CN1273861C - 光学照明单元和液晶投影仪 - Google Patents

Abstract

一种光学照明单元，具有将光源灯(11)的光以均匀和/或会聚的方式照射到预定物体(22)上的光学系统(13～16)，包括一个用于反射光源灯(11)的光以提供会聚光的反射器(1)和一个用于准直此会聚光以提供近似的平行光束的光学组件(2)，使得近似的平行光束进入光学系统(13～16)。因此，在使用带微透镜的透射型液晶板的液晶投影仪中，在满足增大入射到液晶板的象素有效面积上的光量这一要求的同时，可以使光学照明单元的大小更紧凑。

Description

光学照明单元和液晶投影仪

技术领域

本发明涉及一种光学照明单元和液晶投影仪。

背景技术

在使用透射型液晶板作为光调制单元的液晶投影仪中，有这样一种液晶投影仪，它在液晶板的表面上与每个象素对应的位置处设置一个微透镜(以下也写作“ML”)，以便增大入射到象素有效面积上的光量。

图1是采用带ML的液晶板的液晶投影仪中与采用不带ML的液晶板的液晶投影仪中照明光学单元主要部分的传统配置实例简图。

在采用不带ML的液晶板的液晶投影仪光学照明单元中，如图1A所示，从光源灯中发出的光被抛物面状反射器12反射而准直成一束光，并且之后被第一和第二蝇眼透镜13、14(将光源灯周围部位的光与中心部位的光叠加的积分器)匀化，被主会聚透镜15和通道会聚透镜16会聚并照射到不带ML的液晶板17上。

从蝇眼透镜13到会聚透镜16的光学系统以这样的方式设计和制造，即该系统具有这样的数值孔径，入射到液晶板17的象素有效面积上的光量变为近似最大，并且该系统具有的入射光瞳直径近似等于来自反射器12的平行光束的光斑直径。

另一方面，在采用带有ML的液晶板的液晶投影仪中，如图1B所示，来自与图1A一样的光源灯11的光被与图1A一样的反射器12反射，准直成一束平行光，之后，该光束被第一和第二蝇眼透镜18和19均化，被主会聚透镜20和通道会聚透镜21会聚并照射到带有ML 22(ML设置在与图1A所示的液晶板17有相同结构的液晶板的表面上)的液晶板上。

从蝇眼透镜18到通道会聚透镜21的光学系统以这样的方式设计和制造，即该系统具有的数值孔径小于图1A所示的从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统的数值孔径。

下面说明原因。在具有图1A所示光学照明单元的液晶投影仪中，当用带有ML的液晶板22代替液晶板17时，被ML折射的光可以进入带ML的液晶板22的象素有效面积以外的其它部分。因此，入射到有效面积上的光量可能会减少。为了防止在ML折射的光进入有效面积以外的部分，应该减小光入射到带ML的液晶板22的最大锥形角。因此，从蝇眼透镜到通道会聚透镜的光学系统设计制造成具有小的数值孔径，由此减小最大锥形角。

如上所述，在采用带ML的液晶板的传统液晶投影系统中，作为光学照明单元中的光学系统(图1B中从蝇眼透镜18到通道会聚透镜21的光学系统)，将光源灯的光以均匀和/或会聚的方式照射，迄今已经设计制造出的光学系统，其数值孔径小于采用不带ML的液晶板的液晶投影仪的数值孔径。

但是，现有技术中存在下列缺点(a)～(c)：

(a)在采用带ML的液晶板的液晶投影仪中，当用于把光源灯的光以均匀和/或会聚的方式照射到液晶板的光学照明单元中的光学系统的数值孔径被减小时，该光学系统的F数变大。具体地说，假设采用不带ML的液晶板的液晶投影仪光学照明单元中光学系统的F数落在大约2.2～2.5的范围内，则采用带ML的液晶板的液晶投影仪光学照明单元中光学系统的F数变得不小于3。

因此，在采用带ML的液晶板的液晶投影仪中，如图1B所示，因为光学照明单元的光程增大，所以光学照明单元的外部尺寸增大，导致液晶投影仪的总体尺寸变大。

(b)当制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，作为光学照明单元中的光学系统，应该设计制造对于两个光学系统分别具有不同数值孔径的光学系统。因此，即使包括两个光学系统的光学组件具有相同的功能(如图1A中的蝇眼透镜13和图1B中的蝇眼透镜18)，但它们的规格变得彼此不同。

因此，因为不能对不同的光学系统制作通用的光学组件，所以很难降低组件的成本。

(c)当制作采用带ML的液晶板的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，应该分别执行光学系统的布局操作。因此很难使制造操作更高效。

鉴于上述原因，本发明的目的在于消除采用带ML的液晶板的液晶投影仪中传统光学照明单元的缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出，在包含用于把光源灯发出的光以均匀和/或会聚的方式照射到预定物体上的光学系统的光学照明单元中，光学照明单元包含一个反射器和一个光学组件，其中反射器反射光源灯发出的光以提供会聚光，光学组件准直此会聚光以提供近似平行的光束，其中，使近似平行的光束进入此光学系统。

在此光学照明单元(根据本发明的第一光学照明单元)中，从光源灯发出的光被反射器反射并会聚成会聚光、然后再被光学组件准直成一束近似的平行光之后，此束近似的平行光进入用于以均匀和/或会聚的方式将光源灯发出的光照射到物体的光学系统。因此，在此光学系统中进入一束光，该光束的束斑直径小于光源灯发出的光直接会聚成近似的平行光束时获得的光束直径。

结果，物体被这样的光束照射，即该入射光束的最大圆锥角小于光源灯发出的光直接会聚成近似的平行光束时获得的圆锥角。因此，甚至当该光学系统的入射光瞳直径大于进入该光学系统的近似平行光束的束斑直径时(即，甚至当该光学系统的数值孔径由此较大的入射光瞳直径决定)，该光学系统外观数值孔径(apparent numerical aperture)相对于物体也变小。

如上所述，在本光学照明单元中，用于把光源灯发出的光以均匀和/或会聚的方式照射到物体上的光学系统的外观数值孔径相对于被光照射的物体变小。

因此，甚至当入射光的最大圆锥角应该相对于此物体较小时，也可以设计制造如同本光学系统的具有较大数值孔径的光学系统。

因此，通过减小本光学系统的F数而减小光学照明单元的光程成为可能。

另外，当制造用于需要较小入射光最大圆锥角的物体的光学照明单元和用于需要较大入射光最大圆锥角的物体的光学照明单元时，作为光学系统，可以只设计制造一个具有较大数值孔径的光学系统，并且该光学系统对两个光学照明单元中的两个光学系统是可以通用的。

因此，如果将上述光学系统应用到例如采用带ML的液晶板的液晶投影仪，则可以消除前述的缺点(a)和(b)。

在此光学照明单元中，当此光学系统包括用于将光源灯发出的光束均匀地照射到物体上的第一和第二蝇眼透镜时，第一蝇眼透镜可以象凹透镜一样弯曲，用作把从反射器会聚的光转变成近似的平行光的光学组件。

因此，可以减少光学照明单元中光学组件的数量，并且还可以进一步缩短光学照明单元的光程。

另外，在此光学照明单元中，用于把出自反射器的光会聚成近似平行光束的光学组件可以由象连接到反射器的凹透镜一样弯曲的玻璃构造，从而覆盖光源灯的前部。

因此，还可以进一步减小照明光学单元的光程。

接下来，本申请提出，在包括具有第一和第二蝇眼透镜的光学系统的光学照明单元中，光学系统用于把光源灯的光均匀地照射到预定物体上，光学照明单元包括一个用于反射光源灯发出的光以提供会聚光的反射器和一个用于发散此会聚光的光学组件，其中，使出自光学组件的光进入该光学系统，并且第一蝇眼透镜的透镜元的顶点位置偏离透镜元敞口的中心。

在此光学照明单元中(根据本发明的第二光学照明单元)，从光源灯发出的光被反射器反射后，会聚成会聚光并被光学组件发散，所得的光进入具有第一和第二蝇眼透镜的光学系统，把出自光源灯的光均匀地照射到预定的物体上。第一蝇眼透镜的透镜元顶点位置偏离透镜元的敞口中心。

在根据本发明的前述第一光学照明单元中，出自反射器的会聚光准直成近似的平行光束并进入光学系统，该光学系统将出自光源灯的光以均匀和/或会聚的方式照射到预定的物体上。

为了准直会聚光以提供如上所述的近似平行光束，本会聚光可以通过一个光学组件如凹透镜(发散透镜)发散。

但是，可以观察到，出自反射器的会聚光由于光学组件的像差而不能准直成高度平行的光束，即使提供可以发散入射光的光学组件、如凹透镜也是如此。

当用于把光源灯发出的光均匀地照射到预定物体上的光学系统包括第一和第二蝇眼透镜(积分器)时，如果平行度不够高的平行光束进入第一蝇眼透镜的透镜元敞口部分，则从第一蝇眼透镜的透镜元入射到第二蝇眼透镜对应透镜元的敞口部分的光量会减少，使得照射到物体上的光量减少。

另外，作为将光源灯的光均匀地照射到预定物体上的光学系统，存在这样一种光学系统，它除了包括第一和第二蝇眼透镜以外还包括用于把第二蝇眼透镜发出的光转变为线性偏振光的偏振转换元件。

在包括此光学系统的光学照明单元中，当设置用于发散出自反射器的会聚光的光学组件时，有一种可能性，即由于光学组件的像差，出自第一蝇眼透镜的透镜元并入射到偏振转换元件敞口部分的光量减少，使得照射到物体上的光量也可能减少。

作为避免由于像差而减少照射到物体上的光量并提高光源灯发出的光的利用率的方法，有一种已知的方法，它提供一个新的光学组件如非球面透镜来改变光的方向，由此增大入射到第二蝇眼透镜的透镜元敞口部分以及偏振转换元件的敞口部分的光量。

但是根据此方法，因为光学照明单元的光学组件的数量增加，并且光学照明单元的光程增大，所以致使光学照明单元的外部尺寸增大。

因此，在根据本发明的第二光学照明单元中，会聚光被光学组件如凹透镜发散，并进入用于把光源灯发出的光照射到预定物体上的光学系统，包含在此光学系统中的第一和第二蝇眼透镜的第一蝇眼透镜的透镜元顶点位置偏离透镜元的敞口中心，因此入射到第一蝇眼透镜的光的方向和出自第一蝇眼透镜的光的方向被改变(换言之，第一蝇眼透镜还具有非球面透镜的功能等)。

例如，当此光学系统不包括偏振转换元件时，透镜元的顶点位置偏离，使得出自第一蝇眼透镜的光的平行度可以被提高，由此可以提高从第一蝇眼透镜的透镜元发出的入射到第二蝇眼透镜对应的透镜元敞口位置的光量。

或者，当此光学系统包括偏振转换元件时，透镜元的顶点位置偏离，使得发自该透镜元的光的方向可以指向此偏振转换元件的敞口部分。

因此，可以减小光程并且可以按照与前述本发明第一光学照明单元完全相同的方式制作通用的光学系统；在不增加光学组件的数量和不导致光学照明单元的外部尺寸增大的情况下，避免由于发散会聚光的光学组件的像差而使照射到物体上的光量减少，由此提高了光源灯的光利用率。

接下来，本申请提出，在包括一个光源灯、一个配置有与各个象素对应的微透镜的透射型液晶板和一个包含光学系统的光学照明单元的液晶投影仪中，其中光学系统用于以均匀和/或会聚的方式将光源灯发出的光照射到透射型液晶板上，液晶投影仪中的光学照明单元包括一个反射器和一个光学组件，反射器用于反射光源灯的光以提供会聚光，光学组件用于准直会聚光以提供近似平行的光束，其中，使近似的平行光束进入光学照明单元中的光学系统。

在此液晶投影仪(根据本发明的第一液晶投影仪)中，对于带ML的液晶板来说，出于与在本发明前述光学照明单元提出的完全相同的原因，在光学照明单元中，可以减小光学系统的外观数值孔径，其中该光学系统用于把光源灯的光以均匀和/或会聚的方式照射到带ML的液晶板上。

因此，甚至在设计制造具有较大数值孔径的此种光学系统时，能够避免在液晶板的ML处折射的光进入象素有效面积以外的其它部分，由此增大了入射到有效面积上的光量。

因此，此光学系统的F数做得较小，并且光学照明单元的光程缩短，因此可以消除前述的缺陷(a)。

另外，在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，作为光学系统，只设计制造数值孔径能够使入射到不带ML的液晶板的象素有效面积上的光量变为最大的光学系统，并对两种液晶投影仪共用，由此可以消除前述的缺陷(b)。

接下来，本申请提出，在包括一个光源灯、一个配置有与各个象素对应的微透镜的透射型液晶板和包括一个光学单元的光学照明单元中，其中光学单元具有用于将光源灯均匀地照射到预定物体上的第一和第二蝇眼透镜，液晶投影仪包括一个用于反射光源灯的光以提供会聚光的反射器和一个用于发散会聚光的光学组件，其中，使出自光学组件的光进入光学系统，并且第一蝇眼透镜的透镜元顶点位置偏离透镜元的敞口中心。

根据此液晶投影仪(根据本发明的第二液晶投影仪)，出于与本发明前述第二光学照明单元完全相同的原因，可以缩短光程，并且可以按照与本发明前述第一光学照明单元完全相同的方式成为通用的光学系统；在不增加光学组件数量以及不导致光学照明单元的外部尺寸增大的情况下(因此，不导致整个液晶投影仪的尺寸变大)，能够避免由于发散会聚光的光学组件的像差所致的照射到物体上的光量减少，因此可以提高光源灯的利用率。

接下来，本申请提出了一种制造液晶投影仪的方法，包括步骤：在用于以均匀和/或会聚的方式把光源灯的光照射到预定物体上的光学照明单元中设置一个光学系统，该光学系统包括这样一种数值孔径，通过该数值孔径入射到不带微透镜的透射型液晶板象素有效面积上的光量近似地变为最大；设置一个反射器，用于反射光源灯的光以提供会聚光，并提供一个光学组件，用于准直出自反射器的会聚光以提供近似的平行光束，使得在使用设置有与各个象素对应的微透镜的透射型液晶板时，该近似的平行光束进入光学系统；和设置一个反射器，用于反射光源灯的光以提供近似的平行光束，使得在使用不带微透镜的透射型液晶板时，近似平行的光束进入光学系统。

根据此制造方法，在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪以及在制造采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，作为光学照明单元中的光学系统，其中该光学照明单元用于以均匀和/或会聚的方式将光源灯的光照射到预定的物体上，设置了一个具有这种数值孔径的光学系统，即通过该数值孔径入射到不带ML的液晶板的象素有效面积上的光量近似地变为最大。

然后，在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪时，设置用于反射光源灯的光以提供会聚光的反射器和用于准直出自反射器的会聚光以提供进入该光学系统的近似平行光束的光学组件，二者是包括前述根据本发明的光学照明单元的元件，并且由此完成光学照明单元组件。

另一方面，当制造采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，设置用于反射光源灯的光以提供进入该光学系统的近似平行光束的反射器，并且由此完成光学照明单元组件。

如上所述，根据此种液晶投影仪的制造方法，当制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪和制造采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，在光学照明单元的操作中，可以对两种投影仪制作通用的光学系统的操作配置，以均匀和/或会聚的方式把光源灯的光照射到液晶板上。由此可以消除前述缺点(c)。

附图说明

图1是采用带ML的液晶板的液晶投影仪中传统的光学照明单元与采用不带ML的液晶板的液晶投影仪中光学照明单元的配置比较实例；

图2是根据本发明第一光学照明单元的主要部分配置的实例简图；

图3是应用图2所示光学照明单元的液晶投影仪的配置实例简图；

图4是根据本发明第一光学照明单元的主要部分配置的另一实例简图；

图5是应用图4所示光学照明单元的液晶投影仪的配置实例简图；

图6是根据本发明第一光学照明单元的主要部分配置的另一实例简图；

图7是应用图6所示光学照明单元的液晶投影仪的配置实例简图；

图8是根据本发明第二光学照明单元的主要部分配置实例简图；

图9是图8所示光学照明单元中从凸透镜到蝇眼透镜的放大部分简图；

图10是图9中所示透镜元51a的顶点位置偏离的方向简图；

图11是应用图8所示光学照明单元的液晶投影仪的配置实例简图；

图12是根据本发明第二光学照明单元的主要部分配置实例简图；

图13是图12所示的光学照明单元中从凸透镜到偏振转换元件的放大部分简图；

图14是应用图12所示光学照明单元的液晶投影仪的配置实例简图；

图15A～15C是根据本发明的液晶投影仪的制造方法简图。

具体实施方式

下面将参考附图对应用本发明的带ML的液晶投影仪的实施例做具体的描述。

图2是根据本发明第一光学照明单元的主要部分配置实例简图，其中与图1中相同的元件和部分采用相同的标号。

在此光学照明单元中，光源灯11可拆卸地连接到具有椭圆状反射面的椭圆反射器1。椭圆反射器1反射从光源灯11发出的光以提供会聚光。

在带ML的液晶板22一侧设置凹透镜22，与椭圆反射器1相对。凹透镜2使椭圆反射器1会聚的光发散，从而提供近似平行的光束。

从凸透镜2开始向着带ML的液晶板一侧，依次设置与图1A中相同的蝇眼透镜13和14、相同的主会聚透镜15和相同的通道会聚透镜16，由此使得凸透镜2发出的近似平行光束进入蝇眼透镜13。

从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统具有这样的数值孔径，即经过该数值孔径入射到具有与带ML的液晶板22相同结构的ML被移除的液晶板(与图1A所示的液晶板相同)上象素有效面积上的光量变为最大，并且以这样的方式设计制造该系统，即，使入射光瞳的直径近似等于从图1A所示的反射器12发出的平行光束的光斑直径。

因此，此光学照明系统的光程短于图1B中所示的采用带ML的液晶板的液晶投影仪中传统的光学照明单元的光程(此光程比图1A所示的光学照明单元的光程长一个对应于凹透镜2的部分的长度)。

蝇眼透镜13的入射光瞳直径与凹透镜2发出的近似平行光束的光斑直径之差近似等于蝇眼透镜13各个透镜(透镜元)直径的偶数倍(图中为两倍)。因此，光根本入射不到蝇眼透镜13最外边的透镜元中，并入射到其余透镜元的整个表面上。因此，光部分地入射到蝇眼透镜13的透镜元上以防止作为积分器的蝇眼透镜13和14的作用受到损害。

下面说明光通过本光学照明系统照射到带ML的液晶板22上的方式。

从光源灯发出的光被椭圆反射器1反射，会聚成会聚光，并被凹透镜2准直成近似平行的光束，由此进入蝇眼透镜2。因此，蝇眼透镜13中进入一束近似的平行光束，其束斑直径小于如图1A所示光源灯11的光直接会聚成近似平行光束时获得的束斑直径。

具有较小束斑直径的近似平行光束通过蝇眼透镜13、14变得均匀，并被主会聚透镜15和通道会聚透镜16会聚，而照射到带ML的液晶板22上。

结果，带有ML的液晶板22被最大圆锥角小于照射到图1A所示液晶板上的光的圆锥角的光照射。即，对于带ML的液晶板22，从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统的外观数值孔径减小了。

因此，避免了在ML的折射光进入带ML的液晶板22的象素有效面积以外的部分，由此可以增大入射到有效面积的光量。

如上所述，根据本发明，在满足增大入射到带ML的液晶板22的象素有效面积上的光量这一要求的同时，还可以通过缩短光学照明单元的光程来减小光学照明单元的外部尺寸。

另外，在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板(图1A中所示的液晶板)的液晶投影仪时，因为光学照明单元中从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统可以制成对于两种投影仪制造通用，所以可以降低组件的成本。

图3表示应用图2所示光学照明单元的液晶投影仪(根据本发明的第一液晶投影仪)的配置实例简图，其中与图2中所示相同的元件及部件采用相同的标号。

从光源灯11发出的光分别被椭圆反射器1、凹透镜2会聚成会聚光和准直成近似的平行光束，并经过蝇眼透镜13、14和主会聚透镜15进入到二向色镜31中。

然后，被二向色镜31反射的蓝光经反射镜32和通道会聚透镜33照射到带ML的蓝色显示液晶板41(B)。

透过二向色镜31的光中的绿光被二向色镜34反射并经通道会聚透镜35进入带ML的绿色显示液晶板41(G)。

透过二向色镜34的红光经中继透镜36、反射镜37、中继透镜38、反射镜39和通道会聚透镜40进入到带ML的红色显示液晶板41(R)。

分别透过带ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)的红光、绿光、蓝光由二向色棱镜42合成后，进入投影透镜43。

在此液晶投影仪中，以这样的方式设计制造从蝇眼透镜13到通道会聚透镜33、35、40的光学系统，即该系统具有的数值孔径使得从其经过并入射到具有与带ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)结构相同但去除了ML的液晶板象素有效面积上的光量变为近似最大，并且该系统的入射光瞳直径与从图1A中所示反射器12反射的平行光束束斑直径近似相等。

在此液晶投影仪中，出于与对图2所示的光学照明单元提出的完全相同的原因，在增大入射到带ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面积上的光量的这一要求得到满足的同时，可以通过缩短光学照明单元的光程减小液晶投影仪的外部尺寸。另外，在制造此种液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以将从蝇眼透镜13到通道会聚透镜33、35、40的光学系统制作成对两种投影仪通用的，由此可以降低组件的成本。

接下来，图4表示根据本发明的第一光学照明单元的主要部分的另一配置实例简图，其中与图2相同的元件及部件采用相同的标号。

在此光学照明单元中，没有设置图2中所示的凹透镜，图2所述的蝇眼透镜13用一个象凹透镜一样弯曲的蝇眼凹透镜3代替，因此从椭圆反射器1发出的会聚光入射到此蝇眼凹透镜3上。

蝇眼凹透镜3发散椭圆反射器1会聚的光，以使得会聚光变为近似的平行光束，并且该蝇眼凹透镜用作包括类似于图2中所示蝇眼透镜13的积分器的元件。

蝇眼透镜3的入射光瞳直径和入射到蝇眼凹透镜3上的会聚光的束斑直径之差近似等于蝇眼凹透镜3的透镜元直径的偶数倍(图2中为两倍)。

此光学照明单元的其余配置与图2中所示的光学照明单元的相同。因此，在此光学照明单元中，光程甚至比图2中所示光学照明单元的还短(此光程近似等于图1A中所示光学照明单元的光程)。

在此光学照明单元中，椭圆反射器1反射光源灯11发出的光以提供会聚光，并且此会聚光进入蝇眼凹透镜3。然后，蝇眼凹透镜3准直会聚光以提供近似平行的光束，该近似平行的光束通过蝇眼凹透镜3和蝇眼透镜14变得均匀。

结果，带有ML的液晶板22被这样的光照射，即入射光的最大圆锥角小于图1A所示入射到液晶板17上的光的圆锥角。即，对于带有ML的液晶板22，从蝇眼凹透镜3到通道会聚透镜16的光学系统的外观数值孔径较小。

因此，在增大入射到带ML的液晶板22象素有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以将该光学照明单元的光程变得比图2中所示光学照明单元的光程短，并且因此可以减小光学照明单元的外部尺寸。

因为蝇眼透镜3还用作光学组件，准直出自椭圆反射器1的会聚光，提供近似平行的光束，所以可以减少光学照明单元的光学组件数量。

在制造采用带ML的液晶板22的液晶投影仪和制造采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以为投影仪制作通用的从蝇眼透镜14到通道会聚透镜16的光学系统，并且因此可以降低成本。

图5是应用图4所示光学照明单元的液晶投影仪(根据本发明的第一液晶投影仪)的配置实例简图，其中与图3和4中相同的元件及部件用相同的标号表示。

还是在此液晶投影仪中，出于与对图4所示的光学照明单元提出的完全相同的原因，在增大入射到带ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以通过缩短光学照明单元的光程减小光学照明单元的外部尺寸。另外，在制造此种液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以为投影仪制作通用的从蝇眼透镜14到通道会聚透镜33、35、40的光学系统，由此可以降低组件的成本。

接下来，图6是根据本发明第一光学照明单元的主要部分配置的另一实例简图，其中与图2中相同的元件和部件用相同的标号表示。

在此光学照明单元中，不设置图2中所示的凹透镜2，将象凹透镜一样弯曲的凹盖片玻璃4固定地连结到椭圆反射器1。此凹盖片玻璃4发散从椭圆反射器1反射的会聚光，以便将会聚光准直成近似的平行光束。从凹盖片玻璃4发出的近似平行光束进入蝇眼透镜13。

蝇眼透镜13的入射光瞳直径与凹盖片玻璃4发出的近似平行光束的束斑直径之差近似等于蝇眼透镜13的透镜元直径的偶数倍(图中为两倍)。

此光学照明单元的其余配置与图2中所示光学照明单元的相同。因此，此光学照明单元的光程甚至比图2中所示光学照明单元的光程还短(此光程近似等于图1A中所示光学照明单元的光程)。

在此光学照明单元中，从光源灯11发出的光在椭圆反射器1上反射，变为会聚光，此会聚光被凹盖片玻璃4准直成近似的平行光束并进入蝇眼透镜13。

结果，带有ML的液晶板22被这样的光照射，即入射光的最大圆锥角小于入射到图1A所示液晶板17上的光的圆锥角。即，对于带有ML的液晶板22，从蝇眼凹透镜13到通道会聚透镜16的光学系统的外观数值孔径较小。

因此，在增大入射到带ML的液晶板22象素有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以将该光学照明单元的光程变得比图2中所示光学照明单元的光程短，并且因此可以减小光学照明单元的外部尺寸。

在制造采用带ML的液晶板22的液晶投影仪和制造采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以为两种投影仪制作通用的从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统，并且因此可以降低成本。

图7是应用图6所示光学照明单元的液晶投影仪(根据本发明的第一液晶投影仪)的配置实例简图，其中与图3和6中相同的元件及部件用相同的标号表示。

还是在此液晶投影仪中，出于与对图6所示的光学照明单元提出的完全相同的原因，在增大入射到带ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以通过缩短光学照明单元的光程减小照明光学单元的外部尺寸。另外，在制造此种液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以为两种投影仪制作通用的从蝇眼透镜13到通道会聚透镜33、35、40的光学系统，由此可以降低组件的成本。

接下来，图8是根据本发明第二光学照明单元的主要部分配置的另一实例简图，其中与图2中相同的元件及部件用相同的标号表示。

在此光学照明单元中，设置蝇眼透镜51。该蝇眼透镜51与图2中所示蝇眼透镜13类似，用作包括积分器的元件。

蝇眼透镜51的入射光瞳直径与入射到蝇眼透镜51上的会聚光束束斑直径之差近似等于蝇眼透镜51的透镜元直径的偶数倍(图中为两倍)。

虽然图8中未示出，在蝇眼透镜51中，透镜元的定点位置偏离透镜元敞口的中心。

图9是光学照明单元中从凸透镜2到蝇眼透镜14的部分放大简图。虽然设置了凹透镜2以将椭圆反射器1反射的会聚光准直成近似的平行光束，但如果只设置了凹透镜2，如图9所示，椭圆反射器1反射的会聚光可能不能被准直成一束平行度足够高的光束(在图9中以夸张的形式表示此像差)。在此情况下，平行度不够高的光束进入蝇眼透镜41。

在蝇眼透镜51中，响应于此凹透镜2的像差，透镜元51的顶点位置偏离透镜元51a的窗口中心，使得从蝇眼透镜61发出的光的平行度得以提高。

图9表示蝇眼透镜51的侧视图，如图10所示，位于光学照明单元光轴(垂直于纸张的轴)上下方向的透镜元51a的顶点T位置，相对于上下方向偏心，位于光轴左右方向的透镜元51a的顶点T位置关于左右方向偏心，并且位于此光轴对角线方向的透镜元51a的顶点T位置关于上下方向和左右方向偏心。

基本上，接近于蝇眼透镜51外缘设置的透镜元顶点位置的偏移量大于接近蝇眼透镜51中心部分设置的透镜元顶点位置的偏移量。

此光学照明单元的其余布置与图2中所示光学照明单元的类似。

在包括积分器的光学照明单元中，当平行度不够高的光束进入积分器第一蝇眼透镜(图2中的蝇眼透镜13)的透镜元敞开部分时，从第一蝇眼透镜的透镜元入射到第二蝇眼透镜(图2和图8中的蝇眼透镜14)中相应透镜元的敞开部分的光量减少，使得照射到带ML的液晶板22上的光量也减少。

作为防止照射到带ML的液晶板22上的光量由于像差而减少以及提高光源灯11的光利用率的方法，已知一种方法，通过新的光学组件如非球面透镜改变光的方向，由此增大入射到第二蝇眼透镜的透镜元敞口部分的光量。

但是，使用此方法时，光学照明单元的组件数增加，光学照明单元的光程延长，使得光学照明单元的外部尺寸不可避免地增大。

因此，在此光学照明单元中，响应于凹透镜2的像差，用作第一蝇眼透镜的蝇眼透镜51的透镜元51a的顶点位置偏离透镜元51的敞口中心，由此可以提高从蝇眼透镜51发出的光的平行度(换言之，第一蝇眼透镜可以用作非球面透镜等)。

根据此光学照明单元，与图2所示的光学照明单元的方式完全相同，在满足增大入射到带ML的液晶板22的象素有效面积上的光量这一要求的同时，还可以通过缩短光学照明单元的光程来减小光学照明单元的外部尺寸。

在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以对两种投影仪制作相同的光学照明单元中从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统，并且因此可以降低组件的成本。

另外，在不增加光学组件数量并且不增大光学照明单元外部尺寸的情况下，能够防止由于凹透镜2的像差致使入射到蝇眼透镜14上的光减少(入射到带ML的液晶板22上的光量减少)，从而提高光源灯11的光利用率。

图11是应用图8所示光学照明单元的液晶投影仪(根据本发明的第二液晶投影仪)的配置实例简图，其中与图2和3中相同的元件及部件用相同的标号表示。

还是在此液晶投影仪中，出于与对图8所示的光学照明单元提出的完全相同的原因，在增大入射到带ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以通过缩短光学照明单元的光程减小照明光学单元的外部尺寸，并且减少光学照明单元中光学组件的数量。另外，在制造此种液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以为两种投影仪制作通用的从蝇眼透镜14到通道会聚透镜33、35、40的光学系统，由此可以降低组件的成本。另外，还可以在不增加光学组件数量并且不增大光学照明单元外部尺寸(因此不增大液晶投影仪的整体尺寸)的情况下，防止由于凹透镜2的像差致使入射到蝇眼透镜14上的光减少(入射到带ML的液晶板22上的光量减少)，由此可以提高光源灯11的光利用率。

接下来，图12是根据本发明第二光学照明单元的主要部分配置实例简图，其中与图8中相同的元件及部件采用相同的标号。

在此光学照明单元中，图2中所示的蝇眼透镜13用蝇眼透镜52代替，从椭圆反射器1反射的会聚光进入蝇眼透镜52。

蝇眼透镜52类似于图2中所示蝇眼透镜13用作包括积分器的元件。

蝇眼透镜52的入射光瞳直径与入射到蝇眼透镜52上的会聚光束束斑直径之差近似等于蝇眼透镜52的透镜元直径的偶数倍(图中为两倍)。

虽然图12中未示出，但是在蝇眼透镜52中，透镜元的顶点位置偏离透镜元敞开部分的中心。

另外，在此光学照明单元中，偏振转换元件61设置在蝇眼透镜14和主会聚透镜15之间。

图13是光学照明单元中从凸透镜2到偏振转换元件61的部分放大简图。偏振转换元件61通过层压多个棱镜61a而形成，其中用于透射来自蝇眼透镜14的偏振光P和反射来自蝇眼透镜14的偏振光S的偏振分离膜61b以及用于把在偏振分离膜61b反射的偏振光S反射成从偏振转换元件61出射的反射平面61c交替地形成在层叠面上。

在偏振转换元件61的出射面一侧，连结一个半波片61d，该半波片转换透过偏振分离膜61b的偏振光P以提供偏振光S。另外，在偏振转换元件61的入射面一侧，连结一个可以防止来自蝇眼透镜14的光直接进入反射面61c的遮蔽膜61e。

偏振转换元件61的敞开部分(入射侧表面上没有连结遮蔽膜61e的部分)的间距与蝇眼透镜62和14的透镜元敞开部分的间距不对应，而是大于这些间距。

虽然图8中所示光学照明单元的蝇眼透镜51中各个透镜元51a的顶点位置偏离，以便提高蝇眼透镜51发出的光的平行度，但是，在蝇眼透镜52中，各个透镜元52a的顶点位置也做成偏心，使得从透镜元52a发出的光指向偏振转换元件61的敞开部分。因此，接近蝇眼透镜52的外缘设置的透镜元52a顶点位置的偏离量并不总是大于接近蝇眼透镜52的中心部分设置的透镜元52a顶点位置的偏离量。

光学照明单元的其余配置与图2所示光学照明单元的相同。

在包括积分器和偏振转换元件的光学照明单元中，在平行度不够高的光束进入积分器第一蝇眼透镜(图2中的蝇眼透镜13)的透镜元敞开部分时，有可能减少从积分器进入到偏振转换元件敞开部分的光量，使得照射到带ML的液晶板22上的光量也将减少。

当采用一种通过提供一个新的光学组件如非球面透镜来改变光的方向、避免由于像差而减少照射到物体上的光量并提高光源灯发出的光的利用率的方法时，光学照明单元中的光学组件数量不可避免地减少，并且光学照明单元中的光程延长，使得光学照明单元的外部尺寸增大。

因此，在此光学照明单元中，用作第一蝇眼透镜的蝇眼透镜52中透镜元52a的顶点位置偏离，使得来自透镜元52a的光的方向指向偏振转换元件61的敞开部分。

在此光学照明单元中，出于与图2所示的光学照明单元完全相同的方式，在增大入射到带ML的液晶板22象素有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以通过缩短光学照明单元的光程减小照明光学单元的外部尺寸。

另外，在制造带ML的液晶板22的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以对两种投影仪制作通用的光学照明单元中从蝇眼透镜14到通道会聚透镜16的光学系统，由此可以降低组件的成本。

另外，还可以在不增加光学组件数量并且不增大光学照明单元外部尺寸(因此不增大液晶投影仪的整体尺寸)的情况下防止由于凹透镜2的像差致使入射到蝇眼透镜14上的光减少(入射到带ML的液晶板22上的光量减少)，从而提高光源灯11的光利用率。

图14是应用图12所示光学照明单元的液晶投影仪(根据本发明的第二液晶投影仪)的配置实例简图，其中与图2和3中相同的元件及部件用相同的标号表示。

还是在此液晶投影仪中，出于与对图12所示的光学照明单元提出的完全相同的原因，在增大入射到带ML的液晶板41(R)、41(G)、41(B)象素有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以通过缩短光学照明单元的光程减小照明光学单元的外部尺寸，并且可以减少光学照明单元中光学组件的数量。另外，在制造此种液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，可以对两种投影仪制作通用的从蝇眼透镜14到通道会聚透镜33、35、40的光学系统，由此可以降低组件的成本。另外，还可以在不增加光学组件数量并且不增大光学照明单元外部尺寸(因此不增大液晶投影仪的整体尺寸)的情况下防止由于凹透镜2的像差致使入射到偏振转换元件61上的光减少(入射到带ML的液晶板22上的光量减少)，从而提高光源灯11的光利用率。

最后，以图2所示的光学照明单元为例，描述制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪以及采用不带ML的液晶板的液晶投影仪的方法。

图15表示此制造方法。在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪时以及在制造采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，首先如图15A所示，设置如图2所示的从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统(以这样的方式设计制造该光学系统，即该系统具有的数值孔径使得经其入射到图1A所示液晶板17的象素有效面积上的光量变为最大，并且入射光瞳直径近似等于从图1A所示的反射器反射的平行光束的束斑直径)。

然后，在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪时，如图15B所示，光源灯11连结到椭圆反射器1(图2)，并且在蝇眼透镜13之前的阶段设置椭圆反射器1和凸透镜2(图2)。由此完成图2所示的光学照明单元的组装。

另一方面，在制造采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，如图15C所示，光源灯11连结到反射器12(图1A)，并且在蝇眼透镜13a之前的阶段设置反射器12。由此完成图1A所示的光学照明单元的组装。

根据此制造方法，在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪以及采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，在光学照明单元的组装操作中，可以为两种投影仪制作通用的从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统的配置操作，由此可以使制造操作更高效。

在上述实施例中，光学照明单元中从蝇眼透镜(积分器)到通道会聚透镜的光学系统的入射光瞳直径做得大于入射到蝇眼透镜上的光束束斑直径(例如，在图2中，从蝇眼透镜13到通道会聚透镜16的光学系统的入射光瞳直径近似等于从图1A的反射器12反射的光束的束斑直径)。但是，本发明并不限于此。该光学系统的入瞳直径可以近似等于束斑直径(在图2中，从蝇眼透镜13到通道会聚透镜13的光学系统的入射光瞳直径可以做得近似等于从椭圆反射器1反射的光束束斑直径)。

因此，还可以使采用带ML的液晶板的液晶投影仪的光学照明单元进一步紧凑。(但是，在制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，光学照明单元中从蝇眼透镜到通道会聚透镜的光学系统不能制作成通用的)。

虽然在图2、8、12所示的实施例中采用了凹透镜以便把反射器反射的会聚光准直成近似的平行光束，但本发明不局限于此，并且可以采用除凹透镜以外的可以发散入射光的其它光学组件(如全息元件)。

虽然在图8和12所示的光学照明单元的第一蝇眼透镜透镜元的顶点位置偏离，但本发明不限于此，图4和图6所示的光学照明单元中第一蝇眼透镜的透镜元顶点位置可以类似地偏移。

虽然图12的实施例假设凹透镜2有像差，甚至当凹透镜没有像差以及光学照明单元不包括光学组件、如发散入射光的凹透镜2时，第一蝇眼透镜的透镜元顶点位置可以以这种方式偏移，即来自透镜元的光的方向可以指向偏振转换元件的敞开部分。

虽然在图15中以图2所示的光学照明单元为例解释了制造方法，但是关于图8和12所示的光学照明单元，当制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪以及采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，与图15类似，在光学照明单元的组装操作中，可以为两种投影仪制作通用的从蝇眼透镜14到通道会聚透镜16的光学系统的布局操作。

或者，当图1A所示的光学照明单元中光源灯11发出的光由于反射器12的像差而变为平行度不够高的平行光束时，对于图8和12所示的光学照明单元，当制造采用带ML的液晶板的液晶投影仪和采用不带ML的液晶板的液晶投影仪时，在光学照明单元的组装操作中，可以为两种投影仪制造通用的从蝇眼透镜51和52到通道会聚透镜16的光学系统的布局操作。

在上述实施例中，本发明应用到配置有光学照明单元的液晶投影仪，其中光学照明单元包括从蝇眼透镜到通道会聚透镜的光学系统。但是，本发明不限于此，可以应用到包括从积分器到通道会聚透镜的光学系统的光学照明单元，其中积分器包括蝇眼透镜以外其它的光学组件(如衍射型积分器)。另外，根据本发明的第一光学照明单元和液晶投影仪可以应用到包括不带ML的光学照明单元的液晶投影仪。

虽然在上述实施例中本发明应用到液晶投影仪，但根据本发明的第一和第二光学照明单元可以应用到采用液晶板以外的光调制器的投影仪，并且还可以应用到投影仪以外的其它装置，这些装置可以包括光学照明单元。

本发明不限于上述实施例，可以在不脱离本发明要旨的前提下做各种改型。

如上所述，在根据本发明的第一光学照明单元中，对于用光照射的物体，因为可以减小用于将光源灯的光以均匀和/和会聚的方式照射到物体上的光学系统的外观数值孔径，所以可以使该光学系统的F数较小，从而当需要入射光对于物体的最大圆锥角较小时，能够缩短光学照明单元的光程。

在制造需要对物体的入射光的最大圆锥角较小的光学照明单元以及需要对物体的入射光的最大圆锥角较大的光学照明单元时，只需要设计制造较大数值孔径的光学系统，并且可以使该系统通用于两种光学照明单元。

接下来，根据本发明的第二光学照明单元，可以缩短光程，并且类似于根据本发明的第一光学照明单元，制作通用的光学系统。还可以在不增加光学组件数量并且不增大光学照明单元外部尺寸的情况下，防止照射到物体上的光量由于发散会聚光的光学组件的像差而减少，由此可以提高光源灯的光利用率。

接下来，根据本发明的第一液晶投影仪，在利用带微透镜的透射型液晶板的液晶投影仪中，增大入射到液晶板象素的有效面积上的光量这一要求得到满足的同时，可以通过缩短光学照明单元的光程来减小光学照明单元的外部尺寸(因此，可以减小整个液晶投影仪)。

另外，当制造采用带微透镜的透射型液晶板的液晶投影仪以及采用不带微透镜的透射型液晶板的液晶投影仪时，由于将光学照明弹元的光源灯发出的光均匀和/或会聚地照射的光学系统，能够制成对于两种投影仪通用的光学系统，所以，降低了组件的成本。

接下来，根据本发明的第二液晶投影仪，出于与根据本发明的第一液晶投影仪完全相同的原因，能够缩短光学照明单元的光程并使该光学系统变成通用的。还可以在不增加光学组件数量并且不增大光学照明单元外部尺寸(因此不增大液晶投影仪的整体尺寸)的情况下，防止由于光学组件的像差致使入射到物体上的光减少，从而提高光源灯的光利用率。

另外，根据本发明的液晶投影仪的制造方法当制造采用带微透镜的透射型液晶板的液晶投影仪以及采用不带微透镜的透射型液晶板的液晶投影仪时，在光学照明单元的组装操作中，能够将用于把光源灯的光以均匀和/和会聚的方式照射到液晶板上的光学系统的布局操作通用于两种投影仪，使得制造工作更加有效。

Claims (5)

1.一种光学照明单元，包括一个具有第一和第二蝇眼透镜的光学系统，用于把光源灯的光均匀地照射到预定物体上，光学照明单元包括：

一个反射器，用于反射光源灯的光以提供会聚光；和

一个光学组件，用于发散会聚光，其中，从光学组件出来的光进入所述的光学系统，并且所述第一蝇眼透镜的透镜元的顶点位置偏离所述透镜元的敞开部分中心，以提高从所述第一蝇眼透镜发出的光的平行度。

2.如权利要求1所述的光学照明单元，还包括一个偏振转换元件，用于转换第一蝇眼透镜发出的光以提供线性偏振光。

3.如权利要求1所述的光学照明单元，其中，位于光学照明单元光轴上下方向的透镜元的顶点位置相对于上下方向偏心；位于光轴左右方向的透镜元的顶点位置相对于左右方向偏心；并且位于此光轴对角线方向的透镜元的顶点位置相对于上下方向和左右方向偏心。

4.如权利要求1所述的光学照明单元，其中，接近于所述第一蝇眼透镜外缘设置的透镜元顶点位置的偏移量大于接近所述第一蝇眼透镜中心部分设置的透镜元顶点位置的偏移量。

5.一种液晶投影仪中，包括：

一个光源灯；

一个配置有与各个象素对应的微透镜的透射型液晶板；和

一个包括光学系统的光学照明单元，该光学系统具有第一和第二蝇眼透镜，用于将光源灯的光均匀地照射到预定物体上，液晶投影仪包括：

一个反射器，用于反射光源灯的光以提供会聚光；和

一个光学组件，用于发散会聚光，其中，从光学组件出来的光进入光学系统，并且所述第一蝇眼透镜的透镜元的顶点位置偏离透镜元敞开部分的中心，以提高从所述第一蝇眼透镜发出的光的平行度。

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