CN104364678A - 照明设备和显示单元 - Google Patents

Abstract

提供了一种光学元件，该光学元件包括基板和二维地布置在基板上的多个子区域。子区域中的每一个子包括多个单元透镜。子区域和单元透镜被配置为根据子区域的布置将入射光通量空间地划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一个上。此外，子区域中的每一个包括布置在二维阵列中的多个单元透镜，并且单元透镜中的每一个具有形状各向异性。

Description

照明设备和显示单元

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年1月30提交的日本在先专利申请JP2013-015393的权益，通过引用将其全部内容结合于本文中。

技术领域

本公开涉及发射照明光的照明设备和利用这种照明设备显示图像的显示单元。

背景技术

作为投影仪(投影显示单元)中的主要部件之一的典型的光学模块被配置为包括光源的照明光学系统(照明设备)和包括光调制设备的投影光学系统。在这种投影仪领域中，近来被称为“微投影仪”的小型(手掌大小的)轻量级的便携式投影仪已经非常普遍。典型的微投影仪主要使用LED(发光二极管)作为照明设备的光源。

另一方面，近来激光器作为照明设备的新光源已经引起了关注。例如，在高功率蓝色激光二极管和高功率红色激光二极管商业化之后，开发出了绿色激光二极管并且即将投入实际应用。基于这种背景，提议使用红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)等三种主色的单色激光器(激光二极管)的投影仪作为照明设备的光源。利用单色激光器作为光源，可获得具有广泛色彩再现范围和低功耗的投影仪。

而且，在这种投影仪中，为了使从照明设备发射的照明光的光量(强度)均匀化，照明设备通常包括预定的均匀化光学系统(均匀化光学元件)。例如，在PTL 1和PTL 2中，包括作为这种均匀化光学元件的复眼透镜。

[引用列表]

[专利文献]

[PTL 1]日本未经审查专利申请公开第2002-311382号

[PTL 2]日本未经审查专利申请公开第2012-8549号

发明内容

技术问题

在这种投影仪中，通常希望从照明设备发射的照明光的亮度不均匀性(照明不均匀性)减少和显示图像质量改善。

希望提供一种照明设备和一种能够降低照明光的亮度不均匀性的显示单元。

技术方案

在实施方式中，提供一种光学元件，包括基板和二维地布置在基板上的多个子区域。每个子区域均包括多个单元透镜。子区域和单元透镜被配置为根据子区域的布置将入射光通量空间地划分成多个光通量，同时将所述划分光通量部分地迭加到另一光通量上。此外，每个子区域均包括被布置成二维阵列的多个单元透镜，并且每个单元透镜均具有形状各向异性。

在另一实施方式中，照明设备包括光源部和被配置为从光源部接收光的光学元件。光学元件包括基板和以二维方式布置在基板上的多个子区域，每个子区域均包括多个单元透镜。子区域和单元透镜被配置为根据子区域的布置从空间上将入射光通量划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上。此外，每个子区域均包括被布置成二维阵列的多个单元透镜，并且每个单元透镜均具有形状各向异性。

在另一实施方式中，显示装置包括包括光源和光学元件的照明设备。光学元件包括基板和二维方式地布置在基板上的多个子区域，每个子区域均包括多个单元透镜和用于利用从照明设备发射的光显示图像的显示光学系统。子区域和单元透镜被配置为根据子区域的布置将入射光通量空间地划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上。此外，子区域中的每一个包括被布置在二维阵列中的多个单元透镜，并且每个单元透镜均具有形状各向异性。

发明的有利效果

在根据本公开的实施方式的第一照明设备和第一显示单元中，因为子区域中的参数被设置成允许在相应子区域中获得的上述光量分布上的顶部和谷部通过光量分布迭加减去彼此，所以降低了由衍射现象产生的亮度不均匀性。因此，可以使照明光的亮度不均匀性降低(可以使显示图像质量得到改进)。

在根据本公开的实施方式的第二照明设备和第二显示单元中，因为对于多个子区域中的每个子区域，单元透镜的光入射侧透镜顶点的位置不同，所以抑制了由单元透镜上的机械加工痕迹所产生的亮度不均匀性。因此，可以使照明光的亮度不均匀性降低(可以使显示图像质量得到改进)。而且，在其中光入射侧透镜顶点的位置偏移多个子区域中单元透镜的光射出侧透镜顶点的位置的子区域中，邻近于彼此的单元透镜的离心方向彼此相反；因此，容易形成单元透镜。因此，可容易制造第一均匀化的光学元件。

应当理解的是，上述整体描述和下列细节描述均是示例性的，并且旨在提供对所要求保护技术的进一步说明。

附图说明

包括附图以提供对技术的进一步理解，并且附图被结合并构成本说明书的一部分。附图与本说明书一起示出了实施方式并且用于说明本技术的原理。

[图1]图1是示出了根据本公开的第一实施方式的显示单元的整体配置实例的示意图。

[图2]图2是示出了图1中所示的复眼透镜的具体配置实例的示意性平面图。

[图3]图3是示出了图2中所示的相应单元透镜的截面配置实例的示意图。

[图4]图4是用于描述由一个单元透镜所形成的光量分布(衍射不均匀性)的图表。

[图5]图5是示出了由图4中所描述的衍射不均匀性产生的亮度不均匀性的实例的照片。

[图6]图6是用于描述由相应子区域中的相应的一些单元透镜所形成的光量分布迭加的图表。

[图7]图7是示出了根据实例1和比较例1的光量分布的图表。

[图8]图8是示出了根据变形例1的显示单元的整体配置实例的示意图。

[图9]图9是示出了图8中所示的复眼透镜的具体配置实例的示意性平面图。

[图10]图10是示出了图9中所示的相应单元透镜的截面配置实例的示意图。

[图11]图11是示出了根据第二实施方式的显示单元的整体配置实例的示意图。

[图12]图12是示出了图11中所示的复眼透镜的具体配置实例的示意性平面图。

[图13]图13是示出了图12中所示的相应单元透镜的截面配置实例的示意图。

[图14]图14是用于描述图12中所示的每个子区域中邻近于彼此的单元透镜之间的离心方向差的示意性截面图。

[图15]图15是用于描述来自根据比较例2的复眼透镜的射出光束的光学路径的示意图。

[图16]图16是用于描述由比较例2中相应单元透镜上的机械加工痕迹所产生的亮度不均匀性的图表。

[图17]图17是示出了由图16中所描述的机械加工痕迹所产生的亮度不均匀性的实例的示意图。

[图18]图18是用于描述从图12和图13中所示的复眼透镜射出光束的光学路径的实例的示意图。

[图19]图19是示出了降低由实例2中的机械加工痕迹所产生的亮度不均匀性的效果的图表。

[图20]图20是用于描述来自图12和图13中所示的复眼透镜的射出光束的光学路径的另一实例的示意图。

[图21]图21是示出了根据比较例3的复眼透镜的相应单元透镜的截面配置实例的示意图。

[图22]图22是示出了根据比较例4的复眼透镜的相应单元透镜的截面配置实例的示意图。

[图23]图23是示出了根据第三实施方式的显示单元的整体配置实例的示意图。

[图24]图24是示出了图23中所示的复眼透镜的具体配置实例的示意性平面图。

[图25]图25是示出了根据变形例2的显示单元的整体配置实例的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本公开的一些实施方式。应注意，将按照下列顺序进行描述。

1.第一实施方式(其中对于每个子区域的单元透镜的布置节距不同的FEL的实例)

2.第一实施方式的变形例

变形例1(其中对于每个子区域，单元透镜在光轴方向上的厚度不同的FEL的实例)

3.第二实施方式(其中对于每个子区域，单元透镜的光入射侧透镜顶点的位置不同的FEL实例)

4.第三实施方式(使用第一实施方式和第二实施方式等的配置组合的FEL实例)

5.相应实施方式等的共用的变形例

变形例2(其中将任意相应实施方式应用于具有双级配置的FEL的实例)

6.其他变形例

(第一实施方式)

(显示单元3的整体配置)

图1示出了根据本公开的第一实施方式的显示单元(显示单元3)的整体配置。显示单元3是将图像(图像光)投影到屏幕30(投影表面)上的投影显示单元。显示单元3包括照明设备1和用于利用从照明设备1发射的照明光来显示图像的光学系统(显示光学系统)。

(照明设备1)

照明设备1包括红色激光器11R、绿色激光器11G、蓝色激光器11B、耦合透镜12R、12G和12B、二向色棱镜131和132、光学设备14、驱动部140、复眼透镜(FEL)15以及冷凝器透镜17。应注意，附图中所示出的Z0表示光轴。

红色激光器11R、绿色激光器11G以及蓝色激光器11B分别是发射红色激光、绿色激光以及蓝色激光的三种光源。光源部由这些激光光源配置，并且在这种情况下，三种光源中的每一种均是激光源。例如，红色激光器11R、绿色激光器11G以及蓝色激光器11B中的每一个均可执行脉冲光发射。换言之，例如，每个激光器均可使用预定的光发射频率(光发射周期)间歇地(不连续地)发射激光。例如，红色激光器11R、绿色激光器11G以及蓝色激光器11B中的每一个均可被配置为激光二极管或者固态激光器。应注意，在每种激光源均是激光二极管的情况下，红色激光的波长λ.r为约600nm至约700nm、绿色激光的波长λ.g为约500nm至约600nm并且蓝色激光的波长λ.b为约400nm至约500nm。

而且，通过使激发光进入由激光晶体制成的激光介质中，产生从这些激光光源发射的激光。在这种情况下，通过作为激光介质和激光晶体的原子或者分子的分布和晶体大小确定激光的强度分布(光量分布、FFP(远场模式))。激光产生的理想光量分布(轮廓线)接近高斯(Gaussian)分布。

耦合透镜12G是用于将从绿色激光器11G发射的绿色激光校准(成平行光)以将校准的绿色激光耦合至二向色棱镜131的透镜(耦合透镜)。同样，耦合透镜12B是用于校准从蓝色激光器11B发射的蓝色激光以将校准的蓝色激光耦合至二向色棱镜131的透镜(耦合透镜)。同样地，耦合透镜12R是用于校准从红色激光器11R发射的红色激光以将校准的红色激光耦合至二向色棱镜132的透镜(耦合透镜)。应注意，在这种情况下，将入射在耦合透镜12R、12G和12B中的每一个上的激光校准(成平行光)，但并不局限于，并且不通过耦合透镜12R、12G和12B将激光校准(成平行光)。然而，更为优选的是以上述方式校准激光，因为可实现单元配置的小型化。

二向色棱镜131选择性地允许通过耦合透镜12B入射的蓝色激光穿过并且通过耦合透镜12G选择性地反射入射的绿色激光。二向色棱镜132选择性地允许从二向色棱镜131发射的蓝色激光和绿色激光穿过并且选择性地反射通过耦合透镜12R而入射在其上的红色激光。因此，实现红色激光、绿色激光以及蓝色激光的颜色合成(光学路径合成)。

光学设备14是设置在从上述光源部射出的光(激光)的光学路径上的设备。在这种情况下，光学设备14被设置在光源部与复眼透镜15之间(更具体地，在二向色棱镜132与复眼透镜15之间)的光学路径上。光学设备14是用于减少照明光中所谓的斑点噪声的光学设备，并且允许沿着上述光学路径前进的激光穿过光学设备14。应注意，例如，该光学设备14可被配置为透镜(诸如柱状透镜)、二向色阵列或者衍射设备。

驱动部140驱动光学设备14。更具体地，驱动部140具有使光学设备14振动(微振动)的功能(例如，使光学设备14在沿着光轴Z0的方向上或者垂直于光轴Z0的方向上振动)。这种功能能够改变穿过光学设备14的光通量的状态以减少斑点噪声等。应注意，例如，该驱动部140可包括线圈和永久磁铁(例如，由钕(Nd)、铁(Fe)、硼(B)等制成的永久磁铁)。

复眼透镜15是由以二维方式布置在基板上的多个单元晶胞(后面所描述的单元透镜)配置的光学元件(集成器)。复眼透镜15根据单元透镜的布置空间上地将入射光通量划分成多个光通量以发射光通量。复眼透镜15被设置在上述光学设备14之后的光学路径上(在本文中，介于光学设备14与冷凝器透镜17之间)，并且允许从光源部入射的光(入射光通量)穿过复眼透镜15。而且，复眼透镜15发射划分后的光通量，同时将划分后的光通量迭加到另一光通量上。因此，从复眼透镜15射出的光Lout均匀(面内光量分布均匀)，然后，作为照明光发射。复眼透镜15对应于本公开的实施方式中的“第一均匀化的光学元件”的具体实例。应注意，在复眼透镜15中，斜入射光还被有效地用作照明光；因此，如下所述，单元透镜不仅形成在光入射表面Sin上，而且还形成在光出射表面Sout上。

图2示出了复眼透镜15的平面(X-Y平面)配置实例并且对应于从光入射表面Sin观看的平面配置。而且，图3示出了复眼透镜15的截面(Y-Z截面)配置实例。

如图2中所示，多个单元透镜(如下所述的单元透镜UL11、UL12、UL13、以及UL14)以二维方式进行布置来配置复眼透镜15。换言之，多个单元透镜沿着X轴方向(在本文中，水平方向)和Y轴方向(在本文中，垂直方向)进行布置。而且，每个单元透镜均具有为各向异性形状(在本文中，矩形形状)的平面(X-Y平面)形状，即，沿着X轴方向的长轴方向和沿着Y轴方向的短轴方向。将各向异性形状(矩形形状)的直径长度比(长轴方向上的长度与短轴方向上的长度之比)调整为大致等于(优选等于)后面所描述的反光液晶设备21的直径长度比。

如图2中所示，在本实施方式的复眼透镜15中，光通过表面(光入射表面Sin和光出射表面Sout)被划分成多个子区域(在本文中，四个子区域A11、A12、A13、以及A14)。更具体地，四个子区域A11、A12、A13、以及A14被布置成相对于光通过表面上的中心点Pc为点对称。此外，在各个子区域A11、A12、A13以及A14中，多个单元透镜以二维方式布置。更具体地，多个单元透镜UL11以二维方式布置在子区域A11中、多个单元透镜UL12以二维方式布置在子区域A12中、多个单元透镜UL13以二维方式布置在子区域A13中并且多个单元透镜UL14以二维方式布置在子区域A14中。

应注意，如上所述，因为希望在复眼透镜15上入射的光通量相对于中心点Pc具有轴对称的圆形、矩形或者六边形形状，所以多个子区域的数量可优选地为偶数，或者多个子区域可优选地以点对称(或者线对称)方式布置在光通过表面上以确保光通量入射的各向异性。

而且，在复眼透镜15中，对于多个子区域A11、A12、A13以及A14中的每个子区域，上述单元透镜的形状参数不同。更具体地，在本实施方式中，如图2中所示，对于多个子区域A11、A12、A13以及A14中的每一个，作为上述参数，在光穿过的表面中的单元透镜的布置节距不同。换言之，子区域A11、A12、A13以及A14中单元透镜的平面形状彼此相似。更具体地，将布置节距w1、w2、w3以及w4设置如下，其中，子区域A11中的单元透镜UL11的布置节距(长轴方向上的节距)为w1、子区域A12中的单元透镜UL12的布置节距为w2、子区域A13中的单元透镜UL13的布置节距为w3并且子区域A14中的单元透镜UL14的布置节距为w4。因此，子区域A11、A12、A13以及A14中的参数(在本文中，布置节距w₁至w₄)满足下列预定关系。

w1:w2:w3:w4＝1.05:1.00:0.95:0.90

(w1>w2>w3>w4)

另一方面，如图3中所示，复眼透镜15中的单元透镜UL11至UL14在光轴方向(Z轴方向)上的厚度具有共用于子区域A11、A12、A13以及A14的值(厚度：d)。应注意，后面将描述该复眼透镜15的具体配置。

冷凝器透镜17是用于冷凝从复眼透镜15出射的光的透镜，从而发射作为照明光的冷凝的出射光。

(显示光学系统)

上述显示光学系统由偏振分束器(PBS)23、场透镜22、反光液晶设备21以及投影透镜24(投影光学系统)构成。偏振分束器23是选择性地允许特定偏振光(例如，p偏振光)穿过并且选择性地反射其他偏振光(例如，s偏振光)的光学元件。因此，由偏振分束器23选择性地反射从照明设备1发射的照明光(例如，s偏振光)，从而进入反光液晶设备21，并且从反光液晶设备21发射的图像光(例如，p偏振光)选择性地穿过偏振射束分离器23进入投影透镜24。

场透镜22被设置在偏振分束器23与反光液晶设备21之间的光学路径上。场透镜22是一种用于通过使照明光远心地(telecentrically)进入相应液晶设备21而使光学系统小型化的透镜。

反光液晶设备21是从照明设备1反射照明光同时基于从显示控制部(未示出)供应的图像信号调制照明光以发射图像光的光调制设备。此时，反光液晶设备21反射光以允许从其入射的光和从其射出的光具有不同的偏振状态(例如，s偏振和p偏振)。例如，反光液晶设备21可被配置为诸如LCOS(硅上液晶)等液晶设备。

投影透镜24是用于将通过反光液晶设备21调制的照明光(图像光)投影(以放大倍率形式投影)到屏幕30上的透镜。

(复眼透镜15的特定配置)

在根据本实施方式的照明设备1中，在复眼透镜15中，将子区域A11、A12、A13以及A14中的参数(布置节距w1至w4)设置成满足下列关系。换言之，首先，如下所述，通过从单元透镜UL11至UL1中的每个(一个单元透镜)出射的光而形成在照射表面(反光液晶设备21)上的光量分布具有顶部(亮部分或者峰值部分)和谷部(暗部分或者峰谷部分)。子区域A11至A14中的布置节距w1至w4被设置成允许通过光量分布的迭加使在相应子区域A11至A14中获得的上述光量分布上的顶部和谷部减去彼此。换言之，布置节距w1至w4被设置成将后面所描述的照明光的衍射不均匀性(由衍射现象产生的亮度不均匀性)的顶部和谷部布置成减去彼此。如下面更为详细的描述，照明光中的该衍射不均匀性降低。

如在图4中示出了通过从子区域A11中的一个单元透镜UL11出射的光形成在反光液晶设备21上的上述光量分布(衍射不均匀性)。在图4中，(由冷凝器透镜17和场透镜22配置的中继系统所确定的)照明系统的光学放大倍率为β，一个单元透镜UL11的照明区域宽度为D1(其等于β*w1)，并且反光液晶设备21上的有效照明区域为Deff。应注意，照明区域宽度D1被设置为略微大于有效照明区域Deff(D1大于Deff)，从而即使发生轻微的微扰也可提高照明效率并且使非照明区域不可侵入有效的照明区域Deff。

因此，如在图4中所示，以这种照明区域宽度D1在光量分布上产生由上述顶部和上述谷部引起的衍射不均匀性。此处，照明区域宽度D1中光量分布的顶部的最亮部分(最大峰值部分)之间的间隔为h11，并且第二最亮部分(第二峰值部分)之间的间隔为h12。应注意，间隔h11和h12以及照明区域宽度D1(即等于β*w1)是取决于照明光学系统设计的参数并且在原理上通过计算来确定。

在这种情况下，由具有通过下列表达式(1)确定的布置节距w2的单元透镜UL12所形成的光量分布上的顶部和谷部减少了由具有布置节距w1的单元透镜UL11所形成的照明区域宽度D1的光量分布上的顶部和谷部。换言之，通过光量分布上顶部和谷部的迭加，由具有两种布置节距w1和w2的单元透镜UL11和UL12所形成的光量分布上的顶部和谷部抵消彼此。

[数学式1]

$w_2=w_1\×\frac{\left(\frac{h_{11}+h_{12}}{2}\right)}{h_{11}}.....\left(1\right)$

此外，由具有这种布置节距w2的单元透镜UL12形成的光量分布上的照明区域宽度为D2(其等于β*w2)，照明区域宽度D2中的光量分布中的顶部的最亮部分之间的间隔为h21，并且第二最亮部分之间的间隔为h22。因此，通过具有通过下列表达式(2)所确定的布置节距w3的单元透镜UL13形成的光量分布上的顶部和谷部减少了由具有布置节距w2的单元透镜UL12所形成的光量分布上的顶部和谷部。

[数学式2]

$w_3=w_2\×\frac{\left(\frac{h_{21}+h_{22}}{2}\right)}{h_{21}}.....\left(2\right)$

因此，创建了下列的概括的表达式(3)，其中，子区域的数量为N(N是2或者更大的自然数)，第n(n＝1，2，...，或者N)个子区域中单元透镜的布置节距为w_n，并且第(n-1)个子区域中单元透镜的布置节距为w_(n-1)。

[数学式3]

$w_n=w_{n-1}\×\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}.....\left(3\right)$

因此，因为子区域A11至A14中单元透镜UL11至UL14的布置节距w1至w4分别彼此不同，所以由单元透镜UL11至UL14所形成的光量分布的大小(照明区域宽度)彼此不同。因此，如下所述，相应光量分布上顶部和谷部的位置相对于另一个偏移，从而允许顶部和谷部减去彼此。

(显示单元3的功能和效果)

(1.显示操作)

在显示单元3中，如图1中所示，首先，在照明设备1中，由耦合透镜12R、12G以及12B分别将从红色激光器11R、绿色激光器11G以及蓝色激光器11B发射的光(激光)校准成平行光。接着，二向色棱镜131和132执行以上述方式被转换成平行光的激光(红色激光、绿色激光以及蓝色激光)的颜色合成(光学路径合成)。经过光学路径合成的每种激光按照此顺序穿过光学设备14、复眼透镜15以及冷凝器透镜17以作为照明光出射。此时，从复眼透镜15出射的光Lout通过复眼透镜15被均匀化(面内光量分布均匀化)。因此，从照明设备1发射照明光。

接着，由偏振分束器23选择性地反射照明光以通过场透镜22进入反光液晶设备21。反光液晶设备21反射入射的光，同时基于图像信号调制光以发射作为图像光的反射和调制光。因为反光液晶设备21允许入射光和射出光具有不同的偏振状态，所以从反光液晶设备21发射的图像光选择性地穿过偏振分束器23进入投影透镜24。然后，通过投影透镜24将入射光(图像光)投影(以放大倍率形式投影)到屏幕30上。

此时，例如，红色激光器11R、绿色激光器11G以及蓝色激光器11B利用预定的光发射频率间歇性地执行发光。因此，每种激光(红色激光、绿色激光以及蓝色激光)以时间分割方式顺次发射。然后，基于相应颜色成分(红色成分、绿色成分以及蓝色成分)的图像信号，反光液晶设备21以时间分割方式顺次调制相应颜色的激光。因此，基于图像信号的颜色图像显示在显示单元3中。

(2.减少衍射不均匀性的动作)

接着，下面将描述复眼透镜15的动作(用于减少照明光中的衍射不均匀性的动作)。

首先，因为激光具有强一致性，故在其中复眼透镜被设置在光学路径上的情况下，照明图像中产生的干扰成分或者衍射图案存在问题。更具体地，在典型的复眼透镜中，矩形单元透镜以二维方式布置；因此，单元晶胞的矩形形状作为用于传播光(激光)以产生矩孔衍射(夫琅和费(Fraunhofer)衍射)的矩孔。然后，通过这种衍射强烈地影响照明光的边缘部分以以引起照明光中高光量部和低光量部的重复。从而产生诸如振幅等亮度不均匀性(衍射不均匀性)。因此，例如，如在图5中所示，即使在被投影到屏幕30上的图像中，在投影图像的周边部分也可能产生线性亮度不均匀性(衍射暗光图案)，从而导致显示图像质量下降。

应注意，作为针对该衍射不均匀性的测量，考虑一种其中将衍射不均匀性设计为延伸至上述反光液晶设备21上的有效照明区域Deff之外的技术。然而，在这种情况下，尽管减少了衍射不均匀性，然而，光利用效率也减少了。

因此，在本实施方式中，子区域A11至A14中的布置节距w1至w4被设计为满足通过从复眼透镜15中的单元透镜UL11至UL14出射的光在(反光液晶设备21上)照射表面上形成的光量分布的预定条件。更具体地，布置节距w1至w4被设置为满足上述表达式(3)。

因此，例如，如图6中所示，在相应子区域A11至A14中获得的该光量分布上的顶部和谷部通过光量分布的迭加(加权平均)而减去彼此。更具体地，在本实例中，通过来自子区域A11中的单元透镜UL11的照明光所形成的光量分布、通过来自子区域A12中的单元透镜UL12的照明光所形成的光量分布、通过来自子区域A13中的单元透镜UL13的照明光所形成的光量分布以及通过来自子区域A14中的单元透镜UL14的照明光所形成的光量分布彼此迭加。

然后，相应光量分布上的顶部和谷部的位置略微地相对于彼此偏移；因此，作为整体的光量分布通过光量分布的迭加而平面化。因此，例如，如图7中所示，(反光液晶设备21上的)辐射表面上的光量分布所产生的衍射不均匀性(由衍射现象所产生的亮度不均匀性)通过激光一致性和复眼透镜15中多个单元透镜的二维布置而减少。更具体地，在本实施方式的实例(实例1)中，与不同于本实施方式的其中没有将复眼透镜划分成子区域的比较例1相比，抑制了在光量分布上产生顶部和谷部，并且减少了上述衍射不均匀性。

因此，在本实施方式中，子区域A11至A14中的单元透镜UL11至UL14的布置节距w1至w4被设置为允许在相应子区域A11至A14中获得上述光量分布上的顶部和谷部来通过光量分布的迭加减去彼此；因此，由衍射现象产生的亮度不均匀性减少。因此，使照明光中的亮度不均匀性减少(允许改善显示图像质量)。

而且，减少了该衍射不均匀性的产生，同时将产生衍射不均匀性的位置保持在反光液晶设备21上的有效照明区域Deff中；因此，在不降低光利用效率的情况下，允许改善显示图像质量。

应注意，在本实施方式中描述的技术中(以及与本实施方式相关的下列变形例中)，光量分布中的顶部和谷部无需完全地彼此抵消，并且仅需要将相应的参数设置为允许顶部和谷部减去彼此。换言之，即使相应参数略微偏离其中参数完全彼此抵消的条件，然而，对于各个子区域，只要光量分布上的顶部和谷部的位置略微不同，则与其中子区域的位置彼此一致的情况相比较，从某种程度上减少了衍射不均匀性，

更具体地，如上述表达式(1)和(2)(表达式(3)作为概括表达式)以及图4中所示，其中第一子区域中的光量分布的顶部位于第二子区域中光量分布的谷部位置的情况为最佳条件，并且减少衍射不均匀性的效果最大。然而，如下列表达式(4)(表达式(5)作为概括表达式)以及图4中的范围Δh所示，第一子区域中的光量分布的顶部可位于更靠近谷部而非第二子区域中的光量分布的谷部与顶部之间的中间点的位置处。只要顶部位于范围Δh内的该位置(只要满足表达式(4)或者表达式(5))，则光量分布上的顶部和谷部具有其彼此抵消(减去彼此)的关系，从而减少衍射不均匀性。当实际制作具有表达式(5)中的上限值和下限值的样品时(例如，对应于图4中范围Δh的右端位置和左端位置)并且对样品进行实验时，获得接近于上述最佳条件的减少衍射不均匀性的巨大效果。因此，在实际设计时，例如，除了便于制作设备之外，还可在上述表达式(5)规定的范围内调整相应参数值。而且，允许一定量的制造误差。

[数学式4]

$w_1\&times;\left(\frac{h_{11}+3h_{12}}{4}\right)<w_2<w_1\&times;\left(\frac{3h_{11}+h_{12}}{4}\right).....\left(4\right)$

$w_{n-1}\&times;\left(\frac{h_{(n-1)1}+3h_{(n-1)2}}{4}\right)<w_n<w_{n-1}\&times;\left(\frac{3h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{4}\right).....\left(5\right)$

(变形例1)

接下来，下面将描述上述第一实施方式的变形例(变形例1)。应注意，在第一实施方式中，类似部件以类似标号表示，并且将不做进一步的描述。

(显示单元3A的配置)

图8示出了根据变形例1的显示单元(显示单元3A)的整体配置。显示单元3A包括根据变形例1的照明设备(照明设备1A)和用于利用从照明设备1A发射的照明光来显示图像的显示光学系统。换言之，显示单元3A与显示单元3的不同之处在于包括了照明设备1A而非照明设备1。

照明设备1A包括红色激光器11R、绿色激光器11G、蓝色激光器11B、耦合透镜12R、12G和12B、二向色棱镜131和132、光学设备14、驱动部140、复眼透镜15A以及冷凝器透镜17。换言之，照明设备1A与照明设备1的不同之处在于包括了下面即将描述的复眼透镜15A而非复眼透镜15，并且照明设备1A的其他配置类似于照明设备1的配置。

(复眼透镜15A)

在第一实施方式中的复眼透镜15中，对于多个子区域中的每个子区域，单元透镜的布置节距不同，另一方面，在复眼透镜15A中，对于多个子区域中的每个子区域，单元透镜在光轴方向上的厚度不同，并且复眼透镜15A的其他配置类似于复眼透镜15的配置。换言之，在复眼透镜15中，单元透镜的布置节距对应于本公开的实施方式中的“参数”的特定实例，并且在复眼透镜15A中，单元透镜在光轴方向上的厚度对应于本公开的实施方式中的“参数”的特定实例。

图9示出了复眼透镜15A的平面(X-Y平面)配置实例并且对应于从光入射表面Sin观看的平面配置。而且，图10示出了复眼透镜15A的截面(Y-Z截面)配置实例(沿着图9中所示的线II-II截取的截面配置实例)。

如图9中所示，多个单元透镜(稍后将描述的单元透镜UL21、UL22、UL23以及UL24)以二维方式布置来配置根据变形例1的复眼透镜15A。换言之，多个单元透镜沿着X轴方向和Y轴方向布置。而且，如同第一实施方式，每个单元透镜均具有为各向异性形状的平面(X-Y平面)形状(在本文中，矩形形状)，即，沿着X轴方向的长轴方向和沿着Y轴方向的短轴方向。

此外，在复眼透镜15A中，如在图9中所示，如同复眼透镜15，将光通过表面(光入射表面Sin和光出射表面Sout)划分成多个子区域(在本文中，四个子区域A21、A22、A23以及A24)。更具体地，四个子区域A21、A22、A23以及A24被布置成相对于光通过表面上的中心点Pc而点对称。此外，在子区域A21、A22、A23以及A24中的每一个中，多个单元透镜以二维方式布置。更具体地，多个单元透镜UL21以二维方式布置在子区域A21中、多个单元透镜UL22以二维方式布置在子区域A22中、多个单元透镜UL23以二维方式布置在子区域A23中并且多个单元透镜UL24以二维方式布置在子区域A24中。

而且，还是在复眼透镜15A中，对于多个子区域A21、A22、A23以及A24中的每一个，每个单元透镜的形状的参数不同。更具体地，在变形例中，如在图10中所示，作为上述参数，对于多个子区域A21、A22、A23以及A24中的每一个，单元透镜在光轴方向(Z轴方向)上的厚度不同。更具体地，例如，相应厚度d1至d4被设置成如下，其中，子区域A21中的单元透镜UL21在光轴方向上的厚度为d1、子区域A22中的单元透镜UL22在光轴方向上的厚度为d2、子区域A23中单元透镜UL23在光轴方向上的厚度为d3并且子区域A24中单元透镜UL24在光轴方向上的厚度为d4。因此，子区域A21、A22、A23以及A24中的参数(在本文中，在光轴方向上的厚度d1至d4)满足下列预定关系。

d1:d2:d3:d4＝1.03:1.00:0.97:0.94

(d1>d2>d3>d4)

另一方面，如在图9中所示，复眼透镜15A中的单元透镜UL21至UL24的布置节距具有共用于子区域A21、A22、A23以及A24的值(布置节距：w)。换言之，在该变形例中，不同于第一实施方式，单元透镜UL21至UL24的平面形状(X-Y平面)彼此相同。

而且，还是在该变形例中，通过从单元透镜UL21至UL24中的每个(一个单元透镜)出射的光形成在(反光液晶设备21上)照射表面的光量分布具有顶部和谷部。子区域A21至A24中的单元透镜UL21至UL24在光轴方向上的厚度d1至d4被设置为允许在相应子区域A21至A24中获得的上述光量分布中的这个顶部和这个谷部通过光量分布的迭加减去彼此。

在这种情况下，如同第一实施方式，如图4中示出了通过从子区域A21中的一个单元透镜UL21出射的光而形成在反光液晶设备21上的上述光量分布(衍射不均匀性)。因此，还是在该变形例中，基本上如同第一实施方式，由通过下列表达式(6)确定的在光轴方向上具有厚度d2的单元透镜UL22所形成的光量分布上的顶部和谷部来减少由在光轴方向上具有厚度d1的单元透镜UL21所形成的光量分布上的顶部和谷部。

应注意，在预定情况下，系数α是表示放大倍率变化的系数。更具体地，例如，如同第一实施方式，在其中单元透镜的布置节距为上述“参数”的情况下，系数α等于1。因为在其中单元透镜的布置节距为上述“参数”的情况下，只有布置节距是确定衍射节距的因数。另一方面，例如，如同变形例，在单元透镜在光轴方向上的厚度为上述“参数”的情况下，系数α不等于1。因为在单元透镜在光轴方向上的厚度为上述“参数”的情况下，单元透镜的光焦度根据参数而变化(单元透镜与反光液晶设备21之间的放大倍率之比改变，并且上述顶部与上述谷部减去彼此的位置也改变)。换言之，可以认为系数α是表示在单元透镜在光轴方向上的厚度(轴上厚度)改变的情况下的放大倍率变化的系数。应注意，系数α的值是通过单元透镜的设计(例如，曲率、光轴方向上的厚度、折射率、非球面系数等的设计)而具有任意值的变量值。此外，在上述特定实例d1:d2:d3:d4(等于1.03:1.00:0.97:0.94)中，系数α等于1.02(最佳值的实例)。

[数学式5]

$d_2=d_1\&times;\frac{\left(\frac{h_{11}+h_{12}}{2}\right)}{h_{11}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(6\right)$

而且，还由通过下列表达式(7)确定的在光轴方向上具有厚度d3的单元透镜UL23所形成的光量分布上的顶部和谷部减少由在光轴方向上具有厚度d2的单元透镜UL22所形成的光量分布上的顶部和谷部。

[数学式6]

$d_3=d_2\&times;\frac{\left(\frac{h_{21}+h_{22}}{2}\right)}{h_{21}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(7\right)$

因此，创建了下列概括表达式(8)，其中，子区域的数量为N(N是2或者更大的自然数)，第n(n＝1，2，...，或者N)个子区域中的单元透镜在光轴方向上的厚度d_n，并且第(n-1)个子区域中的单元透镜在光轴方向上的厚度为d_(n-1)。

[数学式7]

$d_n=d_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(8\right)$

因此，因为分别在子区域A21至A24中的单元透镜UL21至UL24在光轴方向上的厚度d1至d4彼此不同，故由单元透镜UL21至UL24所形成的光量分布的大小(照明区域宽度)彼此不同。因此，还是在变形例中，如同第一实施方式，相应光量分布上的的顶部和谷部的位置相对于彼此偏移，从而允许顶部和谷部减去彼此。

(显示单元3A的功能和效果)

因此，在根据本变形例的显示单元3A中，在子区域A21至A24中的光轴方向上的厚度d1至d4被设定为满足通过从复眼透镜15A中的单元透镜UL21至UL24出射的光而形成在(反光液晶设备21上的)照射表面上的光量分布的预定条件。更具体地，光轴方向上的厚度d1至d4被设定为满足上述表达式(8)。

因此，如同第一实施方式，在相应子区域A21至A24中获得的该光量分布上的顶部和谷部通过光量分布的迭加(加权平均)而减去彼此。因此，还是在该变形例中，通过类似于第一实施方式的功能可获得类似于第一实施方式的效果。换言之，可使由衍射现象产生的亮度不均匀性减少，并且使照明光的亮度不均匀性减少(使显示图像质量得到相应的改善)。

应注意，还是在还变形例中，如同第一实施方式，创建了下列表达式。如上述表达式(6)和(7)(表达式(8)作为概括表达式)以及图4中所示，其中第一子区域中的光量分布上的顶部位于第二子区域中的光量分布上的谷部的位置的情况为最佳条件，并且减少衍射不均匀性的效果最大。然而，如在下列表达式(9)(表达式(10)作为一般表达式)和图4中的范围Δh所示，第一子区域中的光量分布的顶部可位于更靠近谷部的位置而非第二子区域中光量分布的谷部与顶部之间的中间点。只要顶部位于范围Δh的该位置处(只要满足表达式(9)或者表达式(10)，光量分布上的顶部和谷部则具有其中它们彼此抵消(减去彼此)的关系，从而减少衍射不均匀性。

[数学式8]

$d_1\&times;\left(\frac{h_{11}+3h_{12}}{4}\right)\&times;\mathrm{\&alpha;}<d_2<d_1\&times;\left(\frac{3h_{11}+h_{12}}{4}\right)\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(9\right)$

$d_{n-1}\&times;\left(\frac{h_{(n-1)1}+3h_{(n-1)2}}{4}\right)\&times;\mathrm{\&alpha;}<d_n<d_{n-1}\&times;\left(\frac{3h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{4}\right)\&times;\mathrm{\&alpha;}..\left(10\right)$

(第二实施方式)

接着，下面将描述本公开的第二实施方式。应注意，在第一实施方式中，类似部件以类似标号表示，并且将不做进一步的描述。

(显示单元3B的配置)

图11示出了根据第二实施方式的显示单元(显示单元3B)的整体配置。显示单元3B包括根据第二实施方式的照明设备(照明设备1B)和用于利用从照明设备1B发射的照明光显示图像的显示光学系统。换言之，显示单元3B与显示单元3的不同之处在于包括了照明设备1B而非照明设备1。

照明设备1B包括红色激光器11R、绿色激光器11G、蓝色激光器11B、耦合透镜12R、12G和12B、二向色棱镜131和132、光学设备14、驱动部140、复眼透镜15B以及冷凝器透镜17。换言之，照明设备1B与照明设备1的不同之处在于包括了下面将描述的复眼透镜15B而非复眼透镜15，并且照明设备1B的其他配置类似于照明设备1的配置。

(复眼透镜15B)

在第一实施方式中所描述的复眼透镜15中，对于多个子区域中的每一个，单元透镜的布置节距不同。而且，在变形例1的复眼透镜15A中，对于多个子区域的每一个，单元透镜在光轴方向上的厚度不同。另一方面，在本实施方式中的复眼透镜15B中，对于各个子区域，单元透镜的光入射侧透镜顶点的位置不同。

图12示出了复眼透镜15B的平面(X-Y平面)配置实例并且对应于从光入射表面Sin观看的平面配置。而且，图13示出了复眼透镜15B的截面(Y-Z截面)配置实例。

如在图12中所示，多个单元透镜(后面即将描述的单元透镜(UL31、UL32、UL33、UL34以及UL35)以二维方式布置来配置根据本实施方式的复眼透镜15B。换言之，多个单元透镜沿着X轴方向和Y轴方向两者进行布置。而且，如同第一实施方式和变形例1，每个单元透镜均是具有沿着X轴方向的长轴方向和沿着Y轴方向的短轴方向的各向异性形状的平面(X-Y平面)形状(在本文中，矩形形状)。

还是如图12中所示的如同复眼透镜15和15A的复眼透镜15B中，光通过表面(光入射表面Sin和光出射表面Sout)被划分成多个子区域(在本文中，五个子区域A31、A32、A33、A34以及A35)。更具体地，五个子区域A31、A32、A33、A34以及A35沿着从光入射表面Sin观看时的X轴负向按照此顺序布置在光通过表面上。此外，在各个子区域A31、A32、A33、A34以及A35中，多个单元透镜以二维方式布置。更具体地，多个单元透镜UL31以二维方式布置在子区域A31中、多个单元透镜UL32以二维方式布置在子区域A32中、多个单元透镜UL33以二维方式布置在子区域A33中、多个单元透镜UL34以二维方式布置在子区域A34中并且多个单元透镜UL35以二维方式布置在子区域A35中。应注意，还是在如同变形例1的这个实施方式中，单元透镜UL31至UL35的平面形状(X-Y平面)彼此相同。

此外，在复眼透镜15B中，如在图13中所示，对于多个子区域A31、A32、A33、A34以及A35中的每一个，每个单元透镜的光入射侧透镜顶点Pin的位置不同。另一方面，在多个子区域A31、A32、A33、A34以及A35中，每个单元透镜的光出射侧透镜顶点的位置相同。换言之，尽管光入射侧透镜顶点Pin的位置可以离心(可从X-Y平面形状的中心偏移)，然而，根据子区域，光出射侧透镜顶点Pout的位置在任一子区域中未离心(位于X-Y平面形状的中心处)。应注意，在本实施方式中，如同第一实施方式，单元透镜UL31至UL35在光轴方向(Z轴方向)上的厚度具有共同值(厚度：d)。

在本文中，光入射侧透镜顶点Pin相对于单元透镜中光射出侧透镜顶点的位置的偏移量(离心量)为Δ，并且单元透镜在垂直方向(Y轴方向)上的布置节距为p。如在图13中所示，例如，子区域A31至A35的单元透镜UL31至UL35的离心量Δ与布置节距p之比(Δ/p)被设置如下。应注意，例如，如在图13中所示，通过位于离心量Δ的一侧的箭头表示光入射侧透镜顶点Pin的离心方向(光入射侧透镜顶点Pin相对于光出射侧透镜顶点Pout的位置的偏移方向；离心量Δ的偏移方向)。

单元透镜UL31:(Δ/p)＝-0.10(-10％)

单元透镜UL32:(Δ/p)＝-0.05(-5％)

单元透镜UL33:(Δ/p)＝0.00(0％)

单元透镜UL34:(Δ/p)＝+0.05(+5％)

单元透镜UL35:(Δ/p)＝+0.10(+10％)

而且，在复眼透镜15B中，例如，如在图14中所示，在多个子区域A31至A35之中，在光入射侧透镜顶点Pin的位置偏移(离心)于各个单元透镜中的光射出侧透镜顶点Pout的位置的子区域中，光入射侧透镜顶点的位置以下列方式偏移。例如，如通过图14中的箭头所示，在其中光入射侧透镜顶点Pin的位置以这种方式离心的子区域中(在本实例中，子区域A31、A32、A34以及A35)，邻近于彼此的单元透镜的上述离心方向(离心量Δ的偏移方向)彼此相反(可交替地换向)。更具体地，例如，在子区域A31中，邻近于彼此的单元透镜UL31的离心方向彼此相反。同样，在子区域A32中，邻近于彼此的单元透镜UL32的离心方向彼此相反、在子区域A34中，邻近于彼此的单元透镜UL34的离心方向彼此相反、并且在子区域A35中，邻近于彼此的单元透镜UL35的离心方向彼此相反。

(显示单元3B的功能和效果)

在根据本实施方式的显示单元3B中，复眼透镜15B具有上述配置；因此，抑制了下面即将描述的由相应单元透镜上的机械加工痕迹引起的亮度不均匀性的产生。与比较例(比较例2)相比，下面将详细描述减少由该机械加工痕迹引起的亮度不均匀性的作用。

(比较例2)

首先，在比较例2中，包括了典型的复眼透镜205(不同于本实施方式，使用光入射侧透镜顶点Pin和光射出侧透镜顶点Pout的位置不离心的单元透镜)而非复眼透镜15B，通过下面即将描述的原理产生由复眼透镜205中的相应单元透镜上的机械加工痕迹所引起的亮度不均匀性。

更具体的，例如，如在图15中所示，穿过复眼透镜205的相应单元透镜UL(离心量Δ＝0)中的中心点(光入射侧透镜顶点Pin和光射出侧透镜顶点Pout)的相应光束到达(在反光液晶设备21上的)照射表面上的同一位置P202(中心位置)。同样，穿过复眼透镜205的相应单元透镜UL的X轴方向上的后端点的相应光束到达反光液晶设备21上的同一位置P203(X轴方向上的前端点)。而且，例如，穿过复眼透镜205的相应单元透镜UL的X轴方向上的前端点的相应光束到达发光性液晶设备21上的同一位置P201(X轴方向上的后端点)。因此，在比较例2中，穿过复眼透镜205的相应单元透镜UL的同一位置的光束到达相应液晶设备21上的同一位置。

因此，在其中类似(共同)机械加工痕迹位于复眼透镜205的各个单元透镜UL的左侧的情况下，由这种机械加工痕迹引起的亮度不均匀性被迭加在反光液晶设备21的同一位置(例如，参考图16中的箭头)。因此例如，如在图17中示意性示出的，在显示投影图像的屏幕30上还产生由这种机械加工痕迹引起的亮度不均匀性，从而使显示图像质量下降。应注意，因为同心机械加工痕迹通常位于复眼透镜的各个单元透镜的左侧，所以产生图16和图17中所示的同心亮度不均匀性，并且在屏幕30上的中心位置具体产生明显的亮度不均匀性。

由于下列原因，这种机械加工痕迹位于各个单元透镜的左侧，即，在将激光用作照明设备的光源的情况下，尽管存在可实现光源小型化的的优点，然而，希望相应地使各个光学部件小型化。因为在本文中，复眼透镜是大量单元透镜的一个组件，所以各个单元透镜极其小，即，小至几百毫米量级。因此，在制造时需要各个光学部件的加工精确度，并且在目前的加工水平上，在对单元透镜进行的模具机械加工过程中，保留了切割工具的切割痕迹(机械加工痕迹)。因此，使用用于光源的激光，通过促使小型化致使复眼透镜的各个单元透镜上留下机械加工痕迹。

在这种情况下，原理上，由于下列原因，只有各个单元透镜的光入射表面上的机械加工痕迹引起由这种机械加工痕迹产生的亮度不均匀性，并且各个单元透镜的光出射表面上的机械加工痕迹不引起亮度不均匀性。例如，在其中各个单元透镜均是双凸透镜(在光入射表面和光出射表面两者上具有凸表面的透镜)的情况下，如果单元透镜中的布置节距、曲率等相同，则同等程度的机械加工痕迹位于各个单元透镜左侧。尽管如此，然而，因为涉及照明光学系统的共轭关系，故仅各个单元透镜的光入射表面上的机械加工痕迹产生亮度不均匀性。换言之，因为通常对诸如反光液晶设备等光调制设备上的图像进行照明，从而以放大倍率形式投影到屏幕上，所以屏幕和光调制设备被设置成具有共轭关系。接着，将参考上述图15给出关于光调制设备中的照明光学系统的位置具有共轭关系的描述。当光束从图15中的反光液晶设备21(光调制设备)上的位置P202(中心点)被折回朝向照明光学系统时，光束通过场透镜22和冷凝器透镜17以平行光形式到达复眼透镜205的位置。因为反光液晶设备21设置在场透镜22和冷凝器透镜17的焦点长度处，此时，如果平行光从复眼透镜205的光出射表面进入，则其焦点位置位于复眼透镜205中的各个单元透镜UL的光入射表面附近(光入射侧透镜顶点Pin的位置附近)。因此，复眼透镜205中的光入射表面附近的位置与反光液晶设备21的位置具有共轭关系。因此，具有共轭关系的图像在预定放大倍率处形成共轭图像；因此，复眼透镜205中各个单元透镜UL的光入射表面上的机械加工痕迹产生亮度不均匀性。另一方面，复眼透镜205的光出射表面上的共轭关系位置位于投影透镜24的瞳孔的附近，以使通过反光液晶设备21反射的光束朝向投影透镜24。因此，靠近复眼透镜205的光出射表面的位置与反光液晶设备21不具有共轭关系，并且在复眼透镜205中，各个单元透镜UL的光出射表面上的机械加工痕迹并不产生亮度不均匀性。

应注意，在原理上，认为使用特殊的处理方法来处理产生的机械加工痕迹引起的亮度不均匀性较为理想。换言之，考虑使用特殊的处理方法来清除位于各个单元透镜左侧的机械加工痕迹的技术。然而，不需要特殊的模具处理工具；因此，可能增加复眼透镜的成本，并且增加处理时间从而降低制造效率。

(减少由机械加工痕迹产生的亮度不均匀性的动作)

因此，在本实施方式中，在不使用该特殊处理方法的情况下，通过设计复眼透镜15B中各个单元透镜的形状抑制了由机械加工痕迹引起的亮度不均匀性的产生。换言之，如上所述，复眼透镜15B中的一些单元透镜的光入射侧透镜顶点Pin的位置以离心方式偏移，从而抑制由机械加工痕迹引起的亮度不均匀性的产生。

更具体的，例如，在复眼透镜15B中，如在图12和图13中所示，首先，光通过表面(光入射表面Sin和光出射表面Sout)被划分成多个子区域A31至A35。在多个子区域A31至A35中，单元透镜UL31至UL35的光入射侧透镜顶点的位置彼此不同。

因此，如通过图18中的参考标号P1所表示的，穿过多个子区域A31至A35中的单元透镜UL31至UL35的光入射侧透镜顶点Pin的光束到达(反光液晶设备21上的)照射表面上的不同位置。更具体地，在图18中所示的代表性实例中，穿过子区域A31中单元透镜UL31的光入射侧透镜顶点Pin的光束、穿过子区域A33中单元透镜UL33的光入射侧透镜顶点Pin的光束以及穿过子区域A35中单元透镜UL35的光入射侧透镜顶点Pin的光束均到达反光液晶设备21上的不同位置。换言之，在不改变上述比较例2中的反光液晶设备21的照明范围的情况下(参考图15)，通过仅改变穿过复眼透镜15B的光束的光学路径(通过路径)，改变照明关系，从而不使光束到达反光液晶设备21上的同一位置。

应注意，因为穿过光入射侧透镜顶点Pin的光束(其中明显的机械加工痕迹位于左侧)具体引起由机械加工痕迹产生的亮度不均匀性，故示出了代表性的穿过各个单元透镜UL31至UL35的光入射侧透镜顶点Pin的光束。换言之，如同本实施方式中的复眼透镜15B，即使光入射侧透镜顶点Pin的位置离心，也在单元透镜UL31至UL35上的模具加工过程中以共心方式进行加工，因此，同一机械加工痕迹相对于光入射侧透镜顶点Pin位于左侧。

因此，因为穿过多个子区域A31至A35中的单元透镜UL31至UL35的光入射侧透镜顶点Pin的光束到达反光液晶设备21上的不同位置，所以平均了单元透镜UL31至UL35上机械加工痕迹的影响。因此，即使通过使用现有的加工技术使机械加工痕迹位于单元透镜UL31至UL35的左侧，也可明显消除反光液晶设备21上的机械加工痕迹的影响。因此，在本实施方式中，例如，如同图19中示出的实例2，与图16中示出的上述比较例2相比较，抑制了由单元透镜上的机械加工痕迹引起的亮度不均匀性的产生。

而且，例如，如通过图20中的参考标号P21、P22以及P23所示，在多个子区域A31至A35中，穿过单元透镜UL31至UL35的光出射侧透镜顶点Pout的光束到达反光液晶设备21上的同一位置。换言之，如同图16中所示的比较例2，即使光入射侧透镜顶点离心，光束也到达反光液晶设备21上的同一位置。因此，与比较例相比较，因为反光液晶设备21上的照明位置不改变，故光利用效率不降低。

此外，在本实施方式的复眼透镜15B中，例如，如在图14中所示，在其中光入射侧透镜顶点Pin的位置离心的子区域(子区域A31、A32、A34以及A35)中，邻近于彼此的单元透镜的离心方向(离心量Δ的偏移方向彼此相反。因此，如同下列比较例3和4，与其中邻近于彼此的单元透镜的离心方向彼此相同(在同一方向上成一行)的情况相比较，因为单元透镜的光入射表面Sin的形状连续，所以可获得下列优点。

首先，在根据图21中所示的比较例3的复眼透镜305中，邻近于彼此的单元透镜UL301的离心方向(以箭头表示的离心量Δ的偏移方向)彼此相同。因此，单元透镜UL301的光入射表面的形状不连续，并且难以形成相应的单元透镜UL301。相反，在本实施方式的复眼透镜15B中，与比较例3中的该复眼透镜305相比较，容易形成相应的单元透镜。

而且，还是在根据图22中所示的比较例4的复眼透镜405中，邻近于彼此的单元透镜UL401的离心方向(以箭头表示的离心量Δ的偏移方向)彼此相同。而且，复眼透镜405中的离心形状被设置成分散例如光源图像，或者具有配置冷凝器透镜和复眼透镜的组合设备的功能。换言之，复眼透镜405具有离心形状的效果并且离心形状不同于本实施方式中复眼透镜15B中的离心形状。

如上所述，在本实施方式中，多个子区域A31至A35中单元透镜UL31至UL35的光入射侧透镜顶点Pin的位置彼此不同；因此，抑制了由单元透镜UL31至UL35上的机械加工痕迹引起的亮度不均匀性的产生。因此，使照明光的亮度不均匀性减少(使显示图像质量得到改善)。

而且，在多个子区域A31至A35中，在光入射侧透镜顶点Pin的位置离心的子区域(子区域A31、A32、A34以及A35)中，邻近于彼此的单元透镜的离心方向彼此相反；因此，容易形成相应的单元透镜。因此，容易制造复眼透镜15B。

(第三实施方式)

接着，下面将描述本公开的第三实施方式。应注意，自第一实施方式和第二实施方式等起，类似部件以类似标号表示，并且将不做进一步的描述。

(显示单元3C的配置)

图23示出了根据第三实施方式的显示单元(显示单元3C)的整体配置。显示单元3C包括根据第三实施方式的照明设备(照明设备1C)和用于使用从照明设备1C发射的照明光显示图像的显示光学系统。换言之，显示单元3C与显示单元3的不同之处在于包括了照明设备1C而非照明设备1。

照明设备1C包括红色激光器11R、绿色激光器11G、蓝色激光器11B、耦合透镜12R、12G以及12B、二向色棱镜131和132、光学设备14、驱动部140、复眼透镜15C以及冷凝器透镜17。换言之，照明设备1C与照明设备1的不同在于包括了下面即将描述的复眼透镜15C而非复眼透镜15，并且照明设备1C的其他配置类似于照明设备1的配置。

(复眼透镜15C)

在本实施方式中，复眼透镜15C由第一实施方式中的复眼透镜15和第二实施方式中的复眼透镜15C的组合配置。

换言之，例如，从图24中所示的复眼透镜15C的平面(X-Y平面)配置(从光入射表面Sin观看的平面配置实例)可以看出，复眼透镜15C具有下列配置。

首先，在子区域A11至A14中，预定参数被设定为满足通过从复眼透镜15C的单元透镜射出的光而形成在(反光液晶设备21上的)照射表面上的光量分布的预定条件。更具体地，在子区域A11至A14中，单元透镜在光轴方向上的布置节距w1至w4或者厚度d1至d4被设定为满足上述表达式(5)或者(10)(优选地，上述表达式(3)或者(8))。

而且，在子区域A31至A35中，单元透镜的光入射侧透镜顶点Pin的位置彼此不同。因此，在其中光入射侧透镜顶点Pin的位置离心的子区域(子区域A31、A32、A34以及A35中)，邻近于彼此的单元透镜的离心方向(离心量Δ的偏移方向)彼此相反。

因此，因为光入射侧透镜顶点Pin的上述参数(单元透镜在光轴方向上的布置节距w1至w4或者厚度d1至d4)和离心率彼此独立，所以即使子区域的数量增加，也可形成复眼透镜15C。应注意，在复眼透镜15C的实例中，四个子区域A11、A12、A13以及A14被布置成相对于光通过表面上的中心点Pc为点对称。而且，同时，五个子区域A31、A32、A33、A34以及A35沿着从光入射表面Sin观看的X轴负向按照此顺序布置在光通过表面上。

(显示单元3C的功能和效果)

在具有根据本实施方式的配置的显示单元3C中，通过类似于第一实施方式和第二实施方式的功能可获得类似于第一实施方式和第二实施方式的效果。换言之，使由衍射现象产生的亮度不均匀性和由相应单元透镜上的机械加工痕迹产生的亮度不均匀性减少，并且使照明光的亮度不均匀性进一步减少(使显示图像质量进一步得到改善)。而且，容易制造复眼透镜15C。

应注意，在本实施方式中，描述了其中复眼透镜15C由第一实施方式中所描述的复眼透镜15的配置和第二实施方式中所描述的复眼透镜15B的配置的组合配置的情况；然而，本实施方式并不局限于此，例如，可使用在变形例1中所描述的复眼透镜15A的配置和在第二实施方式中所描述的复眼透镜15B的配置的组合配置的复眼透镜。还是在这种情况下，通过类似于变形例1和第二实施方式中的功能可获得类似于变形例1和第二实施方式中的效果。

(变形例2)

接着，下面将描述上述第一实施方式至第三实施方式以及变形例1的共同变形例(变形例2)。不同于上述复眼透镜，该变形例与第一实施方式至第三实施方式以及变形例1的不同之处在于使用了具有双级配置的复眼透镜而非根据第一实施方式至第三实施方式以及变形例1的任一种复眼透镜。应注意，自第一实施方式至第三实施方式等起，类似部件以类似标号表示，并且将不做进一步的描述。

(显示单元3D的配置)

图25示出了根据变形例2的显示单元(显示单元3D)的整体配置。显示单元3D包括根据变形例2的照明设备(照明设备1D)和用于使用从照明设备1D发射的照明光显示图像的显示光学系统。换言之，显示单元3D与显示单元3的不同之处在于包括了照明设备1D而非照明设备1。

照明设备1D包括红色激光器11R、绿色激光器11G、蓝色激光器11B、耦合透镜12R、12G和12B、二向色棱镜131和132、光学设备14、驱动部140、复眼透镜15B以及冷凝器透镜17。因此，照明设备1D对应于进一步包括设置在前级中的复眼透镜151以及分冷凝器透镜161和162的照明设备1中的任一种，并且照明设备1D的其他配置类似于照明设备1的配置。

(复眼透镜151和152)

复眼透镜151和152是均由以二维方式布置在基板上的多个透镜配置的光学元件(集成器)。各个复眼透镜151和152根据单元透镜的布置从空间上将入射光通量划分成多个光通量以发射光通量。当从光源部观看时，复眼透镜151是设置在前级中的复眼透镜，并且设置在光源部与复眼透镜152之间的光学路径上(更具体地，设置在二向色棱镜132与光学设备14之间的光学路径上)。复眼透镜152是设置在后续级中的复眼透镜，并且设置在光学设备14与冷凝器透镜17之间的光学路径上。复眼透镜151和152发射被划分的光通量，同时将被划分的光通量迭加到另一光通量上。因此，从复眼透镜152射出的光L2out均匀化(面内光量分布均匀化)，然后，作为照明光发射。

在该变形例中，在两个复眼透镜151和152(两阶)的后续级中设置的复眼透镜152被配置为上述复眼透镜15和15A至15C的任一种。换言之，复眼透镜151对应于本公开的实施方式中的“第二均匀化光学元件”的具体实例，并且复眼透镜152对应于本公开的实施方式中的“第一均匀化光学元件”的具体实例。

(子冷凝器透镜161和162)

子冷凝器透镜161和162中的每个设置在两个复眼透镜151与152之间的光学路径上(子冷凝器透镜161被设置成靠近于复眼透镜151，并且子冷凝器透镜162被设置成靠近于复眼透镜152)。子冷凝器透镜161和162中的每一个是具有正光焦度的透镜并且配置转向光学系统(relayoptical system)。更具体地，子冷凝器透镜161是用于使从复眼透镜151出射的光冷凝的透镜，以允许出射的冷凝光进入光学设备14。同样，子冷凝器透镜162是用于使从光学设备14出射的光冷凝的透镜，以允许出射的冷凝光进入复眼透镜152。

(显示单元3D的功能和效果)

还是在具有根据该变形例的配置的显示单元3D中，通过类似于第一实施方式至第三实施方式以及变形例1的功能可获得类似于第一实施方式至第三实施方式以及变形例1的效果。换言之，使由衍射现象产生的亮度不均匀性和由单元透镜上的机械加工痕迹产生的亮度不均匀性中的一种或者两种减少，并且使照明光的亮度不均匀性减少(使显示图像质量降低)。而且，在机械加工痕迹使亮度不均匀性减少的情况下，容易制造复眼透镜。

此外，在该变形例中，照明设备1D包括由双级配置配置的复眼透镜151和152；因此，通过设置在前级中的复眼透镜151，使设置在后续级的复眼透镜152上的入射光的光量分布均匀化。因为在不根据这种方式的激光的发散角的情况下，使设置在后续级的复眼透镜152上的入射光的光量分布均匀化，通过照明光学系统的光学设计唯一地确定f数(随机f数F')，并且抑制了下列特征变化。换言之，在使用激光作为光源的典型光学系统中，激光的发散角变化导致焦深变化或者斑点噪声度数变化，从而极大地影响投影仪特征；然而，在该变形例中，可抑制该等变化。

而且，在使用激光的典型投影仪中，通孔共轭位置处的光量分布绝对是激光辐射分布(高斯分布)；因此，其中心周围的强度强烈。因此，瞳孔位置处的光量分布还具有其中心的周围的强烈强度，并且需要限制激光的强度(照明光的光量)，因为该光量分布可导致对人(用户)眼睛造成伤害。

另一方面，如上所述，在该变形例中，通过由双级配置配置的复眼透镜151和152，设置在后续级中的复眼透镜152上的入射光的光量分布均匀化。因此，通孔位置处光量分布也是均匀化的以对人眼造成较少的伤害。因此，仅需要宽松地限制激光的强度(照明光的光量)，并且可配置具有明亮显示图像且同时符合标准的投影仪。

(其他变形例)

尽管参考实施方式和变形例描述了本公开的技术，然而，本技术并不局限于此，并且可以进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，描述了其中复眼透镜的光通过表面被划分成四个或者五个子区域或者由四个子区域和五个子区域的组合配置的图案的情况；然而，子区域的数量(和子区域的布置)并不局限于此。更具体地，当子区域的数量增加(光通过表面被划分成更小的子区域)至可以进行制造的范围内，可使特征得到进一步改善(使亮度不均匀性得到进一步抑制)。

另外，在上述实施方式等中，描述了作为实例的其中本公开的任一种实施方式中的各个“第一均匀化光学元件和第二均匀化光学元件”由复眼透镜配置的情况；然而，第一均匀化光学元件和第二均匀化光学元件中的每一个可由任何其他光学元件配置(例如，棒式集成器)。

在上述实施方式等中，描述了其中照明设备中包括光学设备14和驱动部140的情况；然而，本技术并不局限于此，并且其可能不包括在照明设备中。

此外，在上述实施方式等中，描述了多种(红色、绿色以及蓝色)光源均是激光光源的情况；然而，本技术并不局限于此。更具体地，例如，在第一实施方式和变形例1、其变形例等中，多种光源中的一种或者多种均可以是激光光源。换言之，照明光源中可包括激光光源和任何其他光源(例如，LED)的组合。而且，在第二实施方式、其变形例等中，可包括不同于激光光源的光源的任一组合(例如，LED)而非多种光源。

在上述实施方式等中，描述了作为实例的光调制设备是反光液晶设备的情况；然而，本技术并不局限于此。可替代地，例如，光调制设备可以是透射式液晶设备或者不同于液晶设备的光调制设备(例如，DMD(数字微镜设备)。

在上述实施方式等中，描述了使用发射不同波长的光的三种光源的情况；然而，例如，可使用一种、两种或者四种或多种光源而非三种光源。

在上述实施方式等中，具体描述了照明设备和显示单元的相应部件(光学系统)；然而，其不一定必须包括所有的部件，还可包括其他部件。更具体地，例如，可包括二向色棱镜而非二向色棱镜131和132。而且，可包括棱镜而非偏振分束器23。

在上述实施方式等中，描述了被配置为包括将由光调制设备调制的投影到屏幕上的投影光学系统(投影透镜)的投影显示单元的显示单元；然而，本技术还应用于直观式显示单元等。

应注意，本技术被允许具有下列配置。

(1)一种光学元件，包括：

基板；以及

多个子区域，二维地布置在所述基板上，所述子区域中的每一个包括多个单元透镜；

其中，所述子区域和所述单元透镜被配置为根据所述子区域的布置将入射光通量空间划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且

其中，所述子区域中的每一个包括布置在二维阵列中的多个所述单元透镜，并且所述单元透镜中的每一个具有形状各向异性。

(2)根据(1)所述的光学元件，其中，相应的子区域的所述划分的光通量迭加足以至少部分抵消相邻的子区域的光通量的衍射不均匀性的量。

(3)根据(1)或(2)中任一项所述的光学元件，其中，所述子区域被布置成相对于所述光学元件的光入射面的中心点为点对称。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光学元件，其中，在所述子区域的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的光学元件，其中，其中，当所述子区域的数量为N、在第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式3]

$w_n=w_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}.....\left(3\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，h₁是在针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是在针对所述相应的子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

(6)根据(1)至(5)中任一项所述的光学元件，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同。

(7)根据(1)至(6)中任一项所述的光学元件，其中，当所述子区域的数据为N、第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式7]

$d_n=d_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(8\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，其中，α是代表在放大倍率上变化的合适的系数值，h₁是针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是针对所述相应的子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光学元件，其中，对于所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点偏移的量级(大小)不同。

(9)根据(1)至(8)中任一项所述的光学元件，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜的光射出侧单元透镜顶点的位置相同。

(10)根据(1)至(9)中任一项所述的光学元件，其中，对于每个所述子区域，所述单元透镜被布置在二维阵列中，并且相邻的单元透镜的偏移的方向相对于所述相应的单元透镜的光轴是相反的。

(11)根据(1)至(10)中任一项所述的光学元件，

其中，在所述子区域中的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同；

其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同；并且

其中，对于所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜的顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点的偏移的量级不同。

(12)一种照明设备，包括：

光源部；以及

光学元件，被配置为从所述光源部接收光，所述光学元件包括：

基板；以及

多个子区域，二维地布置在所述基板上，所述子区域中的每一个包括多个单元透镜；

其中，所述子区域和所述单元透镜被配置为根据所述子区域的布置将入射光通量空间划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且

其中，所述子区域中的每一个包括布置在二维阵列中的多个所述单元透镜，并且所述单元透镜中的每一个具有形状各向异性。

(13)根据(12)所述的照明设备，其中，相应的子区域的所述划分的光通量迭加足以至少部分抵消相邻的子区域的光通量的衍射不均匀性的量。

(14)根据(12)和(13)中任一项所述的照明设备，其中，所述子区域被布置成相对于所述光学元件的光入射面的中心点为点对称。

(15)根据(12)至(14)中任一项所述的照明设备，其中，在所述子区域的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同。

(16)根据(12)至(15)中任一项所述的照明设备，其中，当所述子区域的数量为N、在第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式3]

$w_n=w_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}.....\left(3\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，h₁是在针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是在针对所述相应的子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

(17)根据(12)至(16)中任一项所述的照明设备，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同。

(18)根据(12)至(17)中任一项所述的照明设备，其中，当所述子区域的数据为N、第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式7]

$d_n=d_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(8\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，其中，α是代表在放大倍率上变化的合适的系数值，h₁是针对相应的子区域的照明区域的光量分布上介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是针对相应的子区域的所述光量分布上介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

(19)根据(12)至(18)中任一项所述的照明设备，其中，对于所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点偏移的量级不同。

(20)根据(12)至(19)中任一项所述的照明设备，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜的光射出侧单元透镜顶点的位置相同。

(21)根据(12)至(20)中任一项所述的照明设备，其中，对于每个所述子区域，所述单元透镜被布置在二维阵列中，并且相邻的单元透镜的偏移的方向相对于所述相应的单元透镜的光轴是相反的。

(22)根据(12)至(21)中任一项所述的照明设备，

其中，在所述子区域中的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同；

其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同；并且

其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜的顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点的偏移的量级不同。

(23)一种显示装置，包括：

照明设备，包括光源和光学元件，所述光学元件包括：

基板；以及

多个子区域，二维地布置在所述基板上，所述子区域中的每一个包括多个单元透镜；以及

显示光学系统，用于利用从所述照明设备发射的光显示图像；

其中，所述子区域和所述单元透镜被配置为根据所述子区域的布置将入射光通量空间划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且

其中，所述子区域中的每一个包括布置在二维阵列中的多个所述单元透镜，并且所述单元透镜中的每一个具有形状各向异性。

(24)根据(23)所述的显示装置，其中，相应的子区域的所述划分的光通量迭加足以至少部分抵消相邻子区域的光通量的衍射不均匀性的量。

(25)根据(23)和(24)中任一项所述的显示装置，其中，所述子区域被布置成相对于所述光学元件的光入射面的中心点为点对称。

(26)根据(23)至(25)中任一项所述的显示装置，其中，在所述子区域的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同。

(27)根据(23)至(26)中任一项所述的显示装置，其中，当子区域的数量为N时，第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_n，并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_(n-1)，满足下列关系：

[数学式3]

$w_n=w_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}.....\left(3\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，h₁是在有关所述相应子区域的照明区域的光量分布上介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是在有关所述相应子区域的所述光量分布上介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

(28)根据(23)至(27)中任一项所述的显示装置，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同。

(29)根据(23)至(28)中任一项所述的显示装置，其中，当所述子区域的数据为N、第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式7]

$d_n=d_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(8\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，其中，α是代表在放大倍率上变化的合适的系数值，h₁是针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是针对所述相应的所述子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

(30)根据(23)至(29)中任一项所述的显示装置，其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点偏移的量级不同。

(31)根据(23)至(30)中任一项所述的显示装置，其中，针对所述子区域中的每一个，所述单元透镜的光射出侧单元透镜顶点的位置相同。

(32)根据(23)至(31)中任一项所述的显示装置，其中，对于每个所述子区域，所述单元透镜被布置在二维阵列中，并且相邻的所述单元透镜的偏移的方向相对于所述相应的单元透镜的光轴是相反的。

(33)根据(23)至(32)中任一项所述的显示装置，

其中，在所述子区域中的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同；

其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同；并且

其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜的顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点的偏移的量级不同。

进一步应注意，本技术具有下列配置。

[1].一种照明设备，包括：

光源部，所述光源部包括激光光源；和

第一均匀化光学元件，所述第一均匀化光学元件包括以二维方式布置的多个单元透镜，并且允许来自所述光源部的光穿过所述第一光均匀化光学元件；

其中，所述第一均匀化光学元件的光通过表面被划分成多个子区域，并且对于所述多个子区域中的每个子区域，所述单元透镜的形状的参数不同；并且

所述子区域中的所述参数被设置为允许通过从所述单元透镜射出的并且在所述相应子区域中获得的光而形成在照射表面上的光量分布上的顶部和谷部通过所述光量分布的迭加减去彼此。

[2].根据[1]所述的照明设备，其中，下列表达式(1)满足：

[数学式9]

$p_{n-1}\&times;\left(\frac{h_{(n-1)1}+3h_{(n-1)2}}{4}\right)\&times;\mathrm{\&alpha;}<p_n<p_{n-1}\&times;\left(\frac{3h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{4}\right)\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(1\right)$

其中，N是所述多个子区域的所述数量；

P_n是第n个子区域中所述单元透镜的所述参数，其中，n为1、2、...、N；

P_n-1是第(n-1)个子区域中所述单元透镜的所述参数；

h_(n-1)1是由所述第(n-1)个子区域中的所述单元透镜所形成的所述光量分布上的所述顶部的最亮部分之间的间隔；

h_(n-1)2是由所述第(n-1)个子区域中的所述单元透镜所形成的所述光量分布上的所述顶部的第二最亮部分之间的间隔；并且

α是代表预定情况下量级变化的系数。

[3].根据[2]所述的照明设备，其中：

所述参数是所述光通过表面上所述单元透镜的布置节距；并且

所述系数α等于1。

[4].根据[2]所述的照明设备，其中：

所述参数是所述单元透镜在光轴方向上的厚度；并且

所述系数α不等于1。

[5].根据[3]至[4]所述的照明设备，其中：

对于所述多个子区域中的每个子区域，所述单元透镜在光入射侧透镜顶点的位置也不同；并且

在其中所述光入射侧透镜顶点的所述位置偏移于所述多个子区域中的所述单元透镜的光射出侧透镜顶点的位置时，邻近于彼此的所述单元透镜的离心方向彼此相反，所述离心方向在所述光入射侧透镜顶点相对于所述光射出侧透镜顶点的所述位置的偏移方向上。

[6].根据[1]至[5]中任一项所述的照明设备，其中，所述多个子区域的所述数量为偶数。

[7].根据[1]至[6]中任一项所述的照明设备，其中，所述多个子区域以点对称方式布置在所述光通过表面上。

[8].根据[1]至[7]中任一项所述的照明设备，其中，所述第一均匀化光学元件被配置为复眼透镜。

[9].根据[1]至[8]中任一项所述的照明设备，进一步包括所述光源部与所述第一均匀化光学元件之间的光学路径上的第二均匀化光学元件。

[10].一种显示单元，包括：

照明设备，所述照明设备发射照明光；以及

光调制设备，所述光调制设备基于图像信号调制所述照明光；

其中，所述照明设备包括：

光源部，所述光源部包括激光光源；以及

第一均匀化光学元件，所述第一均匀化光学元件包括以二维方式布置的多个单元透镜，并且允许来自所述光源部的光穿过所述第一光均匀化光学元件；

所述第一均匀化光学元件的光通过表面被划分成多个子区域，并且对于所述多个子区域中的每个子区域，所述单元透镜的形状的参数不同；并且

所述子区域中的所述参数被设置为允许通过从所述单元透镜射出的并且在所述相应子区域中获得的光而形成在照射表面上的光量分布上的顶部和谷部通过所述光量分布的迭加减去彼此。

[11].根据[10]所述的显示单元，进一步包括将由所述光调制设备调制的所述照明光投影到投影表面上的投影光学系统。

[12].根据[10]或者[11]所述的显示单元，其中，所述光调制设备是液晶设备。

[13].一种照明设备，包括：

光源部；以及

第一均匀化光学元件，所述第一均匀化光学元件包括以二维方式布置的多个单元透镜，并且允许来自所述光源部的光穿过所述第一光均匀化光学元件；

其中，所述第一均匀化光学元件的光通过表面被划分成多个子区域，并且对于所述多个子区域中的每个子区域，所述单元透镜的光入射侧透镜顶点的位置不同；并且

在其中所述光入射侧透镜顶点的所述位置偏移于所述多个子区域中的所述单元透镜的光射出侧透镜顶点的位置时，邻近于彼此的所述单元透镜的离心方向彼此相反，所述离心方向在所述光入射侧透镜顶点相对于所述光射出侧透镜顶点的所述位置的偏移方向上。

[14].根据[13]所述的照明设备，其中，穿过所述多个子区域中所述单元透镜的所述光入射侧透镜顶点的光束到达照射表面上彼此不同的位置。

[15].根据[13]或者[14]所述的照明设备，其中，穿过所述多个子区域中所述单元透镜的光射出侧透镜顶点对面的光入射位置的光束到达照射表面上的同一位置。

[16].根据[13]至[15]中任一项所述的照明设备，其中，所述第一均匀化光学元被配置为复眼透镜。

[17]根据[13]至[16]中任一项所述的照明设备，进一步包括所述光源部与所述第一均匀化光学元件之间的光学路径上的第二均匀化光学元件。

[18].一种显示单元，包括：

照明设备，所述照明设备发射照明光；和

光调制设备，所述光调制设备基于图像信号调制所述照明光；

其中，所述照明设备包括：

光源部；以及

第一均匀化光学元件，所述第一均匀化光学元件包括以二维方式布置的多个单元透镜，并且允许来自所述光源部的光穿过所述第一光均匀化光学元件；

所述第一均匀化光学元件的光通过表面被划分成多个子区域，并且对于所述多个子区域中的每个子区域，所述单元透镜的光入射侧透镜顶点的位置不同；并且

在其中所述光入射侧透镜顶点的所述位置偏移于所述多个子区域中的所述单元透镜的光射出侧透镜顶点的位置时，邻近于彼此的所述单元透镜的离心方向彼此相反，所述离心方向在所述光入射侧透镜顶点相对于所述光射出侧透镜顶点的所述位置的偏移方向上。

[19].根据[18]所述的显示单元，进一步包括将由所述光调制设备调制的所述照明光投影到投影表面上的投影光学系统。

[20].根据[18]或[19]所述的显示单元，其中，所述光调制设备是液晶设备。

本领域技术人员应当理解的是，只要在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计需要和其他因素，可做出各种变形、组合、子组合以及改造。

参考标识列表

1、1A至1D 照明设备

11R 红色激光器

11G 绿色激光器

11B 蓝色激光器

12R、12G、12B 耦合透镜

131、132 二向色棱镜

14 光学设备

140 驱动部

15、15A至15C、151、152 复眼透镜

161、162 子冷凝器透镜

17 冷凝器透镜

21 反光液晶设备

22 场透镜

23 偏振分束器

24 投影透镜

3、3A至3D 显示单元

30 屏幕

Z0 光轴

Sin 光入射表面

Sout 光出射表面

A11至A14、A21至A24、A31至A35 子区域

UL11至UL14、UL21至UL24UL31至UL35 单元透镜

Pc 中心点

w、w1至w4 在水平方向上的布置节距

d、d1至d4 在光轴方向上的厚度

Pin 光入射侧透镜顶点

Pout 光射出侧透镜顶点

p 在垂直方向上的布置节距

Claims (33)

1.一种光学元件，包括：

基板；以及

多个子区域，二维地布置在所述基板上，所述子区域中的每一个包括多个单元透镜；

其中，所述子区域和所述单元透镜被配置为根据所述子区域的布置将入射光通量空间地划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且

其中，所述子区域中的每一个包括布置在二维阵列中的多个所述单元透镜，并且所述单元透镜中的每一个具有形状各向异性。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，相应的子区域的所述划分的光通量迭加足以至少部分抵消相邻的子区域的光通量的衍射不均匀性的量。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述子区域被布置成相对于所述光学元件的光入射面的中心点为点对称。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其中，在所述子区域的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同。

5.根据权利要求4所述的光学元件，其中，当所述子区域的数量为N、在第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式3]

$w_n=w_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}.....\left(3\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，h₁是在针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是在针对所述相应的子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

6.根据权利要求1所述的光学元件，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同。

7.根据权利要求6所述的光学元件，其中，当所述子区域的数据为N、第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式7]

$d_n=d_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(8\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，其中，α是代表在放大倍率上变化的合适的系数值，h₁是针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是针对所述相应的子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

8.根据权利要求1所述的光学元件，其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点偏移的量级不同。

9.根据权利要求8所述的光学元件，其中，针对所述子区域中的每一个，所述单元透镜的光射出侧单元透镜顶点的位置相同。

10.根据权利要求8所述的光学元件，其中，针对每个所述子区域，所述单元透镜被布置在二维阵列中，并且相邻的单元透镜的偏移的方向相对于所述相应的单元透镜的光轴是相反的。

11.根据权利要求1所述的光学元件，

其中，在所述子区域中的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同；

其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同；并且

其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜的顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点的偏移的量级不同。

12.一种照明设备，包括：

光源部；以及

光学元件，被配置为从所述光源部接收光，所述光学元件包括：

基板；以及

多个子区域，二维地布置在所述基板上，所述子区域中的每一个包括多个单元透镜；

其中，所述子区域和所述单元透镜被配置为根据所述子区域的布置将入射光通量空间划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且

其中，所述子区域中的每一个包括布置在二维阵列中的多个所述单元透镜，并且所述单元透镜中的每一个具有形状各向异性。

13.根据权利要求12所述的照明设备，其中，相应的子区域的所述划分的光通量迭加足以至少部分抵消相邻的子区域的光通量的衍射不均匀性的量。

14.根据权利要求12所述的照明设备，其中，所述子区域被布置成相对于所述光学元件的光入射面的中心点为点对称。

15.根据权利要求12所述的照明设备，其中，在所述子区域的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同。

16.根据权利要求15所述的照明设备，其中，当所述子区域的数量为N、在第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式3]

$w_n=w_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}.....\left(3\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，h₁是在针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是在针对所述相应的子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

17.根据权利要求12所述的照明设备，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同。

18.根据权利要求17所述的照明设备，其中，当所述子区域的数据为N、第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式7]

$d_n=d_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(8\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，其中，α是代表在放大倍率上变化的合适的系数值，h₁是针对相应的子区域的照明区域的光量分布上介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是针对相应的子区域的所述光量分布上介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

19.根据权利要求12所述的照明设备，其中，对于所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点偏移的量级不同。

20.根据权利要求19所述的照明设备，其中，针对所述子区域中的每一个，所述单元透镜的光射出侧单元透镜顶点的位置相同。

21.根据权利要求19所述的照明设备，其中，针对每个所述子区域，所述单元透镜被布置在二维阵列中，并且相邻的单元透镜的偏移的方向相对于所述相应的单元透镜的光轴是相反的。

22.根据权利要求12所述的照明设备，

其中，在所述子区域中的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同；

其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同；并且

其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜的顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点的偏移的量级不同。

23.一种显示装置，包括：

照明设备，包括光源和光学元件，所述光学元件包括：

基板；以及

多个子区域，二维地布置在所述基板上，所述子区域中的每一个包括多个单元透镜；以及

显示光学系统，用于利用从所述照明设备发射的光显示图像；

其中，所述子区域和所述单元透镜被配置为根据所述子区域的布置将入射光通量空间地划分成多个光通量，同时将所述划分的光通量部分地迭加到另一光通量上；并且

其中，所述子区域中的每一个包括布置在二维阵列中的多个所述单元透镜，并且所述单元透镜中的每一个具有形状各向异性。

24.根据权利要求23所述的显示装置，其中，相应的子区域的所述划分的光通量迭加足以至少部分抵消相邻子区域的光通量的衍射不均匀性的量。

25.根据权利要求23所述的显示装置，其中，所述子区域被布置成相对于所述光学元件的光入射面的中心点为点对称。

26.根据权利要求23所述的显示装置，其中，在所述子区域的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同。

27.根据权利要求26所述的照明设备，其中，当所述子区域的数量为N、在第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜的布置节距为w_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式3]

$w_n=w_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}.....\left(3\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，h₁是在针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是在针对所述相应的子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

28.根据权利要求23所述的显示装置，其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同。

29.根据权利要求28所述的显示装置，其中，当所述子区域的数据为N、第n(n＝1、2、...、或者N)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_n并且相邻的第(n-1)个子区域中的单元透镜在所述光轴方向上的厚度为d_(n-1)时，满足下列关系：

[数学式7]

$d_n=d_{n-1}\&times;\frac{\left(\frac{h_{(n-1)1}+h_{(n-1)2}}{2}\right)}{h_{(n-1)1}}\&times;\mathrm{\&alpha;}.....\left(8\right)$

其中，N是2或者更大的自然数，其中，α是代表在放大倍率上变化的合适的系数值，h₁是针对相应的子区域的照明区域的光量分布中介于最亮峰值部分之间的间隔，并且h₂是针对所述相应的所述子区域的所述光量分布中介于第二最亮峰值部分之间的间隔。

30.根据权利要求23所述的显示装置，其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点偏移的量级不同。

31.根据权利要求30所述的显示装置，其中，针对所述子区域中的每一个，所述单元透镜的光射出侧单元透镜顶点的位置相同。

32.根据权利要求30所述的显示装置，其中，对于每个所述子区域，所述单元透镜被布置在二维阵列中，并且相邻的单元透镜的偏移的方向相对于所述相应的单元透镜的光轴是相反的。

33.根据权利要求23所述的显示装置，

其中，在所述子区域中的每一个中的所述单元透镜之间的布置节距不同；

其中，对于所述子区域中的每一个，所述单元透镜在光轴方向上的厚度不同；并且

其中，针对所述单元透镜中的每一个，光入射侧单元透镜的顶点的位置从相应的单元透镜的光轴偏移，并且对于所述子区域中的每一个，所述光入射侧单元透镜顶点的偏移的量级不同。