CN101038372A - 投影型图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明通过改善现有的偏振变换单元，实现高亮度的投影型显示装置。采用将分离来自光源的光的光束分离装置(21)配置在具有多个入射面的偏振变换单元(960)之前，从偏振变换单元(960)射出的光被入射到棒积分器(24)的构成。

Description

投影型图像显示装置

技术领域

本发明是使用液晶面板作为图像显示元件，将图像投影到屏幕上的投影型图像显示装置。例如，涉及液晶投影装置，反射式图像显示投影装置，投影式背投电视等，特别是关于积分器光学系统和偏振变换技术。

背景技术

在投影型图像显示装置中，优选被投影显示的图像的亮度分布(光量分布)基本均匀。在使用液晶面板作为图像显示元件的情况下，需要向液晶面板照射被对齐在规定的偏振方向上的直线偏振光。所以，现有使用由使从光源射出的光的光量分布均匀化的第一以及第二透镜阵列而构成的透镜阵列方式的积分器光学系统、将被积分器光学系统均匀化了的照明光的偏振方向对齐到规定的直线偏振光上的偏振光束分裂器阵列、聚光透镜组合的光学系统(以下，为了便于说明，将该光学系统称为“偏振变换单元”)。或者使用作为将偏振变换元件和棒积分器组合的光学系统的偏振变换元件。作为具有这种偏振变换元件的投影型图像显示装置在例如日本专利JPA2003-57602的图9和图1中进行了记载。

在使用具备有日本专利JPA2003-57602的图9中记载的透镜阵列方式的积分光学系统和偏振光束分裂器阵列的偏振变换元件的偏振变换元件的情况下，第一透镜阵列的各透镜单元的图像被第二透镜阵列和位于其下游的聚光透镜在图像显示元件的照明区域上成像。即，第一透镜阵列的各透镜单元的形状和图像显示元件的形状设计成形成相互相似的关系。偏振变换元件具备遮光板、偏振光束分裂器阵列和λ/2相位差板。

另外，组合了日本专利JPA2003-57602的图1中记载的棒积分器方式和偏振变换元件的偏振变换单元在棒积分器的入射面侧包含使光均匀化的棒积分器、具有偏振分离作用的偏振分离棱镜、反射棱镜以及由与反射棱镜连接而配置的λ/2相位差板得到的偏振变换元件。

发明内容

但是，上述的透镜阵列方式积分器光学系统和偏振光束分裂器阵列的偏振变换元件的组合中，为了通过第二透镜阵列和聚光透镜使第一透镜阵列的各个透镜单元的图像向图像显示元件上成像，必须使各透镜单元的形状与图像显示元件的形状相似。另外，需要使从第一透镜阵列的各透镜单元射出的部分光束，通过遮光板的开口面，在偏振变换元件内聚光。

以上述构成难以同时满足这两个条件。即，在上述现有技术中，为了提高光的利用效率，需要按照从各透镜单元射出的部分光束，使第一透镜阵列的各透镜单元的形状最优化，从而使得通过遮光板开口面的量最多。

另外，通过第二透镜阵列的各透镜单元和聚光透镜，使第一透镜阵列的各透镜单元的图像向图像显示元件上成像。所以，由于第一、第二透镜阵列的透镜单元等形状的偏差，在图像显示元件上成像的第一透镜阵列的各透镜单元的图像的中心偏移产生偏差。所以，为了在图像显示元件上成像，需要以高精度分别管理第一、第二透镜阵列的各透镜单元的形状，其结果是产生花费成本的问题。

另一方面，在专利文献1的图1中记载的使用棒积分器的偏振变换元件的情况下，从未图示的光源入射到偏振分离棱镜的光束例如被向配置在光源的椭圆反射器的第二焦点附近的偏振分离棱镜的入射侧端面聚光。所以，偏振分离棱镜的温度升高。伴随着这种温度的升高，产生偏振分离特性紊乱，变换效率变坏的问题。

一般说来，可以将在照明光学系统中，存在可以有效处理的光束的空间上的扩大，作为面积与立体角之积(几何范围：GeometricalExtent)而进行表达。然后，这个面积与立体角之积被保存在光学系统内。若使用这个法则，由于入射到偏振分离棱镜的入射光束的聚光面积小，所以入射光束的立体角变大。即，对于光轴的入射角度变大。一般地，偏振变换元件的特性依存于光线的入射角度，若入射角度变大，则偏振变换特性变坏。即，在现有技术中，由于向偏振变换元件的入射角度大，所以有偏振变换效率变差的问题。这样，在使用棒积分器的偏振变换单元中，由于偏振变换效率变差，包含在从偏振变换单元射出的光的所希望的P偏振光的比例降低，在未图示的以后的光学系统中可以利用的光利用效率降低。

本发明的目的在于，提供可以提高光的利用效率，并提高图像亮度的投影型图像显示装置的偏振变换单元。

本发明的一方面采用具有将分离来自光源的光的光束分离机构配置在具有多个入射面的偏振变换单元之前，从偏振变换单元射出的光入射到棒积分器内的构成。本发明的另一方面，还具有棒积分器的射出面具有与液晶显示元件的形状相似的形状。

附图说明

图1是偏振变换单元的主要部分构成图。

图2是表示示投影型图像显示装置构成例的示意图。

图3A-C是表示色轮构成例的示意图。

图4是光束分割装置的构成图。

图5是说明偏振变换单元的聚光作用的光线图。

图6是偏振变换单元的主要部分构成图。

图7是表示偏振变换单元的其他构成例的示意图。

图8是表示偏振变换单元的其他构成例的示意图。

图9是表示投影型图像显示装置的其他构成例的示意图。

图10是表示投影型图像显示装置的其他构成例的示意图。

图11是表示投影型图像显示装置的其他构成例的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的方式进行说明。另外，在各图中，对于具有共同功能的元素加注相同的符号，对于说明过一次的元素则省略其说明。

在以下的几个实施方式中，对于偏振光的详细内容进行了说明，但是，将从光源射出的没有偏振的非偏振光分割为多个部分光束，进行偏振变换，然后，通过棒积分器使光量分布一样(均匀化)。另外，所谓偏振变换单元是指使从光源射出的光的光量一样的同时，对齐为规定的偏振光的光学系统。

以下，参照图1、图5、图4、图2、图3，对于实施例1的具备偏振变换单元的投影型图像显示装置进行说明。首先，参照图2，对实施例一的搭载有偏振变换单元的单板式的投影型图像显示装置进行说明。在这之前，为了易于进行以下的图示，在图2中导入右手直角坐标系。即，以光源单元1的光轴方向为Z轴，以与图2的纸面相垂直而从纸面背面向纸面表面的方向为Y轴，以与YZ轴形成的YZ平面正交的轴为X轴。另外，为了便于说明，将与X轴平行的方向称为“X方向”，而将与Y轴平行的方向称为“Y方向”。

在图2中，光源单元1具备光源11和反射器12(该图的例子中为抛物面反射器)。从光源11射出的光被反射器12反射，从光源单元1射出大致平行的光束，入射到偏振变换单元2a内。

偏振变换单元2a从入射侧开始，顺次具备：配置有将从光源单元1射出的光束分割为多个部分光束的多个圆柱状透镜单元211的圆柱状透镜阵列21、使由圆柱状透镜阵列21分割的多个部分光束的偏振方向对齐为规定的偏振光方向的偏振变换元件960、聚光透镜23、具有使光量分布一样的作用的棒积分器24。偏振变换元件960将从光源射出的光分割为多个部分光束，并进行偏振变换。然后，棒积分器24使光量分布一样(均匀化)。棒积分器24的射出侧端面像，通过后述的成像光学系统31在例如由反射型液晶构成的反射形图像显示元件6上成像。所以，使棒积分器24的射出面端面形状为与反射型图像显示元件6相似的形状。

从偏振变换单元2a射出的光入射到作为转动型色分离机构的色轮25，例如通过时间分隔分离为3种色光(R光、G光、B光)。如图3(a)所示，被配置于棒积分器24射出的色轮色轮25是的薄板的圆盘。图3(a)表示色轮的一个例子的构成。该圆盘被分割为多个扇形区域(在此为3个区域)，在各个扇形区域上，形成在透过入射光中规定的波长的区域的光而反射其他波长区域的光，并对该规定波长区域的光进行色分离的色分离区域部。然后，色轮25在转动轴265的周围转动，将入射光时间分隔而色分离为规定波长区域光(在此为R光、G光、B光)。

多个色分离区域部具有仅仅透过R光而反射其他色光的红色光透过分色镜261，仅仅透过G光而反射其他色光的绿色光透过分色镜262，仅仅透过B光而反射其他色光的蓝色光透过分色镜263。另外，线a表示红色光透过分色镜261与绿色光透过分色镜262的边界线，线b表示绿色光透过分色镜262与蓝色光透过分色镜263的边界线，线c表示绿色光透过分色镜262与蓝色光透过分色镜263的边界线。

回到图2，在色轮25射出的光束，透过成像光学系统31，偏振状态的纯度被透过规定方向的偏振光的偏振光板81所改善，入射到作为偏振分离元件的偏振光束分裂器(Polarization Beam Splitter，以下称“PBS”)51。在此，入射到PBS51的光束的偏振方向为与入射面(入射光线和反射光线形成的面：ZX面)垂直的方向(S偏振光)。因此，使透过偏振板81的偏振方向为S偏振光。入射到PBS51的S偏振光的光速，在偏振分离面S51反射，入射到例如由反射型液晶构成的反射型图像显示元件6。由于被反射型图像显示元件6的各像素反射的光线在各像素为ON的情况下，偏振状态被变换为P偏振，所以下次透过PBS51并由投影透镜7放大投影到屏幕(未图示)。另外，在各像素为OFF的情况下，偏振状态保持S偏振光的状态，再次由PBS51的偏振分离面S51进行反射，S偏振光的光束不被放大到屏幕等之上。另外，82是使P偏振光透过的偏振板。

接下来，参照图1对偏振变换单元进行说明。图1表示偏振变换单元的一个例子。

图1的偏振变换单元2a从入射侧开始，顺次具备：作为将来自光源单元的光分割为多个部分光束的光束分割机构的圆柱状透镜阵列21、使该偏振方向对齐为规定偏振方向的偏振变换元件960、聚光透镜23、具有使光量分布一样的作用的棒积分器24。在该偏振变换单元上，进行使来自光源单元1的光的偏振方向对齐为设定方向的偏振变换并使光量分布一样(均匀化)。

偏振变换单元2a的圆柱状透镜阵列21如图4(a)所示，由沿Y方向延伸的截面为圆柱状的多个圆柱状透镜单元211沿X方向形成。所以，圆柱状透镜阵列21具有将从光源单元1射出的光在X方向上分割为多个部分光束，而且在X方向上聚光的作用。

偏振变换单元960具备遮光板962、偏振光束分裂器964和λ/2相位差板966。遮光板962沿Y方向延伸的带状遮光面962b与开口面962a交互地沿X方向被配置为板形。偏振光束分裂器阵列964是贴有例如沿Y方向具有细长的大致平行四边形的截面的柱形(与XZ面正交)的玻璃基板964c。在各玻璃基板964c的界面上，交互地形成有偏振分离膜964a和反射膜964b。λ/2相位差板966将沿Y方向延伸的带状开口层966a与λ/2相位差层966b交互地沿X方向排列而构成。

聚光透镜23被设置在偏振变换元件960与棒积分器24之间。棒积分器24在此是例如具有由截面大致为矩形的光学透明的部件(例如玻璃部件)构成的方柱结构的棒透镜，被设置在聚光透镜23的射出侧。另外，棒积分器24的截面形状与反射型图像显示元件6的形状基本相似。

从光源单元1入射到圆柱状透镜阵列21的大致白色的自然光(无偏振的非偏振光)的光束，通过多个圆柱状透镜单元211在X方向上被分割为部分光束后射出，入射到偏振变换元件960。即，圆柱状透镜阵列21为光束分割装置。

入射到偏振变换元件960的来自圆柱状透镜阵列21的各部分光束分别通过与遮光板962对应的开口面962a，入射到偏振分离膜964a。偏振分离膜964a在入射的各部分光束之中，通过反射S偏振光、透过P偏振光而分离为S偏振光和P偏振光。偏振分离膜964a反射的S偏振光在成对的反射膜964b(在此为上述偏振分离膜964a的X方向正侧的反射膜)反射，从开口层966射出。另一方面，透过偏振分离膜964a的P偏振光被λ/2相位差层966b变换为偏振方向垂直的S偏振光。这样，来自偏振变换元件960的所有成对的偏振分离膜964a/反射膜964b的偏振方向对齐在大致一定的方向上的部分光束(在此为S偏振光)分别射出，入射到聚光透镜23。入射到聚光透镜23的各部分光束通过聚光透镜23在棒积分器24的入射口被重叠。

入射到棒积分器24的光通过在棒积分器24的侧面重复地进行全反射，而使光量分布一样。来自与棒积分器24的反射型图像显示元件6相似形状的射出侧端面的具有均匀光量分布的光入射到色轮25。另外，棒积分器24的射出侧端面图像被通过成像光学系统31在反射型图像显示元件6上成像。

接下来，参照图5对圆柱状透镜阵列21和棒积分器24的配置方向进行说明。图5是说明偏振变换单元的聚光作用的模式光线图。

从光源单元1入射到圆柱型透镜阵列21的各圆柱状透镜211的光在作为排列有圆柱状透镜的方向的X方向折射，在与Y方向大致平行的方向上行进。所以，通过聚光透镜23在棒积分器24的入射面端面附近聚光的光的形状与Y方向相比，在X方向上容易变大。另一方面，需要使棒积分器24的形状与使用的图像显示元件的形状相似。所以，入射侧端面以及射出侧端面形状需要为长方形。所以，通过圆柱状透镜阵列21的配置方向(X方向)与棒积分器24的截面的长边方向一致，可以将光线有效地导入棒积分器24。

如上所述，在图1的偏振变换单元中，不需要使圆柱状透镜单元211的形状与图像显示元件的形状相似。所以，从圆柱状透镜阵列21射出的部分光束具有使得通过偏振变换元件960的遮光板962的开口面962a的量变多那样的调整形状的自由度。这样，通过调整圆柱状透镜单元211的形状，由遮光板962的遮光面962b所得的圆柱状透镜阵列21射出的部分光束的缺失降低，与现有的例子相比光的利用效率提高。

另外，圆柱状透镜阵列21的射出光被通过聚光透镜23聚光于棒积分器24的入射侧端面附近。所以，为了通过第二透镜阵列的各透镜单元与聚光透镜，而使第一透镜阵列的各透镜单元的像向图像显示元件上成像，不需要以高精度调整圆柱状透镜阵列211的形状，可以降低成本。

另外，由于被多个圆柱状透镜单元211分割的多个光入射到偏振变换元件960，在偏振变换元件960的入射部分上的温度升高不明显增高，所以伴随温度升高的偏振变换效率的损失少。

另外，由于在光源单元1与棒积分器24之间配置将光源光分割为多个光束的光束分割机构(在上述中为圆柱状透镜阵列21)，所以被配置在后段的棒积分器24上的光的均匀负担减小。所以可以缩短棒积分器24的长度，可以使偏振变换单元2a小型化。

虽然在图1的例子中由一个圆柱状透镜阵列21构成，但是不限于此。也可以不采用上述那样的圆柱状透镜阵列21，而由2个圆柱状透镜阵列构成。在图6中表示由2个圆柱状透镜阵列构成偏振变换单元2d的构成图。圆柱状透镜阵列21、15将从光源(未图示)射出的大致平行的光分割为多个光束后射出。被分割为多个部分光束的光通过与偏振变换元件960的遮光板962对应的开口面962a，入射到偏振分离膜964a。由此使多个部分光束的每一个对齐为规定的偏振方向的S偏振光，通过聚光透镜23重叠S偏振光的部分光束，在棒积分器24的入射侧端面附近聚光，并通过光管的棒积分器24使光量分布一样。这样通过由2个圆柱状透镜构成，可以降低入射到偏振变换元件960上的光的像差。若光的像差被降低，则可以缩小光点的直径，降低遮光板962的遮光面962b引起的从圆柱状透镜21、15射出的部分光束的缺失，进而提高光的利用效率。

另外，虽然在图1的例子中使用圆柱状透镜阵列21作为光束分割机构，但是不限于此。例如，也可以采用将多个透镜单元配置为矩阵形状的透镜阵列的构成。图4(b)表示透镜阵列的构成图。作为入射到透镜阵列32的大致白色的自然光(不偏振的非偏振光)的光束，被多个透镜单元321分割为多个部分光束后射出，通过与偏振变换元件960的遮光板962对应的开口面962a，入射到偏振分离膜964a。虽然构成透镜阵列32的各透镜单元321被配置为矩阵状，但是由于不需要采用与图像显示元件相似的形状，所以可以使得从透镜阵列32射出的部分光束通过偏振变换元件960的遮光板962的开口面962a的量变多那样地调节形状。所以，可以降低遮光板962的遮光面962b引起的从透镜阵列32射出的分光束的缺失，提高光的利用效率。

另外，虽然在图1的例子中，使用内部全部由透明部件构成的棒透镜作为棒积分器24，但是替代它，也可以采用中空构造而在内侧的侧面形成有反射镜的光管。在图7中，表示了使用光管作为棒积分器的偏振变换单元的例子。在图7中，偏振变换单元2b与上述偏振变换单元2a相同地，由圆柱状透镜阵列21将来自光源单元1的光分割为多个部分光束，通过偏振转换元件960使多个部分光束的每一个对齐为规定的偏振方向的S偏振光，通过柱形透镜23使S偏振光的部分光束重叠后在棒积分器500的入射侧端面附近聚光，通过光管的棒积分器500使光量分布一样。在棒积分器500的内侧的侧面上配置有反射镜501，入射到棒积分器500的光，一边通过反射镜501重复进行全反射，一边在棒积分器500内行进，使光量分布一样。

虽然在上述的例子中，作为棒积分器，入射侧端面和射出侧端面的面积是同样为直型，但是不限于此。由于直型棒积分器不具有F值变换功能，所以保存入射到棒积分器的光线角度。即，在入射光线角度大的光线入射到棒积分器时，入射角度大的光线被从棒积分器24射出，色轮25的色分离性能降低。为了改善，棒积分器24采用入射侧端面的面积小于射出侧端面的面积的构成，使其具有在射出侧端面上的光线角度变小的F值变换功能是优选的。

图8表示使用了成为入射侧端面的面积比射出侧端面的面积小的构成的方柱形状构成的棒积分器600的偏振变换单元的构成图。在图8中，偏振变换单元2c与上述偏振变换单元2a一样，由圆柱状透镜阵列21将来自光源单元1的光分割为多个部分光束，通过偏振变换元件960将多个部分光束的每一个对齐为规定的偏振方向的S偏振光，通过聚光透镜23使S偏振光的部分光束重叠，在棒积分器600的入射侧端面S1上聚光，通过棒积分器600使光量分布一样。

棒积分器600是具有入射侧端面S1的面积比射出侧端面S2小的形状的方柱形状。所以，从入射侧端面S1入射的光通过重复反射，光线角度变小，从射出侧端面S2射出。由此，可以减小入射到色轮25的光束的光线角度，提高色轮25的色分离性能的同时，可以提高被配置在后段的PBS等的偏振分离特性，实现高对比度。

另外，虽然在上述的例子中，使用被区分为多个色分离区域而色被时间分隔而分离的作法作为色分离机构的一个例子进行了说明，但是不限于此。例如，即使向着转动中心呈漩涡型地被区分为多个色分离区域的作法，上述偏振变换单元也可以适宜地使用。另外，上述色轮25虽然使红色光透过分色镜261、绿色光透过分色镜262、蓝色光透过分色镜263的各自的面积大致相同，但是也可以采用至少一个色光透过分色镜的面积不同的构成。

图3(b)表示透过区域的面积不同的色轮27的构成例。在图3(b)中，红色光透过分色镜271、绿色光透过分色镜272、蓝色光透过分色镜273分别是使规定波长区域的R光、G光、B光透过的色分离区域。如图3(b)所示，通过使红色光透过分色镜271、绿色光透过分色镜272、蓝色光透过分色镜273中的至少一个色光透过分色镜的面积不同，可以进行亮度调整和色的调整。

另外，在图3(c)中，表示设置有使白光透过的白色光透过分色镜284的色轮28的构成例。在图3(c)中，除了红色光透过分色镜281、绿色光透过分色镜282、蓝色光透过分色镜283之外，使白色光透过的白色光透过分色镜284是使分别为特定的波长区域的光的R光、G光、B光、W光透过的区域。通过这样设置白色光透过分色镜284，可以通过透过白色光透过分色镜284的白光，而得到明亮的投影图像。

虽然在图3的任何一个例子中，使色分离的色是R、G、B的3色，但是也可以是Y(黄色)、C(青绿色)、M(洋红色)的组合。另外，也可以是3色以上的组合，例如R、G、B、Y的组合。另外，如果使用3色以上的多种色，则通过增加色数，在一般的xy色度图种，用3色表现为三角形的色度的可显示范围，可以以4角显示，所以具有色度显示范围扩大的效果。另外，分色镜的各区域的配置，不受限于图示的内容。

虽然在图2的例子中，将偏振变换单元2a用于使用了一个反射型显示元件的单板型投影型图像装置，但是本发明不限于此。接下来，参照图9说明用于使用了3个透过型液晶显示元件的透过型3板式投影型图像显示装置上的例子。另外，在图9中，对于与图1、图2相同的元件加注相同的符号，省略其重复说明。

在图9中，从光源单元1射出的大致平行光的白色光，向偏振变换单元2a入射。偏振变换单元2a首先用圆柱状透镜阵列21将来自光源单元1的光分割为多个部分光束。接下来，通过偏振变换元件960将多个部分光束的每一个对齐为规定偏振方向的S偏振光，通过将聚光透镜23将S偏振的部分光束重叠向棒积分器24入射侧端面附近聚光，通过棒积分器24使光量分布一样。这样，棒积分器24的射出侧端面图像通过聚光透镜109、聚光镜110R、110G以及第一中继透镜115、第二中继透镜116、第三中继透镜117在作为透过型图像显示元件的各液晶面板102R、102G、102B上成像。

另外，第一中继透镜115、第二中继透镜116、第三中继透镜117是相对于液晶面板102B、102G的光路长度，弥补液晶面板102R的光路长度长的中继透镜光学系统。从偏振变换单元2a射出的S偏振光被聚光透镜109聚光后，向由分色镜112和分色镜113组成的色分离机构入射。

分色镜112具有例如反射B光(蓝色区域的光)，使G光(绿色区域的光)以及R光(红色区域的光)透过的功能，分离为2色的光。进而通过分色镜113将G光和B光分离为G光和B光。例如用分色镜113反射G光，R光透过分色镜113，分离为3色的光。在图9的例子中，B光被分色镜112反射，另外用反射镜119进行反射，透过聚光镜110B，入射到作为B光用透过型图像显示元件的液晶面板102B。透过分色镜112的G光以及R光中的G光被分色镜113反射，透过聚光镜110G后入射到作为G光用透过型图像显示元件的液晶面板102G上。R光透过分色镜113，通过第一中继透镜115、第二透镜116、第三中继透镜117组成的中继透镜光学系统，另外反射镜120、反射镜114改变光路方向后入射到R光用的透过型图像显示元件的液晶面板102R。

入射到各个液晶面板102(102R、102G、102B)的各色光(R光、G光、B光)，分别由各液晶面板根据未图示的图像信号，接受偏振方向的光强度调制，形成P偏振光的光学图像。这样，P偏振光的R光和B光的光学图像被λ/2相位差板121R、121B变换为S偏振光，另外P偏振光的G光的光学图像原样入射到这样由交叉二向色棱镜(crossdichroic prism)构成的色合成棱镜111。各色光的光学图像通过色合成棱镜111被作为彩色图像合成后，例如通过作为变焦透镜那样的投影透镜103放大投影到屏幕(未图示)上。

另外，色分离的方法可以考虑各种各样的方法，既可以用分色镜112使R光反射，而使G光以及B光透过，也可以使G光反射而使R光以及B光透过，这种情况下的透过型图像型显示元件的配置不限于图示的内容。

接下来，参照图10对将偏振变换单元2a用于使用有3个反射型液晶显示元件的反射型3板式投影型图像显示装置的例子进行说明。

在图10中，从光源单元1射出的大致平行光的白色光，向偏振变换单元2a入射。偏振变换单元2a首先由圆柱状透镜阵列21将来自光源单元1的光分割为多个部分光束。接下来，通过偏振变换元件960将多个部分光束的每一个对齐为规定偏振方向的S偏振，通过聚光透镜23将S偏振光的部分光束重叠并向棒积分器24的入射侧端面附近聚光，通过棒积分器24使光量分布一样。这样，棒积分器24的射出侧端面图像通过聚光透镜212、聚光镜221R、211G以及第一中继透镜215、第二中继透镜221、第三中继透镜222在作为反射型图像显示元件的各液晶面板218R、218G、218B上成像。

另外，第一中继透镜215、第二中继透镜221、第三中继透镜222是相对于液晶面板218R、218G的光路长度，弥补液晶面板218B的光路长度长的中继透镜光学系统。从偏振变换单元2a射出的S偏振光透过聚光透镜212后，向由分色镜213和分色镜216组成的色分离装置入射。

分色镜213透过B光，使G光以及R光反射分离为2色光。另外，G光和R光被分色镜216分离为G光和R光。即，G光被分色光216反射，R光透过分光镜216，被分离为3色光。透过分色镜213的B光，通过第一中继透镜215、第二中继透镜221、第三中继透镜222组成的中继透镜光学系统，另外通过反射镜214改变光路方向后入射到PBS217B。由于入射到PBS217B的B光是S偏振光，所以被偏振分离面S217B反射，入射到作为B光用反射型图像显示元件的液晶面板218B。另一方面，被分光镜213反射的R光和G光向反射G光而透过R光特性的分光镜216入射，进行反射G光和透过R光的色分离。

透过分色镜216的R光透过聚光镜221R，入射到PBS217R。由于入射到PBS217R的R光是S偏振光，所以被偏振分离面S217R反射，入射到作为R光用反射型图像显示元件的液晶面板218R。同样地，在分色镜216反射的G光透过聚光镜221G，入射到PBS217G。入射到PBS217G的G光被偏振分离面S217G反射，入射到作为G光用反射型图像显示元件的液晶面板218G。

入射到用于各色光而配置的作为反射型图像显示元件的各个液晶面板218(218R、218G、218B)的各色光(R光、G光、B光)，在各液晶面板的各像素为ON的情况下，偏振状态被变换为P偏振光而射出。所以，从各液晶面板218射出的各色光下次透过各PBS217(217R、217G、217B)，关于R光和B光，经过变换偏振方向的λ/2相位差板219(219R、219B)，从P偏振变换为S偏振光后，入射到由交叉二向色棱镜构成的色合成棱镜220。各色光通过色合成棱镜220被作为彩色光色合成后，例如由投影透镜225放大投影到屏幕(未图示)上。

另外，色分离的方法可以考虑各种各样的方法，既可以用分色镜213使R光透过，而使G光以及B光反射，也可以使G光透过，而使R光以及B光反射，这种情况下的透过型图像型显示元件的配置不限于图示的内容。

接下来，参照图11对将偏振变换单元2a用于使用有2个反射型液晶显示元件的反射型2板式投影型图像显示装置的例子进行说明。

在图11中，从光源单元1射出的大致平行光的白色光，向偏振变换单元2a入射。偏振变换单元2a首先由圆柱状透镜阵列21将来自光源单元1的光分割为多个部分光束。接下来，通过偏振变换元件960将多个部分光束的每一个对应为规定偏振方向的S偏振，通过聚光透镜23将S偏振光的部分光束重叠并向棒积分器24入射侧端面附近聚光，通过棒积分器24使光量分布一样。这样，使棒积分器24的射出侧端面图像通过聚光透镜312在作为透过型图像显示元件的各液晶面板318GR、318B上成像。

从偏振变换单元2a射出的S偏振光的光经过聚光透镜312，入射到作为第一色分离机构的分光镜323，该分光透镜323透过R光和G光，反射B光而分离为2色光。这种色分离的方法可以考虑各种各样的方法，既可以由分色镜323使R光透过，而使G光以及B光反射，也可以使G光透过，而使R光以及B光透过。在本实施例中，考虑分色镜323反射B光，而透过G光和R光的情况。被分色镜323反射的B光入射到PBS317B，被该偏振分离面S317B反射，入射到作为B光用反射型图像显示元件的液晶面板318B。

透过分色镜323的G光和R光的混合色入射到作为第二色分离机构的分色镜324，被色轮324时间分隔而分解为G光和R光。色轮324具有在圆盘形状的基板上透过G光，反射R光的特性的分色膜的区域(未图示)和具有反射G光而透过R光的特性的分色膜的区域(未图示)，在未图示的圆盘的中心轴周围转动。通过色轮324转动，G光与R光交互射出。被时间分隔而进行色分解的G光和R光入射到PBS317GR，被偏振分离面S317GR反射，入射到作为反射型图像显示元件的液晶面板318GR。

入射到液晶面板318B的B光，在液晶面板318B的各像素为ON的情况下，偏振状态被变换为P偏振而射出。所以，下次透过PBS317B，入射到色合成系统的二向色棱镜327。另外，由于时间分隔而入射到液晶面板318GR的G光和R光，在液晶面板318GR的各像素为ON的情况下，偏振状态被变换为P偏振而射出，所以下次时间分隔而透过PBS317GR，入射到色合成系统的二向色棱镜327。

在分色镜327的内部，配置有具有反射G光和R光，透过B光特性的分色膜327GR。所以，入射到分色镜327的B光透过分色膜327GR，反射G光和R光。这样，B光和被时间分隔而显示的G光/R光进行色合成。然后，用投影透镜321向屏幕(未图示)上投影。

另外，虽然在图11的例子中，通过分色镜323分解为B光、G光和R光，但是也可以发生B光和青绿色光、或者黄色光、或者洋红色光的混合光，透过G光和R光的混合光，进行色分离。由于通过增加色数，在一般的xy色度图中，可以以3色显示为被表现为三角形的色度范围可以以四角显示，所以具有色度显示范围扩大的效果。另外，分色镜的各区域的配置，不作特别的限定。

在以上的实施方式中，可以提供光的利用效率提高，高亮度的投影型图像显示装置。

Claims (13)

1.一种投影型图像显示装置，包括：

光源；

将来自所述光源的射出光分割为多个光束的光学元件；

使被分割的光束与规定方向的偏振光对齐的多个偏振分离元件；

入射从所述多个偏振分离元件的每一个射出的偏振光的棒积分器；

使用来自棒积分器的偏振光，形成光学图像的液晶显示元件；和

投影所述光学图像的投影透镜。

2.如权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述光学元件沿第一方向排列，具有将被分割的光向所述多个偏振分离元件的至少一个照射的多个透镜，

所述多个偏振分离元件沿所述第一方向排列。

3.如权利要求2所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述棒积分器具有在所述第一方向上具有长边的长方形形状的入射侧侧面。

4.如权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述光学元件沿第一方向排列，具有将被分割的光向所述多个偏振分离元件的至少一个照射的多个透镜，

所述多个偏振分离棱镜至少沿所述第一方向排列。

5.如权利要求1所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述棒积分器具有与所述液晶显示元件的形状相似的形状的射出侧侧面。

6.如权利要求4所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述射出侧侧面的形状为在第一方向上具有长边方向的长方形形状，

所述光学元件为排列在所述第一方向上的多个圆柱状透镜。

7.一种投影型图像显示装置，包括：

光源；

由照射的光形成光学图像的图像显示元件；

投影所述光学图像的投影透镜；

将来自所述光源的射出光分割为多个光束的透镜阵列；

具有入射被所述透镜阵列分割的光束的多个入射面和作为规定方向的偏振光而射出的多个射出面的偏振变换单元；

具有与所述图像显示元件的形状相似的形状的射出面的棒积分器，该棒积分器入射从所述多个射出面射出的偏振光；和

将从所述棒积分器射出的光在所述液晶显示元件上成像的成像光学系统。

8.如权利要求7所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述透镜阵列为设置在第一方向上的多个圆柱状透镜。

9.如权利要求8所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述射出面为在所述第一方向上具有长边的长方形。

10.如权利要求7所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述透镜阵列为配置成矩阵形状的多个透镜单元。

11.如权利要求7所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述多个入射面与多个遮蔽面交互地排列在所述第一方向上。

12.如权利要求7所述的投影型图像显示装置，其特征在于：

所述棒积分器具有形状与所述射出面相似、面积小于所述射出面的入射面。

13.一种投影型图像显示装置，包括：

光源；

由照射的光形成光学图像的图像显示元件；

投影所述光学图像的投影透镜；

排列在第一方向上的多个圆柱状透镜；

排列在所述第一方向上的多个偏振光束分裂器，所述多个偏振光束分裂器的每一个是具有将来自所述多个圆柱状透镜中的至少一个的光入射的入射面和将入射的光作为规定方向的偏振光而射出的射出面；

使从所述偏振光束分裂器射出的各个光聚光的聚光透镜；

在所述第一方向上具有长边的射出面且具有与所述图像显示元件相似的形状的射出面的棒积分器，该棒积分器入射来自所述聚光透镜的光；和

将从所述棒积分器射出的光在所述液晶显示元件上成像的成像光学系统。

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