CN1134678C - 光学元件、偏振光照明装置及投影型显示装置 - Google Patents

光学元件、偏振光照明装置及投影型显示装置 Download PDF

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Abstract

在偏光照明装置1中，由偏光分离部202将从第1和第2光源部101x、101z发射的随机偏振光定向分离为两种偏振光，然后，形成偏离x方向的二次光源图象并调整偏振方向。这时，将第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z倾斜配置，以便使从第1和第2光源部101x、101z射出的光中的S偏振光的二次光源图象重叠在一起、P偏振光的二次光源图象重叠在一起。因此，可以提供一种虽然采用多个光源但并不增大光源的成象面积、且可以利用两个偏振光分量的偏光照明装置，并提供一种能投影出极明亮的投影图象的投影型显示装置。

Description

光学元件、偏振光照明装置及投影型显示装置
技术领域
本发明涉及采用偏振方向被调整后的偏振光对矩形照明区域等进行均匀照明的偏振光照明装置、及采用该偏振光照明装置的投影型显示装置。更详细地说，是涉及一边对从2个光源部射出的光的偏振方向进行调整一边进行合成的结构。
背景技术
在采用如液晶元件之类的对特定偏振光进行调制的调制元件的液晶显示装置中，仅能利用从光源射出的光所具有的两种偏振光分量中的一种偏振光分量。因此，为获得明亮的投影图象，必须提高光的利用效率。但是，在只采用一个光源的投影型显示装置中，光的利用效率的提高是有限的，所以采用多个光源增加光量是用来获得明亮投影图象的一种手段。
但是，如果只是将多个光源简单排列，则只能将光源的成象面积增大相应的倍数，在某个一定面积上的光量与只采用一个光源的场合相同。因此，在这种情况下，虽然采用多个光源，但每一定面积上的光量实际上并没有增加。
另外，即使采用多个光源增加了光量，但如果仅能利用从光源射出的光所具有的两种偏振光分量中的一个偏振光分量，则该光量的一半就被浪费掉了，而其效果也降低了一半。
因此，本发明的课题是提供一种虽然采用多个光源但并不增大光源的成象面积、且两种偏振光分量都可以利用的偏光照明装置，并提供一种能投影出极明亮的投影图象的投影型显示装置。
发明的公开
本发明的光学元件，是略成六面体形状的光学元件，其特征在于：具有：第1偏光分离膜，用于将从上述六面体的第1面入射的光分离为偏振面相互正交的第1偏振光和第2偏振光，并将上述第1偏振光向上述六面体的第3面侧出射、将上述第2偏振光向上述六面体的第4面侧出射；及第2偏光分离膜，用于将从上述六面体的第2面入射的光分离为上述第1偏振光和上述第2偏振光，并将上述第2偏振光向上述六面体的第4面侧出射、将上述第1偏振光向上述六面体的第5面侧出射。
如采用本发明的光学元件作为如下文所述的偏光照明装置的偏光分离·合成光学元件，则可以解决上述课题。
本发明的偏光照明装置的特征在于：具有：偏光分离、合成光学元件，备有2个偏光分离膜，并略成六面体形状；第1、第2光源部，分别配置在上述偏光分离、合成光学元件的第1、第2面侧；第1聚光反射光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的第3面侧，并备有使各入射光的传播方向大致反向、同时形成聚光图象的多个聚光反射元件；第2聚光反射光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的第4面侧，并备有使各入射光的传播方向大致反向、同时形成聚光图象的多个聚光反射元件；第3聚光反射光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的第5面侧，并备有使各入射光的传播方向大致反向、同时形成聚光图象的多个聚光反射元件；第1λ/4相位差板，配置在上述偏光分离、合成光学元件的第3面与上述第1聚光反射光学元件之间；第2λ/4相位差板，配置在上述偏光分离、合成光学元件的第4面与上述第2聚光反射光学元件之间；第3λ/4相位差板，配置在上述偏光分离·合成光学元件的第5面与上述第3聚光反射光学元件之间；及偏光变换光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的第6面侧，并用于调整从上述偏光分离、合成光学元件射出的光的偏振方向。
在本发明的偏光照明装置中，由偏光分离、合成光学元件将从配置在上述偏光分离·合成装置的第1、第2面侧的第1、第2光源部射出的随机偏振光分离为两种偏振光、即P偏振光、S偏振光。然后，利用分别配置在上述偏光分离、合成光学元件的第3、第4、第5面侧第1、第2、第3聚光反射元件，将各偏振光分离为多个中间光束。进一步，由配置在上述偏光分离、合成光学元件光学的第6面侧的偏光变换光学元件调整各中间光束的偏振方向。因此，虽然采用2个光源部，但仍能使照明面积基本上相当于一个光源的照明面积。所以，与一个光源时相比，能使每一定面积上的光量增大到大约2倍，因而能对照明区域进行更明亮的照明。此外，如果将由各聚光反射元件分离的中间光束重叠在1个部位的照明区域上，则能够在被照明区域上均匀地进行照明。因此，如采用本发明的偏光照明装置作为显示装置的光源，则可以获得极为均匀的图象。另外，在本发明的偏光照明装置中，还可以将从第1、第2光源部射出的随机偏振光以几乎无损失的方式调整并合成为P偏振光、S偏振光等。因此，如果在采用如液晶元件之类的对特定偏振光进行调制的调制元件的显示装置中使用本发明的偏光照明装置，则可以获得极为明亮的图象。
在本发明的偏光照明装置中，如以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第3面正交的轴成非正交的状态配置上述第1聚光反射光学元件、以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第4面正交的轴成非正交的状态配置上述第2聚光反射光学元件、以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第5面正交的轴成非正交的状态配置上述第3聚光反射光学元件，则能以简单的结构在不同的规定位置上形成由各聚光反射光学元件形成的P偏振光、S偏振光的二次光源图象。
另一方面，在本发明的偏光照明装置中，如至少在上述第1聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第3面之间、或在上述第2聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第4面之间、或在上述第3聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第5面之间设置变角棱镜，则由于可以将第1至第3聚光反射光学元件配置成与上述偏光分离、合成光学元件的面平行，所以能使这些聚光反射光学元件的设置变得容易进行。此外，通过将变角棱镜与偏光分离、合成光学元件的面粘结成一体，或将变角棱镜与聚光反射光学元件粘结成一体，可以减少在界面上的光反射损失，并能实现光学系统的小型化。
另外，在本发明的偏光照明装置中，如在上述偏光变换光学元件的出射侧设置用于改变从上述偏光变换光学元件射出的偏振光束传播方向的光路变更光学元件，则在将本偏光照明装置用作投影型显示装置等的光源时，可以得到小型的装置。尤其是，如果将光路变更光学元件配置成能使照明光沿着与由尺寸较大的2个光源部的轴规定的平面平行的方向射出，则可以使偏光照明装置在一个方向上的厚度变薄，因而能实现薄型的偏光照明装置。
另外，在上述偏光照明装置中，上述第1、第2、第3聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，可以由曲面反射镜构成。此外，上述第1、第2、第3聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，还可以由透镜及设在上述透镜的与偏光分离、合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。
本发明的偏光照明装置，可以应用于具有对从偏光照明装置射出的光进行调制并形成图象的光调制元件和用于投射由上述光调制元件形成的图象的投影光学系统的投影型显示装置。
另外，本发明的偏光照明装置，也可以应用于显示彩色图象的投影型显示装置，该投影型显示装置具有：彩色光分离光学元件，用于将从偏光照明装置射出的光分离为多个彩色光；多个光调制元件，分别对由上述彩色光分离装置分离的彩色光进行调制，并形成图象；彩色光合成光学元件，对由上述多个光调制元件形成的图象进行合成；及投影光学系统，用于投射由上述彩色光合成光学元件合成的图象。
这样构成使用本发明的偏光照明装的投影型显示装置时，能够获得明亮的而且亮度均匀的投影图象。本发明的偏光照明装置由于是射出偏振光方向调整后的光束，所以适用于使用液晶元件作为光调制元件的投影型显示装置。
在上述投影型显示装置中，上述第1、第2光源部中的至少一个，最好以可拆装的方式构成。如按这种方式构成，则在搬运投影型显示装置时，可将任何一个光源部拆下，因而轻便性提高。
另外，在上述投影型显示装置中，上述第1、第2光源部中的至少一个，最好可以有选择地燃亮。如按这种方式构成，则当例如用电池驱动投影型显示装置时，可以只选择使一个光源燃亮，从而能够延长电池的使用寿命。此外，在周围明亮的场所观看投影图象时，可以使2个光源部燃亮，在周围发暗的场所观看投影图象时，可以只选择使一个燃亮，从而可以根据环境适当改变投影图象的亮度。
在上述投影型显示装置中，还可以使从上述第1、第2光源部射出的光具有不同的分光特性。如按这种方式构成，则可以很容易地将照明光的色调设定为规定的色调。
附图的简单说明
图1是表示与从本发明实施形态1的偏光照明装置的第1光源部发射的光对应的偏光动作的说明图。
图2是表示与从本发明实施形态1的偏光照明装置的第2光源部发射的光对应的偏光动作的说明图。
图3是用于说明偏光分离部202的详细结构的图。
图4是表示在本发明实施形态1的偏光照明装置中构成的光学系统基本结构的简略结构图。
图5是图1所示偏光照明装置的聚光镜板的斜视图。
图6是表示图1所示偏光照明装置的偏光动作的说明图。
图7是图1所示偏光照明装置的透镜板的斜视图。
图8是表示图1所示偏光照明装置的聚光透镜板的二次光源图象形成位置的说明图。
图9是表示与从本发明实施形态2的偏光照明装置的第1光源部发射的光对应的偏光动作的说明图。
10是表示与从本发明实施形态2的偏光照明装置的第2光源部发射的光对应的偏光动作的说明图。
图11是表示在本发明实施形态3的偏光照明装置中构成的光学系统基本结构的简略结构图。
图12是表示在本发明实施形态4的偏光照明装置中构成的光学系统基本结构的简略结构图。
图13是表示在本发明实施形态5的偏光照明装置中构成的光学系统基本结构的简略结构图。
图14是表示在本发明实施形态6的偏光照明装置中构成的光学系统基本结构的简略结构图。
图15是表示在本发明实施形态7的偏光照明装置中构成的光学系统基本结构的筒略结构图。
图16是作为实施形态8的可应用于实施形态1～7的偏光照明装置的聚光镜板说明图。
图17、图18是备有图1、图2、图4所示偏光照明光学系统的投影型显示装置的例的光学系统的简略结构图。
图19是表示偏光照明装置的光源灯发射光谱的说明图。
图20是备有图1、图2、图4所示偏光照明光学系统的投影型显示装置的另一例的光学系统的简略结构图。
用于实施发明的最佳形态
以下，参照附图说明本发明的实施形态。
A在以下各实施例的说明和附图中，对相互对应的部分标以同一符号，以避免对其说明的重复。此外，将相互正交的3个空间轴取作x轴、y轴、z轴，并设与x轴平行的2个方向为+x方向和-x方向、与y轴平行的2个方向为+y方向和-y方向、与z轴平行的2个方向为+z方向和-z方向。
[实施形态1]
图1、图2是表示本发明偏光照明装置的第1实施形态的斜视图。在本实施形态中，设有2个射出其偏振方向随机的光(以下，称为「随机偏振光」)的第1和第2光源部101x、101z。图1是表示将从这两个光源部中的第1光源部101x射出的随机偏振光按照其偏振方向沿x轴定向分离的状态的图，图2是表示将从第2光源部101z射出的随机偏振光按照其偏振方向沿x轴方向分离的状态的图。
如图1和图2所示，本形态的偏光照明装置1，沿着在xy平面内转直角弯的系统光轴L1′、L1，具有：积分器光学系统201，它备有第1光源部101x、偏光分离部202(偏光分离、合成光学元件)、第1聚光镜板1001x(第1聚光反射光学元件)和第2聚光镜板1002(第2聚光反射光学元件)；及聚光透镜部1040(偏光变换光学元件)。从第1光源部101x射出的光束，如后文所述，在偏光分离部202中分离为两种偏振光束后，再由第1聚光镜板1001x、第2聚光镜板1002、偏光分离部202、及聚光透镜部1040合成为一种偏振光束，并到达矩形形状的照明区域301。
沿着在yz平面内转直角弯的系统光轴L2′、L2，在结构上还配置有：积分器光学系统201，它备有第2光源部101z、上述的偏光分离部202、第3聚光镜板1001z(第3聚光反射光学元件)和上述的第2聚光镜板1002；及聚光透镜部1040。从第2光源部101z射出的光束，如后文所述，在偏光分离部202中分离为两种偏振光束后，再由第3聚光镜板1001z、第2聚光镜板1002、偏光分离部202、及聚光透镜部1040合成为一种偏振光束，并到达矩形形状的照明区域301。
另外，在聚光透镜部1040与照明区域301之间，配置着用于改变从聚光透镜部1040射出的光的传播方向的反射镜300(光路变更光学元件)。从聚光透镜部1040射出的光，由该反射镜300上反射，并将传播方向改变为与包含第1光源部101x的光轴和第2光源部101z的光轴的平面大致平行的方向。
第1及第2光源部101x、101z，大致上分别由光源灯111x、111z、抛物面反射镜112x、112z构成，从光源灯111x、111z发射的偏振方向随机的偏振光，由抛物面反射镜112x、112z分别向一个方向反射，并作为大致平行的光束入射到偏光分离部202。这里，也可以采用椭圆面反射镜、球面反射镜等代替抛物面反射镜112x、112z。
偏光分离部202是四角柱状的偏振光束分离器，其构成方式是将由电介质多层膜构成的第1和第2偏光分离膜211x、211z装在玻璃制的棱镜1010内部。第1偏光分离膜211x，相对于从第1光源部101x射出的光倾斜配置，其形成方式是使其与偏光分离部202的入射面1011x所成的角度为α＝45度。而第2偏光分离膜211z，相对于从第2光源部101z射出的光倾斜配置，其形成方式是使其与偏光分离部202的入射面1011z所成的角度为α＝45度。
图3是用于说明该偏光分离部202的详细结构的图。如该图所示，偏光分离部202由2个三角锥棱镜291、295及2个四角锥棱镜292、294构成。
在第1三角锥棱镜291的侧面BDH与第1四角锥棱镜292的侧面BDH之间、及第2四角锥棱镜294的侧面BFH与第2三角锥棱镜295的侧面BFH之间，分别形成着偏光分离膜211x。该偏光分离膜211x，例如，可在第1三角锥棱镜291的侧面BDH或第1四角锥棱镜292的侧面BDH中的任何一个、及第2四角锥棱镜294的侧面BFH或第2三角锥棱镜的侧面BFH的任何一个上，分别通过蒸镀电介质多层膜形成。这里，形成偏光分离膜211x的面，可以是第1三角锥棱镜291的侧面BDH、或第1四角锥棱镜292的侧面BDH中任的一个，也可以是第2三角锥棱镜294的侧面BFH或第2四角锥棱镜295的侧面BFH中的任一个。但是，在2个棱镜上形成的偏光分离膜211x，要求是平坦的，所以最好是在第1三角锥棱镜291的侧面BDH和第2四角锥棱镜294的侧面BFH上形成，或在第1四角锥棱镜292的侧面BDH和第2三角锥棱镜295的侧面BFH上形成。
另一方面，在第1三角锥棱镜291的侧面ABH与第2四角锥棱镜294的侧面ABH之间、及第1四角锥棱镜292的侧面BGH与第2三角锥棱镜295的侧面BGH之间，分别形成着偏光分离膜211z。该偏光分离膜211z，例如，可在第1三角锥棱镜291的侧面ABH或第2四角锥棱镜294的侧面ABH中的任何一个、及第1四角锥棱镜292的侧面BGH或第2三角锥棱镜295的侧面BGH的任何一个上，分别通过蒸镀电介质多层膜形成。这里，形成偏光分离膜211z的面，可以是第1三角锥棱镜291的侧面ABH或第2四角锥棱镜294的侧面ABH中的一个，也可以是第1四角锥棱镜292的侧面BGH或第2三角锥棱镜295的侧面BGH任中的一个。但是，在2个棱镜上形成的偏光分离膜211z，要求是平坦的，所以最好是在第1三角锥棱镜291的侧面ABH和第1四角锥棱镜的侧面BGF上形成，或在第2四角锥棱镜294的侧面ABH和第2三角锥棱镜295的侧面BGH上形成。
另外，通过将第1三角锥棱镜291和第1四角锥棱镜292的形成偏光分离膜211x后的面BHD粘合，形成第1棱镜合成体293。另外，通过将第2四角锥棱镜294和第2三角锥棱镜295的形成偏光分离膜211x后的面BFH粘合，形成第2棱镜合成体296。最后，通过将2个棱镜合成体293、296的形成偏光分离膜211z后的面ABGH粘合，完成偏光分离部202。
再来根据图1、图2进行说明。在偏光分离部202的出射面1012x上形成第1λ/4相位差板1021x，而在出射面1013上形成第2λ/4相位差板1022，在这两个相位差板的外侧，设置着第1聚光镜板1001x及第2聚光镜板1002，使其大致朝向偏光分离部202的中心、且分别与x轴及y轴相交，并使其分别与yz平面及zx平面构成规定的角度。在偏光分离部202的出射面1012z上形成第3λ/4相位差板1021z，在该相位差板的外侧，设置着第3聚光镜板1001z，使其大致朝向偏光分离部202的中心、且与z轴相交，并使其分别与xy平面构成规定的角度。这些聚光镜板1001x、1002、1001z的详细结构，将在后文中说明。
在偏光分离部202的出射面1014一侧，在与系统光轴L1(L2)垂直的方向上设置着将在后文中详细说明的由聚光透镜板1041及λ/2相位差板1043构成的聚光透镜部1040。
在按上述方式构成的偏光照明装置1中，首先，根据图1、图4说明将从第1光源201x射出的随机偏振光按照其偏振方向沿x轴定向分离的过程。图4示出图1的xy平面的断面图，由于反射镜300在上述过程的说明中没有直接关系，故将其省略，从聚光透镜部1040到照明区域301的光路，以直线光路表示。而关于这一点，在后文所述的图11～图15中也同样。
从第1光源部101x射出的随机偏振光，可以看作是P偏振光和S偏振光的混合光。从第1光源部101x射出并入射到偏光分离部202的入射面1011x的混合光，由偏光分离膜211x分离为P偏振光和S偏振光两种偏振光。即，随机偏振光中所含有的P偏振光直接透过偏光分离膜211x并射向出射面1012x，但S偏振光则由偏光分离膜211x反射并改变向偏光分离部202的出射面1013传播的方向。
由偏光分离膜211x分离后的两种偏振光，通过λ/4相位差板1021x、1022，并由聚光镜板1001x、1002反射。
这两个聚光镜板1001x、1002，其外观如图5所示，是将多个外形均为矩形的同一微小聚先镜1003按矩阵状排列，并在其表面上形成由一般的铝蒸镀膜构成的反射面1004，在本例中，微小聚光镜1003的反射面1004，按球面状形成。但是，该反射面1004的曲率形状，也可以是抛物面状、椭圆状、或复曲面状，这可以根据来自光源部101x、101z的入射光束的特性设定。
由偏光分离膜211x分离后的P偏振光和S偏振光，分别通过λ/4相位差板1021x、1022，并由聚光镜板1001x、1002反射，而当再次通过λ/4相位差板1021x、1022时，该偏振光的传播方向被近似反向180度，同时，偏振方向旋转90度。该偏振光的变化状态，可由图6说明。在该图中，为简化起见，将聚光镜板1001x、1002描绘成平面状的反射镜板1060。入射到λ/4相位差板1021x、1021z的P偏振光1061，由λ/4相位差板1021x、1021z变换成右旋圆偏振光1062(但是，根据λ/4相位差板的设置方式也可以变成左旋圆偏振光。)并到达反射镜板1060。由反射镜板1060对光进行反射，但同时偏振面的旋转方向也发生变化。即，右旋圆偏振光变成左旋圆偏振光(或左旋圆偏振光变成右旋圆偏振光)。由反射镜板1060将光的传播方向反转180度，同时，已变成左旋圆偏振光1063的偏振光，当再次通过λ/4相位差板1021x、1021z时，被变换为S偏振光1064。此外，经过同样的过程，可将S偏振光1064变换成P偏振光1061。
因此，到达出射面1012x的P偏振光，由λ/4相位差板1021x及聚光镜板1001x将偏振光的传播方向近似反转180度，同时变换为S偏振光，并由偏光分离膜211x反向而改变传播方向后，射向出射面1014。另一方面，到达出射面1013的S偏振光，由λ/4相位差板1022及聚光镜板1002将偏振光的传播方向近似反转180度，同时变换为P偏振光，接着直接透过偏光分离膜211x并射向出射面1041。即，由于偏光分离膜211也起着偏光合成膜的作用，所以，偏光分离部202具有作为偏光分离·合成装置的功能。
由于聚光镜板1001x、1002由具有聚光作用的微小聚光镜1003构成，所以，在使入射光的传播方向大致反向的同时，形成与构成聚光镜板1001x、1002的微小聚光镜1003数目相同的多个聚光图象。因这些聚光图象也正是光源图象，所以，以下称为二次光源图象。此外，聚光透镜板1041是如图7所示的由微小的矩形透镜1042构成的复合透镜体，构成聚先透镜板1041的微小透镜1042的数目与构成聚光镜板1001x、1002的微小聚光镜1003的数目相等。而在本例的情况下，对微小矩形透镜板1042使用偏心透镜。另外，也可以采用使微小透镜的x轴方向的尺寸与后文所述的相位差层1044的x轴方向尺寸一致并将沿x轴方向排列的微小透镜的数目增加到2倍构成的聚光透镜板，在这种情况下，能以更高的效率将从两个聚光镜板1001x、1002分别入射到聚光透镜板的光束导向照明区域301。
这里，聚光镜板1001x被配置成相对于与xz平面正交的轴成非正交的状态，聚光镜板1022被配置成相对于与yz平面正交的轴成非正交的状态，即，分别与xz平面、yz平面构成β度的角度。因此，可将P偏振光的二次光源图象和S偏振光的2次光源图象形成在稍微不同的位置上。即，如在图8中示出从照明区域301侧观察聚光透镜部1040时的两种偏振光形成的二次光源图象，则由P偏振光形成的二次光源图象C1(圆形图象中带向右倾斜的斜线的区域)及由S偏振光的二次光源图象C2(圆形图象中带向左倾斜的斜线的区域)两个二次光源图象以沿横向并排的状态形成。与此相对应，在聚光透镜板1041的靠照明区域301一侧的面上，与P偏振光的二次光源图象C1的形成位置对应地设置着有选择地形成相位差层1044的λ/2相位差板1043。因此，P偏振光在通过相位差层1044时受到偏振面旋转作用，使P偏振光变换成S偏振光。另一方面，由于S偏振光不通过相位差层1044，所以可通过λ/2相位差板1043而不受偏振面旋转作用，因此，从聚光透镜部1040射出的光束，大部分被调整为与S偏振光一致。
按上述方式调整为S偏振光后的光束，从聚光透镜部1040射出，然后，经过反射镜300照射到照明区域301。即，由聚光镜板1001x、1002的微小聚光镜1003截出的图象面，通过聚光透镜板1041在一个部位上重叠成象，并在通过λ/2相位差板1043时变换成一种偏振光，因而使几乎全部的光到达照明区域301，所以，照明区域301几乎是被一种偏振光均匀地照明。
图2中示出的是将从第2光源201z射出的随机偏振光按照其偏振方向沿x轴定向分离的过程，因其过程与前面用图1、图4说明过的过程的原理相同，所以其详细说明从略。
在图2中，在从第2光源部101z射出的随机偏振光中，P偏振光直接透过分离部202的偏光分离膜211z射向出射面1012z，而S偏振光则由偏光分离膜211z反射并改变向偏光分离部202的出射面1013传播的方向。按这种方式分离后的P偏振光和S偏振光，分别通过λ/4相位差板1021z、1022，由聚光镜板1001z、1002反射，并再次通过λ/4相位差板1021z、1022。因此，到达出射面1012z后的P偏振光，由λ/4相位差板1021z及聚光镜板1001z将偏振光的传播方向近似反转180度，同时变换为S偏振光，并由偏光分离膜211z反向而改变传播方向，然后射向出射面1014。另一方面，到达出射面1013的S偏振光，由λ/4相位差板1022及聚光镜板1002将偏振光的传播方向近似反射180度，同时变换为P偏振光，接着直接透过偏光分离膜211z并射向出射面1041。
这里，聚光镜板1001z，与聚光镜板1001x、1002一样，也由具有聚光作用的微小聚光镜1003构成。并且，被配置成相对于与yz平面正交的轴成非正交的状态、即与yz平面构成β度的角度。因此，可将P偏振光的二次光源图象和S偏振光的2次光源图象形成在稍微不同的位置上。但是，这时形成的二次光源图象，与由第1光源部201x射出的光所含有的S偏振光形成的二次光源图象及P偏振光形成的二次光源图象重合。因此，从第2光源部201z射出的光，也与从第1光源部201x射出的光一样，被调整为与S偏振光一致。其结果是，从第1和第2光源部201x、201z射出的光，被合成为S偏振光，并经过反射镜300照射到照明区域301。
如上所述，如采用本发明的偏光照明装置1，则由偏光分离部202将从第1和第2光源部101x、101z发射的随机偏振光定向分离为两种偏振光，然后，将各偏振光导向λ/2相位差板1043的规定区域并将P偏振光变换为S偏振光。因此，可在将从第1和第2光源部101x、101z发射的随机偏振光几乎无损失地调整为S偏振光的状态下进行合成，所以，可以取得能对照明区域301进行明亮的照明的效果。此外，虽然采用2个光源部101x、101z，但因照明面积相当于一个光源的照明面积，所以，与一个光源时相比，能使每一定面积上的光量增大到2倍。另外，尽管设置由第1和第2光源部101x、101z构成的2个光源部，但可以将2个光源部配置在zx平面上。在这种情况下，由于配置着用于改变从聚光透镜部1040射出的照明光束的传播方向的反射镜300，所以可以使配置2个光源部的zx平面与照明光束的出射方向彼此平行。因此，有助于减小照明装置的厚度和高度。就是说，通过配置在聚光透镜部1040后面的变角反射镜，可以进一步提高旨在使偏光照明装置小型化的设计自由度。
而且，为将两种偏振光导向λ/2相位差板1043的规定区域，要求偏光分离部202具有良好的偏光分离性能，但在本例中，由于偏光分离部202用玻璃制棱镜、无机材料的电介质多层膜构成，所以，偏光分离部202的偏光分离性能是热稳定的。因此，即使在要求大的光输出的照明装置中，也总是能发挥稳定的的偏光分离性能，因而能实现具有可满足要求的性能的偏光照明装置。
在本例中，按照照明区域301的横向较长的矩形形状，使第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z的微小聚光镜1003具有横向较长的矩形形状，同时构成将从偏光分离部202射出的两种偏振光向横向(x方向)分离的状态。因此，即使在形成具有横向较长的矩形形状的照明区域301的情况下，也能使照明效率提高，而不浪费光量。
另外，在本形态中，将λ/2相位差板1043配置在聚光透镜部1040的靠照明区域一侧，但并不限定于此，也可以配置在其他位置，只要它靠近形成二次光源图象的位置。例如，可以将λ/2相位差板1043配置在聚光透镜部1040的靠光源部一侧。
再有，构成聚光透镜板1041的微小透镜1042为横向较长的矩形透镜，但对其形状没有特别的限定。然而，如图8所示，由P偏振光形成的二次光源图象C1及由S偏振光形成的二次光源图象C2，以沿横向并排的状态形成，所以，最好是根据各图象的形成位置来决定构成聚光透镜板1041的微小透镜1042的形状及其数目。
此外，也可以将特性不同的两种相位差层分别配置在P偏振光的聚光位置和S偏振光的聚光位置，并调整为具有某个特定偏振方向的一种偏振光，也可以将相位差层1044配置在S偏振光的二次光源图象C2的形成位置并取出P偏振光。
[实施形态2]
在图1和图2所示的偏光照明装置1中，由P偏振光形成的二次光源图象及由S偏振光形成的二次光源图象以与x轴平行的并排状态形成，但也可以如图9、图10所示的偏光照明装置2那样，将由P偏振光形成的二次光源图象及由S偏振光形成的二次光源图象以与z轴平行的并排状态形成。在这种情况下，只须分别改变第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z相对于yz平面、zx平面、xy平面的倾斜方向，至于其基本原理，因与偏光照明装置1相同，故其详细说明从略。
[实施形态3]
在图1、图2或图9、图10所示的结构中，在偏离x方向或z方向的位置形成S偏振光及P偏振光的二次光源图象时也可以采用变角棱镜。在这种情况下，可以在图1、图2或图9、图10所示的偏光照明装置1或偏光照明装置2中，将变角棱镜分别设置在偏光分离部202与第1聚光镜板1001之间、偏光分离部202与第2聚光镜板1002之间、偏光分离部202与第3聚光镜板1001x之间。
图11示出在图1、图2所示的偏光照明装置1中设置了变角棱镜2001时的xy平面的断面图。从该图可以看出，在该偏光照明装置3的情况下，由于可以将第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z全部配置在与系统光轴L1′、 L2′(或系统光轴L1、L2)垂直的位置，所以，使聚光镜板的设置更容易进行。
在本例的情况下，还将变角棱镜2001以光学粘结的方式与偏光分离部202的出射面1012x、1012z、及1013构成一体，从而具有使界面上的光的反射损失减少的效果。
另外，也可以将第1至第3λ/4相位差板1021x、1022、1021z配置在偏光分离部202的出射面与变角棱镜2001之间。
[实施形态4]
如图12中的偏光照明装置4所示，也可以将变角棱镜2001以分别与第1和第3聚光反射镜板1001x、1001z构成一体、并且也与第2聚光镜板1002构成一体的状态进行配置，在这种情况下，也具有使界面上的光的反射损失减少的效果。在这种情况下，也可以将第1至第3λ/4相位差板1021x、1022、1021z配置在第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z与变角棱镜2001之间。
[实施形态5]
如图13中的偏光照明装置5所示，还可以通过调整构成第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z的微小聚光镜1003的聚光特性，将偏光分离部202、第1至第3λ/4相位差板1021x、1022、1021z、各变角棱镜2001、第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z构成一个整体。在这种情况下，可以减小界面上的光的反射损失，同时具有能使光学系统整体小型化的效果。在这种情况下，也可以将第1至第3λ/4相位差板1021x、1022、1021z配置在第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z与变角棱镜2001之间。
[实施形态6]
在图14所示的偏光照明装置6中，各光学系统的配置与实施形态1相同，但其特征在于，棱镜结构体203由构成壁面的6块透明板2501构成，并在其内部配置形成偏光分离膜211的平板状偏光分离板2502，另外，还将充填液体2503的结构体用作偏光分离部202。但是，透明板2501、偏光分离板2502、及液体2503各自的折射率必须基本一致。因此，可以降低偏光分离部202的成本并减轻重量。
[实施形态7]
在图15所示的偏光照明装置7中，各光学系统的配置与实施形态1相同，但其特征在于，偏光分离部202按平板状结构体形成。即，将结构为以2块玻璃基板夹持偏光分离膜226的偏光分离板2504配置成与系统光轴L1′、L2′(L1、L2)构成γ＝45度的角度，从而可以发挥与采用棱柱状棱镜的偏光分离部202(参照图1)基本相同的功能。因此，可以降低偏光分离部202的成本并减轻重量。
[实施形态8]
在以上说明过的偏光照明装置1～7中，第1至第3聚光镜板1001x、1002、1001z的一部分或全部，也可以采用如图16所示的聚光镜板1005。聚光镜板1005由多个微小透镜1006和反射镜板1007构成。在该结构中，多个微小透镜1006的每一个如果采用偏心透镜，则可以将聚光镜板1005平行于偏光分离部202的出射面1012x、1012z、1013设置，所以，使聚光镜板1005的设置更容易进行。
另外，图5中示出的第1至第3聚光镜板1001x、1001z、1002的一部分或全部反射面1004，也可以按偏心反射面构成，在这种情况下，由于可以将这些聚光镜板平行于偏光分离部202的出射面1012x、1012z、1013设置，所以，使第1至第3聚光镜板1001x、1001z、1002的更容易进行。
[实施形态9]
在图17、图18中，示出采用实施形态1～8的偏光照明装置中的实施形态1的偏光照明装置1提高其投影图象亮度的投影型显示装置的一例。此外，在本例的投影型显示装置中，在投影型显示装置1的两个光源部，使用发射光谱不同的两种光源灯，并可以有选择地使这两种光源灯燃亮。
在图17、图18中，组装在本例的投影型显示装置8内的偏光照明装置1，具有向一个方向发射随机偏振光的第1光源部101x及第1光源部101z，从这两个光源部射出的随机偏振光，在偏光分离部202中分离成两种偏振光，同时，在被分离后的各偏振光中，P偏振光由聚光透镜部1040的λ/2相位差板1043变换为S偏振光，并在基本上变成一种偏振状态(S偏振光状态)后从聚光透镜部射出。从聚光透镜部射出的偏振光束，由反射镜300将其出射方向改变为-z方向，并入射到蓝色绿色反射分色镜2701。
从该偏光照明装置1射出的光束，首先，由蓝色绿色反射分色镜2701使红色光透过并反射蓝色光和绿色光。红色光由反射镜2702反射后，到达第1液晶光阀2703。另一方面，在蓝色光和绿色光中，绿色光由绿色反射分色镜2704反射后，到达第2液晶光阀2705。
这里，由于蓝色光的光路长度比其他两种色光的长，所以，对蓝色光设有由包括入射侧透镜2706、中继透镜2708、及出射侧透镜2710的中继透镜系统构成的导光装置2750。即，蓝色光，在透过绿色反射分色镜2704后，首先经过出射侧透镜2706及反射镜2707导向中继透镜2708，并由该中继透镜2708聚焦，然后，由反射镜2709导向出射侧透镜2710。在这之后，到达第3液晶光阀2711。这里，第1到第3液晶光阀2703、2705、2711，对各色光进行调制，使其含有与各色对应的图象信息，然后，使被调制后的各色光入射到分色棱镜2713。分色棱镜2713具有的结构是，在其内部按十字状形成反射红色的电介质多层膜及反射蓝色的电介质多层膜，合成各调制光束。合成后的光束，通过投影透镜2714在屏幕2715上形成图象。
在按上述方式构成的投影型显示装置8中，采用对一种偏振光进行调制的型式的液晶光阀。因此，当采用现有的照明装置将随机偏振光导入液晶光阀时，随机偏振光中将有一半被偏振板吸收而变成了热量，所以光的利用效率很低，同时存在着必须使用抑制偏振板发热的大型大噪音冷却装置的问题，但在本例的投影型显示装置8中，可以在很大程度上消除这样的问题。
即，在本例的投影型显示装置8中，在偏光照明装置1内，由λ/2相位差板1043仅对一种偏振光(例如，P偏振光)施加偏振面旋转作用，将其偏振面调整到与另一种偏振光(例如，S偏振光)一致的状态。所以，由于是将偏振方向被调整后的偏振光导向第1至第3液晶光阀2703、2705、2711，因此，光的利用效率提高，并能获得明亮的投影图象。此外，由于被偏振板吸收的光量减少，所以偏振板上的温度上升得到抑制。因此，可以采用小型低噪音的冷却装置。另外，由于具有由第1和第2光源部101x、101z构成的2个光源部、且对任何一个光源部射出的光都可以无损耗地调整其偏振方向，所以能获得明亮的投影图象。而且，在偏光照明装置1中，因采用热稳定的电介质多层膜作为偏光分离膜，所以偏光分离部202的偏光分离性能是热稳定的。因此，即使在要求大的光输出的投影型显示装置8中，也总是能发挥稳定的的偏光分离性能。
另外，在偏光照明装置1中，从偏光分离部202射出的两种偏振光沿横向分离，所以能够形成具有横向较长的矩形形状的照明区域，而不会浪费光量。因此，偏光照明装置1适用于能投影出便于观看且动人的图象的横向较长的液晶光阀。
除此以外，在本例中，作为彩色光合成装置，采用了分色棱镜2713，所以有可能小型化，同时能缩短液晶光阀2703、2705、2711与投影透镜2714之间的光路长度。因此，其特征是，即使采用口径较小的投影透镜，也能实现明亮的投影图象。另外，各颜色的光，只是3条光路中的一条光路，其光路的长度各不相同，但在本例中，对于光路长度最长的蓝色光，由于设有由包括入射侧透镜2706、中继透镜2708、及出射侧透镜2710的中继透镜系统构成的导光装置2750，所以不会产生色彩不均匀等。另外，在本例中，在作为偏光变换装置的聚光透镜部1040与蓝色绿色反射分色镜2701之间，配置着作为光路变更光学元件的反射镜300，所以可以改变从偏光变换装置射出的偏振光束的传播方向。因此，可以将配置着彩色光分离装置、彩色光合成装置、光调制装置及投影光学系统的平面与包含具有2个尺寸较大的光源部的偏光照明装置1的平面以彼此平行的状态配置，所以能使投影型显示装置的一个方向上的厚度减小，并实现薄型的投影型显示装置。
另外，在组装在本例的投影型显示装置8内的偏光照明装置1中，也可以使第1、第2光源部101x、101z中的任何一个是可拆装的。按照这种结构，在搬运投影型显示装置时，可将任何一个光源部拆下，因而轻便性提高。对于组装在本例的投影型显示装置8内的偏光照明装置1的2个光源部101x、101z，采用发射光谱和亮度特性不同的两种光源灯，进一步，在结构上可以有选择地使这两种光源灯燃亮。通过采用这样的结构，可以获得如下效果。
1)由于可以有选择地使这两种发射光谱不同的光源灯燃亮，所以能够按照观看者的爱好适当改变投影图象的色调。
2)由于可以有选择地使2个光源灯燃亮，所以在周围明亮的场所观看投影图象时，可以使2个光源部燃亮，在周围发暗的场所观看投影图象时，可以只选择使其中一个燃亮，从而可以根据周围环境及观看者的爱好适当改变投影图象的亮度。
3)如果采用有选择地切换使用2个光源灯的形态，则可以延长光源灯本身的寿命，同时，即使当例如其中一个光源灯因寿命或故障等而不能燃亮时，可以使用另一个光源灯，从而能不间断地显示投影图象等，因而使用更加方便。另外，当例如用电池驱动投影型显示装置8时，也可以只选择使其中一个光源灯燃亮，从而能够延长电池的使用寿命。
另外，与上述1)有关，如采用本例的投影型显示装置8，则还预期有如下的效果。对于在投影型显示装置使用的光源灯，如在蓝色光、红色光、绿色光的所有波长范围内具有大的光输出、且其比例均衡，则是理想的。但照目前情况来看，几乎不存在这种理想的光源灯。图19是表示对从光源灯和偏光照明装置射出的光的光谱的说明图，用该图进行具体的说明。例如，如(A)所示，光发射效率较高，但红色光的强度较低(一般的高压水银灯相当于这种情况)，或如(B)所示，红色光的光发射强度较大，但总体的光发射效率较低，(某种金属卤化物灯相当于这种情况)。在光源灯的目前这种状况下，如在本例的投影型显示装置8的偏光照明装置1中采用具有(A)和(B)所示发射光谱的两种光源灯并在同时燃亮的状态下使用，则可以使从偏光照明装置1射出的光的发射光谱变成如(C)所示的理想状态，并能很容易地实现可以得到明亮的高品位投影图象的投影型显示装置。
另外，当然也可以采用如上所述的偏光照明装置2～8，代替偏光照明装置1。
[实施形态10]
作为投影型显示装置，如图20所示，也可以用镜光学系统构成彩色光合成装置。在将镜光学系统用于彩色光合成装置时，3个部位的液晶光阀2703、2705、2711与光源部101的光路长度都相等，所以，其特征是，即使不采用特殊的导光装置，也可以进行亮度和色彩都很均匀的有效的照明。
即，在图20所示的投影型显示装置9中，采用着在图1、图2、图4中示出的偏光照明装置1，从第1光源部101x、及第2光源部101z(图中未示出)发射的随机拍振光，在偏光分离部202中分离为两种偏振光，同时，在被分离后的各偏振光中，P偏振光由聚光透镜部1040的λ/2相位差板1043变换为S偏振光。
从这种偏光照明装置1(在本例中，与前面的投影型显示装置8相同，备有作为光路变更光学元件的反射镜，但在图20的绘制中，将反射镜省略)射出的光束，首先，由红色反射分色镜2801反射红色光，并可使蓝色光和绿色光透过。这里，红色光由反射镜2802反射后，到达第1液晶光阀2703。另一方面，在蓝色光和绿色光中，绿色光由绿色反射分色镜2803反射后，到达第2液晶光阀2705。蓝色光在透过绿色反射分色镜2803后，到达第3液晶光阀2711(彩色光分离装置)。在这之后，第1及第3液晶光阀2703、2705、2711，对各色光进行调制，使其含有与各色对应的图象信息，然后，射出调制后的彩色光(光调制元件)。这里，进行了强度调制的红色光，透过绿色反射分色镜2804及蓝色反射分色镜2805后，到达投影透镜2714(投影光学系统)。进行了强度调制的绿色光，由绿色反射分色镜2804反射后，透过蓝色反射分色镜2805并到达投影透镜2714。进行了强度调制的蓝色光，由反射镜2802及蓝色反射分色镜2805反射后，到达投影透镜2714。
这样，在由包括分色镜的镜光学系统构成彩色光合成装置的投影型显示装置9中，也采用对一种偏振光进行调制的型式的液晶光阀，所以，当采用现有的照明装置将随机偏振光导入液晶光阀时，随机偏振光中将有一半被偏振板吸收而变成了热量。因此，在现有的照明装置中光的利用效率很低，同时存在着必须使用抑制偏振板发热的大型大噪音冷却装置的问题，但在本例的投影型显示装置9中，可以在很大程度上消除这样的问题。
即，在本例的投影型显示装置9中，在偏光照明装置1内，由λ/2相位差板1043仅对一种偏振光(例如，P偏振光)施加偏振面旋转作用，将其偏振面调整到与另一种偏振光(例如，S偏振光)一致的状态。所以，由于是将偏振方向被调整后的偏振光导向第1至第3液晶光阀2703、2705、2711，因此，光的利用效率提高，并能获得明亮的投影图象。此外，由于被偏振板吸收的光量减少，所以偏振板上的温度上升得到抑制。因此，可以采用小型低噪音的冷却装置。另外，由于具有由第1和第2光源部101x、101z构成的2个光源部、且对任何一个光源部射出的光都可以无损耗地调整其偏振方向，所以能获得明亮的投影图象。而且，在偏光照明装置1中，因采用热稳定的电介质多层膜作为偏光分离膜，所以偏光分离部202的偏光分离性能是热稳定的。因此，即使在要求大的光输出的投影型显示装置9中，也总是能发挥稳定的的偏光分离性能。
另外，在本例的投影型显示装置9中，为上所述也可以使第1、第2光源部101x、101z中的任何一个是可拆装的，或在第1、第2光源部101x、101z中采用发射光谱彼此不同的两种光源灯，或者，在结构上可以有选择地使2个光源灯燃亮，并能取得如上所述的效果。
另外，当然也可以采用如上所述的偏光照明装置2～8，代替偏光照明装置1。
[其他实施形态]
在上述例中，将P偏振光变换为S偏振光，但也可以反过来将S偏振光变换为P偏振光。在这种情况下，只须将λ/2相位差板1043的相位差层1044配置在S偏振光的二次光源图象的形成位置即可。另外，也可以对P偏振光和S偏振光两方面施加偏振面旋转作用，从而对偏振面进行调整。在这种情况下，将相位差层配置在两种偏振光的二次光源图象的形成位置即可。
另外，在上例中，作为λ/2相位差板、λ/4相位差板，假定用一般的高分子膜构成。但是，这些相位差板也可以用扭转向列液晶(TN液晶)构成。当采用TN液晶时，由于能减小相位差板对波长的依赖性，所以，与采用一般高分子膜时相比，可以提高λ/2相位差板及λ/4相位差板的偏光变换性能。
[发明的效果]
在本发明的偏光照明装置中，由偏光分离部将从第1和第2光源部发射的随机偏振光定向分离为两种偏振光，然后，将各偏振光导向规定的区域，以调整偏振方向。因此，可将从第1和第2光源部发射的随机偏振光大部分调整为P偏振光或S偏振光，且能以合成后的状态照射照明区域，所以可取得能够进行明亮的照明的效果。另外，虽然采用2个光源部，但照明面积相当于一个光源的照明面积。因此，与一个光源时相比，能使每一定面积上的光量增大到2倍，从这一点来说，也能取得可以进行明亮的照明的效果。产业上的应用可能性
本发明的光学元件，可以在偏光照明装置中采用。而本发明的偏光照明装置，适合于用作投影型显示装置等采用特定偏振光的装置的光源。

Claims (32)

1.一种偏光照明装置，其特征在于，具有：
偏光分离、合成光学元件，备有2个偏光分离膜，并略成六面体形状；
第一、第二光源部，分别配置在上述偏光分离、合成光学元件的第一面侧、和与上述第一面邻接的第二面侧；
第一聚光反射光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的与上述第一面相对的第三面侧，并备有使各入射光的传播方向大致反向、同时形成聚光图象的多个聚光反射元件；
第二聚光反射光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的与上述第一面邻接的第四面侧，并备有使各入射光的传播方向大致反向、同时形成聚光图象的多个聚光反射元件；
第三聚光反射光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的与上述第二面相对的第五面侧，并备有使各入射光的传播方向大致反向、同时形成聚光图象的多个聚光反射元件；
第一λ/4相位差板，配置在上述偏光分离、合成光学元件的上述第三面与上述第一聚光反射光学元件之间；
第二λ/4相位差板，配置在上述偏光分离、合成光学元件的上述第四面与上述第二聚光反射光学元件之间；
第三λ/4相位差板，配置在上述偏光分离、合成光学元件的上述第五面与上述第三聚光反射光学元件之间；以及
偏光变换光学元件，配置在上述偏光分离、合成光学元件的与上述第四面相对的第六面侧，用于调整从上述偏光分离、合成光学元件射出的光的偏振方向。
2.根据权利要求1所述的偏光照明装置，其特征在于：上述第一聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第三面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第二聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第四面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第三聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第五面正交的轴成非正交的状态进行配置。
3.根据权利要求1所述的偏光照明装置，其特征在于：至少在上述第一聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第三面之间。或在上述第二聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第四面之间、或在上述第三聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第五面之间设置变角棱镜。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的偏光照明装置，其特征在于：具有光路变更光学元件，配置在上述偏光变换光学元件的光出射侧，用于改变从上述偏光变换光学元件射出的光的传播方向。
5.根据权利要求1～3中任何一项所述的偏光照明装置，其特征在于：上述第一、第二、第三聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，由曲面反射镜构成。
6.根据权利要求4所述的偏光照明装置，其特征在于：上述第一、第二、第三聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，由曲面反射镜构成。
7.根据权利要求1～3中任何一项所述的偏光照明装置，其特征在于：上述第一、第二、第三的上述聚光反射元件，由透镜及设在上述透镜的与偏光分离、合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。
8.根据权利要求4所述的偏光照明装置，其特征在于：上述第一、第二、第三的上述聚光反射元件，由透镜及设在上述透镜的与偏光分离、合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。
9.一种投影型显示装置，其特征在于，具有：权利要求1所述的偏光照明装置；光调制元件，对从上述偏光照明装置射出的光进行调制并形成图象；及投影光学系统，用于投射由上述光调制元件形成的图象。
10.根据权利要求9所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第三面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第二聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第四面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第三聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第五面正交的轴成非正交的状态进行配置。
11.根据权利要求9所述的投影型显示装置，其特征在于：至少在上述第一聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第三面之间。或在上述第二聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第四面之间、或在上述第三聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第五面之间设置变角棱镜。
12.根据权利要求9～11中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：具有光路变更光学元件，配置在上述偏光变换光学元件的光出射侧，用于改变从上述偏光变换光学元件射出的光的传播方向。
13.根据权利要求9～11中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，由曲面反射镜构成。
14.根据权利要求9～11中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三的上述聚光反射元件，由透镜及设在上述透镜的与偏光分离、合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。
15.一种投影型显示装置，其特征在于，具有：权利要求2所述的偏光照明装置；彩色光分离光学元件，用于将从上述偏光照明装置射出的光分离为多个彩色光；多个光调制元件，分别对由上述彩色光分离光学元件分离的彩色光进行调制，并形成图象；彩色光合成光学元件，对由上述多个光调制元件形成的图象进行合成；及投影光学系统，用于投影由上述彩色光合成光学元件合成的图象。
16.根据权利要求15所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第三面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第二聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第四面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第三聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第五面正交的轴成非正交的状态进行配置。
17.根据权利要求9所述的投影型显示装置，其特征在于：至少在上述第一聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第三面之间。或在上述第二聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第四面之间、或在上述第三聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第五面之间设置变角棱镜。
18.根据权利要求15～17中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：具有光路变更光学元件，配置在上述偏光变换光学元件的光出射侧，用于改变从上述偏光变换光学元件射出的光的传播方向。
19.根据权利要求15～17中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，由曲面反射镜构成。
20.根据权利要求15～17中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三的上述聚光反射元件，由透镜及设在上述透镜的与偏光分离、合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。
21.根据权利要求9或15所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二光源部中的至少一个，以可拆装的方式构成。
22.根据权利要求21所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第三面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第二聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第四面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第三聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第五面正交的轴成非正交的状态进行配置。
23.根据权利要求21所述的投影型显示装置，其特征在于：至少在上述第一聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第三面之间。或在上述第二聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第四面之间、或在上述第三聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第五面之间设置变角棱镜。
24.根据权利要求21～23中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：具有光路变更光学元件，配置在上述偏光变换光学元件的光出射侧，用于改变从上述偏光变换光学元件射出的光的传播方向。
25.根据权利要求21～23中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，由曲面反射镜构成。
26.根据权利要求21～23中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三的上述聚光反射元件，由透镜及设在上述透镜的与偏光分离、合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。
27.根据权利要求9或15所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二光源部中的至少一个，可以有选择地燃亮。
28.根据权利要求27所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第三面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第二聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第四面正交的轴成非正交的状态进行配置，上述第三聚光反射光学元件以相对于与上述偏光分离、合成光学元件的第五面正交的轴成非正交的状态进行配置。
29.根据权利要求27所述的投影型显示装置，其特征在于：至少在上述第一聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第三面之间。或在上述第二聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第四面之间、或在上述第三聚光反射光学元件与上述偏光分离、合成光学元件的第五面之间设置变角棱镜。
30.根据权利要求27～29中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：具有光路变更光学元件，配置在上述偏光变换光学元件的光出射侧，用于改变从上述偏光变换光学元件射出的光的传播方向。
31.根据权利要求27～29中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三聚光反射光学元件的上述聚光反射元件，由曲面反射镜构成。
32.根据权利要求27～29中任何一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述第一、第二、第三的上述聚光反射元件，由透镜及设在上述透镜的与偏光分离、合成光学元件相反一侧的面上的反射面构成。
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