CN1227555C - 投影型图像显示装置与图像显示系统 - Google Patents

Abstract

克服了由于入射到合成光路的偏振光束分裂器多层膜中光的角度分散，发生的光损耗，本发明的投影型图像显示装置和图像显示系统，设有：照明光学系统(1～5b)；将来自此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光，在将这各个颜色光入射到对每种颜色光设置的图像显示元件(8r～8b)的同时，把这些图像显示元件出射的多个颜色光予以合成的颜色分解合成光学系统(7)；将由上述颜色分解合成光学系统合成的图像光进行投影显示的投影光学系统(10)；在此颜色分解合成光学系统与图像显示元件间的只透过特定偏振分量的偏振光元件(Pr、Pg、Pb)。

Description

投影型图像显示装置与图像显示系统

技术领域

本发明涉及将照明光学系统的照明光分解成多种颜色光，通过图像显示元件将调制的各颜色光合成，而对图像作投影显示的投影型图像显示装置。

背景技术

应用照明图像显示元件的照明光学系统和调制照明光的偏振状态以生成图像光的液晶显示器等图像显示元件。将图像显示元件的图像光进行放大投影的投影型图像显示装置，是迄今都在使用的。

应用相对于图像显示元件的，照明光学系统的照明光入射侧与由图像显示元件调制的图像光射出侧相同的所谓反射型图像显示元件的图像显示装置，则有特开平10～274810号公报、特开平10-319344号公报等所提出的。

特开平10-319344号公报中的投影型图像显示装置的结构示明于图10。在此图中，101为光源，102为反射器、103为滤光器、104与106为蝇眼隧镜。此外，105为反射镜、107为偏振光束分裂器、108为颜色分解合成棱镜、109r与109g与109b为图像显示元件、110为投影透镜。

这里的照明光系统的光路IL与投影光学系统的光路PL，由偏振光束分裂器107合成为通过单一的颜色分解合成棱镜108的光路。

但由于合成光路的偏振光束分裂器是由多层膜构成，入射到多层膜中光的角度分散而偏离设计角度(例如45°)，于是P偏振光分量与S偏振光分量的分离效率会不同而发生光投耗，作为图像显示装置就有只能投影暗图像的问题。

此外，颜色分解合成棱镜中的二向色膜随入射角度而改变其特性。当入射到图像显示元件上的光(照明光)作为具有规定分布的光束入射时，与光束扩展角相对应的入射角度的分散便会于二向色膜上发生，由此，在规定的颜色分量以外的颜色分量便混入照明光内，而存在使照明光颜色纯度降低的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请的第一项发明是这样的投影型图像显示装置，包括：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中，随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统合成的图像光作投影显示的投影光学系统；设在此照明光学系统与此颜色分解合成光学系统之间的导光元件，具有光学面，将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射，将所反射的照明光导入此颜色分解合成光学系统，随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过到所述投影光学系统；在颜色分解合成光学系统与图像显示元件之间设有的只透过特定偏振光分量的偏振光元件。

本申请的第二项发明是这样的投影型图像显示装置，包括：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中，随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统合成的图像光作投影显示的投影光学系统，在此照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间，设有将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射导入此颜色分解合成光学系统，随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过此投影光学系统的导光元件；在颜色分解合成光学系统和图像显示元件之间设有的只透过特定偏振光分量的偏振光元件，其中，上述导光元件与上述颜色分解合成光学系统内照明光的光路与图像光的光路互异，其中上述导光元件形成楔形，在此导光元件与上述投影光学系统之间，将用来使从此导光元件出射的图像光弯曲透过的辅助光学元件相对于此导光元件相隔一空气间隔设置。

本申请的第三项发明是这样的投影型图像显示装置，包括：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光系统；设在此照明光学系统与此颜色分解合成光学系统之间的导光元件，具有光学面，将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射，将所反射的照明光导入此颜色分解合成光学系统，随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过到所述投影光学系统；在此颜色分解合成光学系统和图像显示元件之间设有只透过特定偏振光分量的偏振光元件，其中，上述导光元件与上述颜色分解合成光学系统内照明光的光路与图像光的光路互异。

在上述第二与第三发明之中，所述导光元件例如可以由具有使照明光入射的第一面和在将照明光向此颜色分解合成光学系统出射的同时让此颜色分解合成光学系统的图像光入射的第二面，以及使由此第一面入射的照明光朝向此第二面以接近100％的反射率反射随即将由此第二面入射的图像光射向上述投影光学系统的第三面的棱锥状光学元件构成。

本申请的第四发明是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每个颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光学系统；其中在此照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间，设有使此照明光学系统的照明光于透过此颜色分解成光学系统的同时，使此颜色分解合成光学系统的图象光以近似100％的反射率反射导入此投影光学系统的导光元件，同时为了使此导光元件与此颜色分解合成光学系统内的照明光的光路与该图像光的光路互异，于此颜色分解合成光学系统和图像显示元件之间设有只透过特定偏振光分量的偏振光元件。

本申请的第五发明是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光学系统；其中在此照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间，设有将此照明光学系统的照明光于透过此颜色分解合成光学系统的同时，使此颜色分解合成光学系统的图像光以近似100％的反射率反射导入此投影光学系统的导光元件，而在以沿此照明光学系统的照明光束中心线的光线的导光元件、此颜色分解合成光学系统与此投影光学系统的迹线作为整个系统的基准轴时，为使此颜色分解合成光学系统(或照明光学系统)的基准轴与此投影光学系统的基准轴分别相对于上述图像显示元件的显示面的法线倾斜，在此颜色分解合成光学系统与此图像显示元件的至少一个之间设有只让透过特定偏振光分量的光的偏振光元件。

在上述第四与第五样态中，作为导光元件，例如可以由具有使照明光入射的第一面和在将此第一面入射的照明光出射向此颜色分解合成光学系统的同时，使此颜色分解合成光学系统的图像光入射的第二面，以及使由此第二面入射而为上述第一面反射的图像光出射向此投影光学系统的第三面的棱锥形的光学元件构成。

这里，上述图像显示元件由于调制了光的偏振状态，从照明光学系统到投影光学系统之间需要有用于显示图像的偏振光元件，但通过将此偏振光元件设于颜色分解合成光学系统与图像显示元件之间，使照明光路与投影光路不受重叠的光学元件(构成颜色分解合成光学系统的元件与导光元件等)内部畸变或光学多层膜中偏振状态随机性的影响，从而可提高图像的对比度。

根据本申请的第二至第五样态，能够与已有情形相同，可不设偏振光束分裂器而分离照明光的光路与图像光的光路。但是，由于通过导光元件将照明光学系统的照明光或颜色分解合成光学系统的图像光，以接近100％的反射率反射而导入颜色分解合成光学系统或投影光学系统中，这与已有的投影型图像显示装置相比可提高光的利用率而获得明晰的高精细的显示图像。

根据上述第三与第五样态，若将颜色分解合成光学系统(或照明光学系统)的基准轴与投影光学系统的基准轴分别相对于图像显示元件的显示面上法线倾斜设定，则能使投影光学系统小型化。

在将照明光学系统的基准轴相对于图像显示元件的法线成倾角θ设置时，投影光学系统的基准轴也相对于图像显示元件的法线于相反一侧按角度θ倾斜配置。此时，若增大倾角θ，则照明光路的基准轴与投影光路的基准轴构成的角度2θ也增大，而投影光路(或照明光路)对导光元件的入射角度ω变小，于是能使透过导光元件所有的光线因入射角所影响的透过率更均匀。此外，照明光学系统中，照明光学系统的F数越小，效率也越高。

另一方面，在偏心光学系统中，最好是使物平面(图像显示元件)的倾角小，这样能使偏心像差小，而在投影光学系统中，最好是使F数大，这样就容易校正像差。

通过使投影光学系统成为具有至少一个旋转非对称面或旋转对称轴互异的多个光学元件的偏心光学系统，就能校正因投影光学系统倾斜所发生的梯形失真等偏心像差。

在把导光元件形成楔形时，通过于此导光元件和投影光学系统之间相对于此导光元件隔一空气段设置使导光元件出射的图像光弯曲透过的辅助光学元件，或是通过于此导光元件和照明光学系统之间相对于此导光元件隔一空气段设置使照明光学系统的照明光弯曲透过的精光学元件，就能减小因楔形发生的像差。

本申请的第六样态是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光学系统；其中在颜色分解合成光学系统与至少一个此图像显示元件之间设有使入射到此图像显示元件上的颜色光的波段变窄的颜色调节装置。

本申请的第七样态是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光学系统；其中在照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间设有，使照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射导入颜色分解合成光学系统而随之使此颜色分解合成光学系统的图像光透过上述投影光学系统的导光元件，而为了使此导光元件与颜色分解合成光学系统内照明光的光路与此图像光的光路互异，同时于此颜色分解合成光学系统和至少一个图像显示元件之间设有使入射到此图像显示元件上的颜色光的波段变窄的颜色调节装置。

本申请的第八项样态是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将光照明光学系统的照明光分解成多个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统合成的图像光作投影显示的投影光学系统；其中在此照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间，设有将此照明光学系统的照明光以近似100％的的反射率反射导入此颜色分解合成光学系统而随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过此投影光学系统的导光元件，而在以沿此照明光学系统的照明光束中心线的导光元件、此颜色分解合成光学系统与此投影光学系统的迹线作为整个系统的基准轴时，为使此颜色分解合成光学系统(或照明光学系统)的基准轴分别相对于上述图像显示元件显示面的法线倾斜，同时在此颜色分解合成光学系统与至少一个此图像显示元件之间设有使入射到此图像显示元件上的颜色光的波段变窄的颜色调节装置。

在上述第七与第八样态之中，所述导光元件例如可以由具有使照明光入射的第一面和在将照明光向此颜色分解合成光学系统出射的同时让此颜色分解合成光学系统的图像光入射的第二面，以及使由此第一面入射的照明光朝向此第二面以接近100％的反射率反射随即将由此第二面入射的图像光射向上述投影光学系统的第三面的棱锥状光学元件构成。

本申请的第九样态是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光学系统；其中在此照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间，设有将此照明光学系统的图像光以近似100％的反射率反射导入此颜色分解合成光学系统而随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过此投影光学系统的导光元件，同时为了使此导光元件与颜色分解的合成光学系统内的照明光的光路与该图像光的光路互异，在此颜色分解合成光学系统与此图像显示元件的至少一个之间设有使入射到此图像显示元件上的颜色光的波段变窄的颜色调节装置。

本申请的第十项样态是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对此每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光学系统；其中在此照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间，设有将此照明光学系统的图像光以近似100％的反射率反射导入此颜色分解合成光学系统的图像光透过此投影光学系统的导光元件，而在以沿此照明光学系统的照明光束中心线的光线的导光元件、此颜色分解合成光学系统与投影光学系统的迹线作为整个系统的基准轴时，为使此颜色分解合成光学系统(或照明光学系统)的基准轴与此投影光学系统的基准轴分别相对于上述图像显示元件显示面的法线倾斜，于颜色分解合成光学系统与至少一个此图像显示元件之间设有使入射到此图像显示元件上的颜色光的波段变窄的颜色调节装置。

在上述第九与十的样态中，作为导光元件，例如可以由具有使此照明光入射、同时将图像光以近似100％的反射率反射的第一面，和在将此第一面入射的照明光出射向此颜色分解合成光学系统的同时、使此颜色分解合成光学系统的图像光入射的第二面，以及使由此第二面入射面为上述第一面反射的图像光出射向此投影光学系统的第三面的棱锥形的光学元件构成。

在以上第六至第十样态之中，照明各图像显示元件的颜色光，通过此颜色分解合成光学系统所具有的选色膜等薄膜特性可以确定其波段，但若在此颜色分解合成光学系统与图像显示元件之间设置使颜色光的波段变窄的选色滤光器等颜色调节装置，则能从此颜色光中除去由透过此颜色分解合成光学系统的薄膜特性所规定的波段变换为反射波段区的波段分量的光，这样就能提高该颜色光的纯度而拓宽颜色再现范围。

一般，颜色分解合成光学系统的薄膜特性从透过波段变换为反射波段的波段分量光，由于颜色分解合成光学系统的薄膜中的P偏振光和S偏振光的相位特性不同，使偏振状态紊乱而有可能降低对比度，但按本样态所述设置颜色调节装置后，就能改进这种情形。

根据本申请的第七至第十样态，能如已有情形那样不设置偏振光束分裂器而可分离照明光的光路，但由于通过导光元件能使照明光学系统的照明光或颜色分解合成光学系统的图像光以接近100％的反射率反射而导向此颜色分解合成光学系统或投影光学系统，这同已有的投影型图像显示装置相比，能提高光的利用效率和获得清晰的高度精细的显示图像。

此外，根据上述第八与第十的样态，若将颜色分解合成光学系统(或照明光学系统)的基准轴与投影光学系统的基准轴分别相对于图像显示元件显示面的法线倾斜设定，则可使投影光学系统小型化。

在将照明光学系统的基准轴相对于图像显示元件的法线成倾斜角θ设置时，投影光学系统的基准轴也相对于图像显示元件的法线于相反一侧按角度θ倾斜配置。此外，若增大倾角θ，则照明光路的基准轴与投影光路的基准轴构成的角度2θ也增大，而投影光路(或照明光路)对导光元件的入射角度ω变小，于是能使透过导光元件所有的光线因入射角所影响的透过率更均匀。此外，照明光学系统中，照明光学系统的F数越小，效率也越高。

另一方面，在偏心光学系统中，最好是使物平面(图像显示元件)的倾角小，这样能使偏心像差小，而在投影光学系统中，最好是使F数大，这样就容易校正像差。

通过使投影光学系统成为具有至少一个旋转非对称面或旋转对称轴互异的多个光学元件的偏心光学系统，就能校正因投影光学系统倾斜所发生的梯形失真等偏心像差。

在把导光元件形成楔形时，通过于此导光元件和投影光学系统之间相对于此导光元件隔一空气段设置使导光元件出射的图像光屈折透过的辅助光学元件，或是通过于此导光元件和照明光学系统之间相对于此导光元件隔一空气段设置使照明光学系统的照明光屈折透过的精光学元件，就能减小因楔形发生的像差。

为了实现上述目的，本申请的第十一样态是这样的投影型图像显示装置，它具有：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成有相互不同的波长区的多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光学系统，其中在此颜色分解合成光学系统分解的照明光之中，设定具有将多个的颜色光分量各一个的偏振方向为主的偏振光，以使此颜色分解合成光学系统分解的多个颜色光分量的主偏振方向和由此颜色分解合成光学系统合成的多个颜色光分量的主偏振方向对各个颜色都相同。

据此，因颜色分解合成光学系统中照明光在颜色分解时与多个颜色光合成时相对偏振方向特性的不同，导致对比度下降而使像质恶化的情形可以减少。

具体地说，例如通过设置对照明光学系统中对照明光的至少一种颜色光分量的主偏振方向和与其他颜色光分量的主偏振方向具有不同作用的波长选择性偏振控制装置，可使上述颜色分解合成光学系统所分解的多个颜色光分量中至少一种颜色光分量的主偏振方向与其他颜色光分量的主偏振方向不同。

作为上述波长选择性偏振控制装置可以采用将多块相位片叠层成的叠层相位元件，或是由选色面与相位片构成的，或是对于各颜色光分量给予不同作用的胆甾型液晶元件等。

通过在颜色分解合成光学系统与各反射型图像显示元件之间设置使上述多个颜色光各个的主偏振方向分量透过的偏振光元件，就能在由各反射型图像显示元件调制的各个颜色光合成之前进行检偏，从而可以求得高对比度的显示图像。

此外，在颜色分解合成光学系统内，为了使分解后入射到反射型图像显示元件的各颜色的光路与由反射型图像显示元件出射而合成的各颜色的光路互异，在以沿此照明光学系统的照明光束中心线的导光元件、颜色分解合成光学系统与投影光学系统的迹线作为整个系统的基准轴时，通过使此颜色分解合成光学系统(或照明光学系统)的基准轴与投影光学系统的基准轴分别相对于反射型图像显示元件显示面的法线倾斜，可以实现相应装置的小型化。

再有，在照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间或在颜色分解合成光学系统与投影光学系统之间，通过设置使照明光学系统的照明光或使颜色分解合成光学系统的图像光以近似100％反射率反射的棱镜型导光元件，与采用具有波长相关性和角度相关性等的偏振光束分裂器的情形相比，可以减少光损耗和能获得清晰的显示图像。

附图说明

图1是本发明第一实施形式投影形图像显示装置结构的示意图。

图2是本发明第一实施形式投影形图像显示装置部分的放大图。

图3是本发明第二实施形式投影型图像显示装置结构的示意图。

图4A与4B是上述第二实施形式中带偏振片的二向色滤光器装置的光学作用的说明图。

图5是上述第二实施形式的二向色滤光器特性的说明图。

图6是本发明的第三实施形式的投影型图像显示装置结构的示意图。

图7A与7B是上述第三实施例形式中颜色相位滤光器的特性图。

图8说明上述第三实施形式中偏振片的透过方向。

图9示明本发明第四实施形式的投影型图像显示装置的结构。

图10示明已有的投影型图像显示装置的结构。

图11是本发明第五实施形式的投影型图像装置结构的示意图。

图12是本发明第五实施形式的投影型图像装置的部分放大图。

图13是本发明第五实施形式中二向色棱镜的特性的说明图。

图14是本发明第五实施形式中二向色棱镜的特性的说明图。

图15示明本发明第六实施形式的投影型图像显示装置的结构。

图16示明本发明第七实施形式的投影型图像显示装置的结构。

图17说明本发明第七实施形式中带偏振片的二向色滤光器装置的光学作用。

图18说明本发明第七实施形式中带偏振片的二向色棱镜的特征。

图19说明本发明第七实施形式中带偏振片的二向色棱镜的特征。

图20是本发明第八实施形式的投影型图像显示和装置结构的示意图。

图21A与21B是上述第八实施例形式的颜色相位滤光器的特性图。

图22说明上述第八实施形式的偏振片的透过方向。

图23是本发明的第九实施形式的投影型图像显示装置结构的示意图。

图24是本发明的第十实施形式的投影型图像显示装置结构的示意图。

图25示明上述第十实施形式所用偏振变换元件的结构与光学作用。

图26示明上述第十实施形式所用波长选择性偏振控制机构的叠层相位元件的结构与光学作用。

图27示明本发明第十一实施形式的投影型图像显示装置的结构。

图28示明本发明第十二实施形式的投影型图像显示装置的颜色分解合成光学系统的结构。

图29示明本发明第十三实施形式的投影型图像显示装置的结构。

图30A、30B示明本发明第十四实施形式的投影型图像显示装置的结构。

图31为模式图，用于说明上述第十四实施形式中颜色分解合成光学系统的二向色面与相对于反射型图像显示元件的光的入射角。

图32示明本发明第十五实施形式的作为波长选择性偏振控制机构的叠层相位元件的结构与光学作用。

图33示明本发明第十六实施形式的作为波长选择性偏振控制机构的叠层相位元件的结构与光学作用。

图34示明本发明第十七实施形式的作为波长选择性偏振控制机构的叠层相位元件的结构与光学作用。

图35A、35B示明二向色面反射率特性的曲线图。

具体实施方式

第一实施形式

图1示明本发明第一实施形式的投影型图像显示装置的结构。图中，1为高压汞灯等构成的照明光源，2为用于将此光源1的光依规定方向发射的反射器。

3为用于形成均匀照明区的积分器，由绳眼隧镜3a、3b构成。

4为将非偏振光方向与规定偏振方向一致的偏振光变换元件，由偏振光分离膜4a与反射膜4b以及1/2相位板4c组成。

5为将照明步骤光的聚光光学系统，由透镜5a、5b与反射镜5c构成。此外，由光源1～透镜5b构成了权利要求范围中的照明光学系统。

6为用于设定使照明光学系统与投影光学系统的光路通过一个颜色分解合成光学系统的光路的光路棱镜(导光元件)。

7为将光路分解为R、G、B三色再合成的二向色棱镜(颜色分解合成光学系统)，在本实施形式中是由组合三个棱镜，于规定的组合面上蒸镀二向色膜等构成。

8r、8g、8b是由液晶显示器等构成的各颜色光用反射型图像显示元件，根据与未图示的个人计算机或电视、视频、DVD重放机等图像信息供给装置的图像信息所对应的信号驱动，将入射的各种颜色的照明光反射，同时调制并出射。

9为辅助透镜(辅助光学元件)、10为偏心投影透镜(投影光学系统)。

Pr、Pg、Pb分别为设于二向色棱镜7与各反射图像显示元件8r～8b之间的偏振片(偏振光元件)。

下面说明取上述结构的图像显示装置的光学作用。从光源1以辐射状发出的照明光束通过反射器2反射，向蝇眼透镜3a聚光。此照明光束为蝇眼透镜3a分成多个光束后，通过蝇眼隧镜3b、透镜5a与5b的作用于图像显示元件8r、8g、8b上重合，于图像显示元件上形成均匀的照明区。

经蝇眼透镜3b出射的多个光束由与各光束对应的偏振光分离膜4a分离成P偏振光与S偏振光。P偏振光通过1/2相位板4C变换成与S偏振光同方向的偏振光分量，S偏振光通过反射膜4b的反射，作为规定的偏振光沿同一方向发射。

如图2所示，照明光束从棱镜6的第一面6a于第二面6b上以满足全反射条件入射而全反射。由此能以接近100％(基本上100％)的反射率反射，沿弯曲的光路从第三面6c出射。

本实施形式是相对于照明光于光路棱镜6的第二面6b上全反射的情形进行说明，但此第二面6b上的反射也可以通过于第二面6b外侧一部分上蒸镀形成的反射镜涂层进行反射。

此外，本实施形式中也可采用三个透镜(第一至第三棱镜P1～P3)构成的3P棱镜作为二向色棱镜7。

图2中，由第一棱镜P1的第一面7a入射的B(蓝色)光于第一二向色面7db上反射，透过R(红色)与G(绿色)光。

B光于第一面7a上的以接近100％的反射率反射(例如全反射后)，从第二面7b出射，透过偏振片Pb，到达B光用的图像显示元件8b。

透过第一二向色面7db的R光与G光，从与这一面7db之间仅留少许空气间隔配置的第二棱镜P2的第三面7c入射，R光于第二二向色面7dr上反射而G光则透过。

R光于第三面7c上以近似100％的反射率反射(例如全反射)后从第四面7d出射，透过偏振片Pr，到达R用图像显示元件8r。

透过第二二向色面7dr的G光入射到第三棱镜P3后，从第五面7e出射，透过偏振片Pg到达G光用图像显示元件8g。

入射到各图像显示元件的各个颜色照明光，由根据与上述图像信息相对应的信号所驱动的各图像显示元件调制其偏振状态而反射。

由各图像显示元件调制与反射的图像光，反射向与照明光入射方向不同的方向，透过各偏振片Pr～Pb，入射到二向色棱镜7，按与上述颜色分解时相反的顺序通过相应的面再合成为一束光出射。

由二向色棱镜7出射的光在光路棱镜6从第三面6c到第二面6b上以小于满足全反射条件的角度的角度入射，透过第二面6b出射。

从光路棱镜6出射的光弯折地通过辅助棱镜9，由图10的偏心投影透镜10作为全色图像投影到未图示的屏上。

这里在图1中是以照明光学系统的基准轴作为照明光束的中心轴，光学系统的基准轴可以看作是将沿反射器2的光轴的光线，由顺此反射器以后设置的蝇眼透镜3a～3b以外的照明光学系统(8a、5b、5c)、光路棱镜6、二向色棱镜7、图像显示元件8r～8b、辅助棱镜9与偏心投影透镜10各个作光线描迹的直线。

基于以上所述，图1中将照明光学系统的基准轴设为IL，将投影光学系统的基准轴设定为PL。

在本实施形式中，如图2所示，照明光学系统的颜色分解后的基准轴(即颜色分解合成光学系统的基准轴)IL与投影光学系统的基准轴PL都设定为，相对于图像显示元件8r～8b的显示面法线的倾角为θ，这样，照明光学系统的基准轴IL与投影光学系统的基准轴PL构成2θ的角。

当将上述倾角θ增大，照明光路的基准轴与投影光路的基准轴组成的角2θ也加大，而图像光(或照明光)入射到光路棱镜6的角度ω变小，而能使透过光路棱镜6的所有光线的入射角度下的透过率更均匀。此外，在照明光学系统中，照明光学系统的F数越小，效率越好。

另一方面，在偏心光学系统中，物平面(图像显示元件)的倾角θ愈小，偏心像差量也愈小，而偏心投影透镜10的F数也愈大，从而更易校正像差。

偏正片Pr～Pb，如前所述，设于二向色透镜7与各图像显示元件8r～rb之间，兼具有照明光的起偏镜和投影光(图像光)的检偏镜两种功能。为此，在图像显示元件中，来接收调制(以与入射的偏振方向相同的偏振方向出射)的光显示出白色，而接受了调制将偏振方向转过了90°的光则显示黑色。此时，偏振片的透过方向可以与偏振变换元件整序的偏振方向平行，也可以与颜色分解后的光路中设置相位板由偏振变换元件整序的偏光方向相异。

如上所述，各图像显示元件8r～8g由于调制了光的偏光状态，需将用于显示图像的偏振片设于从照明光学系统到投影光学系统之间，但在本实施形式中，通过将这些偏振片Pr～Pb设于二向色棱镜7与各图像显示元件8r～8b之间，就能使照明光路与投影光路不受重叠的二向色棱镜7或光路棱镜6中内部畸变以及光学多层膜中偏振状态紊乱的影响，而可提高图像的对比度。

此外，本实施形式中，在照明光学系统与二向色棱镜7之间设有将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射导向二向色棱镜7，同时使二向色棱镜7出射的图像光透过偏心投影透镜10侧的光路棱镜6，由于此光路棱镜6与二向色棱镜7内的照明光光路和图像光光路互异，就能与已有情形相同不设偏振光束分裂器而分离照明光光路与图像光光路。而且能由光路棱镜6将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射导向二向色棱镜7，同时能将图像显示元件8r～8b的图像光导引到并透过偏心投影透镜。

从而与已有的投影型图像显示装置相比，能提高光的利用率和获得清晰显示的图像。

此外，在本实施形式中，通过使偏心透镜10作为具有至少一个旋转非对称面或旋转对称轴不同的多个光学元件，就能校正由于投影光学系统的基准轴倾斜而发生的梯形畸变等偏心像差。

再有，本实施形式中，虽然形成了楔形光路棱镜6，但由于在此光路棱镜6与偏心投影透镜10之间将光路棱镜6出射的图像光弯曲透过的辅助棱镜9相对于光路棱镜6相隔空气间隔配置，就能减少因楔形发生的像差。

第二实施形式

图3示明本发明第二实施形式的投影型图像显示装置的结构，其中与第一实施形式相同的部件或部分则附以与第一实施形式中相同的标号而略去其说明。

在第二实施形式中，在二向色棱镜7与图像显示元件8r、8g、8b之间设有带偏振片的二向色滤光器装置PDr，Dg，PDb进行颜色调节，这是与第一实施形式的不同处。

本实施形式中，在各个颜色光路的偏振片与图像显示元件间设有二向色滤光器PDr、PDg、PDb，与相位板组合使用。此二向色滤光器PDr、PDg、PDb的偏振片兼具有照明光的起偏镜与投影系统的检偏镜的功能。

图4A详示了G光的光路。带偏振片的二向色滤光器装置PDg由偏振片Pg、第一1/4相位板R1、二向色滤光器Dg与第二1/4相位板R2贴合构成。

这样，作为照明光(I)入射的光通过偏振片Pg整形为线偏振光(·)后，再经第一相位板R1变换成圆偏振光(O)。入射到二向色滤光器Dg。

二向色滤光器Dg反射不需要的波长分量的光(C)而透过所用波长分量的光。由二向色滤光器Dg反射的光的偏振方向(O)通过第一1/4相位板R1与偏振片Pg的透过轴变换为转过90°的偏振方向(|)，此反射光即为偏振片Pg吸收。

而且，透过二向色滤色器Dg的光，由第二1/4相位板R2变换为直线偏振光(|)，射入图像显示元件8g。

由图像显示元件8g反射改变了偏振方向的光(P)，再由第二1/4相位板R2变为圆偏振光(O)，透射过二向色滤光器Dg后，透过第11/4相位板R1转换成与照明光(I)相同的偏振方向(·)的直线偏振光，透射过偏振板Pg。

由图像显示元件8g转换了90度偏振方向的光(P’)，由于偏振方向被旋转了90度，所以在透过第二相位板R2、二向色滤光器Dg、第一相位板R1后，变换成与照明光正交的偏振方向(|)，被偏振光板Pg吸收。

在R光、B光的光路中设有与G光相同结构的带偏振片的二向色滤光器装置PDr、PDb。

上述二向色滤光器Dg、Db、Dr的特性，为了截止照明光的RGB边界部分的波段(蓝、橙色)的光而取图5所示特性。

此外，图5外中也以虚线一并示明了合成二向色7中二向色膜7db与7dr的特性。

作为本实施形式的变形例，如图4B所示，也可采用略去第二相位板的结构，这时的图像显示元件8r、8g、8b具有调制圆偏振光的作用。

第三实施形式

图6示明本发明第三实施形式的投影型图像显示装置的结构，其中与第一实施形式相同的部件或部分附以相同的标号而略去其说明。

本实施形式中在照明光学系统中设有将特定波段内共的偏振方向作90°变换的颜色相位滤光器CF，此外采用了由四个三棱镜组成的，二相色面交叉成X形结构的二向色棱镜37，这一点与第一实施形式的不同。

下面说明二向色棱镜37的作用。如图所示，从第一面37入射的光之中为第一二向色面37db所反射的光，透过第二面37c，透过偏振片Pb而到达B光用的图像显示元件8b。

由第二二向色面37dr反射的光透过第三面37b，再透过偏振片Pr后，到达R光用的图像显示元件8r。

同时透过第一二向色面37d与第二二向色面37d的光，透过第四面37d后再透过偏振片Pg而到达G共用的图像显示元件8g。

颜色相位滤光器CF在与某个偏振方向一致的光入射时，在特定波段(例如G光的波段)将偏振方向转过90°，这种情形示明于图7A、7B中。

图7A示明与入射光偏振方向平行的偏振分量的强度，图7B示明与入射光的偏振方向垂直的偏振分量。

图7A、7B所示特性的光由于是从颜色相位滤光器CF出射，本实施形式中透过二向色棱镜7的偏振方向与R光、B光的偏振方向成为相差90°的方向。因此，如图8所示，G光光路中所设偏振片Pg的透过轴Qg与R光、B光光路中所设偏振片Pr、Pb的透过轴Qr、Qb也成为相差90°的方向。

此外也可于G光或R光、B光的光路中设置相位板，将偏振方向变更到规定的方向。

如这里所示，使G光与R光、B光的偏振方向相差90°，通过取将多量透过构成二向色棱镜7的二向色膜的光作为偏振光来透过二向色膜的结构，可以进一步提高二向色膜的效率。

作为与此实施形式的不同的结构，也可将颜色相位滤光器CF设于光路棱镜6与二向色棱镜7之间，在光路棱镜6中，各个颜色光以同一偏振方向透过反射，而在二向色棱镜7中，可以根据颜色光分别使用P偏振光分量与S偏振光分量。

这样，在采用了颜色相位滤光器CF的结构中，不仅是本实施形式所示的正交棱镜组成的二向色棱镜的结构，即便是第一实施形式所示的3P棱镜组成的二向色棱镜等具有颜色分解作用的结构，也都可以具有这里所示的效果。

第四实施形式

图9示明本发明第四实施形式的投影型图像显示装置的结构。

本实施形式中，除光路棱镜6中光的通过方式与上述各实施相式相异外，其余与第一实施形式相同，对于与第一实施形式相同的部件或部分附近相同的标号而略去其说明。

本实施形式中，通过透镜5b的照明光首先入射到光路棱镜6的第一面6b’，透过第二面6c’而入射到二向色棱镜7。

在二向色棱镜7中，与第一实施形式相同，照明光分离成R、G、B的各色光，透过偏振片Pr、Pg、Pb，入射到各种颜色的各个图像显示元件Br～8b，调制后，透过偏振片Pr、Pg、Pb的R、G、B光合成，再由光路棱镜6的第二面6c’入射。

入射到光路棱镜6内的图像光于第一面6b’上全反射，从第三面6a’出射，通过偏心投影透镜10投影。

本实施形式中，在照明光学系统与二向色棱镜7之间设有使照明光学系统的照明光透过二向色棱镜7，同时使来自二向色棱镜7的图像光以近似100％的反射率反射而导向到并透过偏心投影透镜的光路棱镜6，由于此光路棱镜6与二向色棱镜7内的照明光光路与图像光的光路互异，故可如有情形那样不设偏振光束分裂器来分离照明光光路与图像光光路，而且能通过光路棱镜6将来自二向色棱镜7的图像光以接近100％的反射率反射并导向偏心投影透镜10。

这同已有的投影型图像显示装置相比，可以提高光的利用效率，获得清晰的显示图像。

在本实施形式中，也可于光路棱镜6与照明光学系统之间，将能使照明光学系统的照明光弯曲透过的辅助光学元件相对于光路棱镜6分隔一空气间隔配置。

本发明中，各颜色光用图像显示元件的布置并不限于上述各实施形式所述而可任意设定。

如上所述，根据本实施例，在因配备了调制光的偏振状态的图像显示元件而需要偏振光元件的投影型图像显示装置中，由于是将这种偏振光元件设于颜色分解合成光学系统与图像显示元件之间，就能不受照明光路与投影光路重叠的光学元件(构成颜色分解合成光学系统的元件与导光元件等)内部畸变与光学多层膜中偏振状态紊乱的影响，而可提高图像的对比度。

还能与已有情形相同，不设偏振光束分裂器来分离照明光的光路与图像光的光路，且由于通过导光元件将来自照明光学系统的照明光或来自颜色分解合成光学系统的图像光以接近100％的反射率反射导入颜色分解合成光学系统或投影光学系统中，故能有比已有投影型图像显示装置为高的光的利用效率和更清晰的高精度的显示图像。

若将颜色分解合成光学系统(或照明光学系统的基准轴与投影光学系统的基准轴各相对于图像显示元件显示面的法线倾斜设定，则可使投影光学系统小型化。

再有，通过将投影光学系统设定为具有至少一个旋转不对称面或旋转对称轴相互不同的多个光学元件的偏心光学系统，就可校正因投影光学系统倾斜而发生的梯形畸变等偏心像差。

此外，在把导光元件形成为楔状时，通过在此导光元件与投影光学系统之间将可使从导光元件出射的图像光弯曲透过的辅助光学元件相对于导光元件隔开一空气间隔布置，就能减少因楔状发生的像差。

第五实施形式

图11示明本发明第五实施形式的投影型图像显示装置的结构。图中201为高压汞灯等构成的照明光源，202为用于将光源201的光朝规定方向发射的反射器。

203为用于形成均匀照明区的积分器，由蝇眼透镜203a、203b构成。

204为使非偏振光取规定的偏振方向的偏振光的偏振变换元件，由偏振光分离膜204a、反射膜204b与1/2相位板204c构成。

205使照明光聚光的聚光光学系统，由透镜205a、205b与反射镜205c构成，在此实施例中，由光源201～透镜205b构成照明光学系统；

206为用于使照明光学系统与投影光学系统的光路通过一个颜色分解合成光学系统而设定光路的光路棱镜(导光元件)。

207为用于将光路分解为R、G、B三色而再合成的二向色棱镜(颜色分解合成光学系统)。它在本实施形式中是将三个棱镜组合，于规定的组合面上蒸镀二向色膜而构成的。

208r、208g、208b是由液晶显示器等构成的各个颜色光用的反射型图像显示元件，根据与未图示的个人计算机或电视、视频、DVD重放机等图像信息供给装置的图像信息所对应的信号驱动，将入射的各种颜色照明光反射，同时调制并出射。

209为辅助棱镜(辅助光学元件)、210为偏心投影透镜(投影光学系统)。P1为相对于图像元件208r、208g、208b的起偏镜，A1为相对于图像显示元件208r、208g、208b的检偏镜。

P_r1、P_b1分别是设于二向色棱镜207与红色用以及与蓝色用的反射型图像显示元件208r、208b之间的二向色滤光器(颜色调节装置)。

下面说明取以上结构的投影型图像显示装置中的光学作用。从光源201以辐射状发射的照明光束为反射器202反射，聚光到蝇眼透镜203a上。此照明光束由蝇眼透镜203a分离成多个光束之后，通过蝇眼透镜203b、透镜205a、205b的作用，于图像显示元件208r、208g、208b上重合，在图像显示元件上形成均匀的照明区。

从蝇眼透镜203b出射的多个光束为与各光束对应的偏振光分离膜分离成P偏振光和S偏振光。P偏振光由1/2相位板204c变换成与S偏振光同方向的偏振光分量，S偏振光由反射膜204b反射，作为规定的偏振光向同一方向发射。

如图12所示，照明光束从光路棱镜206的第一面206a到第二面206b上以满足全反射条件的角度入射进行全反射。由引获得以接近100％的反射率的反射，沿光路弯曲通过后，从第三面206c出射。

本实施形式是就照明光于光路棱镜206的第二面206b上全反射的情形进行了说明，但这种在此第二面206b上的全反射，也可通过于第二面206b外侧的一部分上经蒸镀形成反射镜膜来进行反射。

此外，本实施形式中，作为二向色棱镜7采用的是由三个棱镜(第一～第三棱镜P11、P21、P31)构成的3P棱镜。

图12中，从第一棱镜P11的第一面207a入射的B(蓝色)光于第一二向色面207db上反射，透过R(红色)与G(绿色)的光。

B光于第一面207a上以接近100％的反射率反射(例如全反射)后，从第二面207b出射，透过二向色滤光器Pb1，到达B光用图像显示元件208b。

透过第一二向色面207db的R光、G光，从与这一面207db之间只隔少许空气间隔配置的第二棱镜P21的第三面207c入射，R光于第二二向色面207dr上反射，而G光则于其上透过。

R光于第三面207c以近似100％的反射率反射(例如全反射)后，从第四面207d出射，透过二向色滤光器Pr1，到达R用图像显示元件208r。

透过第二二向色面207dr的G光入射到第三棱镜P31后从第五面207e出射，到达G光用图像显示元件208g。

入射到各图像显示元件的各色照明光通过与上述图像信息对应的信号所驱动的各图像显示元件，调制其偏振状态而反射。

由各图像显示元件调制和反射的图像光朝与朝明光入射方向相反的方向反射，R光、B光则透过二向色滤光器Pr1、Pb1，而G光则原样地入射到二向色棱镜207，它们通过与前述颜色分解时相反的路径再合成一束光出射。

从二向色棱镜207出射的光于光路棱镜206中从第三面206到达第二面206b上，以小于全反射角的角度入射，透过第二面206b而出射。

从光路棱镜206出射的光弯曲地透过辅助棱镜209，经图11的偏心投影透镜210于未图示的屏上作为全色图像投影。

在此图11中，将照明光学系统的基准轴设定为照明光束的中心轴，而光学系统的基准轴则可以看作是将沿反射器202的光轴的光线，由此顺此反射器之后设置的蝇眼透镜203a、203b此外的照明光学系统(205a、205b、205c)、光路棱镜206、二向色棱镜207、图像显示元件208r、208g、208b、辅助棱镜209与偏心投影透镜210各个作光线描迹的直线。

基于以上所述，图11中将照明光学系统的基准轴设为IL1，将投影光学系统的基准轴设定为PL1。

在本实施形式中，如图12所示，照明光学系统的颜色分解后的基准轴(即颜色分解合成光学系统的基准轴)IL1与投影光学系统的基准轴PL1都设定为，相对于图像显示元件208r～208b的显示面法线的倾角为θ，这样，照明光学系统的基准轴IL1与投影光学系统的基准轴PL1构成2θ的角。

当将上述倾角θ增大，照明光路的基准轴与投影光路的基准轴组成的角2θ也加大，而图像光(或照明光)入射到光路棱镜6的角度ω变小，而能使透过光路棱镜206的所有光线的入射角度下的透过率更均匀。此外，在照明光学系统中，照明光学系统的F数越小，效率越好。

另一方面，在偏心光学系统中，物平面(图像显示元件)的倾角θ愈小，偏心像差量也愈小，而偏心投影透镜210的F数也愈大，从而更易校正像差。

图13中，在实施形式中二向色棱镜7的色分解特性表示成图14中二向色滤光器Pr1、Pb1的特性。

图13中，二向色棱镜207的截止波长设定为λ₁＝510nm，λ₂＝570nm，并分别以细实线、粗实线、虚线表示B光、G光与R光。

此外，图14中，B光用的二向色滤光器Pb1是截止波长在480nm的边缘滤光器，R光用的二向色滤光器是截止波长在600nm的边缘滤光器。

由此，从光源发出的白光中除去480～510nm与570～600nm的波段的光，就能再现与颜色纯度的颜色光相平衡的作了剔除的白光。

为二向色滤光器P_r1、P_b1截止的波段的光不改变偏振方向而原样地反射，由投影系统的偏振片A1吸收。

如上所述，在本实施形式中，照明各图像显示元件208r、208g、208b的颜色光，取决于二向色棱镜207所具有的二向色膜的特性决定其波段，但在二向色棱镜207与图像显示元件208r、208b之间设有使颜色光的波段变窄的二向色滤光器P_r1、P_b1，就能从该颜色光中除去二向色棱镜207的二向色膜特性从透过波段变换为反射波段分量的光，从而可以提高该颜色光的纯度，拓广颜色再现的范围。

一般，颜色分解合成光系统的光学薄膜特性从透过滤段变换为反射波段区域的波段分量的光，由于在颜色分解合成光学系统的光学薄膜中P偏振光与S偏振光的相位特性不同，使偏振状态紊乱而成为降低图像对比度的原因，但如本实施形式所示，通过设置二向色滤光器P_r1、P_b1可改善这种情形。

此外，本实施形式中，在照明光学系统与二向色棱镜7之间设有将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射导向二向色棱镜207，同时使二向色棱镜207出射的图像光透过偏心投影透镜210侧的光路棱镜206，由于此光路棱镜206与二向色棱镜207内的照明光光路和图像光光路互异，就能与已有情形相同不设偏振光束分裂器而分离照明光光路与图像光光路。而且能由光路棱镜206将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射导向二向色棱镜207，同时能将图像显示元件208r、208g、208b的图像光导引到并透过偏心投影透镜。

从而与已有的投影型图像显示装置相比，能提高光的利用率和获得清晰显示的图像。

此外，在本实施形式中，通过使偏心透镜210作为具有至少一个旋转非对称面或旋转对称轴不同的多个光学元件，就能校正由于投影光学系统的基准轴倾斜而发生的梯形畸变等偏心像差。

再有，本实施形式中，虽然形成了楔形光路棱镜206，但由于在此光路棱镜206与偏心投影透镜210之间将光路棱镜206出射的图像光弯曲透过的辅助棱镜209相对于光路棱镜206相隔空气间隔配置，就能减少因楔形发生的像差。

在这里，棱镜207和G用图像显示元件208g之间，可以设二向色滤光器Pg1。当然即使没有二向色滤光器Pg1，本实施例也无问题。

第六实施形式

图15中示明了本发明第六实施形式的投影型图像显示装置的结构，其中与第五实施形式相同的部件或部分则附以与第五实施形式相同的标号而略去其说明。

在本实施形式中，设于二向色棱镜207与图像显示元件208r、208b之间的二向色滤光器Pr1、Pb1可相对于光路插入或脱出，这一点与第五实施形式不同。

二向色滤光器Pr1、Pb1插入光路中时，投影光的颜色分量虽如第五实施形式的图14所示，但当将二向色滤光器Pr1、Prb从光路中撤出时，投影光的颜色分量则如图13所示。

在此情形下，R光与B光的颜色纯度降低，投影光的分量增加，因而光量增加，据此可以交替地使用颜色纯度高的状态和亮度高的状态。

第七实施形式

图16示明本发明第七实施形式的投影型图像显示装置的结构，其中与第五实施形式相同的部件或部分则附以与第五实施形式中相同的标号而略去其说明。

在第七实施形式中，在二向色棱镜207与图像显示元件208r、208g、208b之间设有带偏振片的二向色滤光器装置PDr1，PDg1，PDb1进行颜色调节，这是与第五实施形式的不同处。

本实施形式中，在各个颜色光路的偏振片与图像显示元件间设有二向色滤光器PDr1、PDg1、PDb1，与相位板组合使用。此二向色滤光器PDr1、PDg1、PDb1的偏振片兼具有照明光的起偏镜与投影系统的检偏镜的功能。

图17详示了G光的光路。带偏振片的二向色滤光器装置PDg1由偏振片Pg1、第一1/4相位板R11、二向色滤光器Dg1与第二1/4相位板R21贴合构成。

这样，作为照明光(I)入射的光通过偏振片Pg整形为线偏振光(·)后，再经第一相位板R”变换成圆偏振光(O)。入射到二向色滤光器Dg1。

二向色滤光器Dg1反射不需要的波长分量的光(C)而透过所用波长分量的光。由二向色滤光器Dg1反射的光的偏振方向(O)通过第一1/4相位板R11与偏振片Pg1的透过轴变换为转过90°的偏振方向(|)，此反射光即为偏振片Pg1吸收。

此外，透过二向色滤光器Dg1的光通过第二1/4相位板R21变换成线偏振光(|)，入射到图像显示元件208g。

为图像显示元件208g反射而偏振方向无变化的光(P1)，再由第二1/4相位板R21变为圆偏振光(O)，透过二向色滤光器Dg1后，透过第一1/4相位板R11，变换成与照明光(I)有相同偏振方向(·)的线偏振光，透过偏振片Pg1。

通过图像显示元件208g旋转90°偏振方向的光(P’1)由于是偏振方向旋转90°的(·)，在透过第二相位板R21、二向色滤光器Dg1与第一相位板R11后，变换为与照明光(I)正交的偏振方向(|)，为偏振片Pg1吸收。

R光、B光的光路中与G光相同也设有相同结构的带偏振片的二向色滤光器装置PDr1、PDb1。

在实施形式中的二向色棱镜207的颜色分解特性如图18所示，而二向色滤光器Dg1、Db1、Dr1的分光特性则如图19所示。

图18中，二向色棱镜7的截止波长设定为λ1＝495nm，λ2＝580nm，如图18的理解与图13的理解相同。

图19中，二向色滤光器Dg1、Db1、Dr1分别是在G光路中截止波长为505nm与575nm的带通滤光器Dg1、在B光路中截止波长为485nm的边缘滤光器Db1、在R光路中截止波长为595nm的边缘滤光器Dr1。

据此，从光源发出的白光中除去485～505nm与575～595nm的波长区域的光，就能再现与颜色纯度高的颜色光相平衡的作了剔除的白光。

第八实施形式

图20示明本发明第八实施形式的投影型图像显示装置的结构，其中与第五实施形式相同的部件或部分附以相同的标号而略去其说明。

本实施形式中在照明光学系统中设有将特定波段内光的偏振方向作90°变换的颜色相位滤光器CF1，此外采用了由四个三棱镜组成的，二相色面交叉成X形结构的二向色棱镜247，这一点与第一实施形式的不同。

下面说明二向色棱镜247的作用。如图所示，从第一面247a入射的光之中为第一二向色面247db所反射的光，透过第二面247c，透过带偏振片的二向色滤光器装置PDb1而到达B光用的图像显示元件208b。

由第二二向色面247dr反射的光透过第三面247b，再透过带偏振片的二向色滤光器装置PDr1后，到达R光用的图像显示元件208r。

同时透过第一二向色面247db与第二二向色面247dr的光，透过第四面247d后再透过带偏振片的二向色滤光器装置PDg1后，到达G光用的图像显示元件208g。

颜色相位滤光器CF1在与某个偏振方向一致的光入射时，在特定波段(例如G光的波段)将偏振方向转过90°，这种情形示明于图21A、21B中。

图21A示明与入射光偏振方向平行的偏振分量的强度，图21B示明与入射光的偏振方向垂直的偏振分量。

图21A、21B所示特性的光由于是从颜色相位滤光器CF1出射，本实施形式中透过二向色棱镜7的偏振方向与R光、B光的偏振方向成为相差90°的方向。因此，如图22所示，G光光路中所设的带偏振片的二向色滤光器装置PDg1的偏振片Pg1的透过轴Qg1与R光、B光光路中所设带偏振片的二向色滤光器装置PDr1、PDb1中的偏振片Pr1、Pb1的透过轴Qr、Qb也成为相差90°的方向。

此外也可于G光或R光、B光的光路中设置相位板，将偏振方向变更到规定的方向。

如这里所示，使G光与R光、B光的偏振方向相差90°，通过取将多量透过构成二向色棱镜7的二向色膜的光作为偏振光来透过二向色膜的结构，可以进一步提高二向色膜的效率。

作为与此实施形式的不同的结构，也可将颜色相位滤光器CF1设于光路棱镜206与二向色棱镜207之间，在光路棱镜206中，各个颜色光以同一偏振方向透过反射，而在二向色棱镜207中，可以根据颜色光分别使用P偏振光分量与S偏振光分量。

这样，在采用了颜色相位滤光器CF1的结构中，不仅是本实施形式所示的正交棱镜组成的二向色棱镜的结构，即便是第五实施形式所示的3P棱镜组成的二向色棱镜等具有颜色分解作用的结构，也都可以具有这里所示的效果。

第九实施形式

图23示明本发明第九实施形式的投影型图像显示装置的结构。

本实施形式中，除光路棱镜206中光的通过方式与上述各实施形式相异外，其余与第五实施形式相同，对于与第五实施形式相同的部件或部分附近相同的标号而略去其说明。

本实施形式中，通过透镜205b的照明光首先透过起偏镜P1入射到光路棱镜206的第一面206b’，透过第二面206c’而入射到二向色棱镜207。

在二向色棱镜207中，与第五实施形式相同，照明光分离成R、G、B的各色光，R、B的光透过二向色滤光器Tr1、Tb1，而G光原样地入射到各颜色的图像显示元件208r、208g、208b，调制后，透过二向色滤光器Tr1、Tb1的R光、B光与G光合成，再由光路棱镜206的第二面206c’入射。

入射到光路棱镜206内的图像光于第一面206b’上全反射，从第三面206a’出射，通过偏心投影透镜210投影。

本实施形式中，在照明光学系统与二向色棱镜207之间设有使照明光学系统的照明光透过二向色棱镜207，同时使来自二向色棱镜207的图像光以近似100％的反射率反射而导向到并透过偏心投影透镜的光路棱镜206，由于此光路棱镜206与二向色棱镜207内的照明光光路与图像光的光路互异，故可如有情形那样不设偏振光束分裂器来分离照明光光路与图像光光路，而且能通过光路棱镜206将来自二向色棱镜207的图像光以接近100％的反射率反射并导向偏心投影透镜210。

这同已有的投影型图像显示装置相比，可以提高光的利用效率，获得清晰的显示图像。

在本实施形式中，也可于光路棱镜206与照明光学系统之间，将能使照明光学系统的照明光弯曲透过的辅助光学元件相对于光路棱镜206分隔一空气间隔配置。

本发明中，各颜色光用图像显示元件的布置并不限于上述各实施形式所述而可任意设定。

如上所述，依照本实施例，在根据颜色分解合成光学系统所具有的二向色膜等膜的特性决定照明各图像显示元件的颜色光的波段的投影型图像显示装置中，由于在颜色分解合成光学系统与图像显示元件间设有将颜色光的波段变窄的二向色滤光器等颜色调节装置，故能从该颜色光除去颜色分解合成光学系统的光学薄膜特性从透过波段变换为反射波段区的波段的分量光，而得以提高该颜色光的纯度，拓广颜色再现的范围。

一般，颜色分解合成光学系统的膜特性从透过波段变为反射波段的区域的波段分量光，因颜色分解合成光学系统的膜中P偏振光与S偏振光的相位特性不同，使偏振状态紊乱而成为图像对比度降低的原因，但在本发明中，通过设置颜色调节装置而能改善这种现象。

还能与已有情形相同，不设偏振光束分裂器来分离照明光的光路与图像光的光路，且由于通过导光元件将来自照明光学系统的照明光或来自颜色分解合成光学系统的图像光以接近100％的反射率反射导入颜色分解合成光学系统或投影光学系统中，故能有比已有投影型图像显示装置为高的光的利用效率和更清晰的高精度的显示图像。

若将颜色分解合成光学系统(或照明光学系统的基准轴与投影光学系统的基准轴各相对于图像显示元件显示面的法线倾斜设定，则可使投影光学系统小型化。

再有，通过将投影光学系统设定为具有至少一个旋转不对称面或旋转对称轴相互不同的多个光学元件的偏心光学系统，就可校正因投影光学系统倾斜而发生的梯形畸变等偏心像差。

此外，在把导光元件形成为楔形时，通过在此导光元件与投影光学系统之间将可使从导光元件出射的图像光弯曲透过的辅助光学元件相对于导光元件隔开一空气间隔布置，就能减少因楔状发生的像差。

第十实施形式

图24示明本发明第十实施形式的投影型图像显示装置的基本结构。图中401为光源、402为反射光源光的抛物面镜物的反射镜。403为具有二维排列的多个透镜阵列的第一蝇眼元件403a和取同样结构的第二蝇眼元件403b的蝇眼积分器。404为用于使来自光源401非偏振光与规定偏振方向一致的偏振变换元件，405为包括第一透镜405a、第二透镜405b与反射镜405c的照明光重叠系统，406为用作波长选择性偏振控制机构的叠层相位元件。

407为导引上述结构的照明光学系统的照明光的导光棱镜，408为将四个棱镜408a、408b、408c、408d组成十字形而接合成的用作颜色分解合成光学系统的十字形二向色棱镜。409R、409G、409B为接收红、绿、蓝各色光，调制且反射的反射型液晶元件(反射型图像显示元件)，410R、410G、410B为对应于红、绿、蓝各反射型液晶元件409R、409G、409B配置的，分别只透过特定方向偏振分量的偏振光元件。

411为相对于导光棱镜407只隔一小间隙439配置的校正棱镜、412为用作投影光学系统的投影透镜。

上述蝇眼积分器403通过第一蝇眼元件403a将来自反射镜402的近似平行光分割并会聚成多个光束，于第二蝇眼元件403b附近形成多个光源像。来自各光源像的光束通过反射镜405c，由第一透镜405a与第二透镜405b重叠于各反射型液晶元件409R、409G、409B之上，进行均匀性高的照明。

图25将图24所示的偏振变换元件404予以放大表示。此偏振光变换元件404由在垂直于图面方向具有长度且剖面呈平行四边形的棱镜部件多个接合而成。

图中404a是用于将垂直于包含来自蝇眼积分器403的非偏振光440的图面方向的偏振分量S偏振光441反射而将平行于图面的偏振分量442透过的偏振分解面，图中404b则是用于将偏振分解面404a反射的偏振光441再度反射作为改变方向的S偏振光的出射光443的反射面。此外，404c是使透过偏振分解面404a的P偏振光442的偏振方向转过90°的偏振光444。

404a、404b、404d以之作为一个单元周期性地设于棱镜部件中，整体地具有使入射光的偏振方向与垂直于图面的偏振光一致的功能。

图26示明图24中所示叠层相位元件406的分光特性。纵轴表透过率，横轴表波长，实线表明相对于图24图面垂直方向的偏振光(相对于图24的偏振光变换元件404的偏振光分解面404a的S偏振光)的分光透过率特性，虚线表明相对于图24图面平行方向的偏振光(相对于图24的偏振光变换元件404的偏振光分解面404a的S偏振光)的分光透过率特性。

这就是说，叠层相位元件406具有使入射的偏振光之中红光、蓝光不改变方向，只是使绿光的偏振方向转过90°而透过的特性。

具有上述特性的元件可将聚碳酯等树脂拉伸所得的相位板改变其相位滞后轴同时作多层叠层而制成。

在构成二向色棱镜408的四个棱镜接合面上通过蒸镀等方法形成Y状的二向色膜，这些二向色膜分别用作具有图35A、35B所示的红反射二向色面413R、蓝反射二向色面413B。

上述各二向色面交错配置，将入射光中所含红光、蓝光于各相应面上反射的同时，让绿光透过面将白光分解成三色光。

反射型液晶元件409R、409G、409B具有接收来自未图示的信号处理系统的驱动信号而改变(调制)入射的偏振光照明光的偏振方向的功能，在本实施形式中，为使与照明光有同一偏振方向的分量经投影形成图像而完成图像信号处理。

在信号处理系统接收来自个人计算机、电视、频效、DVD重放机等图像信息供给装置供给的图像信息，并根据此图像信息生成用于驱动反射型液晶元件409R、409G、409B的驱动信号。

在以上结构中，来自光源401的白光直接或通过反射镜402反射成大致平行光，而入射蝇眼积分器403。蝇眼积分器403如前所述分割成多个光束，由偏振光变换元件404变换成包含多个垂直于图面方向分量的偏振光，通过照面光重叠系统405，入射到积层相位元件406。

入射到积层相位元件406的光束，如对图26所作的描述中，只是具有绿光波长区的绿光分量将偏振方向改变90°成为平行的偏振光，而具有红、蓝光波长区的红、蓝光分量则按具有入射时偏振方向的偏振光原样地出射，入射到导光棱镜407的第一面。

导光棱镜407的第二面445由于是以相对于入射光满足全反射条件的角度而设定的，于是能将几乎所有的光(以近似100％的反射率)反射向正交二向色棱镜408。

正交二向色棱镜208，如前所述，将通过二向色面413R、413B入射的白光分成三色光，此各种颜色光照明各反射型液晶元件409R、409G、409B。

此时，将偏振轴设定成，便设于各反射型液晶元件409R、409G、409B与二向色棱镜408之间的偏振光元件中的410R与410B透过垂直于图面的偏振光，而410G则透过与图面平行的偏振光。这样就能由更高偏振度的偏振光照明各反射型液晶元件409R、409G、409B。

入射到各反射型液晶元件409R、409G、409B的各色照明光通过改变偏振方向，调制反射，成为包含图像信息的各色图像光，再次通过偏振光元件410R、410G、410B而入射到正交二向色棱镜208。

由于偏振光元件410R、410G、41B是相对于照明光、图像光共同起作用，对于调制反射的各色图像光所含偏振光中与各色照明有同一方向的偏振分量，即相对于红光、蓝光、透过垂直于图面的偏振分量，而相对于绿光即透过平行图面的分量。于是，入射到正交二向色棱镜408的图像光作为与颜色分解时同一偏振方向的颜色光进行颜色合成，入射到导光棱镜407。

从图24中也可看到，各色照明光相对于各反射型液晶元件409R、409G、409B斜入射，它们的反射光即各色图像光相对于各色照明光镜像对称地斜出射。这就是说，入射到各反射型液晶元件409R、409G、409B的各色照明光方向(即光路)与从各反射型液晶元件409R、409G、409B出射的各色图像光的方向(光路)在任意位置上通常是相异的。

换言之，在把沿照明光学系统中照明光束中心线光线的二向色棱镜408与投影透镜412的迹线作为全系统的基准轴时，在二向色棱镜408中照明光一方和图像光一方的基准轴还有投影透镜412的基准轴，分别相对于反射型液晶元件409R、409G、409B显示面的法线倾斜。

这样，由二向色棱镜408合成的图像光在到达导光棱镜407的第二面445上时，与照明光不同，相对于第二面445以临界角以下的角度入射且原样地透过，通过间隙439与校正棱镜411，由投影透镜412投影。

校正透镜411的设置是为了抑制从楔形导光棱镜407出射时因弯曲而发生的像差。

此外，由于各色图像光是相对于各反射型液晶元件409R、409G、409B斜向出射，在把具有旋转对称轴的通常透镜用作投影透镜412时，为了实现无畸变的投影而需加大透镜并在与光轴垂直的方向进行移位，但这样会使投影困难，而且即使能够投影，也需用广角的大孔径透镜。

但在本实施形式中，投影透镜412构成为使多个透镜或光学面之中至少有一个取不具备旋转对称轴的形状(旋转非对称形状)或者是全都不存在共通的旋转对称轴。由此可将从反射型液晶元件409R、409G、409B斜向出射的图像光作良好的投影。

图24所示的投影透镜412全由折射透镜构成，但也可用反射镜构成。

本实施形式中，投影透镜412可根据全系统的结构取以图面为对称面的对称形状。当把此面视作为基准面时，在本实施形式中，也可把正交二向色棱镜408的颜色分解方向取作为沿该对称面或沿在光学上与该对称面等价的面的方向。

根据以上所述第10实施形式的结构，由于是以导光棱镜407的第二面445的全反射将照明光导向反射型液晶元件409R、409G、409B，故可将先有装置情形中那种因采用偏振光束分裂器结构中成为问题的偏振光束分裂器的波长依赖性与角度依存性排除，而以良好的效率照明反射型液晶元件409R、409G、409B。

再有，通过积层相位元件406的作用，入射到正交二向色棱镜408的照明光的偏振状态为正交二向色棱镜408的二向色面413R、413B所反射的红、蓝光分量成为垂直于图24图面的偏振光(相对于二向色面的S偏振光)，而透过两二向色面413R、413B的绿光分量则主要包含与图24图面平行的偏振光(相对于二向色面的P偏振光)。由于各反射型液晶元件409R、409G、409B反射的各色图像光的偏振方向也与照明光的各色分量有同一方向，就能减少成为已有问题的颜色分解时与颜色合成时因二向色面偏振所致截止波长差异引起的对比度与光量下降等显示图像恶化。

接收反射型液晶元件409R、409G、409B调制而生成的图像光，在由正交二向色棱镜408进行颜色合成之前，由于通过了偏振光元件410R、410G、410B检偏而能保持高的对比度。

图24中，入射各反射型液晶元件409R、409G、409B的各照明光和使之调制反射而出射的各色图像光，在正交二向色棱镜408的二向色面413R、413B的不同位置以不同角度入射。

图24中的点划线表示通过各反射型液晶元件409R、409G、409B中心的轴(基准轴L2)，以沿此轴行进的光线为例，设照明光入射的二向色面413R的角度为β，以各色图像光再度入射二向色面413R时的角度为γ，而这些角度是互不相同的。

另一方面，一般情形下，二向色面的特性由于入射角度的变化，当上述β与γ的差大时就难以进行良好的颜色分解合成。

因此，在本实施形式中，使两者的差为

|β-γ|＜25°    (1)而最好是使

|β-γ|＜15°    (2)

在本实施形式中，通过偏振变换元件404的作用，使偏振方向有某种程度一致的照明光入射积层相位元件406，但为要进行更高精度的偏振控制，也可设置使垂直的偏振光透过图24图纸的偏振光元件，以与叠层相位元件406的光入射侧接近或贴紧。

在图24的结构中，通过将邻接第二透镜405b、积层相位元件406、偏振光元件410R、410G、410B与反射型液晶元件409R、409G、409B等各光学元件的光学元件或部件接合成整体，能够降低界面上光的反射率，增大光量和除去杂散光。

此外，反射型液晶元件409R、409G、409B通常为矩形，这时的长边、短边可任意设置。若短边取平行于图24的图面形式设置，则可使正交二向色棱镜408在图24中的剖面小型化；相反，若将长边按平行于图24的面平行地配置，则可使正交二向色棱镜408在图24的纵深方向的尺寸小型化。这样，反射型液晶元件409R、409G、409B的配置可根据用途与整个系统的设置方式作适当地选择。

第十一实施形式

图27示明本发明第十一实施形式的投影型图像显示装置的结构，其中与第十实施形式共同的部件或部分附以相同的标号而略去其说明。

本实施形式中采用四个棱镜414a、414b、414c、41d组成的称作4P棱镜的颜色分解合成棱镜体414，取代第十实施形式中用作颜色分解合成光学系统的正交二向色棱镜408。

颜色分解合成棱镜体414相对于导光棱镜407与校正棱镜411空开小的间隙446配置，在棱镜414a与棱镜414b之间，形成用作具有反射蓝光特性的二向色膜的蓝光反射的向色面447。此外，在棱镜414c与棱镜414d之间形成用作具有反射红光特性的二向色膜的红光反射的二向面448。

本实施形式中，包含叠层相位元件406的照明光学系统、导光棱镜407、校正棱镜411以及投影透镜412的结构与第十实施例的相同，只是由颜色分解合成体414进行的颜色分解合成方法不同。

与第十实施形式相同，从导光棱镜207出射的照明光之中，红光、蓝光分量具有垂直于图面的偏振方向，而绿光分量具有平行于图面的偏振方向。

入射到颜色分解合成棱镜体414的照明光首先为蓝反射二向色面447反射蓝光分量而透过绿光、红光分量。为蓝反射二向色面447反射的蓝色由构成棱镜414a的面449全反射，通过偏振光元件410B，入射到蓝光用反射型液晶元件409B。

透过蓝反射二向色面447的绿光、红光分量入射到二向色面448并为此同一面反射，通过偏振光元件410R入射到红光用反射型液晶元件409R。绿色光也透过此同一面，通过偏振光元件410G，入射到绿光用的反射型液晶元件409G。

由各反射型液晶元件409R、409G、409B调制的偏振状态变化了的各色图像光，分别为偏振光元件410R、410G、410B检偏后，再入射到颜色分解合成棱镜体414，与颜色分解时方向相反地进入各棱镜内，进行颜色合成。进行了颜色合成的图像光，与第十实施形式相同，透过导光棱镜407与校正棱镜411，由投影透镜412投影。

本实施形式所用的颜色分解合成棱镜体414与第二实施形式的正交二向色棱镜408不同，由于两个二向色面不正交，制造上要求精度没有那样高，可以降低成本。

另外，由于光相对于蓝反射二向色面的入射角与反射角小于45°，可以减小因二向色面447的偏振方向导致的二向色特性差。

再有，图27所示的颜色分解合成棱镜体414是在考虑到光线透过区域的同时使其尽可能小的前提下而由四个棱镜414a、414b、414c与414d构成，但也可以将棱镜414b与414c结合成整体而构成所谓3P棱镜的颜色分解合成整体。

第十二实施形式

图28示明本发明第十二实施形式的投影型图像显示装置中颜色分解合成系统的周边结构，其中与第十实施形式共同的部件或部分则附以相同的标号略去其说明。

颜色分解合成棱镜体415是由三个棱镜415a、415b、415c组成的三P棱镜，在棱镜415a与棱镜415b之间空开有一小间隙450。棱镜体415作为整体与图27的棱镜体414相同，相对于导光棱镜407与校正棱镜411也空置一小间隙配置。

棱镜415a的与棱镜415b相对的面形成了作为具有蓝反射特性的二向色膜的蓝反射二向色面451，在棱镜415b与棱镜415c的接合面上形成了作为具有红反射特性的二向色膜的红外射二向色面452。

与前述各实施形式相同，从图右侧入射到颜色分解合成棱镜体415的照明光，首先于蓝反射二向色面451中反射蓝光分量而透过绿光和红光分量。

于蓝反射二向色面451反射的蓝光在构成棱镜415a的面453上全反射，通过偏振光元件410B入射到蓝光用反射型液晶元件409B。

透过蓝反射二向色面451的绿、红光分量入射到二向色面452、于此面上反射的红光则于构成棱镜415b的面454上全反射，通过偏振光元件410R，入射到红光用反射型液晶元件409R。另一方面，绿光透过二向色面452，经偏振光元件410G入射到绿光用的反射型液晶元件409G。

由各反射型液晶元件409R、409R、409B调制反射的各色图像光经偏振光元件410R、410G、410B检偏后，再入射到颜色分解合成棱镜体415，与颜色分解时方向相反地进到各棱镜内进行颜色合成，与前述各实施形式相同地由投影透镜412投影。

本实施形式中所用颜色分解合成棱镜体415相对于图27所示的棱镜体414，在红反射二向色面452上光的入射角与反射角都小于45°，故可减小此面上因偏振方向导致的二向色特性差别。

第十三实施形式

图29中示明本实施第十三实施形式的投影型图像显示装置的结构，其中与第十实施形式共同的部件或部分附以与第十实施形式相同的标号而略去其说明。

本实施形式中所用光路与第十实施形式中将照明光导入颜色分解合成光学系统和从颜色分解合成系统将图像光导入投影透镜的光路相反。

图中的456是由四个棱镜456a、456b、456c与456d构成的具有颜色分解合成功能的正交二向色棱镜，与第十实施形式的图24所示正交二向色棱镜408相同。在各棱镜的接合面上形成了红反射二向色面458R与蓝反射二向色面458B。

457为将正交二向色棱镜456作颜色合成的图像光导引到投影透镜412上的导光棱镜，455是用于使照明光透过导光棱镜457而导向正交二向色镜456的校正棱镜。

同样，在本实施形式中，由叠层相位元件406出射的照明光中的红、蓝光分量具有垂直于图面的偏振方向，而绿光则具有与图面平行的偏振方向。然后，照明光，透过校正棱镜455与导光棱镜457而入射到正交二向色棱镜456。

正交二向色棱镜456由红反射二向色面458R反射红光分量，由蓝反射二向色面458B反射蓝光分量，通过各相应偏振光元件410R、410B入射到红光用反射型液晶元件409R和蓝光用反射型液晶元件409B。

绿光分量透过两个二向色面458R、458B，经偏振光元件410G入射到绿光用反射液晶元件409G。

接受各反射型液晶元件409R、409G、409B调制的偏振方向的变化而反射的各色图像光，再次入射到正交二向色棱镜456，按与颜色分解方向相反的方向进入棱镜由作颜色合成，从导光棱镜457的第一面入射，到达第二面459。

由于图像光相对于第二面459是以临界角以上的角度入射，故在此面上全反射，改变方向而由投影透镜412投影。

在上述第十至十二的实施形式中，由于是使透过导光棱镜457与校正棱镜411之间间隙的图像光进行投影，于是为了抑制由此发生的像差而求得良好的投影图像，需要尽可能窄和均匀地设定两部件的间隙，这就要求有高的组装精度。与此相反，由于本实施形式是取由导光棱镜457反射的图像光进行投影的结构，就不会发生因上述间隙引起的像素，两部件的布置设定能以不影响照明光程度的非常不严格的精度进行。

第十四实施形式

图30A与30B示明本发明第十四实施形式投影型图像显示装置的结构，其中与第十实施形式共同的部件或部分附以与图10实施形式相同的标号而略去其说明。

图中，416为4个棱镜416a、416b、416c与416d构成的作为颜色分解合成光学系统的正交二向色棱镜，466为偏振光变换元件，467为叠层相位元件，460R、460B为正交二向色棱镜416内的红反射二向色面与蓝反射二向色面。此外，461R、461G、461B是红、绿、蓝各色光用的反射型液晶元件。

再有，462R、462G、462B则是对应于各反射型液晶元件所配置的偏振光元件。上述图30B则是从上方观察图30A正交的二向色棱镜416周边的图。

本实施形式基本上相当于在图24所示第十实施式中，将包含反射型液晶显示元件409R、409G、409B与偏振光元件410R、410G、410B的正交二向色棱镜408的周边以及偏振变换元件404与积层相位元件406，围绕通过其中心轴转过90°的结果。

也就是说，从偏振变换元件466出射的照明光是包含大量与图30A图面平行的偏振方向分量的偏振光，而当与图面平行的偏振光入射到叠层相位元件467时，则只是使绿光分量的偏振方向转过90°作为垂直于图面的偏振光。

此外，偏振光元件462R、462B配置成透过垂直于图30B图面方向的偏振光，而偏振光元件462G配置成透过平行于此图面的偏振光。

在以上结构下，由二向色棱镜416的二向色面460R、460B反射进行颜色分解合成的红、蓝光相对于相应的同一面成为S偏振光，而透过正交二向色棱镜416的二向色面460R、460B进行颜色分解合成的绿光则相对于此相同的面成为P偏振光。然后，本实施形式也与第十实施形式相同，可以减少因二向色面460R、460B的偏振方向由于截止波长差异导致的像质下降。

另外，与第十实施形式相同。本实施形式中的投影透镜412相对于图30A的图面也具有对称性，但不同处则是本实施形式中的颜色分解是相对于该对称面依交叉方向进行。

这样，进行颜色分解时照明光对二向色面460R、460B的入射角度与进行颜色合成时图像光对此入射角度的差与第十实施形式相比要小，于是能减少由于二向色面入射角度所致截止波长改变而产生的问题。

一般，用于使相对二向色面进行颜色分解时入射角度与进行颜色合成时入射角度差小的条件，可据图31作如下考虑。

如图37中所概示的，468为二向色面，463为反射型液晶元件，464为入射到二向色面468的照明光，465为由二向色面468所反射的图像光。

此外，点A2为照明光464入射到二向色面468的点，点B2为照明光464入射到反射型液晶元件463上反射的点，点C2为反射型液晶元件463反射的图像光再次入射到二色面468上时的点。

现在，从点B2观察，将与点A2在光学上为同一距离的二向色面468上的点A相异的点设为D2，将经过点A2与直线A2D2(连接A2、D2的直线)的直线设为L2，于是，为了减小照明光464与图像光465入射到二向色面468上的角度差，需要使从点C2到直线A2D2的距离小于从点C2到直线L2的距离。

换言之，直线A2C2与直线A2D2交成的角度α应满足

α＜45°                          (3)而最好满足

α＜30°                          (4)

为了满足上述条件，可对照明光464入射一向色面468的方向、由二向色面468进行颜色分解合成的方向、反射型液晶436的面的取向进行设定，由此就能抑制因对二向色面468上照明光464与图像光465二者入射角的差致二向色面468的截止波长变化而导致的光量与效率的下降。

至于在二向色面468与反射型液晶元件463之间设有反射面的情形，可相对于该反射面所产生的点B2的镜像作同样地考虑。

第十五实施形式

图32中示明本发明第十五实施形式的投影型图像显示装置中波长选择性偏振控制机构的结构与光学作用。

在前述各实施形式中，为只使照明光中包含的规定的颜色光分量的偏振方向变化，就采用积层相位元件的情形作了说明，但也可通过图32所示的二向色镜与1/2波片组合构成波长选择性偏振光控制机构实现。

图32中，417、420是将白光中红、蓝光与量反射而透过绿光的二向色镜，418、419为反射镜，421为用于使垂直于图32图面的偏振光旋转90°而成为与图面平行的偏振光的1/2波片。

图中还以内部为空白箭头422R表示红光分量、内部为斜线的箭头422G表示绿光分量、内部为网点的箭头422B表蓝光分量、423表示垂直图面的偏振光、424表示平行于图面的偏振光。

入射到二向色镜417的与图面垂直的偏振光，即对于二向色反射镜417的S偏振的白光，通过二向色镜417的颜色分解，反射红、蓝光而透过绿光。

透过二向色镜417的绿光为反射镜418反射，由1/2波片421将偏振方向改变90°而成为P偏振光，入射到二向色镜420。为二向色将417反射的红、蓝光分量仍作为S偏振光而由反射镜419反射，入射到二向色镜420。二向色镜420将绿的P偏振光与红、蓝的S偏振光合成为白光出射。

在有需要时，可将图32所示波长选择性偏振控制机构与适当的反射镜组合，例如取替图24所示的叠层相位元件406而代之以插入第一透镜405a与导光棱镜407之间，能将规定的颜色光分量的偏振方向与其他颜色光分量的偏振方向相异的白色照明光入射到颜色分解合成光学系统。

第十六实施形式

图33示明本发明第16实施形式的投影型图像显示装置中波长选择性偏光控制机构的结构，与光学作用：

本实施形式是图32所示第十五实施形式的波长选择性偏光控制机构的变形，其中与第十五实施形式相同的部件或部分附以相同的标号。

图33中，425为将白色照明光之中的红光分量透过而将其中绿、蓝光分量反射的二向色镜，426与429则为反射镜。

427为透过绿光分量而反射蓝光分量的二向色镜，428为透过红光分量而反射蓝光分量的反射镜，430为透过绿光分量而反射红、蓝光分量的二向色镜。431为用于使垂直图面的偏振光变换为与图面平行的偏振光的1/2波片。

在本实施形式中，同样地当垂直于图面的偏振光即相对于各二向色镜的S偏振的白光入射后，在各光路中接受图示的颜色分解、合成与偏振方向的变化，最终得到绿的P偏振光、与红、蓝的S偏振光合成的白光。

第十七实施形式

图34示明本发明第十七实施形式的投影型图像显示装置中波长选择性偏光控制机构的结构与光学作用。

示明各种箭头与颜色光分量的对应、偏振方向的标号与图32以及图33中的相同。

图中，437为作用于在旋圆偏振光的，438为作用于左旋偏振光的，432为作用于蓝光分量的透过左旋圆偏振光而反射右旋圆偏振光的，胆甾型液晶元件，433为作用于绿光分量，透过右旋圆偏振光而反射左旋圆偏振光的胆甾型液晶元件，434为作用于红光分量、透过左旋圆偏振光而反射右旋圆偏振光的胆甾型液晶元件。435为1/4波片。

在以上结构中，当从图中左侧有包含红、绿与蓝各色分量436R、436G、436B的非偏振白光入射时，由于各胆甾型液晶元件432、433、434与1/4波片435的作用，最终可得由具有与图面平行的偏振方向的绿光分量，具有与图面垂直的偏振方向的红、蓝各色光分量合成的白光。

图34中所示各胆甾型液晶元件与1/4波片分隔有一定距离，但它们可以密切贴合而作为一片滤光器。

此外，各胆甾型液晶反射的圆偏振光，在以后都不反射，最终全部成为向左侧行进的光线而返回到图34的入射侧。若将这种光沿与照明光相反的光路返回到光源。由反射镜反射，也可再次用作照明光。

在以上的说明中，各颜色光用的反射型液晶元件的布置不限于各实施形式中具体所示，而是可以适当变更的。

再有，以上所述各实施形式是以反射型液晶元件为例说明反射型图像显示元件的，但本发明不局限于此，而是可以采用各种反射型图像显示元件的。例如也可采用具有多个微型反射镜，通过相对于基准面倾斜，使照明光以不同方向反射调制的微型反射镜阵列调制元件。

如上所述，根据本实施形式，由于颜色分解合成光学系统分解的多个颜色光分量的主要偏振方向与由此颜色分解合成光学系统所合成的多个颜色光主要偏振方向对于各种颜色都相同，故可减少颜色分解合成光学系统中照明光的颜色分解时与多数颜色光合成时相对于偏振方向特性的差异而引起的对比度下降导致像质的恶化。

若在颜色分解合成光学系统与各反射型图像显示，元件之间配置能透过上述多种颜色光各主要偏振方向分量的偏光元件，由于用各反射型图像显示元件调制的各色光在合成之前进行了检偏，故可求得显示图像的高的对比度。

当于颜色分解合成光学系统内使分解而入射到反射型图像显示元件的各色光的光路与从反射型图像元件出射而合成的各色光的光路互异，或是使沿照明光学系统中照明光束的中心线的光线的照明光学系统、颜色分解合成光学系统与投影光学系统的迹线作为全系统的基准轴时，若是使颜色分解合成光学系统(或照明光学系统)的基准轴与投影光学系统的基准轴各相对于反射型图像显示元件显示面的法线倾斜，则有助于装置的小型化。

此外，若于照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间或是于颜色分解合成光学系统与投影光学系统之间设置，使照明光学系统的照明光或颜色分解合成光学系统的图像光的接近100％反射率反射的棱镜型导光元件，则与采用具有波长相关性和角度相关性的偏振光束分裂器的情况相比，可以减少光量损失并获得清晰显示的图像。

Claims (16)

1.一种投影型图像显示装置，包括：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中，随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统合成的图像光作投影显示的投影光学系统；设在此照明光学系统与此颜色分解合成光学系统之间的导光元件，具有光学面，将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射，将所反射的照明光导入此颜色分解合成光学系统，随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过到所述投影光学系统；在颜色分解合成光学系统与图像显示元件之间设有的只透过特定偏振光分量的偏振光元件。

2.一种投影型图像显示装置，包括：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中，随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统合成的图像光作投影显示的投影光学系统，在此照明光学系统与颜色分解合成光学系统之间，设有将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射导入此颜色分解合成光学系统，随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过此投影光学系统的导光元件；在颜色分解合成光学系统和图像显示元件之间设有的只透过特定偏振光分量的偏振光元件，其中，上述导光元件与上述颜色分解合成光学系统内照明光的光路与图像光的光路互异，其中上述导光元件形成楔形，在此导光元件与上述投影光学系统之间，将用来使从此导光元件出射的图像光弯曲透过的辅助光学元件相对于此导光元件相隔一空气间隔设置。

3.根据权利要求1所述的投影型图像显示装置，其中在以沿此照明光学系统的照明光束中心线的光线的导光元件、此颜色分解合成光学系统与此投影光学系统的迹线作为整个系统的基准轴时，使此颜色分解合成光学系统的基准轴与此投影光学系统的基准轴分别相对于上述图像显示元件的显示面的法线倾斜。

4.根据权利要求1所述的投影型图像显示装置，所述导光元件具有使照明光入射的第一面和在将照明光向此颜色分解合成光学系统出射的同时让此颜色分解合成光学系统的图像光入射的第二面，以及使由此第二面入射的照明光朝向此第一面以接近100％的反射率反射随即将由此第二面入射的图像光射向上述投影光学系统的第三面。

5.一种投影型图像显示装置，包括：照明光学系统；将此照明光学系统的照明光分解成多个颜色光而把各个颜色光入射到对每种颜色光所设置的图像显示元件中而随之将这些图像显示元件出射的多个颜色的图像光予以合成的颜色分解合成光学系统；将此颜色分解合成光学系统的图像光作投影显示的投影光系统；设在此照明光学系统与此颜色分解合成光学系统之间的导光元件，具有光学面，将照明光学系统的照明光以近似100％的反射率反射，将所反射的照明光导入此颜色分解合成光学系统，随即使此颜色分解合成光学系统的图像光透过到所述投影光学系统；在此颜色分解合成光学系统和图像显示元件之间设有只透过特定偏振光分量的偏振光元件，其中，上述导光元件与上述颜色分解合成光学系统内照明光的光路与图像光的光路互异。

6.根据权利要求5所述的投影型图像显示装置，其中在以沿此照明光学系统的照明光束中心线的光线的导光元件、此颜色分解合成光学系统与此投影光学系统的迹线作为整个系统的基准轴时，使此颜色分解合成光学系统的基准轴与此投影光学系统的基准轴分别相对于上述图像显示元件的显示面的法线倾斜。

7.根据权利要求5所述的装置，上述导光元件具有：在使照明光入射的同时将图像光以近似100％的反射率反射的第一面、将由此第一面入射的照明光向上述颜色分解合成光学系统出射的同时使来自上述颜色分解合成光学系统的图像光入射的第二面、将由此第二面入射面于上述第一面上反射的图像光朝上述投影光学系统出射的第三面。

8.根据权利要求4所述的装置，其中上述导光元件中入射到第三面的照明光的入射角度与入射到此第三面的图像光的入射角度互异。

9.根据权利要求5所述的装置，其中上述导光元件形成楔形，在此导光元件与上述照明光学系统之间，用来使从此照明光学元件出射的图像光弯曲透过辅助光学元件，相对于所述导光元件相隔一空气间隔设置。

10.根据权利要求1所述的装置，其中上述图像显示元件将入射的照明光调制与反射，作为图像光出射。

11.根据权利要求1所述的装置，其中上述投影光学系统是具有至少一个旋转非对称面或旋转对称轴相互不同的多个光学元件的偏心光学系统。

12.一种图像显示系统，包括：权利要求1的所述的投影型图像显示装置；相对于此投影型图像显示装置供给图像信息的图像信息供给装置。

13.一种图像显示系统，包括：权利要求2的所述的投影型图像显示装置；相对于此投影型图像显示装置供给图像信息的图像信息供给装置。

14.一种图像显示系统，包括：权利要求3的所述的投影型图像显示装置；相对于此投影型图像显示装置供给图像信息的图像信息供给装置。

15.一种图像显示系统，包括：权利要求5的所述的投影型图像显示装置；相对于此投影型图像显示装置供给图像信息的图像信息供给装置。

16.一种图像显示系统，包括：权利要求6的所述的投影型图像显示装置；相对于此投影型图像显示装置供给图像信息的图像信息供给装置。

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