CN113366387A - 光学系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容的一种光学系统包括：第一光学系统，所述第一光学系统包括第一光学元件，所述第一光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在所述光学系统中的第一光瞳位置处，并且所述第一光学系统产生包含波长带互不相同的多个彩色光束的照明光；多个光阀，每个光阀各自调制所述照明光中包含的所述多个彩色光束中的至少一个彩色光束；及第二光学系统，所述第二光学系统包括第二光学元件，所述第二光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在与所述第一光瞳位置共轭的第二光瞳位置处，并且由所述多个光阀调制后的所述多个彩色光束入射于所述第二光学元件上。

Description

光学系统

技术领域

本公开内容涉及适用于投影机和类似装置的光学系统。

背景技术

执行全色显示的各种类型的投影机的示例包括针对R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的各个颜色的光束使用一个公共光阀的单板型，针对三种颜色的光束使用不同光阀的三板型及类似类型(参见PTL 1至4)。同时，在一个光阀持续接收具有短波长的蓝色光的情况中，该光阀劣化。PTL 1提出针对蓝色光使用两个光阀来延长光阀的寿命。

引用列表

专利文件

[PTL 1]日本未审查的专利申请公开案第2018-13655号

[PTL 2]日本未审查的专利申请公开案第2001-324762号

[PTL 3]日本未审查的专利申请公开案第2008-165058号

[PTL 4]日本未审查的专利申请公开案第2006-343721号

发明内容

例如，在针对蓝色光使用两个光阀以延长光阀的寿命的情况中，难以增大将蓝色光束简单地分成两束的构造中的对比度。

期望提供一种可实现对比度提高的光学系统。

根据本公开内容的实施方式的一种光学系统包括：第一光学系统，所述第一光学系统包括第一光学元件，所述第一光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在所述光学系统中的第一光瞳位置处，并且所述第一光学系统产生包含波长带互不相同的多个彩色光束的照明光；多个光阀，每个光阀各自调制所述照明光中包含的所述多个彩色光束中的至少一个彩色光束；及第二光学系统，所述第二光学系统包括第二光学元件，所述第二光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在与所述第一光瞳位置共轭的第二光瞳位置处，并且由所述多个光阀调制后的所述多个彩色光束入射于所述第二光学元件上。

在根据本公开内容的实施方式的所述光学系统中，在第一光学系统中，具有偏振作用互不相同的多个分割区域的第一光学元件设置在第一光瞳位置处。在第二光学系统中，具有偏振作用互不相同的多个分割区域的第二光学元件设置在与第一光瞳位置共轭的第二光瞳位置处。

附图说明

[图1]图1是示意地示出根据本公开内容第一实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图2]图2是示意地示出根据第一实施方式的光学系统中的荧光体轮的示例的构造图。

[图3]图3是示出根据第一实施方式的光学系统中的第一区域分割波长选择波片的构造示例和作用的说明图。

[图4]图4是示出根据第一实施方式的光学系统中的第二区域分割波长选择波片的构造示例和作用的说明图。

[图5]图5是示出用于根据第一实施方式的光学系统中的荧光体轮的YAG荧光体的荧光光谱的示例的说明图。

[图6]图6是示出根据第一实施方式的光学系统中的第一区域分割波长选择波片的B区域和第二区域分割波长选择波片的B'区域的波长选择性示例的说明图。

[图7]图7是示出根据第一实施方式的光学系统中的第一区域分割波长选择波片的A区域和第二区域分割波长选择波片的A'区域的波长选择性示例的说明图。

[图8]图8是示出根据第一实施方式的光学系统中的陷波滤波器的特性示例的说明图。

[图9]图9是示出在根据第一实施方式的光学系统中的陷波滤波器作用之后的荧光光谱的示例的说明图。

[图10]图10是示意地示出根据第二实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图11]图11是根据第二实施方式的光学系统中的PS转换器和分色转换器的构造示例的示意截面图。

[图12]图12是示出根据第二实施方式的光学系统的照明光学系统的光瞳中的偏振状态示例的说明图。

[图13]图13是示出根据第二实施方式的光学系统的投影光学系统的光瞳中的偏振状态示例的说明图。

[图14]图14是示出到达根据第二实施方式的光学系统中的第一和第二光阀的光束的光谱示例的说明图。

[图15]图15是示意地示出根据第三实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图16]图16是示出根据第二实施方式的光学系统的照明光学系统或投影光学系统的光瞳形状示例的说明图。

[图17]图17是示出根据第三实施方式的光学系统的照明光学系统或投影光学系统的光瞳形状示例的说明图。

[图18]图18是示意地示出根据第四实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图19]图19是示出根据第四实施方式的光学系统的照明光学系统或投影光学系统的光瞳形状示例的说明图。

[图20]图20是示意地示出根据第五实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图21]图21是示出根据第五实施方式的光学系统的照明光学系统的光瞳中的偏振状态示例的说明图。

[图22]图22是示出根据第五实施方式的光学系统的投影光学系统的光瞳中的偏振状态示例的说明图。

[图23]图23是示意地示出根据第六实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图24]图24是示出根据第六实施方式的光学系统的照明光学系统的光瞳中的偏振状态示例的说明图。

[图25]图25是示出根据第六实施方式的光学系统的投影光学系统的光瞳中的偏振状态示例的说明图。

[图26]图26是示意地示出根据第七实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图27]图27是示意地示出根据第八实施方式的光学系统中的区域分割波片的第一分割示例的说明图。

[图28]图28是示意地示出根据第八实施方式的光学系统中的区域分割波片的第二分割示例的说明图。

[图29]图29是示意地示出根据第八实施方式的光学系统中的区域分割波片的第三分割示例的说明图。

[图30]图30是示意地示出根据第八实施方式的光学系统中的区域分割波片的第四分割示例的说明图。

[图31]图31是整合到PS转换器中的第一区域分割波长选择波片的构造示例的示意截面图。

[图32]图32是示意地示出根据第九实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图33]图33是示意地示出根据第十实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

[图34]图34是根据第十实施方式的光学系统中的PS转换器和分色转换器的构造示例的示意截面图。

[图35]图35是示出根据第十实施方式的光学系统中的分色转换器的膜特性示例的说明图。

[图36]图36是示出根据第十实施方式的光学系统中的第二色板的膜特性示例的说明图。

[图37]图37是示出根据第十实施方式的光学系统的照明光学系统中的最终荧光光谱的示例的说明图。

[图38]图38是示出根据第十实施方式的光学系统的色域的示例的说明图。

[图39]图39是示意地示出根据第十一实施方式的光学系统中的区域分割波长选择波片的构造示例的构造图。

[图40]图40是根据第十二实施方式的光学系统中的PS转换器和分色棱镜阵列的构造示例的示意截面图。

[图41]图41是示意地示出根据第十二实施方式的光学系统的第一整体构造示例的构造图。

[图42]图42是示意地示出根据第十二实施方式的光学系统的第二整体构造示例的构造图。

[图43]图43是示意地示出根据第十三实施方式的光学系统的整体构造示例的构造图。

具体实施方式

下面，参照附图详细描述本公开内容的一些实施方式。应注意到，该描述是以以下顺序进行的。

0.比较例

1.第一实施方式(图1至图4)

1.1.光学系统的构造和作用

1.2效果

2.第二实施方式(图5至图14)

3.第三实施方式(图15至图17)

4.第四实施方式(图18和图19)

5.第五实施方式(图20至图22)

6.第六实施方式(图23至图25)

7.第七实施方式(图26)

8.第八实施方式(图27至图30)

9.第九实施方式(图31和图32)

10.第十实施方式(图33至图38)

11.第十一实施方式(图39)

12.第十二实施方式(图40至图42)

13.第十三实施方式(图43)

14.其他实施方式

<0.比较例>

(根据比较例的光学系统的概要和问题)

在用于投影机及类似装置的光学系统中，已知包括多个光阀的构造。在这种光学系统中，在照明光被分束以用于多个光阀的情况中，通常使用波长或偏振的作用。例如，PTL1(日本未审查的专利申请公开案第2018-13655号)公开一种其中使用波长选择波片来将蓝带中的光分束以用于两个光阀的构造示例。这将容易使光阀劣化的蓝带光减少一半，从而延长整个光学系统的寿命。

然而，在PTL 1中公开的构造示例中，可将蓝带中的光分束以用于两个光阀，但从相应光阀输出的光束的偏振彼此正交。这意味着在随后的投影光学系统中利用后偏振器不可能增大对比度，从而导致在实现高对比度方面的问题。同时，可通过使用分色镜或分色棱镜代替波长选择波片来提供相似的构造。然而，使用分色镜进行波长分离(颜色分离)需要接近分离波长区域的突然分离特性，而制造上的难度是极其高的。

另外，如由PTL 2(日本未审查的专利申请公开案第2001-324762号)提出的技术，已知通过使用光瞳分布来实现高波长分离效率的方法。然而，在该方法中，通过各个颜色的滤波器场相继驱动单个板(单个光阀)，使得即使波长分离效率是有利的，但整体上的光利用效率降低。

鉴于前述，本公开内容提出一种使用光瞳共轭和光组合作为分光方法的新的光分离技术。考虑了使用本技术的各种方法，并且本技术具有以下优点。

1.可消除从各光阀输出的光束的正交状态，并对准偏振方向。因此，提供后偏振器或后四分之一波片使得可提高对比度。

2.可显著提高效率。特别地，波长分离效率比波长选择波片高，使得可整体上提高光利用效率。此外，在该状态中可对从各光阀输出的光束有选择地提供后偏振器作用，并且可提高对比度。

在以下各实施方式中，对其中将根据本公开内容的技术的光学系统应用于投影机的构造示例进行描述。然而，本公开内容的技术不仅可应用于投影机，而且可应用于曝光装置及类似装置。

<1.第一实施方式>

[1.1光学系统的构造和作用]

(光学系统的概要)

图1示意地示出根据本公开内容第一实施方式的光学系统的整体构造示例。

第一实施方式呈现出其中使用两个光阀的构造示例。在第一实施方式中，为了抑制由蓝色光束导致的光阀劣化，蓝色光束被分束以用于两个光阀以将蓝色光束的量减半，由此实现寿命的增加。除此之外，一目的是增大对比度。

如图1所示，根据第一实施方式的光学系统包括照明光学系统1和投影光学系统2。另外，根据第一实施方式的光学系统包括第一光阀31和第二光阀32以及PBS(偏振分束器)41，PBS 41在介于照明光学系统1与投影光学系统2之间的光路中。

照明光学系统1包括蓝色光源10、荧光体轮11、聚光透镜12、QWP(四分之一波片)13、波长选择PBS 14、陷波滤波器15、透镜阵列16、PS转换器17、第一区域分割波长选择波片51和中继透镜18。

投影光学系统2包括多个透镜21、第二区域分割波长选择波片52和后偏振器22。

应注意的是，在图1中，垂直于纸面的方向是PBS 41的S偏振，垂直于光轴且平行于纸面的方向是PBS 41的P偏振。另外，适当地将对应于PBS 41的S偏振的方向称为Z方向，并且将对应于PBS 41的P偏振的方向称为Y方向。相同情况应用于以下其他图中。此外，相同情况也应用于以下其他实施方式。

照明光学系统1对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。第一区域分割波长选择波片51对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。第二区域分割波长选择波片52对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。

照明光学系统1产生包括多个彩色光束的照明光，所述多个彩色光束在互相不同的波长带中。照明光学系统1具有照明光学系统1产生作为多个彩色光束的R、G和B的彩色光束，并朝向PBS 41输出彩色光束。

第一区域分割波长选择波片51设置在照明光学系统1的光瞳位置P1处。第一区域分割波长选择波片51具有偏振作用互不相同的多个分割区域。第一区域分割波长选择波片51中的多个分割区域是例如将于下文描述的在图3中示出的A区域和B区域。

PBS 41使来自照明光学系统1的每个彩色光束入射到第一光阀31或第二光阀32的至少一者。PBS 41通过根据偏振差异对蓝色光束进行分束来使蓝色光束入射到第一光阀31和第二光阀32。此外，PBS 41使例如绿色光束入射到第一光阀31和第二光阀32中的一个光阀(第一光阀31)。此外，PBS 41使例如红色光束入射到第一光阀31和第二光阀32中的另一光阀(第二光阀32)。此外，PBS 41根据偏振方向将由第一光阀31和第二光阀32调制的彩色光束的每一个朝向投影光学系统2输出。

例如，第一光阀31和第二光阀32各自根据图像信号调制多个彩色光束的至少一个彩色光束。

已经被第一光阀31和第二光阀32调制的彩色光束的每一个经由PBS 41入射到投影光学系统2。投影光学系统2将由第一光阀31和第二光阀32产生的图像投影到投影平面上，所述投影平面诸如未图示的屏幕。

第二区域分割波长选择波片52设置在投影光学系统2的光瞳位置P2处。第二区域分割波长选择波片52具有多个分割区域，所述多个分割区域具有互相不同的偏振作用。第二区域分割波长选择波片52中的多个分割区域是例如将于下文描述的在图4中示出的A’区域和B’区域。

照明光学系统1的光瞳位置P1和投影光学系统2的光瞳位置P2彼此共轭。第一区域分割波长选择波片51中的多个分割区域的每一个和第二区域分割波长选择波片52中的多个分割区域的每一个彼此共轭。

照明光学系统1的光瞳位置P1对应于本公开内容的技术中的“第一光瞳位置”的特定示例。投影光学系统2的光瞳位置P2对应于本公开内容的技术中的“第二光瞳位置”的特定示例。

后偏振器22设置在第二区域分割波长选择波片52的输出光路中。

(每个部件的详细构造及作用)

图2示意地示出荧光体轮11的构造示例。图3示出第一区域分割波长选择波片51的构造示例和作用。图4示出第二区域分割波长选择波片52的构造示例和作用。

蓝色光源10是例如蓝色激光器。如图2所示，荧光体轮11具有荧光体区域111和偏振保持扩散器区域112。通过用蓝色光束作为激发光照射荧光体区域111而获得黄色(Ye)光束。偏振保持扩散器区域112不具有偏振作用，但针对蓝色光束具有反射作用。因此，从荧光体轮11输出通过在时间上重复黄色、蓝色、黄色、蓝色……获得的时间平均白色光束。

从蓝色光源10输出的蓝色光束被波长选择PBS 14反射并然后穿过四分之一波片13而被转换成圆偏振光束，并且圆偏振光束经由聚光透镜12入射到荧光体轮11。来自荧光体轮11的输出光束再次穿过四分之一波片13而被转换成用于波长选择PBS 14的P偏振光束。之后，该P偏振光束被波长选择PBS14输出到透射侧。此外，从荧光体轮11提取的黄色光束被类似地反射，并然后被波长选择PBS 14输出到透射侧。由荧光体轮11产生的黄色光束处于非偏振状态，并且波长选择PBS 14具有透射整个黄色光束的作用。

从波长选择PBS 14输出的蓝色光束和黄色光束穿过陷波滤波器15和透镜阵列16，然后穿过PS转换器17以将它们的偏振状态与一个方向对准(这里例如为Y方向偏振(P-偏振))。将具有图3所示的特性的第一区域分割波长选择波片51设置在形成照明光学系统1的紧接的光瞳(第一光瞳)的部分中。在第一区域分割波长选择波片51中，例如，上半部(A区域)是以45度倾斜且仅作用于绿色的半波片，而下半部(B区域)是以45度倾斜且作用于绿色和蓝色的半波片。应注意到，在图3中，白色小圆部分是此光瞳中的照明分布。相同情况应用于关于其他光瞳部分的图。在第一区域分割波长选择波片51中，在波片作用被施加于照明光的情况中，红色光束的偏振在任何区域中都未经旋转而成为Y方向偏振(P偏振)。此外，绿色光束的偏振在任一区域中被旋转90度而成为Z方向偏振(S偏振)。此外，蓝色光束的偏振处于未旋转的偏振(Y方向偏振(P偏振))和经旋转的偏振(Z方向偏振(S偏振))的混合状态。

在每种颜色的光通量在穿过第一区域分割波长选择波片51之后经由中继透镜18到达PBS 41的情况中，根据每个偏振状态将每个彩色光束有选择地引导至第一光阀31和第二光阀32。红色光束处于P偏振，并到达第二光阀32。绿色光束处于S偏振，并到达第一光阀31。蓝色光束处于P偏振和S偏振的混合状态，从而蓝色光束的一半到达第一光阀31和第二光阀32的各者。在针对第一光阀31和第二光阀32使用反射式液晶的情况中，在每个光阀上执行白色显示导致每个偏振的旋转，这以正交的状态将每个入射偏振改变成输出偏振。因此，在第一光阀31中，红色光束和蓝色光束被输出为S偏振，在第二光阀32中，蓝色光束和红色光束被输出为P偏振。因此，执行白色显示使已经通过PBS 41的全部光束朝向投影光学系统2输出。

通常，由于偏振膜的特性，PBS 41具有Rp(反射的P偏振分量)略大于Ts(透射的S偏振分量)的倾向。因此，存在第二光阀32侧的对比度低于第一光阀31侧的对比度的倾向。其原因是在黑色显示期间，由第二光阀32产生的P偏振光比由第一光阀31产生的S偏振光更多地泄漏到投影光学系统2侧。在仅使用一个光阀的单板构造的情况中，仅使用对比度较大的第一光阀31侧来进行构造；然而，使用两个光阀的双板构造的情况是显著影响对比度的因素。因此，为了在照明光学系统1的F数是约F/2.5至3的情况中(以及在包括陷波滤波器15的情况中)实现约1000:1的对比度，必须通过后偏振器22(在PBS 41的输出之后的检偏器)调整偏振方向来提高对比度。

在根据第一实施方式的光学系统中，若后偏振器22直接设置在PBS 41之后而无其他配置，则因蓝色光束的偏振状态是正交的而使光量减半。该问题通过使用光瞳的共轭作用来解决，这是根据第一实施方式的光学系统的最大特点。

也就是说，在根据第一实施方式的光学系统中，将第二区域分割波长选择波片52设置在投影光学系统2的位于PBS 41的输出之后的光瞳(第二光瞳)位置P2处。该情况中的分割方法示于图4中。投影光学系统2的光瞳与照明光学系统1的光瞳共轭，并且因为已经经历光阀反射，故针对每个共轭部分设置区域垂直反转。因此，如图4所示，与第一区域分割波长选择波片51的A区域共轭的区域是在第二区域分割波长选择波片52的下部分中的A'区域，并且与第一区域分割波长选择波片51的B区域共轭的区域是在第二区域分割波长选择波片52的上部分中的B'区域。共轭意指已经穿过第一区域分割波长选择波片51的A区域的光无误地穿过第二区域分割波长选择波片52的A'区域，并且已经穿过第一区域分割波长选择波片51的B区域的光无误地穿过第二区域分割波长选择波片52的B'区域。因此，处于混合状态的蓝色光束的P偏振和S偏振有选择地分别进入B'区域和A'区域。之后，蓝色光束的偏振在A'区域中不被转换，而蓝色光束的偏振在B'区域中旋转90度。此外，在任何区域中，红色光束的偏振不被旋转，而绿色光束的偏振旋转90度，因而将穿过第二区域分割波长选择波片52之后的各个彩色光束的偏振调整为S偏振。

后偏振器22被设置成截断穿过第二区域分割波长选择波片52之后的P偏振，这使得可提高对比度。在模仿根据第一实施方式的光学系统的实验系统中，实验结果是，在F/2.5的情况下获得了约1000:1的白色对比度，并且蓝色光束的光量能够被大约分半以用于第一光阀31和第二光阀32。因此，已证实显现出了所设想的作用。

在根据第一实施方式的光学系统中，在荧光体轮11中发射黄色光束时，绿色光束被有选择地引导至第一光阀31，且红色光束被有选择地引导至第二光阀32。此外，在从荧光体轮11输出蓝色光束时，蓝色光束的一半被引导至第一光阀31和第二光阀32的各者。在每个光阀中，在对应于每种彩色光束的时间期间执行每种彩色光束的渐变输出。也就是说，为了在对蓝色光束分束的同时提高对比度，使用光瞳共轭。如以上描述的，主要目的是通过将蓝色光束分成两束以将入射光量减少一半来显著延长整个光学系统的寿命，其中蓝色光束是缩短光阀寿命的原因。从这方面来说，将被分成两束的光预期为500nm或小于500nm的光。

应注意的是，相对于根据第一实施方式的光学系统的构造的比较例是在PTL 3(日本未审查的专利申请公开案第2008-165058号)中描述的投影机。在PTL 3中描述的投影机中，邻近投影光学系统的光瞳设置区域分割相位差板，并且该区域分割相位差板在投影光学系统中根据偏振将光分成两束。然而，在以下两者之间存在品质差异：在投影光学系统中单纯根据偏振对光进行分束，以及如根据第一实施方式的光学系统中这样对与在照明光学系统1的光瞳中分割的区域共轭的一部分施加区域分割偏振作用。也就是说，在前者中，对由任何光阀产生的光施加同等的偏振作用。相比之下，后者具有以下特性：对共轭关系的利用使得可仅对已到达特定光阀的光施加特定偏振作用。

[1.2效果]

如以上描述的，根据依据第一实施方式的光学系统，将具有偏振作用互不相同的多个分割区域的第一区域分割波长选择波片51设置在照明光学系统1的光瞳位置P1处，并且将具有偏振作用互不相同的多个分割区域的第二区域分割波长选择波片52设置在投影光学系统2的与第一光瞳位置共轭的光瞳位置P2处，这使得可实现对比度的提高。

根据依据第一实施方式的光学系统，除了预期的对比度增大之外，可通过将投影光学系统2中的最终输出光的偏振调整到一个方向来防止投影面上的颜色不均匀。此外，在针对一个PBS 41使用两个光阀的状态下增强对比度，因而使得可减小整个光学系统的尺寸。

应注意的是，本文描述的效果仅是示例性的而非限制性的，且可还有其他效果。相同内容适用于下面其他实施方式的效果。

<2.第二实施方式>

接下来，对根据本公开内容第二实施方式的光学系统进行描述。应注意到，在以下描述中，与以上描述的根据第一实施方式的光学系统的部件实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

在根据第一实施方式的光学系统的构造中陷波滤波器15是照明光学系统1必须的。利用图5至图9描述陷波滤波器15的作用。

图5示出用于根据第一实施方式的光学系统中的荧光体轮11的YAG荧光体的荧光光谱的示例。图6示出根据第一实施方式的光学系统中的第一区域分割波长选择波片51的B区域和第二区域分割波长选择波片52的B'区域的波长选择特性示例。图7示出根据第一实施方式的光学系统中的第一区域分割波长选择波片51的A区域和第二区域分割波长选择波片52的A'区域的波长选择特性示例。图8示出根据第一实施方式的光学系统中的陷波滤波器15的特性示例。

在根据第一实施方式的光学系统中，通过图6和图7所示的第一区域分割波长选择波片51和第二区域分割波长选择波片52的波长选择特性的作用来有选择地旋转每种颜色的偏振。图6中示出的B区域和B’区域的问题是575nm至610nm的红-绿切换区域。在该部分中的转换效率关于任何偏振都不是100％，从而导致出现无意的偏振分量。该无意的偏振分量是不被后偏振器22阻挡的偏振，并造成对比度突然劣化。例如，在不包括具有图8所示的特性的陷波滤波器15的情况中，对比度从约1000:1显著降低到小于100:1。因此，为了实现高对比度，陷波滤波器15被构造为必须的。然而，这存在大的缺点，由陷波滤波器15对其施加作用的关于图5所示的荧光光谱的光被迫丢弃，这导致略小于30％的光量损失。图9示出在陷波滤波器15的作用之后的荧光光谱的示例。与图5相比，能够看到存在显著的光谱损失。此外，即使在图7所示的A区域和A’区域中，也在约575nm至约610nm的区域中出现红色与绿色之间的切换，并且阻挡该部分是重要的。

因此，作为根据第二实施方式的光学系统，提供其中与根据第一实施方式的光学系统相比光利用效率得到提高的系统。

(根据第二实施方式的光学系统的概要)

图10示意地示出根据第二实施方式的光学系统的整体构造示例。

如图10所示，根据第一实施方式的光学系统包括照明光学系统1A和投影光学系统2A。

照明光学系统1A的构造与第一实施方式中的照明光学系统1(图1)的构造的不同之处在于，将分色转换器61设置在照明光学系统1A的光瞳位置P1处以替代第一区域分割波长选择波片51。此外，照明光学系统1A的构造与第一实施方式中的照明光学系统1的构造的不同之处在于，省去了陷波滤波器15并将半波片19设置在波长选择PSB 14之后。分色转换器61具有偏振作用互不相同的多个分割区域。在照明光学系统1A的光瞳位置P1处的多个分割区域中的波长分布彼此不同。分色转换器61中的多个分割区域是例如将于后文描述的图12中所示的C区域和D区域。

投影光学系统2A的构造与第一实施方式中的投影光学系统2(图1)的构造的不同之处在于，省去了后偏振器22，并且将区域分割偏振器62设置在投影光学系统2A的光瞳位置P2处以替代第二区域分割波长选择波片52。区域分割偏振器62具有偏振作用互不相同的多个分割区域。在区域分割偏振器62中，多个分割区域各自具有允许透射偏振方向互相不同的光束的作用。区域分割偏振器62中的多个分割区域是例如将于后文描述的图13所示的C’区域和D’区域。区域分割偏振器62具有作为区域分割的后偏振器的作用。

照明光学系统1A对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2A对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。分色转换器61对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。区域分割偏振器62对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。

(每个部件的详细构造和作用)

半波片19将入射的蓝色光束的Y方向偏振(P偏振)转换成在方向上建立Y＝Z的偏振状态。因此，半波片19能够将蓝色光束的偏振状态转换成其中Y方向偏振(P偏振)和Z方向偏振(S偏振)彼此相等的状态。因此，入射于PS转换器17上的每个彩色光束被转换成其中P偏振和S偏振彼此相等的偏振状态。

图11示意地示出根据第二实施方式的光学系统中的PS转换器17和分色转换器61的构造示例。

PS转换器17包括其中形成偏振膜171的多个棱镜块。在PS转换器17的沿X方向的光入射表面上，在多个棱镜块的每隔一个棱镜块中在Y方向上形成遮蔽区域173。此外，在PS转换器17的沿X方向的光输出表面上，在多个棱镜块的每隔一个棱镜块中沿Y方向形成半波片172。遮蔽区域173和半波片172形成在多个棱镜块的相同棱镜块中。

分色转换器61包括多个棱镜块。多个棱镜块包括其中形成分色膜611的第一棱镜块和其中形成全反射膜614的第二棱镜块，并且第一棱镜块和第二棱镜块被构造为在Y方向上交替设置。在其中形成分色膜611的第一棱镜块的沿X方向的光输出表面上，形成半波片612。在其中形成全反射膜614的第二棱镜块的沿X方向的光入射表面上，形成遮蔽区域613。

分色转换器61与PS转换器17相邻设置。PS转换器17接收非偏振光束，透射非偏振光束的P偏振分量，并反射非偏振光束的S偏振分量。PS转换器17中的棱镜块是偏振棱镜；因此被某一棱镜块中的偏振膜171反射的S偏振分量进一步被另一棱镜块中的偏振膜171反射并穿过半波片172，由此再被转换成P偏振分量。因此，PS转换器17能够转换偏振。PS转换器17设置在透镜阵列16的输出侧，并且遮蔽区域173设置在所形成的点像之间，由此实现偏振转换同时减少光量损失。此外，分色转换器61对已经穿过PS转换器17的光束施加颜色转换作用。在其中形成分色转换器61的棱镜块中，分色膜611和全反射膜614交替形成。分色膜611被构造为反射红色光束和50％的蓝色光束，并且透射绿色光束和50％的蓝色光束。全反射膜614具有反射全部光束的作用。分色转换器61允许被分色膜611反射并进一步被全反射膜614反射的光束穿过半波片612，半波片612使偏振反向旋转90度，这使得可将绿色-蓝色光束和红色-蓝色光束转换成彼此正交的偏振。

图12示出根据第二实施方式的光学系统的照明光学系统1A的光瞳中的偏振状态的示例。

如图12所示，分割的C区域和分割的D区域在照明光学系统1A的光瞳位置P1处沿垂直方向交替布置。C区域对应于其中形成图11所示的分色转换器61中的半波片612的区域。D区域对应于其中未形成图11所示的分色转换器61中的半波片612的区域。穿过C区域的光束包括具有100％光量的红色光束和具有50％光量的蓝色光束，并且其偏振方向是Y方向(P偏振)。此外，穿过D区域的光束包括具有100％光量的绿色光束和具有50％光量的蓝色光束，并且其偏振方向是Z方向(S偏振)。从C区域输出的光束的偏振方向是Y方向，因此该光束到达第二光阀32。从D区域输出的光束的偏振方向是Z方向，因此该光束到达第一光阀31。之后，被第一光阀31和第二光阀32转换成正交方向偏振的光束受到位于投影光学系统2A的光瞳中的区域分割偏振器62的每个分割区域的作用。

图13示出根据第二实施方式的光学系统的投影光学系统2A的光瞳中的偏振状态的示例。

如图13所示，分割的C’区域和分割的D’区域在投影光学系统2A的光瞳位置P2处沿垂直方向交替布置。在投影光学系统2A的光瞳位置P2处的C’区域的一部分与在照明光学系统1A的光瞳位置P1处的C区域共轭，并且在投影光学系统2A的光瞳位置P2处的D’区域的一部分与在照明光学系统1A的光瞳位置P1处的D区域的一部分共轭。因此，仅Y方向(P偏振)无误地到达C’区域，并且仅Z方向(S偏振)无误地到达D’区域。若在该状态中区域分割偏振器62被制成对C’区域产生透射Y方向偏振并遮蔽Z方向偏振的偏振器效果，并对D’区域产生透射Z方向偏振并遮蔽Y方向偏振的偏振器效果，则产生了作为用于第一光阀31和第二光阀32的各者的后偏振器的效果，这使得可增大对比度。

根据第二实施方式的光学系统的构造的优点在于陷波滤波器15不是必须的，因为没有使用第一区域分割波长选择波片51。在根据第一实施方式的光学系统中，固有地要求设置阻挡来自每个光阀的期望偏振方向的光束的后偏振器22。然而，如以上描述的，根据第一区域分割波长选择波片51和第二区域分割波长选择波片52的波长选择特性，在红色-绿色切换区域中产生不能被后偏振器22阻挡的在不同方向上的偏振，因而后偏振器22无法起到完美后偏振器的作用。相比之下，在根据第二实施方式的光学系统的构造中，类似地，在红色-绿色切换区域中根据偏振方向的反射和透射的转换不是完美的，但被构造成根据是否被引导至C区域或D区域而在照明光学系统1A的光瞳中确定产生的偏振的方向。从C区域输出的光束被无误地引导至投影光学系统2A的光瞳的C’区域，并且从D区域输出的光束被无误地引导至投影光学系统2A的光瞳的D’区域；因此，可针对每种偏振无误地设置目标后偏振器(区域分割偏振器62)，并且能够看到陷波滤波器15不是必须的，从而提高对比度。换句话说，有利的是在红色-绿色切换区域中的转换缺陷不对偏振施加影响的构造。

图14示出到达根据第二实施方式的光学系统中的第一和第二光阀31和32的光束的光谱的示例。能够看到在红色-绿色切换区域中的光束在混合时被分配到相应的光阀。在根据第二实施方式的光学系统中，每个光阀的偏振在一个方向上，并且基本上没有出现偏振的混合。这因而使得可消除由在根据第一实施方式的光学系统中使用的陷波滤波器15造成的光量损失，并实现了对比度和面板耐光性对策的改进，同时实现略小于30％的亮度提高。在该构造中，类似于根据第一实施方式的光学系统，原则上预期1000:1的对比度。

如以上描述的，根据依据第二实施方式的光学系统，用分色转换器61替换第一区域分割波长选择波片51使得可消除由第一区域分割波长选择波片51造成的转换损失，并保持高对比度同时显著提高亮度。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第一实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<3.第三实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第三实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一或第二实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图15示意地示出根据第三实施方式的光学系统的整体构造示例。

第二实施方式显示了使得可提高对比度同时减小光量损失的光学系统的构造示例。然而，实际上，在与PS转换器17接触的分色转换器61中，就集光率而言，角分量损失容易增大，因为PS转换器17具有遮蔽区域173。为了保持一定的集光率，必须增大入射到透镜阵列16的光通量的直径；因此，就整体尺寸而言出现了不希望的情况。在该情况中，可如图15所示构造光学系统。

如图15所示，根据第三实施方式的光学系统包括照明光学系统1B和投影光学系统2B。

照明光学系统1B包括第一透镜阵列16A和第二透镜阵列16B来替代第二实施方式的照明光学系统1A(图10)的构造中的透镜阵列16。此外，照明光学系统1B包括第一中继透镜18A和第二中继透镜18B来替代第二实施方式的照明光学系统1A的构造中的中继透镜18。此外，照明光学系统1B的构造与第二实施方式的照明光学系统1A的构造的不同之处在于省去了半波片19。

投影光学系统2B的构造类似于第二实施方式的投影光学系统2A(图10)的构造。

照明光学系统1B对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2B对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。

根据第三实施方式的光学系统是构造不同于根据第二实施方式的光学系统的构造的系统，不同之处在于PS转换器17和分色转换器61被分离并通过第二中继透镜18B和第二透镜阵列16B彼此耦合。在该系统中，通过第一透镜阵列16A、PS转换器17和第二中继透镜18B形成一次均匀照度，并且通过第二透镜阵列16B、分色转换器61和第一中继透镜18A再次产生针对第一光阀31和第二光阀32的均匀照度。在此之后的构造和作用类似于根据第二实施方式的光学系统，并且可利用光瞳共轭增大对比度。在根据第三实施方式的光学系统中，可调节PS转换器17与分色转换器61之间的间距，从而使得可减小PS转换器17的遮蔽区域173的尺寸。因此，几乎不会发生以上描述的聚光率的问题，这使得可显著提高光利用效率同时减小整个系统的体积。

图16示出根据第二实施方式的光学系统的照明光学系统1A或投影光学系统2A的光瞳形状的示例，其作为针对根据第三实施方式的光学系统的比较例。图17示出根据第三实施方式的光学系统的照明光学系统1B或投影光学系统2B的光瞳形状的示例。

如图16所示，根据第二实施方式的光学系统中的光瞳形状是实质圆形形状。与此相对，在根据第三实施方式的光学系统中，由第一透镜阵列16A形成的在第二透镜阵列16B之前的像变成光瞳形状，其为实质正方形。这在一些情况中不利地影响激光安全标准。为解决该问题，更优选的是构造将于后文描述的根据第四实施方式的光学系统。

应注意到，在根据第三实施方式的光学系统中，即使在荧光体轮11的偏振保持扩散器区域112具有简单的全反射构造的情况中，也具有可使蓝色光束的光瞳分布与黄色光束的光瞳分布相同的优点并可实现成本降低以及制造工艺简化。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第二实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<4.第四实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第四实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第三实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图18示意地示出根据第四实施方式的光学系统的整体构造示例。

如图18所示，根据第四实施方式的光学系统包括照明光学系统1C和投影光学系统2C。

照明光学系统1C包括第一透镜阵列16A、第二透镜阵列16B和第三透镜阵列16C来替代第二实施方式的照明光学系统1A(图10)的构造中的透镜阵列16。此外，照明光学系统1C包括中继透镜18A、第二中继透镜18B和第三中继透镜18C来替代第二实施方式的照明光学系统1A的构造中的中继透镜18。此外，照明光学系统1C的构造与第二实施方式中的照明光学系统1A的构造的不同之处在于省去了半波片19。

投影光学系统2C的构造类似于第二实施方式的投影光学系统2A(图10)的构造。

照明光学系统1C对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2C对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。

在根据第四实施方式的光学系统中，如图18所示，针对关于根据第三实施方式的光学系统的构造中的光瞳形状(图17)的对策，照明光学系统1C的中继透镜系统具有三个阶段。在照明光学系统1C中，第一透镜阵列16A被构造为矩形透镜阵列，第二透镜阵列16B被构造为六边形透镜阵列，并且第三透镜阵列16C被构造为矩形透镜阵列。通过这样做，第一透镜阵列16A、PS转换器17和第三中继透镜18C具有偏振整流作用。此外，第二透镜阵列16B和第二中继透镜18B产生六边形照明(其随后成为光瞳)。此外，第三透镜阵列16C、分色转换器61和第一中继透镜18A具有用于颜色分离和每个光阀的偏振转换功能和生成到达每个光阀的均匀矩形照明的功能。在此之后的构造和作用类似于第二实施方式，其可利用光瞳共轭来提高对比度。

图19示出根据第四实施方式的光学系统的照明光学系统1C或投影光学系统2C的光瞳形状的示例。在根据第四实施方式的光学系统中，如图19所示，可将光瞳形状构造为接近六边形形状，并且避免上述第三实施方式中的正方形形状的光瞳的问题。此外，与根据第三实施方式的光学系统一样，根据第四实施方式的光学系统能够具有其中荧光体轮11上的偏振保持扩散器区域112是简单的反射器的构造。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第二或第三实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<5.第五实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第五实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第四实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图20示意地示出根据第五实施方式的光学系统的整体构造示例。

如图20所示，根据第五实施方式的光学系统包括照明光学系统1D和投影光学系统2D。

照明光学系统1D的构造与第一实施方式的照明光学系统1(图1)的构造的不同之处在于将区域分割波片71设置在照明光学系统1D的光瞳位置P1处来代替第一区域分割波长选择波片51。此外，照明光学系统1D的构造与第一实施方式的照明光学系统1的构造的不同之处在于省去了陷波滤波器并且将半波片19设置在波长选择PBS 14之后。区域分割波片71具有偏振作用互不相同的多个分割的区域。区域分割波片71中的多个分割的区域是例如将于后文描述的图21示出的D区域和E区域。

投影光学系统2D的构造与第一实施方式的投影光学系统2(图1)的构造的不同之处在于省去了后偏振器22并且将区域分割偏振器62设置在投影光学系统2D的光瞳位置P2处来代替第二区域分割波长选择波片52。区域分割偏振器62具有偏振作用互不相同的多个分割的区域。在区域分割偏振器62中，多个分割的区域具有透射在互相偏振方向上的光束的作用。区域分割偏振器62的多个分割的区域是例如将于后文描述的图22所示的D’区域和E’区域。区域分割偏振器62具有作为区域分割的后偏振器的作用。

照明光学系统1D对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2D对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。区域分割波片71对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。区域分割偏振器62对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。

根据第五实施方式的光学系统进一步包括偏振眼镜4和偏振保持屏幕5，这使得可将该光学系统构造为3D(三维)显示设备。右眼图像和左眼图像经由投影光学系统2D而投射到偏振保持屏幕5上。

在根据第五实施方式的光学系统中，通过提前提供半波片19，入射于PS转换器17上的光束变成其中所有颜色的Y方向偏振(P偏振)和Z方向偏振(S偏振)彼此相等的状态。此外，根据第五实施方式的光学系统具有其中使用不具有波长选择性的宽带区域分割波片71来代替第一区域分割波长选择波片51的构造，并且针对红色、绿色和蓝色的所有彩色光束对到达每个光阀的光执行分束，以用于三维显示。另外，为了提高对比度，区域分割偏振器62被构造为设置在投影光学系统2D的光瞳位置P2处以增大对比度，同时保持用于右眼和左眼的偏振。偏振眼镜4是交叉偏振器眼镜，并且配戴偏振眼镜4的用户能够观看作为三维图像而投射到偏振保持屏幕5上的右眼图像和左眼图像。

图21示出根据第五实施方式的光学系统的照明光学系统1D的光瞳中的偏振状态的示例。

如图21所示，区域分割波片71在照明光学系统1D的光瞳位置P1处被上下分割成D区域和E区域。其被构造成在D区域中所有彩色光束的偏振被旋转90度，并且在E区域中所有彩色光束的偏振未被旋转。此构造使得可使穿过D区域的所有光束和穿过E区域的所有光束分别到达第一光阀31和第二光阀32，并且使得可例如分别使用第一光阀31和第二光阀32作为右眼通道和左眼通道。

图22示出根据第五实施方式的光学系统的投影光学系统2D的光瞳中的偏振状态的示例。

如图22所示，区域分割偏振器62在投影光学系统2D的光瞳位置P2处被上下分割成E'区域和D'区域。在投影光学系统2D的光瞳位置P2处的D'区域的一部分与在照明光学系统1D的光瞳位置P1处的D区域共轭，并且在投影光学系统2D的光瞳位置P2处的E'区域的一部分与在照明光学系统1D的光瞳位置P1处的E区域的一部分共轭。来自第一光阀31的所有光束到达投影光学系统2D中的D'区域，并且通过仅透射Y方向偏振(P偏振)的偏振器的作用增大对比度。此外，来自第二光阀32的所有光束到达E'区域，并且通过仅透射Z方向偏振(S偏振)的偏振器的作用增大对比度。尽管根据第五实施方式的光学系统是小型两板光学系统，但其能够将对比度增大到实用范围，并且该光学系统还实现偏振三维显示，这使得可实现偏振眼镜4的简化和重量减轻并使整个系统较便宜。

应注意的是，在根据第五实施方式的光学系统中，绿色与红色之间的边界不被认为是不同偏振；因此，无需陷波滤波器15。

根据依据第五实施方式的光学系统，即使在三维显示期间也可增大对比度，并且可减小右眼和左眼的串扰量。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第一实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<6.第六实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第六实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第五实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图23示意地示出根据第六实施方式的光学系统的整体构造示例。

在第六实施方式中，作为增加光阀的数量的示例，描述四板构造的示例。如图23所示，根据第六实施方式的光学系统包括照明光学系统1E和投影光学系统2E。此外，根据第六实施方式的光学系统在照明光学系统1E与投影光学系统2E之间包括两个蓝色光阀3B1和3B2、一个红色光阀3R1、一个绿色光阀3G1、PBS 41、42和43、以及分色立方体44。

照明光学透镜1E包括第一蓝色光源10A、第二蓝色光源10B、荧光体轮11、聚光透镜12、四分之一波片13、波长选择PBS 14、透镜阵列16、PS转换器17、第一区域分割波长选择波片51和中继透镜18。此外，照明光学系统1E包括第一色板81、第二色板82和全反射镜83。

投影光学系统2E具有类似于第一实施方式中的投影光学系统2(图1)的构造。

照明光学系统1E对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2E对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。第一区域分割波长选择波片51对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。第二区域分割波长选择波片52对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。PBS 41对应于本公开内容的技术中的“偏振分束器”的特定示例。

PBS 41设置在从照明光学系统1E输出的蓝色光束的光路中，并通过根据偏振差异对蓝色光束分束来使蓝色光束入射到蓝色光阀3B1和蓝色光阀3B2。PBS 42设置在从照明光学系统1E输出的红色光束的光路中，并使红色光束入射到红色光阀3R1。PBS 43设置在从照明光学系统1E输出的绿色光束的光路中，并使绿色光束入射到绿色光阀3G1。分色立方体44组合由各个光阀调制的各个彩色光束，并朝向投影光学系统2E输出组合光束。

根据第六实施方式的光学系统具有R、G和B的三板构造作为基本构造，并且仅在B通道中设置两个光阀(蓝色光阀3B1和3B2)以用于耐光性的对策。此外，在根据第六实施方式的光学系统中，荧光体轮11不具有偏振保持扩散器区域112(图2)，并且用来自第一蓝色光源10A的蓝色光束持续照射荧光体轮111。这使荧光体轮11不以时分方式而是持续地发射黄色光束。从第二蓝色光源10B持续地输出蓝色光束。来自第二蓝色光源10B的蓝色光束被波长选择PBS 14反射以与来自荧光体轮11的黄色光束组合。在根据第六实施方式的光学系统中，每个光阀专用于每种颜色，并且不执行颜色的时间分割。

图24示出根据第六实施方式的光学系统的照明光学系统1E的光瞳中的偏振状态的示例。

如图24所示，第一区域分割波长选择波片51在照明光学系统1E的光瞳位置P1处被上下分割成F区域和G区域。在F区域中，偏振被旋转90度而与R、G和B的各个颜色无关，并且在G区域中，仅蓝色光束的偏振未转换，且除蓝色光束以外的彩色光束的偏振被旋转90度。这样做使得可混合两种偏振类型的蓝色光束，并使得可将蓝色光束分束以用于蓝色光阀3B1和蓝色光阀3B2。因此，待入射到光阀的蓝色光束被减半以延长系统的寿命。红色光束和绿色光束被第一色板81和第二色板82分束以分别被引导至红色光阀3R1和绿色光阀3G1。红色光束和绿色光束以S偏振状态入射，并以P偏振状态输出。从各个光阀输出的R、G和B的各个彩色光束通过分色立方体44组合，并被引导至投影光学系统2E。在入射到投影光学系统2E时红色光束和绿色光束此时的偏振方向是Y方向偏振(P偏振)，并且在入射到投影光学系统2E时蓝色光束此时的偏振方向处于Y方向偏振(P偏振)和Z方向偏振(S偏振)的混合状态。

图25示出根据第六实施方式的光学系统的投影光学系统2E的光瞳中的偏振状态的示例。

如图25所示，第二区域分割波长选择波片52在投影光学系统2E的光瞳位置P2处被上下分割成G'区域和F'区域。在投影光学系统2E的光瞳位置P2处的F'区域的一部分与在照明光学系统1E的光瞳位置P1处的F区域共轭，并且在投影光学系统2E的光瞳位置P2处的G'区域的一部分与在照明光学系统1E的光瞳位置P1处的G区域的一部分共轭。在投影光学系统2E的光瞳位置P2处，在与F区域共轭的F'区域中，所有彩色光束的偏振被旋转90度以转换成Z方向偏振(S偏振)。此外，在与G区域共轭的G'区域中，红色光束和绿色光束的偏振被旋转90度，并且蓝色光束的偏振未旋转。结果，所有彩色光束的偏振被转换成Z方向偏振(S偏振)。最后，利用投影光学系统2E中的后偏振器22进行调整，使得可增大对比度。根据第六实施方式的光学系统具有其中实现较长的寿命同时减少光阀的数量的构造，并且具有以相对较低成本制造构造的特点。

根据第六实施方式的光学系统的一点在于在针对特定波长使用两个正交偏振的同时通过后偏振器22增大对比度，并且还可应用于不同的构造。

应注意的是，在根据第六实施方式的光学系统中，在红色-绿色切换区域中，未通过区域分割波长选择波片执行切换；因此，陷波滤波器15不是必须的。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第一实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<7.第七实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第七实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第六实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图26示意地示出根据第七实施方式的光学系统的整体构造示例。

在第七实施方式中，作为其中光阀的数量增大而比根据第六实施方式的光学系统的光阀数量多的示例，描述六板构造的示例。如图26所示，根据第七实施方式的光学系统包括照明光学系统1F和投影光学系统2F。此外，根据第七实施方式的光学系统包括在照明光学系统1F与投影光学系统2F之间的光路中的两个蓝色光阀3B1和3B2、两个红色光阀3R1和3R2、两个绿色光阀3G1和3G2、PBS 41、42和43、以及分色立方体44。

照明光学系统1F包括第一蓝色光源10A、第二蓝色光源10B、荧光体轮11、聚光透镜12、四分之一波片13、波长选择PBS 14、透镜阵列16、PS转换器17、区域分割波片71和中继透镜18。此外，照明光学系统1F包括第一色板81、第二色板82和全反射镜83。

投影光学系统2F具有类似于第五实施方式中的投影光学系统2D(图20)的构造，并且区域分割偏振器62设置在光瞳位置P2处。

照明光学系统1F对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2F对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。第一区域分割波长选择波片51对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。区域分割偏振器62对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。此外，例如，两个蓝色光阀3B1和3B2对应于本公开内容的技术中的“第一和第二光阀”的特定示例。此外，例如，两个红色光阀3R1和3R2对应于本公开内容的技术中的“第三和第四光阀”的特定示例。此外，例如，两个绿色光阀3G1和3G2对应于本公开内容的技术中的“第五和第六光阀”的特定示例。

PBS 41设置在从照明光学系统1F输出的蓝色光束的光路中，并通过根据偏振差异对蓝色光束分束来使蓝色光束入射到蓝色光阀3B1和蓝色光阀3B2。PBS 42设置在从照明光学系统1F输出的红色光束的光路中，并通过根据偏振差异对红色光束分束来使红色光束入射到红色光阀3R1和红色光阀3R2。PBS43设置在从照明光学系统1F输出的绿色光束的光路中，并通过根据偏振差异对绿色光束分束来使绿色光束入射到绿色光阀3G1和绿色光阀3G2。分色立方体44组合由各个光阀调制的各个彩色光束，并朝向投影光学系统2F输出组合的彩色光束。

在根据第七实施方式的光学系统中，针对R、G和B的每种颜色设置两个光阀。此外，在根据第七实施方式的光学系统中，如同根据第六实施方式的光学系统，荧光体轮11不具有偏振保持扩散器区域112(图2)，并且由来自第一蓝色光源10A的蓝色光束持续照射荧光体区域111。这使荧光体轮11以时分方式而是持续地发射黄色光束。从第二蓝色光源10B持续地输出蓝色光束。来自第二蓝色光源10B的蓝色光束被波长选择PBS 14反射以与来自荧光体轮11的黄色光束组合。在根据第七实施方式的光学系统中，如同根据第六实施方式的光学系统，每个光阀专用于每种颜色，并且不执行颜色的时间分割。

在第七实施方式的照明光学系统1F的光瞳中的偏振状态类似于根据第五实施方式的光学系统，并且区域分割波片71在照明光学系统1F的光瞳位置P1处被上下分割成D区域和E区域(图21)。这在照明光学系统1F的位置P1处产生每种颜色的两个正交偏振状态，并且根据偏振状态而使每种颜色入射到每个彩色光阀。

第七实施方式的投影光学系统2F的光瞳中的偏振状态也类似于根据第五实施方式的光学系统，并且区域分割偏振器62在投影光学系统1F的光瞳位置P2处被上下分割成E'区域和D'区域(图22)。在根据第七实施方式的光学系统中，如同根据第五实施方式的光学系统，区域分割偏振器62设置在投影光学系统2F的光瞳位置P2处，并且通过利用仅在一个方向上偏振的各颜色入射到各区域的事实而使用光瞳的共轭作用来提高对比度。

如同根据第五实施方式的光学系统，除了简单的照度提高之外，以上描述的六板构造能够使用偏振实现三维显示。

应注意的是，在根据第七实施方式的光学系统中，在绿色-红色切换区域中，未通过区域分割波长选择波片执行切换；因此，陷波滤波器15不是必须的。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第五或第六实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<8.第八实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第八实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第七实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图27示意地示出根据第八实施方式的光学系统中的区域分割波片71的第一分割示例。

在以上描述(图20和图26)的根据第五和第七实施方式的光学系统中，将区域分割波片71设置在照明光学系统1D或1F的光瞳位置P1处。在使用这种区域分割波片71的构造中，区域分割方法具有很大自由度。一些变形例示于图27至图30中，但区域分割方法不限于此。

例如，如图27所示，可通过竖直地一分为二来构造区域。应注意，在该情况中，中心线将点像一分为二；因此，认为在照明光学系统1D或1F的光瞳位置P1处的元件布置与在投影光学系统2D或2F的光瞳位置P2处的元件布置之间的位置关系的制造公差是严格的。此外，对PBS 41进行左右分割，这可能导致色差。因此，可能的是，针对PBS 41或类似者的不具有极性的上下分割是期望的。

此外，可将区域分成如图28所示的栅状区域、如图29所示的格状区域或如图30所示的中心区域和外部区域。例如，在图30的分割方法中，光瞳的中心区域的光通量相对于光阀具有相对较小的入射角，这在PBS 41或类似者的设计中可为有利的。这些设计方法完全归入设计的范畴，并且能构从PBS 41及类似者的可制造性和明暗、投影光学系统2D和2F的光瞳的明暗、由投影偏振造成的颜色不均匀度或类似情况自由地设计。当然，即使在这种情况中，对投影光学系统2D或2F中的共轭光瞳来说也必须具有对应于各部分的操作器。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第五或第七实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<9.第九实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第九实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第八实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

在以上描述的根据第一实施方式的光学系统及类似光学系统中，第一区域分割波长选择波片51和PS转换器17设置在照明光学系统1的光瞳位置P1处及附近；然而，PS转换器17与区域分割波长选择波片是兼容的，并且能够与区域分割波长选择波片整合在一起。

图31示意地示出整合到PS转换器17A中的第一区域分割波长选择波片51A的构造示例。此外，图32示意地示出使用第一区域分割波长选择波片51A的根据第九实施方式的光学系统的整体构造示例。

如图32所示，根据第九实施方式的光学系统包括照明光学系统1G和投影光学系统2G。

照明光学系统1G的构造与第一实施方式中的照明光学系统1(图1)的构造的不同之处在于将整合PS转换器17A的第一区域分割波长选择波片51A设置在照明光学系统1G的光瞳位置P1处来代替第一区域分割波长选择波片51。此外，照明光学系统1G的构造与第一实施方式中的照明光学系统1的构造的不同之处在于将半波片19设置在陷波滤波器15与波长选择PBS 14之间。第一区域分割波长选择波片51A具有偏振作用互不相同的多个分割区域。

投影光学系统2G的构造类似于第一实施方式中的投影光学系统2(图1)的构造，并且具有其中第二区域分割波长选择波片52设置在投影光学系统2G的光瞳位置P2处的构造。

照明光学系统1G对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2G对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。第一区域分割波长选择波片51A对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。第二区域分割波长选择波片52对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。

PS转换器17A具有其中形成偏振膜171的多个棱镜块。在PS转换器17A的X方向上的光入射表面上，在多个棱镜块的每隔一个棱镜块中沿Y方向形成遮蔽区域173。

此外，在多个棱镜块的X方向上的光输出表面上，在Y方向上交替形成第一波长选择波片511和第二波长选择波片512。遮蔽区域173和第二波长选择波片512形成在多个棱镜块的相同棱镜块中。

在普通PS转换器17中，如同图11的构造示例，在多个棱镜块中每隔一个棱镜块的光输出侧在Y方向上设置宽带半波片172以提供调整偏振的作用。相比之下，在图31的构造示例中，具有不同作用的第一波长选择波片511和第二波长选择波片512交替设置在多个棱镜块的光输出侧上。这使得可省去半波片172并实现如图28所示的区域分割。此技术具有第一波长选择波片511和第二波长选择波片512能够在增大光瞳的图像形成点的尺寸之前起作用的优点，并且因此可放宽制造公差并提高可制造性。此外，可实现类似于根据第一实施方式的光学系统中的第一区域分割波长选择波片51或类似者的区域分割。在该情况下，如果可制造其中宽带半波片设置在两个分割的区域的一个区域中的构造就足够了，而无需交替布置第一波长选择波片511和第二波长选择波片512。

在PS转换器17A和区域分割波长选择波片被整合的情况中，在任何颜色的入射偏振中，Y方向偏振(P偏振)和Z方向偏振(S偏振)必须彼此相等；因此，一些设计是必要的，诸如如图32所示通过将半波片19设置在PS转换器17A的入射位置之前来建立蓝色光束的45度倾斜角度偏振。或者，可通过在PS转换器17A的入射位置之前设置四分之一波片来建立蓝色光束的圆偏振。

此外，例如，可想到使用Kester型分色棱镜、三角形棱镜阵列、衍射元件、衍射透镜、偏振相关透镜(Pancharatnam相位透镜、与偏振分离之后的偏振对应的颜色分离)或类似者代替以上描述的根据第二实施方式的光学系统中的照明光学系统1A中的分色转换器61来执行颜色分离。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第一实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<10.第十实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第十实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第九实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

本公开内容的技术的最重要的点是某一波长带中的光束被分成两个正交偏振分量，并且在投影光学系统中有选择地提供偏振作用。应用此点使得可增大对比度同时在将亮度保持在一定水平的情况下扩展色域。

图33示意地示出根据第十实施方式的光学系统的整体构造示例。

在第十实施方式中，描述通过将另一种颜色加入到R、G和B来扩展色域的构造示例。图33示出黄色光束作为另一种颜色被加入的示例。如图33所示，根据第十实施方式的光学系统包括照明光学系统1H和投影光学系统2H。此外，根据第十实施方式的光学系统在照明光学系统1H和投影光学系统2H之间的光路中包括蓝色光阀3B1、红色光阀3R1、绿色光阀3G1、黄色光阀3Y1、PBS 41、42和43、以及分色立方体44。

照明光学系统1H包括第一蓝色光源10A、第二蓝色光源10B、荧光体轮11、聚光透镜12、四分之一波片13、波长选择PBS 14、半波片19、透镜阵列16、PS转换器17、分色转换器61及中继透镜18。此外，照明光学系统1H包括第一色板81、第二色板82和全反射镜83。

投影光学系统2H具有类似于第五实施方式中的投影光学系统2D(图20)的构造，并且区域分割偏振器62设置在投影光学系统2H的光瞳位置P2处。

照明光学系统1H对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2H对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。分色转换器61对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。区域分割偏振器62对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。

PBS 41设置在从照明光学系统1H输出的蓝色光束的光路中，并使蓝色光束入射到蓝色光阀3B1。PBS 42设置在从照明光学系统1H输出的红色光束的光路中，并使红色光束入射到红色光阀3R1。PBS 43设置在从照明光学系统1F输出的绿色光束和黄色光束的光路中，并通过根据偏振差异将绿色光束和黄色光束分开而使绿色光束和黄色光束分别入射到绿色光阀3G1和黄色光阀3Y1。分色立方体44组合被各个光阀调制的各个彩色光束，并朝向投影光学系统2H输出组合的彩色光束。

图34示意地示出根据第十实施方式的光学系统中的PS转换器17和分色转换器61的构造示例。

图34示出的PS转换器17的构造类似于图11示出的PS转换器17的构造。此外，除了分色膜611的特性不同之外，图34示出的分色转换器61的构造类似于图11示出的分色转换器61的构造。

图35示出根据第十实施方式的光学系统中的分色转换器61的膜特性的示例。图36示出根据第十实施方式的光学系统中的第二色板82的膜特性的示例。图37示出根据第十实施方式的光学系统的照明光学系统1H中的最终荧光光谱的示例。图38示出根据第十实施方式的光学系统的色域的示例。

在根据第十实施方式的光学系统中，分色转换器61用于将黄色光束分离为与绿色光束偏振不同，并将黄色光束引导至黄色光阀3Y1。分色转换器61具有如图34所示的构造，并且分色膜611具有如图35所示的分离特性。此外，第二色板82具有如图36所示的分离特性。因此，照明光学系统1H中的最终荧光光谱如图37所示。在该情况中的色域示于图38。能够看到，与普通RGB构造相比，色域显著扩展。此外，如同第二实施方式(图13)，将其中垂直交替布置分割的区域的区域分割偏振器62设置在投影光学系统2H的光瞳位置P2处，以提供与由分色转换器61产生的交替偏振共轭的交替后偏振器作用。这使得可显著提高对比度。

应注意的是，在根据第十实施方式的光学系统中，入射于透镜阵列16上的蓝色光束需要Y方向偏振(P偏振)和Z方向偏振(S偏振)的两个偏振方向，这通过使蓝色光束穿过半波片19而实现。

根据第十实施方式的光学系统的构造的优点特别地在于在一个PBS 43中使用绿色光阀3G1和黄色光阀3Y1两者的同时可提高对比度。通常，针对一个PBS提供两个光阀会使对比度显著降低。例如，PTL 4(日本未审查的专利申请公开案第2006-343721)中描述的构造，对比度降低是不可避免的。相比之下，根据第十实施方式的光学系统的构造能够恢复对比度，并且具有1000:1或更大的余地。针对一个PBS使用两个光阀是可能的，这促进减小整个系统的尺寸。特别地，在光阀是反射式液晶(LCOS；硅上液晶)的情况中，必须在光阀前设置PBS。因此，在组合四种颜色的情况中，至少五个棱镜是必须的。此外，在相继组合多种颜色的方法中，需要更多的棱镜，这使得整个系统非常大。

应注意的是，在根据第十实施方式的光学系统中，分色转换器61和色板能被构造为不仅扩展黄色范围而且扩展青色范围。在该情况中，可想到若将青色混合在图33中的蓝色光束的光路中并设置第五光阀就足够了。此外，可用更多颜色支持投影机。

根据依据第十实施方式的光学系统，可在混合黄色或任何其他颜色时显著扩展色域同时保持高对比度。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第二或第五实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<11.第十一实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第十一实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第十实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图39示意地示出根据第十一实施方式的光学系统中的区域分割波长选择波片52的构造示例。

在根据第一实施方式的光学系统或类似者的构造中，例如，可在第二区域分割波长选择波片52中设置遮蔽区域53，如图39所示。设定遮蔽区域53在两个分割的区域之间的接合区段被毛边和有效范围限制的情况中是特别有效的。也就是说，在靠近接合区段的波片的作用与原始作用不同的情况中，穿过此区域的不必要的光束会降低对比度。通过提供遮蔽区域53，该不必要的光束在任何情况下都不穿过接合范围附近，这使得可防止对比度降低。如图39所示，遮蔽区域53几乎不遮蔽必要的光束，而仅遮蔽不必要部分，从而仅造成微小的光量减少。

在一些情况中，也可在照明光学系统1侧上的第一区域分割波长选择波片51中设置遮蔽区域53。此外，也可在第八实施方式中描述的各个区域分割波片71(图27至图30)的分割的区域的每一个的边界区段中设置遮蔽区域53。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第一至第十实施方式的任何实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<12.第十二实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第十二实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第十一实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

图40示意地示出根据第十二实施方式的光学系统中的PS转换器17和分色棱镜阵列91的构造示例。

在以上描述的根据第一实施方式的光学系统或类似者的构造中，可设置如图40所示的分色棱镜阵列91来代替第一区域分割波长选择波片51。

图41示意地示出根据第十二实施方式的使用分色棱镜阵列91的光学系统的第一整体构造示例。

图41所示的光学系统包括照明光学系统1I和投影光学系统2I。

照明光学系统1I的构造与第一实施方式中的照明光学系统1(图1)的构造的不同之处在于，与PS转换器17相邻设置的分色棱镜阵列91被设置在照明光学系统1I的光瞳位置P1处来代替第一区域分割波长选择波片51。此外，照明光学系统1I的构造与第一实施方式中的照明光学系统1的构造的不同之处在于，半波片19设置在陷波滤波器15与波长选择PBS14之间。分色棱镜阵列91具有偏振作用互不相同的多个分割的区域。

投影光学系统2I具有类似于第一实施方式中的投影光学系统2(图1)的构造，并且具有其中第二区域分割波长选择波片52设置在投影光学系统2I的光瞳位置P2处的构造。

在图41示出的光学系统中，照明光学系统1I对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2I对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。分色棱镜阵列91对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。第二区域分割波长选择波片52对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。

图40示出的PS转换器17包括其中形成偏振膜171的多个棱镜块。在PS转换器17的沿X方向的光入射表面上，在多个棱镜块的每隔一个棱镜块中沿Y方向形成遮蔽区域173。

分色棱镜阵列91包括多个分色棱镜。多个分色棱镜包括其中形成第一分色棱镜911的第一分色棱镜和其中形成第二分色膜913的第二分色棱镜。第一分色膜911是反射绿色和蓝色区域中的光的膜。第二分色膜913是反射绿色区域中的光的膜。

其中形成第一分色膜911的多个第一分色棱镜设置在例如分色棱镜阵列91的实质上半区域中。在分色棱镜阵列91的沿X方向的光输出表面上，在多个第一分色棱镜的每隔一个第一分色棱镜中沿Y方向形成宽带半波片912。宽带半波片912形成在对应于PS转换器17的遮蔽区域173的位置处。

其中形成第二分色膜913的多个第二分色棱镜设置在例如分色棱镜阵列91的实质下半区域中。在分色棱镜阵列91的沿X方向的光输出表面上，在多个第二分色棱镜的每隔一个第二分色棱镜中沿Y方向形成宽带半波片912。宽带半波片912形成在对应于PS转换器17的遮蔽区域173的位置处。

分色棱镜阵列91的Y方向上的中间部分(第一分色棱镜与第二分色棱镜之间的边界部分)可以是遮蔽区域。

如图40所示，通过组合PS转换器17和分色棱镜阵列91，在例如实质下半区域中绿色光束的偏振变成Z方向偏振(S偏振)。此外，在例如实质上半区域中，绿色光束和蓝色光束的偏振变成Z方向偏振(S偏振)。这与图3所示的第一区域分割波长选择波片51的偏振分割作用实质相同。这使得可在不使用波长选择波片的情况下提供等同于根据第一实施方式的光学系统的作用。使用宽带半波片912的优点是偏振转换效率。通常，波长选择波片包括大量的堆叠层，在纸面中的角度偏移累积导致转换效率的劣化，并且产生约0.5％至约1％的不必要的偏振。该不必要的偏振使黑色对比度劣化；因此，期望尽可能减少不必要的偏振。若宽带波片中的堆叠层的数量比波长选择波片中的堆叠层的数量减少得多，则可增大转换效率并相应地提高对比度。

在使用分色棱镜阵列91的构造中，期望通过如图41所示在PS转换器17前设置半波片19或类似者而将蓝色光束的偏振方向等分为Z方向和Y方向。

图42示意地示出根据第十二实施方式的使用分色棱镜阵列91的光学系统的第二整体构造示例。

图42示出的光学系统包括照明光学系统1J和投影光学系统2J。

照明光学系统1J的构造与图41所示的照明光学系统1I(图1)的构造的不同之处在于，省去了陷波滤波器15。

投影光学系统2J的构造类似于第二实施方式中的投影光学系统2A(图10)的构造，并且投影光学系统2J的构造与图41所示的投影光学系统2I的构造的不同之处在于，省去了后偏振器22并且区域分割偏振器62设置在投影光学系统2J的光瞳位置P2处来代替第二区域分割波长选择波片52。

在图42所示的光学系统中，照明光学系统1J对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2J对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。分色棱镜阵列91对应于本公开内容的技术中的“第一光学元件”的特定示例。区域分割偏振器62对应于本公开内容的技术中的“第二光学元件”的特定示例。

如图42所示，在区域分割偏振器62设置在投影光学系统2J中的情况中，光学系统入射到与根据第二实施方式的光学系统类似的状态，并且可在照明光学系统1J中省去陷波滤波器15并增加光量。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第一或第二实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<13.第十三实施方式>

接下来，描述根据本公开内容第十三实施方式的光学系统。应注意的是，在以下描述中，与以上描述的根据第一至第十二实施方式中任何实施方式的光学系统实质相同的部件由相同附图标记标示，并且视情况省略对它们的描述。

在此将以上描述的根据第一至第十二实施方式的任何实施方式的光学系统的各种变形例全部描述为第十三实施方式。

(变形例1)

图43示意地示出根据第十三实施方式的光学系统的整体构造示例。

图43所示的光学系统包括照明光学系统1和投影光学系统2K。

投影光学系统2K在第一实施方式中的投影光学系统2(图1)的构造中进一步包括四分之一波片23，该四分之一波片23设置在投影光学系统2K的光瞳位置P2之后的输出光路中。

在图43所示的光学系统中，照明光学系统1对应于本公开内容的技术中的“第一光学系统”的特定示例。投影光学系统2K对应于本公开内容的技术中的“第二光学系统”的特定示例。

其他构造实质类似于以上描述的根据第一实施方式的光学系统的构造。

在以上描述的根据第一至第十二实施方式的光学系统中，在其中设置后偏振器22的构造的情况下，如同图43所示的光学系统，可将四分之一波片23设置在后偏振器22之后。此外，在以上描述的根据第一至第十二实施方式的光学系统中，即使在设置对应于后偏振器22的区域分割偏振器62的情况下，也可将四分之一波片23设置在区域分割偏振器62之后。在这种构造下，已经穿过四分之一波片23的光被转换成圆偏振。若被投影光学系统中的任何部件反射的光将返回到光阀侧，则所述光穿过四分之一波片23两次，且被转换成与诸如后偏振器22的偏振器正交的偏振，这使得可通过诸如后偏振器22的偏振器来遮蔽所述光。因此防止在黑基底上显示白色的情况中返回重影部分，这使得可提高ANSI对比度。

此外，在将四分之一波片23设置在诸如后偏振器22的偏振器之后的情况中，投影光被转换成圆偏振光，这使得可减小诸如屏幕的投影面上的偏振依赖性，以减小由投影偏振造成的颜色不均匀。特别地，在将区域分割偏振器62正交地布置在根据第二实施方式的光学系统中的投影光学系统或类似者中的情况中，输出偏振状态根据彩色光束而不同，这使得容易地观察到屏幕上的偏振依赖性。因此，需要在区域分割偏振器62之后设置四分之一波片23。在这种情况下四分之一波片23可不被分成多个区域。其原因是仅存在顺时针圆偏振和逆时针圆偏振之间的差异。为此目的，吸收型的区域分割偏振器62是更可取的。

(变形例2)

在以上描述的根据第一至第十二实施方式的光学系统中，为了防止投影面上的颜色不均匀，可在诸如后偏振器22的偏振器之后设置扰偏器。扰偏器通常包括晶体片或双折射材料，并且利用双折射提供随机偏振作用以输出偏振。这使得可减小投影面上的具有偏振依赖性的颜色不均匀。

(变形例3)

在以上描述的根据第一至第十二实施方式的光学系统中，已对其中光阀是例如反射式液晶(例如为注入LCOS)的情况进行了描述；然而，光阀可以是例如透射式液晶。例如，原则上，可使用DMD(数字微镜)。在该情况中，偏振不影响对比度，但在诸如根据第五实施方式的光学系统(图20)的利用偏振的三维显示装置的构造中，可抑制三维显示中的左旋偏振和右旋偏振的串扰。

(变形例4)

此外，荧光体轮11中的荧光体可使用LuAG或类似物来代替YAG。特别地，在如同根据第一实施方式的光学系统或类似者那样由陷波滤波器15导致光量的损失的情况中，使用LuAG起到通过使整个光谱接近绿色而减少光量损失的作用。另外，各个颜色的LD或类似物可用作为光源来代替荧光体轮11，并且来自各个颜色的LD的各个彩色光束可被组合。或者，即使使用灯作为光源，也可采用类似的构造。在该情况中，场序驱动效率是不良的；因此，四板或六板构造是更可取的。

(变形例5)

在以上描述的根据第一至第十二实施方式的光学系统中，增大对比度是主要目的；然而，本公开内容的技术的基本值是可对来自不同光阀的光束提供不同作用。因而，例如，在根据第一实施方式的光学系统中，在投影光学系统2中设置区域分割波片而不设置后偏振器22使得可通过将输出偏振转换成线偏振来减小屏幕上的颜色不均匀。

(变形例6)

在以上描述的根据第一至第十二实施方式的光学系统中使用的各种波长选择波片是可想到的。可采用聚烯烃和聚碳酸酯的层叠波片，并且可通过在这些波片之间设置抛光的玻璃来提高耐久性和平坦度。特别地，投影光学系统中必须的反射波前准确度是三个或更少的牛顿环(630nm的波长)，并且严格的准确度到达1.5个牛顿环。在聚烯烃和聚碳酸酯片的简单层叠中，难以支持1.5个牛顿环的反射波前准确度；然而，介入抛光玻璃以提高平坦度的波片能够支持此反射波前准确度。此外，可通过堆叠晶体来构造波长选择波片，并且特别地，在光量增加的情况中，聚碳酸酯和聚烯烃的耐光性不足，但晶体层叠片能够支持此准确度而不会有任何问题。

其他构造、作用和效果可实质类似于以上描述的根据第一至第十二实施方式的任何实施方式的光学系统的构造、作用和效果。

<14.其他实施方式>

根据本公开内容的技术不限于以上实施方式的描述，且可以各种方式修改。

例如，本技术可具有以下构造。

根据具有以下构造的本技术，在第一光学系统中，具有偏振作用互不相同的多个分割区域的第一光学元件被设置在第一光瞳位置处，并且在第二光学系统中，具有偏振作用互不相同的多个分割区域的第二光学元件被设置在与第一光瞳位置共轭的第二光瞳位置处，这使得可实现对比度的提高。

(1)

一种光学系统，包括：

第一光学系统，所述第一光学系统包括第一光学元件，所述第一光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在所述光学系统中的第一光瞳位置处，并且所述第一光学系统产生包含波长带互不相同的多个彩色光束的照明光；

多个光阀，每个光阀各自调制所述照明光中包含的所述多个彩色光束中的至少一个彩色光束；及

第二光学系统，所述第二光学系统包括第二光学元件，所述第二光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在与所述第一光瞳位置共轭的第二光瞳位置处，并且由所述多个光阀调制后的所述多个彩色光束入射于所述第二光学元件上。

(2)

根据(1)所述的光学系统，其中所述第一光学元件中的多个分割区域中的每一个与所述第二光学元件中的多个分割区域中的每一个彼此共轭。

(3)

根据(1)或(2)所述的光学系统，其中所述多个彩色光束中的至少一个彩色光束入射到所述多个光阀中的两个光阀上。

(4)

根据(3)所述的光学系统，其中所述至少一个彩色光束被根据偏振差异而分束，从而入射到所述两个光阀上。

(5)

根据(3)或(4)所述的光学系统，其中所述多个光阀由所述两个光阀构成。

(6)

根据(5)所述的光学系统，其中

所述多个彩色光束包括第一彩色光束至第三彩色光束，

所述第一彩色光束入射到所述两个光阀上，

第二彩色光束入射到所述两个光阀中的一个光阀上，并且

所述第三彩色光束入射到所述两个光阀中的另一光阀上。

(7)

根据(3)至(6)中任一者所述的光学系统，其中所述至少一个彩色光束的波长带短于500nm。

(8)

根据(1)至(7)中任一者所述的光学系统，其中所述第二光学系统进一步包括偏振器，所述偏振器设置在所述第二光学元件的输出光路上。

(9)

根据(1)至(7)中任一者所述的光学系统，其中所述第二光学元件是区域分割偏振器。

(10)

根据(1)至(9)中任一者所述的光学系统，其中所述第一光学系统具有将至少一个波长带中的光分离成所述多个彩色光束的波长分离作用。

(11)

根据(1)至(10)中任一者所述的光学系统，其中在所述第一光瞳位置处的所述多个分割区域中的波长分布彼此不同。

(12)

根据(11)所述的光学系统，其中所述第二光学元件是区域分割偏振器，所述区域分割偏振器的所述多个分割区域各自具有透射偏振方向互不相同的光束的作用。

(13)

根据(11)或(12)所述的光学系统，其中偏振方向互不相同的彩色光束入射到所述多个光阀上。

(14)

根据(1)或(2)所述的光学系统，其中

所述多个彩色光束包括蓝色光束，

所述多个光阀由四个光阀构成，并且

所述蓝色光束入射到所述四个光阀中的两个光阀上。

(15)

根据(14)所述的光学系统，进一步包括偏振分束器，所述偏振分束器设置在从所述第一光学系统输出的所述蓝色光束的光路上并将所述蓝色光束朝向所述两个光阀分束。

(16)

根据(1)或(2)所述的光学系统，其中

所述多个彩色光束包括第一彩色光束至第三彩色光束，

所述多个光阀由第一光阀至第六光阀构成，

偏振方向互不相同的所述第一彩色光束入射到所述第一光阀和所述第二光阀上，

偏振方向互不相同的所述第二彩色光束入射到所述第三光阀和所述第四光阀上，并且

偏振方向互不相同的所述第三彩色光束入射到所述第五光阀和所述第六光阀上。

(17)

根据(1)至(16)中任一者所述的光学系统，进一步包括四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述第二光学系统的所述第二光瞳位置之后的输出光路中。

(18)

根据(1)至(17)中任一者所述的光学系统，其中所述第一光学元件包括分色棱镜阵列。

(19)

根据(1)至(18)中任一者所述的光学系统，其中所述第二光学系统是投影光学系统，所述投影光学系统将由所述多个光阀产生的图像投影到投影面上。

本申请要求享有于2019年2月7日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2019-20864的权益，通过引用将该专利申请的整体内容并入本文。

应了解的是，本领域技术人员可根据设计需要和其他因素想到各种修改、组合、子组合及替代，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。

Claims (19)

1.一种光学系统，包括：

第一光学系统，所述第一光学系统包括第一光学元件，所述第一光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在所述光学系统中的第一光瞳位置处，并且所述第一光学系统产生包含波长带互不相同的多个彩色光束的照明光；

多个光阀，每个光阀各自调制所述照明光中包含的所述多个彩色光束中的至少一个彩色光束；及

第二光学系统，所述第二光学系统包括第二光学元件，所述第二光学元件具有偏振作用互不相同的多个分割区域并且设置在与所述第一光瞳位置共轭的第二光瞳位置处，并且由所述多个光阀调制后的所述多个彩色光束入射于所述第二光学元件上。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学元件中的所述多个分割区域中的每一个与所述第二光学元件中的所述多个分割区域中的每一个彼此共轭。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述多个彩色光束中的至少一个彩色光束入射到所述多个光阀中的两个光阀上。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其中所述至少一个彩色光束被根据偏振差异而分束，从而入射到所述两个光阀上。

5.根据权利要求3所述的光学系统，其中所述多个光阀由所述两个光阀构成。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其中

所述多个彩色光束包括第一彩色光束至第三彩色光束，

所述第一彩色光束入射到所述两个光阀上，

所述第二彩色光束入射到所述两个光阀中的一个光阀上，并且

所述第三彩色光束入射到所述两个光阀中的另一光阀上。

7.根据权利要求3所述的光学系统，其中所述至少一个彩色光束的波长带短于500nm。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第二光学系统进一步包括偏振器，所述偏振器设置在所述第二光学元件的输出光路上。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第二光学元件是区域分割偏振器。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学系统具有将至少一个波长带中的光分离成所述多个彩色光束的波长分离作用。

11.根据权利要求1所述的光学系统，其中在所述第一光瞳位置处的所述多个分割区域中的波长分布彼此不同。

12.根据权利要求11所述的光学系统，其中所述第二光学元件是区域分割偏振器，所述区域分割偏振器的所述多个分割区域各自具有透射偏振方向互不相同的光束的作用。

13.根据权利要求11所述的光学系统，其中偏振方向互不相同的彩色光束入射到所述多个光阀上。

14.根据权利要求1所述的光学系统，其中

所述多个彩色光束包括蓝色光束，

所述多个光阀由四个光阀构成，并且

所述蓝色光束入射到所述四个光阀中的两个光阀上。

15.根据权利要求14所述的光学系统，进一步包括偏振分束器，所述偏振分束器设置在从所述第一光学系统输出的所述蓝色光束的光路上并将所述蓝色光束朝向所述两个光阀分束。

16.根据权利要求1所述的光学系统，其中

所述多个彩色光束包括第一彩色光束至第三彩色光束，

所述多个光阀由第一光阀至第六光阀构成，

偏振方向互不相同的所述第一彩色光束入射到所述第一光阀和所述第二光阀上，

偏振方向互不相同的所述第二彩色光束入射到所述第三光阀和所述第四光阀上，并且

偏振方向互不相同的所述第三彩色光束入射到所述第五光阀和所述第六光阀上。

17.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述第二光学系统中的所述第二光瞳位置之后的输出光路中。

18.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学元件包括分色棱镜阵列。

19.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第二光学系统是投影光学系统，所述投影光学系统将由所述多个光阀产生的图像投影到投影面上。

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