CN102004325A - 光学元件、光学单元和投影型映像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供光学元件、光学单元和投影型映像显示装置。在该光学元件中，第一偏振光分离元件(71)和第二偏振光分离元件(73)分别将入射光中所包含的互相正交的两个偏振成分之中的一方反射而透射另一方；转换元件(72)在第一偏振光分离元件(71)和第二偏振光分离元件(73)之间被隔离地插入，在将所入射的偏振成分没有变换地透射的第一状态、和将所入射的偏振成分变换成与之正交的偏振成分而透射的第二状态进行转换。

Description

光学元件、光学单元和投影型映像显示装置

技术领域

本发明涉及用于转换偏振方向的光学元件、光学单元和投影型映像显示装置。

背景技术

具有将通常的映像(以下称为二维图像)投射并在投影面显示的功能、和通过将视差图像投射并在投影面上显示从而使观察者看到立体映像(以下称为三维图像)的功能这两方面的投影型映像显示装置(以下为了方便也称为投影仪)，其开发正在推进中。使观察者看到三维图像的方式之一，有偏振光眼镜方式。偏振光眼镜是按照使正交的偏振成分(譬如P偏振光和S偏振光)或相互逆转的圆偏振光(右圆偏振光和左圆偏振光)分别入射到观察者的右眼和左眼的方式对入射光分别进行过滤的眼镜。

作为采用了偏振光眼镜的投影仪系统，提出有各种的制法。例如提出有如下制法(第一制法)：使用投射右眼用图像的第一投影仪和投射左眼用图像的第二投影仪这两个投影仪，在第一投影仪的投影透镜的后段(更具体地说就是从投影透镜射出的光的光程上)设置透过右眼用的偏振光成分的偏振板，在第二投影仪的投影透镜的后段设置透过左眼用的偏振光成分的偏振板。

另外还提出有如下制法(第二制法)：使用将右眼用图像和左眼用图像分时(時分割：time division)转换而投射的投影仪一个，在该投影仪的投影透镜的后段设置偏振开关(例如参照专利文献1)。该偏振开关包括偏振板和随着电压施加而转换偏振方向的液晶元件。

另外还提出有如下制法(第三制法)：在色轮(color wheel)上粘贴偏振元件，通过使色轮旋转而将色彩成分和偏振方向分时转换(例如参照专利文献2)。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】特开昭63-18894号公报

【专利文献2】特开平10-153755号公报

上述的第一制法需要使用两个投影仪。另外，上述的第一制法和第二制法虽然能够容易地将现有的二维图像用的投影仪转用为三维图像用，但是因为偏振板或偏振开关被设置于投影透镜的后段，所以需要使用大尺寸的偏振板或偏振开关。

上述的第三制法能够使偏振元件小型化。但是，在该第三制法的投影仪中，即使在投射二维图像时，因为从光源发出的无偏振的光会通过在色轮上所粘贴的偏振元件，所以二维图像投射时的光量也会降低。更具体地说，降低至二维图像投射时的原本的光量的二分之一。还有，上述的第一制法和第二制法中，如果不拆除投影透镜的后段的偏振板和偏振开关，则同样地光量会降低，但如果拆除，则也能够抑制光量的降低。

另外，还考虑的制法有，并非如第三制法偏振元件与色轮一体，而将偏振元件独立地设置在投影仪实体的内部。但是，这种制法的投影仪中，在二维图像投射时的光量降低的抑制上，需要其偏振元件从光路避开，且需要为之实现的机构。

发明内容

本发明鉴于这样的状况而做，其目的在于提供一种以简单的结构不仅抑制光量的降低并且转换非偏振状态和偏振状态的技术。

本发明的一种形态的光学单元，具有：第一偏振光分离元件和第二偏振光分离元件，该第一偏振光分离元件和第二偏振光分离元件将入射光中所包含的相互正交的两个偏振成分之中的一方反射而透射另一方；转换元件，其在第一偏振光分离元件和第二偏振光分离元件之间被隔离地插入，可在将所入射的偏振成分没有变换地透射的第一状态、和将所入射的偏振成分变换成与之正交的偏振成分而透射的第二状态进行转换。

本发明的另一形态是投影型映像显示装置。该装置具有：上述的光学单元；控制部，其将用于二维图像显示的二维模式和用于三维图像显示的三维模式进行转换。并且，控制部根据二维模式和三维模式的转换，将转换元件控制为第一状态或第二状态。

本发明的又一形态是光学元件。该光学元件是线栅型的光学元件，在金属线间插入有1/2波长板。

本发明的又一形态是光学单元。该光学单元具有：上述的光学元件；在光学元件的后段所设置的1/4波长板；在1/4波长板的后段所设置的反射板。

根据本发明，能够以简单的结构，不仅抑制光量的降低，并且将非偏振状态和偏振状态进行转换。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的投影型映像显示装置的结构的概略图。

图2是表示实施方式2的反射用光学单元的结构的图。图2(a)表示三维模式时的状态，图2(b)表示二维模式时的状态。

图3是表示本发明的实施方式1的变形例1的投影型映像显示装置的结构的概略图。

图4是表示实施方式2的变形例1的反射用光学单元的结构的图。图4(a)表示三维模式时的状态1，图2(b)表示三维模式时的状态2。

图5是表示实施方式2的变形例2的反射用光学单元的结构的图。图5(a)表示三维模式时的状态1，图5(b)表示三维模式时的状态2。

图6是表示实施方式2的变形例3的反射用光学单元的结构的图。图6(a)表示三维模式时的状态1，图6(b)表示三维模式时的状态2。

图7是表示实施方式2的变形例4的反射用光学单元的结构的图。

图8是表示实施方式2的变形例5的反射用光学单元的结构的图。图8(a)是使第二偏振光分离元件73形成于凸面的例子，图8(b)是图2所示的结构。

图9是表示实施方式3的光学元件的构造的图。

图10是表示实施方式4的光学单元的构造的图。

图11是表示实施方式5的光学单元的构造的图

图中：

1-光源，3-色轮，5-棒状积分器，6a、6b-聚光透镜，7-反射用光学单元，8-光调制元件，9-投影透镜，10-控制部，11-轮驱动部，12-照明驱动部，13-分时偏振光转换元件，14-风扇，20-λ/2线栅，30-光学单元，31-1/4波长板，32-反射板，40-光学单元，41-第一反射板，42-标准线栅，43-第二反射板，50-光学单元，71-第一偏振光分离元件，72-转换元件，73-第二偏振光分离元件，74-分时偏振转换元件，75-1/4波长板，76-吸收板，100-投影型映像显示装置

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式1的投影型映像显示装置100的结构的概略图。投影型映像显示装置100能够将二维图像投射到屏幕等的投影面上而显示二维图像(以下将该使用方法称为二维模式)，也能够将视差图像投射到投影面上而显示三维图像(更严密地说是使观察者认知为)(以下将该使用方法称为三维模式)。

光源1遵循来自照明驱动部12的控制，对光学单元50进行光照射。光源1能够使用如下：具有灯丝型的电极构造的卤素灯；具有使电弧放电发生的电极构造的金属卤化物灯；短弧氙灯；高压型的水银灯；LED灯等。从光源1的中央部所设置的发光管1a射出的光，由以椭圆面或双曲面形成的反射镜1b会聚，进入到光学单元50。

光学单元50包括如下：色轮3、棒状积分器5和聚光透镜6a、6b。从光源1照射的光顺次通过色轮3、棒状积分器5和聚光透镜6a、6b。色轮3为圆盘状，相对于从光源1照射的光的光轴被垂直配置。色轮3遵循轮驱动部11的控制，以与该光轴平行的回转轴为中心地旋转。

更具体地说，色轮3在与入射光对向(也称面对)的面上形成有：透射入射光之中红色成分的R区域、透射入射光之中绿色成分的G区域、透射入射光之中蓝色成分的B区域。色轮3通过旋转将红色光、绿色光和蓝色光分时地顺次透射。还有，在与入射光对向的面上，除了R区域、G区域和B区域以外，也可以形成有透射入射光之中全部的颜色成分的W区域。另外，也可以形成透射青色、黄色、品红等的补色的Cy区域、Te区域、Mg区域。

棒状积分器5在上述光轴上以隔着色轮3的方式被配置。棒状积分器5使从入射面5a入射的光的照度均一化后从出射面5b射出。

聚光透镜6a、6b在上述光轴上以与棒状积分器5的出射面5b对向的方式配置。聚光透镜6a、6b使从棒状积分器5的出射面5b射出的光会聚、且射出到反射用光学单元7。

反射用光学单元7在上述光轴上以相对于该光轴保持预定的倾斜度的方式被配置。反射用光学单元7将从聚光透镜6a、6b射出的光反射且射出到光调制元件8。反射用光学单元7遵循来自控制部10的指示，承担着在二维模式和三维模式之间转换模式的任务。还有，反射用光学单元7的详情后述。

光调制元件8根据由控制部10所设定的图像信号对由反射用光学单元7反射的光进行调制、并将所调制的光射出到分时偏振转换元件13。在此，阐述使用DMD(Digital Micromirror Device数字微镜器件)的例子。DMD具有与像素数对应的多个微镜，各微镜的方向根据各像素信号而受到控制，由此形成期望的图像。

分时偏振转换元件13被设置在光调制元件8与投影透镜9之间。在此，分时偏振转换元件13在投影透镜9的入射口直接设置或者空出既定的间隙地设置。在三维模式下，分时偏振转换元件13遵循来自控制部10的指示，将光调制元件8所调制的光的偏振方向在正交的两个偏振方向之间进行分时转换。还有，分时偏振转换元件13的详情后述。

投影透镜9将光调制元件8所调制的光朝向未图示的屏幕等的投影面进行投射。这时，投影透镜9使由光调制元件8所调制的光成像，由此，使得由光调制元件8形成的图像被放大显示在投影面上。还有，在三维模式下，入射到投影透镜9的光的偏振方向由分时偏振转换元件13进行分时转换。

控制部10对照明驱动部12、轮驱动部11、反射用光学单元7、光调制元件8和分时偏振转换元件13进行控制。更具体地说，控制部10对照明驱动部12设定ON/OFF(也称导通/断开)信号，由照明驱动部12使光源1的电源导通/断开。另外，控制部10对轮驱动部11设定旋转控制信号，由轮驱动部11使色轮3旋转。另外，控制部10对光调制元件8设定图像信号，由光调制元件8使期望的图像形成。

另外，控制部10对反射用光学单元7设定模式转换信号，使反射用光学单元7在二维模式或三维模式之间进行模式转换。还有，该模式转换处理的详情后述。另外，控制部10在三维模式下，对分时偏振换转元件13设定偏振转换信号，由此使分时偏振转换元件13分时转换偏振方向。还有，在二维模式下则不需要使偏振方向一致，因此不需要使分时偏振转换元件13分时转换偏振方向。

图2是表示实施方式2的反射用光学单元的结构的图。图2(a)表示三维模式时的状态，图2(b)表示二维模式时的状态。实施方式2的反射用光学单元，是作为实施方式1的投影型映像显示装置100的反射用光学单元7的采用所适于的光学元件。以下，以实施方式2的反射用光学单元7被搭载于实施方式1的投影型映像显示装置100的状态为前提进行说明。

实施方式2的反射用光学单元7具有第一偏振光分离元件71、转换元件72、第二偏振光分离元件73。第一偏振光分离元件71和第二偏振光分离元件73分别使入射光所包含的互相正交的两个偏振成分(譬如P偏振光和S偏振光)之中的一方反射、而另一方透射。转换元件72被设于第一偏振光分离元件71和第二偏振光分离元件73之间，是可以将如下两种状态进行转换的元件，即，将所入射的偏振成分直接透射的第一状态、和将所入射的偏振成分变换成与之正交的偏振成分而透射的第二状态。

反射用光学单元7也可以按第二偏振光分离元件73、转换元件72和第一偏振光分离元件71的顺序层叠而一体地形成。还有，第二偏振光分离元件73和转换元件72接触也可、在两者之间形成空间也可。转换元件72和第一偏振光分离元件71的关系也同样。

第一偏振光分离元件71是接受无偏振的入射光的层。第一偏振光分离元件71将无偏振的入射光所包含的与入射面垂直的S偏振光和与入射面平行的P偏振光之中的一方即第一偏振光进行反射、而将其另一方即第二偏振光进行透射。

第一偏振光分离元件71能够采用线栅。线栅是在玻璃基板上蒸镀金属材料(铝等)、通过纳米级的微细刻蚀而形成线状的光栅的非吸收型偏振板。一般来说，线栅将入射光之中的S偏振光反射、而将其P偏振光透射。还有，通过改变形成光栅的脊的方向，也可以生成将入射光之中的P偏振光反射而透射S偏振光的类型的线栅。另外，第一偏振光分离元件71除了线栅以外，还能够采用实施了偏振光分离涂敷的多层介质膜。

以下，关于采用将入射光之中的S偏振光反射而透射P偏振光这一类型的第一偏振光分离元件71的例子进行说明。还有，在采用将入射光之中的P偏振光反射而透射S偏振光这一类型的第一偏振光分离元件71时，将在以下说明中的P偏振光和S偏振光换用另一读法读来考虑即可。

转换元件72是可以将如下两种状态进行转换的元件，即，将从第一偏振光分离元件71射出的P偏振光直接透射的第一状态、和将从第一偏振光分离元件71射出的P偏振光变换成S偏振光而透射的第二状态。

转换元件72能够采用随着有无电压施加而状态变化的液晶元件。该液晶元件中，根据电压其液晶分子的配向改变。在没有电压施加的状态下，该液晶元件作为1/2波长板(也称λ/2相位差板)起作用(对应上述第二状态)。1/2波长板通过对入射光的相互正交的成分赋予180°的相位差，由此能够使直线偏振光旋转。其旋转角可以由入射偏振光和迟相轴的夹角进行调整，直线偏振光和迟相轴的夹角为45°时，该直线偏振光的偏振面旋转90°。即，能够将S偏振光变换成P偏振光，以及将P偏振光变换成S偏振光。

该液晶元件在没有电压施加的状态下，仅作为对入射光的相互正交的成分不赋予相位差的透射板起作用(对应上述第一状态)。即，将入射光直接透射，在S偏振光入射时，将S偏振光直接透射；在P偏振光入射时，将P偏振光直接透射。

第二偏振光分离元件73将从转换元件72射出的S偏振光反射而透射P偏振光。第二偏振光分离元件73也可以与第一偏振光分离元件71同样的构成。

就控制部10而言，在三维模式下对转换元件72施加电压，将转换元件72控制为第一状态(参照图2(a))；在二维状态下不对转换元件72施加电压，将转换元件72控制为第二状态(参照图2(b))。

如图2(a)所示，在三维模式下，转换元件72仅作为透射板起作用，将从第一偏振光分离元件71射出的P偏振光以P偏振光的状态透射。第二偏振光分离元件73将从转换元件72射出的P偏振光透射。如此，在三维模式下，反射用光学单元整体上作为将S偏振光反射而透射P偏振光的偏振光分离元件发挥功能。

另一方面，如图2(b)所示，在二维模式下，转换元件72作为1/2波长板起作用，将从第一偏振光分离元件71射出的P偏振光变换成S偏振光而透射。第二偏振光分离元件73将从转换元件72射出的S偏振光反射。转换元件72将从第二偏振光分离元件73射出的S偏振光变换成P偏振光而透射。第一偏振光分离元件71将从转换元件72射出的P偏振光透射。如此，在二维模式下，反射用光学单元整体上作为将S偏振光反射而也反射P偏振光的反射镜发挥功能。

图1的分时偏振转换元件13中，与换换元件72一样，能够采用上述液晶元件。在三维模式下，控制部10在对分时偏振转换元件13施加电压的状态和不施加电压的状态进行分时转换。还有，在二维模式下，因为不需要统一偏振方向，所以不需要进行分时转换，而是使之固定在某一状态下。从消耗功率的观点出发，优选固定在不施加电压的状态下。

分时偏振转换元件13在电压没有施加的状态下作为1/2波长板起作用，将从反射用光学单元7经由光调制元件8入射的S偏振光变换成P偏振光而透射。另一方面，在电压施加的状态下，仅作为透射板起作用，将从反射用光学单元7经由光调制元件8入射的S偏振光以S偏振光透射。由此，能够将应该分别入射到配戴了偏振光眼镜的观察者的右眼和左眼的视差图像光以分别对应的偏振成分射出。

还有，分时偏振转换元件13除了上述液晶元件以外，也可以含有1/4波长板(也称λ/4相位差板)。1/4波长板通过对入射光的相互正交的成分赋予90°的相位差，能够将直线偏振光变换成圆偏振光、或者将圆偏振光变换成直线偏振光。直线偏振光与迟相轴的夹角为45°时，该直线偏振光被变换成圆偏振光。例如，S偏振光被变换成右圆偏振光，P偏振光被变换成左圆偏振光。反之，也能够将S偏振光变换成右圆偏振光，P偏振光被变换成左圆偏振光。

如此，若在分时偏振转换元件13上追加1/4波长板，则能够从分时偏振转换元件13分时射出右圆偏振光和左圆偏振光，能够对应于圆偏振光方式的偏振光眼镜。圆偏振光方式的偏振光眼镜与直线偏振光方式的相比，其所具有的特质是，即使配戴者倾侧其脸，左右映像的串扰也会被维持得很小。

还有，该液晶元件和该1/4波长板的次序可以是该液晶元件、该1/4波长板的顺序，也可以是相反的顺序。

如以上说明的，根据实施方式1、2，在第一偏振光分离元件71和第二偏振光分离元件73之间夹设有既能够作为1/2波长板起作用、又能够仅作为透射板起作用的转换元件72而形成反射用光学单元7，由此能够以简单的结构，抑制光量的降低，并且对非偏振状态和偏振状态进行转换。

即，在现有的投影型映像显示装置100内，只在设置了反射镜之处设置实施方式2的反射用光学单元7来替代该反射镜、并且追加分时偏振光转换元件13即可。由于均为小型的构件、且为电控制，因此追加或置换的结构很简单。另外，由于在二维模式下能够将全部的偏振成分反射，因此即使在二维模式下也能够确保与此前同样的光量。相对于这一点，在仅由第一偏振光分离元件71形成反射用光学单元7时，P偏振光不被反射，而使光量减半。

图3是表示本发明的实施方式1的变形例1的投影型映像显示装置100的结构的概略图。该变形例1的投影型映像显示装置100，与图1所示的投影型映像显示装置100相比较，分时偏振光转换元件13没有被设置在投影透镜9的入射口，而是作为反射用光学单元7的构成要素被一体地形成。该变形例1的投影型映像显示装置100的各构成要素的动作与图1所示的投影型映像显示装置100相同，因此省略说明。

图4是表示实施方式2的变形例1的反射用光学单元的结构的图。图4(a)表示三维模式时的状态1，图2(b)表示三维模式时的状态2。实施方式2的变形例1的反射用光学单元是在作为实施方式1的变形例1的投影型映像显示装置100的反射用光学单元7的采用上所适于的光学元件。以下，以实施方式2的变形例1的反射用光学单元7被搭载于实施方式1的变形例1的投影型映像显示装置100的状态为前提进行说明。还有，关于后述的实施方式2的变形例2、3的反射用光学单元7也同样。

实施方式2的变形例1的反射用光学单元7，具有第一偏振光分离元件71、转换元件72(在实施方式2的变形例1～3中表述为模式转换元件72)、第二偏振光分离元件73和分时偏振光转换元件74。反射用光学单元7中，按照第二偏振光分离元件73、模式转换元件72、第一偏振光分离元件71和分时偏振光转换元件74的顺序层叠而被一体成形。

就分时偏振转换元件74而言，与上述的分时偏振转换元件13一样，在有电压施加的状态下(参照图4(a))，仅作为透射板起作用，使从第一偏振光分离元件射出的S偏振光以S偏振光透射。另一方面，在电压没有施加的状态下(参照图4(b))，其作为1/2波长板起作用，将从第一偏振光分离元件71射出的S偏振光变换成P偏振光而透射。

还有，分时偏振转换元件74对无偏振的光不起作用，因此不会对从聚光透镜6a、6b射出的光、以及在二维模式下从第一偏振光分离元件71入射的光造成影响。由于这些的光也是非偏振光的缘故。

图5是表示实施方式2的变形例2的反射用光学单元的结构的图。图5(a)表示三维模式时的状态1，图5(b)表示三维模式时的状态2。

实施方式2的变形例2的反射用光学单元7，具有第一偏振光分离元件71、模式转换元件72、第二偏振光分离元件73、分时偏振光转换元件74和1/4波长板75。反射用光学单元7按照第二偏振光分离元件73、模式转换元件72、第一偏振光分离元件71、1/4波长板75和分时偏振光转换元件74的顺序层叠而被一体成形。即，该变形例2的反射用光学单元7其构成为，在上述变形例1的反射用光学单元7的第一偏振光分离元件71和分时偏振光转换元件74之间追加了1/4波长板75。

在三维模式下，1/4波长板75将第一偏振光分离元件71所反射的S偏振光变换成右圆偏振光。因为1/4波长板75对无偏振的光不起作用，所以1/4波长板75在二维模式下没有作用。

就分时偏振转换元件74而言，与上述的分时偏振转换元件13一样，在有电压施加的状态下(参照图5(a))，仅作为透射板起作用，使从1/4波长板75射出的右圆偏振光以右圆偏振光透射。另一方面，在电压没有施加的状态下(参照图5(b))，其作为1/2波长板起作用，将从1/4波长板75射出的右圆偏振光变换成左圆偏振光而透射。

图6是表示实施方式2的变形例3的反射用光学单元的结构的图。图6(a)表示三维模式时的状态1，图6(b)表示三维模式时的状态2。

实施方式2的变形例3的反射用光学单元7，具有第一偏振光分离元件71、模式转换元件72、第二偏振光分离元件73、分时偏振光转换元件74和1/4波长板75。反射用光学单元7按照第二偏振光分离元件73、模式转换元件72、第一偏振光分离元件71、分时偏振光转换元件74和1/4波长板75的顺序层叠而被一体地成形。即，该变形例3的反射用光学单元7其构成为，将上述变形例2的反射用光学单元7的分时偏振光转换元件74和1/4波长板75的顺序进行了交替。

就分时偏振转换元件74而言，与上述的分时偏振转换元件13一样，在有电压施加的状态下(参照图6(a))，仅作为透射板其作用，使从第一偏振光分离元件71射出的S偏振光以S偏振光透射。1/4波长板75将从分时偏振转换元件74射出的S偏振光变换成右圆偏振光。另一方面，在电压没有施加的状态下(参照图6(b))，其作为1/2波长板起作用，将从第一偏振光分离元件71射出的S偏振光变换成P偏振光而透射。1/4波长板75将从分时偏振转换元件74射出的P偏振光变换成左圆偏振光。

如以上说明根据实施方式1的变形例1和实施方式2的变形例1～3，可得到与图1、2所示的实施方式2的基本例同样的效果。设计者考虑来自反射用光学单元7和分时偏振转换元件13(或分时偏振转换元件74)以外的结构的制约、成本等，也可以采用图2(以图1为前提)、图4～6(以图3为前提)的任意一种结构。

图7是表示实施方式2的变形例4的反射用光学单元的结构的图。实施方式2的变形例4的反射用光学单元其构成为，在图2所示的实施方式2的反射用光学单元7中追加了吸收板76。该变形例4的反射用光学单元7按照吸收板76、第二偏振光分离元件73、转换元件72和第一偏振光分离元件71的顺序层叠而被一体地形成。

吸收板76能够采用在金属上涂布有黑涂料的部件。在三维模式下，第二偏振光分离元件73将P偏振光透射。吸收板76吸收该P偏振光。

在该变形例4中，也可以在投影型映像显示装置100内搭载用于吸收板76冷却的冷却机构。例如，可以搭载风扇14。在三维模式下，控制部10使风扇14旋转而使吸收板76冷却。在二维模式下，因为第二偏振光分离元件73不使P偏振光透射(当然，也不使S偏振光透射)，所以光不会从第二偏振光分离元件73入射到吸收板76，因此冷却吸收板76的必要性低。因此，在二维模式下，控制部10也可以使风扇14停止。

还有，吸收板76不需要与反射用光学单元7一体地形成，只要是从第二偏振光分离元件73射出的光的光路上，任意处设置均可。另外，也可以使用吸收P偏振光的偏振板替代吸收板76。另外，也可以用珀尔帖(Peltier)元件等的接触型的冷却机构替代风扇14。另外，实施方式2的变形例1～3的反射用光学单元7中，也能够应用该变形例4的吸收板76和风扇14。

如以上说明根据实施方式2的变形例4，通过设置吸收板76，能够抑制如下情况：即，透过第二偏振光分离元件73的P偏振光在投影型映像显示装置100内发生漫反射，进入到正规的光程、或使投影型映像显示装置100内的各种构件发热。另外，通过设置风扇14等的冷却机构，能够抑制吸收板76的温度上升。

图8是表示实施方式2的变形例5的反射用光学单元的结构的图。图8(a)是使第二偏振光分离元件73形成于凸面的例子，图8(b)是图2所示的结构。至此为止，关于第一偏振光分离元件71、转换元件72和第二偏振光分离元件73以平面板形成，在第一偏振光分离元件71和转换元件72之间，以及在转换元件72和第二偏振光分离元件73之间空出空间的结构，进行了说明。该结构是适于将第一偏振光分离元件71、转换元件72和第二偏振光分离元件73各自积存的热量放出的结构。

但是，在二维模式下存在的问题是，在由第一偏振光分离元件71朝向光调制元件8所反射的S偏振光、和由第二偏振光分离元件73朝向光调制元件8所反射的P偏振光之间，在光线的射出方向上会发生偏移(参照图8(b))。即，在光调制元件8上的两者的照明区域的位置发生偏移。两者的照明区域不重叠的部分变暗，因此不能使用，而只使用两个照明区域重叠的部分，光的利用效率降低。

相对于此，如图8(a)所示，通过第二偏振光分离元件73在凸面形成，能够实质上使由第一偏振光分离元件71反射的S偏振光、和由第二偏振光分离元件73反射的P偏振光在光调制元件8上的照明区域的位置一致。

还有，即使将第二偏振光分离元件73形成于平面时，通过使第二偏振光分离元件73相对于第一偏振光分离元件71倾斜，也能够一定程度上拉近两者的聚光位置。但是，由第一偏振光分离元件71反射的S偏振光、和由第二偏振光分离元件73反射的P偏振光会发生光程差，因此在按照使该S偏振光会聚到光调制元件8上的方式已设计的光学系统，该P偏振光就不会会聚到光调制元件8上。

相对于此，通过在该S偏振光的焦点位置和该P偏振光的焦点位置之间设置光调制元件8，能够使照明光均质化。

如上述说明根据实施方式2的变形例5，能够实现如下两个方面：容易放出在第一偏振光分离元件71、转换元件72和第二偏振光分离元件73所积存的热量，抑制在二维模式下的S偏振光和P偏振光的聚光位置的偏移。即，通过在第一偏振光分离元件71和转换元件72之间、以及在转换元件72和第二偏振光分离元件73之间设置空隙，就能够很容易地放出热量。另外，通过第二偏振光分离元件73以凸面形成、或者第二偏振光分离元件73的倾斜，能够抑制在二维模式下的S偏振光和P偏振光的聚光位置的偏移。还有，即使在第一偏振光分离元件71和转换元件72之间，以及在转换元件72和第二偏振光分离元件73之间没有设置空隙时，因为构成各元件的基板的厚度量的光程量发生，所以以上的对策也有效。

图9是表示实施方式3的光学元件的构造的图。实施方式3的光学元件是以现有的线栅为基础的光学元件。即，在玻璃基板21上空出既定的间隔而形成多条金属线22。各金属线也可以由铝的脊形成。

在实施方式3中，在该多条金属线之间插入1/2波长板23。即，金属线22和1/2板长板23被排列形成为条纹状。现有的线栅虽然将入射光之中的S偏振光反射而透射P偏振光，但是实施方式3的线栅(以下表述为λ/2线栅20)将入射光之中的S偏振光反射而将P偏振光变换成S偏振光透射。

图10是表示实施方式4的光学单元30的构造的图。实施方式4的光学单元30使用实施方式3的λ/2线栅20。实施方式4的光学单元30具有λ/2线栅20、1/4波长板31和反射板32。光学单元30，相对于朝向该光学单元30入射的入射光，按照λ/2线栅20、1/4波长板31和反射板32的顺序配置。例如，也可以按照反射板32(避免由一般的反射镜构成)、1/4波长板31和λ/2线栅20的顺序层叠被一体地形成。

λ/2线栅20将反射入射光中所包含的S偏振光反射而将P偏振光变换成S偏振光透射。1/4波长板31将λ/2线栅20变换并透射的S偏振光变换成右圆偏振光而透射。反射板32将从1/4波长板入射的右圆偏板光变换成左圆偏振光而反射。1/4波长板31将从反射板32入射的左圆偏振光变换成P偏振光而透射。λ/2线栅20将从1/4波长板31入射的P偏振光变换成S偏振光而透射。由此，入射到实施方式4的光学单元30的无偏振的光的全部的成分都能够变换成S偏振光。

如以上说明根据实施方式4，能够将无偏振的光的全部的成分变换成S偏振光，因此既能够抑制光量的降低，又能够使偏振光统一为一定方向。

实施方式4的光学单元30能够作为实施方式1、2的光学单元7被采用。即，能够使用λ/2线栅20、1/4波长板31和反射板32替代第一偏振光分离元件71、转换元件72和第二偏振光分离元件73。

在实施方式4的光学单元30中，即使在三维模式下光量也不会降低，因此不需要以二维模式和三维模式对状态进行切换。这是因为在二维模式下，非偏振状态、偏振光统一为一定方向的状态均可。因为不需要以二维模式和三维模式对状态进行切换，所以也不需要电气控制。

如此，实施方式4的光学单元30除了实施方式2的光学单元的效果以外，在如下的点上还起到了有利的效果，即，即使在三维模式下，各图像的光量也不会降低；不需要电气控制，能够实现更简单的结构。

图11是表示实施方式5的光学单元40的构造的图。实施方式5的光学单元40也使用实施方式3的λ/2线栅20。实施方式5的光学单元40具有第一反射板41、标准线栅42、λ/2线栅20和第二反射板43。光学单元40相对于向该光学单元40入射的入射光，按照标准线栅42、第一反射板41和第二反射板43(两者为同一次序)以及λ/2线栅20的顺序配置。

标准线栅42将入射光中所含的S偏振光反射而透射P偏振光。第一反射板41将由标准线栅42反射的S偏振光反射。第二反射板43将标准线栅42透射的P偏振光反射。λ/2线栅20将从第一反射板41入射的S偏振光反射，将从第二反射板43入射的P偏振光变换成S偏振光而透射。由此，入射到实施方式5的光学单元40的无偏振的光的全部的成分都能够变换成S偏振光。

如上述说明根据实施方式5的光学单元40，可起到与实施方式4的光学单元30同样的效果。

以上，将几个实施方式放在一起对本发明进行了说明。这些实施方式只是例示，其各构成要素和各处理工序的组合中可以有各种变形例，同时变形例也包含在本发明的范围内，对本领域技术人员来说不言而喻。

在上述的说明中，说明的是将实施方式2、4、5的光学单元应用于投影型映像显示装置100的例子。在这一点上，也可以应用于液晶显示器和有机EL显示器等非投影型的显示装置。

还有，实施方式的光学单元和分时转换元件只要在光源和屏幕之间配置在任意位置都会发挥效果。另外，以利用液晶的双折射性作为1/2波长板起作用的液晶元件为列进行了说明，但在利用旋光性的液晶的情况下也可以进行偏振方向的转换。

在实施方式2中，说明的例子是由第一偏振光分离元件71反射S偏振光、由第二偏振光分离元件73反射S偏振光，但也可以设定为由第一偏振光分离元件71反射P偏振光、由第二偏振光分离元件73反射P偏振光，也可以设定为由第一偏振光分离元件71反射S偏振光、由第二偏振光分离元件73反射P偏振光，也可以设定为由第一偏振光分离元件71反射P偏振光、由第二偏振光分离元件73反射S偏振光。

在三个设定例之中最初的设定例中，就控制部10而言，在三维模式下对转换元件72施加电压，将转换元件72控制在上述第一状态(仅为透射板)；在二维模式下，不对转换元件72施加电压，将转换元件72控制在上述第二状态(1/2波长板)。

在三个设定例之中第二个和第三的设定例中，就控制部10而言，在二维模式下对转换元件72施加电压，将转换元件72控制在上述第一状态(仅为透射板)；在三维模式下，不对转换元件72施加电压，将转换元件72控制在上述第二状态(1/2波长板)。

Claims (6)

1.一种光学单元，其特征在于，具有：

第一偏振光分离元件和第二偏振光分离元件，该第一偏振光分离元件和第二偏振光分离元件将入射光中所包含的相互正交的两个偏振成分之中的一方反射而透射另一方；

转换元件，其在所述第一偏振光分离元件和所述第二偏振光分离元件之间被隔离地插入，可在将所入射的偏振成分没有变换地透射的第一状态、和将所入射的偏振成分变换成与之正交的偏振成分而透射的第二状态进行转换。

2.一种投影型映像显示装置，其特征在于，具有：

权利要求1所述的光学单元；

控制部，其将用于二维图像显示的二维模式和用于三维图像显示的三维模式进行转换，

并且，所述控制部根据所述二维模式和所述三维模式的转换，将所述转换元件控制为所述第一状态或所述第二状态。

3.根据权利要求2所述的投影型映像显示装置，其特征在于，还具有：

光调制元件，其将所述光学单元所反射的光根据图像信号进行调制；

投影透镜，其将所述光调制元件所调制的光朝向投影面进行投射；

分时偏振转换元件，其被设置在所述光调制元件和所述投影透镜之间，将所述光调制元件所调制的光的偏振方向进行分时转换，

并且，所述控制部在所述三维模式下使所述分时偏振转换元件对所述偏振方向进行分时转换。

4.根据权利要求2所述的投影型映像显示装置，其特征在于，

所述转换元件作为用于使所述二维模式和所述三维模式转换的模式转换元件发挥功能，

所述光学单元还包括：用于将所述第一偏振光分离元件所反射的偏振成分的偏振方向进行分时转换的分时偏振转换元件，

顺次配置所述第二偏振光分离元件、所述模式转换元件、所述第一偏振光分离元件和所述分时偏振转换元件，

所述控制部在所述三维模式下使所述分时偏振转换元件对所述偏振方向进行分时转换。

5.一种光学元件，是线栅型的光学元件，其特征在于，

在金属线间插入有1/2波长板。

6.一种光学单元，其特征在于，具有：

权利要求5所述的光学元件；

所述光学元件的后段所设置的1/4波长板；

在所述1/4波长板的后段所设置的反射板。

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