专利名称：图像显示装置和投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像显示装置和投影仪。更详细地说，涉及使从光源发射的照明光照射到液晶光阀或倾斜镜器件等的空间光调制器上并使由该空间光调制器进行了调制的照明光入射到投影透镜上以使照明光从投影透镜投射到屏幕等上来显示图像的投影仪，本发明是在显示活动图像中特别有用的技术。
背景技术：
图18是说明现有的投影仪的概念的图。该投影仪1000主要具有光源110；蝇眼透镜1021、1022；重叠透镜1023；平行化透镜140；光阀151；以及投影透镜160。
蝇眼透镜1021、1022是以矩阵状排列了具有矩形的轮廓的微小透镜的透镜阵列。在从光轴方向看时，各微小透镜的外形形状成形为与作为空间光调制器的光阀151的图像形成区域的外形形状大致呈相似形。例如，在光阀151的图像形成区域的外形形状为纵横比4∶3的矩形形状的情况下，各微小透镜的外形形状也成形为纵横比4∶3的矩形形状。
蝇眼透镜1021将从光源110发射的照明光分割为多条部分光，对于每条部分光来说，使其聚光在蝇眼透镜1022的各微小透镜上。蝇眼透镜1022发射被分割为多条的每条部分光，使其入射到重叠透镜1023上。然后，重叠透镜1023经平行化透镜140使被分割为多条的部分光重叠，照射到光阀151的图像形成区域上。此时，由于各微小透镜的外形形状与光阀151的图像形成区域的纵横比是相同的，故可使具有均匀的照度分布的照明光照射到整个光阀151的图像形成区域上。
因而，投影仪1000将从光源110发射的照明光以均匀的照度照射到光阀151的图像形成区域上，在由光阀151进行了调制后，入射到作为投影装置的投影透镜160上，通过从投影透镜160作为图像光投射到未图示的屏幕上，显示了亮度不匀少的图像。
此外，在光阀的一种中有使用液晶面板的液晶光阀。在这样的投影仪中，由于使从光源发射的照明光照射到液晶光阀上，液晶光阀根据图像信号对照明光进行调制并利用投影透镜放大该照明光并投射到屏幕上，故投影仪投射到屏幕上的活动图像的显示性能与基于液晶光阀的响应性能的活动图像的显示性能相等。
再者，已提出了在现有的图像显示装置中通过扫描对显示元件照射的照明区域来进行活动图像的质量的改善的技术。已知有在某种图像显示装置中通过在显示元件的背面配置多个光源并按时间差进行点亮和熄灭来扫描对显示元件照射的照明区域的结构(例如，参照专利文献1)。此外，已知有在另一种图像显示装置中通过旋转形成了规定光源的发射方向的狭缝的聚光筒来扫描对显示元件照射的照明区域的结构(例如，参照专利文献2) 。
专利文献1特开2000-275604号公报专利文献2特开2002-6766号公报可根据显示方法的差别将显示器分为脉动型的和保持型的。脉动型是在每个像素中只显示在瞬间地显示中所必要的亮度的量的光的方法，例如，作为脉动型的显示器，已知有CRT(阴极射线管)。此外，作为保持型的显示器是在每个像素中只显示在一定的时间之间在显示中所必要的亮度的量的光的方法，例如，作为保持型的显示器，已知有液晶显示器。即，使用了液晶光阀的投影仪也成为保持型显示器的一种。
一般来说，根据显示方法的差别，脉动型和保持型在活动图像的显示性能方面存在差别。以下，利用人眼的观看方式的差别来显示脉动型和保持型的显示器中的活动图像的显示性能的差别，由此来说明现有的投影仪的问题。
在图19中示出说明脉动型的显示器中的活动图像的显示性能的图，在图20中示出说明保持型的显示器中的活动图像的显示性能的图。再有，在两图中，将活动图像的移动距离取作横轴，将时间取作纵轴。此外，在两图中，在纵轴方向上的显示物的厚度表示发光时间。例如，如果在1帧的期间内厚度为100％，则在1帧的期间内的全部的时间内发光，如果在1帧的期间内厚度为50％，则在1帧的期间内的一半的时间内发光。
如图19中所示，在脉动型的显示器的情况下，如果活动图像在画面上随时间的经过而移动，则对于人眼来说可看到活动图像的端部有一些模糊。但是，如图20中所示，在保持型的显示器的情况下，如果活动图像在画面上随时间的经过而移动，则对于人眼来说与脉动型的显示器相比可看到活动图像的端部是模糊的。
之所以保持型的显示器的模糊程度比脉动型的显示器的模糊程度大，是因为在脉动型的显示器中瞬间地发出光，故因积分的缘故在人脑中的图像残像较少，而在保持型的显示器中，由于在一定的时间之间持续地发出光，因积分的缘故在人脑中的图像残像容易较多。
在图21和图22中示出改善保持型的显示器中的活动图像的显示性能的方法。再有，由于纵轴和横轴的取法和在纵轴方向上的显示物的厚度的定义与图19和图20是同样的，故省略其说明。
例如，如图21中所示，如果加快图像的转换速度，则可鲜明地看到活动图像的端部，可减小模糊的程度。但是，在使用了液晶等的保持型的显示器的情况下，由于显示体的响应速度较慢，故以这种方式加快图像的转换速度是非常困难的。此外，若只加快图像的转换速度，则也必须相应地增加所显示的图像数据的量。
此外，如图22中所示，有控制光的点亮以与脉动型的显示器相同的方式来看的方法。例如是下述的方法如果是液晶显示器，则或是使背照光源那样的照明光间歇地点亮、或是使用快门连续地遮断照明光。但是，一般来说，由于在投影仪中作为光源使用高电压的放电灯，故间歇地点亮是非常困难的。此外，在使用快门的情况下，由于不使用关闭快门的期间内的照明光，故产生亮度或光的利用效率下降的问题。其次示出现有的图像显示装置中的活动画质的改善的技术的问题。按照专利文献1那样的结构，由于必须平面地配置多个光源，故必定存在光源能瞬时地点亮或熄灭或能在平面上以照明均匀的方式来配置这样的制约。当然，会成为使用高电压的放电灯的投影仪等上难以适应的结构。此外，由于必须有在原理上熄灭的光源，故存在对于原来有的光源的数目来说图像的显示变暗这样的问题。再者，按照专利文献2那样的结构，由于不是扫描从光源发射的光线本身，而是通过旋转形成了狭缝的聚光筒使光线从光源朝向多个方向发散，该结构既限制了所发射的光的方向，又规定了所照明的区域，故存在难以可靠地将不直接通过狭缝的光引导到显示元件上来照射的问题。因此，难以提高光的利用效率。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而进行的，其目的在于提供使活动图像的显示性能得到提高的、亮度或光的利用效率良好的图像显示装置和投影仪。
为了解决上述的课题，按照本发明1，可提供下述的图像显示装置，其特征在于，具有光源，发射照明光；空间光调制器，具有根据电信号对上述照明光进行调制以形成图像光的图像形成区域；照射光学系统，变换从上述光源已发射的上述照明光的光束的形状和大小的至少一方，照射到比上述图像形成区域窄的区域上；以及照明光扫描光学系统，可使由上述照射光学系统照射的上述照明光在上述图像形成区域中扫描。
按照这样的结构，由于在瞬间的时间内，利用照射光学系统只对空间光调制器的图像形成区域的一部分进行照明光的照射，而在某个时间的范围内利用照明光扫描光学系统能使照明光在图像形成区域中扫描，故可对于整个图像形成区域进行具有均匀的照度分布的照明光的照射。因此，在直接看图像显示装置的情况下，人眼可识别图像。此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于照明光或是照射在其上或是不照射在其上，故引起与间歇点亮相同的现象。因此，即使空间光调制器是保持型的，也可显示鲜明的活动图像。再者，在从光源发射与现有的图像显示装置相同的光量的情况下，由于光量与以往相比不变，故可显示与以往相比不变暗的图像。因而，可提供使活动图像的显示性能得到提高的、亮度或光的利用效率良好的图像显示装置和投影仪。再有，由于本发明是对图像形成区域的一部分照射照明光、利用照明光扫描光学系统扫描照明光的光线本身的结构，故与现有的图像显示装置那样以时间差按顺序进行多个光源的点亮和熄灭的结构或通过旋转形成了狭缝的聚光筒使光线从光源朝向多个方向发散既限制了所发射的光的方向又规定了所照明的区域的结构相比，在亮度或光的利用效率方面有很大的差别。
此外，按照本发明1的较为理想的形态，希望上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜。由此，可用旋转棱镜来扫描来自照射光学系统的光。因此，可容易地实现能使照明光在图像形成区域上扫描的结构。
此外，按照本发明1的较为理想的形态，希望上述照射光学系统具备透镜阵列部，将上述照明光分割为多个部分光并分别对其进行聚光；以及重叠透镜部，使上述部分光重叠在上述图像形成区域上或与上述图像形成区域共轭的面上。按照这样的结构，通过改变透镜阵列部的外形形状或重叠透镜部的聚光倍率的组合，可容易地实现既与光源具有的照明分布相一致、又使照明光照射到比图像形成区域窄的区域上的照射光学系统。此外，也可使照明光重叠在与图像形成区域共轭的面上。而且，利用中继成像系统使朝向图像形成区域重叠了的照明光成像。由此，可得到与使照明光重叠在图像形成区域上同样的效果。此外，使照明光重叠的面可以是图像形成区域附近的面，也可以是与图像形成区域共轭的面的附近的面。
此外，按照本发明1的较为理想的形态，希望上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，将至少一个上述旋转棱镜配置在上述重叠透镜部与上述空间光调制器之间。按照这样的结构，由于可作成将通过重叠透镜部的光集中起来用旋转棱镜进行扫描的结构，故可容易地实现能使照明光在图像形成区域上扫描的结构。
此外，按照本发明1的较为理想的形态，希望上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，与由上述透镜阵列部进行了分割的上述部分光对应地配置多个上述旋转棱镜。按照这样的结构，可在图像显示装置内紧凑地配置与部分光的大小相一致的比较小型的旋转棱镜，可容易地实现能使照明光在图像形成区域上扫描的结构。
此外，按照本发明1的较为理想的形态，希望上述照射光学系统具备棒部，使从入射端部入射了的上述照明光在内壁或外壁上反射后使其从射出端部射出；以及成像透镜部，使上述射出端部的像在上述图像形成区域上成像。按照这样的结构，通过改变棒部的射出端部的形状和成像透镜部的聚光倍率的组合，可容易地实现既与光源具有的照明分布相一致、又使照明光照射到比图像形成区域窄的区域上的照射光学系统。
此外，按照本发明1的较为理想的形态，希望上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，将至少一个上述旋转棱镜配置在上述棒部与上述空间光调制器之间。按照这样的结构，由于可与从棒部射出的照明光的大小相一致地配置旋转棱镜，故使从棒部的射出端部射出的照明光通过旋转棱镜，可容易地实现能使照明光在图像形成区域上扫描的结构。
按照本发明2，可提供下述的投影仪，其特征在于，具有上述的图像显示装置；以及投影装置，投射在上述图像显示装置上已显示的图像。
按照这样的结构，由于在瞬间的时间内，利用照射光学系统只对空间光调制器的图像形成区域的一部分进行照明光的照射，而在某个时间的范围内利用照明光扫描光学系统能使照明光在图像形成区域中扫描，故可对于整个图像形成区域进行具有均匀的照度分布的照明光的照射。因此，在利用投影装置在屏幕上投射了图像的情况下，人眼可识别图像。此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于照明光或是照射在其上或是不照射在其上，故引起与间歇点亮相同的现象。因此，即使空间光调制器是保持型的，也可显示鲜明的活动图像。再者，在从光源发射与现有的投影仪相同的光量的情况下，由于光量与以往相比不变，故可显示与以往相比不变暗的图像。因而，可提供使活动图像的显示性能得到提高的、亮度或光的利用效率良好的投影仪。
此外，按照本发明2的较为理想的形态，希望具有将由上述照明光扫描光学系统进行了扫描的上述照明光分离为至少2色以上的照明光的色分离光学系统。由此，通过至少设置一种照明光扫描光学系统，也能以全色像显示鲜明的活动图像。
此外，按照本发明2的较为理想的形态，希望具有将上述照明光分离为至少2色以上的照明光的色分离光学系统，而且，在与由上述色分离光学系统进行了色分离的照明光中的其它的照明光相比光路长的照明光的光路中配置使入射前和射出后的像的方向相同来传递的中继成像装置。按照这样的结构，由于配置使入射前和射出后的像的方向相同来传递的中继成像装置，故不引起在单纯使用了透镜的情况下那样的像的反转。即，即使使用中继成像装置，也可避免像的扫描方向反转的影响。因而，在屏幕的图像中，消除了因中继成像装置的影响每种颜色的扫描方向不一致那样的现象。由此，可作成避免进行了色分离的各色独立地间歇点亮那样的显示的结构，可抑制对人眼造成不舒适的感觉的色的闪烁。同时，通过利用中继成像装置也可校正因光路长度的差别引起的各色的成像的差。再有，作为中继成像装置，不限于中继透镜光学系统，也可以是具有对像进行中继的功能的光学系统。
此外，按照本发明2的较为理想的形态，希望具有将上述照明光分离为至少2色以上的照明光的色分离光学系统，而且，配置了对于已被色分离的照明光的至少一种使像的扫描方向反转用的像反转棱镜。按照这样的结构，由于能利用像反转棱镜分别控制各色的扫描方向，故在屏幕的图像中可使各色的扫描方向变得一致。由此，通过例如使各色的照明光的扫描方向变得一致后来照射，也可作成避免进行了色分离的各色独立地间歇点亮那 的显示的结构，可抑制对人眼造成不舒适的感觉的色的闪烁。
此外，按照本发明3，可提供下述的投影仪，该投影仪具有上述的图像显示装置和投射在上述图像显示装置上所显示的图像的投影装置，其特征在于具有将上述照明光分离为至少2色以上的照明光的色分离光学系统，而且，对每种颜色配置了扫描已被分离的上述照明光的照明光扫描光学系统。按照这样的结构，由于通过改变与各色的照明光对应的旋转棱镜的折射角可控制各色的照明光，故在屏幕的图像中，可重叠各色的照明光来照射，或错开各色的照明光来照射。由此，例如通过重叠各色的照明光来照射，也可作成避免进行了色分离的各色独立地间歇点亮那样的显示的结构，可抑制对人眼造成不舒适的感觉的色的闪烁。
此外，按照本发明3的较为理想的形态，希望上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，上述旋转棱镜的至少一个的旋转方向与其它的旋转棱镜的旋转方向不同。按照这样的结构，由于可对各色的照明光控制扫描方向，故在屏幕的图像中可使各色的扫描方向变得一致。由此，通过例如使各色的照明光的扫描方向变得一致后来照射，也可作成避免进行了色分离的各色独立地间歇点亮那样的显示的结构，可抑制对人眼造成不舒适的感觉的色的闪烁。
图1是本发明的实施方案1的投影仪的概念图。
图2是旋转棱镜的作用的说明图。
图3是伴随旋转棱镜的旋转而变化的光阀的图像形成区域中的照明光的扫描的状况的说明图。
图4是本发明的实施方案2的投影仪的概念图。
图5是柱面阵列透镜的说明图。
图6是本发明的实施方案3的投影仪的概略结构图。
图7是本发明的实施方案4的投影仪的概略图。
图8是本发明的实施方案5的投影仪的概略图。
图9是本发明的实施方案6的投影仪的概略图。
图10是本发明的实施方案7的投影仪的概略图。
图11是示出使用了1组中继透镜光学系统的结构中的像的状况的图。
图12是示出使用了2组中继透镜光学系统的结构中的像的状况的图。
图13是使用了2组中继透镜光学系统的结构的变形例的图。
图14是本发明的实施方案8的投影仪的概略图。
图15是示出作为像反转棱镜的一种的五棱镜的图。
图16是示出作为像反转棱镜的一种的屋脊棱镜的图。
图17是示出作为像反转棱镜的一种的道威棱镜的图。
图18是现有的投影仪的概念的说明图。
图19是脉动型显示器的活动图像的显示性能的说明图。
图20是保持型显示器的活动图像的显示性能的说明图。
图21是保持型显示器的活动图像的显示性能的改善方法的一例的说明图。
图22是保持型显示器的活动图像的显示性能的改善方法的一例的说明图。
图23是本发明的实施方案9的投影仪的概略图。
图24是本发明的实施方案10的投影仪的概略图。
图25是本发明的实施方案10的投影仪的另一概略图。
图26是本发明的实施方案11的图像显示装置的概略图。
具体实施例方式
以下一边参照附图，一边详细地说明本发明。再有，本发明不由该实施方案来限定。
(实施方案1)图1是说明关于本发明的实施方案1的投影仪的概念的图。该投影仪100主要具有光源110；蝇眼透镜121、122；重叠透镜123；旋转棱镜130；平行化透镜140；液晶光阀150以及投影透镜160。
光源110由灯111和凹面镜112构成。灯111例如由高压水银灯等的放电灯构成，此外，凹面镜112由抛物面镜构成。再有，灯111和凹面镜112不限于该结构。在该光源110中，灯111发出照明光，凹面镜112反射该照明光，朝向蝇眼透镜121、122发射具有照度分布的照明光。此时，如果灯111是LED光源，则不使用凹面镜112，而是使用聚光透镜，可以是朝向蝇眼透镜121、122发射照明光的结构或以阵列状配置多个LED光源的结构，关于光源的种类、数目、结构等，可作适当的变更。
蝇眼透镜121、122是以矩阵状排列了具有矩形的轮廓的微小透镜的透镜阵列。在从光轴方向看时，各微小透镜的外形形状与作为根据电信号调制照明光来形成图像光的空间光调制器的液晶光阀150的图像形成区域的外形形状改变比率地成形。在此，液晶光阀150的图像形成区域的外形形状为纵横比4∶3的矩形形状，将各微小透镜的外形形状成形为纵横比4∶1的矩形形状。
蝇眼透镜121将从光源110发射的照明光分割为多条部分光，对于每条部分光来说，使其聚光在蝇眼透镜122的各微小透镜上。蝇眼透镜122发射被分割为多条的每条部分光，使其入射到重叠透镜123上。然后，重叠透镜123经平行化透镜140使被分割为多条的部分光重叠，照射到液晶光阀150的图像形成区域上。此时，由于各微小透镜的外形形状的纵横比为4∶1，可使具有均匀的照度分布的照明光照射到比液晶光阀150的图像形成区域窄的区域、即图像形成区域的3分之1的部分上。换言之，蝇眼透镜121、122和重叠透镜123具有变换从光源110射出的照明光的光束的形状和大小的至少一方、使照明光照射到比图像形成区域窄的区域上的功能。再有，如果以本实施方案的结构为例来考虑，则即使设计成由照射光学系统进行了照明的区域(比图像形成区域窄的区域)超过图像形成区域的横方向，只要对于纵方向的大小来说是窄的区域，也不脱离本发明的主旨。再者，重叠透镜123不仅可使照明光重叠在液晶光阀150的图像形成区域上，而且可使照明光重叠在与图像形成区域共轭的面上。在使照明光重叠在与图像形成区域共轭的面上的情况下，使用中继光学系统或中继成像装置使已被重叠的照明光在图像形成区域上成像。
再有，作为能使照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统的旋转棱镜130被配置在重叠透镜123与液晶光阀150之间，照明光一边根据旋转棱镜130的旋转与折射率的关系光轴被移动，一边照明光通过旋转棱镜130，朝向液晶光阀150。再有，利用由玻璃材料构成的四角柱的棱镜构成旋转棱镜130，利用未图示的电机使其旋转。
在此，在图2中示出详细地说明旋转棱镜的作用的图。图中，说明以与纸面垂直的轴为中心旋转棱镜以逆时针方式旋转的情况。
在图2中，(a)中示出的旋转棱镜130的旋转位置显示出处于使从图中左侧入射到旋转棱镜130上的照明光不折射地直接行进而朝向图中右侧射出的位置的状况。再有，在此为了使说明变得简单起见，将照明光作为与光轴平行的光线来标记。此外，在以下的说明中，以相同的方式将照明光作为光线标记来说明。
(b)中示出的旋转棱镜130的旋转位置显示出从(a)中示出的旋转棱镜130的旋转位置起在逆时针的方向上在0°至45°之间的旋转的状况。此时，使从图中左侧入射到旋转棱镜130上的照明光折射到图中上侧地朝向图中右侧射出。
(c)中示出的旋转棱镜130的旋转位置显示出从(a)中示出的旋转棱镜130的旋转位置起在逆时针的方向上在45°至90°之间的旋转的状况。此时，使从图中左侧入射到旋转棱镜130上的照明光折射到图中下侧地朝向图中右侧射出。
(d)中示出的旋转棱镜130的旋转位置显示出从(a)中示出的旋转棱镜130的旋转位置起在逆时针的方向上旋转了90°的状况。此时，与(a)的情况相同，显示出处于使从图中左侧入射到旋转棱镜130上的照明光不折射地直接行进而朝向图中右侧射出的位置的状况。如上所述，照明光一边根据旋转棱镜的旋转与折射率的关系光轴被移动，一边通过旋转棱镜。
返回到图1，通过了旋转棱镜130的照明光被平行化透镜140平行化，入射到液晶光阀150上。由于照明光如上所述通过旋转棱镜130，故照明光一边在液晶光阀150的图像形成区域上扫描，一边照射。
在图3中示出伴随旋转棱镜130的旋转而变化的液晶光阀150的图像形成区域中的照明光的扫描的状况。图3的(a)至(d)示出了在图2中示出的(a)至(d)的情况下照明光从旋转棱镜130通过平行化透镜140照射到液晶光阀150的图像形成区域上时的照明光的照射区域。再有，图3(e)示出了重复地进行图3的(a)至(d)使照明光连续地照射到液晶光阀150的图像形成区域上的情况下在某一定时间内进行了积分的照明光的状况。
如图3的(a)中所示，在图2的(a)的旋转位置上通过了旋转棱镜的照明光被照射到比液晶光阀150的图像形成区域窄的区域、即图像形成区域的中央的图像形成区域的3分之1的部分上。然后，如果旋转棱镜如图2的(a)至(b)中所示那样旋转，则如图3的(a)至(b)中所示那样，照明光的照射区域从液晶光阀150的图像形成区域的中央起朝向上侧一端迁移。再者，如果旋转棱镜如图2的(b)至(c)中所示那样旋转，则如图3的(b)至(c)中所示那样，以从液晶光阀150的图像形成区域的下侧一端起开始照明光的照射的方式迁移。然后，如果旋转棱镜如图2的(c)至(d)中所示那样旋转，则如图3的(c)至(d)中所示那样，照明光的照射区域从液晶光阀150的图像形成区域的下侧一端起朝向中央一侧迁移。再有，希望使成为液晶光阀150的图像数据的电信号的写入方向与扫描照明光的方向一致。
按照以上所述，通过重复地高速地进行对液晶光阀150的图像形成区域的照明光的扫描，如果取某一定时间内的积分，则如图3的(e)中所示，可进行在图像形成区域中具有均匀的照度分布的照明光的照射。此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于照明光或是照射在其上或是不照射在其上，故引起与间歇点亮相同的现象。再有，如果以本实施方案的结构为例来考虑，则即使设计成由于照明光的扫描的缘故照射区域超过图像形成区域的纵方向，只要照明光能在图像形成区域中扫描，也不脱离本发明的主旨。
再次返回到图1，如图3中已说明的那样，入射到液晶光阀150的图像形成区域上的照明光在液晶光阀150的图像形成区域内根据电信号而被调制，朝向投影透镜160射出。再有，液晶光阀150由液晶面板和在液晶面板的前后配置了的2片偏振片构成。然后，入射到作为投影装置的投影透镜160上的照明光被投射在未图示的屏幕上，在屏幕上作为图像光来显示图像。此时的投射方式可以是从屏幕的前面投射图像光的方式和从屏幕的背面投射图像光的方式的任一种。此外，投影装置可以不是投影透镜160那样的透镜，而是使用了曲面镜的装置。
如上所述，该投影仪100具有发射照明光的光源110；作为具有根据电信号来调制该照明光以形成图像光的图像形成区域的空间光调制器的液晶光阀150；作为使光源110发射的照明光照射到比图像形成区域窄的区域上的照射光学系统的蝇眼透镜121、121和重叠透镜123；以及作为能使从照射光学系统照射的照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统的旋转棱镜130。由此，在瞬间的时间内，利用照射光学系统只对空间光调制器的图像形成区域的一部分进行具有均匀的照度分布的照明，但在某个时间的范围内，由于可利用照明光扫描光学系统使照明光在图像形成区域上扫描，故可进行对图像形成区域的整体来说具有均匀的照度分布的照明光的照射。因此，在将图像投射到屏幕上的情况下，对人眼来说可识别图像。
此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于照明光或是照射在其上或是不照射在其上，故引起与间歇点亮相同的现象。因此，即使空间光调制器是保持型的，也可显示鲜明的活动图像。再者，在从光源发射与现有的投影仪相同的光量的情况下，由于光量与以往相比不变，故可显示与以往相比不变暗的图像。因而，可提供使活动图像的显示性能得到提高的、亮度或光的利用效率良好的投影仪。
(实施方案2)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图4是说明关于本发明的实施方案2的投影仪的概念的图。该投影仪200主要具有光源110；柱面阵列透镜221、222；重叠透镜223；旋转棱镜130；平行化透镜140；液晶光阀150以及投影透镜160。
在实施方案1中，使用了蝇眼透镜和重叠透镜作为照射光学系统，但在该实施方案2中，在使用了图5中示出的以阵列状配置了只使单一方向的聚光倍率变化的柱面透镜的透镜阵列和纵横的聚光倍率与实施方案1不同的重叠透镜作为照射光学系统这一点上不同。由于其它的方面与实施方案1是同样的，故省略其说明。
柱面阵列透镜221、222和重叠透镜223利用透镜倍率的组合使具有均匀的照度分布的照明光照射到比液晶光阀150的图像形成区域窄的区域、即图像形成区域的3分之1的部分上。在投影仪200中，将作为能使照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统的旋转棱镜130配置在重叠透镜223与液晶光阀150之间，照明光一边根据旋转棱镜130的旋转与折射率的关系光轴被偏移，一边通过旋转棱镜130。作为结果，与在实施方案1中示出的作用同样地，一边在液晶光阀150的图像形成区域上扫描照明光，一边以使照度分布为均匀的方式照射。
再有，在本文中，使用了采用蝇眼透镜、柱面阵列透镜和重叠透镜的结构作为照射光学系统的例子，但只要满足照射光学系统的效果，就不限于该结构。此外，作为透镜阵列的蝇眼透镜、柱面阵列透镜的纵横比、形状和大小也不限定于本实施方案的例子。再者，在本文中，对于利用独立的透镜构件构成透镜阵列部和重叠透镜部进行了表述，但即使是由同一构件构成透镜阵列部和重叠透镜部的情况，也意味着具有透镜阵列部和重叠透镜部。
如上所述，通过改变透镜阵列部的外形形状或重叠透镜部的聚光倍率的组合，可得到与实施方案1同样的效果，同时可容易地实现既与光源具有的照明分布相一致、又使照明光照射到比图像形成区域的全部区域窄的区域上的照射光学系统。
(实施方案3)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图6是说明本发明的实施方案3中的投影仪的概略的图。该投影仪300主要具有光源110；蝇眼透镜321、322；旋转棱镜331、332、333、334；重叠透镜323；平行化透镜140；液晶光阀150以及投影透镜160。
在实施方案1中，说明了在重叠透镜与平行化透镜之间配置了一个旋转棱镜的情况，但在该实施方案3中，在与由蝇眼透镜321进行了分割的各部分光对应地在蝇眼透镜321与322之间配置了多个旋转棱镜331、332、333、334这一点上不同。详细地说，如图中所示，将各旋转棱镜在同列中存在的部分光作为一个组，对于对应的组分别配置一个旋转棱镜。由于其它的方面与实施方案1是同样的，故省略其说明。
此外，作为照射光学系统的蝇眼透镜321、322和重叠透镜323起到在纵方向上为2分之1的具有纵横比为4∶3的图像形成区域的液晶光阀150的图像形成区域的大小的区域、即图像形成区域的全部区域中的2分之1的部分上照射具有均匀的照度分布的照明光的照射光学系统的功能。这显示了照射照明光的区域的形状与上述的实施方案不同的例子。
因而，在投影仪300中，由于配置了旋转棱镜331、332、333、334作为能使照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统，故由蝇眼透镜321进行了分割的各部分光一边根据旋转棱镜331、332、333、334的旋转与折射率的关系光轴被偏移，一边通过旋转棱镜331、332、333、334。然后，利用重叠透镜323将各部分光重叠在液晶光阀150的图像形成区域的2分之1上，作为结果，与在实施方案1中示出的作用同样地，照明光一边在液晶光阀150的图像形成区域上扫描，一边以使照度分布为均匀的方式照射。
如上所述，由于与由蝇眼透镜321进行了分割的各部分光对应地配置了多个旋转棱镜331、332、333、334，利用多个旋转棱镜对每条部分光进行扫描，故可得到与实施方案1同样的效果，同时可实现在投影仪内紧凑地配置与部分光的大小相一致的比较小型的旋转棱镜并能使照明光在图像形成区域上扫描的结构。
(实施方案4)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图7是说明本发明的实施方案4中的投影仪的概略的图。该投影仪400主要具有光源110；聚光透镜471；棒472；成像透镜473、474；旋转棱镜130；平行化透镜140；液晶光阀150以及投影透镜160。
在实施方案1中，使用了蝇眼透镜和重叠透镜作为照射光学系统，但在该实施方案4中，在使用了聚光透镜471、棒472、成像透镜473、474作为照射光学系统这一点上不同。
在图7中，从光源110发射的照明光被聚光透镜471聚光，从作成了由玻璃材料构成的四角柱的形状的棒472的入射端部入射。然后，利用棒472的外壁中的界面的全反射条件，一边在外壁上反射，一边从射出端部射出照明光。再有，棒472不限于四角柱的形状，可以是用反射膜形成了内表面的中空的棒。
在从光轴方向看时，棒472的射出端部的外形形状与作为根据电信号调制照明光来形成图像光的空间光调制器的液晶光阀150的图像形成区域的外形形状改变比率地成形。在此，液晶光阀150的图像形成区域的外形形状为纵横比4∶3的矩形形状，将棒472的射出端部的外形形状成形为纵横比4∶1的矩形形状。
然后，由于经过棒472射出的照明光通过作为将棒472的射出端部的像在液晶光阀150的图像形成区域上成像的成像透镜部而被构成的成像透镜473、474和平行化透镜140，故可在比液晶光阀150的图像形成区域窄的区域、即图像形成区域的3分之1的部分上照射具有均匀的照度分布的照明光。在此，由于在棒472与液晶光阀150之间配置了旋转棱镜130作为能使照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统，故照明光一边根据旋转棱镜130的旋转与折射率的关系光轴被偏移，一边通过旋转棱镜130。作为结果，与在实施方案1中示出的作用同样地，照明光一边在液晶光阀150的图像形成区域上扫描，一边照射。
再有，在本文中，将棒的射出端部的像在图像形成区域成像的成像透镜部不一定限于以1∶1对像的纵横倍率进行成像的透镜。因而，即使是改变像的纵横倍率，成像透镜部中的成像这样的意义是相同的。此外，棒的射出端部的形状不限定于上述的纵横比、形状和大小。
如上所述，按照实施方案4，可得到与实施方案1同样的效果，同时通过改变棒部的终端部的形状和成像透镜部的聚光倍率的组合，可容易地实现既与光源具有的照明分布相一致、又使照明光照射到比图像形成区域的全部区域窄的区域上的照射光学系统。
(实施方案5)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图8是说明本发明的实施方案5中的投影仪的概略的图。该投影仪500主要具有光源110；聚光透镜471；棒572；成像透镜573、574；旋转棱镜531、532、533；平行化透镜140；液晶光阀150以及投影透镜160。
在实施方案4中，说明了在棒472与液晶光阀150之间配置了一个旋转棱镜的情况，但在该实施方案5中，与经棒572射出后被分割了的部分光对应地在棒572与液晶光阀150之间配置了多个旋转棱镜531、532、533这一点上不同。详细地说，如图中所示，将各旋转棱镜在同列中存在的部分光作为一个组，对于对应的组分别配置一个旋转棱镜。由于其它的方面与实施方案4是同样的，故省略其说明。
此外，作为照射光学系统的棒572、成像透镜573、574和平行化透镜140起到在纵方向上为3分之2的具有纵横比为4∶3的图像形成区域的液晶光阀150的图像形成区域的大小的区域、即图像形成区域的全部区域中的3分之2的部分上照射具有均匀的照度分布的照明光的照射光学系统的功能。这显示了照射照明光的区域的形状与上述的实施方案不同的例子。
因而，在投影仪500中，配置了旋转棱镜531、532、533作为能使照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统，故经棒572射出后被分割了的各部分光一边根据旋转棱镜531、532、533的旋转与折射率的关系光轴被偏移，一边通过旋转棱镜531、532、533。然后，经棒572射出后被分割了的各部分光由于通过作为将棒572的射出端部的像在液晶光阀150的图像形成区域上成像的成像透镜部而构成的成像透镜573、574和平行化透镜140的缘故，照射到液晶光阀150的图像形成区域的3分之2上，作为结果，与在实施方案1中示出的作用同样地，照明光一边在液晶光阀150的图像形成区域上扫描，一边以使照度分布为均匀的方式照射。
如上所述，按照实施方案5，由于利用多个旋转棱镜对每条部分光进行扫描，故可得到与实施方案1同样的效果，同时可实现在投影仪内配置与部分光的大小相一致的比较小型的旋转棱镜、利用紧凑的结构使用了棒的光学系统。
(实施方案6)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图9是说明本发明的实施方案6中的投影仪的概略的图。该投影仪600主要具有光源110；蝇眼透镜621、622；重叠透镜623；旋转棱镜631、632、633；分色镜681、682；反射镜683、684、685；平行化透镜641、642、643；中继透镜644、645；液晶光阀651、652、653；分色棱镜686以及投影透镜160。
从光源110发射的照明光通过蝇眼透镜621、622和重叠透镜623，朝向作为色分离光学系统的分色镜681照射。再有，作为照射光学系统的蝇眼透镜621、622和重叠透镜623起到在横方向上为4分之1的具有纵横比为4∶3的图像形成区域的液晶光阀651、652、653的图像形成区域的大小的区域、即图像形成区域的全部区域中的4分之1的部分上照射具有均匀的照度分布的照明光的照射光学系统的功能。这显示了照射照明光的区域的形状与上述的实施方案不同的例子。
在图9中，朝向作为色分离光学系统的分色镜681照射的照明光中的红色光被分色镜681反射，经反射镜683和平行化透镜641，作为在比液晶光阀651的图像形成区域窄的区域、即图像形成区域的4分之1的部分上具有均匀的照度分布的照明光来照射。朝向作为色分离光学系统的分色镜681照射的照明光中的绿色光和蓝色光透过分色镜681，朝向作为色分离光学系统的分色镜682照射。
朝向作为色分离光学系统的分色镜682照射的照明光中的绿色光被分色镜682反射，经平行化透镜642，作为在比液晶光阀652的图像形成区域窄的区域、即图像形成区域的4分之1的部分上具有均匀的照度分布的照明光来照射。朝向作为色分离光学系统的分色镜682照射的照明光中的蓝色光透过分色镜682，经反射镜684、685和作为中继光学系统而构成的中继透镜644、645和平行化透镜643，作为在比液晶光阀653的图像形成区域窄的区域、即图像形成区域的4分之1的部分上具有均匀的照度分布的照明光来照射。
再有，之所以在蓝色光的光路中配置中继透镜光学系统，是为了校正因光路长度的差别引起的各色的重叠的差。即，通过在蓝色光的光路中配置中继透镜644、645和平行化透镜643作为使入射前和射出后的像的大小为相同而传递的中继透镜光学系统，抑制因光路长度的差别引起的影响，使各色的照明光重叠在对应的液晶光阀651、652、653的图像形成区域上。于是，在各液晶光阀651、652、653的图像形成区域中，可使具有均匀的照度分布的照明光照射在图像形成区域中的区域的4分之1的部分上。
在此，由于对各色配置旋转棱镜631、632、633作为能使照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统，故各色照明光一边根据旋转棱镜631、632、633的旋转与折射率的关系光轴被偏移，一边通过旋转棱镜631、632、633。
作为结果，在本实施方案中，根据照明光的形状和旋转棱镜的旋转轴与液晶光阀的配置的关系，在图像形成区域的4分之1的部分上被照射的照明光沿液晶光阀的图像形成区域的长边方向扫描这一点上与实施方案1不同，但与在实施方案1中示出的作用同样地，照明光一边在液晶光阀651、652、653的图像形成区域上扫描，一边照射。
因而，通过重复地高速地进行对液晶光阀651、652、653的图像形成区域的照明光的扫描，如果取某一定时间内的积分，则可进行在图像形成区域中具有均匀的照度分布的照明光的照射。此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于照明光或是照射在其上或是不照射在其上，故引起与间歇点亮相同的现象。
再次返回到图9，入射到液晶光阀651、652、653的图像形成区域上的各色的照明光在液晶光阀651、652、653的图像形成区域内根据电信号而被调制，利用作为色合成光学系统的分色棱镜686引导到投影透镜160的方向。再有，在分色棱镜686中，贴合4个三角棱镜，在该贴合面上形成反射红色光并透射绿色光的光学多层膜和反射蓝色光并透过绿色光的光学多层膜，分色棱镜686具有合成从3个方向分别入射的红色光、绿色光和蓝色光并朝向投影透镜160射出的功能。然后，入射到投影透镜160上的照明光被投射到未图示的屏幕上并在屏幕上作为图像光来显示图像。
此时，利用未图示的控制部分别独立地控制旋转棱镜631、632、633并使其旋转。如用图中箭头所示那样，通过使旋转棱镜632在与旋转棱镜631、633的旋转方向相反的方向上旋转，在照射到屏幕上的图像光中，将照明光控制成在各色中使扫描方向一致。此外，通过改变与各色对应的旋转棱镜的折射角，在屏幕上的图像光中，将照明光的扫描控制成使各色重叠。
如上所述，按照实施方案6，投影仪600具有作为分离照明光的色分离光学系统的分色镜681、682，而且，由于在各色中配置作为扫描照明光的照明光扫描光学系统的旋转棱镜631、632、633，故可得到与实施方案1同样的效果。
此外，同时，在本实施方案中，通过使旋转棱镜的至少一个、即旋转棱镜632的旋转方向与其它的旋转棱镜631、633的旋转方向不同，在屏幕的图像中，可使各色的扫描方向和照明位置达到一致，可作成避免各色独立地间歇点亮那样的显示的结构，可抑制对人眼造成不舒适的感觉的色的闪烁。
(实施方案7)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图10是说明本发明的实施方案7中的投影仪的概略的图。该投影仪700主要具有光源110；蝇眼透镜721、722；重叠透镜723；旋转棱镜730；分色镜681、682；反射镜683、684、685；平行化透镜641、642、643；中继透镜744、745、746、747；液晶光阀651、652、653；分色棱镜686以及投影透镜160。
在实施方案6中，对各色配置旋转棱镜，使用了1组中继透镜光学系统，在该实施方案7中，在下述方面不同在重叠透镜的后级配置旋转棱镜730，使用了2组由作为中继透镜光学系统的中继透镜744、745、746构成的系统和由中继透镜746、747和平行化透镜643构成的系统作为中继成像装置。
从光源110发射的照明光通过蝇眼透镜721、722和重叠透镜723，朝向旋转棱镜730照射。然后，入射到旋转棱镜730上的照明光一边根据旋转棱镜730的旋转与折射率的关系光轴被偏移，一边通过旋转棱镜730。然后，利用作为色分离光学系统的分色镜681、682将照明光分解为红色光、绿色光、蓝色光，经在各色的光路中配置的镜和透镜，一边在与各色对应的液晶光阀651、652、653的图像形成区域中扫描，一边照射。这样，在本实施方案中，在作为照明光扫描光学系统的旋转棱镜730之后设置了色分离光学系统。由此，通过至少设置一个旋转棱镜730，可进行鲜明的全色像的活动图像显示。
然后，入射到液晶光阀651、652、653的图像形成区域上的各色的照明光在液晶光阀651、652、653的图像形成区域内根据电信号而被调制，利用作为色合成光学系统的分色棱镜686引导到投影透镜160的方向。然后，入射到投影透镜160上的照明光被投射到未图示的屏幕上并在屏幕上作为图像光来显示图像。
此时，由于在由作为色分离光学系统的分色镜681、682进行了色分离的照明光中的光路长的照明光、即蓝色光的光路中配置了2组由中继透镜744、745、746构成的系统和由中继透镜746、747和平行化透镜643构成的系统作为使入射前和射出后的像的方向为相同而传递的中继透镜光学系统，故在屏幕上照射的图像光中，能以在各色中扫描方向一致的方式来投射照明光。
即，在使用了1组中继透镜光学系统的情况下，如图11中的箭头方向所示，入射前的像和射出后的像的方向反转，但在使用了2组中继透镜光学系统的情况下，如图12的图中的箭头所示那样，由于可使入射前的像和射出后的像的方向相同，故即使在投影仪700中，对于扫描方向的像来说，入射前的像和射出后的像的方向也相同，即使使用中继透镜，也可避免在屏幕上照射的图像光中只是蓝色光与红色光和绿色光相反地扫描这样的现象。
如上所述，按照实施方案7，投影仪700具有作为分离照明光的色分离光学系统的分色镜681、682，而且，通过在被色分离了的照明光中的光路长的照明光的光路中、在本实施方案中是蓝色光的光路中配置中继透镜光学系统作为使入射前和射出后的像的方向为相同而传递的中继成像装置，可得到与实施方案1同样的效果，同时即使使用中继透镜光学系统，也可避免因像的扫描方向反转引起的不良影响。
再有，在本实施方案中，使用了由中继透镜744、745、746构成的系统和由中继透镜746、747和平行化透镜643构成的系统作为使入射前和射出后的像的方向为相同而传递的中继透镜光学系统，但不限于此，也可如图13中所示那样，置换为由用中继透镜748、曲面镜787和中继透镜749构成的系统和用中继透镜749、曲面镜788和平行化透镜643构成的系统构成的中继透镜光学系统。
(实施方案8)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图14是说明本发明的实施方案8中的投影仪的概略的图。该投影仪800主要具有光源110；蝇眼透镜721、722；重叠透镜723；旋转棱镜730；分色镜681、682；反射镜683、685；平行化透镜641、642、643；中继透镜844、845；像反转棱镜890；液晶光阀651、652、65 3；分色棱镜686以及投影透镜160。
在实施方案7中，使用了2组中继透镜光学系统，在该实施方案8中，在将1组由中继透镜844、845和平行化透镜643构成的系统作为中继透镜光学系统和在该光路中配置了像反转棱镜890这一点上不同。于是，由于对红色光和绿色光来说与实施方案7是同样的，故省略说明，只说明被配置中继透镜光学系统的蓝色光。
在图14中，由于在蓝色光的光路中使用了1组中继透镜光学系统，故如果按上述的说明那样，则像的扫描方向反转，在屏幕上照射的图像光中，只有蓝色光在与红色光和绿色光相反的方向上扫描。但是，由于在蓝色光的光路中另外配置了使像的扫描方向反转用的像反转棱镜890，故最终像的扫描方向不反转，避免了只有蓝色光在与红色光和绿色光相反的方向上扫描这样的现象。再有，在此使用的像反转棱镜是五棱镜，如图15中所示，可反转像。
如上所述，按照实施方案8，投影仪800具有作为分离照明光的色分离光学系统的分色镜681、682，而且，通过对被色分离了的照明光的至少一种配置使像的扫描方向反转用的像反转棱镜890，可得到与实施方案1同样的效果，同时即使使用中继透镜光学系统，也可避免因像的扫描方向反转引起的不良影响。
再有，在本实施方案中，使用了图15中示出的五棱镜891作为像反转棱镜，但也可与光学系统相一致地适当地配置图16中示出的屋脊棱镜892或图17中示出的道威棱镜893。
(实施方案9)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。在上述的各实施方案中，使用了透射型的液晶光阀，而在本实施方案中在使用了反射型的液晶光阀这一点上不同。
图23示出与本发明的实施方案9有关的投影仪900的概略结构。从光源110发射的照明光通过蝇眼透镜921、922和重叠透镜923，入射到平行化透镜924上。平行化透镜924将入射光变换为大致平行光而射出。作为照射光学系统的蝇眼透镜921、922和重叠透镜923起到在横方向上为4分之1的具有纵横比为4∶3的图像形成区域的反射型的液晶光阀951R、951G、951B的图像形成区域的大小的区域、即图像形成区域的全部区域中的4分之1的部分上照射具有均匀的照度分布的照明光的照射光学系统的功能。
经平行化透镜924射出的照明光入射到旋转棱镜930上。旋转棱镜930朝向图中的箭头方向旋转。按照旋转棱镜930的旋转，照明光一边根据旋转角度与折射率的关系光轴被偏移，一边经旋转棱镜930射出。经旋转棱镜930射出的照明光入射到偏振棱镜935上。在偏振棱镜935中，以相对于照射光学系统的光轴大致为45°的方式形成了偏振膜935a。偏振膜935a例如透射照明光中的p偏振分量，反射s偏振分量。已被反射的s偏振分量成为不需要的光而在箭头A的方向上被废弃。经偏振棱镜935射出的照明光入射到作为色分离合成光学系统的十字分色棱镜940上。
在十字分色棱镜940中，B光反射分色膜940a和R光反射分色膜940b分别相对于入射光轴具有45度的角度，而且以彼此正交的方式配置成X型。B光反射分色膜940a反射照明光中的蓝色光，透射红色光和绿色光。R光反射分色膜940b反射照明光中的红色光，透射蓝色光和绿色光。由此，入射到十字分色棱镜940上的照明光被分离为彼此与入射光轴垂直的、在相反的方向上行进的红色光、绿色光和蓝色光。
已被色分离的红色光、绿色光和蓝色光分别入射到对于各自的色光配置的反射型的液晶光阀951R、951G、951B上。入射到各液晶光阀951R、951G、951B上的p偏振光在各色中根据图像信号被调制，作为s偏振光而射出。被各液晶光阀951R、951G、951B反射的各色光再次入射到十字分色棱镜940上。然后，被十字分色棱镜940进行了色合成的光入射到偏振光束分离器935上。入射到偏振光束分离器935上的图像光中的作为调制光的s偏振光分量被偏振膜935a朝向投影透镜960的方向反射。此外，作为非调制光的p偏振光分量透过偏振膜935a朝向光源110的方向被废弃。然后，投影透镜960在未图示的屏幕上投射全色像。
在本实施方案中，根据照明光的形状和旋转棱镜的旋转轴与液晶光阀的配置的关系，在图像形成区域的4分之1的部分上被照射的照明光沿液晶光阀的图像形成区域的长边方向扫描。这样，照明光一边在液晶光阀951R、951G、951B的图像形成区域上扫描，一边照射。
因而，通过重复地高速地进行对液晶光阀951R、951G、951B的图像形成区域的照明光的扫描，如果取某一定时间内的积分，则可进行在图像形成区域中具有均匀的照度分布的照明光的照射。此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于重复进行照明光的照射或非照射，故引起与间歇点亮相同的现象。
此外，在本实施方案中，使用了一个旋转棱镜930。但是，不限于此，也可如在上述的实施方案3中所述的那样，与被蝇眼透镜921分割了的各部分光对应地在蝇眼透镜921、922之间配置多个旋转棱镜331、332、333、334。详细地说，如图6中所示，将各旋转棱镜在同列中存在的部分光作为一个组，对于对应的组分别配置一个旋转棱镜。利用该结构，也可使照明光在反射型的液晶光阀951R、951G、951B的图像形成区域上扫描。
(实施方案10)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。在上述各实施方案中，使用了透射型或反射型的液晶光阀，而在本实施方案中，在使用倾斜镜器件作为空间光调制器这一点上不同。作为倾斜镜器件的代表例，使用数字微镜器件(德州仪器公司制。以下，称为「DMD」)。
DMD的图像的显示方法与液晶面板不同。在DMD中，对一定时间、例如图像的1帧的时间内的照明光的ON或OFF进行时间积分来形成图像。再有，在后面叙述DMD的工作的细节。在这样的DMD中，如果在一定时间(1帧)中的图像的发光时间与下一个一定时间(1帧)中的图像的发光时间连续或接近，则发生了与上述的液晶光阀同样的活动图像的活动模糊。在本实施方案中，是能减少这样的活动模糊的结构。
图24、25是与本发明的实施方案10有关的投影仪1100的概略结构。图24中示出从光源到空间光调制器的光路。此外，图25中示出从空间光调制器到投影透镜的光路。首先，在图24中，从光源110发射的照明光被聚光透镜471聚光，从作成了由玻璃材料构成的四角柱的形状的棒472的入射端部入射。然后，利用棒472的外壁中的界面的全反射条件，一边在外壁上反射，一边从射出端部射出照明光。再有，棒472不限于四角柱的形状，可以是用反射膜形成了内表面的中空的棒。
在从光轴方向看时，棒472的射出端部的外形形状与作为根据电信号调制照明光来形成图像光的空间光调制器的图像形成区域的外形形状改变比率地成形。而且，后述的各色光用的DMD1151R、1151G、1151B的图像形成区域的外形形状为纵横比4∶3的矩形形状，将棒472的射出端部的外形形状成形为纵横比4∶1的矩形形状。
然后，由于经过棒472射出的照明光透过作为将棒472的射出端部的像在DMD1151R、1151G、1151B的图像形成区域上成像的成像透镜部1123。其结果，可在比各色光用DMD1151R、1151G、1151B的图像形成区域窄的区域、例如图像形成区域的3分之1的部分上照射具有均匀的照度分布的照明光。在此，由于在棒472与各色光用DMD1151R、1151G、1151B之间配置了旋转棱镜1130作为能使照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统，故照明光一边根据旋转棱镜1130的旋转与折射率的关系光轴被偏移，一边通过旋转棱镜1130。作为结果，照明光一边在各色光用DMD1151R、1151G、1151B的图像形成区域上扫描，一边照射。从旋转棱镜1130射出的照明光入射到色分离合成分色棱镜1140上。此外，在图中，旋转棱镜1130与纸面平行，以与光轴垂直的轴为中心旋转。
其次，说明色分离合成分色棱镜1140将光源光分离为红色光、绿色光和蓝色光的结构。色分离合成分色棱镜1140中组合了形状互不相同的3个楔形的棱镜1140R、棱镜1140G和棱镜1140B而构成。
棱镜1140R是具有三角形的剖面形状的柱状的棱镜。棱镜1140R的与后述的棱镜1140B相接的面上形成了反射红色光并透过绿色光和蓝色光的R光反射分色膜DR。棱镜1140B也是具有三角形的剖面形状的柱状的棱镜。棱镜1140B的与后述的棱镜1140G相接的面上形成了反射蓝色光并透过绿色光的B光反射分色膜DB。棱镜1140G是具有一边作为斜边形成的大致梯形形状的剖面形状的柱状的棱镜。使与棱镜1140G的斜面相当的面与棱镜1140B的B光反射分色膜DB相接来配置。再有，以与棱镜1140R之间保持极小的间隙的方式配置了棱镜1140B。
利用上述的色分离合成分色棱镜1140将照明光分离为红色光、绿色光和蓝色光。在色分离合成分色棱镜1140中的各色光的射出面的附近配置了作为空间光调制器的DMD1151R、1151G、1151B。在各DMD1151R、1151G、1151B的图像形成区域中排列了多个倾斜镜器件。倾斜镜器件具有能择一地选择第1反射位置和第2反射位置的可动镜部。然后，例如在可动镜部处于第1反射位置(ON)上时，使入射光朝向投影透镜1160的方向反射。与此不同，在可动镜部处于第2反射位置(OFF)上时，通过使入射光朝向投影透镜1160以外的方向反射而将其废弃。
图25示出在各DMD1151R、1151G、1151B中根据图像信号被调制了的图像光入射到投影透镜1160上的光路。由各DMD1151R、1151G、1151B调制了的各色光由色分离合成分色棱镜1140进行色合成。然后，如上所述，利用投影透镜1160将根据图像信号被调制了的图像光投射到未图示的屏幕上。
即使在如本实施方案那样使用了DMD作为空间光调制器的情况下，根据照明光的形状和旋转棱镜的旋转轴与DMD的配置的关系，在图像形成区域的例如3分之1的部分上被照射的照明光沿DMD的图像形成区域的短边方向扫描。这样，照明光一边在各DMD1151R、1151G、1151B的图像形成区域上扫描，一边照射。
因而，通过重复地高速地进行对各DMD1151R、1151G、1151B的图像形成区域的照明光的扫描，如果取某一定时间内的积分，则可进行在图像形成区域中具有均匀的照度分布的照明光的照射。此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于重复进行照明光的照射或非照射，故引起与间歇点亮相同的现象。
(实施方案11)在以下说明的本实施方案中，对于与前面已说明的实施方案相同的结构附以同一标号，省略共同的工作或作用的说明。此外，在附以同一名称的情况下，由于即使标号不同功能也几乎相同，故省略基本的说明。
图26示出与本发明的实施方案11有关的图像显示装置1200的概略结构。图像显示装置1200与上述的实施方案1中示出的投影仪100相比，在没有投影透镜160这一点上不同。从光源110发射的照明光通过蝇眼透镜121、122和重叠透镜123，入射到平行化透镜140上。平行化透镜140将入射光变换为大致平行光而射出。作为照射光学系统的蝇眼透镜121、122和重叠透镜123起到在纵方向上为3分之1的具有纵横比为4∶3的图像形成区域的透射型的液晶光阀150的图像形成区域的大小的区域、即图像形成区域的全部区域中的3分之1的部分上照射具有均匀的照度分布的照明光的照射光学系统的功能。
经平行化透镜140射出的照明光入射到旋转棱镜130上。旋转棱镜130朝向图中的箭头方向旋转。按照旋转棱镜130的旋转，照明光一边根据旋转角度与折射率的关系光轴被偏移，一边经旋转棱镜130射出。射出旋转棱镜130的照明光，入射到液晶光阀150。
因而，通过重复地高速地进行对液晶光阀150的图像形成区域的照明光的扫描，如果取某一定时间内的积分，则如上述的图3(e)中所示，可进行在图像形成区域中具有均匀的照度分布的照明光的照射。此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于重复进行照明光的照射或非照射，故引起与间歇点亮相同的现象。
再次返回到图26，如在上述的图3中已说明的那样，入射到液晶光阀150的图像形成区域上的照明光在液晶光阀150的图像形成区域内根据电信号被调制，朝向未图示的观察者一侧射出。由此，观察者可直接看图像。
此外，在本实施方案中，使用了一个旋转棱镜130，但是，不限于此，如在上述的实施方案3中已叙述的那样，也可与由蝇眼透镜121进行了分割的各部分光对应地在蝇眼透镜121与122之间配置多个旋转棱镜331、332、333、334(参照图6)。详细地说，如图6中所示，将各旋转棱镜在同列中存在的部分光作为一个组，对于对应的组分别配置一个旋转棱镜。利用该结构，也可使照明光在液晶光阀150的图像形成区域上扫描。
此外，照射光学系统不限于蝇眼透镜121、122和重叠透镜123，例如，也可以是在实施方案4中示出的聚光透镜、棒与成像透镜的组合(参照图7)。再者，利用设计，可将平行化透镜140的位置变更到光路内的任意的位置上。另外，也可在旋转棱镜130与液晶光阀150之间的光路内设置放大或缩小照明光的剖面积的透镜系统或改变照明光的方向的反射镜等。
最后，作为本发明的实施方案示出的透镜阵列、重叠透镜、棒、成像透镜、旋转棱镜、液晶光阀、DMD、像反转棱镜等中的配置、形状、形态、大小等不限定于在各实施方案中所使用的投影仪的光学系统的应用，在不脱离本发明的主旨的范围内，也可应用于其它的光学系统。例如，在本发明中，在利用液晶光阀作为空间光调制器的情况下，也可与特开平8-304739等的统一了光的偏振那样的光学元件组合起来，进一步提高光的利用效率。
此外，照射光学系统和照明光扫描光学系统不限定于在各实施方案中已说明的透镜阵列、重叠透镜、棒、成像透镜和旋转棱镜，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行变更。例如，只要是照明光扫描光学系统，也可以是使用反射面构成表面的多面体旋转来扫描光的多角镜或电控制液晶分子的取向来扫描光的光学元件那样的元件。
再者，在液晶光阀或DMD的图像形成区域上所照射的照明光的区域、形状和扫描方向也不限定于各实施方案中已示出的结构，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行变更。
如以上已说明的那样，在本发明的投影仪和图像显示装置中，在瞬间的时间内，利用照射光学系统只对空间光调制器的图像形成区域的一部分进行具有均匀的照度分布的照明，但在某个时间的范围内，由于可利用照明光扫描光学系统使照明光在图像形成区域上扫描，故可进行对图像形成区域的整体来说具有均匀的照度分布的照明光的照射。因此，在将图像投射到屏幕上的情况下，对人眼来说可识别图像。
此外，如果着眼于图像形成区域的一部分，则由于照明光或是照射在其上或是不照射在其上，故引起与间歇点亮相同的现象。因此，即使空间光调制器是保持型的，也可显示鲜明的活动图像。
再者，在从光源发射与现有的投影仪和图像显示装置相同的光量的情况下，由于光量与以往相比不变，故可显示与以往相比不变暗的图像。
因而，可提供使活动图像的显示性能得到提高的、亮度或光的利用效率良好的投影仪。
特别是，在使用了作为保持型的显示器的一种的液晶光阀的投影仪和图像显示装置中，可得到非常好的效果。
权利要求
1.一种图像显示装置，其特征在于，具有光源，发射照明光；空间光调制器，具有根据电信号对上述照明光进行调制以形成图像光的图像形成区域；照射光学系统，变换从上述光源已发射的上述照明光的光束的形状和大小的至少一方并照射到比上述图像形成区域窄的区域上；以及照明光扫描光学系统，可使由上述照射光学系统照射的上述照明光在上述图像形成区域中扫描。
2.如权利要求1中所述的图像显示装置，其特征在于上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜。
3.如权利要求1中所述的图像显示装置，其特征在于上述照射光学系统具备透镜阵列部，将上述照明光分割为多个部分光并分别对其进行聚光；以及重叠透镜部，使上述部分光重叠在上述图像形成区域上或与上述图像形成区域共轭的面上。
4.如权利要求3中所述的图像显示装置，其特征在于上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，将至少一个上述旋转棱镜配置在上述重叠透镜部与上述空间光调制器之间。
5.如权利要求3中所述的图像显示装置，其特征在于上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，与由上述透镜阵列部进行了分割的上述部分光对应地配置多个上述旋转棱镜。
6.如权利要求1中所述的图像显示装置，其特征在于上述照射光学系统具备棒部，使从入射端部入射了的上述照明光在内壁或外壁上反射后使其从射出端部射出；以及成像透镜部，使上述射出端部的像在上述图像形成区域上成像。
7.如权利要求6中所述的图像显示装置，其特征在于上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，将至少一个上述旋转棱镜配置在上述棒部与上述空间光调制器之间。
8.一种投影仪，其特征在于，具有权利要求1～7的任一项中记载的图像显示装置；以及投影装置，投射在上述图像显示装置上所显示的图像。
9.如权利要求8中所述的投影仪，其特征在于具有将由上述照明光扫描光学系统进行了扫描的上述照明光分离为至少2色或以上的照明光的色分离光学系统。
10.如权利要求8中所述的投影仪，其特征在于具有将上述照明光分离为至少2色或以上的照明光的色分离光学系统，而且，在与由上述色分离光学系统进行了色分离的照明光中的其它的照明光相比光路长的照明光的光路中配置有使入射前和射出后的像的方向相同来传递的中继成像装置。
11.如权利要求8中所述的投影仪，其特征在于具有将上述照明光分离为至少2色或以上的照明光的色分离光学系统，而且，配置了对于已被色分离的照明光的至少一种使像的扫描方向反转用的像反转棱镜。
12.一种投影仪，其特征在于在具有如权利要求1、2、3、4、6或7中所述的图像显示装置和投射在上述图像显示装置上所显示的图像的投影装置的投影仪中，具有将上述照明光分离为至少2色或以上的照明光的色分离光学系统，而且，对每种颜色配置了扫描已被分离的上述照明光的照明光扫描光学系统。
13.如权利要求12中所述的投影仪，其特征在于上述照明光扫描光学系统具备通过旋转使上述照明光的折射角变化来扫描上述照明光的旋转棱镜，上述旋转棱镜的至少一个的旋转方向与其它的旋转棱镜的旋转方向不同。
全文摘要
本发明的课题是提供使活动图像的显示性能得到提高的、亮度或光的利用效率良好的图像显示装置和投影仪。本发明的图像显示装置具有发射照明光的光源110；作为具有根据电信号调制照明光以形成图像光的图像形成区域的空间光调制器的液晶光阀150；作为变换从光源110发射的照明光的光束的形状和大小的至少一方并照射到比图像形成区域窄的区域上的照射光学系统的蝇眼透镜121、122；重叠透镜123；作为能使由照射光学系统照射的照明光在图像形成区域上扫描的照明光扫描光学系统的旋转棱镜130；以及作为投射由液晶光阀150进行了调制的图像光的投影装置的投影透镜160。
文档编号H04N5/74GK1485650SQ03153679
公开日2004年3月31日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月20日
发明者小岛英挥 申请人:精工爱普生株式会社