专利名称：投射型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及投射型显示装置。
背景技术：
有一种小型的投射型显示装置为人们所了解(参考USP6,588,905号)，其对光源发出的光进行色分离，将色分离之后的各个颜色的光分别导入到各个颜色光使用的反射型光阀，并且对每个反射型光阀调制的各个颜色的光进行合成，然后将合成光投射到屏幕上。
一般，光阀使用电写入式光阀。这里的光阀是在基板上与像素对应而设置薄膜晶体管(TFT)等多个非线性开关元件而形成的。每个TFT选择性地将分别与图像信号对应的电压施加在与每个像素对应的调制层，即，呈阵列排列的液晶层上。施加了电压的液晶层的液晶分子的排列改变，该液晶层起到相位板的作用。因此，射入到光阀中的光通过经由该液晶层被发射，可以作为与入射时的偏光的振动方向不同的偏光的调制光而被发射。
这种光阀在每个像素之间的间隙部形成了栅状，对于入射光形成衍射光栅。因此，调制光不仅是所谓的0(零)次光，还发射包括±1次光、±2次光......等衍射光。在上述UPS6,588,905中记载的投射型显示装置中，存在包含在调制光中的衍射光被偏光分光镜的侧面反射，在屏幕上的指定图像外的位置上投射不必要的图像(幻像)的问题。
发明内容
本发明的投射型显示装置具有将光源发出的光分解成多种颜色光的色分离光学系统；与上述色分离光学系统分解的各种颜色的光对应配置，通过偏光分离部反射上述进行了色分离的光并射向与各种颜色对应配置的反射型光阀，然后把从上述各种颜色的反射型光阀射入的调制光透过上述偏光分离部并分别发射的偏光分光镜；将上述各个偏光分光镜发射的上述各种颜色的调制光进行颜色合成的颜色合成光学系统；具备投射通过上述颜色合成光形成的像的孔径光阑的投射光学系统，上述各种颜色的偏光分光镜分别具有上述偏光分离部和第一三棱镜和第二三棱镜，上述第一三棱镜的截面形状为具有90度的第一顶角、大于45度的第二顶角和小于45度的第三顶角的直角三角形，上述偏光分离部设置在上述第一三棱镜的上述第一顶角相对的面和上述第二三棱镜的一面接合的面上，上述进行了色分离的光射入到与上述第一三棱镜的上述第三顶角相对的面上，射向上述第一三棱镜入射面的上述已进行色分离的光的光轴入射角设置为，入射到上述第一三棱镜的光的光轴以与上述第三顶角相同角度的入射角射入到上述偏光分离部。
在该投射型显示装置中，与上述第一三棱镜的上述第二顶角接合的上述第二三棱镜的顶角最好与上述第一三棱镜的上述第三顶角相同。
另外，上述颜色合成光学系统最好由交叉二向棱镜构成。
还有，上述颜色合成光学系统最好为由具有相互不同截面形状的第三三棱镜和第四三棱镜和第五三棱镜的复合棱镜构成，在上述第三三棱镜和上述第四三棱镜之间形成第一二向色膜，在上述第四三棱镜和上述第五三棱镜之间形成第二二向色膜。
另外，上述色分离光学系统最好包括相互正交配置的具有反射上述多个颜色光中的一方的特性的第一二向棱镜和具有反射其他方颜色的第二二向棱镜的交叉二向棱镜、分别改变被上述交叉二向棱镜分别反射的颜色光的行进方向而配置的多个镜片。在这种情况下，上述镜片最好使被上述交叉二向棱镜分别反射的颜色光的行进方向偏转超过90度，并小于180度的角度。
在上述记载的投射型显示装置中，上述色分离光学系统最好将上述光源发出的光分解成红、绿、蓝三种颜色的光。在这种情况下，上述色分离光学系统最好包括相互正交配置的具有反射上述三色光中的一种颜色特性的第一二向棱镜和具有反射其他两种颜色混合光的第二二向棱镜的交叉二向棱镜、分别使被上述交叉二向棱镜反射的颜色的光的行进方向偏转超过90度并小于180度的角度的多个镜片、具有反射被上述镜片偏转的上述混合光中的一种颜色光并且穿透另一种颜色光的第三二向棱镜。
进而，在上述反射型光阀中被调制反射的光在入射光轴的入射角为0度下被入射到上述第一三棱镜的第二面上，从上述偏光分光镜中提取出的分光光最好从上述第二三棱镜的发射面以发射光轴的发射角为0度射出。
本发明的其他投射型显示装置由将光源发出的光分解成多种颜色光的色分离光学系统；与被上述色分离光学系统分解的各种颜色的光对应设置，通过偏光分离部反射上述进行了色分离的光并射向与各种颜色对应设置的反射型光阀，然后使从上述各种颜色的反射型光阀射入的调制光透过上述偏光分离部并分别发射的偏光分光镜；将上述各个偏光分光镜发射的上述各种颜色的调制光合成的颜色合成光学系统；具备投射上述颜色合成光形成的像的孔径光阑的投射光学系统构成，与上述各种颜色对应配置的偏光分光镜分别使上述进行了色分离的光射向入射面的上述进行了色分离的光的光轴的入射角形成不为0度的规定角度，另外，使从上述各色反射型光阀射入到上述分光镜的上述调制光的光轴与上述色分离光的入射面平行。
在该投射型显示装置中，色分离光学系统最好将光源发射的光分解为红、绿、蓝三种颜色的光。
在将光源发出的光射入到偏光分光镜中，并使被偏光分离部反射的光入射到反射型光阀、而后把调制反射的光射入到上述偏光分光镜中的同时，将调制光作为上述偏光分离部的穿透光而进行分光提取，并通过投射透镜投射，本发明的其他投射型表示装置中，上述偏光分光镜具有上述偏光分离部和第一三棱柱以及第二三棱镜，上述第一三棱镜的截面形状为第一顶角90度、第二顶角大于45度、第三顶角小于45度的直角三角形，上述偏光分离部设置在与上述第一三棱镜的上述第一顶角相对的面和上述第二三棱镜的一面接合的接合面上，从上述光源发出的光入射到与上述第一三棱镜的上述第三顶角相对的面上，对于该面的入射光轴的入射角设为入射到该第一三棱柱的光的光轴以与上述第三顶角相同角度的入射角入射偏光分离部。
在将光源发出的光射入到偏光分光镜中，并使被偏光分离部反射的光入射到反射型光阀、并把调制反射的光射入到上述偏光分光镜中的同时，将调制光作为上述偏光分离部的穿透光而进行分光提取，并通过投射透镜投射，在本发明的投射型显示装置中，上述偏光分光镜由夹着上述偏光分离部而连接的第一三棱镜和第二三棱镜构成，设置为从上述光源发出的光在入射光轴的入射角不为0的指定角度下入射到上述第一三棱镜的第一面上，被上述偏光分离部反射的光在发射光轴的发射角为0度下从上述第一三棱镜的第二面发射。
本发明的偏光分光镜具备光射入的入射面；与入射面呈大于90度小于45度的指定角度倾斜配置的偏光分离面；垂直入射面配置、射出作为射入到入射面的光被偏光分离面反射的第一射出面；与第一射出面平行配置，射入到第一射出面并穿透偏光分离面射出的光的第二射出面。
本发明的其他投射型显示装置具备将从光源发出的光分解成多种颜色光的色分离光学系统、与被色分离光学系统进行了色分离的各色光对应设置的多个偏光分光镜，偏光分光镜是上述发明的偏光分光镜，偏光分光镜设置成使被色分离光学系统分解的颜色光以“90度-指定角度”的入射角入射到偏光分光镜的偏光分离面上。
在该投射型显示装置中，色分离光学系统将从光源发出的光分解成三种颜色光，偏光分光镜设置为3个，三个偏光分光镜最好设置为使相邻的偏光分光镜的第二射出面相互垂直。在这种情况下，最好具备配置在偏光分光镜的第一射出面一侧、调制从第一射出面射出的颜色光，并且将进行了调制的调制光返回到第一射出面的光调制装置；和配置在偏光分光镜的第二射出面一侧、将从第二射出面射出的调制光进行颜色合成的颜色合成光学系统；和具备投射颜色合成光形成的像的指定数值孔径以下的孔径光阑的投射光学系统。
图1是本发明第一实施方式的投射型显示装置的基本结构图；图2是绿色光的偏光分光镜以及反射型光阀的放大图；图3是本发明第二实施方式的投射型显示装置的平面结构图；
图4是本发明第三实施方式的投射型显示装置的平面结构图。
具体实施例方式
以下参考附图对本发明的最佳实施方式进行说明。
(第一实施方式)图1是本发明第一实施方式的投射型显示装置的基本结构图。在图1中，投射型显示装置具有光源11；偏光照明装置10；二向棱镜16B、16RG；反射弯曲透镜17和18；二向色镜19；红色光用偏光分光镜20R；绿色光用偏光分光镜20G；蓝色光用偏光分光镜20B；红色光用反射型光阀21R；绿色光用反射型光阀21G；蓝色光用反射型光阀21B；交叉二向棱镜22；投射透镜23。
光源11由灯泡11a以及抛物面形状的凹面镜11b构成。从光源11发射的大致平行光束通过偏光照明装置10转换为大致单一偏光(在垂直于纸面方向具有振动方向的S偏光)。该偏光照明装置10由第一透镜板12、第二透镜板13、偏光转换装置14以及聚光透镜15构成。第一透镜板12是多个透镜平面地呈阵列形状排列形成的。第二透镜板13是在第一透镜板12的各个透镜的焦点位置附近分别平面地配置透镜而形成的。第一透镜板12将大致平行光束分割成多个中间光束。
偏光转换装置14由多个偏光分离膜、与该偏光分离膜成对地平行配置的反射膜、配置在指定发射面上的1/2波长相位板。偏光转换装置14对于第二透镜板13发射的光束通过1/2波长相位板使透过偏光分离膜的P偏光转换为S偏光，然后发射。另外，使被偏光分离膜反射的S偏光射入邻接的偏光分离膜中，然后被该偏光分离膜反射并以S偏光发射。聚光透镜15使从上述1/2波长相位板和偏光分离膜发射的被上述第一透镜板12分割的多个中间光束的单一偏光的光重叠照射在光阀上。通过这些结构，可以使光源11发出的光源光转换为单一偏光(在本实施方式中是S偏光)。
从偏光照明装置10发射的从光源来的光射入交叉二向色镜中。交叉二向色镜由二向色镜16B、二向色镜16RG构成。二向色镜16B和二向色镜16RG相互正交呈X型配置，使入射光轴的入射角分别为45度。二向色镜16B具有B(蓝)光反射特性。另一方面，二向色镜16RG具有R(红)光以及G(绿)光反射特性。交叉二向色镜(16B、16RG)将使入射的光源光分解为与入射光轴垂直并相互向相反方向行进的蓝色光、红色光和绿色光的混合光。这里所谓的光轴是指光束的中心轴。
进行了色分离的蓝色光以入射角小于45度的入射角射入到反射弯曲透镜17中。反射弯曲透镜17使入射的蓝色光向蓝色光用偏光分光镜20B反射。
红色光和绿色光的混合光以小于45度的入射角入射到反射弯曲透镜18中。反射弯曲透镜18使入射的混合光向二向色镜19反射。倾斜设置二向色镜19，以使混合光的光轴在入射角超过45度的角度下射入。二向色镜19具有把绿色光反射，同时透过红色光的特性。二向色镜19将射入的混合光分解为反射绿色光和透过红色光。这样，二向色镜16B、16RG和二向色镜19以及反射弯曲透镜17、18构成将光源光分解为由红色光、绿色光以及蓝色光组成的光的三原色的光的色分离光学系统。
进行了色分离的绿色光向绿色光用偏光分光镜20G行进。另外，进行了色分离的红色光向红色光用偏光分光镜20R行进。
偏光分光镜20B由棱镜20B-A和与该棱镜20B-A形状相同的棱镜20B-B构成，该棱镜20B-A以蓝色光的入射面和构成偏光分离部20B-P的面以及与反射型光阀21B相对的面为侧面。
偏光分光镜20G由棱镜20G-A和与该棱镜20G-A形状相同的棱镜20G-B构成，该棱镜20G-A以绿色光的入射面和构成偏光分离部20G-P的面以及与反射型光阀21G相对的面为侧面。
偏光分光镜20R由棱镜20R-A和与该棱镜20R-A形状相同的棱镜20R-B构成，该棱镜20R-A以红色光的入射面和构成偏光分离部20R-P的面以及与反射型光阀21R相对的面为侧面。
射入到各色光用偏光分光镜的各色光被偏光分离成各自在各色光用偏光分光镜内的偏光分离部被反射并从该偏光分光镜射出的S偏光、穿透偏光分离部并从该偏光分光镜射出的P偏光。在本实施方式中，将S偏光作为向反射型光阀射出的照明光使用，将P偏光作为无用光而废弃。
从蓝色光用偏光分光镜20B射出的蓝色的S偏光入射到反射型光阀21B中。从绿色光用偏光分光镜20G射出的绿色的S偏光入射到反射型光阀21G中。从红色光用偏光分光镜20R射出的红色的S偏光入射到反射型光阀21R中。
这里对于反射型光阀21B、21G和21R进行说明。反射型光阀是电写入式反射型光阀。即，在硅基板上把TFT等多个非线性开关元件分别对应像素设置。在每个TFT上分别连接规定像素的形状，并且在液晶层上施加电压的电极。进而在各个电极上形成液晶层。这些TFT分别将与图像信号对应的电压选择性地施加到液晶层上。施加了电压的液晶层，液晶分子的排列被改变，该液晶层即可起到相位板的作用。
在液晶层上施加电压的电极也可以作为反射从液晶层射入的光的反射板而发挥作用。因此，在反射型光阀的施加了电压的液晶层的领域中，从液晶层上射入的偏光光经过该液晶层被导入到反射板上。被反射板反射的反射光，又一次经由液晶层射出。如上所述，因为施加了电压的液晶层作为相位板而发挥作用，所以从反射型光阀射出的反射光是与入射偏光振动方向不同的偏光的调制光。另一方面，与反射型光阀的未选择像素对应的部分，即，入射到TFT没有施加电压的领域的液晶层的偏光根据液晶分子初始的定向扭曲结构行进并被反射板反射。该反射光通过又一次根据扭曲结构反向行进，射出与入射偏光振动方向相同的偏光。这样，反射型光阀的反射射出光为作为调制光的P偏光和作为非调制光的S偏光的混合光。反射型光阀也可以称为光调制装置。
从蓝色光用的反射型光阀21B反射射出的蓝色光再次射入到偏光分光镜20B中，并被偏光分离为穿透偏光分离部20B-P的P偏光的调制光、被偏光分离部20B-P反射的S偏光的非调制光。被偏光分光镜20B反射的非调制光沿光源11的方向行进并被废弃。同样，被绿色光用的反射型光阀21G反射射出的绿色光再次射入到偏光分光镜20G中，并被偏光分离为穿透偏光分离部20G-P的P偏光的调制光、被偏光分离部20G-P反射的S偏光的非调制光。另外，被红色光用的反射型光阀21R反射射出的红色光再次射入到偏光分光镜20R中，并被偏光分离为穿透偏光分离部20R-P的P偏光的调制光、被偏光分离部20R-P反射的S偏光的非调制光。由此，各色非调制光沿光源11的方向行进并被废弃。
穿透蓝色光用的偏光分光镜20B的P偏光(调制光)，即，分光光被射入到交叉二向棱镜22中。同样，穿透绿色光用的偏光分光镜20G的P偏光(调制光)分光光以及穿透红色光用的偏光分光镜20R的P偏光(调制光)分光光分别被射入到交叉二向棱镜22中。
交叉二向棱镜22是在内部使红色光反射二向色膜22R和蓝色光反射二向色膜22B相互正交而配置的复合棱镜。射入到交叉二向棱镜22中的红色分光光被红色光反射二向色膜22R反射到投射透镜23一侧。另外，射入到交叉二向棱镜22中的蓝色分光光被蓝色光反射二向色膜22B反射到投射透镜23一侧。进而，射入到交叉二向棱镜22中的绿色分光光分别穿透两个二向色膜22R、22B并进入投射透镜23一侧。由此，红色、绿色和蓝色的分光光从交叉二向棱镜22的相同侧面作为已经进行了颜色合成的光被射出。颜色合成光射入到投射透镜23中，并在屏幕(未图示)上投射全色像。由此，交叉二向棱镜22构成颜色合成光学系统。
投射透镜23通过配置在交叉二向棱镜22侧的前部透镜组、配置在屏幕一侧的后部透镜组和配置在前部透镜焦点位置上的孔径光阑在交叉二向棱镜22一侧形成焦阑。另外，对于投射透镜23的结构以下会进行叙述。孔径光阑决定从各种颜色用的反射型光阀21B、21G和21R的各个射出面的一点射出光束的放大状况(数值孔径(NA))的大小。也就是说，在光阀射出的光束之中，通过孔径光阑的光线形成的像被投射在屏幕上。因此，孔径光阑的数值孔径(NA)在指定值以下，即，孔径必须小于规定的直径大小。
本发明涉及在以上投射型显示装置的基本结构中，红色光用偏光分光镜20R、绿色光用偏光分光镜20G、蓝色光用偏光分光镜20B的各个形状和相对这些颜色的偏光分光镜的各种颜色光的入射角。
图2是在上述图1的投射型显示装置的基本结构中，单单取出关于绿色光的偏光分光镜20G以及反射型光阀21G的放大图。如上所述，投射透镜23由前部透镜组23a、后部透镜组23b和孔径光阑23c构成。在偏光分光镜20G中具有绿色光的入射面的棱镜20G-A的形状由截面形状是直角三角形的三角棱镜构成。直角三角形(截面形状)除了是直角的顶角D之外的两个顶角的角度互不相同。顶角α小于45度，顶角β大于45度。不过，α+β＝90度。
偏光分光镜20G中，并且连接棱镜20G-A和棱镜20G-B中间夹着偏光分离膜连接。该连接(接合)部与偏光分离部20G-P对应。和棱镜20-A连接的棱镜20G-B，至少与棱镜20G-A的顶角β连接的顶角角度等于上述棱镜20G-A的顶角α的角度。由此，连接后的绿色光用偏光棱镜20G的顶角C为90度。棱镜20G-B的其他两个顶角的角度虽然不是必须与棱镜20G-A的角度相等，但是在本实施方式中设成分别与棱镜20G-A对应顶角为相同角度。也就是说，棱镜20G-A和棱镜20G-B由相同棱镜构成，并且顶角D＝顶角E＝90度的同时，在棱镜20G-B中，与棱镜20G-A的顶角α连接的一侧的顶角角度等于棱镜20G-A顶角β的角度。这样，两个棱镜20G-A、20G-B夹着偏光分离部20G-P而连接的偏光分光镜20G的截面形状(与偏光分离部20G-P正交垂直的截面)是所有顶角都为90度，即，形成矩形。
射入到偏光分光镜20G的棱镜20G-A的把光源发出的光经色分离光学系统分解后的绿色光射入到顶角D和顶角β夹着的入射面上。此时的入射光轴的入射角设为非0的角度θ。指定角θ是将射入到棱镜20G-A中的光入射折射并进入到棱镜20G-A内，该光轴在与上述顶角α相同的入射角下射入到偏光分离部20G-P的角度。由此，因为偏光分离部20G-P反射的反射光轴的反射角与上述顶角α相等，所以偏光分离部20G-P的反射光光轴从被棱镜20G-A的顶角D和顶角α夹着的平面上与该平面垂直射出。射出的光被射入到反射型光阀21G中。
反射型光阀21G反射射出的光从上述射出面(棱镜20-A的上述顶角D和顶角α夹着的平面)中再次射入到棱镜20G-A中，其光轴为装置入射。入射光进入到棱镜20G-A内，其光轴在与上述顶角α相同的入射角下射入到偏光分离部20G-P中。如上所述，偏光分离部20G-P使入射光中的调制光(P偏光)通过，并反射非调制光(S偏光)。
穿透偏光分离部20G-P的P偏光的光作为分光光射入到棱镜20G-B中，在棱镜20G-B内行进。该分光光从棱镜20G-B的顶角α和顶角E夹着的平面，与该平面垂直地射出。射出光向投射透镜23行进。这样，反射型光阀21G反射出的光的光轴与偏光分光镜20G的光源光(绿色光)的入射面(顶角D和顶角β夹着的平面)平行。另外，偏光分离部20G-P反射的S偏光的光如上所述被废弃。
在图2的例子中，是使用绿色光的偏光分光镜20G和反射型光阀21G进行的说明，红色光和蓝色光与绿色光也是相同的。
这里，对于反射型光阀射出的0次光以外的成分进行说明。反射型光阀如上所述，与像素对应配置为阵列形的多个开光元件连接的电极兼用作反射板。射入到反射型光阀中的光通过阵列形反射板被反射。从入射侧观察该光阀，规定各个像素形状的反射板间隙构成的栅形成衍射光栅。因此，光阀反射射出的光不仅为所谓的0次光，还有±1次光、±2次光......的衍射光被反射。这种衍射光是在0次光形成的光束的最外缘光的外侧行进的。
在图2中，衍射光从光阀21G的一点A射出，并射入到偏光分光镜20G的棱镜20G-A中。入射的衍射光在棱镜20G-A内被绿色光的入射面(顶角D和顶角β夹着的平面)内面反射并在棱镜20G-A内行进，然后通过偏光分离部20G-P射入到棱镜20G-B中。衍射光进而在棱镜20G-B中行进，并从棱镜20G-B的顶角α和顶角E夹着的平面射出(光线A’)。
如上所述，因为内面反射的面(即，绿色光的入射面)与反射型光阀21G反射出的光(0次光)的光轴平行，所以衍射光形成的反射光线A’可以看作是从延长了光阀21G的液晶面上的一点X行进的光。因为光线A’比由投射透镜23的孔径光阑23c决定的数值孔径(NA)对于0次光的光轴的倾斜还大，所以即使衍射光射入投射透镜23中，也可以被上述孔径焦阑23c遮住。结果是可以防止由衍射光形成的像(所谓的幻像)投射到屏幕上。
采用以上说明的第一实施方式可以得到以下效果。
(1)截面形状是直角三角形的两个三棱镜分别夹着偏光分离膜而连接，从而分别构成偏光分光镜20G、20B、20R。除了直角三角形(截面形状)的直角的顶角之外的两个顶角，具有小于45度的顶角α和大于45度的顶角β。然后，使光源发出的光入射到偏光分光镜20G、20B、20R的入射面(直角顶角和顶角β夹着的面)，也就是，使从光阀21G、21B、21R向偏光分光镜20G、20B、20R射入的衍射光内面反射的面，与从光阀21G、21B、21R反射射出并再次射入20G、20B、20R的反射光的光轴平行。这样，因为上述内面反射的衍射光不会成为由投射透镜23的孔径光阑23c所决定的数值孔径(NA)内的光束，所以可以防止由衍射光造成的幻像的产生。
(2)因为构成偏光分光镜20G(20B、20R)的两个三棱镜由相同的棱镜构成，与使用不同形状的棱镜相比，可以降低成本。
(3)用反射偏转镜片18、17反射通过二向色镜16RG和16B分解的红色光和绿色光的混合光以及B光，以使其分别相互接近。这样，因为可以分别靠近交叉二向棱镜22配置偏光分光镜20B、20R(20G)，所以可以实现装置的小型化。
(4)在将光源11发出的光射入到偏光分光镜20G、20B、20R的时候，通过将对于偏光分光镜20G、20B、20R的各个入射面的入射光轴的入射角设为θ，而对于偏光分光镜20G、20B、20R的各个偏光分离部以小于45度的入射角(例如与棱镜20G-A顶角α的相同角度)射入。这样，与对于各个偏光分离部以45度入射角射入的情况相比较，因为可以使偏光分光镜20G、20B、20R分别靠近交叉二向棱镜，所以对于装置的小型化有效。进而，因为可以使数值孔径(NA)变大，所以可以得到亮度更高的投射图像。
(5)如上所述，在将光源11发出的光射入到偏光分光镜20G、20B、20R中的时候，通过将对于偏光分光镜20G、20B、20R的各个入射面的入射光轴的入射角设为θ，可以使偏光分光镜20G、20B、20R分别靠近交叉二向棱镜22。换一种说法，也可以说，这样使偏光分光镜20G、20B、20R分别靠近交叉二向棱镜22的同时，则进一步遵守以下条件，就可决定上述α、β和D。
条件1是向光阀21G、21B、21R射出时的顶角D和顶角α夹住的面与射出光轴垂直。条件2是射出到交叉二向棱镜22的顶角E和顶角α夹着的面对于射出光轴是垂直的。条件3是从光源射入偏光分光镜20G、20B、20R的夹在顶角D和顶角β之间的面与上述射出光轴平行。
进而，在入射角θ下射入偏光分光镜20G、20B、20R的各个入射面的入射光轴必须要考虑偏光分光镜的棱镜的以折射率n发生的折射。
(6)在图2中，设定射入绿色光的面为入射面、被偏光分离部10G-P反射并射出到反射型光阀21G的面为第一射出面、反射型光阀发射的调制光穿透偏光分离部20G-P并射出的面为第二射出面。偏光分离部(面)20G-P对于入射面形成小于90度大于45度的角度β而倾斜配置。第一射出面与入射面垂直配置。第二射出面与上述入射面垂直并与第一射出面平行。通过使用这样构成的偏光分光镜20G、20B、20R，可以分别使偏光分光镜20G、20B、20R靠近交叉二向棱镜22。
这里，上述偏光分光镜20G、20B、20R配置为使通过色分离光学系统分解的色光在α＝90度-β的入射角下射入到偏光分光镜的偏光分离面上。由此，从第一射出面射出的光垂直于第一射出面。另外，从第二射出面射出的调制光垂直于第二射出面。
在图1中，偏光分光镜20G、20B、20R与互为相邻的第二射出面是相互垂直的关系，这样就使在交叉二向棱镜22中进行颜色合成成为可能。即，从相邻的偏光分光镜20G、20B、20R向交叉二向棱镜22射入的调制光的光轴是相互垂直的关系。
(第二实施方式)图3是本发明第二实施方式的投射型显示装置的平面结构图。在图3中，在偏光照明装置10和偏光分光镜20之间配置了时间序列色分离光学系统24。偏光分光镜20与图2的偏光分光镜20G中使用的相同。因为光源11、偏光照明装置10、偏光分光镜20、反射型光阀21和投射透镜23分别与第一实施方式中的图1的结构相同，所以省略其说明，以与第一实施方式的不同点为中心进行说明。
在第二实施方式中，不具备对应多种颜色的多个光学系统，通过使用相同的光学系统，用时间分割方式投射多种颜色的光，使全色像投射在屏幕(未图示)上。
时间序列色分离光学系统24将玻璃原盘外周三等分地分别形成红色光穿透过滤器、绿色光穿透过滤器和蓝色光穿透过滤器。时间序列色分离光学系统24以旋转轴O’为中心按照指定的角速度旋转，以使光源11发出的光在时间分割下穿透各个过滤器。由此，按照时间序列对偏光照明装置10射出的光进行色分离，并在入射角θ(θ≠0)下射入到偏光分光镜20中。
按照时间序列分解的红色光、绿色光、蓝色光(以下称为色分离光)从棱镜20A的顶角D和顶角β夹着的入射面射入到偏光分光镜20中。入射角θ设为使射入到棱镜20A中的光进行射入折射并进入棱镜20A内，该光轴在与顶角α相同的入射角下射入到偏光分离部20-P的角度。由此，因为被偏光分离部20-P反射的反射光轴的反射角与顶角α相等，所以偏光分离部20-P形成的反射光其光轴从被棱镜20A的顶角D和顶角α夹着的平面垂直射出到该平面上。从偏光分光镜20射出的光被射入到反射型光阀21中。
反射型光阀21使按照时间序列射入的色分离光(红色光、绿色光、蓝色光)用与各种颜色对应的颜色信号按照时间序列进行调制，并将各种颜色的调制光按照时间序列射出。反射出反射型光阀21的光从上述射出面(棱镜20A的上述顶角D和顶角α夹着的平面)再次射入到棱镜20A中，其光轴为垂直地射入。入射光在棱镜20A内行进，其光轴在与上述顶角α相同的入射角下射入偏光分离部20-P。如上所述，偏光分离部20-P在入射光中穿透调制光(P偏光)，反射非调制光(S偏光)。
穿透偏光分离部20-P的P偏光的光作为分光光被射入到棱镜20-B中，在棱镜20-B内行进。该检光光从棱镜20-B的顶角α和顶角E夹着的平面垂直于该平面射出。从偏光分光镜20射出的光通过投射透镜23被投射到未图示的屏幕上。观察者可以通过观察按照时间序列投射的各种颜色的像，可以观察到全色像的投射图像。
另外，第二实施方式的投射透镜23也与图2时的相同，在其内部具备孔径光阑。因此，即使设为按照时间序列通过时间序列色分离光学系列24进行色分离的结构，也与第一实施方式相同，从反射型光阀21发出的衍射光，被偏光分光镜20的侧面反射而形成的虚幻光也可以被遮断，防止幻想的发生。
在第二实施方式中，光源11、偏光照明装置10、色分离光学系统24的光轴和从偏光分光镜20射出的调制光的光轴不一定是垂直的关系。由此，增加在各个要素的排列中的自由度。
(第三实施方式)图4是本发明第三实施方式的投射型显示装置的平面结构图。在图4中，与图1相同的设置标为相同符号，省略其说明。如果与图1的结构进行比较，因为色分离光学系统中的二向色镜和偏转镜片的配置以及构成颜色合成光学系统的多个棱镜的结构不同，所以以这些不同点为中心进行说明。
交叉二向色镜16配置为使从光源11来的入射光的光轴与投射透镜23的光轴为非平行状态。交叉二向色镜16将入射的光分解为蓝色光、与蓝色光相反方向行进的红色光和绿色光的混合光。进行了色分离的蓝色光射入到偏转镜片31中，以使入射偏转镜片31的光轴的入射角为例如38度。偏转镜片31将射入的蓝色光向偏转镜片32反射。蓝色光的入射光轴的入射角对于偏转镜片32设定为例如59度。偏转镜片32反射蓝色光，该反射蓝色光在非垂直角度(例如对于入射面84度)下射入到偏光分光镜20B的入射面中。
另一方面，红色光和绿色光的混合光被射入到偏转镜片33中，并且相对偏转镜片33的入射光轴的入射角形成例如35度。偏转镜片33使入射的混合光向绿色光反射二向色镜19反射。混合光的对于绿色光反射二向色镜19的入射光轴的入射角设定为大于45度的角度(例如51度)。
绿色光反射二向色镜19将混合光分解为从该镜片19反射的绿色光和穿透该镜片19的红色光。红色光和绿色光分别以不垂直于偏光分光镜20R、20G的入射面的角度(例如对于入射面是84度)下射入。
各种颜色用的偏光分光镜20G、20B、20R和反射型光阀21B、21R、21G分别与图1(第一实施方式)的相同。
复合棱镜由棱镜构件34、35和36构成。棱镜构件36由三棱柱棱镜构成，构成截面形状的三角形的三个顶角为50度、105度和25度。棱镜构件35由三棱柱棱镜构成，构成截面形状的三角形的三个顶角为45度、65度和70度。棱镜构件34由三棱柱棱镜构成，并且构成截面形状的三角形的三个顶角是90度、45度和45度。
棱镜构件34和35在夹在棱镜构件34中的两个45度顶角之间的面、夹在棱镜构件35中的70度和45度顶角之间的面之间形成红色光反射二向色膜并连接。棱镜构件35和36在夹在棱镜构件35中的70度和65度顶角之间的面、夹在棱镜构件36中的105度和25度顶角之间的面之间形成蓝色反射二向色膜并连接。
从偏光分光镜20B射出的蓝色检光光(P偏光)射入到构成复合棱镜的棱镜构件36中。从偏光分光镜20R射出的红色检光光(P偏光)射入到构成复合棱镜的棱镜构件35中。从偏光分光镜20G射出的绿色检光光(P偏光)射入构成复合棱镜的棱镜构件34中。
射入到棱镜构件36中的蓝色光在棱镜构件36内行进并被面36-a全反射(内面反射)，进而在棱镜构件36内继续行进。然后被蓝色光反射二向色膜反射，从面36-a向投射透镜23射出。
射入到棱镜构件35中的红色光在棱镜构件35内行进并被红色光反射二向色膜反射，在棱镜构件35内继续行进。然后分别穿透蓝色光反射二向色膜和棱镜构件36，从棱镜构件36的面36-a向投射透镜23射出。
射入到棱镜构件34中的绿色光棱镜构件34内行进并穿透红色光反射二向色膜，分别穿透棱镜构件-35、蓝色光反射二向色膜和棱镜构件36，并从棱镜构件36的面36-a向投射透镜23射出。
如上说明，蓝色、红色和绿色的分光光作为进行了颜色合成的光从棱镜构件36的相同面36-a射出。颜色合成光射入到投射透镜23中，并在屏幕(未图示)上投射全色像。这样，复合棱镜(棱镜构件34、35和36)就构成了颜色合成光学系统。
上述的色分离光学系统(二向色镜16和19以及偏转镜片31～33)配置为在使用棱镜构件34～36组成的颜色合成光学系统之际，把每个颜色在色分离后到光阀的光路长度设置成相同长度。上述的入射角等的数值是表示其中的一个例子。
如以上说明，在上述第三实施方式中，与第一实施方式一样，可以提供一种减少虚幻光产生的幻象的投射的投射型显示装置。
权利要求
1.一种投射型显示装置，其特征在于具备将光源发出的光分解成多种颜色光的色分离光学系统、偏光分光镜，其对应配置在被上述色分离光学系统分解的各种颜色的光上，通过偏光分离部反射上述进行了色分离的光并射向与各种颜色对应配置的反射型光阀，然后使从上述各种颜色的反射型光阀射入的调制光透过上述偏光分离部并分别被发射、将从上述各个偏光分光镜发射的上述各种颜色的调制光进行颜色合成的颜色合成光学系统、具有投射通过上述被颜色合成的光形成的像的孔径光阑的投射光学系统；上述各种颜色的偏光分光镜分别具有上述偏光分离部和第一三棱镜以及第二三棱镜，上述第一三棱镜的截面形状为具有90度的第一顶角、大于45度的第二顶角和小于45度的第三顶角的直角三角形，上述偏光分离部设置在上述第一三棱镜的上述第一顶角相对的面与上述第二三棱镜的一面相接合的面上，上述进行了色分离的光射入到与上述第一三棱镜的上述第三顶角相对的面上，射向上述第一三棱镜入射面的上述已进行色分离的光的光轴入射角为，使入射到上述第一三棱镜后的光的光轴射到上述偏光分离部的入射角与上述第三顶角为相同角度。
2.根据权利要求1所述的投射型显示装置，其特征在于，与上述第一三棱镜的上述第二顶角相接合的上述第二三棱镜的顶角的角度与上述第一三棱镜的上述第三顶角的角度相同。
3.根据权利要求1或2所述的投射型显示装置，其特征在于，上述颜色合成光学系统由交叉二向棱镜构成。
4.根据权利要求1或2所述的投射型显示装置，其特征在于，上述颜色合成光学系统由具有相互不同截面形状的第三三棱镜和第四三棱镜和第五三棱镜连接而成的复合棱镜构成，在上述第三三棱镜和上述第四三棱镜之间形成第一二向色膜，在上述第四三棱镜和上述第五三棱镜之间形成第二二向色膜。
5.根据权利要求1或2所述的投射型显示装置，其特征在于，上述色分离光学系统最好包括相互正交配置具有反射上述若干个颜色光中的一方特性的第一二向棱镜和具有反射其他方特性的第二二向棱镜的交叉二向棱镜；为分别改变被上述交叉二向棱镜分别反射的颜色光的行进方向而配置的多个镜片。
6.根据权利要求5所述的投射型显示装置，其特征在于，上述镜片使被上述交叉二向棱镜分别反射的颜色光的行进方向偏转超过90度，并小于180度的角度。
7.一种投射型显示装置，由将从光源发出的光分解成多种颜色的光的色分离光学系统、偏光分光镜，其对应配置在被上述色分离光学系统分解的各种颜色的光上，通过偏光分离部反射上述进行了色分离的光并射向各种颜色对应配置的反射型光阀，然后使从上述各种颜色的反射型光阀射入的调制光透过上述偏光分离部并分别被射出、将从上述各个偏光分光镜射出的上述各种颜色的调制光进行颜色合成的颜色合成光学系统、具有投射通过上述颜色合成光形成的像的孔径光阑的投射光学系统构成；上述与各种颜色的光对应配置的偏光分光镜分别设置为，使射向上述进行了色分离后的光的入射面的上述进行了色分离后的光的光轴的入射角形成不为0度的规定角度，另外，使从上述各色的反射型光阀射入到上述分光镜的上述调制光的光轴与上述色分离光的入射面平行。
8.根据权利要求1或2所述的投射型显示装置，其特征在于，上述色分离光学系统将上述从光源发出的光分解成红、绿、蓝三种颜色的光。
9.根据权利要求8所述的投射型显示装置，其特征在于上述色分离光学系统最好包括第一二向棱镜与第二二向棱镜相互正交配置而组成的交叉二向棱镜，所述第一二向棱镜具有反射上述三色光中的一种颜色的特性，所述第二二向棱镜具有反射其他两种颜色混合光的特性；使被上述交叉二向棱镜分别反射的颜色的光的行进方向各自偏转超过90度并小于180度的角度的多个镜片；具有反射被上述镜片偏转的上述混合光中的一种颜色光并且穿透另一种颜色光的特性的第三二向棱镜。
10.一种投射型显示装置，其特征在于具备偏光分光镜、反射型光阀、投射透镜，上述偏光分光镜具有偏光分离部和第一三棱柱以及第二三棱镜，从光源入射的光被上述偏光分离部反射并射出到上述反射型光阀中，上述反射型光阀调制从上述偏光分光镜射入的光，并再次射出到偏光分光镜中，上述偏光分光镜，把被上述反射型光阀调制后的调制光透过上述偏光分光部，作为分光光向上述投射透镜射出，上述投射透镜投射上述分光光，上述第一三棱镜的截面形状为第一顶角90度、第二顶角大于45度、第三顶角小于45度的直角三角形，上述偏光分离部设置在上述第一三棱镜的上述第一顶角相对的面与上述第二三棱镜的一面相接合的接合面上，从上述光源发出的光入射到与上述第一三棱镜的上述第三顶角相对的面上，入射光轴的对该面的入射角为，入射到该第一三棱柱后的光的光轴对于偏光分离部以与上述第三顶角相同角度的入射角入射。
11.一种投射型显示装置，其特征在于，具备偏光分光镜、反射型光阀、投射透镜，上述偏光分光镜由偏光分离部和夹着上述偏光分离部相连接的第一三棱镜与第二三棱镜构成，从上述光源发出的光被上述偏光分光镜反射并向上述反射型光阀射出，上述反射型光阀调制从上述偏光分光镜射入的光，并再次向偏光分光镜射出，上述偏光分光镜使上述反射型光阀调制的调制光穿透上述偏光分离部并作为分光光射到上述投射透镜中，上述投射透镜投射上述分光光，上述从光源发出的光在入射光轴的入射角不为0的指定角度下被射入到上述第一三棱镜的第一面上，被上述偏光分离部反射的光在射出光轴的射出角为0度下从上述第一三棱镜的第二面射出。
12.根据权利要求9所述的投射型显示装置，其特征在于，被上述反射型光阀调制反射的光在入射光轴的入射角为0度下射入到上述第一三棱柱的第二面上，从上述偏光分光镜提取出的分光光在射出光轴的射出角为0度下，从上述第二三棱柱的射出面射出。
13.一种偏光分光镜，其特征在于，具备光射入的入射面；与入射面呈小于90度大于45度的指定角度倾斜配置的偏光分离面；垂直于入射面配置、把上述射入到入射面后被上述偏光分离面反射的光射出的第一射出面；与第一射出面平行配置，射入到上述第一射出面并穿透偏光分离面的光射出的第二射出面。
14.一种投射型显示装置，其特征在于，具备将从光源发出的光分解成多种颜色光的色分离光学系统、与被色分离光学系统进行了色分离后的各色光对应配置的多个偏光分光镜，所述偏光分光镜是权利要求13的偏光分光镜，偏光分光镜设置为，使被色分离光学系统分解的颜色光在“90度-指定角度”的入射角下入射到上述偏光分光镜的偏光分离面上。
15.根据权利要求14所述的投射型显示装置，其特征在于，上述色分离光学系统将从光源发出的光分解成三种颜色光，上述偏光分光镜设置为3个，上述三个偏光分光镜设置为，使相邻的上述偏光分光镜的第二射出面相互垂直。
16.根据权利要求15所述的投射型显示装置，其特征在于，具备配置在上述偏光分光镜的上述第一射出面一侧、调制从上述第一射出面射出的颜色光，并且将进行了调制的调制光返回到第一射出面的光调制装置；配置在偏光分光镜的第二射出面一侧、将从上述第二射出面射出的调制光进行颜色合成的颜色合成光学系统；具备投射经颜色合成的光所形成的像的指定数值孔径以下的孔径光阑的投射光学系统。
17.根据权利要求7所述的投射型显示装置，其特征在于，上述色分离光学系统，把从上述光源来的光分解为红色光、绿色光、蓝色光的3色光。
全文摘要
一种投射型显示装置，其特征在于，具备将从光源发出的光分解成多种颜色光的色分离光学系统；与被色分离光学系统进行了色分离的各色光对应设置的多个偏光分光镜，上述偏光分光镜是权利要求13的偏光分光镜，上述偏光分光镜使被色分离光学系统分解的颜色光在“90度－指定角度”的入射角下入射到偏光分光镜的偏光分离面上。上述偏光分光镜，其特征在于，具备光射入的入射面；与入射面呈小于90度大于45度的指定角度倾斜配置的偏光分离面；垂直于入射面配置、射入到入射面后被偏光分离面反射的光所射出的第一射出面；与上述第一射出面平行配置，射入到上述第一射出面并穿透偏光分离面的光所射出的第二射出面。
文档编号G02F1/13357GK1517782SQ200410000508
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月8日 优先权日2003年1月9日
发明者关根淳, 服部彻夫, 夫 申请人:株式会社尼康