专利名称：图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及将来自光源侧的光照射到图像显示元件、形成光学像的图像显示技术，特别是涉及用于显示明亮的图像的技术。
背景技术：
已知有在液晶面板等图像显示元件中，接触自光源的光放大投影液晶面板上的图像的液晶放映机等投影型图像显示装置。
迄今为止，为了达到高亮度化的目的，使用了可向光源供给大功率的一个灯或多个灯的制品(投影型图像显示装置)多数已经具体化。但是，作为最近的研究动向，考虑到其色纯度的良好程度、长寿命性，点灯性的良好程度等因素，研究探讨了使用发光二极管、有机EL等，的所谓LED(Light Emitting Diode)光源。在这种情况下，为了弥补亮度的不足，大多是使用多个LED光源并列的LED光源单元。作为使用这样的LED光源单元的投影型图像显示装置，例如在日本特开2001-249400号公报及日本特开2001-343706号公报等已有记述。
随着以LED等发光元件作为光源单元的投影型图像显示装置的具体应用，与现有所使用的高压水银灯等相比，由于每一个光源所射出的光束量非常小，所以难以实现投影图像所需要的足够的亮度。因此，提出了配置多个光源的方案。但是，在投影型图像显示装置的照明光学系统中，在从LED光源得到光束照射图像显示元件的情况下，即使是聚集多个明亮光束照射图像显示元件，但光束越集中，光束的集束角度也增大，使投影光学系统的效率降低，结果是不能得到明亮的投影图像。因此，要求能够不增大光束的集束角度而照射图像显示元件。为此要求提高照明光学系统的效率，但LED光源的发光部具有不能称为点光源的大小，这会成为照明光学系统的效率提高的障碍。
图2是使用LED的一般投影型图像显示装置的光学系统的结构图，是由省略了弯折光路用反射镜及色分离光学系统等的直线光路所表示的，图2(a)是光学系统的结构图，图2(b)是表示在第二透镜阵列的射出侧附近形成的光源像的图。在图2(a)中，从各LED元件1的发光部所发出的发散光由与各LED元件1相对应的准直透镜500所聚光，向包括由第一透镜阵列6及第二透镜阵列构成的光学积分器、以使偏光方向在规定方向聚齐的例如两个PBS棱镜作为单位棱镜单元而叠层为柱状的偏光变换元件8、以及集光透镜9的照明光学系统入射。来自各LED元件1的光入射到照明光学系统，透过与光学积分器相对应的透镜单元，进而入射到与偏光变换元件8相对应的单位棱镜单元，聚齐偏光方向，重叠于液晶面板2上，大体均匀地照射液晶面板2。而且，液晶面板2的光学像由投影透镜3放大投影。还有，在图2(a)中，为了以后说明的方便，引入以光轴方向为Z轴，在与光轴垂直的平面内，以从图2(a)的纸面的背面向表面的轴为Y轴，以与Y轴垂直的轴为X轴的直角坐标系。
然而，由第一透镜阵列6使LED元件1的光源像在第二透镜阵列7的射出侧附近成像。在该成像面内，光源像的大小(面积)与光通过第二透镜阵列7的透镜单元及与偏光变换元件8相对应的单位棱镜单元的光路的最大截面积的关系如图2(b)所示。
在图2(b)中，41是表示上述成像面中第二透镜阵列7的透镜单元外形形状的开口，43是上述成像面中在偏光变换元件8的单位棱镜单元处的入射开口的X方向的两端位置，44是在第二透镜阵列7的射出侧附近成像的LED元件的光学像。还有，第二透镜阵列7的开口41与液晶面板2的形状大体相似，其长边方向为X轴方向，短边方向为Y轴方向。
通过第二透镜阵列7的开口41的光，受到偏光变换元件8的单位棱镜单元的入射开口的X方向(开口41的长边方向)的两端位置43(以下将该两端位置之间特别称为宽度)的限制，仅能够通过开口42部。从图可知，开口42是X方向短、Y方向长的形状。但是，由第二透镜阵列7的各单元与对应于偏光变换元件8的单位棱镜单元所限制的开口42的形状与光学像44的形状，如图2(b)所示不一致，效率低。
一般地，高亮度LED的发光部的形状为正方形的情况较多。与此相比，开口42的形状取决于图像显示元件的液晶面板2的形状。在图3(a)的成像状态下，LED的光源像44a比开口42大，由于开口42的遮挡而有光不能透过现象存在，所以效率变差。而且，在图3(b)的成像状态下，LED的光源像44b完全装进开口42内，在开口42内存在有未使用(光不通过)的区域，作为光学系统的效率下降。
而且，在上述说明中，在液晶面板2例如是反射型的微小反射镜元件的情况下，不需要照明光学系统的偏光变换元件。在这种情况下，在第二透镜阵列7的射出侧附近成像的LED元件1的光源像的大小(面积)与通过第二透镜阵列7的透镜单元的光路的最大截面积的关系，如图2(c)所示，光路的最大截面积的开口42′，与表示第二透镜阵列7的透镜单元的外形形状的开口41相同。所以，在这种情况下，光学像44比开口42′(41)小，由于在开口42′(41)内存在未使用的区域，所以作为光学系统的效率低。
发明内容
本发明要解决的问题是，鉴于上述现有的技术情况，在图像显示装置中，提高照明光学系统中光的利用效率，改善作为光学系统的效率。
本发明的目的在于，解决上述问题，提供能够进行明亮图像显示的图像显示技术。
为了解决上述问题，在本发明中，作为将来自设置有LED发光部的光源部侧的光照射到图像显示元件、基于图像信号形成光学像的图像显示装置，由准直透镜等变形光学系统(anamorphic optical system合成光学系统)，将形成有所述LED发光部的光源像的光束截面的尺寸或形状，变换为与对所述图像显示元件进行光照射的光学系统内的通过该光源像的光束的部分的开口相对应的尺寸或形状，增大光的通过量，例如变换光束截面的纵横比。该变形光学系统，通过增大光的通过量进而改善图像显示装置的照明光学系统的效率。
根据本发明，提供能够得到明亮图像显示的图像显示技术。
图1是作为本发明的第一实施例的投影型图像显示装置的结构例的图。
图2是使用LED的一般投影型图像显示装置的光学系统的结构图。
图3是照明光学系统的开口部中光源像的说明图。
图4是变形光学系统的说明图。
图5是表示本发明第二实施例的图。
图6是表示本发明第三实施例的图。
图7是表示本发明第四实施例的图。
图8是表示本发明第五实施例的图。
图9是图8的结构中的光源像的说明图。
具体实施例方式
下面使用附图对本发明的最佳实施方式进行说明。在实施形式中，作为图像显示元件是使用透过型液晶面板。还有，在各图中，对具有相同功能的结构要素都赋予同样的符号。
图1是作为本发明的第一实施例的投影型图像显示装置的结构例的图。
在图1中，1是具有LED发光部的LED元件，100是以二维形状配置有多个LED元件1所构成的光源部。在各LED元件1中，各自设置有将来自LED芯片的发光部(未图示)的发散光聚集、引导到照明光学系统的准直透镜50。该准直透镜50构成变形光学系统。2R、2G、2B分别是与红色光(R光)、绿色光(G光)、蓝色光(B光)的三原色相对应的作为图像显示元件的透过型液晶面板，由图像信号驱动线路(未图示)，对于从LED元件1照射的光束，调整对应于图像信号的光强度，形成光学像。3是投影透镜单元，4是反射镜，6、7分别是为了形成LED元件1内的LED发光部的光源像而构成积分光学系统的第一透镜阵列与第二透镜阵列，8是将来自积分光学系统的光束向既定的偏光方向聚齐的偏光变换元件，9是集光透镜，10R、10G是聚光透镜，11是合成棱镜，12、13是用于色分离的分色镜，14是反射镜，15是第一中继透镜，16是第二中继透镜，17是第三中继透镜，18是屏幕，19、20表示反射镜。而且，作为除上述之外的主要部件还有电源线路(未图示)。
在图1中，从构成光源部100的LED元件1的各LED芯片的发光部(LED)(未图示)所发出的白色光束，由对应的准直透镜50变为大体平行之后，入射到积分光学系统的第一透镜阵列6。第一透镜阵列6是由配置为矩阵状的多个透镜单元所构成，将入射的光束分为多个光束，高效率地引入通过第二透镜阵列7、偏光变换元件8。与第一透镜阵列6同样，由配置为矩阵状的多个透镜单元所构成的第二透镜阵列7是其各个透镜单元，将对应的第一透镜阵列6的透镜单元的形状投影到透过型液晶面板2R、2G、2B一侧。此时，偏光变换元件8将来自第二透镜阵列7的光束向既定的偏光方向聚齐。而且，这些第一透镜阵列6的各透镜单元的投影像，由集光透镜9，聚光透镜10R、10G，第一中继透镜15，第二中继透镜16，第三中继透镜17，相互重合聚集到各液晶面板2R、2G、2B上。
从光源部100的LED元件1所射出的白色光，由构成色分离装置的分色镜12、13分离为R光、G光、B光的三原色，分别照射到对应的液晶面板2R、2G、2B。还有，这里分色镜12具有使红色光通过、绿色光及蓝色光反射的特性，分色镜13具有使绿色光通过、蓝色光反射的特性。
各液晶面板2R、2G、2B与入射偏光板(未图示)一起由图像信号驱动电路(未图示)控制透过液晶面板的光束量，改变每一个像素的浓淡进行光强度变调，从而形成光学像。
照射到各液晶面板2R、2G、2B上的各光学像，由合成棱镜11进行色合成，进而由投影透镜单元3投影到屏幕18，形成大画面的图像。
第一中继透镜15、第二中继透镜16、第三中继透镜17，对于液晶面板2R、2G的光路长度，补充液晶面板2B的光路长度长的特点。
以下对对应于各LED元件1所使用的准直透镜50的特性加以说明。
LED元件1的发光部(LED发光部)(未图示)具有正方形的形状，正方形的该发光部(未图示)的光源像，是由准直透镜50及第一透镜阵列6而在第二透镜阵列7的射出侧附近成像。
在现有的使用准直透镜500的情况下，该成像的形状也成为与发光部(未图示)相似的形状，为正方形。
与此相比，第二透镜阵列7的长方形的各单元形状和因偏光变换元件8的对应的单位棱镜单元对宽度(X)方向的入射范围限制而形成的开口形状，如图2中所述，成为Y方向长的长方形。因此，如上所述，在现有的使用准直透镜500的情况下，照明光学系统的效率降低。
准直透镜50构成了纵方向和与其垂直方向的横方向上的放大倍数及焦距不同的变形光学系统，第二透镜阵列7的射出侧附近成像的发光部的像是在Y方向(以下称为纵向)与X方向(以下称为横向)上使放大倍数及焦距不同而成像。就是说，在该第一实施例中，横向的放大倍数比纵向小。其结果是，在第二透镜阵列7的射出侧附近成像的LED元件1的发光部(LED发光部)的像的形状，从现有的正方形成为纵向长的长方形。第二透镜阵列7的各单元形状与因偏光变换元件8的对应的单位棱镜对宽度(横)方向的入射范围的限制而形成的纵向长的长方形的开口42的形状大体一致。因此，来自LED元件1的光中，不存在因受到遮挡而不能通过的光，或开口42内不存在未使用的区域(光未通过)，能够提高光的利用率，从而提高效率。
以下对作为变形光学系统而进行上述作用的准直透镜50的形状加以说明。
设第一透镜阵列6的焦距为fm1，准直透镜50的焦距为fc，则对于LED元件1的发光部，在第二透镜阵列7的射出侧附近成像的像的放大倍数(倍率)为放大倍数＝fm1/fc (式1)在对于光轴具有对称结构的现有的准直透镜500的情况下，纵向与横向的放大倍数为一定，LED元件1的发光部的正方形的形状在保持纵横比的状态下成像。与此相比，在作为本发明的变形光学系统的准直透镜50中，由于其纵向与横向的放大倍数变化，所以纵向与横向能够维持两种焦距。
图4是变形光学系统的说明图。
图4(a)是表示具有透镜作用的方向垂直的两个变形透镜(或圆柱的透镜)的组合方法的图，决定各个透镜对于纵(Y)向的焦距与对于横(X)向的焦距。在本实施例中，由于正方形的LED发光部21的形状成像为纵向长的长方形，所以作为准直透镜50，必须使对于纵向的焦距缩短(放大倍数增大)，横向的焦距延长(放大倍数减小)。因此，由距离LED元件1的LED发光部21较近的第一变形透镜51决定纵向的焦距，由距离LED元件1的LED发光部21较远的第二变形透镜52决定横向的焦距。还有，图中显示的是进行说明的模式图。
以下对本实施形式中各透镜的具体焦距进行说明。还有，以下对横(X)向的数值添加字母x，对纵(Y)向的数值添加字母y。
LED发光部21的形状是边长为1×10-3m的正方形，对应的第二透镜阵列7的长方形的各单元的形状与由偏光变换元件8限制宽度方向入射范围所形成的开口42的形状是宽度(X方向上的长度)为3.5×10-3m，高度(Y方向上的长度)为5.4×10-3m的纵长的长方形。所以，根据式1，各透镜的焦距，在纵向需要满足以下的式2，在横向需要满足以下的式3。式中，Sw是开口42在一定方向的一边的长度，St是光源发光部21的一边的长度。
fm1y/fcy＝Swy/Sty (式2)fm1x/fcx＝Swx/Stx (式3)具体地，首先关于纵向，由于Swy＝5.4×10-3m，Sty＝1，fm1y＝35×10-3m，所以根据式2，fcy＝35×1/5.4＝6.48×10-3m。
而且，关于横向，由于Swx＝3.5×10-3m，Stx＝1，fm1x＝35×10-3m，所以，fcx＝35×1/3.5＝10×10-3m。
就是说，使用圆柱面，准直透镜50的纵向焦距fcy为6.48×10-3m，横向焦距fcx为10×10-3m。
还有，在上述中为了简化说明，是使用第一透镜阵列6的焦距fm1对上述计算进行的说明，但为了进一步提高精度，至少提高效率，应该使用第一透镜阵列6与第二透镜阵列7组合的合成焦距fm，取代第一透镜阵列6的焦距fm1，由下面的式4计算。
fmi/fci＝Swi/Sti (式4)这里，i是由x或y表示横(X)方向或纵(Y)方向的数值的附加字母。
上述设定的结果，如图8所示，在作为光源的LED元件1的发光部21的像在照明光学系统的开口部成像时，光源像44的大小与开口42大体一致，能够实现高的效率。
在上述中，为了改变准直透镜在纵向与横向的放大倍数，是采用将具有透镜作用的方向垂直的两个变形透镜进行组合的方法，但也可以是如图4(b)所示，将它们一体形成，在一枚透镜的入射侧及出射侧设置具有透镜作用的方向相互垂直的变形透镜面，由该两面变形准直透镜53，能够得到与图4(a)同样的效果。
进而，还可以在照明光学系统的第一透镜阵列6中具有成为变形光学系统的准直透镜50的功能。在这种情况下，不需要准直透镜50，能够减少装置的部件数目。
而且，在本实施例中，LED元件1的LED发光部21的形状是正方形，但在独自设计该LED发光部21的形状的情况下，如果将其设定为由第二透镜阵列7的长方形的各单元形状与因偏光变换元件8对宽(X)方向的入射范围的限制所形成的开口42的形状大体相似的形状，则可以不要上述变形透镜，能够简化结构达到高效率的投影。
还有，在本实施例中，在使用反射型的MDM取代液晶面板2的情况下，不需要偏光变换元件，作为在第二透镜阵列7的出射侧附近成像的成像面中的光路的最大截面积的开口42′，如图2(c)所示，与表示第二透镜阵列7的透镜单元的外形形状的开口41相同，成为横向长的长方形。所以，在没有偏光变换元件的情况下，与上述相反，必须使纵向的放大倍数减小，横向的放大倍数增大。就是说，具有透镜作用的方向垂直的两个圆柱面的顺序，必须与上述实施例相反。
在上述第一实施例中，作为LED元件1，使用的是将光直接向前方射出的结构，但在该第二实施例中，使用将来自LED发光部的光由反射镜反射后再向前方射出的反射型LED元件。而且，由反射型LED元件的反射镜与配置于反射型LED元件前面的准直透镜构成变形光学系统，使在第二透镜阵列7的出射侧附近成像的反射型LED元件的光源像，与由偏光变换元件8的单位棱镜单元对宽(横)方向的入射范围的限制所形成的纵向长的长方形的开口42的形状大体一致。
图5是表示变形光学系统的第二实施例的图。使用本实施例所示的变形光学系统，替代上述第一实施例的由准直透镜50所构成的变形光学系统，构成投影型图像显示装置。
在图5中，反射型LED元件1′，是由透明树脂60密封作为LED芯片的LED发光部21′(其发光面是Z轴的负向侧)，在反射型LED元件1′的背面侧(Z轴的负向一侧)设置有金属的作为反射镜的反射体5。而且，由反射型LED元件1′与反射体5形成单位LED光源部，此单位LED光源部为多个配置成二维形状而构成LED光源部。而且，在各反射型LED元件1′的前面，与各反射型LED元件1′相对应设置有准直透镜54。
反射体5的面形状，是在其焦点位置附近有LED发光部21′的椭圆形状。但是，从图5可知，虽然关于纵向与横向对称，但是关于光轴不是旋转对称，纵(Y)方向的曲率半径比横(X)方向的曲率半径小。而且，准直透镜54的出射侧面的形状，也是同样，虽然关于纵向与横向对称，但是关于光轴不是旋转对称的球面或非球面的凸面形状，纵(Y)方向的曲率半径比横(X)方向的曲率半径大(在图5中是纵方向的曲率半径为无限大的平面)。而且，由反射体5与准直透镜54构成纵向与横向的放大倍数不同的变形光学系统。在本实施例中，为了使正方形的发光部21的光源像与开口42的形状一致，纵向的焦距比横向的焦距要小。
就是说，从LED发光部21′向反射体5射出的光束，由反射体5所反射。此时，由于横向上反射体5的曲率半径大，所以发散反射，而且，由于准直透镜54横向曲率半径小，所以与光轴平行。就是说，横向的变形光学系统的焦距长。而相对于此，在纵向，由于反射体5的曲率半径小，所以不能充分地发散，由纵向曲率半径大的准直透镜54变为与光轴平行。就是说，横向的变形光学系统的焦距短。
这样，即使是在反射型LED元件的情况下，通过使用反射体与反射型LED元件前面配置的准直透镜，构成变形光学系统，能够使发光部的光学像与纵向长的长方形的开口42的形状大体一致，实现高的效率。
还有，在本实施例中，是以反射体与LED元件1′为分体而进行的说明，但是。例如也可以是作为LED芯片的LED发光部由透明树脂所密封，并在透明树脂的与发光部的发光面相对的一侧一体形成反射面形状，在该反射面形状的树脂面上进行银等的金属沉积，形成有反射体的反射型LED元件。
以下对使用反射型LED元件的本发明的第三实施例加以说明。
在上述第二实施例中，使用反射型LED元件，由反射型LED元件与在其背面侧设置的反射体构成光源，由设置在该光源前面的准直透镜和上述反射体构成变形光学系统。而在本第三实施例中，反射型LED元件具有在其背面一体形成的反射体，同时使在前面设置的准直透镜，由密封反射型LED元件发光部的透光性的透明树脂所形成，由该透明树脂所形成的透镜与反射体构成变形光学系统。
图6是表示上述第三实施例中的变形光学系统的图。可以使用该变形光学系统，替代第一实施例的由准直透镜50所构成的变形光学系统，构成与图1同样的投影型图像显示装置。
在图6中，反射型LED元件1”是由透光性的透明树脂61密封作为LED芯片的LED发光部21′(其发光面是Z轴的负方向侧)，在透明树脂61中，在与LED发光部21′的发光面相对的一侧(Z轴的负方向侧)形成反射面形状61a。在另一侧(Z轴的正向侧)形成球面或非球面的凸面形状61b。而且，在反射面形状61a的树脂面上实施银等金属沉积，形成反射体5′。
反射体5’的面形状(透明树脂61的反射面形状61a)，是在其焦点位置附近具有LED发光部21′的椭圆形状。但是，从图6可知，虽然关于纵向与横向对称，但是关于光轴不是旋转对称，纵(Y)方向的曲率半径比横(X)方向的曲率半径小。而且，透明树脂61的凸面形状61b也是同样，虽然关于纵向与横向对称，但是关于光轴不是旋转对称，纵(Y)方向的曲率半径比横(X)方向的曲率半径大(在图6中是纵向的曲率半径为无限大的平面)。而且，由反射体5′与具有凸面形状61b的透明树脂61的作用，构成纵向与横向的放大倍数不同的变形光学系统。在本实施例中，为了正方形的发光部21的光源像与开口42的形状大致一致，纵向的焦距比横向的焦距要小。
本实施例中的反射型LED元件1”的作用，与第二实施例同样，虽然其说明予以省略，但由于在LED元件中设置有变形光学系统，所以具有部件结构简化与降低成本的大效果。
图7是表示本发明第四实施例的图。表示了在照明光学系统中作为积分器不是使用透镜阵列，而是使用光导管25的情况下的投影型图像显示装置的结构。(a)是光学系统的结构图，(b)是表示在偏光变换元件的入射开口面上形成的光学像的图。
在图7(a)中，与上述第一实施例同样，从LED元件1的LED发光部21所射出的光束，经过成为变形光学系统的准直透镜50’而变得平行，由集光透镜31导向偏光变换元件80的入射开口，由偏光变换元件80聚齐在既定的偏光方向，入射到光导管25。
偏光变换元件80例如由具有对向的PBS面80a、80b的棱镜所构成，由偏光变换元件80，使入射到偏光变换元件80的PBS面80a的光束中既定偏光方向的光束(以下将该偏光波称为P偏光波)透过，入射到光导管25。而且，与P偏光波垂直方向上的偏光波(以下将该偏光波称为S偏光波)反射，由对面的PBS面80b所反射，由出射侧设置的1/2波长板(未图示)变换为P偏光波，入射到光导管25。就是说，偏光变换元件80的入射开口是其出射开口即光导管25的入射开口的大小的大体1/2。所以，在偏光变换元件80的入射开口，必须使从LED元件1的LED发光部21所射出的光束高效率地入射。
如图7(b)所示，光导管25的入射开口41’是与纵横比为4∶3或16∶9的横长的长方形的图像显示元件大体相似的形状，偏光变换元件80的入射开口42’是将光导管25的入射开口41’左右两分的形状。其结果是由偏光变换元件80限制的光路的截面形状，与上述第一实施形式的情况同样，成为与偏光变换元件80的入射开口42’具有相等纵长的长方形，准直透镜50’必须由变形光学系统所构成。就是说，对于准直透镜50’，必须使用与第一实施例同样的具有透镜作用的方向垂直的两个圆柱面。就是说，必须使对于纵向的焦距缩短(放大倍数增大)，横向的焦距延长(放大倍数减小)。
根据该结构，如图7(b)所示，由于LED元件1的LED发光部21的光源像44’与偏光变换元件80的入射开口42’的大小大体相等，来自LED元件1的LED发光部21的光束不会过量不足地入射到偏光变换元件80的入射开口42’，所以能够实现高的效率。
在本实施例中，与上述第一实施例同样，设集光透镜31的焦距为fc1，准直透镜50’的焦距为fc，偏光变换元件80的开口42’的既定方向的一边长度为Sp，光源发光部21的一边长度为St，则对于LED元件1的发光部21而在偏光变换元件80的入射开口面上成像的放大倍数由以下的式5表示，fc1i/fci＝Spi/Sti (式5)这里，i是由x或y表示横(X)方向或纵(Y)方向的数值的添加字母。
还有，在本实施例中在使用反射型的DMD取代液晶面板2的情况下，不需要偏光变换元件，LED元件1的LED发光部21的光源像与光导管25的入射开口41’的大小大体一致。所以，与上述相反，必须使纵向的放大倍数减小，横向的放大倍数增大。就是说，具有透镜作用的方向垂直的两个圆柱面的顺序，必须与上述实施例相反。
图8是表示本发明第五实施例的图，表示的是在光源部使用R光用LED元件1R、G光用LED元件1G、B光用LED元件1B，在照明光学系统中使用光导管25的投影型图像显示装置的结构例。
在图8中，1RU是由多个R光用LED元件1R所构成的R光用光源部，1GU是由多个G光用LED元件1G所构成的G光用光源部，1BU是由多个B光用LED元件1B所构成的B光用光源部。26是进行色合成的分光十字形直角棱镜，57是第一变形透镜，58是第二变形透镜。第一变形透镜57是，在与光轴垂直的截面上从纸面的背面侧向着表面侧的方向的放大倍数增大，例如与图4(a)的第一变形透镜51相对应。而且，第二变形透镜58是，在与光轴垂直的截面上在与纸面平行的方向的放大倍数减小，例如与图4(a)的第二变形透镜52相对应。在注意到来自G光用光源部1GU的光的情况下，G光的光束由与G光用光源部1GU的各G光用LED元件相对应的第一变形透镜57与第二变形透镜58，构成成为图7的变形光学系统的准直透镜50’。该关系对于R光、B光也是同样。其它的结构与图6的结构同样。从各色光用LED射出的光束，由对应的第一变形透镜57向着第二变形透镜58集光地导光，在该过程中由分光十字形直角棱镜26进行色合成。
如上所述，在注意到来自G光用光源部1GU的光的情况下，由于是由与G光用光源部1GU的各G光用LED元件相对应的第一变形透镜57与第二变形透镜58，构成成为图7的准直透镜50’，所以从第二变形透镜58射出的G光的光束与光轴相平行。该关系对于R光、B光也是同样。第二变形透镜58是R光、G光、B光共用，使R光、G光、B光的各光束都在此成为大体平行的状态。而且，借助于第一变形透镜57、第二变形透镜58、集光透镜31的作用，能够如图9所示，使在偏光变换元件80的入射开口面成像的R光用LED元件1R、G光用LED元件1G、B光用LED元件1B的LED发光部21的光源像44’，与偏光变换元件80的入射开口42’大体相等，自各色光用LED元件1R、1G、1B的LED发光部21射出的光束不会过量不足地入射到偏光变换元件80的入射开口42’，所以能够实现高的效率。
在上述各实施例中，是使用透过型液晶面板作为图像显示元件，但并不限于此，例如也可以使用反射型液晶面板及DMD等作为图像显示元件。而且，图像显示装置也不限于投影型。同时，在上述实施例中，是在具有透镜作用的方向垂直的构成的情况下对变形光学系统进行的说明，但本发明并不限于此，变形光学系统也可以是具有透镜作用的方向为垂直方向以外的不同方向。
权利要求
1.一种图像显示装置，将来自光源侧的光照射到图像显示元件、基于图像信号形成光学像，其特征在于，该图像显示装置包括具有LED发光部的光源部；和变形光学系统，将形成所述LED发光部的光源像的光束截面的尺寸或形状，变换为与使对所述图像显示元件进行光照射的光学系统内的该光源像的光束通过的部分的开口相对应的尺寸或形状。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于所述光源部具有LED发光部以及将来自该LED发光部的光向既定方向反射的反射体。
3.一种图像显示装置，将来自光源侧的光照射到图像显示元件、基于图像信号形成光学像，其特征在于，该图像显示装置包括具有LED发光部的光源部；由多个微小透镜单元所构成、形成多个二次光源像的透镜阵列；和变形光学系统，将形成所述LED发光部的光源像的光束截面的尺寸或形状，变换为与所述透镜阵列以后的光学系统内的该光源像的光束通过的部分的开口对应的尺寸或形状，所述透镜阵列的焦距为fm1，形成所述变形光学系统的透镜的焦距为fc，所述光源像的光束通过的部分开口的尺寸为Sw，形成所述LED发光部的光源像的光束截面尺寸为St时，结构满足关系式fc＝fm1·St/Sw。
4.一种图像显示装置，将来自光源侧的光照射到图像显示元件、基于图像信号形成光学像，其特征在于，该图像显示装置包括具有LED发光部的光源部；将来自所述LED发光部的光加以集光的集光透镜；在光入射侧具有偏光合成机构、使来自所述集光透镜侧的光均匀化的光导管；和变形光学系统，将形成所述LED发光部的光源像的光束截面的尺寸或形状，变换为与所述光导管的该光源像的光束通过的部分的开口对应的尺寸或形状，所述集光透镜的焦距为fc1，形成所述变形光学系统的透镜的焦距为fc，所述光导管的光源像的光束通过的部分开口的尺寸为Sp，形成所述LED发光部的光源像的光束截面尺寸为St时，结构满足关系式fc＝fc1·St/Sp。
5.根据权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述变形光学系统由准直透镜构成。
6.根据权利要求3所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述变形光学系统是由准直透镜构成。
7.根据权利要求4所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述变形光学系统是由准直透镜构成。
8.根据权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述变形光学系统是由密封所述LED发光部的树脂透镜所构成。
9.根据权利要求3所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述变形光学系统是由密封所述LED发光部的树脂透镜所构成。
10.根据权利要求4所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述变形光学系统是由密封所述LED发光部的树脂透镜所构成。
11.根据权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述光源部是所述LED发光部发出大体为矩形截面的光束，所述变形光学系统是改变所述光束纵横比的结构。
12.根据权利要求3所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述光源部是所述LED发光部发出大体为矩形截面的光束，所述变形光学系统是改变所述光束纵横比的结构。
13.根据权利要求4所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述光源部是所述LED发光部发出大体为矩形截面的光束，所述变形光学系统是改变所述光束纵横比的结构。
14.根据权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述LED发光部是由发出红色光的红色LED发光部、发出绿色光的绿色LED发光部以及发出蓝色光的蓝色LED发光部所构成。
15.根据权利要求3所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述LED发光部是由发出红色光的红色LED发光部、发出绿色光的绿色LED发光部以及发出蓝色光的蓝色LED发光部所构成。
16.根据权利要求4所述的投影型图像显示装置，其特征在于所述LED发光部是由发出红色光的红色LED发光部、发出绿色光的绿色LED发光部以及发出蓝色光的蓝色LED发光部所构成。
全文摘要
本发明提供一种图像显示装置，由准直透镜等变形光学系统将形成所述LED发光部的光源像的光束截面的尺寸或形状，变换为与在到达图像显示元件的光学系统中通过所述光源像的光束的部分的开口对应的尺寸或形状，增加该开口的光束通过量。由此提供在图像显示装置中能够提高照明光学系统中光的利用率的技术。
文档编号G03B21/20GK1693986SQ20051006637
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年4月22日
发明者山崎太志, 谷津雅彦 申请人:株式会社日立制作所