CN1108532C - 偏振光转换器件、偏振光照明装置及使用它的显示装置 - Google Patents

Abstract

具有第1光学部件200和第2光学部件300，第1光学部件用于对入射光束聚光并形成在空间上分离的多个中间光束，第2光学部件将中间光束在空间上分离成两个偏振光束并使两个偏振光束的偏振方向一致并作为单一的偏振光束。在第2光学部件300中配置偏光板370，防止光直接入射到与偏振光分离单元阵列的反射面对应的部分上，提高了将中间光束分离成2个偏振光束的性能，所以，可以高效率地转换成偏振方向一致的单一的偏振光束。

Description

偏振光转换器件、偏振光照明装置 及使用它的显示装置

技术领域

本发明涉及偏振光转换装置和偏振光照明装置，该装置用于从随机偏振光束的入射光束中产生偏振方向大致一致的照明光束，而且其照明区的光强度分布比入射光束的光强度分布更均匀。本发明进而涉及使用上述装置的显示装置和投影显示装置。

背景技术

作为象液晶装置那样使用了调制偏振光束型面板的显示装置中的照明装置，能够高效率地产生单一偏振光束的偏振光照明装置是很理想的。于是，便提出了一种可以使显示明亮的照明光学系统，将从光源发出的随机偏振光束转换成单一偏振光束，用这种光来照明液晶装置，在特开平7-294906号公报中公开了一个搭载了这样一种照明光学系统的图像显示装置的例子。

下面，使用图15简单地说明在特开平7-294906号公报中公开的这种照明光学系统的主要部分。该光学系统主要由透镜板910、多个偏振光束分离器920、多个反射棱镜930和λ/2相位差板940构成。其原理是，由具有偏振光分离面331的偏振光束分离器920和具有反射面332的反射棱镜930将随机偏振光束的入射光束分离成2种偏振光束(P偏振光束和S偏振光束)，使用λ/2相位差板940将分离后的一种偏振光束的偏振方向与另一种偏振光束的偏振方向合成，由此得到单一的偏振光束，使用这种光束去照明液晶装置950。只是在偏振光束的分离过程中，必需要有形成2个偏振光束的空间，因此，一般不可避免地要对光学系统进行扩幅。于是，对于该光学系统，通过用在透镜910上形成的微小透镜911将入射到各偏振光束分离器920的光束直径缩小到微型透镜的透镜直接的大约一半以下、并在因光束直径的缩小而省下的空间内配置反射棱镜930(反射面)，可以不对光学系统进行扩幅而得到单一的偏振光束。

但是，特开平7-294906号公报所公开的光学系统存在以下问题。

一般，当通过透镜缩小光束直径时，最小光束直径大致由透镜的折射率和入射到透镜的光束的平行度唯一确定。即，象特开平7-294906号公报所公开的光学系统那样，为了使光束直径缩小到一半以下，在使用折射率很大的透镜(换言之，F系数很小的透镜)的同时，还要求所使用光源能发出平行度很高的光束。但是，实际的光源具有有限的发光区。从而，从光源发出的光束的平行度不一定很好。

另一方面，在偏振光束分离器上形成的偏振光分离面的偏振光分离性能在很大程度上依赖光的入射角。即，当入射到偏振光分离膜上的光具有很大的角度成分时，便不能发挥理想的偏振光分离性能，在透过偏振光分离面的P偏振光束中就会混入S偏振光束，同时，在由偏振光分离面反射的S偏振光束中也会混入P偏振光束。因此，为了使光束直径缩小，所使用的微型透镜的折射率不可能任意地做得很大。

因上述理由，要使入射到偏振光束分离器上的光束的直径缩小到足够小是困难的，现实的情况是，也有比较多的光直接入射到与偏振光束分离器相邻的反射棱镜上。直接入射到反射棱镜上的光被反射面反射，并入射到相邻的偏振光束分离器上，与直接入射到偏振光束分离器上的光束一样，由偏振光分离面分离成2种偏振光束。但是，在经反射棱镜入射到偏振光束分离器上的光束和直接入射到偏振光束分离器上的光束之间，其入射到偏振光束分离器的方向分别相差90度，因此，直接入射到反射棱镜上的光束存在的结果，没有改变偏振光束分离器内的行进方向，在透过的P偏振光束中就会混入直接入射到反射棱镜并经偏振光束分离器分离了的S偏振光束，同样，在直接入射到偏振光束分离器并经反射棱镜和λ/2相位差板射出的P偏振光束中也会混入S偏振光束。因直接入射到反射棱镜上的光束的存在而混入P偏振光束中的S偏振光束对液晶装置来说是完全不需要的光束，所以，被偏振光板吸收并发热，从而成为偏振光板温度上升的主要原因。

这样，对于特开平7-294906号公报所公开的先有的光学系统，在将光源发出的随机偏振光束转换成单一的偏振光束的过程中，比较多地混入其它偏振光束是不可避免的。其结果，当要想得到十分明亮的显示图像时，必须由偏振光板吸收显示所不需要的偏振方向不同的偏振光束，此外，为了抑制伴随该吸收所产生的偏振光板的温度上升，大型的冷却装置是必不可少的。

本发明的课题是，通过在将光源发出的随机偏振光束转换成单一的偏振光束的过程中尽力抑制偏振方向不同的其它偏振光束的混入来解决上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的偏振光转换器件包括偏振光分离器件和选择相位差板，该偏振光分离器件具有偏振光分离面和大致与该偏振光分离面平行配置的反射面，所述偏振光分离面用于通过使P偏振光束和S偏振光束中的一种偏振光束透过且使另一种偏振光束反射来分离偏振光束，所述反射面使由所述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射，该选择相位板配置在上述偏振光分离器件的光射出面一侧、使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致，本发明的偏振光转换器件的特征在于，在上述偏振光分离器件的光入射面一侧设有防止光直接入射到上述反射面的遮光装置或光衰减装置。

本发明的偏振光转换器件通过采用上述结构可以有效地防止偏振方向不同的其它偏振光束混入偏振方向一致的几乎是单一的偏振光束中，或者可以减轻这一现象。因此，可以以很高的效率产生特定的偏振光束。

在上述偏振光转换器件中，当将遮光装置或光衰减装置与偏振光分离器件做成一体时，可以降低界面上的光损失，可以提供光的利用效率高的偏振光转换器件。

这里，遮光装置可以由反射板构成。若遮光装置由反射板构成，因几乎没有用遮光装置的光吸收故遮光板不会发热，可以防止伴随遮光板的发热而对周围的光学部件产生热影响。特别是，当选择相位差板是由不耐热的有机物质形成时更有效。

此外，当遮光装置和偏振光分离器件做成一体时，也可以将遮光装置作为反射膜并使该反射膜在偏振光分离器件的光入射面上形成。这样的结构也可以得到与遮光装置由反射板构成的结构同样的效果。再有，反射膜可以由感应体多层膜或反射率很高的银、铝等金属薄膜形成。

进而，在上述偏振光转换器件中，光衰减装置可以由光扩散板构成。若光衰减装置由光扩散板构成，则可以实现偏振光转换器件的低成本。

此外，当遮光装置和偏振光分离器件做成一体时，也可以将光衰减装置作为在偏振光分离器件的光入射面上形成的光散射面。这样的结构也可以得到与光衰减装置由光扩散板构成的情况同样的效果。光散射面可以通过将偏振光分离器件的光入射面内的特定区域做得粗糙来形成。

本发明的偏振光照明装置的特征在于，包括光源、将从上述光源发出的光束分离成多个中间光束的第1光学部件和配置在上述中间光束会聚位置附近的第2光学部件，上述第2光学部件具有：由分别聚集上述中间光束的多个聚光透镜组成的聚光透镜组；在空间上分别将上述中间光束分离成S偏振光束和P偏振光束的偏振光分离器件；使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致的选择相位差板；将这些偏振光束重叠结合的结合透镜，上述偏振光分离器件具有使上述P偏振光束或S偏振光束中的任何一种偏振光束透过而使其它偏振光束反射的分离偏振光束的偏振光分离面和大致与上述偏振光分离面平行地配置、使由上述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射的反射面，在上述第1光学部件和上述偏振光分离器件之间设有遮光装置或光衰减装置，防止上述各中间光束直接入射到上述反射面上。

本发明的偏振光照明装置通过采用上述结构可以有效地防止偏振方向不同的其它偏振光束混入偏振方向一致的几乎是单一的偏振光束中，或者可以减轻这一现象。因此，可以得到偏振度非常高的偏振光束来作为照明光。

此外，若按照上述结构，因为一旦入射光束分离成多个中间光束后、使这些中间光束最终在一个照明区域上重叠结合，所以，即使入射光束在光束的截面内具有很大的光强度分布，也可以得到亮度均匀且无色斑的偏振光束来作为照明光。进而，即使当不能以均匀的光强度和光谱特性将中间光束分离成P偏振光束和S偏振光束、以及在使两偏振光束的偏振方向一致的过程中其中一方的偏振光束的光强度及其光谱特性已经发生变化时，也可以得到亮度均匀且无色斑的偏振光束来作为照明光。

此外，大致处于一种偏振光状态下的多个偏振光束全部会聚起来并在一个照明区域上重叠结合，变成一大把光束。因为这一大把光束不带有其本身具有很大散射角的光束成分，所以，当使用这样的光束进行照明时，可以得到很高的照明效率。

再有，可以使用由光源灯和反射器构成的装置作为上述光源。作为光源灯可以使用金属卤化物灯、氙灯、卤素灯等，作为反射器可以使用抛物面反射器、椭圆反射器和球面反射器等。

在上述偏振光照明装置中，配置遮光装置或光衰减装置的位置只要是在偏振光分离器件和第1光学部件之间，什么地方都可以。但是，若将该遮光装置或光衰减装置和偏振光分离器件做成一体，则可以降低界面上的光损失，可以提供光的利用效率高的偏振光照明装置。此外，通过将遮光装置或光衰减装置及偏振光分离器件做成一体，也可以使第2光学部件整个一体化，这时，可以使第2光学部件变成非常轻型的部件。

此外，遮光装置或光衰减装置也可以和聚光透镜组做成一体。这样一来，可以得到与将遮光装置或光衰减装置和偏振光分离器件做成一体的情况同样的效果。进而，这时，若将与遮光装置或光衰减装置做成一体的聚光透镜组与构成第2光学部件的其它光学部件(例如，偏振光分离器件和选择相位差板等)在空间上分开来配置，则即使遮光装置或光衰减装置因吸收光而发热，也可以防止伴随该发热而对这些其它的光学部件造成影响。

在上述偏振光照明装置中，遮光装置可以由反射板构成。若遮光装置由反射板构成，因几乎没有遮光装置的光吸收故遮光装置不发热，可以防止伴随遮光装置发热而对周围的光学部件造成影响。特别是，当由不耐热的有机物质形成选择相位差板时更有效。此外，若遮光装置由反射板构成，由反射板反射的光一旦返回光源，通过设置在光源的反射器使其再反射，可以再次入射到偏振光分离器件上。因此，可以毫不浪费地、有效地利用光源发出的光。

此外，当将遮光装置与偏振光转换器件和聚光透镜组做成一体时，也可以将遮光装置作为反射膜、使该反射膜在偏振光分离器件的光入射面上或聚光透镜组的光射出面上形成。对于这样的结构，也可以得到与遮光装置由反射板构成的情况同样的效果。再有，反射膜可以由感应体多层膜或反射率高的银和铝等金属薄膜形成。

进而，在上述偏振光照明装置中，光衰减装置可以由光扩散板构成。若光衰减装置由光扩散板构成，则可以实现偏振光照明装置的低成本。

此外，当光衰减装置和偏振光转换器件或聚光透镜组做成一体时，也可以将光衰减装置作为光散射面、该光散射面在偏振光分离器件的光入射面上或聚光透镜组的光射出面上形成。对于这样的结构，也可以得到与由光扩散板构成光衰减装置的情况以及将光扩散板和偏振光转换器件或聚光透镜组做成一体的情况同样的效果。再有，光散射面可以通过将偏振光分离器件的光入射面或聚光透镜组的光射出面内的特定区域做得粗糙来形成。

本发明的显示装置的特征在于，包括光源、将从上述光源发出的光束分离成多个中间光束的第1光学部件、配置在上述中间光束会聚位置附近的第2光学部件和根据显示信息对从上述第2光学部件射出的光束进行调制的调制器件，上述第2光学部件具有：由分别聚集上述中间光束的多个聚光透镜组成的聚光透镜组；在空间上分别将上述中间光束分离成S偏振光束和P偏振光束的偏振光分离器件；使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致的选择相位差板；将这些偏振光束重叠结合的结合透镜，上述偏振光分离器件具有偏振光分离面和大致与该偏振光分离面平行配置的反射面，所述偏振光分离面用于通过使P偏振光束和S偏振光束中的一种偏振光束透过且使另一种偏振光束反射来分离偏振光束，所述反射面使由所述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射，在上述第1光学部件和上述偏振光分离器件之间设有遮光装置或光衰减装置，防止上述各中间光束直接入射到上述反射面上。

本发明的显示装置通过采用上述结构可以有效地防止偏振方向不同的其它偏振光束混入偏振方向一致的几乎是单一的偏振光束中，因此，当为了得到由调制元件调制的规定的偏振光而使用了偏光板时，可以防止因不需要的偏振光被吸收而发生的偏光板的温度上升，可以大幅度地简化冷却偏光板的冷却装置、使其小型化。再有，作为调制器件可以使用液晶装置。

此外，若按照上述结构，因为一旦入射光束分离成多个中间光束后、使这些中间光束最终在调制器件上重叠结合，所以，即使从光源射出的光束在光束的截面内具有很大的光强度分布，也可以得到亮度均匀且无色斑的偏振光束来作为照明光。从而，可以实现小型的、可进行明亮的且无光斑和色斑的显示的显示装置。

本发明的投影显示装置的特征在于，包括光源、将从上述光源发出的光束分离成多个中间光束的第1光学部件、配置在上述中间光束会聚位置附近的第2光学部件、根据显示信息对从上述第2光学部件射出的光束进行调制的调制器件和将由上述调制器件调制的光束投影到投影面上的投影光学系统，上述第2光学部件具有：由分别聚集上述中间光束的多个聚光透镜组成的聚光透镜组；在空间上分别将上述中间光束分离成S偏振光束和P偏振光束的偏振光分离器件；使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致的选择相位差板；将这些偏振光束重叠结合的结合透镜，上述偏振光分离器件具有使上述P偏振光束或S偏振光束中的任何一种偏振光束透过而使其它偏振光束反射的分离偏振光束的偏振光分离面和大致与上述偏振光分离面平行地配置、使由上述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射的反射面，在上述第1光学部件和上述偏振光分离器件之间设有遮光装置或光衰减装置，防止上述各中间光束直接入射到上述反射面上。

本发明的投影显示装置通过采用上述结构可以有效地防止偏振方向不同的其它偏振光束混入偏振方向一致的几乎是单一的偏振光束中。因此，当为了得到由调制元件调制的规定的偏振光而使用了偏光板时，可以防止因不需要的偏振光被吸收而发生的偏光板的温度上升，可以大幅度地简化冷却偏光板的冷却装置、使其小型化。再有，作为调制器件可以使用液晶装置。

此外，若按照上述结构，因为一旦入射光束分离成多个中间光束后、使这些中间光束最终在调制器件上重叠结合，所以，即使从光源射出的光束在光束的截面内具有很大的光强度分布，也可以得到亮度均匀且无色斑的偏振光束来作为照明光。从而，可以实现小型的、可进行明亮的且无光斑和色斑的显示的显示装置。

本发明的投影显示装置进而具有将从上述第2光学部件射出的光束分离成多色光的色光分离装置、对上述各色光进行调制的多个上述调制器件和将经上述各调制器件调制了的色光合成的色光合成装置，经上述投影光学系统将上述色光合成装置合成的光束投影到投影面上，由此，因可以分别对已分离的2个以上的色光配置专用的调制器件，故可以实现小型的、可进行明亮的、颜色表现性好、分辨率高的彩色图像投影显示的投影显示装置。

再有，在上述投影显示装置中，调制器件也可以由反射型的液晶装置构成。一般，反射型液晶装置具有即使像素密度提高时也容易得到比较高的孔径比的优点。因此，若采样上述结构，可以实现小型的、可进行更明亮的、颜色表现性好、分辨率高的彩色图像投影显示的投影显示装置。

附图说明

图1是表示本发明实施例1的偏振光照明装置的光学系统的概略结构图。

图2是本发明实施例1的第1光学部件的透视图。

图3是本发明实施例1的遮光板的透视图。

图4是本发明实施例1的偏振光分离单元阵列的透视图。

图5是用于说明本发明实施例1的偏振光分离单元阵列的功能的图。

图6是本发明实施例1的变形例1的遮光板的透视图。

图7是本发明实施例1的变形例2的遮光板的透视图。

图8是本发明实施例1的变形例3的偏振光分离单元阵列的透视图。

图9是本发明实施例1的变形例4的聚光透镜组的透视图。

图10是本发明实施例1的变形例5的遮光板的透视图。

图11是表示示出装入图1的偏振光照明装置的本发明实施例2的显示装置的一个例子的光学系统的主要部件的概略结构图。

图12是表示示出装入图1的偏振光照明装置的本发明实施例3的投影显示装置的一个例子的光学系统的主要部件的概略结构图。

图13是表示示出装入图1的偏振光照明装置的本发明实施例4的投影显示装置的一个例子的光学系统的主要部件的概略结构图。

图14是表示示出装入图1的偏振光照明装置的本发明实施例2的显示装置的变形例的光学系统的主要部件的概略结构图。

图15是特开平7-294906号公报所公开的偏振光光学系统的概略结构图。

具体实施方式

下面，就实施本发明的形态列举实施例并参照附图进行说明。再有，在以下的各实施例中，只要没有特别指明，将互相正交的3个方向定为X方向(横向)、Y方向(纵向)、和Z方向。此外，无论在哪个实施例中，都是将从随机的偏振光束得到的S偏振光束作为单一的偏振光束，当然也可以将得到的P偏振光束作为单一的偏振光束。进而，在以下说明的各实施例中，对基本上具有相同功能、相同结构的部分附加相同的符号并省略其说明。

(实施例1)

图1是实施例1的偏振光照明装置的主要部分的平面概略结构图。再有，该图1是通过后述的第1光学部件200的中心的XZ平面的平面图。本例的偏振光照明装置1大致由沿系统光轴L配置的光源部10和偏振光发生装置20构成。从光源部10发出的偏振方向随机的光束(以下称随机偏振光束)经偏振光发生装置20转换成偏振方向大致一致的单一的偏振光束后照射到照明区90。

光源部10大致由光源灯101和抛物面反射器102构成，从光源灯发出的光经抛物面反射器102向一个方向反射，变成大致平行的光束并入射到偏振光发生装置20。在此配置光源部10，使光源部10的光源光轴R相对系统光轴L在X方向只平移一定距离D。其次，偏振光发生装置20由第1光学部件200和第2光学部件300构成。

第1光学部件200，其外观如图2所示，由具有矩形外形的多个光束分割透镜201呈矩阵形状排列在XY平面上构成，设定光源部10和第1光学部件200的相对位置，使光源光轴R位于第1光学部件的中心。入射到第1光学部件200的光由光束分割透镜201分割成多个中间光束202，同时，由于光束分割透镜的聚光作用，与系统光轴垂直的平面内(在图1中是XY平面)的中间光束在会聚的位置上形成与光束分割透镜的数量相同的聚光影象203。再有，将光束分割透镜201在XY平面上的外形形状设定成与照明区90的形状相似的形状。在本例中，将照明区设想成在XY平面上是X方向长、即横向长的形状，所以，光束分割透镜201在XY平面上的外形形状也是横向长的形状。

第2光学部件300是大致由聚光透镜组310、遮光板370、偏振光分离单元阵列320、选择相位差板380和结合透镜390构成的复合体，配置在由第1光学部件200形成聚光影象203的位置附近、垂直于系统光轴L的平面内(在图1中是XY面)。再有，当入射到第1光学部件200的光束的平行性极好时，也可以省略第2光学部件的聚光透镜组310。该第2光学部件300具有这样的功能，即、在分别将中间光束202在空间上分离成P偏振光束和S偏振光束之后，使一个偏振光束的偏振方向与另一个偏振光束的偏振方向一致，将偏振方向大致一致的各个光束导向一个照明区90。

聚光透镜组310的构成大致与第1光学部件200相同，即，是将构成第1光学部件200的光束分割透镜201与相同数量的聚光透镜311呈矩阵形状排列而构成的。具有将各中间光束会聚在偏振光分离单元阵列320的特定的地方并导向的功能。因此，考虑到要与由第1光学部件200形成的中间光束202的特性相一致，而且，理想的情况是，入射到偏振光分离单元阵列320的光其主光线的方向要与系统光轴L平行，希望使各聚光透镜的透镜特性达到最佳状态。但是，一般考虑到光学系统的低成本和容易设计，将与第1光学部件200完全相同的部件作为聚光透镜组310来使用，或者，也可以使用由光束分割透镜201和在XY平面上形状相似的聚光透镜构成的聚光透镜组，因此，在本例中，将第1光学部件200作为聚光透镜组310来使用。再有，聚光透镜组310也可以配置在离开遮光板370和偏振光分离单元阵列320的位置(靠近第1光学部件200一侧)。

遮光板370，其外观如图3所示，是将多个遮光面371和多个开口面372排列而构成的，该遮光面371和开口面372的排列方法与后述的偏振光分离单元330的排列方法对应。再有，图3的遮光板370中所画的与X轴平行的4根虚线是为了表示与后述的偏振光分离单元的对应关系而画的。对于这一点，图6所示的反射板373和图7所示的光扩散板376也是一样的。入射到遮光板370的遮光面371上的光束被遮住，入射到开口面372的光束直接通过遮光板370。因此，遮光板370具有与遮光板370上的位置对应控制透过的光束的功能，遮光面371和开口面372的排列方法设定为只在后述的偏振光分离单元330的偏振光分离面331上由第1光学部件200形成聚光影象203。作为遮光板370，可以使用象本例那样在玻璃板等平板状的透明体上部分地形成由铬或铝等构成的遮光的膜所做出来的板，或使用在象铝那样的遮光的平板上设置开口部所做出来的板，等等。特别是，当利用具有遮光性的膜时，若在聚光透镜组310或后述的偏振光分离单元阵列320上直接形成具有遮光性的膜，也可以发挥同样的功能。

其次，偏振光分离单元阵列320，其外观如图4所示，由多个偏振光分离单元330排列成矩阵形状而构成。偏振光分离单元330的排列方法与构成第1光学部件200的光束分割透镜201的透镜特性以及它们的排列方式相对应。在本例中，使用具有完全相同透镜特性的同心式的光束分割透镜201，通过将这些光束分割透镜排列成正交矩阵形状来构成第1光学部件200，所以，偏振光分离单元阵列320也通过将完全相同的偏振光分离单元330在完全相同的方向上排列成正交矩阵形状来构成。再有，当排列在Y方向上的同一列的偏振光分离单元是完全相同的偏振光分离单元时，使用将Y方向细长的偏振光分离单元排列在X方向所构成的偏振光分离单元阵列320，对于能够降低偏振光分离单元间的界面上的光损失，同时能够降低偏振光分离单元阵列的制造成本这一点是有利的。

偏振光分离单元330，其外观如图5所示，是内部具有偏振光分离面331和反射面332的四方形柱状的构造体，具有将入射到偏振光分离单元的中间光束分别在空间上分离成P偏振光束和S偏振光束的功能。偏振光分离单元330在XY平面上的外形形状与光束分割透镜201在XY平面上的外形相似，即，是横向长的矩形形状。因此，偏振光分离面331和反射面332沿横方向(X方向)排列配置。这里，偏振光分离面331和反射面332配置成，偏振光分离面331相对系统光轴L呈大约45度的倾斜，而且，反射面332与偏振光分离面呈平行状态，进而，偏振光分离面331在XY平面上的投影面积(与后述的P射出面333的面积相等)与反射面332在XY平面上的投影面积(与后述的S射出面334的面积相等)相等。从而，在本例中设定成，偏振光分离面331存在的区域在XY平面上的横向宽度Wp与反射面332存在的区域在XY平面上的横向宽度Wm相等，而且，分别是偏振光分离单元在XY平面上的横向宽度W的的一半。再有，一般，偏振光分离面331是感应体多层膜，此外，反射面332可以由感应体多层膜或铝膜形成。

入射到偏振光分离单元330的光在偏振光分离面331中被分离成前进方向不变地透过光偏振光分离面331的P偏振光束335和经偏振光分离面331反射后前进方向变化到相邻反射面332的方向的S偏振光束。P偏振光束335直接经P射出面333从偏振光分离单元射出，S偏振光束336再次由反射面332改变前进方向，成为大致与P偏振光束335平行的状态，经S射出面334从偏振光分离单元射出。因此，入射到偏振光分离单元330的随机的偏振光束由偏振光分离单元分离成偏振方向不同的P偏振光束335和S偏振光束336二种偏振光束，从偏振光分离单元的不同的地方(P射出面333和S射出面334)向着大致相同的方向射出。因偏振光分离单元具有上述功能，故有必要将各中间光束202导向各偏振光分离单元330的偏振光分离面331存在的区域，为此，设定各偏振光分离单元330和各聚光透镜331的位置关系以及各聚光透镜331的透镜特性，使中间光束入射到偏振光分离单元内的偏振光分离面的中央部。特别是，在本例的情况下，为了将各聚光透镜的中心轴配置在各偏振光分离单元330内的偏振光分离面331的中央部，将聚光透镜组310配置成相对偏振光分离单元阵列320在X方向只错开相当于偏振光分离单元的横向宽度W的1/4的距离。

再有，对于偏振光分离单元阵列，只要在其内部有规则地形成上述偏振光分离面和反射面即可，不必将上述偏振光分离单元作为基本的结构单位来使用。在此，只不过是为了说明偏振光分离单元阵列的功能而引入所谓偏振光分离单元的结构单位。

再根据图1进行说明。

遮光板370在偏振光分离单元阵列320和聚光透镜组310之间，配置遮光板370使遮光板370的各开口面372的中心和各偏振光分离单元330的偏振光分离面331的中心大致一致，此外，开口面372的横向开口宽度(X方向的开口宽度)设定成大约是偏振光分离单元330的横向宽度W的一半。结果，不经偏振光分离面331直接入射到反射面332的中间光束因预先被遮光板370的遮光面371遮住而几乎不存在，通过遮光板370的开口面372的光束几乎全部只入射到偏振光分离面331。因此，通过设置遮光板370，在偏振光分离单元中，几乎不存在直接入射到反射面332并经反射面332入射到相邻的偏振光分离面331的光束。

在偏振光分离单元阵列320的射出面一侧，设置规则地配置了λ/2相位差板381的选择相位差板380。即，只在构成偏振光分离单元阵列320的偏振光分离单元330的P射出面333的部分配置λ/2相位差板381，在S射出面334的部分没有配置λ/2相位差板381(参照图5)。通过这样的λ/2相位差板381的配置状态，从偏振光分离单元330射出的P偏振光束在通过λ/2相位差板381时因受到偏振方向的旋转作用而变换成S偏振光束。另一方面，从S射出面334射出的S偏振光束因不通过λ/2相位差板381故偏振方向不变，仍然是S偏振光束通过选择相位差板380。综上所述，偏振方向随机的中间光束通过偏振光分离单元阵列320和选择相位差板380变换成单一的偏振光束(这时为S偏振光束)。

在选择相位差板380的射出面一侧配置结合透镜390，经选择相位差板380与S偏振光束一致的光束由结合透镜390导向照明区90并在照明区上重叠结合。这里，结合透镜390不必是一个透镜体，也可以象第1光学部件200那样是多个透镜的集合体。

将第2光学部件300的功能归纳起来就是，由第1光学部件200分割的中间光束202(即，从光束分割透镜201切出的成像面)经第2光学部件300在照明区90上重叠结合。与此同时，通过途中的偏振光分离单元阵列320将随机的偏振光束、即中间光束在空间上分离成偏振方向不同的2种偏振光束。这里，在偏振光分离单元阵列320的入射侧配置遮光板370，中间光束只入射到偏振光分离单元330的偏振光分离面331上，因为是这样的结构，所以，几乎没有经反射面332入射到偏振光分离面331的中间光束，从偏振光分离单元阵列320射出的偏振光束的种类被限定在大约1种。因此，几乎是以单一的偏振光束均匀地照射照明区90。

如以上说明的那样，若按照本例的偏振光照明装置1，通过由第1光学部件200和第2光学部件300构成的偏振光发生装置20将从光源部10发出的随机的偏振光束转换成几乎是单一的偏振光束，从而，具有可以由偏振方向一致的偏振光束均匀地照射照明区90的效果。此外，在偏振光束的产生过程中几乎不伴有光损失，因此，可以将光源部发出的光几乎全部导向照明区90，从而，具有光的利用效率极高的特征。进而，因在第2光学部件300内配置了遮光板370，故在照射照明区90的单一的偏振光束中根本不会混入偏振方向不同的其它偏振光束。因此，当使用本发明的偏振光照明装置作为象液晶装置那样使用偏振光束去照明进行显示的调制器件的装置时，可以不需要象以前那样在调制器件照明光的入射侧配置偏光板。或者，即使象以前那样配置了偏光板，因偏光板的光吸收量非常少，故可以使为了抑制偏光板和调制器件发热而必需要的冷却装置大大地小型化。如上所述，由第1光学部件200形成的聚光影象203的大小受入射到第1光学部件的光束(当假定是照明装置时则是从光源发出的光束)的平行度的影响。当平行性差时只能形成尺寸大的聚光影象，所以，存在着较多的不经偏振光分离单元的偏振光分离面直接入射到反射面的中间光束，不能避免偏振方向不同的其它偏振光束混入照明光束的现象。因此，本发明的偏振光照明装置的结构对于利用发出的光束平行性差的光源构成偏振光照明装置的情况可以发挥出特别优越的效果。

再有，在本例中，构成第2光学部件300的聚光透镜组310、遮光板370、偏振光分离单元阵列320、选择相位差板380和射出侧透镜390在光学上是一体的，发挥了可以降低这些界面上产生的光损失和进一步提高光的利用效率的效果。也不必使这些光学部件在光学上做成一体，但为了有效地防止偏振方向不同的其它偏振光束混入照明光，最好是将遮光板370和偏振光分离单元阵列320的光入射面在光学上做成一体，或者将遮光板370固定在偏振光分离单元阵列320的光入射面上。作为将遮光板370和偏振光分离单元阵列320的光入射面在光学上做成一体的方法，考虑有将遮光板370经粘接层贴在偏振光分离单元阵列320的光入射面上、和如后述那样在偏振光分离单元阵列320的光入射面上直接形成遮光面371的方法等。另一方面，作为将遮光板370固定在偏振光分离单元阵列320的光入射面上的方法，考虑有使用双面胶带将遮光板370的四周粘接在偏振光分离单元阵列320的光入射面的周边部的方法。这时，没有必要将遮光板370的周边部全部粘接，只要至少粘上2处即可。在此，为了使遮光板370相对偏振光分离单元阵列320的光入射面平行地固定，粘接点的位置最好设在相对遮光板370的中心大致对称的位置。

进而，使构成第1光学部件200的光束分割透镜201的形状为横向长的形状，以便与呈横向长的矩形形状的照明区90的形状相配合，同时，使从偏振光分离单元阵列320射出的2种偏振光束呈现在横向(X方向)分离的形态。为此，当照射具有横向长的矩形形状的照明区90时，不会有光量的浪费，可以提高照明效率(光利用效率)。

一般，当将偏振方向随机的光束单纯地分离成P偏振光束和S偏振光束时，分离后的光束的整体宽度扩大为2倍，与此对应光学系统也变大了。但是，在本发明的偏振光照明装置中，用第1光学部件200形成多个微小的聚光影象203，在形成这些聚光影象的过程中产生光，通过巧妙地利用不存在这些光的空间并在该空间配置偏振光分离单元330的反射面332，将因分离成2个偏振光束而产生的光束向横方向的宽度扩散吸收掉，所以，光束的整体宽度不再扩大，具有可以实现小型光学系统的特征。

(实施例1的变形例1)

在实施例1中，构成遮光板370的遮光面371也可以是使光向大致相反的方向反射的反射面。即，在实施例1中，可以采用图6所示那样的具有多个反射面374和多个开口面375的遮光板373去代替遮光板370。反射面374可以利用感应体多层膜、反射率高的银、铝等金属膜或该两者的组合容易地实现，根据膜的种类可以得到90％以上的非常高的反射率。再有，在图1的聚光透镜组310和偏振光分离单元阵列320上直接形成反射面374也可以发挥同样的功能。

与遮光面371的情况不同，在反射面374上几乎没有光吸收。因此，若采用反射板373，可以防止伴随反射板的发热而对周围的光学部件造成热影响。此外，由反射面374反射的光经设置在光源10的抛物面反射器102的反射，可以再次入射到偏振光发生装置20并导向遮光板373的开口部375，所以，可以毫无浪费地有效地利用光源的光。

(实施例1的变形例2)

在实施例1中，构成遮光板的遮光面即使是使光散射的散射面也可以发挥与遮光面的情况大致一样的效果。即，在实施例1中，如图7所示，可以采用由多个光散射面377和多个开口面378排列形成的光扩散板376去代替遮光板370。由于入射到光散射面377的光被散射，所以，可以使不经偏振光分离单元的偏振光分离面直接入射到反射面的光的强度大大降低，可以有效地防止偏振方向不同的其它偏振光束混入由偏振方向一致、几乎是单一的偏振光束构成的照明光束中。光散射面377通过在平板状的透明底板的表面或其内部形成光散射体、或者在透明底板的表面形成凹凸形状、进而或者单单使其表面粗糙就可以容易地实现。再有，即使在图1的聚光透镜组310和偏振光分离单元阵列320上直接形成光散射面377也可以发挥同样的功能。

若采用光散射板376，与采用使用了感应体多层膜或金属膜等的遮光板370和反射板373的情况相比，可以实现低成本。

(实施例1的变形例3)

在实施例1和上述变形例1、2中，遮光板370、反射板373、光扩散板376相对配置在其前后的聚光透镜组310和偏振光分离单元阵列320是物理上独立的光学部件，但如果将构成遮光板370的遮光面371、构成反射板373的反射面374或构成光扩散板376的光散射面377在构成偏振光分离单元阵列320的偏振光分离单元330的光入射面上直接形成，也可以得到与上述情况同样的效果。

使用图8说明该具体例。图8示出了其外观的偏振光分离单元阵列320A是在构成偏振光分离单元阵列320A的各偏振光分离单元330A的光入射面上直接形成遮光面321的，没有形成遮光面的区域322相当于刚才说明过的遮光板370中使光通过的开口面372。象本例那样通过使用直接形成了遮光面321的偏振光分离单元阵列320A，不必再使用物理上独立的光学部件、即遮光板370，所以，可以实现第2光学部件的小型化和低成本。当然，在偏振光分离单元330A中，也可以直接形成反射面和光散射面来取代遮光面321，这时也可以发挥与本例的情况同样的效果。

(实施例1的变形例4)

在实施例1和上述变形例1、2中，遮光板370、反射板373、光扩散板376相对配置在其前后的聚光透镜组310和偏振光分离单元阵列320是物理上独立的光学部件，但如果将构成遮光板370的遮光面371、构成反射板373的反射面374或构成光扩散板376的光散射面377在构成聚光透镜组310的聚光透镜311上直接形成，也可以得到与上述情况同样的效果。

使用图9说明该具体例。图9示出了其外观的聚光透镜组310A是在构成聚光透镜组310A的各聚光透镜311A的光射出面上直接形成遮光面312，没有形成遮光面的区域313相当于刚才说明过的遮光板370中使光通过的开口面372。象本例那样通过使用直接形成了遮光面312的聚光透镜组310A，不必再使用物理上独立的光学部件、即遮光板370，所以，可以实现第2光学部件的小型化和低成本。当然，在聚光透镜311A中，也可以直接形成反射面和光散射面来取代遮光面312，这时也可以发挥与本例的情况同样的效果。再有，在本例的情况下，如果将聚光透镜组310A与构成第2光学部件的其它光学部件、即偏振光分离单元阵列和选择相位差板在空间上分离开来配置，则可以防止因遮光面、反射面和光散射面中的光吸收发热而对其它光学部件产生影响。

(实施例1的变形例5)

在实施例1中，使用了在玻璃板等的平板透明体上部分地形成了由铬和铝等构成的遮光膜的遮光板370，但也可以在象铝板那样的遮光的平板上设置开口部。

使用图10说明该具体例。图10示出了其外观的遮光板370A是在遮光平板371A上设置了开口部372A。再有，为了有效地防止偏振方向不同的其它偏振光束混入照明光，当将遮光板370固定在偏振光分离单元阵列320的光入射面上时，使用双面胶带将设在遮光板371A四周的2处的粘接处379a、379b固定在偏振光分离单元阵列320的光入射面上即可。因粘接处379a、379b设在相对遮光板370的中心大致点对称的位置上，故可以使遮光板370相对偏振光分离单元阵列320的光入射面平行地固定。

若象本例那样、使用在象铝板那样的遮光平板371A上设置了开口部372A的遮光板370A，与在玻璃板等的平板透明体上部分地形成了由铬和铝等构成的遮光膜的遮光板370的情况相比，可以实现低成本。

(实施例2)

就装入了实施例1所示的偏振光照明装置1的直视型显示装置的一个例子进行说明。再有，在本例中，使用透过型液晶装置作为根据显示信息对偏振光照明装置射出的光束进行调制的调制器件。

图11是表示本例的显示装置2的光学系统的主要部分的概略结构图，示出XZ平面的剖面结构。本例的显示装置2大致由实施例1所示的偏振光照明装置1、反射镜510和液晶装置520构成。

偏振光照明装置1具有将随机的偏振光束向一个方向射出的光源部10，从该光源部10射出的随机的偏振光束经偏振光发生装置20变换成几乎单一的偏振光束。从该偏振光照明装置1射出的偏振光束经反射镜510将光的前进方向折射大约90度，以几乎单一的偏振光束照射液晶装置520。在液晶装置520的前后配置偏光板521。再有，以改善视角为目的，也可以采取将光扩散板(图中未示出)配置在液晶装置520的跟前(反射镜510的一侧)的结构。

在这样构成的显示装置2中，使用调制单一偏振光束型的液晶装置。因此，若用过去的照明装置将随机的偏振光束导向液晶装置，随机的偏振光束中的大约一半的光被偏光板521吸收而变成热，存在光的利用效率差的问题。但是，在本例的显示装置2中，这一问题可以大大地得到改善。

也就是说，对于本例的显示装置2，在偏振光照明装置1中，利用λ/2相位差板只对一种偏振光束、例如P偏振光束产生偏振光面的旋转作用，使其与其它偏振光束、例如S偏振光束的偏振方向一致。因此，偏振方向一致的几乎单一的偏振光束被导向液晶装置520，所以，偏光板521的光吸收非常少，从而，提高了光源光的利用效率，可以得到明亮的显示状态。

特别是，在作为照明装置使用的偏振光照明装置1中，在第2光学部件300的内部配置了遮光板370，故在偏振光照明装置1射出的照明光中，几乎没有混入液晶装置显示所不要的其它偏振光束。结果，配置在液晶装置520的光入射一侧的偏光板521的光吸收量极少，因光吸收发生的热量也极少，所以，可以省去用于抑制偏光板521和液晶装置520的温度上升的冷却装置，或者，在不能省略时也可以实现冷却装置的小型化。

(实施例3)

就装入了实施例1所示的偏振光照明装置1的投影显示装置的第一例进行说明。在本例中，使用透过型液晶装置作为根据显示信息对偏振光照明装置射出的光束进行调制的调制器件。

图12是表示本例的显示装置3的光学系统的主要部分的概略结构图，示出XZ平面内的结构。本例的投影显示装置3大致由实施例1所示的偏振光照明装置1、将白色光束分离成3色光的色光分离装置、根据显示信息对各色光进行调制并形成显示图像的3个透过型液晶装置、将3色光合成并形成彩色图像的色光合成装置和对该彩色图像进行投影显示的投影光学系统构成。

本例的偏振光照明装置1具有将随机的偏振光束向一个方向射出的光源部10，从该光源部10射出的随机的偏振光束经偏振光发生装置20变换成几乎单一的偏振光束。

从该偏振光照明装置1射出的偏振光束首先在作为色光分离装置的兰色光绿色光的分色镜401中反射兰色光和绿色光而透过红色的光。红色光经反射镜403反射而到达红光用液晶装置411。另一方面，在蓝色光和绿色光中，绿色光经仍然作为色光分离装置的反射绿光的分色镜402的反射而到达绿光用液晶装置412。

这里，因蓝色光在各色光中其光路最长，故对蓝色光设置由中继透镜系统构成的导光装置430，该中继透镜系统包括入射透镜431、中继透镜432和射出透镜433。即，蓝色光在透过反射绿色光的分色镜402之后，首先，经入射透镜431由反射镜435反射并导向中继透镜432，经该中继透镜会聚之后，由反射镜436导向射出透镜433，然后到达兰光用液晶装置413。这里，3处液晶装置411、412、413调制各色光，在包含了与各色光对应的图象信息之后，将已调制的各色光入射到作为色光合成装置的交叉分色棱镜450上。在交叉分色棱镜450中形成X形状的反射红色光的感应体多层膜和反射蓝色光的感应体多层膜，将各调制光束合成并形成彩色图象。在此形成的彩色图象经作为投影光学系统的投影透镜460在屏幕470上投影放大，形成投影图象。

在这样构成的投影显示装置3中，使用调制单一偏振光束型的液晶装置。因此，若用过去的照明装置将随机的偏振光束导向液晶装置，随机的偏振光束中的大约一半的光被偏光板(未图示)吸收而变成热，存在光的利用效率差和为了抑制偏光板的发热而必需要噪声很大的大型冷却装置的问题。但是，在本例的显示装置3中，这一问题可以大大地得到改善。

也就是说，对于本例的投影显示装置3，在偏振光照明装置1中，利用λ/2相位差板只对一种偏振光束、例如P偏振光束产生偏振光面的旋转作用，使其与其它偏振光束、例如S偏振光束的偏振方向一致。因此，偏振方向一致的几乎单一的偏振光束被导向3处液晶装置411、412、413，所以，偏光板的光吸收非常少，从而，提高了光的利用效率，可以得到明亮的投影图像。

特别是，在作为照明装置使用的偏振光照明装置1中，因第2光学部件300的内部配置了遮光板370，故在偏振光照明装置1射出的照明光中，几乎没有混入液晶装置显示所不要的其它偏振光束。结果，分别配置在3处液晶装置411、412、413的光入射一侧的偏光板(未图示)的光吸收量极少，因光吸收发生的热量也极少，所以，可以使用于抑制偏光板和液晶装置的温度上升的冷却装置小型化。因上述原因，即使想要使用输出光非常大光源灯、实现可显示非常明亮的投影图象的投影显示装置，也可以用小型的冷却装置去实现、从而可以降低冷却装置的噪声、并实现噪声小、高性能的投影显示装置。

进而，在偏振光照明装置1中，在第2光学部件300中，在空间上沿横方向(X方向)分离2种偏振光束。因此，适合用来照明横向长的矩形形状的液晶装置而不造成光量的浪费。

如刚才在实施例1所说明的那样，在本例的偏振光照明装置1中，不管是否装有偏振光转换光学器件，都可以抑制从偏振光分离单元阵列320射出的光束宽度变宽。这就意味着，在照明液晶装置时，几乎没有以很大的角度入射到液晶装置的光。因此，即使不使用F数极小的大口径的投影透镜系也可以得到明亮的投影图象，其结果，可以实现小型的投影显示装置。

此外，在本例中，因使用交叉分色棱镜450作为色光合成装置，故有可能实现装置的小型化。此外，因液晶装置411、412、413和投影透镜系统之间的光路短，故即使使用口径较小的投影透镜系统也可以得到明亮的投影图象。此外，虽然各色光在3个光路中只有1路光的光路长度不同，但在本例中，对光路最长的蓝色光设置由中继透镜系统构成的导光装置430，该中继透镜系统包括入射透镜431、中继透镜432和射出透镜433，所以不会产生色斑等。

再有，也可以由使用了2块分色镜作为色光合成装置的透镜光学系统构成投影显示装置。当然，在这种情况下也可以装入本例的偏振光照明装置，与本例的情况一样，可以得到光的利用效率高、高品位的明亮投影图像。

(实施例4)

就装入了实施例1所示的偏振光照明装置1的投影显示装置的第二例进行说明。在本例中，使用反射型液晶装置作为根据显示信息对偏振光照明装置射出的光束进行调制的调制器件。

图13是表示本例的显示装置4的光学系统的主要部分的平面概略结构图，本例的投影显示装置4一般包括：实施例1所示的偏振光照明装置1；偏振光束分离器480；兼作色光分离装置和色光合成装置的交叉分色棱镜450；作为调制器件的3个反射型液晶装置414、415、416；和作为投影光学系统的投影透镜460。

偏振光照明装置1具有将随机的偏振光束向一个方向射出的光源部10，从该光源部10射出的随机的偏振光束经偏振光发生装置20变换成几乎单一的偏振光束(在本例中是S偏振光束)。

从该偏振光照明装置1射出的光束首先入射到偏振光分离器480，被偏振光分离面481反射并将其前进方向改变大约90度，并入射到相邻的交叉分色棱镜450。这里，从偏振光照明装置1射出的光束其中大部分是S偏振光束，但有时还会混入少量的与S偏振光束的偏振方向不同的偏振光束(在本例中例如是P偏振光束)，偏振方向不同的偏振光束(P偏振光束)直接透过偏振光分离面481并从单偏振光分离器480射出(该P偏振光不能用来作为照明液晶装置的照明光)。

入射到交叉分色棱镜450的S偏振光束由交叉分色棱镜450根据波长分离成红色光、绿色光和蓝色光3种光束，分别到达对应的反射型红光用液晶装置414、反射型绿光用液晶装置415和反射型蓝光用液晶装置416，并照明各自的液晶装置。即，交叉分色棱镜450对照明液晶装置的照明光起色光分离装置的作用。

这里，因本例所用的液晶装置414、415、416是反射型的，故在各液晶装置中调制各个色光，在包含从外部来的与各色光对应的信息的同时改变从各液晶装置射出的光束的偏振方向，而且，大致使光束的前进方向反向。因此，从各液晶装置来的反射光与显示信息对应的部分成为P偏振光状态后射出。从各液晶装置414、415、416射出的调制光束(以P偏振光束为主)再次入射到交叉分色棱镜450，合成为1个光像后再次入射到相邻的偏振光束分离器480。即，交叉分色棱镜450对从液晶装置射出的调制光束起色光合成装置的作用。

在入射到偏振光分离器480的光束中，因由液晶装置414、415、416调制了光束成为P偏振光束，故直接透过偏振光分离器480的偏振光分离481，经投影透镜460在屏幕470上形成图象。

在这样构成的投影显示装置4中，与现有的投影显示装置3的情况一样，使用调制单一偏振光束型的液晶装置。因此，若用现有的照明装置将随机的偏振光束作为照明光时，由偏振光分离器480分离后导向反射型液晶装置的光量被减少到随机的偏振光束中的大约一半，故存在光的利用效率差和难以得到明亮的投影图像的问题。但是，在本例的投影显示装置4中，这一问题可以大大地得到改善。

也就是说，对于本例的投影显示装置4，通过使用本发明的偏振光照明装置1去代替现有的照明装置，可以高效地产生偏振方向一致的几乎单一的偏振光束，因此，入射到偏振光分离器480的光束几乎全部作为照明光束被导向3处反射型液晶装置414、415、416。结果，可以得到没有亮斑和色斑的明亮的投影图像。

特别是，在作为照明装置使用的偏振光照明装置1中，因第2光学部件300的内部配置了遮光板370，故在偏振光照明装置1射出的照明光中，几乎没有混入液晶装置显示所不要的其它偏振光束。因此，可以得到偏振方向一致的高品位的照明光，结果，成功地得到了高品位的明亮的投影图像。

进而，在偏振光照明装置1中，第2光学部件300在空间上、在横方向(X方向)分离2种偏振光束。因此，适合用来照明横向长的矩形形状的液晶装置而不造成光量的浪费。

如刚才在实施例1所说明的那样，在本例的偏振光照明装置1中，不管是否装有偏振光转换光学器件，都可以抑制从偏振光分离单元阵列320射出的光束宽度变宽。这就意味着，在照明液晶装置时，几乎没有以很大的角度入射到液晶装置的光。因此，即使不使用F数极小的大口径的投影透镜系统也可以得到明亮的投影图象，其结果，可以实现小型的投影显示装置。

再有，在本例的投影显示装置4中，可以实现在交叉分色棱镜450和3处液晶装置414、415、416之间分别配置聚光镜417的结构，这时一例光学系统的概略构成示于图14。通过配置这些聚光镜，可以在抑制偏振光照明装置1的照明光束扩大的状态下将光束导向液晶装置，所以，可使照明液晶装置时的效率和将由液晶装置反射的光束入射到投影透镜460时的入射效率更加提高。在此，从可以降低透镜界面的光损失的观点来看，最好将每一个聚光镜与液晶装置置于一体，如图14所示的那样，或者最好与交叉分色棱镜置于一体。

此外，在本例的投影显示装置4中，其形态是使用S偏振光束作为照明光，但也可以使用P偏振光束作为照明光，这时，若配置成将偏振光束分离器480夹在中间、使偏振光照明装置1和交叉分色棱镜450相对那样的结构也可以。

进而，在本例中使用了交叉分色棱镜作为色光分离装置和色光合成装置，但也可以代之以通过使用2块分色镜去构成投影显示装置。当然，在这种情况下也可以装入本例的偏振光照明装置，与本例的情况一样，可以得到光的利用效率高、高品位的明亮投影图像。

工业上利用的可能性

如上所述，若按照本发明，照明区的光强度分布比入射光束本身还要均匀，同时，可以实现一种偏振光转换装置和偏振光照明装置，可以高效率地产生偏振方向一致的单一的偏振光束。此外，通过使用本发明的偏振光转换装置和偏振光照明装置，可以容易地实现能够显示高品位的、明亮的图像的显示装置和投影显示装置。

Claims (19)

1、一种偏振光转换器件，包括偏振光分离器件和选择相位差板，该偏振光分离器件具有使P偏振光束或S偏振光束中的任何一种偏振光束透过而使其它偏振光束反射并分离偏振光束的偏振光分离面和大致与上述偏振光分离面平行地配置、使由上述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射的反射面，该选择相位差板配置在上述偏振光分离器件的光射出面一侧、使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致，其特征在于，在上述偏振光分离器件的光入射面一侧设有防止光直接入射到上述反射面的遮光装置或光衰减装置。

2、权利要求1记载的偏振光转换器件，其特征在于，上述遮光装置或上述光衰减装置与上述偏振光分离器件做成一体。

3、权利要求1或2记载的偏振光转换器件，其特征在于，上述遮光装置是反射板。

4、权利要求2记载的偏振光转换器件，其特征在于，上述遮光装置是反射膜，上述反射膜在上述偏振光分离器件的光入射面上形成。

5、权利要求1或2记载的偏振光转换器件，其特征在于，上述光衰减装置是光扩散板。

6、权利要求2记载的偏振光转换器件，其特征在于，上述光衰减装置是在上述偏振光分离器件的光入射面上形成的光散射面。

7、一种偏振光照明装置，其特征在于，包括光源、使从上述光源发出的光束分离成多个中间光束的第1光学部件和配置在上述中间光束会聚位置附近的第2光学部件，

上述第2光学部件具有：由分别聚集上述中间光束的多个聚光透镜组成的聚光透镜组；在空间上分别将上述中间光束分离成S偏振光束和P偏振光束的偏振光分离器件；使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致的选择相位差板；将这些偏振光束重叠结合的结合透镜，

上述偏振光分离器件具有使上述P偏振光束或S偏振光束中的任何一种偏振光束透过而使其它偏振光束反射并分离偏振光束的偏振光分离面和大致与上述偏振光分离面平行地配置、使由上述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射的反射面，

在上述第1光学部件和上述偏振光分离器件之间设有遮光装置或光衰减装置，防止上述各中间光束直接入射到上述反射面上。

8、权利要求7记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述遮光装置或上述光衰减装置与上述偏振光分离器件做成一体。

9、权利要求7记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述遮光装置或上述光衰减装置与上述聚光透镜组做成一体。

10、权利要求7～9的任一项记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述遮光装置是反射板。

11、权利要求8记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述遮光装置是反射膜，上述反射膜在上述偏振光分离器件的光入射面上形成。

12、权利要求9记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述遮光装置是反射膜，上述反射膜在上述聚光透镜组的光射出面上形成。

13、权利要求7～9的任一项记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述光衰减装置是光扩散板。

14、权利要求8记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述光衰减装置是在上述偏振光分离器件的光入射面上形成的光散射面。

15、权利要求9记载的偏振光照明装置，其特征在于，上述光衰减装置是在上述聚光透镜组的光射出面上形成的光散射面。

16、一种显示装置，其特征在于，包括光源、将从上述光源发出的光束分离成多个中间光束的第1光学部件、配置在上述中间光束会聚位置附近的第2光学部件和根据显示信息对从上述第2光学部件射出的光束进行调制的调制器件，

上述第2光学部件具有：由分别聚集上述中间光束的多个聚光透镜组成的聚光透镜组；在空间上分别将上述中间光束分离成S偏振光束和P偏振光束的偏振光分离器件；使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致的选择相位差板；使这些偏振光束重叠结合的结合透镜，

上述偏振光分离器件具有使上述P偏振光束或S偏振光束中的任何一种偏振光束透过而使其它偏振光束反射并分离偏振光束的偏振光分离面和大致与上述偏振光分离面平行地配置、使由上述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射的反射面，

在上述第1光学部件和上述偏振光分离器件之间设有遮光装置或光衰减装置，防止上述各中间光束直接入射到上述反射面上。

17、一种投影显示装置，其特征在于，包括光源、使从上述光源发出的光束分离成多个中间光束的第1光学部件、配置在上述中间光束会聚位置附近的第2光学部件、根据显示信息对从上述第2光学部件射出的光束进行调制的调制器件和将由上述调制器件调制的光束投影到投影面上的投影光学系统，

上述第2光学部件具有：由分别聚集上述中间光束的多个聚光透镜组成的聚光透镜组；在空间上分别将上述中间光束分离成S偏振光束和P偏振光束的偏振光分离器件；使由上述偏振光分离器件分离的S偏振光束或P偏振光束中的任何一种偏振光束的偏振方向与其它偏振光束的偏振方向一致的选择相位差板；将这些偏振光束重叠结合的结合透镜，

上述偏振光分离器件具有使上述P偏振光束或S偏振光束中的任何一种偏振光束透过而使其它偏振光束反射并分离偏振光束的偏振光分离面和大致与上述偏振光分离面平行地配置、使由上述偏振光分离面反射的偏振光束向透过上述偏振光分离面的偏振光束的射出方向反射的反射面，

在上述第1光学部件和上述偏振光分离器件之间设有遮光装置或光衰减装置，防止上述各中间光束直接入射到上述反射面上。

18、权利要求17记载的投影显示装置，其特征在于，进而具有将从上述第2光学部件射出的光束分离成多色光的色光分离装置、对上述各色光进行调制的多个上述调制器件和将经上述各调制器件调制了的色光合成的色光合成装置，经上述投影光学系统将上述色光合成装置合成的光束投影到投影面上。

19、权利要求17或18记载的投影显示装置，其特征在于，上述调制器件是反射型的液晶装置。

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