专利名称：偏振方向变换照明装置和使用它的投影型图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将来自光源的光的偏振状态控制成同一方向并进行照射的偏振方向变换照明装置和使用它的光阀式投影型图像显示装置。
从小型、轻量、易设置性和低价格的观点来看，使用液晶板作为光阀的投影型图像显示装置替代使用以往的阴极射线管(下面简称为CRT)的投影型图像显示装置，正在为市场所接受。
这种投影型图像显示装置，包括预先限定入射光的偏振方向的入射侧偏振板、控制入射光的偏振角的液晶板和仅穿透偏振方向尽量任意的光的出射侧偏振板。
在前述以往的结构中，从光源射出的光因为最多也只能利用一半，所以被投影的图象亮度不足。
此外，因剩下没被利用的光的能量在装置中变成热量，所以投影型图像显示装置的可靠性降低。
为了解决这些不足，提议用偏振光选择装置分开来自光源的光、然后从对单一偏振分量进行偏振变换的两条光路、入射到光阀面上的照明装置，作为投影型图像显示装置的照明装置。
然而，在这种结构中，在从照射面侧观察的场合，所见光源的大小在单方向上约在为原来长度的两倍。
因此，为了利用投影光学系统有效地取入光，必需增大取入角。
其结果，投影透镜成为非常大且价格较高。
此外，由于如前所述光源的像在单方向上伸展变长等原因，投影透镜变得比较大，不能期待亮度的增大。
即使做成光阀采用以往穿透型液晶板那样的光入射角对特性影响大的装置，也由于光的入射角增大而产生图像质量的劣化。
此外，在变换偏振方向之际，考虑到变换效率随波长变化的情况。这时在已被变换的光和未被变换的光比较，因入射到光阀时的角度不同，所以投影图像中心部的光的可用率系数与其周围部的光的可用率不同。因此，投影图像中心部的色彩与周围部的色彩相比不同。
其结果，在使用前述以往结构的照明装置的投影型图像显示装置中，由于光的入射角不同，产生了色彩差。
本发明第一种偏振方向变换照明装置，包括光源；入射从该光源发出的光，而且利用偏振方向将光路分开后出射的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振变换装置和反射从前述偏振变换装置出射的光的光路变换装置。而且，做成前述偏振光选择装置位于前述光路变换装置的开口部，从前述偏振光选择装置出射的另一路光能与前述由光路变换装置反射的光合成。
利用这种结构，由从偏振光选择装置利用偏振方向将光路分开到再合成之前，两个偏振方向相同。因此，能高效率使用来自光源的光。
本发明第二种偏振方向变换照明装置，包括光源；将从该光源发出的光变换成平行光的平行光变换装置；入射前述平行光变换装置的出射光，利用偏振方向分开出射光路的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振变换装置；放大前述偏振变换装置出射光束的光束放大装置和反射前述光束放大装置出射光的光路变换装置。而且，做成前述偏振光选择装置位于前述光路变换装置的开口部，从前述偏振光选择装置出射的另一路光能与前述由光路变换装置反射的光合成。
利用前述结构，对平行光利用偏振光选择装置分开光路，变换一路光的偏振方向，并将该路光的光束进一步放大后与用偏振光选择装置分开的另一路光合成。因此，能高效率使用来自光源的光。
本发明第三种偏振方向变换照明装置，包括光源；入射从该光源发出的光并利用偏振方向将光路分开后出射的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振变换装置和反射从前述偏振变换装置出射的光的光路变换装置。而且，做成前述光路变换装置位于前述光源和前述偏振光选择装置之间，与此同时，具有来自前述光源的光通过的开口部，以前述偏振光选择装置出射的另一路光能与前述由光路变换装置反射的光合成。
利用前述结构，从偏振光选择装置利用偏振方向分开光路开始，到再合成之前，两个偏振方向相同。因此，能高效率使用来自光源的光。
本发明第4种偏振方向变换照明装置，包括光源；将从该光源发出的光变换成平行光的平行光变换装置；入射前述平行光变换装置的出射光，利用偏振方向将光路分开后出射的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置射出的一路光的偏振方向的偏振变换装置；放大前述偏振变换装置的出射光束的光束放大装置和反射从前述光束放大装置的出射光的光路变换装置。而且，做成前述光路变换装置具有开口部，在其开口部上使从前述偏振光选择装置出射的另一路的光通过，并与来自前述光束放大装置的光的反射光合成。
利用前述结构，使光路变换装置的开口部位于来自偏振光选择装置的另一路光的光轴上，另一路光通过该开口部，因而与来自光束放大装置的光合成，不受光路变换装置的影响，因此，能高效率使用来自光源的光。
本发明第5种偏振方向变换照明装置，包括光源；将从该光源发出的光变换成平行光的平行光变换装置；入射从前述平行光变换装置出射的光，利用偏振方向将光路分开后出射的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振变换装置；缩小前述偏振变换装置的出射光束的光束变换装置和反射前述光束变换装置的出射光的光路变换装置。而且，做成前述光路变换装置配置在相当于从前述偏振光选择装置出射的其它偏振方向的光的光轴上的位置，由前述光路变换装置反射的光能与前述其它偏振方向的光合成。
利用前述结构，因光束变换装置使光束宽度比偏振光选择装置的另一路光的光束宽度小，所以光路变换装置可以较小，且另一路光不受在光束宽度方面相比充分小的光路变换装置的影响，并沿其光轴前进。于是，利用偏振方向分开的光由光路变换装置合成。但，在入射到前述光路变换装置之前，单路光用偏振变换装置变换偏振方向，能将合成光的偏振方向取为一个方向。
利用这种结构，能提供单一偏振方向上控制来自光源的光，同时将其损耗抑制到最小的偏振方向变换照明装置。
本发明第一种投影型图像显示装置，做成配置使用由前述本发明的偏振方向变换照明装置合成的光，在照明位置上利用偏振光显示图像的图像显示装置，并具有投影透镜，能将所述图像显示装置的图像放大投射。
利用这种结构，能加大光利用率的同时，抑制由于图像显示装置或者其周围的光吸收造成的发热。其结果，能提供高效率实现高亮度图像的投影型图像显示装置。
本发明第6种偏振方向变换照明装置，包括光源；入射从该光源发出的光并利用偏振方向将光路分开后出射的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振变换装置；在前述偏振变换装置的前级或者后级缩小光束宽度的光束变换装置；反射前述偏振变换装置或者前述光束变换装置的出射光的光路变换装置和分开从前述偏振光选择装置出射的光的累积装置。而且，做成使前述累积装置的出射光与由前述光路变换装置反射的光合成。
利用前述结构，能在单一偏振方向上控制来自光源的光，而且将损耗抑制成最小，同时使照度分布的均匀性改善。
本发明第二种投影型图像显示装置，包括入射从光源发出的光并利用偏振方向将光路分开后出射光路的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振变换装置；在前述偏振变换装置的前级或者后级缩小光束宽度的光束变换装置；反射从前述偏振变换装置或者前述光束变换装置出射的光的光路变换装置；分开前述偏振光选择装置的出射光的累积装置。而且，做成前述偏振光选择装置将一路偏振光分到多个方向的光路后出射。从前述累积装置出射的光与用多个前述光路变换装置反射的光合成。
利用前述结构，在偏振方向上控制来自光源的光，而且将其损耗抑制成最小，同时使照度分布的均匀性改善。
本发明第3种投影型图像显示装置，包括入射从光源发出的光，利用偏振方向将光路分开后出射光路的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振变换装置；在前述偏振变换装置的前级或者后级缩小光束宽度的光束变换装置；反射从前述偏振变换装置或者前述光束变换装置出射的光的光路变换装置和分开前述偏振光选择装置的出射光的累积装置；合成前述累积装置的出射光与用前述光路变换装置的反射光，进而使该合成光通过的图像显示装置和放大投射通过前述图像显示装置的光的投影透镜。
利用这种结构，如果包括能放大投射图像的投影透镜，则能在加大光利用率的同时，抑制由于图像显示装置或者其周围的光吸收造成的发热。其结果，能提供高效率实现高亮度图像的投影型图像显示装置。
本发明第7种偏振方向变换照明装置，包括光源；入射从该光源发出的光并利用偏振方向将光路分开后出射的偏振光选择装置；变换从前述偏振光选择装置出射的一路光的偏振方向的偏振光选择装置；在前述偏振变换装置的前级或者后级分开光的累积装置和反射来自前述偏振变换装置或者前述累积装置的光的光路变换装置。其特征在于，前述光路变换装置具有开口部，在前述开口部上使从前述偏振光选择装置出射的另一路光通过并且与反射的光合成。
本发明第4种投影型图像显示装置，包括从前述第1至第5种偏振方向变换照明装置中任选一种的偏振方向变换装置；使该偏振方向变换装置形成的光通过的图像显示装置和放大投影通过该图像显示装置的光的投影透镜。
利用前述结构，暂时分开到两条光路中的光形成在同一光轴上，所以两路光容易重迭，不会产生这时从照明位置见到的光源像形状在一个方向上变长的问题。其结果，能有效地获得用投影透镜取进的明亮的图像。关于光源像本身的大小，虽然也存在由光束放大装置放大的部分，但用对光源、椭圆镜、准直透镜和聚光透镜进行优化，能够解决。此外，因色彩也能均匀地重迭，所以容易做得场所影响造成的差异小。与以往技术例相比，还能使入射角的绝对值也减小，所以即使这一点也能做得色斑不易显眼。
如前所述，在利用以液晶板等作为光阀使用的偏振光进行输出控制的装置中，以往的偏振方向变换照明装置，只能利用来自光源的光的一个偏振方向，与此相反，本发明的偏振方向变换照明装置，能将P和S两方的偏振方向的光变换到一个偏振方向上，而且能将出射光重叠在一个光轴上。因此，显著地改善光的利用效率。其结果，亮度约为以往的二倍。此外，为了获得与以往相同亮度的照明装置，用一半的耗电就能完成。还能实现光源和驱动电路的小型化和低价格化。
使用本发明的偏振方向变换装置的投影型图像显示装置，因能防止无用偏振方向的光射入到液晶板等的图像显示装置的光控制部中，所以发热量减少，其结果，能得到具有可靠性好且亮度高的投影型图像显示装置。
图1表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的一实施形态图。
图2表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的另一实施形态图。
图3表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图4表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图5表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图6表示关于本发明的投影型图像显示装置的一实施形态图。
图7表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图8表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图9表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图10表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图11表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图12表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图13表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图14表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图15表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图16表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图17表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图18表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态的立体图。
图19表示关于本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态图。
图20表示关于本发明的投影型图像显示装置的另一实施形态图。
图21表示关于本发明的投影型图像显示装置的其它实施形态图。
下面，利用附图对本发明的偏振方向变换照明装置和投影型图像显示装置的具体实施形态进行说明。实施例1图1是用于说明本发明实施例1的偏振方向变换照明装置的结构图。光源1配置在椭圆镜4的第一焦点2的位置上。在图1中，利用以第一光轴3为长轴形成旋转对称的椭圆镜4，将从光源1射出的光，汇聚在第二焦点5的位置上。在椭圆镜4的第二焦点5的位置上，配备作为偏振光选择装置的偏振分光器6。该偏振分光器6反射S偏振光，并且其反射的S偏振光进入第二光轴7上。
另一方面，P偏振光穿透偏振分光器6，然后，穿透配置在第一光轴3上的准直透镜8，进而，穿透作为设置在准直透镜8的出射光侧上的偏振变换装置的λ/4板10，接着，受设置在该λ/4板10的后侧上的反射镜9反射。受反射镜9反射的偏振光再次穿透λ/4板10和准直透镜8，成为平行光301。为了使二次穿透准直透镜8的光成为平行，要设计准直透镜8的形状。作为偏振变换装置的λ/4板10具有将出射的P偏振光变换成圆偏振光的作用。因此，利用穿透λ/4板10而变成圆偏振的光射入反射镜9，变换成反向旋转圆偏振光。然后，借助于再次穿透λ/4板10，反向旋转圆偏振光成为与最初入射光的偏振方向成扭转90度的偏振方向(即S偏振光)并返回第一光轴3。该返回的光射入作为光路变换装置的合成反射镜13。合成反射镜13在中心部上形成开口部11，并配置成使偏振分光器6位于该开口部11。该合成反射镜13的外围部是反射面12，在该反射面12上，将准直透镜8来的入射光反射到第二光轴7上。
这样，采用本实施例，从光源射出的光能大体上作为一个偏振方向的光在单一方向上射出。
在本实施例中，光源1接近点光源，最好椭圆镜4要大，利用这种结构，能有效地在偏振分光器6上聚光。
因为偏振分光器6上的入射光立体角小时，能有效地进行偏振分离，最好椭圆镜4的2个焦点间距离要长。
由准直透镜8和反射面12变换成平行光的光束，最好要粗，这样能减小合成反射镜13中心部缺口制成的损失。
平行光的角度不一定要严密，最好利用与系统的组合进行优化。
此外，也不一定要配备好准直透镜8。
在前述实施例中，虽然用λ/4板10作为偏振方向的变换装置，但利用偏振分光器6作为变换装置以偏振方向分开光路后，也可以在偏振分光器6的穿透面上或者其附近配置λ/2板等的装置。
图2是实施例1的变形技术例的实施形态图。图2中偏振方向变换装置由凹面镜14构成，用来替代图1所示的偏振方向变换装置的反射镜9。
在图2中，借助于用凹面镜14作为反射装置，因能将来自λ/4板10的光变换成平行光并使其反射，所以不必使用准直透镜。因此，能缩小装置的大小，与此同时，能减少光的损失并改善光的利用效率。此外，也可做成在第二光轴7设置作为聚光装置的聚光透镜15。
利用这种结构，能对应于照明面的大小和到照明位置的距离，谋得结构的最优化。实施例2接着，参照图3和图4对用于说明本发明实施例2的偏振方向变换照明装置的结构进行说明。
图3是表示本发明实施例2的偏振方向变换照明装置结构的形态图，图4是表示图3所示的偏振方向变换照明装置的变形技术例的结构的形态图。
在图3和图4中，利用以第一光轴3为长轴形成旋转对称的抛物面镜16，将从光源1射出的光反射并且变换成平行光302。
图1和图2所示的偏振方向变换照明装置，以在偏振分光器6的位置上具有第二焦点的椭圆镜4作为光控制装置，但如图3所示，这里代之以使用抛物镜10作为将302变换成平行光的平行光变换装置10，这种结构中，借助于入射平行光302，能有利于偏振分光器6的偏振选择性，因此，能改善光的有效利用效率。
另一方面，如图4所示，作为平光变换装置，也可以是借助于组合椭圆镜19和准直透镜20、将平行光302在偏振分光器6上入射的结构。
利用这种结构，能获得与前述相同的效果。
平行光302在作为偏振光选择装置的偏振分光器上入射后，偏振分光器6反射S偏振光并使其进入第二光轴7的方向。
另一方面，P偏振光穿透偏振分光器6的反射面，进而通过作为设置在第一光轴3上的光束放大偏振的凹凸复合型准直透镜303，受反射镜9进行反射后，又通过凹凸复合型准直透镜303，并由作为平行光304的合成反射镜13进行反射。
在图3中，表示了使用作为放大光束宽度装置的凹凸复合型准直透镜303，图4表示另一实施形态。在图4中，做成使来自偏振分光器6的平行光305由凹透镜306放大光束，然后，使其在准直透镜8上入射。其后光的通路与实施例1相同。
由合成反射镜13反射的P偏振光，穿透作为偏振变换装置的λ/2板18，变换成S偏振光。此外，λ/2板18由支承玻璃17支承。λ/2板18在第二光轴7附近具有开口部，由偏振分光器6反射的S偏振光通过该开口部。因此，通过开口部的光和穿透λ/2板18的偏振光，都成为S偏振光并在其照射处合成。
这样，在图3和图4所示的实施形态中，能谋得光的有效利用，与此同时，由平行光的利用，能改善根据用偏振分光器6的偏振方向的光路分开效率。其结果，能有效地获得最终所求的偏振方向的光。实施例3接着，参照图5对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在图5中，以在合成反射镜13的开口部上构成作为偏振光选择装置的平板型偏振分光器21为特征。其它的结构与实施例1中图1的说明相同。
利用本结构，入射角增大，因此，可廉价地分开偏振光。实施例4
下面，参照图6对本发明的投影型图像显示装置的实施例进行说明。
图6是使用图2说明的偏振方向变换照明装置的投影型图像显示装置的一例。
在图6中，从偏振方向变换照明装置100射出的光，穿透入射侧偏振板22，并射入作为图像显示装置的液晶板23中。入射侧偏振板22的设置使穿透偏振光方向与偏振方向变换照明装置100所发偏振光方向(在图2的形态为S偏振光)相一致。这种液晶板23由能从外部信号独立地控制的多个像来构成。在图像显示部中应显示白色部分的液晶板23的像素部上入射的光，穿透入射侧偏振板22后，在液晶板23的液晶层90度扭转偏振方向，因而穿透与穿透入射侧偏振板22的偏振光方向正交的出射侧偏振板24。
另一方面，在图像显示部中应显示黑色部分的液晶板23的像素部上入射的光，穿透入射侧偏振板22后，在液晶板23的液晶层不扭转偏振方向且穿透它，因而在出射侧偏振板24上入射，然后被吸收。
这种穿透出射侧偏振板24的光，由投影透镜25传导到屏幕26上。这样，利用投影透镜25，构成使液晶板23显示区域的像素放大投影。其结果，能在屏幕26上获得大画面图像。
以往，因液晶板只能利用单一偏振方向的光，所以在入射侧偏振板不得不吸收来自光源的光中的50％左右。因此，光利用率差。此外，入射侧偏振板吸收光，因而发热量增大，高亮度化困难。
与此相反，采用本实施例的结构，能全部有效利用来自光源的光。其结果，改善了光的利用率，此外，发热量减少，容易进一步提高亮度。
图6所示的偏振方向变换照明装置100的结构，虽然表示了图2的实施形态例，但也可用实施例1至实施例4中所示的偏振方向变换照明装置构成的投影型图像显示装置来替代，并且利用这种结构能达到与前述相同的效果。
此外，在本实施例中，虽然用穿透型液晶板构成图像显示装置，但也可以用反射型液晶板构成。实施例5下面，参照图7对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态的例进行说明。
在图7中，利用以第一光轴3为长轴形成旋转对称的椭圆镜4使光源1位于第一焦点2的位置上，将从光源1射出的光汇聚在第二焦点5的位置上。
在第二焦点5的位置附近，具备作为偏振光选择装置的偏振分光器27。在该偏振分光器27上，使P偏振光穿透，并使S偏振光如图7所示那样以第一光轴3为基准反射到光源侧。利用在第一光轴3上对称地构成的二个平面的组合，形成这种偏振分光器27。
用前述偏振分光器27反射的S偏振光，穿透设置在支承玻璃28上作为偏振变换装置的λ/4板29，变换成圆偏振。然后，这种圆偏振光，由在前述第一光轴3上构成旋转对称，并且有用于通过来自前述光源到前述偏振分光器27的光的开口部30的凹面镜31(光路变换装置)进行反射，变换成大致平行光401。
这样，再次在λ/4板29上入射的光，形成与已入射的光逆方向的圆偏振，所以穿透λ/4板29后，成为S偏振光并射出。穿透这种λ/4板29的光和穿透偏振分光器27的光均为S偏振光，合成这些S偏振光，然后，从这种偏振方向变换照明装置输出。
这样，在本实施例中，从光源射出的光能大体上作为一个偏振方向的光在单方向上射出。因此，能极大改善光的利用效率。同时，能显著地改善可靠性。进而，利用凹面镜31，能使装置的规模小型化。
偏振分光器27也可以是棱镜偏振分光器或者以第一光轴作为旋转中心的圆锥形状。
在本实施例中，具有借助凹面镜31的使用使装置的规模可小型化的效果。借助实施例1到实施例3所示的平面镜和透镜的组合使用，替代这种凹面镜31，能获得与前述相同的效果。实施例6下面，参照图8对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施形态的例进行说明。
在图8中，利用以第一光轴33为长轴形成旋转对称的椭圆镜34，使光源1位于第一焦点32的位置上，将光源1射出的光汇聚在第二焦点35的位置上。通过第二焦点35位置后的光，由作为平行光变换装置的准直透镜36变换成大致平行光，在作为偏振光选择装置的偏振分光器37上入射。
在这种偏振分光器37中，入射平行光中的S偏振光被入射，并进入第二光轴38的方向。
另一方面，P偏振光穿透偏振分光器37的反射面并穿透第一光轴33上的λ/2板39(偏振变换装置)。在λ/2板39中，P偏振光变换成S偏振光，接着，由反射镜40进行反射后，在作为光束放大装置的光束放大用透镜41上入射。这种光束放大用透镜41，设计成能大致平行光的入射光束放大成大致平行光的原光束。
穿透光束放大用透镜41的光，由反射镜42进行反射，并在作为中心具有开口部43的光路变换装置的合成反射镜44上入射。
另一方面，沿第二光轴38前进的S偏振光，借助于对聚光透镜45的穿透，在反射镜44的开口部43或者其近傍汇聚。因此，进入第二光轴38方向的S偏振光，不受反射镜44的影响，原样进入第二光轴38的方向。由反射镜42进行反射后在合成反射镜44上入射光，由合成反射镜44进行反射，并使它进入第二光轴38的方向。
借助于穿透中间的λ/2板39，由该反射镜42射入的光从P偏振光变换成S偏振光，最后，从该偏振方向变换照明装置射出的光，全部为S偏振光。
利用前述结构，借助于将偏振光选择装置的位置与可变换装置分开，虽然结构比前述实施例复杂，但因偏振分光器37的入射光束，更加接近平行光，所以能显著改善基于偏振方向的光路分离的效率。此外，因没有在开口部43的位置上配置偏振选择装置，所以能减小开口的大小。因此，能将从反射镜42射入的光的反射损失抑制到最小。
在前述结构中，与穿透光束放大用透镜41后的光束相比，穿透准直透镜36后的光束直径只要足够小，就不必用聚光透镜45。与穿透准直透镜36后的光束相比，用聚光透镜45聚光的光束足够小时，也不必用光束放大用透镜41。
此外，借助于设定准直透镜36的透镜，使其聚焦点出现在开口部43的位置或者其附近，能去除聚光透镜45。
作为偏振变换装置的λ/2板39的结构及其配置，不限于前述装置，也就是说，也可以做成用λ/4板作为相位差板替代λ/2板39。
图8中使用椭圆镜34，但也可使用如图3所示的抛物面镜。此外，在抛物面镜开口直径大的场合，也能在出射侧并用聚光透镜。
也能以本实施例的偏振方向变换照明装置作为实施例4中说明的偏振方向变换照明装置100构成投影型图像显示装置。在这种结构中，也能获得与实施例4相同的效果。实施例7下面，参照图9对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在图9中，利用以第一光轴33为长轴形成旋转对称的椭圆镜34，使光源1位于第一焦点32的位置上，将光源1射出的光汇聚在第二焦点35的位置上。通过第二焦点35位置后的光，由作为平行光变换装置的准直透镜36变换成大致平行光，在作为偏振光选择装置的偏振分光器37上入射。
在这种偏振分光器37上，S偏振光受反射并进入第二光轴38的方向。反之，使P偏振光穿透偏振分光器37的反射面，经第一光轴33上的聚光透镜46、λ/2板39、反射镜40和反射镜42，在作为光路变换装置的合成反射镜47上汇聚。
合成反射镜47设置在支承玻璃48上，该支承玻璃倾斜配置在第二光轴38上且穿透可见光。
另一方面，进入第二光轴38方向的S偏振光，与合成反射镜47相比，其光束宽度足够大，所以不受合成反射镜47的影响，沿第二光轴38原样前进。经反射镜42射入合成反射镜47的光，由合成反射镜47反射进入第二光轴38的方向。
借助于穿透中间的λ/2板39，从这种反射镜42射入至反射镜47上的光，偏振方向被扭转，并从P偏振光变换成S偏振光。因此，从这种偏振方向变换照明装置射出的光，能最终全部成为S偏振光。
利用前述结构，因偏振分光器37的入射光束更接近平行光，所以能提高基于偏振方向的光路分离的效率。此外，能减小作为光路变换装置的合成反射镜47。进而，能将第二光轴38方向的入射光损失抑制到最小。
在本实施例中，关于偏振变换装置及其配置，不限于前述结构，也可以用λ/4板作为相位差板替代λ/2板的结构。实施例8下面，参照图10对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在图10中，与图9的例子相同，由作为偏振光选择装置的偏振分光器37分开的P偏振光，穿透反射面，经第一光轴33上的λ/2板39、反射镜40和反射镜42，在作为光路变换装置的合成反射镜47上入射。合成反射镜47设置在倾斜配置于第二光轴38且穿透可见光的支承玻璃48上。
另一方面，沿第二光轴38前进的S偏振光，利用光束放大用透镜49变换成光束宽度比合成反射镜47足够地大，于是，不受合成反射镜47的影响，沿第二光轴38原样前进。
利用合成反射镜47，经前文所示的反射镜42在合成反射镜47上入射的光，由反射镜47反射成进入第二光轴38的方向。
借助于穿透中间的λ/2板39，这种从反射镜42射入的光扭转偏振方向并从最初的P偏振光变换成S偏振光。因此，从这种照明装置射出的光，最终能全部成为S偏振光。在前述结构中，能获得与实施例1相同的效果。
在本实施例中，关于S偏振变换装置及其配置，不限于λ/2板39，也可以用λ/4板作为相位差板的结构。
此外，在本实施例的图9和图10的结构中，做成用输出平行光的抛物面镜替代椭圆镜34的偏振方向变换照明装置也有效。
也能以本实施例的偏振方向变换装置作为在实施例4中说明的偏振方向变换装置100构成投影型图像显示装置。在这样结构中，也能获得与实施例4相同的效果。实施例9下面，参照图11对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在图11中，从光源101射出的光，由抛物面镜104进行反射后，在作为偏振光选择装置的偏振分光器105上入射。
该抛物面镜104，对设置成以第一光轴103为中心旋转对称，使光源101处于焦点102的位置上。这种偏振分光器105反射S偏振光，并使该S偏振光进入第二光轴106的方向。
另一方面，P偏振光穿透偏振分光器105的反射面后，在作为第一光轴103上的累积装置的第一累积透镜阵列107上入射。利用第一累积透镜阵列107的各透镜，将入射光划分成多束光。该划分所得各束光，在作为对应于它们的累积装置的第二累积透镜阵列108的各透镜上分别形成二次光源像。从这种第二累积透镜阵列108射出的各束光，在各自照明面109上重叠并形成放大像。
进入第二光轴106方向的光，由对光轴倾斜配置的反射镜110导向并射入聚光透镜111，经过对光轴倾斜配置的反射镜112和相位差板113，汇聚在作为光路变换装置的微小反射镜114上。这时，作为偏振变换装置的相位差板113，设定成偏振方向与沿第一光轴103上前进的光的偏振方向相同。微小反射镜114对第一光轴倾斜配置。设置该微小反射镜11，使沿反射镜112所导光轴方向前进的光在被照明面109上照明区域的位置与第二累积透镜阵列108的出射光在被照明面109上的照明位置相同。
采用前述结构，从光源101射出的光能几乎成为一个偏振方向的光射出并进行照明。
在实施例中，光源101最好近于点光源。利用这样结构，能在反射镜114上形成小像。因此，累积透镜阵列107、108的穿透光中受微小反射镜114遮挡的光比例小，其结果，改善了光的有效利用率。
同样，为了减小光源像，使微小反射镜114减小，使用大的聚光透镜111。而且，为了照明被照明面109上需要的区域，在微小反射镜114的出射侧设置中继透镜的结构也是有效的。
利用累积透镜阵列107、108，沿第一光轴103前进的偏振分光器105穿透光能均匀地照明。但是，沿第二光轴106前进的偏振分光器105反射光，在光源的发光部上有色斑的场合，在被照明面109上多少也有可能产生色斑。当产生这种色斑时，在微小反射面114的近傍设置棒状累积透镜，对经微小反射面114到被照明面109上的光，也能改善色彩的均匀性。
在前述实施例中，作为偏振方向的变换装置，虽然使用偏振变换用的相位差板，但不限于此，也可以是配置在由偏振分光器105按偏振方向分开光路后穿透的偏振分光器105的面、反射镜110、112或者聚光透镜111等上的装置。此外，偏振方向变换装置，虽然利用偏振分光器105进行反射，设置在第二光轴106侧的光路上，但也可以是穿透偏振分光器105设置在进入第一光轴103方向的光的光路上。此外，设置在上述两侧也能获得相同的特性。本发明没采用这样偏振方向的变换装置。
在本实施例中，虽然用抛物面镜104作为控制光源101的光的装置，但不限于此，也可以是例如采用椭圆镜、在其第一焦点位置上设定光源并在其第二焦点位置上设定微小反射镜114的结构。利用这种结构，不需要聚光透镜111。但是，在偏振分光器105入射光的平行度差的场合，基于偏振方向的分离度降低，所以最好焦点间距离短的结构。此外，也可以是具备变换成平行光的装置的结构。
虽然最好微小反射镜114的位置在第一光轴103上或者在左右对称地分开被照明面109的中心线上，但只要在实用许可的范围；也不必限定于此。实施例10下面，参照图12对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在前述实施例9中，将微小反射镜114配置在第二累积透镜阵列108的出射侧，在本实施例中，如图12所示，是将微小反射镜114设置在第一累积透镜阵列107和第二累积透镜阵列108之间的结构。利用这种结构，能获得与实施例9相同的效果。此外，可在第一光轴103的方向，将偏振方向变换照明装置的规模做得较小。
在图12中，虽然在经过微小反射镜114的光所穿透的部分上设置第二累积透镜阵列108的开口115，但也能将经过微小反射镜114的光所穿透的部分作为平行平面板的结构来替代。利用这种结构，经过微小反射镜114的光穿透第二累积透镜阵列108，因而按目标到达被照明面109。
此外，为了积极地使这种经过微小反射镜114的光能最有效地照明被照明面109，也可以是设置透镜的结构。利用这种结构，能提高设计的自由度，在被照明面109是矩形的场合，最好设置形状为纵横方向非对称的透镜。实施例11下面，参照图13对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在图13中，利用作为光束变换装置的光束宽度变换透镜116、117，将偏振光选择装置的偏振分光器105的反射光变换成光束缩小的大致平行光，然后在作为光路变换装置的微小反射镜118上入射。这种微小反射镜118在这里为曲面形状，使被反射的光由第二累积透镜阵列108重叠到被照明的范围上。借助于这种结构，因聚光位置的限制不严密，所以聚光透镜的设计自由度大。
此外，如图14所示，也可以是在微小反射镜119的出射面侧设置聚光透镜120的结构。利用这种结构，能获得与图13所示实施例相同的效果。
这里，从实施例9至实施例11中，例示了用偏振分光器105作为按偏振方向分开光路的偏振光选择装置。然而，一般地说，偏振分光器105的穿透光与反射光，特性相互不同。因此，为了得到最合适的特性，最好选择对哪一光路的光进行偏振变换。图15的结构是在偏振分光器105的反射光侧设置累积装置的结构例。利用这种结构，能获得相当好的特性。实施例12下面，参照图16对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在图16中，与前面各实施例已说明的偏振分光器相比，将持有一半入射面的偏振分光器22分开成两个，构成配置成双的这种分开成两个的偏振分光器122。借助于这样配备多个偏振光选择装置，将入射光分开到第二光轴123和第三光轴124的方向，利用微小反射面125对被照射面109进行照明。这时，偏振分光器122的两部分的体积，因用偏振分光器105的一半完成，所以能降低成本，能小型和轻量化。
在本实施例中，虽然并用了两个偏振分光器，但用形成相同反射面的一个偏振分光器的结构来替代，也能得到相同的效果。
图17是用偏振分光器122构成的偏振方向变换照明装置。
在本实施例中，作为光路变换装置的微小反射镜125，设置在第二累积透镜阵列108的外侧或者旁边。在本例中，投影透镜要求能取入包括此微小反射镜125的位置在内的亮度，但微小反射镜125比第二累积透镜阵列108小很多，所以不需要大变动。
微小反射镜125的位置配置在第二累积透镜阵列108上的有效开口部的出射面侧的场合，不必象前文所述那样要在其中心，最好将微小反射镜125配置在照度分布弱的位置上。这种情况下，最好设置在与能左右对称地分开被照射面的中心线上相当的位置上。或者在设置多个微小反射镜125的场合，最好对前述中心线左右对称地配置。
被照射面109的形状与经偏振分光器122来的光源像的形状是相似形，此外，利用配置各要素零件使它们的形状的倍率相合，能获得最亮的亮度，其结果，有改善偏振变换效率的效果。
在图18中，在偏振分光器122的出射面上设置聚光透镜111，并以用光学方法分开出射光为特征。在这种结构中，使各出射光的形状分别与被照面109的形状接近于相似形，从而重叠在被照射面109上。利用这种结构，能显著改善光的利用效率。此外，利用将这种偏振光选择装置122的输出分开成多束光并在被照射面109重叠，能利用重叠使光源的色斑不显著，并能使色彩的均匀性改善。
在本实施例中，为了倍率相合，做成配置使偏振变换后的光横穿第二累积透镜阵列108前表面的微小反射镜125。此外，由于聚光透镜111根据需要将曲率中心设在偏离入射光的位置上，所以形成分开的像分别重叠在被照射面109相同的位置上。实施例13下面，参照图19对本发明的偏振方向变换照明装置的其它实施例进行说明。
在图19中，从光源101射出的光，由抛物面镜104进行反射后，在偏振分光器105上入射。该抛物面镜104设置成以第一光轴103为中心旋转对称，使前述光源101位于焦点102位置上。该偏振分光器105反射S偏振光，该S偏振光进入第二光轴106的方向。
另一方面，使P偏振光穿透偏振分光器105的反射面，进而利用聚光透镜133在设置在对光轴103倾斜配置的合成用反射镜134上的微小开口部135上聚光，然后，穿透该开口部并对被照明面109进行照明。
再者，进入第二光轴106方向的光，穿透作为偏振变换装置的相位差板113，并变换偏振方向。相位差板113设定成偏振方向与进入第一光轴103上的光的偏振方向相同。然后，该光由在光轴上倾斜配置的反射镜110进行反射，并射入累积装置第一累积透镜阵列136。由该透镜阵列136的各透镜分开入射光。其分开的光被引导到反射镜137上，并在各自对应的累积装置(第二集成透镜阵列138)的透镜上形成二次光源像。
从这些透镜射出的光分别由各光路变换装置的合成用反射镜134反射，然后在被照明面109上重叠形成放大像。
采用本实施例，也能将光源101射出的大部分光作为一个偏振方向的光射出并照明。
在本实施例中，光源101近于点光源较好。开口部上能形成小像的原因是通过累积装置来的光中由微小开口部135穿通的比例小。同样，为缩小光源像而使用大的聚光透镜133能使微小开口部减小。而且，为了照明被照明面109上的需要区域，在微小开口部135的出射侧设置中继透镜是有效的，设置的结构也是可能的。
利用集成装置136、136，进入第二光轴106的方向由偏振分光器105进行反射的光能均匀照明。但是进入第一光轴103的方向穿透偏振分光器105的光，在光源的发光部上有色斑的场合，在被照明面9上多少也有可能产生色斑。当产生这种色斑时，在微小开口部135(或者其附近)上设置棒状累积透镜，对经过微小开口部135到达被照明面109上的光也能改善色彩的均匀性。
虽然希望微小开口部135的位置在第一光轴103上或者在左右对称地分开被照明面109的中心线上，但在实用许可的范围也不必限定于此。
在本实施例中也与实施例1相同，也可应用将用偏振分光器反射的光路分开成二路的结构。实施例14下面，参照图20对本发明的投影型图像装置的实施例进行说明。
图20是使用在实施例9的图11中说明的偏振方向变换照明装置的投影型图像显示装置的结构图。
来自光源101的光，从偏振方向变换照明装置200射出在图11的实施例9说明的相同偏振的合成光，并射入场透镜126。这时，被照明面109的位置配置成与液晶面127相当。
场透镜126的入射光，对液晶面127实现远心性，主光线不论其强弱程度入射角均相同。穿透这种场透镜126的光，在入射侧偏振板128上仅限于单一方向的偏振光。射入到这种入射侧偏振板128之前，由偏振方向变换照明装置200限定偏振方向。但是，在由于偏振分光器105的性能和界面上的漫反射，偏振度不足，不能获得具有所需对比度的投影图像的情况下，希望设置偏振板128。然而，也可以根据需要，做成不设置偏振板128。
穿透这种入射侧偏振板128的光，射入液晶板129。这种液晶板129由能从外部信号独立地控制的多个像素组成，射入到这种液晶板129中图像显示部应显示白色部分的像素部的光，穿透入射侧偏振板128后，在液晶面127偏振方向扭转90°，因而穿透出射侧偏振板130。该偏振板130的穿透偏振方向与入射侧偏振板128正交。
另一方面，射入到这种液晶板129中图像显示部应显示黑色显示部分的像素部的光，穿透入射侧偏振板128后，在液晶面127不扭转偏振方向，穿透该面，因而在出射侧偏振板130上入射并被吸收。图像显示装置由液晶板129，入射侧偏振板128和出射侧偏振板130构成。
接着，穿透出射侧偏振板130的光，由投影透镜131引导到屏幕132上。
这样，借助于用投影透镜131对液晶板129的显示域的像素进行放大投影，能在屏幕132上获得大画面图像。
因以往的液晶板只能利用一个偏振方向，来自光源的光中约50％不得不在入射侧偏振板中被吸收。因此，由于光利用率低、入射侧偏振板的光吸收使发热增大以及由于其发热使零件劣化等，难于高亮度化。
与此相反，根据本实施例，由于全部有效地利用来自光源的光，使光利用效率改善，所以能获得具有亮度高和可靠性好的投影型图像显示装置。
在本实施例中，虽然使用穿透型的液晶板129作为光阀，但也能使用偏振显示的器件来替代，例如能使用反射型的液晶板。实施例15下面，参照图21对本发明的投影型图像显示装置的其它实施例进行说明。
图21是使用在实施例13的图19中说明的偏振方向变换照明装置的投影型图像显示装置的结构图。
图21是使用实施例13所述的偏振方向变换照明装置300的投影型图像显示装置的结构图。来自光源101的光，从偏振方向变换照明装置300射出在图19的实施例13说明的光，并射入场透镜126。这时，被照明面132的位置配置成与液晶面127相当。
由场透镜126射入的光，对液晶面127实现远心性，主光线无论强弱程度如何，入射角均相同。穿透这种场透镜126的光，入射侧偏振板128限于单一方向的偏振光。射入这种入射侧偏振板128之前，已由偏振方向变换照明装置300限定偏振方向。但是，在由于偏振分光器105的性能和在界面上的漫反射，偏振不足、不能获得具有所需对比度的投影图像的情况下，也可这样做成设置偏振板。
穿透入射侧偏振板128的光，射入液晶板129。这种液晶板129由能从外部信号独立地控制的多个像素组成，射入到这种图像显示部中应显示白色部分的像素部的光，穿透入射侧偏振板128后，在液晶面127偏振方向扭转90°，因而穿透出射侧偏振板130。该偏振板130的穿透偏振方向与入射侧偏振板128正交。
另一方面，射入液晶板129中图像显示部应显示黑色部分的像素部的光，穿透入射侧偏振板128后，在液晶面127不扭转偏振方向，穿透该面，因而在出射侧偏振板130上入射，并被吸收。
穿透出射侧偏振板130的光，由投影透镜131引导到屏幕132上。
这样，借助于用投影透镜131对液晶板129的显示区域的像素进行放大投影，能在屏幕132上获得大画面图像。
因以往的液晶板只能利用一个偏振方向，来自光源的光中约50％不得不在入射侧偏振板中被吸收。因此，由于光利用率低、入射侧偏振板的光吸收使发热增大以及由于其发热使零件劣化等，难于高亮度化。
与此相反，根据本实施例，借助于全部有效地利用来自光源的光使光利用效率改善，所以能获得具有亮度高和可靠性好的投影型图像显示装置。
在本实施例中，虽然使用穿透型的液晶板作为光阀，但也能使用偏振显示的器件来替代，例如能使用反射型的液晶板。
此外，在实施例1至实施例15中，偏振光选择装置的穿透光和反射光的种类(即S偏振光和P偏振光)，不特别限于其形态，在S偏振光和P偏振光相反的场合，也能达到与各实施形态相同的效果。
利用前述各种结构，能将光源的两种偏振方向的光变换成一种偏振方向的光，而且将那些变换的光重叠在一个光轴上。因此，显著地改善光的利用效率。其结果，亮度约为以往的二倍。此外，为了获得与以往相同亮度的照明装置，用一半的耗电就能完成，能实现光源和驱动电路的小型化和低价格化。
使用本发明的偏振方向变换装置的投影型图像显示装置，因能防止无用偏振方向的光射入到液晶板等图像显示装置的光控制部中，所以发热量减少，其结果，能得到具有可靠性好且亮度高的投影型图像显示装置。
权利要求
1.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置和反射所述已变换的第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述光路变换装置反射的所述已变换的第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成。
2.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、反射所述已变换的第二偏振光的光路变换装置和对所述第二偏振光变换光束的宽度，使之成为光束已变换的第二偏振光的光束变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述光路变换装置反射的所述已变换的第二偏振光和由所述光束变换装置变换光束的所述光束已变换的第二偏振光在同一方向上相互合成。
3.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自其光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、反射所述偏振变换装置出射的所述已变换的第二偏振光然后再使其在所述偏振变换装置上入射的反射装置和合成所述已变换的第二偏振光和所述第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述反射装置反射并再次通过所述偏振变换装置的所述已变换的第二偏振光，受所述光路变换装置反射，该反射的所述已变换的第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成。
4.如权利要求3所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，它还包括设置在所述偏振变换装置和所述光路变换装置之间的平行光变换装置，所述平行光变换装置将来自所述偏振变换装置的所述已变换的第二偏振光变换成具有平行光的第二偏振光。
5.如权利要求3所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，所述偏振光选择装置是平板型偏振分光器。
6.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自其光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、反射所述偏振光选择装置出射的第一偏振光的反射装置反射所述反射装置发来的所述第一偏振光的光路变换装置和将由所述光路变换装置反射的所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域上具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，所述已变换的第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成。
7.如权利要求6所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，所述偏振变换装置在其中央区域具有开口部，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光通过所述开口部。
8.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括射出平行光的光源装置、将所述平行光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成具有已变换光束(内含与所述第二偏振光的光束不同的光束)的第一偏振光的光束变换装置、反射所述具有已变换光束的第一偏振光的光路变换装置和将所述具有已变换光束的第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置，其特征在于，所述光路变换装置在其中央区域上具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述偏振变换装置变换的所述已变换的第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成。
9.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自其光源的光变换成平行光的平行光变换装置、将所述平行光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、对所述第一偏振光放大光束宽度，使之成为具有放大光束的已放大第一偏振光的光束放大装置、反射由所述光束放大装置放大的所述已放大第一偏振光的光路变换装置和将所述已放大第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述光路变换装置反射的所述已放大第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述已变换的第二偏振光在同一方向上相互合成。
10.如权利要求9所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，所述偏振变换装置在其中央区域具有开口部，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光通过所述开口部。
11.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光变换成平行光的平行光变换装置、将所述平行光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、反射所述第一偏振光的反射装置、反射来自所述反射装置的所述第一偏振光的光路变换装置和将来自所述光路变换装置的所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述偏振光选择装置变换的所述第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成。
12.一种投影型图像显示装置，其特征在于，包括(a)偏振方向变换照明装置，该照明装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置和反射所述已变换的第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述光路变换装置反射的所述已变换的第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成，(b)将由所述偏振方向变换照明装置合成的光变换成图像光的图像显示装置和(c)投射由所述图像显示装置变换的所述图像光的投射装置。
13.一种投影型图像显示装置，其特征在于，包括(a)偏振方向变换照明装置，该照明装置包括射出平行光的光源装置、将所述平行光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成具有已变换光束由(内与所述第二偏振光的光束不同的光束)的第一偏振光的光束变换装置、反射所述具有已变换光束的第一偏振光的光路变换装置和将所述具有已变换光束的第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，所述偏振光选择装置位于所述开口部上，由所述偏振变换装置变换的所述已变换的第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成；(b)将由所述偏振方向变换照明装置合成的光变换成图像光的图像显示装置和(c)投射由所述图像显示装置变换的所述图像光的投射装置。
14.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有第一开口部，所述光路变换装置位于所述光源和所述偏振光选择装置之间，来自所述光源的所述光通过所述第一开口部，通过所述开口部的所述光由所述偏振光选择装置分开成所述第一偏振光和所述第二偏振光，由所述偏振光选择装置分开的所述第一偏振光由所述偏振变换装置变换成所述已变换的第二偏振光，所述已变换的第二偏振光和由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光在同一方向上相互合成。
15.如权利要求14所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，所述偏振变换装置在其中央区域上具有第二开口部，来自所述光源的所述光通过所述第一开口部和所述第二开口部。
16.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光变换成平行光的平行光变换装置、将所述平行光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、放大所述已变换的第二偏振光的光束宽度的光束放大装置和反射由所述光束放大装置放大的所述已变换的第二偏振光的光路变换装置，而且光路变换装置在其中央区域上具有开口部，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光通过所述开口部，通过所述开口部的所述第二偏振光和已放大光束宽度的所述已变换的第二偏振光在同一方向上相互合成。
17.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、对所述已变换的第二偏振光变换光束宽度，使之成为已变换光束宽度的第二偏振光的光束变换装置和反射所述已变换光束宽度的第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置位于由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光的第一光轴上，所述光路变换装置形状为宽度比由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光的光束宽度小，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光和由所述光路变换装置反射的所述已变换光束宽度的第二偏振光在同一方向上相互合成。
18.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将所述光源的光变换成平行光的平行光变换装置、将所述平行光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、对所述已变换的偏振光缩小光束宽度，使之成为具有窄光束宽度的第二偏振光的光束变换装置和反射所述具有窄光束宽度的第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置位于由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光的第一光轴上，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光和由所述光路变换装置反射的所述具有窄宽度的第二偏振光在同一方向上相互合成。
19.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将所述光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、对由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光放大光束宽度，使之成为具有放大的光束宽度的第二偏振光的光束变换装置和反射所述已变换的第二偏振光的光路变换装置，而且由前述光束变换装置放大的所述具有放大的光束宽度的第二偏振光和由所述光路变换装置反射的所述已变换的第二偏振光在同一方向上相互合成。
20.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源，将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置，而且所述已变换的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成。
21.如权利要求20所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，所述累积装置包括多个微型透镜。
22.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源，将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成具有窄的光束宽度的第一偏振光的光束变换装置、将所述具有窄的光束宽度的第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、反射所述已变换的第二偏振光的光路变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置，而且反射所述光路变换装置的所述已变换的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成。
23.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、将所述已变换的第二偏振光变换成具有窄的光束宽度的第二偏振光的光束变换装置、反射所述具有窄的光束宽度的第二偏振光的光路变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置，而且反射所述光路变换装置的所述具有窄的光束宽度的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成。
24.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第二偏振光和多个第一偏振光的偏振光选择装置、将所述多个第一偏振光中的各个第一偏振光变换成各个已变换的第二偏振光的偏振变换装置、将所述各个已变换的第二偏振光变换成各个具有窄的光束宽度的第二偏振光的光束变换装置、反射所述各个具有窄的光束宽度的第二偏振光的各个光路变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置，而且反射所述各个光路变换装置的所述各个具有窄的光束宽度的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成。
25.如权利要求24所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，所述累积装置包括多个微型透镜。
26.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第二偏振光和多个第一偏振光的偏振光选择装置、将所述多个第一偏振光中的各个第一偏振光变换成各个具有窄的光束宽度的第一偏振光的光束变换装置、将所述各个具有窄的光束宽度的第一偏振光变换成各个已变换的第二偏振光的偏振变换装置、反射所述各个已变换的第二偏振光的各个光路变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置，而且反射所述各个光路变换装置的所述各个已变换的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成。
27.一种投影型图像显示装置，其特征在于，包括(a)偏振方向变换照明装置，该照明装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置，而且所述已变换的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成；(b)将由所述偏振方向变换照明装置合成的光变换成图像光的图像显示装置和(c)投射由所述图像显示装置变换的所述图像光的投射装置。
28.一种投影型图像显示装置，其特征在于，包括(a)偏振方向变换照明装置，该照明装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成具有窄的光束宽度的第一偏振光的光束变换装置、将所述具有窄的光束宽度的第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、反射所述已变换的第二偏振光的光路变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置，而且由所述光路变换装置反射的所述已变换的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成，(b)将由所述偏振方向变换照明装置合成的光变换成图像光的图像显示装置和(c)投射由所述图像显示装置变换的所述图像光的投射装置。
29.如权利要求28所述的投影型图像显示装置，其特征在于，所述累积装置包括多个微型透镜。
30.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第二偏振光和多个第一偏振光的偏振光选择装置、将所述多个第一偏振光中的各个第一偏振光分开或多个第一偏振光的各个第一累积装置、将所述多个第一偏振光中的各个第一偏振光变换成各个已变换的第二偏振光的各个偏振变换装置和将由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光分开成多个第二偏振光的第二累积装置，而且所述各个已变换的第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成。
31.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、将所述被变换的第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置和反射所述多个第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光通过所述开口部，通过所述开口部的所述第二偏振光和所述多个或第二偏振光在同一方向上互相合成。
32.如权利要求31所述的偏振方向变换照明装置，其特征在于，所述累积装置包括多个微型透镜。
33.一种偏振方向变换照明装置，其特征在于，该装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光分开成多个第一偏振光的累积装置、将所述多个第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置和反射所述已变换的第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光通过所述开口部，通过所述开口部的所述第二偏振光和所述已变换的第二偏振光在同一方向上互相合成。
34.一种投影型图像显示装置，其特征在于，包括(a)偏振方向变换照明装置，该照明装置包括光源、将来自该光源的光分开成第一偏振光和第二偏振光的偏振光选择装置、将所述第一偏振光变换成已变换的第二偏振光的偏振变换装置、将所述已变换的第二偏振光分开成多个第二偏振光的累积装置和反射所述多个第二偏振光的光路变换装置，而且所述光路变换装置在其中央区域具有开口部，由所述偏振光选择装置分开的所述第二偏振光通过所述开口部，通过所述开口部的所述第二偏振光和所述多个第二偏振光在同一方向上相互合成；(b)将由所述偏振方向变换照明装置合成的光变换成图像光的图像显示装置和(c)投射由所述图像显示装置变换的所述图像光的投射装置。
35.如权利要求34所述的投影型图像显示装置，其特征在于，所述累积装置数据包括多个微型透镜。
全文摘要
本发明揭示一种用于光阀式投影型图像显示装置并特别适合结构上利用偏振的这种装置的照明装置。它包括光源、椭圆镜、配置在椭圆镜第2焦点位置上的偏振光选择装置、反射来自该第2焦点的光并变换成平行光的准直装置、设置在准直装置中的偏振变换装置和在中心处具有开口部的光路变换装置。由偏振光选择装置分开第1和第2偏振方向的光，光路变换装置将经过偏振变换的第2偏振方向的光反射到第1偏振方向的光的光轴上。
文档编号H04N9/31GK1141563SQ96105399
公开日1997年1月29日 申请日期1996年5月31日 优先权日1995年6月2日
发明者山岸成多 申请人:松下电器产业株式会社