專利名稱：彩色合成光學(xué)系統(tǒng)以及圖像投射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影儀等圖像投射裝置中使用的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在特開2001-154268號公報等中公開了組合有反射型液晶顯示元件和偏振光光束分離器的圖像投影裝置。
該公報所公開的投射型圖像顯示裝置如圖12所示的那樣，具有白色光源1001、反射型液晶顯示元件1002R、1002G、1002B和投射光學(xué)系統(tǒng)1003，在白色光源1001和反射型液晶顯示元件1002R、1002G、1002B之間設(shè)置有二向色反射鏡1004。進(jìn)而，具有在二向色反射鏡1004與反射型液晶顯示元件1002R、1002G、1002B之間設(shè)置了偏振光光束分離器1005、1006的彩色分解系統(tǒng)和在反射型液晶顯示元件1002R、1002G、1002B與投射光學(xué)系統(tǒng)1003之間設(shè)置了第一、第二以及第三偏振光光束分離器1005、1006、1007的彩色合成系統(tǒng)。
這里，彩色分解系統(tǒng)利用二向色反射鏡1004將白光分解成第一色光(Green)、第二色光以及第三色光(Red、Blue)。第一色光入射到第一偏振光光束分離器1005。第二以及第三色光入射到設(shè)置在二向色反射鏡1004和第二偏振光光束分離器1006之間的第一彩色選擇性相位差板1008。第一彩色選擇性相位差板1008可以使規(guī)定波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。由此，可以使彩色成分(R、B)和偏振光方向(P、S)相互關(guān)連起來。
進(jìn)而，通過第一彩色選擇性相位差板1008，B光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，B光作為P偏振光，R光作為S偏振光入射到第二偏振光束分離器1006并在該第二偏振光束分離器1006被分離成第二色光(R)和第三色光(B)。
此外，在彩色合成系統(tǒng)中，在第一偏振光光束分離器1005反射的G光在第一反射型液晶顯示元件1002G其偏振光方向被旋轉(zhuǎn)90度反射，透過第一偏振光光束分離器1005，在1/2相位板1012被旋轉(zhuǎn)90度偏振光方向并在第三偏振光光束分離器1007反射到達(dá)投射光學(xué)系統(tǒng)1003。
另外，R光在第二反射型液晶顯示元件1002R其偏振光方向被旋轉(zhuǎn)90度反射，透過第二偏振光光束分離器1006。而B光在第三反射型液晶顯示元件1002B其偏振光方向被旋轉(zhuǎn)90度反射，進(jìn)而被第二偏振光光束分離器1006反射。這樣，2束色光(R、B)被合成為1束光。
這里，由于B光被設(shè)置在第二偏振光光束分離器1006和第三偏振光光束分離器1007之間的第二彩色選擇性相位差板1009旋轉(zhuǎn)90度其偏振光方向，故成為與R光相同的P偏振光。由此，通過使這些R、B光透過第三偏振光光束分離器1007到達(dá)投射光學(xué)系統(tǒng)1003，可以合成3束色光。
但是，在以往例所示那樣的圖像投射裝置的彩色合成系統(tǒng)中，由于為了合成第一色光和第二以及第三色光需要使用偏振光光束分離器，故如果因設(shè)置在偏振光光束分離器的偏振光分離膜的入射角度特性而導(dǎo)致P偏振光的透過率低下，則會存在光量損失和彩色平衡被破壞之類的問題。
圖13中給出了偏振光分離膜處的P偏振光的透過率特性。由于通過使透過偏振光分離膜的P偏振光滿足布儒斯特角可以使偏振光分離膜得到接近100％的透過率，故如果入射角度變動則偏振光分離膜處的入射角度將偏離布儒斯特角。因而，將因透過率大幅度地降低而產(chǎn)生圖13那樣的引起角度變動之類的問題。
此外，以往也有代替偏振光光束分離器1007而使用二向色棱鏡的例子。但是，因該情況下分離反射的波長的半值波長隨入射角度特性而偏移，故分光特性易于變化。因此，存在光量損失和彩色平衡被破壞之類的問題。
圖14給出了二向色膜的透過率特性。二向色膜通過交互地重復(fù)配置折射率不同的層構(gòu)成。并且，通過使等價折射率同一，交互地產(chǎn)生透過光的透過(波長)帶和反射光的反射(波長)帶，可以得到使特定的波長帶域透過，使其以外的波長帶域反射的二向色特性。
此時，反射帶的中心波長λ0如圖15所示的那樣，通過形成交互層的膜材料的折射率n和膜厚d以及對應(yīng)折射面的光線角度θ，使λ0＝4×n1×d1×cos(θ1)＝4×n2×d2×cos(θ2)的關(guān)系成立。
這里，4×n1×d1×cos(θ1)、4×n2×d2×cos(θ2)為等價膜厚度。
根據(jù)上述關(guān)系，如果對應(yīng)二向色膜的光的入射角度變化，則對應(yīng)折射面的光線角度θ變化，由于反射帶的中心波長變化，故其二向色特性也在波長方向偏移，將引起圖14那樣的角度變動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的在于提供可以降低因入射角度的變動引起的光量的損失并合成多種的色光，得到明亮的圖像的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)以及配備了該系統(tǒng)的圖像投射裝置。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)是合成第一色光和第二色光的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，具有由多層膜構(gòu)成的彩色偏振光合成膜。并且，該彩色偏振光合成膜在規(guī)定的入射角度范圍內(nèi)以90％以上的效率合成上述第一色光的第一偏振光成分和上述第二色光的第二偏振光成分，且該第二偏振光成分具有與上述第一偏振光成分近似正交的偏振光方向。
通過參照附圖進(jìn)行的下面的具體實(shí)施例的說明，我們將進(jìn)一步明確本發(fā)明的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)乃至圖像投射裝置的特征。


圖1所示是本發(fā)明實(shí)施例1的圖像投射裝置的構(gòu)成例；圖2是說明實(shí)施例1的二向色反射鏡的圖；圖3是說明實(shí)施例1的彩色選擇性相位差板的圖；圖4是說明實(shí)施例1的彩色選擇性相位差板的圖；圖5A以及圖5B是說明實(shí)施例1的彩色偏振光合成棱鏡的圖；圖6所示是本發(fā)明實(shí)施例2的圖像投射裝置的構(gòu)成例；圖7是說明實(shí)施例2的彩色選擇性相位差板的圖；圖8A以及圖8B是說明實(shí)施例2的彩色偏振光合成棱鏡的圖；圖9A以及圖9B是說明本發(fā)明實(shí)施例3的彩色偏振光合成棱鏡的圖；圖10A以及圖10B是說明本發(fā)明實(shí)施例4的彩色偏振光合成棱鏡的圖；圖11A以及圖11B是說明本發(fā)明實(shí)施例4的彩色偏振光合成棱鏡的圖；圖12是說明現(xiàn)有的圖像投射裝置的構(gòu)成的圖；圖13所示是現(xiàn)有的偏振光分離面的P偏振光的透過率特性；圖14所示是現(xiàn)有的二向色膜的透過率特性；圖15是說明現(xiàn)有的二向色膜的特性的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
圖1中給出了作為本發(fā)明的實(shí)施例1的圖像投射裝置的構(gòu)成例。圖1中，1是以連續(xù)頻譜發(fā)出白色光的光源，2是向規(guī)定的方向會聚光的反射望遠(yuǎn)鏡，3a是矩陣狀地配置了矩形的透鏡的第一復(fù)眼透鏡列陣，3b是具有由對應(yīng)了第一復(fù)眼透鏡列陣3a的各個透鏡的透鏡列陣構(gòu)成的第二復(fù)眼透鏡列陣。
4是將具有無偏振方向的光處理成特定的偏振光的偏振光變換元件，5a、5b是聚光透鏡，5c是反射鏡。此外，6a是90度變換藍(lán)色(以下記為B)光的偏振方向但不變換紅色(以下記為R)光的偏振方向的第一彩色選擇性相位差板，6b是90度變換R光的偏振方向但不變換B光的偏振方向的第二彩色選擇性相位差板。這里，綠色以下記為G。
7是反射B和R波長區(qū)域的光，透過G波長區(qū)域的光的二向色反射鏡，8a和8b是具有反射S偏振光的偏振光分離面的第一偏振光光束分離器以及第二偏振光光束分離器。13是透過G的P偏振光，反射R以及B的S偏振光的彩色偏振光合成棱鏡。
此外，9r、9g、9b分別是反射并圖像調(diào)制各種色光(入射光)的紅色用反射型液晶顯示元件(圖像形成元件)、綠色用反射型液晶顯示元件以及藍(lán)色用反射型液晶顯示元件。
這些液晶顯示元件9r、9g、9b上連接著驅(qū)動電路51。在驅(qū)動電路51上供給有來自個人計算機(jī)、DVD播放器、視頻系統(tǒng)、電視接收機(jī)等圖像信息供給裝置52的圖像信號，驅(qū)動電路51對應(yīng)于所供給的圖像信號驅(qū)動液晶顯示元件9r、9g、9b。由此，入射到液晶顯示元件9r、9g、9b的各種色光在受到圖像調(diào)制的同時還被反射。
10r、10g、10b分別是紅色用的1/4波長片、綠色用的1/4波長片以及藍(lán)色用的1/4波長片。11是投射透鏡，12a、12b、12c、12d分別為偏光板。
下面對光學(xué)上的作用進(jìn)行說明。從光源1發(fā)出的光束通過反射望遠(yuǎn)鏡2被會聚到特定的方向上。這里，反射望遠(yuǎn)鏡2具有拋物面形狀，來自拋物面的焦點(diǎn)位置的光成為平行于拋物面的對稱軸的光束。但是，由于光源1不是理想的點(diǎn)光源而具有有限的大小，故在會聚的光束中也包含著很多不與拋物面的對稱軸平行的光的成分。
這些會聚光光束入射到第一復(fù)眼透鏡列陣3a。第一復(fù)眼透鏡列陣3a矩陣狀地組合外形是矩形的具有正的光焦度的透鏡構(gòu)成，入射的光束被分別對應(yīng)于各個透鏡的多個光束被分割、會聚。進(jìn)而，這些被分割、會聚了的光束經(jīng)由第二復(fù)眼透鏡列陣3b，在偏振光變換元件4的附近矩陣狀地形成多個光源像。
偏振光變換元件4由偏振光分離面、反射面和1/2波長片組成，矩陣狀地會聚了的多個光束入射到對應(yīng)于其列的偏振光分離面，被分割成透過的P偏振光成分的光和反射的S偏振光成分的光。
被反射的S偏振光成分的光在反射面處反射，出射到與P偏振光成分相同的方向，P偏振光成分的光透過1/2波長片，被變換成與S偏振光成分同樣的偏振光成分。由此，從偏振光變換元件4出射經(jīng)過處理了偏振方向的光束。
從偏振光變換元件4出射的多束光束在偏振光變換元件4的附近會聚后，作為發(fā)散光束到達(dá)聚光光學(xué)系統(tǒng)。
會聚光光學(xué)系統(tǒng)由會聚透鏡5a、5b組成。多束的光束通過會聚光光學(xué)系統(tǒng)分別在可以形成復(fù)眼透鏡的矩形形狀的像的位置重疊，形成矩形的均勻的照明區(qū)域。在該照明區(qū)域配置有反射型液晶顯示元件9r、9g、9b。
設(shè)置在照明光路中的分色反射鏡7具有由圖2的實(shí)線所示那樣的特性。
在分色反射鏡7處，被進(jìn)行了彩色分離的G光在通過偏光板12a修整了分色反射鏡7等造成的偏光方向的紊亂后，作為S偏振光相對于第一偏振光光束分離器8a入射，在偏振光分離面反射，到達(dá)G光用的反射型液晶顯示元件9g。
在G光用的反射型液晶顯示元件9g處，G光受到圖像調(diào)制并被反射。受到圖像調(diào)制的G光反射光的S偏振光成分再次在第一偏振光光束分離器8a的偏振光分離面處反射，返回光源側(cè)并被從投射光中除去。受到圖像調(diào)制的G光的反射光的P偏振光成分透過第一偏振光光束分離器8a的偏振光分離面成為投射光。透過第一偏振光光束分離器8a的光在偏光板12b被進(jìn)一步除去不需要的偏振光成分到達(dá)彩色偏振光合成棱鏡13。
在分色反射鏡7處反射了的R光以及B光通過偏光板12c修整了由分色反射鏡7等造成的偏光方向的紊亂后，入射到第一彩色選擇性相位差板6a。圖3給出了第一彩色選擇性相位差板6a的特性。
圖3中，橫軸表示入射光的波長，縱軸表示在相對于入射光的偏振方向90度(正交)方向上偏振光方向被變換的變換率。由此，R光不被變換地作為S偏振光不變地從第一彩色選擇性相位差板6a射出，B光則被變換成P偏振光從第一彩色選擇性相位差板6a射出。
這樣，B光作為P偏振光，R光作為S偏振光入射到第二偏振光光束分離器8b。進(jìn)而，在第二偏振光光束分離器8b，B光透過偏振光分離面到達(dá)B光用的反射型液晶顯示元件9b，R光則在偏振光分離面反射到達(dá)R光用的反射型液晶顯示元件9r。
在B光用的反射型液晶顯示元件9b，B光受到圖像調(diào)制并反射。調(diào)制后的B反射光的P偏振光成分再次透過第二偏振光光束分離器8b的偏振光分離面，返回光源側(cè)并被從投射光中除去。調(diào)制后的B光的S偏振光成分在第二偏振光光束分離器8b的偏振光分離面處反射，到達(dá)彩色偏振光合成棱鏡13。
同樣地，在R光用的反射型液晶顯示元件9r，R光受到圖像調(diào)制并反射。調(diào)制后的R反射光的S偏振光成分再次反射于第二偏振光光束分離器8b的偏振光分離面，返回光源側(cè)并被從投射光中除去。調(diào)制后的R光的P偏振光成分透過第二偏振光光束分離器8b的偏振光分離面，到達(dá)彩色偏振光合成棱鏡13。由此，B投射光和R投射光被合成為一個光束。
合成后的R光和B光入射到第二彩色選擇性相位差板6b。第二彩色選擇性相位差板6b具有圖4所示那樣的特性。圖4中，橫軸表示入射光的波長，縱軸表示在相對于入射光的偏振方向90度(正交)方向上偏振光方向被變換的變換率。由此，B光按S偏振光原樣從第二彩色選擇性相位差板6b射出，R光被變換成S偏振光從第二彩色選擇性相位差板6b射出。
進(jìn)而，B光和R光在偏光板12d被進(jìn)一步除去不需要的偏振光成分，作為S偏振光入射到彩色偏振光合成棱鏡13。并且，通過在彩色偏振光合成棱鏡13的彩色偏振光合成膜13c處的反射，被合成為透過了該彩色偏振光合成膜13c的P偏振光的G投射光。
合成后的RGB投射光通過投射透鏡11被投影到屏幕等投射面上。
本實(shí)施例中的彩色偏振光合成棱鏡13是粘合了2個三角棱鏡13a、13b構(gòu)成的。在第一三角棱鏡13a的粘合面設(shè)置有由多層膜構(gòu)成的彩色偏振光合成膜13c，其通過粘合劑與第二三角棱鏡13b粘合在一起。
這里，表1中給出了本實(shí)施例中使用的彩色偏振光合成膜13c的設(shè)計例。該彩色偏振光合成膜13c是在作為基板的第一三角棱鏡13a上堆積15層的膜(2種材質(zhì)的膜)而成的。此外，圖5A、圖5B分別為其特性圖。圖5A給出的是對彩色偏振光合成膜13c的光的入射角度為40、45、50度時的P偏振光的透過率，圖5B給出的是對彩色偏振光合成膜13c的光的入射角度為40、45、50度時的S偏振光的反射率。
表1



在取綠(G)的波長范圍為500～570nm，紅(R)的波長范圍590～650nm，藍(lán)(B)的波長范圍為430～480nm時，相對于對彩色偏振光合成膜13c的基準(zhǔn)入射角度45度，可以用Tpg＝(Tpg40+Tpg45+Tpg50)/3來求規(guī)定角度范圍(±5度)的平均透過率(以及平均反射率)。
這里，Tpg45是對應(yīng)入射角度45度的G的波長范圍的平均透過率，Tpg40、Tpg50是對應(yīng)45度±5度的G的波長范圍的平均透過率。
采用同樣的做法還可以求在其他的波長范圍的平均透過率(以及平均反射率)。
由此，可以求出彩色偏振光合成膜13c的G的波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpg＝94.7％＞90％R波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsr＝97.2％＞90％B波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsb＝96.7％＞90％。
在表1所示的膜構(gòu)成的彩色偏振光合成膜13c中，由于折射率高的材質(zhì)的折射率nH為2.3，折射率低的材質(zhì)的折射率nL為1.46，因此，如果求彩色偏振光合成棱鏡13的玻璃材料(基板)的折射率nB以使相對于彩色偏振光合成膜13c以45度入射的光達(dá)到布儒斯特角，則有nB＝(2×nH2+nL2/(nH2+nL2))1/2＝1.74
這里，由于使用了折射率1.52的玻璃材料(基板)，故雖然相對于P偏振光不滿足布儒斯特條件，但可以形成能夠只對G的波長范圍獲得低反射特性這樣的膜構(gòu)成。
此外，雖然彩色偏振光合成膜13c的膜構(gòu)成是交互地堆積折射率高的材質(zhì)和折射率低的材質(zhì)而成的膜構(gòu)成，但通過使各層的厚度(膜厚)各不相同，可以減低交互層的周期性，不交互地產(chǎn)生反射帶和透過帶。由此，可以在規(guī)定的波長范圍內(nèi)得到不被角度特性左右的高效率的透過率和反射率。
這里，如果設(shè)可見光的波長范圍為430～650nm，則彩色偏振光合成膜13c的可見光波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpw＝84.5％＞75％，可見光波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsw＝86.8％＞75％。
即，彩色偏振光合成膜13c具有透過可見光波長范圍的大部分的P偏振光、反射S偏振光的特性。但是，與通常的偏振光分離面不同，在入射角度為45度±5度的角度范圍，其對各個波長范圍的光的特性并不是均一的。
此外，彩色偏振光合成膜13c的G波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpg＝2.6％R波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpr＝25.9％B波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpb＝23.6％G波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsg＝30.4％R波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsr＝2.8％B波長范圍的S偏振光的平均透過率為
Tsb＝3.3％。
對應(yīng)在彩色偏振光合成膜13c的R、B的波長范圍的P偏振光的平均反射率的G波長范圍的P偏振光的平均反射率之比為Rpg/Rpr＝0.099＜0.5Rpg/Rpb＝0.108＜0.5另外，對應(yīng)在彩色偏振光合成膜13c的G波長范圍的S偏振光的平均透過率的R、B波長范圍的S偏振光的平均透過率之比為Tsr/Tsg＝0.091＜0.5Tsb/Tsg＝0.108＜0.5。
這樣，通過設(shè)定特性使之只在本實(shí)施例的進(jìn)行彩色合成的波長范圍達(dá)到高效率，可以減少角度變動。
圖6所示是作為本發(fā)明的實(shí)施例2的圖像投射裝置的構(gòu)成例。圖6中，21是以連續(xù)頻譜發(fā)出白色光的光源，22是向規(guī)定的方向會聚光的反射望遠(yuǎn)鏡，23a是矩陣狀地配置了矩形的透鏡的第一復(fù)眼透鏡列陣，23b是由對應(yīng)了第一復(fù)眼透鏡列陣23a的各個透鏡的透鏡列陣構(gòu)成的第二復(fù)眼透鏡列陣，24是將無偏振方向的光處理成具有特定的偏振方向的光的偏振光變換元件，25a、25b是聚光透鏡，25c是反射鏡。
此外，26a是90度變換B光的偏振方向但不變換R光的偏振方向的第一彩色選擇性相位差板，26b是90度變換R光的偏振方向但不變換B光的偏振方向的第二彩色選擇性相位差板。
27是90度變換G光的偏振方向但不變換B、R光的偏振方向的第三彩色選擇性相位差板。
28是1/2相位板，29a、29b、29c分別是透過P偏振光，反射S偏振光的第一偏振光光束分離器、第二偏振光光束分離器以及第三偏振光光束分離器。
此外，34是透過G的P偏振光，反射R以及B的S偏振光的彩色偏振光合成棱鏡。
30r、30g、30b分別是反射并圖像調(diào)制(入射光)的紅色用反射型液晶顯示元件(圖像形成元件)、綠色用反射型液晶顯示元件以及藍(lán)色用反射型液晶顯示元件。
這些液晶顯示元件30r、30g、30b上連接有驅(qū)動電路51。在驅(qū)動電路51上供給有來自個人計算機(jī)、DVD播放器、視頻系統(tǒng)、電視接收機(jī)等圖像信息供給裝置52的圖像信號，驅(qū)動電路51對應(yīng)于所供給的圖像信號驅(qū)動液晶顯示元件30r、30g、30b。由此，入射到液晶顯示元件30r、30g、30b的各種色光在受到圖像調(diào)制的同時還被反射。
31r、31g、31b分別是紅色用的1/4波長片、綠色用的1/4波長片以及藍(lán)色用的1/4波長片。32是投射透鏡，33a、33b、33c、33d分別為偏光板。
這里，偏振光變換元件24由偏振光分離面和1/2波長片組成，具有將入射的無偏振光處理成S偏振光出射的構(gòu)成。
此外，設(shè)置在照明光路中的第三彩色選擇性相位差板27具有由圖7的實(shí)線給出的那樣的特性，其以S偏振光原樣不變地出射入射的B和R光，但卻將G光變換成P偏振光出射。
在彩色選擇性相位差板27，被調(diào)整了偏振光方向的光入射到第一偏振光光束分離器29a。作為P偏振光的G光透過第一偏振光光束分離器29a的偏振光分離面，作為S偏振光的R、B光則在該偏振光分離面處反射。由此，可以進(jìn)行色彩分離。
經(jīng)過色彩分離的G光通過1/2相位差板28被改變了偏振光方向，并在由偏光板33a調(diào)整了偏振光方向后，相對于第二偏振光光束分離器29b作為S偏振光入射。進(jìn)而，在第二偏振光光束分離器29b的偏振光分離面處反射，到達(dá)G光用的反射型液晶顯示元件30g。
在G光用的反射型液晶顯示元件30g中，G光受到圖像調(diào)制并被反射。經(jīng)過圖像調(diào)制的G反射光的S偏振光成分再次在第二偏振光光束分離器29b的偏振光分離面處反射，返回到光源側(cè)并被從投射光中除去。
經(jīng)過圖像調(diào)制的G反射光的P偏振光成分透過第二偏振光光束分離器29b的偏振光分離面，被偏光板33b進(jìn)一步除去不需要的偏振光成分并相對于彩色偏振光合成棱鏡34作為P偏振光入射，透過彩色偏振光合成膜34c到達(dá)投射透鏡32。
反射于第一偏振光光束分離器29a的R和B光入射到第一彩色選擇性相位差板26a。第一彩色選擇性相位差板26a具有圖3所示那樣的特性，R光作為P偏振光原樣不變，B光則被變換成S偏振光出射。
由此，B光作為P偏振光，R光作為S偏振光入射到第三偏振光光束分離器29c。B光透過第三偏振光光束分離器29c到達(dá)B光用的反射型液晶顯示元件30b。此外，R光在第三偏振光光束分離器29c的偏振光分離面反射，到達(dá)R光用的反射型液晶顯示元件30r。
在B光用的反射型液晶顯示元件30b，B光受到圖像調(diào)制并反射。調(diào)制后的B反射光的P偏振光成分再次透過第三偏振光光束分離器29c的偏振光分離面，返回光源側(cè)并被從投射光中除去。
調(diào)制后的B反射光的S偏振光成分在偏振光分離面反射并成為投射光。同樣地，在R光用的反射型液晶顯示元件30r，R光受到圖像調(diào)制并反射。調(diào)制后的R反射光的S偏振光成分再次反射于第三偏振光光束分離器29c的偏振光分離面，返回光源側(cè)并被從投射光中除去。調(diào)制后的R反射光的P偏振光成分透過第三偏振光光束分離器29c的偏振光分離面成為投射光。由此，B和R的投射光被合成為一個光束。
合成后的R和B的投射光入射到第二彩色選擇性相位差板26b。第二彩色選擇性相位差板26b具有圖4所示那樣的特性，其只使R光的偏振光方向旋轉(zhuǎn)90度。由此，R、B光均被變換成S偏振光到達(dá)彩色偏振光合成棱鏡34。進(jìn)而，通過在彩色偏振光合成膜34c進(jìn)行反射而被合成為G投射光。
本實(shí)施例中的彩色偏振光合成棱鏡34是粘合了2個三角棱鏡34a、34b而成的。在第一三角棱鏡34a的粘合面設(shè)置有由多層膜構(gòu)成的彩色偏振光合成膜34c，其通過粘合劑與第二三角棱鏡34b粘合在一起。
這里，表2中給出了本實(shí)施例中使用的彩色偏振光合成膜34c的設(shè)計例。該彩色偏振光合成膜34c是在作為基板的第一三角棱鏡34a上堆積15層的膜(2種材質(zhì)的膜)而成的。此外，圖8A、圖8B分別為其特性圖。圖8A給出的是對彩色偏振光合成膜34c的光的入射角度為40、45、50度時的P偏振光的透過率，圖8B給出的是對彩色偏振光合成膜34c的光的入射角度為40、45、50度時的S偏振光的反射率。
表2


這里，由于粘合劑的折射率為1.51，基板的折射率為1.61，故在粘合劑和第二三角棱鏡34b的粘合面將產(chǎn)生菲涅爾反射，損失微小的光量。因此，也可以采用在第二三角棱鏡34b的粘合面設(shè)置防反射膜，用粘合劑粘合彩色偏振光合成膜34c和防反射膜的構(gòu)成。
在取綠(G)的波長范圍為500～570nm，紅(R)的波長范圍590～650nm，藍(lán)(B)的波長范圍為430～480nm時，彩色偏振光合成膜34c具有在G的波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpg＝99.0％＞90％R波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsr＝98.2％＞90％B波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsb＝97.8％＞90％這樣的特性。
這里，如果設(shè)可見光的波長范圍為430～650nm，則彩色偏振光合成膜34c的可見光波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpw＝90.7％＞75％，可見光波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsw＝90.3％＞75％。
即，彩色偏振光合成膜34c具有在可見光波長范圍透過大部分的P偏振光、反射S偏振光的特性。但是，與通常的偏振光分離膜不同，在入射角度為45度±5度的角度范圍，其對各個波長范圍的光的特性并不是均一的。
此外，彩色偏振光合成膜34c的G波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpg＝1.0％R波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpr＝14.4％B波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpb＝16.4％
G波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsg＝22.6％R波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsr＝1.8％B波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsb＝2.2％。
此外，對應(yīng)R、B的波長范圍的P偏振光的平均反射率的G波長范圍的P偏振光的平均反射率之比為Rpg/Rpr＝0.073＜0.5Rpg/Rpb＝0.064＜0.5另外，對應(yīng)G波長范圍的S偏振光的平均透過率的R、B波長范圍的S偏振光的平均透過率之比為Tsr/Tsg＝0.080＜0.5Tsb/Tsg＝0.097＜0.5。
表3中給出的是作為本發(fā)明的實(shí)施例3的、設(shè)置在通過實(shí)施例1或者實(shí)施例2說明過的圖像投射裝置的彩色偏振光合成棱鏡(13、34)上的彩色偏振光合成膜(13c、34c)的設(shè)計例。該彩色偏振光合成膜是在作為基板的第一三角棱鏡(13a、34a)上堆積13層的膜(2種材質(zhì)的膜)而成的。此外，圖9A、圖9B分別為其特性圖。圖9A給出的是對彩色偏振光合成膜的光的入射角度為40、45、50度時的P偏振光的透過率，圖9B給出的是對彩色偏振光合成膜的光的入射角度為40、45、50度時的S偏振光的反射率。
表3



在取綠(G)的波長范圍為500～570nm，紅(R)的波長范圍590～650nm，藍(lán)(B)的波長范圍為430～480nm時，本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜具有在G的波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpg＝96.6％＞90％R波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsr＝97.8％＞90％B波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsb＝97.5％＞90％這樣的特性。
在本實(shí)施例中，雖然構(gòu)成彩色偏振光合成棱鏡的玻璃的折射率為近似滿足布儒斯特條件的折射率，但通過強(qiáng)行調(diào)整膜厚使之得到窄帶域的防反射效果，也可以得到與實(shí)施例1以及實(shí)施例2同樣的效果。此時，作為設(shè)計，可以通過調(diào)整使之在偏離了基準(zhǔn)入射角度(45度)的入射角度(40度、50度)得到窄帶域的防反射效果。
如果設(shè)可見光的波長范圍為430～650nm，則彩色偏振光合成膜的可見光波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpw＝92.2％＞75％，
可見光波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsw＝94.6％＞75％。
即，彩色偏振光合成膜具有在可見光波長范圍透過大部分的P偏振光、反射S偏振光的特性。但是，與通常的偏振光分離膜不同，在入射角度為45度±5度的角度范圍，其對各個波長范圍的光的特性并不是均一的。
進(jìn)而，彩色偏振光合成膜的G波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpg＝3.4％R波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpr＝7.7％B波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpb＝14.3％G波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsg＝10.5％R波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsr＝2.2％B波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsb＝2.5％。
此外，對應(yīng)R、B的波長范圍的P偏振光的平均反射率的G波長范圍的P偏振光的平均反射率之比為Rpg/Rpr＝0.441＜0.5Rpg/Rpb＝0.236＜0.5另外，對應(yīng)G波長范圍的S偏振光的平均透過率的R、B波長范圍的S偏振光的平均透過率之比為Tsr/Tsg＝0.204＜0.5Tsb/Tsg＝0.234＜0.5。

表4中給出的是作為本發(fā)明的實(shí)施例4的、設(shè)置在通過實(shí)施例1或者實(shí)施例2說明過的圖像投射裝置的彩色偏振光合成棱鏡(13、34)上的彩色偏振光合成膜(13c、34c)的設(shè)計例。該彩色偏振光合成膜是在作為基板的第一三角棱鏡(13a、34a)上堆積17層的膜(2種材質(zhì)的膜)而成的。此外，在此前說明過的實(shí)施例1～3中，具有積層了2種材質(zhì)的薄膜的構(gòu)造，但在本實(shí)施例中則是堆積了3種以上材質(zhì)的薄膜。
圖10A、圖10B分別為其特性圖。圖10A給出的是對彩色偏振光合成膜的光的入射角度為40、45、50度時的P偏振光的透過率，圖10B給出的是對彩色偏振光合成膜的光的入射角度為40、45、50度時的S偏振光的反射率。
表4



在取綠(G)的波長范圍為500～570nm，紅(R)的波長范圍590～650nm，藍(lán)(B)的波長范圍為430～480nm時，本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜具有在G的波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpg＝99.6％＞90％R波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsr＝98.2％＞90％B波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsb＝98.0％＞90％這樣的特性。
本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜的可見光波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpw＝87.7％＞75％，可見光波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsw＝84.5％＞75％。
即，本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜具有在可見光波長范圍透過大部分的P偏振光、反射S偏振光的特性。但是，與通常的偏振光分離膜不同，在入射角度為45度±5度的角度范圍，其對各個波長范圍的光的特性并不是均一的。
此外，彩色偏振光合成膜的G波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpg＝0.4％R波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpr＝18.9％B波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpb＝23.7％G波長范圍的S偏振光的平均透過率為
Tsg＝35.4％R波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsr＝1.8％B波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsb＝2.0％。
此外，對應(yīng)R、B的波長范圍的P偏振光的平均反射率的G波長范圍的P偏振光的平均反射率之比為Rpg/Rpr＝0.023＜0.5Rpg/Rpb＝0.018＜0.5進(jìn)而，對應(yīng)G波長范圍的S偏振光的平均透過率的R、B波長范圍的S偏振光的平均透過率之比為Tsr/Tsg＝0.051＜0.5Tsb/Tsg＝0.057＜0.5。
這里，通過實(shí)施例1～4說明過的彩色偏振光合成棱鏡的膜(彩色偏振光合成膜)的構(gòu)成可以不僅僅限于與上述實(shí)施例1以及實(shí)施例2給出的光學(xué)系統(tǒng)的組合。即，也可以在用一個膜面合成G光的P偏振光和R、B的S偏振光的彩色合成系統(tǒng)中使用上述實(shí)施例1以及實(shí)施例2給出的光學(xué)系統(tǒng)之外構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。
此外，關(guān)于彩色偏振光合成膜，只要是滿足本發(fā)明給出的數(shù)值條件的特性的彩色偏振光合成膜即可，即使是實(shí)施例1～4所示的設(shè)計值以外的設(shè)計值也可以得到同樣的效果。
另外，在用一個膜面合成G光的S偏振光和R、B的P偏振光的彩色合成系統(tǒng)中，也可以使用具有使實(shí)施例1～4所示的透過與反射的關(guān)系相反的膜特性的彩色偏振光合成膜。
表5中給出了作為本發(fā)明的實(shí)施例5的彩色偏振光合成膜的設(shè)計例。雖然實(shí)施例1～4所示的彩色偏振光合成膜是透過G光、反射品紅光的構(gòu)成，但本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜則是反射G光、透過品紅光。使用這樣的構(gòu)成也可以得到與實(shí)施例1～4相同的效果。
表5


本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜是在基板(三角棱鏡等)上堆積了21層的膜而成的。此外，圖11A、圖11B分別為其特性圖。圖11A給出的是對彩色偏振光合成膜的光的入射角度為40、45、50度時的P偏振光的透過率，圖11B給出的是對彩色偏振光合成膜的光的入射角度為40、45、50度時的S偏振光的反射率。
在取綠(G)的波長范圍為500～570nm，紅(R)的波長范圍590～650nm，藍(lán)(B)的波長范圍為430～480nm時，本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜具有在G的波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsg＝99.7％＞90％R波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsr＝99.3％＞90％B波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsb＝99.1％＞90％這樣的特性。
此外，本實(shí)施例的彩色偏振光合成膜的G波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpg＝30.8％R波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpr＝0.7％B波長范圍的P偏振光的平均反射率為Rpb＝0.9％G波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsg＝0.3％R波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsr＝51.9％B波長范圍的S偏振光的平均透過率為Tsb＝61.8％。
此外，對應(yīng)R、B的波長范圍的P偏振光的平均反射率的G波長范圍的P偏振光的平均反射率之比為Rpr/Rpg＝0.022＜0.5Rpb/Rpg＝0.029＜0.5對應(yīng)G波長范圍的S偏振光的平均透過率的R、B波長范圍的S偏振光的平均透過率之比為Tsg/Tsr＝0.004＜0.5Tsg/Tsb＝0.005＜0.5。
這里，彩色偏振光合成膜的可見光波長范圍的P偏振光的平均透過率為Tpw＝67.2％，可見光波長范圍的S偏振光的平均反射率為Rsw＝88.0％，即，在P偏振光處其偏振光分離比例變低。因此，其殘存一些二向色特性，因角度變化其反射、透過的范圍會產(chǎn)生變動，但由于其變動范圍狹小，故還是可以進(jìn)行效率良好的色彩合成的。
如以上所說明過的這樣，利用上述實(shí)施例，可以在彩色合成光學(xué)系統(tǒng)中謀求減少光量的損失，此外，還可以由之實(shí)現(xiàn)明亮的圖像投射裝置。
權(quán)利要求
1.一種彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，包含由多層膜構(gòu)成的合成第一色光和第二色光的彩色偏振光合成膜，其特征在于上述的彩色偏振光合成膜在規(guī)定的入射角度范圍內(nèi)以90％以上的效率合成上述第一色光的第一偏振光成分和上述第二色光的第二偏振光成分；該第二偏振光成分具有與上述第一偏振光成分大致正交的偏振光方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述的規(guī)定入射角度范圍是對上述彩色偏振光合成膜的基準(zhǔn)入射角度±5度的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于合成分別來自形成原圖像的第一以及第二圖像形成元件的上述第一以及第二色光并將該合成光引導(dǎo)到投射光學(xué)系統(tǒng)，上述彩色合成光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步具有第一以及第二檢光部件，來自上述第一圖像形成元件的上述第一色光經(jīng)由上述第一檢光部件以及上述彩色偏振光合成膜被導(dǎo)向上述投射光學(xué)系統(tǒng)，并且來自上述第二圖像形成元件的上述第二色光經(jīng)由上述第二檢光部件以及上述彩色偏振光合成膜被導(dǎo)向上述投射光學(xué)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一色光是綠色波長范圍的光，上述第二色光是紅色和藍(lán)色波長范圍的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該彩色合成光學(xué)系統(tǒng)合成分別來自形成原圖像的第一以及第二圖像形成元件的上述第一以及第二色光和來自形成原圖像的第三圖像形成元件的第三色光，并將該合成光引導(dǎo)到投射光學(xué)系統(tǒng)，上述彩色合成光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步具有第一以及第二檢光部件，來自上述第一圖像形成元件的上述第一色光經(jīng)由上述第一檢光部件以及上述彩色偏振光合成膜被導(dǎo)向上述投射光學(xué)系統(tǒng)，并且來自上述第二以及第三圖像形成元件的上述第二色光以及第三色光分別經(jīng)由上述第二檢光部件以及上述彩色偏振光合成膜被導(dǎo)向上述投射光學(xué)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第二檢光部件是偏振光光束分離器，在上述偏振光光束分離器和上述彩色偏振光合成膜之間設(shè)置有彩色選擇性相位差板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一檢光部件包含第一偏振光光束分離器和第一偏光板，上述第二檢光部件包含第二偏振光光束分離器，在上述第二偏振光光束分離器和上述彩色偏振光合成膜之間設(shè)置有彩色選擇性相位差板，在該選擇性相位差板和上述彩色偏振光合成膜之間設(shè)置第二偏光板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一偏振光光束分離器和上述第二偏振光光束分離器具有同樣的偏振光分離膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一色光是500～570nm的第一波長范圍的光，上述第二色光是430～480nm的第二波長范圍的光，上述第三色光是590～650nm的第三波長范圍的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于在設(shè)入射到上述彩色偏振光合成膜的光的入射角度為45度±5度時，該彩色偏振光合成膜的上述第一波長范圍的透過率為90％以上，上述第二以及第三波長范圍的反射率為90％以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述彩色偏振光合成膜具有透過65％以上的以上述規(guī)定的入射角度入射的可見光波長范圍的光的P偏振光、反射65％以上的S偏振光的特性，且滿足以下的條件Rp1/Rp2＜0.5Rp1/Rp3＜0.5這里，Rp1是上述第一波長范圍的P偏振光的平均反射率，Rp2是上述第二波長范圍的P偏振光的平均反射率，Rp3是上述第三波長范圍的P偏振光的平均反射率，Ts2/Ts1＜0.5Ts3/Ts1＜0.5這里，Ts1是上述第一波長范圍的S偏振光的平均透過率，Ts2是上述第二波長范圍的S偏振光的平均透過率，Ts3是上述第三波長范圍的S偏振光的平均透過率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述彩色偏振光合成膜具有透過75％以上的以上述規(guī)定的入射角度入射的可見光波長范圍的光的P偏振光的特性。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述彩色偏振光合成膜具有反射75％以上的以上述規(guī)定的入射角度入射的可見光波長范圍的光的S偏振光的特性。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于在設(shè)入射到上述彩色偏振光合成膜的光的入射角度為45度±5度時，該彩色偏振光合成膜的上述第一波長范圍的透過率為90％以上，上述第二以及上述第三波長范圍的反射率為90％以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述彩色偏振光合成膜具有透過65％以上的以上述規(guī)定的入射角度入射的可見光波長范圍的光的P偏振光、反射65％以上的S偏振光的特性，且滿足以下的條件Rp2/Rp1＜0.5Rp3/Rp1＜0.5這里，Rp1是上述第一波長范圍的P偏振光的平均反射率，Rp2是上述第二波長范圍的P偏振光的平均反射率，Rp3是上述第三波長范圍的P偏振光的平均反射率，Ts1/Ts2＜0.5Ts1/Ts3＜0.5這里，Ts1是上述第一波長范圍的S偏振光的平均透過率，Ts2是上述第二波長范圍的S偏振光的平均透過率，Ts3是上述第三波長范圍的S偏振光的平均透過率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述彩色偏振光合成膜具有透過75％以上的以上述規(guī)定的入射角度入射的可見光波長范圍的光的P偏振光的特性。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所記載的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述彩色偏振光合成膜具有反射75％以上的以上述規(guī)定的入射角度入射的可見光波長范圍的光的S偏振光的特性。
18.一種圖像投射裝置，其特征在于具有·光源；·將來自該光源的光分解成至少2種色光的彩色分解光學(xué)系統(tǒng)；·至少2個圖像形成元件；·合成來自該圖像形成元件的色光的權(quán)利要求1至17之一的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)；·投射利用該彩色合成光學(xué)系統(tǒng)合成的光的投射光學(xué)系統(tǒng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所記載的圖像投射裝置，其特征在于上述圖像形成元件是反射型圖像顯示元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了可以降低因?qū)Σ噬窆夂铣赡さ娜肷浣嵌鹊淖儎右鸬墓饬繐p失并合成多束色光的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)。合成第一色光和第二色光的彩色合成光學(xué)系統(tǒng)具有由多層膜構(gòu)成的偏振光合成膜。該彩色偏振光合成膜在規(guī)定的入射角度范圍內(nèi)以90％以上的效率合成上述第一色光的第一偏振光成分和上述第二色光的第二偏振光成分，且該第二偏振光成分具有與上述第一偏振光成分近于正交的偏振光方向。
文檔編號H04N9/31GK1519612SQ20041000329
公開日2004年8月11日 申請日期2004年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月3日
發(fā)明者奧山敦, 沢村光治, 治 申請人:佳能株式會社