图像显示装置的制作方法

专利名称：图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像显示装置，更特别地，涉及使用反射图像显示元件的图像显示装置。
背景技术：
在使用反射液晶板(图像显示元件)的已知图像显示装置中，需要使得入射在液 晶板上的光和从液晶板射出的光的各自光路相互不同。出于这种原因，偏振分束器被布置 在反射液晶板的入射/出射表面侧，该偏振分束器允许P偏振光通过它但反射S偏振光。用 于偏振分束器中的偏振分离膜的特性依赖于入射光的入射角度。随着入射在偏振分离膜上 的光的入射角度从45°离开较大的程度，来自偏振分离膜的泄漏光增加，并且投影图像的 对比度降低。术语“泄漏光”意味着当液晶板在所有像素被黑显示的模式中被驱动时进入 投影透镜的光。已知这样的技术该技术为了增大投影图像的对比度，在偏振分束器的出射表面 侧布置遮断泄漏光的偏振器。但是，由于偏振器具有低的透射率，因此该已知的技术具有投 影图像的亮度降低的问题。

发明内容
本发明提供一种图像显示装置，所述图像显示装置包括图像显示元件，被配置为 通过控制偏振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向 所述图像显示元件；偏振分束器，被设置在所述照明光学系统和所述图像显示元件之间以 选择性地分离入射光；以及投影光学系统(或用于投影光学系统的安装部分)，被配置为将 由所述图像显示元件显示的图像投影到投影平面上。所述投影光学系统的光轴的位置相对 于所述偏振分束器被适当地设定。从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。


图1示出根据本发明第一实施例的图像显示装置。图2是偏振分束器、图像显示元件及其附近的放大图。图3A和图:3B各是示出入射在偏振分离膜上的光的入射角度和偏振分离膜的特性 之间的关系的曲线图。图4是用于解释来自偏振分束器的泄漏光的示图。图5示出第一实施例中来自偏振分离膜的泄漏光的角分布。图6示出可被投影透镜捕获的光的量和所捕获的光的量的角分布。图7A和图7B各是根据本发明第二实施例的图像显示装置的截面图。图8示出第二实施例中来自偏振分离膜的泄漏光的角分布。图9示出根据本发明第三实施例的图像显示装置。
图10示出根据本发明第四实施例的图像显示装置。
具体实施例方式以下将参照附图描述本发明的实施例。第一实施例图1示出根据第一实施例的图像显示装置的配置。在图1中，附图标记1表示 光源。反射器2沿预定方向反射从光源1发射的光。在本实施例中，使用抛物面反射器 (parabolic reflector)作为反射器2。第一蝇眼透镜3a由形状各与板(panel)类似的、 并以矩阵图案布置的矩形透镜元件构成。第二蝇眼透镜北包含分别与第一蝇眼透镜3a的 各矩形透镜元件对应的透镜元件。偏振转换元件4将来自光源1的非偏振光转换成线性偏 振光。附图标记如和恥各表示聚光透镜，6表示反射镜。附图标记7表示偏振分束器，8 表示偏振分束器7的偏振分离膜。反射液晶板(图像显示元件)9通过控制入射光的偏振 状态来显示图像。附图标记10表示投影透镜(投影光学系统)，11表示屏幕(投影平面)。 投影透镜被安装到形成在图像显示装置的主体中的安装槽(安装部分)中。线段L表示从图像显示元件的中心射出、并到达投影透镜10的光轴与投影透镜 10(投影光学系统)内的最接近照明光学系统的光学表面相交的点(一般地，作为相关光 学表面的透镜表面的顶点给出这样的点)的光束的光路。投影透镜支撑(即，用于投影透 镜的安装槽)被布置为使得由光路L和偏振分束器7的偏振分离膜8形成的角度θ小于 45°。表述“由光路L和偏振分束器7的偏振分离膜8形成的角度θ小于45° ”意味着 沿光路L传播的光束相对于偏振分离膜8的法线的入射角度和出射角度大于45°。并且， “投影光学系统内的最接近照明光学系统的光学表面”意味着例如投影透镜10的最接近液 晶板9或最接近偏振分束器7的一侧的透镜表面。偏振分束器7可具有1. 6或更大的折射率η。在本实施例中使用的偏振分束器7 的折射率η为1.8。并且，沿与液晶板9垂直(正交)的方向从液晶板9的中心射出并入射 在偏振分离膜8上的光束相对于偏振分离膜8的表面形成45°的角度。图1中的水平的一 点链线表示聚光透镜fe的光轴和投影透镜10的光轴中的每一个。从反射镜6延伸到液晶 板9的垂直的一点链线表示与液晶板9垂直、且基本上通过偏振分离膜8的中心的线。从光源1发射的光被反射器2反射，以作为基本上平行的光前进，该基本上平行的 光进入第一蝇眼透镜3a。该基本上平行的光通过形成第一蝇眼透镜3a的各透镜元件被分 成多个光束。多个分割的光束通过第二蝇眼透镜北并进入偏振转换元件4。偏振转换元 件4包含各具有偏振分离膜的多个小偏振分束器、以及被布置在所述小偏振分束器的交替 的(alternate)出射表面处的半波片。已进入偏振转换元件4的非偏振光在被转换成P偏 振光(即P偏振状态中的光束)之后从其射出。当非偏振光要被转换成S偏振光时，可通 过在P偏振光的出射侧布置半波片来执行到S偏振光的转换。在那种情况下，液晶板9被 布置在向其反射入射在偏振分束器7上的光的一侧。这里，相对于与液晶板(图像显示元 件)9相邻的偏振分束器7的偏振分离膜8、而不是相对于偏振转换元件4的小偏振分束器 来限定P偏振光和S偏振光。被偏振转换元件4转换的P偏振光在被聚光透镜fe和恥会 聚的同时被引向反射镜6。从光源1到聚光透镜fe和恥的光学系统构成用Koehler照明 来照射液晶板9的照明光学系统。
从聚光透镜fe和恥射出的会聚光被反射镜6反射以进入偏振分束器7。P偏振 光通过偏振分束器7的偏振分离膜8，用于照射液晶板9。入射光被液晶板9调制，并且，调 制的出射光被偏振分束器7反射以通过投影透镜10 (投影光学系统)被投影到屏幕11上。 图1中的Z轴与投影透镜10的光轴平行，并且，朝着屏幕11的方向被假定为+Z方向。X轴 与包含Z轴和偏振分离膜8的法线的平面垂直，并且，朝着图纸前侧(如从读者的视点观看 的那样)的方向被假定为+X方向。Y轴与X轴和Z轴两者垂直，并且，从下侧朝着图纸的上 侧的方向被假定为+Y方向。图2是图1中的偏振分束器7、液晶板(图像显示元件)9及其附近的放大图。由 光路L(在图2中由实线表示)和偏振分离膜8形成的角度θ小于45°。并且，由虚线P 表示的箭头代表在所有像素被黑显示的模式中产生的光束。被反射镜6反射的P偏振光通 过偏振分离膜8并进入液晶板9。已进入液晶板9的P偏振光在所有像素被黑显示的模式 中被原样反射，其偏振方向不被转换。反射的P偏振光再次通过偏振分离膜8并返回光源 侧。由于偏振分离膜8的特性，反射的P偏振光中的大部分返回光源侧。但是，尽管为P偏 振光，反射的P偏振光中的一些被偏振分离膜8反射以进入投影透镜10。图3Α是示出在XY截面中(即，沿X方向)相对于入射在偏振分离膜8上的光的 入射角度变化的偏振分离膜8的特性变化的曲线图。图:3Β是示出在^截面中(即，沿Y 方向)相对于入射在偏振分离膜8上的光的入射角度变化的偏振分离膜8的特性变化的曲 线图。在图3Α和图;3Β的曲线图中的每一个中，水平轴表示波长(nm)，垂直轴(Rp)表示P 偏振光的反射率(％)。在图3A和图;3B中，随着Rp的百分比变小，消光比的值变高，并且 获得偏振分离膜8的更加令人满意的特性。并且，在这些曲线图中的每一个中，实线表示对 于以45°的入射角度入射在偏振分离膜8上的光束的偏振分离膜8的特性。虚线表示对于 以比45°小约5°的入射角度入射在偏振分离膜8上的光束的偏振分离膜8的特性。一点 链线表示对于以比45°大约5°的入射角度入射在偏振分离膜8上的光束的偏振分离膜8 的特性。另外，具有图3A和图:3B所示的特性的偏振分离膜8被设计，以在与用于图像显示 装置中的光源的光谱之中相对发光因数(luminosity factor)最大的500至580 (nm)的绿 色波长范围对应的带中展示出令人满意的性能。如从图3A和图;3B所见的那样，当光束的入射角度基于相对于偏振分离膜8的法 线以45°进入偏振分离膜8的光束沿不同方向改变相同角度时，与当入射角度在XY截面中 改变时相比，当入射角度在^截面中改变时，偏振分离膜8的特性在更大程度上改变。换 句话说，与相对于H截面中(即，沿Y方向)的入射角度变化相比，偏振分离膜8相对于XY 截面中(即，沿X方向)的入射角度变化展示出更好的特性。更密切地观看图:3B所示的相对于^截面中的入射角度变化的偏振分离膜8的特 性变化。比较当入射角度在^截面中改变+5°和-5°时所得到的偏振分离膜8的特性， 看出偏振分离膜8的特性变化的表现方式不同于图3A的情况中的表现方式。原因在于，基 于相对于偏振分离膜8的法线以45°的入射角度进入偏振分离膜8的光束所通过的偏振 分离膜8的厚度，入射光束所通过的偏振分离膜8的厚度在光束的入射角度沿Y方向改变 +5°时增大(即，光路变长)，并在光束的入射角度沿Y方向改变-5°时减小(即，光路变 短)。并且，看出曲线图中的特性曲线的峰值的位置(由图3B中的箭头指示)在入射角度 为45+5°时朝较短波长侧偏移，并在入射角度为45-5°时朝较长波长侧偏移。如本领域中已知的那样，光学膜的特性一般在光束所通过的膜厚变短时朝较长波长侧偏移，并且在光 束所通过的膜厚变长时朝较短波长侧偏移。因此，当包含绿色波长范围(500至580nm)的光 进入偏振分离膜8时，泄漏光的量在入射角度为45+α °时比在入射角度为45-α °时少。 图4在与图2相同的截面中以可以更容易理解的方式示出泄漏光的量如何依赖于入射角度 而改变(变少或变多)。如图4所示，在偏振分束器7的出射表面侧，在液晶板9上的某点 处被反射并在一定程度上发散的光(P偏振光)的泄漏沿+Y方向较少并且沿-Y方向较多。图5示出在投影图像被全黑显示的模式中驱动液晶板9时在XY截面中进入偏振 分离膜8的光束的入射角度和泄漏光的分布。各坐标轴表示偏振分离膜8上的入射角度，并 且，在中心(原点)处从45°角度的偏离为0°。泄漏光的量在浅黑部分中较少，并且在浓 黑部分中较多。图5中的坐标轴与图1至4中的坐标轴对应，并且，坐标轴的描述被省略。 尽管以上参照图3进行了描述，但是如从图5看出的那样，导致对比度降低的泄漏光的量沿 X方向对称，而沿Y方向不对称。特别地，泄漏光的量沿-Y方向更明显地增大。可通过实际 在图像显示装置中显示全黑图像、并通过在去除投影透镜的状态中直接在屏幕上观察来自 图像显示元件的光，确认图5所示的泄漏光的角分布。以下将描述能够被投影透镜10捕获的光的角分布。现在观看光在发散的同时从 液晶板9前进到投影透镜10并然后通过投影透镜10到达屏幕11所沿的路径。在由投影 透镜10的F数限定的角范围内，捕获在图1中的液晶板9的中心(即液晶板9上的与投影 透镜10的光轴的中心对应的点)处反射并从其发散的光束的所有分量(components)。但 是，由于投影透镜10的渐晕，因此，在液晶板9上的离开液晶板9上的与投影透镜10的光 轴中心对应的点的点处反射并从其发散的光束在特定的角范围内被遮断其分量的一部分。 术语“渐晕”意味着随着入射光束相对于投影透镜10的光轴以更大的角度倾斜，入射光束 由于透镜的尺寸和厚度而变得更难通过光阑全体。一般地，以倾斜设定投影透镜的投影方 向的这种方式使用图像显示装置(投影仪)的投影透镜。在图1的配置中，沿斜向上的方 向投影图像。当沿这种倾斜方向投影图像时，能够被投影透镜捕获的光的角分布也由于渐 晕变得沿Y方向不对称。作为参考，图6示出具有基本上均勻的光量分布的光束进入投影 透镜时能够被如图1所示的那样布置的投影透镜捕获的光的量和光量的角分布。如从图6 看见的那样，沿+Y方向，渐晕的影响较小，并且能够被投影透镜捕获的光量的损失小。另一 方面，由于渐晕的影响，因此，沿-Y方向，能够被投影透镜捕获的光量减少。在本实施例中，考虑到基于偏振分离膜8的特性得到的图5所示的泄漏光的角分 布，相对于图像显示元件(液晶板)9如下布置投影透镜10。假定从液晶板9的中心射出、 并到达投影透镜10的光轴与投影透镜10内的最接近照明光学系统的光学表面相交的点的 光束的光路L，投影透镜10被布置为使得由光路L和偏振分束器7的偏振分离膜8形成的 角度θ小于45°。换言之，投影透镜10和用于投影透镜10的安装槽(安装部分)被布置 为使得沿光路L传播的光束相对于偏振分离膜8的法线的入射角度和出射角度大于45°。因此，根据第一实施例，由于投影透镜的光轴(即，通过安装槽的中心的投影透镜 的轴)向泄漏光的量较少的一侧偏移，因此，可通过利用在投影透镜内导致的渐晕的影响 来有效地遮断在偏振分离膜处产生的泄漏光。换句话说，投影透镜10的光轴与来自偏振分 离膜8的泄漏光的量处于其最小值的点对准(align)。结果，在投影图像中包含的泄漏光的 量减少，并且，投影图像的对比度得到提高。
第二实施例图7A和图7B示出根据本发明第二实施例的图像显示装置。第二实施例与第一实 施例的不同在于，第二实施例中的照明光学系统具有在第一截面Ocz截面)和第二截面αζ 截面)中的每一个中压缩光束的功能，所述第一截面和第二截面中的每一个包含照明光学 系统的光轴并且第一截面和第二截面相互正交。图7Α是根据第二实施例的图像显示装置 的沿TL截面获取的截面图，图7Β是根据第二实施例的图像显示装置的沿TL截面获取的截 面图。在图7Α和图7Β中，附图标记1表示光源。反射器2沿预定方向反射从光源1发 射的光。附图标记12表示凸透镜(正透镜)。附图标记13表示凹形柱面透镜(具体而言， 沿X方向具有负折光力并且沿Y方向不具有折光力的透镜)，14表示凹形柱面透镜(具体 而言，沿X方向不具有折光力并且沿Y方向具有负折光力的透镜)。换句话说，附图标记13 表示第一负柱面透镜，14表示第二负柱面透镜。第一蝇眼透镜3a由形状各与板类似并以矩 阵的图案布置的矩形透镜元件构成。第二蝇眼透镜北包含分别与第一蝇眼透镜3a的各矩 形透镜元件对应的透镜元件。偏振转换元件4具有将来自光源1的非偏振光转换成线性偏 振光的功能。附图标记如和恥各表示聚光透镜，6表示反射镜。附图标记7表示偏振分 束器，8表示偏振分离膜，并且，9表示反射液晶板(图像显示元件)。附图标记10表示投 影透镜(投影光学系统)，11表示屏幕(投影平面)。聚光透镜fe和恥可以是单凸透镜。 在本第二实施例中，使用高压汞灯作为光源1，并且，使用抛物面镜作为反射器2。如在第一 实施例中那样，在图像显示装置的主体中形成用于安装投影透镜10的安装槽，并且，投影 透镜10被安装到安装槽中。从光源1发射的光被反射器2收集并进入凸透镜12。光通过凸透镜12被会聚并 进入凹形柱面透镜13。通过凸透镜12和凹形柱面透镜(负柱面透镜)13，光在图7A的)(Z 截面中沿X方向变为基本上平行的光。进入第一蝇眼透镜3a的光通过形成第一蝇眼透镜 3a的各透镜元件被分成多个光束。已通过第一蝇眼透镜3a的多个分割的光束进入凹形柱 面透镜14，并且，通过凸透镜12和位于第二蝇眼透镜北的前面的凹形柱面透镜14的协同 作用，在图7B的TL截面中作为基本上平行的光束从凹形柱面透镜14射出。在TL截面和 YZ截面中的每一个中压缩的光束通过第二蝇眼透镜3b，并进入偏振转换元件4。从偏振转 换元件4上的入射光转换的P偏振光通过聚光透镜fe和恥被会聚，并被反射镜6反射以 进入偏振分束器7。已进入偏振分束器7的光通过偏振分离膜8，用于照射液晶板9。在像 素被白显示的模式中，液晶板9将P偏振光调制成S偏振光。被液晶板9调制的光被偏振 分束器7的偏振分离膜8反射，并通过投影透镜10投影到屏幕11上。在像素被黑显示的 模式中，液晶板9反射P偏振光，而不转换其偏振方向。被液晶板9反射的光在通过偏振分 离膜8之后朝光源侧返回。并且，在第二实施例的照明光学系统中，通过在共轭位置中布置 光源1和第二蝇眼透镜3b、并通过在共轭位置中布置第一蝇眼透镜3a和液晶板9，对于液 晶板9执行Koehler照明。在第二实施例中，如在第一实施例中那样，依赖于被液晶板9反射的光束进入偏 振分束器7的偏振分离膜8的角度的变化，偏振分离膜8的特性改变，并且，产生导致对比 度降低的泄漏光。图8示出光束被液晶板调制成与全黑图像对应的偏振状态时在偏振分离 膜8处的泄漏光的角分布。图8中的各坐标轴代表偏振分离膜8上的入射角度，并且，在中心(原点)处从45°角度的偏离为0°。泄漏光的量在浅黑部分中较少，并且在浓黑部分 中较多。图8中的坐标轴与图7中的坐标轴对应，并且，坐标轴的描述被省略。在第二实施 例中，光束独立地沿X方向和Y方向被压缩，并且，沿Y轴方向的光束的压缩率比第一实施 例中的高。并且，如在第一实施例中那样，假定从液晶板9的中心射出、并到达投影透镜10的 光轴与投影透镜10内的最接近照明光学系统的光学表面相交的点的光束的光路L，由光路
平面中的偏振分离膜8的膜边界线形成的角度θ被设为小于45° (即，沿光路L 传播的光束相对于偏振分离膜8的入射角度和出射角度被设为大于45° )。因此，可通过 利用在投影透镜内导致的渐晕的影响来有效地遮断沿-Y方向产生的泄漏光。结果，可提高 投影图像的对比度，而不用插入例如偏振器以遮断泄漏光。作为第二实施例的附加的有利效果，由于光束的压缩率在X方向和Y方向之间被 设为不同使得光束沿Y方向被更强烈地压缩，因此，可沿偏振分离膜8的特性在更大程度上 改变的Y方向减小偏振分离膜8上的入射角度的扩展。结果，与以相同的比率沿X方向和Y 方向压缩光束的情况相比，可以在第二实施例中减少泄漏光的量。在本说明书中使用的术 语“压缩”意味着使得从基本上无焦(afocal)的光学系统射出之后的光束的宽度比进入该 光学系统之前的该光束的宽度小的光学作用，并且，术语“压缩”率意味着压缩的比率。第三实施例图9示出根据本发明第三实施例的图像显示装置。仅关于与图1的配置不同的点 进行以下的描述。偏振转换元件4将入射光转换成P偏振光。附图标记15表示二向色镜 (dichroic mirror)(颜色分离元件)，16表示仅作用于红色波长带中的光上以将光的偏振 方向旋转90°的波长选择相位板。附图标记17和18分别表示第一偏振分束器和第二偏 振分束器。附图标记19表示用于红色的反射液晶板(第一图像显示元件)，20表示用于绿 色的反射液晶板(第二图像显示元件)，21表示用于蓝色的反射液晶板(第三图像显示元 件)。合成棱镜(合成元件)22反射绿色波长带中的光，并使红色和蓝色波长带中的光从其 中透过。图9中的一点链线代表聚光透镜fe的光轴或投影透镜10的光轴或两者。二向色 镜15与第一和第二偏振分束器17和18被布置为使得包含二向色镜15的颜色分离表面的 平面与包含第一和第二偏振分束器17和18的偏振光分离表面的平面垂直相交。已从聚光透镜恥射出的光束进入二向色镜15。在入射的光束之中，二向色镜15 仅使绿色波长带中的光(第一色光)从其中透过，而反射蓝色和红色波长带中的光(第二 色光和第三色光)。绿色波长带中的光通过偏振分束器17 (第一偏振分束器)，用于照射用 于绿色的液晶板20。通过用于绿色的液晶板20从入射光转换的S偏振光被偏振分束器17 反射，并进一步被合成棱镜22反射，以通过投影透镜10被投影到投影平面(屏幕)11上。 没有被液晶板20转换偏振方向的光再次通过偏振分束器17，以返回光源侧。已被二向色镜15反射的红色和蓝色波长带中的光通过波长选择相位板16。波长 选择相位板16仅作用于红色带光上，以将其偏振方向旋转90°用于转换成S偏振光。已 被转换成S偏振光的红色带光被偏振分束器18 (第二偏振分束器)的偏振分离膜反射，并 进入用于红色的液晶板19。已通过液晶板19转换成P偏振光的红色带光通过偏振分束器 18和合成棱镜22两者，以通过投影透镜10被投影到投影平面(屏幕)11上。没有被液晶 板19转换的S偏振红色带光被偏振分束器18的偏振分离膜反射，以返回光源侧。
已被二向色镜15反射的蓝色带光通过波长选择相位板16，并进一步通过偏振分 束器18，以进入用于蓝色的液晶板21。已在进入用于蓝色的液晶板21时从P偏振光转换 成S偏振光的蓝色带光被偏振分束器18反射，并通过合成棱镜22，以通过投影透镜10被 投影到投影平面(屏幕)11上。没有被液晶板21转换的P偏振蓝色带光通过偏振分束器 18，以返回光源侧。如以上在第一实施例中描述的那样，依赖于被液晶板20反射的光束进入偏振分 束器17的偏振分离膜的角度的变化，偏振分离膜的特性改变，并且，产生导致对比度降低 的泄漏光。这里观看对于投影图像的亮度贡献最大的绿色波长带中的泄漏光，如在第一实施 例中那样，相对于与光束所通过的偏振分离膜8的厚度的减小对应的入射角度变化，P偏振 光的消光比减小。假定从液晶板20的中心射出、并到达投影透镜10的光轴与投影透镜10 内的最接近照明光学系统的光学表面相交的点的光束的光路L，由光路L和TL截面中的偏 振分束器17的偏振分离膜的膜边界线形成的角度θ被设为小于45° (即，沿光路L传播 的光束相对于偏振分离膜的入射角度和出射角度被设为大于45° )。因此，可通过利用在 投影透镜内导致的渐晕的影响来有效地遮断沿-Y方向产生的泄漏光。结果，可抑制泄漏 光，而不用在偏振分束器的出射侧布置具有低透射率的偏振器。因此，可以在使投影图像的 亮度的降低最小化的同时，提高投影图像的对比度。并且，在第三实施例中，投影透镜10和用于投影透镜10的安装槽被布置，使得沿 偏振分束器17和合成元件22对准的方向(即，沿Y方向)，投影透镜10的光轴相对于沿与 照明光学系统的光轴对准的光路传播的来自合成元件(棱镜)22的光束的出射路径(即， 相对于投影透镜10上的入射光的路径)朝偏振分束器17平行偏移。通过这种布置，可以沿投影透镜10的光轴(即，通过用于投影透镜10的安装槽的 中心的轴)被偏移的方向(即，沿图9中的Y方向)减小图像显示(投影)装置的尺寸。原 因在于，投影透镜10的光轴被布置在合成棱镜22和偏振分束器17之间，即在外壳内的更 靠内的位置处。第四实施例图10示出根据本发明第四实施例的图像显示装置。根据第四实施例的图像显示 装置与图9所示的根据第三实施例的图像显示装置的不同在于用于绿色的液晶板20的相 对于偏振分束器17 (第一偏振分束器)的布置。与液晶板20的布置的这种修改对应，半波 长片30被设置在二向色镜15和偏振分束器17之间。由于其余的配置与第三实施例中的 相同，因此仅关于与第三实施例的配置不同的点进行以下的描述。在本第四实施例中，液晶板20被布置为使得用从偏振分束器17反射的光照射液 晶板20。由于已通过二向色镜15的绿色带照明光通过偏振转换元件4被转换成P偏振光， 因此，如果它保持作为P偏振光，那么它不被偏振分束器17反射。因此，在本第四实施例中， 半波长片30被设置在二向色镜15和偏振分束器17之间，用于将照明光的偏振方向转换成 S偏振。通过该布置，已基本上被转换成S偏振光的绿色带照明光被偏振分束器17选择性 反射，用于照射液晶板20。通过液晶板20的转换获得的P偏振光通过偏振分束器17，并被 合成棱镜22反射，以通过投影透镜10被投影到投影平面(屏幕)11上。没有被液晶板20转换其偏振方向的光再次被偏振分束器17反射，以返回光源侧。并且，在第四实施例中，由光路L* H截面中的偏振分束器17的偏振分离膜形成 的角度θ被设为小于45° (即，沿光路L传播的光束相对于偏振分离膜的入射角度和出射 角度被设为大于45° )。由此，在偏振分束器17处产生并进入投影透镜10的泄漏光的比 例减小，由此可以提高投影图像的对比度。并且，在第四实施例中，由于液晶板20、相关的电路等不存在于投影透镜10朝其 偏移的空间中，因此，投影透镜10的布局自由度增大。例如，可通过有效地利用在图9中定 位液晶板20的空间以用于投影透镜10的偏移，减小图像显示(投影)装置的尺寸。能够提供第四实施例的优点的布置不限于图10所示的布置。例如，在半波长片30 被省略并且S偏振光被引导以进入偏振分束器17的这种修改的布置中，液晶板20类似地 不需要被布置在朝其偏移投影透镜的位置处。虽然以上已描述了本发明的优选实施例，但是，本发明不限于这些实施例，并且， 可以在本发明的范围内进行各种修改和变化。例如，光源可以是发射线性偏振光的激光束 源。并且，二向色镜15的特性和合成棱镜22的特性可分别被改变成从其中透过红色带光 以及从其中透过蓝色带光和绿色带光。并且，本发明可被应用于这样的图像显示装置其 中，采用正交二向色棱镜(cross-dichroic prism)，并且，分别与用于三种颜色的液晶板对 应地布置三个偏振分束器。根据第一到第四实施例中的每一个，可以提供确保投影图像的高对比度的图像显
示装置。虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性 实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的 结构和功能。
权利要求
1.一种图像显示装置，包括图像显示元件，被配置为通过控制偏振光束的偏振状态来显示图像； 照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述图像显示元件； 包含偏振分离膜的偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述照明光学系统和所述图 像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光来选择性 地分离入射光；以及安装部分，被配置为将由所述图像显示元件显示的图像投影到投影平面上的投影光学 系统被安装至所述安装部分，其中，所述投影光学系统的所述安装部分被布置在与所述偏振分离膜的法线和所述图 像显示元件的法线两者平行的截面中，使得由所述偏振分离膜和如下的光束的光路形成的 角度小于45° 所述光束从所述图像显示元件的中心射出，并到达所述投影光学系统的光 轴与所述投影光学系统的最接近所述图像显示元件的光学表面相交的点。
2.根据权利要求1的图像显示装置，其中，所述偏振分束器的折射率为n，这里η至少 为 1. 6。
3.根据权利要求1的图像显示装置，其中，所述照明光学系统包含从光源侧向所述图 像显示装置的投影平面依次布置的正透镜、第一负柱面透镜和第二负柱面透镜，以及所述正透镜和所述第一负柱面透镜在第一截面中压缩光束，并且，所述正透镜和所述 第二负柱面透镜在第二截面中压缩光束，所述第二截面包含所述照明光学系统的光轴并与 所述第一截面垂直，光束在所述第一截面和所述第二截面中以不同的压缩率被压缩。
4.根据权利要求1的图像显示装置，其中，所述投影光学系统的光轴与来自偏振分离 膜的泄漏光的量最小的点对准。
5.一种图像显示装置，包括第一图像显示元件、第二图像显示元件和第三图像显示元件，各被配置为通过控制偏 振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述第一图像显示元件、所述第二图像 显示元件和所述第三图像显示元件中的每一个；颜色分离元件，被配置为将从所述照明光学系统射出的光束分成第一色光、第二色光 和第三色光；包含偏振分离膜的第一偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件和所 述第一图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光 来选择性地分离入射光；包含偏振分离膜的第二偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件与所 述第二图像显示元件和所述第三图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振 光并从其中透过P偏振光来选择性地分离入射光；合成元件，被配置为合成由所述第一图像显示元件、所述第二图像显示元件和所述第 三图像显示元件反射的光束；以及安装部分，被配置为将由所述合成元件合成的光投影到投影平面上的投影光学系统被 安装至所述安装部分，其中，所述投影光学系统的所述安装部分被布置在与所述第一偏振分束器的偏振分离膜的法线和所述第一图像显示元件的法线两者平行的截面中，使得由所述第一偏振分束器 的偏振分离膜和如下的光束的光路形成的角度小于45° 所述光束从所述第一图像显示元 件的中心射出，并到达所述投影光学系统的光轴与所述投影光学系统的最接近所述第一图 像显示元件的光学表面相交的点。
6.根据权利要求5的图像显示装置，其中，所述第一色光是绿色波长带中的光。
7.一种图像显示装置，包括图像显示元件，被配置为通过控制偏振光束的偏振状态来显示图像； 照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述图像显示元件； 包含偏振分离膜的偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述照明光学系统和所述图 像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光来选择性 地分离入射光；以及投影光学系统，被配置为将由所述图像显示元件显示的图像投影到投影平面上， 其中，所述投影光学系统被布置，使得在与所述偏振分离膜的法线和所述图像显示 元件的法线两者平行的截面中，由所述偏振分离膜和如下的光束的光路形成的角度小于 45° 所述光束从所述图像显示元件的中心射出，并到达所述投影光学系统的光轴与所述 投影光学系统内的最接近所述图像显示元件的光学表面相交的点。
8.一种图像显示装置，包括第一图像显示元件、第二图像显示元件和第三图像显示元件，各被配置为通过控制偏 振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述第一图像显示元件、所述第二图像 显示元件和所述第三图像显示元件中的每一个；颜色分离元件，被配置为将从所述照明光学系统射出的光束分成第一色光、第二色光 和第三色光；包含偏振分离膜的第一偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件和所 述第一图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光 来选择性地分离入射光；包含偏振分离膜的第二偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件与所 述第二图像显示元件和所述第三图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振 光并从其中透过P偏振光来选择性地分离入射光；合成元件，被配置为将由所述第一图像显示元件、所述第二图像显示元件和所述第三 图像显示元件反射的光束合成在一起；以及投影光学系统，被配置为将由所述合成元件合成的光投影到投影平面上， 其中，所述投影光学系统被布置，使得在与所述第一偏振分束器的偏振分离膜的法线 和所述第一图像显示元件的法线两者平行的截面中，由所述第一偏振分束器的偏振分离膜 和如下的光束的光路形成的角度小于45° 所述光束从所述第一图像显示元件的中心射 出，并到达所述投影光学系统的光轴与所述投影光学系统内的最接近所述第一图像显示元 件的光学表面相交的点。
9.一种图像显示装置，包括图像显示元件，被配置为通过控制偏振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述图像显示元件； 包含偏振分离膜的偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述照明光学系统和所述图 像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光来选择性 地分离入射光；以及安装部分，被配置为将由所述图像显示元件显示的图像投影到投影平面上的投影光学 系统被安装至所述安装部分，其中，所述安装部分被布置，使得在与所述偏振分离膜的法线和所述图像显示元件的 法线两者平行的截面中，如下的光束自所述偏振分离膜的出射角度大于45° 所述光束从 所述图像显示元件的中心射出，并到达所述投影光学系统的光轴与所述投影光学系统内的 最接近所述图像显示元件的光学表面相交的点。
10.一种图像显示装置，包括第一图像显示元件、第二图像显示元件和第三图像显示元件，各被配置为通过控制偏 振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述第一图像显示元件、所述第二图像 显示元件和所述第三图像显示元件中的每一个；颜色分离元件，被配置为将从所述照明光学系统射出的光束分成第一色光、第二色光 和第三色光；包含偏振分离膜的第一偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件和所 述第一图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光 来选择性地分离入射光；包含偏振分离膜的第二偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件与所 述第二图像显示元件和所述第三图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振 光并从其中透过P偏振光来选择性地分离入射光；合成元件，被配置为将由所述第一图像显示元件、所述第二图像显示元件和所述第三 图像显示元件反射的光束合成在一起；以及安装部分，被配置为将由所述合成元件合成的光投影到投影平面上的投影光学系统被 安装至所述安装部分，其中，所述安装部分被布置，使得在与所述第一偏振分束器的偏振分离膜的法线和所 述第一图像显示元件的法线两者平行的截面中，如下的光束自所述第一偏振分束器的偏振 分离膜的出射角度大于45° 所述光束从所述第一图像显示元件的中心射出，并到达所述 投影光学系统的光轴与所述投影光学系统内的最接近所述第一图像显示元件的光学表面 相交的点。
11.一种图像显示装置，包括图像显示元件，被配置为通过控制偏振光束的偏振状态来显示图像； 照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述图像显示元件； 包含偏振分离膜的偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述照明光学系统和所述图 像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光来选择性 地分离入射光；以及投影光学系统，被配置为将由所述图像显示元件显示的图像投影到投影平面上，其中，所述投影光学系统被布置，使得在与所述偏振分离膜的法线和所述图像显示元 件的法线两者平行的截面中，如下的光束自所述偏振分离膜的出射角度大于45° 所述光 束从所述图像显示元件的中心射出，并到达所述投影光学系统的光轴与所述投影光学系统 内的最接近所述图像显示元件的光学表面相交的点。
12.—种图像显示装置，包括第一图像显示元件、第二图像显示元件和第三图像显示元件，各被配置为通过控制偏 振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述第一图像显示元件、所述第二图像 显示元件和所述第三图像显示元件中的每一个；颜色分离元件，被配置为将从所述照明光学系统射出的光束分成第一色光、第二色光 和第三色光；包含偏振分离膜的第一偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件和所 述第一图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光 来选择性地分离入射光；包含偏振分离膜的第二偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件与所 述第二图像显示元件和所述第三图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振 光并从其中透过P偏振光来选择性地分离入射光；合成元件，被配置为将由所述第一图像显示元件、所述第二图像显示元件和所述第三 图像显示元件反射的光束合成在一起；以及投影光学系统，被配置为将由所述合成元件合成的光投影到投影平面上， 其中，所述投影光学系统被布置，使得在与所述第一偏振分束器的偏振分离膜的法线 和所述第一图像显示元件的法线两者平行的截面中，如下的光束自所述第一偏振分束器的 偏振分离膜的出射角度大于45° 所述光束从所述第一图像显示元件的中心射出，并到达 所述投影光学系统的光轴与所述投影光学系统内的最接近所述第一图像显示元件的光学 表面相交的点。
13.一种图像显示装置，包括第一图像显示元件、第二图像显示元件和第三图像显示元件，各被配置为通过控制偏 振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述第一图像显示元件、所述第二图像 显示元件和所述第三图像显示元件中的每一个；颜色分离元件，被配置为将从所述照明光学系统射出的光束分成第一色光、第二色光 和第三色光；包含偏振分离膜的第一偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件和所 述第一图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光 来选择性地分离入射光；包含偏振分离膜的第二偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件与所 述第二图像显示元件和所述第三图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振 光并从其中透过P偏振光来选择性地分离入射光；合成元件，被配置为将由所述第一图像显示元件、所述第二图像显示元件和所述第三图像显示元件反射的光束合成在一起；以及安装部分，被配置为将由所述合成元件合成的光投影到投影平面上的投影光学系统被 安装至所述安装部分，所述颜色分离元件与所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置，使得包含所 述颜色分离元件的颜色分离表面的平面与包含所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束 器的偏振分离表面的平面相互正交，其中，所述安装部分被布置，使得沿所述第一偏振分束器和所述合成元件被对准的方 向，所述投影光学系统的光轴比如下的光束的位于所述合成元件的出射侧的光路更接近所 述第一偏振分束器所述光束沿与所述照明光学系统的光轴对准的光路传播并从所述合成 元件射出。
14. 一种图像显示装置，包括第一图像显示元件、第二图像显示元件和第三图像显示元件，各被配置为通过控制偏 振光束的偏振状态来显示图像；照明光学系统，被配置为将所述偏振光束引向所述第一图像显示元件、所述第二图像 显示元件和所述第三图像显示元件中的每一个；颜色分离元件，被配置为将从所述照明光学系统射出的光束分成第一色光、第二色光 和第三色光；包含偏振分离膜的第一偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件和所 述第一图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振光并从其中透过P偏振光 来选择性地分离入射光；包含偏振分离膜的第二偏振分束器，所述偏振分离膜被设置在所述颜色分离元件与所 述第二图像显示元件和所述第三图像显示元件之间，并且所述偏振分离膜通过反射S偏振 光并从其中透过P偏振光来选择性地分离入射光；合成元件，被配置为将由所述第一图像显示元件、所述第二图像显示元件和所述第三 图像显示元件反射的光束合成在一起；以及投影光学系统，被配置为将由所述合成元件合成的光投影到投影平面上， 所述颜色分离元件与所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置，使得包含所 述颜色分离元件的颜色分离表面的平面与包含所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束 器的偏振分离表面的平面相互正交，其中，所述投影光学系统被布置，使得沿所述第一偏振分束器和所述合成元件被对准 的方向，所述投影光学系统的光轴比如下的光束的位于所述合成元件的出射侧的光路更接 近所述第一偏振分束器所述光束沿与所述照明光学系统的光轴对准的光路传播并从所述 合成元件射出。
全文摘要
本发明涉及一种图像显示装置。所述图像显示装置包括被配置为通过控制偏振光束的偏振状态来显示图像的图像显示元件。照明光学系统将偏振光束引向图像显示元件。被设置在照明光学系统和图像显示元件之间的偏振分束器选择性分离入射光的偏振。投影光学系统将由图像显示元件显示的图像投影到投影平面上。偏振分束器和投影光学系统的光轴之间的位置关系被适当地设定。
文档编号G03B21/20GK102103311SQ201010559079
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月22日 优先权日2009年12月22日
发明者川澄健人 申请人:佳能株式会社