专利名称：投射式显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投射式显示装置，该装置能用在例如将反射式液晶板空间调制的光学图象投射到屏上的投影仪中。
在相关的现有技术中已经建议一种投射式显示装置，该装置的构成用一个反射式液晶板产生一个空间调制的光学图象，然后把这个光学图象投射在屏上，以便形成一个所希望的彩色图象。
图1是这种类型的投射式显示装置的构成视图在这个投射式显示装置1中，一个光源由例如一个放电灯3和一个反射器4构成，该光源发射白色照明光。凸透镜5把由光源2发射的照明光转换成基本上平行的光通量并将该光通量发射出。
在这个凸透镜5发射的照明光的光路上的分色镜6反射具有一个预定波长的照明光并使其余的光透射。在这个分色镜6上反射的照明光的光路上的分色镜7反射具有预定波长的光并使其余的照明光透射。因此投射式显示装置把由光源2发射的照明光分成红、兰和绿的照明光。
透镜8、反射镜9和透镜10使透射过分色镜6的照明光的光路弯曲，以将该光引导到一个偏振光分束器11上。偏振光分束器11发射在从透镜10向反射式液晶板12照射的照明光中具有一个预定的平面偏振的照明光，并透射具有一个与所述预定的平面偏振垂直的平面偏振的照明光。另外，偏振光分束器11透射由反射式液晶板12对该照明光进行空间调制后发射的光学图象中的预定偏振分量，然后将其发射到一个彩色合成棱镜13。
偏振光分束器14同样地向反射式液晶板15发射在分色镜7中反射的照明光中具有一个预定平面偏振的照明光，并透射具有与上述平面偏振垂直的平面偏振的照明光。另外，偏振光分束器14透射在反射式液晶板15中对该照明光进行空间调制后的光学图象中的预定偏振分量并将该预定的偏振分量发射到彩色合成棱镜13。
偏振光分束器16同样地朝反射液晶板17发射在分色镜7反射的照明光中具有一个预定平面偏振的照射光，并且透射具有与上述平面偏振垂直的平面偏振的照明光。另外，偏振光分束器16透射反射式液晶板17对该照明光进行空间调制后发射的光学图象中的预定偏振分量，并且将该偏振分量发射到彩色合成棱镜13。
反射式液晶板12、15和17按照相应于入射照明光波长的彩色信号空间调制照明光，通过由图中未示出的驱动电路来驱动液晶显示板，并把相对于该照明光在各自平面偏振中旋转的光学图象投向偏振光分束器11、14和16。
彩色合成棱镜13合成从这些偏振光分束器11、14和16入射的光学图象，然后发射合成的光学图象，投射透镜19把彩色合成棱镜13发射的合成光学图象投射到屏20上。
因此，投射式显示装置1放大在反射式液晶板12、15和17上形成的图象并将该图象投射到屏20上，以便显示需要的彩色图象。
然而，用于投射式显示装置1的偏振光分束器11、14和16还反射和发射原来必须透射的平面偏振分量的入射光数量的百分之几，因此在投射式显示装置1中，使用这种方式使经偏振光分束器11、14和16反射的不需要的平面偏振分量从反射式液晶板12、15和17返回到偏振光分束器11、14和16，并经彩色合成棱镜13投射到屏20上。
另外，一些从未被偏振化但被反射的非调制的分量也包含在经由反射液晶板12、15和17反射的调制过的光中。在投射式显示装置1中，这样的一些分量也经由彩色合成棱镜13投射到屏20上。
因此，投射式显示装置1具有模糊现象的缺陷，其中原来应显示成黑的部分却被显示成白的，因此存在一个显示图象的对比度仍达不到实际应用的数量的问题，从而使显示图象的质量变劣。
下面进一步从偏振光分束器的结构的观点来考虑这个模糊现象。
当一个黑的部分被显示成白的并表现出这个模糊现象时，不能充分保证对比度为显示在屏上的图象中的数量。
偏振光分束器是通过把直角棱镜的倾斜的表面相互粘在一起构成的。该入射光是由在倾斜表面处的电介质薄膜的叠层来检测，于是，在偏振光分束镜的透射光和反射光中，最初必须发射由此检测所得到的线偏振光。
然而构成这类直角棱镜的玻璃材料具有双折射性，因此原来要以线偏振发射的反射光和透射光现在以椭圆偏振光发射出。
即，该反射光和透射光开始就包含具有一个与原来指定的那个平面偏振光垂直的平面偏振的光。另外由于线偏振入射的光开始被椭圆检测，所以原来要透射的或反射的光的部分将按上述的量反射或透射，并且可逆地发射给前者。当从由反射式液晶板向偏振光分束器发射的光学图象的立足点观察这个现象时，这些反射式液晶板空间调制具有预定平面偏振的光和反射光学图象作为P偏振分量和S偏振分量的合成光。这些以这种方式原来发射的光学图象必须通过偏振光分束镜分开为P偏振分量和S偏振分量，并且只将P偏振分量的光学图象投射到屏上。
然而，由于偏振分束器的双折射特性而使光学图象变成椭圆偏振光。结果根本没受到空间调制的部分S偏振分量也将投射到屏上。
另外，当观察从偏振光分束器射向反射式液晶板的照明光时，与要经过反射型液晶板空间调制的、具有预定的平面偏振的照明光垂直的平面偏振的光的分量漏入。这样漏入的照明光按原样投射到屏上。
需要指出的是，如果上述的模糊现象出现的不均匀，在反射式显示装置1上的显示的图象将受到不均匀的损害。
本发明的目的是提供一种能通过改善对比度显示一个高质量显示图象的投射式显示装置。
按照本发明的第一方面，提供一种投射式显示装置，该装置包括至少一个用于空间调制和反射入射的第一照明光以便发射第一光学图象的第一反射式成象单元；一个用于空间调制和反射入射的第二照明光以便发射第二光学图象的第二反射式成象单元；一个波长分光镜，该分光镜用于反射在入射光中的一个预定波长的照明光然后把它作为第一照明光发射到第一反射式成象单元并透射其余的照明光，接着把它作为第二照明光发射到第二反射式成象单元，以便反射第一光学图象和透射第二光学图象，并发射第一和第二光学图象，以便可逆地跟踪入射光的光路；一个用于投射第一和第二光学图象的投射光学系统；一个用于把作为入射光的预定光发射到波长分光镜的光源；以及一分光单元，该单元用于把从光源发射的入射光发射到波长分光镜中并把从波长分光镜入射的第一和第二光学图象发射到投射光学图象系统，设定该波长分光镜的倾角，使入射在波长分光镜上的光的光轴与第一光学图象的光轴的夹角小于90°。
按照本发明的第二方面，是提供一种投射式显示装置，该装置包括至少一个用于空间调制和反射入射的第一照明光以便发射第一光学图象的第一反射式成象单元；一个用于调制和反射入射的第二照明光以便发射第二光学图象的第二反射式成象单元；一个用于空间调制和反射入射的第三照明光以便发射第三光学图象的第三反射式成象单元；一个第一个波长分光镜，该分光镜用于反射在入射光中的一个预定波长的照明光，然后把它作为第一照明光发射到第一反射式成象单元，并透射和发射其余的照明光，以便反射第一光学图象和透射第二和第三光学图象，并发射第一、第二和第三光学图象以便可逆地跟踪入射光的光路；一个第二波长分光镜，该分光镜用于反射在透过第一波长分光镜的光中的预定波长的照明光，并反它作为第二照明光发射到第二反射式成象单元，并透射其余的照明光和把它作为第三照明光发射到第三反射式成象单元，以便反射第二光学图象、透射第三光学图象和朝向第一波长分光镜发射第二和第三光学图象；一个用于投射第一、第二和第三光学图象的投射光学系统；一个用于把作为入射光的预定光发射到第一波长分光镜的光源；以及一个用于把从光源发射的入射光发射到第一波长分光镜并把从第一波长分光镜入射的第一、第二和第三光学图象发射到投射光学系统的分光单元，设定第一波长分光镜的倾角，以便使入射在第一波长分光镜上的光的光轴与第一光学图象的光轴之间的夹角小于90°，设定第二波长分光镜的倾角，以便使入射在第二分光镜上并然后通过第一波长分光镜的光的光轴与第二光学图象的光轴之间的夹角小于90°。
优选的是，第一反射式成象单元发射具有一个相对入射光旋转的平面偏振的第一光学图象，偏振光滤光器配置在光源与分光单元之间，该偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与入射在第一反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光。
另外，优选的是，第一反射式成象单元发射具有一个相对入射光旋转的平面偏振的第一光学图象，是一个相对入射光旋转的第一光学图象，并将偏振光滤光器配置在投射光学系统与分光单元之间，该偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与第一光学图象的平面偏振对应的入射光。
另外，优选的是，第一反射式成象单元发射具有一个相对入射光旋转的平面偏振的第一光学图象，把第一偏振光滤光器配置在光源与分光单元之间，该第一偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与入射在第一反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光，以及把第二偏振光滤光器配置在投射光学系统与分光单元之间，该第二偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与第一光学图象的平面偏振对应的入射光。
按照本发明的第三方面，提供一种投射式显示装置，该装置包括一个用于空间调制和反射预定的平偏振的照明光以便发射具有一个相对照明光的平面偏振旋转的平面偏振的反射式成象单元；一个用于投射光学图象的投射光学系统；一个用于发射照明光的光源；以及一个分光单元，该分光单元用于把光源发出的照明光发射到反射式成象单元，和把反射式成象单元发射的光学图象发射到投影光学系统；一个配置在光源与分光单元之间的偏振分光元件，用于选择透射平面偏振与入射在第一反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光，并选择反射与入射在第一反射式成象单元上的光的平面偏振垂直的平面偏振分量。
优选的是，偏振分光元件形成在分光单元的照明光的入射平面上。
按照本发明的第四方面，提供一种投射式显示装置，该装置包括一个反射式成象单元，用于空间调制和反射预定的平面偏振的照明光以便发射具有一个相对照明光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象；一个用于投射光学图象的投射光学系统；一个适用于发射照明光的光源；以及一个分光单元，该单元用于将光源发出的照明光发射到反射式成象单元上并把反射式成象单元发射的光学图象发射到投射光学系统；还包括一个配置在投射光学系统和分光单元之间的偏振分光元件，该元件用于选择透射与光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择反射与光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
优选的是，偏振分光元件形成在分光单元的光学图象的发射面上。
按照本发明的第五方面，提供一种投射式显示装置，该装置装备有一个反射式成象单元，该单元用于空间调制和反射具有一个预定的平面偏振的照明光以便发射具有一个相对照明光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象。该装置还提供有一个用于投射光学图象的投射光学系统；一个用于发射照明光的光源；一个分光单元，该单元把从光源发射的照明光发射到反射式成象单元并把从反射式成象单元发射光学图象发射到投射光学系统；一个配置在光源与分光单元之间第一偏振分光元件，用于选择透射平面偏振与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光并选择反射与第一光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量；一个配置在投射光学系统与分光单元之间的第二偏振分光元件，用于选择透射与光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择反射与光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
优选的是，把第一偏振分光元件形成在分光单元的照明光的入射平面上。
优选的是，把第二偏振分光元件形成在分光单元的光学图象的发射平面上。
按照本发明的第六方面，提供一种投射式显示装置，该装置装备有一个反射式成象单元，该单元用于空间调制预定平面偏振的照明光，以便发射具有一个相对照明光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象；一个用于投射光学图象的投射光学系统；一个用于发射照明光的光源；以及一个偏振光分束器，该分束器用于把光源发出的照明光发射到反射式成象单元并把从反射式成象单元的入射的光中的预定的偏振分量发射到投射投射光学系统，该偏振光分束器由一个满足下述关系式的元件组成5.00×102≥K·α·ECpP∫λ12λ2(1-T)dλ]]>式中，K元件的光弹性常数(nm/mm·mm2/N)，α元件的线性膨胀系数(10-6/K)，E元件的杨氏模量(103N/mm)，λ照明光的波长(nm)，T在波长λ处元件的固有透射率，ρ元件的比重(g/cm3)，以及Cp元件的比热(J/g·k)，在方程中的积分范围是元件的光吸收波长带的范围。
按照本发明的第七方面，提供一种投射式显示装置，该装置装备有若干个反射式成象单元，每一个都用于空间调制预定波长的入射光并发射具有相对入射光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象；一个用于发射照明光的光源；一个分色棱镜，该分色棱镜根据波长的变化把光源发射的照明光发射到若干反射式成象单元并发射从若干个反射式成象单元入射的光学图象以便可逆地沿着照明光轴传送；一个用于投射光学系统的投射光学系统；以及一个偏振光分束器，该分束器把从光源发射的照明光发射到分色棱镜并把从分色棱镜入射的光学图象中的预定偏振的分量发射到投射光学系统，该偏振分束器和分色棱镜由满足下述关系式的元件构成5.00×102≥K·α·ECpP∫λ12λ2(1-T)dλ]]>式中，K元件的光弹性常数(nm/mm·mm2/N)，α元件的线性膨胀系数(10-6/K)，E元件的杨氏模量(103N/mm)，λ照明光的波长(nm)，T在波长λ处元件的固有透射率，ρ元件的比重(g/cm3)，以及Cp元件的比热(J/g·k)，在方程中的积分范围是元件的光吸收波长带的范围。
元件的光吸收波长带的范围最好是在420nm至500nm的范围内。
另外，最好是把偏振分光元件配置在光源与偏振光分束器之间，偏振分光元件用于有选择地透射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振对应的平面偏振的照明光并有选择地反射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
最好是把偏振分光元件形成在偏振光分束器的照明光的入射面上。
最好是把偏振分光元件配置在投射光学系统与偏振光分束器之间，偏振分光元件用于有选择地透射与光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并有选择地反射与该光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
最好是把偏振分光元件形成在偏振光分束器的光学图象的发射面上。
按照本发明，如果设定波长分光镜的倾角，使在波长分光镜上的入射光的光轴与第一光学图象的光轴之间夹角小于90°，则可以减少在波长分光镜中p偏振分量与s偏振分量的波长差。从而，可以通过此数值来改进照明光的利用效率而显示高质量的图象。
另外，如果设定第一波长分光镜的倾角，使在第一波长分光镜上的入射光的光轴与第一光学图象的光轴的夹角小于90度，以及如果设定第二波长分光镜的倾角，使在第二波长分光镜上入射的并透过第一波长分光镜的光的光轴与第二光学图象的光轴的夹角小于90°，则可以在具有所谓三片式结构的波长分光镜中减少反射光的p偏振分量与s偏振分量的波长差，从而，可以通过此数值来改进照明光的利用效率而显示高质量的图象。
如果把偏振分光元件配置在光源与分光单元之间，则从未被反射式成象单元调制过的分量被截住，而这个分量可以返回到光源侧，借此防止了由于这个分量的投射而引起对比度降低。从而可以显示高质量的图象。另外，通过再次利用这个分量可以提高照明光的利用效率，并且通过上述的光量还可以防止温升。
另外，如果把偏振分光元件配置在投射光学系统与分光单元之间，则使投射图象中的对比度降低的分量被截住，而这个分量可以返回到光源侧，借此防止了由于这个分量的投射而引起对比度的降低，从而可以显示高质量的图象。另外，通过再次利用这个分量可以提高照明光的利用效率，并且通过上述的光量还可以防止温升。
另外，按照本发明，即使因在满足上述关系式的元件中因温升引起应力增加而使双折射的增加，也可以使双折射率保持在足以满足实际应用的范围内，从而可以减少由于双折射引起的模糊现象。另外，通过再次利用这个分量可以提高照明光的利用效率，并且通过上述的光量还可以防止温升。
通过下述的参考附图对优选实施例的描述，将使本发明的这些和其它的特点变得更加清楚。
图1是相关现有技术中的投射式显示装置的构成图。
图2是本发明的投射式显示装置的一个第一实施例的构成图。
图3是一个分光镜的特性曲线。
图4是本发明的投射式显示装置的第二实施例的构成图。
图5是解释图4中的偏振分光元件功能的图。
图6是本发明的投射式显示装置的第三实施例的构成图。
图7是本发明的投射式显示装置的第四实施例的构成图。
图8是本发明的投射式显示装置的第五实施例的构成图。
图9是用于说明图8中的投射显示装置操作的曲线。
图10是本发明的投射式显示装置的第六实施例的构成图。
图11是本发明的投射式显示装置的第七实施例的构成图。
图12是用于说明图11中的偏振分光元件的功能的图。
优选实施例的描述下面将参照附图详细描述本发明的实施例。
第一实施例图2是本发明的投射式显示装置的第一实施例的构成图。
在图2的投射式的显示装置30中，光源31由一个配置在反射器33附近的氙灯32组成，反射器33由一个大致成抛物面的柱面镜组成，该光源31把氙灯32发射的白色照明光从反射器33的开口射出。
光源31装备一对配置在照明光的光路上的蝇眼透镜34A和34B，借此，使照明光的通量分布变均匀。
光源31配置有一个配置在所述的蝇眼透镜34A与34B之间的平面偏振光变换片35。
平面偏振光变换片35是一个光学元件，它主要在这个投射式的显示装置选择透射S偏振分量并将与S偏振分量垂直的P分量变换成S偏振分量，所述S偏振分量也就是在反射式液晶板36A、36B和36C中有效空间调制的偏振光。
由此，光源31能增加在从氙灯32发射的具有各种平面偏振的照明光中的对图象显示有效的偏振分量，并减少与所述的对图象显示有效的偏振分量垂直的偏振分量和发射最后合成的照明光。结果使照明光的利用效率获得提高，从而又使显示图象的对比度获得提高。
凸透镜37会聚并发射在蝇眼透镜34B射出的照明光的光路上的照明光。
从这个凸透镜37发射的照明光照射反射镜38，然后平面镜38反射该照明光并将其射向与入射光路成90℃的方向上。
凸透镜39会聚并发射经由这个平面镜38反射的光。
偏振光滤光器40选择透射在从凸透镜39发射到滤光器40本身上的照明光中的对图象显示有效的S偏振分量，并吸收与S偏振分量垂直的P分量。因此偏振光滤光器40从光源侧朝向偏振光分束器41只选择发射对显示图象有效的S分量。
偏振光分束器41选择反射对显示图象必需的S偏振分量，并选择透射与S分量垂直的P分量。因此，偏振光分束器41反射从偏振光滤光器40入射的照明光的大部分，并使光路弯曲90℃，而与此相反却选择透射由来自反射式液晶板36A，36B和36G的沿该光路可逆传送的P偏振和S偏振合成的光学图象的P分量。
分光镜42B起波长分光器的作用，该分色镜42B通过把透明的介电薄膜叠在片状玻璃上构成，并选择反向在入射光中具有一个预定波长的分量，还选择透射其余的分量。分光镜42B选择反射从偏振光分束器41发射的照明光中的兰色照明光分量，将该兰色照明光分量射向反射式液晶板36B，并使其余的分量透射。
反射式液晶板36B被兰色信号驱动，并形成由所述投射式显示装置30要显示的象中的兰色图象。反射式液晶板36B透射从分光镜42B入射的照明光，并在其背面上的反射板上反射该照明光，然后再使它透射，并发射，借此发射具有一个随着兰色光图象旋转的平面偏振的调制光。因此，对于由S偏振入射的照明光，反射式液晶板36B向分光镜42B发射由P偏振光和S偏振光的合成的光的光学图象。
分光镜42B以这种方式选择反射从反射式液晶板36B入射的调制光使它射向偏振光分束器41，并透射由另一个继续的分光镜42R入射的调制光，并使其射向偏振光分束器41。
使分光镜42B与入射光的光轴的夹角为45°，以便使入射光的光轴与从反射式液晶板36B获得的光学图象的光轴的夹角θ1小于90°。
这样配置分光镜的理由如下即，在为了只选择反射具有所需要波长的入射光的分光镜42B上，选择的透射和反射的截止波长在P偏振分量与S分量之间是不同的，这两个偏振分量各以一个如图3中用P偏振分量的反射率和S偏振分量的反向率表示的角度射出，其中用符号RP代表P偏振分量的反射率，RS代表S偏振分量的反射率。与此相反，这类透射式显示装置30反射供反射式液晶板36B用的S偏振分量的入射光，反射从这个反射式液晶板36B入射的P偏振分量的光学图象，并使其射向偏振光分束器41。因此，当用于以这种方式选择透射光的截止波长在P偏振分量与S偏振分量之间存在差别时，光的利用率也被上述的量降低。
可是，存在着这样的特征如果入射光的入射角度变小，则在P偏振分量和S偏振分量的反射光的截止波长的差也被上述的量降低。
因此，投射式的显示装置30装备分光镜42B，配置该分光镜42B使其相对入射光的光轴的倾角为45°，从而使入射光的光轴与从反射式液晶板36B获得的光学图象的光轴的夹角小于90°。
另外，将反射式液晶板36B靠近偏振光分束器41侧，以便可以减少整个投射式显示装置30的轮廓范围。
分光镜42R起波长分光镜的作用，分光镜42R通过把一些透明的介电薄膜层叠在玻璃片上构成，它选择反射入射光中的具有预定的波长的分量，并选择透射其余的分量。分光镜42R选择反射透过分光镜42B中的照明光的红色光束的照明光分量，并使其射向反射式液晶板36R，同时分光镜42R透射其余的分量并使这些分量射向反射式液晶板36G。
反射式液晶板36R被一个红色信号驱动，然后形成由这个投射式显示装置30要显示的图象中的红色图象。反射式液晶板36R透射从分光镜42R入射的照明光，然后使反射式液晶板36R透射的光被配置在分光镜背面的反射板反射，再使反射板反射的光透过36R并射出，借此发射具有随着红色图象旋转的平面偏振的调制光。因此，对于由S偏振入射的照明光，反射式液晶板36R向分光镜42R发射由P偏振光和S偏振光合成光的光学图象。
反射式液晶板36G被一个绿色信号驱动，然后形成由这个投射式显示装置30要显示的图象中的绿色图象。反射式液晶板36G透射从分光镜42R入射的照明光，然后使反射式液晶板36G透射的光被配置在分光镜背面的反射板反射，再使反射板反射的光透过36G并射出，借此发射具有随着绿色图象旋转的平面偏振的调制光。因此，对于由S偏振入射的照明光，反射式液晶板36G向分光镜42R发射由P偏振光和S偏振光合成光的光学图象。
分光镜头42R以这种方式反射由反射式液晶板36R入射的调制光并其射向分光镜42B，同时透射从反射式液晶板36G入射的调制光并使其射向分光镜42B。
在合成绿色的和红色的调制光并也以这种方式发射所合成的光的分光镜42R中，如果在P偏振分量的反射光和S偏振分量的反射光之间波长变得不同并且入射光的入射角度小，则波长的差别也随着这个量变小一些。因此，使分光镜42R与分光镜42B平行配置并使其相对入射光的光轴倾斜45度，以便使入射光的光轴与反射式液晶板36R获得的光学象的光轴的角度θ2小于90°。
另外，使反射式液晶板36R靠近偏振光分束器41侧，以便可以把投射式显示装置30作为整体变小。
偏振光分束器41主要向分光镜42B、42R等提供由光源31发射的S偏振的照明光，并把由反射式液晶板36B、36R和36G产生的P偏振光和S偏振光来合成的光的光学图象中的P分量作为合成的光透射，然后使其射向屏。
偏振光滤光器44选择透射在从该偏振光分束器41射出的调制光的光路上的P偏振分量，并选择吸收S偏振分量。投射光学系统45将该偏振光滤光器44透射的放大并然后投射到屏46上。
下面说明适合于这种构成的操作。
一在投射式显示装置30中，投射式液晶板36B、36R和36G被兰、红和绿色信号激发，以便使相应于兰、红和绿信号的图象形成在反射式液晶板36B，36R和36G上。在投射式显示装置30中，把从光源31射出的照明光分解成兰、红和绿色波长的光，然后提供给反射液晶板36B、36R和36G。因此，兰、红和绿色照明光的平面偏振随着相应于兰、红和绿色信号旋转以便产生光学图象。这些光学图象中的P偏振分量通过投射光学系统45选择地投射到屏36上，以便投射一个彩色显示图象。
即，使从光源31发射的照明光经过反射镜38照射到偏振光分束器41。在那里，对于形成光学图象有效的S偏振分量经由反射式液晶板36B、36R和36G反射后相继通过分光镜42B和42R变成兰、红和绿色照明光。兰、红和绿色照明光经反射型液晶板36B、36R和36G偏振和反射，以便通过P偏振光和S偏振光的合成光产生兰、红和绿色的光学图象。这些光学图象通过分光镜42B和42R照射到偏振光分束器41上。这些调制光的P偏振分量选择透过偏振光分束器41射向投射光学系统45，然后经该投影光学系统45投射到屏46上。
这时，照明光以预定S偏振光的一个角度倾斜射向分光镜42B和42R，而调制的光作为P偏振光和S偏振光的合成光倾斜地射向分光镜42B和42R。与此相反，因为分光镜42B和42对P偏振光与S偏振光之间的波长具有不同的反射特性，使相对照明光中的波长的反射特性和相对调制的光中的反射特性变成不同(图3)。
然而在这个实施例中，分光镜42B和42R倾斜配置，以便使相对于分光镜42B和42R的照明光的光轴与射入到分光镜42B和42R的调制光的光轴的夹角小于90°，从而可以使在P偏振光的反射光与S偏振的反射光的截止波长的差别变小。即，与从分光镜42B和42R射向反射式液晶板36B、36R和36G的兰、红和绿色照明光相比，使毫无浪费地朝投射光学系统射出相应于照明光的兰、红和绿色的偏振光变为可能，并且因此可以通过该量提高照明光的利用率并且形成一个亮的高质量显示的图象。
如上所说明那样，投射式显示装置30空间调制在反射式液晶板36B、36R和36G的S偏振光的照明光，并通过分光镜42B和42R朝向偏振光分束器41射出P偏振光和S偏振光的调制光。
偏振光分束器41透射在P偏振光和S偏振光的光学图象中的P偏振分量，然后使其朝向屏射出，在这时，由S偏振光引起的光学图象的分量应该与由在P偏振光分束器41上引起的光学图象分开，并且不准投射到屏46上，但部分透过偏振光分束器41。
如果由S偏振光产生的光学图象的分量投射在屏46上，则显示图象的对比度将降低，但在这个实施例中，在偏振光分束器41与投射光学系统45之间布置偏振光滤光器44。因此，使透射偏振光分束器41的S偏振光分量被这个偏振光滤光器44吸收。因此，与相关的现有技术相比，对于使对比度降低的S偏振光分量，光的数量大大地减少。于是在屏46上显示图象的对比度随着这个光量增加，从而可以显示一个高质量的图象。
对于提供给反射式液晶板36B、36R和36G的照明光而言，由光源31提供的照明光中的S偏振分量被偏振光分束器41反射后传输，而P偏振分量的一部分被分射后传输。
如果这个P偏振分量在反射式液晶板36B、36R和36G上没有受到任何调制地反射，并与光学图象(P光学分量)没有任何差别地投射到屏上，则这个分量也会使显示图象的对比度降低，但在这个实施中，因为在光源31与偏振光分束器41之间布置偏振光滤光器40，所以P偏振分量被这个偏振光滤波器40吸收。因此，提供给反射式的液晶置式板36B、36R和36G的P偏振光的照明光的数量大大地减少。于是显示图象的对比度随着这个偏振光的数量的减少而增加，从而可以显示一个高质量的显示图象。
另外，可以通过配置在光源31上的蝇眼透镜34A和34B提供一个均匀数量的照明光，借助于这样均匀的照明光防止了显示图象的不均匀亮度，从而也可以显示一个高质量的显示图象。
借助配置在这两个蝇眼透镜34A和34B之间的平面偏振光变换片35使被偏振光滤光器40吸收或通过偏振光分器41后并对图象的显示根本无效的P偏振分量部分地转换成S分量并射出，借此使照明光的利用效率因这样的光量而增加，显示图象的亮度级获得提高，从而还能显示一个高质量的图象。另外，通过这种方式借助这样的光量使入射在偏振光滤光器40上的P偏振分量的数量减少，可以使偏振光滤光器40的温升降低，从而防止了因温升引起特性变劣。
如上所述，按照这个第一实施例，分光镜倾斜放置，以便放入射在起波长分光镜作用的分光镜上的照明光的光轴与调制的光的光角的夹角小于90°，因此在这种用于从S偏振光的照明光中产生P偏振光和S偏振光的调制光并将该调制光投射到屏上的构成中，可以减少在反射光中P偏振分量和S偏振分量之间的波长差别，通过这样的光量可以提高照明光的利用效率，最终可以显示一个高质量的图象。
通过把偏振滤光器分别配置在光源与偏振光分束器之间和偏振光分束器与投射光学系统之间，并使这些滤光器分别吸收P偏振分量和S偏振分量，可以防止上述显示图象的模糊现图象，并且可以增加对比度，从而通过这样的光量可以显示一个更高质量的图象。
第二实施例图4是本发明的投射式显示装置的第二实施例的构成图。
本发明的第二实施例的投射式显示装置50与上述的本发明第一实施例的投射式显示装置的差别在于偏振光分光元件51和52如图4所示那样布置而代替偏振光滤光器。
需要指出的是，因为除上面提到的偏振光分光元件51和52代替偏振光滤波器以处以与投射式显示装置30相同的方式构成这个投射显示装置50，所以相同的构成零部件用相同的标号表示并省去重复的说明。
如图5所示，偏振光分光元件51和52通过把有预定厚度的具有光学各向异性的一些薄膜层叠形成，它们选择透射具有预定平面偏振的入射光，而选择反射具有与上述预定平面偏振垂直的平面偏振的入射光。
偏振光分光元件51配置在凸透镜39与偏振光分束镜41之间，并且选择透射在从光源31入射的照明光中的S偏振分量，而选择反射P偏振分量。
偏光分光元件52配置在投射光学系统45与偏振光分束器41之间，并选择透射来自透过偏振光分束器41的入射光中的P偏振分量，而选择反射S偏振分量。
因此，偏振光分光元件51和52提高了显示图象的对比度。
另外，在此，与偏振光滤波器不同，偏振光分光元件51和52不吸收P偏振分量和S偏振分量，但反射这两分分量，从而可以借助这个光量降低温升。
需要指出的是，在这种方式下，返回到光源侧31或偏振光分束器41上的光由于在光源31上等多次反射等而发生偏振平面变化，这个反回的光也作为将通过偏振光分光元件51和52的分量照射到偏振光分光器51和52上。因此，通过有效利用照明光这个投射式显示装置50可以提高显示图象的亮度级。
偏振光分光元件51和52通过光学粘接材料分别固定和粘接到偏振光分束器41的入射面和反射面上。
对于这样的投射式显示装置，由于排除了在偏振光分元件51与偏振光分束器41之间的空气层和在偏振光分光元件52与偏振光分束器41之间的空气层，所以防止了由于这些空气引起的光损失。另外，与利用偏振光滤器光器吸收预定的偏振分量的情况相比，这个投射式显示装置50辐射在偏振分光元件51和52上产生的热，从而更有效地降低了温升。
需要指出的是，在一个还使用偏振光滤光器的构成中，可以考虑把偏振光分光元件粘接到偏光分束器上，但在偏振光器光器上的温升将比偏振光分光元件上高，恐怕因偏振光分束器本身温升引起偏振光分束器产生双折射，会使对比度降低，并使不均匀性更加严重。
按照这个第二实施例，因为选择透射S分量和选择反射部分量的偏振光分光元件51配置在光源与偏振光分束器41之间，所以提高了显示图象的对比度并且可以形成高质量的显示图象。
因为选择透射P偏振分量和选择反射S偏振分量的偏振光分束元件52配置在投射光系统45与偏振光分束器41之间，所以提高了显示图象的对比度，并形成高质量的显示图象。
因为偏振光分光元件51和52固定粘接在偏振光分束器41上，所以防止了由于空气层引起的光损失，可以显示一个亮的高质量的显示图象。另外，由于可以降低温升，所以可以通过上述的光量提高可靠性，可以防止光学元件老化，还可以简化该配置要求的工作。
第三实施例图6是本发明投射式显示装置的第三实施例的构成图。
在本发明第三实施例的投射式显示装置中，配置一个与上述第二实施例的投射式显示装置50的偏振光分束器41不同的偏振光分束器61，这两个分束器的不同在于具有不同的透射和反射的偏振平面。光学系统的布置相应上述不同进行了改变。
需要指出的是，在投射式显示装置60中，与上述的投射式显示装置50用相应的参考符号表示相同的部分并省去其重复说明。
即，在这个投射式显示装置60中，偏振光分束器61透射S偏振分量并反射P偏振分量与此相对应，分光镜42R等配置在透过偏振光分束器61的照明光的光路上。
如图6所示，即使在使用一个不同构成的偏振光分束器的情况下，也能获得与第二实施例中相同的效果。
第四实施例图7是本发明透射式显示装置的第四实施例的构成图。
在这个投射式显示装置70中，通过代替投射式显示装置30中的分光镜42R，43B的分光棱镜72使照明光分解成红、兰和绿色照明光，然后合成红、兰和绿色的光学图象。
如图7所示，由代替分光镜42R和42B和42G分光棱镜72将使照明光分解成红、兰和绿照明光，再把红、兰和绿色的光学图象合成，也可获得与上述实施例相同的效果。
需要指出的是，在这个第四实施例中，虽然说明是在偏振光滤光器或偏振光分光元件配置在光源侧和偏振光分束器的投射光学系统侧，但本发明不限于这些情况。只要在能获得足以满足实际应用要求的情况下，可以将偏振光分光元件配置任何一侧上。
另外，虽然在第三和第四实施例中，说明就把偏振光分光元件固定粘接在偏振光分束器上，但本发明不限于此，只要在能获得足以满足实用要求的情况下，可以将偏振光分光元件配置成其间插入空气层。
另外，虽然在第三第和第四实施例中，说明是就通过具有预定厚度和具有光学各向异性的薄膜层叠构成偏振光分光元件的情况下进行的。但本发明不限于此，只要通过把具有光学上各向异性的透明件层叠在例如玻璃片上到预定厚度的就可以。
另外，虽然在第三和第四实施例中，说明就偏振光分光元件简单布置的情况下进行的，但本发明不限此，也可以通过AR涂层设置偏振光分光元件。
第五实施例图8是本发明的投射式显示装置的第五实施例的构成图。
第五实施例的投射式装置80与第一至第四实施例的投射置视装置30、50、60和70的不同在于代替偏振光滤光器或偏振光分束元件在光源侧和偏振光分束器的投射光学系统侧上的排列，正如后面要提到的那样，根据结构参数将偏振光分束器放置在预定状态，因此由于上述模糊现图象引起的对比度下降停止在足以满足实用的程度，从而可以显示一个高质量的图象。
下面将就图8和图9顺序说明第五实施的投射式置视装置的具体构成和操作。
在图8的投射式显示装置80中，光源81由一个配置在由一个大致椭圆柱形镜组成的反射器83附近的氙灯2构成，该光源81从反射器83的开口射出来自氙灯82的白色照明光。
另外，光源81装置有一对配置在这个照明光的光路上的蝇眼透镜84A和84B，以便使照明光量的分布均匀。
另外，光源81装备有一个配置在蝇眼透镜84A与84B之间有平面偏振变换片85。
平面偏振变换片85是主要选择透射S偏振分量的光学元件，该S偏振分量是可以有效地经由在这个投射式显示装置中的反射式液晶板86A、86B和86C调制的偏振光，该变换板85把与S偏振分量垂直的P偏振分量变换成S偏振分量。
由此，光源81能增加在从氙灯82发射的具有各种平面偏振的照明光中的对图象显示有效的偏振分量，并减少与所述的对图象显示有效的偏振分量垂直的偏振分量和发射最后合成的照明光。结果使照明光的利用效率获得提高，从而又使显示图象的对比度获得提高。
凸透镜87会聚并发射在蝇眼透镜84B射出的照明光的光路上的照明光。
平面镜88被从这个凸透镜87发射的照明光照射，然后反射并将其射向与入射光路成90℃的方向。
凸透镜89会聚并发射这个平面镜88反射的光。
偏振光分束器90选择反向对显示图象必需的S偏振分量，并选择透射与S偏振分量垂直的P偏振分量。因此，偏振光分束器90反向从凸透镜89入射的照明光的大部分，然后使光路弯曲90℃，而与此相反却选择透射由来自反射式液晶板86B，86R和86G的沿该光路可逆传送的P偏振和S偏振合成的光学图象的P分量。
具有这样功能的偏振光束器90通过把两个直角棱镜的斜面彼此粘接到一起构成。将介电薄膜层叠分别在这两个粘接面上，以便形成入射光的检测平面。
在偏振光分束器90中，每个直角棱镜的底面的长度为50mm，因此使偏振光分束器整体形成一个一边长为50mm的立方体形状。
偏振光分束器90由一个玻璃材料制成的方形棱镜构成，该玻璃材料具有一个被下述方程所指出的3.71×102的参数A，从而减少由于热应力引起的双折射系数这个公式为A=K·α·•ECpP∫λ12λ2(1-T)dλ---(1)]]>式中，K玻璃材料的光弹性常数(nm/mm·mm2/N)，α玻璃材料的线性膨胀系数(10-6/K)，E玻璃材料的杨氏模量(103N/mm)，λ照明光的波长(nm)，T在波长λ处玻璃材料的固有透射率，ρ玻璃材料的比重(g/cm3)，以及Cp玻璃材料的比热(J/g·k)，在方程(1)中的积分范围是玻璃材料的光吸收波长带的范围(420nm(λ1)至500nm(λ2))。
分光镜91B起波长分光器的作用，该分光镜91B通过把透明的介电薄膜层叠在片玻璃上构成，并选择反向在入射光中具有预定波长的分量，还选择透射其余的分量分光镜91B选择反射从偏振光分束器90反射的照明光中的兰光照明光分量，将该兰光照明光射向反射式液晶板86B，并透射其余的分量。
反射式液晶板86B被兰色信号驱动，并形成由所述投射式显示装置80要显示的图象中的兰色图象。反射式液晶板86B透射从分光镜91B入射的照明光，并把它反射在配置在两色镜的背面上的反射板上，然后再使它透射，并发射，借此具有一个随着兰光束的图象旋转的平面偏振的调制光。因此，反射式液晶板由S偏振的入射照明光向分光器91B发射由P偏振光和S偏振光的合成光的光学图象。
分光镜91B以这种方式选择反射从反射式液晶板86B入射的调制光使它射向偏振光分束器90，并透射由另一后面的分光镜42入射的调制光，并使其射向偏振光分束器90。
使分光镜91B相对于入射光的光轴的夹角为45°，以便使入射光的光轴与从反射式液晶板86B获得的光学图象的光角的夹角θ1小于90°。
这样配置分光镜的理由如下即，在为了只选择反射具有所需要波长的入射光的分光镜91B中，选择的透射和反射的截止波长在P偏振分量与S分量之间是不同的，这两个偏振分量成一个角度射出。与此相反，这类透射式显示装置80反射供反射式液晶板86B用的S偏振分量的入射光，反射从这个反射式液晶板86B入射的P偏振分量的光学图象，并使其射向偏振光束器90。因此，当用于以这种方式选择透射光的截止波长在P偏振分量与S偏振分量之间存在差别时，光的利用率也被上述的量降低。
可是，存在这样的特征如果入射光的入射角度变小，则在P偏振分量和S偏振分量的反射光中的截止波长的差被上述的量降低。
因此，投射式的显示装置80装备分色镜91B，配置该分光镜91B使其相对入射光的光轴的倾角为45°，从而使入射光的光轴与从反射式液晶板86B获得的光学图象的光轴的夹角小于90°。
另外，将反射式液晶板86B靠近偏振光分束器90侧，以便可以减少整个投射式显示装置80的外形。
分光镜91R起波长分光镜的作用，分光镜91R通过把一些透明的介电薄膜层叠在玻璃片上构成，它选择反射入射光中的具有预定波长的分量，并选择透射其余的分量。分光镜91R选择反射透过分光镜中91B中的照明光的红光波段的照明光分量，并使其射向反射式液晶板86R，同时透射其余的分量并使这些分量射向反射式液晶板86G。
反射式液晶板86R被一个红色信号驱动，然后形成由这个投射式显示装置80要显示的图中的红色图象。反射式液晶板86R透射从分光镜91R入射的照明光，然后使反射式液晶板86R透射的光被配置在分光镜背面的反射板反射，再使反射板反射的光透过86R并射出，借此发射具有随着红色图象旋转的平面偏振的调制光。因此，对于由S偏振入射的照明光，反射式液晶板86R向分光镜91R发射由P偏振光和S偏振光合成光的光学图象。
反射式液晶板86G被一个绿色信号驱动，然后形成由这个投射式显示装置80要显示的图象中的绿色图象。反射式液晶板86G透射从分光镜91R入射的照明光，然后使反射式液晶板86G透射的光被配置在分光镜背面的反射板反射，再使反射板反射的光透过86G并射出，借此发射具有随着绿色图象旋转的平面偏振的调制光。因此，对于由S偏振入射的照明光，反射式液晶板86G向分光镜91R发射由P偏振光和S偏振光合成光的光学图象。
分光镜91R以这种方式反射由反射式液晶板86R入射的调制光并其射向分光镜91B，同时透射从反射式液晶板86G入射的调制光并使其射向分光镜91B。
在合成绿色的和红色的调制光并也以这种方式发射所合成的光的分光镜91R中，如果在P偏振分量的反射光和S偏振分量的反射光之间波长变得不同并且入射光的入射角度小，则波长的差别也随着这个量变小一些。因此，使分光镜91R与分光镜91B平行配置并使其相对入射光的光轴倾斜45度，以便使入射光的光轴与反射式液晶板86R获得的光学象的光轴的角度θ2小于90°。
另外，使反射式液晶板86R靠近偏振光分束器90侧，以便可以把投射式显示装置80作为整体变小。
偏振光分束器90主要向分光镜91B、91R等提供由光源81发射的S偏振的照明光，并把由反射式液晶板86B、86R和86G产生的P偏振光和S偏振光来合成的光的光学图象中的P分量作为合成的光透射，然后使其射向屏。
投射光学系统92将该偏振光滤光器91透射的光放大并然后将其投射到屏93上。
下面说明适合于这种构成的操作。
一在投射式显示装置80中，投射式液晶板86B、96R和86G被兰、红和绿色信号激发，以便使相应于兰、红和绿信号的图象形成在反射式液晶板86B，86R和86G上。在投射式显示装置80中，把从光源81射出的照明光分解成兰、红和绿色波长的光，然后提供给反射液晶板86B、86R和86G。因此，兰、红和绿色照明光的平面偏振随着相应于兰、红和绿色信号旋转以便产生光学图象。这些光学图象中的P偏振分量通过投射光学系统92选择地投射到屏93上，以便投射一个彩色显示图象。
即，使从光源81发射的照明光经过反射镜38照射到偏振光分束器90。在那里，对于形成光学图象有效的S偏振分量经由反射式液晶板86B、86R和86G反射后相继通过分光镜91B和91R变成兰、红和绿色照明光。兰、红和绿色照明光经反射型液晶板86B、86R和86G偏振和反射，以便通过P偏振光和S偏振光的合成光产生兰、红和绿色的光学图象。这些光学图象通过分光镜91B和92R照射到偏振光分束器90上。这些调制光的P偏振分量选择透过偏振光分束器90射向投射光学系统45，然后经该投影光学系统92投射到屏93上。
这时，照明光以预定S偏振光的一个角度倾斜射向分光镜91B和91R，而调制的光作为P偏振光和S偏振光的合成光倾斜地射向分光镜91B和91R。另一方面，因为分光镜91B和91R相对S偏振光和P偏振光具有不同的反射特性，所以使就在照明光中的反射特性与在调制光中的反射特性不同。
然而在这个实施例中，分光镜91B和42R倾斜配置，以便使相对于分光镜91B和92R的照明光光轴与射入到分光镜91B和91R的调制光的光轴的夹角小于90°，从而可以使在P偏振光的反射光与S偏振的反射光的截止波差差别变小。即，与从分光镜91B和91R射向反射式液晶板86B、86R和86G的兰、红和绿照明光相比，使毫无浪费地朝投射光学系统射出相应于照明光的兰、红和绿色的偏振光变为可能，并且因此可以通过该量提高照明光的利用率并且形成一个亮的高质量显示的图象。
如上所说明那样，在投射式显示装置80中，空间调制在反射式液晶板86B、86R和86G上的S偏振光的照明光，并通过分光镜91B和91R朝向偏振光分束器90射出P偏振光和S偏振光的调制光。
在偏振光分束器90中，透射在P偏振和S偏振的光学图象中的P偏振分量，并射向屏。在这时，光学图象中的S偏振分量开始从光学图象中与在偏振光分束器90中的P偏振分开，并且不准投射在屏93上。
然而，当P偏振分量透过构成偏振光分束器90的直角棱镜时，S偏振分量的偏振平面由于双折射而发生改变，由此以S偏振入射的分量在检侧面上被检测作为P偏振分量。因此在投射式显示装置80中，部分S偏振分量将透过偏振光分束器90，然后投射到屏93上，由于S分量的减少将使显示图象的对比度降低。
另外，在光源86发射的照明光中，通过在偏振光分束器90的检测面上的检则将P偏振分量射向反射式液晶板86B，86R和86G，但在这时由于构成偏振光分束器90的直角棱镜的双折射，将S偏振分量混合到P偏振分量中并射出。这个S偏振分量将由反射式液晶板86B、86R和86G反射并透过偏振光分束器90后投射到屏93上。这样就由于上述的P分量的混入而使显示图象的对比度降低。
然而在这个实施例中，因为直角棱镜由具有被方程(1)具有指出的3.71×102的参数A的玻璃材料制成的，所以由于双折射可以使P偏振分量和S偏振分量的增加停止在足以满足实际应用的范围。从而通过上述双折射的停止增加而可以防止由于上述模糊现引起的对比度下降。
即，如果可以减少构成偏振光分束器90的直角棱镜中的双折射的程度—产生上述模糊现图象的原因，则通过减少双折射可以减少模糊现图象。这个双折射由于在玻璃材料内部的应力引起的，它可以通过光程长×光弹性常×指示玻璃材料的应变值的应变作为一个标准值来测定。
其中，光弹性常数量取决于玻璃材料的常数，因此据认为这类现图象可以通过控制这个光弹性常数减少。然后即使光弹性常数大大减少，但如果玻璃材料具有大的应力则通过上述方式也难于减少双折射的程度。
因此当检验该应变时，在这种玻璃材料中，用热应变+初始应变+接触应变表示这个应力。在此，热应力是随着玻璃材料的温升移动的应力。在投射式显示装置80中，它是由于在装置内部的热对流、热传导，照明光的损失等引起温升产生的。另外，初始应变是偏振光分束器90制造时的残余应力，它是由于在玻璃材料变硬时的残余应力、对玻璃材料的切割和抛光时产生的残余应力、也是由于在加工检测平面时加热而引起的残余应变力、在粘接时粘接材料收缩等而产生的，另外，接触应力是在设置偏振光分束器90时加到偏振光分束器90上的应力。
当投射式显示装置80的电源处在接通状态并且在内部温度足够地低和观察显示的图象时，如图9所示那样在电源接通的瞬间可以把上述模糊现图象限制在实际应用中允许的程度上，但与此相反，上述模糊现图象随着时间的推移而增加，这表明由热应变+初始应力+固定应力这种方式表示的应力中对双折射有最大影响的应力是热应力，还表明如果控制住由于热应力引起的应变数量，则可以有效的降低模糊现图象。
当进一步考虑这个热应力时，可以用确定这种玻璃材料的一些物理常数表示这个热应力，因此用温度差×线膨胀系数×杨式模量来表示这个应力的大小。另外，温度差可以用比热，比重和透射比来表示。
当考虑到这一点后，就可以根据方程(1)中的参数A判断由于双折射引起的模糊现图象。
实际上，如果研究第一实施例的由具有一个参数A的值为3.71×102的玻璃材料制成的偏振光分束器90与一个由具有一参数A的值为5.44×102的玻璃材料制成的偏振光分束器的比较结果时，如图9所示那样，在参数A的值为5.44×102的那个偏振光分束器90上，模糊现图象在几小时内增加，并可以察觉到由于这个模糊现图象引起的对比度的减少。与此相反，在参数值A为3.71×102的那个偏振光分束镜上，即使已使用长时间后，也很难发现由于这个模糊现图象引起的对比度减少，所以在实际使用是可以有效地显示一个高质量的图象。
当判断所有这些评价结果时，为了使由于偏振光分束器的双折射引起的对比度降低不能超过足以满足实际应用的范围，在实际上，如果使用参数A的值为5.00×102或更小的玻璃材料，则可以获得一个具有对比度和均匀性降低很少的投射式显示装置。
通过这种方式，在投射式显示装置80中，可以防止对比度的降低，可以通过配置在光源81上的蝇眼透镜84A和84B均匀供给照明光，通过这样的光量控制可以防止显示图象的照明的不均匀性。从而同样可以显示一个高质量的显示图象。
由于配置在蝇眼透镜84A与84B之间的平振偏振变换片85而使透过偏振光分束器90并根本不用于图象显示的P偏振分量部分地变换成S偏振分量并射出，从而通过S分量的增加提高了照明光的利用效率，提高了显示图象的亮度级，由于同样的理由，可显示一个高质量的图象。
如上所述，按照本发明的第五实施例，因为偏振光分束器是用一种参数A的值为3.71×102的玻璃材料制成的，参数A表明由于方程(1)所示的热应力引起的双折射强度，而这个参数A的值小于5.00×102，所以可阻止上述模糊现图象引起的对比度的降低到保持实际应用允许的范围，从面可以显示一个高质量的图象。
特别是，因为由于热引起的对比度的变化小，所以即使工作长时间，也能获得一个稳定的对比度和均匀照明。另外就伴着显示图象的亮度的增加而照明光的增加而言，材料的热应力特性获得了改进，因此容易增加亮度。
按照这个第五实施例，因为使分光镜倾斜放置，以便使入射在作为波长分光镜的分光镜上的照明光的光轴与调制光的光轴的夹角小于90°，所以可以减少在一个光学布置中的反射光中的P偏振分量与S偏振分量之间的波长差，所述的光学布置用于从S偏振的照明光中产生P偏振和S偏振的调制光，并将该调制光投射在屏上，通过这样的增加有用的光量可以提高照明光的利用率，结果可以显示一个高质量的图象。
第六实施例图10是本发明的投射式显示装置的第六实施例的构成图。
在这个投射式显示装置100中，用分光棱镜101代替在投射式显示装置80中的分光镜91B和91R，将照明光分解成兰、红和绿照明光，然后使兰、红和绿色的光学图象合成起来。
另外，在投射式显示装置100中，除了偏振光分束器90外，分光棱镜也用方程(1)所指出的具有一个数值为3.71×102的参量A的玻璃材料制造。
如图10所示，只要利用参数A的值为3.71×102的参数A的玻璃材料制作分光棱镜，就可以获得与第五实施例相同的效果，其中参数A表示由于热应力引起的双射程度。
第七实施例图11是本发明的投射式显示装置的第七实施例的构成图。
在第七实施例的投射式显示装置110中，配置一个具有与第五实施例的投射式显示装置80的偏振光分束器90的透射和反射平面偏振不同的偏振光分束器111，它的光学系统的布置相应于第七实施例进行了改变。
需要指出的是在这个投射式显示装置110中，凡是与投射式显示装置80相同的零部件都用相应的参考标号表示，并省去其重复说明。
即，在这个投射式显示装置110中，偏振光分束器111利用具有一个表示由热应力引起双折射程度的数值为3.71×102的参数A的玻璃材料制成，该偏振光分束器透射S偏振光，而反射P偏振光，与此相对应，分光器91B等配置在通过偏振光分束器111的照明光的光路上。
另外，在这个投射式显示装置110中，偏振光分光元件112和113配置在偏振光分束器111的光源侧和投射光系统侧上。
偏振光分光元件112和113是把预厚度和具有光学各向异性的薄膜层叠来形成，偏光分光元件112和113选择透射在图12中示出的预定平面偏振的入射光，同时选择反射具有与上述平面偏振相垂的平面偏振的入射光。
偏振光分光元件112配置在凸透镜89与偏振光分束器111之间，并选择透射在从光源81入射的照明光中的S偏振分量，同时选择反射P偏振分量。
偏振光分光元件113配置在投射光学系统92与偏振光分束器111之间，并选择透射从偏振光分束器111入射的P偏振分量，并选择反射S偏振分量。
因此，偏振光分光元件112和113朝向光源侧反射引起上述模糊现图象并且可以再次利用那些平面偏振分量，从而提高了显示图象的对比度，并且同时有效利用照明光，从而提高显示图象的亮度。
另外，偏振光分束元件112和113固定粘接到偏振光分束器111的入射面和发射面上。
因此，投射式显示装置110消除了在偏振光分光元件112与偏振光分束元件111之间的空气层和在偏振光分束元件113与偏振光分束器111之间的空气层，从而防止了由这些空气引起的光损失。
投射式显示装置110有效地辐射在偏振光分光元件112和113上产生的热，从而降低了温升。
按照这个第七实施例，除按照第5实施例外，因为偏振光分光元件12和113还分别配置在光源81与偏振光分束器111之间和在投射光学系统92与偏振光分束器111之间，可以进一步防止发生上述模糊现图象，因此使对比度提高，可以形成一个高质量的显示图象。
另外，因为这两个偏振光分光元件112和113固定粘接在偏振光分束器111上，所以防止了由于空气层引起的光损失，从而可以显示一个亮的高质量的显示图象。另外，由于可以降低温升，而通过上述提高有用光量的利用率可以提高可靠性，可以防止上述光学元件发生裂纹，并进一步简化了布置这些元件所需的步骤。
需要指出的是，在实施例中，虽然描述的是本发明适合于利用一个偏振光分束器的投射式显示装置的情况，但是本发明不受这个限定，而还可以广泛适用于配置每一种颜色的偏振光分束器的情况和其它的一些情况。
虽然上面已经参考为了举例目的而选择的特殊的实施例对发明进行了说明，但是对于本技术领域内普通专业技术人员来说在不违背本发明的基本概念和不超出来发明的范围内对其作出的各种改变是显而易见的。
权利要求
1.一种投射式显示装置，该装置包括一个用于空间调制和反射入射的第一照明光以便发射第一光学图象的第一反射式成象单元；一个用于空间调制和反射入射的第二照明光以便发射第二光学图象的第二反射式成象单元；一个波长分光镜，该分光镜用于反射在入射光中的一个预定波长的照明光，然后把它作为所述第一照明光发射到所述第一反射式成象单元并透射其余的照明光，接着把它作为第二照明光发射到所述第二反射式成象单元，以便反射第一光学图象和透射第二光学图象，并发射所述第一和第二光学图象，以便可逆地跟踪入射光的光路；一个用于投射第一光学图象和第二光学图象的投射光学系统；一个用于把作为所述入射光的预定光发射到第一波长分光镜的光源；以及一分光单元，该单元用于把从所述光源发射的所述入射光发射到所述波长分光镜中并把从所述波长分光镜入射的第一和第二光学图象发射到所述投射光学图象系统，设定该波长分光镜的倾角，使入射在波长分光镜上的光的光轴与第一光学图象的光轴的夹角小于90°。
2.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一反射式成象单元发射具有一个相对入射光旋转的平面偏振的所述第一光学图象，以及偏振光滤光器配置在所述光源与所述分光单元之间，所述偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与入射在所述第一反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光。
3.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一反射式成象单元发射所述具有一个相对入射光旋转的平面偏振的第一光学图象，一个偏振光滤光器配置在所述投射光学系统与所述分光单元之间，所述偏振光滤光器用于选择透射与第一光学图象的平面偏振对应的平面偏振的入射光。
4.如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一反射式成象单元发射所述具有一个相对入射光旋转的平面偏振的第一光学图象，一个第一偏振光滤光器配置在所述光源与所述分光单元之间，所述第一偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与入射在第一反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光，一个第二偏振光滤光器配置在所述投射光学系统与所述分光单元之间，所述第二偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与第一光学图象的平面偏振对应的平面偏振入射光。
5.一种投射式显示装置，至少包括一个用于空间调制和反射一个入射的第一照明光以便发射第一光学图象的第一反射式成象单元；一个用于空间调制和反射一个入射的第二照明光以便发射第二光学图象的第二反射式成象单元；一个用于空间调制和反射一个入射的第三照明光以便发射一个第三光学图象的第三反射式成象单元；一个第一波长分光镜，所述波长分光镜用于反射入射光中预定波长的照明光，把它作所述第一照明光射向第一反射式成象单元并透射和发射其余的照明光以便反射所述第一光学象和透射所述第二和第三光学象，然后发射所述第一、第二和第三光学象以便可逆地跟踪入射光的光路，一个第二波长分光镜，所述第二波长分光镜用于反射透过所述第一波长分光镜的光中的预定波长的照明光，并把它作为所述第二照明光射向所述第二反射式成象单元，并透射其余的照明光和把它作为第三照明光发射到所述第三反射式成象单元，以便反射所述第二光学图象、透射所述第三光学图象和朝向所述第一波长分光镜发射第二和第三光学图象；一个用于投射所述第一、第二和第三光学图象的投射光学系统；一个用于向所述第一波长分光镜发射作为入射光的预定光的光源；一个用于向所述第一波长分光镜发射由所述光源发射的入射光并向所述投射光学系统发射从所述第一波长分光镜入射的第一、第二和第三光学图象的分光单元；调整所述第一波长分光镜的倾角，使入射在所述第一波长分光镜上的光的光轴与第一光学图象的光轴之间的夹角小于90°，调整所述第二波长分光镜的倾角，使入射在第二分光镜上的光并透过所述所述第一波长分光镜的光的光轴与所述第二光学图象的光轴之间的夹角小于90°。
6.如权利要求5所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一反射式成象单元发射具有一个相对入射光旋转的平面偏振的所述第一光学图象；以及一个偏振光滤光器配置在所述光源与所述分光单元之间，所述偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与入射在所述第一反射式成象单元上的光的平面偏振相对应的照明光。
7.如权利要求5所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一反射式成象单元发射所述具有一个相对入射光旋转的平面偏振的第一光学图象，一个偏振光滤光器配置在所述投射光学系统与所述分光单元之间，所述偏振光滤光器用于选择透射与第一光学图象的平面偏振对应的平面偏振的入射光。
8.如权利要求5所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一反射式成象单元发射所述具有一个相对入射光旋转的平面偏振的第一光学图象，一个第一偏振光滤光器配置在所述光源与所述分光单元之间，所述第一偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与入射在所述第一反射式成象单元上的所述光的平面偏振相应的照明光，一个第二偏振光滤光器配置在所述投射光学系统与所述分光单元之间，所述第二偏振光滤光器用于选择透射平面偏振与所述第一光学图象的平面偏振相应的入射光。
9.一种投射式显示装置，包括一个用于空间调制和反射预定的平面偏振的照明光以便发射具有一个相对照明光的平面偏振旋转的平面偏振的反射式成象单元；一个用于投射光学图象的投射光学系统；一个用于发射照明光的光源；一个分光单元，该分光单元用于把光源发出的照明光发射到反射式成象单元，和把反射式成象单元发射的光学图象发射到所述投影光学系统；以及一个偏振分光元件，该分光元件用于选择透射平面偏振与入射在所述第一反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光，并选择反射与配置在所述光源与所述分光单元之间的那个平面偏振垂直的平面偏振分量。
10.如权利要求5所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件形成在所述分光单元的照明光的入射平面上。
11.一种投射式显示装置，包括一个反射式成象单元，所述成象单元用于空间调制和反射预定的平面偏振的照明光以便发射具有一个相对照明光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象；一个用于投射光学图象的投射光学系统；一个用于发射照明光的光源；以及一个分光单元，该单元用于将光源发出的照明光发射到反射式成象单元上并把反射式成象单元发射的光学图象发射到投射光学系统；一个配置在投射光学系统和分光单元之间的偏振分光元件，该元件用于选择透射与光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择反射与光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
12.如权利要求11所述的投射式显示装置，其特征在于偏振分光元件形成在所述分光单元的光学图象的发射面上。
13.一种投射式显示装置，该装置装备有一个反射式成象单元，该单元用于空间调制和反射具有一个预定的平面偏振的照明光以便发射具有一个相对照明光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象；一个用于投射所述光学图象的投射光学系统；一个用于发射所述照明光的光源；以及一个分光单元，该单元把从光源发射的照明光发射到反射式成象单元并把从所述反射式成象单元发出的所述光学图象发射到投射光学系统；一个配置在所述光源与所述分光单元之间第一偏振分光元件，该分光元件用于选择透射平面偏振与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振对应的照明光并选择反射与第一光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量；一个配置在所述投射光学系统与所述分光单元之间的第二偏振分光元件，用于选择透射与所述光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择反射与所述光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
14.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一偏振分光元件形成在所述分光单元的照明光的入射平面上。
15.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于所述第二偏振分光元件形成在所述分光单元的光学图象的发射平面上。
16.如权利要求13所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一偏振分光元件形成在所述分光单元的照明光的入射平面上；所述第二偏振分光元件形成在所述分光单元的光学图象的发射平面上。
17.一种投射式显示装置，包括一个反射式成象单元，该单元用于空间调制预定平面偏振的照明光，以便发射具有一个相对于照明光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象；一个用于投射所述光学图象的投射光学系统；一个用于发射所述照明光的光源；以及一个偏振光分束器，该分束器用于把所述光源发出的照明光发射到所述反射式成象单元并把从所述反射式成象单元的入射的光中的预定的偏振分量发射到所述投射光学系统；所述偏振光分束器由一个满足下述关系式的元件组成5.00×102≥K·α·ECpP∫λ12λ2(1-T)dλ]]>式中，K所述元件的光弹性常数(nm/mm·mm2/N)，α所述元件的线性膨胀系数(10-6/K)，E所述元件的杨氏模量(103N/mm)，λ照明光的波长(nm)，T在波长λ处所述元件的固有透射率，ρ所述元件的比重(g/cm3)，以及Cp所述元件的比热(J/g·k)，在方程中的积分范围是元件的光吸收波长带的范围。
18.如权利要求17所述的投射式显示装置，其特征在于所述光吸收波长带的范围最好是在420nm至500nm的范围内。
19.如权利要求17所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件配置在光源与偏振光分束器之间，偏振分光元件用于选择地透射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振对应的平面偏振的照明光并选择地反射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
20.如权利要求19所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的照明光的入射面上。
21.如权利要求17所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件配置在所述投射光学系统与所述偏振光分束器之间，所述偏振分光元件用于选择地透射与光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择地反射与所述光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
22.如权利要求21所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的光学图象的发射面上。
23.如权利要求17所述的投射式显示装置，其特征在于还包括一个配置在所述光源与所述偏振光分束器之间的第一偏振分光元件，所述第一偏振分光元件用于选择地透射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振对应的平面偏振的照明光并选择地反射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振垂直的平面偏振的分量以及一个配置在所述投射光学系统与偏振光分束器之间的第二偏振分光元件，所述第二偏振分光元件用于选择地透射与所述所述光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择地反射与所述光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
24.权利要求23所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的照明光的入射面上。
25.权利要求23所述的投射式显示装置，其特征在于所述第二偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的光学图象的发射面上。
26.权利要求23所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的照明光的入射面上；所述第二偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的光学图象的发射面上。
27.一种投射式显示装置，该装置包括若干个反射式成象单元，每一个都用于空间调制预定波长的入射光并发射具有相对入射光的平面偏振旋转的平面偏振的光学图象；一个用于发射照明光的光源；一个分光棱镜，该分光棱镜根据波长把光源发射的照明光发射到所述若干反射式成象单元并发射从若干个反射式成象单元入射的光学图象以便可逆地沿着照明光轴传送；一个用于投射光学系统的投射光学系统；一个偏振光分束器，该分束器把从光源发射的照明光发射到分光棱镜并把从分光棱镜入射的光学图象中的预定偏振的分量发射到投射光学系统，所述偏振分束器和/或所述分光棱镜由满足下述关系式的元件构成5.00×102≥K·α·ECpP∫λ12λ2(1-T)dλ]]>式中，K所述元件的光弹性常数(nm/mm·mm2/N)，α所述元件的线性膨胀系数(10-6/K)，E所述元件的杨氏模量(103N/mm)，λ照明光的波长(nm)，T在波长λ处所述元件的固有透射率，ρ所述元件的比重(g/cm3)，以及Cp所述元件的比热(J/g·k)，在方程中的积分范围是元件的光吸收波长带的范围。
28.如权利要求27所述的投射式显示装置，其特征在于所述光吸收波长带的范围最好是在420nm至500nm的范围内。
29.如权利要求27所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件配置在光源与偏振光分束器之间，所述偏振分光元件用于选择地透射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振对应的平面偏振的照明光并选择地反射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
30.如权利要求29所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的照明光的入射面上。
31.如权利要求27所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件配置在所述投射光学系统与所述偏振光分束器之间，所述偏振分光元件用于选择地透射与所述光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择地反射与所述光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
32.如权利要求31所述的投射式显示装置，其特征在于所述偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的光学图象的发射面上。
33.如权利要求27所述的投射式显示装置，其特征在于还包括一个配置在所述光源与所述偏振光分束器之间的第一偏振分光元件，所述第一偏振分光元件用于选择地透射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振对应的平面偏振的照明光并选择地反射与入射在反射式成象单元上的光的平面偏振垂直的平面偏振的分量以及一个配置在所述投射光学系统与偏振光分束器之间的第二偏振分光元件，所述第二偏振分光元件用于选择地透射与所述光学图象的平面偏振对应的预定平面偏振的入射光并选择地反射与所述光学图象的平面偏振垂直的平面偏振的分量。
34.权利要求33所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的照明光的入射面上。
35.权利要求33所述的投射式显示装置，其特征在于所述第二偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的光学图象的发射面上。
36.权利要求33所述的投射式显示装置，其特征在于所述第一偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的照明光的入射面上；所述第二偏振分光元件形成在所述偏振光分束器的光学图象的发射面上。
全文摘要
一种用在一个投射装置上的投射式显示装置,该投射式显示装置把通过反射式液晶显示板空间调制的光学图象投在屏上,以便显示一个图象,其中波长分光镜的布置成能使入射在波长分光镜上的光的光轴与反射光的光轴的夹角小于90°,或将偏振光滤光器或偏振光分光元件配置在分光元件发射面侧或入射面侧上。
文档编号H04N5/74GK1253456SQ9912247
公开日2000年5月17日 申请日期1999年9月29日 优先权日1998年9月29日
发明者宫胁彻行, 山本英树 申请人:索尼株式会社