照明光学系统、投影仪和投影仪系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及投影仪的照明光学系统。
【背景技术】
[0002]使用棒形积分器来获得均匀的照明光的照明光学系统是已知的用于投影仪的照明光学系统。
[0003]专利文献I描述了具有该类型的照明光学系统的DLP(数字光处理)投影仪。
[0004]上述的DLP投影仪包括具有基本上相同的发散角的第一至第三激光阵列光源、照明光学系统、全内反射(TIR)棱镜、由数字微镜装置(DMD)构成的显示元件和投影透镜。
[0005]在此，发散角是当从垂直于包含发散光通量的中心光线的平面的方向观看发散光通量时由最外光线和中心光线(发散半角)形成的角度的两倍的角度。
[0006]第一激光阵列光源出射红色激光，第二激光阵列光源出射绿色激光，并且第三激光阵列光源出射蓝色激光。
[0007]照明光学系统包括第一至第三反射镜、第一和第二二向色镜、凹透镜、棒形积分器以及中继光学系统。
[0008]棒形积分器由例如四角形棱镜的形状的玻璃体构成。棒形积分器的两个端表面之一是入射表面，并且另一个是出射表面。
[0009]在该棒形积分器中，进入入射表面的光通量在被棒的内表面反复反射的同时在棒内传播，并且然后从出射表面出射。在棒内传播的过程中的多次反射使得入射光通量的亮度均匀。在棒的出射表面处，根据反射的次数以矩阵形式产生了多个二维的光源图像。
[0010]凹透镜、第一二向色镜、第二二向色镜和第一反射镜从棒形积分器的出射表面起以此顺序排列。
[0011]第一反射镜向第二二向色镜反射来自第三激光阵列光源的蓝色激光。第二反射镜向第二二向色镜反射来自第二激光阵列光源的绿色激光。
[0012]第二二向色镜具有光谱反射属性，其支持蓝色波段的光的透射和绿色波段的光的反射。来自第一反射镜的蓝色激光被第二二向色镜透射，并且被照射到第一二向色镜内。来自第二反射镜的绿色激光被第二二向色镜反射，并且该反射光在与蓝色激光相同的光路上被照射到第一二向色镜内。
[0013]第三反射镜向第一二向色镜反射来自第一激光阵列光源的红色激光。
[0014]第二二向色镜具有光谱反射属性，其支持蓝色波段的光和绿色波段的光的透射与红色波段的光的反射。来自第二二向色镜的蓝色激光和绿色激光透过第一二向色镜被透射，并且被照射到凹透镜内。来自第三反射镜的红色激光被第一二向色镜反射，并且该反射光在与蓝色和绿色激光相同的光路上被照射到凹透镜内。
[0015]该凹透镜用于将来自第一二向色镜的红色、绿色和蓝色激光散射。来自凹透镜的红色、绿色和蓝色激光从棒的入射表面进入棒形积分器内。
[0016]中继光学系统被布置在棒形积分器的出射表面侧上。中继光学系统用于在显示元件的有效显示区域上形成在棒形积分器的出射表面上形成的光源图像的图像。
[0017]TIR棱镜被设置在中继光学系统和显示元件之间。来自中继光学系统的光通量通过TIR棱镜被照射在显示元件内。该显示元件空间调制该光通量，以形成图像光。由显示元件形成的图像光通过TIR棱镜被照射到投影透镜内。
[0018]在上述的照明光学系统中，从每一个激光阵列光源到棒形积分器的入射表面的每种颜色的激光的光路长度相同，并且，每一个激光阵列光源的发散角也相同。结果，从每一个激光阵列光源出射的每种颜色的激光以相同的发散角进入棒形积分器内，在棒内传播，并且然后以相同的发散角从棒形积分器出射。
[0019]因为从棒形积分器出射的每种颜色的激光的发散角相同，所以通过中继光学系统被照射在显示元件上的每种颜色的激光的照射范围也一致。结果，可以通过适当地设置中继光学系统的放大率而使得每种颜色的激光的照射范围与在显示元件上的有效显示区域一致。
[0020]近期的投影仪包括其中通过光纤将激光从外部光源设备供应到照明光学系统的投影仪。
[0021]外部光源具有红色激光源、绿色激光源和蓝色激光源。绿色激光和蓝色激光通过第一光纤被供应到照明光学系统。红色激光通过第二光纤被供应到照明光学系统。
[0022]从第一光纤出射的绿色激光和蓝色激光的每一个的发散角基本上相同。从第二光纤出射的红色激光的发散角与绿色激光和蓝色激光的发散角不同。
[0023]当上述外部光源设备被应用到在专利文献I中描述的DLP投影仪时，照明光学系统被配置使得从第一光纤出射的绿色和蓝色激光进入第二二向色镜的表面之一内，并且从第二光纤出射的红色激光进入第二二向色镜的另一个表面内。
[0024]红色激光与绿色和蓝色激光被第二二向色镜合成，并且然后通过凹透镜被照射到棒形积分器内。
[0025]现有技术的文献
[0026]专利文献
[0027]专利文献1:日本未审专利申请公布N0.2008-256979
【发明内容】
[0028]在专利文献I中描述的系统中，当应用上述的外部光源设备时，出现下面的问题。
[0029]在棒形积分器中，如果入射角在小于或等于在棒中出现全反射的最大入射角的范围内，则在棒内的多次反射的次数通常随着入射角增大而增大，由此，使得亮度均匀的效果也增大。棒形积分器因此具有下述属性:其中，亮度的均匀度取决于入射角。
[0030]在进入棒形积分器的激光的、其中应用外部光源设备的在专利文献I中描述的系统中，红色激光的发散角与绿色和蓝色激光的发散角不同。结果，在棒形积分器中的亮度的均匀度因为如上所述的属性而对于红色激光与绿色和蓝色激光不同。在亮度的均匀度上的差在屏幕上显现为颜色不规则，并且因此产生了图像质量劣化的问题。
[0031]其中发散角不同的红色激光与绿色和蓝色激光通过同一中继光学系统被照射到显示元件，并且这意味着激光的照射范围不同。
[0032]如果其发散角最小的激光被当作参考并且中继光学系统被设计使得被当作参考的激光的照射范围与显示元件的有效显示区域一致，则其发散角较大的激光的一部分将从中继光学系统的有效入射光瞳发散。从这个有效入射光瞳发散的光通量不有助于图像显示，并且因此产生了下述问题:其中，在光利用效率上降低，并且在屏幕的亮度上降低。
[0033]另一方面，如果其发散角最大的激光被当作参考，并且中继光学系统被设计使得被当作参考的激光的照射范围与显示元件的有效显示区域一致，则其发散角较小的激光的照射范围将小于有效显示区域，并且因此未能照亮整个有效显示区域。因为不能在未被激光照亮的区域中显示图像，所以产生图像质量劣化的问题。
[0034]本发明的目的是提供一种照明光学系统、投影仪和投影仪系统，它们可以减少颜色不规则性的出现、在屏幕亮度上的降低和图像质量的降低。
[0035]根据用于实现上述目的的本发明的一个方面，提供了一种照明光学系统，包括:
[0036]第一透镜，所述第一透镜会聚利用第一发散角从第一光纤出射的第一光通量；
[0037]第二透镜，所述第二透镜会聚第二光通量，所述第二光通量具有与所述第一光通量的颜色不同的颜色，并且以不同于所述第一发散角的第二发散角从第二光纤出射；以及
[0038]合成光学元件，所述合成光学元件被设置在所述第一透镜的光轴以直角与所述第二透镜的光轴相交的位置处，透射来自所述第一透镜的第一光束，并且在透射所述第一光束的方向上反射来自所述第二透镜的第二光束；
[0039]其中，第一和第二透镜被配置使得由所述第一透镜会聚的所述第一光束的收敛角与被所述第二透镜会聚的所述第二光束的收敛角匹配。
[0040]根据本发明的另一个方面，提供了一种投影仪，包括:
[0041]上述照明光学系统；
[0042]显示装置，所述显示装置空间调制来自所述照明光学系统的光通量以形成图像光；以及
[0043]投影透镜，所述投影透镜投影由所述显示装置形成的所述图像光。
[0044]根据本发明的另一个方面，提供了一种投影仪，包括:
[0045]上述照明光学系统；
[0046]分色装置，所述分色装置将来自所述照明光学系统的光通量分离为红色光通量、蓝色光通量和绿色光通量；
[0047]第一显示元件，所述第一显示元件空间调制由所述分色装置分离的所述红色光通量以形成红色图像光；
[0048]第二显示元件，所述第二显示元件空间调制由所述分色装置分离的所述绿色光通量以形成绿色图像光；
[0049]第三显示元件，所述第三显示元件空间调制由所述分色装置分离的所述蓝色光通量以形成蓝色图像光；以及
[0050]投影透镜，所述投影透镜投影由第一至第三显示元件形成的所述红色图像光、绿色图像光和