以下的式(4)表示的非球面形状的式子中的各系数k、Ai的值。Z是从光轴分开半径r(mm)的位置处的非球面凹陷量(深度：mm)。系数k表示二次曲线系数。系数C表示面顶点处的曲率。系数Ai表示i次的非球面系数。
Z1(r)＝C·r2{1+(1-(1+k)·C2·r2)1/2}+∑Ai·ri(i＝1～n)…(4)
另外，表1和表2所示的光学数据只不过是用于说明实施方式1中的会聚光学系统1A的功能的一例。例如，这里使用非球面透镜，但是，也可以将其置换成多个球面透镜。并且，除了表1所示的玻璃材料以外，也可以使用折射率和阿贝数不同的各种玻璃材料。
在表1和图10中，CG是面发光光源11的玻璃罩(平行平板)。准直透镜13(13r、13g、13b)从面发光光源11侧朝向积分棒8侧依次由第1准直透镜113(113r、113g、113b)、第2准直透镜213(213r、213g、213b)和第3准直透镜313(313r、313g、313b)这3块透镜构成。并且，聚光透镜4(图1)从面发光光源12侧朝向积分棒8侧依次由第1聚光透镜114和第2聚光透镜115这2块透镜构成。
图11示出聚光透镜115的形状和积分棒8上的会聚状态的详细情况。聚光透镜115的第2面S12的中央附近具有凹面形状，几乎不会使从面发光光源11的发光面12的中央部放射的光收敛/发散，另一方面，其周边部具有凸面形状，通过其正屈光力而使从面发光光源11的发光面12的角部放射的光收敛。其结果是，与角部相比，积分棒8的入射面81上的会聚角在中央部较小。
图12示出由从面发光光源11的发光面12的四角和中央部以及发光面12的4边的各中点放射的光形成的、积分棒8的入射面81上的光点。可知除了中央部以外的8个光点会聚成较小，但是，中央部的光点较大地扩散。
表3示出相对像高与会聚在积分棒8的入射面81上的光的F值之间的关系。相对像高是以从积分棒8的入射面81的中心到角部的距离进行归一化而得到的像高，中心的相对像高为0，角部的相对像高为1。
由于积分棒8的入射面81上的光的会聚角越靠近中心越小，因此，在表3中可知，相对像高为0(即中心)时的F值最大，存在相对像高越大(即越接近角部)则F值越小的倾向。例如，在相对像高为0(中心)时，切向和径向的F值的平均值为1.016，与此相对，在相对像高为1(角部)时，切向和径向的F值的平均值为0.710。
【表3】
相对像高 切向F值 径向F值 平均F值
0 1.016 1.016 1.016
0.1 0.978 0.994 0.986
0.2 0.863 0.947 0.905
0.3 0.767 0.903 0.835
0.4 0.723 0.869 0.796
0.5 0.704 0.844 0.774
0.6 0.697 0.827 0.762
0.7 0.699 0.816 0.757
0.8 0.704 0.808 0.756
0.9 0.703 0.804 0.754
1 0.618 0.803 0.710
图13是示出相对像高与积分棒8的入射面81上的入射位置之间的关系的曲线图。积分棒8的入射面81上的入射位置用与入射面81的中心之间的距离表示。图13所示的曲线m是表示表3所示的相对像高与入射位置之间的关系的曲线。另一方面，图13所示的直线n是表示相对像高和入射位置成比例(即，倍率不会由于相对像高而变化)的直线。
即，随着相对像高增大(即接近角部)，曲线m和直线n大致一致。另一方面，在相对像高较小的部分中，曲线m位于直线n上方，因此，可知在入射面81的中心附近，成像倍率增大。
图14和图15示出积分棒8的入射面81上的照度分布。图14的(A)是示出在实施方式1的会聚光学系统中，不对积分棒8的入射面81上的会聚角设置限制(即，包含会聚在入射面81上的全部光)的情况下的入射面81上的照度分布的图。并且，图14的(B)是示出与图14的(A)对应的照度(单位：W/mm2)的偏差的图。
图15的(A)是示出在实施方式1的会聚光学系统中、将积分棒8的入射面81上的会聚角限制成容许入射角即30度(半角)(即，除了会聚在入射面81上的光中的以会聚角30度以上入射的光以外)的情况下的入射面81上的照度分布的图。图15的(B)是示出与图15的(A)对应的照度(单位：W/mm2)的偏差的图。
并且，图16的(A)和图16的(B)是示出分别与图14和图15对应的照度分布的曲线图。在图16中，实线表示X方向(横向)的照度分布，虚线表示Y方向(纵向)的照度分布。图17是示出这里使用的面发光光源11的配光分布的曲线图。在图17中，横轴表示角度，纵轴表示放射强度。
在图14的(A)中，由于成像倍率在中央部较大，因此，会聚在中央部的光的密度较小，与角部相比，照度较低。在图15的(A)中，由于在角部以大于容许入射角的角度入射的光受到限制，因此，与图14的(A)相比，角部的照度较低。另一方面，在图15的(A)的中央部，光会聚在容许入射角以内，因此，与未设置入射角限制的图14的(A)相比，照度几乎没有变化。其结果是，入射面81中的照度分布如图15和图16的(B)所示成为大致均匀的照度分布。
另外，在图14的(A)中可看到入射面81的中央部较为明亮，但是，这是以灰色标度显示附图，实际上，入射面81的中央部最暗。并且，根据图14的(B)可知，入射面81中的照度在0.02～0.05W/mm2这样的较宽范围内，照度的偏差较大。
并且，根据图15(B)可知，入射面81中的照度集中在比图14的(B)窄的范围内，照度的偏差较小。
根据该结果可知，根据实施方式1的数值实施例1，光以成为大致均匀的照度分布的方式会聚在积分棒8的入射面81上。
比较例1
下面，对用于与实施方式1的会聚光学系统1A进行对比的比较例1进行说明。在该比较例1中，采用构成为以积分棒的容许入射角会聚来自面发光光源的光的一般的会聚光学系统。表4示出比较例1的光学数据，图18示出对应的结构。
在该比较例1中，面发光光源11的发光面12的尺寸为4.16mm×2.6mm，积分棒8的入射面81的尺寸为6.08mm×3.8mm。来自面发光光源11的光的取入角为80度(半角)，积分棒8的入射面81上的容许入射角为30度(半角)。这相当于相对于图像显示元件22的显示面23以F值2.5(大约11.5度(半角))对15.2mm×9.5mm的区域进行照明。并且，关于面发光光源11的发光波长，红色(11r)为623nm，绿色(11g)为526nm，蓝色(11b)为462nm。以上规格与上述实施方式1的数值实施例1相同。
【表4】
表4的表记方式与表1相同。在该比较例1中，OBJ～S8面与上述实施方式1的数值实施例1(表1)相同，S9以后不同。表5示出非球面数据。
【表5】
面编号 S8 S9
k -8.022716E-01 -1.063184E+02
A1 0 0
A2 0 0
A3 0 0
A4 -5.680831E-06 -6.144635E-07
A5 0 0
A6 4.538869E-08 -3.993256E-09
A7 0 0
A8 -4.538019E-11 3.684179E-13
A9 0 0
A10 -1.236856E-13 3.084971E-15
A11 0 0
A12 -2.594120E-16 0
A13 0 0
A14 1.771464E-18 0
与表3同样，表6示出相对像高(以从面发光光源的中心到角部的距离进行归一化而得到的像高)与会聚在积分棒8上的光的F值之间的关系。在该比较例1中，积分棒8的入射面81上的会聚角被设计成在中心和角部大致相同，因此，与相对像高无关，F值大致为1。
【表6】
相对像高 切向F值 径向F值 平均F值
0 0.9894 0.9894 0.989
0.1 0.9884 0.989 0.989
0.2 0.9855 0.9878 0.987
0.3 0.9803 0.9857 0.983
0.4 0.9726 0.9828 0.978
0.5 0.9618 0.979 0.970
0.6 0.9471 0.9741 0.961
0.7 0.9275 0.9681 0.948
0.8 0.9017 0.961 0.931
0.9 0.8677 0.9525 0.910
1 0.8232 0.9424 0.883
图19示出由从面发光光源11的发光面12的四角和中央部以及发光面12的4边的各中点放射的光形成的、积分棒8的入射面81上的光点。在该比较例1中，由于面发光光源11的扩展量大于积分棒8的扩展量，因此，当将积分棒8的入射面81上的会聚角设定为容许入射角时，不产生由于角度而引起的光量损失，取而代之，由于成像倍率较大，因此，从面发光光源11的发光面的角部放射的光会聚在比积分棒8的发光面8的角部靠外侧，产生由于面积而引起的光量损失。
在表7中，利用比较例1和上述实施方式1的数值实施例1对比示出使用具有图17的配光分布的面发光光源11的情况下的积分棒8的入射面81上的会聚效率(设容许入射角为30度(半角)的情况)。
【表7】
项目 比较例1 数值实施例1
积分棒的入射面上的会聚效率(容许入射角30度) 55.19％ 58.68％
相对效率(比较例＝100％) 100％ 106.32％
根据表7可知，比较例1的会聚效率为55.19％，与此相对，实施方式1的数值实施例1的会聚效率为58.68％，光利用效率提高6.32％。另外，由于根据图像显示元件22的尺寸和照明F值适当决定积分棒8的尺寸，因此，可认为入射到积分棒8的光到达屏幕25，除了照明余量、透镜等的透射损失和图像显示元件22中的损失以外，原则上没有光损失。
如以上说明的那样，在实施方式1的会聚光学系统1A和投影式图像显示装置2A中，在会聚于光强度分布均匀化元件(积分棒8)的入射面81上的光中，会聚于入射面81的中央部的光的会聚角小于会聚于入射面81的角部的光的会聚角。换言之，在由会聚于积分棒8的入射面81上的光形成的光点中，形成于入射面81的中央部的光点大于形成于入射面81的角部的光点。再换言之，在从面发光光源11的发光面12放射的光中，与从发光面12的角部放射的光相比，从发光面12的中央部放射的光会聚在更加远离聚光透镜4(会聚元件)的位置。再换言之，与入射面81的角部相比，面发光光源11的发光面12在积分棒8(光强度分布均匀化元件)的入射面81上成像时的成像倍率在中央部较大。
因此，在面发光光源11的扩展量大于积分棒8的扩展量的情况下，也能够降低积分棒8中的光量损失，提高光利用效率。
另外，在实施方式1中，是面发光光源11的扩展量大于积分棒8的扩展量，但是，本发明不限于此，也能够应用于面发光光源11的扩展量小于积分棒8的扩展量的情况。
并且，会聚光学系统的至少一个透镜(聚光透镜4)具有如下光学面(第2面42)：与从发光面12的中央部放射的光相比，以更强的屈光力会聚从面发光光源11的发光面12的角部放射的光，因此，能够实现会聚在入射面81的中央部的光的会聚角小于会聚在入射面81的角部的光的会聚角的结构。
并且，在聚光透镜4的第2面42中，作用于从面发光光源11的发光面12的中央部放射的光的部分(中央部)呈凹面形状，作用于从角部放射的光的部分(周边部)呈凸面形状，因此，能够利用简单的结构实现会聚在入射面81的中央部的光的会聚角小于会聚在入射面81的角部的光的会聚角的结构。
并且，具有多个面发光光源11r、11g、11b，具有对从这些多个面发光光源11r、11g、11b放射的光进行合成并将其引导至聚光透镜4(会聚光学系统)的分色镜6、7(光合成单元)，因此，在彩色的投影式图像显示装置中，能够提高光利用效率。
另外，在上述说明中，是配置成使绿色用面发光光源11g与聚光透镜4对置，使红色用和蓝色用面发光光源11r、11b朝向与绿色用面发光光源11g垂直的方向，但是，本发明不限于这种结构。例如，也可以配置成使蓝色用面发光光源11b与聚光透镜4对置，使红色用和绿色用面发光光源11r、11g朝向与蓝色用面发光光源11b垂直的方向。或者，还可以配置成使红色用面发光光源11r与聚光透镜4对置，使绿色用和蓝色用面发光光源11g、11b朝向与红色用面发光光源11r垂直的方向。
并且，在上述说明中，是聚光透镜13r、13g、13b和准直透镜4分别表现为1块凸透镜，但是，本发明不限于这种形式，也可以根据取入角、倍率等会聚光学系统的规格，分别使用2块以上的透镜构成。并且，聚光透镜13r、13g、13b和准直透镜4不限于球面透镜，也可以使用非球面透镜和自由曲面透镜等。
进而，在上述说明中，说明了光强度分布均匀化元件为积分棒的情况，但是，不限于积分棒，例如也可以使用中空的光道等其它光强度分布均匀化元件。
并且，在上述说明中，是利用分色镜6、7对从R、G、B的各颜色的面发光光源11r、11g、11b放射的光进行合成，但是不限于分色镜，例如也可以使用分色棱镜等其它光合成单元。并且，面发光光源的数量不限于3个。
实施方式2
接着，对本发明的实施方式2进行说明。图20是概略地示出本发明的实施方式2的具有会聚光学系统1B的投影式图像显示装置2B的结构的图。实施方式2的会聚光学系统1B不具有积分棒8和照明光学系统21，这点与实施方式1的会聚光学系统1A(图1)不同。
在上述实施方式1中，在积分棒8的入射面81中，如图15和图16(B)所示，得到大致均匀的照度分布。
因此，在该实施方式2中，不是利用积分棒进行光强度分布的均匀化，而是透射过聚光透镜4的光直接入射到图像显示元件22的显示面23，图像显示元件22的显示面23中的照度分布成为近似图15和图16的(B)所示的大致均匀的照度分布的分布。
准直透镜13和聚光透镜4使面发光光源11的发光面12在图像显示元件22的显示面23上成像。由于图像显示元件22的显示面23大于积分棒8的入射面81(图1)，因此，考虑图像显示元件22的显示面23的尺寸、面发光光源11的发光面12的尺寸和适当的照明余量来决定成像倍率。
并且，在上述实施方式1中，是使积分棒8的入射面81的中央部的入射角小于入射面81的角部的入射角，但是，在该实施方式2中，是使图像显示元件22的显示面23的中央部的入射角小于显示面23的角部的入射角，由此实现光量损失的降低。
并且，在该实施方式2中，将图像显示元件22的显示面23的中央部的光的会聚角设定在图像显示元件22的显示面23的容许入射角以下。能够根据实施方式1中说明的积分棒8的入射面81的容许入射角，考虑使积分棒8的出射面82的像在图像显示元件22的显示面23上成像时的成像倍率，求出该容许入射角。
如参照图8和图9说明的那样，聚光透镜4具有如下光学面：与从发光面12的中央部放射的光相比，以更强的屈光力会聚从面发光光源11的发光面12的角部放射的光。
这样，由于不设置积分棒8，能够降低会聚光学系统1B和投影式图像显示装置2B的制造成本。并且，由于不存在积分棒8中的反射或透射损失，因此能够进一步降低光量损失。并且，由于不需要积分棒8的配置空间，因此能够实现装置的小型化。其它结构与实施方式1相同。
如以上说明的那样，实施方式2的会聚光学系统1B和投影式图像显示装置2B构成为，图像显示元件22的显示面23的中央部的会聚角小于显示面23的角部的会聚角。换言之，形成于图像显示元件22的显示面23的中央部的光点大于形成于角部的光点。再换言之，与从角部放射的光的会聚位置相比，从发光面12的中央部放射的光的会聚位置位于更加远离聚光透镜4(会聚元件)的位置。再换言之，与显示面23的角部相比，发光面12在图像显示元件22的显示面23上成像时的成像倍率在中央部较大。
由于这样构成，因此，即使在面发光光源12的扩展量大于图像显示元件22的扩展量的情况下，也能够降低图像显示元件22中的光量损失，能够实现较高的光利用效率。并且，由于不需要积分棒，因此能够降低制造成本，并且，能够实现装置的小型化。
实施方式2发挥如下效果：在图像显示元件22的显示面23中，在容许图15和图16的(B)所示的大致均匀的照度分布的情况下，实现装置的小型化和制造成本的降低。
另一方面，在图像显示元件22的显示面23中，在要求比图15和图16的(B)所示的照度分布更加均匀的照度分布的情况下，优选如实施方式1那样使用积分棒充分地进行光强度的均匀化。
即，在对比实施方式1和实施方式2的情况下，以装置的小型化和制造成本的降低这样的观点来看，实施方式2更加有利，以显示画面的照度均匀性这样的观点来看，实施方式1更加有利。
另外，在实施方式2中，是面发光光源11的扩展量大于图像显示元件22的显示面23的扩展量，但是，本发明不限于此，也能够应用于面发光光源11的扩展量小于图像显示元件22的显示面23的扩展量的情况。
实施方式3
接着，对本发明的实施方式3进行说明。下面，设彼此垂直的3个方向为x方向(横向)、y方向(纵向)和z方向(与光轴平行的方向)。
图21是示出本发明的实施方式3的具有会聚光学系统1C的投影式图像显示装置2C的结构的图。如图21所示，实施方式3的会聚光学系统1C具有面发光光源11r、11g、11b。面发光光源11r从发光面12r放射红色(R)光。面发光光源11g从发光面12g放射绿色(G)光。面发光光源11b从发光面12b放射蓝色(B)光。
在图21中，单点划线表示红色(R)光，长虚线表示绿色(G)光，短虚线表示蓝色(B)光。
面发光光源11r、11g、11b可以由LED、EL元件、半导体激光器或它们的组合等构成。在以下的说明中，对利用LED构成面发光光源11r、11g、11b的情况进行说明。
会聚光学系统1C还具有准直透镜(准直光学系统)13r、13g、13b。准直透镜13r、13g、13b均具有正屈光力。准直透镜13r将从面发光光源11r的发光面12r放射的红色光转换成大致平行光。准直透镜13g将从面发光光源11g的发光面12g放射的绿色光转换成大致平行光。准直透镜13b将从面发光光源11b的发光面12b放射的蓝色光转换成大致平行光。
会聚光学系统1C还具有光合成单元。光合成单元对穿过准直透镜13r后的红色光、穿过准直透镜13g后的绿色光、穿过准直透镜13b后的蓝色光进行合成。在图21中，双点划线表示由光合成单元合成后的光。
在图21所示的例子中，光合成单元是十字分色镜，具有彼此垂直的2块分色镜6、7。分色镜6、7具有透射特定波段的光并反射特定波段的光的特性。
这里，分色镜6透射绿色光和蓝色光并反射红色光。分色镜7透射红色光和绿色光并反射蓝色光。与相互分开配置2块分色镜的情况相比，十字分色镜能够减小镜的配置空间，因此，能够实现紧凑的会聚光学系统。另外，光合成单元的结构不限于图21所示的结构。
会聚光学系统1C还具有聚光透镜4、会聚F值控制透镜5和积分棒8。聚光透镜4具有正屈光力，会聚由光合成单元合成后的光。
会聚F值控制透镜(会聚元件)5具有对会聚F值进行控制的功能，具有2个以上的环面。另外，环面也包含圆柱面。会聚F值控制透镜5入射由聚光透镜4会聚后的光，将该光以期望角度会聚在积分棒8的入射面81上。
积分棒8具有入射面81和出射面82，具有作为光强度分布均匀化元件的功能。来自会聚F值控制透镜5的光入射到入射面81。从出射面82射出对光强度分布进行均匀化后的光。
聚光透镜4是在红色光、绿色光和蓝色光中分别共同的结构。并且，会聚F值控制透镜5也是在红色光、绿色光和蓝色光中分别共同的结构。
聚光透镜4会聚由分色镜6、7合成后的光。会聚F值控制透镜5将由聚光透镜4会聚后的光以期望角度会聚在积分棒8的入射面81上。此时，积分棒8的入射面81与发光面12r、12g、12b成为共轭关系。即，在积分棒8的入射面81上形成有发光面12r、12g、12b的2次光源像。另外，发光面12r、12g、12b分别是相同大小的矩形平面。
积分棒8例如具有截面为矩形的四棱柱的形状。积分棒8例如由玻璃构成。入射面81具有与图像显示元件22的显示面23相似的形状。这里，由于图像显示元件22为矩形，因此入射面81为矩形。入射到入射面81的光在玻璃与空气的界面处反复进行全反射并在积分棒8的内部进行传播。通过在积分棒8的内部进行传播，对各颜色的光进行均匀化。均匀化后的光从出射面82射出。
另外，光强度分布均匀化元件不限于积分棒8。光强度分布均匀化元件也可以是在内表面利用全反射的中空的光导管，还可以是其它元件。
如图21所示，投影式图像显示装置2C具有会聚光学系统1C、照明光学系统21、图像显示元件22和投影光学系统24。并且，在具有屏幕的背面投影式的投影式图像显示装置的情况下，还具有对图像光进行放大投影的屏幕25。
从会聚光学系统1C射出的光入射到照明光学系统21。从会聚光学系统1C射出的光是通过积分棒8对光强度分布进行均匀化后的光。照明光学系统21例如由透镜构成。图像显示元件22对穿过照明光学系统21后的光进行调制并生成图像光。图像光是具有包含静态图像和动态图像的图像信息的光。投影光学系统24将由图像显示元件22生成的图像光放大投影到屏幕25上。
照明光学系统21将从积分棒8射出的光照射到图像显示元件22的显示面23。此时，积分棒8的出射面82与图像显示元件22的显示面23成为共轭关系。因此，出射面82的像在显示面23上成像。出射面82是具有均匀亮度的矩形面。出射面82具有与显示面23相似的形状。由此，能够高效地对显示面23进行照明，并且，能够得到较高的光利用效率。
图像显示元件22例如是透射式液晶面板、反射式液晶面板或反射式DMD。显示面23具有二维排列多个像素而成的结构。图像显示元件22将由照明光学系统21照射的光转换成图像光。图像显示元件22根据视频信号，按照每个像素对由照明光学系统21照射的光进行强度调制，由此生成图像光。
投影式图像显示装置2C如下所述显示图像。从面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b放射的红色光、绿色光和蓝色光透射对应的准直透镜13r、13g、13b而成为大致平行光。透射过准直透镜13r、13g、13b后的大致平行光通过分色镜6、7进行合成。合成后的光通过聚光透镜4会聚。由聚光透镜4会聚后的光通过会聚F值控制透镜5会聚在积分棒8的入射面81上。通过积分棒8对光强度分布进行均匀化后的光入射到照明光学系统21。从照明光学系统21射出的光照射到图像显示元件22。由图像显示元件22调制后的图像光通过投影光学系统24放大投影到屏幕25上。通过放大投影后的图像光，在屏幕25上显示图像。
接着，对发光面12r、12g、12b、入射面81和显示面23的几何关系进行说明。在该实施方式3中，发光面12r、12g、12b与入射面81成为共轭关系。但是，发光面12r、12g、12b的面形状不是与入射面81的面形状相似的形状，长宽比不同。出射面82与显示面23成为共轭关系。出射面82的面形状是与显示面23的面形状相似的形状，长宽比相同。因此，在发光面12r、12g、12b与入射面81之间，由于长宽比不同而产生光量损失。为了降低该光量损失，需要改善会聚光学系统1C。
对为什么产生该光量损失进行说明。这里，将实施方式1中说明的扩展量的概念应用于实施方式3的会聚光学系统1C和投影式图像显示装置2C。假设从发光面12r、12g、12b放射的光束的配光分布为朗伯(lambertian)分布。朗伯分布是完全扩散的情况下的配光分布。
扩展量由发光面的面积与从发光面放射的光的立体角之积定义。并且，扩展量由受光面的面积与在受光面接收的光的立体角之积定义。与实施方式1同样，面发光光源11r、11g、11b的扩展量Es、积分棒8的扩展量Ei和图像显示元件22的扩展量El由以下的式(5)～式(7)表现。
El＝Al×π×sin2(θl)…(5)
Ei＝Ai×π×sin2(θi)…(6)
Es＝As×π×sin2(θs)…(7)
在式(5)中，El是图像显示元件22的扩展量。Al是显示面23的面积。θl是以会聚角θi(后述)入射到入射面81后入射到显示面23的光线相对于显示面23的法线的角度(照明角)。π是圆周率。
在式(6)中，Ei是积分棒8的扩展量。Ai是入射面81的面积。θi是以取入角θs(后述)从发光面12r、12g、12b放射并入射到入射面81的光线相对于入射面81的法线的角度(会聚角)。
在式(7)中，Es是面发光光源11r、11g、11b的扩展量。As是发光面12r、12g、12b的面积。θs是从发光面12r、12g、12b放射并将要由准直透镜13r、13g、13b取入的光线中的以最大扩展角放射的光线相对于发光面12r、12g、12b的法线的角度(取入角)。
一般情况下，会聚光学系统和照明光学系统被设计成上述扩展量Es、Ei、El的值相等。例如，设显示面23的尺寸为16.0mm×7.0mm。该情况下，显示面23的长宽比为16比7(长宽比16：7)。将对显示面23进行照明的光的F值设定为2.5。此时的照明角θl是11.53度(θl≈11.53°)。使用式(5)，如下所述计算图像显示元件22的扩展量El，成为大约14.1。
El＝Al×π×sin2(θl)
＝(16.0×7.0)×π×sin2(11.53°)
≈14.1
与其对应地，设入射到入射面81的光的F值为1.0。此时的会聚角θi为30度(θi＝30°)。将入射面81的尺寸设定为6.4mm×2.8mm。入射面81的长宽比为16比7(长宽比16：7)。使用式(6)，如下所述计算积分棒8的扩展量Ei，成为大约14.1。积分棒8的扩展量Ei可以与图像显示元件22的扩展量El相等。
Ei＝Ai×π×sin2(θi)
＝(6.4×2.8)×π×sin2(30°)
≈14.1
这里，设面发光光源11r、11g、11b的发光面12r、12g、12b的尺寸为2.7mm×2.0mm。发光面12r、12g、12b的长宽比为4比3(长宽比4：3)。而且，设从发光面12r、12g、12b呈半球状放射的光束的配光分布为朗伯分布。在半球状放射的情况下，取入角θs为90度(θs＝90°)。使用式(7)，如下所述计算该情况下的面发光光源11r、11g、11b的扩展量Es，成为大约17.0。
Es＝As×π×sin2(θs)
＝(2.7×2.0)×π×sin2(90°)
＝17.0
因此，面发光光源11r、11g、11b的扩展量Es具有比图像显示元件22的扩展量El和积分棒8的扩展量Ei大的值。扩展量是光学不变量。积分棒8的扩展量Ei小于面发光光源11r、11g、11b的扩展量Es意味着产生光量损失。
根据此前对基于扩展量的光利用效率的研究可知，在发光面的长宽比和会聚面(即入射面81)的长宽比不同的情况下，在现有的会聚光学系统中产生光量损失。但是，由于扩展量由发光面的面积与从发光面放射的光的立体角之积、或受光面的面积与在受光面接收的光的立体角之积定义，因此，可以表现二维关系。在对发光面的长宽比和会聚面的长宽比不同的情况下的能量的利用效率进行研究时，还需要研究一维关系。
因此，下面，使用一维表现扩展量的式子对光利用效率进行研究。这里，对面发光光源11r、11g、11b与积分棒8的关系进行说明。当使用一维表现扩展量的式子时，在面发光光源11r、11g、11b与积分棒8之间不产生光量损失的条件是满足式(8)和式(9)所示的2个条件双方。
xs×sin(θs)≦xi×sin(θi)…(8)
ys×sin(θs)≦yi×sin(θi)…(9)
在式(8)和式(9)中，xs表示发光面12r、12g、12b的横向(x方向)的长度。ys表示发光面12r、12g、12b的纵向(y方向)的长度。xi表示入射面81的横向(x方向)的长度。yi表示入射面81的纵向(y方向)的长度。
将式(5)～(7)的说明中叙述的各部的尺寸代入式(8)时，式(8)的左边和右边分别如下所述。
xs×sin(θs)＝2.7×sin(90°)＝2.7
xi×sin(θi)＝6.4×sin(30°)＝3.2
因此，满足式(8)的条件。即，可知在横向(x方向)上不会产生光量损失。
同样，式(9)的左边和右边分别如下所述。
ys×sin(θs)＝2.0×sin(90°)＝2.0
yi×sin(θi)＝2.8×sin(30°)＝1.4
因此，ys×sin(θs)>yi×sin(θi)，不满足式(9)的条件。即，可知在纵向(y方向)上产生光量损失。
如上述例子那样，仅通过式(5)～(7)，发光面的长宽比和会聚面的长宽比不同的情况下的光量损失不充分，必须使用一维表现扩展量的式(8)和式(9)双方进行研究。在发光面的长宽比和会聚面的长宽比不同的情况下，在不满足式(8)和式(9)中的任意一方或双方的现有的会聚光学系统中，不可避免地产生光量损失。
但是，很难取入从面发光光源11r、11g、11b放射的全部光。取入放射的全部光是指取入角θs为90度(θs＝90°)。并且，考虑到制造误差和均匀性，在对显示面23进行照明时，一般以比显示面23稍大的方式进行照明。将其称作照明余量。由此，实际上，可以根据光学系统的规格，适当对取入角和入射面81的尺寸等进行优化。
在发光面和会聚面中长宽比不同的会聚光学系统的光量损失中，如实施方式1中说明的那样，存在由于角度而引起的光量损失和由于面积而引起的光量损失这2种光量损失。由于角度而引起的光量损失是指，由于从发光面放射的光以大于容许入射角度的角度入射到会聚面而引起的光量损失。由于面积而引起的光量损失是指，由于从发光面放射的光会聚在会聚面以外而引起的光量损失。
<参考例2>
这里，作为参考例2，对产生光量损失的情况下的结构进行说明。为了便于说明，使用与实施方式3的结构要素相同的标号对参考例2的结构要素进行说明。图22是示出参考例2的会聚光学系统的结构的图。图22的(A)是从+y方向观察会聚光学系统的图，图22的(B)是从+x方向观察会聚光学系统的图。在图22中，面发光光源11r、11g、11b统一由标号11表示，发光面12r、12g、12b统一由标号12表示。准直透镜13r、13g、13b统一由标号13表示。参考例2的会聚光学系统是利用现有的设计手法设计的，是产生光量损失的会聚光学系统。
参考例2的会聚光学系统通过准直透镜13将从发光面12放射的光转换成平行光，将该平行光经由聚光透镜4会聚在积分棒8的入射面81上。
图23是示出参考例2的积分棒8的入射面81中的照明光的会聚区域的示意图。在图23中，标号B表示会聚区域。根据图像显示元件22的规格即显示面23的面积和F值等确定入射面81的尺寸。
如图22的(A)所示，在参考例2中，入射面81中的会聚角θi在容许入射角的范围内。容许入射角是能够有效利用光的规定角度。因此，不存在由于光以无效入射角度(无法有效利用光的角度)入射而引起的光量损失。即，不产生由于角度而引起的光量损失。
但是，通过如上所述将会聚角θi设定成不产生由于角度而引起的光量损失的角度，能够根据扩展量唯一确定可会聚区域的面积。因此，如图22的(B)和图23所示，照明光在y方向上从积分棒8的入射面81的范围露出。即，产生由于面积而引起的光量损失。
<参考例3>
图24是示出参考例3的会聚光学系统的结构的图。图24的(A)是从+y方向观察会聚光学系统的图，图24的(B)是从+x方向观察会聚光学系统的图。参考例3的会聚光学系统是使用现有的设计手法设计的，是产生光量损失的会聚光学系统。
参考例3的会聚光学系统具有环面透镜50。即，参考例3的会聚光学系统通过准直透镜13将从发光面12放射的光转换成平行光，使平行光入射到聚光透镜4进行会聚，进而经由环面透镜50会聚在积分棒8的入射面81上。
图25是示出参考例3的积分棒8的入射面81中的照明光的会聚区域的示意图。在图25中，标号B表示会聚区域。
环面透镜50可以在x方向和y方向上具有分别不同的屈光力。在参考例3中，环面透镜50的入射侧的第1面51和射出侧的第2面52仅在y方向上具有屈光力。由此，如图25所示，能够防止由于面积而引起的光量损失。但是，如图24的(B)所示，入射面81中的y方向的会聚角大于容许入射角(α)。即，在参考例3中，产生由于角度而引起的光量损失。该情况下的光量损失是与参考例2(图22、图23)的情况相同的光量损失。
如参考例2和参考例3那样，在发光面12的长宽比与入射面81的长宽比不同的情况下，产生由于面积而引起的光量损失或由于角度而引起的光量损失或者它们双方。在本发明的实施方式3中，能够使用环面透镜，降低图24的(B)所示的y方向的由于角度而引起的光量损失。
<实施方式3的会聚光学系统>
图26是示出实施方式3的会聚光学系统1C的结构的图。这里，面发光光源11r、11g、11b统一由标号11表示，发光面12r、12g、12b统一由标号12表示。准直透镜13r、13g、13b统一由标号13表示。并且，设光轴方向为z方向，横向为x方向，纵向为y方向。图26的(A)是从+y方向观察实施方式3的会聚光学系统1C的图。图26的(B)是从+x方向观察实施方式3的会聚光学系统1C的图。
实施方式3的会聚光学系统1C通过准直透镜13将从面发光光源11的发光面12放射的光转换成平行光。平行光入射到聚光透镜4进行会聚。由聚光透镜4会聚后的光入射到会聚F值控制透镜5，会聚在入射面81上。
如图26的(B)所示，观察y方向的会聚角θi时，入射面81的中央部的会聚角θi与入射面81的缘部的会聚角θi不同。更具体而言，入射面81的中央部的会聚角θi小于入射面81的缘部的会聚角θi。y方向是通过会聚F值控制透镜5的环面对长宽比进行压缩的方向即产生光量损失的方向。另外，长宽比的压缩在后面叙述。
即，在图26的(B)中，在观察与y-z平面平行的面内的光的成像状态时，从发光面12r、12g、12b的y方向的缘部放射的光以规定倍率成像，以到达入射面81的缘部。与此相对，从发光面12r、12g、12b的y方向的中央部放射的光以比从缘部放射的光的成像倍率大的成像倍率成像。换言之，与从y方向缘部放射的光相比，从发光面12r、12g、12b的y方向中央部放射的光以更小的会聚角θi在入射面81上成像。
图27是示出在y-z平面中，从发光面12r、12g、12b放射的光会聚在积分棒8的入射面81上的状态的示意图。图27是从+x方向观察入射面81的附近的图。
从发光面12r、12g、12b上的一点向+z方向放射的光以具有某个扩展角的方式放射。放射的光中的被准直透镜13r、13g、13b取入的最大角度为取入角θs。取入角θs由相对于发光面12r、12g、12b的法线的角度定义。因此，在y-z平面中，相对于z方向，存在+y方向上以取入角θs1放射的光和-y方向上以取入角θs2放射的光。
另一方面，入射到入射面81的一点的光以具有某个角度的方式会聚。入射到入射面81的一点的光的角度为会聚角θi。会聚角θi由相对于入射面81的法线的角度定义。因此，在y-z平面中，相对于z方向，存在从+y方向以会聚角θi1入射的光和从-y方向以会聚角θi2入射的光。在图27中，标号u1、v1示出以会聚角θi1入射的光。并且，标号u2、v2示出以会聚角θi2入射的光。
从发光面12r、12g、12b的-y方向的缘部(参照图26的(B))以取入角θs2放射的光以会聚角u2会聚在入射面81上。从发光面12r、12g、12b的-y方向的缘部以取入角θs1放射的光以会聚角u1会聚在入射面81上。
从发光面12r、12g、12b的y方向的中央部(参照图26的(B))以取入角θs2放射的光以会聚角v2会聚在入射面81上。从发光面12r、12g、12b的y方向的中央部以取入角θs1放射的光以会聚角v1会聚在入射面81上。
设针对积分棒8的容许入射角为α。容许入射角α由相对于入射面81的法线的角度定义。在入射面81的缘部，会聚角u1、u2大于容许入射角α，因此，产生由于角度而引起的光量损失。另一方面，在入射面81的中央部，由于会聚角v1、v2小于会聚角u1、u2，因此，能够消除由于角度而引起的光量损失，或者至少能够将其抑制得低于入射面81的缘部。
其结果是，与图24的(B)的参考例3相比，从发光面12r、12g、12b的中央部到缘部，能够降低由于角度而引起的光量损失。该情况下，从发光面12r、12g、12b的中央放射的光在y方向上的会聚角v1、v2越接近容许入射角α，光量损失越小。因此，优选使会聚角v1、v2为容许入射角α以下。
另外，在实施方式3中，使发光面的2次光源像的尺寸和入射面81的尺寸相同，但是不限于这种结构，也可以进行稍微增大成像倍率等的变形。
图28是示出发光面12r、12g、12b的微小发光区域的像在y-z平面中在积分棒8的入射面81上成像的状态的示意图。面发光光源11r、11g、11b统一由标号11表示，发光面12r、12g、12b统一由标号12表示。准直透镜13r、13g、13b统一由标号13表示。
在图28中，设发光面12r、12g、12b上的微小发光区域的y方向的微小长度为△a。在图28中，示出与发光面垂直地从发光面12r、12g、12b的中央部的微小长度△a的区域射出的光线。并且，在该图中，示出与发光面垂直地从发光面12r、12g、12b的缘部的微小长度△a的区域射出的光线。
发光面12r、12g、12b的中央部的微小长度△a的微小发光区域在入射面81上成像成为微小长度△c的像。另一方面，发光面12r、12g、12b的缘部的微小长度△a的微小发光区域在入射面81上成像成为微小长度△p的像。如上所述，入射面81的中央部的会聚角v1、v2(图27)小于缘部的会聚角u1、u2，换言之，中央部的成像倍率大于缘部的成像倍率。因此，微小长度△c大于微小长度△p。由此，不产生由于面积而引起的光量损失(即，光不会从入射面81露出)，能够降低由于角度而引起的光量损失。
图29是示出会聚F值控制透镜5的结构及其会聚作用的示意图。图29的(A)是从+x方向观察的图，图29的(B)是从+y方向观察的图。会聚F值控制透镜5具有第1面51和第2面52。第1面51是入射来自面发光光源11r、11g、11b的光的面。第2面52是从会聚F值控制透镜5射出入射到第1面51的光的面。第1面51和第2面52均为环面。另外，环面也包含圆柱面。
会聚F值控制透镜5具有2个功能。第1功能是对长宽比进行压缩的功能。第2功能是对会聚F值进行控制的功能。第1功能是对x方向的长宽比进行压缩的功能、或对y方向的长宽比进行压缩的功能。并且，第2功能是在入射面81中对压缩长宽比的方向的会聚F值进行控制的功能。
首先，对压缩长宽比的功能(第1功能)进行说明。如图29的(A)所示，第1面51和第2面52均具有在y-z平面中向+z方向凸出的形状。另一方面，如图29的(B)所示，第1面51和第2面52的x方向的曲率均为无限大。即，具有平坦的形状。
因此，如图29的(B)所示，在x-z平面中，光线入射到第1面51时的入射角度和从第2面52射出时的射出角度相同。会聚F值控制透镜5使从发光面12r、12g、12b射出的光以期望角度会聚在入射面81上。
另一方面，如图29的(A)所示，y方向的光线是长宽比的压缩方向的光线。y方向的光线是指与y-z平面平行的面上的光线。因此，必须以比x方向的光线大的角度入射到入射面81。x方向的光线是指与x-z平面平行的面上的光线。此时，为了在入射面81中使y方向的光线会聚在任意位置，根据会聚位置，与x方向的光线相比，需要延长光路长或缩短光路长。因此，环面至少需要2个。该环面在长宽比的压缩方向上具有屈光力。长宽比的压缩方向为y方向。这2个环面是第1面51和第2面52。
接着，对控制会聚F值的功能(第2功能)进行说明。在图29的(A)中，会聚F值控制透镜5的y-z平面内的曲率是使中央部的屈光力小于周边部的屈光力的曲率。另外，会聚F值控制透镜5的中央部的屈光力是使从发光面12r、12g、12b的y方向中央部射出的光线折射的能力。并且，会聚F值控制透镜5的周边部的屈光力是使从发光面12r、12g、12b的y方向的缘部射出的光线折射的能力。
会聚F值控制透镜5能够使入射面81中的会聚角v1、v2小于会聚角u1、u2。会聚角v1、v2是会聚在入射面81的中央部的光线的y方向的会聚角。会聚角u1、u2是会聚在入射面81的y方向缘部的光线的y方向的会聚角。即，会聚F值控制透镜5能够控制入射面81中的对长宽比进行压缩的方向(这里是y方向)的会聚F值。
另外，在以上的说明中，仅会聚F值控制透镜5具有在长宽比的压缩方向上使入射面81的缘部的会聚角u1、u2为与中央部的会聚角v1、v2不同的角度的功能。但是不限于这种结构。例如，也可以利用多个透镜构成会聚F值控制透镜5，该多个透镜具有在长宽比的压缩方向上使缘部的会聚角u1、u2为与中央部的会聚角v1、v2不同的角度的功能。
并且，只要会聚光学系统1C的全体能够发挥该功能(在长宽比的压缩方向上使入射面81的缘部的会聚角u1、u2为与中央部的会聚角v1、v2不同的角度的功能)即可。例如，可以将该功能赋予给构成会聚光学系统1C的准直透镜13r、13g、13b、聚光透镜4和会聚F值控制透镜5中的某个透镜，或者，也可以分散赋予给构成会聚光学系统1C的多个透镜。
<数值实施例2>
下面，对实施方式3的会聚光学系统1C的数值实施例2进行说明。表8示出会聚光学系统1C的光学数据。图30是示出表8的光学数据的会聚光学系统1C的结构的图。图30的(A)是从x方向观察会聚光学系统1C的图。图30的(B)是从y方向观察会聚光学系统1C的图。
图30所示的会聚光学系统1C由面发光光源11、准直透镜513、613、聚光透镜114、环面透镜115和积分棒8构成。
在本实施例中，面发光光源11的发光面12r、12g、12b的尺寸为2.7mm×2.0mm。积分棒8的入射面81的尺寸为6.39mm×2.86mm。来自面发光光源11的光的取入角为80度。针对积分棒8的容许入射角为30度。该情况下，F值为1.0(F值＝1.0)。这相当于以F2.5对图像显示元件22的显示面23上的15.97mm×7.16mm的区域进行照明。该情况下，照明角θl大约为11.5度。各透镜使用的玻璃材料的折射率为1.52。
【表8】
在表8所示的光学数据的面编号Si栏中，对应于图30所示的标号Si示出第i面的编号。i为1以上的自然数。设位于最靠近物体侧的结构要素的面为第1面(i＝1)。物体侧是面发光光源11r、11g、11b侧。编号i朝向像侧依次增加。OBJ表示物体面，在图30中为发光面12r、12g、12b。IMA表示成像面，在图30中为入射面81。CG是面发光光源的玻璃罩(平行平板)。
并且，在表8中，面S6、S7、S8成为非球面形状。表9示出非球面数据。
【表9】
面编号 S6 S7 .S8
k -6.62448E-01 -2.081848E-01 1.32866E+05
A1 0 0 0
A2 0 0 0
A3 0 0 0
A4 -1.153015E-05 -1.972017E-05 -5.202847E-05
A5 0 0 0
A6 -1.601567E-08 1.053233E-07 2.461847E-07
A7 0 0 0
A8 5.269177E-11 -3.518916E-10 -2.534288E-08
A9 0 0 0
A10 5.93521E-14 1.836680E-13 -2.534288E-08
表9所示的非球面数据示出由以下的式(10)表示的非球面形状的式子的各系数k、Ai的值。系数k表示二次曲线系数。系数C表示面顶点处的曲率。系数Ai表示i次的非球面系数。Z是从光轴分开半径r(mm)的位置处的非球面凹陷量(深度：mm)。凹陷量是以包含透镜各面与光轴的交点(面顶点)的与光轴垂直的平面为基准(基准面)，相对于与光轴之间的距离而从基准面到透镜面的形状的距离。
Z1(r)＝C·r2/{1+(1-(1+k)·C2·r2)1/2}+∑Ai·ri
(i＝1～n)…(10)
并且，在表8中，面S9、S10成为非球面即环面形状。表10示出非球面数据。
【表10】
面编号 S9 S10
k 6.659493E+00 -4.57159E-01
A1 0 0
A2 0 0
A3 0 0
A4 -3.904142E-06 4.766106E-05
A5 0 0
A6 -2.534288E-08 4.766106E-05
A7 0 0
A8 6.541012E-22 -1.46983E-07
A9 0 0
A10 -1.219541E-13 -4.307774E-13
表10所示的非球面数据示出由以下的式(11)表示的非球面形状的式子的各系数k、Ai的值。系数k表示二次曲线系数。系数C表示面顶点处的曲率。系数Ai表示i次的非球面系数。Z是在y方向上从光轴分开半径ry(mm)的位置处的非球面凹陷量(深度：mm)。
Z1(y)＝C·ry2/{1+(1-(1+k)·C2·ry2)1/2}+ΣAi·ryi2·i(i＝1～n)…(11)
另外，表8、表9和表10所示的光学数据用于说明实施方式3中的会聚光学系统1C的功能。例如，在数值实施例2中大多使用非球面透镜，但是，也可以将其置换成多个球面透镜。透镜使用的玻璃材料也可以使用折射率不同的各种玻璃材料。
准直透镜13由第1准直透镜513和第2准直透镜613这2块透镜构成。面发光光源11侧是第1准直透镜513。积分棒8侧是第2准直透镜613。聚光透镜4由聚光透镜114这1块透镜构成。会聚F值控制透镜5由环面透镜115这1块透镜构成。
另外，统一用标号11表示面发光光源11r、11g、11b。统一用标号13表示准直透镜13r、13g、13b。统一用标号513表示第1准直透镜513r、513g、513b。统一用标号613表示第2准直透镜613r、613g、613b。
图31是示出入射面81上的会聚点的模拟结果的图。图31中的四边形框示出入射面81的范围。横轴为x轴，横轴的右方向为+x方向。纵轴为y轴，纵轴的上方向为+y方向。另外，在图31中，代表从面发光光源11r、11g、11b射出的3种波长的光(红色光、绿色光、蓝色光)而示出波长550nm的光的会聚点。
会聚点由下述9个光形成。即，会聚点由从发光面12r、12g、12b的四角放射的光、从发光面12r、12g、12b的中心放射的光以及从发光面12r、12g、12b的各边的中点放射的光形成。对发光面12r、12g、12b的长宽比进行转换，从发光面12r、12g、12b射出的光会聚在入射面81上。
表11示出从图32定义的发光面12上的点P1～P9放射的光线会聚在积分棒8的入射面81上时的x方向和y方向的F值。
放射位置P1是穿过发光面12的中心的x方向的直线上的-x方向的端部的点。放射位置P2是发光面12的中心点。放射位置P3是穿过发光面12的中心的x方向的直线上的+x方向的端部的点。放射位置P7是发光面12的+y方向的端部的边上的-x方向的端部的点。放射位置P8是发光面12的+y方向的端部的边上的中心点。放射位置P9是发光面12的+y方向的端部的边上的+x方向的端部的点。放射位置P4是放射位置P1与放射位置P7的中点。放射位置P5是放射位置P2与放射位置P8的中点。放射位置P6是放射位置P3与放射位置P9的中点。
入射面81上的y方向的会聚角θi越靠近入射面81的中心则越小。因此，在表11中，存在越靠近发光面12r、12g、12b的y方向中心则F值越大的倾向，存在越靠近发光面12r、12g、12b的y方向的缘部则F值越小的倾向。
【表11】
光线的放射位置 y方向的会聚F值 x方向的会聚F值
P1 0.807 1.041
P2 0.808 1.047
P3 0.807 1.041
P4 0.803 1.040
P5 0.804 1.046
P6 0.803 1.040
P7 0.756 1.036
P8 0.756 1.043
P9 0.756 1.036
<比较例2>
下面，对用于与实施方式3的会聚光学系统1C的效果进行对比的比较例2进行说明。该比较例2的会聚光学系统是被设计成使从面发光光源11r、11g、11b放射的光以容许入射角α会聚在积分棒8的入射面81上的一股的会聚光学系统。
表12示出比较例2的会聚光学系统的光学数据。图33是示出表12的光学数据的会聚光学系统的结构的图。如图33所示，比较例2的会聚光学系统由面发光光源11、准直透镜513、613、聚光透镜114、214和积分棒8构成。另外，面发光光源11r、11g、11b由标号11表示。发光面12r、12g、12b由标号12表示。第1准直透镜513r、513g、513b由标号513表示。第2准直透镜613r、613g、613b由标号613表示。
在比较例2中，发光面12r、12g、12b的尺寸为2.7mm×2.0mm。入射面81的尺寸为6.39mm×2.86mm。从面发光光源11r、11g、11b放射的光的取入角θs为80度。针对积分棒8的入射面81的容许入射角α为30度。此时的F值为1(F值＝1)。这相当于以F2.5对显示面23上的15.97mm×7.16mm的区域进行照明。此时的照明角θl大约为11.5度。各透镜使用的玻璃材料的折射率为1.52。即，发光面12的尺寸、入射面81的尺寸、取入角θs、容许入射角α、照明角θl、光的波长和玻璃材料的折射率与数值实施例2相同。
【表12】
表12的表记与表9相同。表13示出非球面数据。
【表13】
面编号 S6 S7 S8
k -8.640797E-01 -1.045821E+0 2.723633E+0
A1 0 0 0
A2 0 0 0
A3 0 0 0
A4 -3.939562E-06 -4.731498E-06 -1.052019E-03
A5 0 0 0
A6 -8.955316E-09 3.404733E-06 -7.764107E-05
A7 0 0 0
A8 4.683632E-11 -4.518802E-08 2.025371E-06
A9 0 0 0
A10 5.222783E-14 5.342016E-10 1.165955E-07
与表11同样，表14示出从图32定义的面发光光源11r、11g、11b上的点P1～P9放射的光线会聚在积分棒8的入射面81上时的x方向和y方向的F值。在比较例2中，入射面81上的会聚角θi被设计成在入射面81的中心和入射面81的缘部大致相同。因此，与光线的放射位置P1～P9无关，F值大致为1。
【表14】
光线的放射位置 y方向的会聚F值 x方向的会聚F值
P1 0.978 0.983
P2 1.038 1.038
P3 0.978 0.983
P4 0.972 0.976
P5 1.031 1.030
P6 0.972 0.976
P7 0.953 0.954
P8 1.008 1.006
P9 0.953 0.954
与图31同样，图34是示出入射面81上的会聚点的模拟结果的图。图34中的四边形框示出入射面81的范围。横轴为x轴，横轴的右方向为+x方向。纵轴为y轴，纵轴的上方向为+y方向。另外，在图34中，代表从面发光光源11r、11g、11b射出的3种波长的光(红色光、绿色光、蓝色光)而示出波长550nm的光的会聚点。
由于发光面12r、12g、12b的长宽比和入射面81的长宽比不同，因此，当设入射面81上的会聚角θi与容许入射角α相等时，不产生由于角度而引起的光量损失。但是，由于成像倍率较大，因此，从发光面12r、12g、12b的y方向的缘部放射的光会聚在比入射面81的y方向的缘部靠外侧。即，产生由于面积而引起的光量损失。
表15是对比示出比较例2和数值实施例2的入射面81上的会聚效率的表。在表15中，容许入射角α为30度。比较例2的会聚效率为70.19％。与此相对，数值实施例2的会聚效率为80.01％。与比较例2相比，数值实施例2的会聚效率提高13.99％。相对效率是设比较例2为100％的情况下的会聚效率(光利用效率)。
【表15】
项目 比较例2 数值实施例2
积分棒的入射面上的会聚效率(容许入射角30度) 70.19％ 80.01％
相对效率(比较例＝100％) 100％ 113.99％
另外，根据发光面12r、12g、12b的尺寸和照明F值适当决定积分棒8的尺寸。因此，可认为入射到积分棒8的光到达屏幕25，除了照明余量、透镜等的透射损失和图像显示元件22中的损失以外，原则上没有光损失。
如以上说明的那样，实施方式3的会聚光学系统1C和投影式图像显示装置2C使入射面81的中央部的会聚角θi小于缘部的会聚角θi。特别是使会聚在入射面81的长宽比的压缩方向(上述例子中为y方向)的中央部的光的会聚角小于会聚在该方向的缘部的光的会聚角。由此，在发光面12r、12g、12b的长宽比和入射面81的长宽比不同的情况下，也能够降低积分棒8中的光量损失，能够提高积分棒8中的光利用效率。
实施方式4
图35是概略地示出本发明的实施方式4的会聚光学系统1D和投影式图像显示装置2D的结构的结构图。如图35所示，积分棒80具有锥形，这点与实施方式3不同。积分棒80是光强度分布均匀化元件。
在图35中，对与实施方式3中说明的会聚光学系统1C和投影式图像显示装置2C的结构要素相同的结构要素标注相同标号并省略其说明。实施方式4的投影式图像显示装置2D具有均与实施方式3相同的面发光光源11r、11g、11b、准直透镜13r、13g、13b、分色镜6、7、聚光透镜4、会聚F值控制透镜5、照明光学系统21、图像显示元件22、投影光学系统24和屏幕25。在图35中，短单点划线表示红色(R)光，长虚线表示绿色(G)光，短虚线表示蓝色(B)光。
上述实施方式3的会聚光学系统1C将来自面发光光源11r、11g、11b的光会聚在积分棒8的入射面81上进行均匀化。而且，如参照图31说明的那样，在x方向上，几乎全部会聚点均收敛在入射面81的范围内。即，在x方向上几乎没有由于面积而引起的光量损失。
另一方面，在y方向上，从发光面12r、12g、12b的y方向的缘部放射的光的会聚点比入射面81的y方向的缘部更靠外侧。即，产生由于面积而引起的光量损失。这是因为，在y方向上，很难将从面发光光源11r、11g、11b以80度的取入角θs射出的全部光线会聚在入射面81的范围内。实施方式4的会聚光学系统1D进一步降低该y方向上的由于面积而引起的损失。
图36(A)示出具有棱柱形状的一般的积分棒8的结构，图36的(B)示出具有锥形的积分棒80的结构。图36的(A)和图36的(B)均是从+y方向观察的图。
如图36的(A)所示，在一般的积分棒8中，在入射到入射面81的入射角θin为时，从出射面82射出的射出角θout为即，在一般的积分棒8中，入射到入射面81的光线的入射角θin和从出射面82射出的光线的射出角θout相等。这里，入射角θin是会聚角θi。
另一方面，图36的(B)所示的积分棒80具有入射面810的面积小于出射面820的面积的锥形。该情况下，在入射到入射面810的入射角θin为时，射出角θout为(<θ1)。即，光线的射出角θout小于入射角θin。该情况下，根据光线的入射角θin、锥角度β、锥形的积分棒80内的反射次数m，通过以下的式(12)给出光线的射出角θout。
θout＝θin-2×m×β…(12)
实施方式4的会聚光学系统1D利用式(12)的关系。图37是示出针对一般的积分棒8和具有锥形的积分棒80的入射面81、810的会聚区域B1、B2的图。图37的(A)示出针对入射面81的实施方式3的会聚区域B1。图37的(B)示出针对入射面810的实施方式4的会聚区域B2。在图37的(B)中，会聚区域B2与入射面810一致。另外，图37的(B)的虚线表示图37的(A)的入射面81以进行比较。
在上述实施方式3的数值实施例2中，在x方向上，光能够以期望会聚角θi会聚在入射面81的范围内，但是，在y方向上，如图37的(A)所示，除了由于角度而引起的光量损失以外，还产生由于面积而引起的光量损失。因此，在实施方式4的会聚光学系统1D中，如图37的(B)所示，使入射面810中的x方向的会聚区域B2比实施方式3的会聚区域B1窄。由此，能够减小入射面810中的y方向的会聚区域B2，其结果是，能够降低y方向的由于面积而引起的光量损失。
这里，设图36的(A)的射出角θout为角度当与图36的(B)的射出角θout相同时，图36的(A)的入射角θin(＝θout)为角度该情况下，由于入射角θin是会聚角θi，因此，与实施方式3的x方向的光线的会聚角θi即角度相比，实施方式4的x方向的光线的会聚角θi即角度较大。
图38的(A)和(B)是分别示出一般的积分棒8和锥形的积分棒80的结构的立体图。在图38的(A)中，积分棒8的入射面81中的入射角θin为角度出射面82中的射出角θout也为角度另一方面，在图38的(B)中，积分棒80的入射面810中的入射角θin为角度出射面820中的射出角θout为角度
如上所述，由于入射角θin是会聚角θi，因此，与实施方式3的x方向的光线的会聚角θi的角度相比，实施方式4的x方向的光线的会聚角θi的角度较大。
因此，在实施方式4中，如图36的(B)和图38的(B)所示，通过使积分棒80为锥形，进行x方向的光线的角度转换。在入射面810中，x方向的会聚角θi为角度x方向的光线在锥形的积分棒80的内部反复进行全反射。而且，在出射面820中，x方向的射出角θout为角度实施方式4的射出角θout与实施方式3的会聚角θi(图38的(A))相等。积分棒80将会聚角θi为角度的光转换成射出角θout为角度的光。
由此，在锥形的积分棒80的出射面820中，能够恢复x方向的由于角度而引起的光量损失。在实施方式4中，x方向的光量损失与实施方式3相同。
<数值实施例3>
下面，对实施方式4的会聚光学系统1D的数值实施例3进行说明。表16示出会聚光学系统1D的光学数据。图39是示出表16的光学数据的会聚光学系统1D的结构的图。图39的(A)是从x方向观察会聚光学系统1D的图，图39的(B)是从y方向观察会聚光学系统1D的图。
图39所示的会聚光学系统1D由面发光光源11、准直透镜713、813、聚光透镜117、会聚F值控制透镜118和积分棒8构成。另外，面发光光源11r、11g、11b统一由标号11表示。发光面12r、12g、12b统一由标号12表示。第1准直透镜713r、713g、713b统一由标号713表示。第2准直透镜813r、813g、813b统一由标号813表示。
在本实施例中，发光面12r、12g、12b的尺寸为2.7mm×2.0mm。锥形的积分棒80的入射面810的尺寸为5.64mm×2.86mm。出射面820的尺寸为6.39mm×2.86mm。
设入射面810中的x方向的光线的会聚角θi为33度。为了使出射面820中的x方向的光线的最大射出角度为30度，设锥角度β为1.5度。来自面发光光源11r、11g、11b的光的取入角θs为80度。容许射出角α为30度。该情况下，F值为1(F值＝1)。这相当于以F2.5对图像显示元件22的显示面23的15.97mm×7.16mm的区域进行照明。此时的照明角θl大约为11.5度。光学部件使用的玻璃材料的折射率为1.52。光学部件是准直透镜713、813、聚光透镜117、会聚F值控制透镜118和积分棒80。关于以上的规格，除了积分棒80的入射面810的尺寸和锥形以外，与实施方式3所示的数值实施例2和比较例2相同。
【表16】
表16的表记与表9相同。在表16中，面编号S6、S7、S8为非球面形状。表17示出非球面数据。
【表17】
面编号 S6 S7 S8
k -6.35283E-01 -4.77735E-01 8.7996262E+01
A1 0 0 0
A2 0 0 0
A3 0 0 0
A4 -1.456217E-05 -2.095716E-05 -1.836535E-05
A5 0 0 0
A6 -2.039454E-08 -9.307053E-09 -1.836535E-05
A7 0 0 0
A8 4.992894E-11 -8.546372E-12 1.464997E-11
A9 0 0 0
A10 5.807781E-14 7.003542E-15 -1.243467E-14
并且，在表16中，面编号S9、S10成为非球面即环面形状。表18示出非球面数据。
【表18】
面编号 S9 S10
k 4.7093293E+01 2.88027E-01
A1 0 0
A2 0 0
A3 0 0
A4 -5.643138E-07 1.027712E-06
A5 0 0
A6 -1.046705E-08 7.358924E-08
A7 0 0
A8 2.767020E-11 -2.622489E-11
A9 0 0
A10 4.351870E-15 -4.912893E-13
图40是示出入射面810上的会聚点的模拟结果的图。图40中的四边形框示出入射面81的范围。横轴为x轴，横轴的右方向为+x方向。纵轴为y轴，纵轴的上方向为+y方向。另外，在图40中，代表从面发光光源11r、11g、11b射出的3种波长的光(红色光、绿色光、蓝色光)而示出波长550nm的光的会聚点。
会聚点由从发光面12r、12g、12b的四角放射的光、从发光面12r、12g、12b的中心放射的光以及从发光面12r、12g、12b的各边的中点放射的光形成。图40所示的会聚点的会聚区域比数值实施例2的图31所示的会聚点的会聚区域窄。
表19示出会聚在积分棒80的入射面810上时的x方向的F值和y方向的F值。光线的放射位置是图32定义的位置P1～P9。在y方向上，会聚角θi越靠近入射面810的中心则越小。因此，在表19中，存在越靠近发光面12r、12g、12b的y方向中心则F值越大的倾向，存在越靠近发光面12r、12g、12b的y方向的缘部则F值越小的倾向。并且，在x方向上，F值小于1，使得会聚角θi大于30度。
【表19】
光线的放射位置 y方向的会聚F值 x方向的会聚F值
P1 0.810 0.921
P2 0.812 0.927
P3 0.810 0.921
P4 0.810 0.920
P5 0.812 0.926
P6 0.810 0.920
P7 0.751 0.918
P8 0.748 0.924
P9 0.751 0.918
图41是示出入射面810中的x方向的光线的角度依赖性和出射面820中的x方向的光线的角度依赖性的图。横轴示出光线的角度(度)。纵轴示出光强度(a.u.)。虚线表示入射面810中的光的入射角θin的分布。实线表示出射面820中的光的射出角θout的分布。在入射面810中，入射光包含入射角θin大于30度的光。但是，在出射面820中，大部分光具有30度以内的角度分布。示出基于锥形的积分棒80而实现的光线的角度转换的有效性。
表20是示出比较例3和数值实施例3的入射面820上的会聚效率的表。在表20中，容许入射角α为30度。另外，比较例3的积分棒具有与数值实施例3的锥形的积分棒80相同的长度，不具有锥形。比较例3的会聚效率为69.94％。另一方面，数值实施例3的会聚效率为80.20％。与比较例3相比，数值实施例3的会聚效率提高14.67％。相对效率是设比较例为100％的情况下的会聚效率(光利用效率)。
另外，根据发光面12r、12g、12b的尺寸和照明F值适当决定积分棒80的尺寸。因此，可认为入射到积分棒80的光到达屏幕25，除了照明余量、透镜等的透射损失和图像显示元件22中的损失以外，原则上没有光损失。
【表20】
项目 比较例3 数值实施例3
积分棒的入射面上的会聚效率(容许入射角30度) 69.94％ 80.20％
相对效率(比较例＝100％) 100％ 114.67％
如以上说明的那样，在实施方式4的会聚光学系统1D中，在长宽比的压缩方向上，使入射面810的中央部的会聚角θi小于入射面810的缘部的会聚角θi。由此，即使在发光面12r、12g、12b的长宽比和图像显示元件22的长宽比不同的情况下，会聚光学系统1D也能够降低光量损失。其结果是，采用会聚光学系统1D的投影式图像显示装置2D能够降低光量损失。
除此之外，积分棒80增大与长宽比的压缩方向垂直的方向的会聚角θi。由此，能够减小图像全体的成像倍率。并且，能够进一步降低长宽比的压缩方向的由于面积而引起的光量损失。
这里，伴随与长宽比的压缩方向垂直的方向的会聚角θi的增大，在入射面810中的与长宽比的压缩方向垂直的方向上，产生由于角度而引起的光量损失。通过使光线透射过锥形的积分棒80，恢复该由于角度而引起的光量损失。在锥形的积分棒80的出射面820中，能够降低全体的光量损失。而且，会聚光学系统1D能够实现较高的光利用效率。
以上说明了本发明的实施方式1～4，但是，各实施方式能够进行适当变形。例如，在上述各实施方式中，使绿色用面发光光源11g与聚光透镜4对置。并且，将红色用面发光光源11r配置在与绿色用面发光光源11g垂直的方向上。并且，将蓝色用面发光光源11b配置在与绿色用面发光光源11g垂直的方向上。但是，本发明不限于这种形式。
例如，可以使蓝色用面发光光源11b与聚光透镜4对置。该情况下，可以将红色用面发光光源11r配置在与蓝色用面发光光源11b垂直的方向上。并且，可以将绿色用面发光光源11g配置在与蓝色用面发光光源11b垂直的方向上。
或者，可以使红色用面发光光源11r与聚光透镜4对置。该情况下，可以将绿色用面发光光源11g配置在与红色用面发光光源11r垂直的方向上。并且，可以将蓝色用面发光光源11b配置在与红色用面发光光源11r垂直的方向上。
并且，在上述各实施方式中，准直透镜13r、13g、13b分别表现为1块透镜。并且，聚光透镜4表现为1块透镜。并且，准直透镜13r、13g、13b不限于球面透镜，也可以使用非球面透镜和自由曲面透镜等。并且，聚光透镜4不限于球面透镜，也可以使用非球面透镜和自由曲面透镜等。
并且，在上述实施方式3、4中，设会聚F值控制透镜5为1块透镜进行说明，但是不限于这种形式。例如，可以根据会聚光学系统1C的规格例如取入角θs和倍率等，使用2块以上的透镜构成。并且，会聚F值控制透镜5不限于球面透镜，也可以使用非球面透镜和自由曲面透镜等。
进而，在上述实施方式1、3、4中，说明了使用积分棒8作为光强度分布均匀化元件的情况。但是，不限于积分棒，也可以使用中空的光道等其它光强度分布均匀化元件。
并且，在上述各实施方式中，设对从面发光光源11r、11g、11b放射的光进行合成的单元为分色镜。但是，不限于分色镜，也可以使用分光棱镜等其它光合成单元。
并且，在上述各实施方式中，设面发光光源11r、11g、11b为红色、绿色和蓝色这3种颜色。但是不限于此，也可以使用由4种颜色以上构成的面发光光源。并且，例如，也可以使用由青色和红色等2种颜色构成的面发光光源。并且，还可以使用白色的面发光光源。在不需要多色显示的情况下，也可以使用单色的面发光光源。
本发明能够应用于使用面发光光源的会聚光学系统以及使用该会聚光学系统的投影式图像显示装置。
标号说明
1A、1B、1C、1D：会聚光学系统；2A、2B、2C、2D：投影式图像显示装置；4、114、117、214：聚光透镜(会聚元件)；5、118：会聚F值控制透镜(会聚元件)；50、115：环面透镜；51：第1面；52：第2面；6、7：分色镜(光合成单元)；8：积分棒(光强度分布均匀化元件)；81：积分棒的入射面；82：积分棒的出射面；11、11r、11g、11b：面发光光源；12、12r、12g、12b：面发光光源的发光面；13、13r、13g、13b、113、213、313、513、613、713、813：准直透镜(准直光学系统)；20、21：照明光学系统；22：图像显示元件；23：图像显示元件的显示面；24：投影光学系统；25：屏幕；As：发光面的面积；Ai：入射面的面积；Al：显示面面积；θs：取入角；θi：会聚角；θl：照明角；α：容许入射角；θin：入射角；θout：射出角； 角度；Es：面发光光源的扩展量；Ei：积分棒的扩展量；El：图像显示元件的扩展量；B、B1、B2：会聚区域；P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9：放射位置；β：锥角度。

Claims (24)

1.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；
具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及
光强度分布均匀化元件，其具有入射由所述会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，
在会聚于所述光强度分布均匀化元件的所述入射面上的光中，会聚于所述入射面的中央部的光的会聚角小于会聚于所述入射面的角部的光的会聚角。
2.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；
具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及
光强度分布均匀化元件，其具有入射由所述会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，
在由会聚于所述光强度分布均匀化元件的所述入射面上的光形成的光点中，形成于所述入射面的中央部的光点大于形成于所述入射面的角部的光点。
3.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；
具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及
光强度分布均匀化元件，其具有入射由所述会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，
在从所述面发光光源的所述发光面放射的光中，与从所述发光面的角部放射的光相比，从所述发光面的中央部放射的光会聚在更加远离所述会聚元件的位置。
4.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；
具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及
光强度分布均匀化元件，其具有入射由所述会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，
与所述面发光光源的发光面的角部相比，所述面发光光源的所述发光面在所述光强度分布均匀化元件的所述入射面上成像的成像倍率在中央部更大。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的会聚光学系统，其特征在于，构成所述会聚光学系统的至少一个透镜具有如下光学面：与从所述发光面的所述中央部放射的光相比，以更强的屈光力会聚从所述面发光光源的所述发光面的所述角部放射的光。
6.根据权利要求5所述的会聚光学系统，其特征在于，在所述光学面中，主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的中央部放射的光的部分的屈光力，小于主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的角部放射的光的部分的屈光力。
7.根据权利要求5所述的会聚光学系统，其特征在于，在所述光学面中，主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的中央部放射的光的部分呈凹面形状，主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的角部放射的光的部分呈凸面形状。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的会聚光学系统，其特征在于，所述光强度分布均匀化元件是积分棒。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的会聚光学系统，其特征在于，
所述会聚光学系统具有多个所述面发光光源，
所述会聚光学系统还具有光合成单元，该光合成单元对从多个所述面发光光源放射的光进行合成并将其引导至所述会聚元件。
10.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；以及
具有正屈光力的会聚元件，其将被转换成大致平行光的光会聚到图像显示元件的显示面，
在会聚于所述图像显示元件的所述显示面上的光中，会聚于所述显示面的中央部的光的会聚角小于会聚于角部的光的会聚角。
11.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；以及
具有正屈光力的会聚元件，其将被转换成大致平行光的光会聚到图像显示元件的显示面，
在由会聚于所述图像显示元件的所述显示面上的光形成的光点中，形成于所述显示面的中央部的光点大于形成于所述显示面的角部的光点。
12.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；以及
具有正屈光力的会聚元件，其将被转换成大致平行光的光会聚到图像显示元件的显示面，
在从所述面发光光源的所述发光面放射的光中，与从所述发光面的角部放射的光相比，从所述发光面的中央部放射的光会聚在更加远离所述会聚元件的位置。
13.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；
具有正屈光力的会聚元件，其会聚被转换成大致平行光的光；以及
图像显示元件，其具有入射由所述会聚元件会聚后的光的显示面，
与所述面发光光源的发光面的角部相比，所述面发光光源的所述发光面在所述图像显示元件的所述显示面上成像的成像倍率在中央部更大。
14.根据权利要求10～13中的任意一项所述的会聚光学系统，其特征在于，构成所述会聚光学系统的至少一个透镜具有如下光学面：与从所述发光面的所述中央部放射的光相比，以更强的屈光力会聚从所述面发光光源的所述发光面的所述角部放射的光。
15.根据权利要求14所述的会聚光学系统，其特征在于，在所述光学面中，主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的中央部放射的光的部分的屈光力，小于主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的角部放射的光的部分的屈光力。
16.根据权利要求14所述的会聚光学系统，其特征在于，在所述光学面中，主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的中央部放射的光的部分呈凹面形状，主要作用于从所述面发光光源的所述发光面的角部放射的光的部分呈凸面形状。
17.一种会聚光学系统，其特征在于，该会聚光学系统具有：
面发光光源，其具有发光面，从所述发光面放射光；
具有正屈光力的准直光学系统，其将从所述发光面放射的光转换成大致平行光；
具有正屈光力的会聚元件，其具有2个以上的环面，会聚被转换成所述大致平行光的光；以及
光强度分布均匀化元件，其具有入射由所述会聚元件会聚后的光的入射面，对入射光的光强度分布进行均匀化并从出射面射出，
所述发光面的长宽比与所述入射面的长宽比不同，
在会聚于所述入射面上的长宽比的压缩方向的光中，会聚于所述入射面的长宽比的压缩方向的中央部的光的会聚角小于会聚于长宽比的压缩方向的缘部的光的会聚角。
18.根据权利要求17所述的会聚光学系统，其特征在于，在会聚于所述入射面上的长宽比的压缩方向的光中，会聚于所述入射面的长宽比的压缩方向的中央部的光点大于会聚于长宽比的压缩方向的缘部的光点。
19.根据权利要求17所述的会聚光学系统，其特征在于，与从所述发光面的长宽比的压缩方向的缘部放射的光的会聚位置相比，从所述发光面的长宽比的压缩方向的中央放射的光的会聚位置更加远离所述会聚元件。
20.根据权利要求17所述的会聚光学系统，其特征在于，在所述发光面在所述入射面上成像时的成像倍率中，所述发光面的长宽比的压缩方向的缘部的成像倍率大于所述发光面的长宽比的压缩方向的中央部的成像倍率。
21.根据权利要求17～20中的任意一项所述的会聚光学系统，其特征在于，所述显示元件的至少2个以上的光学面具有环面，与从所述发光面的长宽比的压缩方向的中央部放射的长宽比的压缩方向的光相比，以更强的屈光力会聚从所述发光面的长宽比的压缩方向的缘部放射的长宽比的压缩方向的光。
22.根据权利要求17～21中的任意一项所述的会聚光学系统，其特征在于，所述光强度分布均匀化元件具有所述入射面的面积小于所述出射面的面积的锥形，从所述出射面射出的光的射出角小于会聚于所述入射面的光的会聚角。
23.根据权利要求17～22中的任意一项所述的会聚光学系统，其特征在于，
所述会聚光学系统具有多个所述面发光光源，
所述会聚光学系统还具有光合成单元，该光合成单元对从多个所述面发光光源放射的光进行合成并将其引导至所述会聚元件。
24.一种投影式图像显示装置，其特征在于，该投影式图像显示装置具有：
权利要求1～23中的任意一项所述的会聚光学系统；
图像显示元件，其入射从所述会聚光学系统射出的光，对入射光进行调制而生成图像光；以及
投影光学系统，其对由所述图像显示元件生成的图像光进行放大投影。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108020926A (zh) * 2018-02-07 2018-05-11 北京镭创高科光电科技有限公司 一种激光显示系统及其匀光装置
CN114258509A (zh) * 2019-09-19 2022-03-29 松下知识产权经营株式会社 投射光学系统以及雷达装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103988125B (zh) * 2011-12-12 2016-09-28 三菱电机株式会社 激光光源装置以及影像显示装置
JP6303323B2 (ja) * 2013-08-09 2018-04-04 株式会社豊田中央研究所 光学装置
JP6008810B2 (ja) * 2013-09-05 2016-10-19 ウシオ電機株式会社 レーザ光源装置
CN104216206B (zh) * 2014-08-20 2016-05-11 苏州佳世达光电有限公司 投影系统
DE102018128744A1 (de) * 2018-11-15 2020-05-20 Carl Zeiss Jena Gmbh Beleuchtungsvorrichtung für einen einen Lichtmodulator aufweisenden Projektor
CN111722465A (zh) 2019-03-20 2020-09-29 株式会社理光 光源装置、图像投影装置和光源光学系统
JP7413740B2 (ja) * 2019-03-20 2024-01-16 株式会社リコー 光源装置、画像投射装置及び光源光学系
WO2021039752A1 (ja) 2019-08-28 2021-03-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源照明装置及び投写型画像表示装置
CN213690210U (zh) * 2020-12-25 2021-07-13 中强光电股份有限公司 照明系统及投影装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006189653A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Victor Co Of Japan Ltd 画像表示装置
JP2009300772A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Konica Minolta Opto Inc 照明光学系および画像投影装置
JP2010170755A (ja) * 2009-01-21 2010-08-05 Panasonic Corp 面発光装置および画像表示装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1010426A (ja) 1996-06-27 1998-01-16 Asahi Optical Co Ltd コンデンサレンズおよびこれを用いた結像光学系
US7597459B2 (en) 2005-03-07 2009-10-06 Sanyo Electric Co., Ltd. Converging element and illuminating device
JP2002214563A (ja) 2001-01-12 2002-07-31 Mitsubishi Electric Corp ランプ、偏光変換光学系、集光光学系および画像表示装置
JP4722312B2 (ja) 2001-03-30 2011-07-13 三菱電機株式会社 ランプ、集光光学系および画像表示装置
JP2004061848A (ja) 2002-07-29 2004-02-26 Seiko Epson Corp 照明光学系およびプロジェクタ
JP2007065425A (ja) 2005-08-31 2007-03-15 Sanyo Electric Co Ltd 照明装置及びそれを用いた投写型映像表示装置。
JP2006243603A (ja) 2005-03-07 2006-09-14 Sanyo Electric Co Ltd 集光素子及び照明装置及び投写型映像表示装置
KR20060111793A (ko) * 2005-04-25 2006-10-30 삼성전자주식회사 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치
JP2007171319A (ja) 2005-12-20 2007-07-05 Samsung Electronics Co Ltd 照明光学系、それを用いた照明ユニットおよび画像投影装置
TWI308966B (en) 2006-04-17 2009-04-21 Young Optics Inc Illumination system and projection apparatus
JP4562687B2 (ja) 2006-05-01 2010-10-13 三菱電機株式会社 集光光学系及び画像投写装置
JP5105774B2 (ja) 2006-06-01 2012-12-26 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 投写型表示装置
JP2010170775A (ja) 2009-01-21 2010-08-05 Konica Minolta Business Technologies Inc 光電変換素子及び太陽電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006189653A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Victor Co Of Japan Ltd 画像表示装置
JP2009300772A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Konica Minolta Opto Inc 照明光学系および画像投影装置
JP2010170755A (ja) * 2009-01-21 2010-08-05 Panasonic Corp 面発光装置および画像表示装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108020926A (zh) * 2018-02-07 2018-05-11 北京镭创高科光电科技有限公司 一种激光显示系统及其匀光装置
CN114258509A (zh) * 2019-09-19 2022-03-29 松下知识产权经营株式会社 投射光学系统以及雷达装置
CN114258509B (zh) * 2019-09-19 2024-02-09 松下知识产权经营株式会社 投射光学系统以及雷达装置

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