專利名稱：投射型圖像顯示裝置和色分離單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用圖像顯示元件將圖像投影到屏幕上的投射裝置，例如液晶投影儀裝置、反射式圖像顯示投影儀裝置、投射型背投電視等光學(xué)單元、投射型圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知單板式投射型顯示裝置，在使來自白色光源的光通過積分儀部件、偏振光分束器(Polarization Beam Splitter下面記作PBS)、準(zhǔn)直透鏡之后，使用多個(gè)分色鏡分離成短條狀(帶狀)的R光、B光和G光(下面記作色帶)，分離后的各色光分別使用旋轉(zhuǎn)多面體來改變光路，同時(shí)照射到光閥的各個(gè)不同部位，并且，依次在光閥上沿規(guī)定方向使各色光的短條狀照射區(qū)域的部位移動(dòng)(也稱為“掃描”或“滾動(dòng)”)。這種技術(shù)例如記載于日本專利特開2004-170549號(hào)公報(bào)或美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)中。
在這種掃描式(滾動(dòng)式)的投射型顯示裝置中，利用旋轉(zhuǎn)多面體來滾動(dòng)形成于光閥上的、對(duì)應(yīng)于各色光的3個(gè)短條狀照明區(qū)域的部位。例如，在美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)中公開的投射型顯示裝置中，如圖1所示，使用由分色棱鏡構(gòu)成的色分離器來鄰接并形成短條狀的3種色光，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)透鏡陣列輪(array wheel)，同時(shí)進(jìn)行滾動(dòng)。另外，在日本專利特開2004-170549號(hào)公報(bào)中公開的掃描式投射型顯示裝置中，如圖1、圖3A、B所示，利用配置在色分離后的3色光各自光路中的旋轉(zhuǎn)多面體來分別滾動(dòng)各色光。
在美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)的技術(shù)中，由于構(gòu)成透鏡陣列輪的各個(gè)透鏡大小與液晶顯示元件相匹配，所以透鏡陣列輪的重量變重，為了使投射型顯示裝置緊湊，假設(shè)若使透鏡陣列輪為一半大小，則必須使角速度變?yōu)?倍，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)變困難。
另外，在美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)公開的技術(shù)中，對(duì)于使由橢圓鏡反射的來自光源的光均勻化的桿狀棱鏡(Rod prism)的光軸，色分離器的色分離面相對(duì)照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸傾斜配置。利用該配置，包含入射角度偏離45度很大的光線角度的光束，存在色分離面對(duì)光束整體的綜合波長分離特性惡化的問題。
通常，在照明光學(xué)系統(tǒng)中，可將能夠有效處理的光束存在的空間寬度表示為面積與立體角的積(幾何范圍Geometrical Extent)。而且，在光學(xué)系統(tǒng)中保存該面積與立體角的積。這里，考慮從光源入射到桿狀棱鏡的光束。入射到桿狀棱鏡的大致白色的光束匯聚到配置于橢圓鏡的第二焦點(diǎn)位置附近的桿狀棱鏡的入射面，由于入射光束的匯聚面積小，所以該入射光束的立體角大。即，入射光線相對(duì)光軸的角度變大。將該入射光線的角度大致保存于桿狀棱鏡內(nèi)。因此，在從桿狀棱鏡射出到色分離器的光束中，包含相對(duì)于構(gòu)成色分離器的各分色鏡的色分離面，入射角度大于45度的光線角度的光束。
圖5表示彩色棱鏡的色分離面與光束。如圖5A紙面左方所示，若入射光束與光軸所成角度θ范圍大，即若光束對(duì)色分離面(分色鏡面)的入射角度大于45度，則如圖5B所示，色分離面相對(duì)于光束整體的綜合波長分離特性惡化。這里，所謂波長特性的惡化是指透過率為50％的中波波長前后的、透過率對(duì)波長的變化不能急劇。例如，若考慮藍(lán)色與綠色，則在指定波長下不能分離藍(lán)色與綠色，產(chǎn)生藍(lán)色的一部分混入綠色，相反，綠色的一部分混入藍(lán)色的問題。
并且，美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)中公開的色分離器未考慮使偏振光一致。
在日本專利特開2004-170549號(hào)公報(bào)公開的技術(shù)中，也使用分色鏡作為色分離部件，相對(duì)光軸配置成45度。如圖1所示，由于使用透鏡陣列作為進(jìn)行光量分布均勻化的積分儀部件，所以入射到分色鏡的光束面積大，在前面說明的幾何范圍下，立體角變小。因此，由于對(duì)分色鏡的光束的入射角度范圍小，所以基本上沒有波長分離特性的惡化。因此，在日本專利特開2004-170549號(hào)公報(bào)的技術(shù)中，沒有相對(duì)光軸配置成45度的分色鏡下的波長分離特性的惡化問題。但是，在配置有多個(gè)旋轉(zhuǎn)多面體的情況下，不僅存在因旋轉(zhuǎn)多面體的大小、投射型圖像顯示裝置變大的問題，而且，存在通過使用通常的透鏡陣列，光束變大，必須使旋轉(zhuǎn)多面體與光束一致地變大，裝置整體變大的問題。并且，若3個(gè)短條狀照明區(qū)域的相對(duì)位置錯(cuò)位，則存在同時(shí)照射多束色光的區(qū)域，或者相反，存在未照射任何色光的區(qū)域，所以必須高精度地控制多個(gè)旋轉(zhuǎn)多面體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面的目的在于，在具有偏振轉(zhuǎn)換元件的色分離單元中提高光利用效率。另外，本發(fā)明的另一方面的目的在于，在投射型圖像顯示裝置或色分離單元中改善色分離特性，使混色降低。并且，本發(fā)明的再一方面的目的在于，在投射型圖像顯示裝置中，色分離單元具有設(shè)置有透過來自光源的光的開口部的入射板和積分儀，并具備具有多個(gè)色分離面的分色鏡，在積分儀的射出側(cè)，以與積分儀的射出面大致平行的方式配置色分離面，僅透過規(guī)定波長頻帶的色光，反射其它波長頻帶的色光。


圖1是表示色分離單元的概略構(gòu)成圖一例的示意圖。
圖2是表示投射型圖像顯示裝置的概略構(gòu)成圖的一例的示意圖。
圖3A、B是說明基于對(duì)色分離面的入射角度的色分離特性的示意圖。
圖4是表示色分離單元的概略構(gòu)成圖另一例的示意圖。
圖5A、B是說明現(xiàn)有的對(duì)色分離面的入射角度的色分離特性的示意圖。
圖6是表示色分離單元的另一例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的最佳方式。另外，各圖中，具有共同功能的要素附加相同符號(hào)進(jìn)行表示，對(duì)說明過一次的部分省略說明。
下面，參照?qǐng)D1～圖3說明第一實(shí)施例的色分離單元和具備色分離單元且使用1個(gè)旋轉(zhuǎn)多面體的投射型圖像顯示裝置。圖1是作為本實(shí)施例主要部分的色分離單元的概略構(gòu)成圖，圖2是本實(shí)施例的投射型圖像顯示裝置的概略構(gòu)成圖，圖3是說明對(duì)色分離面的入射角度的色分離特性差異的示意圖。
首先，參照?qǐng)D1、圖2說明本實(shí)施例的掃描式投射型圖像顯示裝置的構(gòu)成。在圖2中，從由光源11與反射器12(圖中為橢圓反射器)構(gòu)成的光源單元1射出的大致白色的光束匯聚并入射到配置在反射器12的第二焦點(diǎn)位置附近的色分離單元2a的入射面。
色分離單元2a如圖1所示，從入射側(cè)起，順次具有入射開口板22，其在具有光學(xué)入射開口221的入射開口221以外的內(nèi)面區(qū)域中，具備全反射面222；1/4波長板23；作為進(jìn)行光量分布均勻化的積分儀元件的光導(dǎo)管24；沿規(guī)定的偏振光方向?qū)R來自光導(dǎo)管24的光束的偏振光方向的偏振轉(zhuǎn)換元件21；和作為色分離元件的分色鏡26，將來自偏振轉(zhuǎn)換元件21的光分離為沿Y軸方向(垂直于圖2紙面的方向)的3個(gè)短條狀不同色光(例如R光、G光、B光)的色帶。
偏振轉(zhuǎn)換元件21包含透過P偏振光、并使S偏振光反射的第一偏振棱鏡211；和使S偏振光反射的第二偏振棱鏡212。并且，在圖1的色分離單元2a中，光導(dǎo)管24的射出面與第一偏振棱鏡211的入射面具有大致相同的面積。此外，從光導(dǎo)管24的射出面射出的光首先入射到第一偏振棱鏡211。
從光源單元1入射到入射開口板22的光學(xué)入射開口221的大致白色的、作為自然光的光束通過1/4波長板23，但在自然光的情況下，即便通過之后仍為自然光。通過1/4波長板23的光束通過在光導(dǎo)管24的側(cè)面重復(fù)反射，進(jìn)行光量分布的均勻化。之后，由光導(dǎo)管24均勻化的光束入射到偏振轉(zhuǎn)換元件21，將其偏振光狀態(tài)對(duì)齊為規(guī)定偏振光狀態(tài)(這里為P偏振光)。
偏振轉(zhuǎn)換元件21由沿Y軸方向排列的第一偏振分離棱鏡211和第二偏振分離棱鏡212、與1/2波長板213構(gòu)成。第一偏振分離棱鏡211配置在來自光導(dǎo)管24的光束的入射側(cè)，第二偏振分離棱鏡212配置在第一偏振分離棱鏡211的Y軸的負(fù)方向側(cè)(圖1紙面的下側(cè))。1/2波長板213隔著分色鏡26設(shè)置在第二偏振分離棱鏡212a的射出側(cè)。
從光導(dǎo)管24入射到偏振轉(zhuǎn)換元件21的光束中的P偏振光的光束透過第一偏振分離棱鏡211，其中的S偏振光的光束被第一偏振分離棱鏡211反射、偏振分離。反射后的S偏振光被第二偏振分離棱鏡212再次反射，其前進(jìn)方向改變?yōu)橹胺蛛x的P偏振光方向(Z軸方向)，通過1/2波長板213。通過1/2波長板213后，S偏振光被轉(zhuǎn)換為P偏振光，所以將全部光轉(zhuǎn)換為P偏振光。另外，這里所說的P偏振光是由在YZ平面內(nèi)具有法線的偏振分離面分離的P偏振光，對(duì)于在圖2的XZ平面中具有法線的第一PBS51或第二PBS52的偏振分離面，變?yōu)镾偏振光。另外，下面參照?qǐng)D1詳細(xì)說明分色鏡26進(jìn)行的色分離與光的循環(huán)(反射光的再利用)的細(xì)節(jié)。
分離后的3種色光(偏振光狀態(tài)為S偏振光)的色帶經(jīng)由縮小光學(xué)系統(tǒng)31、光路彎曲鏡32，再由透過S偏振光的偏振光板81改善S偏振狀態(tài)的純度，入射到第一PBS51。入射到第一PBS51的S偏振光的光束(色帶)被偏振分離面反射，射向旋轉(zhuǎn)多面體4。第一PBS51射出的S偏振光的光束通過1/4波長板82，被轉(zhuǎn)換為圓偏振光，經(jīng)由縮小光學(xué)系統(tǒng)33，入射到旋轉(zhuǎn)多面體4。在該過程中，形成于彩色棱鏡25的射出面S25中的3種色光的色帶由縮小光學(xué)系統(tǒng)31、33成像于旋轉(zhuǎn)多面體4前面的空間中，形成空間像(未圖示)。
該空間像在旋轉(zhuǎn)多面體4的表面的反射面41反射，折回光路。由于再次通過1/4波長板82，圓偏振光被轉(zhuǎn)換為P偏振光，所以下次透過第一PBS51。透過第一PBS51后的光束被1/2波長板83轉(zhuǎn)換為S偏振光。之后，入射到第二PBS52的S偏振光的光束在偏振分離面反射，并入射到圖像顯示元件6。在該過程中，形成于旋轉(zhuǎn)多面體4前面的空間中的空間像在旋轉(zhuǎn)多面體4的反射面41上形成鏡面像(未圖示)，該鏡面像被放大光學(xué)系統(tǒng)33(這里由于光線方向相反，所以用作擴(kuò)大光學(xué)系統(tǒng))擴(kuò)大，成像于圖像顯示元件6上。通過旋轉(zhuǎn)多面體4旋轉(zhuǎn)，鏡面像移動(dòng)，在圖像顯示元件上分離的3個(gè)色帶移動(dòng)(掃描)。
另外，這里已說明縮小光學(xué)系統(tǒng)與放大光學(xué)系統(tǒng)，但即便是放大光學(xué)系統(tǒng)與縮小光學(xué)系統(tǒng)的組合，在成像關(guān)系上也沒問題，但通過縮小光學(xué)系統(tǒng)與放大光學(xué)系統(tǒng)的組合，由于可減小位于旋轉(zhuǎn)多面體4的反射面41附近的空間像，結(jié)果，可減小旋轉(zhuǎn)多面體4。
圖像顯示元件6的各像素反射的光線在對(duì)各像素的電壓為ON的情況下，偏振光狀態(tài)被轉(zhuǎn)換為P偏振光，下次通過第二PBS52，被投射透鏡7放大投射到屏幕(未圖示)等之上。另外，在對(duì)各像素的電壓為OFF的情況下，偏振光狀態(tài)變?yōu)镾偏振光，再次在第二PBS52的偏振光面反射，光束未被擴(kuò)大投射到屏幕等之上。另外，84是使P偏振光透過的偏振光板。
這里，說明作為本實(shí)施方式中掃描單元的旋轉(zhuǎn)多面體4的掃描作用的概要。若在反射面41前面設(shè)置物體(空間像)，則以與從反射面41至物體的距離相同的距離，在反射面41的背面?zhèn)刃纬社R面像(未圖示)。但是，由于反射面41配置于旋轉(zhuǎn)多面體4的表面，所以反射面41的角度隨著旋轉(zhuǎn)多面體4的旋轉(zhuǎn)而變化。例如，若反射面41旋轉(zhuǎn)θ，則反射光成倍變化2θ。此時(shí)，反射光與正好從鏡面像的不同位置射出的光線重合。因此，若連續(xù)改變反射面41的角度，則從鏡面像的不同位置射出連續(xù)的光線。即，通過改變反射面41的角度，可實(shí)現(xiàn)光的掃描(滾動(dòng))。
下面，參照?qǐng)D1說明分色鏡26的色分離作用。分色鏡26可由多個(gè)分色鏡構(gòu)成，也可由具有多種分離面的一個(gè)分色鏡構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，說明由多種分色鏡構(gòu)成的分色鏡。即，分色鏡26具有僅透過紅色光(R光)、反射其它色光的紅色分色鏡261；僅透過藍(lán)色光(B光)、反射其它色光的藍(lán)色分色鏡262；和僅透過綠色光(G光)、反射其它色光的綠色分色鏡263。分色鏡26配置在第一偏振分離棱鏡211、第二偏振分離棱鏡212的射出面S21上，在沿Y軸方向大致3等分該射出面S21的中央?yún)^(qū)域中配置有藍(lán)色分色鏡262，在該第一偏振分離棱鏡211的端側(cè)區(qū)域(圖1紙面中藍(lán)色分色鏡262的上側(cè))配置有紅色分色鏡261，在該第二偏振分離棱鏡212的端側(cè)區(qū)域(圖1紙面中藍(lán)色分色鏡262的下側(cè))配置有綠色分色鏡263。
在通過光導(dǎo)管24并入射到偏振轉(zhuǎn)換元件21的白色光中，P偏振光的光束透過第一偏振分離棱鏡211。到達(dá)配置于第一偏振分離棱鏡211的射出面的紅色分色鏡261的P偏振光的紅色光、與到達(dá)藍(lán)色分色鏡262的P偏振光的藍(lán)色光分別透過紅色分色鏡261與藍(lán)色分色鏡262。另一方面，在P偏振光中、綠色光、到達(dá)藍(lán)色分色鏡262的紅色光、到達(dá)紅色分色鏡261的藍(lán)色光分別被分色鏡26反射。反射光再次透過第一偏振分離棱鏡211，經(jīng)過光導(dǎo)管24透過1/4波長板23，在入射開口板22的全反射面222再次反射。之后，再次透過1/4波長板23，將之前的P偏振光轉(zhuǎn)換為S偏振光，經(jīng)過光導(dǎo)管24入射一偏振轉(zhuǎn)換元件21。
入射到偏振轉(zhuǎn)換元件21的S偏振光的光束首先被第一偏振分離棱鏡211與第二偏振分離棱鏡212反射。并且，到達(dá)藍(lán)色分色鏡262的S偏振光的藍(lán)色光與到達(dá)綠色分色鏡263的S偏振光的綠色光分別透過藍(lán)色分色鏡262與綠色分色鏡263。S偏振光的紅色光、到達(dá)藍(lán)色分色鏡262的綠色光、到達(dá)綠色分色鏡263的藍(lán)色光分別被分色鏡26反射。反射光被第二偏振分離棱鏡212與第一偏振分離棱鏡211再次反射，經(jīng)過光導(dǎo)管24并透過1/4波長板23，再被入射開口板22的全反射面222反射。之后再次透過1/4波長板23，將之前的S偏振光轉(zhuǎn)換為P偏振光。
這樣，未透過分色鏡26的各色光在分色鏡26與入射開口板22之間重復(fù)反射，在該過程中通過往復(fù)1/4波長板23，偏振光狀態(tài)以P偏振光與S偏振光交換，重復(fù)之前說明的對(duì)P偏振光、S偏振光的色分離作用。即，被配置于第一偏振分離棱鏡211的射出面的分色鏡區(qū)域(由紅色分色鏡261與藍(lán)色分色鏡262的一部分形成的區(qū)域)264反射的P偏振光的色光接著變?yōu)镾偏振光的色光，入射到配置于第二偏振分離棱鏡212的射出面上的分色鏡區(qū)域(藍(lán)色分色鏡262的一部分與綠色分色鏡263形成的區(qū)域)265?；蛘?，相反，被分色鏡區(qū)域265反射的S偏振光的色光接著變?yōu)镻偏振光的色光，入射到分色鏡區(qū)域264。這樣，被分色鏡26反射的色光在偏振轉(zhuǎn)換元件21與1/4波長板23的作用下，再入射的分色鏡區(qū)域交互反轉(zhuǎn)，其間通過規(guī)定的分色鏡后，被色分離。
具體而言，被紅色分色鏡261反射的P偏振光的綠色光兩次通過1/4波長板23，下次變?yōu)镾偏振光的色光，到達(dá)分色鏡區(qū)域265側(cè)。同樣，被綠色分色鏡263反射的S偏振光的紅色光兩次通過1/4波長板23，下次變?yōu)镻偏振光的色光，到達(dá)分色鏡區(qū)域264側(cè)。被紅色分色鏡261反射的P偏振光的藍(lán)色光與被綠色分色鏡263反射的S偏振光的藍(lán)色光也一樣。
此外，重復(fù)兩次往復(fù)的色光、例如在分色鏡區(qū)域264的任意點(diǎn)被反射的P偏振光的色光在1/4波長板23與分色鏡26之間往復(fù)兩次期間變?yōu)镻偏振光，再次入射到分色鏡區(qū)域264。但是，在分色鏡區(qū)域264的所述任意點(diǎn)反射的光束包含各種角度分量，所以由于配置在中途光路中的光導(dǎo)管24的光量分布的均勻化作用，未必分散后返回同一點(diǎn)再入射。即，全部2次反射光束不是由與2次前相同的分色鏡反射。因此，被紅色分色鏡261反射的P偏振光的藍(lán)色光在1/4波長板23與分色鏡26之間往復(fù)2次，再入射到分色鏡區(qū)域264時(shí)，藍(lán)色光的一部分也入射到藍(lán)色分色鏡262后透過。
下面，參照?qǐng)D3說明圖1的色分離單元的波長分離特性。圖3是對(duì)偏振分離膜的入射光線角度與波長分離特性的關(guān)系圖。如用圖5說明的那樣，在光線從與色分離面的法線成45度±θ的范圍入射的情況下，在2θ的范圍內(nèi)進(jìn)行膜設(shè)計(jì)，所以針對(duì)半值波長下波長的透過率的變化平緩。此時(shí)，色分離也變?yōu)槠骄彽姆蛛x，分離后的單色色度值變差。
另一方面，如圖3A所示，在入射角度θ的光束入射到垂直配置的色分離面的情況下，光線從與色分離面的法線成±θ的范圍入射。因此，由于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，所以只要以θ的范圍進(jìn)行膜設(shè)計(jì)即可，因此，圖3B的特性、即針對(duì)半值波長的波長透過率變化變得急劇。此時(shí)，色分離也變?yōu)榧眲〉姆蛛x，分離后的單色色度值良好。
在美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)公開的色分離器的情況下，色分離單元的入射尺寸約為色分離單元的射出尺寸的1/3面積。相反，在圖1的色分離單元2a的情況下，色分離單元2a的入射尺寸為色分離單元2a的射出尺寸的1/2面積。這樣，在圖1的色分離單元2a中、入射尺寸與射出尺寸的比率比美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)中公開的色分離器的比率大。因此，在圖1的色分離單元和美國專利公開2003/095213號(hào)公報(bào)中公開的色分離器中，當(dāng)設(shè)從光源單元1至色分離單元的入射光束的匯聚面積和來自色分離單元的射出尺寸(面積)相同的情況下，圖1的色分離單元2a可減小入射開口221相對(duì)于與入射開口板22的面積的面積比。這樣，在圖1的色分離單元2a中，返回入射開口板22的光束中的一部分從入射開口221跳脫到光源單元1側(cè)，但可減小被分色鏡26反射并通過入射開口221泄漏到光源單元1側(cè)的光束。
如上所述，在光導(dǎo)管的入射面內(nèi)側(cè)設(shè)置全反射面，在光導(dǎo)管的射出面?zhèn)仍O(shè)置偏振光轉(zhuǎn)換件與色分離元件，使由色分離元件反射的光從光導(dǎo)管的射出面再入射到光導(dǎo)管。利用這種構(gòu)成，具有偏振光轉(zhuǎn)換功能的色分離單元可再利用光。
另外，在圖1的色分離單元中，從光導(dǎo)管射出的光由第一偏振棱鏡與第二偏振棱鏡進(jìn)行偏振光的分離，由大致平行于兩個(gè)棱鏡射出面配置的分色鏡進(jìn)行色分離和光的反射，所以與由傾斜45度配置的分色鏡或棱鏡來執(zhí)行色分離的情況相比，可使入射角度依賴性的影響減少。
并且，通過大致平行于第一偏振棱鏡與第二偏振光的射出面來配置分色鏡，可使第一偏振棱鏡與第二偏振棱鏡的射出面相加的面積與分色鏡的射出面積相等。因此，色分離單元的入射板面積與色分離單元的射出面積的比率變大，可使色的再利用率提高。
并且，在圖1的色分離單元1a中，使第一偏振棱鏡的入射面鄰接光導(dǎo)管的射出面整個(gè)面，首先，使從光導(dǎo)管射出的光全部入射到第一偏振棱鏡，將由第一偏振棱鏡反射的光(S偏振光)入射到第二偏振棱鏡。因此，由分色鏡26反射的光即便是由例如綠色分色鏡263反射的光，也可按照第二偏振棱鏡、第一偏振棱鏡的順序，經(jīng)由偏振棱鏡，再入射到光導(dǎo)管。這樣，可使再入射到光導(dǎo)管時(shí)的入射面變?yōu)楣鈱?dǎo)管射出光整體面。再入射的光被光導(dǎo)管的入射開口板內(nèi)側(cè)的全反射鏡反射，再次入射到第一偏振棱鏡，所以也可使此時(shí)的偏振棱鏡的入射角依賴性的影響減少。
另外，在圖1的色分離單元2a中，將1/2波長板213配置在分色鏡26之后，但就光學(xué)性能而言，也可將分色鏡26配置在1/2波長板213之后。另外，作為S偏振光的方向轉(zhuǎn)換元件，也可使用具有反射鏡面的棱鏡來代替第二偏振棱鏡212。并且也可使用桿狀棱鏡等積分儀，而不是光導(dǎo)管。
下面，參照?qǐng)D4說明色分離單元的另一例。圖4所示的色分離單元2b是考慮了周邊光量比的色分離單元。即，考慮在以照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸100為中心、色的分配不對(duì)稱的情況下，各種色光向多面旋轉(zhuǎn)體入射的入射角不同產(chǎn)生的光量分布差異。細(xì)節(jié)公開于日本專利特愿2005-137987號(hào)中。因此，若考慮周邊光量比，則必須以照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸100為中心，沿Y軸方向?qū)ΨQ地配置例如紅色分色棱鏡251a、251a’、綠色分色棱鏡252a、252a’、藍(lán)色分色棱鏡253a、253a’。
圖4所示的色分離單元2b的偏振轉(zhuǎn)換元件是以光軸100為中心、沿Y軸方向?qū)ΨQ配置圖1的偏振轉(zhuǎn)換元件21而構(gòu)成的。即，首先以光軸為中心，上下配置透過P偏振光、反射S偏振光的第一偏振棱鏡211a、211b。第一偏振棱鏡211a將偏振光作用面配置成使S偏振光的反射方向變?yōu)閅軸上方向。第一偏振棱鏡211b將偏振光作用面配置成使S偏振光的反射方向變?yōu)閅軸下方向。在第一偏振棱鏡211a、211b的外側(cè)，分別配置反射S偏振光、透過P偏振光的第二偏振棱鏡212a、212b。
以鄰接第二偏振棱鏡的方式配置分色鏡。例如，從Y軸方向的上面開始，順次配置紅色分色鏡261a、綠色分色鏡262a、藍(lán)色分色鏡263a、b、綠色分色鏡262b、紅色分色鏡261b。另外，紅色分色鏡261a～藍(lán)色分色鏡263a鄰接于第一偏振棱鏡211a、第二偏振棱鏡212b的射出面。同樣，藍(lán)色分色鏡263b～紅色分色鏡261b鄰接于第一偏振棱鏡211b、第二偏振棱鏡212b的射出面。并且，在其外側(cè)對(duì)應(yīng)于第二偏振棱鏡212a、b的射出面的位置上，配置1/2波長板213a、b。
在圖4的實(shí)例中，由于光導(dǎo)管的射出面與兩個(gè)第一偏振棱鏡212a、b的入射面一致，所以有時(shí)由分色棱鏡251～253反射的光再輸入到光導(dǎo)管時(shí)的角度會(huì)變?yōu)橐?guī)定角度以上，影響由全反射板22再反射的光再入射到第一偏振棱鏡211a、b時(shí)的角度依賴性。但是，利用圖4的構(gòu)成，從光導(dǎo)管24入射到偏振轉(zhuǎn)換元件21’的光在將偏振光對(duì)齊的同時(shí)，進(jìn)行色分離，以光軸100為中心，以對(duì)稱的色配置射出。這樣，可在考慮周邊光量比的同時(shí)，與圖1一樣，使基于入射角度的色分離特性提高。
并且，在圖4的色分離單元的情況下，偏振轉(zhuǎn)換元件21’的入射面面積與射出面面積的比變?yōu)?/2，可減小入射開口221與入射開口板22的面積的面積比。另外，在圖4的實(shí)例中，以光軸為中心，以第二偏振棱鏡212a、b夾持的方式配置第一偏振棱鏡211a、b，但不限于此，也可交互配置第一偏振棱鏡與第二偏振棱鏡。
下面，參照?qǐng)D6說明色分離單元的另一例。在圖6的實(shí)例中，與圖1或圖4不同，偏振轉(zhuǎn)換元件使用反射型偏振光板21”代替第一偏振棱鏡、第二偏振棱鏡。反射型偏振光板21”例如透過P偏振光，反射S偏振光。在圖6的色分離單元2c的情況下，利用偏振光板21”，入射到光導(dǎo)管的光束中約一半反射，并且，分色鏡26分別存在與圖1的情況一樣反射的光。因此，與圖1的色分離單元2b相比，從入射到全部光從色分離單元射出之間重復(fù)的反射次數(shù)變多。但是，在圖6的色分離單元2c的情況下，由于光導(dǎo)管的射出面、偏振光板21”的入射面、射出面和分色鏡26的入射面、射出面可全部為相同面積，所以可使色分離單元2c整體的入射面與射出面的面積比率為1∶1，可減小開口部的面積，進(jìn)一步提高光的再利用效率。
另外，在圖6所示的圖中，在偏振光板21”的外側(cè)、即光閥側(cè)配置分色鏡26，但也可交換偏振光板21”與分色鏡26的位置，將偏振光板21”配置在光閥側(cè)。
在色分離單元或投射型圖像顯示裝置中，可使色分離性能提高。在色分離單元或投射型圖像顯示裝置中，可使混色減少。
權(quán)利要求
1.一種投射型圖像顯示裝置，其特征在于，具備白色光源，射出可見光束；色分離單元，入射所述可見光束，并作為多束色光射出；圖像顯示元件，照射所述多束色光，根據(jù)照射的色光顏色對(duì)應(yīng)的色的圖像信號(hào)，調(diào)制所述色光；掃描單元，使所述圖像顯示元件上的所述多束色光的照射部位沿規(guī)定方向移動(dòng)；和投射透鏡，將所述圖像顯示元件調(diào)制后的多束色光作為彩色圖像投射，其中，所述色分離單元具有光學(xué)積分儀，使所述可見光束均勻化，具有形成有透過所述可見光束的入射口的入射開口板、和射出被均勻化的可見光束的第一射出面；分色鏡，具有與所述第一射出面大致平行配置的多個(gè)色分離面，多個(gè)色分離面透過被均勻化的可見光束中規(guī)定的色光、反射其余波段的色光；和偏振轉(zhuǎn)換元件，將入射到所述分色鏡且被均勻化的可見光束或所述分色鏡射出的多束色光轉(zhuǎn)換為規(guī)定的偏振光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述光學(xué)積分儀的所述入射開口板內(nèi)側(cè)的入射口以外的區(qū)域?yàn)槿瓷涿妗?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述偏振轉(zhuǎn)換元件具有偏振棱鏡，是與所述光學(xué)積分儀鄰接的偏振分離棱鏡，具有向所述分色鏡射出所述規(guī)定偏振光的第二射出面和射出其它偏振光的第三射出面；方向轉(zhuǎn)換件，從所述第三射出面入射所述其它偏振光，將其它偏振光方向改變?yōu)閺乃龅诙涑雒嫔涑龅囊?guī)定偏振光的射出方向；和1/2波長板，轉(zhuǎn)換所述規(guī)定偏振光或所達(dá)其它偏振光中任一者的偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述分色鏡具有第一、第二、第三色分離面，所述第一色分離面與所述第二色分離面的一部分入射從所述第二射出面射出的色光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述偏振分離棱鏡具有與整個(gè)所述第一射出面連接的入射面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述光分離單元具有配置在所述光學(xué)積分儀的所述全反射面上的1/4波長板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述掃描單元是具有多個(gè)反射多束色光的反射面的旋轉(zhuǎn)多面體，還具有透過從所述光分離單元射出、照射到所述掃描單元的多束色光與所述掃描單元反射的多束色光中的任一者，反射另一者的偏振光分束器。
8.一種投射型圖像顯示裝置，其特征在于，具備白色光源，射出可見光束；色分離單元，入射所述可見光束；圖像顯示元件，照射所述多束色光，根據(jù)照射的色光顏色對(duì)應(yīng)的色的圖像信號(hào)，調(diào)制所述色光；掃描單元，使所述圖像顯示元件上的所述多束色光的照射部位沿規(guī)定方向移動(dòng)；和投射透鏡，將所述圖像顯示元件調(diào)制后的多束色光作為彩色圖像投射，其中，所述色分離單元具備光學(xué)積分儀，具有形成有透過所述可見光束的入射口的入射面、和射出被均勻化的可見光束的第一射出面；分色鏡，具有與所述第一射出面大致平行配置的多個(gè)色分離面，多個(gè)色分離面透過被均勻化的可見光束中規(guī)定的色光、反射其余波段的色光；和偏振轉(zhuǎn)換元件，將入射到所述分色鏡且被均勻化的可見光束或所述分色鏡射出的多束色光轉(zhuǎn)換為規(guī)定的偏振光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述光學(xué)積分儀的所述入射開口板內(nèi)側(cè)的入射口以外的區(qū)域?yàn)槿瓷涿妗?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述偏振轉(zhuǎn)換元件具有偏振棱鏡，是與所述光學(xué)積分儀鄰接的偏振分離棱鏡，具有向所述分色鏡射出所述規(guī)定偏振光的第二射出面和射出其它偏振光的第三射出面；方向轉(zhuǎn)換件，從所述第三射出面入射所述其它偏振光，將其它偏振光方向改變?yōu)閺乃龅诙涑雒嫔涑龅囊?guī)定偏振光的射出方向；和1/2波長板，轉(zhuǎn)換所述規(guī)定偏振光或所述其它偏振光中任一者的偏振光。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述分色鏡具有第一、第二、第三色分離面，所述第一色分離面與所述第二色分離面的一部分入射從所述第二射出面射出的色光。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述偏振分離棱鏡具有與所述第一射出面整個(gè)面連接的入射面。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述光分離單元具有配置在所述光學(xué)積分儀的所述全反射面上的1/4波長板。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述掃描單元是具有多個(gè)反射多束色光的反射面的旋轉(zhuǎn)多面體，并且透過從所述光分離單元射出、照射到所述掃描單元的多束色光與所述掃描單元反射的多束色光中的任一者，反射另一者。
15.一種投射型圖像顯示裝置，其特征在于，具備白色光源；圖像顯示元件，由所述白色光源的射出光形成對(duì)應(yīng)于圖像信號(hào)的光學(xué)像；色分離單元，將從所述白色光源放射的可見光束分離為多束色光；掃描單元，使從所述色分離單元的射出面射出的多束色光各自在該圖像顯示元件上移動(dòng)；第一成像光學(xué)系統(tǒng)，在該掃描部件附近使由所述色分離單元分離的多束色光成像；第二成像光學(xué)系統(tǒng)，在該圖像顯示元件上使由所述掃描單元掃描的多束色光成像；和投射裝置，將從所述圖像顯示元件射出的光作為彩色圖像投射，其中，所述色分離單元具有入射開口板，形成入射所述白色光源的射出光的入射口，在所述色分離單元的射出側(cè)的所述入射口以外的區(qū)域中具有全反射面；在所述全反射面上重疊配置的1/4波長板；光學(xué)積分儀，使從所述入射光入射的光均勻化并射出；第一偏振分離棱鏡，反射所述光學(xué)積分儀的射出光中的第一偏振光，透過第二偏振光；方向轉(zhuǎn)換件，入射所述第一偏振光，向所述第一偏振光的射出方向射出所述第二偏振光；分色鏡，具有與所述第一射出面大致平行配置的多個(gè)色分離面，多個(gè)色分離面透過被均勻化的可見光束中規(guī)定的色光、反射其余波段的色光；和1/2波長板，與所述方向轉(zhuǎn)換件的射出面相對(duì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述光學(xué)積分儀的所述入射開口板內(nèi)側(cè)的入射口以外的區(qū)域?yàn)槿瓷涿妗?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述分色鏡具有第一、第二、第三色分離面，所述第一色分離面與所述第二色分離面的一部分入射從所述第二射出面射出的色光。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述偏振分離棱鏡具有與整個(gè)所述第一射出面連接的入射面。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投射型圖像顯示裝置，其特征在于所述光分離單元具有配置在所述光學(xué)積分儀的所述全反射面上的1/4波長板。
20.一種用于單板式投射型顯示裝置中的色分離單元，其特征在于，具有光學(xué)積分儀，使所述可見光束均勻化，具有形成有透過所述可見光束的入射口的入射開口板、和射出被均勻化的可見光束的第一射出面；分色鏡，具有與所述第一射出面大致平行配置的多個(gè)色分離面，多個(gè)色分離面透過被均勻化的可見光束中規(guī)定的色光、反射其余波段的色光；和偏振轉(zhuǎn)換元件，將入射到所述分色鏡且被均勻化的可見光束或所述分色鏡射出的多束色光轉(zhuǎn)換為規(guī)定的偏振光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改善了色分離性能的投射型圖像顯示裝置。在投射型圖像顯示裝置中，色分離單元具有設(shè)置有透過來自光源的光的開口部的入射板和積分儀，并具有多個(gè)分色鏡，在積分儀的射出側(cè)，以與積分儀的射出面大致平行的方式配置色分離面，僅透過規(guī)定波長頻帶的色光，反射其它波長頻帶的色光。
文檔編號(hào)G03B21/00GK1900765SQ20061010631
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者池田英博, 谷津雅彥, 平田浩二, 安達(dá)啟 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所