[发明专利]光学照明装置和投影显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于例如照射光学空间调制元件的光学照明装置和一种能把光学空间调制元件上形成的光学图像通过投影透镜投影到屏幕上的投影显示装置。

背景技术

习惯上，用作宽屏幕的视频设备，已经知道投影显示装置采用多种光学空间调制元件。例如，这些显示器有作为光学空间调制元件的半透明型和反射型液晶板，让光源照在液晶板上，在液晶板上形成与外部提供的视频信号相对应的光学图像，并通过投影透镜放大、在银屏上投影出光学图像。

当配置投影显示装置时，重要的是获得大的光学输出并能提供具有高图像质量的明亮的投影图像。要获得这样的显示器，重要的是获得一个能有效地把从灯发射出来的光聚拢并能均匀地照射到光学空间调制元件的光学照明系统。日本专利拟定公布号3-111806和5-346557披露了采用光学积分器和玻璃棒的光学照明装置。这种装置形成一个在形状上与光学空间调制元件相似的光发射表面。该装置还通过一个中继镜等在光学空间调制元件上形成光发射表面的图像，以此达到高效、非常均匀的照射。

同时，关于用于投影显示装置的光学照明系统，例如在包括照射到反射光学空间调制元件并以一偏移轴投影的某些应用和结构中，按与光学空间照明元件有一预定倾斜度的方向发射照明光束。然而在采用上述传统的光学照明系统的倾斜照射情况中，关于形成于发散表面的照明光束，成像条件维持在光轴附近，而不是维持在远离光轴的位置。因此，很难有效地将光聚集在发射(散)表面的有效区域上。而且，问题是使相对于发射(散)表面倾斜方向的图像畸变，这造成了亮度不均匀。

为了有效地照射相对于光轴倾斜的表面，必须实现一个满足倾斜物体成像条件的光学照明系统，该成像条件称为所谓的防阳光(shine-proof)条件。尽管这一条件法则提供了两个相互倾斜表面的成像条件，但是它没有解决与发射表面倾斜方向上的图像畸变和发生亮度不均匀的问题。这一问题在倾斜照射中基本上都会发生。

相应地，作为重复两次防阳光条件的结构，公布了解决倾斜成像问题的方法(例如，日本专利拟定公布号4-27912)。

图9(a)示出一种传统投影显示装置的基本结构的例子。

这种传统的投影显示装置包括下列部分：灯121，凹面反射镜122，聚光镜123，灯泡124，第一透镜125，中间成像表面126，反射镜127，第二透镜128，和屏幕129。

从灯121发射的光由凹面反射镜122聚拢后形成单束光，以使这些光几乎是与光轴旋转对称。

聚光镜123用单束光照射灯泡124的整个区域，并将光聚拢，在第一透镜125近物焦点125a处通过灯泡124。

例如，将半透明型液晶板用作灯泡124，形成与视频信号相对应的光学图像。

第一透镜125用通过灯泡124的光形成中间成像表面126。同时，穿过聚光镜123的聚拢光经过靠近第一透镜125的焦点125a的地方，这样，从第一透镜125射出的光基本上都是平行光，这些平行光围绕在中间成像表面126。

灯泡124和中间成像表面126互相与第一透镜125的光轴125b倾斜，以满足防阳光条件。

例如，安置在中间成像表面126附近的反射镜127使用图9(b)中放大所示的按两维放置的微型反射表面127a，以便反射镜127允许从第一透镜125发射出来的光高效地射入第二透镜128。

第二透镜128再次在屏幕129上形成中间成像表面126的图像。中间成像表面126和屏幕129互相与第二透镜128的光轴128b倾斜，以满足防阳光条件。

按照所述结构，第一透镜125上出现的图像畸变能消除第二透镜126出现的图像畸变。因此，屏幕129上可能会形成与灯泡123上的光学图像共轭的，无畸变的图像。而且，因为从第一透镜125射出的光束基本上都是平行光，其好处在于有可能减少从第一透镜125到第二透镜128的光学途径上的光损失。

图9的投影显示装置解决了由图像倾斜引起的图像畸变和由畸变引起的亮度梯度的问题，并高效地把发自灯的光发射到屏幕上，所以获得了无畸变的、明亮的投影图像。因此，把所述结构应用到光学照明系统时，能够高效地照射到相对于光轴倾斜的光学空间调制元件。然而，会出现下面的问题。

具体地说，当有关倾斜图像形成的防阳光条件重复两次时，第一透镜和第二透镜的光轴很大程度上折转了。因此，必须采用使光路径弯曲的装置。在图9中，具有按两维排列的微型反射镜的一个微型反射镜阵放置在中间成像表面附近，由此构成所述装置。然而，由于中间成像表面与屏幕具有共轭关系，屏幕上会形成边缘图像和微型反射镜类似的图像。