CN101779163B

CN101779163B - 投影仪装置

Info

Publication number: CN101779163B
Application number: CN2008801033861A
Authority: CN
Inventors: 菅彰信; 内山贵之
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: EP2202576A4; EP2202576B1; WO2009051029A1; CN101779163A; US8537290B2; EP2202576A1; CN102707550B; US20120133851A1; CN102707550A

Abstract

投影仪装置包括：偏振分束器块，呈现长方体形状，包括相面对两个端面及四个侧面；光源，与一个侧面对置；照射光学系统，布置在光源与偏振分束器块之间，并将照射光转变成大致平行光导向到偏振分束器块；反射式液晶显示元件，与照射光输出面对置，并包括矩形显示区域，已经受偏振分离的照射光经由照射光输出面输出，被调制成调制光的照射光经由矩形显示区域输出到偏振分束器块；投影光学系统，利用通过使得经历偏振分离的调制光形成投影图像，将矩形显示区域的较短边设置为平行于端面。

Description

投影仪装置

技术领域

本发明涉及一种投影仪装置。

背景技术

相关技术中已知的投影仪装置包括被构造成紧凑单元并被安装在数码相机等等之上的投影仪装置(例如参见专利参考文献1和2)。在将用于图像读取的照射光导向到图像显示设备时，投影仪装置通过聚光透镜将发自光源的照射光转变成平行光，并随着平行光穿过偏振分束器(PBS)获得偏振光。上述图像显示设备例如可通过矩形反射式液晶显示元件构成。

专利参考文献1：日本特开专利公开No.2002-287084

专利参考文献2：日本特开专利公开No.2005-250392

发明内容

本发明要解决的问题

但是，在将光源和PBS布置为彼此靠近以实现投影仪装置的小型化时，离开聚光透镜的光必定会变得从平行光偏移，从而导致黑斑现象。另外，由于通过PBS传输的照射光照射显示元件的显示区域以外的周边区域，因此，不能最大效率地利用照射光。因此，对投影仪装置小型化所做的努力趋向于对投影仪的光学性能造成不利影响。

根据本发明的第一方面，一种投影仪装置包括：偏振分束器块，所述偏振分束器块采用长方体形状，包括相对于偏振分束面正交分布的两个端面以及垂直于所述端面的四个侧面；光源，所述光源被布置成与所述偏振分束器块的所述侧面的其中之一相对；照射光学系统，所述照射光学系统被布置在所述光源与所述偏振分束器块之间，并将发自所述光源的照射光转变成大致平行光，以将所述大致平行光导向到所述偏振分束器块；反射式液晶显示元件，所述反射式液晶显示元件被布置成与所述偏振分束器块的照射光输出面相对，并包括矩形显示区域，在所述偏振分束面已经受偏振分离的照射光经由所述照射光输出面输出，而通过所述矩形显示区域，已经受所述偏振分离的照射光被调制成调制光并且所述调制光被向所述偏振分束器块输出；以及投影光学系统，所述投影光学系统利用通过使得所述调制光在所述偏振分束面经受偏振分离而获得的光来形成投影图像，其中，所述反射式液晶显示元件被布置为将所述矩形显示区域的较短边设置为平行于所述端面。

优选的是，将所述矩形显示区域的所述较短边被设置成与所述端面平行，从而减小所述偏振分束面的偏振分束特性受到离开所述照射光学系统的光从理想平行状态偏移的不利影响的程度。

将面光源用作光源是可能的。

优选的是，将所述反射式液晶显示元件布置成使得所述矩形显示区域与相对于设置在所述照射光输出面周边的全反射光输出区域更内侧的区域相对。

此外，优选的是，所述投影仪装置相对于所述装置向前投影出沿着水平方向横向拉长的矩形投影图像；并且所述光源、所述照射光学系统、所述偏振分束器块以及所述反射式液晶显示元件沿垂直方向单行布置，并且所述反射式液晶显示元件被布置成使得所述矩形显示区域的较长边平行于所述矩形投影图像的较长侧而延伸。

优选的是，所述投影仪装置相对于所述装置向前投影出沿着水平方向横向拉长的矩形投影图像；并且所述光源、所述照射光学系统、以及所述偏振分束器块沿垂直方向单行布置，并且所述反射式液晶显示元件和所述偏振分束器块被布置成沿着投影方向单行布置，使得所述矩形显示区域的较长边平行于所述矩形投影图像的较长侧而延伸。

根据本发明的第二方面，一种投影仪装置包括：偏振分束器块，所述偏振分束器块采用长方体形状，包括相对于偏振分束面正交分布的两个端面以及垂直于所述端面的四个侧面；光源，所述光源被布置成与所述偏振分束器块的所述侧面的其中之一相对；照射光学系统，所述照射光学系统被布置在所述光源与所述偏振分束器块之间，并将发自所述光源的照射光转变成大致平行光，以将所述大致平行光导向到所述偏振分束器块；反射式液晶显示元件，所述反射式液晶显示元件被布置成与所述偏振分束器块的照射光输出面相对，并包括矩形显示区域，在所述偏振分束面已经受偏振分离的照射光经由所述照射光输出面输出，而通过所述矩形显示区域，已经受所述偏振分离的照射光被调制成调制光并且所述调制光被向所述偏振分束器块输出；以及投影光学系统，所述投影光学系统利用通过使得所述调制光在所述偏振分束面经受偏振分离而获得的光来形成投影图像，其中，所述反射式液晶显示元件被布置为使得所述矩形显示区域与相对于设置在所述照射光输出面周边的全反射光输出区域更内侧的区域相对。

根据本发明的第三方面，一种投影仪装置包括：偏振分束器块，所述偏振分束器块采用长方体形状，包括相对于偏振分束面正交分布的两个端面以及垂直于所述端面的四个侧面；光源，所述光源被布置成与所述偏振分束器块的所述侧面的其中之一相对；照射光学系统，所述照射光学系统被布置在所述光源与所述偏振分束器块之间，并将发自所述光源的照射光转变成大致平行光，以将所述大致平行光导向到所述偏振分束器块；反射式液晶显示元件，所述反射式液晶显示元件被布置成与所述偏振分束器块的照射光输出面相对，并包括矩形显示区域，在所述偏振分束面已经受偏振分离的照射光经由所述照射光输出面输出，而通过所述矩形显示区域，已经受所述偏振分离的照射光被调制成调制光并且所述调制光被向所述偏振分束器块输出；以及投影光学系统，所述投影光学系统利用通过使得所述调制光在所述偏振分束面经受偏振分离而获得的光来形成投影图像，其中，所述照射光学系统沿所述矩形显示区域的较短边比沿所述矩形显示区域的较长边给予更强的折射光焦度。

优选的是，所述反射式液晶显示元件被布置成使得所述矩形显示区域的所述较短边与所述端面平行而延伸，从而减小所述偏振分束面的偏振分束特性受到离开所述照射光学系统的光从理想平行状态偏移的不利影响的程度。

此外，可将所述反射式液晶显示元件被布置为使得所述矩形显示区域与相对于设置在所述照射光输出面周边的全反射光输出区域更内侧的区域相对。

可将所述照射光学系统构造成单透镜，所述单透镜将所述单透镜的一个表面形成为柱面，或将所述照射光学系统构造成包括非球面的单透镜。

本发明的效果

根据采用上述结构的本发明，能减小由投影仪装置的小型化对光学性能造成不利影响的程度。

附图说明

(图1)装配有实施例所实现的投影仪装置的数码相机，其中，(a)示出了处于非操作状态的数码相机，而(b)示出了处于投影状态的数码相机；

(图2)投影仪单元22的结构；

(图3)液晶显示元件224中采用的结构的示意图，其中，(a)以平面图示出了液晶显示元件，而(b)以侧视图示出了液晶显示元件；

(图4)液晶显示元件224和投影图像表现出的位置关系的图例，其中，(a)示出了在将P偏振光用作照射光时可能表现出的位置关系，而(b)示出了在将S偏振光用作照射光时可能表现出的位置关系；

(图5)离开聚光透镜222的光线的图例，其中，(a)示出了将P偏振光用作照射光时离开聚光透镜的光线，而(b)示出了将S偏振光用作照射光时离开聚光透镜的光线；

(图6)发自通过面光源构造的光源的光线的图例，其中，(a)示出了将P偏振光用作照射光时发自面光源的光线，而(b)示出了将S偏振光用作照射光时发自面光源的光线；

(图7)光入射角α与偏振分束性能之间的关系；

(图8)示出了PBS 223和液晶显示器224的透视图；

(图9)示出了如何可能发生重影的图例；

(图10)全反射光输出区域的图例；

(图11)位于液晶显示元件224的显示区域240的图例；

(图12)可与立方PBS 223结合使用的全反射光输出区域；

(图13)遮蔽件228的细节图例，其中，(a)以透视图示出了遮蔽件，而(b)以沿B1-B1截取的剖面图示出了遮蔽件；

(图14)遮蔽件228的另一示例，其中，(a)以透视图示出了遮蔽件，而(b)以沿B2-B2截取的剖面图示出了遮蔽件；

(图15)(a)以剖面图而(b)以放大图示出了相位差片相对于PBS 223的位置；

(图16)可用于1/4波片251的位置配置的另一示例；

(图17)(a)以平面图而(b)以侧视图示出了液晶显示元件224相对于PBS 223的位置；

(图18)对于显示区域240的由照射光覆盖的照射范围的图例，其中，(a)示出了圆形照射范围，而(b)示出了椭圆形照射范围；

(图19)装配有柱面透镜222B的照射光学系统；

(图20)在S偏振光与照射光学系统结合使用时可用于液晶显示元件224的位置配置，上述照射光学系统包括具有柱面CS的单透镜222；

(图21)在偏振分束薄膜223a分布所顺沿的方向与显示区域240的较短边延伸所顺沿的方向(y方向)一致时的结构；

(图22)数码相机1的变型的前视图；

(图23)将P偏振光用作照射光的投影仪单元22中所采用的结构，其中，(a)以侧视图示出了从照相机的侧面看的投影仪单元，而(b)示出了从照相机的后面看的投影仪单元；

(图24)将S偏振光用作照射光的投影仪单元22中所采用的结构，其中，(a)以侧视图示出了从照相机的侧面看的投影仪单元，而(b)示出了从照相机的后面看的投影仪单元。

具体实施方式

以下是参照附图对用于实施本发明的最佳实施方案的说明。根据本发明的投影仪装置为安装在照相机、便携式设备等等之上的超紧凑投影仪装置。图1示出了安装有实施例所实现的投影仪装置的数码相机。数码相机1包括主体10和透镜镜筒本体20。透镜镜筒本体20通过连结机构(未示出)被附接从而可相对于主体10旋转。

图1(a)示出了非操作状态下的数码相机，其中，透镜镜筒本体20相对于主体10未旋转。在主体10的顶面，布置有电源开关106、被操作以使数码相机进行摄影操作的快门释放按钮107以及被操作以打开/关闭投影仪装置(下文将其称作投影仪单元)22的PJ按钮108。

图1(b)示出了处于投影状态的数码相机，其中，透镜镜筒本体20已相对于主体10旋转了90°。装配有图像传感器和投影仪单元22的摄影单元20被布置于透镜镜筒本体20。在图1(a)所示的状态下，摄影单元21中的摄影镜头210朝着透镜镜筒20的上端而布置。另一方面，投影仪单元22的投影窗口22a朝着透镜镜筒20的底面而布置。随着通过旋转透镜镜筒20而使得投影窗口22a转到照相机的前面，且PJ按钮被操作以打开投影仪单元，投影图像在照相机的前面投射出来。

应当注意的是，由投影仪单元22投射的图像基于存储在主体10的记录介质中的图像数据或通过使摄影单元21进行摄影操作而获得的图像数据来显现表示。

图2示意性地示出了投影仪单元22的结构。投影仪单元22包括全部封装在外壳226内部的通过例如高亮度白色LED构成的光源221、聚光透镜222、偏振分束器(PBS)223、液晶显示元件224、投影透镜225以及遮蔽件228。液晶显示元件224被布置为与PBS 223的侧面(照射光输出面)紧密接触。液晶显示元件224通过反射式液晶面板构成，如LCOS。本实施例中实现的液晶显示元件224为反射式彩色液晶面板，其包括光接收元件，每个光接收元件均装配有二维阵列布置的滤色器。

应当注意的是，在实施例的说明中，将与图2所在图纸表面垂直而分布的PBS 223的表面称作侧面，而将垂直于4个侧面分布的表面称作端面。可通过将其间插有偏振分束膜的一对三角棱镜粘合在一起来形成如此的PBS 223。将偏振分束膜223形成为垂直于PBS 223的两个端面而分布，并将液晶显示元件224布置于PBS 223的侧面。

发自光源221的光在聚光透镜222基本上被转变成平行光，且离开聚光透镜的大致平行光被导向进入PBS 223。PBS 223处的偏振分束膜223a相对于入射照射光的光轴形成有45°的斜度，且已进入PBS 223的光中的P偏振光经由偏振分束膜223a而透射并照射液晶显示元件224。

已进入液晶显示元件224的光穿过液晶层而前进、在液晶显示元件224的反射电极处得以反射、沿反方向穿过液晶，最后射出液晶显示元件224。由于在施加电压到液晶层时，液晶层起到相位片的作用，从而，进入被施加电压的像素区域的P偏振光在其射出液晶显示元件224时已经被转变成S偏振光，且P偏振光在未施加电压的像素区域输出。例如，如果在液晶显示元件224上显示黑白图像，则P偏振光在白色区域上被调制成S偏振光，而P偏振光在黑色区域输出。

应当注意的是，由于在正常情况下必定会在光学玻璃上产生大约4％到8％的反射损耗，因此，将防反射涂层施加到图2中AR所示的表面上，以避免在PBS 223的入射面/出射面产生任何严重光损失。结果，由于避免了PBS 223的各个面的严重光损失，故确保了高透光率。通过例如可由电介质多层膜构成的防反射涂层，关于透射过每个表面的光量，能实现大约5％的增量。在PBS 223的端面，形成了在组装过程期间用于检验PBS 223的正确定位的记号223b。

如上所述，对应于显示的图像来调制已进入液晶显示元件224的P偏振光。已射出液晶显示元件224的调制光再次进入PBS 223，其中，该调制光在偏振分束膜223a处经受偏振分离过程。即，调制光中的P偏振光透射过偏振分束膜223a，而S偏振光在偏振分束膜223a被反射，并被导向到投影透镜225。经由投影透镜225利用在偏振分束膜223a反射的S偏振光在投影面上形成图像。

图3示出了液晶显示元件224中采用的结构的示意图，其中，(a)以平面图示出了液晶显示元件，而(b)以侧视图示出了液晶显示元件。由LCOS显示元件构成的液晶显示元件采用包括液晶层的结构，该液晶层保持在形成有反射电极的硅衬底231与形成有透明电极的玻璃衬底230之间。发自光源221的光经由玻璃衬底所在的侧进入液晶显示元件。参考数字232是指挠性印刷电路板(FPC)，且连接器单元234用树脂等等模制而成。

当指显示区域240的较长边时引用参考数字240a，而当指显示区域240的较短边时引用参考数字240b来描述实施例。另外，将较长边240a所在的液晶显示元件224的各侧称作较长侧，而将较短边240b所在的液晶显示元件224的各侧称作较短侧，如图3所示。虚线限定的矩形区域为显示区域240，与投影图像对应的图像被显示在该显示区域中。连接FPC 232而位于液晶显示元件224较长侧上的连接器单元234被形成为进一步突出超过玻璃衬底230和硅衬底231的边缘。

图4(a)示出了液晶显示元件224上显示的图像与投影图像之间可能表现出的关系。通过将显示区域240的较长边240a设置为平行于投影图像的较长侧而将液晶显示元件224定位为在投影面上方投射直立矩形投影图像。通过采用此类位置配置，构造投影仪单元22所需的部件的数量减少，且实现了投影仪单元22的小型化。例如，如果在图4(a)中通过将显示区域240的较短边240b设置为平行于投影图像的较长侧来布置液晶显示元件224，则必须设置使得图像能旋转90°的光学系统以将如在图(4)所示的直立图像投射到投影面上方，这将导致部件的数量增加以及投影仪单元体积的增大。

应当注意的是，当将通过偏振分束膜223a分离的P偏振光用作照射光时，采用图2和图4(a)所示的用于液晶显示元件224的位置配置。另一方面，如果将S偏振光将用作照射光，则应如图4(b)所示地，将液晶显示元件224布置于跨过PBS 223与投影透镜225相反的侧上的位置。此外，在这种情况下，通过当定位液晶显示元件224时确保将显示区域240的较长边240a设置为平行于投影图像的较长侧，可实现与图4(a)所示的位置配置类似的优点。

当将投影仪单元22构造成本实施例中的超紧凑单元时，光源221与PBS 223之间的距离非常小。这意味着不能通过聚光透镜222(即，将发自光源221的光转变成平行光的光学元件)容易地将照射光转变成平行光，取而代之的是将形成圆锥形状的光束，其包括沿着斜方向的光射出，如图5所示。图5中，(a)示出了当P偏振光在其中液晶显示元件224和光源221被布置为彼此相对并且PBS 223布置于其间的构造中被用作照射光时所形成的光束，另一方面，图5中的(b)示出了当将S偏振光用作照射光时可采用的位置配置。

另外，如果光源221由如图6所示的面光源构成，则不能形成平行光。图6示出了可与由面光源构成的光源221结合使用的位置配置，且从面光源的左端和右端射出并进入显示元件的特定点的光线将以不同的入射角进入PBS的偏振分束膜。与图5一样，图6中的(a)和(b)分别示出了与被用作照射光的P偏振光结合使用的位置配置，以及与被用作照射光的S偏振光结合使用的位置配置。

《减小黑斑程度》

图5(a)中的实线所示的液晶显示元件224A被布置成使得显示区域240的较短边240b向图中的左右延伸。另一方面，通过确保显示区域240的较长边240a向左右延伸来布置两点点划线所示的液晶显示元件224B。另外，光线L11和L12为照射光线，它们进入液晶显示元件224A的显示区域240的左侧和右侧上的边界区域(较长边240a所在的区域)。光线L21和L22同样为照射光线，它们进入液晶显示元件224B的显示区域240的左侧和右侧上的边界区域(较短边240b所在的区域)。

如图3所示，液晶显示元件224的显示区域240采用矩形形状，并且因此，光线L21和L22进入偏振分束膜223a时形成的开角(相对于光轴J的倾斜角)大于光线L11和L12进入偏振分束膜223a时所形成的开角。

PBS 223的偏振分束性能受进入偏振分束膜223a的光的角度的影响。图7示出了光角度α与偏振分束性能之间的关系，其中，(a)示出了偏振分束膜223a与照射光形成的角度α，而(b)示出了P偏振光透光率的波长相关性。应当注意的是，图7(b)示出了入射光与偏振分束膜223a所形成的角度α为35°和55°时所测量的P偏振光透光率的示意图。

角度α为55°时，在450nm～700nm的波长范围内观测大致均匀的透光率，透光率随着波长从700nm减小到600nm而减小，但在角度α为35°时，透光率呈现450nm到600nm波长范围内的大致恒定值。为此，即便是在液晶显示元件224上的区域内显现出单色，但具有35°的入射角α的光被投射所在的区域比具有55°入射角α的光被投射所在的区域色彩更红。通常将此类染色现象叫做黑斑。

相对于图8的粗线箭头L100所示的yz平面中所测量的开角，即，相对于沿显示区域240的较短边240b延伸所在方向而测量的开角，来观测图7(b)所示的关系。在图8中的细线箭头L200所示的xz平面中测量的角度，即，沿显示区域240的较长边240a延伸所在方向而测量的开角，不会像yz平面中所测的角度那样多地影响透光率。

因此，将液晶显示元件224的较短边240b设置为与PBS 223的端面平行，以使得显示区域240的较长侧在更大范围内延伸所在的方向与偏振分束膜223a延伸所顺沿的方向(沿着X轴方向)一致。也就是说，将显示区域240的较长边240a设置为沿着x方向延伸，而将显示区域240的较短边240b设置为沿着y方向延伸。通过采用此位置配置，能减小沿着黑斑现象更严重的y方向测量的开角，从而有效地最小化黑斑现象的不利效果。

《避免重影》

图9示出了在试图小型化投影仪而减小PBS 223的尺寸时被称作重影的现象是如何发生的。假如光源221为点光源，则从光源221沿着斜方向发射的一些光(L300)进入PBS 223，然后在其在由字母A表示的范围(全反射光输出区域)上射出之前在PBS 223的侧面被全反射。一旦已在PBS块中被全反射的光L300进入液晶显示元件224的显示区域240，则该光在液晶显示元件224处被反射，然后由偏振分束膜223a反射到投影透镜225，容易导致重影现象。

为了避免此类重影现象的产生，必须将PBS 223的尺寸设定为确保相对于全反射光输出所覆盖的范围A进一步向内定位显示区域240。假如光源211与液晶显示元件224之间的距离在图9中保持不变，则全反射光进入所经过的范围的尺寸随着沿图中的左/右方向测量的PBS223的宽度变小而变大，而全反射光进入所覆盖范围的尺寸随着宽度变大而减小。

图10以放大方式示出了图9中的全反射区域。图10中，表示显示区域边界的虚线的位置被调整为匹配PBS 223侧面的位置。在此示例中，如果在图中将PBS 223的侧面向左边移位A/2的距离(图10中的两点点划线所示)，即，如果沿着左/右方向测量的PBS 223的宽度增加A，则能防止已于侧面全反射的光进入液晶显示元件224的显示区域240。能基于显示区域的尺寸以及照射光发散而形成如图9所示的圆锥状所在的发散点与显示区域之间的距离来估计由字母A表示的区域的尺寸。

图11示出了图8中从z轴的负侧看的PBS 223和液晶显示元件224。x0和y0表示分别沿着PBS 223的较长侧(沿着图中的左/右方向)截取及沿着其较短侧(沿着图中的上/下方向)截取的PBS 223的尺寸。也就是说，PBS 223采用长方体形状。另外，假定尺寸x0与沿着显示区域240的较长边240a截取的显示区域240的尺寸x1相等，则用Ax表示全反射光入射所覆盖的范围A的尺寸。因此，通过设定(1)表示的尺寸x0，可确保的是全反射光不会进入显示区域240，从而防止沿较长侧产生任何重影现象。也就是说，应将图11中的x2设定为x2＞Ax/2。

x0＞x1+Ax/2...(1)

同样，假定沿着较短边截取的尺寸y0与沿着显示区域240的较短边240b截取的显示区域240的尺寸y1相等，则用Ay表示全反射光入射所覆盖的范围A的尺寸。因此，通过设定(2)表示的尺寸y0，可确保的是全反射光不会进入显示区域240，从而防止沿较短侧产生任何重影现象。也就是说，应将图11中的y2设定为使得y2＞Ay/2。应当注意的是，如图10清楚地示出，沿较短侧截取的范围A的尺寸更大，因此，Ay＞Ax为真。

y0＞y1+Ay/2...(2)

另一方面，如果PBS 223采用立方体形状，如图12所示，即，如果x0＝y0，则每侧为不等式(1)表示的长度x0，从而满足防止重影需求以便于防止沿上述较长侧的重影现象。阴影区域为全反射光输出所经由的全发射光输出区域。由于显示区域240沿y方向相比于沿x方向采用更小的宽度，因此，沿y方向截取的PBS 223的尺寸在重影防止方面保证了相对于显示区域的充足余裕。

《遮蔽件的作用》

图13详细地示出了遮蔽件228，其中，(a)以透视图示出了该遮蔽件，而(b)以沿B1-B1截取的剖面图示出了该遮蔽件。应当注意的是，沿B1-B1截取的剖面图还包括液晶显示元件224的图例。如图11和图12所示，即便将PBS 223构造成紧凑单元以实现投影仪单元22的小型化，PBS 223处的照射光输出面范围大于显示区域240的范围的程度也至少对应于区域Ax和Ay。为此，在此实施例中将遮蔽件228布置在液晶显示元件224与PBS 223之间，从而防止已经进入液晶显示元件224的显示区域240上的外部区域(非显示区域)并且然后在液晶显示元件224被反射的光在PBS 223内分散。

对利用金属片材或树脂材料制成的遮蔽件228的表面进行处理(例如，黑色糙面精整处理)，以防止光在该表面上被反射。遮蔽件228的存在防止了液晶显示元件224的非显示区域的投影。另外，在将遮蔽件228安置于PBS 223时使用的导向件228a被形成在遮蔽件的如下区域的上方，即，在上述区域中，遮蔽件228沿着较短边240b遮蔽显示区域240的侧部，即，图13(a)中的顶部和底部区域以及图13(b)中的左部和右部区域，且因此，能以高精确度将遮蔽件228的开口228b定位于PBS 223的照射光输出面上的特定位置。

应当注意的是，图13(a)中遮蔽件228的左侧和右侧通过封装PBS223的外壳226的外壳壁面定位。但是，很明显，也可将导向件228a形成在遮蔽件228的左侧和右侧上(沿着显示区域的较长边240a的显示区域的侧部上)，如图13(a)中的两点点划线所示，从而通过导向件228a沿着上/下方向以及左/右方向定位遮蔽件228。应当注意的是，可利用胶合剂将遮蔽件228粘结到PBS 223上。作为可替代实施例，可将遮蔽件228附接到外壳226上，且PBS 223可在遮蔽件228的导向件228a之间滑动。

图14示出了遮蔽件228的另一示例，其中，(a)以透视图示出了该遮蔽件，而(b)以沿B2-B2截取的剖面图示出了该遮蔽件。遮蔽件228由一对遮蔽件构件构成，每一遮蔽件构件布置在显示区域240的较长边240a所在的侧部上。如果为了将投影仪单元222设置成紧凑单元而极大限度地小型化PBS 223，则在图13(a)中的遮蔽件228的顶部和底部测量的遮蔽件228的宽度变得极小，直到其等于图12中的Ax。从而，此区域在组装过程中极易变形，且如果该区域变形，组装过程将变得更费劲。

因此，在图14所示的示例中只单独遮蔽与显示区域240的较长边240a对应的较宽区域。每个遮蔽件构件228包括用于将遮蔽件228定位于PBS 223上的预定位置的导向件228a。

应在液晶显示元件224处对线偏振光调制，以便已进入液晶显示元件224的线偏振光随着线偏振光相对于入射光旋转90°而射出液晶显示元件。但是，由于不允许液晶分子呈现完全水平状态的预倾角，取而代之的是线偏振光通常不会精确地旋转90°，且偏振光将以椭圆偏振光输出，这倾向于降低对比度。因此，将起到相位差片作用的1/4波片251布置在液晶显示元件224与PBS 223之间，以将从液晶显示元件224射出的椭圆偏振光调整为线偏振光，并因此而提高对比度。

应当注意的是，参考数字250a和250b均表示线偏振器。线偏振器250a从发自光源221的光提取P偏振光(线偏振光)以透射过偏振分束膜223。另一方面，线偏振器250b具有从PBS 223输出的光中除去P偏振光的功能。

假如线偏振器250a、250b以及1/4波片均由片材构件构成，则它们很容易附着于PBS 223的表面。因此，将1/4波片251布置在遮蔽件228的开口处，如图15(b)所示。通过粘合层251b将1/4波片251附于PBS 223，该1/4波片251包括形成在光学膜251a的每个表面上的粘合层251b，以起到1/4波片的作用，然后通过另一粘合层将液晶显示元件224牢固地附于已被固定到PBS 223上的1/4波片251。

空气层在图13所示的构造中存在于液晶显示元件224与PBS 223之间。因此，由于存在折射率的明显差异，光线在各个表面上被反射而造成光损失。相反，在构成图15(b)所示结构中，通过将1/4波片251的厚度设定为大于遮蔽件228的厚度能防止此类空气层的形成，且通过确保构成粘合层251b的材料的折射率接近位于液晶显示元件224的玻璃衬底230(参见图3)的折射率以及PBS 223的光学构件的折射率能减小由上述反射造成的光损失的程度。

另外，1/4波片251所采用的形状与液晶显示元件224的显示区域240相同或者为如下的矩形形状，该矩形的区域尺寸大于显示区域240的区域尺寸，而比遮蔽件228的开口区域稍小。因此，由于遮蔽件228不覆盖1/4波片251或者1/4波片251不覆盖遮蔽件228，从而不会对投影图像产生不利影响。

图16示出了可与1/4波片251结合使用的位置配置的另一示例。在图16所示的示例中，1/4波片251采用足够大的尺寸以位于遮蔽件228与PBS 223之间以及遮蔽件上方。在这种情况下，可通过1/4波片251的粘合层251b将遮蔽件228固定在PBS 223上。由于在1/4波片251与液晶显示元件224之间定会形成间隙，因此，将折射率与粘合层251b的折射率接近的透明材料(如胶合剂)装填到间隙中。

通过如上所述将透明材料(例如，胶合剂)装填于1/4波片251与液晶显示元件224之间，能有效防止光损失的产生。另外，由于通过1/4波片251粘结遮蔽件228，能更容易地将遮蔽件布置在PBS 223上。

《更小的FPC安装空间》

如图3所示，液晶显示元件224的挠性印刷电路板(FPC)232在本实施例中被布置在液晶显示元件224的较长侧上。如之前的说明，假如PBS 223采用立方体形状，则与液晶显示元件的较短侧相比，能在液晶显示元件224的较长侧处形成更大空间，该更大空间实现了更大安装余裕。通过将FPC 232布置于如图3所示的液晶显示元件224的较长侧，能将用于FPC 232的连接器单元234安置在上述空间余裕中，从而减小连接器单元234突出超过PBS 223的位于图中右侧上的表面(参见图7)的程度。

此外，如图17所示，可利用与连接器单元234相反的侧上的空间余裕以朝向投射侧的偏移将液晶显示元件224布置在PBS 223上，从而确保连接器单元234不会突出超过PBS表面。在图17所示的示例中，表示液晶显示元件224与连接器单元234的宽度之和的宽度尺寸x3小于PBS 223的每一边的长度x0，因此，通过将显示区域240的较长边240a设定为接近全反射光输出区域的边界，可确保的是连接器单元234不会向右突出而超过PBS 223的位于图中右侧上的表面。

通过如上所述将连接器单元234布置于液晶显示元件224的较长侧，并以朝向投射侧的偏移布置液晶显示元件224，可使得FPC 232在PBS 223的拐角处弯曲更锐利的角度，这反过来进一步减小了安装FPC232所需的空间。应当注意的是，如图5(b)中所示，结合采用如下结构的投影仪单元，应以朝向光源侧的偏移布置液晶显示元件224，上述结构为其中S偏振光作为照射光输入到液晶显示元件224的结构。在此情况下，FPC 232的连接器单元将采用位于PBS 223右上方拐角处的位置，且FPC 232将弯曲而匹配PBS 223的上表面的外形。

另外，通过使得图17(b)中的字母E标示的PBS 223的拐角成斜角，FPC 232能以较大曲率半径弯曲。结果，FPC 232能更缓和地弯曲，且可将投影仪单元实现为更紧凑的单元。应当注意的是，由于液晶显示元件224以朝向相反侧(朝向投射侧)的偏移而布置，因此，字母E标示的区域能成斜角，从而允许FPC 232更缓和地弯曲，而不会对投影图像产生严重不利影响。

如果将连接器单元234设置于液晶显示元件224的较短侧，则表示液晶显示元件224的宽度与连接器单元234的宽度的和的宽度尺寸x3很可能大于PBS 223的每边的尺寸x0，且在这种情况下，FPC 232将需要大的安装空间而不容易实现小型化。

《照射光利用率的提高》

在上述实施例中，由于发自光源的光沿着x方向和y方向各向同性地射出，且聚光透镜222的折射光焦度被沿着x方向和y方向各向同性地施加，因此，液晶显示元件224上发出照射光的照明区域300呈现圆形，如图18(a)所示。但是，由于显示区域240为矩形，其具有x方向上的较长侧，照射阴影区域302的照射光得不到利用，从而造成浪费。

因此，使用图19所示的照射光学系统将图18(a)中的照明区域300再成形为图18(b)所示的横向拉长形状。图19中的照射光学系统除此前描述的聚光透镜222以外，还包括柱面透镜222B。形成有柱面CS的柱面透镜222B沿着y方向，即，显示区域240的较短边240b延伸所在的方向，施加折射光焦度。结果，由聚光透镜222和柱面透镜222B构成的照射光学系统在显示区域240的较短侧延伸所在的方向(y方向)上显现出高折射光焦度，而在显示区域的较长侧延伸所在的方向(x方向)上显现出低折射光焦度。

从而，减小了照明区域304的沿较短侧的范围，且照射光照射超过显示区域240的区域减小，借此提高了照射光的利用率。应当注意的是，沿较短侧给予强折射光焦度的照射光学系统的使用必定造成照射光沿较短侧比沿较长侧偏离理想平行状态的程度更严重，且该偏离很可能会致使黑斑程度的加重。但是，如图18(b)中所示，由于沿较短侧的照明范围在光轴周围将被缩小，即，由于照明区域304变得离光轴不那么远，从而，因从理想平行状态的偏离而造成的明暗现象不会变得明显。

尽管图19示出了可与被用作照射光的P偏振光结合使用的结构的示例，但也可结合S偏振光使用图20所示的结构。应当注意的是，在图19所示的示例中的照射光学系统由多个透镜构成，即透镜222和222B，从而沿y方向比沿x方向给予更强的折射光焦度的同时，将聚光透镜222的一个表面(入射面)形成为图20所示的示例中的柱面CS。采用此类单透镜结构，能实现投影仪单元的进一步小型化。另外，作为柱面的替代，非球面允许沿y方向给予更强的折射光焦度。

应当注意的是，在上述示例中，显示区域240的较长侧延伸所在的方向以及PBS 223的偏振分束膜223a顺沿分布的方向(图19中的x方向)一致，从而最小化黑斑程度。但是，如图21所示，偏振分束膜223a所顺沿分布的方向可与显示区域240的较短侧延伸所顺沿的方向一致，从而很简单地最大化照射光的利用效率。

(变型)

图22至图24示出了实施例的变型示例。图22示出了照相机的外形图。图22中的照相机1包括布置在照相机主体10内的摄影单元21和投影仪单元22。摄影单元21包括图像传感器211并通过位于照相机前表面的摄影窗口212捕获被摄体图像。投影仪单元22还包括窗口，即，位于照相机前表面的投影窗口22a，并在照相机的前面投射出投影图像。

图23示出了通过将P偏振光用作照射光而使其操作的投影单元22的结构。在图23中，(a)为从照相机的侧面看的投影仪单元的侧视图，而(b)示出了从照相机的后面看的投影仪单元。图中的投影仪单元与图2中的投影仪单元22的不同点在于，前者包括布置于投影透镜225后面的一级的三角棱镜227。还很明显的是，从照相机前表面侧开始到照相机后面侧，依次布置光源221、聚光透镜222和PBS 223。离开投影透镜225的投影光在三角棱镜227被反射向照相机前面的点，并经由外壳226的开口226a被投射到照相机前面的点。另外，将液晶显示元件224定向为使得显示区域240的较长边240a水平延伸以确保投影图像的较长侧水平地(沿图中的左/右方向)投射。

图24示出了在S偏振光被用作照射光时可用于液晶显示设备224的位置配置。图23(a)以及图24中的(b)分别示出了投影仪单元22的侧视图以及沿照相机的后面看的视图。在此构造中，液晶显示元件224布置在与PBS 223的侧面相对的位置处，被用作照射光的S偏振光经由PBS 223输出。

应当注意的是，尽管在上述实施例中将投影仪装置安装在数码相机上，但本发明不限于此示例，且也可将其用于安装在便携式设备(如代替数码相机的便携式电话)上的紧凑投影仪装置。另外，尽管已经参照优选实施例对本发明进行了具体说明和描述，但本发明不限于此示例，且本领域的技术人员将了解，只要表征本发明的特征保持完整，且在不脱离本发明的精神、范围和教导的前提下，可对其形式和细节进行各种改变。还应注意的是，可与任意一个或多个变型结合地使用实施例。

此处通过引用并入以下优先权申请的公开内容：

2007年10月18日提交的日本专利申请No.2007-271218，

2007年10月22日提交的日本专利申请No.2007-273867。

Claims

1.一种投影仪装置，包括：

偏振分束器块，所述偏振分束器块呈现长方体形状，包括相对于偏振分束面正交分布的两个端面以及与所述端面垂直的四个侧面；

光源，所述光源被设置成与所述偏振分束器块的所述侧面中的一个侧面相面对；

照射光学系统，所述照射光学系统被设置在所述光源与所述偏振分束器块之间，并将从所述光源发射出的照射光转变成大致平行光，以便将所述大致平行光导向到所述偏振分束器块；

反射式液晶显示元件，所述反射式液晶显示元件被设置成与所述偏振分束器块的照射光输出面相面对，已经在所述偏振分束面处经历偏振分离的照射光经由所述照射光输出面输出，并且所述反射式液晶显示元件包括矩形显示区域，通过所述矩形显示区域把已经经历所述偏振分离的照射光调制成调制光并将所述调制光输出到所述偏振分束器块，所述矩形显示区域至少包括较短边；以及

投影光学系统，所述投影光学系统利用通过使得所述调制光在所述偏振分束面处经受偏振分离而获得的光来形成投影图像，其中：

所述反射式液晶显示元件被设置为将所述矩形显示区域的所述较短边设定为与所述端面平行。

2.根据权利要求1所述的投影仪装置，其中：

面光源被用作所述光源。

3.根据权利要求1所述的投影仪装置，其中：

所述反射式液晶显示元件被设置成使得所述矩形显示区域与相对于设定在所述照射光输出面的周边处的全反射光输出区域而言更内侧的区域相面对。

4.根据权利要求1所述的投影仪装置，其中：

所述投影仪装置相对于所述装置向前投影出矩形投影图像，所述矩形投影图像沿着水平方向横向拉长；并且

所述光源、所述照射光学系统、所述偏振分束器块以及所述反射式液晶显示元件沿垂直方向成单行设置，并且所述反射式液晶显示元件被设置成使得所述矩形显示区域的较长边与所述矩形投影图像的较长侧平行地延伸。

5.根据权利要求1所述的投影仪装置，其中：

所述光源、所述照射光学系统以及所述偏振分束器块沿垂直方向成单行设置，并且所述反射式液晶显示元件和所述偏振分束器块被设置成沿着投影方向成单行设置，使得所述矩形显示区域的较长边与所述矩形投影图像的较长侧平行地延伸。

6.根据权利要求1所述的投影仪装置，其中：

所述矩形显示区域的所述较短边被设定为与所述端面平行，使得具有开角的所述照射光进入到所述矩形显示区域中，由所述偏振分束面和所述照射光形成的所述开角大于35°。

7.一种投影仪装置，包括：

反射式液晶显示元件，所述反射式液晶显示元件被设置成与所述偏振分束器块的照射光输出面相面对，已经在所述偏振分束面处经历偏振分离的照射光经由所述照射光输出面输出，并且所述反射式液晶显示元件包括矩形显示区域，通过所述矩形显示区域把已经经历所述偏振分离的照射光调制成调制光并将所述调制光输出到所述偏振分束器块；以及

8.一种投影仪装置，包括：

反射式液晶显示元件，所述反射式液晶显示元件被设置成与所述偏振分束器块的照射光输出面相面对，已经在所述偏振分束面处经历偏振分离的照射光经由所述照射光输出面输出，并且所述反射式液晶显示元件包括矩形显示区域，通过所述矩形显示区域把已经经历所述偏振分离的照射光调制成调制光并将所述调制光输出到所述偏振分束器块，所述矩形显示区域包括较短边和较长边；以及

所述照射光学系统沿所述矩形显示区域的所述较短边比沿所述矩形显示区域的所述较长边给予大的折射光焦度。

9.根据权利要求8所述的投影仪装置，其中：

所述反射式液晶显示元件被设置成使得所述矩形显示区域的所述较短边与所述端面平行地延伸，以便使所述偏振分束面处的偏振分束特性受到离开所述照射光学系统的光从理想平行状态偏移的不利影响的程度减小。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的投影仪装置，其中：

11.根据权利要求8所述的投影仪装置，其中：

所述照射光学系统被构造成单透镜，所述单透镜将所述单透镜的一个表面形成为柱面。

12.根据权利要求8所述的投影仪装置，其中：

所述照射光学系统被构造成单透镜，所述单透镜包括非球面。