CN1172956A - 适用于投影显示装置的光学元件 - Google Patents

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Abstract

制备一些片状的第一透明构件321和片状的第二透明构件322。每一第一透明构件都有基本上相互平行的第一和第二表面(薄膜形成表面)。偏振分束薄膜331成型在第一薄膜形成表面上。反射膜332成型在第二薄膜形成表面上。第二透明构件322的表面上并不形成薄膜。将许多块第一透明构件321和许多块第二透明构件322交替粘接在一起。按与该表面成预定角度将这样粘接的透明构件切成块,并将其切面抛光,以得到偏振分束器阵列320。

Description

适用于投影显示装置的光学元件
本发明涉及一种适用于投影显示装置的光学元件，以及该光学元件的制造方法。
已被公开的日本专利公报NO.7-294906，公开了一种称之为偏振转换元件的光学元件，用来将具有随机偏振方向的光转换成具有一种偏振方向的光。该光学元件以平面图的形式表示在图1(A)及以透视图的形式表示在图1(B)中。此光学元件由一偏振分束器阵列22组成，它包括彼此交替地粘附在一起的带有偏振分束薄膜36的许多线偏振分束器30和带有反射膜46的许多长条形棱镜40。该偏振分束器阵列22出射表面的某些部分有选择地配备一些λ/2波长光学相移片24。
线偏振分束器30包括两块直角棱镜32，34，以及由其间界面构成的倾斜平面上形成的偏振分束薄膜36。在偏振分束器30的加工过程中，该偏振分束薄膜36是在两直角棱镜之一的倾斜平面上形成的，然后用光学粘合剂将两块直角棱镜32及34胶合在一起。
长条形棱镜40，包括两块直角棱镜42，44以及在其间界面处的倾斜平面上形成的反射膜46。在棱镜40的加工过程中，反射膜46是在两直角棱镜之一的倾斜平面上形成的，然后使用光学粘合剂将两块直角棱镜42及44胶合在一起。该反射膜46则由铝或其它金属膜构成。
按照这种方式制备的许多线偏振分束器30和长条形棱镜40，使用光学粘合剂交替粘接在一起，以制成偏振分束器阵列22。然后有选择地将λ/2波长光学相移片24胶合在线偏振分束器30的出射表面上。
包括有S偏振光分量和P偏振光分量的光，则由入射表面送入。该入射光首先由偏振分束薄膜36分成S偏振光和P偏振光。S偏振光基本上以直角被偏振分束薄膜36反射，进一步又以直角被反射膜46反射，并由棱镜40出射。P偏振光则直接通过该偏振分束薄膜36，并由λ/2波长光学相移片24转换成S偏振光及由其出射。其结果是，进入此光学元件的具有随机偏振方向的光束，将完全作为S偏振光束射出。
图1(A)及1(B)表示的常规光学元件，具有由光学粘合剂粘接在一起的四块直角棱镜32，34，42和44。因而S偏振光和P偏振光在进入和射出该光学元件之间，必须反复通过这些棱镜界面上形成的光学粘合层。由于光学粘合剂会吸收一些光，故光的强度将随每次通过光学粘合层衰减。这将造成光利用率的显著下降。
因此，本发明的目的在于提高光学元件的光利用率。
本发明的另一个目的，在于提供容易制做的光学元件。
为了达到上述以及其它至少一部分发明目的，本发明提供一种光学元件，它包括许多第一透明构件和许多第二透明构件，被交替安置且相互固定。许多块第一透明构件中的每一块，均具有基本上相互平行的第一个入射表面和第一个出射表面，以及基本上相互平行并与第一入射表面和第一个出射表面成一预定角度的第一个和第二个薄膜形成表面。偏振分束薄膜成形在第一个薄膜形成表面上，反射膜则成形在第二个薄膜形成表面上。许多块第二透明构件中的每一块，均具有相互平行的第二个入射表面和第二个出射表面。许多块第二透明构件与许多块第一透明构件交替地安置，并且分别在跨越偏振分束薄膜和反射膜的第一及第二个薄膜形成表面处与许多块第一透明构件固定，以使第二入射表面与第一入射表面对准而构成一入射平面，第二出射表面与第一出射表面对准而构成一出射平面。
在上述光学元件中，光在通过第一块透明构件的入射表面进入之后，其受到偏振分束薄膜反射的偏振光分量，将被反射膜反射而并不通过光学粘合剂层，然后由该光学元件射出。由于此偏振光分量通过光学粘合剂层的次数因而可被减少，故其光利用率将得到改善。
在最佳实施例中，此反射膜具有多层介质膜。由多层介质膜构成的反射膜，使对于特定的线偏振光分量的反射率增加，能够超过由铝或者其它金属薄膜构成反射膜的情况。因而光利用率的进一步提高便可以达到。
在该实施例中，此光学元件进一步包括与第一和第二出射表面中任何一个相关联的偏振方向转换器。具有不同偏振方向的线性偏振光分量，将从第一块透明构件的出射表面部分以及第二块透明构件的出射表面部分射出去。因此，通过在此两个出射表面部分之一上面提供以偏振方向转换器，由此光学元件出射的光束便可全部转换成一种线偏振光分量。
此光学元件进一步还可包括与第二个入射表面相关联的光屏蔽器。如果光由第二块透明构件的第二个入射表面进入，那么此光在被反射膜反射后，在被偏振分束薄膜转换为S偏振光和P偏振光之前将反复通过光学胶合层。假如这种光通过相对于第二块透明构件的第二个入射表面提供以光屏蔽器而被遮住，则进入此光学元件的光反复通过光学胶合层的情况便可避免。
此光学元件进一步还包括第一和第二块透明构件之间的粘合剂层，而且至少此胶合剂层厚度以及第一和第二块透明构件的厚度之一被进行调整，以使偏振分束薄膜和反射膜之间的间隔遍及此光学元件基本上不变。由于这样使偏振分束薄膜和反射膜之间的间隔相等，故此薄膜在光学元件中的定位精度可被改进，以提高其光利用率。
最好将第二块透明构件的厚度设置在比第一块透明构件的厚度小。让第二块透明构件的厚度处在第一块透明构件厚度的80％至90％范围内则更为可取。例如第一块透明构件的厚度，等于将二倍的粘合剂层厚度加到第二块透明构件的厚度上所得到的值。
此光学元件可以同许多被安置在入射平面上的小透镜一起使用，而且许多偏振分束薄膜之间的间隔，基本上可以与这许多小透镜的间距相对应。这就使偏振分束薄膜和反射膜之间的间隔保持不变，从而提高此光学元件的光利用率。
在另一实施例中，至少粘合剂层厚度以及第一和第二块透明构件的厚度之一被进行调整，以使许多偏振分束薄膜之间的间隔基本上与这许多小透镜的光轴的间距相对应。由于这样提供的结构能使从许多小透镜中射出的许多光束中的每一光束变成入射在与其关联的偏振分束薄膜上，故其将使光的利用率得到改善。
在一进一步实施例中，许多小透镜具有许多不同的光轴间距，而且至少粘合剂层厚度以及第一和第二块透明构件的厚度之一被进行调整，以使许多偏振分束薄膜之间的间隔基本上与这许多不同的光轴间距相对应。这样提供的结构，甚至于当这些透镜的光轴间距变化时，也能使从这些小透镜中射出的每一光束变成入射在与其关联的偏振分束薄膜上。因而可改善其光的利用率。
此光学元件可以与许多被安置在入射平面上的小透镜一起使用。在这种情况下，许多偏振分束薄膜之间的间隔，基本上可以与许多小透镜中射出的许多光束的间距相对应。从一些小透镜中射出的一些光束的间距，并不总是与这些透镜光轴的间距一致。这种结构能使从一些小透镜中射出的每一光束，甚至在这种情况下也能变成入射在相关联的偏振分束薄膜上。因而可使光的利用率改善。
至少胶合层厚度以及第一和第二块透明构件的厚度之一可以进行调整，以使许多偏振分束薄膜之间的间隔基本上与许多小透镜中射出的许多光束的间距相对应。
根据本发明的状况，提供一种制造光学元件的方法。该方法包括如下一些步骤：(a)提供许多第一透明构件，其中每一透明构件具有基本上平行的第一和第二表面；提供许多第二透明构件，其中每一透明构件具有基本上平行的两个表面；(b)在每一块第一透明构件的第一表面上形成偏振分束薄膜；(c)在每一块第一透明构件的第二表面上形成反射膜；(d)交替地安置每一块都带有偏振分束薄膜和反射膜的许多块第一透明构件以及许多块第二透明构件，并且将此许多块第一透明构件粘接在此许多块第二透明构件上，以及(e)与第一及第二表面成预定角度对此交替粘接在一起的透明构件进行切割，以产生出具有基本上相互平行的入射平面和出射平面的光学元件块。
该方法进一步还可包括步骤(f)将此光学元件块的入射平面和出射平面抛光。
在最佳实施例中，步骤(d)包括如下步骤，即在两者之间使用光致固化粘合剂层将许多第一透明构件和许多第二透明构件交替叠层，并且通过曝光将此叠层的第一和第二透明构件粘接在一起。由于通过利用光照射被粘接的透明构件能使该光学粘合剂固化，故其便于制造该光学元件。
步骤(d)可以包括如下步骤：(1)在两者之间使用光致固化粘合剂层，通过将许多第一透明构件之一和许多第二透明构件之一叠置而形成叠片；(2)通过用光照射该叠片而使此光致固化粘合剂层固化，以及(3)在两者之间分别使用光致固化粘合剂层，交替地将许多第一透明构件之一和许多第二透明构件之一叠加在该叠片上，而在每次叠加一透明构件时，均通过用光照射该叠片而使各个光致固化粘合剂层固化。由于这样能使每一透明构造被叠加之后粘合剂即被固化，故其使透明构件之间以高精度确立位置关系成为可能。
在另一实施例中，步骤(d)包括如下步骤：(1)在两者之间使用光致固化粘合剂层，通过将许多第一透明构件之一与许多第二透明构件之一叠置而构成叠片；(2)通过用光照射该叠片而使光致固化粘合剂层固化，以产生出单元叠片，以及(3)在两者之间分别使用光致固化粘合剂层，将由步骤(1)及(2)得到的许多块单元叠片叠加，而在每次叠加一块单元叠片时，均通过用光照射这些单元叠片的叠片而使各光致固化粘合剂层固化。由于此方法也能使每一透明构件被叠加后粘合剂即被固化，故其也使相邻的透明构件之间以高精度确立位置关系成为可能。
该照射最好沿着与透明构件表面不平行的方向进行。由于这样能使粘合剂有效地受到光的照射，故其能减少粘合剂的固化时间，并且改进该光学元件的生产率。
按照另一种状况，本发明提供一种投影显示装置，它包括上述光学元件，用于将该光学元件出射的光转换成一种类型偏振光的偏振转换器，用于对该偏振转换器出射的光作为给定的图象信号的函数进行调制的调制器，以及用来将被该调制器调制的光投影到屏上的投影光学系统。使用具有高的光利用率的光学元件，能够确保在投影表面上投影出鲜明的图象。
按照本发明的又另一状况，光学元件包括许多偏振分束构件，其中每一偏振分束构件包括：光入射表面；与此光入射表面基本平行的光出射表面；以与此光入射表面和光出射表面成预定角度形成的偏振分束薄膜，以及基本上平行于该偏振分束薄膜的反射膜。许多偏振分束构件按照矩阵的形式排列在一起，且此偏振分束薄膜和反射膜均为多层介质膜。用于使光致固化粘合剂固化的光则通过该多层介质膜。因此，用于固化该粘合剂的光，能够通过多层介质膜结构的偏振分束薄膜和反射膜照射该粘合剂层，这样会使该光学元件的制造工艺过程简化。此外，多层介质膜结构的反射膜可被设计成对特定的线偏振光分量具有更高的反射率。这样将进一步提高光的利用率。
在最佳实施例中，光的出射表面包括第一部分出射表面和第二部分出射表面。第一部分出射表面使通过偏振分束薄膜的S偏振光和P偏振光选定其中之一出射，而第二部分出射表面则使偏振分束薄膜和反射膜反射的S偏振光和P偏振光中的另一个出射。该光学元件进一步包括与被选定的第一和第二部分出射表面之一相关联的λ/2波长相移片。因此，从光学元件中将只能发出一种线偏振光。
按照另一状况，本发明提供一种投影显示装置，它包括：用于产生出包括S偏振光和P偏振光的光能量的光源；用于接收来自该光源的光通量并且作为被选定的S偏振光和P偏振光之一发出光通量的光学元件；用于对该光学元件出射的光作为给定图象信号的函数进行调制的调制器，以及用来将该调制器调制的光投影到屏上的投影光学系统。
本发明的这些以及其它一些目的、特征、状况和优点，由以下包括附图在内详细描述的最佳实施例将变得更加清楚。
图1(A)及1(B)为表示一种偏振转换元件总体结构的示意图；
图2(A)及2(B)为图解制造偏振分束器阵列中主要工艺步骤的剖面图，作为本发明的实施例；
图3(A)及3(B)为图解制造偏振分束器阵列中主要工艺步骤的剖面图，作为本发明的实施例；
图4为表示本发明实施例之一的偏振分束器阵列320的透视图；
图5(A)及5(B)为根据本发明实施例和对照例的比较偏振转换元件的平面剖示图；
图6为包括偏振分束器阵列的偏振光照明系统主要部分的示意性结构平面图，作为本发明的实施例；
图7为表示第一个光学元件200的透视图；
图8为表示配备有偏振光照明系统1的投影显示系统800主要部分的示意结构图；
图9(A)及9(B)为表示带有光屏蔽板340的光学元件结构的说明图；
图10为表示本发明实施例的偏振分束器阵列320的放大的剖视图；
图11为表示聚光镜阵列310的剖视图，它由许多按矩阵方式安置的提供在偏振分束器阵列320入射表面一侧的聚光镜311构成；
图12(a)至12(c)为表示偏振分束薄膜331的间距被设置在与聚光镜311中心311c的间距为不同值情况的解释图；
图13(A)为表示带有不同尺寸的复合型小透镜的聚光镜阵列310′的平面图；
图13(B)为沿该平面图中B-B的剖视图；
图14用图解说明根据第二实施例制造偏振分束器阵列的步骤；
图15用图解说明根据第二实施例制造偏振分束器阵列中的另一步骤；
图16用图解说明根据第二实施例制造偏振分束器阵列中的又另一步骤；
图17用图解说明根据第二实施例制造偏振分束器阵列中的另一步骤；
图18用图解说明根据第二实施例制造偏振分束器阵列中的另一步骤，以及
图19用图解说明根据第二实施例制造偏振分束器阵列中又另一步骤。
A.第一实施例：
图2(A)，2(B)，3(A)及3(B)为图解说明本发明第一实施例制造偏振分束器阵列中主要工艺步骤的剖视图。
在图2(A)的步骤中，制备出许多片状的第一透明构件321及许多片状的第二透明构件322。偏振分束薄膜331形成在每块第一透明构件321的两个平行的主要表面(薄膜形成表面)之一上面，而反射膜332形成在另一表面上面。第二透明构件322的两个表面均不配备薄膜。
平板玻璃被用作第一和第二个透明构件321和322，然而不同于玻璃的其它透明的片状材料也能使用。此外，第一和第二透明构件材料在颜色方面可以互不相同。使用不同颜色的材料，从偏振分束器阵列完工后容易区分两个构件的观点看比较有利。例如，一个构件可以由无色的平板玻璃构成，另一构件由兰色透明玻璃构成。此平板玻璃最好是抛过光的平板玻璃或者浮法玻璃，抛过光的平板玻璃最为可取。
偏振分束薄膜331有选择地透过一种线偏振光，不是S偏振光就是P偏振光，同时反射另一种偏振光。偏振分束薄膜331通常是通过形成具有这种性能的多层介质膜堆积而制备的。
反射膜332也是通过形成多层介质膜堆积而制备的。构成反射膜332的多层介质膜堆积，在成份和结构方面不同于构成偏振分束薄膜331的。反射膜332最好由某种多层介质膜堆积构成，它有选择地只对该偏振分束薄膜331反射的线偏振光分量(S偏振光或者P偏振光)反射，而且对另一线偏振光分量并不反射。
反射膜332可以通过汽相沉积铝来形成。当反射膜332作为多层介质膜堆积形成时，它能够以大约98％的反射率反射特定的线偏振光分量(例如S偏振光)，而对于铝膜的反射率最多约为92％。因而由偏振分束器阵列得到的光量，可以通过作为多层介质膜堆积形成反射膜332而提高。由于多层介质膜堆积对光的吸收比铝膜要少，故从降低热量产生的观点它也比较有利。对于特定的线偏振光分量的反射率，可以通过使构成反射膜332的多层介质膜堆积(通常由交替叠合两种类型的薄膜构成)的每一薄膜的厚度和材料最优化来改进。
在图2(B)的步骤中，使用光学粘合剂交替地将第一和第二透明构件321和322粘接一起。其结果是在偏振分束薄膜331和第二透明构件322之间以及反射膜332和第二透明构件322之间均形成光学粘合剂层325。为便于说明，图2及3中的膜层331，332和粘合剂层325是被放大了的。被表示的玻璃平板件数比实际要少。
在图3(A)的步骤中，紫外线基本上垂直于被粘合的透明构件321及322的表面投射，以使光学粘合剂层325固化。该紫外线将通过多层介质膜堆积。在此实施例中，偏振分束薄膜331和反射膜332两者都是作为多层介质膜堆积形成的。因此，如图3(A)所示，许多光学粘合剂层325均可以通过沿着基本上垂直于透明构件321，322的表面的方向投射紫外线而同时被固化。
当反射膜332是通过沉积铝来形成时，紫外线会被此铝膜反射。因而在这种情况下，如图3(A)中的虚线所示，紫外线将沿与透明构件321，322表面基本平行的方向投影。在这种情况下，与紫外线入口相反一侧被紫外线照射的光学粘合剂层325，其照射效果将要降低。因而需要比较长的时间才能使该光学粘合剂层325固化。另一方面，当此反射膜332是由多层介质膜堆积构成时，紫外线能够从并不平行于透明构件321，322表面的方向投射，以致于在比较短的时间内便能使光学粘合剂层325有效地固化。
在图3(B)的步骤中，许多互相粘接在一起的透明构件321和322，沿与其表面构成预定角度θ的一些基本上相互平行的平面(图中以虚线表示的)被切割，从而切割成光学元件块。角度θ的值最好约为45°。将按照这种方式切出的光学元件块的切面抛光，便可得到一种偏振分束器阵列。
图4为按照这种方式生产的偏振分束器阵列320的透视图。如图中可以看到的那样，此偏振分束器阵列320具有的结构，可通过交替连接具有平行四边形截面柱状体形状的第一和第二透明构件321和322来得到。
图5(A)为表示在本实施例的偏振分束器阵列320的被选定的出射表面部分，通过提供λ/2波长光学相移片得到的偏振转换元件的平面剖视图。图5(B)为表示作为对照例的偏振转换元件的平面剖视图。在本实施例的偏振转换元件中，λ/2波长的光学相移片381被固定在第二透明构件322的出射表面上。此λ/2波长光学相移片381起着偏振方向转换器的作用。
图5(B)中表示的对照例的结构，其与图5(A)中实施例的区别仅在于一点，即偏振分束薄膜331和相邻的光学粘合剂层325之间的位置关系是颠倒的。在制造对照例表示的偏振分束器阵列320a的过程中，首先，反射膜332是在第一透明构件321的表面上形成的，而且偏振分束薄膜331是在第二透明构件322的表面上形成的。然后通过光学粘合剂层325交替地将这些透明构件321，322粘接一起。
具有随机偏振方向并包括有S偏振光分量和P偏振分量的光，由图5(A)表示的实施例中偏振转换元件的入射表面进入。此入射光首先将被偏振分束薄膜331分成S偏振光和P偏振光。基本上以直角受到偏振分束薄膜331反射的S偏振光，进一步被反射膜332反射并由出射面326射出。P偏振光则直接通过偏振分束薄膜331，并被λ/2波长光学相移片381转换成S偏振光射出。因此，只有S偏振光能够有选择地从偏振转换元件中发出。
假如λ/2波长的光学相移片381有选择地提供在第一透明构件321的出射表面部分上，那么将只有P偏振光能够有选择地从偏振转换元件中发出。
在根据图5(A)表示实施例的偏振分束器阵列320中，通过偏振分束薄膜331的P偏振光，沿着从偏振分束器阵列320入射表面至其出射表面的光路一次通过光学粘合剂层325。在对照例表示的图5(B)的偏振分束器阵列320a中，同样是真实的。
在本实施例的偏振分束器阵列320中，由偏振分束薄膜331反射的S偏振光，并不沿着由偏振分束器阵列320  射面至出射面的光路通过光学粘合剂层325。相反，在对照例表示的偏振分束器阵列320a中，S偏振光却沿着偏振分束器阵列320a入射面至出射面的光路通过两个光学粘合剂层325。虽然光学粘合剂层325差不多是全透明的，但它仍然要吸收相当量的光。因而每次光通过光学粘合剂层325时，光量均会减少。而且在透过光学粘合剂层325时，也还存在偏振方向稍微变化的某种可能性。由于本实施例的偏振分束器阵列中S偏振光通过光学粘合剂层325的次数比对照例中要少，故其光利用率比对照例要高。
然而与图1表示的现有技术的偏振分束器阵列22相比，由于偏振分束器阵列320a仅有较少一些光学粘合剂层，所以连它也有比较高的光利用率。图5(A)所示实施例的光利用率，相对对照例的光利用率而言有着进一步的改进。
图10为更详细地表示本实施例的偏振分束器阵列320的放大剖面图。偏振分束薄膜331和反射膜332具有若干微米(μm)的厚度，其与透明构件321，322的厚度t321，t322以及光学粘合剂层325的厚度tad1，tad2相比微不足道。在图10中，偏振分束膜331以单条虚线表示，反射膜332以单条实线表示。如前面曾指出过的那样，偏振分束膜331和反射膜332被加工在第一透明构件321的相反两个表面上。光学粘合剂层325的厚度tad1和tad2，可以根据其位置给出不同的值。在本实施例中，它们的值tad1，tad2遍及整个偏振分束器阵列320都相等。后面的注释假定此光学粘合剂层325的厚度tad1和tad2被设置在同一值tad。
如图10中底部表示的那样，第二透明构件322的厚度t322，是由第一透明构件321的厚度t321中减去二倍的光学粘合剂层325的厚度tad得出的。当测量是沿着该偏振分束器阵列320的出射表面326或者入射表面327作出时，对于厚度L321，L322和Lad也保持这种关系。例如，考虑到第一透明构件321的厚度t321为3.17mm的情况。在这种情况下，由于光学粘合剂层325的厚度tad通常在0.01至0.3mm的范围内，故第二透明构件322的厚度t322在3.15至2.57mm的范围内。如本例中那样，第二透明构件322的厚度t322，最好设置在约为第一透明构件321厚度t321的80％至90％的范围内。对于给定的具体实例来说，这些值可设置为t321＝3.17mm；tad＝0.06mm以及t322＝3.05mm。
通过按这种方式预先调整这两种类型的透明构件321和322的厚度，偏振分束膜331和反射膜332之间的间隔在粘合之后可以作到遍及整个偏振分束器阵列320基本上一致。
在实际实践中，加工误差可能在透明构件321，322的厚度t321，t322以及光学粘合剂层325的厚度tad中产生。
图11为表示按矩阵方式安置，提供在偏振分束器阵列320入射表面一侧的由许多聚光镜311构成的聚光镜阵列310的剖面图。偏振分束器阵列320的入射表面，被分成交错的有效入射区域EA和无效的入射区域UA，在有效入射区域EA处，光被偏振分束膜331接收并转换成有效偏振光(入射区域与偏振分束膜331对应)；而在无效入射区域UA处，光被反射膜332接收并转换成无效偏振光(入射区域与反射膜332对应)。有效入射区域EA和无效入射区域UA沿X方向的宽度Wp，等于聚光镜311沿X方向宽度WL的一半。聚光镜311的中心(光轴)311C，被配置在沿X方向与有效入射区EA的中心重合。有效入射区域EA，与偏振分束膜331投影到偏振分束器阵列320入射表面上的区域相对应。偏振分束膜331沿X方向的间距，因而被设置为与聚光镜311的中心311C沿X方向的间距相同。
处在图11中远在右侧的聚光镜311，并不与相关的偏振分束膜311或者反射膜332成形。这是由于缺少这些薄膜对于光的利用率只有一点影响，因为在此端部通过聚光镜311的光量比较少。
图12(a)至12(c)为一些解释性的图，表示偏振分束膜331的间距被放置在聚光镜311中心311c的间距为不同值，而且两块偏振光分束器320′对称性地配置在该系统的光轴L的相反两侧，以致于它们的偏振分束膜331和反射膜332彼此面对的情况。该系统光轴左方的部分，图中并未表示。
由聚光镜阵列310上的聚光镜La至Ld收集到并被偏振光分束器320′的入射表面接收的光的光量分布，被表示在图12中的中间一行。一般说来，由最靠近系统光轴(偏振光分束器320′的中心)的聚光镜La收集的光的强度是最佳的，随着聚光镜距系统光轴距离的增加，其它聚光镜所收集的光的强度则是比较弱的。在图12中，由第四块聚光镜Ld收集的光的强度Id是最弱的。特定聚光镜(图12中的第三块聚光镜Lc)的光量分布是相对该聚光镜中心对称的，而且其它聚光镜的光量分布是偏离其聚光镜中心朝向或者离开该系统光轴的，这取决于它们距该系统光轴的距离比此特定聚光镜更近或者更远。在图12中，聚光镜Lc的光量分布Pc基本上是相对其中心对称的，而聚光镜Lb和La的光量分布Pb和Pa，是随聚光镜贴近系统光轴程度的增大逐渐偏向该系统光轴的。聚光镜Ld的光量分布Pd是偏离系统光轴的。在这种情况下，假如偏振光分束器320′中有效入射区域EA的中心不加选择地与这些聚光镜的光轴(中心)对准，那么由于光量分布的偏离将发生光的损失。由聚光镜阵列射出的光的光量分布与有效入射区域EA之间的偏离，在靠近光源的光轴处将造成特别大的光损失。因此，偏振光分束器320′中有效入射区域EA的中心，最好根据由聚光镜阵列310中出射的光的分布来安排，即根据由其出射的光的光量分布峰值之间的间隔来安置。换而言之，透明构件321，322的厚度t321，t322以及光学粘合剂层325的厚度tad(图10)，最好调整到使偏振分束薄膜331的间隔与光量分布峰值的间隔对准。
为了有效地利用聚光镜阵列310收集的光，最好采用一种安排，其中对聚光镜收集光的利用随聚光镜靠紧该系统光轴而增加。具体说来，由于靠近光源光轴的光量大，而且由靠近光源光轴位置上的聚光镜射出的光的分布Pa是偏离该聚光镜中心(光轴)朝向光源光轴的，所以偏振分束器320′中最靠近光源光轴的有效入射区域EA1的中心，最好与光分布峰值Pa基本上对准。
在图12(a)至12(c)表示的配置中，有效入射区域EA1至EA4和无效入射区域UA1至UA4的宽度(即各偏振分束膜331之间的间隔)，是和由聚光镜阵列310中聚光镜311射出光的强度分布或者光量分布相匹配的。具体说来，偏振光分束器320′中有效入射区域EA(图12(c)中的EA1至EA4)以及无效入射区域UA(图12(c)中的UA1至UA4)沿X方向的宽度Wp′，大于聚光镜阵列310中聚光镜La至Ld沿X方向宽度WL的一半。
在图12(a)至12(c)的实例中，偏振光分束器320′被定位在让第三块聚光镜Lc的中心与相应的有效入射区域EA3的中心对准的地方。由于无效入射区域UA的宽度通常与有效入射区域EA的宽度Wp′相等，故在左侧的两个有效入射区域EA2和EA1，相对于聚光镜Lb和La的中心逐渐朝向系统的光轴偏离。最右侧的有效入射区域EA4的中心，是相对于聚光镜Ld的中心偏离该系统光轴的。因此，有效入射区域EA1至EA4，基本上能同聚光镜阵列310中射出的光的光量分布的峰值对准。与靠近系统光轴处光强特别高的预定个数(例如2或3块)聚光镜相关联的一些有效入射区域，最好与这些聚光镜收集的光的光量分布基本上对准。采用这种配置能够提高光的利用率。有效入射区域EA的宽度应当作到大于聚光镜宽度之半的程度，以及对于相关联的有效入射区域被用作配置参考的聚光镜的选择，很容易就能根据经验由聚光镜阵列中的聚光镜个数以及与单独这些聚光镜关联的光分布中确定。有效及无效入射区域的宽度并不局限在大于聚光镜宽度的一半。它可以根据偏振光分束器320′中入射表面接收光的实际光量分布用其它方法来决定。
尽管图11以及12(a)至12(c)的实例提出下述设想，即聚光镜阵列310中的小聚光镜全都具有相同的尺寸，然而它们也可替代以其尺寸随位置变化。图13(A)为表示带有不同尺寸的复合型小聚光镜的聚光镜阵列310′的平面视图，图13(B)为沿图13(A)中线B-B截取的剖面图。图13(A)中的虚线圆，表示来自光源的光强比较大的区域。
该聚光镜阵列310′带有按矩阵形式安置在该系统光轴L周围的较大尺寸的许多第一小聚光镜312，以及靠近聚光镜阵列310′的边缘按类似矩阵结构安置的许多具有较小尺寸的第二小聚光镜313。当类似图11中聚光镜阵列310的结构和效果使用这种聚光镜阵列310′来达到时，至少要对透明构件321，322的厚度t321，t322以及光学粘合剂层325(图10)的厚度tad中的某些厚度进行调整，以便让偏振分束器阵列中有效入射区域的中心(即偏振分束膜的间距)能与相关小聚光镜312，313的间距对准。换句话说，当类似图12(a)至12(c)中偏振光分束器320′的结构和效果达到时，至少要对透明构件321，322的厚度t321，t322以及光学粘合剂层325的厚度tad中的某些进行调整，以便让偏振分束器阵列中有效入射区域的中心(即偏振分束膜的间距)能同相关小聚光镜312，313中射出的光束的光量分布的间距对准。B.第二实施例：
图14至19为表示根据第二实施例制造偏振分束器阵列方法的解释图。如图14所示，第二实施例使用的是水平工作台402和立在其上的垂直壁404。
在第二实施例中，如第一实施例中那样，首先制备图2(A)中表示的第一透明构件321(带膜的玻璃板)和第二透明构件322(不带膜的玻璃板)。图14中的玻璃隔板324也要予先制备好。该玻璃隔板324为不带偏振分束膜或反射膜的平板玻璃。由此玻璃隔板324构成偏振分束器的一端。该玻璃隔板324的厚度可以设置在不同于第一和第二透明构件321和322的厚度。
图14中的状态的获得，是通过首先将玻璃隔板324放到水平工作台402上面并在其上表面涂以光致固化粘合剂，然后将第一透明构件321放到玻璃隔板324上。将两者之间使用粘合剂层叠置的玻璃隔板324和第一透明构件321一起研磨，以从粘合剂层中赶出空气泡及使该粘合剂层厚度均匀。在这种状态下，玻璃隔板324和第一透明构件321由于表面张力而相互粘接。如图14所示，玻璃隔板324和第一透明构件321紧靠在垂直壁404上面。与此同时，玻璃隔板324和第一透明构件321在与靠紧表面垂直的表面上偏离以预定的偏移距离AH。如图15所示，紫外线(图中的UV)从上方投射到第一透明构件321上，以使粘合剂固化。按照这种方式粘接一起的平板件，称之为“第一叠片”。紫外线最好由并不平行于第一透明构件321表面的方向投射。粘合剂可以受到按这种方式投射的紫外线有效地照射，从而可缩短粘合剂的固化时间和提高该光学元件的生产率。
第一叠片的上表面涂以粘合剂，并且将第二透明构件322放在其上(图16)。将其间使用粘合剂层叠置第一和第二透明构件321，322一起研磨，以赶出粘合剂层中的空气泡并使该粘合剂层厚度均匀。第一透明构件321和第二透明构件322偏离以预定的偏移距离AH。如图17所示，紫外线从上方投射到第二透明构件322上，以使粘合剂固化。因而获得第二叠片。
上述施加粘合剂层、叠加透明构件及其上投射紫外线以使粘合剂层固化的过程随后加以重复，以获得图18的叠片。然后如图19所示对此叠片切割。此切割以图18中表示的邻接垂直壁404的该叠片一侧面向下放置在切割工作台410上来进行。它是沿着相互平行的切割线328a和328b来切割的。类似于图4中表示第一实施例的偏振分束器阵列的元件，随后通过将切面抛光至平滑来得到。然而根据第二实施例的偏振分束器阵列，其差别在于它在一端带有玻璃隔板324。
在第二实施例中，由于粘合剂层是在加入新的粘合剂层之后叠加另一个透明构件时通过紫外线照射使其固化的，故其透明构件之间的位置关系可以高精度限定。此外，由于每次照射只要求固化单层粘合剂，故其固化可以高可靠性进行。第一实施例的偏振分束器阵列，也可通过第二实施例的组合方法来组装。
也有可能制备出一些单元叠片，每一单元叠片通过按第二实施例方式将单块第一透明构件321和单块第二透明构件322粘在一起来获得，然后依次将这些单元叠片层叠在一起。具体说来，一个单元叠片可被层叠而将粘合剂层夹在中间，空气泡被赶出粘合剂层，然后用紫外线照射使粘合剂层固化。这些步骤可以提供与上述基本上相同的效果。
在第一及第二任一实施例中，透明构件321和322厚度的精确性均可在其表面抛光时加以控制。通过将粘合剂遍及组件表面加成均匀涂层重量，并在赶出空气泡步骤中均衡施加压力，便可得到均匀厚度的粘合剂层。C.偏振光照明系统和图象显示系统：
图6为偏振光照明系统1主要部分的示意性平面结构图，它包括前面描述过的本发明实施例的偏振分束器阵列。此偏振光照明系统1配备有光源部件10和偏振光发生器20。光源部件10发出的光束具有随机偏振方向，而且包括S偏振光分量和P偏振光分量。此光源部件10发出的光束，由偏振光发生器20转换成通常沿一种偏振方向对准的单一类型的线偏振光。来自偏振光发生器20的线偏振光，将对照明区域90进行照明。
该光源部件10包括一光源灯101和抛物面反射镜102。由光源灯101发出的光，被抛物面反射镜102沿一个方向反射，并且通常作为平行光束通向偏振光发生器20。光源部件10的光轴R，沿X方向平行于系统光轴L位移一给定的距离D。该系统的光轴L就是偏振分束器阵列320的光轴。让光源的光轴R移位的理由随后将进行描述。
偏振光发生器20包括第一光学元件200和第二光学元件300。图7为第一光学元件200的透视图。如图7所示，第一光学元件200是由按方矩阵形式垂直及水平排列的许多矩形断面小分束透镜201构成的。第一光学元件200的配置，是使光源的光轴R(图6)与第一光学元件200的中心对准。如沿Z方向看到的那样，单块的分束透镜201的外形，被做成与照明区域90的外形类似。由于本实施例中假定照明区域90在X方向上长，所以分束透镜201具有的xy表面在横的X方向上也是长的。
图6中的第二光学元件300，包括有聚光镜阵列310、偏振分束器阵列320、相移选择片380和输出方的透镜390。相移选择片380是一个包括λ/2波长光学相移片381在内的片状零件，如参照图5解释的那样，它只在第二透明构件322的出射表面部分处形成，而且处在第一透明构件321出射表面部分的该相移选择片380的其余部分则是无色透明的。图6中表示的偏振分束器阵列所具有的接近矩形平行六面体形状，是通过在图4表示的结构的相反边缘切掉凸出的部分获得的。
聚光镜阵列310基本上具有如图7中表示的第一光学元件200同样的结构。具体说来，聚光镜阵列310是由数目与第一光学元件200中分束透镜201数目相等的聚光镜311的矩阵构成的。聚光镜阵列310的中心也与光源的光轴R对准。
光源部件10能够发出具有随机偏振方向的基本上为平行光束的白光。由此光源部件10发出并进入第一光学元件200的光束，被分束透镜201分成许多中间光束202。分束透镜201和聚光镜311的聚光作用，是将中间光束202会聚在垂直于系统光轴L的平面内(图6中的xy平面)。光源的象将按照数目等于分束透镜201数目的方式形成在中间光束202会聚的位置上。该光源的象将形成在偏振分束器阵列320中靠近偏振分束膜331的位置。
光源光轴R偏离系统光轴L，是用来让光源的象能形成在偏振分束膜331的位置上。偏移的距离D被设置为该偏振分束膜331沿X方向宽度Wp(图6)的一半。如已经提到的那样，光源部件10的中心、第一光学元件200以及聚光镜阵列310是在光源的光轴R上面对准的，且与系统的光轴L偏离D＝Wp/2。另一方面，如由图6中可以看到的那样，为对中间光束202分束，偏振分束膜331的中心也相对系统的光轴L偏离Wp/2。因此，光源的光轴R偏离系统的光轴L以Wp/2，能够使光源的象(光源灯101的象)基本上形成在偏振分束膜331的中心。
如已经讨论过的图5(A)中表示的那样，进入偏振分束器阵列320中的光束完全被转换成S偏振光。由偏振分束器阵列320射出的光束，将通过出射侧的透镜390并照明照明区域90。由于该照明区域是由分束透镜201产生的大量光束照明的，故其完全被均匀地照明。
当进入第一光学元件200的光束的平行性特别好时，聚光镜阵列310可以从第二光学元件300中省去。
如前面解释的那样，图6中表示的偏振光照明系统1，其作用是作为能够将具有随机偏振方向的白光束转换成具有特定偏振方向的光束(S偏振光或者P偏振光)的偏振光发生器，且其进一步的作用是作为能够以大量的偏振光束均匀照明照明区域90的照明装置。由于该偏振光照明系统1使用的是本发明实施例的偏振分束器阵列320，故能比现有技术提供更高的光利用率。
图8为表示投影显示系统800的示意性结构图，该系统配备了图6所示的偏振光照明系统1。该投影显示系统800包括的偏振光照明系统1；分色镜801及804；反射镜802，807和809；中继透镜806，808和810；三块液晶板(液晶光阀)803，805和811；十字形分色棱镜813以及投影透镜814。
分色镜801和804的作用，是作为将白光束分成兰、绿、红三色光束的彩色分束器。三块液晶板803，805和811的作用，是作为光调制器，用于根据所供给的图象信息(图象信号)通过对三色光中的每色光进行调制来形成图象。十字形分色棱镜813被用作彩色组合器，用于组合兰、绿、红光以形成彩色图象。投影透镜814用作投影光学系统，用于将代表被组合图象的光投影到屏815上。
反射兰、绿的分色镜801，能够透过偏振光照明系统1发出的白光束中的红光分量，并且反射其兰光和绿光分量。被透过的红光则被反射镜802反射并通到红色液晶板803。为第一分色镜801反射的绿光，则被反射绿的分色镜804反射并通到绿色液晶板805。为第一分色镜801反射的兰光将通过第二分色镜804。
在本实施例中，兰光的光路长度在三色光中为最长。兰光在通过分色镜804之后将进入一光导装置850，它包括入射透镜806、中断透镜808和出射透镜810。具体说来，透过分色镜804的兰光将通过入射透镜806而被反射镜807反射，并且通向中继透镜808。然后它被反射镜809反射而通过出射透镜810，并且通向兰色液晶板811。三块液晶板803，805和811则与图6中照明区域90相对应。
三种颜色的液晶板803，805和811将根据由外部控制电路(未表示)供给的图象信号(图象信息)对每种颜色的光进行调制，以产生出承载有关彩色分量的图象信息的色光。受到调制的兰、绿、红光将进入十字形分色棱镜813。该十字形分色棱镜813，是由按交叉形式安排的反红光的多层介质膜堆叠和反兰光的多层介质膜堆叠构成的。通过这些多层介质膜堆叠将三种颜色合并成光载的彩色图象。合并的光则被构成投影系统的投影透镜814投影到屏815上，以显示放大的图象。
在投影显示系统800中被用作调制器的液晶板803，805，811，是属于一种对特定偏振方向(S偏振光或者P偏振光)的光束调制类型的。这些液晶显示板通常带有固定在其入射和出射表面上的偏振板(未表示)。因此，当这种液晶显示板用具有随机偏振方向的光束进行照射时，大约一半的光束将被此偏振板吸收并变成热。因而光的利用率将会降低。此外，偏振板将产生还能造成问题的大量热。然而在图8表示的投影显示系统800中，偏振光照明系统1将产生特定偏振方向的光束以通过该液晶板803，805和811。因而在液晶显示板的偏振板中吸收光和产生热的问题可大大减轻。此外，由于投影显示系统800使用的是本发明实施例的偏振分束器阵列320，故其在总的光利用率方面也能享有相应的改进。
偏振分束器阵列320的反射膜332，最好加工成具有选择性地只反射被液晶板803，805，811调制的特定偏振光分量(例如S偏振光)的性能的多层介质膜堆叠。这样做是有利的，因为它能进一步减轻液晶板803，805和811中吸光和散热的问题。依次这又要提高投影显示系统800总的光利用率。
如上所述，通过使用本发明实施例的偏振分束器阵列，该投影显示系统能在光利用率方面超过现有技术获得改进。因而投影在屏815上的图象是更鲜明的。
本发明决不局限于这些实施例以及前面描述的实例的细节，然而各种变化和改进均可以做到而不离开其基本范围。例如下面列举的改进是可能的。
本发明的偏振分束器阵列，也可以应用在与图8所示投影显示系统不同的各种系统和装置中。例如，该偏振分束器阵列可被应用在对单色而不是彩色图象投影的投影显示系统中。在这种情况下，图8中的系统仅要求单块液晶显示板，而三色分离用的彩色分离器和三色光合成用的彩色合成器可以省去。
在图5表示的实施例中，光屏蔽装置可以提供以防止光从第二透明构件的入射表面进入。图9(A)为表示如何将光屏蔽板340提供在根据图 5(A)实施例光学元件前方的解释图。此光屏蔽板340交替地包括用于遮住光的光屏蔽部分341以及用于通过光的透明部分342。该光屏蔽板340的制做，例如可以通过在玻璃板或其它透明板件的表面上形成光吸收或光反射膜作为光屏蔽部分341来完成。光屏蔽部分341被提供来与第二透明构件322的入射表面327联合，以便屏蔽入射表面327。
图9(B)表示当光屏蔽板340不提供时，光从第二透明构件322入射表面327进入的光路。由入射表面327进入的光被反射膜332a反射，然后被其上方的偏振分束膜分成S偏振光和P偏振光。P偏振光则被λ/2波长光学相移片381转换成S偏振光。S偏振光则被偏振分束膜331上方的反射膜332b反射，并且通过出射表面326射出。如从图9(B)可以看到的那样，通过入射表面327进入的光的S偏振光分量，在到达上面的反射膜332b之前两次通过第一光学粘合剂层325a，然后一次通过光学粘合剂层325b。另一方面，P偏振光分量在到达λ/2波长光学相移片381之前，两次通过光学粘合剂层325a，而且两次通过光学粘合剂层325b。因此，不提供光屏蔽板340时，通过第二透明构件322的入射表面327进入的光，将反复通过光学粘合剂层325。通过提供图9(A)表示的光屏蔽板340，便可将此光遮住。
替代独立地提供偏振分束器阵列320的光屏蔽板340，有可能在第二透明构件322的入射表面327上提供作为铝反射膜之类形成的光屏蔽部分341。
尽管本发明已进行过详细描述及说明，然而非常清楚，上述情况只是作为说明和举例而不是当作限定，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书的条款来限定。

Claims (23)

1.一种光学元件，它包括：
许多第一透明构件，其中每一第一透明构件均有基本上相互平行的第一个入射表面和第一个出射表面，基本上相互平行并与上述第一入射表面和上述第一出射表面成一预定角度的第一和第二个薄膜形成表面，以及成形在上述第一薄膜形成表面上的偏振分束薄膜和成形在上述第二薄膜形成表面上的反射膜，和
许多第二透明构件，其中每一第二透明构件均有相互平行的第二个入射表面和第二个出射表面，上述许多第二透明构件与上述许多第一透明构件交替地安置，并且分别在跨越上述偏振分束薄膜和上述反射膜的第一和第二薄膜形成表面处与其固定，以使上述第二入射表面与上述第一入射表面对准而构成一入射平面，上述第二出射表面与上述第一出射表面对准而构成一出射平面。
2.根据权利要求1的光学元件，其中所述的反射膜为多层介质膜。
3.根据权利要求1的光学元件，进一步包括有与上述第一出射表面和上述第二出射表面中任何一个相关联的偏振方向转换器。
4.根据权利要求1的光学元件，进一步包括有与上述第二入射表面相关联的光屏蔽器。
5.根据权利要求1的光学元件，进一步包括有在上述第一和第二透明构件之间的粘合剂层，而且
其中至少此粘合剂层厚度以及上述第一及第二透明构件厚度之一被进行调整，以使上述偏振分束膜和上述反射膜之间的间隔遍及该光学元件基本上不变。
6.根据权利要求5的光学元件，其中所述第二透明构件的厚度被设置在小于上述第一透明构件的厚度。
7.根据权利要求6的光学元件，其中所述第二透明构件的厚度在上述第一透明构件厚度的80％至90％的范围内。
8.根据权利要求5的光学元件，其中所述第一透明构件的厚度，等于将二倍的上述粘合剂层厚度加到上述第二透明构件厚度上所得到的值。
9.根据权利要求1的光学元件，其中所述的光学元件与许多将被安置在上述入射平面上的小透镜一起使用，而且上述许多偏振分束薄膜之间的间隔，基本上与这许多小透镜的间距相对应。
10.根据权利要求9的光学元件，进一步包括处在上述第一和第二透明构件之间的粘合剂层，而且
其中至少该粘合剂层厚度以及上述第一和第二透明构件厚度之一被进行调整，以使上述许多偏振分束薄膜之间的间隔，基本上与这许多小透镜光轴的间距相对应。
11.根据权利要求10的光学元件，其中：
许多小透镜具有许多不同的光轴间距，而且
至少粘合剂层厚度以及上述第一和第二透明构件厚度之一被进行调整，以使上述许多偏振分束薄膜之间的间隔，基本上与这许多不同的光轴间距相对应。
12.根据权利要求1的光学元件，其中所述的光学元件与许多将被安置在上述入射平面上的小透镜一起使用，而且上述许多偏振分束薄膜之间的间隔，基本上与这许多小透镜中射出的许多光束的间距相对应。
13.根据权利要求12的光学元件，进一步包括处在上述第一和第二透明构件之间的粘合剂层，而且
至少该粘合剂层厚度以及上述第一和第二透明构件厚度之一被进行调整，以使上述许多偏振分束薄膜之间的间隔，基本上与这许多小透镜中射出的许多光束的间距相对应。
14.一种用于制造光学元件的方法，包括如下步骤：
(a)提供许多第一透明构件和许多第二透明构件，其中每一第一透明构件具有基本上平行的第一和第二表面，每一第二透明构件具有基本上平行的两个表面；
(b)在上述每一第一透明构件的上述第一表面上形成偏振分束薄膜；
(c)在上述每一第一透明构件的上述第二表面上形成反射膜；
(d)交替地安置每一块都带有上述偏振分束薄膜和反射膜的上述许多第一透明构件以及上述许多第二透明构件，并且将上述许多第一透明构件粘接在上述许多第二透明构件上，以及
(e)与上述第一及第二表面成预定角度对上述交替粘接在一起的透明构件进行切割，以产生具有基本上相互平行的入射平面和出射平面的光学元件块。
15.根据权利要求14的光学元件制造方法，进一步包括步骤
(f)将该光学元件块的上述入射平面和出射平面抛光。
16.根据权利要求14的光学元件制造方法，其中所述步骤(d)包括以下步骤：
在两者之间使用光致固化粘合剂层，交替地将上述许多第一透明构件与上述许多第二透明构件叠置在一起，以及
通过曝光将叠置的第一和第二透明构件粘合。
17.根据权利要求14的光学元件制造方法，其中所述步骤(d)包括以下步骤：
(1)在两者之间使用光致固化粘合剂层，通过将上述许多第一透明构件之一与许多上述第二透明构件之一叠置而构成叠片；
(2)通过用光照射该叠片而使上述光致固化粘合剂层固化，以及
(3)在两者之间分别使用光致固化粘合剂层，交替地将上述许多第一透明构件之一和上述许多第二透明构件之一叠加在上述叠片上，而在每次叠加一透明构件时，均通过用光照射该叠片而使各个光致固化粘合剂层固化。
18.根据权利要求14的光学元件制造方法，其中所述步骤(d)包括以下步骤：
(1)在两者之间使用光致固化粘合剂层，通过将上述许多第一透明构件之一和上述许多第二透明构件之一叠置而构成叠片；
(2)通过用光照射该叠片而使上述光致固化粘合剂层固化，以产生出单元叠片，以及
(3)在两者之间分别使用光致固化粘合剂层，将由上述步骤(1)及(2)得到的许多单元叠片叠置，而在每次叠加一单元叠片时，均通过用光照射上述这些单元叠片的叠片而使各光致固化粘合剂层固化。
19.根据权利要求16的光学元件制造方法，其中该照射是沿着与透明构件的表面并不平行的方向进行的。
20.一种投影显示装置，它包括：
一光学元件，该光学元件包括：
许多第一透明构件，其中每一第一透明构件均有基本上相互平行的第一个入射表面和第一个出射表面，基本上相互平行并与上述第一入射表面和上述第一出射表面成一预定角度的第一和第二个薄膜形成表面，以及成形在上述第一薄膜形成表面上的偏振分束薄膜和成形在上述第二薄膜形成表面上的反射膜，和
许多第二透明构件，其中每一第二透明构件均有相互平行的第二个入射表面和第二个出射表面，上述许多第二透明构件与上述许多第一透明构件交替地安置，并且分别在跨越上述偏振分束薄膜和上述反射薄膜的第一和第二薄膜形成表面处与其固定，以使上述第二入射表面与上述第一入射表面对准而构成一入射平面，上述第二出射表面与上述第一出射表面对准而构成一出射平面；
用于将上述光学元件出射的光转换成一种类型偏振光的偏振转换器；
用于对上述偏振转换器出射的光作为给定的图象信号的函数进行调制的调制器，以及
用来将被上述调制器调制的光投影到屏上的投影光学系统。
21.一种光学元件，它包括：
许多偏振分束构件，每一偏振分束构件又包括：
一光入射表面；
一与上述光入射表面基本上平行的光出射表面；
以与上述光入射表面和光出射表面成预定角度形成的偏振分束薄膜；以及
基本上平行于上述偏振分束薄膜的反射膜；
其中上述许多偏振分束构件按照矩阵形式排列在一起，而且
上述偏振分束薄膜和反射膜均为多层介质膜。
22.根据权利要求21的光学元件，其中
上述光出射表面包括第一部分出射表面和第二部分出射表面，所述第一部分出射表面对通过上述偏振分束薄膜的S偏振光和P偏振光选定其中之一发射，上述第二部分出射表面则对上述偏振分束薄膜和上述反射膜反射的S偏振光和P偏振光中的另一个发射，而且
上述光学元件进一步包括与被选定的上述第一和第二部分出射表面之一相关联的λ/2波长相移片。
23.一种投影显示装置，它包括：
用于产生出包括S偏振光和P偏振光的光能量的光源；
用于接收来自上述光源的光通量并且作为被选定的S偏振光和P偏振光之一发出光通量的光学元件；
用于对上述光学元件出射的光作为给定图象信号的函数进行调制的调制器，以及
用来将上述调制器调制的光投影到屏上的投影光学系统，
其中上述光学元件包括：
许多偏振分束构件，其中每一偏振分束构件又包括：
一光入射表面；
一与上述光入射表面基本上平行的光出射表面；
以与上述光入射表面和光出射表面成预定角度形成的偏振分束薄膜，以及
基本上平行于上述偏振分光薄膜的反射膜；
其中上述许多偏振分束构件按照矩阵形式排列在一起，而且
上述偏振分束薄膜和反射膜均为多层介质膜。
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