CN100390604C - 投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影装置，包括：颜色分离光学系统，将照明光束分离成第一、第二和第三色光；第一成像面板，由第一色光照明；第二成像面板，由第二色光照明；第三成像面板，由第三色光照明；颜色合成光学系统，合成来自第一、第二和第三成像面板的第一、第二和第三色光；投影光学系统，投射颜色合成光学系统合成的光；第一透明基片，设置在颜色分离光学系统和第一成像面板之间，其表面上有第一色光穿过的偏振器；第二透明基片，设置在颜色分离光学系统和第二成像面板之间，其表面上有第二色光穿过的偏振器；第三透明基片，设置在颜色分离光学系统和第三成像面板之间，其表面上有第三色光穿过的偏振器；其中第一透明基片的厚度大于至少第二和第三透明基片的厚度之一。

Description

投影装置

本发明申请为2002年5月29日提出的申请号为02147035.9、发明名称为“投影装置”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于显示放大的计算机图像或视频图像的投影装置。

背景技术

近年来，需要图像显示装置比如液晶投影仪来提高亮度。图15画出了传统的投影图像显示装置(投影装置)的结构。

参照图15，从超高压水银灯的光源部分101发出的白光由反射器102反射并且透过蝇眼透镜103和104。其偏振方向通过PS转换元件105由一个将光束分离成p偏振光和s偏振光的反射镜和一个用于改变偏振方向的λ/2波片加以对准。从PS转换元件105出射的光束通过聚光镜106等。此后，红波段光束成分透过二向色镜DM101。绿和蓝波段光束成分被二向色镜DM101反射。蓝波段光束成分透过二向色镜DM102。绿波段光束成分被二向色镜DM102反射。以此结构，将照明光束分离成红、绿和蓝波段的光束成分。

各颜色的光束成分入射在相应的液晶显示元件109R、109G或109B，并得以调制。这些色光成分由二向色棱镜111加以合成，由投影透镜112加以放大并投影在投影表面上。

下面更为详细地对各色波段进行说明。透过二向色镜DM101的红波段光束成分由反射镜M101将其光路改变90°，通过向场透镜107R，入射在入射端偏振片108RI和液晶显示元件109R上，并且在其中受到调制。

经调制的红波段光束成分依次照射在出射端偏振片110RO和二向色棱镜111。其光路由二向色棱镜111改变90°。然后，该光束成分入射在投影透镜112上。二向色棱镜111由四块棱镜粘合而成，使其具有大致为十字形的波长选择反射层。

另一方面，由二向色镜DM101反射并将其光路改变90°的绿和蓝波段光束成分入射在二向色反射镜DM102上。二向色反射镜DM102具有反射绿波段光束成分G的特性。因此，绿波段光束成分由二向色反射镜DM102反射并将其光路改变90°，透过向场透镜107G，入射在入射端偏振片108GI和液晶显示元件109G上，并且在其中受到调制。

经调制的绿波段光束成分依次照射在出射端偏振片110GO和二向色棱镜111上，通过二向色棱镜111，并入射在投影透镜112上。

透过二向色镜DM102的蓝波段光束成分通过聚光镜113、中继透镜114、反射镜M102和M103，以及向场透镜107B，入射在入射端偏振片108BI和液晶显示元件109B上，并且在其中受到调制。

经调制的蓝波段光束成分依次照射在出射端偏振片110BO和二向色棱镜111上，由二向色棱镜111将其光路改变90°，并入射在投影透镜112上。

以上述方式入射在投影透镜112上的各色波段光束成分投射在投影表面上并且作为放大图像加以显示。

在上述传统的投影图像显示装置中，偏振片一般通过将薄膜状偏振器b粘合在透明基片a上而形成，如图16中所示，使其呈现既定的偏振特性。入射端偏振片和出射端偏振片都通过将既定的偏振器粘合在透明基片上而形成，对于各色波段具有与颜色无关的同一形状。

入射端偏振片吸收具有旋转偏振轴的光束并且将其转化成热量，从而对准入射在液晶显示元件上的光束的偏振方向。在出射端偏振片中，当显示颜色为黑色时，该偏振片的偏振轴垂直于液晶显示元件出射光束的幅值。由于所有的光束成分被吸收并转化成热量，所以其热负荷很高。

如果液晶显示元件的孔径比低，并且所用灯源的光通量小，则具有相同形状的透明基片例如玻璃基片(其热导率为约1.2W/(m·K))就足够了，如现有技术中那样。

近年来，1.3英寸的液晶显示元件具有60％的孔径比，尽管其象素数量为约770,000。有些液晶显示元件通过增加其灯源的功耗来提高投影图像的亮度。并且液晶显示元件本身也变得小型化。

其热负荷对于各种颜色会发生变化，并且也随着偏振片是处于入射端还是出射端而变化。例如，当多个颜色波段至少其一的色纯度应当改变时，则特定颜色的入射端或出射端偏振片上的热负荷会增加。为此原因，某些入射端或出射端偏振片上的热负荷会增加，导致偏振片性能的降低。

为了解决偏振片上热负荷的问题，采用其热导率(42W/(m·K))比透明玻璃基片热导率高约40倍的蓝宝石作为将偏振器粘合其上的基片，如日本专利申请公开No.11-231277中所提出的那样。

然而，蓝宝石非常昂贵。从成本角度考虑最好尽可能避免采用蓝宝石。特别地，如图15中所示的3片式投影图像显示装置在入射端和出射端采用了总共六个偏振片。由于通常需要多个蓝宝石基片，所以在成本大量增加。

另外，为了通过冷却扇提高其冷却效率，其冷却扇的功耗增加，或者噪音变大。

发明内容

为解决上述问题已经作出本发明，本发明的目的在于提供一种投影装置，通过根据偏振片上的热负荷将偏振片的热量有效地传送至透明基片，并且通过该透明基片将所述热量有效地散发，可以降低成本，同时可靠地防止由于热量导致的像质降低。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种投影装置，包括：

颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成第一色光、第二色光和第三色光；

第一成像面板，其由所述第一色光照明；

第二成像面板，其由所述第二色光照明；

第三成像面板，其由所述第三色光照明；

颜色合成光学系统，用于合成来自所述第一成像面板的第一色光、来自所述第二成像面板的第二色光和来自所述第三成像面板的第三色光；

投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统所合成的光；

第一透明基片，其被设置在所述颜色分离光学系统和所述第一成像面板之间，其中在所述第一透明基片的表面上设置有所述第一色光穿过的第一偏振器；

第二透明基片，其被设置在所述颜色分离光学系统和所述第二成像面板之间，其中在所述第二透明基片的表面上设置有所述第二色光穿过的第二偏振器；以及

第三透明基片，其被设置在所述颜色分离光学系统和所述第三成像面板之间，其中在所述第三透明基片的表面上设置有所述第三色光穿过的第三偏振器，

其中所述第一透明基片的厚度大于至少所述第二透明基片的厚度和第三透明基片的厚度之一；以及

其中所述第一透明基片的热负荷高于所述第二透明基片的热负荷和第三透明基片的热负荷中的至少之一。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种投影装置，包括：

颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成第一色光、第二色光和第三色光；

第一成像面板，其由所述第一色光照明；

第二成像面板，其由所述第二色光照明；

第三成像面板，其由所述第三色光照明；

颜色合成光学系统，用于合成来自所述第一成像面板的第一色光、来自所述第二成像面板的第二色光和来自所述第三成像面板的第三色光；

投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统所合成的光；

第一透明基片，其被设置在所述第一成像面板和颜色合成光学系统之间，其中在所述第一透明基片的表面上设置有所述第一色光穿过的第一偏振器；

第二透明基片，其被设置在所述第二成像面板和颜色合成光学系统之间，其中在所述第二透明基片的表面上设置有所述第二色光穿过的第二偏振器；以及

第三透明基片，其被设置在所述第三成像面板和颜色合成光学系统之间，其中在所述第三透明基片的表面上设置有所述第三色光穿过的第三偏振器，

其中所述第一透明基片的厚度大于至少所述第二透明基片的厚度和第三透明基片的厚度之一；以及

其中所述第一透明基片的热负荷高于所述第二透明基片的热负荷和第三透明基片的热负荷中的至少之一。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种投影装置，包括：

一个颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成多个色光成分；

多个成象面板，分别由所述的多个色光成分照明；

一个颜色合成光学系统，用于将来自所述多个被照明的成象面板的光束成分合成；

一个投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统的光；和

多个透明基片，各至少设置在所述多个成象面板的入射和出射表面之一上，各个所述透明基片支承一个偏振器，

其中所述多个透明基片中至少其一的厚度大于其余透明基片的厚度。

在本发明中，所述至少一个透明基片的厚度优选为是其余透明基片厚度的至少1.2倍。

为了实现上述目的，根据本发明，还提供了一种投影装置，包括：

一个颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成多个色光成分；

多个成象面板，分别由所述的多个色光成分照明；

一个颜色合成光学系统，用于将来自所述多个被照明的成象面板的光束成分合成；

一个投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统的光；和

多个透明基片，各至少设置在所述多个成象面板的入射和出射表面之一上，各个所述透明基片支承一个偏振器，

其中所述多个透明基片中的至少其一与该透明基片所支承的偏振器的面积比大于其余透明基片与该其余透明基片所支承的偏振器的面积比。

在本发明中，所述至少一个透明基片与其所支承的偏振器的面积比至少是其余透明基片与该其余透明基片所支承的偏振器的面积比的1.2倍。

根据本发明，还提供了一种投影装置，包括：

一个颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成多个色光成分；

多个成象面板，分别由所述的多个色光成分照明；

一个颜色合成光学系统，用于将来自所述多个被照明的成象面板的光束成分合成；

一个投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统的光束；和

多个透明基片，各至少设置在所述多个成象面板的入射和出射表面之一上，各个所述透明基片支承一个偏振器，

其中所述多个透明基片中至少其一的面积大于其余透明基片的面积。

在本发明中，所述至少一个透明基片的面积至少是其余透明基片面积的1.2倍。

根据本发明，还提供了一种投影装置，包括：

一个颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成多个色光成分；

多个成象面板，分别由所述的多个色光成分照明；

一个颜色合成光学系统，用于将来自所述多个被照明的成象面板的光束成分合成；

一个投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统的光束；和

多个透明基片，各至少设置在所述多个成象面板的入射和出射表面之一上，各个所述透明基片支承一个偏振器，

其中所述多个透明基片中至少其一的表面面积大于其余透明基片的表面面积。

在本发明中，所述至少一个透明基片具有曲面形状，并且其余透明基片具有平面形状。

在本发明中，所述多个透明基片主要由选自蓝宝石、氟石和玻璃的材料制成。

另外，在本发明中，所述多个透明基片的所述至少其一和其余透明基片主要由选自蓝宝石、氟石和玻璃的不同材料制成。

此外，在本发明中，所述多个透明基片的所述至少其一主要由选自蓝宝石、氟石和玻璃的一种材料制成，而其余透明基片主要由选自蓝宝石、氟石和玻璃的一种或两种不同于所述至少一个透明基片材料的材料制成。

本发明的上述和其它目的、特色和优点从下面结合附图说明的各实施例中将会更加清楚。

附图说明

图1是本发明第一实施例的投影图像显示装置(投影装置)的光学结构图；

图2是第一实施例的投影图像显示装置的红波段偏振片结构的透视图；

图3是表示第一实施例的投影图像显示装置中透明基片厚度与偏振器粘合界面温度之间关系的曲线图；

图4A和4B表示本发明第一实施例的投影图像显示装置中热负荷与透明基片材料和厚度的组合；

图5A和5B表示本发明第一实施例的投影图像显示装置中热负荷与透明基片材料和厚度的其它组合；

图6是本发明第二实施例的投影图像显示装置(投影装置)的光学结构图；

图7是第二实施例的投影图像显示装置的红波段偏振片结构的透视图；

图8是表示第二实施例的投影图像显示装置中透明基片与偏振器的面积比与偏振器粘合界面温度之间关系的曲线图；

图9A和9B表示本发明第二实施例的投影图像显示装置中热负荷与透明基片材料和厚度的组合；

图10A和10B表示本发明第二实施例的投影图像显示装置中热负荷与透明基片材料和厚度的其它组合；

图11是本发明第三实施例的投影图像显示装置(投影装置)的光学结构图；

图12是第三实施例的投影图像显示装置中具有红波段偏振器的向场透镜结构的透视图；

图13A和13B表示本发明第三实施例的投影图像显示装置中热负荷与透明基片材料和厚度的组合；

图14A和14B表示本发明第三实施例的投影图像显示装置中热负荷与透明基片材料和厚度的其它组合；

图15表示传统的投影图像显示装置的光学结构图；以及

图16表示传统的投影图像显示装置中偏振片结构的透视图。

具体实施方式

图1表示本发明第一实施例的投影图像显示装置(投影装置)的光学结构。

参照图1，从超高压水银灯的光源部分1发出的白照明光由反射器2反射并且透过蝇眼透镜3和4。其偏振方向通过PS转换元件5由一个将光束分离成p偏振光和s偏振光的反射镜和一个用于改变偏振方向的λ/2波片加以对准。从PS转换元件5出射的光束通过聚光镜6等。此后，红波段光束成分透过二向色镜DM1。绿和蓝波段光束成分被二向色镜DM1反射。蓝波段光束成分透过二向色镜DM2。绿波段光束成分被二向色镜DM2反射。以此结构，将照明光束分离成红、绿和蓝波段的光束成分。各二向色镜构成颜色分离光学系统。

各颜色的光束成分入射在相应的一个液晶显示元件9R、9G或9B上，以形成各颜色图像。这些颜色图像由用作颜色合成光学系统的二向色棱镜11加以合成，然后由用作投影光学系统的投影透镜12投射在投影表面(屏幕)(未画出)上。各上述液晶显示元件为成像面板比如液晶显示面板。采用透视型成像面板以透过光束形成图像。

下面更为详细地对各色波段进行说明。透过二向色镜DM1的红波段光束成分由反射镜M1将其光路改变90°，通过向场透镜7R，入射在入射端偏振片8RI和液晶显示元件9R上。根据从图像信息提供装置(例如个人计算机、TV、盒带式录像机或DVD播放机)(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9R进行驱动，并且对入射其上的红波段光束成分进行调制。

经调制的红波段光束成分依次照射在出射端偏振片10RO和二向色棱镜11。其光路由二向色棱镜11改变90°。然后，该光束成分入射在投影透镜12上。二向色棱镜11是所谓的十字形二向色棱镜，通过四块棱镜粘合而成，使其具有大致为十字形的波长选择反射(二向色)层。替代该十字形二向色棱镜，可以采用由具有不同形状的三块或四块棱镜粘合而成的所谓3P(3件)或4P(4件)棱镜。该十字形二向色棱镜、3P(3件)棱镜、或4P(4件)棱镜构成颜色合成光学系统。

另一方面，由二向色镜DM1反射并将其光路改变90°的绿和蓝波段光束成分入射在二向色反射镜DM2上。二向色反射镜DM2具有反射绿波段光束成分G的特性。因此，绿波段光束成分由二向色反射镜DM2反射并将其光路改变90°，透过向场透镜7G，入射在入射端偏振片8GI和液晶显示元件9G上。根据从图像信息提供装置(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9G进行驱动，并且对入射其上的绿波段光束成分进行调制。

经调制的绿波段光束成分依次照射在出射端偏振片10GO和二向色棱镜11上，通过二向色棱镜11，并入射在投影透镜12上。

透过二向色镜DM2的蓝波段光束成分通过聚光镜13，其光路由反射镜M2改变90°，通过中继透镜14，其光路再次由反射镜M3改变90°，透过向场透镜7B，入射在入射端偏振片8BI和液晶显示元件9B上。根据从图像信息提供装置(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9B进行驱动，并且对入射其上的蓝波段光束成分进行调制。

经调制的蓝波段光束成分依次照射在出射端偏振片10BO和二向色棱镜11上，由二向色棱镜11将其光路改变90°，并入射在投影透镜12上。

由二向色棱镜11合成的各色波段光束成分由投影透镜12投射在投影表面(屏幕)(未画出)上并且作为放大图像加以显示。

当红波段的颜色纯度降低时(此时也包括靠近红波段的另一颜色波段)，可以获得明亮的图像。在此情况下，设置在红波段光路中的偏振片上的热负荷增加。

下面说明解决此问题的方法。如图2中所示，在透过红波段光束成分的入射端偏振片8RI(出射端偏振片10RO)中，将偏振器8b(10b)粘合至(保持在)透明基片8a(10a)上，使其呈现既定的偏振特性。如果对应于红、绿和蓝波段光束成分的透明基片由同样的材料比如氟石制成，则将透过红波段光束成分的透明基片的厚度t设置成大于透过绿波段光束成分的入射端偏振片8GI或出射端偏振片10GO或者透过蓝波段光束成分的入射端偏振片8BI或出射端偏振片10BO的透明基片的厚度。

下面参照图3说明透明基片的厚度与偏振器粘合界面的温度之间的关系。图3画出了当具有既定面积的偏振器粘合至具有既定面积的透明基片并且该偏振器产生既定的热量时该透明基片的厚度与偏振器粘合界面的温度之间的关系。图3画出了其中透明基片由玻璃(BK7：热导率：约1.2W/(m·K))制成、透明基片由氟石(热导率：约9.7W/(m·K))制成、以及透明基片由蓝宝石(热导率：约42W/(m·K))制成的各情况下的所述关系。

图3中所示的结果是在仅实行空气的自然对流冷却而没有强制冷却时获得的。

从图3中可以看出，如果透明基片是由相同的材料制成的，则最高温度随着透明基片底板厚度的增加而降低。也就是说，为了防止由于偏振器热量导致的任何性能降低，较大的底板厚度是更为有利的。在偏振器粘合至具有0.5mm底板厚度的蓝宝石基片时获得的结果与在偏振器粘合至具有1.1mm底板厚度的氟石基片时获得的结果相同。

从该事实可以看出，即使透过红波段光束成分的入射端偏振片8RI或出射端偏振片10RO的透明基片8a(10a)由氟石制成，也可以通过使其透明基片的底板厚度大于其余透明基片的底板厚度来充分地释放热负荷。更具体地说，当透过红波段光束成分的透明基片比透过其余波段光束成分的透明基片厚大约20％(约1.2倍)时，其差别是显著的。

在此实施例中，用于设置在红波段光束成分光路中的入射端和出射端偏振片的氟石透明基片作的比用于设置在其余波段光束成分光路中的入射端和出射端偏振片的氟石透明基片厚。然而，也可以将设置在绿或蓝波段光束成分光路中的入射端和出射端偏振片的透明基片(其中由于冷却空气通道等导致其热负荷增加)作的比其余波段光束成分光路中的透明基片厚。

另外，在入射端或出射端偏振片中，只有具有较高热负荷的偏振片的透明基片作得较厚。

透明基片的材料并不限于氟石，可以根据热负荷的程度采用玻璃透明基片。在此情况下，同样，当底板厚度增加约20％时，其差别是显著的，从图3中可以看出。

在上述实施例中，透明基片的底板厚度根据热负荷而改变，从而可以有效地将偏振片的热量传送至透明基片并且通过透明基片有效地加以散发。

下面参照图4A和4B以及图5A和5B说明当多个透明基片之一由不同于其余透明基片的材料制成时热负荷与透明基片的材料和底板厚度的组合。采用了两种或三种材料。

参照图4A，入射端或出射端偏振片a、b和c分别设置在分离成三种颜色的光束成分的三个光路中。对于各偏振片，将偏振器粘合至透明基片上。

假定相应偏振片上的热负荷以a、b和c的顺序增加(在偏振片a、b和c上，偏振片a具有最高的热负荷，偏振片c具有最低的热负荷)。偏振片a的透明基片比偏振片b和c的透明基片厚(例如，厚1.2倍以上)。

图4B表示当采用两种以上材料用于上述结构的透明基片时的有效组合。图4B表示当采用材料A和B(导热率：A＞B)作为图4A中所示偏振片a、b和c的透明基片时的组合表。作为一种情况，采用蓝宝石作为材料A，采用氟石(和/或玻璃)作为材料B。作为另一种情况，采用氟石(和/或玻璃)作为材料A，采用玻璃作为材料B。存在对组合1至4的选择。根据热负荷的情况或者设计自由度来选择最佳组合。例如，在组合2中，用作偏振片a的透明基片由蓝宝石也即材料A制成，用作偏振片b和c的透明基片由氟石(和/或玻璃)也即材料B制成。替代地，用作偏振片a的透明基片由蓝宝石即材料A制成，用作偏振片b的透明基片由氟石即材料B制成，用作偏振片c的透明基片由玻璃即材料B制成。

如果在给定偏振片上的热负荷非常高，则只采用蓝宝石基片作为该偏振片的透明基片，并且增加透明基片的底板厚度。通过此结构，偏振片能够可靠地承受较高的热负荷。

下面说明当透明基片在两个光路中较厚时的组合。

参照图5A，将入射端或出射端偏振片d、e和f分别设置在分离成三种颜色的光束成分的三个光路中。对于每个偏振片，将偏振器粘合至透明基片上。

假定相应偏振片上的热负荷以d、e和f的顺序增加(在偏振片d、e和f上，偏振片d具有最高的热负荷，偏振片f具有最低的热负荷)。偏振片d的透明基片比偏振片f的透明基片厚(例如，厚1.2倍或以上)。

图5B表示当采用两种以上材料用于上述结构的透明基片时的有效组合。图5B表示当采用材料C和D(导热率：C＞D)作为图5A中所示偏振片d、e和f的透明基片时的组合表。作为一种情况，采用蓝宝石作为材料C，采用氟石(和/或玻璃)作为材料D。作为另一种情况，采用氟石(和/或玻璃)作为材料C，采用玻璃作为材料D。存在组合5至8的选择。根据热负荷的情况或者设计自由度来选择最佳组合。例如，在组合6中，用作偏振片d的透明基片由蓝宝石即材料C制成，用作偏振片e和f的透明基片由氟石即材料D制成。替代地，用作偏振片d的透明基片由蓝宝石即材料C制成，用作偏振片e的透明基片由氟石(或玻璃)也即材料D制成，用作偏振片f的透明基片由玻璃(或氟石)即材料D制成。

在上述实施例中，选择透明基片的材料，并且根据热负荷改变透明基片的底板厚度，从而可以将偏振片的热量有效地传送至透明基片，并且由透明基片高效散发。

图6表示根据本发明第二实施例的投影图象显示装置(投影装置)。与第一实施例中相同的附图标记在第二实施例中表示相同的部件。

参照图6，从超高压水银灯的光源部分1发出的白光由反射器2反射并且透过蝇眼透镜3和4。其偏振方向通过PS转换元件5由一个将光束分离成p偏振光和s偏振光的反射镜和一个用于改变偏振方向的λ/2波片加以对准。从PS转换元件5出射的光束通过聚光镜6等。此后，二向色镜DM1透过红波段光束成分并反射绿和蓝波段光束成分。蓝波段光束成分透过二向色镜DM2。绿波段光束成分由二向色镜DM2加以反射。以此结构，将照明光束分离成红、绿和蓝波段的光束成分。各二向色镜构成颜色分离光学系统。

各颜色的光束成分入射在液晶显示元件9R、9G和9B的对应一个上并得以调制，以形成各颜色图像。这些颜色光成分由用作颜色合成光学系统的二向色棱镜11加以合成，然后由用作投影光学系统的投影透镜12投射在投影表面(屏幕)(未画出)上。各上述液晶显示元件为成像面板比如液晶显示面板。采用透视型成像面板，以透过光束形成图像。

下面更为详细地对各色波段进行说明。透过二向色镜DM1的红波段光束成分由反射镜M1将其光路改变90°，通过向场透镜7R，入射在入射端偏振片18RI和液晶显示元件9R上。根据从图像信息提供装置(例如个人计算机、TV、盒带式录像机或DVD播放机)(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9R进行驱动，并且对入射其上的红波段光束成分进行调制。

经调制的红波段光束成分依次照射在出射端偏振片20RO和二向色棱镜11。其光路由二向色棱镜11改变90°。然后，该光束成分入射在投影透镜12上。二向色棱镜11是所谓的十字形二向色棱镜，通过四块棱镜粘合而成，使其具有大致为十字形的波长选择反射(二向色)层。替代该十字形二向色棱镜，可以采用由具有不同形状的三块或四块棱镜粘合而成的所谓3P(3件)或4P(4件)棱镜。该十字形二向色棱镜、3P(3件)棱镜、或4P(4件)棱镜构成颜色合成光学系统。

另一方面，由二向色镜DM1反射并将其光路改变90°的绿和蓝波段光束成分入射在二向色反射镜DM2上。二向色反射镜DM2具有反射绿波段光束成分G的特性。因此，绿波段光束成分由二向色反射镜DM2反射并将其光路改变90°，透过向场透镜7G，入射在入射端偏振片8GI和液晶显示元件9G上。根据从图像信息提供装置(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9G进行驱动，并且对入射其上的绿波段光束成分进行调制。

经调制的绿波段光束成分依次照射在出射端偏振片1GO和二向色棱镜11上，通过二向色棱镜11，并入射在投影透镜12上。

透过二向色镜DM2的蓝波段光束成分通过聚光镜13，其光路由反射镜M2改变90°，通过中继透镜14，其光路再次由反射镜M3改变90°，透过向场透镜7B，入射在入射端偏振片8BI和液晶显示元件9B上。根据从图像信息提供装置(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9B进行驱动，并且对入射其上的蓝波段光束成分进行调制。

经调制的蓝波段光束成分依次照射在出射端偏振片10BO和二向色棱镜11上，由二向色棱镜11将其光路改变90°，并入射在投影透镜12上。

由二向色棱镜11合成的各色波段光束成分由投影透镜12投射在投影表面(屏幕)(未画出)上并且作为放大图像加以显示。

当红波段的颜色纯度降低时(当也包括靠近红波段的另一颜色波段光束时)，可以获得明亮的图像。在此情况下，设置在红波段光路中的偏振片上的热负荷增加。

下面说明解决此问题的方法。如图7中所示，在透过红波段光束成分的入射端偏振片18RI(出射端偏振片20RO)中，将偏振器18b(20b)粘合至(保持在)透明基片18a(20a)上，使其呈现既定的偏振特性。

如果对应于红、绿和蓝波段光束成分的透明基片由同样的材料比如氟石制成，则将偏振器18b(20b)粘合至其上的透过红波段光束成分的透明基片18a(20a)的表面面积设置成大于透过绿波段光束成分的入射端偏振片8GI或出射端偏振片10GO或者透过蓝波段光束成分的入射端偏振片8BI或出射端偏振片10BO的透明基片的表面面积。

下面参照图8说明透明基片与偏振器的面积比与偏振器粘合至其上的透明基片的表面温度之间的关系。图8画出了当具有既定面积的偏振器粘合至具有1mm、2mm和3mm厚度的各透明基片并且该偏振器产生既定热量时，透明基片与偏振器的面积比(若偏振器具有既定的面积，偏振器的粘合区域)与偏振器粘合至其上的透明基片的表面温度之间的关系。透明基片的材料是氟石。

图8中所示的结果是在仅实行空气的自然对流冷却而没有强制冷却时获得的。

从图8中可以看出，如果透明基片具有相同的厚度，则粘合界面的最高温度随着透明基片粘合界面的面积与偏振器面积之比值(透明基片面积/偏振器面积)的增加而降低。也就是说，为了防止由于偏振器热量导致的任何性能降低，较高的面积比是更为有利的。在偏振器粘合至具有1mm厚度的氟石基片。并且面积比为2.0时获得的结果与在偏振器粘合至具有3mm厚度的氟石基片并且面积比为1.2时获得的结果相同。即使透明基片的材料是蓝宝石或玻璃，也可以获得与氟石的相同特性。

从该事实可以看出，即使透过红波段光束成分的入射端偏振片18RI或出射端偏振片20RO的透明基片18a(20a)由氟石制成，也可以通过增大所述面积比来充分地释放热负荷。更具体地说，当所述面积比高于透过其它波段光束成分的透明基片与偏振器的面积比大约20％(约1.2倍)时，其差别是显著的。

在此实施例中，使设置在红波段光束成分光路中的入射端和出射端偏振片的氟石透明基片与该透明基片粘合至其上的偏振器的面积比高于设置在其余波段光束成分光路中的入射端和出射端偏振片的氟石透明基片与该透明基片粘合至其上的偏振器的面积比。然而，也可以使设置在绿或蓝波段光束成分光路中的入射端和出射端偏振片的透明基片(其中由于冷却空气通道等导致其热负荷增加)的面积比高于其余波段光束成分光路中的面积比。

另外，在入射端或出射端偏振片中，只有具有较高热负荷的偏振片的透明基片与粘合至该偏振片的偏振器的面积比可以较高。

透明基片的材料并不限于氟石。可以根据热负荷的程度采用玻璃(或蓝宝石)透明基片。在此情况下同样，当面积比增加约20％时，其差别是显著的。

在上述实施例中，透明基片的面积根据热负荷而改变，从而可以有效地将偏振片的热量传送至透明基片，并且通过透明基片有效地散发。

下面参照图9A和9B以及图10A和10B说明当多个透明基片之一由不同于其余透明基片的材料制成时热负荷与透明基片的材料和面积比的组合。采用了两种或三种材料。

参照图9A，入射端或出射端偏振片a、b和c分别设置在分离成三种颜色的光束成分的三个光路中。对于各偏振片，将偏振器粘合至透明基片上。

假定相应偏振片上的热负荷以a、b和c的顺序增加(在偏振片a、b和c上，偏振片a具有最高的热负荷，偏振片c具有最低的热负荷)。偏振片a的透明基片面积大于偏振片b和c的透明基片面积(例如，1.2倍或以上)。

图9B表示当采用两种以上材料用于上述结构的透明基片时的有效组合。图9B表示当采用材料A和B(导热率：A＞B)作为图9A中所示偏振片a、b和c的透明基片时的组合表。作为一种情况，采用蓝宝石作为材料A，采用氟石(和/或玻璃)作为材料B。作为另一种情况，采用氟石(和/或玻璃)作为材料A，采用玻璃作为材料B。存在组合1至4的选择。根据热负荷的情况或者设计自由度来选择最佳组合。例如，在组合2中，用作偏振片a的透明基片由蓝宝石也即材料A制成，用作偏振片b和c的透明基片由氟石(和/或玻璃)也即材料B制成。替代地，用作偏振片a的透明基片由蓝宝石也即材料A制成，用作偏振片b的透明基片由氟石也即材料B制成，用作偏振片c的透明基片由玻璃也即材料B制成。

如上所述，如果在给定偏振片上的热负荷非常高，则只采用蓝宝石基片用作该偏振片的透明基片，并且增加其面积比。通过此结构，偏振片能够可靠地承受较高的热负荷。

下面说明当透明基片与偏振器的面积比在两个光路中较高时的组合。

参照图10A，将入射端或出射端偏振片d、e和f分别设置在分离成三种颜色的光束成分的三个光路中。对于每个偏振片，将偏振器粘合至透明基片上。

假定相应偏振片上的热负荷以d、e和f的顺序增加(在偏振片d、e和f上，偏振片d具有最高的热负荷，偏振片f具有最低的热负荷)。偏振片d的透明基片面积大于偏振片f的透明基片面积(例如，1.2倍或以上)。

图10B表示当采用两种以上材料用于上述结构的透明基片时的有效组合。图10B表示当采用材料C和D(导热率：C＞D)作为图10A中所示偏振片d、e和f的透明基片时的组合表。作为一种情况，采用蓝宝石作为材料C，采用氟石(和/或玻璃)作为材料D。作为另一种情况，采用氟石(和/或玻璃)作为材料C，采用玻璃作为材料D。存在组合5至8的选择。根据热负荷的情况或者设计自由度来选择最佳组合。例如，在组合6中，用作偏振片d的透明基片由蓝宝石即材料C制成，用作偏振片e和f的透明基片由氟石(或玻璃)即材料D制成。替代地，用作偏振片d的透明基片由蓝宝石即材料C制成，用作偏振片e的透明基片由氟石(或玻璃)即材料D制成，用作偏振片f的透明基片由玻璃(或氟石)即材料D制成。

在上述实施例中，选择透明基片的材料，并且根据热负荷改变透明基片的面积，从而可以将偏振片的热量有效地传送至透明基片，并且由透明基片高效地散发。

图11表示根据本发明第三实施例的投影图象显示装置(投影装置)。与第一实施例中相同的数标在第三实施例中表示相同的部件。

参照图11，从超高压水银灯的光源部分1发出的白光由反射器2反射并且透过蝇眼透镜3和4。其偏振方向通过PS转换元件5由一个将光束分离成p偏振光和s偏振光的反射镜和一个用于改变偏振方向的λ/2波片加以对准。从PS转换元件5出射的光束通过聚光镜6等。此后，二向色镜DM1透过红波段光束成分并反射绿和蓝波段光束成分。蓝波段光束成分透过二向色镜DM2。绿波段光束成分由二向色镜DM2加以反射。以此结构，将照明光束分离成红、绿和蓝波段的光束成分。各二向色镜构成颜色分离光学系统。

各颜色的光束成分入射在液晶显示元件9R、9G和9B的对应一个上并得以调制。以形成各颜色图像。这些颜色光成分由用作颜色合成光学系统的二向色棱镜11加以合成，然后由用作投影光学系统的投影透镜12投射在投影表面(屏幕)(未画出)上。各上述液晶显示元件为成像面板比如液晶显示面板。采用透视型成像面板，以透过光束形成图像。

下面更为详细地对各色波段进行说明。透过二向色镜DM1的红波段光束成分由反射镜M1将其光路改变90°，通过带有偏振器的向场透镜28RI，入射在液晶显示元件9R上。根据从图像信息提供装置(例如个人计算机、TV、盒带式录像机或DVD播放机)(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9R进行驱动，并且对入射其上的红波段光束成分进行调制。

经调制的红波段光束成分依次照射在出射端偏振片10RO和二向色棱镜11。其光路由二向色棱镜11改变90°。然后，该光束成分入射在投影透镜12上。二向色棱镜11是所谓的十字形二向色棱镜，通过四块棱镜粘合而成，使其具有大致为十字形的波长选择反射(二向色)层。替代该十字形二向色棱镜，可以采用由具有不同形状的三块或四块棱镜粘合而成的所谓3P(3件)或4P(4件)棱镜。该十字形二向色棱镜、3P(3件)棱镜、或4P(4件)棱镜构成颜色合成光学系统。

另一方面，由二向色镜DM1反射并将其光路改变90°的绿和蓝波段光束成分入射在二向色反射镜DM2上。二向色反射镜DM2具有反射绿波段光束成分G的特性。因此，绿波段光束成分由二向色反射镜DM2反射并将其光路改变90°，透过向场透镜7G，入射在入射端偏振片8GI和液晶显示元件9G上。根据从图像信息提供装置(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9G进行驱动，并且对入射其上的绿波段光束成分进行调制。

经调制的绿波段光束成分依次照射在出射端偏振片10GO和二向色棱镜11上，通过二向色棱镜11，并入射在投影透镜12上。

透过二向色镜DM2的蓝波段光束成分通过聚光镜13、中继透镜14、反射镜M2和M3以及向场透镜7B，入射在入射端偏振片8BI和液晶显示元件9B上。根据从图像信息提供装置(未画出)提供的图像信息对液晶显示元件9B进行驱动，并且对入射其上的蓝波段光束成分进行调制。

经调制的蓝波段光束成分依次照射在出射端偏振片10BO和二向色棱镜11上，由二向色棱镜11将其光路改变90°，并入射在投影透镜12上。

由二向色棱镜11合成的各色波段光束成分由投影透镜12投射在投影表面(屏幕)(未画出)上，并且作为放大图像加以显示。

当红波段的颜色纯度降低时(当也包括靠近红波段的另一颜色波段光束时)，可以获得明亮的图像。在此情况下，设置在红波段光路中的偏振片上的热负荷增加。

下面说明解决此问题的方法。如图12中所示，用作透过红波段光束成分的偏振片透明基片的向场透镜28RI通过将偏振器28b粘合至透镜部分28a(对应于透明基片)的出射表面上而制成，从而呈现既定的偏振特性。向场透镜和透明基片由相同的材料也即氟石制成。

用作透明基片的向场透镜具有与其余透明基片平面形状不同的形状。向场透镜的透镜部分28a的入射表面由球面表面(替代地，可以是凸表面、凹表面、非球面表面或者自由形状表面)构成。其中心处的尺寸或厚度可以相对自由地设定。也就是说，一个透明基片的表面面积大于其余透明基片的表面面积。在本实施例中，将用作一个透明基片的向场透镜的形状(透镜28a的面积或厚度)设定为不同于透过绿波段光束成分的入射端偏振片8GI或出射端偏振片10GO或者透过蓝波段光束成分的入射端偏振片8BI或出射端偏振片10BO的透明基片的平面形状。也就是说，用作一个透明基片的向场透镜具有与其余透明基片平面形状不同的形状(一个透明基片(向场透镜)的表面面积大于其余透明基片的表面面积)。

在此实施例中同样，若根据第一实施例的图3或者第二实施例的图8中所示的关系，使透过红波段光束成分的入射端偏振器粘合至其上的透明基片(向场透镜28RI)的形状适当地优化，即使在采用氟石作为透明基片(透镜)材料时也可以充分地释放热负荷。

在本实施例中，入射端偏振器粘合至设在红波段光束成分光路中的用作透明基片的向场透镜上，并且使该向场透镜的形状最优化。然而，由于冷却空气通道等使其热负荷增加的绿或蓝波段的透明基片也可以用作向场透镜，并且偏振器可以粘合至该向场透镜上。

另外，在本实施例中，偏振器粘合至由氟石制成的向场透镜上，并且使该向场透镜的形状最优化。根据热负荷的程度，偏振器也可以粘合至玻璃向场透镜上，并且可以使该向场透镜的形状最优化。

在上述实施例中，作为透明基片的形状，向场透镜在一侧具有平面表面而在另一侧具有球面透镜截面。然而，如果表面面积大于平面透明基片的表面面积，并且待投影的显示图象不受影响，则偏振器可以由一侧的平面表面保持，而其另一侧的表面可以形成为波浪形或光栅形使得表面面积变得大于平面表面。

下面参照图13A和13B以及图14A和14B说明当多个透明基片之一由不同于其余透明基片的材料制成时热负荷与透明基片的材料和形状的组合。采用了两种或三种材料。

参照图13A，入射端或出射端偏振片a、b和c分别设置在分离成三种颜色的光束成分的三个光路中。对于各偏振片，将偏振器粘合至透明基片上。

假定相应偏振片上的热负荷以a、b和c的顺序增加(在偏振片a、b和c上，偏振片a具有最高的热负荷，偏振片c具有最低的热负荷)。偏振片a的透明基片具有不同于偏振片b和c的平面形状并且具有较大的表面面积和体积(采用其中一个表面具有平面形状而另一个表面具有球面形状的向场透镜)。

图13B表示当采用两种以上材料用于上述结构的透明基片时的有效组合。图13B表示当采用材料A和B(导热率：A＞B)作为图13A中所示偏振片a、b和c的透明基片时的组合表。作为一种情况，采用蓝宝石作为材料A，采用氟石(和/或玻璃)作为材料B。作为另一种情况，采用氟石(和/或玻璃)作为材料A，采用玻璃作为材料B。存在对组合1至4的选择。根据热负荷的情况或者设计自由度来选择最佳组合。例如，在组合2中，用作偏振片a的透明基片由蓝宝石即材料A制成，用作偏振片b和c的透明基片由氟石(或玻璃)即材料B制成。替代地，用作偏振片a的透明基片由蓝宝石即材料A制成，用作偏振片b的透明基片由氟石即材料B制成，用作偏振片c的透明基片由玻璃也即材料B制成。

如上所述，如果在给定偏振片上的热负荷非常高，则只采用蓝宝石用作向场透镜，并使其形状最优化(增加其表面面积)。通过此结构，向场透镜(偏振片的透明基片)能够可靠地承受较高的热负荷。

下面说明当两个光路中的透明基片形状不同于其余光路中透明基片形状的组合。

参照图14A，将入射端或出射端偏振片d、e和f分别设置在分离成三种颜色的光束成分的三个光路中。对于每个偏振片，将偏振器粘合至透明基片上。

假定相应偏振片上的热负荷以d、e和f的顺序增加(在偏振片d、e和f上，偏振片d具有最高的热负荷，偏振片f具有最低的热负荷)。偏振片d和e的透明基片具有不同于偏振片f的平面形状并且具有较大的表面面积和体积(采用其中一个表面具有平面形状而另一个表面具有球面形状的多个向场透镜)。

图14B表示当采用两种以上材料用于上述结构的透明基片时的有效组合。图14B表示当采用材料C和D(导热率：C＞D)作为图14A中所示偏振片d、e和f的透明基片时的组合表。作为一种情况，采用蓝宝石作为材料C，采用氟石(和/或玻璃)作为材料D。作为另一种情况，采用蓝宝石(和/或氟石)作为材料C，采用玻璃作为材料D。存在对组合5至8的选择。根据热负荷的情况或者设计自由度来选择最佳组合。例如，在组合6中，用作偏振片d的透明基片由蓝宝石(或氟石)即材料C制成，用作偏振片e和f的透明基片由氟石(或玻璃)即材料D制成。替代地，用作偏振片d的透明基片由蓝宝石也即材料C制成，用作偏振片e的透明基片由氟石(或玻璃)即材料D制成，用作偏振片f的透明基片由玻璃(或氟石)即材料D制成。

在上述实施例中，选择透明基片的材料，并且根据热负荷改变透明基片的形状(表面面积)，从而可以将偏振片的热量有效地传送至透明基片并且由透明基片高效地加以散发。

在上述各实施例中，在其中采用用于透过光束以形成图像的透射型成象面板比如液晶显示面板作为成象面板的投影装置中，采用了在上述实施例中用于保持偏振器的透明基片。然而，在上述实施例中用于保持偏振器的透明基片也可以用在其中采用用于反射光束以形成图像的反射型成象面板比如液晶显示面板作为成象面板的投影装置中。在此情况下，该光学系统采用了颜色分离光学系统、颜色合成光学系统，以及既具有颜色分离功能也具有颜色合成功能的颜色分离/合成光学系统。

如上所述，根据上述各实施例，选择透明基片的材料，并且根据热负荷改变透明基片的表面面积(厚度、面积或体积)，从而可以将偏振片的热量有效地传送至透明基片，并且通过该透明基片高效率地散发。从而可以使偏振片上的热负荷得以有效和充分地释放。因此，可以降低成本同时可靠地防止由发热所致的像质降低。

Claims (10)

1.一种投影装置，包括：

颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成第一色光、第二色光和第三色光；

第一成像面板，其由所述第一色光照明；

第二成像面板，其由所述第二色光照明；

第三成像面板，其由所述第三色光照明；

颜色合成光学系统，用于合成来自所述第一成像面板的第一色光、来自所述第二成像面板的第二色光和来自所述第三成像面板的第三色光；

投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统所合成的光；

第一透明基片，其被设置在所述颜色分离光学系统和所述第一成像面板之间，其中在所述第一透明基片的表面上设置有所述第一色光穿过的第一偏振器；

第二透明基片，其被设置在所述颜色分离光学系统和所述第二成像面板之间，其中在所述第二透明基片的表面上设置有所述第二色光穿过的第二偏振器；以及

第三透明基片，其被设置在所述颜色分离光学系统和所述第三成像面板之间，其中在所述第三透明基片的表面上设置有所述第三色光穿过的第三偏振器，

其中所述第一透明基片的厚度大于至少所述第二透明基片的厚度和第三透明基片的厚度之一；以及

其中所述第一透明基片的热负荷高于所述第二透明基片的热负荷和第三透明基片的热负荷中的至少之一。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其中所述第一透明基片的厚度大于至少所述第二透明基片的厚度和第三透明基片的厚度之一的1.2倍。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其中第一透明基片、第二透明基片和第三透明基片的每一个由选自蓝宝石、氟石和玻璃中的一种材料制成。

4.根据权利要求3所述的投影装置，其中制成所述第一透明基片所用的材料与制成第二透明基片所用的材料不同，并且与制成第三透明基片所用的材料不同。

5.根据权利要求1所述的投影装置，其中在所述第一透明基片的第一成像面板一侧的表面上设置所述第一偏振器，在所述第二透明基片的第二成像面板一侧的表面上设置所述第二偏振器，以及在所述第三透明基片的第三成像面板一侧的表面上设置所述第三偏振器。

6.一种投影装置，包括：

颜色分离光学系统，用于将照明光束分离成第一色光、第二色光和第三色光；

第一成像面板，其由所述第一色光照明；

第二成像面板，其由所述第二色光照明；

第三成像面板，其由所述第三色光照明；

颜色合成光学系统，用于合成来自所述第一成像面板的第一色光、来自所述第二成像面板的第二色光和来自所述第三成像面板的第三色光；

投影光学系统，用于投射来自所述颜色合成光学系统所合成的光；

第一透明基片，其被设置在所述第一成像面板和颜色合成光学系统之间，其中在所述第一透明基片的表面上设置有所述第一色光穿过的第一偏振器；

第二透明基片，其被设置在所述第二成像面板和颜色合成光学系统之间，其中在所述第二透明基片的表面上设置有所述第二色光穿过的第二偏振器；以及

第三透明基片，其被设置在所述第三成像面板和颜色合成光学系统之间，其中在所述第三透明基片的表面上设置有所述第三色光穿过的第三偏振器，

其中所述第一透明基片的厚度大于至少所述第二透明基片的厚度和第三透明基片的厚度之一；以及

其中所述第一透明基片的热负荷高于所述第二透明基片的热负荷和第三透明基片的热负荷中的至少之一。

7.根据权利要求6所述的投影装置，其中所述第一透明基片的厚度大于至少所述第二透明基片的厚度和第三透明基片的厚度之一的1.2倍。

8.根据权利要求6所述的投影装置，其中第一透明基片、第二透明基片和第三透明基片的每一个由选自蓝宝石、氟石和玻璃中的一种材料制成。

9.根据权利要求8所述的投影装置，其中制成所述第一透明基片所用的材料与制成第二透明基片所用的材料不同，并且与制成第三透明基片所用的材料不同。

10.根据权利要求6所述的投影装置，其中所述第一透明基片的第一成像面板一侧的表面上设置所述第一偏振器，所述第二透明基片的第二成像面板一侧的表面上设置所述第二偏振器，以及所述第三透明基片的第三成像面板一侧的表面上设置所述第三偏振器。

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