图象投影装置和图象投影系统的制作方法

专利名称：图象投影装置和图象投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及把使用液晶面板等形成的原画对屏幕等被投影面放大投影的投影仪，特别涉及通过反射型液晶面板形成原画的投影仪。
背景技术：
特开2001-154268中公开了组合反射型液晶显示元件和偏振光光束分离器的图象投影装置。在特开2001-154268中，如图12所示，在由白色光源1001、形成红色R、绿色G、蓝色B的原画的反射型液晶显示元件1002R(形成红色的原画的反射型液晶显示元件)、1002G(形成绿色的原画的反射型液晶显示元件)、1002B(形成蓝色的原画的反射型液晶显示元件)和投影光学系统1003构成的图象投影装置中，具有在白色光源1001和反射型液晶显示元件1002R、1002G、1002B之间设置的二色镜1004；在二色镜1004和反射型液晶显示元件1002R、1002G、1002B之间设置偏振光光束分离器1005、1006的色分解系统；在反射型液晶显示元件和投影光学系统之间设置第一、第二、第三偏振光光束分离器1005、1006、1007的色合成系统。
这里，偏振光光束分离器的色分解通过在所述偏振光光束分离器1004和第二偏振光光束分离器1006之间设置把给定波长区的光(这里，蓝色波长区域的光)的偏振方向旋转90度的第一色选择性相位差板1008，在第二偏振光光束分离器1006和第三偏振光光束分离器1007之间设置第二色选择性相位差板1009(这里，使蓝色波长区域的光的偏振方向旋转90度)，把色成分(R、B)和偏振方向(P、S)关联，通过第一色选择性相位差板1008，B色光的偏振方向旋转90度，B色光作为P偏振光，R色光作为S偏振光入射第二偏振光光束分离器1006，分别分割为第二色光的光路(R)和第三色光的光路。
此外，在第一光路中，在第一偏振光光束分离器1005反射的光由第一反射型液晶显示元件1002G使偏振方向旋转90度后反射，透过第一偏振光光束分离器1005，由1/2相位板1012把偏振方向旋转90度，在第三偏振光光束分离器1007反射，到达投影光学系统1003，第二光路的光由第二反射型液晶显示元件1002B把偏振方向旋转90度，反射，透过第二偏振光光束分离器1006，第三光路的光由第三反射型液晶显示装置1002B使偏振方向旋转90度后反射，由第二偏振光光束分离器1006反射，2色(R、B)光合成为一个光路，由第二色选择性相位差板1009把B色光的偏振方向旋转90度，R、B色光都变为P偏振光，透过第三偏振光光束分离器1007，到达投影光学系统1003，合成三色的光。
在以往的例子中，在第一偏振光光束分离器1005的入射一侧和第一色选择性相位差板1008的入射一侧分别设置偏振片1010、1011，去掉来自光源1000的照明光中包含的不需要的偏振光成分，提高对比度。
这里，记载了作为偏振片的性能，有必要使不需要的偏振方向的透射率为1％以下。这样为了取得高的特性，使用液晶的图象投影装置中使用的偏振片有必要使用耐热性高的染料类偏振片。可是，在白色的波长范围中，染料类偏振片吸收不要的偏振光成分的偏振光是充分的，但是透过的偏振光成分透射率低，如果提高对比度，则亮度大幅度减少。作为对策，在以往的例子中，具有吸收不要的偏振光成分的偏振光作用的波长范围限定在给定范围，防止透射率的下降。
可是，在以往例子中表示的图象投影装置的色分解合成系统中，作为使对比度下降的要因，除了以往例子中描述的来自光源的光的偏振度，有偏振光光束分离器的偏振光分离膜的角度特性。在对于给定(45度)的入射角，设计为几乎变为100％的偏振光分离性能的偏振光分离膜中，在入射角度为从给定角度偏移的角度下，偏振光分离性能下降。特别当取得明亮的图象时，必须增大照明光束对偏振光分离膜的入射角度范围，所以角度特性的影响变得显著。
因此，在使用反射型液晶显示元件的图象投影装置中，为了实现高对比度，有必要在全部波长区域中，去掉不需要的偏振光成分，以往例子的红(R)和蓝(B)的光路中使用的偏振片的特性限定于B的波长区域，在R的区域中，如果使用任意的偏振方向都透过的偏振片，则存在无法实现高对比度的问题。

发明内容
作为本发明的一个观点的图象投影装置包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；包含把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的第一色成分、第二色成分、第三色成分的色分解光学系统的照明光学系统，该照明光学系统分别用所述三色光成分照明所述三个反射型液晶显示元件。此外，图象投影装置具有合成从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分的色合成光学系统；把由所述色合成光学系统合成的光投影到被投影面上的投影光学系统；配置在从所述光源到所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个的光路上的入射一侧偏振片。入射一侧偏振片对于应该由该入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
此外，作为其他观点的本发明的图象投影装置包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；包含把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的第一色成分、第二色成分、第三色成分的色分解光学系统的照明光学系统，该照明光学系统分别用所述三色光成分照明所述三个反射型液晶显示元件。此外，图象投影装置具有包含把所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分合成的色合成光学系统的投影光学系统，该投影光学系统把由所述色合成光学系统合成的光投影到被投影面上；配置在从所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个到所述投影光学系统的光路上的出射一侧偏振片。出射一侧偏振片对于应该由出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
此外，作为其他观点的本发明的图象投影系统具有上述的图象投影装置和对所述图象投影装置供给图象信息的图象信息供给装置。


下面简要说明附图。
图1是表示本发明实施例1的图。
图2是实施例1的二色镜的特性图。
图3是实施例1的第一色选择性相位差板的特性图。
图4是实施例1的第一色选择性相位差板的特性图。
图5A、5B是实施例1的偏振光光束分离器的特性图。
图6A、6B是实施例1的偏振片的特性图。
图7是表示本发明实施例2的图。
图8是实施例2的色选择性相位差板的特性图。
图9是表示本发明实施例3的图。
图10是实施例3的偏振片的特性图。
图11是说明偏振光变换元件的图。
图12是说明以往例的图。
具体实施例方式
本实施例的图象投影装置包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；包含把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的第一色成分、第二色成分、第三色成分的色分解光学系统，分别用所述三色光成分照明所述三个反射型液晶显示元件的照明光学系统；合成从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分的色合成光学系统；把由所述色合成光学系统合成的光投影到被投影面上的投影光学系统。在该图象投影装置中，在从所述光源到所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个的光路上配置有入射一侧偏振片。而且，入射一侧偏振片对于应该由该入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
例如，当设计为S偏振光透射的偏振片时，在理想上，P偏振光应该被遮光。这里，应该遮光的偏振方向的光是P偏振光，意味着该P偏振光透过偏振片的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。当然，P偏振光和S偏振光可以相反，这里的P偏振光和S偏振光对于后级或前级的光学元件(例如，偏振光光束分离器或二色镜)，可以不是理想上的P偏振光和理想上的S偏振光，对于理想上的P偏振光和理想上的S偏振光，偏振方向也可以偏移3度(在理想上，1度)。
这里，希望该入射一侧偏振片对于应该由该入射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为90％以上。
此外，所述入射一侧偏振片希望具有配置在所述第一色光成分的光路上的第一入射一侧偏振片、配置在所述第二色光成分和所述第三色光成分的公共光路上的第二入射一侧偏振片。
此外，实质上只有所述第一色光成分入射所述第一入射一侧偏振片，只有所述第二色光成分和所述第三色光成分入射所述第二入射一侧偏振片。这里，所说的实质上意味着入射到所述第一入射一侧偏振片的光的90％以上是所述第一色光成分的波长区域的光，入射到所述第二入射一侧偏振片的光的90％以上是所述第二色光成分和所述第三色光成分的光。
此外，希望所述第一色光成分是绿色区域的光，希望所述第二色光成分是红色区域的光，所述第三色光成分是蓝色区域的光。
这里，所述色分解光学系统具有从由所述光源发出的白色光分离所述第一色光成分的第一色分解元件；把从所述第一色分解元件射出的所述第一色光成分向所述第一反射型液晶显示元件引导的第二色分解元件；把从所述第一色分解元件射出的所述第二色光成分和所述第三色光成分分离，向所述第二反射型液晶显示元件和所述第三反射型液晶显示元件引导的第三色分解元件。
所述第一色分解元件是二色镜或二色棱镜，所述第二色分解元件和所述第三色分解元件希望是偏振光分离元件。
希望所述第一色分解元件和所述第二色分解元件和所述第三色分解元件都是偏振光分离元件。
在所述第一色分解元件和所述第二色分解元件之间配置第一入射一侧偏振片，在所述第一色分解元件和所述第三色分解元件之间配置第二入射一侧偏振片。
在所述第二入射一侧偏振片和所述第三色分解元件之间配置使所述第二色光成分和所述第三色光成分中的任意一方的偏振方向实质上旋转90度的色选择性相位板。
在从所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个到所述投影光学系统的光路上配置出射一侧偏振片，出射一侧偏振片对于应该由出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
所述色合成光学系统具有把从所述第一反射型液晶显示元件射出的所述第一色光成分向后级的光学系统引导的第一色合成元件；把从所述第二反射型液晶显示元件射出的第二色光成分和所述第三反射型液晶显示元件射出的所述第三色光成分进行颜色合成的第二色合成元件；把从所述第一反射型液晶显示元件射出的所述第一色光成分和从所述第二反射型液晶显示元件射出的第二色光成分进行颜色合成的第三色合成元件。
具有配置在所述第一色合成元件和所述第三色合成元件之间的第一出射一侧偏振片、配置在所述第二色合成元件和所述第三色合成元件之间的第二出射一侧偏振片。
在所述第二出射一侧偏振片和所述第三色合成元件之间配置使所述第二色光成分和所述第三色光成分中的任意一方的偏振方向实质上旋转90度的色选择性相位板。
所述色分解光学系统和所述色合成光学系统希望共享两个偏振光分离元件。
此外，本实施例的其他图象投影装置包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；包含把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的三色光成分的色分解光学系统，分别用所述三色光成分照明所述三个反射型液晶显示元件的照明光学系统；包含合成从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分的色合成光学系统，把由所述色合成光学系统合成的光投影到被投影面上的投影光学系统。在该图象投影装置中，在从所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个到所述投影光学系统的光路上配置有出射一侧偏振片，出射一侧偏振片对于应该由出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
希望该出射一侧偏振片对于应该由该出射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为90％以上。
所述第一色光成分从所述第一反射型液晶显示元件射出，经过第一色合成元件、第一出射一侧偏振片，经过第三色合成元件，入射到所述投影光学系统。所述第一色合成元件、所述第三色合成元件希望都是偏振光分离元件。
所述第二、三色光成分从所述第二、三反射型液晶显示元件射出，经过第二色合成光学元件、把所述第二、三色光成分中的任意一方色光成分的偏振方向实质上旋转90度的色选择性相位板、第二出射一侧偏振片、第三色合成元件，入射到所述投影光学系统。
所述第二色合成元件、所述第三色合成元件都是偏振光分离元件。
所述第三色合成元件把所述第一色光成分和所述第二、三色光成分进行颜色合成。
在该图象投影装置中，所述色合成光学系统具有把从所述第一反射型液晶显示元件射出的所述第一色光成分向后级的光学系统引导的第一色合成元件；把从所述第二反射型液晶显示元件射出的所述第二色光成分和从所述第三反射型液晶显示元件射出的所述第三色光成分进行颜色合成的第二色合成元件；把从所述第一色合成元件射出的光和从所述第二色合成元件射出的光进行颜色合成的第三色合成元件。而且，具有配置在所述第一色合成元件和所述第二色合成元件之间的第一出射一侧偏振片；配置在所述第二色合成元件和所述第三色合成元件之间的第二出射一侧偏振片；配置在所述第二出射一侧偏振片和所述第三色合成元件之间，使所述第二色光成分和所述第三色光成分中的任意一方的偏振方向实质上旋转90度的色选择性相位板。
此外，本实施例的其他图象投影装置包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的第一色光成分、第二色光成分、第三色光成分的色分解光学系统；包含把从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分合成的色合成光学系统，把由该色合成光学系统合成的光投影到被投影面上的投影光学系统。这里，所述色分解光学系统具有把来自所述光源的光分离为所述第一色光成分、所述第二、三色光成分的第一色分解元件；把所述第一色光成分向所述第一反射型液晶显示元件引导的第二色分解元件；把所述第二色光成分和所述第三色光成分进行色分解，分别向所述第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件引导的第三色分解元件；配置在所述第一色分解元件和所述第二色分解元件之间的第一入射一侧偏振片；配置在所述第一色分解元件和所述第三色分解元件之间的第二入射一侧偏振片；配置在所述第二入射一侧偏振片和所述第三色分解元件之间，使所述第二色光成分的偏振方向实质上旋转90度的第一色选择性相位板。所述色合成光学系统具有第一色合成元件、第二色合成元件、第三色合成元件；配置在所述第一色合成元件和所述第二色合成元件之间的第一出射一侧偏振片；配置在所述第二色合成元件和所述第三色合成元件之间的第二出射一侧偏振片；配置在所述第二出射一侧偏振片和所述第三色合成元件之间，使所述第三色光成分的偏振方向实质上旋转90度的第三色选择性相位板。
在该图象投影装置中，所述第一色合成元件把从所述第一反射型液晶显示元件射出的所述第一色光成分向所述第三色合成元件引导，所述第二色合成元件把从所述第二反射型液晶显示元件射出的所述第二色光成分和从所述第三反射型液晶显示元件射出的所述第三色光成分进行颜色合成，把所述第二色光成分和所述第三色光成分向所述第三色合成元件引导。所述第三色合成元件把所述第一色光成分、所述第二色光成分、所述第三色光成分进行颜色合成，把颜色合成的三个色光成分向所述投影光学系统引导。
这里，该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450～630nm波长区域中的平均值为5％以下。
该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450～630nm波长区域中的平均值为90％以上。
该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450～630nm波长区域中的平均值为5％以下。
该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450～630nm波长区域中的平均值为90％以上。
本发明的其他图象投影装置把来自光源的光分解为第一色光成分、第二色光成分、第三色光成分，照明第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件，把从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分合成，投影到被投影面上。该图象投影装置具有把来自所述光源的光分解为所述第一色光成分、所述第二、第三色光成分的色分解元件；把从所述第一色分解元件射出的所述第一色光成分检偏的第一入射一侧偏振片；把从所述第一入射一侧偏振片射出的光反射或透射，向所述第一反射型液晶显示元件引导，使从所述第一反射型液晶显示元件射出的第一图象光成分透射或反射并射出的第一偏振光分离元件；把从第一偏振光分离元件输出的光检偏的第一出射一侧偏振片；把从所述色分解元件输出的所述第二、三色光成分检偏的第二入射一侧偏振片。该图象投影装置还具有使从所述第二入射一侧偏振片射出的光中所述第二色光成分的偏振方向实质上旋转90度的第一色选择性相位板；把从所述第一色选择性相位板射出的光分解为所述第二色光成分和所述第三色光成分，向所述第二反射型液晶显示元件和所述第三反射型液晶显示元件引导，把从所述第二反射型液晶显示元件射出的第二图象光成分和从所述第三反射型液晶显示元件射出的第三图象光成分进行颜色合成的第二偏振光分离元件；使从所述第二偏振光分离元件射出的光中所述第三色光成分实质上旋转90度的第二色选择性相位板；把从所述第二色选择性相位板射出的光检偏的第二出射一侧偏振片；把从所述第一出射一侧偏振片射出的所述第一图象光成分和从所述第二出射一侧偏振片射出的所述第二、三图象光成分进行色合成的第三偏振光分离元件。
而且，该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm～630nm波长区域中的平均值为5％以下。
该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm～630nm波长区域中的平均值为90％以上。
该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm～630nm波长区域中的平均值为5％以下。
该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm～630nm波长区域中的平均值为90％以上。
这里，在上述的图象投影装置中，在把来自光源的光分离为所述第一色光成分和所述第二、三色光成分的第一色分解元件和光源之间具有把来自光源的光变换给定的偏振方向的光的偏振光变换元件。此外，该第一色分解元件希望是二色镜，但是代替第一色分解元件，也可以配置使第一色光成分的偏振方向和第二、三色光成分的偏振方向的任意一个实质上旋转90度色选择性相位板、偏振光分离元件(偏振光光束分离器)。把从色选择性相位板射出的光由偏振光分离元件分离为第一色光成分和第二、三色光成分。
这里，通过使所述第二、三偏振光光束分离器为同一偏振光光束分离器，能使构成色分解合成光学系统的光学系统小型化。
此外，通过对各色光成分设置的投影系统一侧偏振片、照明系统一侧偏振片使用同一偏振片，能降低元件成本，实现低价的光学系统。
此外，本实施例的图象投影系统具有上述的图象投影装置和对所述图象投影装置供给图象信息的图象信息供给装置。
下面，参照附图，说明本发明实施例。
实施例1图1是表示本发明实施例1的图。图中，1是用连续光谱发出白色光的光源，2是把光向给定方向汇聚的反射镜。3a是把矩形透镜配置为矩阵形状的第一蝇眼透镜，3b是由与第一蝇眼透镜的各透镜对应的透镜阵列构成的第二蝇眼透镜。4是使无偏振光与给定偏振光一致的偏振光变换元件。5a、5b是聚光器透镜，5c是反射镜。6a是B的光的偏振方向变换90度，R光的偏振方向不变换的第一色选择性相位差板。6b是把R光的偏振方向变换90，把B的光的偏振方向不变换的第二色选择性相位差板。
7是把蓝色(B)和红(R)的波长区域的光反射，绿(G)的波长区域的光透射的二色镜。8a、8b、8c是P偏振光透射，把S偏振光反射的第一偏振光光束分离器、第偏振光光束分离器、第三偏振光光束分离器。
10r、10g、10b是红色用的1/4波长板、绿色用的1/4波长板、蓝色用的1/4波长板。11是投影透镜。12a、12b、12c、12d分别是偏振片。
这里，投影透镜(投影光学系统)11并不局限于透镜，也可以只由反射镜构成，也可以反射镜和透镜混合构成。
下面说明光学的作用。从光源1发出的光通过反射镜2向着给定方向。这里，反射镜2具有抛物面形状，来自抛物面焦点位置的光成为平行于抛物面对称轴的光束。须指出的是，反射镜2并不一定局限于抛物面，可以为椭圆面形状。这时，组合椭圆面形状的反射镜和凸透镜或凹透镜，形成平行的光束。可是，光源1不是理想的点光源，发光点具有有限的大小，所以汇聚的光束中也包含不平行于抛物面对称轴的成分。
从反射镜2射出的大致平行光束入射到第一蝇眼透镜3a。把外形为矩形的具有正光焦度的透镜组合为矩阵状，构成第一蝇眼透镜3a。入射到第一蝇眼透镜3a的光束分割为与各透镜相应的多个光束，并且汇聚，经过第二蝇眼透镜3b，在偏振光变换元件的附近把多个光源像形成矩阵状。
偏振光变换元件4如图11所示，具有偏振光分离面和反射面和1/2波长板。汇聚为矩阵状的多个光束分别入射到对应的偏振光分离面，分割为透过的P偏振光成分的光和反射的S偏振光成分的光。反射的S偏振光成分的光由反射面反射，向与P偏振光成分相同的方向出射，P偏振光成分透过1/2波长板，变换为与S偏振光成分相同的偏振光成分。因此，在偏振光分离面反射的S偏振光、透过的P偏振光都作为偏振方向一致的光(S偏振光)射出。
进行偏振光变换的多个光束在偏振光变换元件的附近汇聚后，作为发散光束到达汇聚光学系统。汇聚光学系统具有聚光器透镜5a、5b。多个光束分别通过汇聚光学系统在能形成第一蝇眼透镜的矩形形状的像的位置重叠，形成矩形的均匀的照明区。在该照明区中配置反射型液晶显示元件9r、9g、9b。
设置在照明光路中的二色镜7具有图2的实线所表示的特性。在二色镜7中把颜色分离(这里，透过的)G(绿色)光成分对于第一偏振光光束分离器8a作为S偏振光入射，由偏振光分离面反射，到达G用的反射型液晶显示元件。在G用的反射型液晶显示元件9g中，对G光进行图象调制，反射。进行图象调制的G反射光的S偏振光成分再由该偏振光分离面反射，回到光源一侧，从投影光除去。进行图象调制的P偏振光成分透过该偏振光分离面。
透过第一偏振光光束分离器8a的光对第三偏振光光束分离器8c作为P偏振光入射，透过偏振光分离面，到达投影透镜11，引导到屏幕等被投影面。
而由二色镜7反射的R和B光入射到第一色选择性相位差板6a。图3表示该第一色选择性相位差板6a的特性。图3表示对入射的光的偏振方向把偏振方向变换90度(正交)的变换率。从图3可知，比约540nm的波长还长的光的偏振方向旋转90度，波长比约530nm还短的光的偏振方向不变化，透过色选择性相位差板。即R(红色波长区域)的光的偏振方向不变换，保持S偏振光，透过色选择性相位差板，B(蓝色波长区域)的光的偏振方向变换90度，变为P偏振光，透过色选择性相位差板。
据此，B光作为P偏振光，R光作为S偏振光入射到第二偏振光光束分离器8b。因此，在第二偏振光光束分离器8b中，B光透过偏振光分离面，到达B用的反射型液晶显示元件9b，R光由该偏振光分离面反射，到达R用的反射型液晶显示元件9r。
在B用的反射型液晶显示元件9b，对B光进行图象调制，反射。调制的B反射光的P偏振光成分再透过第二偏振光光束分离器8b的偏振光分离面，回到光源一侧，从投影光除去。调制的B反射光中S偏振光成分的光由该偏振光分离面反射，引导到后级的投影透镜11，成为投影光。同样，在R用的反射型液晶显示元件9r中，对R光进行图象调制，反射。调制的R反射光的S偏振光成分再由第二偏振光光束分离器8b的偏振光分离面反射，回到光源一侧，从投影光除去。调制的R反射光的P偏振光成分透过该偏振光分离面，引导到后级的投影透镜11，成为投影光。据此，B和R的投影光合成为一个光束。
而且，颜色合成，并且从第二偏振光光束分离器射出B光和R光在入射到第三偏振光光束分离器之前，入射到第二色选择性相位差板6b。第二色选择性相位差板具有图4所示的特性，B光保持S偏振光透过第二色选择性相位差板，R光从P偏振光变换为S偏振光(使偏振方向旋转90度，透过第二色选择性相位差板)，入射到第三偏振光光束分离器8c。
在第三偏振光光束分离器中，B光和R光反射，而G(绿色波长区域)光透射，所以在第三偏振光光束分离器的偏振光分离面，R、G、B三色的光合成。
合成的RGB的投影光由投影透镜11投影到屏幕上。
这里，表1是本实施例中使用的偏振光光束分离器8a、8b中的偏振光分离膜的设计例，图5A、5B是其特性图。图5A表示入射到偏振光分离膜的角度为40、42.5、45、47.5、50度时的P偏振光的透射率，图5B表示入射到偏振光分离膜的角度为40、42.5、45、47.5、50度时的S偏振光的透射率。



所述入射角度范围的P偏振光的平均透射率在波长范围450～500nmTpb＝91％波长范围为500～580nmTpg＝93％波长范围为580～630nmTpr＝95％。
在相同波长范围中，S偏振光的平均透射率为Tsb＝2％Tsg＝2％Tsr＝2％。
用P偏振光检偏时的泄漏光Mp为Mpb＝1-Tpb＝9％Mpg＝1-Tpg＝7％Mpr＝1-Tpr＝5％用S偏振光检偏时的泄漏光Ms为Msb＝1-Tsb＝2％Msg＝1-Tsg＝2％Msr＝1-Tsr＝2％在检偏作用高的S偏振光中，也存在2％的泄漏光，所以只用偏振光光束分离器，泄漏光过多，所以无法取得高对比度。
图6A、B表示本实施例中使用的偏振片12a、12b、12c、12d的特性图。
图6A表示应该吸收的偏振方向的光的透射率，图6B表示应该透射的偏振方向的光的透射率。
波长范围450～630nm的吸收的偏振方向的光的平均透射率为2％。与所述各色光的波长区域对应时的吸收的偏振方向的光的平均透射率在波长范围450～500nmKb＝2％波长范围为500～580nmKg＝2％波长范围为580～630nmKr＝2％在G光路中，用偏振光光束分离器由S偏振光检偏后，由偏振片检偏，所以漏过偏振片的光Mg为Mg＝Msg*Kg＝0.04％同样，在R的光路中，Mr＝Msr*Kr＝0.04％在B的光路中，Mb＝Msb*Kb＝0.18％这样，通过在偏振光光束分离器的射出一侧组合偏振片，能大幅度去掉所述偏振光光束分离器的泄漏光。
基于本实施例中使用的偏振光变换元件4的偏振光变换(使来自光源随机偏振状态与S偏振光一致)的变换效率为95％。之所以变换效率不畏100％是因为第一，设置在偏振光变换元件上的偏振光分离膜的特性由于入射的角度而变化，第二，如图11所示，存在不入射到偏振光分离膜，而透过偏振光变换元件的光(图中b的光线)。因此，入射到偏振光光束分离器8a、8b的照明光中，包含5％的与本来的偏振方向垂正交的偏振光成分，它成为对比度下降的要因。为了除去这些不要的偏振光成分，如果在偏振光光束分离器的入射一侧设置具有图6所示的特性的偏振片，则不要的偏振光成分变为5％*2％＝0.1％，几乎能忽略。
此外，偏振片的波长范围为450～630nm的透过的偏振方向的透射率为平均94％，通常如果与在450～630nm的波长范围全体中具有高精度偏振特性的偏振片的特性(约80％)相比，就能大幅度提高透过光量。
图7是表示本发明实施例2的图。图中，21用连续光谱发出白色光的光源，22是把光向给定方向汇聚的反射镜。23a是把矩形透镜配置为矩阵形状的第一蝇眼透镜，23b是由与第一蝇眼透镜的各透镜对应的透镜阵列构成的第二蝇眼透镜。4是使无偏振光与给定偏振光(在实施例2中，对于后级的偏振光光束分离器，变为P偏振光的偏振光)一致的偏振光变换元件。
25a、25b是聚光器透镜，25c是反射镜。
26a、26b是把R光的偏振方向变换90度，B光的偏振方向不变换的第一色选择性相位差板、第二色选择性相位差板。27是把G光的偏振方向变换90度，B、R光的偏振方向不变换的第三色选择性相位差板。
28a、28b是第一1/2波长板、第二1/2波长板。29a、29b、29c、29d是P偏振光透过，把S偏振光反射的第一偏振光光束分离器、第二偏振光光束分离器、第三偏振光光束分离器、第四偏振光光束分离器。30r、30g、30b是把光反射，进行图象调制，显示图象的红色用的反射型液晶显示元件、绿色用的反射型液晶显示元件、蓝色用的反射型液晶显示元件。
31r、31g、31b是红色用的1/4波长板、绿色用的1/4波长板、蓝色用的1/4波长板。32是投影透镜，33a、33b、33c、33d分别是偏振片。
这里，偏振光变换元件24由偏振光分离面、反射面、1/2波长板构成，作为与P偏振光成分一致的偏振光射出。设置在照明光路中的第三色选择性相位差板27具有图8的实线所示的特性，B和R光保持P偏振光，G光变换为S偏振光。
在第三色选择性相位差板27中调整了偏振方向的光入射到第一偏振光光束分离器29a。为S偏振光的G光由第一偏振光光束分离器29a的偏振光分离面反射，为P偏振光的R、B光透过偏振光分离面，进行色分离。
进行色分离的G光对于第二偏振光光束分离器29b，作为S偏振光入射，由该偏振光分离面反射，到达G用的反射型液晶显示元件30g。在G用的反射型液晶显示元件30g中，把G光进行图象调制，反射。进行图象调制的G的反射光的S偏振光成分再由第二偏振光光束分离器29b的偏振光分离面反射，回到光源一侧，从投影光除去。进行图象调制的G的反射光的P偏振光成分透过该偏振光分离面，成为投影光。
透过第二偏振光光束分离器的光透过配置为滞相轴(slowaxis)变为与偏振方相为45度的方向的第一1/2波长板28a，对于第四偏振光光束分离器29d，作为S偏振光入射，由偏振光分离面反射，到达投影透镜32。
透过第一偏振光光束分离器28a的R和B光入射到第一色选择性相位差板26a。第一色选择性相位差板26a具有图4所示的特性，B光保持P偏振光，R光变换为S偏振光。
据此，B光作为P偏振光，R光作为S偏振光入射到第三偏振光光束分离器29c。因此，在第三偏振光光束分离器29c中，B光透过偏振光分离面，到达B用的反射型液晶显示元件30b，R光由偏振光分离面反射，到达R用的反射型液晶显示元件30r。
在B用的反射型液晶显示元件30b中，把B光进行图象调制，反射。调制的B的反射光的P偏振光成分再透过第三偏振光光束分离器29c的偏振光分离面，回到光源一侧，从投影光除去。调制的B反射光的S偏振光成分由第三偏振光光束分离器29c的偏振光分离面反射，成为投影光。同样，在R用的反射型液晶显示元件30r中，把R光进行图象调制，反射。调制的R的反射光的S偏振光成分再由第三偏振光光束分离器29c的偏振光分离面反射，回到光源一侧，从投影光除去。调制的R的反射光的P偏振光成分透过偏振光分离面，成为投影光。据此，B和R的投影光和成为一个光束。
合成的R和B的投影光入射到第二色选择性相位差板26b。第二色选择性相位差板与第一色选择性相位差板相同，只使R偏振方向旋转90度，R、B都变换为S偏振光。通过在与偏振方向为45度方向配置滞相轴的1/2相位板28b，分别变换为P偏振光，入射到第四偏振光光束分离器29d，透过偏振光分离面，与G的投影光合成。
在这样的结构中，在偏振光光束分离器29b的出射一侧设置偏振片33a，在偏振光光束分离器29B的射出一侧设置33d，在偏振光光束分离器29a的入射一侧设置偏振片33a，在偏振光光束分离器20b的入射一侧设置偏振片33c，通过与实施例1相同的偏振光光束分离器特性(图5)和偏振片的特性(图6)的组合，能取得与实施例1同样的效果。
图9是表示本发明实施例3的图。41是用连续光谱发出白色光的光源，42是把光向给定方向汇聚的反射镜。43a是把矩形透镜配置为矩阵形状的第一蝇眼透镜，43b是由与第一蝇眼透镜的各透镜对应的透镜阵列构成的第二蝇眼透镜。44是使无偏振光与给定偏振光一致的偏振光变换元件。45是聚光器透镜，45b、45c、45d是粘贴偏振片的物镜。
47是红色(R)波长区域的光透过，把蓝色(B)和绿色(G)波长区域的光反射的二色镜。48是蓝色(B)波长区域的光透过，把绿色(G)波长区域的光反射的二色镜。49a、49b是反射镜，50a、50b、50c是P偏振光透过，把S偏振光反射的第一偏振光光束分离器、第二偏振光光束分离器、第三偏振光光束分离器。
51r、51g、51b是把光反射，进行图象调制，显示图象的红色用的反射型液晶显示元件、绿色用的反射型液晶显示元件、蓝色用的反射型液晶显示元件。
52r、52g、52b是红色用的1/4波长板、绿色用的1/4波长板、蓝色用的1/4波长板。53r、53g、53b是偏振片，54是具有分色面的二色棱镜，55是投影透镜。
由二色镜47、48进行色分解的光中的蓝光入射到偏振光光束分离器50a，绿光入射到偏振光光束分离器50b，红光入射到偏振光光束分离器50c。这时，照明光为S偏振光，入射到偏振光光束分离器50a、50b、50c。因此，在各偏振光光束分离器中，照明光由偏振光分离面反射，到达各反射型液晶显示元件51r、51g、51b。
在各反射型液晶显示元件中，把光进行图象调制，反射。调制的光的反射光的S偏振光成分再由偏振光光束分离器50a、50b、50c的偏振光分离面反射，回到光源一侧，从投影光除去。调制的光的反射光的P偏振光成分透过该偏振光分离面，成为投影光。据此，由二色棱镜54把三色合成，成为1个光束。
这里，在偏振光光束分离器50a、50b、50c中，在全部光路中，是用S偏振光检偏的结构，该偏振光光束分离器为图5的特性，组合图10所示的偏振片。
在图10所示的偏振片中，与各色光的波长区域对应时的吸收的偏振方向的平均透射率在波长范围450～500nmKb＝4％波长范围为500～580nmKg＝4％波长范围为580～630nmKr＝5％这时在G光路中，用偏振光光束分离器由S偏振光检偏后，由偏振片检偏，所以漏过偏振片的光Mg为Mg＝Msg*Kg＝0.08％同样，在R的光路中，Mr＝Msr*Kr＝0.08％在B的光路中，Mb＝Msb*Kb＝0.10％能实现高对比度。
这里，本发明的实施例并不局限于此。例如，把上述矩形的透镜配置为矩阵状的第一蝇眼透镜和第二蝇眼透镜可以不是把矩形透镜配置为矩阵状，可以在一个方向(与照明光学系统的光轴正交的方向)配置多个柱面透镜而构成。
此外，可以不是具有三个液晶面板的图象投影装置，也能应用于只具有一个液晶面板的图象投影装置、具有四个以上的液晶面板的图象投影装置。
此外，实施例中记载的红、绿、蓝各色光的光路能任意改变。绿光的光路在图1中是由偏振光光束分离器8a反射，入射到液晶面板，但是可以透过偏振光光束分离器8a，入射到液晶面板9g，从液晶面板9g出射的光中具有图象信息的光透过偏振光光束分离器9g，引导到后级的偏振片或偏振光光束分离器。可以说对于图7的绿光光路也同样。
此外，在图1中，色选择性相位差板6a、6b以紧贴偏振光光束分离器的状态配置，但是也可以用离开偏振光光束分离器的状态配置。此外，在两者间可以隔着接合层接合。相反，图1的偏振片12c、12d对于色选择性相位板、二色镜、偏振光光束分离器，远离设置，但是偏振片12c、12d对于色选择性相位板、偏振光光束分离器、二色镜(为了紧贴配置，希望是二色棱镜)，也可以紧贴(接合)配置。
此外，能使用本实施例的图象投影装置构成图象投影系统。这时，在上述的图象投影装置上用有线或无线连接提供图象信息的图象信息供给装置(例如，个人电脑、电视、录像机、移动电话、存储器、接收卫星广播和地面波的天线)。
在所述图1的实施例中，可以将入射一侧偏振片12a从构成要素中去除，但此时最好将出射一侧偏振片12b保留。相反地，可以将出射一侧偏振片12b从构成要素中去除，但此时最好将入射一侧偏振片12a保留。
权利要求
1.一种图象投影装置，其特征在于包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；包含把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的第一色成分、第二色成分、第三色成分的色分解光学系统，并且分别用所述三色光成分照明所述三个反射型液晶显示元件的照明光学系统；合成从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分的色合成光学系统；把由所述色合成光学系统合成的光投影到被投影面上的投影光学系统；以及配置在从所述光源到所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个的光路上的入射一侧偏振片；该入射一侧偏振片对于应该由所述入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
2.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于该入射一侧偏振片对于应该由所述入射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为90％以上。
3.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于所述入射一侧偏振片具有配置在所述第一色光成分的光路上的第一入射一侧偏振片、配置在所述第二色光成分和所述第三色光成分的公共光路上的第二入射一侧偏振片。
4.根据权利要求3所述的图象投影装置，其特征在于实质上只有所述第一色光成分入射所述第一入射一侧偏振片，只有所述第二色光成分和所述第三色光成分入射所述第二入射一侧偏振片。
5.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于所述色分解光学系统具有从由所述光源发出的白色光分离所述第一色光成分的第一色分解元件；把从所述第一色分解元件射出的所述第一色光成分向所述第一反射型液晶显示元件引导的第二色分解元件；以及把从所述第一色分解元件射出的所述第二色光成分和所述第三色光成分分离，向所述第二反射型液晶显示元件和所述第三反射型液晶显示元件引导的第三色分解元件。
6.根据权利要求5所述的图象投影装置，其特征在于所述第一色分解元件是二色镜或二色棱镜；所述第二色分解元件和所述第三色分解元件是偏振光分离元件。
7.根据权利要求5所述的图象投影装置，其特征在于所述第一色分解元件、所述第二色分解元件和所述第三色分解元件都是偏振光分离元件。
8.根据权利要求5所述的图象投影装置，其特征在于在所述第一色分解元件和所述第二色分解元件之间配置第一入射一侧偏振片；在所述第一色分解元件和所述第三色分解元件之间配置第二入射一侧偏振片。
9.根据权利要求8所述的图象投影装置，其特征在于在所述第二入射一侧偏振片和所述第三色分解元件之间配置使所述第二色光成分和所述第三色光成分中的任一个的偏振方向实质上旋转90度的色选择性相位板。
10.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于在从所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个到所述投影光学系统的光路上配置出射一侧偏振片；出射一侧偏振片对于应该由出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
11.根据权利要求10所述的图象投影装置，其特征在于该出射一侧偏振片对于应该由所述出射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为90％以上。
12.一种图象投影装置，其特征在于包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；包含把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的三色光成分的色分解光学系统，并且分别用所述三色光成分照明所述三个反射型液晶显示元件的照明光学系统；包含合成从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分的色合成光学系统，并且把由所述色合成光学系统合成的光投影到被投影面上的投影光学系统；以及配置在从所述三个反射型液晶显示元件中的至少一个到所述投影光学系统的光路上的出射一侧偏振片；出射一侧偏振片对于应该由出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
13.根据权利要求12所述的图象投影装置，其特征在于所述出射一侧偏光片配置在所述第一反射型液晶显示元件和所述投影光学系统之间，在所述第二及第三反射型液晶显示元件与所述投影光学系统之间具有另一出射一侧偏振片，其中，该另一出射一侧偏振片对于应该由另一出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的投射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
14.根据权利要求12或13所述的图象投影装置，其特征在于具有配置在所述光源与所述第二及第三反射型液晶显示元件之间的入射一侧偏振片，其中，该入射一侧偏振片对于应该由入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的投射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的图象投影装置，其特征在于具有将到达所述第一反射型液晶显示元件的第一色光从分别到达所述第二、第三反射型液晶显示元件的第二、第三色光分离的第一色分离光学元件，所述入射一侧偏光片配置在所述第一色分离光学元件与所述第二及第三反射型液晶显示元件之间。
16.一种图象投影装置，其特征在于包括第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件；把来自光源的光分解为与所述三个反射型液晶显示元件对应的第一色光成分、第二色光成分、第三色光成分的色分解光学系统；以及包含把从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分合成的色合成光学系统，并且把由该色合成光学系统合成的光投影到被投影面上的投影光学系统；其中，所述色分解光学系统具有把来自所述光源的光分离为所述第一色光成分、所述第二、三色光成分的第一色分解元件；把所述第一色光成分向所述第一反射型液晶显示元件引导的第二色分解元件；分解所述第二色光和所述第三色光，分别向所述第二反射型液晶显示元件、所述第三反射型液晶显示元件引导的第三色分解元件；配置在所述第一色分解元件和所述第二色分解元件之间的第一入射一侧偏振片；配置在所述第一色分解元件和所述第三色分解元件之间的第二入射一侧偏振片；配置在所述第二入射一侧偏振片和所述第三色分解元件之间，使所述第二色光成分的偏振方向实质上旋转90度的第一色选择性相位板；所述色合成光学系统具有第一色合成元件、第二色合成元件、第三色合成元件，所述第一色合成元件把从所述第一反射型液晶显示元件射出的所述第一色光成分向所述第三色合成元件引导，所述第二色合成元件对从所述第二反射型液晶显示元件射出的所述第二色光成分和从所述第三反射型液晶显示元件射出的所述第三色光成分进行色合成，把该第二色光成分和所述第三色光成分向所述第三色合成元件引导，所述第三色合成元件把所述第一色光成分、所述第二色光成分和所述第三色光成分进行色合成，把进行色合成的三个色光成分向所述投影光学系统引导；配置在所述第一色合成元件和所述第二色合成元件之间的第一出射一侧偏振片；配置在所述第二色合成元件和所述第三色合成元件之间的第二出射一侧偏振片；配置在所述第二出射一侧偏振片和所述第三色合成元件之间，使所述第三色光成分的偏振方向实质上旋转90度的第三色选择性相位板；该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450到630nm波长区域中的平均值为5％以下；该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450到630nm波长区域中的平均值为90％以上；该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450到630nm波长区域中的平均值为5％以下；该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450到630nm波长区域中的平均值为90％以上。
17.一种图象投影装置，把来自光源的光分解为第一色光成分、第二色光成分、第三色光成分，照明第一反射型液晶显示元件、第二反射型液晶显示元件、第三反射型液晶显示元件，把从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分合成，投影到被投影面上，其特征在于包括把来自所述光源的光分解为所述第一色光成分、所述第二、第三色光成分的色分解元件；对从所述第一色分解元件射出的所述第一色光成分进行检偏的第一入射一侧偏振片；把从所述第一入射一侧偏振片射出的光反射或透射，向所述第一反射型液晶显示元件引导，使从所述第一反射型液晶显示元件射出的第一图象光成分透射或反射并射出的第一偏振光分离元件；对从第一偏振光分离元件射出的光进行检偏的第一出射一侧偏振片；对从所述色分解元件射出的所述第二、三色光成分进行检偏的第二入射一侧偏振片；使从所述第二入射一侧偏振片射出的光中所述第二色光成分的偏振方向实质上旋转90度的第一色选择性相位板；把从所述第一色选择性相位板射出的光分解为所述第二色光成分和所述第三色光成分，向所述第二反射型液晶显示元件和所述第三反射型液晶显示元件引导，对从所述第二反射型液晶显示元件射出的第二图象光成分和从所述第三反射型液晶显示元件射出的第三图象光成分进行色合成的第二色选择性相位板偏振光分离元件；使从所述第二色选择性相位板偏振光分离元件射出的光中所述第三色光成分实质上旋转90度的第二色选择性相位板；对从所述第二色选择性相位板射出的光进行检偏的第二出射一侧偏振片；对从所述第一出射一侧偏振片射出的所述第一图象光成分和从所述第二出射一侧偏振片射出的所述第二、三图象光成分进行色合成的第三偏振光分离元件；该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下；该第一、二入射一侧偏振片对于应该由所述第一、二入射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为90％以上；该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下；该第一、二出射一侧偏振片对于应该由所述第一、二出射一侧偏振片透射的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为90％以上。
18.一种图象投影系统，包括权利要求1～17中任一项所述的图象投影装置；向所述图象投影装置供给图象信息的图象信息供给装置。
全文摘要
公开了一种能实现高对比度的图象投影装置。图象投影装置具有第一、第二、第三反射型液晶显示元件；把来自光源的光分解为第一、第二、第三色光成分，由各色光成分照明所述三个反射型液晶显示元件的反射型液晶显示元件；合成从所述三个反射型液晶显示元件射出的色光成分的色合成光学系统；配置在从光源到所述三个反射型液晶显示元件的光路上的入射一侧偏振片。入射一侧偏振片对于应该由该入射一侧偏振片遮光的偏振方向的光的透射率在450nm到630nm波长区域中的平均值为5％以下。
文档编号G02B27/10GK1601326SQ200410011730
公开日2005年3月30日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月24日
发明者奥山敦, 阿部雅之 申请人:佳能株式会社