CN113544574A - 光学元件及投影型显示装置 - Google Patents

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CN113544574A CN202080017041.5A CN202080017041A CN113544574A CN 113544574 A CN113544574 A CN 113544574A CN 202080017041 A CN202080017041 A CN 202080017041A CN 113544574 A CN113544574 A CN 113544574A
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Abstract

本公开内容的投影型显示装置包括：光学元件，包括第一偏振分束器(10)、相位差板(50)和第一改变装置(63)；和第一反射式空间光调制器(40G)，其中具有第一波长范围的、已从光源发射且已经由第一反射式空间光调制器(40G)进入第一偏振分束器(10)的第一光从第一偏振分束器(10)出射、穿过相位差板(50)并朝向投影光学系统行进，并且从投影光学系统返回的第一光的返回光穿过相位差板(50)、入射至第一偏振分束器(10)、从第一偏振分束器(10)出射并与所述第一改变装置(63)碰撞，通过第一改变装置改变返回光的光路、波长范围或偏振状态。

Description

光学元件及投影型显示装置
技术领域
本公开内容涉及光学元件及包含该光学元件的投影式显示装置，更特别地，涉及投影机。
背景技术
三板投影机通过例如日本专利申请特开第2011-154381号公报而被熟知，该三板投影机使从光源发射的光束被与透射式液晶面板相比具有更高开口率和更高清晰度的反射式液晶面板调制，并经由投影光学系统将被调制的光束方法并投影到投影表面上。三板投影机(投影型图像显示装置)包括：
(A)对应于具有第一波长区域的光的第一反射式液晶显示元件；
(B)对应于具有不同于第一波长区域的第二波长区域的光的第二反射式液晶显示元件；
(C)对应于具有不同于第一和第二波长区域的绿色波长区域的光的第三反射式液晶显示元件；
(D)投影来自第一、第二和第三反射式液晶显示元件的每一个的光的投影光学系统；
(E)第一偏振分束器，该第一偏振分束器将从光源接收的具有第一波长区域的光中所包括的第一偏振方向的光引导朝向第一反射式液晶显示元件，将被第一反射式液晶显示元件反射的光中所包括的垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的光引导朝向投影光学系统，将在从光源接收的具有第二波长区域的光中所包括的第二偏振方向的光引导朝向第二反射式液晶显示元件，以及将被第二反射式液晶显示元件反射的光中所包括的第一偏振方向的光引导朝向投影光学系统；
(F)第二偏振分束器，该第二偏振分束器将从光源接收的具有绿色波长区域的光中所包括的第一偏振方向的光引导朝向第三反射式液晶显示元件，以及将被第三反射式液晶显示元件反射的光中所包括的第二偏振方向的光引导朝向投影光学系统；
(G)在第一偏振分束器与投影光学系统之间从第一偏振分束器一侧开始依次设置的波长选择相位差板、第一偏振板、光路组合元件和四分之一波片，其中
波长选择相位差板将具有第一波长区域的光的偏振方向旋转90度并且不旋转具有第二波长区域的光的偏振方向，
第一偏振板阻挡第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的一者进入投影光学系统并引导另一者朝向投影光学系统，
光路组合元件组合从第一偏振分束器出射的光的光路和从第二偏振分束器出射的光的光路，并将组合的光路引导朝向投影光学系统，其中，对于具有第一、第二和绿色波长区域的光中的具有绿色波长区域的光，光路组合元件透射第一偏振方向和第二偏振方向两者的光、或反射第一偏振方向和第二偏振方向两者的光；以及
(H)第二偏振板，该第二偏振板设置在第二偏振分束器与光路组合元件之间，阻挡第一偏振方向的光和第二偏振方向的光的一者进入投影光学系统并引导另一者朝向投影光学系统。
此外，日本专利申请特开第2011-154381号公报在第[0026]段包括以下描述。即，“例如，被投影透镜反射并返回的绿色光18g的返回光以P偏振状态被颜色组合元件19反射，入射至偏振板16A并被偏振板16A吸收。类似地，18r、18b的返回光被偏振板16B吸收。换句话说，被投影透镜的透射(边界)面反射的返回光在到达面板表面之前被吸收。因此，被投影透镜反射并返回的每种颜色的光分量的返回光都被偏振板吸收而不会再次返回到投影透镜。这减小了可由投影透镜上的光反射引起的屏幕上的图像劣化(对比度降低)。”
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2011-154381号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据日本专利申请特开第2011-154381号公报所公开的技术，每种颜色的光分量的返回光都被偏振板吸收。因此，该技术的问题在于在投影机(投影型图像显示装置)中产生了大量热。
因此，本公开内容的目的是提供一种具有实现尽可能地抑制热产生的构造和结构的投影型显示装置及适用于该投影型显示装置中的光学元件。
技术方案
旨在实现上述目的的根据本公开内容第一方面的光学元件包含：
偏振分束器、相位差板和改变装置，其中
已从光源入射至偏振分束器的光从偏振分束器出射并穿过相位差板，并且
已穿过相位差板并已返回到相位差板的返回光穿过相位差板、入射至偏振分束器、从偏振分束器出射并与改变装置碰撞，以通过改变装置改变返回光的光路、波长范围或偏振状态。
旨在实现上述目的的本公开内容的投影型显示装置包含：
包含有第一偏振分束器、相位差板和第一改变装置的光学元件；和
第一反射式空间光调制器，其中
具有第一波长范围的、已从光源出射且已经由第一反射式空间光调制器入射至第一偏振分束器的第一光从第一偏振分束器出射、穿过相位差板并朝向投影光学系统行进，并且
从投影光学系统返回的第一光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、从第一偏振分束器离开并与第一改变装置碰撞，以通过第一改变装置改变返回光的光路、波长范围或偏振状态。
旨在实现上述目的的根据本公开内容第二方面的光学元件包含：
偏振分束器、相位差板和改变装置，其中
已从光源入射至偏振分束器的光从偏振分束器出射并穿过相位差板，并且
已穿过相位差板并已返回到相位差板的返回光穿过相位差板、入射至偏振分束器、从偏振分束器出射并被吸热部件吸收。
附图说明
图1A和1B分别是实施例1的光学元件、实施例1的光学元件的变形例1的概念图。
图2A和2B分别是实施例1的光学元件的变形例2和变形例3的概念图。
图3A和3B分别是实施例1的光学元件的变形例4和变形例5的概念图。
图4是实施例2的光学元件的概念图。
图5是实施例2的光学元件的概念图。
图6A和6B是实施例3的光学元件的概念图。
图7是实施例4的投影型显示装置的概念图。
图8A和8B分别是示出实施例4的投影型显示装置和实施例4的投影型显示装置的变形例6的一部分的放大视图的概念图。
图9是实施例4的投影型显示装置的变形例1的概念图。
图10是实施例4的投影型显示装置的变形例2的概念图。
图11是实施例4的投影型显示装置的变形例3的概念图。
图12是实施例4的投影型显示装置的变形例4的概念图。
图13是实施例4的投影型显示装置的变形例5的概念图。
图14是实施例5的投影型显示装置(实施例4的变形例4的变形)的概念图。
图15是实施例5的投影型显示装置(实施例4的变形例4的变形)的概念图。
图16是实施例5的投影型显示装置的另一变形例的概念图。
图17是实施例4的投影型显示装置的变形例7的概念图。
具体实施方式
现在将基于实施例并参考附图描述本公开内容；然而，本公开内容不限于这些实施例，并且这些实施例中的各种数值和材料是说明性示例。应注意到，将以以下顺序进行描述。
1.根据本公开内容的第一和第二方面的光学元件以及本公开内容的投影型显示装置作为整体的总体描述
2.实施例1(根据本公开内容第一方面的光学元件)
3.实施例2(实施例1的光学元件的变形例、本公开内容的投影型显示装置、第一构造的投影型显示装置)
4.实施例3(实施例2的投影型显示装置的变形例、第二构造的投影型显示装置)
5.实施例4(实施例2的投影型显示装置的另一变形例、第三构造的投影型显示装置)
6.实施例5(实施例4的投影型显示装置的变形例)
7.其他
<根据本公开内容的第一和第二方面的光学元件以及本公开内容的投影型显示装置作为整体的总体描述>
除非另有说明，否则在根据本公开内容第一和第二方面的光学元件中或在本公开内容的投影型显示装置中包括的光学元件中，偏振分束器、第一偏振分束器、第二偏振分束器和第三偏振分束器各自具有偏振分离面，并且在光、第一光、第二光或第三光中，P偏振光穿过偏振分离面而S偏振光被偏振分离面反射。
在一个可能的构造中，本公开内容的投影型显示装置进一步包含：
第二反射式空间光调制器，
来自光源的具有第二波长范围的第二光从与第一光相同的方向入射至第一偏振分束器，并且
已经入射至第一偏振分束器的第二光沿与第一光不同的方向从第一偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第一偏振分束器、沿与第一光相同的方向再次从第一偏振分束器出射、并朝向相位差板行进。这里应注意到，为方便起见，这种构造的投影型显示装置可被称为“第一构造的投影型显示装置”。
在第一构造的投影型显示装置中，为了使入射至第一偏振分束器的第一光和第二光处于不同的偏振状态，优选在第一光和第二光入射至第一偏振分束器的位置之前设置波长选择相位差板，该波长选择相位差板改变第一光和第二光的偏振状态。波长选择相位差板这里称为相位差板，当第一光穿过该板时，该相位差板使第一光的偏振状态为第一偏振状态(例如S偏振状态或P偏振状态)，并且当第二光穿过该板时，该相位差板使第二光的偏振状态为第二偏振状态(例如P偏振状态或S偏振状态)。该情况适用于下文。或者，在第一构造的投影型显示装置中，为了使入射至第一偏振分束器的第一光和第二光处于不同偏振状态，可通过照明系统中的分色镜等对第一光和第二光进行分束(branch)，可通过使用半波片等将第一光和第二光的一者从第一偏振状态改变为第二偏振状态，并且可通过分色镜等将第一光和第二光再次组合。
或者，在另一可能的构造中，本公开内容的投影型显示装置进一步包含：
第二反射式空间光调制器和第二偏振分束器，其中
来自光源的第一光入射至第二偏振分束器、从第二偏振分束器出射、被第一反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器，并且
来自光源的具有第二波长范围的第二光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器、沿与第一光不同的方向从第二偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、沿与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器。这里应注意到，为方便起见，这种构造的投影型显示装置可被称为“第二构造的投影型显示装置”。
与第一构造一样，在第二构造的投影型显示装置中，优选设置第一波长选择相位差板，该第一波长选择相位差板在再次从第二偏振分束器出射时的第一光的偏振状态与入射至第一偏振分束器时的第一光的偏振状态之间改变偏振状态。
或者，在另一可能的构造中，本公开内容的投影型显示装置进一步包含：
第二反射式空间光调制器、第二偏振分束器和第三偏振分束器，其中
来自光源的第一光入射至第二偏振分束器、从第二偏振分束器出射、被第一反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器，并且
来自光源的具有第二波长范围的第二光入射至第三偏振分束器、从第三偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第三偏振分束器、并经由第一改变装置入射至第一偏振分束器、从第一偏振分束器出射、穿过相位差板、并朝向投影光学系统行进。这里应注意到，为方便起见，这种构造的投影型显示装置可被称为“第三构造的投影型显示装置”。
在另一可能的构造中，第三构造的投影型显示装置进一步包含：
第三反射式空间光调制器，第三反射式空间光调制器与第三偏振分束器相邻且设置在与第二反射式空间光调制器不同的位置处，其中
已从光源发射并已入射至第三偏振分束器的具有第三波长范围的第三光从第三偏振分束器出射、被第三反射式空间光调制器反射、再次入射至第三偏振分束器、沿与第二光相同的方向再次从第三偏振分束器出射、入射至第一改变装置、穿过第一改变装置、第一偏振分束器和相位差板、并朝向投影光学系统行进。
包括上述优选构造的第三构造的投影型显示装置可处于这样的一种模式，在该模式总，从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、入射至第二偏振分束器、并沿与来自光源的第一光从第一偏振分束器出射的方向不同的方向从第一偏振分束器出射。
或者，包括上述优选构造的第三构造的投影型显示装置可处于这样一种模式，在该模式中，从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、与第二改变装置碰撞、通过第二改变装置返回到第一偏振分束器、并沿与第二光的返回光入射至第一偏振分束器的方向不同的方向从第一偏振分束器出射。
或者，包括上述优选构造的第三构造的投影型显示装置可处于这样一种模式，在该模式中，从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、与第二改变装置碰撞以通过第二改变装置改变返回光的光路、或通过第二改变装置改变返回光的偏振状态、或被第二改变装置吸收。
此外，包括上述优选构造和模式的第三构造的投影型显示装置可处于这样一中模式，在该模式中：
投影型显示装置进一步包括第四反射式空间光调制器，
来自光源的具有第四波长范围的第四光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器，并且已入射至第二偏振分束器的第四光沿与第一光不同的方向从第二偏振分束器出射、被第四反射式空间光调制器反射、再次入射至第一偏振分束器、沿与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器出射、并朝向相位差板行进。
此外，包括上述优选构造和模式的本公开内容的投影型显示装置可处于这样一种模式，在该模式中，在第一偏振分束器与相位差板之间设置有作用于第一光的半波片。
根据本公开内容第一方面的光学元件或包括在本公开内容中的包括上述优选构造和模式的投影型显示装置中的光学元件(以下可将这些光学元件统称为“本公开内容的光学元件等”)可处于这样一种模式，在该模式中，改变(第一光的)光路的改变装置包括：第一反射部件，该第一反射部件将返回光反射出系统(特定而言，反射出光学元件系统或光学系统；相同情况适用于下文)；衍射光栅部件(DOE)，该衍射光栅部件将返回光出射到系统外；或全息光学元件(HOE)，该全息光学元件将返回光出射到系统外。此外，在这种模式中，从可靠地将返回光反射出系统的观点出发，优选的是：
改变装置包括将返回光反射出系统的光反射部件；
已穿过相位差板的光朝向投影光学系统行进，并且来自投影光学系统的返回光穿过相位差板；并且
返回光入射至改变装置的光反射表面上的入射角等于或大于在具有投影光学系统的f值的介质中的锥角。
这里，将返回光反射出系统的光反射部件的示例可包括倾斜的分色镜，或更特定地，具有形成在楔形棱镜的斜面上的分色镜的部件。特定地，分色镜仅需形成在玻璃材料或树脂材料的楔形棱镜的斜面上。光反射部件的示例还可包括透明的矩形平行六面体部件，其内部形成有倾斜的分色镜。在这些模式中，将返回光反射出系统的光反射部件被嵌入在诸如玻璃材料的折射率大于1的介质(材料)中，因此，即使当入射角较小时，也满足返回光入射至改变装置的光反射表面上的入射角等于或大于具有f值的介质中的锥角的条件，由此可使后焦点较短，投影光学系统的尺寸可制得较小，并且该装置作为整体可尺寸较小。为了使反射光的入射至改变装置的光反射表面上的入射角更小，优选使介质(材料)在第一光的波长范围等内具有较大的折射率。或者，在另一可能的模式中，分色镜形成在插入在第三反射式空间光调制器与第一偏振分束器之间的相位差板(延迟器)的一个表面上，且所设置的相位差板是倾斜的，由此可减少部件的数量。分色镜可包括介电多层膜。
衍射光栅部件(DOE)或全息光学元件(HOE)相对于返回光的倾斜角度是基于衍射光栅部件或全息光学元件的衍射角而适当确定的。衍射光栅部件或全息光学元件可为反射式或透射式的。衍射光栅部件或全息光学元件可例如被粘附或接合至第一偏振分束器的返回光出射表面，或者可形成在相位差板(延迟器)的一个表面上，或者在一些情况中可粘附或接合至第二反射式空间光调制器或第三反射式空间光调制器的覆盖玻璃。利用这些构造，可减少部件的数量，反射式空间光调制器的尺寸可被制得更小，投影光学系统的尺寸因较短的后焦点而可制得更小，并且装置作为整体的尺寸可被制得更小。或者，例如，衍射光栅部件或全息光学元件可被机械地保持在第一偏振分束器与第三偏振分束器之间的间隙中。
或者，本公开内容的光学元件等可处于这样一种模式，在该模式中，转换返回光的波长范围的改变装置包括荧光材料层。特定地，转换返回光的波长范围的改变装置的示例包括下转换(down-conversion)或上转换(up-conversion)荧光材料层(烧结的荧光材料层或其中分有散荧光物质的玻璃或树脂材料层)，并且在这种改变装置的情况中，荧光材料层发射磷光或荧光。荧光材料层可形成在偏振分束器的返回光出射表面上，或者可形成在相位差板(延迟器)的一个表面上，或者在一些情况中可形成在第二反射式空间光调制器或第三反射式空间光调制器的覆盖玻璃上。利用这些构造，可减少部件的数量，反射式空间光调制器的尺寸可被制得更小，并且投影光学系统的尺寸因较短的后焦点而可制得更小。或者，例如，荧光材料层可被保持在第一偏振分束器与第三偏振分束器之间的间隙中。
或者，本公开内容的光学元件等可处于这样一种模式，在该模式中：
改变返回光的偏振状态的改变装置包括从返回光的入射侧开始依次设置的四分之一波片和光反射部件，并且
光反射部件使已穿过四分之一波片的返回光经由四分之一波片返回到偏振分束器(或第一偏振分束器)。应注意，偏振分束器和第一偏振分束器可统称为“第一偏振分束器等”。接着，在该情况中，在一个可能的模式中，通过改变装置返回到第一偏振分束器等的返回光沿以下方向从第一偏振分束器等出射，该方向是来自光源的光入射至第一偏振分束器等的方向并且与已穿过相位差板的返回光入射至第一偏振分束器等的方向不同。
随后描述的第一改变装置、第二改变装置或第三改变装置的构造和结构可类似于以上描述的改变装置的构造和结构。第一改变装置和第二改变装置可具有相同构造和结构，或可具有不同构造和结构。
本公开内容的包括上述优选模式的光学元件等可以是其中相位差板包括四分之一波片的模式。
此外，关于本公开内容的包括上述优选构造和模式的光学元件等，光源的示例可包括高压汞灯、氙灯、LED、超发光二极管、半导体激光元件、固态激光器和荧光光源，并且从光源发射的光首先入射的照明系统的示例包括复眼照明系统或棒状照明系统。随后描述从光源发射的光的偏振状态。
本公开内容的包括上述优选构造和模式的投影型显示装置可以是进一步包括去偏振部件的模式，已穿过投影光学系统的光穿过该去偏振部件。此外，第一反射式空间光调制器、第二反射式空间光调制器、第三反射式空间光调制器和第四反射式空间光调制器的示例可包括反射式液晶面板(LCOS)等。延迟器可被设置在这些面板的任一者与偏振分束器之间以补偿偏振分束器的斜光线和液晶的预倾斜。
根据本公开内容第二方面的光学元件可处于这样一种模式，在该模式中，吸热部件包括由金属氧化物着色的有色玻璃、其中分散有染料或颜料的彩色滤光器、其中在金属材料上提供精细结构的等离子体彩色滤光器、或其中在介电材料上提供精细结构的介电彩色滤光器。在包括有色玻璃或彩色滤光器的情况中，优选将有色玻璃或彩色滤光器放置成垂直于光路，因为取决于厚度或与偏振分束器的折射率差异而可能出现像散。在包括等离子体彩色滤光器或介电彩色滤光器的情况中，可忽略像散的影响，因为这种滤光器非常薄，并且将这种滤光器放置成相对于光路倾斜可防止由在吸热部件本身上的界面反射而造成(即，由光学元件造成)的ANSI对比度降低。
实施例1
实施例1涉及根据本公开内容第一方面的光学元件。
图1A中的概念图所示的实施例1的光学元件包括偏振分束器10、相位差板50和改变装置60，其中：
已从光源(未示出)入射至偏振分束器10的光从偏振分束器10出射并穿过相位差板50。接着，已穿过相位差板50并返回到相位差板50的光穿过相位差板50、入射至偏振分束器10、从偏振分束器10出射、与改变装置60碰撞，以使返回光的光路被改变装置60改变。或者，如随后描述的，返回光的波长范围被改变，或返回光的偏振状态被改变。或者，已穿过相位差板50且返回到相位差板50的返回光穿过相位差板50、入射至偏振分束器10、从偏振分束器10出射、并被吸热部件吸收。
应注意，除非另有说明，否则以下描述假定各个偏振分束器均具有偏振分离面，并且在光(或第一光、第二光和第三光)中，P偏振光穿过偏振分离面而S偏振光被偏振分离面反射。此外，图中示出改变装置、相位差板、波长选择相位差板等被设置成例如与第一偏振分束器等分离；然而，在实践中，如随后描述的，这些部件被整合在一个结构中，该结构尽可能防止垂直于光路的表面与具有不同折射率的介质接触。
也就是说，从光源(未示出)入射至偏振分束器10的S偏振光(由实线表示)被偏振分离面(由点划线表示)反射，以S偏振状态从偏振分束器10出射，并穿过相位差板50而变成圆形偏振状态。接着，处于圆形偏振状态的返回光(由虚线表示)(该返回光是已穿过相位差板50且返回到相位差板50的光)穿过相位差板50而变成P偏振状态、入射至偏振分束器10、沿与该光从光源入射至偏振分束器10的方向不同的方向从偏振分束器10出射，即，穿过偏振分束器10的偏振分离面、与改变装置60碰撞而通过被改变装置60改变返回光的光路、并被废弃到系统外(特定而言，光学元件系统外或光学系统外；相同情况适用于下文)。或者，改变返回光的波长范围或该改变返回光的偏振状态改变，并将其废弃到系统外。
相位差板50包括四分之一波片。此外，在实施例1中，改变光路的改变装置60包括将返回光反射出系统的光反射部件。特定地，光反射部件的示例可包括倾斜的分色镜，即具有形成在楔形棱镜62的斜面上的分色镜的部件，或者可包括内部形成有倾斜的分色镜的透明矩形平行六面体(或板状)部件。设置这样的改变装置60使得可防止返回光经由投影光学系统到达观察者，并且消除了观察者将返回光视为图像的可能性，由此防止出现图像品质降低、图像的ANSI对比度降低等情况。接着，在该情况中，从确保没有返回光返回到投影光学系统的观点出发，优选使已穿过相位差板50的光朝向投影光学系统(未示出)行进，使来自投影光学系统的返回光穿过相位差板50，使返回光入射至改变装置60的光反射表面61上的的入射角θin等于或大于在具有投影光学系统的f值的介质中的锥角θcone。这里，所述介质是指其上放置光反射表面61的介质。锥角θcone与形成在反射式空间光调制器的法线与介质中的可被投影光学系统接收的最大光束之间的角同义，或者与具有投影光学系统的数值孔径(NA)的介质中的视角同义。
或者，如图1B中的实施例1的变形例1的概念图所示，在一个可能的模式中，改变装置60A包括将返回光出射到系统外的衍射光栅部件，或包括将返回光出射到系统外的全息光学元件。
或者，如图2A中的实施例1的变形例2的概念图所示，在一个可能的模式中，转换返回光的波长范围的改变装置60B包括荧光材料层。特定地，转换返回光的波长范围的改变装置60B的示例包括下转换或上转换荧光材料层(烧结的荧光材料层或其中分散有荧光物质的玻璃或树脂材料层)，并且在使用这种改变装置的情况中，荧光材料层吸收返回光并发射磷光或荧光。例如，在光是绿色光的情况中，上转换产生蓝色光或波长比蓝色光更短的光，而下转换产生红色光或波长比红色光更长的光。因此，尽管在可见光区域之外的磷光或荧光可能经由投影光学系统到达观察者，但观察者不会识别由在可见光区域之外的磷光或荧光产生的任何图像，由此防止出现图像品质降低、图像的ANSI对比度降低等情况。此外，由于被荧光材料吸收的能量的部分可被转换成光能，该光能进而能通过投影光学系统而被排出装置，因此从热产生和热排放的观点看出发，优选使用包括荧光材料层的改变装置60B。另外，在产生的磷光或荧光落在可见光区域内的情况中，仅需选择具有不与第一光、第二光和第三光的任一者重叠的波长范围的合适的荧光材料层，使得设置在改变装置60与投影表面之间的彩色滤光器，诸如陷波滤光器(未示出)，吸收或反射磷光或荧光。
或者，如图2B中的实施例1的变形例3的概念图所示，
改变返回光的偏振状态的改变装置包括从入射侧开始依次设置的四分之一波片60C和光反射部件60D，并且
光反射部件60D使已穿过四分之一波片60C的返回光经由四分之一波片60C返回到偏振分束器10。接着，在该情况中，通过改变装置60C和60D返回到偏振分束器10的返回光沿以下方向从偏振分束器10出射，该方向是来自光源的光入射至偏振分束器10的方向并且与已穿过相位差板50的返回光入射至偏振分束器10的方向不同。特定地，处于P偏振状态的返回光从偏振分束器10出射、穿过四分之一波片60C、被光反射部件60D反射、并再次穿过四分之一波片60C，由此返回光变成S偏振状态。接着，入射至偏振分束器10的处于S偏振状态的返回光被偏振分离面反射、以S偏振状态从偏振分束器10出射、并被废弃到系统外。
应注意，若在包括有四分之一波片60C和光反射部件60D的改变装置与随后描述的第三偏振分束器30之间进一步设置另一四分之一波片60E，则四分之一波片60C和四分之一波片60E用作从第三偏振分束器30出射的第二光和第三光的相位差板，或更特定的，用作为半波片。
从光源入射至偏振分束器10的光的偏振状态不限于S偏振状态。在从光源入射至偏振分束器10的光的偏振状态是P偏振状态的情况下，如图3A中的实施例1的变形例4的概念图所示，可使将要入射至偏振分束器10的光穿过例如半波片51，以便变成S偏振状态。或者，如图3B中的实施例1的变形例5的概念图所示，可通过改变相位差板50和改变装置60所设置的位置来改变偏振状态。也就是说，从光源入射至偏振分束器10的P偏振光穿过偏振分离面、以P偏振状态从偏振分束器出射、穿过相位差板50并变成圆形偏振状态。接着，处于圆形偏振状态的返回光(该返回光是已穿过相位差板50并返回到相位差板50的光)穿过相位差板而变成S偏振状态、入射至偏振分束器10、被偏振分离面反射、沿与来自光源的光入射至偏振分束器10的方向不同的方向从偏振分束器10出射、与改变装置60碰撞而通过改变装置60返回光的光路、波长范围或偏振状态，并被废弃到系统外。
吸热部件包括由金属氧化物着色的有色玻璃、其中分散有染料或颜料的彩色滤光器、其中在金属材料上提供精细结构的等离子体彩色滤光器、或其中在介电材料上提供精细结构的介电彩色滤光器，并且吸热部件的特定示例可包括锐截止滤光器、蓝色吸收滤光器、绿色吸收滤光器、波长校正滤光器、铝(Al)薄膜的孔阵列、盘阵列或柱阵列、或Si薄膜的孔阵列、盘阵列或柱阵列。此外，优选将吸热部件设置成相对于光路倾斜，由此抑制被吸热部件反射的光入射至偏振分束器10。
实施例2
实施例2是实施例1的变形例，其涉及本公开内容的投影型显示装置，并且更特别地，涉及第一构造的投影型显示装置。图4和图5示出实施例1的投影型显示装置的概念图。
如图4所示，实施例2的投影型显示装置包括：
包括第一偏振分束器10、相位差板50和第一改变装置63的光学元件；和
第一反射式空间光调制器40G，其中
具有第一波长范围的第一光(特定而言为绿色光)从光源(未示出)发射、经由第一反射式空间光调制器40G入射至第一偏振分束器10、从第一偏振分束器10出射、穿过相位差板50并朝向投影光学系统100行进，并且
从投影光学系统100返回的第一光的返回光穿过相位差板50、入射至第一偏振分束器10、从第一偏振分束器10出射并与第一改变装置63碰撞，以通过第一改变装置63改变返回光的光路、波长范围或偏振状态。
第一改变装置63具有对第二光(和第三光，描述于后)不产生影响的构造和结构。也就是说，第一改变装置63不反射但透射第二光(和第三光，描述于后)且反射第一光。或者，第一改变装置63的构造和结构可意在不反射但透射落在第二光(和第三光，描述于后)的波长范围的一部分内的第二光(和第三光，描述于后)，并且反射落在第二光(和第三光，描述于后)的波长范围的剩余部分内的第二光(和第三光，描述于后)，且反射第一光。在该情况中，第一改变装置63充当一种补偿滤光器，用于针对第二光(和第三光，描述于后)获得期望的颜色。另外，第二改变装置64的构造和结构对第一光不产生影响。也就是说，第二改变装置64不反射但透射第一光，且反射第二光(和第三光，描述于后)。或者，第二改变装置64的构造和结构可意在不反射但透射落在第一光的波长范围的一部分内的第一光，且反射落在第一光的波长范围的剩余部分内的第一光，并反射第二光(和第三光，描述于后)。在这些情况中，第二改变装置64充当一种补偿滤光器，用于针对第一光获得期望的颜色。接着，结果是，可扩展并控制色域。光的光路、波长范围或偏振状态也被第二改变装置64改变。除了被改变装置影响的光的波长范围不同之外，第一改变装置63和第二改变装置64可具有实质相同的构造和结构，或者可具有不同的构造和不同的结构。以上描述亦适用于以下实施例。
在实施例2的投影型显示装置中，特定地，来自光源的处于S偏振状态的第一光入射至第一偏振分束器10、被偏振分离面反射、以S偏振状态从第一偏振分束器10出射、穿过第二改变装置64并入射至第一反射式空间光调制器40G。根据图像信号对第一光进行调制，以便将图像的明亮部分调制成P偏振状态，从第一反射式空间光调制器40G出射、穿过第二改变装置64并到达第一偏振分束器10。接着，入射至第一偏振分束器10上的处于P偏振状态的第一光穿过偏振分离面、从第一偏振分束器10出射并穿过包括四分之一波片的相位差板50而变成圆形偏振状态。接着，从投影光学系统100将光投影到投影表面上。同时，光的一部分作为返回光返回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。已返回到相位差板50的圆形偏振状态的第一光的返回光穿过相位差板50而变成S偏振状态、入射至第一偏振分束器10、从第一偏振分束器10出射(即，返回光被第一偏振分束器10中的偏振分离面反射)、与第一改变装置63碰撞而通过第一改变装置改变返回光的光路、波长范围或偏振状态、并被废弃到系统外。以此方式，可抑制投影表面上出现重影光。由于减少了重影光，因此入射在投影的图像的暗部分上的光减少，由此提高ANSI对比度。
此外，如图5的概念图所示，实施例2的投影型显示装置进一步包含：
第二反射式空间光调制器40R、40B，其中
来自光源的具有第二波长范围(特定而言为红色光和蓝色光)的第二光从与第一光相同的方向入射至第一偏振分束器10，并且
已入射至第一偏振分束器10的第二光沿与第一光不同的方向从第一偏振分束器10出射、被第二反射式空间光调制器40R、40B反射、再次入射至第一偏振分束器10、沿与第一光相同的方向再次从第一偏振分束器10出射、并朝向相位差板50行进。
特定地，来自光源的已入射至第一偏振分束器10的处于P偏振状态的第二光穿过偏振分离面、以P偏振状态从第一偏振分束器10出射、穿过第一改变装置63、入射至第二反射式空间光调制器40R、40B、从第二反射式空间光调制器40R、40B出射、穿过第一改变装置63、并到达第一偏振分束器10。在该状态中，第二光的偏振状态是S偏振状态。接着，处于S偏振状态的入射至第一偏振分束器10上的第二光被偏振分离面反射、从第一偏振分束器10出射、并穿过相位差板50变成圆形偏振状态。接着，从投影光学系统100将所述光投影到投影表面上。同时，光的一部分作为返回光返回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。处于圆形偏振状态的返回光(所述返回光是已穿过相位差板50并返回到相位差板50的光)穿过相位差板50而变成P偏振状态、入射至偏振分束器10、沿与来自光源的第二光入射至第一偏振分束器10的方向不同的方向从第一偏振分束器10出射(即，返回光穿过第一偏振分束器10中的偏振分离面)、与第二改变装置64碰撞以通过第二改变装置64改变返回光的光路、波长范围或偏振状态、并被废弃出系统，由此提高ANSI对比度。
为了使处于S偏振状态的第一光入射至第一偏振分束器10并使处于P偏振状态的第二光入射至第一偏振分束器10，仅需在第一光和第二光将入射至第一偏振分束器10的空间中，即，在第一光和第二光入射至第一偏振分束器10的位置之前，设置改变第一光和第二光的偏振状态的波长选择相位差板52(例如由色彩链接日本有限公司提供的颜色选择(注册商标))，即，波长选择相位差板52意在使处于S偏振状态的第一光入射至第一偏振分束器10并使处于P偏振状态的第二光入射至第一偏振分束器10。在该情况中，投影型显示装置可具有其中包括第一光和第二光的白色光从光源入射至波长选择相位差板52的构造。或者，来自光源的光可被时分，以产生绿色的第一光、红色的第二光和蓝色的第二光，使每一种光入射至第一偏振分束器10。或者，为了使入射至第一偏振分束器10的第一光和第二光处于不同的偏振状态，第一光和第二光可被照明系统中的分色镜等(未示出)分束，可通过使用半波片等(未示出)将第一光和第二光中的一者从第一偏振状态改变为第二偏振状态，并且可通过分色镜等(未示出)将第一光和第二光再次组合。
实施例3
实施例3是实施例2的投影型显示装置的变形例，并且更特定地，实施例3是第二构造的投影型显示装置。图6A和6B示出实施例3的投影型显示装置的概念图。实施例3的投影型显示装置进一步包括：
第二反射式空间光调制器40R、40B和第二偏振分束器20，其中
来自光源的第一光入射至第二偏振分束器20、从第二偏振分束器20出射、被第一反射式空间光调制器40G反射、再次入射至第二偏振分束器20、再次从第二偏振分束器20出射、并入射至第一偏振分束器10。此外，来自光源的具有第二波长范围的第二光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器20、沿与第一光不同的方向从第二偏振分束器20出射、被第二反射式空间光调制器40R、40B反射、再次入射至第二偏振分束器20、沿与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器20出射、并入射至第一偏振分束器10。
这里应注意，在第二偏振分束器20与第一偏振分束器10之间设置有第一波长选择相位差板71，该第一波长选择相位差板71在已再次从第二偏振分束器20出射的第一光与正入射至第一偏振分束器10的第一光之间改变偏振状态。
第一波长选择相位差板71将第一光的偏振状态从P偏振状态改变为S偏振状态。也就是说，处于P偏振状态的第一光穿过第一波长选择相位差板71而变成S偏振状态。另一方面，处于S偏振状态的第二光或第三光在穿过第一波长选择相位差板71之后仍为S偏振状态。
特定地，如图6A所示，来自光源的处于S偏振状态的已入射至第二偏振分束器20的第一光被偏振分离面反射、以S偏振状态从第二偏振分束器20出射、入射至第一反射式空间光调制器40G、从第一反射式空间光调制器40G出射、以P偏振状态入射至第二偏振分束器20、穿过偏振分离面、并从第二偏振分束器20出射。接着，该光穿过第一波长选择相位差板71而变成S偏振状态，并到达第一偏振分束器10。在该状态中，第一光的偏振状态是S偏振状态，因而第一光被偏振分离面反射、从第一偏振分束器10出射、穿过相位差板50而变成圆形偏振状态。接着，从投影光学系统100将所述光投影到投影表面。同时，该光的一部分作为返回光回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。处于圆形偏振状态的第一光的返回光(所述返回光是已穿过相位差板50且返回到相位差板50的光)穿过相位差板50而变成P偏振状态、入射至第一偏振分束器10、穿过偏振分离面、沿与第一光入射至第一偏振分束器10的方向不同的方向从第一偏振分束器10出射、与第一改变装置65碰撞而通过第一改变装置65改变返回光的光路、波长范围或偏振状态、并被废弃到系统外。接着，第一光的返回光不再入射至投影光学系统100，由此防止ANSI对比度的降低。
此外，如图6B所示，来自光源的处于P偏振状态的已入射至第二偏振分束器20的第二光穿过偏振分离面、以P偏振状态从第二偏振分束器20出射、入射至第二反射式空间光调制器40R、40B、从第二反射式空间光调制器40R、40B出射、以S偏振状态入射至第二偏振分束器20、被偏振分离面反射、并从第二偏振分束器20出射。接着，该光在穿过第一波长选择相位差板71之后仍处于S偏振状态并到达第一偏振分束器10。在该状态中，第二光的偏振状态是S偏振状态，因此第二光被偏振分离面反射、从第一偏振分束器10出射、穿过相位差板50而变成圆形偏振状态。接着，从投影光学系统100将所述光投影到投影表面上。同时，该光的一部分作为返回光回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。处于圆形偏振状态的第二光的返回光(所述返回光是已穿过相位差板50且返回到相位差板50的光)穿过相位差板50而变成P偏振状态、入射至第一偏振分束器10、穿过偏振分离面、沿与第二光入射至第一偏振分束器10的方向不同的方向从出射第一偏振分束器10、与第一改变装置65碰撞而通过第一改变装置65改变返回光的光路、波长范围或偏振状态、并被废弃到系统外。也就是说，由于第一改变装置65，第一光和第二光均通过第一改变装置65而改变光路、波长范围或偏振状态，并被废弃到系统外。接着，第二光的返回光不再入射至投影光学系统100，由此防止ANSI对比度的降低。
应注意，在图4和图5所示的实施例2的投影型显示装置与图6A和图6B所示的实施例3的投影型显示装置之间，第一改变装置63和第二改变装置64的作用与第一改变装置65的作用是不同的。第一波长选择相位差板71将第一光从P偏振状态改变为S偏振状态，同时保持第二光的S偏振状态不变。此外，为了使处于S偏振状态的第一光入射至第二偏振分束器20并使处于P偏振状态的第二光入射至第二偏振分束器20，仅需在第一光和第二光将入射至第二偏振分束器20的空间中，即，在第一光和第二光入射至第二偏振分束器20的位置之前，设置改变第一光和第二光的偏振状态的波长选择相位差板，即，波长选择相位差板意在使处于S偏振状态的第一光入射至第二偏振分束器20并使处于P偏振状态的第二光入射至第二偏振分束器20。或者，来自光源的光可被时分，以产生绿色的第一光、红色的第二光和蓝色的第二光，使每一种光入射至第二偏振分束器20。或者，为了使处于不同偏振状态的第一光和第二光入射至第二偏振分束器20，第一光和第二光可被照明系统中的分色镜等(未示出)分束，可通过使用半波片等(未示出)将第一光和第二光中的一者从第一偏振状态改变为第二偏振状态，并且可通过分色镜等(未示出)将第一光和第二光再次组合。
实施例4
实施例4也是实施例2的投影型显示装置的变形例，其涉及第三构造的投影型显示装置。图7示出实施例4的投影型显示装置的概念图；图7的(A)示出第一光(特定而言为绿色光)的行为，图7的(B)示出第二光(特定而言为红色光)的行为，并且图7的(C)示出第三光(特定而言为蓝色光)的行为。
实施例4的投影型显示装置进一步包含：
第二反射式空间光调制器40R、第二偏振分束器20和第三偏振分束器30，其中
来自光源的第一光(例如绿色光)入射至第二偏振分束器20、从第二偏振分束器20出射、被第一反射式空间光调制器40G反射、再次入射至第二偏振分束器20、再次从第二偏振分束器20出射、并入射至第一偏振分束器10，并且
来自光源的具有第二波长范围的第二光(例如红色光)入射至第三偏振分束器30、从第三偏振分束器30出射、被第二反射式空间光调制器40R反射、再次入射至第三偏振分束器30、再次从第三偏振分束器30出射、经由第一改变装置63入射至第一偏振分束器10、从第一偏振分束器10出射、穿过相位差板50、并朝向投影光学系统100行进。
此外，实施例4的投影型显示装置进一步包含：
第三反射式空间光调制器40B，该第三反射式空间光调制器40B与第三偏振分束器30相邻且设置在与第二反射式空间光调制器40R的位置不同的位置处，其中
已从光源发射并且已入射至第三偏振分束器30的具有第三波长范围的第三光(例如蓝色光)从第三偏振分束器30出射、被第三反射式空间光调制器40B反射、再次入射至第三偏振分束器30、沿与第二光相同的方向再次从第三偏振分束器30出射、入射至第一改变装置63、穿过第一改变装置63、第一偏振分束器10和相位差板50、并朝向投影光学系统行进。
此外，从投影光学系统100返回的第二光和第三光的返回光穿过相位差板50、入射至第一偏振分束器10、沿与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器10的方向相反的方向从第一偏振分束器10出射、入射至第二偏振分束器20、沿与来自光源的第一光从第一偏振分束器10出射的方向不同的方向从第一偏振分束器10出射、并被废弃。
尽管图7的(A)、(B)和(C)示出第一改变装置63被设置成与第一偏振分束器10分离，但优选的是，如图8A所示，将楔形棱镜63A与第一偏振分束器10整合在一起，楔形棱镜63A具有其上形成有包括在第一改变装置63中的分色镜的斜面。此外，优选的是，将楔形棱镜63B与第三偏振分束器30整合在一起。这里的术语“整合”意指偏振分束器10、30和楔形棱镜63A、63B被粘附在一起或接合在一起，或者由单一基体材料生产。由单一基体材料生产减少了垂直界面，从而防止由光学元件造成的ANSI对比度的降低。此外，由于两个楔形棱镜63A和63B分别与偏振分束器10和30整合，因此第三波长选择相位差板73(描述于后)将被设置在楔形棱镜63B的斜面上，这因相同原因而也提供了防止由光学元件造成的ANSI对比度降低的效果。然而，由于在像散与第三波长选择相位差板73的厚度和倾斜度(倾斜度由楔形棱镜63A的顶角表示)之间存在权衡关系，因此取决于第三波长选择相位差板73的厚度或倾斜度，像散可能是不可接受的。在该情况下，优选将楔形棱镜63A与第一偏振分束器10整合在一起，并将第三波长选择相位差板73设置在第三偏振分束器30与楔形棱镜63B之间的垂直界面上。
特定地，如示出第一光(特定而言为绿色光)的行为的图7的(A)所示，来自光源(未示出)的处于S偏振状态的第一光穿过设置在照明系统中的分色镜53、入射至第二偏振分束器20、被偏振分离面反射、以S偏振状态从第二偏振分束器20出射、入射至第一反射式空间光调制器40G、从第一反射式空间光调制器40G出射、以P偏振状态入射至第二偏振分束器20、穿过偏振分离面、并从第二偏振分束器20出射。接着，该光穿过第一波长选择相位差板71而变成S偏振状态，并到达第一偏振分束器10。在该状态下，第一光的偏振状态是S偏振状态，因此第一光被偏振分离面反射、从第一偏振分束器10出射、穿过相位差板50而变成圆形偏振状态、并朝向投影光学系统100行进。接着，从投影光学系统100将光投影到投影表面上。同时，光的一部分作为返回光返回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。在第一光的返回光已从投影光学系统100返回到相位差板50后，处于圆形偏振状态的第一光的返回光穿过相位差板50而变成P偏振状态、入射至第一偏振分束器10、穿过偏振分离面、沿与第一光入射至第一偏振分束器10的方向不同的方向从第一偏振分束器10出射、与第一改变装置63碰撞而通过第一改变装置改变返回光的光路、波长范围或偏振状态、并被废弃到系统外，由此提高ANSI对比度。
此外，如图7的(B)所示，来自光源的处于S偏振状态的第二光被设置在照明系统中的分色镜53上的反射表面(由线段表示)反射、穿过第二波长选择相位差板72而变成P偏振状态、并到达第三偏振分束器30。在该状态下，第二光的偏振状态是P偏振状态，因此已入射至第三偏振分束器30的第二光穿过偏振分离面、被第二反射式空间光调制器40R反射、并再次入射至第三偏振分束器30。此时，第二光的偏振状态是S偏振状态。在第二光已入射至第三偏振分束器30后，第二光被偏振分离面反射并穿过第三波长选择相位差板73而变成P偏振状态。接着，该光穿过第一改变装置63、进一步穿过第一偏振分束器10和相位差板50而变成圆形偏振状态、并朝向投影光学系统100行进。接着，从投影光学系统100将光投影到投影表面上。同时，光的一部分作为返回光返回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。从投影光学系统100返回的处于圆形偏振状态的第一光的返回光穿过相位差板50而变成S偏振状态、入射至第一偏振分束器10、被偏振分离面反射、沿与第一光入射至第一偏振分束器10的方向相反的方向从第一偏振分束器10出射、在第二光的偏振状态仍是S偏振状态的情况下穿过第一波长选择相位差板71、以S偏振状态入射至第二偏振分束器20、被偏振分离面反射、沿与来自光源的第一光从第二偏振分束器20出射的方向不同的方向从第二偏振分束器20出射、并被废弃到系统外。也就是说，通过使用第一波长选择相位差板71来代替一般的宽范围半波片，第二光和后文描述的第三光的返回光可被废弃到第二偏振分束器20上的自由表面(以下也称为“自由端口”)外，从而废弃到系统外，由此提高ANSI对比度。
另外，如图7的(C)所示，来自光源的处于S偏振状态的第三光被设置在照明系统中的分色镜53上的反射表面(由线段表示)反射、穿过第二波长选择相位差板72同时保持S偏振状态、并到达第三偏振分束器30。在该状态下，第三光的偏振状态是S偏振状态，因此已入射至第三偏振分束器30的第三光被偏振分离面反射、被第三反射式空间光调制器40B反射、并再次入射至第三偏振分束器30。此时，第三光的偏振状态是P偏振状态。在第三光已入射至第三偏振分束器30后，第三光穿过偏振分离面并穿过第三波长选择相位差板73，同时保持P偏振状态。接着，该光穿过第一改变装置63、进一步穿过第一偏振分束器10和相位差板50而变成圆形偏振状态、并朝向投影光学系统100行进。接着，从投影光学系统100将光投影到投影表面上。同时，光的一部分作为返回光返回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。从投影光学系统100返回的处于圆形偏振状态的第一光的返回光穿过相位差板50而变成S偏振状态、入射至第一偏振分束器10、被偏振分离面反射、沿与第一光入射至第一偏振分束器10的方向相反的方向从第一偏振分束器10出射、在第三光的偏振状态仍是S偏振状态的情况下穿过第一波长选择相位差板71、以S偏振状态入射至第二偏振分束器20、被偏振分离面反射、沿与来自光源的第一光从第一偏振分束器10出射的方向不同的方向从第一偏振分束器10出射、并被废弃到系统外，由此提高ANSI对比度。
用于将第二光和第三光废弃到系统外(光学元件系统外或光学系统外)的装置和方法不限于上述装置和方法。
图9示出根据实施例4的变形例1的投影型显示装置的概念图；图9的(A)示出第一光(特定而言为绿色光)的行为，图9的(B)示出第二光(特定而言为红色光)的行为，并且图9的(C)示出第三光(特定而言为蓝色光)的行为。实施例4的变形例1的投影型显示装置可处于这样一种模式，在该模式中，从投影光学系统100返回的第二光和第三光的返回光穿过相位差板50、入射至第一偏振分束器10、沿与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器10的方向相反的方向从第一偏振分束器10出射、与第二改变装置66碰撞、通过第二改变装置66返回到第一偏振分束器10、并沿与第二光和第三光的返回光入射至第一偏振分束器10的方向不同的方向从第一偏振分束器10出射。第二改变装置66包括第一波长选择相位差板71、光反射部件75和第四波长选择相位差板74的组合。
第一波长选择相位差板71、光反射部件75和第四波长选择相位差板74的组合针对第二光和第三光所具有的功能与根据图2B中所示的实施例1的变形例3的四分之一波片60E、光反射部件60D和四分之一波片60C的功能类似。也就是说，针对第二光和第三光，光反射部件75使已穿过第四波长选择相位差板74的返回光经由第四波长选择相位差板74返回。接着，在该情况中，已通过光反射部件75和第四波长选择相位差板74返回到偏振分束器10的第二光和第三光的返回光穿过偏振分束器10并从偏振分束器10出射。特定地，从偏振分束器10出射的处于S偏振状态的返回光穿过第四波长选择相位差板74、被光反射部件75反射并再次穿过第四波长选择相位差板74而变成P偏振状态。接着，入射至偏振分束器10的处于P偏振状态的返回光穿过偏振分离面、以P偏振状态从偏振分束器10出射、并被废弃到系统外。
第四波长选择相位差板74仅需对第一光、第二光和第三光充当四分之一波片，因此在一些情况中波长选择性可能是非必须的。第一波长选择相位差板71仅需至少对第一光充当四分之一波片，因此在一些情况中波长选择性可能是非必须的。下面的表1示出在第一光、第二光或第三光入射至第二改变装置66时的偏振状态，以及在第一光、第二光或第三光从第二改变装置66出射时的偏振状态。
<表1>
Figure BDA0003231458230000231
特定地，如示出第一光(特定而言为绿色光)的行为的图9的(A)所示，除了光穿过光反射部件75和第四波长选择相位差板74之外，第一光的行为与图7的(A)所示的第一光(特定而言为绿色光)的行为类似。
此外，如图9的(B)所示，直到第二光的返回光沿与第一光入射至第一偏振分束器10的方向相反的方向从第一偏振分束器10出射，第二光的行为类似于图7的(B)所示的第二光的行为。接着，从第一偏振分束器10出射的处于S偏振状态的第二光穿过第四波长选择相位差板74而变成到达圆形偏振状态、被光反射部件75反射、再次穿过第四波长选择相位差板74而变成P偏振状态、入射至第一偏振分束器10、穿过偏振分束面、从第一偏振分束器10出射、并被废弃到系统外，由此提高ANSI对比度。
此外，如图9的(C)所示，第三光的返回光的行为类似于图9的(B)所示的第二光的行为。
图10和11分别示出根据实施例4的变形例2和变形例3的投影型显示装置的概念图；图10的(A)和图11的(A)各自示出第一光(特定而言为绿色光)的行为，图10的(B)和图11的(B)各自示出第二光(特定而言为红色光)的行为，并且图10的(C)和图11的(C)各自示出第三光(特定而言为蓝色光)的行为。图10和11中所示的根据实施例4的变形例2和变形例3的投影型显示装置与根据实施例4和实施例4的变形例1的投影型显示装置的不同之处在于，第一改变装置63被设置在不同位置处。特定地，第一改变装置63设置在第三偏振分束器30与第三反射式空间光调制器40B之间。根据实施例4的变形例2和变形例3的投影型显示装置的其他方面可类似于根据实施例4的投影型显示装置和根据实施例4的变形例1的投影型显示装置，因此省略了它们的详细描述。
图12示出根据实施例4的变形例4的投影型显示装置的概念图；图12的(A)示出第一光(特定而言为绿色光)的行为，图12的(B)示出第二光(特定而言为红色光)的行为，并且图12的(C)示出第三光(特定而言为蓝色光)的行为。在图12所示的根据实施例4的变形例4的投影型显示装置中，从投影光学系统100返回的第二光和第三光的返回光穿过相位差板50、入射至第一偏振分束器10、沿与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器10的方向相反的方向从第一偏振分束器10出射、与第二改变装置67A碰撞而通过第二改变装置67A改变返回光的光路(或通过第二改变装置67A改变返回光的波长范围或偏振状态、或被吸收)、并被废弃到系统外，由此提高ANSI对比度。第二改变装置67A具有与实施例2的投影型显示装置中的第二改变装置64的功能相同的功能。
图13示出根据实施例4的变形例5的投影型显示装置的概念图；图13的(A)示出第一光(特定而言为绿色光)的行为，图13的(B)示出第二光(特定而言为红色光)的行为，并且图13的(C)示出第三光(特定而言为蓝色光)的行为。图13所示的根据实施例4的变形例5的投影型显示装置进一步包含：
第二改变装置67B，其中
从投影光学系统100返回的第二光的返回光穿过相位差板50、入射至第一偏振分束器11、沿与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器11的方向相反的方向从出射第一偏振分束器11、入射至第二偏振分束器20、沿与来自光源的第一光从第二偏振分束器20出射的方向不同的方向从第二偏振分束器20出射、并被废弃到系统外。从投影光学系统100返回的第三光的返回光穿过相位差板50、入射至第一偏振分束器11、沿与来自光源的第二光和第三光入射至第一偏振分束器11的方向相反的方向从第一偏振分束器11出射、经由第一改变装置63入射至第三偏振分束器30、从第三偏振分束器30出射、与第二改变装置67B碰撞而通过改变装置67B改变返回光的光路、或通过第二改变装置67B改变返回光的波长范围或偏振状态、或被第二改变装置67B吸收。接着，在该情况中，与第一偏振分束器10不同，第一偏振分束器11允许处于P偏振状态和S偏振状态中的任一者的第三光穿过其中，并允许处于P偏振状态的第一光和第二光穿过其中，但反射处于S偏振状态的第一光和第二光。此外，如图13的(C)中所示，波长选择相位差板73不仅对第二光而且对第三光充当半波片，以改变偏振状态；也就是说，波长选择相位差板73可以是不具有波长选择性的简单相位差板。在其中组合了使处于P偏振状态和S偏振状态中的任一者的第三光穿过的第一分束器11和包括不具有波长选择性的相位差板的波长选择相位差板73的构造中，可通过第二改变装置67B将第三光的返回光废弃到系统外，从而替代通过自由端口废弃第三光的返回光的情况。
替代地，图8B示出根据实施例4的变形例6的替代的投影型显示装置的概念图，其中改变第一光的返回光的偏振状态的第一改变装置包括从第一光的返回光的入射侧开始依次设置的四分之一波片68A和光反射部件68C。优选将四分之一波片68A、光反射部件68C和第一偏振分束器10整合，并且优选将四分之一波片68B和第三偏振分束器30整合。四分之一波片68A和四分之一波片68B的组合用作为第三波长选择相位差板73。光反射部件68C使第一光的返回光(该返回光已穿过四分之一波片68A)经由四分之一波片68A返回到第一偏振分束器10，并且使第一光废弃到系统外。此外，改变第二光和第三光的返回光的偏振状态的第二改变装置包括从第二光和第三光的返回光的入射侧开始依次设置的四分之一波片68D和光反射部件68F。优选将四分之一波片68D、光反射部件68F和第一偏振分束器10整合，并且优选将四分之一波片68E和第二偏振分束器20整合。四分之一波片68D和四分之一波片68E的组合用作为第一波长选择相位差板71。第一反射部件68F使第二光和第三光的返回光(该返回光已穿过四分之一波片68D)经由四分之一波片68D返回到第一偏振分束器10，并将第二光和第三光废弃到系统外。应注意，光反射部件68C包括透射第二光和第三光的分色镜，并且光反射部件68F包括透射第一光的分色镜。
实施例5
实施例5是实施例4的变形例，并且更特定地，是实施例4的变形例4的变形。图14和15示出实施例5的投影型显示装置的概念图；图14的(A)示出第一光(特定而言为绿色光)的行为，图14的(B)示出第二光(特定而言为红色光)的行为，图14的(C)示出第三光(特定而言为蓝色光)的行为，且图15示出第四光(特定而言为红外光)的行为。
实施例5的投影型显示装置进一步包括：
第四反射式空间光调制器404，其中
来自光源的具有第四波长范围的第四光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器20，并且
已入射至第二偏振分束器20的第四光沿与第一光不同的方向从第二偏振分束器20出射、被第四反射式空间光调制器404反射、再次入射至第一偏振分束器10、沿与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器20出射、并朝向相位差板50行进。
特定地，第四反射式空间光调制器404设置在第二偏振分束器20的自由端口上。第四反射式空间光调制器404控制红外图像的产生。观察者能够通过使用诸如夜视镜之类的夜视工具来识别红外图像。在第四光从第二偏振分束器20出射之后，第四光的行为可与第一光的行为相同。
更特定地，来自光源(未示出)的处于P偏振状态的第四光(特定而言为红外光)被设置在照明系统中的分色镜53反射、入射至第二偏振分束器20、穿过偏振分离面、以P偏振状态从第二偏振分束器20出射、入射至第四反射式空间光调制器404、以S偏振状态从第四反射式空间光调制器404出射、以S偏振状态入射至第二偏振分束器20、被偏振分离面反射、并从第二偏振分束器20出射。接着，该光穿过第二改变装置67A和第一波长选择相位差板71，同时保持S偏振状态，并到达第一偏振分束器10。在该状态下，第四光的偏振状态是S偏振状态，因此该光被偏振分离面反射、从第一偏振分束器10出射、穿过相位差板50而变成圆形偏振状态、并朝向投影光学系统100行进。接着，从投影光学系统100将该光投影到投影表面上。同时，该光的一部分作为返回光返回到相位差板50，所述返回光是由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的。处于圆形偏振状态的第四光的返回光(该返回光已从投影光学系统100返回到相位差板50)穿过相位差板50而变成P偏振状态、入射至第一偏振分束器10、穿过偏振分离面、沿与第四光入射至第一偏振分束器10的方向不同的方向从第一偏振分束器10出射、与第一改变装置63碰撞而通过第一改变装置63改变返回光的光路、波长范围或偏振状态、并被废弃到系统外。
应注意，第一光、第二光和第三光的行为类似于根据实施例4的变形例4的行为，因此省略其详细描述。
如图16所示，例如，可将第三改变装置69设置在第二偏振分束器20与第四反射式空间光调制器404之间。第三改变装置69的构造和结构基本类似于第一改变装置和第二改变装置的构造和结构。通过使第三改变装置69作用于照明系统中的处于P偏振状态的泄漏光以及作用于第二偏振分束器20中的处于S偏振状态的泄漏光，可防止由第四反射式空间光调制器404的反射造成固有对比度降低，并且更容易设计照明系统和第二偏振分束器20。
在以上实施例1至实施例5中描述的本公开内容的光学元件和投影型显示装置中，改变装置(第一改变装置)改变光的光路、波长范围或偏振状态，或者第一光未被偏振板吸收而是被吸热部件吸收，由此可尽可能抑制热产生。
此外，可减少重影光并且可提高ANSI对比度。此外，光学元件的尺寸可减小，随着光学元件变小，后焦点可被制得更短，从而导致实现更小的投影光学系统和总体更小的装置。另外，该光学元件能够分离颜色，因此能被应用于单个白色系统的照明系统，从而产生较小的照明系统。此外，偏振分束器具有高透射率，因此系统作为整体具有高透射率，从而产生提高的效率和较大亮度。此外，由于所产生的热量较小，因此装置适于更高持久性和更高亮度，并且由热透镜效应造成的焦点漂移的影响更小。此外，使得颜色纯度更高并且可扩展色域。另外，由于第一偏振分束器和第二偏振分束器的偏振轴允许通过波长选择相位差板而匹配第一偏振分束器和第二偏振分束器的偏振轴，因此提供了更高的固有对比度。
已基于优选实施例描述了本公开内容，但本公开内容不限于这些实施例。各个偏振分束器和各个反射式空间光调制器的设置位置是说明性示例，并且可根据偏振状态而适当改变。另外，上述各种光学部件(各种偏振分束器、各种相位差板、各种波长选择相位差板、各种四分之一波片、各种半波片、各种改变装置及各种光反射部件)仅需考虑到与这些光学部件相关的光、光的偏振状态等情况来设计。
如示出根据实施例4的变形例7的投影型显示装置的概念图的图17中那样，可将作用于第一光的半波片54设置在第一偏振分束器10与相位差板50之间。结果，允许入射至投影光学系统100的第一光、第二光和第三光的偏振状态彼此一致。接着，在一致的偏振状态下，使得在投影表面的反射特性依赖于偏振时(例如，当图像或影像画面被倾斜地入射至光滑或粗糙表面上，表面散射相比于体散射占主要地位时)可提高颜色均匀性，并且可支持三维图像显示。特定地，处于S偏振状态的从第一偏振分束器10出射的第一光穿过半波片54(该半波片作用于第一光)而变成P偏振状态，并穿过相位差板50而变成圆形偏振状态。接着，从投影光学系统100将光投影到投影表面上。同时，光的一部分返回到相位差板50，作为由投影光学系统100内的透镜等上的界面反射造成的处于S偏振状态的返回光。已穿过相位差板50和半波片54而变成P偏振状态的第一光的返回光入射至第一偏振分束器10、穿过偏振分离面、与第一改变装置65碰撞以通过第一改变装置65改变返回光的光路、波长范围或偏振状态、并被废弃到系统外。穿过半波片54的第二光和第三光的偏振状态保持不变。应注意，可将这种半波片54应用于其他实施例。
在期望从投影光学系统100的出射的光处于线性偏振状态而非圆形偏振状态的情况中，可在投影光学系统100与投影表面之间设置附加的相位差板。
可在投影光学系统与投影表面之间设置去偏振部件。在投影表面的反射特性依赖于偏振的情况中，去偏振是提高颜色均匀性的另一有效手段。在投影光学系统后(下游)设置去偏振部件提供去偏振同时防止由返回光造成ANSI对比度降低的效果。去偏振部件包括例如平行平板，所述平行平板包括具有双折射的材料。在波长范围非常窄(诸如激光)的情况中，楔形去偏振部件是优选的，因为平行平板可能难以提供效果。
为了进一步提高ANSI对比度，优选尽可能抑制在每个光学部件上的界面反射。特定地，在将抗反射涂层或折射率匹配涂层施加至界面或在界面上使用粘合剂的情况中，优选选择包括折射率接近粘附体的折射率的材料的粘合剂。
本公开内容可具有以下构造。
[A01]<<光学元件：第一方面>>
一种光学元件，包含：
偏振分束器、相位差板和改变装置，其中
从光源入射至偏振分束器的光从偏振分束器出射，并穿过相位差板，并且
穿过相位差板的光再返回到相位差板后的返回光穿过相位差板、入射至偏振分束器、从偏振分束器出射并与改变装置碰撞，通过改变装置改变光路、改变波长范围或改变偏振状态。
[A02]根据[A01]所述的光学元件，其中
改变光路的改变装置包括将返回光反射到系统外的光反射部件、将返回光出射到系统外的衍射光栅部件、或将返回光出射到系统外的全息光学元件。
[A03]根据[A02]所述的光学元件，其中
改变装置包括将返回光反射到系统外的光反射部件，
穿过相位差板的光朝向投影光学系统行进，而来自投影光学系统的返回光穿过相位差板，并且
返回光在改变装置的光反射表面上的入射角等于或大于投影光学系统的f值的介质中的锥角。
[A04]根据[A01]所述的光学元件，其中
改变返回光的波长范围的改变装置包括荧光材料层。
[A05]根据[A01]所述的光学元件，其中
改变返回光的偏振状态的改变装置从返回光的入射侧开始包括四分之一波片和光反射部件，并且
光反射部件将穿过四分之一波片的返回光经由四分之一波片返回到偏振分束器。
[A06]根据[A05]所述的光学元件，其中
通过改变装置返回到偏振分束器的返回光沿着如下方向从偏振分束器出射，即：沿着来自光源的光入射至偏振分束器的方向并且是与穿过相位差板的返回光入射至偏振分束器的方向不同的方向出射。
[A07]根据[A01]至[A06]的任一个所述的光学元件，其中
相位差板包括四分之一波片。
[B01]<<投影型显示装置>>
一种投影型显示装置，包含：
光学元件，所述光学元件包含第一偏振分束器、相位差板和第一改变装置；和
第一反射式空间光调制器，其中
从光源出射且经由第一反射式空间光调制器入射至第一偏振分束器的具有第一波长范围的第一光从第一偏振分束器出射、穿过相位差板并朝向投影光学系统行进，并且
从投影光学系统返回的第一光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、从第一偏振分束器出射并与第一改变装置碰撞，通过第一改变装置改变光路、改变波长范围或改变偏振状态。
[B02]根据[B01]所述的投影型显示装置，进一步包含：
第二反射式空间光调制器，其中
来自光源的具有第二波长范围的第二光从与第一光相同的方向入射至第一偏振分束器，并且
入射至第一偏振分束器的第二光沿着与第一光不同的方向从第一偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第一偏振分束器、沿着与第一光相同的方向再次从第一偏振分束器出射、并朝向相位差板行进。
[B03]根据[B01]所述的投影型显示装置，进一步包含：
第二反射式空间光调制器和第二偏振分束器，其中
来自光源的第一光入射至第二偏振分束器、从第二偏振分束器出射、第一反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器，并且
来自光源的具有第二波长范围的第二光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器、沿着与第一光不同的方向从第二偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、沿着与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器。
[B04]根据[B01]所述的投影型显示装置，进一步包含：
第二反射式空间光调制器、第二偏振分束器和第三偏振分束器，其中
来自光源的第一光入射至第二偏振分束器、从第二偏振分束器出射、被第一反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器，并且
来自光源的具有第二波长范围的第二光入射至第三偏振分束器、从第三偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第三偏振分束器、并经由第一改变装置入射至第一偏振分束器、从第一偏振分束器出射、穿过相位差板、并朝向投影光学系统行进。
[B05]根据[B04]所述的投影型显示装置，进一步包含：
第三反射式空间光调制器，所述第三反射式空间光调制器与第三偏振分束器相邻且设置在与第二反射式空间光调制器不同的位置处，其中
从光源出射的、入射至第三偏振分束器的、并具有第三波长范围的第三光从第三偏振分束器出射、被第三反射式空间光调制器反射、再次入射至第三偏振分束器、沿着与第二光相同的方向再次从第三偏振分束器出射、入射至第一改变装置、从第一改变装置穿过第一偏振分束器和相位差板、并朝向投影光学系统行进。
[B06]根据[B05]所述的投影型显示装置，其中
从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿着与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、入射至第二偏振分束器、并沿着与来自光源的第一光从第一偏振分束器出射的方向不同的方向从第一偏振分束器出射。
[B07]根据[B05]所述的投影型显示装置，其中
从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿着与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、与第二改变装置碰撞、通过第二改变装置返回到第一偏振分束器、并沿着与第二光的返回光入射至第一偏振分束器的方向不同的方向从第一偏振分束器出射。
[B08]根据[B05]所述的投影型显示装置，其中
从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿着与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、与第二改变装置碰撞，通过第二改变装置改变光路、或通过第二改变装置改变波长范围或改变偏振状态、或被吸收。
[B09]根据[B05]所述的投影型显示装置，进一步包含：
第四反射式空间光调制器，其中
来自光源的具有第四波长范围的第四光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器，并且
入射至第二偏振分束器的第四光沿着与第一光不同的方向从第二偏振分束器出射、被第四反射式空间光调制器反射、再次入射至第一偏振分束器、沿着与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器出射、并朝向相位差板行进。
[B10]根据[B01]至[B09]的任一个所述的投影型显示装置，其中
在第一偏振分束器与相位差板之间设置有作用于第一光的半波片。
[B11]根据[B01]至[B10]的任一个所述的投影型显示装置，其中
改变光路的所述第一改变装置包括将返回光反射到系统外的光反射部件、将返回光出射到系统外的衍射光栅部件、或将返回光出射到系统外的全息光学元件。
[B12]根据[B11]所述的投影型显示装置，其中
第一改变装置包括将返回光反射出系统的光反射部件，
穿过相位差板的光朝向投影光学系统行进，而来自投影光学系统的返回光穿过相位差板，并且
返回光入射至第一改变装置的光反射表面上的入射角等于或大于在具有投影光学系统的f值的介质中的锥角。
[B13]根据[B01]至[B10]的任一个所述的投影型显示装置，其中
改变返回光的波长范围的第一改变装置包括荧光材料层。
[B14]根据[B01]至[B10]的任一个所述的投影型显示装置，其中
改变返回光的偏振状态的第一改变装置从返回光的入射侧开始包括四分之一波片和光反射部件，并且
光反射部件将穿过四分之一波片的返回光经由四分之一波片返回到第一偏振分束器。
[B15]根据[B14]所述的投影型显示装置，其中
通过第一改变装置返回到第一偏振分束器的返回光沿者如下方向从第一偏振分束器出射，该方向是来自光源的光入射至第一偏振分束器的方向并且是与穿过相位差板的返回光入射至所述第一偏振分束器的方向不同的方向。
[B16]根据[B01]至[B15]的任一个所述的投影型显示装置，其中
相位差板包括四分之一波片。
[C01]<<光学元件：第二方面>>
一种光学元件，包含：
偏振分束器、相位差板和改变装置，其中
从光源入射至偏振分束器的光从偏振分束器出射、并穿过相位差板，并且
穿过相位差板的光再返回到相位差板后的返回光穿过相位差板、入射至偏振分束器、从偏振分束器出射、并被吸热部件吸收。
附图标记
10、11 偏振分束器(第一偏振分束器)
20 第二偏振分束器
30 第三偏振分束器
40G 第一反射式空间光调制器
40R、40B 实施例2和3中的第二反射式空间光调制器
40R 实施例4和5中的第二反射式空间光调制器
40B 第三反射式空间光调制器
404 第四反射式空间光调制器
50 相位差板
51 半波片
52 波长选择相位差板
53 分色镜
54 作用于第一光的半波片
60、60A、60B 改变装置
60C 包括在改变装置中的四分之一波片
60D 包括在改变装置中的光反射部件
60E 四分之一波片
61 改变装置上的光反射表面
62 楔形棱镜
63、65 第一改变装置
63A、63B 楔形棱镜
64、66、67A、67B 第二改变装置
68A 包括在第一改变装置中的四分之一波片
68B 四分之一波片
68C 包括在第一改变装置中的光反射部件
68D 包括在第二改变装置中的四分之一波片
68E 四分之一波片
68F 包括在第二改变装置中的光反射部件
69 第三改变装置
71 第一波长选择相位差板
72 第二波长选择相位差板
73 第三波长选择相位差板
74 第四波长选择相位差板
100 投影光学系统
75 光反射部件
76 第五波长选择相位差板

Claims (18)

1.一种光学元件，包含：
偏振分束器、相位差板和改变装置，其中
从光源入射至偏振分束器的光从偏振分束器出射，并穿过相位差板，并且
穿过相位差板的光再返回到相位差板后的返回光穿过相位差板、入射至偏振分束器、从偏振分束器出射并与改变装置碰撞，通过改变装置改变光路、改变波长范围或改变偏振状态。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中改变光路的改变装置包括将返回光反射到系统外的光反射部件、将返回光出射到系统外的衍射光栅部件、或将返回光出射到系统外的全息光学元件。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其中
改变装置包括将返回光反射到系统外的光反射部件，
穿过相位差板的光朝向投影光学系统行进，而来自投影光学系统的返回光穿过相位差板，并且
返回光在改变装置的光反射表面上的入射角等于或大于投影光学系统的f值的介质中的锥角。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其中
改变返回光的波长范围的改变装置包括荧光材料层。
5.根据权利要求1所述的光学元件，其中
改变返回光的偏振状态的改变装置从返回光的入射侧开始包括四分之一波片和光反射部件，并且
光反射部件将穿过四分之一波片的返回光经由四分之一波片返回到偏振分束器。
6.根据权利要求5所述的光学元件，其中
通过改变装置返回到偏振分束器的返回光沿着如下方向从偏振分束器出射，即：沿着来自光源的光入射至偏振分束器的方向并且是与穿过相位差板的返回光入射至偏振分束器的方向不同的方向出射。
7.根据权利要求1所述的光学元件，其中
相位差板包括四分之一波片。
8.一种投影型显示装置，包括：
光学元件，所述光学元件包含第一偏振分束器、相位差板和第一改变装置；和
第一反射式空间光调制器，其中
从光源出射且经由第一反射式空间光调制器入射至第一偏振分束器的具有第一波长范围的第一光从第一偏振分束器出射、穿过相位差板并朝向投影光学系统行进，并且
从投影光学系统返回的第一光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、从第一偏振分束器出射并与第一改变装置碰撞，通过第一改变装置改变光路、改变波长范围或改变偏振状态。
9.根据权利要求8所述的投影型显示装置，进一步包含：
第二反射式空间光调制器，其中
来自光源的具有第二波长范围的第二光从与第一光相同的方向入射至第一偏振分束器，并且
入射至第一偏振分束器的第二光沿着与第一光不同的方向从第一偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第一偏振分束器、沿着与第一光相同的方向再次从第一偏振分束器出射、并朝向相位差板行进。
10.根据权利要求8所述的投影型显示装置，进一步包含：
第二反射式空间光调制器和第二偏振分束器，其中
来自光源的第一光入射至第二偏振分束器、从第二偏振分束器出射、第一反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器，并且
来自光源的具有第二波长范围的第二光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器、沿着与第一光不同的方向从第二偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、沿着与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器。
11.根据权利要求8所述的投影型显示装置，进一步包含：
第二反射式空间光调制器、第二偏振分束器和第三偏振分束器，其中
来自光源的第一光入射至第二偏振分束器、从第二偏振分束器出射、被第一反射式空间光调制器反射、再次入射至第二偏振分束器、再次从第二偏振分束器出射、并入射至第一偏振分束器，并且
来自光源的具有第二波长范围的第二光入射至第三偏振分束器、从第三偏振分束器出射、被第二反射式空间光调制器反射、再次入射至第三偏振分束器、并经由第一改变装置入射至第一偏振分束器、从第一偏振分束器出射、穿过相位差板、并朝向投影光学系统行进。
12.根据权利要求11所述的投影型显示装置，进一步包含：
第三反射式空间光调制器，所述第三反射式空间光调制器与第三偏振分束器相邻且设置在与第二反射式空间光调制器不同的位置处，其中
从光源出射的、入射至第三偏振分束器的、并具有第三波长范围的第三光从第三偏振分束器出射、被第三反射式空间光调制器反射、再次入射至第三偏振分束器、沿着与第二光相同的方向再次从第三偏振分束器出射、入射至第一改变装置、从第一改变装置穿过第一偏振分束器和相位差板、并朝向投影光学系统行进。
13.根据权利要求12所述的投影型显示装置，其中
从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿着与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、入射至第二偏振分束器、并沿着与来自光源的第一光从第一偏振分束器出射的方向不同的方向从第一偏振分束器出射。
14.根据权利要求12所述的投影型显示装置，其中
从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿着与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、与第二改变装置碰撞、通过第二改变装置返回到第一偏振分束器、并沿着与第二光的返回光入射至第一偏振分束器的方向不同的方向从第一偏振分束器出射。
15.根据权利要求12所述的投影型显示装置，其中
从投影光学系统返回的第二光的返回光穿过相位差板、入射至第一偏振分束器、沿着与来自光源的第一光入射至第一偏振分束器的方向相反的方向从第一偏振分束器出射、与第二改变装置碰撞，通过第二改变装置改变光路、或通过第二改变装置改变波长范围或改变偏振状态、或被吸收。
16.根据权利要求12所述的投影型显示装置，进一步包含：
第四反射式空间光调制器，其中
来自光源的具有第四波长范围的第四光从与第一光相同的方向入射至第二偏振分束器，并且
入射至第二偏振分束器的第四光沿着与第一光不同的方向从第二偏振分束器出射、被第四反射式空间光调制器反射、再次入射至第一偏振分束器、沿着与第一光相同的方向再次从第二偏振分束器出射、并朝向相位差板行进。
17.根据权利要求8所述的投影型显示装置，其中
在第一偏振分束器与相位差板之间设置有作用于第一光的半波片。
18.一种光学元件，包含：
偏振分束器、相位差板和改变装置，其中
从光源入射至偏振分束器的光从偏振分束器出射、并穿过相位差板，并且
穿过相位差板的光再返回到相位差板后的返回光穿过相位差板、入射至偏振分束器、从偏振分束器出射、并被吸热部件吸收。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114280806A (zh) * 2022-02-10 2022-04-05 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种基于相息图的光线准直方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11352478A (ja) * 1998-06-10 1999-12-24 Sony Corp 液晶プロジェクタ装置
JP2003075769A (ja) * 2001-09-05 2003-03-12 Hitachi Ltd 光学ユニット及びそれを用いた映像表示装置
JP3858723B2 (ja) * 2002-02-26 2006-12-20 株式会社日立製作所 光学ユニット及びそれを用いた投射型プロジェクタ装置
JP4069718B2 (ja) * 2002-04-26 2008-04-02 株式会社ニコン 投射型表示装置
JP2004309941A (ja) * 2003-04-10 2004-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学素子の冷却装置及び光学系
JP2006064813A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Seiko Epson Corp 光源装置及びこれを用いたプロジェクタ
US7298558B2 (en) * 2005-09-30 2007-11-20 Teledyne Licensing, Llc Electronic adjustable color filter device
JP5143249B2 (ja) 2011-03-07 2013-02-13 キヤノン株式会社 投射型画像表示装置
JPWO2013132813A1 (ja) * 2012-03-07 2015-07-30 日本電気株式会社 光学素子、光学装置および表示装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114280806A (zh) * 2022-02-10 2022-04-05 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种基于相息图的光线准直方法

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