CN100489573C - 色分离合成元件、图形光生成装置及投射型图形显示装置 - Google Patents

Abstract

一种色分离合成元件，备有在透明立方体内，在将该立方分割成两个三角柱的分割面上形成的第1光学作用面(50a)以及在另一个分割面形成的第2光学作用面(50b)。第1光学作用面(50a)，对于红色光，具有将P偏振光及S偏振光均透过的作用，对于绿色光，具有P偏振光和S偏振光都透射的作用，对于蓝色光，具有P偏振光透射、S偏振光反射的作用。此外，第2光学作用面(50b)，对于红色光，具有P偏振光透射、S偏振光反射的作用，对于绿色光，具有P偏振光透射、S偏振光反射的作用，对于蓝色光具有P偏振光和S偏振光都透射的作用。本发明的色分离合成元件结构简单且很难产生反差降低。

Description

色分离合成元件、图形光生成装置及投射型图形显示装置

技术领域

本发明涉及立方体状的色分离合成元件、配备该色分离合成元件而构成的图形光生成装置以及配备该图形光生成装置而构成的投射型图形显示装置。

背景技术

图12是表示利用立方体形状的色分离合成元件120的液晶投影仪的立体图。这种液晶投影仪是有本申请人在以前的专利申请中公开(参照特开2002—162520号)。色分离合成元件120，包括与光源部110对向的光入射面、与各反射型的液晶面板131、132、133对向的3个光出入面、与投射光学系统140对向的光出射面以及另外一个面。在其内部，包括将由前述光源部110入射的光分解成三原色并由规定的光出入面出射的色分离合成部150。出射的各色光，通过与各光出入面对置配置的反射型液晶显示面板131、132、133反射。反射的各色光返回偏振光方向90°旋转的色分离合成元件120内。色分离合成部150进一步合成返回色分离合成元件120内的三原色的色成分。合成光(彩色图形光)由光出射面供给投射光学系统140。

色分离合成机构150，例如，用电介质多层膜形成，如图13、图14、图15所示，由三个光学面151、152、153构成。红色光透过光学面151由红色用液晶显示面板131反射返回，由光学面151反射，从光出射面出射。绿色光由光学面151反射被绿色用液晶显示面板132反射返回，透过光学面151由光出射面出射。蓝色光由光学面152反射，由蓝色用液晶显示面板133反射返回，由光学面153反射由光出射面出射。

但是，由于上述色分离合成元件120，在立方体形状内形成三个光学面151、152、153，所以，成为将六个四面体组合起来的结构。因此，制作困难，并且，存在由于反射图形光从而使得其扭转的光学面使反差降低的缺点。

发明内容

本发明鉴于上述情况，其目的是提供一种结构简单，并且不容易降低反差的色分离合成元件。

此外，本发明的目的是提供一种可以防止产生双重像的图形光生成装置及使用它的投射型图形显示装置。

根据本发明的色分离合成元件，为了解决上述课题，其特征在于，在透明立方体内，具有：相互不平行的第1光学作用面50a以及第2光学作用面50b；所述立方体的第1面和第2面，分别作为光入射面；所述立方体的第3面、第4面和第5面，分别作为光入射/出射面；以及所述立方体的第6面，作为光出射面，前述第1光学作用面，具有透过为预定偏振光的第一原色成分光的功能和用于以与所述预定偏振光的偏振方向相差90°来反射所述第一原色成分光的功能；前述第2光学作用面，具有透过为预定偏振光的第二原色成分光的功能和用于以与所述预定偏振光的偏振方向相差90°来反射所述第二原色成分光的功能，以及具有反射为预定偏振光的第三原色成分光的功能和用于以与所述预定偏振光的偏振方向相差90°来反射所述第三原色成分光的功能；入射到前述立方体的所述第1面上的为预定偏振光的所述第一原色成分光，穿过所述第1光学作用面和从所述立方体的第3面出射，将其偏振方向旋转90°后返回的所述第一原色成分光被立方体的第3面接收，并且该第一原色成分光被第1光学作用面反射和从前述光出射面出射，入射到前述立方体的第2面上的为预定光的所述第二原色成分光，穿过所述第2光学作用面和从所述立方体的第4面出射，将其偏振方向旋转90°后返回的所述第二原色成分光被立方体的第4面接收，并且该第二原色成分光被第2光学作用面上反射和从前述光出射面出射，入射到前述立方体的第2面上的为预定光的所述第三原色成分光被第2光学作用面反射和从立方体的第5面出射，将其偏振方向旋转90°后返回的前述第三原色成分光被立方体的第5面接收，并且该第三原色成分光穿过第2光学作用面和从前述光出射面出射。

根据上述结构，由于在立方体形状内形成两个光学作用面，形成将四个光学部件组合的简单结构，所以，与现有技术的由六个四面体构成的结构相比，制作容易，并且，由于没有以扭转图像光方式发生反射的光学作用面，所以，可以避免反差的降低。

根据上述结构，在立方体形状内形成两个光学作用面构成，成为将四个光学部件组合起来的简单结构，与现有技术的由六个四面体构成的结构相比，制作容易，并且，由于没有以扭转图像光方式发生反射的光学作用面，所以，可以避免反差的降低。

此外，本发明的图形光生成装置，其特征在于，它包括前述色分离合成元件、分别设于该色分离合成元件的立方体的第3面和立方体第4面及立方体第5面上的三个反射型光调制元件、出射白色光的光源、将从前述光源出射的白色光分离成一原色成分的光和规定偏振光的二原色成分光的分离机构、以及使前述二原色成分光中的一原色成分光的偏振光方向旋转90°的窄带相位差发生机构。

此外，本发明的图形光生成装置，其特征在于，它包括：前述色分离合成元件、分别设于该色分离合成元件的立方体的第3面和立方体的第4面及立方体第5面上的三个反射型光调制元件、出射规定偏振光的一原色成分光的第1光源部、出射偏振光方向相互差90°的二原色成分的第2光源部。

在这种结构中，前述第2光源部可以具有使二原色成分的光中的一原色成分的光的偏振光方向旋转90°的窄带相位差发生机构。

此外，前述第2光源部还可以具有出射偏振光方向相互差90°的二原色成分的光的两个光源，和接受前述二原色成分的光并进行合成的合成机构。

此外，在上述图形光生成装置中，前述光源或光源部可以配置固体发光机构构成。

此外，可以配置使入射的光的偏振光方向一致的偏振光变换机构。

此外，在这些图形光生成装置中，也可以将从光源来的光变成两个光束，所述两个光束在前述光学作用面上相互交叉，并被引导到规定的反射型光调制元件的第1照射区域和第2照射区域上。借此，可以防止发生双重像。

此外，在这种结构中，也可以包括：第1积分器透镜，其具有入射侧透镜阵列和出射侧透镜阵列，以便使各个凸透镜将从前述光源来的光引导到前述反射型光调制元件的第1照射区域；以及第2积分器透镜，其具有入射侧透镜阵列和出射侧透镜阵列，以便使各个凸透镜将从前述光源来的光引导到前述反射型光调制元件的第2照射区域。

此外，也可以配备光束的照射角度调节机构。

此外，也可以配备使光束的照射开始位置位移的机构。

此外，可以在各出射侧透镜阵列的出射侧，分别配置聚光透镜，将各个聚光透镜能够沿着垂直于光轴的方向移动调节地设置，进行光束的照射角度的调节。

此外，在各出射侧透镜阵列的光出射侧，也可以分别配备聚光透镜，形成各积分器透镜及与之对应的聚光透镜的组，将各组可以单独地位移地设置，进行光束照射开始位置的位移。

也可以代替利用上述两组积分器透镜形成两个光束，使用两个棒式积分器。

在这种结构中，具有配备曲面形反射镜的光源，将从前述光源来的基本上平行的光聚光，引导到前述两个棒式积分器的光入射面上。

此外，具有配备对一个发光点形成两个聚光点的反射镜的光源，分别将前述两个棒式积分器的光入射面配置在前述光源的两个聚光点位置附近。

此外，也可以配备两个光源，将从各光源来的光分别引导到前述两个棒式积分器的光入射面上。

在采用上述两个棒式积分器的结构中，在光学作用面的光入射侧位置上，具有单体的光学元件，以交叉状来到的两个光束，被前述光学元件折射。

此外，在配置于前述两个棒式积分器的光出射侧的光学系统上，至少配备将从各棒式积分器出射的光聚光的第1光学部件，以及配置其聚光点附近的第2光学部件。

进而，在这种结构中，前述两个棒式积分器平行配置，可以在前述光学系统上配备使经过前述第2光学部件的光折射并交叉的第三光学部件。

或者，也可以将前述两个棒式积分器不平行地配置，使经过前述第二光学部件的光交叉地构成。

在上述图形光生成装置中，当令反射型光调制元件的高宽比为A：B时，可以划分成A：B/2的第1照射区域及第2照射区域。

此外，可以将图形光生成装置形成一个包含光源、色分离合成元件以及从光源至色分离合成元件的光学部件的单元。

此外，根据本发明的投射型图形显示装置，其特征在于，它配备有上述任何一种图形光生成装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施形式的色分离合成元件及反射型光调制元件的配置关系等的说明图。

图2(a)、(b)是分别说明图1的色分离合成元件的光学作用面的说明图。

图3是表示采用图1的色分离合成元件的投射型图形显示装置的光学系统的说明图。

图4是表示采用图1的色分离合成元件的投射型图形显示装置的光学系统的说明图。

图5(a)、(b)、(c)是说明具有单一光束照明系统的投射型图形显示装置的光学系统的同时表示其缺点的说明图。

图6(a)、(b)是表示具有两组积分器透镜的双光束照明系统的说明图。

图7是表示图6的双光束照明系统变形例的说明图。

图8是图的作用说明图。

图9是表示具有两个棒式积分器透镜的双光束照明系统的说明图。

图10(a)、(b)是表示本发明的反射型液晶投影仪的另外的光学系统的概况的俯视图，该图(c)是表示偏振光变换的一个例子的说明图。

图11(a)、(b)是表示本发明的反射型液晶投影仪的另外的光学系统的概况的俯视图。

图12是表示具有现有技术的色分离合成元件的反射型液晶投影仪的光学系统的概况的立体图。

图13是表示现有技术的色分离合成元件的说明图。

图14是表示现有技术的色分离合成元件的说明图。

图15是表示现有技术的色分离合成元件的说明图。

图中：1—光源，4—积分器透镜，6—二向色镜，9—窄带相位差板，11R、11G、11B—照明装置，31R、31G、31B—反射型液晶显示面板，50—色分离合成元件，50a—第1光学作用面，50b—第2光学作用面，62—第1光束生成部，62a—聚光透镜，62b—棒式积分器，63—第2光束生成部，63a—聚光透镜，63b—棒式积分器，67A、67B—棒式积分器，68A、68B—棒式积分器。

具体实施方式

下面，根据图1及图2说明本发明的实施形式的色分离合成元件。

色分离合成元件50，如图1所示，配备有在透明玻璃立方体内，形成在将该立方体分割成两个三角柱的分割面上的由多层电介质膜等构成的第1光学作用面50a，以及形成在另一个分割面上的由多层电介质膜等构成的第2光学作用面50b。例如，第1光学作用面50a，如图2(a)所示，以从透明立方体的里面侧的上边起连接到靠近身边侧的下边的方式配置。该第1光学作用面50a，对于红色光，具有使P偏振光及S偏振光都透射的作用，对于绿色光，具有使P偏振光及S偏振光都透射的作用，对于蓝色光具有令P偏振光透射，将S偏振光反射的作用。此外，第2光学作用面50b，如图2(b)所示，以从透明立方体的左里面侧的纵边起连接到右方靠近身边侧的纵边的方式配置。该第2光学作用面50b，对于红色光具有令P偏振光透射，将S偏振光反射的作用，对于绿色光具有令P偏振光透射，将S偏振光反射的作用，对于蓝色光，具有使P偏振光及S偏振光都透射的作用。

色分离合成元件50，在图1中，将立方体的第1面(在图中下侧的面)和立方体的第2面(右侧的面)作为光入射面，将立方体的第3面(上侧的面)和立方体的第4面(左侧的面)和立方体的第5面(里面侧的面)分别作为三个反射型液晶显示面板31的对向面，将立方体的第6面(身边的面)作为光出射面。

蓝色光用的反射型液晶显示面板31B面对立方体的第3面(上侧的面)配置。反射型液晶显示面板，对于各种色，将要显示的部分的象素，以使入射光(照明光)的偏振光方向旋转90°反射(调制)的方式构成。在立方体的第1面(下侧的面)上入射P偏振光的蓝色光。入射的蓝色P偏振光透过第1光学面50a，到达反射型液晶显示面板31B，借助该反射型液晶显示面板31B，偏振光方向旋转90°变成S偏振光的调制光并被反射。该S偏振光的蓝色调制光，由第1光学作用面50a反射，从前述光出射面出射。

红色光用反射型液晶显示面板31R面对立方体的第4面(左侧的面)配置，绿色光用的反射型液晶显示面板31G面对立方体的第5面(里面侧的面)配置。同时，黄色光(P偏振光的红色光和S偏振光的绿色光)入射到立方体的第2面(右侧的面)上。

在入射的黄色光中，P偏振光的红色光透过第2光学作用面50b到达反射型液晶显示面板31R，由该反射型液晶显示面板31R使偏振光方向旋转90°变成S偏振光的调制光并被反射。该S偏振光的红色调制光，被第2光学作用面50b反射，从前述光出射面出射。此外，S偏振光的绿色光被第2光学作用面50b反射，到达反射型液晶显示面板31G，由该反射型液晶显示面板31G将偏振光方向旋转90°变成P偏振光的调制光并被反射。该P偏振光的绿色调制光透过第2光学作用面50b，从前述光出射面出射。

图3是表示配备有上述色分离合成元件50的液晶投影仪的光学系统的说明图。此外，在该图中，在色分离合成元件50的背面侧配置绿色用的反射型液晶显示面板31G，色分离合成元件50的表面侧成为光出射面，在该光出射面上配置图中未示出的投射透镜。

光源1的发光部2，由超高压水银灯，金属卤灯，氙灯等构成，其照射光由抛物线反射器3变成平行光出射，导向积分器透镜4。

积分器透镜4由一对透镜组(蝇眼透镜)构成，各个透镜对将从光源1出射的光引导到反射型液晶显示面板31的整个面上。经过积分器透镜4的光，经由偏振光变换装置5，被引导到二向色镜6。

偏振光变换装置5，由偏振光分束器阵列(下面称之为PBS阵列)构成。PBS阵列备有偏振光分离膜和相位差板(1/2λ片)。PBS阵列的各个偏振光分离膜使从积分器透镜4来的光中的例如P偏振光通过，将S偏振光进行90°的光路变更。被光路变更的S偏振光被邻接的偏光分离膜反射，另一方面，透过偏光分离膜的P偏振光，通过设于光出射侧的前述相位差板变换成S偏振光出射。即，此时几乎全部光都被变换成S偏振光。

二向色镜6透过黄光(红色光和绿色光)反射蓝色光。被二向色镜6反射的蓝色光，由全反射镜7反射，改变光路。由全反射镜7反射的S偏振光的蓝色光入射到色分离合成元件50的立方体的第1面上。

另一方面，透过二向色镜6的黄光，被全反射镜8反射并被引导到窄带相位差板9。窄带相位差板9只将绿色光将其偏振光方向旋转90°，变换成P偏振光。此外，也可以代替窄带相位差板9，将二向色镜和相位差板组合起来使用。这里图3中的S(S偏振光)是以偏振光变换装置5为基准的S偏振光。另一方面，图1中的P偏振光以及S偏振光是以色分离合成元件50中的第1光学作用面50a以及第2光学作用面50b为基准的P偏振光以及S偏振光。即，相对于图3中的偏振光变换装置5、二向色镜6、以及全反射镜7、8，由于图1中的第1光学作用面50a和第2光学作用面50b面向90°扭曲方向，因此图3中的S偏振光对于色分离合成元件50是P偏振光。

图4是表示配备色分离合成元件50的反射型液晶投影仪的其它的光学系统的说明图。此外，在该图中，在色分离合成元件50的背面侧配置绿色用反射型液晶显示面板31G，色分离合成元件50的表面侧变成光出射面，在该光出射面上配置图中未示出的投射透镜。

该液晶投影仪备有三个照明装置11R、11G、11B(下面，在不指定各个照明装置时，使用符号“11”)。照明装置11R出射红色光，照明装置11G出射绿色光，照明装置11B出射蓝色光。由于照明装置11R、11G、11B出射光色不同，但结构基本上相同，所以，在图中只给予照明装置11G以符号，对于驱动照明装置11R，11B，省略其符号。

照明装置11，由LED组件(chips)12…配置成阵列状、并且在各LED组件12的光出射侧配置透镜单元13…形成的光源，以及，将从各LED组件12出射、由前述透镜单元13变成平行光的光积分引导到反射型液晶显示面板31的积分器透镜14构成。积分器透镜14，由一对透镜组(蝇眼透镜)构成，各个透镜对将从各LED组件12出射的光引导到反射型液晶显示面板31的整个面上。这样，由于从LED组件12出射的光被积分并引导到反射型液晶显示面板31上，所以，可以防止在反射型液晶显示面板31上(屏幕的图像上)光产生强度分布不均。

在积分器透镜14和聚光透镜16之间设置偏振光变换装置15。该偏振光变换装置15具有和前面所述的偏振光变换装置5同样的结构，但在绿色用照明装置11G上，使出射光与P偏振光一致。

照明装置11R和照明装置11G，以其出射光的光轴以90°交叉的方式配置。同时，在上述交叉位置上，设置偏振光分束器17。偏振光分束器17的光出射面，与色分离合成元件50上的黄光入射面(立方体的第2面)面对。从照明装置11R出射的S偏振光的红色光和从照明装置11G出射的P偏振光的绿色光，由偏振光分束器17合成变成黄光，入射到色分离合成元件50中的黄光入射面上。

照明装置11B面对色分离合成元件50上的蓝色光入射面(立方体的第1面)，从照明装置11B出射的S偏振光的蓝色光，入射到色分离合成元件50上的蓝色光入射面上。

此外，也可以代替偏振光分束器17，使用具有将对象色的光的波长大小或者比波长短的宽度的线状体以相当于前述波长的大小或比波长短的间隔配置的结构的线栅。此外，也可以使用合成红色光和绿色光的二向色棱镜。此外，也可以代替照明装置11R以及照明装置11G，设置出射P偏振光的黄光的照明装置，进而，也可以采用在该黄光的光路上设置只将红色光变换成S偏振光的窄带相位差板的结构。这里图4中的P(P偏振光)以及S(S偏振光)是以偏振光分束器17(或偏振光变换装置15)为基准的P偏振光以及S偏振光。另一方面，图1中的P偏振光以及S偏振光是以色分离合成元件50中的第1光学作用面50a以及第2光学作用面50b为基准的P偏振光以及S偏振光。即，相对于图4中的偏振光变换装置15，由于图1中的第1光学作用面50a和第2光学作用面50b面向90°扭曲方向，因此图4中的P偏振光对于色分离合成元件50是S偏振光，图4中的S偏振光对于色分离合成元件50是P偏振光。

图5(a)与图5(b)是表示使用积分器透镜4的照明系统和色分离合成元件50的关系的说明图，这种关系，发生在蓝色光和第2光学作用面50b之间，以及黄光与第1光学作用面50a之间。在图5(b)中，将光源1与色分离合成元件50和反射型液晶显示面板31之间的关系进行了简化(省略了相位差板等)，在图5(a)中，表示由反射型液晶显示面板31B产生的反射光(调制光)和色分离合成元件50的光学作用面50b之间的关系。

入射到积分器透镜4的入射侧透镜阵列的一个凸透镜上的光，将焦点聚焦在出射侧透镜阵列的对应凸透镜附近，用聚光透镜21、22向中心方向折射，倾斜地引导到液晶显示面板31上，用该液晶显示面板31反射的光倾斜地入射到色分离合成元件50上。

但是，色分离合成元件50上的光学作用面50b，与蓝色用液晶显示面板31B的光入射方向平行地配置，将由蓝色用反射型液晶显示面板31B反射并倾斜地入射的调制光的一部分反射。如图5(c)所示，反射型液晶显示面板31B反射后到达光学作用面50b的光全反射，在面板上的点a被调制的光，就好像是从面板上的点b出射的那样成像在屏幕上对应的位置上。此外，如图5(a)所示，由反射型液晶显示面板31B反射后未到达光学作用面50b的光，原封不动地被面板上的点b调制的光成像在屏幕上的对应的位置上。借此，在屏幕上的相当于点b的位置上，由从面板的点a和点b来的光重叠成像，发生双重像。

其次，根据图6至图8说明可以消除这种双重像的缺点的照明光学系统。图6是表示色分离合成元件50中的第2光学作用面50b与蓝色用反射型液晶显示面板31B的关系的立体图，对于黄光的色分离光学系统及其导光系统，在图中省略。此外，对于黄光的色分离光学系统及其导光系统，示于图9中。

这里，在本实施形式中，各液晶显示面板31，以其中心线与光学作用面50a、50b平行地方式倾斜配置。以反射型液晶显示面板31的中央水平线为界，其中之一作为第1照射区域，另一个作为第2照射区域。当令反射型液晶显示面板31的高宽比设为A：B时，第1照射区域及第2照射区域被分成A：B/2的区域。将从光源1来的第1光束引导到第1照射区域，将从光源1来的第2光束引导到第2照射区域。

图6是表示本实施形式的反射型液晶投影仪的光学系统的概况的说明图。在图6(b)中，以简化的方式表示光源1与色分离合成元件50及反射型液晶显示面板31B的关系(省略了相位差板等)，在该图6(a)中，表示由反射型液晶显示面板31B反射的光(调制光)与色分离合成元件50的第2光学作用面50b的关系。

在光源1的光出射侧，配置将存在光的部分的亮度差异平均化的第1积分器透镜41及第2积分器透镜42。用第1积分器透镜41生成第1光束，用第2积分器透镜42生成第2光束。

第1积分器透镜41，由一对透镜阵列(fly’s lens)41a、41b构成，各个凸透镜(不管凸透镜的方向是指向光入射侧还是光出射侧)照射反射型液晶面板31B的第1照射区域。即，在第1积分器透镜41中，入射到入射侧透镜阵列41a的一个凸透镜上的光，将焦点聚焦在出射侧透镜阵列41b的对应的凸透镜附近，利用聚光透镜21折射，以与色分离合成元件50的第2光学作用面50b交叉地引导到反射型液晶显示面板31B上。

第2积分器透镜42，由一对透镜阵列(fly’s lens)42a、42b构成，各个凸透镜(不管凸透镜的方向是指向光入射侧还是光出射侧)照射反射型液晶面板31B的第二个照射区域。即，在第2积分器透镜42中，入射到入射侧透镜阵列42a的一个凸透镜上的光，将焦点聚焦在出射侧透镜阵列42b的对应的凸透镜附近，利用聚光透镜21折射，以与色分离合成元件50的第2光学作用面50b交叉地引导到反射型液晶显示面板31B上。

这样，利用第1积分器透镜41和第2积分器透镜42，将从光源1来的光变成两个光束。同时，所述两个光束在色分离合成元件50的第2光学作用面50b上相互交叉，被引导到反射型液晶显示面板31B的第1照射区域和第2照射区域上。此外，在各个积分器透镜中的凸透镜部的形状，与第一、第2照射区域的形状对应。

借助这种结构，由于被反射型液晶显示面板31B调制的反射光，向离开色分离合成元件50的第2光学作用面50b的方向反射，不会横切色分离合成元件50的第2光学作用面50b，所以，可以防止由色分离合成元件50的第2光学作用面50b的全反射和透射引起的双重像的形成。此外，在两个光束入射到第2光学作用面50b上时，产生透射和全反射，但在入射到液晶显示面板之前，在光学面的一个面上的全反射，和在另一个面上的全反射抵消，并不会在液晶显示面板的第一、第2照射区域上产生亮度的不平衡。

同时，当将两个光束引导到反射型液晶显示面板31B的第1照射区域和第2照射区域上时，有时不能充分地将光引导到第1照射区域和第2照射区域的交界处，会在面板中心产生暗线。

在图7的立体图上，表示备有消除上述暗线的机构的投射型图形显示装置。在该图7中所示的结构中，在第一第2积分器透镜41、42的各个出射侧透镜阵列41b、42b的出射侧，分别包括聚光透镜21A、21B，将各聚光透镜21A、21B沿与光轴正交的方向可单独移动调节地设置。这里，垂直光轴的方向，成为与光学作用面正交的方向。作为使各聚光透镜21A、21B移动的机构，可以利用透镜支持框，导向该透镜支持框的导向件，将透镜支持框沿导向件推拉的螺旋构件等结构部件实现，但并不局限于这种机构。此外，在聚光透镜21A、21部之间进行遮光。

进而，将第1积分器透镜41和聚光透镜21A一体化，形成一组，将第2积分器透镜42和聚光透镜21B一体化，形成一组，各组可以独立地进行位移。作为使各组位移的机构，可以利用各组的支持框，对各组的支持框进行导向的的导向件，将透镜支持框沿导向件推拉的螺旋构件等结构部件实现，但并不局限于这种机构。

这里，由各组产生的在液晶显示面板上的照射范围，分别稍大于第1照射区域及第2照射区域。通过使之稍大，即使将各组移动位置，也可以分别保持对第1照射区域和第2照射区域的照射，除此之外，还可以防止在其交接线上产生非照射范围。当基于图8说明这种情况时，通过照射范围的位移(位置移动)，如图8的①的照射状态至②所示，在面板上的照射范围被扩大，向面板中心的照射光量增大，除去中心部的暗线。

如果只进行照射范围的位移(位置移动)的话，如图8的②所示，光束会触及光学作用面50b。这时，通过使各聚光透镜21A、21B如图7所示的那样移动，可以使光束的入射角增大(越在透镜周边侧折射作用越大)，如图8的③所示，可以避免光束触及光学作用面。

不过，在图6所示的结构(用两组积分器透镜)中，如图6中虚线所示，例如，从透镜阵列42a中某一个凸透镜出射的光中，被引导到与之对应的透镜阵列42b的凸透镜之外的凸透镜光(二次光)，不与色分离合成元件50的第2光学作用面50b交叉，被引导到反射型液晶显示面板31B上，不能可靠地防止双重像。

其次，根据图9至图11说明能够消除图6等所示的结构产生的缺点的结构。

图9是表示反射型液晶投影仪的光学系统的概况的说明图。在该图中，不仅给出了蓝色光、同时也给出了黄光的色分离光学系统及其导光系统。

在光源1的光出射侧，配置生成第1光束的第1光束生成部62及生成第2光束的第2光束生成部63。第1光束生成部62，包括聚光透镜62a，棒式积分器62b，透镜对62c、62d。此外，第2光束生成部63，配备有聚光透镜63a，棒式积分器63b，透镜对63c、63d。由于第1光束生成部62及第2光束生成部63具有相同的结构，所以，下面，主要对第1光束生成部62进行说明。

聚光透镜62a，占据光源1的光出射区域的一半地配置，将比前述一半的区域大的圆形透镜切成与前述一半区域相一致。聚光透镜62a的光轴中心，位于光源1的光轴中心和光源1的边缘的中间位置处。利用聚光透镜62a聚光的光线，入射到棒式积分器62b的光入射端面上。入射到棒式积分器62b上的光，在棒式积分器62b内反复反射，从棒式积分器62b的光出射端面出射。此外，棒式积分器62b、63b的出射端面的形状，与第一、第2照射区域的形状对应。

透镜对62c、62d，相当于在积分器透镜对中的一组透镜对。通过入射侧透镜62c的光，将焦点聚焦在出射侧透镜62d附近，从该出射侧透镜62d出射的光，通过聚光透镜65A和聚光透镜66A、66B折射，以与色分离合成元件50的光学作用面相交的方式，被引导到各反射型液晶显示面板31的第一区域。同样地，透镜对63c、63d，相当于积分器透镜对中的一组透镜对。通过入射侧透镜63c的光，将焦点聚焦在出射侧透镜63d附近，从该出射侧透镜63d出射的光，由聚光透镜65B和聚焦透镜66A、66B折射，以与色分离合成元件50的光学作用面相交的方式被引导到反射型液晶显示面板31的第二区域。聚焦透镜66A、66B，在色分离合成元件50的光入射侧位置处，作为单体(一个)整体存在，在接受以交叉状到达的两个光束之后，将这些光束折射。

此外，在透镜对62c、62d中出射侧透镜62d及透镜对63c、63d中的出射侧透镜63d，安装在形成于遮光板64上的开口上，防止将通过这些透镜的光之外的光引导到反射型液晶显示面板31上。

这样，借助第1光束生成部62和第2光束生成部63，将从光源1来的光完全分离成独立的两个光束。同时，所述两个光束在色分离合成元件50的光学作用面上相互交叉，被引导到反射型液晶显示面板31的第1照射区域和第2照射区域上。即，用反射型液晶显示面板31调制的反射光，向远离色分离合成元件50的光学作用面的方向反射，不横切色分离合成元件50的光学作用面，所以，可以防止由色分离合成元件50的光学作用面的全反射和透射引起的双重像的形成。进而，由于不用如图6所示的由多个凸透镜对构成的积分器透镜对形成两个光束，而是采用由两个棒式积分器完全将两个光束分离的结构，所以，能够可靠地防止双重像。

在图10(a)所示的投射型图形显示装置中，光源1′配备有抛物线反射器，出射大致平行的光。该光源1′的光出射侧开口形状大致为方形(与液晶显示面板31的高宽比对应)，第一棒式积分器67A的光入射端面所处的位置占据它的一半(与液晶显示面板31的第一、第2照射区域对应)，第二棒式积分器67B的光入射端面所处的位置占据它的剩下的一半。第一、第二棒式积分器67A、67B的光出射端面的大小或位置关系，和图9所示的棒式积分器62b、63b的光出射端面的大小或位置关系相同。此外，对于第一、第二棒式积分器67A、67B的光出射端面以后的光学系统，可以采用和图9所示同样的结构。

根据该图10(a)所示的结构，可以不要图9所示的聚光透镜62a、63a，减少光学部件的数目。

在图10(b)所示的投射型图形显示装置中，光源1″备有双聚光点椭圆反射器。该双聚光点椭圆反射器，对于一个发光点可以形成两个聚光点例如，具有对于一个发光点形成第一聚光点的第一椭圆反射器区域和对于一个发光点形成第二聚光点的第二椭圆反射器区域。第一棒式积分器68A的光入射端面，位于第一聚光点上，第二棒式积分器68B的光入射端面，位于第二聚光点上。第一、第二棒式积分器68A、68B的配置关系，与图9所示的棒式积分器62b、63b的配置关系相同。此外，对于第一、第二棒式积分器68A、68B的光出射端面以后的光学系统，可以采用和图9所示的同样的结构。

根据该图10(b)所示的结构，可以不要图9所示的聚光透镜62a、63a，减少光学部件的数目。此外，在图10(a)所示的结构中，棒式积分器67A、67B，由于光出射端面比其光入射端面小，因此，棒状出射后的分散角分布变大，但根据图10(b)所示的结构，棒积分器的光入射端面和光出射端面的大小相同，可以防止分散角分布的扩大。

此外，在光源1″中的双聚光点位置以外的区域设置反射体，将不需要的光返回光源1″，可以有效地进行光的利用。此外，将规定的偏振光引导到色分离合成元件50，为此使用的偏振光变换装置设置在棒式积分器的光入射侧，不如将其设置在棒式积分器的光出射端面，如图10(c)所示。当然，也可以配置在棒式积分器的光出射端面以后的光路上，优选地，设置在二向色镜6的光入射的靠近身边的位置处。图10(c)所示的偏振光变换装置，由偏振光分束器(下面称之为PBS)构成。PBS备有偏振光分离膜和相位差板(1/2λ板)。PBS的偏振光分离膜，使入射光中的例如P偏振光通过，将S偏振光进行90°的光路变更。被光路变更的S偏振光由邻接的全反射镜(也可以是棱镜)反射出射。另一方面，透过偏振光分离膜的P偏振光，由设于其前侧(光出射侧)的前述相位差板(1/2λ板)变换成S偏振光并出射。即，在该例中，几乎全部光都被变换成S偏振光。

在图11(a)所示的投射型图形显示装置中，第一、第二棒式积分器67A、67B，以其光轴(中心线)交叉的方式配置。通过装置光轴交叉配置，可以不要图9所示的交叉折射用的聚光透镜65。在各棒式积分器67A、67B的光入射端面上，设置将固体发光元件(例如LED(发光二极管)等)配置成阵列状的光源69A、69B。这种光源69A、69B的光强度分布，由于阵列状配置造成的不均匀，借助通过棒式积分器67A、67B而重叠，从棒式积分器67A、67B的光出射端部出射强度分布均匀化的光。

在图11(b)所示的投射型图形显示装置中，第一棒式积分器68A的光入射端面位于光源1″的第一聚光点上，第二棒式积分器68B的光入射端面位于第二聚光点上。第一、第二棒式积分器68A、68B，以其光轴(中心线)交叉的方式配置。通过这种光轴交叉配置，可以不用图9所示的交叉折射用聚光透镜65。

此外，在图11(a)之外的结构中，也可以采用固体光源(LED或半导体激光器)。

如上面说明的，本发明的色分离合成元件，由于在立方体形状内形成两个光学作用面，成为将四个光学部件组合的简单结构，所以，与现有技术的六个四面体构成的结构相比，制作容易，此外，由于没有将图像光扭转反射的光学作用面，所以能够避免反差的降低。此外，如果是在光学作用面上以交叉的方式引导光的构成的图形光生成装置的话，可以抑制双重像的发生。此外，作为在光学作用面上，以交叉的方式引导光的结构，如果采用两个棒式积分器透镜的结构的话，能够可靠地防止前述双重像的发生。

Claims (38)

1、一种色分离合成元件(50)，其特征在于，在透明立方体内，具有：相互不平行的第1光学作用面(50a)以及第2光学作用面(50b)；所述立方体的第1面和第2面，分别作为光入射面；所述立方体的第3面、第4面和第5面，分别作为光入射/出射面；以及所述立方体的第6面，作为光出射面，

前述第1光学作用面，具有透过为预定偏振光的第一原色成分光的功能和用于以与所述预定偏振光的偏振方向相差90°来反射所述第一原色成分光的功能；

前述第2光学作用面，具有透过为预定偏振光的第二原色成分光的功能和用于以与所述预定偏振光的偏振方向相差90°来反射所述第二原色成分光的功能，以及具有反射为预定偏振光的第三原色成分光的功能和用于以与所述预定偏振光的偏振方向相差90°来反射所述第三原色成分光的功能；

入射到前述立方体的所述第1面上的为预定偏振光的所述第一原色成分光，穿过所述第1光学作用面和从所述立方体的第3面出射，其偏振方向旋转90°后返回的所述第一原色成分光被立方体的第3面接收，并且该第一原色成分光被第1光学作用面反射和从前述光出射面出射，

入射到前述立方体的第2面上的为预定光的所述第二原色成分光，穿过所述第2光学作用面和从所述立方体的第4面出射，将其偏振方向旋转90°后返回的所述第二原色成分光被立方体的第4面接收，并且该第二原色成分光被第2光学作用面反射和从前述光出射面出射，

入射到前述立方体的第2面上的为预定光的所述第三原色成分光被第2光学作用面反射和从立方体的第5面出射，其偏振方向旋转90°后返回的前述第三原色成分光被立方体的第5面接收，并且该第三原色成分光穿过第2光学作用面和从前述光出射面出射。

2、一种图形光生成装置，其特征在于，包括：权利要求1所述的色分离合成元件(50)；分别设于该色分离合成元件的立方体的第3面和立方体的第4面及立方体第5面上的三个反射型液晶显示面板(31R，31G，31B)；出射白色光的光源(1)；将从前述光源出射的白色光分离成一原色成分光和规定偏振光的二原色成分的二向色镜(6)；使前述二原色成分光中的一原色成分光的偏振光方向旋转90°的窄带相位差板(9)。

3、一种图形光生成装置，其特征在于，包括：权利要求1所述的色分离合成元件；分别设于该色分离合成元件的立方体的第3面和立方体的第4面及立方体第5面上的三个反射型液晶显示面板；出射规定偏振光的一原色成分光的第1光源部；出射偏振光方向相互差90°的二原色成分的第2光源部。

4、如权利要求3所述的图形光生成装置，其特征在于，前述第2光源部配备有使二原色成分光中的一原色成分光的偏振光方向旋转90°的窄带相位差板。

5、如权利要求3所述的图形光生成装置，其特征在于，前述第2光源部配备有出射偏振光方向相互差90°的二原色成分光的两个光源；和接受前述二原色成分光并进行合成的合成机构。

6、如权利要求2所述的图形光生成装置，其特征在于，前述光源或光源部具有固体发光元件。

7、如权利要求3所述的图形光生成装置，其特征在于，前述光源或光源部具有固体发光元件。

8、如权利要求2所述的图形光生成装置，其特征在于，备有使入射的光的偏振光方向一致的偏振光变换机构。

9、如权利要求3所述的图形光生成装置，其特征在于，备有使入射的光的偏振光方向一致的偏振光变换机构。

10、如权利要求2所述的图形光生成装置，其特征在于，包括第一积分器透镜和第二积分器透镜，其将从光源来的光变成两个光束，所述两个光束在前述光学作用面上相互交叉，并被引导到规定的反射型液晶显示面板的第1照射区域和第2照射区域上。

11、如权利要求3所述的图形光生成装置，其特征在于，包括第一积分器透镜和第二积分器透镜，其将从光源来的光变成两个光束，所述两个光束在前述光学作用面上相互交叉，并被引导到规定的反射型液晶显示面板的第1照射区域和第2照射区域上。

12、如权利要求10所述的图形光生成装置，其特征在于，第1积分器透镜具有入射侧透镜阵列和出射侧透镜阵列，以便使各个凸透镜将从前述光源来的光引导到前述反射型液晶显示面板的第1照射区域；以及第2积分器透镜具有入射侧透镜阵列和出射侧透镜阵列，以便使各个凸透镜将从前述光源来的光引导到前述反射型液晶显示面板的第2照射区域。

13、如权利要求11所述的图形光生成装置，其特征在于，包括：第1积分器透镜具有入射侧透镜阵列和出射侧透镜阵列，以便使各个凸透镜将从前述光源来的光引导到前述反射型液晶显示面板的第1照射区域；以及第2积分器透镜具有入射侧透镜阵列和出射侧透镜阵列，以便使各个凸透镜将从前述光源来的光引导到前述反射型液晶显示面板的第2照射区域。

14、如权利要求10所述的图形光生成装置，其特征在于，具有光束的照射角度调节机构，其被构成为在各出射侧透镜阵列的出射侧，分别配置聚光透镜，设置各个聚光透镜，使能够沿着垂直于光轴的方向移动调节，能够进行光束的照射角度的调节。

15、如权利要求11所述的图形光生成装置，其特征在于，具有光束的照射角度调节机构，其被构成为在各出射侧透镜阵列的出射侧，分别配置聚光透镜，设置各个聚光透镜，使能够沿着垂直于光轴的方向移动调节，能够进行光束的照射角度的调节。

16、如权利要求10所述的图形光生成装置，其特征在于，具有使光束的照射开始位置位移的机构，其被构成为在各出射侧透镜阵列的光出射侧，分别配备聚光透镜，形成各积分器透镜及与之对应的聚光透镜的组，将各组设置成可以单独地位移，能够进行光束照射开始位置的位移操作。

17、如权利要求11所述的图形光生成装置，其特征在于，具有使光束的照射开始位置位移的机构，其被构成为在各出射侧透镜阵列的光出射侧，分别配备聚光透镜，形成各积分器透镜及与之对应的聚光透镜的组，将各组设置成可以单独地位移，能够进行光束照射开始位置的位移操作。

18、如权利要求2所述的图形光生成装置，其特征在于，包括将从光源来的光变成两个光束的两个棒式积分器，其将从光源来的光变成两个光束，所述两个光束在前述光学作用面上相互交叉，并被引导到规定的反射型液晶显示面板的第1照射区域和第2照射区域上。

19、如权利要求3所述的图形光生成装置，其特征在于，包括将从光源来的光变成两个光束的两个棒式积分器，，其将从光源来的光变成两个光束，所述两个光束在前述光学作用面上相互交叉，并被引导到规定的反射型液晶显示面板的第1照射区域和第2照射区域上。

20、如权利要求18所述的图形光生成装置，其特征在于，具有配备曲面形状反射镜的光源，将从前述光源来的大致平行的光聚光，引导到前述两个棒式积分器的光入射面上。

21、如权利要求19所述的图形光生成装置，其特征在于，具有配备曲面形状反射镜的光源，将从前述光源来的大致平行的光聚光，引导到前述两个棒式积分器的光入射面上。

22、如权利要求18所述的图形光生成装置，其特征在于，具有配备对一个发光点形成两个聚光点的反射镜的光源，分别将前述两个棒式积分器的光入射面配置在前述光源的两个聚光点位置附近。

23、如权利要求19所述的图形光生成装置，其特征在于，具有配备对一个发光点形成两个聚光点的反射镜的光源，分别将前述两个棒式积分器的光入射面配置在前述光源的两个聚光点位置附近。

24、如权利要求18所述的图形光生成装置，其特征在于，配备两个光源，将从各光源来的光分别引导到前述两个棒式积分器的光入射面上。

25、如权利要求19所述的图形光生成装置，其特征在于，配备两个光源，将从各光源来的光分别引导到前述两个棒式积分器的光入射面上。

26、如权利要求18所述的图形光生成装置，其特征在于，在前述光学作用面的光入射侧位置上，具有单体的光学元件，以交叉状来到的两个光束，被前述光学元件折射。

27、如权利要求19所述的图形光生成装置，其特征在于，在前述光学作用面的光入射侧位置上，具有单体的光学元件，以交叉状来到的两个光束，被前述光学元件折射。

28、如权利要求18所述的图形光生成装置，其特征在于，在配置于前述两个棒式积分器的光出射侧的光学系统上，至少配备将从各棒式积分器出射的光聚光的第1光学部件；以及配置在其聚光点附近的第2光学部件。

29、如权利要求19所述的图形光生成装置，其特征在于，在配置于前述两个棒式积分器的光出射侧的光学系统上，至少配备将从各棒式积分器出射的光聚光的第1光学部件；以及配置在其聚光点附近的第2光学部件。

30、如权利要求28所述的图形光生成装置，其特征在于，前述两个棒式积分器平行配置，可以在前述光学系统上配备使经过前述第2光学部件的光折射并交叉的第三光学部件。

31、如权利要求29所述的图形光生成装置，其特征在于，前述两个棒式积分器平行配置，可以在前述光学系统上配备使经过前述第2光学部件的光折射并交叉的第三光学部件。

32、如权利要求28所述的图形光生成装置，其特征在于，将前述两个棒式积分器不平行地配置，使经过前述第2光学部件的光交叉。

33、如权利要求29所述的图形光生成装置，其特征在于，将前述两个棒式积分器不平行地配置，使经过前述第2光学部件的光交叉。

34、如权利要求10所述的图形光生成装置，其特征在于，当令反射型液晶显示面板的高宽比为A：B时，可以划分成A：B/2的第1照射区域及第2照射区域。

35、如权利要求11所述的图形光生成装置，其特征在于，当令反射型液晶显示面板的高宽比为A：B时，可以划分成A：B/2的第1照射区域及第2照射区域。

36、如权利要求2所述的图形光生成装置，其特征在于，包括光源、色分离合成元件、以及从光源至色分离合成元件的所有光学部件在内，将其形成一个单元。

37、如权利要求3所述的图形光生成装置，其特征在于，包括光源、色分离合成元件、以及从光源至色分离合成元件的所有光学部件在内，将其形成一个单元。

38、一种投射型图形显示装置，其特征在于，配备有权利要求2至权利要求37中任一项所述的图形光生成装置。

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