CN100487562C

CN100487562C - 投影机

Info

Publication number: CN100487562C
Application number: CNB2005100690135A
Authority: CN
Inventors: 伊藤嘉高
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: US20050248736A1; US7364305B2; CN1693987A; JP2005321502A; JP4052282B2

Abstract

本发明提供一种对空间像素排列式的优点进行保持，同时为小型且在光利用效率上优良的投影机。通过色分离光学系统来将光源所射出的光束分离为射出方向不同的多种色光，并以光阀来对所分离的上述这些色光进行调制来形成第1光学像。光阀具备对应于上述这些色光来设置的多个子像素和用来使与各子像素相对应的色光进行聚光的微透镜，子像素的尺寸被构成为与通过微透镜来聚光在该子像素上的色光的尺寸大致相等。因此，第1光学像变为与实际的投影图像为非相似的形状。本发明中，通过变形投影光学系统将该第1光学像转换为具有预期的纵横比的第2光学像来将其进行投影。

Description

投影机

技术领域

本发明涉及空间像素排列式投影机，该投影机用来将光源所射出的光进行空间分离以使成为多种色光，并通过使所分离的各色光入射到分别对应的子像素中来实行彩色显示。

背景技术

作为投影机中彩色图像的生成方法，一般为使用红色光(R)、绿色光(G)及蓝色光(B)的3原色的色光的方法，但是，该方法中不能完全包括人可以感觉的色域。为了进行实物的真实且自然颜色的再现则需要扩大色域，加上以往的红色光(R)、绿色光(G)及蓝色光(B)，例如如果可以对510nm附近的色光进行单独调制，则能够使可以表现的色域大幅地扩大，结果为例如可以表现鲜艳的青色(cyan)以及深绿色。根据上述这种背景，正在研究使用4种或4种以上的色光来生成彩色图像的投影机，上述大于等于4种色光是在3原色中添加有其它色光的色光(例如，参照非专利文献1)。

非专利文献1：山口，「多原色显示器」，色研讨会JAPAN’99论文集，光学四学会，1999年11月，p.73-79

作为使用如上述的多种色光的投影机，例如，如非专利文献1所介绍的，设计有几种形态。以下中，有关使用有4种色光的场合，来对其代表性的形态例进行介绍。

(1)面分割式投影机。该投影机，例如与3板式投影机相同，上述3板式投影机将被平行配置的分色镜作为色光合成系统来进行使用，该面分割式投影机将3对分色镜进行平行配置来构成色光分离及色光合成系统，并在这些光学系统之间配置有4个光阀。由于每种色光中使用独立的光阀来形成投影图像，因而，若与后述的并置像素排列式及分时式投影机进行比较，则其光利用效率较高，且容易实现投影图像的高亮度化，但是，需要4个光阀，另外，由于以3个分色镜来对4种色光进行合成，因而，不得不使光阀与投影透镜之间的距离变得较长，投影机装置的低成本化和小型化则较为困难。

(2)并置像素排列式投影机。该投影机对应于光阀的像素排列来将对每个像素不同的4种颜色的滤色器配置在同一平面上，形成彩色的投影图像。其结构上极为简单，由于能够以1个光阀来形成彩色的投影图像，因而，容易谋求投影机装置的小型化和低成本化，但是，因以滤色器来生成色光而其光利用效率则非常低，且投影图像的高亮度化非常困难。另外，由于使与色光相对应的子像素进行并置排列，因而，其不适于投影图像的高精度化。

(3)分时式投影机。该投影机，例如，与具备旋转滤色器的单板式投影机相同，使圆盘状的滤色器进行旋转来以分时形式生成各色光的投影图像，并通过将这些图像时间性地连续显示，来使观察者将其作为彩色图像来进行识别，上述圆盘状的滤色器是将4色的滤色器排列为扇形而形成的。由于能够以1个光阀来形成彩色投影图像，另外，能够容易生成多色的投影图像，因而，容易谋求投影机装置的小型化和低成本化，但是，因每种色光的显示时间变短而使其光利用效率较低，投影图像的高亮度化非常困难。另外，由于对于形成图像的光阀要求其高速响应性，因而还有可使用光阀的种类被限制的缺点。

(4)空间像素排列式投影机。该投影机，相对于4个子像素来使用一个具备了形成为阵列状的微透镜的光阀(以下，将该构造的光阀称为空间色分离式光阀)，并通过配置为扇形的4个分色镜或者全息照相元件等的色光分离系统来由光源光中生成射出方向不同的多种色光，并使不同的色光入射到每个子像素中，来形成彩色投影图像。由于不使用滤色器来生成色光，因而，与分时式投影机以及并置像素排列式投影机相比，其光利用效率相对较高，比较容易实现投影图像的高亮度化。另外，由于能够以1个光阀来形成彩色投影图像，因而，容易谋求投影机装置的小型化。但是，以色光分离系统来分离的色光，由于通过微透镜上的聚光(最大聚光角度α₀)和色光分离系统上的方向分离(分离角度β₀)而变为具有较宽的角度分布的发散光(最大发散角度为α₀+β₀)来从光阀射出，因而，出现以下的问题，即是需要能够容纳色光发散时的光束径的大口径的投影透镜等。

如以上所述，以往的方式中各有利弊，同时实现投影图像的高亮度化、投影图像的高精度化、投影机装置的小型化及投影机装置的低成本化等比较困难。但是，(4)中所示的空间像素排列式投影机，与(2)及(3)中所示的并置像素排列式投影机及分时式投影机相比其光利用效率较高，另外，由于与(1)中所示的面分割式投影机相比其结构简单，因而，可以说是其中最有希望的方式。

但是，通过本发明人的研究而了解到，该空间像素排列式投影机，在原理上能够实现装置的小型化及高亮度化，而实际上不能得到所设想程度的效果。其原因为下述部分而引起，上述部分是，以往的空间像素排列式投影机中，由于其投影图像和光阀的显示区域被设定为相似关系，因而，相对于通过微透镜而聚光的光束的截面形状(聚光像的形状)，各子像素(构成作为图像单元的像素的构成单位)的开口部形状未必被设定为最佳形状(由于最初决定了光阀显示区域的形状，因而无法自由地对开口部的形状进行设定)，且按照标准来考虑光阀尺寸时的照明效率也未必变高。也就是说，以往的投影机中，如图14(a)所示，由于考虑投影系统其构成的形成简易性，而相对于投影图像来使光阀的显示区域设定为相似形，因而，相对于1个微透镜而配置的多个子像素，分别如图14(b)所示变为纵横比率较大的细长形状。因此，在通过微透镜来使光聚光在各自的子像素上时，则在各子像素的长边方向上形成较多的没有光入射的闲置空间。另外，由于在子像素的短边方向上以较窄的间隔配置有子像素，因而，也使色光入射到与色光所对应的子像素为不同的左右相邻的子像素中而产生混色，并容易产生画质降低。

并且，此处特别是将使用有4种色光的场合例举为示例来进行说明，但是，上述问题不限于这种结构，在使用有3种或者大于等于5种色光的场合中也是同样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种保持上述空间像素排列式的优点的同时，为小型并在光利用效率上优良的投影机。特别是在于提供，通过本发明中使用4种的色光来形成投影图像，而与以往的投影机相比能够扩大可以显示的色域，且在光利用效率上优良的小型投影机。

为解决上述问题，本发明的投影机，其特征为，具备：光源，用来射出包括可视光的光；色分离光学系统，用来将该光源所射出的光束分离为射出方向不同的多种的色光；光调制光学系统，用来对该色分离光学系统所分离的上述多种的色光进行调制来形成第1光学像；变形投影光学系统，用来将以该光调制光学系统来形成的上述第1光学像转换为具有预期纵横比的第2光学像来将其进行投影，上述光调制光学系统包括光阀，该光阀具备多个子像素和微透镜，上述多个子像素是对应于以上述色分离光学系统来分离的上述多种的色光而设置的，上述微透镜用来将所分离的上述多种色光进行聚光并将其向分别对应的子像素射出，上述子像素被形成为可以容纳通过上述微透镜来聚光在该子像素上的上述色光所需要的且为足够的形状。

本发明的投影机中，在将通过微透镜而形成的聚光像例如设为大致圆形形状的场合，通过将子像素的形状设为可以大致包含该聚光像所需最小限度的形状，例如将其设为与上述聚光像进行大致外接或者内接的大致正方形的形状来保持其与聚光像之间的匹配。然后，有关以此而产生的投影图像与光阀的显示区域之间非相似的关系，则通过以变形投影光学系统进行形状转换来进行调节。因此，能够使光利用效率的提高和光阀的小型化并存。并且，理想的是，子像素的尺寸形状被设定为能够完全容纳由微透镜得到的聚光像，但是，注重光阀小型化的情况下，也可以将其设定为下述尺寸形状，上述尺寸形状是在与聚光像所对应的子像素为不同的(相邻的)其它子像素的开口部上不形成聚光像程度的尺寸形状。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，该结构使与相互不同的色光相对应的多个子像素排列为同一方向，并使该多个子像素的排列方向设定在具有长方形形状的上述投影图像的短边方向上。该结构中，由于光阀的形状接近于正方形，因而，与来自光源的照明光束之间的匹配变得良好，也容易使光阀的照明效率得以提高。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，上述光阀由液晶单元形成，在上述光源和上述光调制光学系统之间，具备偏振转换光学系统，该偏振转换光学系统用来将上述光源所射出的非偏振的光转换为偏振方向形成一致的光。具体而言，能够将其设为，上述偏振转换光学系统具备偏振分离元件和偏振转换元件，上述偏振分离元件用来对上述非偏振的光中所包括的2种偏振光束进行空间性分离，上述偏振转换元件用来使通过该偏振分离元件来分离的其中之一的偏振光束的偏振方向与另一种偏振光束的偏振方向形成一致。

按照以上所述，则能够大幅度地提高光利用效率，并能够实现投影图像的进一步的高亮度化。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，该结构使与相同色光相对应的多个子像素排列为同一方向，并将该多个子像素的排列方向设定为与基于上述偏振分离元件的偏振分离方向平行的方向。

伴随着空间性偏振分离的如PBS(偏振分光器)等的偏振转换光学系统中，一般在偏振分离方向上照明光的角度分布变宽，其聚光像也变为在该偏振分离方向上变宽的椭圆形状。因此，若将偏振分离方向设定为，与上述相同色光所对应的多个子像素的排列方向正交的方向(即是，与相互不同的色光相对应的多个子像素排列的方向)，则在相邻的子像素之间将发生混色。相对于此将偏振分离方向设定为如本发明结构的情况下，即使聚光像变宽为椭圆形，也由于相邻的子像素均与相同的色光进行对应，因而，在两者之间不会产生混色，几乎不会产生画质下降的问题。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，即是使上述偏振转换光学系统所射出的偏振方向形成一致的光为S偏振光。

通过如上所述将偏振转换光学系统所射出的光设为S偏振光，则能够提高色分离光学系统的色分离面(例如分色面)上的反射率，并能够使光利用效率得以提高来实现投影图像的进一步的高亮度化。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，该结构使子像素或者该子像素的开口部形状成为在照明光的角度分布变宽的方向上具有长边的矩形形状。以微透镜来对角度分布在一方向上变宽的照明光进行聚光的场合，由于所形成的聚光像的形状变为椭圆形状，因而，如果设为这种形状的子像素或者该子像素的开口部，则能够使聚光像高效率地入射到光阀中，并能够提高光阀的光利用效率。

本发明的投影机中，理想的是将光阀的显示区域的形状设为大致正方形状。一般由于以轴对称性较高的光束来对如正方形的轴对称性较高的物体进行照明的情况下容易得到较高的照明效率，因而，如果设为如这种形状的光阀，则来自光源的照明光束与光阀的形状之间的匹配变得良好，也容易使相对光阀的照明效率得到提高。如上所述地对应于照明光的角度分布的变宽来将子像素或者该子像素的开口部形状设为细长矩形形状的情况下，通过对子像素或者该子像素的开口部形状适当地进行设定，而能够设定为使光阀的显示区域的形状接近于正方形，而具有效果。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，该结构使上述色分离光学系统构成为可以将上述光源所射出的光束分离为3种的色光，且上述光调制光学系统具备光阀，上述光阀用来对上述色分离光学系统所分离的3种色光进行调制。

本结构中，由于不是根据投影图像的形状，而是根据通过微透镜而形成的聚光像的尺寸形状来对光阀的显示区域形状进行设定，因而，与调制3种色光来显示彩色图像的以往的空间像素排列式投影机相比，能够提高其光利用效率同时实现光阀的小型化。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，该结构为，上述色分离光学系统构成为可以将上述光源所射出的光束分离为4种色光，上述光调制光学系统具备第1光阀和第2光阀，并在上述光调制光学系统与上述变形投影光学系统之间，具备用来将上述第1光阀及第2光阀所调制的4种色光进行合成的色合成光学系统，上述第1光阀用来对上述色分离光学系统所分离的4种色光中的任意2种色光进行调制，上述第2光阀用来对其它2种色光进行调制。

此处，作为色分离光学系统可以使用具备第1色分离光学元件、第2色分离光学元件及第3色分离光学元件的光学系统，上述第1色分离光学元件用来将光源所射出的光束分离为2种色光，上述第2色分离光学元件用来将该第1色分离光学元件所分离的色光中的任意一种色光进一步分离为2种色光，上述第3色分离光学元件用来将上述第1色分离光学元件所分离的另一种色光进一步分离为2种色光。然后，作为第1至第3的色分离光学元件及色合成光学系统，可以使用分色镜和分色棱镜。

本结构中，由于使用2个可以单独调制2种色光的光阀来对4种色光进行单独调制，因而，与以往的调制3色色光的类型的投影机相比则能够形成色表现区域较广的投影图像。另外，由于以1个光阀来对2种色光进行调制，因而，不必拘泥于对4种色光进行单独调制，所需的液晶装置数量可以是2个。因此，与以往的3板式投影机相比则容易实现其装置的小型化、轻量化及低成本化，另外，由于使用2个液晶装置，因而，与单板式投影机相比则容易实现高精度化。本发明的光阀具有下述结构，该结构具备形成为矩阵状的对2种色光进行单独调制的且为相互邻接的2种子像素，并具备在入射侧上形成为阵列状的微透镜，该微透镜用来在该2种子像素上进行聚光并使光进行入射，该光阀即是所谓的被称为空间像素排列式的光阀。本结构的投影机中，由于相对于该光阀使预先以色分离光学元件来分离行进方向(方向分离)的2种色光进行入射，并将其在每个子像素中进行单独调制，因而，当色生成时则没有必要使用滤色器等，而能够实现较高的光利用效率。因而，能够使投影图像的高亮度化和色表现区域的扩大并存。进一步，由于本结构中分别与不同的色光相对应的2种子像素被配置在1个光阀中，因而，最终的投影图像的纵横比，例如是如9∶16那样的的接近1∶2形状的情况下，则能够将光阀的显示区域形状设为大致正方形。也就是说，本发明中，由于如上述的将子像素形状设为下述尺寸形状，因而，例如将上述聚光像的形状设为大致圆形的情况下，则其结果使子像素的形状形成为大致正方形，上述尺寸形状是能够包含微透镜所形成的聚光像而所需的且为足够的尺寸形状。因此，在使上述2种子像素排列在投影图像的短边方向的情况下，光阀的显示区域本身变为接近于正方形的形状，则容易实现与来自光源的照明光束之间的匹配，并容易使照明效率得以提高。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，该结构为，上述色分离光学系统构成为可以将上述光源所射出的光束分离为4种色光，且上述光调制光学系统具备第1光阀和第2光阀，并在上述光调制光学系统与上述变形投影光学系统之间，具备用来对上述第1光阀及第2光阀所调制的4种色光进行合成的色合成光学系统，上述第1光阀用来对上述色分离光学系统所分离的4种色光中的任意3种的色光进行调制，上述第2光阀用来对其它的1种色光进行调制。该结构中，也由于通过2个光阀来对4种色光进行单独调制，因而，能够实现色表现区域较宽，且为小型、轻量及低成本的投影机。并且，该场合中，理想的是设为下述结构，该结构为，使以上述第2光阀来调制的色光是上述光源所射出的色光中光强度最小的色光。如果设为如上所述的将光强度最小的色光分配给单色光阀的结构，则容易取得与其它色光之间的强度平衡，对于显示色域的扩大具有效果。

本发明的投影机中，能够设为下述结构，该结构为，上述色合成光学系统具备分色面，在上述第1或者第2的任意一个的光阀的入射侧或者射出侧上，设置有使光的偏振方向进行大致90°旋转的偏振旋转元件，来使以该分色面来进行反射而合成的色光变为S偏振，并使对该分色面进行透射而合成的色光变为P偏振。

一般在分色面中，S偏振光与P偏振光相比其反射率更高，P偏振光与S偏振光相比其透射率更高。若对这种色合成光学系统的色合成面(分色面)上的光合成效率(透射率和反射率)进行考虑，则通过将由反射而合成的色光设为S偏振光，将由透射而合成的色光设为P偏振光，而能够实现较高的光利用效率。偏振旋转元件的配置场所，即可以是2个光阀的入射侧也可以是射出侧。由于配置场所与色合成光学系统的色合成面的配置方式相关，总而言之，只要对偏振旋转元件进行配置以使在色合成光学系统的色合成面上通过反射而合成的色光变为S偏振光即可。但是，在投影机不具备偏振转换光学系统，并且，在光阀的入射侧上配置偏振旋转元件的情况下，偏振旋转元件则必须配置在入射侧偏振板的射出侧。

本发明的投影机中，理想的是构成为，上述色分离光学系统所分离的上述多种色光是蓝色光、较短波长侧的绿色光、较长波长侧的绿色光及红色光。此处，上述较短波长侧的绿色光与上述较长波长侧的绿色光之间的边界波长可以设为大约515nm至540nm。

若对下述色域特别是其为490nm至570nm附近的波长相当狭窄的情况，以及相对绿色光的人的视觉灵敏度较高的情况进行考虑，则能够通过将绿色光分离为2个波长区域，并对其各自进行单独调制，来实现接近人可以感觉的色域的广的色表现区域(色域)和视听时的高清晰度感，上述色域是相对于人可感觉的色域而以使用有3原色光的现有的显示元件来可以显示的色域。进一步，金属卤化灯中在490nm至570nm附近具有较强的2条亮线光谱，将这种灯作为光源来使用的场合，由于通过在2条亮线光谱之间对较短波长侧的绿色光与较长波长侧的绿色光的边界波长进行设定，而能够对带有蓝色调的绿色和带有黄色调的绿色进行单独调制，因而，能够进一步有效地扩大可以显示的色域。

附图说明

图1是表示涉及本发明第1实施方式投影机的简略结构图。

图2是表示分色镜的分光特性图。

图3是表示光源灯的发光光谱分布图。

图4是表示光阀的简略结构的截面图。

图5是表示光阀的子像素形状的平面图。

图6是表示屏幕上所投影的光学像的形状图。

图7是用来说明投影机作用的立体图。

图8是表示分色棱镜的分光特性图。

图9是表示投影机色彩表现区域的色度图。

图10是表示涉及本发明第2实施方式的投影机的简略结构图。

图11是表示光阀简略结构的截面图。

图12是表示光阀的子像素形状的平面图。

图13是表示屏幕上所投影的光学像的形状图。

图14是表示以往空间像素排列式投影机的子像素的形状图。

附图符号说明

1、2...投影机，10...光源，20...色分离光学系统，21...分色镜(第1色分离光学元件)，22B...反射镜，22G1...分色镜(第2色分离光学元件)，22R...分色镜，23R...分色镜(第3色分离光学元件)，23G2...反射镜，30...光调制光学系统，31...第1双色调制空间色分离式光阀(第1光阀)，32...第2双色调制空间色分离式光阀(第2光阀)，33...3色调制空间色分离式光阀，40...偏振旋转元件，50...色合成光学系统，51...分色棱镜，60...变形投影光学系统，70...偏振转换光学系统，73...偏振分离元件，74...相位差板阵列(偏振转换元件)，316A1、316A2及316A3...子像素，316D、316D1及316D2...第1光学像，331...微透镜阵列，331A...单位微透镜，S...屏幕(投影面)，R...红色光，G...绿色光，G1...较短波长侧的绿色光，G2...较长波长侧的绿色光，B...蓝色光，SD、SD1、SD2及SD3...第2光学像

具体实施方式

以下，有关本发明的实施方式进行说明。以下的全部附图中，为了易于观察附图，而适当地使各构成要件的膜厚以及尺寸的比例等有所不同。

第1实施方式

首先，使用图1～图9来说明有关本发明的第1实施方式。

图1是表示涉及本实施方式的投影机的简略结构图。该投影机1大致被构成为，具备：光源10，用来将包括可视光的光进行射出；偏振转换光学系统70，用来将光源10所射出的非偏振的光转换为偏振方向形成一致的光；色分离光学系统20，用来将来自光源10的光分离为波长区域为不同的4种色光；光调制光学系统30，用来根据来自外部的图像信息来进行光调制，并形成每种色光的光学像(第1光学像)；色合成光学系统50，用来将所形成的第1光学像进行合成来形成1个彩色的光学像；以及投影光学系统60，用来将所形成的彩色的光学像投影并显示在投影面(没有图示)上。

光源10具备光源灯11和反射器12，上述光源灯11用来将光以放射状进行射出，上述反射器12用来使光源灯11所发出的光朝向同一方向进行射出。并且，作为光源灯11可以使用高压水银灯、金属卤化灯、卤素灯及氙灯等，另外，作为反射器12可以使用抛物面反射器、椭圆面反射器及球面反射器等。

偏振转换光学系统70具备第1透镜阵列(光束分割元件)71及第2透镜阵列(聚光光学元件)72、偏振分光器阵列(偏振分离元件)73、相位差板阵列(偏振转换元件)74及重叠透镜(重叠元件)75等，上述第1透镜阵列71及第2透镜阵列72作为积分器光学系统用来对光源10所射出光束的照度分布进行均匀化，上述偏振分光器阵列73用来对非偏振的光中所包括的2种偏振光束进行空间性分离，上述相位差板阵列74用来将所分离的其中之一的偏振光束(例如P偏振光束)转换为另一种偏振光束(例如S偏振光束)。并且，此处所使用的偏振转换光学系统70，例如由于是在特开平8-304739号公报中已公布其详细内容的众所周知的技术，因而，对其详细说明进行省略。

色分离光学系统20具备作为第1色分离光学元件的分色镜21，作为第2色分离光学元件的分色镜22G1、反射镜22B，以及作为第3色分离光学元件的分色镜23R及反射镜23G2。3种分色镜21、22G1及23R是具备使特定的波长区域的色光进行透射或者反射的波长选择性的镜体，可通过在玻璃等的透明基板上形成电介质多层膜而实现。图2(A)～图2(C)中表示分色镜21、22G1及23R分光特性的1个示例。此处，图2(A)表示了分色镜21，图2(B)表示了分色镜22G1，图2(C)表示了分色镜23R。在此处，作为图中的蓝色光B将其假设为大约380nm～495nm波长区域的光，作为绿色光G1将其假设为大约495nm～525nm波长区域的光，作为绿色光G2将其假设为大约525nm～585nm波长区域的光，作为红色光R将其假设为大约585nm～780nm波长区域的光，但是，并不限定于上述这些。可是，若对下述色域特别是其为490nm至570nm附近的波长区域而相当狭窄的情况，以及对于绿色光的人的视觉灵敏度较高，且绿色光给观赏时的清晰度感带来较大影响的情况予以考虑，则理想的是，将绿色光分离为2个波长区域，来对其各自进行单独调制，上述色域是相对于人可以感觉的色域而以使用有3原色光的现有的显示元件来可以表现的色域。图3中表示作为光源灯11的1个示例的金属卤化灯的发光光谱分布。该光源灯11的场合，由于与绿色光对应的波长区域内的505nm附近和545nm附近存在较强的亮线光谱，因而，通过将包括505nm亮线的色光设为较短波长侧的绿色光G1(带有蓝色的绿色光)，将包括545nm亮线的色光设为较长波长侧的绿色光G2(带有黄色的绿色光)，并对这两种绿色光G1、G2进行单独调制，来实现色彩表现区域的扩大和视听时清晰度感的提高。

分色镜21是使蓝色光B及较短波长侧的绿色光G1进行透射并使红色光R及较长波长侧的绿色光G2进行反射的镜体，分色镜22G1是使较短波长侧的绿色光G1进行反射并使蓝色光B进行透射的镜体，分色镜23R是使红色光R进行反射并使较长波长侧的绿色光G2进行透射的镜体，但是，并不限定于上述这些。各分色镜的分光特性也依赖于其配置状态以及光调制光学系统30中的色光入射方向的设定状态。例如，分色镜22G1也可以是使蓝色光B进行反射并使较短波长侧的绿色光G1进行透射的镜体。但是，为了将光调制光学系统30中的色光入射方向设为与图1场合相同则必须对分色镜22G1和反射镜22B进行配置，以使双方的间隔沿与图1为相反的方向上变宽(图1中越往+X方向及+Z方向双方的间隔越变窄)。另外，反射镜22B与反射镜23G2，由于以下述目的来进行配置，因而，也可以是一般的反射镜，上述目的是使分别透射过分色镜22G1和分色镜23R的色光向所指定的方向进行反射，但是，由于容易提高其反射率，并通过仅对特定波长区域的色光进行选择性地反射而容易提高照明光的色纯度等原因，因而，理想的是设为分色镜。

另外，本实施方式中，在透射过分色镜21的光的光程上，从光源10附近侧开始配置有分色镜22G1及反射镜22B，在以分色镜21来反射的光的光程上，从光源10附近侧开始配置有分色镜23R及反射镜23G2，但是，并不限定于上述这些。例如，分色镜22G1与反射镜22B的前后关系也可以设为与本实施方式相反，即是，设为来自分色镜21的色光首先入射到反射镜22B的方式(当然，这种场合，需要与此相对应而将反射镜22B设为分色镜)。上述这些的前后关系应该考虑来自光源10的色光的强度比来进行决定。例如，如果对分色镜进行配置以使光强度相对较弱的色光首先进行反射，则由于能够使色光间的强度比形成平衡，因而，对于可以显示色域的扩大比较有效。然后，由于同样的原因而有关分色镜23R与反射镜23G2的前后关系也可以设为与本实施方式相反。

此处，将以分色镜23R及分色镜21来反射并进行分离的色光，设定为光源所射出的色光中光强度最小的色光，或者说，包括该色光的多种色光。其原因为，由于一般分色镜中与其透射率相比而容易提高其反射率，因而，如果设为使光强度最小的色光进行反射的方式，则能够有效地降低该色光的光损失，并能够在不使其它色光的光强度下降的情况下来实现色平衡。因此，能够使光利用效率的提高和显示色域的扩大并存，并能够实现在色平衡上优良的且明亮的投影图像。具体而言，以降低红色光的损失为目的来进行设定，以通过2个分色镜21及23R来反射红色光R。这是因为作为本实施方式的光源灯11，假设了金属卤化灯以及高压水银灯的使用。从同样的观点出发，而将分色镜23R配置在反射镜23G2的前面(靠近光源10侧)。

分色镜22G1和反射镜22B被配置为，以使光源10所射出的光束以相互不同的角度来入射到后述的第1双色调制空间色分离式光阀31中。具体而言，在XZ平面上对假想的轴Q1进行设定，以使其相对于入射光束的中心轴成为45°，将该轴Q1作为对称轴并以相互为非平行的状态而配置有2个镜体22G1及22B(图1中，越往+X方向及+Z方向双方的间隔越变窄)。因此，以分色镜22G1来反射的绿色光G1和以反射镜22B来反射的蓝色光B，在XZ平面上被分离为稍微不同的2个方向来进行射出。同样，分色镜23R和反射镜23G2也在XZ平面上对假想的轴Q2进行设定，以使其相对于入射光束的中心轴成为45°，并将该轴Q2作为对称轴且以相互为非平行的状态来进行配置。因此，以分色镜23R来反射的红色光R和以反射镜23G2来反射的绿色光G2，在XZ平面上被分离为稍微不同的2个方向来进行射出。并且，分色镜22G1和反射镜22B，以及分色镜23R和反射镜23G2的配置状态不限定于上述的形式。图1中，将其设为越往+X方向及+Z方向双方的间隔越变窄的配置状态，但是，与此相反，也可以将其设定为越往+X方向及+Z方向双方的间隔越变宽的配置状态。

分色镜22G1及反射镜22B，与分色镜23R及反射镜23G2的各入射侧上配置有平行化透镜80。若在该位置上配置平行化透镜80，则重叠透镜75所射出的各偏振光束相对于该中心轴来进行聚光，并以大致平行化的状态入射到分色镜22G1及23R中。由于分色镜其服光特性上具有入射角度依赖性，因而，理想的是如本实施方式所述的使用平行化透镜80。这种情况下，能够使分色镜22G1及23R中所入射光束的角度分布变窄，并使在第2及第3的色分离光学元件中实行较高精度的色分离成为可能。因此，能够实现对投影图像色彩不均匀的抑制、实现高画质化和高亮度化。另外，为了抑制分色镜中的分光特性的入射角度依赖性，也可以将分色镜设为因面内的位置而使分光特性不同的倾斜式，如果使用这种分色镜则不需要平行化透镜80。当然，也可以与平行化透镜80一并使用。并且，F值较大的照明系统，也就是说，照明角度较小的照明系统的情况下也可以省略平行化透镜80。

光调制光学系统30具备2个对色分离光学系统20所分离的色光进行调制的双色调制式的空间色分离式光阀(LV)，即是，具备第1双色调制空间色分离式LV(第1光阀)31和第2双色调制色分离式LV(第2光阀)32。上述这些第1及第2双色调制空间色分离式LV31及32具有基本上相同的构造，双方通过所调制的色光的不同来进行区别。本实施方式中，以第1双色调制空间色分离式LV31来对蓝色光B和较短波长侧的绿色光G1进行调制，以第2双色调制空间色分离式LV32来对红色光R和较长波长侧的绿色光G2进行调制。

双色调制空间色分离式LV31及32是透射式液晶装置，用来根据来自没有图示的外部的图像信息来对所入射的2种色光分别单独地进行光调制来形成光学像(第1光学像)，并从入射侧的相反侧将调制光束进行射出。图4及图5中分别表示本实施方式的双色调制空间色分离式LV的截面构造及平面构造。图4将第1双色调制空间色分离式LV31作为示例进行了表示。该双色调制空间色分离式LV31及32的简略构造，如果除去下述的2个不同点，则与一般的单色用液晶装置大致相同，上述2个不同点之一是其1个像素(如后述的，即意味着使之与同一单位微透镜进行对应而配置的子像素的集合体)内具有多个子像素316A1及316A2(所谓的子像素由于意味着通过后述的子像素电极来进行驱动的像素，因而，图中对其附加与子像素电极相同的符号)，上述的另一个不同点是具有与上述那些相对应的微透镜阵列。也就是说，双色调制空间色分离式LV31，在以玻璃等来构成的2个透明的基板(对向基板311及TFT基板312)之间来充填作为电光材料的扭转向列(TN)液晶313而形成，对向基板311上形成有共用电极314及用来对不需要的光进行遮光的黑色矩阵315等，另外，TFT基板312上形成有2种子像素电极316A1及316A2和作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)317等。子像素316A1及316A2分别与色分离光学系统20所分离的4种色光中的任一相对应，通过面板内所配置的1组子像素316A1及316A2来形成1个像素316。本实施方式中，第1双色调制空间色分离式LV31的子像素316A1及316A2分别与较短波长侧的绿色光G1及蓝色光B相对应，第2双色调制空间色分离式LV32的子像素316A1及316A2分别与红色光R及较长波长侧的绿色光G2相对应。

对向基板311的入射侧上配置有微透镜阵列331，该微透镜阵列331具备多个形成为矩阵状的单位微透镜331A而由其组成。单位微透镜331A通过蚀刻等来形成在玻璃板上，并通过具有与形成微透镜阵列的玻璃板为不同折射率的树脂层(粘接剂)332来粘接在对向基板311上。微透镜阵列331将色光分别进行聚光，并使其以空间分离的状态分别入射到对向的子像素316A1及316A2中，上述色光是以分色镜22G1、反射镜22B、分色镜23R及反射镜23G2等来分离射出方向的2种色光。也就是说，微透镜阵列331被构成为，相对于Z方向上排列的1组子像素316A1及316A2而使1个单位微透镜331A来进行对应。因此，1组的子像素316A1及316A2的排列方向被设定为下述方向，上述方向是以分色镜22G1、反射镜22B、分色镜23R及反射镜23G2等来使色光的射出方向进行分离的方向(图1的XZ平面内的方向)。此处，设定为使单位微透镜331A的Z方向宽度尺寸，大约等于子像素316A1的Z方向宽度尺寸与子像素316A2的Z方向宽度尺寸之和，使其Y方向长度尺寸，与子像素316A1及316A2的Y方向长度尺寸(2个子像素的Y方向长度尺寸相互相等)为大约相等。

并且，子像素316A1的Z方向宽度尺寸和子像素316A2的Z方向宽度尺寸被设定为大约相等，但是，并不限定于上述这些。也可以使双方的宽度尺寸有所不同，以使子像素中所入射的色光的聚光特性(例如聚光光点尺寸)形成一致。TFT基板312的光射出侧及微透镜阵列331的光入射侧上，分别配置有偏振板342及341。

可是，由于光源10所射出的照明光具有轴对称的角度分布，因而，通过双色调制空间色分离式LV31及32的微透镜331A来形成的聚光像(聚光光点像的截面形状)群为大致圆形。因此，为了高效率地使具有该截面形状的光束透过子像素316A1及316A2，本实施方式中，如图5(a)所示，将子像素316A1及316A2开口部的形状设为大致正方形形状。另外，本实施方式中，将与相互不同的色光相对应的子像素316A1及316A2的排列方向，相对于Y方向上横向较长的投影图像来设为纵向方向(也就是，具有长方形形状的投影图像的短边方向(Z方向))，以使双色调制空间色分离式LV31、LV32成为紧凑的构成。该结构中，若根据大致正方形形状的开口部形状也将子像素本身设定为大致正方形形状，则在像素(像素)数的纵横比为9∶16的双色调制空间色分离式LV31及LV32的情况下，上述那些的显示区域尺寸的纵横比则变为18∶16而接近于正方形。由于来自光源10的照明光束的截面形状是大致圆形，因而，对具有接近于正方形的显示区域的双色调制空间色分离式LV31及LV32进行照明的情况下，则能够实现较高的照明效率。

并且，本实施方式中由于在光调制光学系统30与光源10之间配置有偏振转换光学系统70，因而，在偏振分离方向上照明光的角度分布稍微变宽，严格地说由微透镜331A而形成的聚光像群也在该方向上变为稍长的椭圆形状。因此，理想的是，使其对应于该变宽方向，来将子像素316A1及316A2的开口部形状设为横向稍长(图4中Y方向上宽度较宽)，使开口部的入射效率得以提高。在为上述像素(图像单元)数比的双色调制空间色分离式LV31及LV32的情况下，由于上述那些显示区域的尺寸纵横比仍然变为如18∶18或18∶20的大致正方形，因而，与来自光源10的照明光束截面形状之间的匹配变得良好而容易实现较高的照明效率。

另外，如果构成为，在聚光像群变宽方向(图4中Y方向)上使与相同色光相对应的子像素进行排列，而在与聚光像群的变宽方向正交的方向(图4中Z方向)上使与不同色光相对应的子像素316A1及316A2进行排列，则能够降低下述的危险性，上述危险性是不相对应的色光(例如蓝色光B)入射到子像素(例如绿色用子像素316A1)中而造成混色，造成画质下降的危险性。因而，理想的是，在将具有下述特性的光学系统配置在照明光程中的情况下，对光学系统与双色调制空间色分离式LV31及LV32之间的配置关系进行设定，以使角度分布变宽的方向与对应于相同色光的子像素的排列方向形成一致，上述特性是如偏振转换光学系统等使照明光的角度分布沿一方向变宽的特性。

另外，本实施方式中构成为，在分色镜22G1及反射镜22B，与分色镜23R及反射镜23G2的各射出侧(也就是，双色调制空间色分离式LV31及LV32的各入射侧)上配置有平行化透镜81，重叠透镜75所射出的各偏振光束相对于其中心轴来进行聚光，并以大致平行化的状态来入射到第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32中。

一般液晶面板在显示特性上具有入射角度依赖性，但是，通过配置平行化透镜81，而能够使面板上所入射光束的角度分布变窄，并能够实现投影图像的高画质化和高亮度化。另外，由于能够提高基于单位微透镜331A的聚光性，并形成更小的聚光光点，因而，能够防止因在相邻的其它子像素中入射不需要的色光(与子像素不对应的色光)而造成的混色的发生，并能够投影显示色彩表现性上优良的且没有模糊的彩色图像。并且，F值较大的照明系统，也就是说照明角度较小的照明系统的情况下也可以省略平行化透镜81。

另外，本实施方式中由于将通过偏振转换光学系统70来入射到第1至第3色分离光学元件中的光束设为S偏振光，因而，在分色镜21、22G1及23R中容易实现较高的反射率。特别是，分色镜21及23R中，设为使S偏振的红色光进行反射的方式，即使在将红色光R的强度相对较小的光源灯(例如，金属卤化灯的一部分以及高压水银灯)作为光源来使用的场合中，也能够在没有损耗的情况下来对红色光加以利用。因此，能够容易实现与其它色光之间的强度平衡，并能够在不使光利用效率降低的情况下对色彩表现区域进行扩大。

色合成光学系统50，如图1所示，具备分色棱镜51，并对第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32所射出的且经调制的4种色光进行合成来形成彩色图像。此处，图8中表示分色棱镜51的分光特性。该分色棱镜51，形成通过2个大致三角柱形状的透明介质来夹持有分色面的立方体形状，并在平面视正方形的对角线部分上形成有电介质多层膜52(分色面)，上述电介质多层膜用来使蓝色光B和较短波长侧的绿色光G1进行透射，并使较长波长侧的绿色光G2和红色光R进行反射。

并且，本实施方式中设为，在色合成光学系统50与第2双色调制空间色分离式LV32之间(也就是，第2双色调制空间色分离式LV32的射出侧)，配置有用来使偏振方向进行大约90°旋转的偏振旋转元件40，将来自第2双色调制空间色分离式LV32的且经调制的P偏振光束转换为S偏振光束后，入射到色合成光学系统50中。

色合成光学系统50中，将第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32所射出的且经调制的4种色光进行合成来形成彩色图像。来自第1双色调制空间色分离式LV31的色光被作为透射光来进行合成，另外，来自第2双色调制空间色分离式LV32的色光被作为反射光来进行合成，但是，此时，来自第1双色调制空间色分离式LV31的色光是P偏振光束，来自第2双色调制空间色分离式LV32的色光则变为S偏振光束。若与分色反射镜同时也在分色棱镜51中考虑使其S偏振的反射率易于提高，则色合成光学系统50中由于能够以较高的效率来实现色光的合成，因而，能够实现投影图像的高画质化和高亮度化。并且，有关偏振旋转元件40的配置方式，并不限定于本实施方式。也就是说，也可以设为下述方式，该方式将偏振旋转元件40配置在第2双色调制空间色分离式LV32的入射侧，并在将来自色分离光学系统20的S偏振光束转换为P偏振光束后，使其入射到第2双色调制空间色分离式LV32中。进一步，根据色合成光学系统50的配置方法，也可以将偏振旋转元件40配置在第1双色调制空间色分离式LV31的入射侧或者射出侧。总之，只要对偏振旋转元件40适当地进行配置，以使作为反射光并以色合成光学系统50来进行处理的光束至少变成S偏振光束即可。当然，也可以是下述结构，即是不配置偏振旋转元件40，从2个双色调制空间色分离式LV31及LV32中来射出相同偏振状态的光，色合成光学系统50中将4种色光进行合成来形成预期的彩色图像。

投影光学系统60被作为变形投影光学系统来构成。所谓变形投影光学系统是在相互为垂直的截面中其倍率上存在有差值的光学系统，在宽银幕电影(电影)摄像及投影系统等中来加以使用。由于该光学系统本身为已知的技术，因而，对其详细说明进行省略。作为投影光学系统60也可以是下述的方式，即是，将作为形状转换用的外部附带透镜已被产品化的变形透镜和通常的投影透镜一并使用的方式。本实施方式中，通过该变形投影光学系统60，来将以色合成光学系统50来合成的色光学像转换为具有预期纵横比(例如纵横比为9∶16)的第2光学像，同时将其放大投影在屏幕上。

接下来，使用图7来说明有关本实施方式投影机1的作用。为了易于理解其光学配置，图7着重表示了图1中通过第1双色调制空间色分离式LV31来调制的蓝色光B和较短波长侧的绿色光G1的光程，而对该色光的光程上所配置的分色镜21(第1色分离光学元件)、色合成光学系统50及偏振旋转元件40的图示则进行省略。

在图7所示的本实施方式的结构中，光源10所射出的非偏振的光束通过第1及第2透镜阵列71、72和偏振分光器阵列73来分离为偏振方向进行正交的多个P偏振光束群和多个S偏振光束群，通过相位差板阵列74(参照图1)使上述那些偏振光束群的偏振方向，例如与S偏振形成一致来进行射出。上述这些偏振光束通过重叠透镜75来使其射出方向朝向作为照明对象的第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32，入射到色分离光学系统20中(各偏振光束最终在第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32上进行重叠)。

色分离光学系统20中所入射的光束，通过分色镜21(参照图1)来分离为蓝色光B及较短波长侧的绿色光G1，和红色光R及较长波长侧的绿色光G2。透射过分色镜21的蓝色光B及较短波长侧的绿色光G1以分色镜22G1来分离为蓝色光B和绿色光G1后，绿色光G1直接入射到第1双色调制空间色分离式LV31中，蓝色光B则经过反射镜22B同样入射到第1双色调制空间色分离式LV31中。

以分色镜22G1和反射镜22B来分离射出方向的绿色光G1及蓝色光B，如图4所示，以不同的角度来入射于第1双色调制空间色分离式LV31上的单位微透镜331A。该各单位微透镜331A中所入射的绿色光G1及蓝色光B，分别以不同的角度从单位微透镜331A中进行射出，并在Z方向上排列的1组子像素316A1及316A2附近，使每种色光分开来分别进行聚光。然后，绿色光G1及蓝色光B通过各自的子像素316A1及316A2来进行调制后，以相对于下述方向为相互大致对称的角度来进行射出，上述方向是与第1双色调制空间色分离式LV31的光束入射端面进行正交的方向(图4的X方向)。此时，由于本实施方式中将子像素316A1及316A2的形状设为大致正方形的下述形状，因而，能够实现较高的照明效率，同时也能够对相邻的子像素316A1及316A2之间的混色进行抑制，上述形状是能够对通过微透镜331A来形成的聚光像进行容纳而所需的且为足够的形状。另外，通过将子像素316A1及316A2的形状设为大致正方形形状，来使双色调制空间色分离式LV31及LV32的显示区域变为如其尺寸纵横比为18∶16的接近于正方形的形状，且与来自光源10的照明光束截面形状之间匹配变得良好并容易实现较高的照明效率(参照图5)。

以双色调制空间色分离式LV31来形成的第1光学像(例如光学像的纵横比为18∶16)分别通过变形投影光学系统60来转换为具有预期的纵横比的第2光学像(例如纵横比为9∶16)，同时，被进行放大并投影到屏幕S上。图6表示屏幕S上所投影的光学像的形状。该过程中，基于图5(b)所示各子像素316A1及316A2的大致正方形形状的第1光学像316D1及316D2，分别转换为图6所示的纵横比为1∶2的长方形形状的第2光学像SD1及SD2，与此同时，基于像素316的长方形形状的第1光学像316D被转换为大致正方形形状的第2光学像SD。因此，本实施方式中，具有长方形形状的像素316的同时，通过最后以变形投影光学系统60来对该第1光学像316D进行形状转换，而能够显示由大致正方形形状的第2光学像SD来形成的没有不谐调的投影图像(参照图6)。

有关以分色镜21来反射的色光也以同样的过程来进行光调制。也就是说，以分色镜21来反射的红色光R及较长波长侧的绿色光G2，在以分色镜23R来分离为红色光R和绿色光G2后，红色光R直接入射到第2双色调制空间色分离式LV32中，绿色光G2经过反射镜23G2同样入射到第2双色调制空间色分离式LV32中。以分色镜23R和反射镜23G2来分离射出方向的红色光R及绿色光G2，在通过第2双色调制空间色分离式LV32的各自的子像素316A1及316A2来进行调制后，以相对于下述方向相互为大致对称的角度来进行射出，上述方向是与光束入射端面正交的方向。该双色调制空间色分离式LV32所射出的光是偏振方向与P偏振形成一致的光，该光通过配置在双色调制空间色分离式LV32射出侧的偏振旋转元件40(参照图1)来被转换为S偏振。然后，以双色调制空间色分离式LV32来形成的光学像(光学像的纵横比例如为18∶16)通过变形投影光学系统60来被进行转换同时被进行放大以使其纵横比变为9∶16，并被投影在屏幕S上。

如以上进行说明的，如果根据本实施方式则具有如以下的效果。

首先，由于光调制光学系统30包括第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32而构成，因而，能够使用4种色光来形成色表现区域较宽的投影图像。图9中表示投影机1的色彩表现区域。可知本实施方式的投影机1中，特别是由于对2种的绿色光G1及G2进行单独调制，因而，与使用有以往的3原色光的投影机相比而可以实现较宽的色表现区域。

与上述4种投影机进行比较的场合，由于能够不使用滤色器来生成色光，因而，与分时式投影机以及并置像素排列式投影机相比而能够形成更加高清晰度且明亮的投影图像，另外，由于能够使双色调制空间色分离式LV31及LV32与投影透镜60之间的距离变短，因而，与面分割式投影机相比而更加容易谋求其装置的小型化和投影图像的高亮度化。进一步，作为投影透镜由于不需要使用大口径的高价的透镜，因而，与以往的4色调制空间像素排列式投影机(即是，使用可以调制4种色光的4色调制式空间色分离式LV来形成投影图像的单板式空间像素排列式投影机)相比则更加容易谋求其装置的小型化和低成本化。也就是说，根据本发明，则能够实现光利用效率较高、且在投影图像的高亮度化、装置的小型化及低成本化方面优良的投影机。

特别是，若与具有与本实施形态类似结构的使用液晶装置的4色调制空间像素排列式投影机进行详细比较，如果其子像素的Y方向尺寸为相同，与以往的4色调制空间色分离式LV进行比较，在使用有第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32的情况下，则能够使子像素316A1及316A2的Z方向(所入射的色光进行方向分离的方向)尺寸变大为2倍。然后，如果子像素316A1及316A2变大，则由于能够将前部所配置的单位微透镜331A的焦点距离相对地设定为较长，因而，能够使基于微透镜的最大聚光角度α₀变小，并且能够将第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32所射出光束的最大发散角度α(参照图4)变为比以往的4色调制空间色分离式LV中的最大发散角度α₀更小，(参照图4，α<α₀)。进一步，相对于以往的4色调制空间色分离式LV，由于入射到第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32的光是2种，因而，以色分离光学系统20来进行方向分离，并以不同角度来入射到第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32的各色光的分离角度β(参照图4)，也能够使其与以往的4色调制空间色分离式LV的场合相比变小(β<β₀)。

因而，相对于以往的使用有4色调制空间色分离式LV的空间像素排列式投影机，而使用有2个本实施方式的双色调制空间色分离式LV的投影机中，由于能够使光调制光学系统30所射出的发散光的最大发散角度变小，因而，在使光调制光学系统30(即是，液晶装置31及32)不断进行高精度化的情况下，也不需要使用F型号较小的大口径而高价的投影透镜，能够在不使光利用效率降低的前提下投影并显示明亮且色平衡上优良的彩色图像。与此相反，若将第1及第2双色调制空间色分离式LV31及LV32所射出的发散光的最大发散角度(α+β)设定为与4色调制空间色分离式LV的场合相同，则由于能够将微透镜的焦点距离设为更短并将子像素316A1及316A2中入射的光束的口径设为更小，因而，能够提高给向子像素的色光的入射效率的同时，能够防止因相邻的其它子像素中入射不需要的色光而引起的混色发生，能够投影并显示色彩表现性上优良的且没有模糊的彩色图像。

另外，与4色调制空间色分离式LV相比，由于双色调制空间色分离式LV31及LV32中能够使其子像素316A1及316A2的尺寸变大，因而，不需要在其与包括光源10的照明光学系统及投影透镜60等之间来保证较高的相对位置精度，与其相应地而使投影机的制造变得容易。

另外，本实施方式中，一方面通过将其设为考虑了微透镜聚光像的形状的子像素形状来谋求光阀(空间色分离式LV)的小型化和照明效率的提高，而另一方面有关因上述而引起的投影图像与光阀的显示区域之间非相似的关系，则通过以变形投影光学系统进行形状变换来进行调节。因此，能够使照明效率的提高和光阀(液晶装置)的小型化并存。特别是本实施方式中，将与不同色光对应的子像素316A1及316A2的排列方向设定为投影图像的短边方向，而使光阀的显示区域形状变为接近正方形。由于一般以轴对称性较高的光束来对如正方形的轴对称性较高的物体进行照明的情况下容易得到较高的照明效率，因而，如果根据本发明的结构，则使来自光源10的(轴对称性较高)的照明光束与光阀形状之间的匹配变得良好，也容易使相对于光阀的照明效率得以提高。另外，由于本实施方式中将与相同颜色对应的子像素的排列方向设定为与基于偏振转换光学系统70的偏振分离方向为平行的方向，因而，能够减小因聚光光点像的放大给混色带来的影响，能够实现没有混色的显示。因而，如果根据本发明的结构则可以在不使光利用效率以及画质降低的情况下，来使具有相反关系的光阀的小型化和高精度化并存。

并且，本实施方式中将子像素的形状设为大致正方形的形状，但是，子像素的形状不限定于上述这些，例如也可以将其设为大致正六角形的形状或者将其设定为大致圆形的形状。另外，子像素的排列也能够不设为如本实施方式的条纹排列而将其设为三角排列等。

第2实施方式

接下来，使用图10～图13来说明有关本发明的第2实施方式。并且，在本实施方式中，涉及与上述第1实施方式为相同的部件或者部位附加相同的符号，并省略其详细说明。

图10(a)及图10(b)是分别表示涉及本实施方式的投影机简略结构的平面图及侧面图。该投影机2具备下述部分来被大致构成，上述部分包括：光源10，用来将包含可视光的光进行射出；偏振转换光学系统70，用来将光源10所射出的非偏振的光转换为偏振方向形成一致的光；色分离光学系统20，用来将来自光源10的光分离为波长区域不同的3种色光；光调制光学系统30，用来根据来自外部的图像信息来进行光调制，并形成每种色光的光学像(第1光学像)；以及投影光学系统60，用来将所形成的第1光学像投影显示在投影面(没有图示)上。

本实施方式的投影机2是使用有3色调制式空间色分离式光阀(LV)的单板式空间像素排列式投影机，并且，该投影机除去下述的3个不同点之外，与上述第1实施方式投影机1的基本构造相同，上述的3个不同点是(1)色分离光学系统20将来自光源10的光分离为红色光(R)、绿色光(G)及蓝色光(B)的3种色光，(2)光调制光学系统30对上述这些红色光(R)、绿色光(G)及蓝色光(B)的3种色光进行调制，以及(3)没有色合成光学系统。因此，此处仅说明有关色分离光学系统20及光调制光学系统30的结构。

色分离光学系统20具备分色镜22R、22G及反射镜22B。2种分色镜22R及22G是具备使特定波长区域的色光进行透射或者反射的波长选择性的镜体。分色镜22R是使红色光R进行反射并使其它色光进行透射的镜体，分色镜22G是使绿色光G进行反射并使其它色光进行透射的镜体。反射镜22B由于是以下述目的来进行配置，因而，也可以是一般的反射镜，上述目的是使透射过分色镜22R和分色镜22G而到达的色光(例如蓝色光B)向所指定的方向进行反射，但是，由于容易提高反射率和容易通过选择性地仅对特定波长区域的色光进行反射来提高照明光的色纯度等原因，而理想的是将其设定为分色镜。

分色镜22R、分色镜22G及反射镜22B被配置为，以使光源10所射出的光束以相互为不同的角度来入射到后述的3色调制空间色分离式LV33中。具体而言，在XZ平面上来设定相对于入射光束的中心轴成45°的假想的轴Q1，并将该轴Q1作为对称轴来使2个镜体22R及22B以相互为非平行的状态来进行配置(图1中，越往+X方向及+Z方向双方的间隔越变窄)，在镜体22R及22B之间与轴Q1平行地配置有分色镜22G。因而，以分色镜22R来进行反射的红色光R和以分色镜22G来进行反射的绿色光G和以反射镜22B来进行反射的蓝色光B，在XZ平面上被分离为稍微不同的3个方向来进行射出。

光调制光学系统30具备3色调制式的空间色分离式光阀(LV)，用来对以色分离光学系统20来分离行进方向的色光进行调制。该3色调制空间色分离式LV33是透射式液晶装置，该装置用来根据来自未被图示的外部的图像信息来分别单独地对所入射的3种色光进行光调制并形成光学像(第1光学像)，并从入射侧的相反侧将调制光束射出。图11及图12中分别表示本实施方式的3色调制空间色分离式LV的截面构造及平面构造。该3色调制空间色分离式LV33的简略构造，如果除去在1个像素内具有3个子像素316A1、316A2及316A3的不同点之外(所谓子像素由于是指通过后述的子像素电极来进行驱动的像素，因而，图中附加与子像素电极相同的符号)，则与以第1实施方式说明的双色调制式的空间色分离式LV为大致相同，因而，有关其构造的详细说明进行省略。子像素316A1、316A2及316A3分别对应于以色分离光学系统20来分离的3种色光中的任一种，并通过面板内所配置的1组子像素316A1、316A2及316A3来形成1个像素316。本实施方式中，子像素316A1、316A2及316A3分别对应于红色光R、绿色光G及蓝色光B。

微透镜阵列331分别对以分色镜22R、分色镜22G及反射镜22B来分离射出方向的3种色光进行聚光，并以空间性分离的状态来分别使其入射到对向的子像素316A1、316A2及316A3中。也就是说，该微透镜阵列331构成为，相对于在Z方向上排列的1组子像素316A1、316A2及316A3而使1个单位微透镜331A来进行对应。因此，1组的子像素316A1、316A2及316A3其排列方向被设定为，以分色镜22R、分色镜22G及反射镜22B来使色光射出方向进行分离的方向(图10的XZ平面内的方向)。此处，单位微透镜331A的Z方向宽度尺寸被设定为，使其与子像素316A1的Z方向宽度尺寸和子像素316A2的Z方向宽度尺寸和子像素316A3的Z方向的尺寸之和为大致相等，Y方向的长度尺寸被设定为，使其与子像素316A1、316A2及316A3的Y方向的长度尺寸(3个子像素的Y方向长度尺寸相互相等)为大致相等。并且，3个子像素316A1、316A2及316A3的Z方向宽度尺寸被设定为大致相等，但是，并不限定于此。也可以使各自的宽度尺寸有所不同，以使子像素中所入射的色光的聚光特性(例如聚光光点尺寸)形成一致。

可是，由于光源10所射出的照明光具有轴对称的角度分布，因而，通过3色调制空间色分离式LV33的微透镜331A来形成的聚光像(聚光光点像的截面形状)群为大致圆形。因此，为使具有该截面形状的光束高效率地通过子像素316A1、316A2及316A3，本实施方式中，如图12(a)所示，将子像素316A1、316A2及316A3的开口部形状设定为大致正方形形状。另外，本实施方式中，将与互为不同的色光相对应的子像素316A1、316A2及316A3的排列方向相对于Y方向上横向较长的投影图像来设定为纵向方向(即是，具有长方形形状的投影图像的短边方向(Z方向))，以使3色调制空间色分离式LV33形成为紧凑的结构。该结构中，若根据大致正方形形状的开口部形状来将子像素本身也设为大致正方形形状，则在像素(像素)数的纵横比为9∶16的3色调制空间色分离式LV33的情况下，则上述那些的显示区域尺寸的纵横比变为27∶16的长方形形状。

并且，由于本实施方式中将偏振转换光学系统70配置在光调制光学系统30和光源10之间，因而，在偏振分离方向上使照明光的角度分布稍微变宽，严格地说通过微透镜331A来形成的聚光像群也在该方向上变为稍长的椭圆形形状。因此，理想的是，对应于该变宽方向，将子像素316A1、316A2及316A3的开口部形状设为横向稍微较长(图11中Y方向上宽度较宽)，来使向开口部的入射效率得以提高。如果设为这种形状的开口部，则由于3色调制空间色分离式LV33的显示区域的纵横比不是上述的27∶16的长方形形状，而变为接近于大致正方形形状，因而，使来自光源10的(轴对称性较高的)照明光束与光阀的形状之间的匹配变得良好，也使与3色调制空间色分离式LV33相对的照明效率容易得到提高。另外，如果其构成为，聚光像群变宽方向(图11中Y方向)上使对应于相同色光的子像素进行排列，与聚光像群变宽方向正交的方向(图11中Z方向)上使对应于不同色光的子像素316A1、316A2及316A3进行排列，则能够降低不相对应的色光(例如红色光R及蓝色光B)入射到子像素(例如绿色用的子像素316A1)中而造成混色，并造成画质下降的危险性。因而，理想的是，在将具有下述特性的光学系统配置在照明光程中的情况下，来对光学系统与3色调制空间色分离式LV33之间的配置关系进行设定，以使角度分布的扩展方向与对应于相同色光的子像素的排列方向形成一致，上述特性是如偏振转换光学系统等使照明光的角度分布一方向变宽的特性。

另外，本实施方式中，在分色镜22R、22G及反射镜22B的前后配置有平行化透镜81，重叠透镜75所射出的各偏振光束相对于其中心轴被进行聚光，并以大致平行化的状态来入射到色分离光学系统20及3色调制空间色分离式LV33中。根据上述这些，来使色分离光学系统20中的色分离精度以及效率得以提高，并来谋求3色调制空间色分离式LV33中的光利用效率的提高和混色的降低(画质的提高)。

在图10所示的本实施方式的结构中，光源10所射出的非偏振的光束通过偏振转换光学系统70来使其偏振方向例如与S偏振形成一致，并入射到色分离光学系统20中。色分离光学系统20中所入射的光束，以分色镜22R来被分离为红色光R和绿色光G及蓝色光B后，红色光R直接入射到3色调制空间色分离式LV33中。透射过分色镜22R的绿色光G和蓝色光B，以分色镜22G来被分离为绿色光G和蓝色光B后，绿色光G入射到3色调制空间色分离式LV33中，蓝色光B经过反射镜22B入射到3色调制空间色分离式LV33中。

以分色镜22R、22G和反射镜22B来分离射出方向的红色光R、绿色光G及蓝色光B，如图11所示，以不同角度来入射到3色调制空间色分离式LV33上的单位微透镜331A中。其各单位微透镜331A中所入射的红色光R、绿色光G及蓝色光B，分别以不同的角度从单位微透镜331A射出，并在Z方向上排列的1组子像素316A1、316A2及316A3的附近，每种色光分开来分别进行聚光。然后，红色光R、绿色光G及蓝色光B，通过各自的子像素316A1、316A2及316A3来进行调制后，相对于与3色调制空间色分离式LV33的光束入射端面正交的方向(图11的X方向)以相互为大致对称的角度来被射出。此时，由于本实施方式中将子像素316A1、316A2及316A3的形状设定为如下述的大致正方形形状，因而，能够实现较高的照明效率的同时，还能够对相邻的子像素316A1、316A2及316A3之间的混色进行抑制(参照图12)，上述的大致正方形形状是能够对通过微透镜331A来形成的聚光像进行容纳而所需且足够的形状。

以3色调制空间色分离式LV33来形成的光学像(光学像的纵横比例如为27∶16)通过变形投影光学系统60来被进行转换同时被进行放大以使其纵横比变为9∶16，来被投影在屏幕S上。图13中表示屏幕S上所投影的光学像的形状。该过程中，基于图12(b)所示的各子像素316A1、316A2及316A3的大致正方形形状的第1光学像316D1、316D2及316D3，被分别转换为图13中所示的纵横比为1∶3的长方形形状的第2光学像SD1、SD2及SD3，与此同时，基于像素316的长方形形状的第1光学像316D被转换为大致正方形形状的第2光学像SD。因此，本实施方式中，具有长方形形状的像素316，同时，最后通过以变形投影光学系统60来对该第1光学像进行形状转换，而能够显示通过大致正方形形状的第2光学像SD来形成的没有不谐调感的投影图像。(参照图13)。

如以上进行说明的，由于本实施方式中也将子像素的开口部形状设为如下述的尺寸形状(具体而言为大致正方形形状)，因而，能够实现小型且在光利用效率上优良的投影机，上述尺寸形状是能够对通过微透镜331A来形成的聚光像进行容纳而所需的且为足够的尺寸形状。

以上，参照所附加的附图来说明了有关本发明的适当的实施方式的示例，但是，本发明当然不限定于上述的那些示例。例如，第1实施方式中使用有2个双色调制空间色分离式LV来实行光调制，但是，取而代之也可以设为，使其使用第2实施方式所说明的3色调制空间色分离式LV和一般的单色LV(但是，必须事先使像素形状等与3色调制空间色分离式LV相对应)来对4种的色光进行单独调制。这种场合，3色调制空间色分离式LV和单色LV中的多种色光(波长区域)的分配方面上不受到制约，可以设为例如将红色光R分配在单色LV上，将较短波长侧的绿色光G1、较长波长侧的绿色光G2及蓝色光B分别分配在3色调制空间色分离式LV上，或者，将较短波长侧的绿色光G1分配在单色LV上，将红色光R、较长波长侧的绿色光G2及蓝色光B分别分配在3色调制空间色分离式LV上。如果采用将光强度较小的色光分配在单色LV上的结构，则容易与达到其它色光之间的强度平衡，在显示色域的扩大上比较有效。并且，对应于3色调制空间色分离式LV与单色LV的组合，也有必要对色分离光学系统的结构进行适当变更之处是不言而喻的。另外，上述实施方式中将光阀设为TN式液晶装置，但是，取而代之也能够使用铁电型、反铁电型、水平取向型、垂直取向型及PDLC型等其它的形态的液晶装置。另外，作为光阀也能够使用液晶装置以外的其它电光装置。另外，所使用的色光数也不限于以上所述，也可以设为2色或者大于等于5色。进一步，在上述的示例中所示的各结构部件的各种形状以及组合等作为1个示例，在不脱离本发明宗旨的范围内可以根据设计要求等来进行各种变更。

Claims

1.一种投影机，其特征为，具备：光源，将包括可视光的光射出；色分离光学系统，将该光源所射出的光束分离为射出方向不同的多种色光；光调制光学系统，对该色分离光学系统所分离的上述多种色光进行调制来形成第1光学像；以及变形投影光学系统，将该光调制光学系统所形成的上述第1光学像转换为具有预期的纵横比的第2光学像并进行投影，

上述光调制光学系统包括光阀，该光阀的显示区域的形状为正方形形状，该光阀具备多个子像素和微透镜，上述多个子像素对应于上述色分离光学系统所分离的上述多种色光而设置，上述微透镜对所分离的上述多种色光进行聚光来使其分别向所对应的子像素射出，上述子像素被形成为能容纳通过上述微透镜来聚光在该子像素上的上述色光的正方形形状。

2.根据权利要求1记述的投影机，其特征为，

与相互不同的色光相对应的多个子像素被排列为同一方向，该多个子像素的排列方向被设定在具有长方形形状的上述第2光学像的短边方向上。

3.根据权利要求1记述的投影机，其特征为，

上述光阀由液晶装置形成，在上述光源与上述光调制光学系统之间具备偏振转换光学系统，该系统用来将上述光源所射出的非偏振的光转换为偏振方向一致的光。

4.根据权利要求3记述的投影机，其特征为，

上述偏振转换光学系统具备偏振分离元件和偏振转换元件，上述偏振分离元件对上述非偏振的光中所包含的2种偏振光束进行空间性分离，上述偏振转换元件使通过该偏振分离元件分离的其中之一的偏振光束的偏振方向与另一种偏振光束的偏振方向一致，

与同种色光相对应的多个子像素被排列为同一方向，该多个子像素的排列方向被设定在与基于上述偏振分离元件的偏振分离方向平行的方向上。

5.根据权利要求1～4的任一项中记述的投影机，其特征为，

上述子像素或者该子像素的开口部形状是在照明光的角度分布变宽的方向上具有长边的矩形形状。

6.根据权利要求1～4的任一项中记述的投影机，其特征为，

上述色分离光学系统被构成为能将上述光源所射出的光束分离为3种色光，上述光调制光学系统具备对上述色分离光学系统所分离的3种色光进行调制的光阀。

7.根据权利要求1～4的任一项中记述的投影机，其特征为，

上述色分离光学系统被构成为能将上述光源所射出的光束分离为4种色光，上述光调制光学系统具备第1光阀和第2光阀，上述第1光阀用来对上述色分离光学系统所分离的4种色光中的任意2种色光进行调制，上述第2光阀用来对另外2种色光进行调制，在上述光调制光学系统和上述变形投影光学系统之间具备色合成光学系统，该系统用来对通过上述第1光阀及第2光阀所调制的4种色光进行合成。

8.根据权利要求1～4的任一项中记述的投影机，其特征为，

上述色分离光学系统被构成为能将上述光源所射出的光束分离为4种色光，上述光调制光学系统具备第1光阀和第2光阀，上述第1光阀用来对上述色分离光学系统所分离的4种色光中的任意3种色光进行调制，上述第2光阀用来对另外的1种色光进行调制，在上述光调制光学系统和上述变形投影光学系统之间具备色合成光学系统，该系统用来对通过上述第1光阀及第2光阀所调制的4种色光进行合成。

9.根据权利要求8记述的投影机，其特征为，

上述第2光阀所调制的色光，是上述光源所射出的色光中光强度最小的色光。

10.根据权利要求7记述的投影机，其特征为，

上述色合成光学系统具备分色面，在上述第1光阀或者第2光阀中的任一个光阀的入射侧或者出射侧上，配置有使光的偏振方向进行90°旋转的偏振旋转元件，来使以该分色面进行反射而合成的色光变为S偏振，使对该分色面进行透射而合成的色光变为P偏振。

11.根据权利要求8记述的投影机，其特征为，

12.根据权利要求7记述的投影机，其特征为，

通过上述色分离光学系统分离的上述多种色光，是蓝色光、较短波长侧的绿色光、较长波长侧的绿色光及红色光。

13.根据权利要求8记述的投影机，其特征为，

14.根据权利要求12记述的投影机，其特征为，

上述较短波长侧的绿色光和上述较长波长侧的绿色光之间的边界波长被设定为515nm至540nm。

15.根据权利要求13记述的投影机，其特征为，