CN101917632A - 显示装置及投影型照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示装置及投影型照明装置，对用于直视型液晶显示装置的照明光进行调光的调光部的尺寸和图像显示用液晶面板大致相同，从而形成高价。作为使从光源(110)射出的光量可变的调光部，用由比图像显示用液晶面板的尺寸小的，与映像信号对应地对入射光的强度进行调制的液晶面板构成的光调制部(150)。而且，由投影部(10)放大由光调制部根据映像信号对每个像素进行了调光的光束并投影在图像显示用液晶面板(170)上。因此，能够低成本地提供可以显示提高了对比度的映像的显示装置。

Description

显示装置及投影型照明装置

(本申请是2008年1月10日递交的发明名称为“显示装置及投影型照明装置”的申请200810002632.6的分案申请)

技术领域

本发明涉及用例如液晶面板等的光调制部对从光源射出的光进行光强度调制(以下，省略为“光调制”)并形成图像(光学像)的直视型显示装置，特别是涉及对从上述光源照射在光调制部上的光量进行调光，实现使显示图像的对比度提高的照明装置。

背景技术

近年来，规定在2011年地波模拟TV(电视)广播停播，随之，能够接收已经开始的高精细的(例如1920×1080个像素)地波数字TV(电视)广播的大画面的直视型图像显示装置正在普及中。

一般地说，在用于直视型图像显示装置的显示面板中，具有PDP(Plasma Display Panel(等离子显示面板))和液晶面板等，但是液晶面板与PDP比较对比度(也称为对比度)恶化约一个量级。因此，在用液晶面板的图像显示装置中，可以使用如下调光技术，即根据从映像信号检测出的图像的平均亮度、黑电平区域、白电平区域，对从背后照明液晶面板的照明装置进行控制，从而提高对比度。

作为与调光有关的已有技术，例如使从光源射出的光量可变的所谓的背光控制(例如请参照专利文献1)和由液晶面板对从光源射出的光量进行可变的控制(例如请参照专利文献2)等是众所周知的。

[专利文献1]日本特开2006-30588号专利公报

[专利文献2]日本特开平6-230367号专利公报

发明内容

专利文献1揭示了如下技术，即在光源中使用LED(发光二极管：Light Emitting Diode)，以像素单位对背光进行控制，形成清晰的图像。但是，当使液晶面板的1个像素与1个LED对应时，在地波数字TV广播的情形中，存在着像素数为1920×1080个，需要极大数量的LED，导致成本很大上升的担心。自然，即便使液晶面板的多个像素与1个LED对应，当考虑到高图像质量的控制时，也需要相当数量的LED，不能够避免成本大幅度上升。特别是，因为伴随着显示画面尺寸的大画面化(例如，37～60英寸)，与1个LED对应的像素数减少，所以可能使成本显著地上升。

又，专利文献2，在光源和图像显示(图像形成)用的液晶面板(以下，为了与后述的液晶面板区别，称为“图像显示用液晶面板”)之间，配置着使从光源射出的光量可变的液晶面板。本技术是在全范围中用同一控制量使从光源照射在液晶面板上的光量可变的技术。本发明者们注意到在对该技术进行考察的过程中，如果用本技术对每个像素实施光量控制，则可以对与液晶面板的像素数相应的明亮程度(亮度)进行调光。但是，当应用于直视型图像显示装置时，作为液晶面板需要与图像显示用液晶面板相同尺寸的面板，同样导致成本上升。该成本上升，伴随着显示画面尺寸的大画面化，变得显著了。又，因为为了调光用液晶面板，所以需要将偏光板配置在入射侧，因为从光源射出的光的约一半不能够利用，所以也具有亮度变暗那样的课题。

本发明就是鉴于上述课题提出的，本发明的目的是提供可以低成本地得到高图像质量的映像的并且可以提高的调光技术。

为了实现上述目的，本发明的特征是：具有图像显示用的第一光调制部、和为了对来自光源的光进行调制的，持有比上述显示用光调制部小的面的第二光调制部，将由该第二光调制部调制了的光放大投影在第一光调制部上。

根据上述构成，因为能够由第二光调制部用像素单位对从光源射出的光量进行调制实施调光，并且能够减小第二光调制部的尺寸，所以可以低成本地实现精度良好的调光。

又，也可以在光源和第二光调制部之间，设置将来自上述光源的光变换成所希望方向的偏振成分的偏光变换部。因此，能够将从光源射出的没有偏振的光汇集在规定的偏光方向上，能够高效率地利用来自光源的光。

如果根据本发明，则可以低成本地得到高图像质量的映像。

附图说明

图1是模型地表示根据本发明的一个实施方式的照明装置的构成图。

图2是表示与本发明的投影装置的基本的光学系统的构成的剖面图。

图3是构成投影装置的投影透镜的立体图。

图4是投影透镜的剖面图。

图5是与本实施方式有关的YZ剖面中的投影光学系统的光线图。

图6是与本实施方式有关的XZ剖面中的投影光学系统的光线图。

图7是表示与本实施方式有关的投影光学系统的畸变性能的图。

图8是表示与本实施方式有关的投影光学系统的点性能的图。

图9是表示与本实施方式有关的菲涅尔透镜片的模型构成图。

图10是设定构成折射区域160D的折射型菲涅尔透镜的棱镜面形状的方法的说明图。

图11是表示在折射区域160D中的棱镜面和原始面的关系的图。

图12是根据实施例1的照明装置的模型构成图。

图13是包含光轴沿液晶面板的长边切断根据实施例1的偏光变换元件的剖面构成图。

图14是根据实施例2的照明装置的模型构成图。

图15是根据实施例3的图像显示装置的模型构成图。

符号说明

2......投影透镜，4......自由曲面镜，5......平面反射镜，9......光轴，10......投影装置，12......前群，13......后群，14......光路弯折镜，21......画面中央光线，22、23......光线，25......光线，30......偏光变换部，31......透光性部件，32......PBS膜，33......反射膜，34......λ/2相位差板，35......开口部，37......光线，41......PBS棱镜，41a......PBS膜，41b......出射面，42......全反射棱镜，42a......全反射膜，42b......出射面，43......λ/2相位差板，100......照明装置，101......灯，102......反射镜，103......反射镜，110......光源，115......光轴，S115......光轴面，116......光轴，120......多透镜方式积分仪，121......第一多透镜元件，122......第二多透镜元件，125......光漏斗，125a......入射面，125b......出射面，130、130A、130B......偏光变换元件，141......重叠透镜，142......聚光透镜，145......场透镜，146......场透镜，150......液晶面板，150B......液晶面板，151......偏光板，152......PBS棱镜，153......偏光板，160......菲涅尔透镜片，160D......折射区域，160E......全反射型区域，161......基材，162......折射型菲涅尔透镜，163......棱镜面，164......原始面，165......左右均等地垂直分割菲涅尔透镜片的面，166......旋转轴，167......全反射型菲涅尔透镜，1671......折射面，1672......全反射面，170、170B......图像显示用液晶面板，180......彩色转盘，181......R光滤光器，182......G光滤光器，183......B光滤光器，191......映像信号，192......面板驱动电路，195......面板驱动电路，L61......光线，L66......光线

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明根据本发明的优选实施方式。此外，在各图中，对于有相同功能的要素附加相同标号进行表示，对已经说明的要素就省略其重复说明。

与本实施方式有关的照明装置，作为使从光源射出的光量可变的调光部，使用由比图像显示用光的调制部的尺寸小的、与映像信号对应地对入射光的强度进行光调制的照明用的光调制部。而且，其特征是形成用投影装置放大由光调制部对每个像素进行光调制实施了调光的光束，照明图像显示用光调制部的构成。在本实施方式中，因为将与图像显示用光调制部的画面尺寸相比，十分小的光调制部作为调光部，所以能够制成低成本的照明装置。

图1是以模型表示根据本发明的一个实施方式的照明装置的构成图。在图1中，为了容易理解起见，无视实际尺寸以模型表示各构成要素。又，在下面的实施例中，以使用投下型的液晶面板作为光调制部为例进行说明。

在图1中，从背后对作为第一光调制部的用来显示彩色的图像显示用液晶面板170进行照明的本实施方式的照明装置100包含，朝向图像显示用液晶面板170的顺序配置的，射出大致白色光的光源110、作为将从光源110射出的没有偏振的光变换成所希望方向的偏振成分并汇集的偏光变换部的偏光变换元件130、作为对来自偏光变换元件130的光(白色光)进行光调制实施调光的第二光调制部的液晶面板150、放大由液晶面板150调光后光束并向图像显示用液晶面板170投影的由投影装置10、和作为以将来自投影装置10的光束大致垂直地入射到图像显示用液晶面板170的入射面的方式变换的光方向变换部的菲涅尔透镜片160。

图像显示用液晶面板170，经面板驱动电路192根据映像信号191对从照明装置100照射的光进行光调制(光强度调制)形成显示图像的图像光(彩色)并射出。这里，是用于横纵比16∶9，像素数1920×1080，画面尺寸(画面显示有效区域的对角尺寸L1)约为27～60英寸的大画面直视型液晶面TV的有源矩阵驱动的TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)型液晶面板。一般，TFT型液晶面板的对比度约为1000∶1。此外，图像显示用液晶面板170在入射侧和出射侧具有偏光板，但是省略了图示。

光源110包含例如射出大致白色光的高亮度的高压水银灯等的灯101、和从背后覆盖灯101并反射来自灯101的白色光而变换成平行光的旋转抛物面形状的反射器102。在本实施方式中，因为将从光源110射出的光，如后所述地，照射在与图像显示用液晶面板170比较十分小的，进行通过光调制实施提高对比度的调光的照明用的液晶面板150上，所以能够使用高压水银灯等的放电灯。

从灯101射出的光，例如被具有旋转抛物面形状的反射面的反射器102反射，变得与光轴115大致平行，从光源110射出大致平行的光束。将从光源110射出的光入射到偏光变换元件130中。

偏光变换元件130，将从光源110射出的没有偏振的光汇集成规定的偏光方向的偏光。将通过偏光变换元件130成为规定偏光的光入射到液晶面板150上。

液晶面板150，经面板驱动电路195根据映像信号191进行光调制(光强度调制)对每个像素形成具有浓淡的光学像(以下，称为“调光像”)。这里，为了降低面板价格，用横纵比16∶9，WVGA的像素数852×480(当成本优先时也可以用WQVGA的像素数400×240)，画面尺寸(画面显示有效区域的对角尺寸L2)约为0.4～1.3英寸的单矩阵驱动的TN型液晶面板(透过型液晶面板)。

这种液晶面板能够适用于例如用于背面投射型显示装置的液晶面板。通常，为了全色显示将与红、绿、蓝色的映像对应的RGB信号中的任何一个供给用于背面投射型显示装置的液晶面板。但是，在本实施方式中，因为液晶面板150(不需要考虑全色显示)可以对每个像素调制光强度，所以不供给RGB信号而供给亮度信号(Y信号)。即，在本实施方式中，从面板驱动电路192将RGB信号作为映像信号供给图像显示用液晶面板170，另一方面，从面板驱动电路195将亮度信号作为映像信号供给照明用的液晶面板150。作为该亮度信号，也可以用由未图示的Y/C分离电路进行分离，并且由未图示的映像处理电路进行了规定的信号处理(例如对比度调整，γ校正等)的Y信号。又，也可以用对供给图像显示用液晶面板170的RGB信号进行矩阵运算得到的Y信号。当然，也可以作为映像信号将RGB信号中的某一个周期地顺次供给照明用的液晶面板150。

一般，TN型液晶面板的对比度约为700∶1比TFT型低。但是，在本发明中，因为对比度成为液晶面板150的对比度和图像显示用液晶面板170的对比度之积，所以能够使用价格便宜的面板，并显著地提高对比度。又，为了降低面板价格，用图像分辨率低于图像显示用液晶面板170的图像分辨率的WVGA的面板。从而，液晶面板150的1个像素与图像显示用液晶面板170的多个像素对应，但是即便对应像素数少，因为对应像素区域的尺寸十分小，所以能够充分允许作为高精细的调光。此外，液晶面板150在入射侧和出射侧具有偏光板，但是省略了它们的图示。

面板驱动电路195，具有缩放(scaling)功能(未图示)，对映像信号191，与液晶面板150的图像分辨率对应地进行缩放等的图像处理。此后，用众所周知的平均亮度信息、黑电平区域检测、白电平区域检测等的图像信息分析功能(未图示)，根据这些分析信息，驱动液晶面板150，形成经过光调制的调光像(光学像)。又也可以从面板驱动电路195，将与供给图像显示用液晶面板170的RGB信号对应的亮度信号(需要时与液晶面板150的图像分辨率对应地进行缩放处理)供给液晶面板150。

投影装置10，放大在液晶面板150上形成的调光像并投影到图像显示用液晶面板170上。但是，当用投影装置时，图像显示装置的深度尺寸变厚。因此，将在后面述说它的详细情况，但是为了极力减少深度尺寸，用斜投影。

而且，投影装置10，因为将液晶面板150的调光像投影在图像显示用液晶面板170上，所以需要满足下列条件。

10＜L1/L2＜150(公式1)

液晶面板最小现在约为0.48英寸(对角尺寸)，将0.4英寸看作限度。因此，如果令液晶面板150的画面尺寸为L2＝0.4英寸，图像显示用液晶面板170的画面尺寸为L1＝60英寸，则L1/L2＝150。当L1/L2超过150时，产生照射在图像显示用液晶面板170上的亮度变暗那样的问题。因此，希望L1/L2在150以下。下限与液晶面板150的画面尺寸有关，但是当接近图像显示用液晶面板170的画面尺寸时，因为与降低成本无关，所以希望至少L1/L2＝10以上。一般将接近用于投影型图像显示装置的上限的画面尺寸L2＝1.3英寸的面板作为液晶面板150，如果令图像显示用液晶面板170的画面尺寸为L1＝27英寸，则约有L1/L2＝20，能够满足上述条件。

菲涅尔透镜片160是以将来自投影装置10的倾斜光大致垂直地入射到图像显示用液晶面板170的入射面的方式进行变换的光方向变换部。在构成菲涅尔透镜片160的基材161的一个面(这里与图像显示用液晶面板170侧相反侧的面)上，同心圆状地形成多个对入射角在规定值以内的光进行折射并射出的折射型菲涅尔透镜162和对入射角在规定值以上的光进行全反射并射出的全反射型菲涅尔透镜167。而且，通过由折射型菲涅尔透镜162和全反射型菲涅尔透镜167与入射角度相应地对来自投影装置10的光进行折射或全反射，使其大致垂直地入射到图像显示用液晶面板170的入射面上(详细情况后述)。

如以上所述的那样，在本实施方式中，用尺寸小的液晶面板150，使液晶面板150的一个像素与图像显示用液晶面板170的多个像素对应，根据映像信号进行光调制，形成调光像。而且，由投影装置10放大该调光像投影在图像显示用液晶面板170上。因此，因为作为图像显示装置的对比度等于液晶面板150的对比度和图像显示用液晶面板170的对比度之积，所以能够显著地提高对比度。

另一方面，使用与图像显示用液晶面板170比较，十分小的液晶面板150，加之也能够减小光源110的尺寸。从而，与使用尺寸与图像显示用液晶面板170相同的高价的液晶面板和并列地配置多个LED构成的光源(背光)的已有技术比较，追加投影装置和菲涅尔透镜片，但是因为能够使用低图像分辨率的液晶面板，所以能够使照明装置的价格降低到2/3～1/2。

进一步，通过可以交换各个液晶面板150和光源110的方式，也能够大幅度地提高服务性。

在上述中，使图像显示用液晶面板的多个像素与液晶面板的1个像素对应，但是本发明不限定于此，也可以使彩色图像显示用液晶面板的1个像素(1个像素包含一组R像素、G像素、B像素)与液晶面板的1个像素对应，这是不言而喻的。

又，将高压水银灯用作光源，但是也可以用白色光的LED和激光器。当用1个LED和激光器光量不足时，也可以排列多个LED和激光器。

又，作为调光用的光调制部用透过型液晶面板，但是代替它，也可以用反射型光调制元件例如反射型液晶面板(LCOS：Liquid Crystalon Silicon(在硅上的液晶))和微镜(Micro-Mirror)等。

下面，说明投影装置的一个实施例。这里，为了极力减小图像显示装置的深度尺寸，应用发明者们提出申请的日本特开2006-292900号专利公报中记载的投影装置。

图2是表示图像显示装置中的投影装置的基本光学系统的构成的剖面图。在XYZ正交座标系中的YZ剖面中表示光学系统的构成。这里，将XYZ正交座标系的原点作为液晶面板150的显示画面的中央，Z轴与图像显示用液晶面板170的法线8平行。Y轴与图像显示用液晶面板170的显示画面的短边平行，与图像显示用液晶面板170的纵(上下)方向相等。X轴与图像显示用液晶面板170的显示画面的长边平行，与图像显示用液晶面板170的横(左右)方向相等。又，图3是构成投影装置的投影透镜的立体图，图4是省略投影透镜中的光路弯折进行表示的投影透镜的剖面图。此外，在图2中，为了使图示简略化，省略作为光方向变换部的菲涅尔透镜片160。

如图2所示，投影装置10，在从液晶面板150向着菲涅尔透镜片160，图像显示用液晶面板170的光路中，包含着从液晶面板150侧顺序地配置的投影透镜2、作为第一反射镜的自由曲面镜4和作为第二反射镜的平面反射镜5。

由投影透镜2将液晶面板150的显示画面上的调光像投影到图像显示用液晶面板170上。这时，当直线地投影时需要规定的距离，图像显示装置的深度尺寸变长。即，图像显示装置的深度尺寸变厚。因此，由自由曲面镜4和平面反射镜5使从投影透镜2向图像显示用液晶面170的光路(例如由光线21、22、23表示的光路)折返，减小图像显示装置的深度尺寸。进一步，使从液晶面板150的画面中央射出向图像显示用液晶面板170的画面中央的光线21(以下，称为“画面中央光线”)对图像显示用液晶面板170的入射面非垂直(一般，将这样的投影称为“斜投射”)，减小图像显示装置的深度。

投影透镜2，如从图2、图4可以看到的那样，由具有旋转对称的面形状的多个折射透镜构成的前群12和包含至少一个面具有旋转非对称的自由曲面形状的透镜(以下，称为“自由曲面透镜”)的后群13构成。

在图2中，因为投影透镜2的长度很长，所以液晶面板150的位置对图像显示用液晶面板170的法线8的方向变远，不一定看到深度变厚。但是，这里，如图3所示，在与X轴(即，图像显示用液晶面板的长边)平行地配置的前群12的途中配置光路弯折镜14，使前群12的光轴9(即投影透镜的光轴)向Z轴方向(即，与图像显示用液晶面板的法线8平行的方向)弯折，防止深度增大。当然，本发明不限定于此，也可以在自由曲面透镜4和投影透镜2的后群13之间，或投影透镜2的前群12和后群13之间配置使光路弯折的光路弯折镜。

在本实施方式中，如图2所示，液晶面板150，将它的显示画面的中央配置在投影透镜2的光轴9上。从而，从液晶面板150的显示画面的中央射出通过投影透镜2的入射光瞳的中央向着图像显示用液晶面板170的画面中央的画面中央光线21沿投影透镜的光轴行进。该画面中央光线21，在自由曲面透镜4的反射面上的点P2反射后，在平面反射镜5上的点P5反射，以对图像显示用液晶面板的入射面的法线8形成规定角度(θs)的方式(即倾斜地)入射到图像显示用液晶面板170的画面中央的点P8上。

这是沿投影透镜2的光轴9通过的光线倾斜地入射到图像显示用液晶面板170，实质上对图像显示用液晶面板170倾斜地设置投影透镜2的光轴。在这种方法中当倾斜地入射到图像显示用液晶面板上时，除了发生投影的长方形形状变成梯形的所谓的梯形畸变外，也发生对光轴不是旋转对称的种种像差。因此，在本实施方式中，用投影透镜2的后群13和自由曲面透镜4的反射面对它们进行校正。

在图2所示的剖面内，令从液晶面板150的画面下端通过投影透镜2的入射光瞳的中央射出，入射到与其对应的图像显示用液晶面板170的画面上端的点P9的光线为光线22。又，令从液晶面板150的画面上端通过投影透镜2的入射光瞳的中央射出，入射到与其对应的图像显示用液晶面板170的画面下端的点P7的光线为光线23。从图2可见，从点P3经过点P6到达点P9的光路长比从点P1经过点P4到达点P7的光路长长。这意味着从投影透镜2看，图像显示用液晶面板170的像点P9比像点P7远。因此，如果与图像显示用液晶面板170的像点P9对应的物点(液晶面板150的显示画面上的点)在更接近投影透镜2的点上，又，与像点P7对应的物点在离开投影透镜2更远的点上，则能够校正像面的倾斜。因此，使液晶面板150的显示画面中央的法线矢量对投影透镜2的光轴倾斜。具体地说，可以使上述法线矢量，在YZ平面内，向图像显示用液晶面板170的所处位置方倾斜。为了得到对光轴倾斜的像平面使物平面倾斜的方法是众所周知的。但是，在实用的大画角，发生由物平面倾斜引起的像面对光轴非对称的变形，难以用旋转对称的投影透镜进行校正。因此，在本实施方式中，用不是旋转对称，即旋转非对称的自由曲面，与非对称的像面变形对应。因此，通过使物平面倾斜能够很大地减少低次的像面畸变，对辅助由自由曲面进行的像差校正是有效的。

下面，说明各光学要素的作用。

投影透镜2是主透镜，使其前群12将液晶面板150的显示画面上的调光像投影在图像显示用液晶面板170上，校正旋转对称的光学系统中的基本的像差。投影透镜2的后群13包含旋转非对称的自由曲面透镜。这里，自由曲面透镜，如从图2、图3、图4可以看到的那样，以相对其光射出方向凹入的方式进行弯曲，而且，自由曲面透镜的、向图像显示用液晶面板170的下端的光线23通过的部分的曲率比向图像显示用液晶面板170的上端的光线22所通过的部分的曲率大。

自由曲面镜4具有旋转非对称的自由曲面形状的反射面。这里，自由曲面镜4作为以它的一部分对光的反射方向突出的方式进行弯曲的、旋转非对称的凸面镜。具体地说，使自由曲面镜4的、反射向图像显示用液晶面板170的下方的光的部分(P1)的曲率比反射向图像显示用液晶面板170的上方的光的部分(P3)的曲率大。换句话说，在自由曲面镜4的YZ剖面(图像显示用液晶面板170的画面纵方向的剖面)中，对由自由曲面镜4反射画面中央光线21的位置P2，使P1-P2间的尺寸和P3-P2间的尺寸不同，下列公式成立。

P1-P2间的尺寸＜P3-P2间的尺寸(公式2)

又，也可以使自由曲面镜4的、反射向图像显示用液晶面板170的下方的光的部分(P1)成为在该光的反射方向凸出的形状，反射向图像显示用液晶面板170的上方的光的部分(P3)成为在光的反射方向凹入的形状。

通过上述自由曲面透镜和自由曲面镜的作用，主要，校正由斜入射产生的像差。即，在本实施方式中，自由曲面镜4主要校正梯形畸变，投影透镜2的后群13主要校正像面畸变等的非对称的像差。

这样，在本实施方式中，投影透镜2至少包含1个旋转非对称的自由曲面透镜，自由曲面镜4成为旋转非对称的自由曲面形状的反射镜。因此，可以校正由斜投影产生的梯形畸变和像差两者。

下面，用图5、图6和表1到表4例示具体的数值，说明以上述说了的透影装置的光学系统。

图5和图6表示根据数值例的与本实施方式有关的投影装置的光学系统的光线图。在上述的XYZ正交座标系中，图5表示YZ剖面中的构成，图6表示XZ剖面中的构成。投影透镜2，如图3中所述的那样，在前群12的途中配置着光路弯折镜14，但是在图5中省略了该光路弯折镜14，表示沿Z轴方向展开光学系统。这也与图4同样。光路弯折镜，在设置位置和角度中存在若干任意性，又不影响各光学要素的功能。因此，在下面的说明中，省略光路弯折镜而进行说明。

图5的下侧显示的从液晶面板150射出的光，在包含多个透镜的投影透镜2中，首先通过只由只具有旋转对称形状的面的透镜构成的前群12。而且，通过包含旋转非对称的自由曲面透镜的后群13，被自由曲面镜4的反射面反射。该反射光，在被平面反射镜5反射后，入射到图像显示用液晶面板170。

这里，投影透镜2的前群12由全部具有旋转对称形状的折射面的多个透镜构成，在各折射面中4个为旋转对称的非球面，其它为球面。这里用的旋转对称的非球面，用每个面的局域圆筒坐标系，由下列公式表示。

[公式3]

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A\·r^4+B\·r^6+C\·r^8+D\·r^{10}+E\·r^{12}+F\·r^{14}+G\·r^{16}+H\·r^{18}+J\·r^{20}$

这里，r是离开光轴的距离，Z表示下降量。又，c是在顶点的曲率，k是圆锥常数，从A到J是r的幂乘项的系数。

在投影透镜2的后群13中的自由曲面透镜，用将各面的面顶点作为原点的局域正交坐标系(x，y，z)，由包含X，Y的多项式的下列公式表示。

[公式4]

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\·\underset{n}{\mathrm{\Σ}}(C(m,n)\·x^m\·y^n)$

这里，Z表示在与X，Y轴垂直的方向中自由曲面形状的下降量，c是在顶点的曲率，r是在X，Y轴的平面内的离开原点的距离，k是圆锥常数，C(m，n)是多项式的系数。

表1表示与本实施方式有关的光学系统的数值数据。在表1中，S0～S23分别与图4所示的标号S0～S23对应。这里，S0表示液晶面板150的显示面，即物面，S23表示自由曲面镜4的反射面。又S24，虽然在图4中没有表示，但是表示图像显示用液晶面板170的入射面，即像面。此外，在图4中，上图表示与本实施方式有关的投影透镜2和自由曲面镜4的YZ剖面图，下图表示该光学系统的XZ剖面图。

在表1中，Rd是各面的曲率半径，在图5中曲率中心在面的左侧时用正值表示，当相反时用负值表示。又在表1中TH是面间距离，表示从该透镜面的顶点到下一个透镜面的顶点的距离。对某个透镜面，当下一个透镜面位于图5中的左侧时，面间距离用正值表示，位于右侧时用负值表示。进一步，在表1中S5、S6、S17、S18是旋转对称的非球面，在表1中容易理解地在面的号码后面附加“*”地进行表示。在表2中表示这4个面的非球面系数。

在表1中，从S19到S22是包含在投影透镜2的后群13中的自由曲面透镜的各折射面，S23如上述那样是自由曲面透镜4的反射面，在面的号码后面附加“#”地进行表示。在表3中显示了表示这5个自由曲面形状的系数的值。

在本实施方式中，使作为映像显示元件11的显示画面的物面对投影透镜2的光轴倾斜-1.163度。倾斜的方向，用正值表示将在图5的剖面内物面的法线反时钟旋转的方向。从而，在本实施例中使物面在图5的剖面内，从与投影透镜2的光轴垂直的位置沿顺时钟旋转的方向倾斜1.163度。

S23的自由曲面镜4，将它的局域坐标的原点设置在投影透镜2的光轴上。而且，使在自由曲面镜4的局域坐标的原点上的法线，即Z轴，从与投影透镜2的光轴平行的位置倾斜29度地进行配置。倾斜方向与上述物面同样令在图5的剖面内反时钟旋转的方向为正，从而形成反时钟旋转地倾斜。因此，使从液晶面板150的画面中央射出大致沿投影透镜2的光轴行进的画面中央光线，在被S23反射后，沿只对投影透镜2的光轴倾斜上述倾斜角度2倍的58度的方向行进。这里，将通过S23的坐标原点，对投影透镜2的光轴的S23的倾斜角度2倍倾斜的方向作为反射后的新的光轴，将以后的面配置在该光轴上。表1的S23所示的面间隔的值-400表示下一个S24在S23的右侧，将局域坐标的原点配置在沿上述反射后的光轴400mm距离的点上。以后的面也根据相同的规则进行配置。

图4表示在本实施例中的，各面的局域坐标系的倾斜或偏心的样子。在表4中，在面号码的右侧表示着倾斜角度和偏心值，ADE是在与图5的剖面平行的面内的倾斜大小，其显示规如上所示。又，YDE是偏心的大小，将偏心设定在与图5的剖面平行的面内并且与光轴垂直的方向上，在图5的剖面中令到下侧的偏心为正。又，在本实施例中，令YDE为0(即没有偏心)。

在本发明中，将全部光学要素的倾斜和偏心设定在与图示的剖面平行的剖面内的方向上。

从表1，表3，可以看到在本实施例中，曲率c和圆锥系数k成为0。在斜入射的方向发生极端大的由斜入射引起的梯形畸变，在与其垂直的方向上畸变量小。从而，在斜入射的方向和与其垂直的方向上，需要大幅度不同的功能，通过不利用在旋转对称中全方向上起作用的上述曲率c和圆锥系数k，能够良好地校正非对称的像差。

[表1]

表面	Rd	TH	nd	vd
					S0	无穷大	10.00
S1	无穷大	31.34	1.51827	48.0
					S2	无穷大	7.06

S3	246.358	4.65	1.85306	17.2
					S4	-84.858	18.00
S5*	-83.708	9.00	1.49245	42.9
					S6*	-75.314	0.10
S7	41.651	9.32	1.49811	60.9
					S8	-42.282	2.50	1.76014	20.0
S9	29.550	0.10
					S10	29.476	9.00	1.49811	60.9
S11	-79.153	25.90
					S12	无穷大	9.10
S13	-265.353	6.00	1.85306	17.2
					S14	-53.869	65.00
S15	-24.898	4.19	1.74702	33.2
					S16	-58.225	9.00
S17*	-27.332	10.00	1.49245	42.9
					S18*	-32.424	2.50
S19#	无穷大	8.00	1.49245	42.9
					S20#	无穷大	20.51
S21#	无穷大	8.00	1.49245	42.9
					S22#	无穷大	160.99
S23#	无穷大	-400.00	反射

S24	无穷大	305.00	反射
					S25	无穷大	---

[表2]

[表3]

[表4]

表面	ADE(°)	YDE(mm)
			S0	-1.163	0.0
S23	29.000	0.0

S24	-43.000	0.0
			S25	30.000	0.0

上述表1～4的数值是当将在液晶面板150的画面上的16×9范围的光调制后的光学像(调光像)投影到图像显示用液晶面板170的画面上的1452.8×817.2的大小时的一个例子。在图7中表示了这时的图形畸变。图7的纵方向是图5的上下方向，是Y轴方向。图7的横方向是在图像显示用液晶面板170上与Y轴正交的方向，图的长方形的中央是画面的中央。图中，通过显示4分割画面的纵方向，8分割画面的横方向的直线的弯折状态表示图形畸变的样子。

图8表示本数值实施例的点图。在图8中，在液晶面板150的显示画面上，用X，Y坐标的值，从上到下顺序地表示从(8，4.5)、(0，4.5)、(4.8，2.7)、(8，0)、(0，0)、(4.8，-2.7)、(8，-4.5)、(0，-4.5)这样8个点射出的光束的点图。单位是mm。各点图的横方向是图像显示用液晶面板170上的X方向，纵方向是图像显示用液晶面板170上的Y方向。这样，两者一起都维持良好的性能。

以上，述说了投影装置的一个实施例。此外，在上述中，以从投影透镜2射出的光线被自由曲面透镜4反射，进一步被平面反射镜5折返向着图像显示用液晶面板170的方式进行构成，但是本发明不限定于此，与投影透镜的配置位置有关，也可以省略上述折返用的平面反射镜，这是不言而喻的。。

下面，说明作为光变换部的菲涅尔透镜片160的一个实施例

图9是菲涅尔透镜片的模型构成图，它的(a)图是从投影装置侧看菲涅尔透镜片时的斜视构成图，它的(b)图是沿G-G线的剖面构成图。

如图9所示，菲涅尔透镜片160由对应地位于图像显示用液晶面板170的画面大致中央侧的折射区域160D、和以对应地位于图像显示用液晶面板170的画面边缘侧，包围折射区域160D的方式配置的全反射区域160E构成。在折射区域160D中，在与基材161的图像显示用液晶面板170侧相反侧的面上，同心圆状地形成多个折射型菲涅尔透镜162。折射型菲涅尔透镜162具有折射从投影装置10投影的入射角在规定值以内的光线L61，垂直地射出到图像显示用液晶面板170的功能。又，在全反射区域160E中，在与基材161的图像显示用液晶面板170侧相反侧的面上，同心圆状地形成多个全反射型菲涅尔透镜167。全反射型菲涅尔透镜167具有全反射从投影装置10投影的入射角在规定值以上的光线L66，垂直地射出到图像显示用液晶面板170的功能。

如众所周知的那样，当只由折射型菲涅尔透镜构成菲涅尔透镜片时，因为入射到菲涅尔透镜片的入射角(与法线所成的角度)变大，并且容易产生在菲涅尔透镜的入射面上的反射，反射损失大幅度地增加，所以画面的边缘部分变暗。因此，在本实施例中，应用WO2004/049059号专利公报的技术，在图像显示用液晶面板170的边缘部分中，在来自投影装置10的入射角在规定值以上的区域中配置全反射型棱镜。

首先，说明在折射区域160D中的折射型菲涅尔透镜162。

当将在菲涅尔透镜片160的折射区域160D的任意剖面中的各折射型菲涅尔透镜的棱镜面163连接在一起时，得到一条曲线(即，包络线)。在得到的全部包络线在剖面中的集合形成一个假想的面。以下，将该假想面称为“原始面”。

附随构成折射区域160D的折射型菲涅尔透镜的原始面，在投射型图像显示装置中，一般形成球面，但是在本实施方式中，应用日本特开2006-154719号专利公报中揭示的菲涅尔透镜片的技术，形成与从投影装置10入射到图像显示用液晶面板170的光线的入射角相应的非球面形状。

这时，各棱镜面的菲涅尔角，在折射区域160D中，上部比下部大。因此，对该光线进行变换，以使入射到菲涅尔透镜片160的折射区域160D的入射面的光线，在图像显示用液晶面板170的大致整个面上，大致垂直地入射到图像显示用液晶面板170的入射面上。

下面，参照图10的模型图详细地说明在上述折射区域160D中形成的折射型菲涅尔透镜162中，设定同心圆状地形成的多个棱镜面163的面形状(所谓的菲涅尔透镜的原始面)的方法。此外，如上所述，使构成折射区域160D的折射型菲涅尔透镜的棱镜面形成将某点(旋转轴)作为中心的同心圆状。而且，用于决定各折射型菲涅尔透镜的棱镜面的菲涅尔角(即，由棱镜面和菲涅尔透镜片160的主平面形成的角度)的原始面为非球面形状。这里原始面，如上所述，是用于决定各棱镜面的菲涅尔角的面，指的是当将菲涅尔透镜片160的折射区域160D整个作为一个透镜时该棱镜面。即，当设定折射型菲涅尔透镜的棱镜面的菲涅尔角时，首先假定菲涅尔透镜片160的折射区域160D整个具有某一个棱镜特性，设定该棱镜的面形状作为原始面。而且，在折射区域160D的面上展开与该原始面的折射区域160D各点对应的形状(例如在该各点中的原始面的切线)。因此，设定折射区域160D的各点中的棱镜面的菲涅尔角。从而，将在菲涅尔透镜片的整个折射区域160D的各棱镜面与该菲涅尔角相应地连接在一起得到的曲线，即包含菲涅尔透镜片的整个折射区域160D中的全部棱镜面的集合的包络线表示上述原始面。即，折射区域160D的各点的棱镜面中的光的折射方向根据与它的各棱镜对应的上述原始面的形状决定。此外，上述旋转轴与菲涅尔透镜片160的主平面(图10的XY面)正交(图中包含Z轴的面)。又，该旋转轴包含入射到菲涅尔透镜片160的光线25与左右相等地垂直分割菲涅尔透镜片160的面165(与YZ面平行的面)相交的点P15。即，旋转轴成为与菲涅尔透镜片160的主平面垂直(与图像显示用液晶面板170的法线8平行)的轴，即，图10的轴166。

但是，在上述中，因为入射的光线25根据在图像显示用液晶面板170上的位置改变它的入射角度(对入射面的法线的角度)，所以这里，也存在多个根据上述求得的轴166。此外，从这些多个轴中，令位于其大致中央的轴为折射型菲涅尔透镜的旋转轴(即，构成折射型菲涅尔透镜的同心圆状棱镜的中心位置)。

接着，如下地求得上述各棱镜面的菲涅尔角的形状(角度)。首先，一面用折射区域160D的棱镜面折射到图像显示用液晶面板170的入射光线，一面根据斯奈尔定律对折射区域160D的各点分别求得为了沿上述法线方向(出射角为0度)射出的棱镜的角度。其次，使该求得的棱镜面连续，形成上述折射型菲涅尔透镜的原始面(非球面)。此外，用公式3的非球面公式近似该求得的原始面。

[公式5]

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A\·r^4+B\·r^6+C\·r^8+D\·r^{10}+E\·r^{12}+F\·r^{14}$

这里，Z是与Z轴平行的面的下降量，r是离开旋转轴的距离，c是顶点的曲率，k是圆锥常数，从A到F是r的幂乘项的系数(非球面系数)。

这时，进一步，比较近似的非球面系数和实际的光线出射角，以出射角成为大致0度的方式，对旋转轴的位置和非球面系数施加适当的必要的修正和/或变更。

这样，用上述求得的要素，即成为构成折射型菲涅尔透镜的同心圆状的棱镜部的旋转中心的旋转轴的位置和由该各棱镜面的集合形成的原始面的非球面系数，构成上述菲涅尔透镜片160的折射区域160D部分。

图11表示经过上述过程构成的菲涅尔透镜片160的模型剖面图。图11表示菲涅尔透镜片160的，与该菲涅尔透镜片160的法线平行并且包含上述旋转轴的剖面。

在图11中，Z＝f(r)是表示附随菲涅尔透镜片160的折射区域160D中的折射型菲涅尔透镜的非球面形状的原始面164的多项式，用公式5表示。r与上述公式5的r对应，表示离开旋转轴的距离。在距离r1上的折射型菲涅尔透镜的棱镜面163的菲涅尔角θ1(菲涅尔透镜片160的主平面和棱镜面所成的角度)与在距离r1上的原始面164的斜率(切线)大致相等。即，当令由公式3表示的原始面的非球面公式为Z＝f(rn)，n为1以上的整数时，折射区域160D的各位置的菲涅尔角θn由公式6表示。

[公式6]

θn＝f(rn)′

因此，成为θ1＝f(r1)′，θ2＝f(r2)′，θ3＝f(r3)′......。这样，折射区域160D的各位置的菲涅尔角θn大致与非球面公式的各位置(各距离rn)中的微分值对应。这样一来，设定在菲涅尔透镜片160中的折射区域160D的各位置的菲涅尔角θn。

如上所述，从投影装置10入射到菲涅尔透镜片160的折射区域160D的光线，被折射型菲涅尔透镜的各棱镜面163折射。如上所述，如果令折射型菲涅尔透镜的原始面164具有与到折射区域160D的各位置的入射光线的入射角相应的非球面形状，则由各棱镜面163折射的各条光线大致与菲涅尔透镜片160的法线平行。这里，如从图11看到的那样，位于菲涅尔透镜片160的折射区域160D上部的(即，在图像显示用液晶面板的纵方向上部远离旋转轴的位置的)棱镜面163的菲涅尔角θ，比位于菲涅尔透镜片160的折射区域160D下部的(即，在图像显示用液晶面板的纵方向下部接近旋转轴的位置的)棱镜面163的菲涅尔角θ大。这是因为在本实施方式中的斜投影中，光线的入射角在图像显示用液晶面板上部比在图像显示用液晶面板下部大。

下面，参照图11说明全反射区域160E中的全反射型菲涅尔透镜167。

如图11所示，全反射区域160E的全反射型菲涅尔透镜包含折射面1671和全反射面1672。入射到位于全反射区域160E中的全反射型菲涅透镜167的光线L66在该折射面1671受到折射，射向全反射面1672。而且，由全反射面1672全反射，射出到菲涅尔透镜片160，垂直地入射到图像显示用液晶面板170。

为了使入射光线垂直地射出到图像显示用液晶面板170，可以以从接近投影装置10的全反射型菲涅尔透镜到远离的全反射型菲涅尔透镜徐徐减小的方式设定全反射面1672和主平面所成的角α，又，相反地以从接近投影装置10的全反射型菲涅尔透镜到远离的全反射型菲涅尔透镜徐徐增大的方式设定折射面1671和主平面所成的角β。这样一来，能够使入射到全反射区域的光线垂直地射出到图像显示用液晶面板170。

如果如以上所述的那样构成菲涅尔透镜片160，则能够以到图像显示用液晶面板170的入射角大致成为0度的方式变换从投影装置10向图像显示用液晶面板170投影的光线并使其射出。从而，如果用根据本实施方式的菲涅尔透镜片，则因为来自投影装置10的光线与图像显示用液晶面板170的法线平行(即，与图像显示用液晶面板170垂直)地入射，所以在图像显示用液晶面板170中能够显示高对比度的图像。

此外，在上述菲涅尔透镜片160中，在片的入射侧，设置了折射区域和全反射区域，但是本发明不限定于此。例如，如本发明者们提出申请的日本特开2005-91541号专利公报中记载的那样，也可以在片的入射侧，在入射角在规定以上的边缘部分中设置全反射区域，在片的出射侧，在入射角在规定以下的中央部分中设置折射区域。

[实施例1]

在图1所示的照明装置中，因为不能够使从光源110照射在液晶面板上的光量分布(也称为光强度分布，照度分布)一样(均匀化)，所以存在着在图像显示用液晶面板上的图像中在亮度中产生不均匀的担心。因此，用图7说明根据在光源和液晶面板之间插入使来自光源的照明光的光量分布均匀化的积分仪的实施例1的照明装置。

图12是根据实施例1的照明装置的模型构成图。

如图12所示，本实施例的照明装置包含光源110、成对地作为多透镜方式积分仪120起作用的第一多透镜元件121和第二多透镜元件122、偏光变换元件130A、重叠透镜141、菲涅尔透镜145、液晶面板150、投影装置10和菲涅尔透镜片160。此外，在图12中，省略了作为成为照明装置构成要素的光方向变换部的菲涅尔透镜片160的图示。

光源110由灯101和反射器102构成。灯101是高压水银灯的白色灯。反射器102具有以从背后侧覆盖灯101的方式进行配置的例如旋转抛物面形状的反射面，具有不是圆形而是多角形的出射开口。

从灯101射出的光，被具有旋转抛物面形状的反射面的反射器102反射，与光轴115大致平行，从光源110射出大致平行的光束。从光源110射出的光入射到多透镜方式的积分仪中。

多透镜方式积分仪120由第一多透镜元件121和第二多透镜元件122构成。

第一多透镜元件121，从光轴115方向看，矩阵状地配置具有与液晶面板150，图像显示用液晶面板170大致相似的矩形形状的多个透镜部，由多个透镜部将从光源入射的光份分割成多条光，以高效率地通过第二多透镜元件122和偏光变换元件130A的方式导入。即，以灯101和第二多透镜元件122的各透镜部在光学上形成共轭关系的方式设计第一多透镜元件121。

与第一多透镜元件121同样，具有从光轴115方向看矩阵状地配设了矩形形状的多个透镜部的构成的第二多透镜元件122，将各个构成的透镜部对应的第一多透镜元件121的透镜部的形状分别投影(映射)在重叠透镜141和液晶面板150上。

在该过程中，由偏光变换元件130A将来自第二多透镜元件122的光汇集到规定的偏光方向。而且，由重叠透镜141分别重叠第一多透镜元件121的各透镜部的投影像，由场透镜145使其与光轴115大致平行后，重合在液晶面板150上。

此外，因为以第一多透镜元件121的各透镜部和液晶面板150形成光学上物体和像的关系(即，共轭关系)的方式设计第二多透镜元件122和与其接近地配设的汇聚透镜141，所以由第一多透镜元件121分割成的多条光束，由第二多透镜元件122和重叠透镜141，重叠并投影在液晶面板150上，使液晶面板150上的光量分布均匀。

这里，用图13说明偏光变换元件130A的偏光变换作用。图13是包含光轴沿液晶面板的长边切断偏光变换元件的剖面构成图。

如图13所示的那样，偏光变换元件130A，与对光轴115方向正交的面平行，沿与液晶面板150的长边平行的方向阵列状地排列多个为沿与液晶面板150的短边平行的方向延伸的平行四边形柱的透光性部件31，在阵列状地排列邻接的透光性部件31之间的界面上交互地形成偏光束分裂器膜(以下省略为“PBS膜”)32和反射膜33。又，在通过偏光变换元件130A的入射侧的开口部35，透过PBS膜32的光射出的射出面上具有λ/2相位差板34。又，对由光轴115和平行四边形柱的透光性部件51的延伸方向形成的面(是通过光轴115的平面，以下，为了方便起见将该面称为“光轴面”)S115对称地构成偏光变换元件130A。

在以上那样构成的偏光变换元件130A中，在通过第一多透镜元件121和第二多透镜元件122入射到开口部35的光线37中，例如S偏光被PBS膜32反射，由对置的反射镜33反射以S偏光射出。又P偏光透过PBS膜32，由射出面的λ/2相位差板34变换成S偏光射出。构成多个这种成为基本的偏光变换部30，偏光变换元件130A将入射的光的偏光方向汇集成规定偏光方向的光(这里S偏光)射出。当汇集P偏光时，可以在S偏光的射出面上设置λ/2相位差板34。

如以上所述，能够使用由成对的第一多透镜元件121和第二多透镜元件122构成的多透镜方式积分仪120均匀地照明液晶面板150。

[实施例2]

在实施例1中，作为使照明光一样(均匀化)的积分仪，用由成对的第一多透镜元件和第二多透镜元件构成的多透镜方式积分仪120。下面，参照图14说明使用了作为积分仪的一种的棒(rod)型积分仪的实施例2的照明装置。

此外，作为棒型积分仪，有光漏斗和棒透镜等，但是这里用光漏斗。又，作为液晶面板，用反射型的液晶面板。但是，本发明不限定于此，代替光漏斗也可以用棒透镜，又，改变光学系统的构成，但是代替反射型液晶面板也可以用微镜和透过型的液晶面板。

图14是根据实施例2的照明装置的模型构成图。

如图14所示，本实施例的照明装置包含光源110B、作为积分仪起作用的光漏斗125、偏光变换元件130B、聚光透镜142、场透镜146、偏光板151、偏光束分裂器棱镜(以下省略为“PBS棱镜”)152、反射型液晶面板150B、偏光板153、投影装置10和菲涅尔透镜片160。此外，在图14中，省略了作为构成照明装置的构成要素的光方向变换部的菲涅尔透镜片160的图示。

光源110B由灯101和反射器103构成。灯101是高压水银灯的白色灯。反射器103，以从背后侧覆盖灯101的方式进行配置，具有旋转椭圆面形状的反射面。

从配置在反射器103的第一焦点上的灯101射出的光被具有旋转椭圆面形状的反射面的反射器103反射，汇聚并入射到配置在反射器103的第二焦点位置附近的光漏斗125的入射面125a上。

即，反射器103，作为将从灯101射出的光汇聚在光漏斗125的入射面125a上的汇聚部起作用。当然，与实施例1同样，也可以将旋转抛物面形状的反射镜用作反射器103，用汇聚透镜将光汇聚在光漏斗125的入射面125a上。

光漏斗125由具有万花筒那样的中空的光电管构成，具有使入射的光重复进行多次全反射，使入射光的光量分布一样(均匀)的功能。这里，采用与光轴115正交的剖面的面积在射出侧逐渐增大的光电管。但是，也可以用内部充满的棒透镜。

入射到光漏斗125的光线，在光漏斗的侧面重复全反射，在射出面125b上形成重叠各种角度的光的状态，光量分布成为均匀的。又，因为光漏斗125的剖面形状在射出侧增大，所以从射出面125b射出的光线角度大致与光轴平行。射出光漏斗125的光入射到偏光变换元件130B中。

偏光变换元件130B包含具有设置在光漏斗125的出射面125b上的PBS的膜41a的PBS棱镜41、具有配置在由PBS棱镜41的PBS膜41a反射的S偏光朝向的一侧的全反射膜42a的全反射棱镜42、和设置在透过PBS棱镜41的PBS膜41a的P偏光射出的射出面41b上的λ/2相位差板43。

在从光漏斗125入射到偏光变换元件130B的PBS棱镜41的光量分布均匀的没有偏振的光内，S偏振的光(S偏光)由PBS膜41a反射，入射到全反射棱镜42，由全反射膜42a反射，从全反射棱镜的射出面42b射出。又，入射到PBS棱镜41的P偏振的光(P偏光)透过PBS膜41a，从射出面41b射出，进一步由λ/2相位差板43变换成S偏光射出。通过这样做，入射到偏光变换元件130B的没有偏振的光由偏光变换元件130B变换成S偏光。

此外，因为将在射出侧宽广的光漏斗125中大致与光轴115平行的光线入射到偏光变换元件130B中，所以能够用PBS膜41a高效率地进行偏光分离。又，由射出面41b和射出面42b构成的偏光变换元件130B的射出面的形状与反射型液晶面板150B大致相似。

聚光透镜142是将偏光变换元件130B的射出面映射在反射型液晶面板150B上的中继透镜。

从偏光变换元件130B射出的S偏光，由聚光透镜142汇聚，由场透镜146使其与光轴116大致平行，通过偏光板151，由PBS棱镜152反射，入射到反射型液晶面板150B中。

因为由反射型液晶面板150B调制形成的调光像是P偏光，所以现在透过PBS棱镜152，由偏光板153提高对比度，由投影装置10放大并投影到图像显示用液晶面板上。

[实施例3]

用图15说明在实施例2中实现进一步降低成本的实施例3的直视型图像显示装置。

本实施例的图像显示装置，在光漏斗125的入射面125a附近作为时分割色分离部配置了色轮这点与实施例2不同。如果用色轮(colorwheel)，则能够用进行单色显示(例如黑白显示)的图像显示用光调制部时分割显示彩色图像(色顺次显示)。从而，当作为图像显示用光调制部使用液晶面板时，能够删除具有进行彩色显示的液晶面板的滤色器。又，当进行彩色显示时，1个像素由1组彩色像素(R像素，G像素，B像素)构成，但是当进行单色显示时，因为用1个像素进行显示，所以能够用全体像素数少的面板。因此，能够达到降低成本的目的。

图15是根据实施例3的图像显示装置的模型构成图。

在图15中，180是色轮，170B是进行上述单色显示的图像显示用液晶面板。

色轮180例如是在圆周方向以规定比例形成透过R光(红色光)的R光滤波器181、透过G光(绿色光)的G光滤波器182、透过B光(蓝色光)的B光滤波器183的圆盘，在它的中心具有旋转轴(未图示)，由未图示的驱动部使其进行高速旋转。将这样构成的色轮180配置在光源110B和光漏斗125之间，光漏斗125的入射面125a的附近。

由色轮180通过时分割将从光源110B射出的大致白色的汇聚光色分离成R光，G光，B光。

而且，由色轮180色分离后的色光，入射到光漏斗125中，使光量分布均匀化后，由偏光变换元件130B变换成S偏光，进一步，由反射型液晶面板进行调光，由投影装置10放大该调光像并照射在图像显示用液晶面板170B上。图像显示用液晶面板170B对照射的调光像进行光调制，形成高对比度的图像。通过这种过程，在图像显示用液晶面板170B上时分割地形成R光的图像、G光的图像、和B光的图像，在视觉上作为彩色图像进行识别。

根据本实施例，可以达到降低彩色直视型图像显示装置的成本的目的。

此外，在上述中，将反射型液晶面板用于调光用的光调制部，但是也可以用微镜。因为微镜比液晶面板对比度大，所以能够更适当地使用微镜。

可是，在以上所述的实施例中，在图像显示用液晶面板170B的入射侧和出射侧具有偏光板。但是，在直视型图像显示装置的情形中，画面尺寸大。因此，当作为调光用的光调制部用液晶面板时，如果通过使配置在液晶面板的光路上的前后的偏光板例如出射侧偏光板为2块提高偏振度，则可以删除图像显示用液晶面板170B的入射侧偏光板。这时，附随液晶面板的偏光板的尺寸大致与液晶面板同等，删除图像显示用液晶面板170B的入射侧偏光板的成本下降比构成2块出射侧偏光板的成本上升大，能够达到降低直视型图像显示装置的成本的目的。又，当作为调光用的光调制部用微镜时，因为使微镜的对比度比液晶面板大很多，所以也可以删除图像显示用液晶面板170B的入射侧偏光板。

Claims (11)

1.一种投影型照明装置，其特征在于：

所述投影型照明装置，将用于显示图像的照明光照射在与映像信号对应地对光输出进行调制而形成放大图像的第一光调制部上，

所述投影型照明装置具有：光源；偏光变换部，将来自所述光源的光变换成所希望方向的偏光成分；第二光调制部，与映像信号对应地对来自该偏光变换部的光的强度进行调制来形成光学像；投影部，放大投影由该第二光调制部调制后的所述光学像；和光方向变换部，将由该投影部放大后的光束变换为大致相同方向，

所述投影部从所述第一光调制部的入射面向着所述第二光调制部依次配置有：

反射镜；和

包括位于该反射镜的所述第二光调制部侧的第一透镜群和作为整体具有正的折射力的第二透镜群的投影透镜，

所述第二光调制部的尺寸比所述第一光调制部的尺寸小，

所述反射镜的画面垂直方向的有效剖面尺寸，对于所述投影部的光轴，在所述第一光调制部附近侧的尺寸和其它尺寸不同。

2.一种投影型照明装置，其特征在于：

所述投影型照明装置，将用于显示图像的照明光照射在与映像信号对应地对光输出进行调制而形成放大图像的第一光调制部上，

所述投影型照明装置具有：光源；第二光调制部，与映像信号对应地对来自所述光源的光的强度进行调制；和投影部，将由该第二光调制部调制后的所述光学像放大投影到所述第一调制部上，

所述投影部从所述第一光调制部的入射面向着所述第二光调制部依次配置有：

反射镜；和

包括位于该反射镜的所述第二光调制部侧的第一透镜群和作为整体具有正的折射力的第二透镜群的投影透镜，

所述第二光调制部的尺寸比所述第一光调制部的尺寸小，

在所述反射镜和所述第一光调制部之间配置了至少1个平面镜。

3.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

所述第一光调制部和所述第二光调制部是能够针对每个像素对光进行调制的液晶面板。

4.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

所述第一光调制部的精细度比所述第二光调制部的精细度高。

5.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

所述投影部包含旋转非对称的反射镜和透镜。

6.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

所述光源是白色高压水银灯。

7.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

所述光源是发光二极管。

8.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

所述光源是半导体激光器。

9.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

还具有：第一多透镜元件，将多个凸透镜二维排列，用于将来自所述光源的光束分割成多条光束；和第二多透镜元件，与该第一多透镜元件相对地设置，

所述偏光变换部将从所述第二多透镜元件射出的多条光束变换成所希望方向的偏光成分。

10.根据权利要求9所述的投影型照明装置，其特征在于：

还具有：聚光部，汇聚来自所述光源的光束；和光漏斗，入射由所述聚光部汇聚后的光束，具有四个反射面，

使来自所述光漏斗的光入射到所述第一多透镜元件中，

所述偏光变换部设置在所述光漏斗和所述第二光调制部之间。

11.根据权利要求1或2所述的投影型照明装置，其特征在于：

所述第二光调制部的画面显示有效区域对角尺寸L2和所述第一光调制部的画面显示有效区域对角尺寸L1的比率L1/L2满足下列条件，

10＜L1/L2＜150。

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