投影图像显示装置和偏振转换器的制作方法

专利名称：投影图像显示装置和偏振转换器的制作方法
技术领域：
1本发明总体上涉及投影图像显示装置和偏振转换器。更具体地，本发 明涉及一种投影图像显示装置，其包括结合有偏振转换器和波片的照明光 学器件。
背景技术：
2投影图像显示装置(投影仪)己经用于在会议和演讲中执行演示文档
的放大投影。由于这种应用的投影图像显示装置经常遇到与家庭应用不同 的明亮的室内环境，所以努力要提高亮度。
3此外，装置的小型化是总体趋势以实现低成本，并且因此，光学系统 中的发光密度一直在提高。尽管随着发光密度的提高，冷却空气的流动量 可能需要提高，还是希望即使对于高亮度装置也获得更安静的操作。为了 在这种投影图像显示装置中有效地调整光偏振的状态，已经使用了 PS转 换器(偏振转换元件)。
4这种PS转换器配置为由PBS (偏振分束器)薄膜分离P-偏振光和S-偏振光，并允许P-偏振光和S-偏振光的其中之一通过半波片同时被转过 90度，从而使光偏振的方向在单个方向上对齐。尽管聚碳酸酯薄膜通常用 于形成半波片，由于黄化或烧焦而引起的光学特性的降低可能会在提高光 强度时成为问题。
5为了提高耐久性和抗热性，使用石英波片代替聚碳酸酯薄膜的PS转 换器在日本未审査专利申请公报No. 2003-302523中公开。由于这种波片 设计为在某一波长时产生X/2的相位差，所以总体而言，其波长有效范围 较窄。
6为了提高有效波长范围，现有技术中已经公开了在合适地对齐多个波 片的方向后使这些波片层叠的技术(在日本应用物理协会的光学论坛编辑并由日本Morikita Shuppan Co.， Ltd.出版的O^to/ Qprics， 1975年第一版 中描述)。使用这种技术的石英波片还在日本未审査专利申请公报No. 2004-170853中公开。

发明内容
7当如前述日本未审查专利申请公报No. 2003-302523中描述的那样， 由包括共面光轴的石英的结构形成半波片时，两个石英片用于构成零级波 片。由于PS转换器设计为在绿光波长时产生X/2的相位差，例如当这样形 成的两片式结构的PS转换器安装在实际装置中时，红光和蓝光的转换效 率降低并且该装置的色度变差。为了在较宽的波长范围内获得足够的效 率，波片可能还需要另一两片式结构，从而总体包括四个或更多的石英 片。这样，增大了波片厚度，结构可能更为昂贵。而且，增加石英片厚度 会极大地影响整个装置的亮度，这对于更高亮度的上述趋势是不利的。8另一方面，由一个石英晶片形成零级波片的另一技术也是公知的，其 光轴不在面内并且相对于光轴受到倾斜切割。由于在此技术中能够由少至 两个晶片获得大的波长范围，所以其在厚度和成本方面是有利的。然而， 由于轴线倾斜切割，相位差可能随着入射光的方向和角度而变化较大。由 于相位差根据入射光的方向和角度而出现这种变化，所以当安装到实际装 置中时，在平坦的白屏内产生亮度不均匀。为了获得优于薄膜波片的光学 特性，除了在前述日本未审査专利申请公报No. 2004-170853中描述的较 复杂的结构，片厚可能需要尽可能地减小。由于厚度减小，加工期间难度 增加，并且这还对产量和成本有较大影响。
9如上所述，在石英用于制造包括在PS转换器中的半波片的相关技术 中，难以同时改善亮度、色度、均匀性和制造成本。10此外，尽管上面针对PS转换器做出了说明，但在投影仪的照明光学 器件中，相位差片用在除了 PS转换器以外的多个位置中。例如，在用于 对RGB液晶面板输出的光束进行合成的色彩合成棱镜之前，从B和R信 道输出的P-偏振光束由半波片转换成S-偏振光束(在另一情况中，从B和 R信道输出的是S-偏振光束，只有从G信道输出的S-偏振光束由半波片转换成P-偏振光束)。
ni而且，由于投影图像显示装置的照明光学器件是偏振光学系统，所以 存在既使用半波片也使用其它各种相位差片的情况(包括四分之一波片和 全波片)。
12在石英波片用于形成这些波片的情况中，同样难以同时改善投影图像
显示装置的亮度、色度、均匀性和制造成本。
13希望提供一种低成本的投影图像显示装置，其具有高亮度能力，不降
低光学特性。
14根据本发明的实施例，提供一种投影图像显示装置，其包括光源和照 明光学器件，照明光学器件包括相位差片，并由从所述光源发射的光束在
液晶面板上形成图像。视角特性具有偏差的相位差片设置为在各种角度 分布的入射光束中，对于沿高强度方向指向的光束产生所需的相位差。
15当在投影图像显示装置的照明光学器件中在不同位置处分析光强度分
布时，根据对于以不同角度入射的光束的位置，可能总是产生某一程度的 偏差。
16根据本发明的实施例的投影图像显示装置，视角特性具有偏差的相位
差片用作包括在照明光学器件中的相位差片。该相位差片的设置方向根据 在所述位置处的光强度的偏差而优化(设置为对于沿高强度方向指向的光 产生所需的相位差)。因此，该投影图像显示装置的亮度、色度、均匀性 和制造成本同时得以改善。
17当相位差片是包括在偏振转换器中的半波片时，优选地，半波片设置
为在各种角度内分布的入射光中，提高沿高强度方向指向的光束的转换效率。
18根据本发明的另一实施例，提供一种偏振转换器，其从入射光分离P-偏振光和s-偏振光，并对齐输出光束的偏振方向。该偏振转换器包括半波 片，该半波片配置为允许P-偏振光和S-偏振光中之一通过。视角特性具有
偏差的所述半波片设置为在各种角度内分布的入射光中，提高沿高强度
方向指向的光束的转换效率。
19该偏振转换器使用的半波片具有根据本发明的实施例的上述投影图像显示装置的相位差片的构造。因而，通过将该偏振转换器作为显示装置的 组成部分结合到照明光学器件中，该投影图像显示装置的亮度、色度、均 匀性和制造成本同时得以改善。
20根据本发明的实施例， 一种投影图像显示装置的亮度、色度、均匀性 和制造成本同时得以改善，并且该投影图像显示装置能够以低成本提供， 而不降低光学特性且获得高亮度。


21图1是示出根据本发明的实施例的投影图像显示装置的光学系统的基 本构造的示意图。
图2是示出包括在图1的光学系统中的PS转换器的基本构造的示意图。
图3是示意性地示出通过图1的照明光学器件传播的光束的状态的示 意图。
图4A、 4B和4C分别是示出包括在图1示出的PS转换器中的半波片 的结构、视角特性和透射率的视图。
图5A和5B的视图示意性地示出半波片，所述半波片具有图4A的构 造并设置在PS转换器的输出表面上，半波片的轴线方向对齐。
图6是示出在图5A和5B中示出半波片构造的色彩均匀性的测量结果 的表格。
图7A和7B分别是光传输测量期间PS转换器的设置的视图，右半部
被遮住并且在使转换器颠倒后左半部被遮住。
图8A、 8B和8C的视图分别示意性地示出从光学系统顶部观察的包 括在PS转换器中的半波片的构造，从入射光的方向观察的设置在区域of 中的半波片，以及从入射光的方向观察的设置在区域]8中的半波片。
图9是示出在图8A、 8B和8C中示出的半波片构造的色彩均匀度的 测量结果的表格。
图IOA、 IOB和10C的视图分别示意性地示出从入射光的方向观察的 包括在PS转换器中的半波片的构造，示出通过层叠形成的半波片的构造视角特性。
图11A至lj 11D的视图示意性地示出从入射光的方向观察的包括在PS 转换器中的半波片的构造，在图IOA、 IOB和10C中示出的三个图案之后 准备的半波片的构造图案，其中石英光轴的方向可有效地随着光束的方向 变化。
图12的视图示意性地示出从入射光的方向观察的层叠半波片以形成 在图8A、 8B和8C中示出的PS转换器的方式。
图13A到13C的视图示出通过将半波片的各个矩形板分成左半部和右 半部所形成的组合的实例。
图14的视图示出PS转换器，其中每个半波片分成顶部和底部，从而 随后被层叠以形成点对称的对齐方式。
具体实施例方式
22下面将参照附图描述本发明的实施例。这不是穷举性的或者将本发明 限制在实施例中公开的和附图中示出的那些实施例。
23图1是示出根据本发明的实施例的投影图像显示装置(投影仪)的光 学系统的基本构造的示意图。
24参照图1，从根据本发明的实施例的光学系统中作为光源1的超高压 汞灯发出的白色自然光由反射镜2反射，透过覆盖反射镜2的发光面的防 爆玻璃3传播，并入射到UV阻挡滤波器4上。UV光束由UV阻挡滤波器 4的反射而滤掉。从UV阻挡滤波器4输出的光束入射到第一和第二复眼 透镜5和6的之一的第一复眼透镜5，随后由第二复眼透镜6聚集，然后 入射到PS转换器7，第一复眼透镜5和第二复眼透镜6构成系统的积分器 (integrator)。
25从PS转换器7输出的光束由聚光透镜8聚集并入射到GR反射分色镜 9。
26GR反射分色镜9配置为允许蓝光束通过，而反射绿光和红光束。从 GR反射分色镜9透射的蓝光束由UV吸收滤波器13过滤以通过吸收滤掉 UV光，由蓝光反射镜14反射，由蓝光聚光透镜18聚集，从入射偏振片21透射，随后入射在蓝光液晶(LC)显示面板24上。
27由GR反射分色镜9反射后，绿光和红光束入射到G反射分色镜10 上。G反射分色镜10反射绿光束，而允许红光束通过。G反射分色镜10 反射的绿光束由绿光聚光透镜19聚集，从另一入射偏振片22透射，随后 入射到绿光LC显示面板25上。
28在从G反射分色镜IO透射后，红光束指向为穿过第一中继透镜11， 由红光反射镜12反射，由R透射滤波器15过滤以从其滤掉除红光以外的 其它光成分。随后，红光束指向为穿过第二中继透镜16，由另一红光反射 镜17反射，由红光聚光透镜20聚集，随后入射到红光LC显示面板26 上。
29入射到LC面板24、 25和26上的蓝、绿和红光束分别根据B、 G和 R图像信号的等级受到调制。从LC面板24、 25和26输出的蓝、绿和红 光束指向为分别入射到输出偏振片27、 28和29。输出偏振片27、 28和 29分别只允许P-偏振光透射。
30从输出偏振片27和29透射的蓝光和红光束分别由半波薄膜30和31 从P-偏振转换为S-偏振，并且指向为入射到色彩合成棱镜32上。从另一 输出偏振片28透射的绿光束不经转换地指向为入射到色彩合成棱镜32 上。在色彩合成棱镜32中，P-偏振光束能够通过，而S-偏振光束沿着与 P-偏振光束相同的方向反射。因而，合成绿、蓝和红光束。从色彩合成棱 镜32输出的光束然后通过投影透镜33被放大投影到屏幕(未示出)上。
31图2是示出包括在图1的光学系统中的PS转换器7的基本构造的示 意图。参照图2， PS转换器7通过将多个小棱镜41固定到包括在第二复 眼透镜6中的透镜6a上而形成，使得每个棱镜41对应于每个透镜6a。可 选地，沿着固定面，形成有(a) PBS (偏振分束器)表面41a，用于允许 从透镜6a的中央部分输出的光中的P-偏振光通过，而反射S-偏振光，和 (b)反射表面41b，用于朝向图l的聚光透镜8反射由PBS表面41a反射 的S-偏振光。此外，每个半波片42固定在棱镜41的表面中的下述表面 上透射的P-偏振光从固定有半波片的这些表面输出。而且，每个遮光板 34放置在棱镜41的表面中的下述表面上从透镜6a的外周部分输出的光束入射在放置有遮光板这些表面上。
32在从透镜6a的中央部分输出的光线中，从PBS表面41a透射的P-偏 振光随后由半波片42转换成S-偏振光并且指向为朝向聚光透镜8，而S-偏振光首先被PBS表面41a反射然后被反射表面41b反射，并且指向为朝 向聚光透镜8。因此，入射在PS转换器7上的光束(自然光)沿S偏振的 偏振方向一致地从PS转换器7输出。
33PS转换器7包括石英半波片42，并在半波片42的设置方面具有特别 的构造。在描述半波片42的构造之前，先描述采用这种构造的理由。
34图3是示意性地示出穿过图1的照明光学器件传播的光束的状态的示 意图。(应该注意该视图是为解释基本原理而准备的，而不是用于描述设 计的细节。)
35从光源1发射的光束由反光镜2反射；入射到第一复眼透镜5随后被 分成多个光束，然后入射到相应的第二复眼透镜6;随后通过叠加在相应 的LC显示面板24、 25和26上形成图像。由于光束通过以如图所示的各 种角度入射而在LC显示面板24、 25和26上形成图像，所以LC显示面板 24、 25和26上的光强度分布表示了 PS转换器7上入射光的角度分布。
36入射到固定在PS转换器7的输出表面上的半波片(即图2的半波片 42)上的光束具有几度的角度变化。此外，光束强度不一致，而是分布具 有一定偏差。这种偏差是由于从光源1发射的光的强度分布以及复眼透镜 5和6的设计。 一般地，从中央到外侧指向的光具有较高强度，而相反的 情况可能会随着偏心的情况而出现，因为从外侧到内侧指向的光束光强度 更强。下面将描述后一种情况的实例，优化PS转换器7的半波片的轴方 向。
37图4A是示意性地示出从入射光的方向观察的PS转换器7的石英半波 片42的视图。预备两个相同的半波片A和B，每个都是单个零级石英半 波片，其设计为具有的厚度使得相位差在波长为520nm时等于X/2。两个 波片随后在彼此相对转过45度后层叠，这样形成的结构被设置为使得半 波片A相对于基准面形成22.5度的角度，如图4A所示，从而形成半波片 42。38图4B是以亮度等高线示出图4A中示出的结构的石英半波片42的视 角特性的视图。其指出石英半波片42的视角特性带来的偏差。
39图4C是示出沿着图4B的视角特征点的截面线所示出的透射率的变 化，其中截面线从方位角的135度到315度。透射率的变化在附图中以三 个波长450nm (蓝光)、550nm (绿光)禾口 650nm (红光)示出。在从极 角+6到-6度的空间区域中，观察到上述三个波长对于沿着315度的方位角 的方向，透射率随着极角的增加而减小，而在135度方位方向时，光的透 射率仅在蓝光波长时减小。
40对于投影仪的特性，结果表明在315度的方位角时亮度减小，而在 135度的方位角的方向时，与绿光和红光相比，蓝光的色彩效率降低，并 且投影仪的色度因而变差。至于亮度，在只有蓝光效率降低后，上述结果 对其几乎没有影响，因为绿光的作用在投影仪中是占主要地位的。
41从而，当视角特性有偏差的波片被结合在投影装置中时，由于入射光 的方向、角度和强度，可能造成亮度的不均匀性和/或色度变差。
42图5A的视图示意性地示出从光学系统的顶部观察时的半波片，具有 图4A的构造的半波片42设置在PS转换器7的输出表面上，这些半波片 的轴线方向一致地对齐。图5B的视图示意性地示出从光入射的方向观察 的图5A的半波片42。
43由于如图5A和5B中示出的半波片构造，并且当白光图像投影到屏幕 上时，密度不均匀性在屏幕上对角地形成。当测量色彩一致性时，获得如 图6所示的结果，表明与作为基准所使用的通常薄膜型的PS转换器相 比，本发明的一致性有所降低。
44为了检查一致性降低的原因，首先在从PS转换器7的入射光的方向 观察的左半部被遮住、并且右半部允许光通过的情况下测量亮度，其次在 右半部被遮住并且允许光从左半部通过的情况下测量亮度，然后比较从测 量得到的结果。从结果发现，从右半部透射的光比从左半部透射的光暗 3%。
45作为对比，进行另一研究，在如图7A所示从入射光的方向观察的PS 转换器7的右半部被遮住时进行测量，随后在右半部再次被遮住但PS转换器7设置在如图7B所示方位颠倒的光学系统中时，进行另一次测量。 已经发现，对于第一次测量得到的亮度在随后的测量中恢复。由于在上述 颠倒期间PS转换器7已经在面内转过180度并且光束已经分布成点对 称，所以光束和石英波片的光轴之间的联系在转动前后并未变化。因此， 该结果显示，通过光学系统的右半部透射的光的强度受到波片的影响较 小。
46再次参照图5A的示意图，检査光束的行为。对于用于当前测量的光 学系统，具有从入射光那侧观察时从外侧到中央指向的角度分布的光束强 度较大。即，在图5A中标以代号"o;"的区域中，朝向右侧指向的光束 Ll较强，而朝向左侧指向的光束L2较弱。相反，在图5A中标以代号 "/3"的区域中，朝向左侧指向的光束L2较强，而朝向右侧指向的光束 Ll较弱。
47这证明上述对于遮住PS转换器的任意半部分进行亮度比较的结果与 上述对于图5A的构造中的上半部和下半部之间的转换器的效率进行比较 的光的行为对应。即，检査到在这些测量中，对于区域ce和^之间的光束 和石英光轴的设置，哪种转换效率更有利。由于在区域a中朝向右侧指向 的光束Ll强于朝向左侧指向的光束L2，所以波片对于指向右侧的光束Ll 更有效。相反，由于在区域]8中朝向左侧指向的光束L2更强，所以波片 对于指向左侧的光束L2更有效。因而，在区域a中光束和石英光轴的设 置比区域^中的更有利。
48由于半波片的视角特性如图4B所示，当从入射那侧观察时，左半部 的透射率高于右半部。当结果应用于图5A的半波片时，强光束L1从区域 a中的左半部入射，并且半波片以该对准方式设置以提高强光束的透射 率。相反，强光束L2从区域0中的右半部入射，并且透射率降低从而变 暗，模拟结果与测量一致。
49因此，通过改变图5A的区域/3中的石英半波片的设置，使得该区域 中光束相对于石英光轴的设置具有例如区域a中的样式(即，通过在面内 转过180度)，对于光束的左右两侧，透射效率都可望提高。
50下面将对于图1的PS转换器7的半波片42的设置描述几个实例，其根据从上述检査获得的结果而使用。
51图8A的视图示意性地示出从光学系统顶部观察的、包括在PS转换器 7中的半波片42的构造。半波片的光轴被对齐从而有利于入射光的角度和 强度分布。通过有利的对齐方向，提高了光束的转动效率，并且提高了十 字尼科耳棱镜条件下的透射率。
52图8B的视图示意性地示出从入射光的方向观察的、设置在图8A的区 域a中的半波片42 (标有"前方"的光轴是入射侧石英波片的光轴)。具 有与图5A和5B中所示同样视角特性的波片设置为区域a中的半波片 42。
53图8C的视图示意性地示出从入射光的方向观察的、设置在图8A的区 域^中的半波片42。在区域0中的半波片42的设置中，波片设置为相对 于区域a中的半波片42在面内转过180度并设置为彼此点对称。
54由于图8A、 8B和8C中示出的半波片构造，平的白光图像被投影在 屏幕上。当测量此构造的色彩一致性时，得到如图9所示的结果，表明与 图6中示出的结果相比，亮度不均匀性有所改善。从结果示出，当石英光 轴合适地对齐以有利于入射光的角度和强度分布时，亮度和色度的不均匀 性得以改善。
55对于图4A到4C中描述的半波片42的上述构造，以及图8A到8C中 所示的设置的结合，下面将对于石英光轴的方向可相对于光束方向有效的 构造和设置检査其它合适的组合。图IOA到IOC的视图分别示意性地示出 从入射光的方向观察的半波片42 (两个单个零级石英半波片A和B的层 叠图案)的构造，其得到与图4B所示相同的视角特性。通过这总共四个 图案，如图IIA所示，每个图案都具有在面内转过180度、从而在PS转 换器7的左右半部之间点对称的组合，形成总计4种方式的组合。
56此外，由于光束被认为是同心地分布的，所以对于图IIA的每个图 案，在面内转过90度不会对视角特性造成影响。因而，还存在如图11B 所示的四种组合方式。
57此外，由于将图11B的组合由图11C的组合替换，视角特性不会变 化，所以还存在如图IIC所示的四种组合方式。58此外，由于当图11C的组合每个在面内转过90度时视角特性相同， 所以还存在如图IID所示的四种组合方式。
59从而，存在十六种可能的组合方式，在这些方式中石英光轴的方向可 随着光束的方向有效地变化。
60图12的视图示意性地示出从入射光的方向观察的、将图8A、 8B和 8C中的半波片42层叠为PS转换器7的方式。半波片42层叠为使PS转换 器7的右半部和左半部之间的对齐方向不同(相对于作为基准的左半部分 中的半波片42观察时，右半部中的半波片42在面内转过180度)。
61此外，除了将PS转换器7分成如上所述的右半部和左半部，将半波 片42的各个矩形板条分成右半部和左半部从而形成如图11A到11D中所 示的右半部和左半部的组合也是有效的。图13A和13C的视图示出如上所 述的这些组合的实例，其以与图8A到8C类似的方式示出。通过这种构 造，增加了另外16种方式的组合。
62由于现在所使用的石英是单晶的，所以晶体的生长有一定的尺寸限 审ij。而且，随着晶片尺寸增大，切片和抛光成薄晶体的技术变得越来越 难。因而，对于形成大尺寸的PS转换器，使用首先将半波片分成两部分 (例如顶部和底部)然后将两部分联接到一起形成一个大结构的方法也是 有利的。
63当分开半波片时，考虑到光束同心地分散的事实，优选地将晶体轴线 的方向优化为点对称。当光强度的分布例如由于偏心而不是点对称时，优 选地根据半波片上入射光的角度和强度分布而使对齐最优。图14是从入 射光的方向观察的视图，示出层叠半波片42以形成PS转换器7的方式， 其中每个半波片42分成顶部和底部，从而随后设置为形成点对称的对齐 方式，假定照明光学器件的光强度更大的光束沿着从外侧到内侧指向。
64当入射光的角度和强度分布被认为是点对称时，优选地，作为对齐半 波片42的最优步骤，首先在PS转换器7的第一象限部分对半波片42进 行优化。随后，在其余每个象限部分中的半波片通过从第一象限的对齐方 式开始转过90度而相继进行优化，如图14所示。此外，当光强度分布不 是点对称(例如由于作为设置在PS转换器7前方的积分器的构成部分的复眼透镜的偏心)时，优选地在其余每个象限部分上根据光强度的当前分
布而优化半波片42的对齐。
65尽管在图14所示中每个半波片42等分成顶部和底部，但所述部分的 数目可以是三个或更多，所分得的部分尺寸并不必需彼此相等。而且，即 使在上述分成两部分的情况中，每个半波片42也可以根据复眼透镜的设 计而可选地分成尺寸并不相等，而是有所差异。
66尽管在假定照明光学器件的从外侧到内侧指向的光束具有更强的强度 的情况下，图IIA到IID、 13A到13C和14的装置已经在上述实施例中 使用，但对于光强度颠倒(即从内侧到外侧指向的光束更强)的情况，该 照明光学器件的装置可以颠倒过来。在此情况下，该装置可以参照单波片 的视角特性而制成为朝向增大更强光束的透射率的方向指向。根据照明光 学器件的设计原理，光束的角度分布可以在一定程度内变化。随着光束的 角度和光强度的偏差增大，本发明的实施例更为有效。
67当石英光轴的方向如上所述地对齐从而对于PS转换器的输出表面上 的光束的强度分布和角度是有利的时候，可使用光学器件而不会造成发光 不均匀，即使单个波片的光学特性在整个光角度范围内不一致。在上述实 施例中，作为半波片42的构成部分的每个石英波片已经设计为具有在 520nm波长产生X/2相位差的厚度。然而，如果石英片可设计为具有在 480nm处产生X/2相位差的厚度，并且对于整个层叠的两层而言总共具有 小至约为0.3mm的厚度，则一致性可进一步提高，并且可以获得在使用方 面与薄膜式波片可相比的特性。而且，光束的角度依赖性可进一步下降并 可确保足够的亮度。
68对于单个石英波片，可实现成本节省，因为在此方法中制备并层叠两 个相同的晶片，而不是例如在前述日本未审査专利申请公报No. 2004-170853中公开的复杂设计。此外，由于波片的厚度可以较大，制造期间的 难度可以减小。因而，该方法可以更有利地用于实际应用。通过使用根据 本发明的实施例的PS转换器，可减少甚至消除冷却空气的流动，并且可 减小风扇噪音从而实现安静的性能。
69尽管本发明在上述实施例中用于透射式投影仪，该发明还可应用于反射式投影仪，因为透射式的照明光学器件与反射式的设计基本相同。
70此外，尽管作为正单轴晶体的石英在上述实施例中用于形成半波片 42，但可以意识到由除了石英以外的晶体(例如方解石)也可获得类似的 效果，只要所述晶体是单轴的并且可以通过斜切其光轴产生相位差。
71而且，对于PS转换器7的半波片42，也可替代地使用无机材料或其 它类似材料，所述材料可以不是单轴并且视角特性可以有偏差。这样形成 的半波片42可以随后朝向所述方向对齐，从而提高沿着在不同角度分布 的入射光束中高强度的方向指向的光束的转换效率。
72此外，在上述实施例中，根据本发明的实施例的投影图像显示装置的 相位差片的构造应用为包括在PS转换器中的半波片。然而，在投影仪的 照明光学器件中，相位差片可用于除了PS转换器以外的多个地方。如图l 所示，例如，设置在色彩合成棱镜32之前的半波薄膜30和31用于分别将 从偏振片27和29输出的蓝光和红光束从P偏振转换为S偏振。
73而且，由于投影图像显示装置的照明光学器件是偏振光学系统，不仅 可使用半波片而且可使用其它各种相位差片(包括四分之一波片和全波 片)。
74此外，当在投影仪的照明光学器件中的不同位置处分析光强度分布 时，对于以不同角度分布的入射光束由于位置不同会产生一定程度的偏 差。
75因此，作为用在除了照明光学器件的PS转换器以外的其它位置中的
相位差片，通过根据每个位置处光强度的偏差优化相位差片的对齐方向 (对齐成对于沿着高强度方向指向的光产生所需的相位差)，可以替代地
使用视角特性具有偏差的那些相位差片。因而，亮度、色度、 一致性和制
造成本可通过以上述类似的方式同时改善。76本领域技术人员应该理解的是，根据设计需求和其它因素，可出现多
种修改、组合、变形和改变，它们都落入所附带的权利要求及其等同形式
的范围内。
相关申请的交叉引用77本发明包括2007年11月28日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-307880，在此通过引用引入其全部内容。
权利要求
1、一种投影图像显示装置，其包括光源；和照明光学器件，其配置为由从所述光源发射的光束在液晶面板上形成图像，所述照明光学器件包含相位差片；其中，所述相位差片具有视角特性偏差，并设置成在以各种角度分布的入射光束中，对于沿高强度方向指向的光束产生所需的相位差。
2、 如权利要求l所述的投影图像显示装置，其中，所述相位差片是包含在偏振转换器中的半波片，所述偏振转换 器构造成从入射光分离P-偏振光和S-偏振光，并使P-偏振光和S-偏振光 之一能够通过所述半波片，从而对齐输出光束的偏振方向，并且其中，所述半波片具有视角特性偏差，并设置成在以各种角度分布 的入射光中，对于沿高强度方向指向的光束提高转换效率。
3、 如权利要求2所述的投影图像显示装置，其中， 所述半波片由无机材料形成。
4、 如权利要求3所述的投影图像显示装置，其中， 所述无机材料是单轴晶体，所述单轴晶体具有通过斜切其光轴产生的相位差。
5、 如权利要求4所述的投影图像显示装置，其中， 多个所述半波片设置为所述PS转换器的右半部和左半部在面内转过180度后二者之间是点对称的。
6、 如权利要求2所述的投影图像显示装置，其中， 包含在所述偏振转换器中的所述半波片被分成上半部和下半部、或者左半部和右半部，所分成的部分被根据入射光束的强度分布而布置。
7、 一种偏振转换器，其配置为从入射光分离P-偏振光和S-偏振光并 对齐输出光束的偏振方向，所述偏振转换器包括半波片，其配置为允许P-偏振光和S-偏振光之一通过，其中，所述半波片具有视角特性偏差，并设置成在以各种角度分布的入射 光中，提高沿高强度方向指向的光束的转换效率。
8、 如权利要求7所述的偏振转换器，其中， 所述半波片由无机材料形成。
9、 如权利要求8所述的偏振转换器，其中，所述无机材料是单轴晶体，所述单轴晶体具有通过斜切其光轴产生的 相位差。
10、 如权利要求9所述的偏振转换器，其中，多个所述半波片设置为所述PS转换器的右半部和左半部在面内转过180度后二者之间是点对称的。
11、 如权利要求7所述的偏振转换器，其中，包含在所述偏振转换器中的所述半波片被分成上半部和下半部、或者 左半部和右半部，所分成的部分被根据入射光束的强度分布而布置。
全文摘要
本发明提供了投影图像显示装置和偏振转换器。投影图像显示装置包括光源和照明光学器件，照明光学器件包括相位差片。该照明光学器件配置为由从所述光源发射的光束在液晶面板上形成图像。所述相位差片的视角特性具有偏差，并设置为在各种角度分布的入射光束中，对于沿高强度方向指向的光束产生所需的相位差。
文档编号G03B21/20GK101493642SQ200810180729
公开日2009年7月29日 申请日期2008年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者堀越凉子 申请人:索尼株式会社