CN1695079A - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

图像显示装置包括非发光型反射空间光调制器；用于照明反射空间光调制器的照明装置；和投影透镜。来自光源(2)的光通过第一和第二蝇眼积分器(9，10)照明反射空间光调制器(14，15)。作为被反射空间光调制器反射、没变化的多余光又被反射片(4)反射再利用。蝇眼积分器相对光轴偏置，由此能够提高光利用率并能防止照明不均匀。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明涉及投影型图像显示装置，其包括用照明系统照明的反射型空间光调制元件和形成反射型空间光调制元件图像的投影光学系统。

本申请要求2002年12月13日申请的日本专利申请No.2002-363070的优先权，该申请的全部内容在此并入作为参考。

背景技术

已经提出的投影型图像显示装置包括照明系统、用照明系统照明的反射型空间光调制元件和投影光学系统(投影透镜)形成反射型空间光调制元件的图像。使用放电灯作为照明系统的光源和液晶显示元件作为反射型空间光调制器，这种图像显示装置实际上已经用作相当大的图像显示装置。

通过采用设置彩色滤光器用于一个反射型空间光调制元件的每个像素的结构和分时按颜色显示图像的所谓的时序彩色显示系统，能够以降低的成本生产图像显示装置。但是，它不能高效率利用光并且更耗电。

为什么图像显示装置不能高效率地利用的理由如下。因为反射型空间光调制元件不发光，只是调制入射光的偏振状态，它需要一种装置，用于将从光源发射的光束分成偏振成分，此后，合成分离的偏振成分。同样，不同于自发光调制器，光源发光甚至用于黑屏显示(dark display)，相应取决于反射型空间光调制元件的开口面积比的光利用效率而发生光损失。

在常规的图像显示装置中，通过在下面将要描述的图像显示装置中包括的光学元件等实现提高的光利用率。

(将光束分成偏振成分并合成分离的偏振成分)

P-S变换元件已知为偏振改变元件，其将从照明系统的光源发射的光束分成偏振成分并合成分离的偏振成分。它设置在光源和反射型空间光调制元件之间。P-S变换元件是这样形成的，其由各具有由无机物多层膜形成的偏振分离层的玻璃片和各具有在其上形成的反射面的玻璃片交替地贴在一起而预制玻璃块，并沿倾斜于粘贴面的平面将玻璃块切成片。

入射到P-S变换元件上的P-偏振光和S-偏振光混合的光束被偏振分离层分成P-偏振光和S-偏振光。P-偏振光和S-偏振光被P-S变换元件的各层分离并从P-S变换元件出射。对应于S-偏振光或P-偏振光，在P-S变换元件的出射侧设置半波片(λ/2)，由此提供仅包括P-偏振光或S-偏振光的光束。

使用这种P-S变换元件和半波片(λ/2)作为偏振分离器，它可以提高照明系统的光利用率，该照明系统照明调制入射光偏振成分的反射型空间光调制元件。

在照明系统中，从光源发射的光束被抛物面反射镜反射，经过一对蝇眼透镜(fly-eye lense)入射到P-S变换元件。然后，光束透过半波片(λ/2)和会聚透镜到反射型空间光调制元件。

(反射型偏振片)

常规偏振片让一种偏振成分通过，同时吸收另一种偏振成分。但是，已知反射型偏振片让一种偏振成分通过，同时反射另一种偏振成分，而不吸收它。由于使用反射型偏振片作为偏振改变元件，它可能通过再次反射它或用别的方式操纵它来利用另一种偏振成分，由此提高光利用率。

(使用双折射多层膜的线性偏振片)

通过利用各具有系数各向异性和彼此折射率不同的两种聚合物膜的多层叠层并拉制(drawing)该叠层聚合物膜形成使用双折射多层膜的线性偏振片。更具体地说，两种层叠的聚合物膜对一个偏振轴取向的折射率彼此相同，对另一偏振轴取向的折射率彼此不同。通过调整彼此不同的折射率，可以提供反射型偏振片，其让一个偏振轴取向的偏振光通过，同时反射垂直于一个偏振轴取向的另一偏振轴取向的偏振光。

应注意，按照3M的商标“DBEF”或“HMF”可获得这种反射型偏振片。

(使用胆甾醇型(cholesteric)液晶的圆形偏振片)

利用胆甾醇型液晶的选择反射性的圆形偏振片可以使整个可见范围作为选择的反射波带，因为例如在日本专利申请后公开No.281814/1994中披露了胆甾醇型液晶间距(pitch)大于100nm。由于使用这种胆甾醇型液晶的圆形偏振片，可能提供没有波长依赖性的圆形偏振片。

例如，在日本专利No.2509372中披露了使用胆甾醇型液晶的圆形偏振片和使用圆形偏振片的偏振改变元件。在这个日本专利中阐述的发明利用圆形偏振光的特性的事实，即，一次反射有180度的改变，顺时针圆形偏振光变成逆时针圆形偏振光，反之亦然。

胆甾醇型液晶与反射镜的组合提供偏振分离合成器。使用上述线偏振的偏振分离合成器需要半波片(λ/2)，但是，使用圆形偏振的偏振分离合成器不需要任何半波片(λ/2)。

也就是说，从光源发射的光束或者经过聚光镜直接入射到胆甾醇型液晶，或者根据来自光源光束的出射方向，被反射镜反射然后入射到胆甾醇型液晶。

此时，一个方向的圆形偏振光通过胆甾醇型液晶，而另一方向的圆形偏振光被胆甾醇型液晶反射。因此，被胆甾醇型液晶反射的另一方向的圆形偏振光被反射镜反射成一个方向的圆形偏振光，其将再次入射到胆甾醇型液晶并通过后者。通过胆甾醇型液晶的各种光变成一个方向的圆形偏振光。

使用上述照明系统的图像显示装置具有下列问题要解决：

上述照明系统仅能够通过复杂的生产过程生产。因此，它生产复杂并昂贵。

在上述日本专利申请后公开No.281814/1994中披露的圆形偏振片没有波长依赖性，但没有足够的偏振分离特性。由于这个原因，需要使用圆形偏振片与光吸收型偏振片(其吸收另一偏振光)的组合，以便保证图像显示装置要求的对比度。因此，常规的图像显示装置难以有提高的光利用率。

在上述日本专利No.2509372和日本专利申请后公开No.281814/1994披露的照明系统中，实际上用作光源的放电灯的反射器的形状或由反射器反射的光照明反射型空间光调制元件，对提高的光利用率不象期望的那样有效。

更具体地说，因为用于放电灯的实际反射器的形状是抛物面或旋转椭球体，所以通过胆甾醇型液晶形成的偏振分离元件反射到光源的光束被反射器反射两次。由于反射器反射一次造成的相位变化是180度，如果光束反射两次，相位固定。

另外，因为反射器用它们之间不同的反射系数反射P-偏振光和S-偏振光，由于通过作为光源的放电灯的玻璃管，这些偏振光线相位变化并散射，偏振改变效果减弱。同样，在反射器是抛物面反射镜的情况下，如果它被反射型偏振片反射，从焦点发出光束将返回到焦点，但是，如果它被反射型偏振片反射，从除了焦点之外的其它点发出的光束并非总是返回发出光束的该点。

同样，在球面反射镜用作反射镜的情况下，根据胆甾醇型液晶定位，胆甾醇型液晶反射的光被放电灯的电极吸收或在被反射镜反射后发散，不返回光源的发光点。“发散”将增加光源的集光率(etendue)，其造成照明光的利用率降低。

如上所述，由于光利用率和制造成本方面的缺点，在常规照明系统中的偏振改变元件不能用足够的效率将光返回到它的光源。

同样，在反射型偏振片必须增加面积的情况下，在这个照明系统中包括的光学部件非常贵。另外，返回到光源的光可能造成在反射型空间光调制元件中照明不均匀。

另外，不需要用于图像显示的已到达反射型空间光调制元件的部分照明光可以返回到光源，并重新用于照明反射型空间光调制元件。

在这种情况下，因为从光源发射的光例如经过一对蝇眼积分器(fly-eyeintegrator)到达反射型空间光调制元件，它将再通过该蝇眼积分器返回到光源。为了反射已经返回光源的光并将其再次引导至反射型空间光调制元件，位于蝇眼积分器下游的光学系统的光轴必须相对光源位移。

此时，在蝇眼积分器下游的光学系统的光轴仅沿垂直于光轴的纵向和横向之一位移的情况下，难以充分地反射返回到光源的光。

同样，在所有的光学部件例如位于蝇眼积分器下游投影光学系统等相对包括光源和延伸到蝇眼积分器的光学系统位移的情况下，所有光学系统不可能彼此成线。在这种情况下，支撑光学系统的支撑机构非常复杂并包括许多部件。特别是，蝇眼积分器、会聚透镜、场镜等必须彼此高精度被导向，因此，要求支撑机构的精度非常高。支撑机构很难生产。

发明内容

因此，本发明有一个目的是提供没有上述相关技术缺陷的改进和新颖的图像显示装置。

本发明还有另一个目的是提供包括非发光反射型空间光调制元件、照明反射型空间光调制元件的光源、和投影光学系统的图像显示装置，其结构不复杂，因而不用任何复杂的工艺就能够生产，并能利用提高效率的照明光。

通过提供包括根据本发明的图像显示装置能够实现上述目的：

具有开口端的球面反射镜；

设置在球面反射镜第一焦点的光源；

设置在球面反射镜开口端的偏振改变元件；

设置在球面反射镜第二焦点附近的反射型偏振选择元件；

第一蝇眼积分器，通过反射型偏振选择元件的光入射到其上；

第二蝇眼积分器，通过第一蝇眼积分器的光入射到其上；

反射型空间光调制元件，其用通过蝇眼积分器的光照明以对应于要显示的图像调制照明光；

光选择装置，用于对应于反射型空间光调制元件的调制，将通过反射型空间光调制元件反射的光分成返回到第二蝇眼积分器的光和引导至投影光学系统的光；以及

反射器，将由光选择装置返回的光反射到第二蝇眼积分器，由此引导光返回反射型空间光调制元件。

在上述图像显示装置中，还设置将经过投影光学装置入射的光投影成图像投影光的投影光学系统。

同样，在根据本发明的图像显示装置中，反射型偏振选择元件和反射器设置在最小模糊圆(circle of confusion)内，最小模糊圆由来自光源并由球面反射镜会聚到第二焦点附近的光限定。

在图像显示装置中，到达反射型空间光调制元件的不必用于图像显示的部分光返回到光源，然后，再导向反射型空间光调制元件。因此，能够高效率利用照明光。

在根据本发明的图像显示装置中，因为反射型偏振选择元件和反射器设置在最小模糊圆内，最小模糊圆由来自光源并由球面反射镜会聚到第二焦点附近的光限定，因此，反射型偏振光选择装置可以非常小。

从下列结合附图进行本发明的最佳实施例的详细描述中，将更加清楚本发明的这些目的和其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明图像显示装置的纵截面图。

图2是在根据本发明图像显示装置中包括的偏振改变元件的正视图。

图3是在根据本发明图像显示装置中包括的反射型空间光调制元件实质部分的纵截面图。

图4是在根据本发明图像显示装置中包括的循环光光路的纵截面图。

图5A图解地示出图像显示装置的照明光利用效率，图5B也图解地示出照明光的照明效率。

图6-图33是在根据本发明图像显示装置中使用的中继透镜块的分解图。

图34A-34C示意性地图示图像显示装置的光路，示出如何由循环光造成不均匀照明，其中图34A示出从中继透镜到参考反射镜的光路，图34B示出从中继透镜到第一蝇眼积分器返回的光路，图34C示出中继透镜和第一蝇眼积分器之间的光路。

图35A-35C也示意性地图示解决由循环光造成的不均匀照明问题的第一光路系统，其中图35A示出从中继透镜到参考反射镜的光路，图35B示出从中继透镜到第一蝇眼积分器返回的光路，图35C示出中继透镜和第一蝇眼积分器之间的光路。

图36B-36C也示意性地图示解决由循环光造成的不均匀照明问题的第二光路系统，其中图36A示出从中继透镜到参考反射镜的光路，图36B示出从中继透镜到第一蝇眼积分器返回的光路，图36C示出中继透镜和第一蝇眼积分器之间的光路。

图37是通过在一个方向移位蝇眼积分器解决由循环光造成的不均匀照明问题的示例的纵截面图。

图38是通过在两个方向移位蝇眼积分器解决由循环光造成的不均匀照明问题的示例的纵截面图。

图39是通过在一个方向移位蝇眼积分器解决由循环光造成的不均匀照明问题的示例的纵截面图。

图40是通过在两个方向移位蝇眼积分器解决由循环光造成的不均匀照明问题的示例的纵截面图。

图41是通过减小中继透镜焦距解决由循环光造成的不均匀照明问题的示例的纵截面图。

图42是通过增大中继透镜焦距解决由循环光造成的不均匀照明问题的示例的纵截面图。

图43是在反射器上循环光的第一照明图案的正视图。

图44是在反射器上循环光的第二照明图案的正视图。

图45是在反射器上循环光的第三照明图案的正视图。

图46是普通蝇眼积分器的正视图(其中设置奇数个蝇眼透镜)。

图47是普通蝇眼积分器的正视图(其中设置偶数个蝇眼透镜)。

图48是水平位移1/4间距的蝇眼积分器的正视图。

图49是垂直位移1/4间距的蝇眼积分器的正视图。

图50是水平和垂直位移1/4间距的蝇眼积分器的正视图。

图51是相应在第一和第二蝇眼积分器之间各水平位移1/4间距的正视图。

图52是相应在第一和第二蝇眼积分器之间垂直位移1/4间距的正视图。

图53表示相应在第一和第二蝇眼积分器之间各水平和垂直移动1/4间距的正视图。

图54是表示第一和第二蝇眼积分器的外形各水平和垂直位移1/4的正视图。

图55A-55E示出具有用于图像显示装置第一结构的镜筒，其中图55A是从光源延伸到投影透镜的镜筒部分的纵截面图，图55B是图55A中的镜筒部分的正视图，图55C是仅在光源处的部分镜筒的透视图，图55D是保持器透视图，图55E是仅仅在投影透镜侧的部分镜筒透视图。

图56是蝇眼积分器和保持器的透视图。

图57是蝇眼积分器、保持器和光源侧镜筒部分的透视图。

图58是表示在第一蝇眼积分器、保持器和光源侧镜筒部分之间装配的正视图。

图59是蝇眼积分器、保持器、光源侧镜筒部分和投影透镜侧镜筒部分的透视图。

图60是第一蝇眼积分器、保持器和投影透镜侧镜筒部分之间装配的正视图。

图61是第二结构镜筒的纵截面图和正视图。

图62是第三结构镜筒的纵截面图和正视图。

图63示意性图解光路，表示场镜如何造成像差。

图64也示意性地图解光路，表示如何校正场镜造成的像差。

具体实施方式

下面参照附图详细描述根据本发明的图像显示装置。

如图1所示，根据本发明的图像显示装置包括具有球面形状并在其端部敞开的球面反射镜1和设置在球面反射镜1的第一焦点的光源2。光源2是放电灯例如UHP(超高压水银)灯。

在球面反射镜1的开口端设置偏振改变元件3。如图2所示，偏振改变元件3包括具有偶数个相对光轴径向对称延伸区的1/4波片或半波片。

靠近球面反射镜1的第二焦点设置中继透镜块6，中继透镜6在其中心形成的开口26，并在其中设置具有反射型偏振选择元件5设置在中心开口的环形反射器4。反射型偏振选择元件5是反射型圆形偏振片或反射型偏振片(所谓“线栅偏光器”)。在反射型偏振选择元件5是反射型圆形偏振片的情况下，1/4波片作为偏振改变元件3。同样，在反射型偏振选择元件5是反射型偏振片的情况下，半波片作为偏振改变元件3。

在这个图像显示装置的光学系统中，包括从光源2到如上所述设置的反射型偏振选择元件5的元件共同形成偏振变换器7。

在上述偏振变换器7中，通过反射型偏振选择元件5的光经过偏振改变元件3进行偏振分离，被反射型偏振选择元件5反射的光经过偏振改变元件3和球面反射镜1返回到光源2。因此，返回光源2的光经过弧隙(arc gap)，被球面反射镜1的相对侧反射，再次经过偏振改变元件3，到达反射型偏振选择元件5。此时，光变换成具有偏振状态，在这种偏振状态光经过反射型偏振选择元件5。这样，所有经过反射型偏振选择元件5的光偏振为特定状态。

首先，在图像显示装置中的偏振改变元件3是1/4波片，反射型偏振选择元件5是在下面将描述的反射型圆形偏振片。这里应该注意，1/4波片优选能够在宽波带作用。同样，反射型圆形偏振片可以是由胆甾醇型液晶聚合物形成的圆形偏振片。应该注意，在各个光学元件与空气接触的交界处形成反射阻止层。

如图2所示，偏振改变元件3分成相对光轴径向对称延伸的偶数个区域3a，3b，3c，3d，3a’，3b’，3c’和3d’。这些区域中每个的滞后轴(lag axis)定向成与连接各个区域中心和光轴的直线形成45度角，并垂直于相对光轴对称区域的一个区域的滞后轴。

从光源2发射的光经过偏振改变元件3的1/4波片以变换成圆形偏振光，并到达反射型圆形偏振片的反射型偏振选择元件5。此时，入射到反射型圆形偏振片的入射表面的入射光是一个或另一个方向圆形偏振光。并且，一个方向圆形偏振光被反射型圆形偏振片朝光源2反射。

作为反射型圆形偏振片的反射型偏振选择元件5反射的光通过偏振改变元件3的1/4波片，被球面反射镜1反射两次再到达偏振改变元件3的1/4波片。此时，例如，被反射型圆形偏振片反射之后，光到达与光通过的偏振改变元件3区域的区域3a光轴对称的区域3a’。

因为所有到达偏振改变元件3的光已经两次通过偏振改变元件3的1/4波片和反射型圆形偏振片，因而具有线性偏振状态，例如P偏振或S偏振，因此，它们之间没有相位差。因此，已经通过由方向垂直于滞后轴的1/4波片形成的区域的光，将圆形地偏振为方向与其初始入射到反射型偏振选择元件5方向相对的光，并且通过后者。因此，在偏振变换器中变换偏振。

同样，下面将描述在图像显示装置中的偏振改变元件3是半波片，而反射型偏振选择元件5是反射型偏振片。同样，在这种情况下，偏振改变元件3分成偶数个光轴对称并径向延伸的区域。这些区域中每个的滞后轴定向成例如与连接各个区域中心和光轴的直线形成45度角，并垂直于相对光轴对称设置区域的一个区域的滞后轴。

从光源2发射的光通过偏振改变元件3半波片，具有旋转的偏振方向，并到达反射型偏振片的反射型偏振选择元件5。并且，一个方向偏振的光被反射型偏振片朝光源2反射。

作为反射型圆形偏振片的反射型偏振选择元件5反射的光通过偏振改变元件3的半波片，被球面反射镜1反射两次，再次到达偏振改变元件3的半波片。此时，被反射型偏振片反射之后，光到达与光通过的偏振改变元件3区域的一个区域光轴对称的区域。

因为所有由此到达偏振改变元件3的光已经两次通过偏振改变元件3的半波片和反射型圆形偏振片，它们具有线性偏振状态，例如P偏振或S偏振，因此，它们之间没有相位差。因此，已经通过由方向垂直于滞后轴的半波片形成区域的光，将线性地偏振为方向与其初始入射到反射型偏振选择元件5方向相对的光，并且通过后者。

应该注意，球面反射镜1可以是组合凸透镜的抛物面反射镜。在这种情况下，从光源发射的光被抛物面反射镜改变成平行光束，平行光束被凸透镜会聚。中继透镜块6设置在凸透镜焦点附近。

在偏振变换器7中，反射型圆形偏振片使用利用双反射多层膜的线性偏振片。反射型偏振片由两种折射率彼此不同的聚合物膜拉成多层叠层形成。用两种聚合物膜之一折射率调整到另一种聚合物膜的折射率，反射型偏振片让沿一个偏振轴取向的偏振光通过并反射方向垂直于前述偏振光的偏振光。这种线性偏振片可例如，出自3M的商标名为：“DBEF”或“HMF”。

同样，作为反射型偏振片的线栅偏振器具有条形铝层位于玻璃基板上的结构。它反射一线性偏振光，同时让另一线性偏振光通过。这种线栅偏振器已经由Moxtek投入实际使用。

接下来，已经通过如上所述偏振变换器的光入射到循环光光学系统8，如图1所示。在这个循环光光学系统8中，已经通过反射型偏振选择元件5的偏振变换光通过第一和第二蝇眼积分器9和10、场镜11、颜色选择元件12和对应于第一和第二反射型空间光调制元件14和15的宽波带的偏振分束器(PBS)13。

各个第一和第二蝇眼积分器9和10由在其一侧的凸透镜和在另一侧的蝇眼透镜组成，并且彼此整体地形成。第一和第二蝇眼积分器9和10设置成它们的蝇眼透镜彼此相对。

颜色选择元件12仅选择波长在特定波带的光，例如，红光光束，并旋转选择光的偏振轴在不同于例如蓝光和绿光偏振方向的方向偏振后者。这种颜色选择元件12是已知的，并且可从Color Link的商标名“COLOR SELECT”商业可得。

同样，反射型彩色滤光器16设置在第一反射型空间光调制器14的光入射侧。反射型彩色滤光器16由无机材料形成，但也可以由有机材料形成。

在循环光光学系统8中，两束彩色光束例如蓝色和绿色光束在偏振分束器13的反射表面反射，以照明第一反射型空间光调制元件14。两束彩色光束相对偏振分束器13的反射表面S偏振。反射型彩色滤光器16选择两束彩色光束并仅将它们投影到对应于蓝色和绿色的像素，但反射不投影的成分。

在循环彩色光学系统8中，偏振分束器13的反射表面让保留的一种彩色光束例如红色光束通过，并照明第二反射型空间光调制元件15。一种颜色光束相对偏振分束器13的反射表面P偏振。

也就是说，在循环光光学系统8中，颜色选择元件12和偏振分束器13的反射表面共同形成颜色选择装置，用于将来自光源的光空间分离成彩色光成分。同样，反射型彩色滤光器16作为颜色选择装置，用于进一步将由颜色选择元件12和偏振分束器13的反射表面选择的光分离成彩色成分。

由第一反射型空间光调制元件14调制的光相对偏振分束器13的反射表面P偏振，被第一反射型空间光调制元件14反射，通过偏振分束器13的反射表面，入射到投影透镜17，并由投影透镜投影到屏幕(未示出)。没有被第一反射型空间光调制元件14调制而是反射的光和被反射型彩色滤光器16反射的光，被偏振分束器13的反射面反射回光源2。

被第二反射型空间光调制元件15调制的光相对偏振分束器13的反射面P偏振，被第二反射型空间光调制元件15反射，然后，被偏振分束器13的反射表面反射，入射到投影透镜17，由投影透镜投影到屏幕(未示出)。没有被第二反射型空间光调制元件15调制而是反射的光，通过偏振分束器13的反射表面并返回到光源2。

如上所述，在循环光光学系统8中，除了选择并允许通过反射型彩色滤光器16的光之外的反射光，和反射型空间光调制元件14和15中不用于基于彩色信号图像显示的非调制光返回光源2。

注意，在图像显示装置包括的光学系统中，光源2、第一蝇眼积分器9的蝇眼透镜表面和反射型空间光调制元件14和15彼此共轭，并且中继透镜块6和第二蝇眼积分器10的蝇眼透镜表面彼此共轭。

在这个实施例中，两个反射型空间光调制元件14和15的每一个使用反射型液晶显示元件。例如，如图3所示，反射型空间光调制元件14和15的每一个包括基板19、反射型彩色滤光器16、透明电极20、取向层21、液晶层22、取向层23、反射电极24和有源基体基板(active matrix substrate)25，按这个顺序一个层叠在另一个上面。应该注意，第二反射型空间光调制元件15不包括反射型彩色滤光器16。反射电极24对应于有效像素范围形成。

在这些反射型空间光调制元件14和15中，在有效象素范围周围的无效区可以形成为反射区。在这种情况下，偏离有效象素范围的照明光能够被反射区反射回光源。

在这种图像显示装置中，照明反射型空间光调制元件14和15的光具有多余的光部分，其不通过彩色滤光器16而被反射型彩色滤光器16反射。例如，蓝光(B)或绿光(G)被红光(R)彩色滤光器反射回光源。同样，照明反射型空间调制元件的光在特定方向偏振，即，相对偏振分束器13的反射表面S偏振或P偏振。偏振状态对应于要显示的图像变换的光被导向上述投影透镜，但是，偏振状态没有变换的光通过偏振分束器13的反射表面返回到光源。因此，返回到光源的光被中继透镜块6支撑的反射器4反射，以照明反射型空间光调制元件14和15，由此，能够高效率地利用来自光源的光。

应该注意，在这个图像显示装置中，反射型空间光调制元件14和15不限于上述具有反射型彩色滤光器的反射型液晶显示元件，还可以使用具有反射型彩色滤光器的“HTPS”(透射型液晶)。同样，各个反射型空间光调制元件14和15可以是所谓的场序型(field-sequential)或色轮型(color-wheeltype)。这些反射型液晶显示元件之一经过颜色选择装置照明，颜色选择装置以分时的方式根据多种颜色成分暂时将光分离成彩色成分来调制光。

而且，根据本发明，可能通过在整个图像显示装置中循环光提高光的使用效率，其中该图像显示装置设置有用于选择特定颜色的光、非调制光等并在颜色选择元件12下游的光学系统中反射的装置。

在根据本发明的图像显示装置中，每个蝇眼积分器9和10以预定距离偏离整个光学系统的光轴，即，在垂直于如图1所示的光轴的方向的中继透镜块6、场镜11和投影透镜17共同的光轴)。也就是说，在每个蝇眼积分器9和10中，尺寸等于蝇眼积分器的蝇眼透镜表面并且用固定间距设置的蝇眼透镜的中心蝇眼透镜，在垂直于至少这个光轴的方向偏离中继透镜块6的光轴的距离等于1/4蝇眼透镜间距。

因为在蝇眼透镜表面的多个蝇眼透镜水平和垂直设置成矩阵形式，从而蝇眼积分器9和10的光轴可以是在设置蝇眼透镜的垂直方向或水平方向偏离光轴1/4蝇眼透镜间距，或者在设置蝇眼透镜的垂直方向和水平方向两个方向各偏离光轴1/4蝇眼透镜间距。在蝇眼积分器9和10偏离设置蝇眼透镜的垂直和水平方向间距各光轴1/4的情况下，移动( )/4间距。

因为每个蝇眼积分器9和10偏离上述光轴，从每个空间光调制器14和15返回到光源2的光束具有距离朝每个空间光调制元件14和15传输的光偏离半个蝇眼透镜间距的光轴，从图4中可以看出。应该注意，在图4中图示参考反射镜18代替设置在场镜11下游的光学系统，以便使返回到光源2的光路清楚。

更具体地说，通过第二蝇眼积分器10的每个蝇眼透镜的顶点沿着到每个空间光调制元件14和15路径的光，沿从每个空间光调制器14和15返回路径返回到第二蝇眼积分器10的蝇眼透镜之间的交界处，沿返回路径传输的光束从沿去的路径传输的光束中分离。然后，在中继透镜块6与第二蝇眼积分器10的蝇眼透镜表面共轭处，光束返回到偏离反射器4中光束沿去的路径传输通过的开口26(反射型偏振选择元件5)的位置，并且返回光被反射器4反射。然后，光返回到每个反射型空间光调制元件14和15并照明后者。

这里，将描述在图像显示装置中利用从光源发射的光的效率。在这个图像显示装置中，光束沿去中继透镜块6的路径传输通过的反射器4中的开口26的直径(反射型偏振选择元件5的直径)越大，从光源2发射的光直接照明反射型空间光调制元件14和15的零级照明光L₀被高效利用，如图5A所示。根据本发明，在反射器4的开口直径为9mm和光源能量是100％的情况下，利用大约73％的光。

同样，在这个图像显示装置中，在光束沿去中继透镜块6的路径传输通过的反射器4的开口26直径(反射型偏振选择元件5的直径)合适的情况下，光束将从反射型空间光调制元件14和15返回到光源2两次或更多次，循环光L_R作为再次照明反射型空间光调制元件14和15被最大效率利用。根据本发明，在反射器4开口是6mm和光源能量是100％的情况下，利用大约50％的光。

在图像显示装置的这个设计示例的上述装置中，在反射器4中开口26的直径6mm正适合于循环效率R_S(作为循环光L_R的利用率)和零级照明光L₀的利用率之间的良好平衡。

接下来，解释中继透镜块6中反射器4的开口26半径与照明效率(作为从光源2发射的光的利用率的照明效率)之间的关系。

以沿垂直轴绘出的非反射表面面积的比率，在非反射表面面积比率大约为5％和反射表面面积较大的情况下，照明效率大约为200％，如图5B所示。同样，在非反射表面面积比率为100％而没有反射表面面积的情况下，照明效率大约为110％。

要注意上述数据是反射型空间光调制元件的尺寸(对角线长度)为0.75英寸和照明光学系统的值F为2.4的两板型(two-panel type)图像显示装置的数据。

通常，在使用两个反射型空间光调制元件的情况下，绿(G)色和蓝(B)色滤光片例如设置在一个反射型空间光调制元件上。由于彩色滤光器是反射型，要考虑反射型空间光调制元件等的开口面积比率，反射表面面积具有65％或更高的比率而非反射表面面积具有35％的比率。因此，照明的最低效率能够高于1.5倍，而照明光的最高效率能够高于2倍。

而且，因为例如仅有红色(R)滤光片位于另一个反射型空间光调制元件上，在彩色滤光器下面的另一个反射型空间光调制元件的面积能够比用于绿(G)光和蓝(B)光的一个反射型空间光调制元件的面积大接近2倍，因此，照明的效率也能大于2倍。另外，因为反射表面面积，红(R)色的最高亮度1.1～2倍高。

在这个图像显示装置中，球面反射镜1的第二焦点的位置作为中继透镜块6的位置并非总是最好的，中继透镜决6用具有中心开口的反射器4和反射型偏振选择元件5设置在中继透镜中形成。即，将中继透镜块6设置在比球面反射镜1的第二焦点更靠近光源2，有可能在某些情况下高效利用通过反射器4开口光束，并提高反射型空间光调制元件的照明效率(循环效应)。

上述理由是因为作为光源的放电灯球状电极(bulb electrode)具有大约1-1.5mm的弧隙，从光源发射的光并非总是在球面反射镜1的第二焦点限定最小模糊圆。

也就是说，在来自光源的光限定最小模糊圆的位置设置中继透镜块6，能提高照明效率。同样，在这种情况下，可能利用较小尺寸(直径)的反射型偏振选择元件5和中继透镜块6，由此降低装置元件的成本。应该注意，在许多情况下，最小模糊圆限定在比靠近第二焦点更靠近光源的位置。

如图6所示，通过将矩形反射型偏振选择元件5贴在一个中继透镜(6a)的中心，将在其中形成圆形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间来形成中继透镜块6。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图7所示。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将一个中继透镜6a贴到另一个中继透镜6b，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图8所示。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到一个中继透镜6a的中心，将另一个中继透镜6b贴到一个中继透镜6a，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图9所示。

同样，通过将圆形反射型偏振选择元件5贴在一个中继透镜6a的中心，将在其中形成圆形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图10所示。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将圆形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图11所示。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将圆形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将一个中继透镜6a贴到另一个中继透镜6b，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图12所示。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将圆形反射型偏振选择元件5贴到一个中继透镜6a的中心，将另一个中继透镜6b贴到一个中继透镜6a，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图13所示。

同样，通过将圆形反射型偏振选择元件5贴在一个中继透镜6a的中心，将在其中形成矩形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图14所示。

同样，通过将在其中形成矩形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将圆形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图15所示。

同样，通过将在其中形成矩形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将圆形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将一个中继透镜6a贴到另一个中继透镜6b，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图16所示。

同样，通过将在其中形成矩形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将圆形反射型偏振选择元件5贴到一个中继透镜6a的中心，将另一个中继透镜6b贴到一个中继透镜6a，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图17所示。

同样，通过将矩形反射型偏振选择元件5贴在一个中继透镜6a的中心，将在其中形成矩形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜决6，如图18所示。

同样，通过将在其中形成矩形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图19所示。

同样，通过将在其中形成矩形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将一个中继透镜6a贴到另一个中继透镜6b，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图20所示。

同样，通过将在其中形成矩形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到一个中继透镜6a的中心，将另一个中继透镜6b贴到一个中继透镜6a，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图21所示。

同样，通过将矩形反射型偏振选择元件5贴在一个中继透镜6a的中心，将在其中形成斜矩形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图22所示。

同样，通过将在其中形成斜矩形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图23所示。

同样，通过将在其中形成斜矩形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将一个中继透镜6a贴到另一个中继透镜6b，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图24所示。

同样，通过将在其中形成斜矩形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到一个中继透镜6a的中心，将另一个中继透镜6b贴到一个中继透镜6a，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图25所示。

同样，通过将矩形反射型偏振选择元件5贴在一个中继透镜6a的中心，将在其中形成斜的大体矩形的绕线筒形(bobbin-shaped)开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图26所示。

同样，通过将在其中形成斜的大体矩形的绕线筒形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图27所示。

同样，通过将在其中形成斜的大体矩形的绕线筒形开口的反射器4贴到另一个中继透镜6b，将矩形反射型偏振选择元件5贴到另一个中继透镜6b的中心，将一个中继透镜6a贴到另一个中继透镜6b，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图28所示。

同样，通过将在其中形成斜的大体矩形的绕线筒形开口的反射器4贴到一个中继透镜6a，将矩形反射型偏振选择元件5贴到一个中继透镜6a的中心，将另一个中继透镜6b贴到一个中继透镜6a，反射型偏振选择元件5和反射器4夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图29所示。

另外，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到与中继透镜分开的圆形平片6c的光源侧，将矩形反射型偏振选择元件5贴到平片6c的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，平片6c夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图30所示。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到与中继透镜分开的圆形平片6c的光源侧的相反侧，将矩形反射型偏振选择元件5贴到平片6c的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，平片6c夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图31所示。

另外，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到与中继透镜分开的圆形平片6c的光源侧，将矩形反射型偏振选择元件5贴到平片6c的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，平片6c夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图32所示。

同样，通过将在其中形成圆形开口的反射器4贴到与中继透镜分开的圆形平片6c的光源侧的相反侧，将矩形反射型偏振选择元件5贴到平片6c的中心，将中继透镜6a和6b彼此贴在一起，平片6c夹在中继透镜6a和6b之间可以形成中继透镜块6，如图33所示。

在根据本发明的图像显示装置中，当从反射型偏振选择元件5到蝇眼积分器9和10的光小块(light pat)和从蝇眼积分器9和10到反射型空间光调制元件14和15的光小块设定为彼此长度相等，在反射型偏振选择元件5上的光角度与在反射型空间光调制元件14和15上的光角度几乎一致。

因为这种结构，反射型偏振选择元件5作为偏振片，作出反射型空间光调制元件14和15上的入射光的偏振选择，由此，允许提高显示图像的对比度。另外，入射侧偏振能够从反射型空间光调制元件14和15中省略，其导致装置元件的降低成本。

在与蝇眼积分器9相对的中继透镜6b的焦距和场镜11的焦距是第一蝇眼积分器9和反射器4之间的距离的情况下，如图34A-34C所示，在色彩再现时循环光的不均匀照明显而易见，因为被每个反射型空间光调制元件反射用于循环的光再次照明相同位置。应该注意，图34A、34B和34C分别示意性地示出从中继透镜6到参考反射镜18的光路，从中继透镜6返回到第一蝇眼积分器9延伸的光路，中继透镜6与第一蝇眼积分器之间的光路。

为了避免上述不均匀照明，通过适当地设定设置在反射器4上透镜的曲率R1、厚度D1和折射率n，或第一蝇眼积分器9位于光源2的第一蝇眼积分器9的透镜的曲率R2、玻璃片厚度D2、折射率等，使得与蝇眼积分器9相对的中继透镜6b的焦距和场镜11的焦距能够不同于第一蝇眼积分器9和反射器4之间的距离，如图35A-35C和图36A-36C所示。在图35A所示的结构中，与第一蝇眼积分器9相对的中继透镜6b的焦距设定得相对短。应该注意，图35A、35B和35C分别示意性地示出从中继透镜6到参考反射镜18的光路，从中继透镜6返回到第一蝇眼积分器9延伸的光路，和中继透镜6与第一蝇眼积分器之间的光路。

在图36A、36B和36C所示的结构中，中继透镜6b的焦距设定得相对长。因此，通过每个反射型空间光调制元件反射用于循环的光照明较宽范围，由此能解决不均匀照明的问题。应该注意，图36A、36B和36C分别示意性地示出从中继透镜6到参考反射镜18的光路，从中继透镜6返回到第一蝇眼积分器9延伸的光路，和中继透镜6与第一蝇眼积分器之间的光路。

同样，对于从中继透镜块6的反射器4循环光再次入射到第一蝇眼积分器9，引导循环光入射到蝇眼透镜的交界处，如图37和38所示，由此它将分成两个或四个相邻的蝇眼透镜，因而，它也照明在每个反射型空间光调制元件上的单独的位置。因此，能防止发生不均匀照明。

为了实现上述照明，位于中继透镜块6下游的光学元件光轴可以彼此位移1/4蝇眼透镜间距，位于场镜下游的光学元件的光轴可以沿相反方向彼此位移1/4蝇眼透镜间距，如图37和38所示。图37示出位于中继透镜块6下游的光学元件光轴仅在垂直方向位移，图38示出位于中继透镜块6下游的光学元件光轴沿垂直和水平两个方向位移。

同样，在如图39和40所示的位置前面和后面，如上述实施例，每个蝇眼积分器9和10的位置可以从光轴位移1/4间距。在每个蝇眼积分器9和10的位置这样位移的情况下，在蝇眼积分器9和10前和后光学系统光轴能够彼此一致，其便于图像显示装置的设计和生产。图39示出每个蝇眼积分器9和10的位置仅在垂直方向位移，图40示出每个蝇眼积分器9和10的位置在垂直和水平两个方向位移。

另外，可能仅在每个反射型空间光调制元件的短侧和长侧方向之一形成位移的结构，和“在短侧和长侧两个方向形成位移”的结构。在“在短侧和长侧两个方向形成位移”的结构中，循环光入射到四个蝇眼透镜联系它们的四个角的交界处，因而它被相邻四个蝇眼透镜分成四束光束，其照明反射型空间光调制元件。

注意，在图像显示装置中，通过光学元件从它们光轴的位移与上述如图41和42所示中继透镜6b的焦距调整相结合，可能使循环光的照明更均匀。图41示出与第一蝇眼积分器9相对的中继透镜6b的相对短焦距，图42示出与第一蝇眼积分器9相对的中继透镜6b的相对长焦距。

如上所述，在根据本发明的图像显示装置中，蝇眼积分器9和10在垂直于光轴方向位移1/4蝇眼透镜间距，以便将循环光返回到光源。

这里，假设蝇眼积分器9和10仅在反射型空间光调制元件的短侧方向或长侧方向位移。在这种情况下，在中继透镜块6的反射器4使循环光返回到反射器4中开口的顶和底或右和左，如图43和44所示。在这种情况下，部分循环光通过开口再次返回到光源。

同样，这里假设蝇眼积分器9和10在反射型空间光调制元件的短侧方向和长侧两个方向位移。在这种情况下，在中继透镜块6中的反射器4使循环光返回到反射器4中开口的右上、右下、左上和左下，如图45所示。在这种情况下，因为循环光以较高效率入射到反射器4，它明确地将沿去的路径传输的光分离，仅仅非常少量的光通过开口返回到光源。

如上所述，蝇眼积分器9和10在反射型空间光调制元件的短侧方向和长侧两个方向位移使得更高效率利用光。

在蝇眼积分器9和10具有它们的蝇眼透镜表面和透镜彼此相对的相互整体形成的情况下，可能更精确地组装在图像显示装置中的光学系统。

注意，整体形成蝇眼透镜表面和透镜抑制循环光的表面反射并允许更高效率利用照明光。

在每个蝇眼透镜表面相对蝇眼积分器9和10的外形形成偏离光轴预定距离的情况下，通过将蝇眼积分器9和10与作为基准的外形组装在一起，蝇眼透镜表面能够定位在偏离光轴预定距离。因此，能够更容易互相组装蝇眼积分器9和10。

也就是说，在普通的蝇眼积分器中，分别在蝇眼积分器外形对称的位置形成蝇眼透镜表面，如图46和47所示。图46示出奇数个蝇眼透镜，图47示出偶数个蝇眼透镜。

如图48、49和50所示，在这个图像显示装置中的蝇眼积分器9和10具有偏离蝇眼积分器9和10外形预定距离形成的蝇眼透镜表面。图48示出在反射型空间光调制元件的长侧(水平)方向位移的蝇眼透镜表面，图49示出在反射型空间光调制元件的短侧(垂直)方向位移的蝇眼透镜表面，图50示出在反射型空间光调制元件的长侧(水平)和短侧(垂直)两个方向位移的蝇眼透镜表面。

在这个图像显示装置中，第一和第二蝇眼积分器9和10设置成它们各自的蝇眼透镜表面彼此相对。因此，第一和第二蝇眼积分器9和10形成为它们的外形彼此同轴和蝇眼透镜表面彼此相对，蝇眼透镜表面在一个方向空间位移。

更具体地说，在蝇眼透镜表面沿反射型空间光调制元件的长侧(水平)方向位移的情况下，第一蝇眼积分器9的蝇眼透镜表面沿相对第一蝇眼积分器外形9的一个方向位移，同时第二蝇眼积分器10的蝇眼透镜表面相对另一蝇眼积分器10的另一方向位移，如图51所示。

同样，在蝇眼透镜表面沿反射型空间光调制元件的短侧(垂直)方向位移的情况下，第一蝇眼积分器9的蝇眼透镜表面朝外形上或下位移，同样，第二蝇眼积分器10的蝇眼透镜表面朝外形上或下位移，如图52所示。

而且，在蝇眼透镜表面沿反射型空间光调制元件的长侧(水平)和短侧(垂直)两个方向位移的情况下，第一蝇眼积分器9的蝇眼透镜表面朝一侧外形的上(或下)位移，同时，第二蝇眼积分器10的蝇眼透镜表面朝另一侧外形的上(或下)位移，如图53所示。

另外，在这些蝇眼积分器9和10中，形成定位部分，其包括用于轴对准的柱形表面部分(圆形表面)9a(10a)和用于在绕轴旋转方向定位(制动)的平面部分9b(10b)，柱形表面部分9a(10a)和平面部分9b(10b)沿蝇眼积分器9(10)的外形形成，如图54所示。柱形表面部分9a和10a以及平面部分9b和10b在第一和第二蝇眼积分器9和10的四个方向形成。

如图55A-55D所示，蝇眼积分器9和10彼此相关定位，并且在图像显示装置的镜筒27中用支撑件28支撑。图55A是从光源2到投影透镜17延伸的部分镜筒27的纵截面图，图55B是仅在图55A的镜筒部分的正视图，图55C是仅在光源侧的部分镜筒透视图，图55D是支撑件的透视图，图55E是仅在投影透镜侧的部分镜筒透视图。

更具体地说，支撑件28一般形成环形。如图56所示，它装到第一蝇眼积分器9上，同时用它设置在四个位置的舌形部分28a支撑第一积分器9的平面部分9b。同样，支撑件28也装到第二蝇眼积分器10上，同时用它的四个舌形部分28a支撑第二积分器10的平面部分10b。在这种情况下，蝇眼积分器9和10由一个支撑件28相对平面部分9b和10b定位，将它们的外形设定为彼此同轴，并且它们的蝇眼透镜表面互相平行彼此相对，同时，限制绕轴的旋转。此时，蝇眼积分器9和10的蝇眼透镜表面彼此成预定的物理关系。

如图57和58所示，镜筒27包括在光源2这侧的柱形镜筒部分27a，其用前端的四个舌形部分安装第一蝇眼积分器9的柱形表面部分9a。此时，光源侧镜筒部分27a与第一蝇眼积分器9的外形同轴设置。因此，当从光源2到中继透镜块6的光学系统同轴地安装到光源侧镜筒27a时，它支撑在与第一蝇眼积分器9的外形同轴的预定位置。

如图59和60所示，镜筒27还包括设置在投影透镜17这侧的镜筒部分27b，其用后端的四个舌形部分安装第二蝇眼积分器10的柱形表面部分10a。此时，投影透镜侧镜筒部分27b与第二蝇眼积分器10的外形同轴设置。因此，当从场镜11到投影透镜17的光学系统同轴地安装到投影透镜侧镜筒27a时，它支撑在与第二蝇眼积分器10的外形同轴的预定位置。

同样，在图像显示装置中，整个镜筒27可以形成整体的镜筒，如图61所示。在这种情况下，支撑件28首先用它四个位置的舌形部分28a安装第一蝇眼积分器9的平面部分9b，也安装支撑件28在第二蝇眼积分器10的平面10b。用这种结构，蝇眼积分器9和10用一个支撑件28相对平面部分9b和10b安置，它们的外形设定为彼此同轴，彼此相对，蝇眼透镜表面互相平行，同时限制绕轴的旋转，如上所述。此时，蝇眼积分器9和10蝇眼表面彼此成预定的物理关系。

然后，镜筒27安装第一蝇眼积分器9的柱形表面部分9a，或安装第二蝇眼积分器10的柱形表面部分10a。此时，镜筒27与第一蝇眼积分器9和第二蝇眼积分器10同轴设定。因此，当从光源2到投影透镜17的光学系统与镜筒27同轴安装时，它支撑在与第一和第二蝇眼积分器9和10同轴的预定位置。

另外，在图像显示装置中，镜筒27可以形成为仅容纳从蝇眼积分器9和10到投影透镜17的部分光学系统，如图62所示，在这种情况下，支撑件28首先利用它四个位置的舌形部分28a安装到第一蝇眼积分器9的平面部分9b，也安装支撑件28在第二蝇眼积分器10的平面10b。用这种结构，蝇眼积分器9和10用一个支撑件28相对平面部分9b和10b安置，它们的外形设定为彼此同轴，彼此相对，蝇眼透镜表面互相平行，同时限制绕轴的旋转，如上所述。此时，蝇眼积分器9和10蝇眼表面彼此成预定的物理关系。

然后，镜筒27安装第二蝇眼积分器10的柱形表面部分10a。此时，镜筒27与第二蝇眼积分器10同轴设定。因此，当从场镜11到投影透镜17的光学系统与镜筒27同轴安装时，它支撑在与第一和第二蝇眼积分器9和10同轴的预定位置。

在这个示例中，从光源2到中继透镜块6的光学系统分开设置并相对蝇眼积分器9和10保持在预定位置。

在图像显示装置中，在普通凸平透镜用作如图63所示的场镜的情况下，参考反射镜18的图像表面弯曲，其将影响循环光等返回到光源。因此，从第二蝇眼积分器10到第一蝇眼积分器9返回的光线中远离光轴的光线倾斜于主光线，其具有较低的照明光利周率。

在这种情况下，凸侧是非球面的凹凸透镜能用于如图64所示的场镜11，以校正图像表面的曲率。像差的校正使第二蝇眼积分器10返回到第一蝇眼积分器9的光(包括远离光轴的光)平行于主光，由此，照明光利用率能保持在高水平。

注意，场镜11的凸侧非球面形状由下列定义非球面表面的公式定义：

$Z=C\×h2/(1+\sqrt{(1-C2\×h2)})+A\×h4+B\×h6$

H2＝x2+y2:C＝1/R

其中A、B和C是系数，Z在光轴方向的表面位置，h是离光轴的距离，x和y是笛卡尔坐标轴，R是基球面的曲率半径。

注意，凹凸透镜11凹面侧的曲率半径被本发明的发明者设计为121.463mm，其根据设计条件例如反射型空间光调制元件等的尺寸变化。

注意，在前述中，本发明参照附图详细描述一些优选实施例作为示例。但是，本领域的普通技术人员应该理解本发明不限于这些实施例，不脱离在附加权利要求中阐述和限定的范围和精神，能够以各种方式改型、结构替换或用各种其它形式体现。

工业实用性

在根据本发明的图像显示装置中，前面已经描述，在反射型空间光调制元件中不必用于图像显示的光返回到光源，并被反射器再次引导到反射型空间光调制元件。因此，能够以提高的效率利用照明光。

在根据本发明的图像显示装置中，因为反射型调制选择元件和反射器设置在由光源发射并且被球面反射镜会聚到第二焦点附近的光限定的最小模糊圆中，从而反射型调制选择元件可以非常小。

同样，在根据本发明的图像显示装置中，能够便宜地获得偏振分离和合成，并且能够有效地循环在反射型空间光调制元件中多余的光。同样，在使用单片反射型空间光调制元件的情况下使用彩色滤光器，能够以提高的效率利用光。同样，在使用时序彩色单片反射型空间光调制元件的情况下，可能更高效率地利用光。因此，可能提高低开口面积比率的反射型空间光调制元件的光利用率，和增加黑屏的最高亮度。

在这个图像显示装置中，在照明光学系统的F值大约为2.4的情况下，反射型空间光调制元件尺寸(对角线)小于1英寸，由于集光率影响照明光效率下降小于P-S变换元件中的情况，由此可能提高偏振变换效率。同样，根据本发明，装置能够由减少数量的构成部件构成并且能够更精确地机械定位构成部件，因此，能够提高效率利用照明光。

Claims (12)

1.一种图像显示装置，包括：

具有一开口端的一球面反射镜；

设置在所述球面反射镜第一焦点的一光源；

设置在所述球面反射镜开口端的一偏振改变元件；

设置在所述球面反射镜第二焦点附近的一反射型偏振选择元件；

一第一蝇眼积分器，通过所述反射型偏振选择元件的光入射到其上；

一第二蝇眼积分器，通过所述第一蝇眼积分器的光入射到其上；

一反射型空间光调制元件，其由通过所述蝇眼积分器的光照明以对应于要显示的图像调制照明光；

一光选择装置，用于对应于所述反射型空间光调制元件的调制，将通过所述反射型空间光调制元件反射的光分成返回到所述第二蝇眼积分器的光和被导向投影光学系统的光；

一反射器，将由所述光选择装置返回的光反射到所述第二蝇眼积分器，由此引导光返回所述反射型空间光调制元件；和

一投影光学系统，其将经过投影光学装置入射的光投影成图像投影光，

一反射型偏振选择元件和反射器，其设置在一最小模糊圆内，该最小模糊圆由来自光源并由所述球面反射镜会聚到第二焦点附近的光所限定。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述反射型偏振选择装置和所述反射器彼此整体形成。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述反射型偏振选择元件是反射型圆形偏振片，而所述偏振改变元件是1/4波片。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述反射型偏振选择元件是反射型圆形偏振片，而所述偏振改变元件是半波片。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述反射型空间光调制元件经过一颜色选择装置照明，所述颜色选择装置暂时将来自光源的光分成彩色成分，并且照明光对应于由所述颜色选择装置选择的彩色成分基于图像信息进行调制。

6.如权利要求1所述的装置，其中设置多个反射型空间光调制元件，它们各自经过所述颜色选择元件照明，所述颜色选择元件暂时将来自光源的光分成彩色成分，并基于对应于由用于它们各自的颜色选择装置选择的颜色成分的图像信息调制照明光。

7.如权利要求1所述的装置，其中还包括一中继透镜，由所述反射器反射朝向所述第一蝇眼积分器的光通过所述中继透镜，

所述第一和第二蝇眼积分器包括尺寸彼此相等并以固定间距设置的蝇眼透镜，多个蝇眼透镜中的位于中心的一个在垂直于所述光轴的至少一个方向上、相对于中继透镜的光轴的位移距离等于1/4的蝇眼透镜间距。

8.如权利要求7所述的装置，其中：

在所述第一和第二蝇眼积分器中，包括尺寸彼此相等并以固定间距设置的蝇眼透镜，多个蝇眼透镜中的位于中心的一个在垂直于所述光轴的至少一个方向、相对所述投影透镜的光轴的位移距离等于1/4的蝇眼透镜间距；和

所述投影光学系统的光轴对准所述中继透镜的光轴。

9.如权利要求7所述的装置，其中所述第一和第二蝇眼积分器设置在相对所述中继透镜的光盘的外形上，多个蝇眼透镜的中心一个处于在垂直于光轴的至少一个方向、相对所述中继透镜光轴的位移距离等于1/4蝇眼透镜间距的位置。

10.如权利要求9所述的装置，其中对于所述第一和第二蝇眼积分器的每一个，在其外形处提供作为定位参考点的定位部分。

11.如权利要求10所述的装置，其中还包括：

一第一镜筒，其定位和支撑所述球面反射镜、所述反射型偏振选择元件和所述反射器，并相对所述球面反射镜定位所述第一蝇眼积分器，并且用所述定位部分定位它和支撑它；

一第二镜筒，其定位和支撑所述球面反射镜、所述反射型偏振选择元件和所述反射器，并相对所述反射型空间光调制元件定位所述第二蝇眼积分器，并且用所述定位部分定位它和支撑它；和

一支撑件，通过它们的定位部分分别定位所述第一和第二蝇眼积分器并支撑它们。

12.如权利要求10所述的装置，其中还包括：

一支撑件，通过它们的定位部分分别定位所述第一和第二蝇眼积分器并支撑它们；和

一镜筒，通过所述蝇眼积分器的定位部分定位所述第一和第二蝇眼积分器之一并支撑它。

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