专利名称：照明光学系统、投影型图像显示装置、图像显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及均匀照明图像显示元件的照明光学系统，以及利用此照明光学系统的图像显示光学系统及投影型图像显示装置。
背景技术：
近年来，一直追求提高投影显示图像的亮度的小型投影型图像显示装置。
在
图11中示出了现有的投影型图像显示装置的构成。在图11中，从光源部301射出的白色照明光由反射器302反射，通过菲涅耳透镜303，由反射镜M301反射，再通过菲涅耳透镜304，偏振光变换元件305及聚光透镜306等之后，入射到分色镜DM301。
入射到分色镜DM301的白色光之中的蓝色频带光受到反射，从绿色到红色频带光则通过。另外，作为光源，一般使用碘钨灯、超高压汞灯等。
由具有图12(A)所示的分光透射率的分色镜DM301反射的蓝色频带光通过负透镜307B，由反射镜M302将光路改变90度，经向场透镜(field lens)308B入射到图像显示元件309B，按照在图像显示元件309B上形成的液晶图像进行调制。
经过调制的蓝色频带光入射到分色棱镜310，由此分色棱镜310将其光路改变90度入射到投影透镜311。
另一方面，透过分色镜DM301的绿～红色频带光，通过负透镜307G，入射到具有图12(B)所示的分光透射率的分色镜DM302。根据图12(B)，由于分色镜DM302具有反射绿色频带光G的特性，在此处绿色频带光受到反射，其光路改变90度，经向场透镜308G入射到图像显示元件309G，按照在图像显示元件309G上形成的液晶图像进行调制。
经过调制的绿色频带光顺序入射到分色棱镜310及投影透镜311。
还有，透过分色镜DM302的红色频带光，通过负透镜307G，经过具有图12(C)所示的分光透射率的微调滤光器TR0，聚光透镜312，中继透镜313及向场透镜308R及反射镜M303，M304入射到图像显示元件309R，按照在图像显示元件309R上形成的液晶图像进行调制。
经过调制的红色频带光入射到分色棱镜310，由分色棱镜310将光路改变90度入射到投影透镜311。
这样，由分色棱镜310进行色合成的图像光由投影透镜311放大投射到屏幕等。
在上述投影型图像显示装置中，照明图像显示元件的光的强度大致均匀，其光强度的均匀区，与图像显示元件的显示区比较，更大(以下称此光强度均匀区为照明区)。这是因为由于反射镜的倾斜，透镜的偏心等会引起照明区的位置偏移，会因为透镜的曲率、透镜的间隔等引起照明区的缩小等而必须保持裕量。
但是，如裕量过大，就会在该程度上增加实际上没有投射到屏幕上的光，亮度会下降。因此，设置可使透镜上下左右移动，可对射镜倾斜进行调整的调整机构，可对照明区进行调整，尽可能减小照明区的裕量的大小。
然而，在如上所述的具有多个图像显示元件的投影型图像显示装置的场合，必须对各图像显示元件进行照明区位置偏移的调整。
比如，在图1所示的投影型图像显示装置中，就包括通过上下左右移动聚光透镜306调整绿色频带光的照明区的位置偏移的调整机构(步骤)，通过上下左右移动负透镜307调整蓝色频带光的照明区的位置偏移的调整机构(步骤)，以及通过上下左右移动中继透镜313调整红色频带光的照明区的位置偏移的调整机构(步骤)，并利用这些装置进行调整。
这样，如需要对各色光的照明区的调整机构，则会有装置大型化、组装效率低及成本提高的问题。
另外，在图13中，示出另一现有的投影型图像显示装置的构成。在此图中，从碘钨灯、金属卤化物灯或超高压汞灯等的光源部401射出的白色光束之中的一部分直接，其余部分经反射器402反射而入射到菲涅耳透镜403，404，分割为多个光束部分。于是，分割为多个光束部分的照明光束由PS变换元件使其偏振光方向一致，并且在利用聚光透镜406及向场透镜407等使光强度分布大致均匀之后，入射到LCD等图像显示元件408。
入射到图像显示元件408的光，藉助由入射信号形成图像的图像显示元件408进行调制，由投影透镜409投射到图中未示出的屏幕等。
此处，利用投影型图像显示装置投影显示的图像的亮度，在很大程度上依赖入射到图像显示元件408的照明光的入射角度和投影透镜409的Fno的均衡。
在示于图13的图像显示装置中，入射到图像显示元件408的照明光的入射角度大致由聚光透镜406的直径和从聚光透镜406到图像显示元件408的间隔间隔D决定。
如为使装置小型化而缩短间隔D，入射到图像显示元件408的照明光的入射角度变大，不能入射到投影透镜409的光瞳内的光束变多，其结果为投影图像的亮度下降。
为解决这一点，比如，有在日本专利特开2000-98488号公报及特开2000-241882公报中所提出的在聚光透镜406和图像显示元件408之间配置凹透镜的方法。
据此，可以不必加大照明光入射到图像显示元件408的入射角度而缩短聚光透镜和图像显示元件的间隔，可以在获得明亮的显示图像的同时，做到装置小型化。
然而，在像上述各公报中所提出的将聚光透镜变成双凹透镜的场合，如图14所示，在图像显示元件408上的照明区中容易产生外向彗形象差。
在此场合，由于像高最高的四角光量下降，要使图像显示元件上的光强均匀，就必须扩大照明区。所以，实际上存在未投影到屏幕上的光束增加，显示图像的亮度降低的问题。
发明概述本发明的目的在于提供一种小型并且可以用来获得明亮显示图像的照明光学系统、图像显示光学系统及投影型图像显示装置。
为达到上述目的，照明多个图像显示元件的本发明的照明光学系统包括色分解光学系统，上述色分解光学系统将上述光源发出的照明光分解为多个颜色的光；多个导光光学系统，上述各导光光学系统，将各色光分别导入与各色光相对应的上述图像显示元件。
其中，在上述多个导光光学系统中一个导光光学系统在上述图像显示元件上产生的光照射范围可以扩大为大于另一个导光光学系统在上述图像显示元件上产生的光照射范围。
另外，照明多个图像显示元件的本发明的照明光学系统包括色分解光学系统，上述色分解光学系统将上述光源发出的照明光分解为多个颜色的光；多个导光光学系统，上述各导光光学系统，将各色光分别导入与各色光相对应的上述图像显示元件。
其中，在上述多个导光光学系统中一个导光光学系统的焦距比其他导光光学系统的焦距长。
对于图像显示元件的光照射范围(照明区)较其他更广的色光或由焦距较其他更长的导光光学系统导向图像显示元件上的色光，因为光照射范围的裕量大小在一定程度上是大裕量，无须像其他色光那样设置光照射范围的调节机构。而且，由于只是对多个颜色的光中的一部分将照射范围的裕量设定为大裕量，与针对全部色光的光照射范围将裕量大小设定为大裕量的场合相比，可以抑制投影图像亮度的降低。
具体说，在多个颜色的光是红色光，绿色光和蓝色光的场合，一般可以使对亮度贡献最小的蓝色光的照射范围比其他的为宽或使蓝色光的导光光学系统的焦距比其他的为长。
图4为示出使用超高压汞灯时屏幕上的光谱的分布图，图5中示出XYZ色品图的光谱三刺激值中表示亮度的y(λ)值。在超高压汞灯的场合，蓝，绿，红的主波长分别在440，550，610nm附近。
从此波长的y(λ)值可见，蓝色光对亮度的贡献最小，最好将其作为照射范围大或导光光学系统的焦距长的色光。
另外，如以焦距长的导光光学系统的焦距为fl，以焦距短的导光光学系统的焦距为fs，则最好满足1＜fl/fs≤1.2 …(1)另外，照明图像显示元件的本发明的照明光学系统包括光束分割光学系统，上述光束分割光学系统将上述光源发出的照明光分割为多个光束部分；均匀化光学系统，上述均匀化光学系统，利用藉助光束分割光学系统分割的各光束部分对上述图像显示元件进行照射，使在上述图像显示元件上的光强度分布大致均匀。
其中，上述均匀化光学系统，具有至少一个正透镜和至少一个负透镜。另外，上述均匀化光学系统具有的透镜中最接近上述光束分割光学系统的透镜是正透镜。
此外，满足以下的条件-2≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1 …(2)其中，R1是上述正透镜中的上述光束分割光学系统一侧的面的曲率半径，R2是上述正透镜中的上述图像显示元件一侧的面的曲率半径。
另外，如超过(2)式的下限，很难进行球面像差的校正，会造成照明区模糊，屏幕等上面的图像亮度下降。
另外，照明图像显示元件的本发明的照明光学系统包括光束分割光学系统，上述光束分割光学系统将上述光源发出的照明光分割为多个光束部分；均匀化光学系统，上述均匀化光学系统，利用藉助上述光束分割光学系统分割的各光束部分对上述图像显示元件进行照射，使在上述图像显示元件上的光强度分布大致均匀。
其中，上述均匀化光学系统的构成使得在上述均匀化光学系统射出的照明上述图像显示元件的照明光中产生内向的彗形象差。
采用这种构成时，可以防止像高最高的四角光量下降。并且，也可以抑制图像显示元件上的照明区整体模糊以及引起与此相伴发生的显示图像的亮度降低的球面像差的发生。因此，即使不扩大图像显示元件上的照明区也可以使照明光强度均匀，可以在做到小型化的同时获得明亮的显示图像。
本发明的详细构成、上述目的及其他目的及特征通过以下的实施方式会很清楚。
附图简述图1为本发明实施方式的投影型图像显示装置的构成图。
图2(A)，(B)及(C)为示出在图1所示的投影型图像显示装置所使用的分色镜和微调滤光器的波长分光特性的曲线图。
图3(A)及(B)为图1所示的投影型图像显示装置的绿色频带光及绿色频带光的导光光学系统的展开图。
图4为示出使用超高压汞灯时屏幕上的光谱分布的曲线图。
图5为示出XYZ色品图的光谱三刺激值中的y(λ)值。
图6为本发明另一实施方式的投影型图像显示装置的光学系统的剖面图。
图7(A)，(B)及(C)为示出在图6所示的投影型图像显示装置所使用的分色镜和微调滤光器的波长分光透射率特性的曲线图。
图8为图6示出的投影型图像显示装置的绿色频带光的光路的聚光透镜起至图像显示元件的展开图。
图9为图6所示的投影型图像显示装置的数值实施例2的照明区的四角的光点分布图。
图10为图6所示的投影型图像显示装置的数值实施例3的照明区的四角的光点分布图。
图11为示出现有的投影型图像显示装置的构成图。
图12(A)，(B)及(C)为示出现有的投影型图像显示装置所使用的分色镜和微调滤光器的波长分光特性的曲线图。
图13为现有的投影型图像显示装置的光路展开图。
图14为示出在现有的投影型图像显示装置的照明光学系统中采用双凸聚光透镜的场合照明区的四角的光点分布图。
发明的实施方式下面参照附图对本发明的优选实施方式予以说明。
图1示出本发明实施方式的投影型图像显示装置的图像显示光学系统。另外，图2(A)，(B)及(C)示出上述投影型图像显示装置中所使用的分色镜DM1，DM2和微调滤光器TR的分光透射率。这些分光透射率是使用某一超高压汞灯的的场合的设计例。但是，这些数值，究竟只不过是一个例子，并不限于这些数值。就是说，根据光源的不同可以设定各种值。
在图1中，从光源1射出的白色照明光由反射器2反射，通过第1菲涅耳透镜3，由反射镜M1反射，再通过第2菲涅耳透镜4，偏振光变换元件5及聚光透镜6等之后，入射到分色镜(色分解光学系统)DM1。
照明光束由菲涅耳透镜3，4(光束分割光学系统)分割为多个光束部分。于是，在由偏振光变换元件5统一偏振光方向的同时，由聚光透镜6将其变成为大致平行光。
入射到具有图2(A)示出的分光透射率的分色镜DM1的白色光之中的蓝色频带光受到反射，从绿至红色频带光可透射。
分色镜DM1反射的蓝色频带光通过负透镜7B，由反射镜M2改变光路，经向场透镜8B入射到液晶显示元件(图像显示元件)9B。
此时，通过聚光透镜6，负透镜7B及向场透镜8B(由这些元件构成均匀化光学系统，其他频带光的光路也是这样)各个的光学作用，蓝色频带光以大致均匀的光强度分布照射到图像显示元件9B上的规定照明区。
图像显示元件9B，由图中未示出的图像信息提供装置(个人计算机、及电视机、视频播放机、DVD播放机等)提供的图像信息驱动，对入射到此处的蓝色频带光进行调制。
经过调制的蓝色频带光入射到分色棱镜10，由分色棱镜10将光路改变入射到投影透镜11。
此处的分色棱镜10是将形状不同的4个棱镜分别以粘合剂粘合，其间设置有波长选择反射(分色)层的所谓4P棱镜。另外，也可以使用将三角柱状的4个棱镜分别用粘合剂粘合，波长选择反射(分色)层为大致十字状构成的所谓正交分色棱镜，也可使用将形状不同的3个棱镜分别以粘合剂粘合而构成的所谓3P棱镜。
另一方面，透过分色镜DM1的绿～红色频带光，通过焦距比负透镜7B短的负透镜7G，入射到具有图2(B)所示的分光透射率的分色镜(色分解光学系统)DM2。
由图2(B)可见，由于分色镜DM2具有反射绿色频带光G的特性，在此处绿色频带光受到反射，其光路改变，经向场透镜8G入射到液晶显示元件(图像显示元件)9G。
此时，通过聚光透镜6，负透镜7G及向场透镜8G各个的光学作用，绿色频带光以大致均匀的光强度分布照射到图像显示元件9B上的规定照明区。
液晶显示元件9G，由图像信息提供装置提供的图像信息驱动对入射到此处的绿色频带光进行调制。
经过调制的绿色频带光顺序入射到分色棱镜10及投影透镜11。
还有，透过分色镜DM2的红色频带光，经过具有图2(C)所示的分光透射率的微调滤光器TR，凹面反射镜M3，M4，M5入射到液晶显示元件(图像显示元件)9R。
此时，通过聚光透镜6及凹面反射镜M3，M4，M5各个的光学作用，红色频带光以大致均匀的光强度分布照射到图像显示元件9R上的规定照明区。
液晶显示元件9R，由图像信息提供装置提供的图像信息驱动对入射到此处的红色频带光进行调制。
经过调制的红色频带光入射到分色棱镜10，由分色棱镜10将光路改变入射到投影透镜11。
这样，由分色棱镜10进行色合成的各色频带光由投影透镜11放大投射到图中未示出的屏幕。
以上说明的图像显示光学系统中的光源部1～向场透镜8G，8B以及凹面反射镜M5为照明光学系统。
另外，在本实施方式中，说明的是红色频带光的光路长度比其他的长，其中使用3个凹面反射镜的场合，但反射镜的个数和形状不限定于此，也可以使用包含凸面镜，平面反射镜的系统。另外，也可以使用现有的透镜和反射镜的组合系统。
此外，在本实施方式中，使用的液晶元件是3个，其个数也不限定于此数。
在图3中，示出绿色频带光及绿色频带光的光路的从聚光透镜6到负透镜7G，7B以及向场透镜8G，8B，再到液晶显示元件9G，9B的导光光学系统的展开图。
下面，在数字实施例1中示出以各透镜的光学面的曲率半径为r，透镜间隔为d，各透镜的折射率为n，阿贝数为ν时的各数值。
(数值实施例1)(绿色频带光)f＝137.1 fno＝12.5 2ω＝7.4°r1＝49.715 d1＝8.45n1＝1.713ν1＝53.87r2＝319.65 d2＝51.4r3＝-27.165 d3＝1.30n2＝1.516ν2＝64.14r4＝226.60 d4＝33.15r5＝36.474 d5＝3.6 n3＝1.516ν3＝64.14r6＝∞ d6＝6r7＝∞(蓝色频带光)f＝146.6 fno＝12.7 2ω＝7.4°r1＝49.715d1＝8.45 n1＝1.713 ν1＝53.87r2＝319.65d2＝51.4r3＝-31.771 d3＝1.30 n2＝1.583 ν2＝59.38r4＝97.429d4＝33.15r5＝36.474d5＝3.6 n3＝1.516 ν3＝64.14r6＝∞d6＝6r7＝∞另外，此处没有记载，红色频带光的导光光学系统的焦距大致等于绿色频带光的导光光学系统的焦距。就是说，蓝色频带光的导光光学系统的焦距是3个频带光的导光光学系统的焦距中最长的。
于是，在本数值实施例中，如设绿色频带光的焦距为fC(＝fs)，蓝色频带光的导光光学系统的焦距为fB(＝fl)，则fB/fC＝1.07＜1.2满足上述条件式(1)。
在超出上述条件式时，如fl/fs＞1.2，则该色光的照射范围与其他色光的照射范围相比大得过度，投射的该色光的光量减少得过度，恐怕显示不出来适宜的图像色。比如，蓝色光的光量减少得过度，则在显示白色之际会变为偏向黄色。
本实施例的投影型图像显示装置中具有用图中未示出的驱动机构驱动在光源和各频带光之间配置的聚光透镜(第1光学元件)6，调整绿色频带光的图像显示元件9G上的照明区的第1调整机构(在图3中该驱动方向以箭头A示出)；和用图中未示出的驱动机构驱动凹面反射镜M3，M4，M5中的至少一个(第2光学元件)，调整红色频带光的图像显示元件9G上的照明区的第2调整机构(在图3中该驱动方向以箭头B示出)，利用这些装置对各色的照明区进行调整。
上述的第1调整机构驱动聚光透镜6的方向、第2调整机构驱动反射镜M3，M4，M5中的至少一个的方向，优选为与光轴垂直的方向。但是，第1和第2调整机构在光轴方向上驱动聚光透镜、反射镜等的光学元件也是可以的，还可以构成为相对于光轴倾斜。
如图3所示，关于由焦距比其他更长的导光光学系统导向液晶显示元件9B上的蓝色频带光，因为导向液晶显示元件9B上的光照射范围(光照区)比其他的广，光照射范围的裕量大小在一定程度上大于其他频带光的照射范围。
因此，在蓝色频带光的光路中，不需要像其他频带光的光路那样设置光照射范围的调节机构。就是说，现有的投影型图像显示装置或照明光学系统，对于所有3色频带光都具有可以分别独立地调整图像显示元件上的照明区的调整机构，但在本实施例中，由于不需要对蓝色频带光进行调整，只需要对绿色频带光和红色频带光两色频带光在图像显示元件上的照明区调整，所以与现有的装置相比，存在调整照明区的调整机构可以减少的优点。
因此，与现有的投影型图像显示装置相比，这一投影型图像显示装置可小型化，组装用工序少，并且成本低。另外，此处所说的可以独立地进行调整，是对最终的调整结果独立，即使是在调整过程中与其他频带光的照明区连动而照明区发生改变，如最终可以独立调整，也可以将其看作可以独立调整。
而且，由于在三个频带光中，只对不太明亮的蓝色频带光设定为其照射范围的裕量大，与把三个频带光全部的照射范围的裕量设定为大的场合相比，可以抑制投影图像的亮度的降低。
另外，在本实施例中说明了只有蓝色频带光的图像显示元件上的照明区域比其它颜色的照明区域大，但当然并不仅限于此。也可以构成为具有通过使蓝色频带光和红色频带光的图像显示元件上的照明区域比绿色频带光的图像显示元件上的照明区域大，调整绿色频带光的图像显示元件上的照明区域的调整机构。
另外，上述实施例中，绿色频带光的导光光学系统的焦距和蓝色频带光的导光光学系统的焦距，因使用了焦距不同的凹透镜(负透镜)而不同，但并不仅限于此，例如，也可以构成为改变透镜间隔，使反射镜M2成为曲面镜，而使焦距不同。
本实施例的投影型图像显示装置还可适用于，根据由未图示的图像信息提供装置(个人计算机、电视机、视频播放机、DVD播放机等)提供的图像信息驱动图像显示元件，显示或投影显示图像的图像显示系统。
如上所述，根据本实施例，由于照到图像显示元件的光照射范围(照射区)比其它更大的色光、或通过焦距比其它更长的导光光学系统导到图像显示元件上的色光，其光照射范围的裕量部分大，没必要设置其它光的这种光照射范围的调整机构。因此，可以实现图像显示装置的小型化、组装工序的减少和低成本化。
而且，由于只是对多个颜色的光中的一部分将其照射范围的裕量设定为大裕量，因此，与针对全部色光的光照射范围将裕量大小设定为大裕量的场合相比，可以抑制投影图像的亮度降低。所以，可以在获得明亮的显示图像的同时，做到装置的小型化。
在图6中，示出本发明另一实施方式的投影型图像显示装置的图像显示光学系统的构成，在图7(A)，(B)及(C)中，示出在上述投影型图像显示装置中所使用的分色镜DM101，DM102以及微调滤光器TR的波长分光透射率。这些分光透射率是使用超高压汞灯的的设计例。
但是，这些数值，究竟只不过是一个例子，本发明的投影型图像显示装置中所使用的分色镜和微调滤光器并不限定于这些数值。比如，根据光源的不同可以设定种种的值。
在图6中，从光源部101射出的白色光束之中的一部分直接，其余部分经反射器102反射而通过菲涅耳透镜103，由反射镜M1反射后，再通过菲涅耳透镜104，偏振光变换元件105及聚光透镜106。一般使用碘钨灯，金属卤化物灯或超高压汞灯作光源部。
另外，第1及第2菲涅耳透镜103，104(光束分割装置)，将从101发出的白色照明光的光束分割为多个光束部分。于是，这些光束部分，在由偏振光变换元件105统一成偏振光方向的同时，由聚光透镜(正透镜)106将其变成为大致平行光，以大致均匀的光强度分布对后述的液晶显示元件进行照明。就是说，由偏振光变换元件105及聚光透镜106组成均匀化光学系统。
从聚光透镜106射出的白色照明光的蓝色频带光，被第一分色镜DM101反射，透过从绿到红色的频带光。
由具有图7(A)所示的分光透射率的第一分色镜DM101反射的蓝色频带光通过负透镜107a，由反射镜M102改变光路，经向场透镜(正透镜)108B入射到蓝色用的液晶显示元件109B。
此时，通过聚光透镜106，负透镜107a及向场透镜108B各个的光学作用，蓝色频带光以大致均匀的光强度分布照射到图像显示元件109B上的规定照明区。
液晶显示元件109B，由图中未示出的驱动电路发出的信号进行驱动，形成液晶图像，对入射的蓝色频带光进行调制。另外，驱动电路，将从图中未示出的个人计算机、视频播放机、电视机、DVD播放机等图像信息提供装置输入的与图像信息相应的驱动信号输入到图像显示元件109B。
经过调制的蓝色频带光入射到分色棱镜110，在此分色棱镜110内将光路改变入射到投影透镜111。
此处，分色棱镜(色合成光学系统)110是将4个棱镜型元件组合形成一体，在规定的棱镜型元件间设置分光透射率不同的分色膜而形成的。
另一方面，透过第一分色镜DM101的绿～红色频带光，通过负透镜107b，入射到具有图7(B)所示的分光透射率的第二分色镜(色分解光学系统)DM102。由图7(B)可见，由于第二分色镜DM102具有反射绿色频带光G的特性，在此处绿色频带光受到反射，其光路改变，经向场透镜108G入射到液晶显示元件(图像显示元件)109G。
此时，通过聚光透镜106，负透镜107b及向场透镜108G各个的光学作用，绿色频带光以大致均匀的光强度分布照射到图像显示元件109G上的规定照明区。
图像显示元件109G，由图中未示出的驱动电路发出的信号进行驱动，形成液晶图像，对入射的绿色频带光进行调制。另外，驱动电路，将从上述图像信息提供装置输入的与图像信息相应的驱动信号输入到图像显示元件109G。
经过调制的绿色频带光入射到分色棱镜110，在该分色棱镜110中将光路改变入射到投影透镜111。
还有，透过第2分色镜DM102的红色频带光，经过具有图7(C)所示的分光透射率的微调滤光器TR、凹面反射镜M103、M104、M105入射到红色用图像显示元件109R。
此时，通过聚光透镜106及凹面反射镜M103～M105各个的光学作用，红色频带光以大致均匀的光强度分布照射到图像显示元件109R上的规定照明区。
图像显示元件109R，由图中未示出的驱动电路发出的信号进行驱动，形成液晶图像，对入射的红色频带光进行调制。另外，驱动电路，将从上述图像信息提供装置输入的与图像信息相应的驱动信号输入到图像显示元件109R。
经过调制的红色频带光入射到分色棱镜110，由分色棱镜110将光路改变入射到投影透镜111。
这样，入射到分色棱镜110的蓝、绿及红色频带光，在分色棱镜110内改变光路的同时进行色合成，此经过色合成的彩色图像光由投影透镜111放大投射到图中未示出的屏幕。由此，可显示彩色图像。
在图8中示出在主要左右显示图像的亮度的绿色频带光的照明光路中，从最接近菲涅耳透镜103，104的聚光透镜106起到图像显示元件109G的图像显示面为止的展开图。
另外，在以下示出的数值实施例2中，示出从聚光透镜106的入射面起一直到图像显示元件109G的图像显示面为止的第i个的面的曲率半径ri，间隔(空气换算值)di，各光学要素的材料的折射率ni及阿贝数为νi。另外，f是焦距，fno是F数，ω是半像角。
(数值实施例2)f＝137.20 fno＝12.5 2ω＝7.4°r1＝49.748 d1＝8.45n1＝1.713 ν1＝53.87r2＝319.65 d2＝51.4r3＝-27.165 d3＝1.30n2＝1.516 ν2＝64.14r4＝226.60 d4＝33.15r5＝36.474 d5＝3.6 n3＝1.516 ν3＝64.14r6＝∞ d6＝6r7＝∞在本数值实施例2中，如聚光透镜106的形状为光源部101一侧的表面的曲率半径为R1，图像显示元件109G一侧的表面的曲率半径为R2时，则(R1+R2)/(R1-R2)＝(49.748+319.65)/(49.748-319.65)＝-1.37可满足上述(2)式。
通过满足上述式(2)，可以抑制在图像显示元件上的照明光的外向彗形像差的发生，可防止在像高最高的四角的光量的下降。并且，也可以抑制图像显示元件上的照明区整体模糊以及引起与此相伴发生的显示图像的亮度降低的球面像差的发生。因此，即使不扩大图像显示元件上的照明区也可以使照明光强度均匀，可以在做到小型化的同时获得明亮的显示图像。
另外，上述式(2)，示出最接近用来将从光源射出的光束分割为多个光束部分的光束分割装置配置的正透镜(比如聚光透镜)的形状，如超过(2)式的上限，由于在图像显示元件上容易产生彗形像差，在像高最高的四角的光量的下降显著，要使图像显示元件上的光强度均匀化，必须扩大照明区。因此，实际上，没有投射到屏幕上的光增加，显示图像的亮度会下降。
在图9中示出上述数值实施例2图像显示元件109G上的照明区的四角的光点分布(光强度分布)。从此图9可见，可抑制在照明区的四角处发生外向彗形像差。此处，如构成使得在照明区的四角处发生内向的彗形像差则没什么关系。
因此，即使不扩大图像显示元件109G上的照明区也可以使照射的照明光(绿色频带光)强度均匀，可以防止显示图像的亮度降低。
此处，通过扩大109R，109G，109B中的1个(或2个)图像显示元件的光照射范围，也可以达到结构简单的均匀照明。另外，也可以采用可使条件式(1)满足的构成。
下面示出与数值实施例2透镜配置相同但焦距不同的数值实施例3。
(数值实施例3)f＝120.07fno＝12.2 2ω＝8.4°r1＝50.966 d1＝8.45n1＝1.713 ν1＝53.87r2＝263.51 d2＝51.4r3＝-38.020 d3＝1.30n2＝1.516 ν2＝64.14
r4＝∞ d4＝33.15r5＝37.86 d5＝3.6n3＝1.516 ν3＝64.14r6＝∞ d6＝6r7＝∞在本数值实施例3中，如聚光透镜106的形状为光源部101一侧的表面的曲率半径为R1，图像显示元件109G一侧的表面的曲率半径为R2时，则(R1+R2)/(R1-R2)＝(50.966+263.51)/(50.966-263.51)＝-1.48可满足上述(2)式。
在图10中，示出上述数值实施例3中的图像显示元件109G上的照明区的四角的光点分布(光强度分布)。从此图10可见，可抑制在照明区的四角处发生外向彗形像差。此处，如构成使得在照明区的四角处发生内向的彗形像差则没什么关系。
因此，即使不扩大图像显示元件109G上的照明区也可以使照射的照明光(绿色频带光)强度均匀，可以防止显示图像的亮度降低。
此处，通过扩大109R，109G，109B中的1个(或2个)图像显示元件的光照射范围，也可以达到结构简单的均匀照明。另外，也可以采用可使条件式(1)满足的构成。
另外，在本实施方式中，说明的是红色频带光的光路长度比其他的长，其中使用3个凹面反射镜的场合，但在本发明的图像显示装置中反射镜的个数和形状不限定于此，也可以使用包含凸面镜及平面反射镜的系统。另外，也可以使用透镜和反射镜的组合系统。
此外，在本实施方式中，说明的是图像显示元件使用的是3色用所谓的3板式图像显示装置，但本发明的图像显示装置的图像显示元件的个数也不限定于此数，比如，只使用1个图像显示元件的单板式的图像显示装置也可应用本发明。
另外，在本实施方式中，说明的是采用4P棱镜作为分色棱镜的场合，但也可以采用3P棱镜及正交分色棱镜。
如上所述，根据本实施方式，通过满足上述式(2)，可以抑制在图像显示元件上的照明光的外向彗形像差的发生，可防止在像高最高的四角的光量的下降。并且，即使是图像显示元件上的照明光发生内向彗形像差，也可以防止图像显示元件的四角光量降低。
并且，也可以抑制图像显示元件上的照明区整体模糊以及引起与此相伴发生的显示图像的亮度降低的球面像差的发生。
因此，即使不扩大图像显示元件上的照明区也可以使照明光强度均匀，可以在做到小型化的同时获得明亮的显示图像。
以上是对本方面的优选实施例进行的说明，但在权利要求中记载的发明范围内可能实施改进和改型。
权利要求
1.一种照明多个图像显示元件的照明光学系统，其中包括色分解光学系统，上述色分解光学系统将上述光源发出的照明光分解为多个颜色的光；以及多个导光光学系统，上述各导光光学系统将利用上述色分解光学系统分解的各色光分别导入与各色光相对应的上述图像显示元件；其中，上述多个导光光学系统中的一个导光光学系统在上述图像显示元件上产生的光照射范围比其他导光光学系统在上述图像显示元件上产生的光照射范围更广。
2.如权利要求1中记载的照明光学系统，其中具有红色光、绿色光和蓝色光作为上述多个颜色的光，其中，蓝色光用的导光光学系统在上述图像显示元件上的光照射范围比红色光用的及绿色光用的导光光学系统在上述图像显示元件上的光照射范围更广。
3.如权利要求1中记载的照明光学系统，其中满足以下的条件，即1＜fl/fs≤1.2，其中，fl为上述多个导光光学系统中焦距最长的导光光学系统的焦距，fs为上述多个导光光学系统中焦距最短的导光光学系统的焦距。
4.如权利要求1中记载的照明光学系统，其中上述多个导光光学系统中至少有2个导光光学系统具有负透镜，其中，具有上述负透镜的导光光学系统中的至少一个导光光学系统的负透镜的焦距比其他导光光学系统的焦距更长。
5.如权利要求1中记载的照明光学系统，其中上述导光光学系统中至少有2个导光光学系统具有负透镜，其中，具有上述负透镜的导光光学系统中的至少一个导光光学系统的透镜间隔不同于其他导光光学系统的透镜间隔。
6.如权利要求1中记载的照明光学系统，其中还包括第1光学元件，上述第1光学元件配置在光源和上述多个导光光学系统之间；第1调整机构，上述第1调整机构通过使上述第1光学元件移动来调整经上述各导光光学系统所照明的图像显示元件上的光照射范围。
7.如权利要求1中记载的照明光学系统，其中还包括第2光学元件，上述第2光学元件是作为上述多个导光光学系统中光路长度最长的导光光学系统所专用的光学元件而设置的；第2调整机构，上述第2调整机构通过使上述第2光学元件移动来调整经上述光路长度最长的导光光学系统所照明的图像显示元件上的光照射范围。
8.一种投影型图像显示装置，其中包括如权利要求1的照明光学系统，上述照明光学系统分别以相对应的色光照明上述多个图像显示元件；色合成光学系统，上述色合成光学系统将经上述多个图像显示元件调制的上述多个颜色的光合成；以及投影光学系统，上述投影光学系统将经上述色合成光学系统合成的上述多个颜色的光投射到被照射面。
9.一种图像显示系统，其中包括如权利要求8的投影型图像显示装置；以及图像信息提供装置，上述图像信息提供装置向上述投影型图像显示装置提供使上述图像显示元件显示原图像的图像信息。
10.一种照明多个图像显示元件的照明光学系统，其中包括色分解光学系统，上述色分解光学系统将上述光源发出的照明光分解为多个颜色的光；以及多个导光光学系统，上述各导光光学系统将利用上述色分解光学系统分解的各色光分别导入与各色光相对应的上述图像显示元件，其中，上述多个导光光学系统中的至少一个导光光学系统的焦距比其他导光光学系统的焦距长。
11.如权利要求10中记载的照明光学系统，其中具有红色光、绿色光和蓝色光作为上述多个颜色的光，其中，蓝色光用的导光光学系统的焦距比红色光用的及绿色光用的导光光学系统的焦距更长。
12.如权利要求10中记载的照明光学系统，其中其中焦距比其他导光光学系统的焦距长的至少一个导光光学系统产生的在上述图像显示元件上的光照射范围比上述其他导光光学系统产生的在上述图像显示元件上的光照射范围更广。
13.如权利要求10中记载的照明光学系统，其中满足以下的条件，即1＜fl/fs≤1.2，其中，fl为上述多个导光光学系统中焦距最长的导光光学系统的焦距，fs为上述多个导光光学系统中焦距最短的导光光学系统的焦距。
14.如权利要求10中记载的照明光学系统，其中上述多个导光光学系统中至少有2个导光光学系统具有负透镜，其中，具有上述负透镜的导光光学系统中的至少一个导光光学系统的负透镜的焦距比其他导光光学系统的焦距更长。
15.如权利要求10中记载的照明光学系统，其中上述多个导光光学系统中至少有2个导光光学系统具有负透镜，其中，具有上述负透镜的导光光学系统中的至少一个导光光学系统的透镜间隔不同于其他导光光学系统的透镜间隔。
16.如权利要求10中记载的照明光学系统，其中还包括第1光学元件，上述第1光学元件配置在光源和上述多个导光光学系统之间；以及第1调整机构，上述第1调整机构通过使上述第1光学元件移动来调整经上述各导光光学系统所照明的图像显示元件上的光照射范围。
17.如权利要求10中记载的照明光学系统，其中还包括第2光学元件，上述第2光学元件是作为上述多个导光光学系统中光路长度最长的导光光学系统所专用的光学元件设置的；第2调整机构，上述第2调整机构通过使上述第2光学元件移动来调整经上述光路长度最长的导光光学系统所照明的图像显示元件上的光照射范围。
18.一种投影型图像显示装置，其中包括如权利要求10的照明光学系统，上述照明光学系统分别以相对应的色光照明上述多个图像显示元件；色合成光学系统，上述色合成光学系统将经上述多个图像显示元件调制的上述多个颜色的光合成；以及投影光学系统，上述投影光学系统将经上述色合成光学系统合成的上述多个颜色的光投射到被照射面。
19.一种图像显示系统，其中包括如权利要求18的投影型图像显示装置；以及图像信息提供装置，上述图像信息提供装置向上述投影型图像显示装置提供使上述图像显示元件显示原图像的图像信息。
20.一种照明多个图像显示元件的照明光学系统，其中包括光束分割光学系统，上述光束分割光学系统将上述光源发出的照明光分割为多个光束部分；以及均匀化光学系统，上述均匀化光学系统，利用藉助上述光束分割光学系统分割的各光束部分对上述图像显示元件进行照射，使在上述图像显示元件上的光强度分布大致均匀；其中，上述均匀化光学系统，具有至少一个正透镜和至少一个负透镜；上述均匀化光学系统具有的透镜中最接近上述光束分割光学系统的透镜是正透镜；且满足以下的条件-2≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1其中，R1是上述正透镜中的上述光束分割光学系统一侧的面的曲率半径，R2是上述正透镜中的上述图像显示元件一侧的面的曲率半径。
21.如权利要求20中记载的照明光学系统，其中上述均匀化光学系统具有两个正透镜和一个负透镜。
22.如权利要求20中记载的照明光学系统，其中上述均匀化光学系统从上述光束分割光学系统一侧起依次具有正透镜、负透镜、正透镜。
23.如权利要求20中记载的照明光学系统，其中上述均匀化光学系统构成为上述图像显示元件上的照明光中产生内向彗形像差。
24.一种投影型图像显示装置，其中包括如权利要求20的照明光学系统；色分解光学系统，上述色分解光学系统将上述光源发出的照明光分解为多个颜色的光并以上述多个颜色的光分别照射上述多个图像显示元件；色合成光学系统，上述色合成光学系统将经上述多个图像显示元件调制的上述多个颜色的光合成；以及投影光学系统，上述投影光学系统将经上述色合成光学系统合成的上述多个颜色的光投射到被照射面。
25.一种图像显示系统，其中包括如权利要求24的投影型图像显示装置；以及图像信息提供装置，上述图像信息提供装置向上述投影型图像显示装置提供使上述图像显示元件显示原图像的图像信息。
26.一种照明图像显示元件的照明光学系统，其中包括光束分割光学系统，上述光束分割光学系统将光源发出的照明光分割为多个光束部分；以及均匀化光学系统，上述均匀化光学系统，利用藉助上述光束分割光学系统分割的各光束部分对上述图像显示元件进行照射，使在上述图像显示元件上的光强度分布大致均匀；其中，上述均匀化光学系统构成为在上述均匀化光学系统射出的照明上述图像显示元件的照明光中产生内向彗形像差。
27.如权利要求26中记载的照明光学系统，其中上述均匀化光学系统具有至少一个具有正的折射率的光学元件和至少一个具有负的折射率的光学元件。
28.如权利要求26中记载的照明光学系统，其中上述均匀化光学系统具有两个具有正的折射率的光学元件和一个具有负的折射率的光学元件。
29.如权利要求26中记载的照明光学系统，其中上述均匀化光学系统从上述光束分割光学系统一侧起依次具有，有正折射率的光学元件、有负的折射率的光学元件、有正折射率的光学元件。
30.一种投影型图像显示装置，其中包括如权利要求26的照明光学系统；色分解光学系统，上述色分解光学系统将上述光源发出的照明光分解为多个颜色的光并以上述多个颜色的光分别照射上述多个图像显示元件；色合成光学系统，上述色合成光学系统将经上述多个图像显示元件调制的上述多个颜色的光合成；以及投影光学系统，上述投影光学系统将经上述色合成光学系统合成的上述多个颜色的光投射到被照射面。
31.一种图像显示系统，其中包括如权利要求30的投影型图像显示装置；以及图像信息提供装置，上述图像信息提供装置向上述投影型图像显示装置提供使上述图像显示元件显示原图像的图像信息。
全文摘要
一种照明多个图像显示元件的照明光学系统，包括色分解光学系统，上述色分解光学系统将光源发出的照明光分解为多个颜色的光；和多个导光光学系统，上述各导光光学系统将利用上述色分解光学系统分解的各色光分别导入与各色光相对应的上述图像显示元件。其中，上述多个导光光学系统中的一个导光光学系统在上述图像显示元件上产生的光照射范围比其他导光光学系统在上述图像显示元件上产生的光照射范围更广。由此，可在小型化的同时获得明亮的显示图像。
文档编号H04N9/31GK1402082SQ0212856
公开日2003年3月12日 申请日期2002年8月9日 优先权日2001年8月10日
发明者児玉浩幸, 奥山敦 申请人:佳能株式会社