TW466352B - Illuminating optical system and projection-portray-type display device - Google Patents

Description

五 '發明說明（1)^ --—-— t發明係有關於將光源的射出光束分割成複數的部份 r，.[ 在同一照明區域重疊的照明光學系統。且本發明 浐官#於使用此照明光學系統而玎形成均—或投寫影像的 仅冩型顯示裝置。 投寫型顯示裝置係使用被稱為「光燈管」的光調變裝 :依據欲.顯示的影像資訊來調變照射至光調變裝置的照 卜二’進而將此調變光束投寫至屏幕上，以實現影像示。 =光調，裝置通常使用液晶面板。然而，由投寫型顯示裝 所顯示的影像最好均一且明亮，而要求由組入的照明裝 ^ 1照明光學系統）所射出之照明光的光利用效率高。提高 …明光之光之利用效率的手段可考慮將複數微透鏡配置於 液晶面板之光的入射面上，俾對應於液晶面板的每一像素 的方法。 第15圖係顯示於微透鏡配置於液晶面板之光的入射面 側的場合’入射至液晶面板之光束的說明圖。且第丨5圖係 顯示液晶面板1 000及複數微透鏡i丨10所構成之微透鏡陣列 11 〇 0之剖面的概略。顯示液晶面板丨0 0 0係液晶層丨0丨〇由被 稱為「黑矩陣」的遮光層1〇2〇圍成格子狀。且微透鏡陣列 11 〇 0係配置於顯示液晶面板的入射面側，俾使顯示液晶面 板1 000之一像素之液晶層1010的中心與一微透鏡111〇的光 轴大體一致。如第15圖（A)所示，與微透鏡1110之光軸大 體平行之入射的光束係藉由微透鏡1110來聚光，而通過液 晶層1010。此結果，若無微透鏡11 1〇，則由遮光層1〇2〇所 遮蔽的光束亦可利用。因此，藉由使用微透鏡，而可提高

Ο 35 2 五、發明說明（2) 光的利用效率。 另一方面’如第15圖（Β)所示，相對於微透鏡πιο的 光軸傾斜地入射的光束亦可由微透鏡111〇來聚光，但是不 能通過液晶層而產生被遮光層1〇2〇所遮蔽的光束。此結 果，藉由使用微透鏡，反而光的利用效率變差。此現象乃 相對於光轴之光束的角度愈大，則愈顯著。 如上述的問題’若對於液晶面板之光的入射角變小， 貝J~T減輕’而可&南光的利用效率。且即使於不使用微透 鏡的場合，由於對於液晶面板以外的其他光學要件（例如 用以將由液晶面板所射出的調變光束寫射至屏幕上的投寫 透鏡）的入射角亦變小，故可提高於此光學要件之光的利’‘ 用效率’而提高投寫型顯示裝置全體之光的利用效率。 為了欲使對於照明區域的入小角變小，亦可增大“ 源至照明區域的光路長度。但是，此會增大照明光學备光 的尺寸，而不理想。 糸統 積體光學系統係將光源的光束分割成複數的部份 束’然後以複數部份光束來重疊照明區域而照明。^ 於包括有積體光學系統的照明光學系統中，難以不^， 地増大光路長度而縮小對於照明區域的入射角。 大 本發明係為了解決於習知技術之上述的問題， 於包括有積體光學系統的照明光學系統中，不非 供 大光路長度而縮小對於照明區域的人射角的技術。i増 為了解決上述問題，本發明的照明光學系統， 既定光學獎罢土· 用以將 疋予裝置的先入射面當作照明區域來照射， 叩將由光

五、發明說明（3) 源所射出的光束分割成複數部份光束，同時將該複數部份 光束大體重疊於上述照明區域上； η 上述照明光學系統具僙有光束縮小裝置，其具有將入 射光束變換成較該入射光束的光束寬度小之光束寬度之射 出光束之非焦性光學系統的功能； 上述光束縮小裝置具有用以實現上述非焦性光學系統 之聚光功能與使光平行化的功能。 由上述照明光學系統所射出之光束的光束寬度係藉由 具有非焦性光學系統之功能的光束縮小裝置來縮小。因 此’不非常大地增大光路長度而可縮小對於照明區域的入 射角。一般而言，入射至光學要件之光束的入射角愈小， 則於此光學要件之光的利用效率愈好。因此，若使用本發 明的照明光學系統，則可提高光的利用效率。 於本發明的照明光學系統中，包括： 光源，射出大體平行的光束；以及 分割重疊裝置，將由上述光源所射出的光束分割成複 數部份光束’同時將上述複數部份光束大體重疊於上述照 明區域上； 且上述光束縮小裝置包括於上述分割重疊裝置。 於上述構造中，由於自光源所射出之大體平行的光束 係藉由分割裝置而將此光束變換成寬度全體縮小的複數部 份光束，同時重疊於照明區域上，故可縮小對於各部份光 束之照明區域的入射角。藉此，可提高由照明光學系統所 射出之光的利用效率。

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五、發明說明（4) 又於上述照明光學系統中，上述分割重疊裝置包括： 第一光束分割裝置，具有用以將上述大體平行的光束 分割成複數部份光束之複數小透鏡之第一透鏡陣列的功能 及上述聚光功能； 第二光束分割裝置，具有對應於第一透鏡陣列而具有 複數小透鏡之第二透鏡陣列的功能及使上述光平行化的功 能；以及 重疊裝置，將由上述第二光束分割裝置所射出的上述 複數部份光束重疊於上述照明區域上。 罢ί Ϊ Ϊ照明光學系統中，若如上述所構成分割重疊裝 置’則由第二光束分割裝置所射出之複數部份光束之當作 全體的光束寬度係藉由光束縮小裝置而縮小if匕之：： 可縮小對於在照明區域所舌Α # 入射角，故可提重 各 光束之照明區域的 # 回由々、明光學系統所射出之光的利用效 :型：可使由第二光束分割裝置至重叠裝置的各構：要件 要件而八52 t刀割裝置係亦可具有當作獨立之光學 罟件而分別形成的上述筮— u ^ 的第一光學要件。&亦 =列f具有上述聚光功能 述聚光功能光學地一體構第一透鏡陣歹⑽能及上 傲， 篮構成的光學要件。其中，拚神「氺 能的-光學要件1由者’或是兼具有複數功 體形成，而可光學： = = =合各光學要件，或一 裝置係亦可當作由兼且有&:此外，上述第-光束分割 有第一透鏡陣列之功能及上述聚光

4 6 6 3 5 2 ^---- 五、發明說明（5) 功能的複數偏心透鏡所構成的偏光透鏡陣列而形成。 要侔：ΐίίΐ光束分割裝置係亦可具有當作獨立之光學 要件而刀別形成的上述第二透鏡陣列及具有使上述光 之功能的第二光學要件。再者，亦 的功能及使上述光平行的功r光風地1述第二透鏡陣列 件。此外，上述第構成的光學要 鏡的偏心透鏡陣列。“U置亦可為具有複數偏心透 如上述，第一光束分割裝置及第二 可以各別的光學要件來構成各功能，或光亦 ^生之光的損失，而可提高光的利用 明光學系統的構成要件。 千』我夕照 於上述照明光學系統中，上述階分割重叠裝 —光束分割裝置及第二光束分割裝置. 、有第 上述第一光束分割裝置具有用以將上述大體平 束为割成複數部份光束之複數小透 2 能及上述聚光功能； 您規陣幻的功 上述第二光束分割裝置具有對應於第一透鏡陣 數小透鏡之第二透鏡陣列的功能及使上述 *射=====則由r光束分割裝置 π置而縮小。藉此’由於可縮小對於在照明區域3 疊之各心光束之照明區域的入射角，故可提高由照明： 第8頁 ^66352 五、發明說明（6) 學系統所射出之光的利用效率。又由於第一光束分割裝置 具有當作重疊裝置的功能，故不必使重疊裝置獨立，而可 減少照明光學系統的構成要件。 且上述第一光束分割裝置係亦可具有當作獨立之光學 要件而分別形成的上述第一透鏡陣列、具有上述聚光功能 的第一光學要件以及經由上述第二光束分割裝置而將由該 第一光束分割裝置所射出的複數部份光束重疊於上述照明 區域上的重疊透鏡。又亦可為上述第一透鏡陣列的功能、 上述聚光功能以及經由上述第二光束分割裝置而將由該第 一光束分割裝置所射出的複數部份光束重疊於上述照明區 域上的功能光學地一體構成的光學要件。上述第一光束分 割裝置係亦可當作由兼具有複數偏心透鏡的偏光透鏡陣 列。 又上述第二光束分割裝置係亦可具有當作獨立之光學 要件7分別形成的上述第二透鏡陣列及具有使上述光平行 之功$的第二光學要件。再者，亦可為上述第二透鏡陣列 的功能及使上述光平行的功能光學地一體構成的光學要 件°上述第二光束分割裝置亦可為具有複數偏心透鏡的偏 心透鏡陣列。 如上述’第一光束分割裝置及第二光束分割裝置係亦 < ^各別的光學要件來構成各功能，或光學地一體構成， 但疋藉由光學地一體構成’而可防止在各光學要件之界面 的損失’而可提高光的利用效率。又可減少照 明光學系統的構成要件。

五、發明說明（7) 於上述照明光學系統中’上述分割重疊裝置包括： 第一及第二光束分割裝置，將由上述光源所射出之大 體平行的光束分割成複數部份光束；以及 重疊裝置，將上述複數部份光束重疊於上述照明區域 上述光束縮小裝置係設置於由上述光源至上述第一分 割裝置的射出面的光路上。 且具有上述聚光功能的第一光學要件係設置於上述光源 與上述第一光束分割裝置之中間的位置； 使上述光平行化的功能係亦可包括於上述第_光分割 裝置。 如上述所構成分割重疊裝置’則由光源所射出之複數 部份光束之當作全體的光束寬度係藉由光束縮小裝置而縮 小’而可縮小由第一光束分割裝置所射出之複數部份光束 之S作全體的光束寬度。藉此’由於可縮小對於在照明區 域所重疊之各部份光束之照明區域的入射角，故可提高由 照明光學系統所射出之光的利用效率。又可使由第一光束 分割裝置至重疊裝置的各構成要件小型化。 其中’第一光束分割裝置亦可為包括使上述光平行之 功能的一光學要件。第一光束分割裝置係亦可為當作具有 複數偏心透鏡的偏心透鏡陣列。若如此，則可防止在^光 學要件之界面所產生之光的損失，而可提高光的利用效 率。又可減少照明光學系統的構成要件。 於上述照明光學系統中’上述分割重疊裝置包括.

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^ V 五、發明說明（8) y及第一光束刀割裝置，將由上述光源所射出之大 體平行的光束分割成複數部份光束；以及 重疊裝置’將上述複數部份光束重4於上述照明區域 上； 上述光束縮小裝置係設置於由上述第二光束分割裝置 的入射面至上述重疊裝置的射出面的光路上。 且上述t光功能係包括於第二光束分割裝置； 使上述光平行化的功能係亦可包括於上述重疊裝置。 如上述所構成分割重疊裝置，則藉由將第一光束分割 裝置所射出的複數部份光束設置於由第一光束分割裝置之 入射面至重疊裝置的射出面的光路上的光束縮小裝置而 可縮小由重疊裝置所射出之複數部份光束之當作全體的光 束寬度。藉此，由於可縮小對於在照明區域所重疊之各部 份光束之照明區域的入射角，故可提高由照明光學系統所 射出之光的利用效率。 " 其中，上述第一光束分割裝置亦可為包括使上述聚光 功能的一光學要件。且上述重疊裝置亦可為包括使上述光 平行之功能的一光學要件。若如此，則可防止在各光學要 件之界面所產生之光的損失，而可提高光的利用效率。又 可減少照明光學系統的構成要件。 於上述照明光學系統中’上述分割重疊裝置包括 第一及第二光束分割裝置，將由上述光源所射出之大 體平行的光束分割成複數部份光束；以及 重疊裝置’將上述複數部份光束重疊於上述照明區域 酬 Μ _ 第U頁 五、發明說明（9) 上； 包括於上 功能的第 域之中間 裝置，則 重疊裝置 而可縮小 光束寬度 部份光束 統所射出 可為包括 在各光學 用效率。 置於由上述重疊裝置的入射面 上 至上述 且 具 上述重 如 出的複 的光路 複數部 對於在 角，故 其 學要件 光的損 統的構 述光束 照明區 使上述 有使上 疊裝置 上述所 數部份 上的光 份光束 照明區 可提高 中，上 。若如 失，而 成要件 縮小裝 域的光 聚光功 述光平 與上述 構成分 光束設 束縮小 之當作 域所重 由照明 述重疊 此，則 可提高 置係設 路上。 能亦可 行化的 照明區 割重疊 置於由 裝置， 全體的 疊之各 光學系 裝置亦 可防止 光的利 述重叠 二光學 的位置 藉由將 之入射 由重疊 。藉此 之照明 之光的 上述聚 要件之 又可減 裝置； 要件係設置於 〇 重疊裝置所射 面至照明區域 裝置所射出之 ，由於可縮小 區域的入射 利用效率。 光功能的一光 界面所產生之 少照明光學系 於上述照明光學系統中’上述照明光學系統包括 光源’具有當作具有上述聚光功能之第一光學要件 反射器’而射出收歛的光束；以及 分割重疊裝置，將收歛光束分割成複數部份光束， 時將上述複數部份光束大體重疊於上述照明區域上； ° 且使上述光平行化的功能包括於上述分割重叠袭 於上述的構造中，藉由重叠裝置而將光源所射出的收 歛光束變換成此光束的寬度當作全體而縮小的複數部份光

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五、發明說明（10) 束，同時重疊於照明區域上。 份光束之照明區域的入射角， 射出之光的利用效率。 於上述照明光學系統中， 第一及第二光束分割裝置 數部份光束；以及 藉此，由於可縮小對於各部 故可提高由照明光學系統所 上述分割重疊裝置包括： ，將上述收歛光束分割成複 重疊裝置’將上述複數部份光束重疊於上述照明區域 平上述光平行化的功能可包括於上述第一光束分割裝 如上述所構成分割重疊裝 依據使光平行化之功能的光束 束分割裝置所射出之複數部份 度。藉此，由於可縮小對於在 束之照明區域的入射角，故可 之光的利用效率。且可使第一 各構成要件小型化。 置’則藉由光源的反射器及 縮小裝置而可縮小由第一光 光束之當作全體的光束寬 照明區域所重疊之各部份光 提高由照明光學系統所射出 光束分割裝置至重疊裝置的 人上述第 π 〜个β 4I力、1局包括使上述光平行化 ΐϋ 一光學要件。且上述第一光束分割裝置亦可為1 心透鏡的偏心透鏡陣列。若如此，則可防止在ς 尤学要件之界面所產生之光的損失，而 率。又可減少照明光學系統的構成要件。 效 J上述照明光學系統中’上述分割重叠裝置包括· 第-及第二光束分割裝置，將上述收歛光束分割成複

五、發明說明（π) 數部份光束；以及 重疊裝置，將上述複數都一出 ,. 俠致。卩伤先束重疊於上述照明區域 置 平上述光平行化的功能可包括於上述第二光束分割裳 ii所構成分割重疊裝置，則藉由光源的反射器及 依據使先平行化之功能的光束縮小裝置而可縮小 束分割裝置所射出之複數部份光束之當作全體的光束寬 度。藉此，由於可縮小對於在照明區域所重疊之各邛份 入射角’故可提高由照明光學系統所射出 化且可使第二光束分割裝置至重疊裝置的 又上述第二光束分割裝置亦可為包括 之功能的一光學要件。且上述第二光束分 有複數偏心透鏡的偏心透鏡陣列。若如此，則可防止^夂 光學要件之界面所產生之光的損失， 率。又可減少照明光學系統的構成要件了^先的利用效 於上述照明光學系統中，更包括： 偏光產生裝置，於上述照明光學系統 具有隨機的偏光方向的光束變換成偏光方向：：：置’； 類的偏光光束； 致之一種 上述偏光產生裝置包括： 偏光分離裝置，將入射光束分離成偏光 種類的偏光光束；以及 九方向不同之二

第14頁 _4· Gf) 五、發明說明（12) -- 偏光變換裝置’將由上迷偏光分離裝置所得之一偏光 =束的偏先方向偏光變換成與另—偏光光束的偏光方向相 同； 且藉由上述偏光產生裂置所#之上述偏&方向之一致 之一種類的偏光光束，來照明上述照明區域。 依據上述構造，由於僅^光方向—致之大體—種類 的偏光光束當作照明光來使用’故如下後$，於將此照明 裝置組入至投寫型顯示裝置的場合’可提高光的利用效 率0 本發明的上述各照明光學系統係可當作投寫型顯示裝 置的照明光學系統來利用。而投寫型顯示裝置包括· 本發明的上述各照明光學系統； ’ 光調變裝置，依據影像資訊來調變來自上述照明 系統的射出光；以及 投寫光學系統，將由上述光調變裝置所得的調變光束 投寫於投寫面上。 如上述’本發明的照明光學系統係可縮小照明作為照 明區域之光調變裝置之光束的入射角，故可提高由照明^ 學系統所射出之光的利用效率因此，組入本發明之照明 光學系統的投寫型顯示裝置係可提高投寫影像的亮度: 且由於本發明的照明光學系統係具有積體光學^統， 故即使於由光源所射出的光束在光束的斷面内其光強度分 布具有大的偏離的場合，亦可得到亮度均一且無色不均句 的照明光’因而可得到遍及全投寫面全體亮度均—且無色

第15頁 4 ^ 6 3 ο 2 五、發明說明（13) 不均勻的投寫影像。 又於本發明的照 偏光分離裝置及偏光 得到以下的效果。 於當作光調變裝 光板等的偏光選擇裝 向之不同之偏光光束 低。且於使用偏光板 吸收而造成偏光板的 板之大型的冷卻裝置 將由光源所射出之偏 體一種類之偏光方向 致之大體一種類的偏 明光學系統中，於 變換裝置的偏光產 具備有包括有上述 生裝置的場合，可 照明光 可得到 偏光方 光板的 求冷卻 又 色 離成至 複 的各色 色 。因此 極明亮 向之不 光吸收 裝置的 上述投 光分離 少二色 數上述 光束分 光合成 ，可利 的投寫 同的偏 少，而 滴易化 寫型顯 裝置， 的色光 光調變 別調變 裝置， 來利用 置來顯 的光束 來當作 溫度顯 。然而 光方向 的偏光 光光束 用由光 影像。 光光束 可抑制 的液晶面板 示係利用吸 ’故光的利 偏光選擇裝 著上昇，故 ’若具備偏 隨機的光束 光束，而可 來當作光調 源所射出之 且由於為了 幾乎不包括 偏光板的溫 中，由 收不必 用效率 置的場 需要用 光產生 變換成 僅使用 變裝置 光束的 顯示， 於照明 度上昇 於在藉由偏 要之偏光方 顯著地降 合，因光的 以冷卻偏光 裝置，則可 全體具有大 偏光方向一 所可利用的 大部份，而 而不需要之 光，故於偏 ，進而可謀 示裝置更包括： 將來自上述照明光學系統的射出光分 束； 裝置，將由上述色光分離裝置所分離 ;以及 合成各上述光調變裝置所調變後之各 Μ 第16頁 4-.6 6 3 5 2 五、發明說明（14) 色的調變光束； 且上述色光合成裝置所得的合成光束係經由上述投 寫光學系統來投寫。 如上述，若構成投寫型顯示裝置，則可投寫顯示極明 亮而均一且無不均勻的彩色影像。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示依據本發明之第一實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。 第2圖係顯示第一透鏡陣列30的外觀立體圖。 第3圖係顯示第一透鏡陣列30和聚光透鏡60之其他的 構造以及第二透鏡陣列40和散光透鏡70之其他的構造的說 明圖。 第4圖係顯示依據第一實施例之照明光學系統之變形 例的概略構造圖。 第5圖係顯示非焦性（a f 〇 c u s)光學系統之其他之構造 的說明圖。 第6圖係照明光學系統當作偏光照明光學系統之場合 之重要部份的平面概略構造圖。 第7圖係顯示偏光產生元件1 8 0之構造的說明圖。 第8圖係顯示依據本發明之第三實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。 第9圖係顯示依據本發明之第四實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。 第1 0圖係顯示依據本發明之第五實施例之照明光學系

第17頁 4 6 6 3 5 2 五、發明說明（15) 統之重要部份的平面概略構造圖。 第Π圖係顯示依據本發明之第六實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。 第12圖係顯示依據本發明之第七實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圓。 第1 3圖係顯示依據本發明之第八實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。 第1 4圖係顯示使用本發明之照明光學系統之投寫型顯 示裝置之重要部份的平面概略構造圖。 第15圖係顯示於微透鏡配置於液晶面板之光的入射面 側的場合，入射至液晶面板之光束的說明圖。 【實施例】 以下，參照圖式來說明本發明的各實施例。且於以下 各實施例中，只要不特別說明，權宜上’將互相垂直的三 方向當作X軸方向（橫方向）、γ軸方向（縱方向）、z軸方向 (與光軸平行的方向）^ 第一實施例 第1圖係顯示依據本發明之第一實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。此照明光學系統丨00包 括：射出大體平行之光束的光源20、第一透鏡陣列30、聚 光透鏡60、散光透鏡70、第二透鏡陣列4〇以及重疊透鏡 5 〇 °各構成要件係沿著系統光軸丨〇 〇 LC而依序配置。照明 光學系統1 00係用以均一地照明其照明區域8〇的積體光學 系統。

國inm 第18頁 466352 五、發明說明（16) -- 、光源20係具有當作射出放射狀之光線之放射光源的光 源燈22以及將由光源燈22所射出之放射光當作大體平行的 光線束而射出的凹面鏡24。凹面鏡24最好使用拋物面鏡。 積體光學系統的功能係藉由此等各構成要件中，第一 透鏡陣列30、第二透鏡陣列4〇及重疊透鏡5〇來實現。第一 及第二透鏡陣列30、40係具有當作於本發明之光束分割裝 置的功能。其中，第一透鏡陣列3〇係具有將來自光源2〇的 射出光分割成複數部份光束，同時在第二透鏡陣列4〇的附 近分別將各部份光束聚光的功能。且第二透鏡陣列4〇係具 有將由第一透鏡陣列3〇的各小透鏡31所射出的光照射至照 明區域80的功能。重疊透鏡50係具有將與系統光軸平行之 中心軸的複數部份光束重疊於照明區域8 〇上的功能。 第2圖係顯示第一透鏡陣列30之外觀的立體圖。第一 透鏡陣列3 0係具有將具有大體矩形形狀的輪廓的小透鏡3 j 配列成Μ列N行的矩陣狀的構造。且第2圖係顯示胙6，n = 4 的例子。第二透鏡陣列4〇(第1圖）係具有對應於第一透鏡 陣列30的小透鏡31 ’同時小透鏡配列成μ列N行的矩陣狀的 構造。但是’第二透鏡陣列透鏡陣列4 〇係如下述，較第一 透鏡陣列3 0小。 第一透鏡陣列3 0的各小透鏡3 1係將由光源2 0 (第1圖） 所射出的光束分割成複數（亦即Μ X Ν個）部份光束，而在第 二透鏡陣列40的附近將各部份光束予以聚光。由ζ方向觀 察各小透鏡3 1的外形形狀通常設定成為與於照明區域8 〇之 實際照射光之區域之形狀大體相似的形狀。例如，假設液

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晶面板為照明區域，而影像之顯示區域的縱橫比（縱與橫 之尺寸的比率）為4 : 3，則小透鏡31的縱橫比亦設定成 4:3。 配置於第一透鏡陣列30與第二透鏡陣列40之間的聚光 透鏡60及散光透鏡70係構成變換成具有較入射光束之光束 的寬度小之光束之寬度之射出光束的非焦性（afocus)光學 系統。此等透鏡6 0、7 0係相當於本發明的光束縮小裝置。 由於聚光透鏡60及散光透鏡70係構成非焦性光學系統，故 來自散光透鏡70之射出光束的角度係與聚光透鏡60之入射 光束的角度相同，而僅縮小光束的寬度。由散光透鏡70所 射出的部份光束SL係通過第二透鏡陣列40，而經由重疊透 鏡5 0來照明此照明區域8 0。且設通過第二透鏡陣列4 0之最 外側之小透鏡41的部份光束SL照射此照明區域80時之中心 光路的入射角為01。 另一方面，第1圖的虛線係顯示使用於未具有非焦性 光學系統之場合之第二透鏡陣列40’ 、重疊透鏡50’及通過 此等之部份光束SL’的光路。此第二透鏡陣列40’係與第一 透鏡陣列30相同的大小。且為了易於觀看圖式，而第二透 鏡陣列4(Τ及重疊透鏡50’在Z軸方向稍微偏移，但實際 上，配置於與第二透鏡陣列40 及重疊透鏡50相同的Ζ方向 位置。此時，設通過第一透鏡陣列3 0之最外側之小透鏡31 的部份光束SL’照射此照明區域80時之中心光路的入射角 為Θ 2。 如在習知例所說明者，於如微透鏡之光學要件配置於

第20頁 1999. 06. 04. 020 /16 6 3 5 2 五、發明說明（18) 照明區域8 0之照射面側的場合，對於微透鏡的入射角儘可 能地小，可k尚光的利用效率。一般而言，於昭明光學系 統（積體光學統）中，為了使對照明區域之光;的入射角 變小，而可藉由使由照明光學系統至照明區域的距離加大 來實現。但是，依據此方法，會造成裝置的大型化。又導 致因照明光學系統的光路變長所造成之光的損失。在本實 施例中’由於藉由聚光透鏡6〇及散光透鏡7〇所構成的非焦 性光學系統來縮小光束全體之光束的寬度，故即使由第二 透鏡陣列4 0至照明區域8 〇的距離等於由第二透鏡陣列4 〇 ’ 至照明區域80的距離’亦可使入射角01於入射角。因 此’於使用將照明區域80當作光入射面的光學要件的場 合，相較於習知照明光學系統而不導致裝置的大型化，進 而可提高有效地照射於照明區域之光的效率。且由於非焦 性光學系統所射出之光束全體之光束的寬度縮小，故具有 可較非焦性光學系統使配置於後段的光學要件小型化的優 第3圖係顯示於第一實施例之第一透鏡陣列3 0及聚光 透鏡60之其他的構造及第二透鏡陣列40及散光透鏡70之其 他的構造的說明圖。雖然在第1圖中，各別地配置第一透 鏡陣列3 0及聚光透鏡6 0，但是亦可將此等一體化。亦即， 如第3圖（A-1)所示，亦可以接著劑來貼合當作獨立之光學 要件而分別形成的第一透鏡陣列30及聚光透鏡6〇，藉以光 學地一體化，且亦可將兼有此等功能的一光學要件予以一 體形成。例如，於將第一透鏡陣列30及聚光透鏡予以一

第21頁 4 6 6 3 5 2 五、發明說明（19) 體形成的場合’如第3圖（A-2)所示’可形成兼具有第一透 鏡陣列3 0及聚光透鏡6 〇之功能的偏心透鏡陣列3 0 a。如第3 圖（A-l)、（A-2)所示’若將第第一透鏡陣列30及聚光透鏡 6 0予以光學地一體化’則減低於各光學要件的界面所產生 的光損失，而可更提高光利用效率。且第一透鏡陣列30及 聚光透鏡6 0之配置的前後關係及透鏡的朝向（凸面朝向光 源側，或朝向照明區域側）係亦可與第1圖及第3圖（A-1)、 (A-2)所示者相反。 且雖然在第1圖令，各別地配置第二透鏡陣列40及散 光透鏡70，但是亦可將此等一體化。亦即，如第3圖（B-1) 所示，亦可以接著劑來貼合當作獨立之光學要件而分別形 成的第二透鏡陣列30及散光透鏡70，藉以光學地一體化， 且亦可將兼有此等功能的一光學要件予以一體形成。例 如，於將第二透鏡陣列40及散光透鏡70予以一體形成的場 合，如第3圖（B-2)所示，可形成兼具有第二透鏡陣列40及 散光透鏡70之功能的偏心透鏡陣列40a。如第3圖（B-1)、 (B-2)所示，若將第第二透鏡陣列40及散光透鏡70予以光 學地一體化，則減低於各光學要件的界面所產生的光損 失，而可更提高光利用效率。且第二透鏡陣列40及散光透 鏡70之配置的前後關係及透鏡的朝向（凸面、凹面朝向光 源側’或朝向照明區域侧）係亦可與第1圖及第3圖（1 )、 (B-2)所示者相反》 第4圖係顯示依據第一實施例之照明光學系統之變形 例的概略構造圖。此照明光學系統1 〇〇Α係更換照明光學系

第22頁 465352 五、發明說明（20) 統100(第1圖）之聚光透鏡60及第一透鏡陣列30的順序’同 時使各透鏡之凸面的朝向成為相反的朝向而配置。且將第 二透鏡陣列40及散光透鏡70置換成偏心透鏡陣列40a ’同 時將朝透鏡的凸面朝向光的入射面側而配置。又亦可與第 3圖（A-1)同樣地以接著劑來貼合第一透鏡陣列30及聚光透 鏡60。且亦可一體形成。 此照明光學系統100A係與照明光學系統100同樣地不 非常大地增大由光源至照明區域的光路長度，而可縮小對 於照明區域的入射角，故可提高有效地照射至照明區域之 光的效率。特別是，照明光學系統1 00A係使光源20所射出 的光成為經由聚光透鏡60而入射至偏感透鏡陣列4〇a的聚 光光（圖中的虛線）’且將由此聚光透鏡60所射出的聚光光 在第一透鏡30分割成複數部份光束。藉此，可使由第一透 鏡陣列3 0至偏心透鏡陣列4 0 a的距離較由第一實施例之第 一透鏡陣列30至第一透鏡陣列40的距離縮短。又可較由照 月光干系統1〇〇之光源20所射出而入射至第二透鏡陣列 之光的效率，提高由光源2〇所射出而入射至偏心透鏡陣列 40a之光的效率。 在第1圖所示的第一實施例中，使用聚光透鏡6〇及散 光透鏡70來構成非焦性光學系統，但是，亦可使用其 類的光學要件來構成非焦性光學系統。第5圖係顯示非隹 性光學系統之其他構造的說明圖。第5圖係藉由焦距較;^ =凸透鏡60,及焦距較短的的凸透鏡7〇,來構成非焦性 备查吞。 于·

第23頁 d β 6 35 2 五、發明說明（21) 且:士 $，使鄰近配置之透鏡相互間的前後關係成為 相反’或光予地-體化的變形例係同樣地可適用於下述其 他：實施例。又如第5圖所示的非焦性光學系統亦可使用、 於其他實施例。 第二實施例 第1圖所不之本發明的第一照明光學系統係亦可成為 利用一種類之偏光光束的偏光照明光學系統。第6圖係照 明光學系統當作偏光照明光學系統之場合之重要部份的平 面概略構造圖。本實施例的照明光學系統2〇〇係與第i圖所 示的照明光學系統1 〇 0大體相同的構造。不同處在於第二 透鏡陣列=與重疊透鏡50之間具有偏光產生元件18〇。以 下’為了容易地說明，只要未特別說明者，圖中所示的光 束僅表示其中心光路。 於第二實施例的照明光學系統2〇〇中，由光源2〇所射 出的光束亦於第一透鏡陣列3 〇被分割成複數部份光束後， 藉由聚光透鏡60及散光透鏡70，而縮小光束全體之光束的 寬度’進而由第二透鏡陣列40射出。且由第二透鏡陣列4〇 所射出的複數部份光束係如下述，藉由偏光產生元件18而 將隨機的偏光光束變換成偏光方向大體一致之一種類的偏 光光束。偏光方向大體一致的複數部份光束係藉由重疊透 鏡5 0而在照明區域8 0上重疊。因此，與上述照明光學系統 1 00同樣地可使照明此照明區域80之照明光的入射角變 小。其中，光源20、第一透鏡陣列30、聚光透鏡60、散光 透鏡70及第二透鏡陣列40係配置成此等的光軸20LC成為相

第24頁 4 6 6 35 2 五、發明說明（22) 對於系統光轴200LC朝向X轴方向平行移動一定的距離j)p。 且於下面說明距離Dp。 第7圖顯示偏光產生元件18之構造的說明圖。第7圖 (A)係偏光產生元件18的立體圖。此偏光產生元件18包括 遮光板120、偏光光束分光陣列140以及選擇相位差板 160。偏光光束分光陣列14〇係具有斷面為平行四邊形之柱 狀的複數透光性板材1 4 3分別互相貼合的形狀。於透光性 板材143的界面交互形成有偏光分離膜144及反射膜145。 且貼合形成有此等膜之複數片的板玻璃，俾交互地配置偏 光分離膜144及反射膜145，且以既定的角度來切斷，以製 成此偏光光束分光陣列140。偏光分離膜144為介電體多層 膜’且反射膜145可以介電體多層膜或鋁膜來形成。 如此圖所示，遮光板120係複數遮光面122及複數開口 面1 23配列成條狀而構成者。入射至遮光板120之遮光面 122的光束被遮蔽，而入射至開口面123的光束則通過遮光 板。因此，遮光板120係具有依據遮光板120上的位置來控 制透過之光束的功能，且遮光板1 2 2與開口面1 2 3之配列的 作法係由第二透鏡陣列40所射出的部份光束僅入射至偏光 光束分光陣列140的偏光分離膜144，而不入射至反射膜 145。亦即，遮光板120之各開口面123的中心與偏光光束 分光陣列140之偏光分離膜144的中心設定成大體一致，且 開口面123的開口橫寬（X方向的開口寬度）係設定成大體等 於偏光分離膜144之X方向的寬度Wp。其結果，不經由偏光 分離獏144而直接入射至反射膜145的部份光束係預先被遮

IHI 第25頁 4 6 6 3 5 2 _案號87118278_年月曰 修正__ 五、發明說明（23) 光板120的遮光面122所遮蔽，而幾乎不存在，且通過遮光 板120之開口面123的光束係幾乎全部僅入射至偏光分離膜 1 4 4。如此例，可使用於平板狀的透明體（例如玻璃板）部 份地形成遮光性膜（例如鉻膜、鋁膜及介電體多層膜），或 於例如鋁板之遮光性平板開設開口部等，以當作遮光板 120 。 第7圖（B)係顯示偏光產生元件之功能的說明圖。由第 二透鏡陣列40所射出的光束係其主光線（中心光路）大體與 系統光軸2001c平行而通過遮光板120的開口面123，且在 偏光分離膜144被分離成s偏光光及P偏光光。p偏光光係直 接透過偏光分離膜144。另一方面，s偏光光係偏光分離膜 144被反射，再於反射膜145被反射，而在與直接通過偏光 分離膜144之p偏光光大體平行的狀態下射出。通過選擇相 位差板160之偏光分離膜144之光的射出面部份形成有λ /2 相位差層162，且被反射膜145所反射之光的射出面部份具 有未形成λ/2相位差層的開口層163。因此，透過偏光分 離膜144的ρ偏光光係藉由又/2相位差層162來被變換成s偏 光光，而射出。此結果，入射至偏光產生元件180之隨機 的偏光光束係幾乎被變換成s偏光光而射出。當然，藉由 僅在反射膜145所反射之光的射出面部份形成有選擇相位 差板160的λ/2相位差層162，而可使大部份的光束變換成 s偏光光，而射出。 且由第7圖（Β)可知，由偏光產生元件180所射出之二s 偏光光的中心（二s偏光光的中央）係較入射之隨機之偏光 第 26 頁 1999.06. 04. 026 4 6 6 3 5 2 五、發明說明（24) 光束（s偏光光+ p偏光光）的中心朝向X方向偏離。此偏離量 係等於；I /2相位差層1 62之寬度Wp(亦即偏光分離膜1 44之X 方向的寬度）的一半。因此’如第6圖所示，光源20的光軸 2 0LC係被設定於由偏光分離膜1 44以後的系統光軸200LC偏 離等於Wp/2的距離Dp的位置。 若歸納第二實施例之照明光學系統2〇〇的功能，則藉 由第一透鏡陣列30、第二透鏡陣列40及重疊透鏡50來構成 非焦性光學系統’且藉由重疊透鏡5 0而使第一透鏡陣列3 〇 所分割的複數部份光束被重疊於照明區域80上。同時，藉 由聚光透鏡60及散光透鏡70來構成非焦性光學系統，而可 縮小入射至第二透鏡陣列40之光束的光束寬度。且藉由偏 光產生元件180來將作為隨機之偏光光束的部份光束大體 變換成偏光方向之一致的偏光光束。其中，於偏光光束分 光陣列1 4 0的入射侧配置有遮光板1 2 〇，且部份光束僅入射 至偏光分離膜144 ’故經由反射膜145而入射至偏光分離膜 144的部份光束幾乎沒有，而由偏光產生元件18〇所射出之 偏光光束的種類大體被限定於一種類。因此，照明區域8〇 係幾乎被一種類的偏光光束來大體均一地照明。且於由光 源20所射出之光束的平行性良好的場合，可省略第二透鏡 陣列4 0及遮光板1 2 0。 如以上的說明’依據第二實施例的照明光學系統 200 ’與上述照明光學系統丨〇〇同樣地可縮小照明此照明區 域8 0之照明光的入射角。因此，於使用如將照明區域8 〇當 作光入射面之光學要件的場合，相較於習知照明光學系

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統，不會導致裝置的大型化，而可提高光的利用效率。且 由於縮小自非焦性光學系統所射出之光束全體之光束的寬 度，故相較於非焦性光學系統，可使配置於後段的光 件小型化。 除此之外，第二實施例的照明光學系統2〇〇可得到以 下的效果。亦即，藉由偏光產生元件180，而將由光源20 所射出之隨機的偏光光束變換成大體一種類的偏光光束， 同時藉由此偏光方向之一致的光束而可均一地照明此照明 區域80 〇且於偏光光束的產生過程中，幾乎不造成光損 失，故可將由光源所射出之光的大體全部導引至照明區域 80。因此，具有光的利用效率極高的特徵。且由於偏光產 生το件180配置有遮光板丨2〇，故於照明此照明區域8〇的偏 光光束中幾乎不混有偏光方向不同之其他的偏光光束。因 此，於使用本發明的偏光照明光學系統來當作如液晶裝置 般使用偏光光束來施行顯示的調變裝置的場合，亦有可不 需要習知配置於調變裝置之照明光入射側的偏光板的場 合。又即使如習知必需偏光板的場合，由於偏光板的光吸 收量非常少，故可抑制偏光板及調變裝置的發熱，且可使 習知抑制偏光板之發熱所必需要的冷卻裝置小型簡易化。 且比較第1圖所不的第一實施例與第6圖所示的第二實 施例可知’未包括偏光產生元件的照明光學系統、包括偏 光產生元件的照明光學系統亦可採用偏光產生元件以外大 體相同的構造。此於以下所示的其他實施例亦相同。 又於第二實施例中，亦如第3圖（A_1：)、（A_2)所示，

466352 五、發明說明（26) 聚光透鏡60亦可光學地與陣列30 —體化。再者，如第3圖 (B-1)、（B-2)所示’散光透鏡70亦可光學地與第二透鏡陣 列40 —體化。此外，亦可將由散光透鏡70至重疊透鏡50的 各光學要件全部光學地一體化。 第三實施例 第8圖係顯示依據本發明之第三實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。此照明光學系統3 〇 〇包 括射出大體平行光束的光源320、聚光透鏡3 60、散光透鏡 370、第一透鏡陣列330、第二透鏡陣列340、偏光產生元 件380以及重疊透鏡350。各構成要件係沿著系統光轴 300LC來依序配置。此照明光學系統300的特徵在於：構成 非焦性光學系統的聚光透鏡360及散光透鏡370配置於光源 320與第一透鏡陣列330之間。第一透鏡陣列330、第二透 鏡陣列340、偏光產生元件380及重疊透鏡350係構成對應 於非焦性光學系統所縮小之光束的寬度。且此等的各功能 係與於上述照明光學系統100及200的第一透鏡陣列30、第 二透鏡陣列40、偏光產生元件180及重疊透鏡50相同，故 省略其說明。 第三實施例的照明光學系統3 0 0係首先藉由聚光透鏡 360及散光透鏡370來縮小由光源320所射出之大體平行之 光束的光束寬度。藉此，可使配置於非焦性光學系統（聚 光透鏡36 0及散光透鏡370)之後段的各光學要件小型化， 同時可縮小照明此照明區域8 0之照明光的入射角。 且散光透鏡370亦可配置於第一透鏡陣列330的正後

第29頁 4 6 6 35 2 五、發明說明（27) 方。又於第三實施例中，散光透鏡370亦可光學地與第一 透鏡陣列330 —體化。此外，亦可使由第二透鏡陣列34〇至 重疊透鏡350的各光學要件全部光學地一體化。 第四實施例 第9圖係顯不依據本發明之第四實施例之時明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。此照明光學系統4〇〇包 括射出大體平行光束的光源420、第一透鏡陣列430、第二 透鏡陣列440、偏光產生元件480、重疊透鏡450、聚光透 鏡460以及散光透鏡470。各構成要件係沿著系統光韩 40 0LC來依序配置。此照明光學系統4〇〇的特徵在於：構成 非焦性光學系統的聚光透鏡460及散光透鏡470配置於重昼 透鏡450的後段，亦即重叠透鏡450與照明區域80之間。第 一透鏡陣列430、第二透鏡陣列440、偏光產生元件480及 重疊透鏡4 5 0係配置於非焦性光學系統的前段，故各光學 要件的大小係對應於光源4 2 0的尺射。且此等各光學要件 的功能係與於上述照明光學系統丨0 〇及2〇〇的第一透鏡陣列 30、第二透鏡陣列40、偏光產生元件18〇及重疊透鏡5 〇相 同，故省略其說明。 第四實施例的照明光學系統4〇 〇係藉由聚光透鏡4 60及 散光透鏡4 7 0之當作非焦性光學系統的功能來縮小由重疊 透鏡4 5 0所射出之當作複數部份光束之全體的光束寬度。 且在本實施例中’由非焦性光學系統所射出的複數部份光 束係被重疊而僅照明此照明區域8〇，故藉由非焦性光學系 統而可儘可能地縮小光束全體之光束寬度。藉此，相較於

第30頁 4 6 6 35 2 案號 87118278 曰 修正 五、發明說明（28) 上述各實施例，可更縮小照明光的入射角。 且於第四實施例中，為了使非焦性光學系統的功能明 確，而將聚光透鏡460及重疊透鏡4 50當作各別的光學要件 來說明，但是一般將此等予以光學地一體化。亦即，可使 散光透鏡460及重疊透鏡450成為一聚光透鏡。此外，亦可 使由第二透鏡陣列440至聚光透鏡4 60的各光學要件全部光 學地一體化。 第五實施例 第1 0圖係顯示依據本發明之第五實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。此照明光學系統5 0 0包 括射出大體平行光束的光源520、第一透鏡陣列530、第二 透鏡陣列540、偏光產生元件580、聚光透鏡560、散光透 鏡5 70以及重疊透鏡550。各構成要件係沿著系統光轴 50 0LC來依序配置。此照明光學系統500的特徵在於：構成 非焦性光學系統的聚光透鏡5 6 0及散光透鏡570配置於重疊 透鏡550的前段，亦即重疊透鏡5 50與偏光產生元件580之 間。第一透鏡陣列5 3 0、第二透鏡陣列5 4 0及偏光產生元件 580係配置於非焦性光學系統的前段，故各光學要件的大 小係對應於光源5 2 0的尺射。且此等各光學要件的功能係 與於上述照明光學系統1 〇 〇及2 〇 〇的第一透鏡陣列3 〇、第二 透鏡陣列40及偏光產生元件180相同，故省略其說明。 於第五實施例的照明光學系統5〇〇中，由偏光產生元 件580所射出的複數部份光束係藉由聚光透鏡56〇及散光透 鏡5 7 0之當作非焦性光學系統的功能來縮小當作複數部份

第31頁 1999.06· 04.031 466352 五、發明說明（29) 光束之全體的光束寬度。且由散光透鏡57〇所射出的複數 部份光束係其主光線與，系統光軸5〇〇LC大體平行地入射至 重疊透鏡5 5 0 ’而在照明區域8 〇上重疊。又在第五實施例 中，與第四實施例的照明光學系統4 〇 〇同樣地，由非焦性 光學系統所射出的複數部份光束係被重疊而僅照明此照明 區域80，故藉由非焦性光學系統而可儘可能地縮小光束全 艎之光束寬度。藉此，可縮小重疊透鏡55〇，同時相較於 上述第一至第三實施例’可更縮小照明光的入射角。 且於第五實施例中’重疊透鏡55〇及散光透鏡57〇可光 學地一體化。此外，亦可使由第二透鏡陣列54〇至聚光透 鏡560的各光學要件全部光學地一體化。 第六實施例 第11圖係顯示依據本發明之第六實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。此照明光學系統6 〇 〇包 括射出大體平行光束的光源620、第一透鏡陣列63〇、聚光 透鏡660、散光透鏡670、第二透鏡陣列64〇以及偏光產生 7L件680。各構成要件係沿著系統光軸6〇〇LC來依序配置。 此照明光學系統6 00的特徵在於：構成非焦性光學系統的聚 光透鏡660及散光透鏡670配置於篙—透藥陣列630與第二 透鏡陣列6 4 0之間，而省略重叠透鏡。配置於非焦性光學 系統之後段的各光學要件係對應於藉由非焦性光學系統所 縮小的光束寬度而構成。且第一透鏡陣列、第二透鏡 陣列6 4 0及偏光產生元件6 8 〇的各功能係與於上述照明光學 系統100及200的第一透鏡陣列30、第二透鏡陣列4〇及偏光

第32頁 466352 五、發明說明（30) 產生元件180相同，故省略其說明。 聚光透鏡660及散光透鏡670係具有當作非焦性光學系 統的功能，且聚光透鏡660係具有將在第一透鏡陣列630被 分割的複數部份光束予以重疊在照明區域8 〇上的功能。由 第一透鏡陣列630所射出的複數部份光束係藉由聚光透鏡 6 6 0及散光透鏡6 7 0所構成之當作非焦性光學系統的功能來 縮小當作複數部份光束之全體的光束寬度。且由散光透鏡 6 70所射出的複數部份光束係藉由聚光透鏡66〇的重疊功 能’並經由第二透鏡陣列640及偏光產生元件680而重疊於 照明區域8 0上。藉此’與上述各照明光學系統同樣地，可 縮小照明此照明區域8 0之照明光的入射角。且可縮小由非 焦性光學系統所射出之光束全體的光束寬度，故相較於非 焦性光學系統，可使配置於後段的光學系統小型化。 且由於使用偏光產生元件6 8 0，故如所說明者，於照 明光學系統200中，變換成大體一種類的偏光光束，同時 藉由其偏光光束之一致的光束’而可均一地照明此照明區 域80。但是入射至偏光產生元件680的各部份光束係使其 主光線相對於系統光秘6 0 0 L C傾斜，俾被重疊於照明區域 80上。若考慮偏光光的產生效率，則入射至偏光產生元件 680的光束最好入射光束平行於光軸因此，在本實施例 係具有可省略重疊透鏡的優點’但是於偏光光束的產生過 程中，產生光損失’故具有光的利用效率較上述各實施例 惡化的場合。 且於第六實施例中，聚光透鏡660亦可與第一透鏡陣

第33頁 ^-6 6 35 2 五、發明說明（31) 列630光學地一體化。且散光透鏡6γ〇亦可與第二透鏡陣列 640光學地一體化。此外，亦可使由散光透鏡67〇至偏光產 生元件680的各光學要件全部光學地一體化。 第七實施例 第1 2圖係顯示依據本發明之第七實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。此照明光學系統7 〇 〇包 括光源720、第一透鏡陣列73〇、散光透鏡77〇、第二透鏡 陣列740、偏光產生元件78〇以及重疊透鏡75〇 ^各構成要 件係沿著系統光軸70〇LC來依序配置。 光源720係具有射出放射狀之光線之當作放射光源的 光源燈72 2及將由光源燈722所射出的放射光予以反射而聚 光於光源光軸72 0LC上之既定位置的凹面鏡724。凹面鏡 724最好使用橢圓面鏡。 此照明光學系統700的特徵在於：藉由光源720的凹面 鏡724及散光透鏡770來構成非焦性光學系統。第二透鏡陣 列740、偏光產生元件780及重疊透鏡750係構成對應於藉 由非焦性光學系統所縮小的光束寬度。且第一透鏡陣列 730、第二透鏡陣列740、偏光產生元件780及重疊透鏡7 50 的各功能係與於上述照明光學系統1〇〇及200的第一透鏡陣 列30、第二透鏡陣列4〇、偏光產生元件180及重疊透鏡5〇 相同’故省略其說明。 於第七實施例的照明光學系統7 0 0中，由光源7 2 〇所射 出的光束係聚光之同時通過第一透鏡陣列730而被分割成 複數部份光束。且複數部份光束係藉由散光透鏡77〇而將

466352 五、發明說明（32) 其主光線變換成與系統光軸7〇 〇LC大體平行。其結果，複 數部份光束係縮小當作全體的光束寬度，而入射至第二透 鏡陣列740 ’進而經由偏光產生元件780及重疊透鏡750來 在照明區域80上重疊。藉此，可使配置於散光透鏡770之 後段的光學系統小型化，同時可縮小照明此照明區域8〇之 照明光的入射角。 且於本實施例中，散光透鏡7 7 0亦可與第二透鏡陣列 740光學地一體化。此外，亦可使散光透鏡77〇至重疊透鏡 750的各光學要件全部光學地一體化。 第八實施例 第1 3圖係顯示依據本發明之第八實施例之照明光學系 統之重要部份的平面概略構造圖。此照明光學系統8〇〇包 括光源820、散光透鏡870、第一透鏡陣列830、第二透鏡 陣列840、偏光產生元件880以及重疊透鏡850。各構成要 件係沿著系統光軸800LC來依序配置。 光源820係與光源720 (第12圖）同樣地，具有射岀放射 狀之光線之當作放射光源的光源燈822及將由光源燈822所 射出的放射龙予以反射而聚光於光源光軸820 LC上之既定 位置的凹面鏡824。 此照明光學系統8 0 0亦與照明光學系統70 0 (第1 2圖）同 樣他’其特徵在於：藉由光源820的凹面鏡824及散光透鏡 870來構成非焦性光學系統。第一透鏡陣列830、第二透鏡 陣列840、偏光產生元件880及重疊透鏡850係構成對應於 藉由非焦性光學系統所縮小的光束寬度。且此等各光學元

第35頁 /1 R 3 5 ^_____ 五、發明說明（33) 件的各功能係與於上述照明光學系統1 〇〇及2 0 0的第一透鏡 陣列30、第二透鏡陣列40、偏光產生元件18〇及重疊透鏡 5 0相同，故省略其說明。 於第八實施例的照明光學系統800中，由光源82〇所射 出的聚光光束係通過散光透鏡870而變換成縮小此光束寬 度之大體平行的光束，並入射至第一透鏡陣列83〇，進而 經由第二透鏡陣列840、偏光產生元件880及重疊透鏡850 來照明此照明區域80。藉此’可使配置於散光透鏡870之 後段的光學系統小型化’同時可縮小照明此照明區域8 〇之 照明光的入射角。 且於第八實施例中，散光透鏡870亦可與第一透鏡陣 列830光學地一體化。此外，亦可使第二透鏡陣列840至重 疊透鏡750的各光學要件全部光學地一體化。 第九實施例 第1 4圖係顯示使用本發明之照明光學系統之投寫型顯 示裝置之重要部份的平面概略構造圖。此投寫型顯示裝置 900係使用基本上與當作第二實施例之照明光學系統2〇〇相 同之構造的照明光學系統200’ 。與照明光學系統20 0之不 同之處在於：重疊透鏡50的射出側具有反射鏡90，用以將 重疊透鏡5 0所射出的光束導引至二向分光鏡912。 此投寫型顯示裝置9 0 0係包括照明光學系統2 0 0，、二 向分光（dichroic)鏡912、914、反射鏡918、922、入射侧 透鏡930、中繼（re lay)透鏡932、三片場（field)透鏡 940、942、944、三片液晶光燈管（液晶面板）950 '952、

第36頁 /1 “352_;______ 五、發明說明（34) 954、正交二向分光稜鏡960以及投寫透鏡系統970。 照明光學系統200’係如上述，射出偏光方向之—致之 直線偏光光（在上述例中，s偏光光）的照明光，而照明作 為照明區域8 0的液晶光燈管9 5 0、9 5 2、9 5 4。且於液晶光 燈管950、952、954之光的入射面設有偏光板，故使由照 明光學系統200’所射出之直線偏光光的偏光方向成為可透 過此等偏光板的偏光方向。如此，則可有效率地利用由照 明光學系統200’所射出的照明光。 二片二向分光鏡91 2、9 1 4係具有當作將由照明光學系 統所射出的照明光（白色光）分離成紅、綠、藍之三色之色 光的色光分離裝置的功能。第一二向分光鏡9 12係透過由 照明光學系統2 0 0’所射出之白色光束的紅色光成份，同時 反射藍色光成份及綠色光成份。透過第一二向分光鏡912 的紅色光係於反射鏡918被反射，並經過場透鏡940而到達 紅色光用液晶光燈管9 5 0。此場透鏡940係將由重疊透鏡50 所射出的各部份光束變換成大體與其主生線平行的光束。 設於其他液晶光燈管之前的場透鏡942、944亦相同。於由 第一二向分光鏡912所反射的藍色光及綠色光中，綠色光 係藉由第二二向分光鏡9 14來反射，並通過場透鏡942而到 達綠光色用液晶光燈管952。另一方面，藍色光係透過第 二二向分光鏡914，並通過具有入射側透鏡930 '中繼透鏡 9 32及反射鏡922、924的中繼透鏡系統，再通過場透鏡（射 出側透鏡）944而到達藍色光用液晶光燈管954。且中繼透 鏡系統用於藍色光者係由於藍色光之光路的長度較其他色

第37頁 466352 __案號 87118278_年月日_i±JL____ 五、發明說明（35) 光之光路的長度長，故可防止光之利用效率的降低之故。 亦即’入射至入射側透鏡9 30的部份光束直接傳送至射出 側透鏡944之故。 三片液晶光燈管950、952 '954係具有當作依據所給 予的影像資訊（影像信號）而分別調變三色的色光，進而形 成影像的光調變裝置的功能。且於液晶光燈管950、9 52、 9 54的入射面側，對應於液晶面板的每一像素而配置未圖 的微透鏡。正交二向分光稜鏡9 60係具有合成三色的色光 而形成彩色影像之色光合成裝置的功能。於正交二向分光 棱鏡9 60，將反射紅光的介電體多層膜及反射藍光的介電 體多層膜大體成X狀地形成於四直角稜鏡的界面。藉由此 等介電體多層膜而合成三色的色光，進而形成用以投寫彩 色影像的合成光。正交二向分光棱鏡960所產生的合成光 係射出至投寫透鏡系統970的方向。投寫透鏡系統97〇係具 有當作投寫光學系統的功能，且將正交二向分光棱鏡96〇' 所產生的合成光放大投寫於投寫屏幕980上，以顯示出聋^ 色影像。 / 此投寫型顯示裝置900係藉由使用照明光學系統 2 0 0 ’’而如於第二實施例所說明者，可縮小入射至配置於 液晶光燈管950、952、954之入射面側之微透鏡之光束的 入射角，故有效率地將入射至微透鏡的光束予以聚光，而 可於液晶光燈管950、952、954有效率地利用。又由於亦 可縮小入射至配置於照明光學系統2 0 0 ’之後段的各透鏡， 例如場透鏡940、942、944、入射側透鏡930、中繼透鏡

第38頁 1999. 06. 04. 038

_Ά 6 6 35 2¾¾^. 87118278_ 五、發明說明（36) 932、投寫透鏡系統970等之光束之主氺 I拉- . 土九線的入射角’故亦 可k两於各透鏡之光的利用效率。藉 π與，目#日日食 稽此’可實現更明亮且 均一的投寫影像。 且由照明光學系統200’射出偏光 也& &纟从 呵疋方向一致的光束於一 偏=光束，例S偏光光束。此結果，由於偏光方向之 一D—種類的偏光光束係被導引至三處的液晶光燈管 950、：52、954,故藉由其所具有的偏光板所造成光吸收 是非常小，因而提高光的利用效率，而可得到明亮的投 影像。又光吸收斷所造成的發熱量亦極少，故可抑制偏光 板或液晶面板的溫度上昇。 再者，亦可使用於上述其他實施例的照明光學系統來 當作此投寫型顯示裝置900的照明光學系統，而可得到大 體相同的效果。 此外，本發明並限定於上述實施例或實施形態，任何 熟習此項技藝者’在不脫離本發明之精神和範圍内，當可 作更動與潤飾，例如，亦可如以下的變形。

第39頁 1999. 06. 04- (1)上述各實施例所說明的照明光學系統係使用聚光 透鏡及散光透鏡的二光學要件來構造，而配置於光源與第 一透鏡陣列之間、第一透鏡陣列與第二透鏡陣列之間等的 例子’但並不限於此，亦可將非焦性光學系統的各構造要 件分別配置於照明光學系統的任—處。簡而言之，由照明 光學系統所射出的光束亦可使入射炱照明區域的角度變 小° (2 )在上述第九實施例中，說明本發明之照明光學系 年

五、發明說明（37) 統適用於透過型之投寫型顯示裝置之場合的例子’但是本 發明亦可適用於反射型的投寫 型」係意味著液晶光燈管等的光調變裝置令光透過的塑 式，而「反射型」係意味著光調變裝置令光反射的型式。 在反射型的投寫型顯示裝置中，正交二向分光稜鏡係可當 作將白色光分離成紅、綠、藍之三色的光的色光分離裝置 來利用’同時亦可當作再合成被調變之三色的光’而同一 方向地射出的色光合成裝置來利用。於本發明應用於反射 型的投寫型顯示裝置的場合，亦可得到與透過型的投寫型 顯示裝置大體同樣的欵果。 (3 )又在第九實施例中’以顯示彩色影像的投寫型顯 示裝置為例來說明’但是亦可適用於顯示單色影像的投 型顯示裝置。於此場合，亦可得到與上述投寫型 _、 同樣的效果。 '、展置 依據本發明的照明光學系統，可適用於各種 示裝置。且依據本發明的投寫型顯示裝置係可=寫型顯 將例如由電腦所輸出的影像或由錄影機所輪 於用以 於屏幕上。 影像投寫

第40頁 1999^h^

Claims (1)

1. /1 fi 6 3 5 2 f / __案號87118278 行年？月/日 條正斗 L 六、申請專利範圍 1 · 一種照明光學系統，用以將既定光學裝置的光入射 面當作照明區域來照射，而將由光源所射出的光束分割成 複數部份光束’同時將該複數部份光束大體重疊於上述照 明區域上，

   上述照明光學系統具備有光束縮小裝置，其具有將入 射光束變換成較該入射光束的光束寬度小之光束寬度之射 出光束之非焦性光學系統的功能； 上述光束縮小裝置具有用以實現上述非焦性光學系統 之聚光功能與使光平行化的功能； 其中上述照明光學系統包括： 光源’射出大體平行的光束；以及 分割重疊裝置’將由上述光源所射出的光束分割成複 數部份光束，同時將上述複數部份光束大體重疊於上 明區域上； … 且上述光束縮小裝置包括於上述分割重疊裝置。 2,如申請專利範圍第丨項所述的照明光學系旦 上述分割重疊裝置包括： ’、Υ 弟一光束分割裝置 八… ..... 且 六$巾Μ种上迷大體平行的伞* =複數部份光束之複數小透鏡之第一 = 及上述聚光功能； 卞们功月匕 透鏡陣列而具有 述光平行化的功 …第二光束分割裝置，具有對應於第一 複數小透鏡之第二透鏡陣列的功能及使上 能；以及 騎田上述第 重疊於I;。；：…所射出的上述 466352

   案號 87118278 六、申請專利範圍 3.如申請專利範圍第1項所述的照明光學系統，其中 上述階分割重疊裝置具有第一光束分割裝置及第二光束八 割裝置； π 上述第一光束分割裝置具有用以將上述大體平行的光 束分吾彳成複數部份光束之複數小透鏡之第一透鏡陣列的 能及上述聚光功能； 上述第二光束分副裝置具有對應於第一透鏡陣列而具 有複數小透鏡之第二透鏡陣列的功能及使上述光平行化的 功能。 4.如申請專利範圍第1項所述的照明光學系統，其中 上述分割重疊裝置包括： 第一及第二光束分割裝置’將由上述光源所射出之大 體平行的光東分割成複數部份光束；以及 重疊裝置，將上述複數部份光束重疊於上述照明區 上； 上述光束縮小裝置係設置於由上述光源至上述第一 割裝置的射出面的光路上。 5 ‘如申請專利範圍第1項所述的照明光學系統，其中 上述分割重疊裝置包括： ~ 第一及第二光束分割裝置，將由上述光源所射出之大 體平行的光束分割成複數部份光束；以及 重疊裝置，將上述複數部份光束重疊於上述照明區 上； 上述光束縮小裝置係設置於由上述第二光束分割裝置 的入射面至上述重疊裝置的射出面的光路上。 窠號 87118278 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第1項所述的照明光學系統’其中 上述分割重疊裝置包括： 第一及第二光束分割裝置’將由上述光源所射出之大 體平行的光束分割成複數部份光束·’以及 重疊裝置’將上述複數部份光束重疊於上述照明區域 上； 上述光束縮小裝置係設置於由上述重疊裝置的入射面 至上述照明區域的光路上。 7. —種照明光學系統，用以將既定光學震置的光入射 面當作照明區域來照射，而將由光源所射出的光束分割成 複數部份光束，同時將該複數部份光束大體重疊於上述照 明區域上； 上述照明光學系統具備有光束縮小裝置，其具有將入 射光束變換成較該入射光束的光束寬度小之光束寬度之射 出光束之非焦性光學系統的功能； 上述光束縮小裝置具有用以實現上述非焦性光學系統 之I光功能與使光平行化的功能； 其中上述照明光學系統包括： 光源，具有當作具有上述聚光功能之第一光學要件的 反射器’而射出收歛的光束；以及 分割重疊裝置，將妆鉗土 土 、 拉碑m虹 敛先束分割成複數部份光束，同 ΐί數部份光束大體重疊於上述照明區域上； 8如平仃化的功能包括於上述分割重疊裝置° 照明光學系統，其中更包括、4、5、6或7項所述的 更匕括偏光產生裝置，其於上述照明 466352 年 月 修正 a '—~------ 87118278 六' 申請料-- 光學系统、 成偏光方2任何位置’與具有隨機的偏光方向的光束變換 Q之一致之一種類的偏光光束； 建偏光產生裝置包括. 偏籴 * · 種類的Γγ離裝置’將入射光束分離成偏光方向不同之二 ’光光束；以及 光束ΐ i j =上述偏光分離裝置所得之-偏光 同； 方向偏先變換成與另一偏光光束的偏光方向相 致 且 部域 而以 束 入射 統 一 ， 數區 ，； 光 將之 系 之 示 複明 面光 變 有度 學 向 顯 成照 射射 調 具寬 光 方 而 割定 入入 的 其束 性 光。寫 分既 光的 得 ，光 焦 偏域投 束於 的統 所 置之 非 述區以 光疊 域系 置 裝小 述 上明予 的重 區學 裝 小度 上 之照像 出體 明光 變 縮寬 現 得述影 射大 照明 調 束束；實； 所上將 所束 述照 光 光光能以能 置明， 源光 上述 述 有的功用功 裝照置··光份 作上 上 備束的有的 生來裝括由部 當自 由 具光統具化 產，示包將數 有來 將 統射系置行 光束顯置，複 具變 ， 系入學裝平 偏光型裝統該 ，調 統；學該光小光 述光寫示系將 置來 系上光較性縮使 上偏投顯學時 裝訊 學面明成焦束與 由的種型光同 變資 光寫照換非光能 藉類 ί 寫明， 調像 寫投述變之述功 且種9.投照束 光影 投至上束束上光 1 述光·，據 寫 光光聚 之 上 份上 依及 投 射出 之 案號 87118278 a 4 6 6 35 2 修正 六、申請專利範圍 其中上述照明光學系統包拉： 光源’射出大體平行的光束；以及 分割重疊襞置’將由上述光源所射出的光束分割成複 數部份光束，同時將上述複數部份光束大體重疊於上述照 明區域上； 且上述光束縮小裝置包括於上述分割重疊裝置。 I 0，如申請專利範圍第9項所述的投寫型顯示裝置，其 中上述分割重疊裝置包括：、 ' 第一光束分割裝置，具有用以將上述大體平行的光束 分割成複數部份光束之複數小透鏡之第一透鏡陣列的功能 及上述聚光功能； 第二光束分割裝置，具有對應於第一透鏡陣列而具有 二數小透鏡之第：透鏡陣列的功能及使上述光平行化的功 月匕，以及 重疊裝置，將由上述第-也古八含,壯β 诗吊一先束分割裝置所射出的上述 複數部份光束重疊於上述照明區域上。 的、 II ‘如申請專利範圍第9項 中！·、十、贼八幻壬ρ壯班θ 負所迷的投寫型顯示裝置，其 τ上述階分割重疊裝置具有坌— 厂 分割裝置； 第一先束分割裝置及第二光束 上述第一光束分割裝置具右 束分割成複數部份光束之複數小V大體平行的光 能及上述聚光功能；“Μ鏡之P透鏡陣列的功 上述第二光束分割裝置罝古划缺 -t- /、有對應於第一透鏡陣列而具 有複數小透鏡之第二透鏡陣列的 功能。 ]的功施及使上述光平行化的 46635, 案號 87118278 年 月 曰 修正 申請專利範圍 1 2.如申請專利範圍第9項所述的投寫型顯示裝置 中上述分割重疊裝置包括： 第一及第二光束分割裝置，將由上述光源所射出 體平行的光束分割成複數部份光束；以及 重疊裝置，將上述複數部份光束重疊於上述照明 上； 上述光束縮小裝置係設置於由上述光源至上述第 割裝置的射出面的光路上。 1 3，如申請專利範圍第9項所述的投寫型顯示裝置 中上述分割重疊裝置包括： 第一及第二光束分割裝置，將由上述光源所射出 體平行的光束分割成複數部份光束；以及 重疊裝置，將上述複數部份光束重疊於上述照明 上； 上述光束縮小裝置係設置於由上述第二光束分割 的入射面至上述重疊裝置的射出面的光路上" 1 4.如申請專利範圍第9項所述的投寫型顯示裝置 I中上述分割重疊裝置包括： 第一及第二光束分割裝置，將由上述光源所射出 體平行的光束分割成複數部份光束；以及 重疊裝置，將上述複數部份光束重疊於上述照明 上述光束縮小裝置係設置於由上述重疊裝置的入 I至上述照明區域的光路上。 1 5. —種投寫型顯示裝置，將影像予以投寫而顯； ，其 之大 區域 一分 ，其 之大 區域 裝置 ，其 之大 區域 射面

   第46頁 466351 __案號87118278_年月日 橡χ 六' 中請專利範圍 —-- 且上述投寫型顯示裝置包括： 照明光學系統，將由光源所射出的先束分割成複數％ 份光束’同時將該複數部份光束大體重疊於既定照明二 上； ’、'、-^ 光調變裝置，具有當作上述照明區域的光人射面，％ 依據影像資訊來調變來自上述照明光學系統的入射光.、 及 ’ & 投寫光學系統’將由上述光調變裝置所得的調變光東 投寫至投寫面上； 上述照明光學系統具備有光束縮小裝置，其具有將：^ 射光束變換成較該入射光束的光束寬度小之光束寬度之射 出光束之非焦性光學系統的功能； & ' 上述光束縮小裝置具有用以實現上述非焦性光學系統 之聚光功能與使光平行化的功能； ' ” 其中上述照明光學系統包括： 光源，具有當作具有上述聚光功能之第一光學要件的 反射器，而射出收欽的光束；以及 分割重疊裝置，將收歛光束分割成複數部份光束，同 時將上述複數部份光束大體重疊於上述照明區域上； 且使上述光平行化的功能包括於上述分割重疊裝置 16.如申請專利範圍第9、10、11 ' 12、13、=或15項 所述的投寫型顯示裝置，其中更包括偏光產生裝置，其於 上述照明光學系統的任何位置，與具有隨機的偏光方^的 光束變換成偏光方向之一致之一種類的偏光光束； 上述偏光產生裝置包括：

   4 6 6 35 2 % % 戍複 教 部 域 而 α 案號87Π似78 六、申請專利範圍 偏光分離裝置，將入射光 種類的偏光光束：以及 偏光變換裝置，將由上述 光束的偏光方向偏光變換成與 同； 且藉由上述偏光產生裝置 之一種類的偏光光束，來照明 17. —種投寫型顯示裝置， 且上述投寫型顯示裝置包括： 照明光學系統，將由光源 份光束，同時將該複數部份光 上； 光調變裝置，具有當作上 依據影像資訊來調變來自上述 及 投寫光學系統，將由上述 投寫至投寫面上； 上述照明光學系統具備有 射光束變換成較該入射光束的 出光束之非焦性光學系統的功 上述光束縮小裝置具有用 之聚光功能與使光平行化的功 其中更包括： 修正 束分離成偏光方向；^ 偏光分離裝置所得< 另一偏光光束的偏 所得之上述偏光方 上述照明區域。 將影像予以投寫而 所射出的光束分割 束大體重疊於既定日 ·‘、、明區 述照明區域的光入射面 照明光學系統的入射光·’ 光調變裝置所得的調變光束 光束縮小裝置，其具有將入 光束寬度小之光束寬度之射 能； 以實現上述非焦性光學系統 能； 色光分離裝置’將來自上述照明光學系統的射出光分 離成至少二色的色光束；

   第48頁 _案號87118278_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 複數上述光調變裝置，將由上述色光分離裝置所分離 的各色光束分別調變；以及 色光合成裝置，合成各上述光調變裝置所調變後之各 色的調變光束； 且上述色光合成裝置所得的合成光束係經由上述投寫 光學系統來投寫。

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