[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN102866500A - 照明光学系统和图像显示设备 - Google Patents

照明光学系统和图像显示设备 Download PDF

Info

Publication number
CN102866500A
CN102866500A CN201210229628XA CN201210229628A CN102866500A CN 102866500 A CN102866500 A CN 102866500A CN 201210229628X A CN201210229628X A CN 201210229628XA CN 201210229628 A CN201210229628 A CN 201210229628A CN 102866500 A CN102866500 A CN 102866500A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical system
lens
light source
light
laser array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201210229628XA
Other languages
English (en)
Inventor
竹津伊织
喜田晃二
大野智辉
喜多哲也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN102866500A publication Critical patent/CN102866500A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G02B19/0057—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode in the form of a laser diode array, e.g. laser diode bar
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

本发明提供了照明光学系统和图像显示设备。照明光学系统包括：二维激光阵列光源，其包括以二维阵列布置在平面上的多个激光光源；集成器光学系统，其被配置为将入射光重叠并将光向照射表面发射；多个第一透镜，其与所述平面平行，并被配置为在限制二维阵列的第一轴线方向上的发散角的同时将来自二维激光阵列光源的光束沿着第一轴线方向重叠，并将光束向集成器光学系统发射；多个第二透镜，其布置在第一透镜的后方，并被配置为在限制与第一轴线方向正交的第二轴线方向上的发散角的同时将来自二维激光阵列光源的光束沿着第二轴线方向重叠，并将光束向集成器光学系统发射。

Description

照明光学系统和图像显示设备
技术领域
本发明涉及照明光学系统和图像显示设备。
背景技术
前投式投影仪(投影设备)是一种图像显示设备。前投式投影仪包括用作光源的放电灯，以及用作光调制装置的反射式液晶显示装置、透射式液晶装置或数字微镜装置(DMD)。在这些装置和光学系统中已经进行了各种改善。
最近，已经提出使用激光器作为图像显示设备的新光源。激光束从显著较小的发射区域发射。光束的亮度在中心最高并朝向发射区域的周界迅速降低，带来了基本为高斯分布的亮度分布。因此，来自包括激光装置作为光源的照明光学系统的光仅在使亮度均匀的情况下才可以用作具有均匀分布的照明。已经提出了这样的照明光学系统(例如，参照日本未经审查的专利申请公开第2006-5015号和第2009-192789号)。
发明内容
所提出的照明光学系统是一维激光阵列光源，并且其缺点在于，由于为产生大量光增大了装置的数量而导致其尺寸增大。
考虑到这样的情况构思了本技术，本技术提供了照明光学系统和具有照明光学系统的图像显示设备，照明光学系统即使在所包含的装置(即，光源)的数量增大时仍然尺寸较小。
为了解决上述问题，照明光学系统包括二维激光阵列光源、集成器光学系统、多个第一透镜以及多个第二透镜。二维激光阵列光源包括以二维阵列布置在平面上的多个激光光源。集成器光学系统被配置为将入射光重叠并将光向照射表面发射。多个第一透镜被布置为与所述平面平行，并被配置为在限制所述二维阵列的第一轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第一轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射。多个第二透镜布置在所述第一透镜的后方，并被配置为在限制与所述第一轴线方向正交的第二轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第二轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射。
为了解决上述问题，图像显示设备包括光调制装置、二维激光阵列光源、集成器光学系统、多个第一透镜以及多个第二透镜。二维激光阵列光源包括以二维阵列布置在平面上的多个激光光源。集成器光学系统被配置为将入射光重叠并将光向光调制装置发射。多个第一透镜被布置为与所述平面平行，并被配置为在限制所述二维阵列的第一轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第一轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射。多个第二透镜被布置在所述第一透镜的后方，并被配置为在限制与所述第一轴线方向正交的第二轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第二轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射。
上述照明光学系统和图像显示设备即使对于作为光源的装置的数量增大的情况也具有较小的照明光学系统。
附图说明
图1图示了根据第一实施例的图像显示设备的示例构造；
图2图示了在第一平面上投影得到的根据第一实施例的照明光学系统的示例构造；
图3图示了在第二平面上投影得到的根据第一实施例的照明光学系统的示例构造；
图4图示了在第一平面上投影得到的根据第一实施例的二维激光阵列光源的示例构造；
图5图示了在第二平面上投影得到的从根据第一实施例的二维激光阵列光源发射的光；
图6图示了在第一平面上投影得到的入射在根据第一实施例的照明光学系统的集成器光学系统上和从集成器光学系统出射的光之间的关系；
图7图示了在第二平面上投影得到的入射在根据第一实施例的照明光学系统的集成器光学系统上和从集成器光学系统出射的光之间的关系；
图8图示了从根据第一实施例的照明光学系统发射的光束入射在入射表面上的亮度分布；
图9图示了在第一平面上投影得到的根据第二实施例的照明光学系统的示例构造；
图10图示了在第二平面上投影得到的根据第二实施例的照明光学系统的示例构造；并且
图11图示了在第一平面上投影得到的根据第三实施例的照明光学系统的示例构造。
具体实施方式
以下将参照附图详细说明本技术的实施例。
第一实施例
以下将参照图1概要地说明根据第一实施例的图像显示设备。
图像显示设备1输出将红色、绿色和蓝色(RGB)的光调制图像进行合成得到的图像用于显示。图像显示设备1例如是投影设备，比如前投式投影仪或背投式投影仪。
图像显示设备1包括照明光学系统10R、10G和10B，反射偏振元件2R、2G和2B，光调制装置3R、3G和3B，色彩合成棱镜4(合成光学系统)以及投影透镜5(投影光学系统)。
照明光学系统10R、10G和10B是分别具有与色彩R、G和B对应的二维激光阵列光源的照明光学系统。例如，照明光学系统10R具有与红色对应的二维激光阵列光源。照明光学系统10G具有与绿色对应的二维激光阵列光源。照明光学系统10B具有与蓝色对应的二维激光阵列光源。
在照明光学系统10R中，从二维激光阵列光源发射的光(L1)被转化为具有均匀亮度分布的光并入射在作为照射表面的光调制装置3R上。在照明光学系统10G中，从二维激光阵列光源发射的光(L2)被转化为具有均匀亮度分布的光并入射在作为照射表面的光调制装置3G上。在照明光学系统10B中，从二维激光阵列光源发射的光(L3)被转化为具有均匀亮度分布的光并入射在作为照射表面的光调制装置3B上。
来自照明光学系统10R、10G和10B的RGB光束在对应的反射式偏振元件2R、2G和2B处反射并入射在对应的光调制装置3R、3G和3B上。光调制装置3R、3G和3B分别对RGB光束进行光调制并反射。
在对应的光调制装置3R、3G和3B处得到光调制的RGB光束在光学补偿装置(未示出)得到光学补偿(相位调制程度的微控制)，然而入射对应的反射偏振元件2R、2G和2B。取决于光调制程度，入射在反射偏振元件2R、2G和2B上的RGB光束的一部分透射到色彩合成棱镜4，其他部分被反射并返回到对应的照明光学系统10R、10G和10B。
色彩合成棱镜4使绿色波带的入射光透射并使红色和蓝色波带的入射光朝向投影透镜5反射。色彩合成棱镜4由例如粘合在一起的多个玻璃棱镜(四个形状与等腰直角三角形大致相同的棱镜)构成。第一干涉滤光器使得蓝色波带的入射光反射，并使得红色和绿色波带的入射光透射。第二干涉滤光器使红色波带的入射光反射，并使得绿色和蓝色波带的入射光透射。因此，色彩合成棱镜4将来自光调制装置3R的光(L4)、来自光调制装置3G的光(L5)以及来自光调制装置3B的光(L6)合成，并将合成光向投影透镜5发射。
投影透镜5以预定倍率放大来自色彩合成棱镜4的合成光(L7)，并将放大图像投影在屏幕(未示出)上。
光调制装置可以是反射式液晶装置、透射式液晶装置或数字微镜装置(DMD)。
以下将参照图2和图3说明根据第一实施例的照明光学系统的构造。图2图示了在第一平面上投影得到的根据第一实施例的照明光学系统的示例构造。图3图示了在第二平面上投影得到的根据第一实施例的照明光学系统的示例构造。在第一平面上，y方向被定义为光源的光轴成为法线的平面上的轴线方向，并且x方向被定义为与y方向正交的轴线方向。第一平面由从图的底部向顶部延伸的x轴和正交地从图的背面向前面延伸的y轴定义。第二平面由从图的底部向顶部延伸的y轴和正交地从图的背面向前面延伸的x轴定义。
照明光学系统10包括不与特定色彩(波长)对应的二维激光阵列光源12。照明光学系统10具有与照明光学系统10R、10G和10B相同的构造，并且照明光学系统10的说明也与照明光学系统10R、10G和10B对应。
照明光学系统10(照明光学设备)包括二维激光阵列光源12、第一透镜13、第二透镜14、以及集成器光学系统11。在照明光学系统10中，来自集成器光学系统11的光入射在光调制装置19上。
二维激光阵列光源12具有布置为平面上的二维阵列的多个单激光光源。例如二维激光阵列光源12具有布置为m行和n列的二维阵列(矩阵)的m×n个单激光光源。
单激光光源具有对于光轴的预定发散角(光束扩散角)，并具有沿着特定方向较大的发散角。二维激光阵列光源12包括沿着特定方向排列的多个单激光光源。因此，二维激光阵列光源12也具有对于光轴的预定发散角，并具有沿着特定方向较大的发散角。这里，该特定方向是y方向。
在照明光学系统10中，第一透镜13与二维激光阵列光源12的布置单激光光源的表面平行地布置。第一透镜13由柱面透镜构成。
沿着y方向排列的第一透镜13对应于沿着x方向排列的单激光光源的列。第一透镜13是快轴准直器(FAC)透镜，其使入射光的快轴分量准直，并将快轴分量转换为准平行光(未完全准直的光)。
第一透镜13将来自二维激光阵列光源12的光转换为其发散角主要在y方向(二维阵列的第一轴方向)上受到限制的准平行光。
这里，准平行光具有其中入射在集成器光学系统11的入射表面上的光沿着y方向重叠的发散角。第一透镜13被散焦，使得焦点位置距二维激光阵列光源12处于预定距离。这样，第一透镜13将所发射的光转换为在y方向上为准平行光。
在照明光学系统10中，第二透镜14与二维激光阵列光源12的其上布置单激光光源的表面平行地布置。第二透镜14布置在第一透镜13的后方(更靠近集成器光学系统11)。第二透镜14由柱面透镜构成。
沿着x方向排列的第二透镜14对应于沿着y方向的单激光光源的列。第二透镜14是慢轴准直器(SAC)透镜，其使入射光的慢轴分量准直，并将慢轴分量转换为准平行光。
第二透镜14将来自二维激光阵列光源12的光转换为其发散角在x方向(二维阵列的第二轴方向)上受到限制的准平行光。
这里，准平行光具有其中入射在集成器光学系统11的入射表面上的光沿着x方向重叠的发散角。第二透镜14被散焦，使得焦点位置距二维激光阵列光源12处于预定距离。这样，第二透镜14将所发射的光转换为在x方向上为准平行光。
集成器光学系统11包括第一蝇眼透镜15、第二蝇眼透镜16、会聚透镜17和场透镜18。从二维激光阵列光源12发射并通过第一透镜13和第二透镜14被转换为部分地重叠的准平行光的光入射在集成器光学系统11中的蝇眼透镜15上。因此，集成器光学系统11布置在距第二透镜14预定距离处，使得来自第二透镜14的光部分地重叠。
入射在蝇眼透镜15上的光在集成器光学系统11中被划分，并在入射表面上重叠。在集成器光学系统11中来自场透镜18的光入射在作为照射表面的光调制装置19上。
第一蝇眼透镜15和第二蝇眼透镜16使得入射的准平行光的亮度均匀。来自第二蝇眼透镜16的入射在会聚透镜17上的光透射通过场透镜18并入射在光调制装置19上。
这样，在照明光学系统10中，来自二维激光阵列光源12的光的发散角在y方向上通过第一透镜13减小，并然后在x方向上通过第二透镜14减小。来自第一透镜13和第二透镜14的准平行光在x和y方向上部分地重叠，并入射在集成器光学系统11上。
从二维激光阵列光源12发射的光束是线偏振光束。来自二维激光阵列光源12的光束的偏振方向与由反射式液晶显示装置(反射式液晶显示设备)或透射式液晶显示装置(透射式液晶显示设备)构成的光调制装置19的偏振方向一致。这样，照明光学系统10维持二维激光阵列光源12的偏振方向，并能够在无需增加诸如P/S转换元件之类的装置的情况下维持较高的光使用效率。
在此情况下，二维激光阵列光源12的偏振比优选地是10以上。即，作为主偏振分量的P或S分量在作为副偏振分量的另一分量是1的情况下是10以上。更优选地，二维激光阵列光源12的偏振比是20以上。即，作为主偏振分量的P或S分量在作为副偏振分量的另一分量是1的情况下是20以上。当未实现优选偏振比时，可以通过使用P/S转换元件来提高照明光学系统10的光学效率。
以下将参照图4和图5说明根据第一实施例的照明光学系统的构造。图4图示了在第一平面上投影得到的根据第一实施例的二维激光阵列光源的示例构造。图5图示了在第二平面上投影得到的从根据第一实施例的二维激光阵列光源发射的光。
二维激光阵列光源12包括以y方向上的间距P1(距离P1)和x方向上的间距P2(距离P2)布置的单激光光源20的阵列。二维激光阵列光源12的单激光光源20被布置为使得发散角在y方向上较大。
单激光光源20以x方向上的间距P2(其小于间距P1)布置，以构成一维激光阵列光源。一维激光阵列光源和对应的第一透镜13构成一维激光阵列单元。多个一维激光单元以y方向上的间距P1布置，构成单激光光源20的二维阵列。
第二透镜14布置在二维激光阵列光源12的后方，并构成二维激光阵列单元。取决于期望的光量，二维激光阵列光源12包括一个或多个二维激光阵列单元。
从二维激光阵列光源12发射的光通过第一透镜13转换为在y方向上具有发散角β1并通过第二透镜14转换为在x方向上具有发散角α1的准平行光，并入射在集成器光学系统11上。
利用具有这样构造的照明光学系统10，当二维激光阵列光源12中的装置(单激光光源20)的数量增大时，装置可以容易地沿着具有较大发散角的方向排布。在照明光学系统10中，可以通过第一透镜13和第二透镜14，由二维激光阵列光源12的布置表面上布置为二维阵列的装置的任一者产生准平行光。因此，照明光学系统10可以容易地允许装置的数量的增大。
即使当单激光光源20的数量增大以增大所产生的光量时，照明光学系统10也可以被设计为具有小尺寸。通过将单激光光源20布置为为二维阵列使得在发散角较大的y方向上单激光光源20的数量小于在发散角较小的x方向上的单激光光源20的数量，二维激光阵列光源12具有减小的尺寸。
利用照明光学系统10，即使在二维激光阵列光源12中装置的数量增大的情况下，集成器光学系统能够以与取得来自布置在中心区域的装置的照明光相似的方式，容易地取得来自布置在二维阵列表面的周边和远离中心区域的位置处的装置的照明光。
照明光学系统10通过将第一透镜13布置得比第二透镜14更靠近光源，并通过首先将来自二维激光阵列光源12沿着y方向的具有更大发散角的光转换为准平行光，而具有减小的尺寸。
以下将参照图6和图7，说明入射在根据第一实施例的集成器光学系统11上的光和从集成器光学系统11出射的光之间的关系。图6图示了在第一平面上投影得到的入射在根据第一实施例的照明光学系统的集成器光学系统上和从集成器光学系统出射的光之间的关系。图7图示了在第二平面上投影得到的入射在根据第一实施例的照明光学系统的集成器光学系统上和从集成器光学系统出射的光之间的关系。
在第一平面上的投影中，从第二透镜14以发散角α1出射的光入射在集成器光学系统11上，并接着以接收角α2入射在光调制装置19上。此时，集成器光学系统11取得来自第二透镜14的出射表面(其x方向上的长度是L1x)的光，并照射光调制装置19的照射表面(其x方向上的长度是L2x)。
相似地，在第二平面上的投影中，从第二透镜14以发散角β1出射的光入射在集成器光学系统11上，然后以接收角β2入射在光调制装置19上。此时，集成器光学系统11取得来自第二透镜14的出射表面(其y方向上的长度是L1y)的光，并照射光调制装置19的照射表面(其y方向上的长度是L2y)。
基于单激光光源20的发射区域的尺寸、安装精度、以及散焦量来确定发散角α1和β1。
L1x、L1y、α1、α2、L2x、L2y、β1和β2之间的关系由使用亥姆霍兹-拉格朗日不变量的表达式(1)和(2)表示。
k1·L1x·α1＝L2x·α2    (1)
k2·L1y·β1＝L2y·β2    (2)
其中k1和k2是表示从第二透镜14出射的光与由集成器光学系统11取得的光之间的关系的系数。
系数k1和k2优选地在0.5至1.5的范围内。例如，0.5以下的系数表明集成器光学系统11未使用50％以上的光。1.5以上的系数表明集成器光学系统11被设计为具有过多的冗余。
因此，当满足表达式(1)和(2)时，适当地设计照明光学系统10，其中0.5≤k1≤1.5且0.5≤k2≤1.5。系数k1和k2可以相等。
这样，在照明光学系统10中，可以通过根据集成器光学系统11的接收角控制光束的发散角，来优化光束的使用效率。在照明光学系统10中，可以通过增大入射在集成器光学系统11上的光的重叠程度来实现照射表面的均匀性。
以下将参照图8来说明来自根据第一实施例的照明光学系统10并入射在入射表面上的光束的亮度分布。图8图示了来自根据第一实施例的照明光学系统并入射在入射表面上的光束的亮度分布。
图8中的图描述了来自照明光学系统10并入射在入射表面上的光束的亮度分布91(实线)，以及根据比较示例的照明光学系统的亮度分布90(虚线)，其中横轴表示入射表面上的位置，纵轴表示亮度。
根据比较示例的亮度分布90表示其中来自二维激光阵列光源的光作为平行光被取入照明光学系统的情况，并且由于未充分实现光源的均匀性而导致亮度分布不均匀。照明光学系统10的亮度分布91表示其中实现光源的均匀性的完全均匀的亮度分布。
这样，由集成器光学系统11使亮度均匀的光束可以从照明光学系统10向要照射的表面发射。在照明光学系统10中，即使当二维激光阵列光源12被设定为发射大量光时，发散角不变得足够大，因此可以通过控制x和y上的发散角来使集成器光学系统11的发散角和接收角平衡。这样，照明光学系统10降低了光学效率方面的损耗，并产生了足够均匀的照明光。照明光学系统10通过维持二维激光阵列光源12的偏振方向和将光出射以照射照明表面，实现了较高的光学效率。
第二实施例
以下将参照图9和图10说明根据第二实施例的照明光学系统的构造。图9图示了在第一平面上投影得到的根据第二实施例的照明光学系统的示例构造。图10图示了在第二平面上投影得到的根据第二实施例的照明光学系统的示例构造。在第二实施例的说明中，与第一实施例中相似的构造由相同的附图标记表示，并避免重复说明。X方向、y方向、第一平面和第二平面的定义与第一实施例中的那些相同。
与根据第一实施例的照明光学系统10相似，照明光学系统30包括不与特定色彩对应的二维激光阵列光源12。
照明光学系统30(照明光学设备)包括二维激光阵列光源12、第一透镜13、第二透镜14、以及集成器光学系统31。在照明光学系统30中，从集成器光学系统31发射的光入射在光调制装置19上。
集成器光学系统31包括会聚透镜32、棒状透镜33、会聚透镜34和场透镜18。在集成器光学系统31中，从二维激光阵列光源12发射并通过第一透镜13和第二透镜14转换为准平行光的光通过会聚透镜32入射在棒状透镜33上。来自二维激光阵列光源12的光部分地重叠(散焦)并入射在棒状透镜33的入射表面上。因此，集成器光学系统31布置在距第二透镜14预定距离处，使得从第二透镜14出射的光部分地重叠。
入射在棒状透镜33上的光通过棒状透镜33重叠以使得亮度均匀。会聚透镜34接收来自棒状透镜33的光并将接收到的光通过场透镜18向光调制装置19发射。
这样，在照明光学系统30中，从二维激光阵列光源12发射的光在y方向上的发散角通过第一透镜13减小，然后x方向上的发散角通过第二透镜14减小。从第一透镜13和第二透镜14出射的准平行光在x和y方向上部分地重叠，并接着入射在集成器光学系统31上。
二维激光阵列光源12的偏振方向与由反射式液晶显示装置(反射式液晶显示设备)或透射式液晶显示装置(透射式液晶显示设备)构成的光调制装置19的偏振方向一致。这样，照明光学系统30维持二维激光阵列光源12的偏振方向，并能够在无需增加诸如P/S转换元件之类的装置的情况下维持较高的光使用效率。
与第一实施例相似，当满足表达式(1)和(2)时，适当地设计照明光学系统30，其中0.5≤k1≤1.5且0.5≤k2≤1.5。
利用具有这种构造的照明光学系统30，在二维激光阵列光源12中装置(单激光光源20)的数量增大时，装置可以容易地沿着具有较大发散角的方向排布。在照明光学系统30中，可以通过第一透镜13和第二透镜14，由二维激光阵列光源12的布置表面上布置为二维阵列的装置的任一者产生准平行光。因此，照明光学系统30可以容易地允许装置的数量的增大。因为第一透镜13和第二透镜14对应于照明光学系统30中二维激光阵列光源12的布置表面上布置为二维阵列的装置的每一个，所以可以抑制第一透镜13和第二透镜14的球面像差。
即使当单激光光源20的数量增大以增大所产生的光量时，照明光学系统30也可以被设计为具有小尺寸。
利用照明光学系统30，即使在二维激光阵列光源12中装置的数量增大的情况下，集成器光学系统能够以与取得来自布置在中心区域的装置的照明光相似的方式，容易地取得来自布置在二维阵列表面的周边和远离中心区域的位置处的装置的照明光。
照明光学系统10通过将第一透镜13布置得比第二透镜14更靠近光源，并通过首先将来自二维激光阵列光源12沿y方向的沿着具有更大发散角的光转换为准平行光，而具有减小的尺寸。
第三实施例
以下将参照图11说明根据第三实施例的照明光学系统的构造。图11图示了在第一平面上投影得到的根据第三实施例的照明光学系统的示例构造。在第三实施例的说明中，与第一实施例中相同的构造由相同的附图标记表示，并避免重复说明。X方向、y方向、第一平面和第二平面的定义与第一实施例中的那些相同。
与根据第一实施例的照明光学系统10相似，照明光学系统40包括不与特定色彩对应的二维激光阵列光源12。
照明光学系统40(照明光学设备)包括二维激光阵列光源12、第一透镜13、第二透镜14、中继光学系统41、以及集成器光学系统11。在照明光学系统40中，从集成器光学系统11发射的光入射在照射表面上。照明光学系统40可以包括集成器光学系统31来代替集成器光学系统11。
中继光学系统41包括第一中继透镜42和第二中继透镜43。在照明光学系统40中，二维激光阵列光源12的尺寸(面积)可以任意地设定以与构成集成器光学系统11的光学装置(例如，第一蝇眼透镜15)的尺寸相匹配，这是因为来自第二透镜14的光通过中继光学系统41。
这样，照明光学系统40的中继光学系统41增大了二维激光阵列光源12和集成器光学系统11的组合的灵活性。
本技术也可以按照以下构造来提供。
(1)一种照明光学系统，包括：
二维激光阵列光源，其包括以二维阵列布置在平面上的多个激光光源；集成器光学系统，其被配置为将入射光重叠并将光向照射表面发射；多个第一透镜，其与所述平面平行，并被配置为在限制所述二维阵列的第一轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第一轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射；多个第二透镜，其布置在所述第一透镜的后方，并被配置为在限制与所述第一轴线方向正交的第二轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第二轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射；
(2)根据(1)所述的照明光学系统，其中，对于从所述第二透镜发射的沿着所述第一轴线方向和所述第二轴线方向两者的光束，发射范围的长度与发散角的乘积等于所述照射表面上的照射区域的长度与接收角的乘积的0.5倍以上、1.5倍以下；
(3)根据(1)或(2)所述的照明光学系统，其中，所述第一透镜和所述第二透镜是柱面透镜；
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的照明光学系统，其中，来自所述二维激光阵列光源的光束是线偏振光，并且所述线偏振光的偏振分量与在与所述线偏振光正交的方向上的偏振分量的比率是10以上；
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的照明光学系统，其中，所述二维激光阵列光源的激光光源在所述第一轴线方向上以第一间距布置，并在所述第二轴线方向上以小于所述第一间距的第二间距布置；
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的照明光学系统，其中，所述集成器光学系统包括：第一蝇眼透镜；第二蝇眼透镜，其布置在所述第一蝇眼透镜的后方；以及透镜组，其布置在所述第二蝇眼透镜的后方；
(7)根据(1)至(5)中任一项所述的照明光学系统，其中，所述集成器光学系统包括：棒状透镜；布置在所述棒状透镜前方的前方透镜；以及布置在所述棒状透镜后方的后方透镜；
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的照明光学系统，还包括：中继光学系统，其被配置为将来自所述第二透镜的光中继到所述集成器光学系统；
(9)一种图像显示设备，包括：光调制装置；二维激光阵列光源，其包括以二维阵列布置在平面上的多个激光光源；集成器光学系统，其被配置为将入射光重叠并将光向光调制装置发射；多个第一透镜，其与所述平面平行，并被配置为在限制所述二维阵列的第一轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第一轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射；多个第二透镜，其布置在所述第一透镜的后方，并被配置为在限制与所述第一轴线方向正交的第二轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第二轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射；
(10)根据(9)所述的图像显示设备，其中，反射式液晶显示设备用作所述光调制装置，并且所述二维激光阵列光源的偏振方向与所述反射式液晶显示设备的偏振方向一致。
在不偏离本技术的范围的情况下可以对上述实施例进行各种修改。
此外，本领域的技术人员可以对上述实施例进行各种修改和改变，并且实施例不限于上述的精确构造和应用。
本公开包含与2011年7月6日递交给日本专利局的日本在先专利申请JP2011-150077中揭示的主题相关的主题，其全文通过引用结合于此。

Claims (10)

1.一种照明光学系统，包括：
二维激光阵列光源，其包括以二维阵列布置在平面上的多个激光光源；
集成器光学系统，其被配置为将入射光重叠并将光向照射表面发射；
多个第一透镜，其与所述平面平行，并被配置为在限制所述二维阵列的第一轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第一轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射；
多个第二透镜，其布置在所述第一透镜的后方，并被配置为在限制与所述第一轴线方向正交的第二轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第二轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射。
2.根据权利要求1所述的照明光学系统，其中，对于从所述第二透镜发射的沿着所述第一轴线方向和所述第二轴线方向两者的光束，发射范围的长度与发散角的乘积等于所述照射表面上的照射区域的长度与接收角的乘积的0.5倍以上、1.5倍以下。
3.根据权利要求2所述的照明光学系统，其中，所述第一透镜和所述第二透镜是柱面透镜。
4.根据权利要求2所述的照明光学系统，其中，
来自所述二维激光阵列光源的光束是线偏振光，并且
所述线偏振光的偏振分量与在与所述线偏振光正交的方向上的偏振分量的比率是10以上。
5.根据权利要求2所述的照明光学系统，其中，所述二维激光阵列光源的激光光源在所述第一轴线方向上以第一间距布置，并在所述第二轴线方向上以小于所述第一间距的第二间距布置。
6.根据权利要求2所述的照明光学系统，其中，所述集成器光学系统包括：
第一蝇眼透镜；
第二蝇眼透镜，其布置在所述第一蝇眼透镜的后方；以及
透镜组，其布置在所述第二蝇眼透镜的后方。
7.根据权利要求2所述的照明光学系统，其中，所述集成器光学系统包括：
棒状透镜；
布置在所述棒状透镜前方的前方透镜；以及
布置在所述棒状透镜后方的后方透镜。
8.根据权利要求2所述的照明光学系统，还包括：
中继光学系统，其被配置为将来自所述第二透镜的光中继到所述集成器光学系统。
9.一种图像显示设备，包括：
光调制装置；
二维激光阵列光源，其包括以二维阵列布置在平面上的多个激光光源；
集成器光学系统，其被配置为将入射光重叠并将光向所述光调制装置发射；
多个第一透镜，其与所述平面平行，并被配置为在限制所述二维阵列的第一轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第一轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射；
多个第二透镜，其布置在所述第一透镜的后方，并被配置为在限制与所述第一轴线方向正交的第二轴线方向上的发散角的同时将来自所述二维激光阵列光源的光束沿着所述第二轴线方向重叠，并将光束向所述集成器光学系统发射。
10.根据权利要求9所述的图像显示设备，其中，
反射式液晶显示设备用作所述光调制装置，并且
所述二维激光阵列光源的偏振方向与所述反射式液晶显示设备的偏振方向一致。
CN201210229628XA 2011-07-06 2012-06-29 照明光学系统和图像显示设备 Pending CN102866500A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-150077 2011-07-06
JP2011150077A JP2013015762A (ja) 2011-07-06 2011-07-06 照明光学系および画像表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102866500A true CN102866500A (zh) 2013-01-09

Family

ID=46177316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210229628XA Pending CN102866500A (zh) 2011-07-06 2012-06-29 照明光学系统和图像显示设备

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8810740B2 (zh)
EP (1) EP2544040A1 (zh)
JP (1) JP2013015762A (zh)
KR (1) KR20130006308A (zh)
CN (1) CN102866500A (zh)
TW (1) TW201316035A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103246066A (zh) * 2013-05-17 2013-08-14 中国科学院光电技术研究所 一种对面阵半导体激光光束进行匀化处理的光学系统
CN105080812A (zh) * 2014-05-16 2015-11-25 深圳市天瑞科技有限公司 一种基于led的uv固化光学系统
CN105579903A (zh) * 2013-10-17 2016-05-11 索尼公司 光源装置、光源单元和图像显示装置
WO2017041212A1 (zh) * 2015-09-07 2017-03-16 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 准直显示装置、车载或机载平视显示装置
CN107664843A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 林特琅普股份有限公司 照明装置和平视显示器装置
CN108303840A (zh) * 2018-03-23 2018-07-20 苏州佳世达光电有限公司 激光投影装置
CN111869021A (zh) * 2018-06-28 2020-10-30 富士施乐株式会社 发光元件阵列和光计测系统
CN111901037A (zh) * 2020-06-18 2020-11-06 西安理工大学 一种基于小发散角类高斯型led的光源优化布局方法

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6089616B2 (ja) * 2012-11-20 2017-03-08 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクター
JP6155684B2 (ja) * 2013-02-15 2017-07-05 セイコーエプソン株式会社 照明装置、及びプロジェクター
JP6304237B2 (ja) * 2013-03-22 2018-04-04 ソニー株式会社 画像表示装置及び画像表示方法
JP6008810B2 (ja) * 2013-09-05 2016-10-19 ウシオ電機株式会社 レーザ光源装置
US9743053B2 (en) 2013-10-17 2017-08-22 Sony Corporation Light source apparatus and image display apparatus
JP6318554B2 (ja) * 2013-11-07 2018-05-09 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクター
JP5804101B2 (ja) * 2014-02-12 2015-11-04 ウシオ電機株式会社 レーザ光源装置及び画像投影装置
JP6383166B2 (ja) * 2014-03-28 2018-08-29 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 光照射装置および描画装置
JP6463111B2 (ja) * 2014-09-16 2019-01-30 三菱電機株式会社 レーザ光源装置および映像表示装置
RU2718149C2 (ru) * 2015-03-19 2020-03-30 Конинклейке Филипс Н.В. Освещение при сканировании для цифровой патологии
US10133187B2 (en) 2015-05-29 2018-11-20 SCREEN Holdings Co., Ltd. Light irradiation apparatus and drawing apparatus
JP6009044B2 (ja) * 2015-06-18 2016-10-19 ウシオ電機株式会社 レーザ光源装置
JP2017027903A (ja) * 2015-07-28 2017-02-02 セイコーエプソン株式会社 照明装置及びプロジェクター
US10057553B2 (en) 2015-06-19 2018-08-21 Seiko Epson Corporation Light source device, illumination device, and projector
WO2017026358A1 (ja) * 2015-08-07 2017-02-16 カナレ電気株式会社 波長ロックされたビーム結合型半導体レーザ光源
JP2017135146A (ja) * 2016-01-25 2017-08-03 浜松ホトニクス株式会社 レーザヘッド、及び、レーザ装置
JP6821990B2 (ja) 2016-07-26 2021-01-27 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびプロジェクター
JP6737084B2 (ja) 2016-09-05 2020-08-05 セイコーエプソン株式会社 照明装置及びプロジェクター
JP2018092802A (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 三菱電機株式会社 疑似太陽光照射装置及び発電特性評価装置
JP6848471B2 (ja) * 2017-01-23 2021-03-24 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびプロジェクター
JP7102797B2 (ja) * 2018-03-12 2022-07-20 株式会社リコー 光学装置、これを用いた距離計測装置、及び移動体

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1405633A (zh) * 2001-09-14 2003-03-26 佳能株式会社 照明装置及应用该照明装置的曝光装置和器件制造方法
EP1367425A2 (en) * 2002-05-31 2003-12-03 Sony Corporation Light scanning apparatus and two-dimensional image forming apparatus
CN1467536A (zh) * 2002-06-25 2004-01-14 ���ǵ�����ʽ���� 包括光分离/集成器件的照明光学系统及其图像显示设备
JP2006005015A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Sony Corp 照射装置
JP2006301528A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Seiko Epson Corp プロジェクタ
JP2008152019A (ja) * 2006-12-18 2008-07-03 Seiko Epson Corp 光源装置、画像表示装置、プロジェクタ、照明装置、及びモニタ装置
US20100007854A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Seiko Epson Corporation Illumination system, projection-type display apparatus, and optical integrator
US20100045936A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Canon Kabushiki Kaisha Illumination optical system and image projection apparatus

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5923475A (en) * 1996-11-27 1999-07-13 Eastman Kodak Company Laser printer using a fly's eye integrator
JP2001343706A (ja) * 2000-05-31 2001-12-14 Sony Corp 映像表示装置
JP4059623B2 (ja) * 2000-12-15 2008-03-12 株式会社リコー 照明装置、及び均一照明装置
JP2004287250A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光源ユニット及びその製造方法
JP4616577B2 (ja) * 2004-04-22 2011-01-19 株式会社日立製作所 映像表示装置
CA2569517A1 (en) * 2004-06-01 2005-12-15 Trumpf Photonics Inc. Laser diode array mount and stepped mirror for shaping of a symmetric laser beam
JP2005284307A (ja) * 2005-05-23 2005-10-13 Sony Corp 画像表示装置
JP5028173B2 (ja) * 2007-07-19 2012-09-19 三洋電機株式会社 照明装置、投写型映像表示装置およびフライアイレンズ
JP4901639B2 (ja) * 2007-08-10 2012-03-21 三洋電機株式会社 照明装置および投写型映像表示装置
JP4670876B2 (ja) 2008-02-14 2011-04-13 三菱電機株式会社 照明光学系および画像表示装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1405633A (zh) * 2001-09-14 2003-03-26 佳能株式会社 照明装置及应用该照明装置的曝光装置和器件制造方法
EP1367425A2 (en) * 2002-05-31 2003-12-03 Sony Corporation Light scanning apparatus and two-dimensional image forming apparatus
CN1467536A (zh) * 2002-06-25 2004-01-14 ���ǵ�����ʽ���� 包括光分离/集成器件的照明光学系统及其图像显示设备
JP2006005015A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Sony Corp 照射装置
JP2006301528A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Seiko Epson Corp プロジェクタ
JP2008152019A (ja) * 2006-12-18 2008-07-03 Seiko Epson Corp 光源装置、画像表示装置、プロジェクタ、照明装置、及びモニタ装置
US20100007854A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Seiko Epson Corporation Illumination system, projection-type display apparatus, and optical integrator
US20100045936A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Canon Kabushiki Kaisha Illumination optical system and image projection apparatus

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103246066A (zh) * 2013-05-17 2013-08-14 中国科学院光电技术研究所 一种对面阵半导体激光光束进行匀化处理的光学系统
CN103246066B (zh) * 2013-05-17 2015-04-22 中国科学院光电技术研究所 一种对面阵半导体激光光束进行匀化处理的光学系统
CN105579903A (zh) * 2013-10-17 2016-05-11 索尼公司 光源装置、光源单元和图像显示装置
US11015781B2 (en) 2013-10-17 2021-05-25 Sony Corporation Light source apparatus, light source unit, and image display apparatus
CN105080812A (zh) * 2014-05-16 2015-11-25 深圳市天瑞科技有限公司 一种基于led的uv固化光学系统
WO2017041212A1 (zh) * 2015-09-07 2017-03-16 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 准直显示装置、车载或机载平视显示装置
CN107664843A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 林特琅普股份有限公司 照明装置和平视显示器装置
CN108303840A (zh) * 2018-03-23 2018-07-20 苏州佳世达光电有限公司 激光投影装置
CN111869021A (zh) * 2018-06-28 2020-10-30 富士施乐株式会社 发光元件阵列和光计测系统
CN111869021B (zh) * 2018-06-28 2024-03-26 富士胶片商业创新有限公司 发光元件阵列和光计测系统
US11953308B2 (en) 2018-06-28 2024-04-09 Fujifilm Business Innovation Corp. Light emitting element array and optical measuring system
CN111901037A (zh) * 2020-06-18 2020-11-06 西安理工大学 一种基于小发散角类高斯型led的光源优化布局方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013015762A (ja) 2013-01-24
TW201316035A (zh) 2013-04-16
EP2544040A1 (en) 2013-01-09
KR20130006308A (ko) 2013-01-16
US8810740B2 (en) 2014-08-19
US20130010215A1 (en) 2013-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102866500A (zh) 照明光学系统和图像显示设备
JP6750731B2 (ja) 照明装置およびプロジェクター
US20060238720A1 (en) Illumination unit and image projection apparatus having the same
US10830409B2 (en) Light source module and projection device
CN107436528A (zh) 光源装置和投影仪
US7988300B2 (en) Illumination device, projection video display device, and fly-eye lens
WO2018045732A1 (zh) 一种激光阵列装置及其投影机照明光路
US11640106B2 (en) Light source optical system, light source device, and image projection apparatus
US8905578B2 (en) Laser array illumination for bright projectors
CN1779502A (zh) 发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备
US10620518B2 (en) Light source device and projector
JP2017111287A (ja) 投射装置
CN212391676U (zh) 光学系统及投影设备
JP4740840B2 (ja) 複数の光ビームを組み合わせる機能を有する照明システム
JP2016057644A (ja) 照明光学系および画像表示装置
CN117452758A (zh) 一种LCoS芯片投影光机及投影仪
CN115113472A (zh) 一种光源装置和投影系统
CN201698090U (zh) 微型投影光源系统
US20240094615A1 (en) Illumination system and projection apparatus
US20120281186A1 (en) Laser projection system
CN113253553A (zh) 照明系统及投影装置
CN110579884B (zh) 发光装置及具有其的投影仪
CN217879958U (zh) 一种光源装置和投影系统
CN116165831A (zh) 投影系统和投影方法
JP2017151449A (ja) 照明光学系および画像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130109