CN103353703B - 投影型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效率的投影型影像显示装置。投影型影像显示装置具有照明光源装置、影像显示元件、使上述照明光源装置的光照射到上述影像显示元件上的照明光学系统和将光学像放大投影的投影透镜，上述照明光学系统，具有将多个矩形孔径形状的透镜元件以矩阵状排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜，上述照明光源装置具有：偏振度大于50%的1个以上的光源；和使一方的偏振光通过、另一方的偏振光反射的1个以上的偏振元件，上述光源的至少1组以上以偏振度较高的偏振方向呈正交的方式配置，由上述偏振元件将光束合成，并利用聚光单元将光束聚光在1个区域，然后向配置在后段的照明光学系统照射。

Description

投影型影像显示装置

本申请是2010年10月27日递交的申请号为201010525079.1的同名发明专利申请的分案申请

技术领域

本发明涉及使用液晶显示元件等影像显示元件将影像投影到投影面上的投影型影像显示装置，和使用多个光源聚光为1个光束后向后段的照明光学系统进行照射的光源，涉及提供高效率的投影型影像显示装置却不会导致光源装置的大型化的技术。

背景技术

例如，在投影型影像显示装置中，将反射型或透过型的液晶面板或者排列有多个微小反射镜的结构的影像显示元件的显示画面放大显示到作为投影面的屏幕或板等上，为了在投影面上获得具有足够的大小和亮度的放大像，对照明光学系统一直进行着研究。

特别是在使用多个影像显示元件的方式中，提出了抑制彩色影像的白平衡劣化和颜色不均的各种照明光学系统。例如，作为在日本特开平10-171045号公报（专利文献1）中公开的投影型影像显示装置的照明光学系统中使用的光源，主流上使用单位输入功率的发光效率较高的（70lm/W）超高压水银灯。

此外，为了提高第一阵列透镜和第二阵列透镜的光线通过率而缩短电极间距离也成为较大的开发课题。此外，因为超高压水银灯大量产生紫外线，所以会对构成照明光学系统的液晶光阀和偏振片等有机物带来较大的危害，使之寿命减短，除此之外自身也会因电极磨损和发光管白浊引起的不透光而在短时间内发生亮度降低等较大问题。

因此，开始对使用红、绿、蓝发光二极管或有机EL等固体发光元件作为新的光源的投影型影像显示装置进行开发，提出了较多的提案。例如，日本特开2004-341105号公报（专利文献2）中，提出了由使从固体光源出射的紫外光变换为可见光的荧光体层和透明基材及固体光源构成的光源装置。

然后，为了解决该专利文献2的课题，例如日本特开2009-277516号公报（专利文献3）所示，提出了即使从固体光源出射的激发光为可见光也能够高率发光的光源装置。

接着，例如日本特开2009-259583号公报（专利文献4），也提出了将发光原理不同的光源组合作为投影型影像显示装置的光源的方案。

专利文献2的技术中，公开了由使从固体光源射出的紫外光变换为可见光的荧光体层和透明基材及固体光源构成的光源装置。关于该技术，因为使用以能量较高的紫外光作为激发光的激发光源，所以被紫外光照射的光学部件容易受到损伤，难以确保光学部件的长期性能。因此，专利文献3中提出了对荧光体照射比紫外光能量低的可见光作为激发光的方案。

另一方面，如专利文献4中所公开的，提出了将发光方式不同的多种光源组合作为投影型影像显示装置的新光源的方式。该提案的光源包括：第一光源，即射出规定波长的光的发光二极管或固体发光元件；第二光源，即射出激发光的发光二极管或固体发光元件；和第三淘汰，以来自第二光源的激发光作为激发能量从而发射与第一光源相同波段的光。

发明内容

以上叙述的专利文献2至专利文献4中公开的现有技术，没有关于光源大小的记载，但实际上，在排列多个激发光源的情况下，会产生光源装置大型化的问题。此外，在排列多个的情况下，因为使激发光聚光于荧光体上的透镜会大型化，所以透镜的球面像差会增大，也会产生不能够以所要求的照射形状照射荧光体的问题。

以下，作为不使用超高压水银灯的新的光源，对以使用激发光源激发荧光体而得的光作为光源时照明光学装置存在的课题，参照附图进行说明。其中，各图中，对于相同的部分附加相同的符号，对于已说明一次的部分，省略其说明。此外，以下为了易于说明，引入正交坐标系。以照明光轴方向为Z轴，以在正交于Z轴的面内与影像显示元件的矩形照射有效区域的长边平行的方向上的轴为Y轴，以与矩形有效显示区域的短边平行的方向上的轴为X轴。即，构成第一阵列透镜、第二阵列透镜的透镜单元，排列在X轴方向、Y轴方向这两个方向上。

图3（a）简易图示了使用偏振变换积分器的投影型液晶显示装置中的从光源到液晶显示元件间的照明光学系统光路上的各光学元件，是沿X轴方向看的包含照明光轴的YZ截面上的照明光学系统的主要部分结构部。

图3（a）中，照明光源装置300由在Y轴方向上配置的8个蓝色激发光源1和使各个光源的发散光平行化的平行化透镜2构成。从蓝色激发光源1发出的光在各个平行化透镜2的作用下成为大致平行的光，被聚光透镜14聚光在透明基材19上。透明基材19的入射侧蒸镀有增透膜，出射侧由2种区段构成，包括以蓝光为激发光发射黄光的黄色荧光体区段和使蓝光扩散的扩散层区段。

图3（b）中表示沿X轴方向看的YZ截面图和沿Z轴方向看的XY截面图。在黄色荧光体区段中，蒸镀有使蓝光透过、黄光（绿光和红光）反射的分色镀膜191，并在其上涂布了黄色的荧光体192。蓝色激发光与黄色荧光体192反应，向全方位发射黄光，但向着透明基材19的入射侧而去的黄色发散光会被分色镀膜191反射，因此所有的黄光都向平行化透镜20的方向发散。

另外，在使蓝光扩散的扩散层193区段中，蓝光发生扩散，向平行化透镜20的方向发散。如果透明基材19的旋转速度足够快，则在人眼看来，会从透明基材19发射蓝光和黄光合成后的白光。即，照射到透明基材19上的蓝色激发光的照射区域，能够认为发射白光的白光光源。从透明基材19发散的黄光和蓝光，在平行化透镜20的作用下成为平行光，入射到偏振变换积分器。

偏振变换积分器包括：由第一阵列透镜3和第二阵列透镜4构成的进行均匀照明的光学积分器；和使偏振方向变更、统一为规定偏振方向的偏振变换元件5。

第一阵列透镜3将入射的光用矩阵状配置的多个透镜单元分割为多束光来加以引导，以使之高效地通过第二阵列透镜4和偏振变换元件5。即，对于第一阵列透镜3而言，透明基材19上的照射像与第二阵列透镜4的各透镜单元相互成为物与像的关系（共轭关系）。通过第一阵列透镜3的各透镜单元的光，需要入射到相对的第二阵列透镜4的单元中。

与第一阵列透镜3同样，具有矩阵状配置的多个透镜单元的第二阵列透镜4中，所包含的透镜单元分别将对应的第一阵列透镜3的透镜单元的形状投影在液晶显示元件18上。

此时，用偏振变换元件5将来自第二阵列透镜4的光变更、统一为规定的偏振方向，然后，使第一阵列透镜3的各透镜单元的投影像，分别通过聚光透镜6和聚光镜（condensing lens）13，在液晶显示元件18上重合。

另外，对于第二阵列透镜4和接近它配置的聚光透镜6而言，第一阵列透镜3与影像显示元件18相互成为物与像的关系（共轭关系），所以被第一阵列透镜3分割为多束的光束会在第二阵列透镜4和聚光透镜6的作用下重叠投影在液晶显示元件18上，能够以实际使用上没有问题的程度的均匀性较高的照度分布进行照明。

此处，考虑照射到透明基材19上的蓝色激发光的照射形状。因为照射到透镜基材19上的蓝色激发光的照射区域成为向照明光学系统入射的光源像，所以能够用照明光学系统捕获的蓝色激发光的照射区域必须均匀。于是，需要以减小聚光透镜14的像差的影响的方式，使蓝色激发光聚光在透明基材19上。因此，需要拉开聚光透镜14与透明基材19的距离，减少入射到透明基材19的倾斜光。

另一方面，聚光透镜14需要捕获所有从排列了8个的蓝色激发光源1射出并在平行化透镜2的作用下成为平行光的蓝光，所以需要有与排列在一起的蓝色激发光源1相当的大小，所以需要使聚光透镜14与透明基材19的距离变得相当长。从而，产生了光源装置整体的尺寸增大这一课题。

本发明鉴于上述课题，其目的在于，提供一种高效率的投影型影像显示装置，在使用将多个光源聚光为1个光束后向后段的照明光学系统进行照射的光源装置时，与现有技术相比不会导致光源装置的大型化。

为了解决上述课题，本发明的第一方面的投影型影像显示装置具备：照明光源装置；影像显示元件；照明光学系统，其具有使来自上述照明光源装置的光向上述影像显示元件照射的多个光学元件；和将在上述影像显示元件形成的光学像放大投影的投影透镜，上述照明光学系统，具有将多个矩形孔径形状的透镜元件以矩阵状排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜，上述照明光源装置具有：偏振度大于50%的1个以上的光源；和使一方的偏振光通过、另一方的偏振光反射的1个以上的偏振元件，其中，上述光源的至少1组以上按照偏振度高的偏振方向呈正交的方式配置，由上述偏振元件将光束合成，并利用使光束聚光的聚光单元将光束聚光在1个区域，然后向配置在后段的照明光学系统照射。

此外，本发明的第二方面的投影型影像显示装置具备：照明光源装置；影像显示元件；照明光学系统，其具有使来自上述照明光源装置的光向上述影像显示元件照射的多个光学元件；和将在上述影像显示元件形成的光学像放大投影的投影透镜，上述照明光学系统，具有将多个矩形孔径形状的透镜元件以矩阵状排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜，上述照明光源装置具有：偏振度大于50%的1个以上的光源；使一方的偏振光通过、另一方的偏振光反射的1个以上的偏振元件；和1个以上的偏振变换元件，其中，上述光源的至少1组以上按照偏振度高的方向呈正交的方式配置，由上述偏振元件将光束合成，所合成的光束的偏振方向被上述偏振变换元件变更，该投影型影像显示装置具有2组上述照明光源装置，被上述偏振变换元件变更后的偏振方向与变更前的偏振方向正交，利用设置在上述2组照明光源装置的后段的上述偏振元件将光束合成，并利用使光束聚光的聚光单元将光束聚光在1个区域，然后向配置在后段的照明光学系统照射。

此外，本发明的第三方面的投影型影像显示装置具备：照明光源装置；影像显示元件；照明光学系统，其具有使来自上述照明光源装置的光向上述影像显示元件照射的多个光学元件；和将在上述影像显示元件形成的光学像放大投影的投影透镜，该投影型影像显示装置设置有使来自上述照明光源装置的光束聚光的聚光单元，利用上述聚光单元将光束聚光到具有四面反射面的光通道的入射侧开口部，利用透镜元件，使从上述光通道出射侧开口部出射的光束向与影像信号相应地对入射光的强度进行调制的光调制单元投影，上述照明光源装置具有：偏振度大于50%的1个以上的光源；和使一方的偏振光通过、另一方的偏振光反射的1个以上的偏振元件，上述光源的至少1组以上按照偏振度高的偏振方向呈正交的方式配置，由上述偏振元件将光束合成，并利用使光束聚光的聚光单元将光束聚光在1个区域，然后向配置在后段的照明光学系统照射。

此外，本发明的第四方面的投影型影像显示装置具备：照明光源装置；影像显示元件；照明光学系统，其具有使来自上述照明光源装置的光向上述影像显示元件照射的多个光学元件；和将在上述影像显示元件形成的光学像放大投影的投影透镜，该投影型影像显示装置设置有使来自上述照明光源装置的光束聚光的聚光单元，利用上述聚光单元将光束聚光到具有四面反射面的光通道的入射侧开口部，利用透镜元件，使从上述光通道出射侧开口部出射的光束向与影像信号相应地对入射光的强度进行调制的光调制单元投影，上述照明光源装置具有：偏振度大于50%的1个以上的光源；使一方的偏振光通过、另一方的偏振光反射的1个以上的偏振元件；和1个以上的偏振变换元件，上述光源的至少1组以上按照偏振度高的方向正交的方式配置，由上述偏振元件将光束合成，所合成的光束的偏振方向被上述偏振变换元件变更，该投影型影像显示装置具有2组上述照明光源装置，被上述偏振变换元件变更后的偏振方向与变更前的偏振方向正交，利用设置在上述2组照明光源装置的后段的上述偏振元件将光束合成，并利用使光束聚光的聚光单元将光束聚光在1个区域，然后向配置在后段的照明光学系统照射。

根据本发明，能够提供一种高效率的投影型影像显示装置，在使用将多个光源聚光为1个光束后向后段的照明光学系统进行照射的光源装置时，与现有技术相比不会导致光源装置的大型化。

附图说明

图1是一个实施方式的投影型液晶显示装置的概要结构图。

图2是一个实施方式的照明光源装置的概要结构图。

图3是现有技术的投影型液晶显示装置的主要部分结构图。

图4是第一实施例的投影型液晶显示装置的概要结构图。

图5是第一实施例中的透明基板上的光源的光斑图。

具体实施方式

以下参照附图说明具体实施方式。其中，在各图中，对于相同的部分附加相同符号，对于已说明一次的，省略其说明。此处，为了使易于说明，也与发明内容同样地引入以照明光轴为Z轴的正交坐标。即，以在正交于Z轴的面内与影像显示元件的矩形照射有效区域的长边平行的方向上的轴为Y轴，以与矩形有效显示区域的短边平行的方向上的轴为X轴。

图1是一个实施方式的照明光源装置和使用照明光源装置的投影型液晶显示装置的光学系统的概要结构图。图1（a）是从X轴方向观看的包含照明光轴的YZ截面上的投影型液晶显示装置的主要部分结构图，图1（b）是从X轴方向观看的包含照明光轴的YZ截面上的照明光学装置的主要部分结构图。

图1（a）中，从照明光源装置200（详情在后文中叙述）发出的光，在平行化透镜20的作用下成为大致平行的光，入射到偏振变换积分器。偏振变换积分器包括：由第一阵列透镜3和第二阵列透镜组成的进行均匀照明的光学积分器；和使偏振方向变更、统一为规定偏振方向的偏振变换元件5。

第一阵列透镜3，是从照明光轴方向看来具有与液晶显示元件大致相似的矩形形状的多个透镜单元以矩阵（2维）状配置而成的，利用多个透镜单元将从光源入射的光分割为多束光加以引导，以使之高效地通过第二阵列透镜4和偏振变换元件5。即，第一阵列透镜3以使形成在照明光源装置200的透明基材190上的发光面与第二阵列透镜4的各透镜单元为光学共轭关系的方式设计。

与第一阵列透镜3同样，从照明光轴方向看来为矩形形状的多个透镜单元以矩阵状配置而成的第二阵列透镜4中，所包含的透镜单元分别将对应的第一阵列透镜3的透镜单元的形状投影（映射）到液晶显示元件18上。

此时，利用偏振变换元件5使来自第二阵列透镜4的光变更、统一为规定的偏振方向，然后，使第一阵列透镜3的各透镜单元的投影像，分别通过聚光透镜6，聚光镜13、14，第一中继透镜15，第二中继透镜16和第三中继透镜17，重合在各液晶显示元件18上。

其中，第二阵列透镜4和接近它配置的聚光透镜6，以使第一阵列透镜3的各透镜单元与液晶显示元件18成为光学共轭关系的方式设计，因此，被第一阵列透镜3分割为多束的光束会被第二阵列透镜4和聚光透镜6重叠投影在液晶显示元件18上，能够以实际使用上没有问题的程度的均匀性较高的照度分布进行照明。

如上所述，由第一阵列透镜3、第二阵列透镜4和偏振变换元件5构成的偏振变换积分器，能够使来自光源的偏振方向随机的光变更、统一为规定偏振方向，并同时均匀照明液晶显示元件。

该过程中，利用分色镜11，例如使B光（蓝色波段的光）反射，使G光（绿色波段的光）和R光（红色波段的光）透过，分离为2色的光，进而，G光和R光被分色镜12分离为G光和R光。例如，G光被分色镜12反射，R光透过分色镜12，由此分离为3色的光。该光的分离方法可以有很多种，也可以利用分色镜11使R光反射并使G光和B光透过，也可以使G光反射并使R光和B光透过。

在分色镜11上反射的B光，被反射镜10所反射，通过聚光镜13B，透过B光用的液晶显示元件18B，入射到光合成棱镜21。

另一方面，在透过分色镜11的G光和R光中，G光被分色镜12反射，通过聚光镜13G，入射到G光用液晶显示元件18G，透过该液晶显示元件18G，入射到光合成棱镜21。此外，R光透过分色镜12，被第一中继透镜15聚光，接着被反射镜8反射，然后被第二中继透镜16聚光，在被反射镜9反射后，被第三中继透镜17聚光，入射到R光用的液晶显示元件18R。透过液晶显示元件18R的R光入射到光合成棱镜21。

透过各液晶显示元件的B光、G光、R光，被光合成棱镜21合成为彩色影像，然后，例如通过如变焦透镜等投影透镜22，到达屏幕7。在液晶显示元件18上通过光强度调制形成的光学像，被投影透镜22放大投影到屏幕上，从而发挥显示装置的功能。

其中，第一光路（B光）和第二光路（G光）中不使用中继透镜，但第三光路（R光）中为了使光路长度与B光、G光相等而使用了中继透镜15、16。

以下，用图1（b）说明利用本实施方式能够提供小型的照明光源装置的理由。图1（b）中，照明光源装置200由光源单元300P、光源单元300S、偏振元件23、聚光透镜140、透明基材190构成。光源单元300P由在Y轴方向上排列的4个光源1P和使光源1P发出的光变得平行的平行化透镜2构成，光源单元300S由在Z轴方向上排列的4个光源1S和使光源1S发出的光变得平行的平行化透镜2构成。

光源1的特定方向的偏振度较高。此处，以X轴方向的偏振为S偏振，以与X轴方向和照明光轴正交的方向的偏振为P偏振，光源1S中S偏振的比例大于50%，光源1P中P偏振的比例大于50%。作为偏振度较高的光源，激光较为有名，但也可以是采用下述结构的光源，即，在LED等无偏振光源出射之后配置仅使一种直线偏振光透过的偏振元件，仅取出一种直线偏振光。如果是激光光源，则为了得到S偏振光，只要以使直线偏振方向与X轴平行的方式配置即可，为了得到P偏振，只要以与上述S偏振用的激光呈90度正交的状态配置即可。

此外，在利用偏振元件从无偏振光源中仅取出单方向的偏振的结构中，只要使偏振元件的配置方向呈90度正交即可。从光源单元300P射出的光，是P偏振光的比例大于50%的平行光，从光源单元300S射出的光，是S偏振光的比例大于50%的平行光，它们入射到偏振元件23。偏振元件23是使P偏振透过、S偏振反射的元件，可以是将三棱柱2面贴合的棱镜形状。

于是，从光源单元300P射出的光中，P偏振光透过偏振元件23，从光源单元300S射出的光中，S偏振光在偏振元件23上反射，一起入射到聚光透镜140。因为光源1的偏振度大于50%，与例如简单地使4个光源1P向聚光透镜140入射的情况相比，能够得到更大的光束。入射到聚光透镜140的光，聚光在透明基材190上，形成1个照射区域。

此处，关于透明基材190，如果光源1是蓝色激发光源，则与上述透明基材19同样，能够采用具有蓝色扩散光和黄色荧光体这2个区段的结构。此外，如果光源1是包含蓝色、绿色、红色的光源，例如8个光源1中，2个是红色光源，4个是绿色光源，2个是蓝光源，那么透明基材190能够采用仅具有使入射的光线扩散的扩散层的结构。通过透明基材190的光，以透明基材190上的光源1的照射区域作为1个的白光源的发光像，被引导到后段的照明光学系统。

如上所述，通过配置照明光源装置用部件，聚光透镜140仅捕获从排列在一起的4个光源1射出的在平行化透镜2的作用下成为平行光的光即可，即光束宽度成为现有技术的二分之一，所以能够缩小聚光透镜140。从而，能够在不使透明部件190上的投影像的像差增大的前提下，缩短聚光透镜140与透明基材190的距离。

接着，用图2说明进一步减小光束宽度并实现小型化的方法。图2是本发明的一个实施方式的照明光源装置的光学系统的概要结构图。图2（a）是从X轴方向观看的包含照明光轴的YZ截面上的照明光学装置的主要部分结构图，图2（b）、（c）是构成照明光学装置的装置的一部分。

图2（a）中，照明光源装置201由光源单元301P、光源单元301S、光源单元302P、光源单元302S、偏振元件23、偏振棱镜24、聚光透镜141、透明基材190构成。照明光源装置201包括由光源单元301组成的光源部和由光源单元302组成的光源部，在图2（b）、图2（c）中表示。

图2（b）是包含光源单元301的装置。光源单元301P由在Y轴方向上排列的2个光源1P和使从光源1P发出的光变为平行光的平行化透镜2构成，光源单元301S由在Z轴方向上排列的2个光源1S和使从光源1S发出的光变为平行光的平行化透镜2构成。

光源单元301P的射出光，是P偏振光的比例大于50%的平行光，光源单元301S的射出光，是S偏振光的比例大于50%的平行光，它们入射到偏振棱镜24。偏振棱镜24是使P偏振透过、使S偏振反射的元件，在出射侧配置有长方形的λ/2波片241。

光源单元301P的射出光中，P偏振光透过偏振棱镜24，到达出射面。此时，因为以使光源单元301P的射出光从没有配置λ/2波片241的区域通过的方式配置光源单元301P，所以光源单元301P的射出光在保持为P偏振的状态下通过偏振棱镜24。

此外，光源单元301S的射出光中，S偏振光在偏振棱镜24的反射面上反射，到达出射面。此时，因为光源单元301S的配置方式使得光源单元301S的射出光从配置了λ/2波片241的区域通过，所以光源单元301S的射出光在λ/2波片241的作用下从S偏振变换为P偏振，通过偏振棱镜24。即，光源单元301P的射出光、光源单元301S的射出光共同成为P偏振的光束，从偏振棱镜24射出。

接着说明另一个光源单元。图2（c）是包含光源单元302的装置。光源单元302S由在Y轴方向上排列的2个光源1S和使从光源1S发出的光变为平行光的平行化透镜2构成，光源单元302P由在Z轴方向上排列的2个光源1P和使从光源1P发出的光变为平行光的平行化透镜2构成。

光源单元302P的射出光，是P偏振光的比例大于50%的平行光，光源单元302S的射出光，是S偏振光的比例大于50%的平行光，它们入射到偏振棱镜24。偏振棱镜24是使P偏振透过、使S偏振反射的元件，在出射侧配置有长方形的λ/2波片241。光源单元302S的射出光中，S偏振光在偏振棱镜24的反射面上反射，到达出射面。

此时，因为以使光源单元302S的射出光从没有配置λ/2波片241的区域通过的方式配置光源单元302S，所以光源单元302S的射出光在保持为S偏振的状态下通过偏振棱镜24。

此外，光源单元302P的射出光中，P偏振光通过偏振棱镜24，到达出射面。此时，因为光源单元302P的配置方式使得光源单元302P的射出光从配置了λ/2波片241的区域通过，所以光源单元302P的射出光在λ/2波片241的作用下从P偏振变换为S偏振，通过偏振棱镜24。

即，光源单元302S的射出光、光源单元302P的射出光共同成为S偏振的光束，从偏振棱镜24射出。此处，偏振棱镜24是包含λ/2波片在内的1体结构，但是使偏振合成的偏振元件和使偏振旋转的λ/2波片部也可以是分离的个体。

图2（a）中，偏振元件23是使P偏振透过、使S偏振反射的元件。于是，如上所述，光源单元301的射出光，作为P偏振光入射到偏振元件23，所以透过偏振元件23，入射到聚光透镜141。此外，如上所述，光源单元302的射出光，作为S偏振光入射到偏振元件23，所以在偏振元件23上反射，入射到聚光透镜141。入射到聚光透镜141的光，聚光在透明基材190上，形成1个照射区域。

如上所述，通过配置照明光源装置用部件，聚光透镜141只要捕获从排列在一起的2个光源1射出的在平行化透镜2的作用下成为平行光的光即可，即光束宽度成为现有技术的四分之一，所以能够缩小聚光透镜141。因此，也能够使聚光透镜141与透明基材190的距离缩短。

以上说明了排列8个光源1的情况，但也可以是8个以外的情况。此外，平行化透镜2可以根据光源的配置方向、光源颜色等来分别变更最佳尺寸、曲率半径、材料。

如上所述，根据本实施例，能够提供一种高效率的投影型影像显示装置，在使用将多个光源聚光为1个光束后向后段的照明光学系统进行照射的光源装置时，与现有技术相比不会导致光源装置的大型化。

[实施例1]

在以上说明中，用光线图概念性地说明了能够提供一种高效率的投影型影像显示装置的方法，该投影型影像显示装置，在使用将多个光源聚光为1个光束后向后段的照明光学系统进行照射的光源装置时，与现有技术相比不会导致光源装置的大型化。

接着，在本实施方式中，用图4说明决定透明基材上的照射区域所要求的精度的一个实施例。图4（a）是从X轴方向观看的包含照明光轴的YZ截面上的投影型液晶显示装置的主要部分结构图，图4（b）是从X轴方向观看的包含照明光轴的YZ截面上的照明光源装置的主要部分放大图，图4（c）是从Y轴方向观看的包含照明光轴的XZ截面上的从照明光学装置到光通道间的主要部分结构图。

作为照明光源装置，使用照明光源装置201，关于后段的照明光学系统，令其为使用了排列多个微反射镜而成的影像显示元件（DMD元件）的照明光学系统。

图4（c）中，表示照明光源装置的X轴方向的配置。此处的照明光源装置201在X轴方向上也将光源1和平行化透镜2各配置2个，具有共计16个光源1和平行化透镜2。

图4（a）中，从照明光源装置201发出的光，被聚光透镜25聚光，入射到光通道26的入射侧开口部。聚光透镜25使得从形成在透明基材19上的光源1的照射区域33发散的光聚光到光通道26的入射侧，所以形成在透明基材19上的光源1的照射区域33被放大投影到光通道26的入射面上。

光通道26在内部的四面具有反射面，在到达上述光通道26的出射侧开口部之前，入射光线发生多次反射，由此，在光通道26的出射侧，获得实际使用上没有问题的程度的均匀性较高的照度分布。从光通道26出射的光束，通过反射镜28，被透镜元件27放大投影在根据影像信号对入射光的强度进行调制的DMD元件29上。

入射到DMD元件29的光束，按照影像信号入射到投影透镜30，到达屏幕31。此处，在光通道26之前配置有对白光进行色分离的色轮32，但在照明光源装置201中能够使颜色分时的情况下，则不需要色轮32。

图4（b）中，具体地说明照射区域33所要求的精度。设光源1是蓝色激光，激发透明基材19的荧光体。光源1的外形为φ6mm，发光尺寸为φ0.02mm，光线出射半角为20度。

偏振棱镜24的外形为约两个光源1的尺寸，所以是12mm宽。为了使4个光源1的光束通过偏振棱镜24的宽度12mm的出射面，从光源1射出的光束需要为3mm以下。因为光源1的光线出射半角为20度，所以平行化透镜2的焦距为约4mm。

此处，光源1的发光面的像被放大投影为形成在透明基材19上的照射区域33，放大率大致是聚光透镜141的焦距与平行化透镜2的焦距的比。照明区域33是后段的照明光学系统的光源尺寸，以往的超高压水银灯的电弧的像为1mm左右，所以照射区域33的大小也需要为1mm以下。而光源1的发光尺寸为φ0.02mm，所以放大率需要为约50倍以下，考虑到余量，设放大率为5倍。

此时，聚光透镜141的焦距为20mm，光源1的发光面放大像为φ0.1mm左右。

在图5中，确认以上述条件从光源1射出的光线在透明基材19上形成的照射区域33上的光斑图。使用低廉的球面透镜作为聚光透镜141。此时，光斑尺寸为φ0.3mm左右，即使包含放大像φ0.1mm，也都抑制在1mm以下，对于后段的照明光学系统来说，可谓是高效率的照明光源。

Claims (6)

1.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

第一光源装置和第二光源装置；

影像显示元件；

照明光学系统，具有使来自所述第一光源装置和第二光源装置的光向所述影像显示元件照射的多个光学元件；和

将所述影像显示元件所显示的光学像放大投影的投影透镜，其中，

所述照明光学系统，具有将多个矩形孔径形状的透镜元件以矩阵状排列而形成的第一阵列透镜和第二阵列透镜，

所述第一光源装置和第二光源装置各自具有：

一对光源单元，其中一方为偏振度大于50％的P偏振的光源，另一方为偏振度大于50％的S偏振的光源，双方的光源组合而构成所述一对光源单元；

使一方的偏振光透射、另一方的偏振光反射的偏振棱镜；和

偏振变换元件，其中，

所述第一光源装置和第二光源装置，分别按照偏振度高的偏振方向呈正交的方式配置，由所述偏振棱镜将来自所述第一光源装置的第一光源单元和所述第二光源装置的第二光源单元的光束合成，所合成的光束中来自所述第一光源单元和第二光源单元中的任一方的光束的偏振方向，被所述偏振变换元件变更为与变更前的该光束的偏振方向正交，

来自所述第一光源装置的光束为P偏振光，来自所述第二光源装置的光束为S偏振光，利用设置于所述第一光源装置和第二光源装置的后段的使P偏振光透射、使S偏振光反射的偏振元件将光束合成，并利用使光束聚光的聚光单元将光束聚光在1个区域，然后使该光束向配置在后段的所述照明光学系统照射。

2.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

第一光源装置和第二光源装置；

影像显示元件；

照明光学系统，具有使来自所述第一光源装置和第二光源装置的光向所述影像显示元件照射的多个光学元件；和

将所述影像显示元件所显示的光学像放大投影的投影透镜，

该投影型影像显示装置中，设置有使来自所述第一光源装置和第二光源装置的光束聚光的聚光单元，利用该聚光单元将光束聚光到具有四面反射面的光通道的入射侧开口部，利用透镜元件使从所述光通道出射侧开口部出射的光束向与影像信号相应地对入射光的强度进行调制的光调制单元投影，

所述第一光源装置和第二光源装置各自具有：

一对光源单元，其中一方为偏振度大于50％的P偏振的光源，另一方为偏振度大于50％的S偏振的光源，双方的光源组合而构成所述一对光源单元；

使一方的偏振光透射、另一方的偏振光反射的偏振棱镜；和

偏振变换元件，其中，

所述第一光源装置和第二光源装置，分别按照偏振度高的偏振方向呈正交的方式配置，由所述偏振棱镜将来自所述第一光源装置的第一光源单元和所述第二光源装置的第二光源单元的光束合成，所合成的光束中来自所述第一光源单元和第二光源单元中的任一方的光束的偏振方向，被所述偏振变换元件变更为与变更前的该光束的偏振方向正交，

来自所述第一光源装置的光束为P偏振光，来自所述第二光源装置的光束为S偏振光，利用设置于所述第一光源装置和第二光源装置的后段的使P偏振光透射、使S偏振光反射的偏振元件将光束合成，并利用使光束聚光的聚光单元将光束聚光在1个区域，然后使该光束向配置在后段的所述照明光学系统照射。

3.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

照明光源装置；

影像显示元件；

照明光学系统，具有使来自所述照明光源装置的光向所述影像显示元件照射的多个光学元件；和

将所述影像显示元件所显示的光学像放大投影的投影透镜，其中，

所述照明光学系统，具有将多个矩形孔径形状的透镜元件以矩阵状排列而形成的第一阵列透镜和第二阵列透镜，

所述照明光源装置包括：

第一光源，包括出射偏振度大于50％的第一激发光的第一单元，和出射在与所述第一激发光垂直的方向上的偏振度大于50％的第二激发光的第二单元；

第二光源，包括出射偏振度大于50％的第三激发光的第三单元，和出射在与所述第三激发光垂直的方向上的偏振度大于50％的第四激发光的第四单元；

使所述第一激发光透射，使所述第四激发光反射且使该反射后的第四激发光的偏振方向成为与所述第一激发光的偏振方向一致的第一偏振元件；

使所述第二激发光反射，使所述第三激发光透射且使该透射后的第三激发光的偏振方向成为与所述第二激发光的偏振方向一致的第二偏振元件；

通过使来自所述第一偏振元件的第五激发光透射，使来自所述第二偏振元件的第六激发光反射而将所述第五激发光和第六激发光合成的第三偏振元件；

使被所述第三偏振元件合成的激发光聚光的聚光透镜；和

被由所述聚光透镜聚光的激发光激发而产生荧光的荧光体，其中

所述第一光源和第二光源分别被配置成使得所述第一光源的光轴与所述第二光源的光轴正交。

4.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

照明光源装置；

影像显示元件；

照明光学系统，具有使来自所述照明光源装置的光向所述影像显示元件照射的多个光学元件；和

将所述影像显示元件所显示的光学像放大投影的投影透镜，其中，

所述照明光学系统包括：

使来自所述照明光源装置的光束聚光的聚光单元；和

接收来自所述聚光单元的光的光通道，其中，

所述光通道具有四面反射面，

所述聚光单元使来自所述照明光源装置的光束聚光到所述光通道的入射侧开口部，

所述影像显示元件，对于从所述光通道的出射侧开口部出射的光束，与影像信号对应地调制入射光的强度，

所述照明光源装置包括：

第一光源，包括出射偏振度大于50％的第一激发光的第一单元，和出射在与所述第一激发光垂直的方向上的偏振度大于50％的第二激发光的第二单元；

第二光源，包括出射偏振度大于50％的第三激发光的第三单元，和出射在与所述第三激发光垂直的方向上的偏振度大于50％的第四激发光的第四单元；

使所述第一激发光透射，使所述第四激发光反射且使该反射后的第四激发光的偏振方向成为与所述第一激发光的偏振方向一致的第一偏振元件；

使所述第二激发光反射，使所述第三激发光透射且使该透射后的第三激发光的偏振方向成为与所述第二激发光的偏振方向一致的第二偏振元件；

通过使来自所述第一偏振元件的第五激发光透射，使来自所述第二偏振元件的第六激发光反射而将所述第五激发光和第六激发光合成的第三偏振元件；

使被所述第三偏振元件合成的激发光聚光的聚光透镜；和

被由所述聚光透镜聚光的激发光激发而产生荧光的荧光体，其中

所述第一光源和第二光源分别被配置成使得所述第一光源的光轴与所述第二光源的光轴正交。

5.如权利要求3或4所述的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述荧光体所产生的荧光和未在所述荧光体上激发的激发光混合而成为大致白色光，入射到所述照明光学系统。

6.如权利要求1～4中任一项所述的投影型影像显示装置，其特征在于：

所述光源是激光。