CN1182422C - 光反射型起偏镜及使用它的投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是，通过提高起偏镜的耐光性和耐热性，提供一种能稳定地显示对比度高并且明亮的图像的投影仪。该投影仪备有光源装置；调制来自光源装置的光的电光装置；分别配置在电光装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及投射来自电光装置的光的投影光学系统。两个起偏镜中的至少一个是结构双折射型偏振片。

Description

光反射型起偏镜及使用它的投影仪
技术领域
本发明涉及显示图像的投影仪，特别是涉及配置在液晶装置的光入射面一侧及/或光出射面一侧的起偏镜。
背景技术
在投影仪中使用包括液晶装置(液晶面板)的液晶光阀。通常，起偏镜配置在液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧。起偏镜具有使规定的偏振光透射、而将其他光除去的功能。
通常，使用光吸收型的偏振片作为投影仪的起偏镜。作为这样的偏振片，例如采用含有碘分子或染料分子的薄膜沿单轴向拉伸形成的偏振片。另外，光吸收型的偏振片具有这样的特征：消光比比较高，对入射角的依赖性比较小，但耐光性及耐热性不好。
可是，近年来要求提高投影仪的图像的亮度和小型化，故光源装置的大功率化、以及液晶装置的小型化等已有进展。因此，入射到偏振片上的光的光通量增大，光通量密度增大。换句话说，入射到偏振片上的每单位面积的光强度增大。
这样，如果入射到偏振片上的每单位面积的光强度增大，则加在偏振片上的热负载增大。这是因为光吸收型的偏振片通过吸收不需要的光而将其除去，而被吸收的光变换成热的缘故。因此，在使用光吸收型的偏振片的情况下，由于耐光性及耐热性低，所以存在难以长期维持偏振片特性的问题。因此，投影仪存在不能长期稳定地显示对比度高、明亮的图像的问题。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术中的上述课题而提出的，其目的在于通过提高起偏镜的耐光性和耐热性，提供一种能稳定地显示对比度高、明亮的图像的投影仪。
为了解决上述课题的至少一部分，本发明的第一种装置一种投影仪，其特征在于，备有：光源装置；调制来自上述光源装置的光的液晶装置；分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，上述两个起偏镜中的至少一个上有有沿规定方向排列的周期性的微细结构体的结构双折射型偏振片；和配置在上述结构双折射型偏振片的光出射面一侧的偏振片。
另外，结构双折射型偏振片有时也称为形状双折射型偏振片或形态双折射型偏振片等。
在该投影仪中使用结构双折射型偏振片。结构双折射型偏振片由于几乎不吸收光，所以耐光性及耐热性比较高。因此，通过增大光源装置的光输出功率、或者使液晶装置小型化，即使在入射到起偏镜上的每单位面积上的光强度增大的情况下，投影仪也能稳定地显示对比度高、明亮的图像。
另外，在非偏振光入射到设置在液晶装置的光入射面一侧的起偏镜上的情况下，加在光入射面一侧的起偏镜上的热负载比加在光出射面一侧的起偏镜上的热负载大。在这样的情况下，将结构双折射型偏振片设置在液晶装置的至少光入射面一侧即可。
另外，在规定的偏振江入射到设置在液晶装置的光入射面一侧的起偏镜上的情况下，加在光出射面一侧的起偏镜上的热负载比加在光入射面一侧的起偏镜上的热负载增大。在这样和情况下，将结构双折射型偏振片设置在液晶装置的至少光出射面一侧即可。
在上述的装置中，上述结构双折射型偏振片也可以是线状栅格型偏振片。
线状栅格型偏振片结构简单，所以容易制造结构双折射型偏振片。
另外，在上述的装置中，上述结构双折射型偏振片也可以备有透明晶体基板；以及沿规定的方向、周期性地在上述透明晶体基板上形成的微细结构体。
透明晶体基板由于导热系数较大，所以能迅速地释放出结构双折射型偏振片因吸收光而产生的热。另外，作为透明晶体基板能使用例如蓝宝石基板或石英基板。
在上述的装置中，上述结构双折射型偏振片也可以相对于照亮上述液晶装置的光的中心轴倾斜地配置。
这样，如果倾斜地配置结构双折射型偏振片，则由于能使与入射的光相对的微细结构体的间距实际上变小，所以能提高结构双折射型偏振片的光学特性。
在上述的装置中，上述结构双折射型偏振片也可以相对于上述中心轴倾斜约45度角配置。
如果这样处理，则在液晶装置中利用透过结构双折射型偏振片的光的情况下，由于被结构双折射型偏振片反射的不需要的光沿着对上述的中心轴约呈90度的方向射出，所以不需要的光不会对其他光学元件产生不良影响。另外，在液晶装置中还能利用被结构双折射型偏振片反射的光。
或者，在上述的装置中，上述结构双折射型偏振片也可以分割成多个区域，上述多个区域中的至少一部分对照亮上述液晶装置的光的中心轴倾斜地配置。
如果这样处理，则在倾斜配置结构双折射型偏振片的情况下，能使结构双折射型偏振片的厚度(即，沿着与液晶装置的光入射面垂直的方向的尺寸)比较薄。另外，多个区域的一部分也可以与照亮液晶装置的光的中心轴正交(即，与液晶装置的光入射面平行)。
在上述的装置中，上述结构双折射型偏振片的上述多个区域中的至少一部分也可以对上述中心轴倾斜约45度角配置。
如果这样处理，则在液晶装置中利用透过结构双折射型偏振片的光的情况下，由于被结构双折射型偏振片反射的光沿着对上述的中心轴约90度的方向射出，所以这样的光不会对其他光学元件产生不良影响。或者，如果考虑被结构双折射型偏振片反射的光的有效利用，可以使这样的光返回光源装置进行再利用。
另外，在上述的装置中，光吸收型偏振片最好配置在上述结构双折射型偏振片的光出射面一侧。
结构双折射型偏振片的光学特性对入射角的依赖性和对波长的依赖性比较大。另一方面，光吸收型偏振片的光学特性对入射角的依赖性和对波长的依赖性比较小。因此，如果一并使用光吸收型偏振片，则能补偿结构双折射型偏振片对入射角的依赖性和对波长的依赖性，所以能获得耐光性及耐热性好、而且光学特性好的起偏镜。另外，也可以使结构双折射型偏振片和光吸收型偏振片呈光学一体化。如果这样处理，则能减少在两者的界面上产生的光损失。作为光吸收型偏振片，例如能使用由含有碘或染料的材料构成的偏振片。
在上述的装置中，透明晶体基板配置在上述光吸收型偏振片的光出射面一侧，上述透明晶体基板最好与上述光吸收型偏振片紧密接触。
如果使光吸收型偏振片与具有较大的导热系数的透明晶体基板以紧密接触的状态配置，则能容易地释放出因光吸收型偏振片吸收光而产生的热，所以能降低光吸收型偏振片中产生的热引起的结构双折射型偏振片及光吸收型偏振片本身的光学特性的变坏。
或者，在上述的装置中，光反射型偏振片也可以配置在上述结构双折射型偏振片的光出射面一侧。
另外，光反射型偏振片也可以是将具有双折射性的薄膜和不具有双折射性的薄膜层叠多层的层状偏振片。
这样，由于一并使用光反射型偏振片，代替光吸收型偏振片，能补偿结构双折射型偏振片对入射角的依赖性和对波长的依赖性，所以能获得耐光性及耐热性好、而且光学特性好的起偏镜。
本发明的第二种装置是投影仪，其特征在于：备有光源装置；调制来自上述光源装置的光的液晶装置；分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，上述的两个起偏镜中的至少一个备有：有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一偏振光透射，同时使第二偏振光反射，设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回上述第一棱镜的上述第二偏振光在上述光入射面上发生全反射。
在该投影仪中，使用具有光反射型偏振片的光反射型起偏镜。该起偏镜由于几乎不吸收光，所以耐光性及耐热性比较高。因此，通过增大光源装置的光输出功率、或者使液晶装置小型化，即使在入射到起偏镜上的每单位面积上的光强度增大的情况下，投影仪也能稳定地显示对比度高、明亮的图像。
另外，如果采用该起偏镜，则被光反射型偏振片反射的第二偏振光不从棱镜的光入射面出射到外部。因此，在将该光反射型起偏镜配置在投影仪的液晶装置的光出射面一侧的情况下，光不会从光反射型起偏镜一侧入射到液晶装置的光出射面上，所以能防止液晶装置误工作。
另外，该起偏镜虽然备有棱镜，但由于能将棱镜的光入射面和光出射面的夹角设定得比较小，所以能使起偏镜小型化，同时能使投影仪小型化。
在上述的装置中，最好这样配置上述第一棱镜，以便由上述光入射面和上述光出射面形成的交线大致平行于上述液晶装置的矩形的显示区域的长边。
如果这样处理，则由于能使起偏镜更加小型化，所以能使投影仪更加小型化。
在上述的装置中，最好这样设定与由上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面形成的顶角相向的对置面，以便在上述光入射面上发生全反射的上述第二偏振光大致垂直地入射到上述对置面上。
如果这样处理，则由于能使入射到对置面上的光的大部分从对置面射出，所以能使在对置面上反射后再次入射到光反射型偏振片上的光减少很多。
在上述的装置中，上述第一棱镜最好用光弹性常数约为1nm/cm/105Pa以下的材料形成。
如果用光弹性常数比较小的材料形成棱镜，则光从棱镜中通过时偏振状态几乎不变，所以起偏镜能发挥优异的光学特性。
另外，在上述的装置中，最好备有配置在上述光反射型偏振片的光出射面一侧的、透过上述光反射型偏振片的上述第一偏振光入射的第二棱镜。
如果这样处理，则通过精心地设定第二棱镜的折射率、以及第二棱镜的光入射面和光出射面的夹角，能控制从起偏镜射出的光的传播方向。因此，能提高配置其他光学部件时的自由度。另外，如果将第二棱镜的形状及折射率设定得与第一棱镜的相同，则能获得透过光的传播方向几乎不变的起偏镜。
在上述的装置中，上述第一及第二棱镜中的至少一方最好用光弹性常数约为1nm/cm/105Pa以下的材料形成。
在上述的装置中，最好这样构成上述第二棱镜，以便经过上述第二棱镜射出的上述第一偏振光的传播方向与入射到上述第一棱镜上的光的传播方向大致一致。
如果这样处理，则由于能使入射到起偏镜上的光和从起偏镜射出的光的传播方向大致一致，所以能容易地构成使用其他光学部件的光学系统。另外，为了使传播方向一致，例如可以设定第二棱镜的折射率与第一棱镜的折射率大致相同，设定第二棱镜的光入射面和第一棱镜的光出射面大致平行，设定第二棱镜的光出射面和第一棱镜的光入射面大致平行。
在上述的装置中，光吸收型偏振片最好配置在上述光反射型偏振片的光出射面一侧。
如果这样处理，由于光吸收型偏振片能补偿光反射型偏振片对入射角的依赖性和对波长的依赖性，所以能获得耐光性及耐热性好、而且光学特性优越的起偏镜。另外，在起偏镜备有第二棱镜的情况下，光吸收型偏振片既可以配置在第二棱镜的光入射面一侧，也可以配置在光出射面一侧。
在上述的装置中，上述光反射型偏振片也可以是结构双折射型偏振片。
结构双折射型偏振片是几乎不产生光吸收的光反射型偏振片，耐光性及耐热性比较高。因此，即使在入射到起偏镜上的每单位面积上的光强增大的情况下，也能得到稳定地发挥高光学特性的光反射型起偏镜。另外，作为结构双折射型偏振片例如能采用线状栅格型偏振片。
在上述的装置中，上述结构双折射型偏振片备有沿规定的方向周期性形成的微细结构体，上述规定的方向最好是与由上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面形成的交线大致正交的方向。
如果这样处理，则由于结构双折射型偏振片相对于照亮液晶装置的光的中心轴倾斜地配置，所以能使与入射的光相对的微细结构体的间距实际上变小，其结果，能提高结构双折射型偏振片的光学特性。
在上述的装置中，上述光反射型偏振片也可以是将具有双折射性的薄膜和不具有双折射性的薄膜层叠多层的层状偏振片。
这样，如果使用层状偏振片作为光反射型偏振片，则能使对入射角的依赖性和对波长的依赖性比较小。
本发明的第三种装置是投影仪，其特征在于：备有光源装置；调制来自上述光源装置的光的液晶装置；分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，上述的两个起偏镜中的至少一个备有多个局部起偏镜，该多个局部起偏镜分别包括具有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，连接上述多个局部起偏镜，而使各自的上述第一棱镜的上述光入射面大致配置在同一平面内，并对称于入射到上述多个局部起偏镜的光的中心轴；在上述各局部起偏镜中，上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一偏振光透射，同时使第二偏振光反射，设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光在上述光入射面上发生全反射。
在该起偏镜中，由于使用上述第二种装置中的起偏镜作为局部起偏镜，所以具有与第二种装置相同的作用及效果。另外，与使用一个上述第二种装置中的起偏镜的情况相比，由于能使各局部起偏镜的厚度变小，所以能使起偏镜小型化。另外，通过将该起偏镜应用于投影仪中，与作为上述第二种装置的投影仪相比，具有能使投影仪小型化的优点。
本发明的第四种装置是一种起偏镜，其特征在于，备有：具有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一偏振光透射，同时使第二偏振光反射，设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光被上述光入射面全反射；透过上述光反射型偏振片的上述第一偏振光，在与入射到上述光反射型偏振片的光的方向不同的方向前进。
该起偏镜与第二种装置中使用的起偏镜相同，所以具有同样的作用及效果。
本发明的第五种装置是一种起偏镜，其特征在于：备有多个局部起偏镜，该多个局部起偏镜分别包括具有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，连接上述多个局部起偏镜，而使各自的上述第一棱镜的上述光入射面大致配置在同一平面内，并对称于入射到上述多个局部起偏镜的光的中心轴；在上述各局部起偏镜中，上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一种偏振光透射，同时使第二种偏振光反射，设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光被上述光入射面全反射。
该起偏镜与第三种装置中使用的起偏镜相同，所以具有同样的作用及效果。
附图说明
图1是作为第一实施例的投影仪PJ1的主要部分的简略结构平面视图。
图2是表示图1中的结构双折射型偏振片200的各种例子的说明图。
图3是与光吸收型偏振片呈一体化的结构双折射型偏振片200A的简略剖面图。
图4是与光吸收型偏振片呈一体化的结构双折射型偏振片200B的简略剖面图。
图5是与光反射型偏振片呈一体化的结构双折射型偏振片200E的简略剖面图。
图6是图5中的光反射型偏振片250的结构剖面图。
图7是作为第二实施例的投影仪PJ2的主要部分的简略结构平面视图。
图8是作为第三实施例的投影仪PJ3的主要部分的简略结构平面视图。
图9是表示图8中的结构双折射型偏振片的变例的说明图。
图10是作为第四实施例的投影仪PJ4的主要部分的简略结构平面视图。
图11是表示第五实施例的第一光反射型起偏镜1的简略结构剖面图。
图12是说明棱镜10的顶角α的设定值用的说明图。
图13是表示图11中的起偏镜1的变例的说明图。
图14是表示第五实施例的第二光反射型起偏镜2的简略结构剖面图。
图15是表示第五实施例的第三光反射型起偏镜3的简略结构剖面图。
图16是表示第五实施例的第四光反射型起偏镜4的简略结构剖面图。
图17是表示第五实施例的第五光反射型起偏镜5的简略结构剖面图。
图18是作为第五实施例的投影仪PJ5的主要部分的简略结构平面视图。
图19是表示配置在图18中的液晶装置300的光出射面一侧的光反射型起偏镜3′的配置方法的说明图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施形态。图中所示的X、Y、Z方向表示互相正交的三个方向。以下，将偏振方向为X方向的光称为X偏振光，将偏振方向为Y方向的光称为Y偏振光。
A.第一实施例：
图1是作为第一实施例的投影仪PJ1的主要部分的简略结构平面视图。投影仪PJ1备有光源装置110、积分仪光学系统120、平行化透镜190、液晶光阀LV、以及投影光学系统500。液晶光阀LV备有相当于本发明的液晶装置的液晶装置300、以及分别配置在其光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜200、400。另外，如后面所述，在本实施例中，作为光入射面一侧的起偏镜200，使用一个光反射型偏振片的结构双折射型偏振片200，作为光出射面一侧的起偏镜400，使用光吸收型偏振片400。
另外，所谓光反射型偏振片，意味着反射不使透射的种类的偏振光类型的偏振片，所谓光吸收型偏振片，意味着吸收不使透射的种类的偏振光类型的偏振片。
光源装置110备有光源灯111和反射镜112。从光源灯111呈放射状射出的非偏振的光被反射镜112反射，光源装置110沿照明光轴L射出大致平行的光。
积分仪光学系统120备有将小透镜131配置成矩阵状的两个透镜阵列130、140，上述小透镜131呈与液晶装置300的显示区域有大致相似关系的矩形形状。入射到第一透镜阵列130上的光束被各小透镜131分割成多条局部光束后，由第二透镜阵列140重叠到液晶装置300上。因此，积分仪光学系统120能使从光源装置110射出的光在平面内的强度分布均匀地照亮液晶装置300。从积分仪光学系统120射出的光经过平行化透镜190，入射到结构双折射型偏振片200上。
结构双折射型偏振片200将从积分仪光学系统120射出的非偏振光变成一种偏振光。可以认为非偏振光是偏振方向互相正交的两种线偏振光的合成光。结构双折射型偏振片200通过使一种线偏振光反射，使另一种线偏振光透射，从而将从光源装置110射出的非偏振的照明光大致变成一种线偏振光。另外，在本实施例中，结构双折射型偏振片200使偏振方向为X方向的X偏振光透射。
液晶装置300是透射型液晶面板，将入射的偏振光调制后射出。具体地说，根据图中未示出的来自外部的图像信息，对入射到液晶装置300上的X偏振光进行调制，被局部地变换成了Y偏振光的调制光从液晶装置300射出。
光吸收型偏振片400从液晶装置300射出的调制光中除去不需要的光后，形成表现图像的光。具体地说，光吸收型偏振片400被配置成使其透射轴与Y方向一致，吸收从液晶装置300射出的调制光中不需要的X偏振光分量，使Y偏振光分量透射，形成图像光。另外，作为光吸收型偏振片400，能使用具有高消光比的用碘或染料分子形成的单轴拉伸型偏振片。
投影光学系统500将由光吸收型偏振片400形成的图像光投射到投影面600上。因此，在投影面600上显示出图像。
图2是表示图1中的结构双折射型偏振片200的各种例子的说明图。结构双折射型偏振片200是备有沿规定的方向(图中的X方向)周期性形成的微细结构体的偏振片，微细结构体的周期设定得比入射光的波长小。另外，通过调整微细结构体的材质和周期等，能实现所希望的折射率分布和光学各向异性，其结果，能实现所希望的偏振特性。
图2(A)是表示线状栅格型的结构双折射型偏振片200的简略结构斜视图。线状栅格型偏振片200具有利用沿Y方向延伸的微细槽212周期性地分断在透明基板210上形成的金属薄膜211的结构。金属薄膜(微细结构体)211具有在应偏振的波长区反射光的性质，作为金属薄膜211，能使用铝或钨等。另外，能用蒸镀法或溅射法形成金属薄膜211。另外，通过将双光束曝光法、电子束绘图法、或X射线刻蚀法等与刻蚀组合起来，能形成微细槽212。线状栅格型的结构双折射型偏振片200由于结构简单，所以具有容易制造的优点。
图2(B)是表示结构双折射型偏振片200的另一例子的剖面图。该结构双折射型偏振片200具有利用沿Y方向延伸的微细槽212周期性地分断在透明基板210上形成的多层膜215的结构。多层膜(微细结构体)215是由折射率互不相同的具有各向同性的两种电介质薄膜213、214交替地层叠形成的。另外，多层膜215及槽212与图2(A)中的金属薄膜211及槽212同样地形成。
如果非偏振光入射到图2(A)、(B)所示的结构双折射型偏振片200上，便被分离成沿着微细槽212延伸的平行于Y方向的偏振分量即Y偏振光、以及与其垂直的偏振分量即X偏振光。X偏振光透过结构双折射型偏振片200，Y偏振光在结构双折射型偏振片200上反射。这样，结构双折射型偏振片200具有使不透射种类的偏振光反射的光反射型偏振片的功能，从原理上说，结构双折射型偏振片200的光吸收非常少。
另外，在使用结构双折射型偏振片200的情况下，实际上光稍微被微细结构体211吸收而发热。因此，为了减少结构双折射型偏振片200的温升，最好使用导热系数高的透明晶体基板作为透明基板210。如果这样做，则由于能迅速且均匀地分散微细结构体211的热，所以能获得热稳定的结构双折射型偏振片200。
另外，作为上述的透明晶体基板，最好使用导热系数和光透射率较高的材料，例如能使用以氧化铝为主成分的蓝宝石基板或石英基板。另外，蓝宝石基板所具有的导热系数是一般的玻璃基板的约50倍，是石英玻璃基板的约35倍。
另外，作为结构双折射型偏振片200能使用使具有形状各向异性的微粒或微晶等取向的偏振片、或采用阳极氧化法形成了具有微孔的薄膜(例如氧化铝)的偏振片。
可是，结构双折射型偏振片的偏振光分离特性在原理上具有对入射角的依赖性和对波长的依赖性。一般说来，通过使微细结构体的间距对于入射光的波长足够小，能降低这些依赖性。可是，由于在制作方法上结构的微细化有一定限度，所以特别是对于短波长波段的光来说，有时不能充分地缓和上述的依赖性。因此，如以下所述，最好通过一并采用其他偏振片，来补偿结构双折射型偏振片的偏振光分离特性。
图3是与光吸收型偏振片呈一体化的结构双折射型偏振片200A的简略剖面图。该结构双折射型偏振片200A备有图2(A)中的结构双折射型偏振片200、以及配置在其光出射面上的光吸收型偏振片220这样两个偏振片。光吸收型偏振片220将结构双折射型偏振片200的光出射面一侧的透明基板210作为支撑体，与透明基板210紧密接触配置。另外，光吸收型偏振片220配置成使其透射轴方向与结构双折射型偏振片200的透射轴方向(X方向)一致。另外，光吸收型偏振片220是用碘或染料分子形成的单轴拉伸型偏振片。这样的光吸收型偏振片由于能批量生产，所以容易廉价地使用。
在该结构双折射型偏振片200A中，结构双折射型偏振片200和光吸收型偏振片220两个偏振片在光学上呈一体化。而且，光吸收少、耐光性及耐热性好的结构双折射型偏振片200配置在光入射面一侧，偏振特性好、对入射角的依赖性和对波长的依赖性较小的光吸收型偏振片220配置在光出射面一侧。如果这样一并使用光吸收型偏振片，则能补偿在结构双折射型偏振片上产生的偏振光分离特性对入射角的依赖性和对波长的依赖性。
另外，通过按照上述的顺序配置两个偏振片，能使光吸收型偏振片220的发热较小，同时能提高结构双折射型偏振片200A的偏振特性。
图4也是与光吸收型偏振片一体化的结构双折射型偏振片200B的简略剖面图。在该结构双折射型偏振片200B中，透明晶体基板230设置在图3中的结构双折射型偏振片200A的光出射面上。
在使用图3中的结构双折射型偏振片200A的情况下，光吸收型偏振片220吸收少量的光。因此，在光吸收型偏振片220内部发生热变形，有时偏振特性发生局部变化。如图4所示，如果将导热性较高的透明晶体基板230紧密地配置在光吸收型偏振片220上，则能降低光吸收型偏振片220的温升，所以结构双折射型偏振片200B能实现优异的偏振特性。
另外，作为透明晶体基板230最好采用导热系数和光透射率较高的材料，例如，能使用以氧化铝为主成分的蓝宝石基板、或石英基板。另外，光吸收型偏振片220和透明晶体基板230也可以利用例如黏合剂等在紧密接触的状态下固定。
另外，在图4中，光吸收型偏振片220被透明基板210和透明晶体基板230夹在中间，所以能使在光吸收型偏振片220上产生的热均匀地发散，能降低由光吸收型偏振片220的发热引起的结构双折射型偏振片的温升。
如果采用图3、图4所示的结构双折射型偏振片200A、200B，则由于能缓和结构双折射型偏振片200对入射角的依赖性和对波长的依赖性，实现优异的偏振特性，所以对于照明光的扩展角大的照明装置和使用短波长波段的光的照明装置特别有用。
图5是光反射型偏振片呈一体化的结构双折射型偏振片200E的简略剖面图。结构双折射型偏振片200E虽然与图3中的结构双折射型偏振片200A大致相同，但备有光反射型偏振片250，代替光吸收型偏振片220。光反射型偏振片250紧密接触配置在支撑结构双折射型偏振片200E的透明基板210上，在光学上呈一体化。另外，光反射型偏振片250配置成使其透射轴方向与结构双折射型偏振片200的透射轴方向(X方向)一致。
图6是图5中的光反射型偏振片250的结构剖面图。该光反射型偏振片250是将具有双折射性的第一薄膜251和不具有双折射性的第二薄膜252交替地层叠多层形成的层状偏振片。第一及第二薄膜251、252的材料预先这样选定：设第一薄膜251沿X方向的折射率为n1X，沿Y方向的折射率为n1Y，各向同性的第二薄膜252的折射率为n2，则满足n1X≈n2，n1Y≠n2的关系。
由于第一薄膜251和第二薄膜252在界面上沿X方向的折射率大致相同，所以X方向的偏振光不发生相干反射而透射。另一方面，由于在界面上沿Y方向的折射率不同，所以Y方向的偏振光的一部分发生相干反射。另外，反射光的波长由两个薄膜251、252的折射率及厚度决定，反射率由层叠的层数和第一薄膜251的双折射性的大小决定。
因此，通过在规定的条件下设定薄膜251、252的厚度、折射率(材料)、以及层叠的层数等，能形成使入射的X偏振光几乎全部透射、而使Y偏振光几乎全部反射的光反射型偏振片250。另外，例如在特表平9-506985号公报中详细地说明了这样的光反射型起偏镜。
另外，作为光反射型偏振片250除了上述的层状偏振片以外，还能采用例如将胆甾醇液晶和λ/4延迟片组合起来的光学元件、利用布鲁斯特角分离成反射偏振光和透射偏振光的光学元件(例如，SID′92DIGEST P427)、利用全息图的全息光学元件等。
在结构双折射型偏振片200E(图5)中，由于光反射型偏振片250配置在结构双折射型偏振片200的光出射面一侧，所以能几乎没有因光吸收而引起的发热。这样，即使用光反射型偏振片250代替图3中的光吸收型偏振片220，也能补偿结构双折射型偏振片中产生的偏振光分离特性对入射角的依赖性和对波长的依赖性。
也可以将图3至图5所示的结构双折射型偏振片200A、200B、200E配置在液晶装置300的光入射面一侧，代替图1中的结构双折射型偏振片200。
另外，在结构双折射型偏振片200A、200B、200E中，虽然结构双折射型偏振片200和光吸收型偏振片220或光反射型偏振片250呈光学上的一体化，但两者也可以分离。但是，如果使两者一体化，则由于能减少在两者界面上产生的光损失，所以能提高光的利用效率。
如上所述，在投影仪PJ1中，在液晶装置300的光入射面一侧备有光吸收少的结构双折射型偏振片200(200A、200B、200E)。因此，即使通过使用光输出功率大的光源装置，或使用显示区域小的液晶装置，来增大入射到起偏镜上的每单位面积的光强的情况下，也能减少起偏镜的发热，能长期维持起偏镜的特性。其结果，能实现稳定地显示对比度高并且明亮的图像的投影仪。
另外，由于起偏镜的发热少，所以能使迄今使用的冷却装置小型化或将其省略，具有能实现投影仪的低噪声化和小型化的优点。
另外，在图1所示的投影仪PJ1中，结构双折射型偏振片200配置在液晶装置300的光入射面一侧。这是因为在投影仪PJ1中，将非偏振光作为照明光用，与配置在液晶装置300的光出射面一侧的起偏镜400相比，加到配置在光入射面一侧的起偏镜200上的热负载大。这样，在将非偏振光作为照明光用的投影仪中，将耐光性和耐热性高的结构双折射型偏振片配置在液晶装置的光入射面一侧效果好。另外，也可以将结构双折射型偏振片200配置在液晶装置300的光出射面一侧。
B.第二实施例：
图7是作为第二实施例的投影仪PJ2的主要部分的简略结构平面视图。图7(A)表示从Y方向看时的投影仪PJ2，图7(B)表示从X方向看时的投影仪PJ2。另外，与第一实施例的投影仪PJ1同样的结构要素标以相同的编号，其详细说明从略。
本实施例的投影仪PJ2的结构虽然与第一实施例的投影仪PJ1类似，但能用将非偏振光变换成大致一种偏振光射出的积分仪光学系统(以下，也称“偏振光变换光学系统”)150，代替图1中的射出非偏振光的积分仪光学系统120。另外，本实施例的积分仪光学系统150射出X偏振光。
另外，伴随积分仪光学系统的变更，液晶光阀LV的起偏镜的配置也要变更。具体地说，在本实施例的投影仪PJ2中，结构双折射型偏振片200配置在液晶装置300的光出射面一侧，光吸收型偏振片400配置在光入射面一侧。另外，伴随起偏镜的配置的变更，光吸收型偏振片400配置成使其透射轴与X方向一致，结构双折射型偏振片200这样配置：微细结构体周期性地沿Y方向变化。即，本实施例的光吸收型偏振片400使X偏振光透射，结构双折射型偏振片200使Y偏振光透射。
偏振光变换光学系统150备有：第一及第二透镜阵列130、140；偏振光束分离器阵列(以下称“PBS阵列”)160；选择延迟片170；以及重叠透镜180。另外，PBS阵列160备有其断面形状大致呈平行四边形的多个玻璃材料，在各玻璃材料的界面上交替地形成偏振光分离膜和反射膜。
入射到第一透镜阵列130上的光束被各小透镜131分割成多个局部光束，各局部光束被PBS阵列160分离成偏振方向正交的两种线偏振光。然后，由选择延迟片170使两种线偏振光中的一种线偏振光的偏振方向与另一种线偏振光的偏振方向一致。偏振方向被大致调制成一种的偏振光(X偏振光)经过重叠透镜180射出，与第一实施例相同，经过平行化透镜190而被重叠在液晶装置300上。
如果采用这样的偏振光变换光学系统150，则能使入射到液晶装置300上的照明光在平面内强度分布均匀，同时几乎不伴之以光损失，能射出偏振方向被大致调制成一种的照明光。另外，关于这样的偏振光变换光学系统150，例如在特开平8-304739号公报中进行了详细说明。
在本实施例的投影仪PJ2中，由于备有偏振光变换光学系统150，所以配置在液晶装置300的光入射面一侧的起偏镜400被用来提高入射光的偏振率。而且，由于利用偏振光变换光学系统150提高光的利用效率，所以入射到配置在液晶装置300的光出射面一侧的起偏镜200上的光强增大。即，加到配置在液晶装置300的光入射面一侧的起偏镜400上的热负载比第一实施例的小，加到配置在光出射面一侧的起偏镜200上的热负载比第一实施例的大。因此，在本实施例的投影仪PJ2中，将光吸收型偏振片400配置在液晶装置300的光入射面一侧，将结构双折射型偏振片200配置在光出射面一侧。
如上所述，在投影仪PJ2中，在液晶装置300的光出射面一侧备有光吸收少、耐光性及耐热性好的结构双折射型偏振片200。因此，即使在由于使用偏振光变换光学系统150而入射到起偏镜上的每单位面积的光强增大的情况下，也能使起偏镜的发热减少，能长期维持起偏镜的特性。其结果，能实现稳定地显示对比度高并且明亮的图像的投影仪。
另外，也可以使用图3至图5所示的结构双折射型偏振片200A、200B、200E，代替结构双折射型偏振片200。在此情况下，更能显示对比度高的图像。另外，作为液晶装置300的光入射面一侧的起偏镜400，也可以使用结构双折射型偏振片200、200A、200B、200E。
C.第三实施例：
如上所述，在使用结构双折射型偏振片200的情况下，为了提高偏振光分离特性(即，降低对入射角的依赖性和对波长的依赖性)，最好使周期性的微细结构体的形成间距尽可能地比光的波长小。可是，在制作方法上结构的微细化是有限度的。因此，在本实施例中，通过在结构双折射型偏振片200的配置上想办法，来补偿结构双折射型偏振片的偏振光分离特性。
图8是作为第三实施例的投影仪PJ3的主要部分的简略结构平面视图。该投影仪PJ3虽然与第一实施例的投影仪PJ1大致相同，但在本实施例中，结构双折射型偏振片200相对于照明光轴L(即，照亮液晶装置的光的中心轴)倾斜配置。
如果将结构双折射型偏振片200对照明光轴L倾斜配置，则对于沿照明光轴L入射的光的微细结构体的间距实际上变小。如果这样配置偏振片200，则能提高偏振片200的偏振光分离特性，其结果，能实现稳定地显示对比度更高并且明亮的图像的投影仪。
另外，虽然使对结构双折射型偏振片200的照明光轴L的倾角大一些为好，但如果考虑偏振片200中的光的损失、以及来自偏振片200的反射光的处理，最好设定倾角约为45度。即，如果设定这样的倾角，则在结构双折射型偏振片200上反射的光沿着对照明光轴L约90度的方向射出，所以反射光不会对其他光学元件产生不良影响。
可是，将对结构双折射型偏振片200的照明光轴L的倾角设定为约45度，这与偏振片200沿图中Z方向的尺寸增大是等效的。因此，为了将结构双折射型偏振片200配置在液晶装置300的光入射面一侧，需要更大的空间。
图9是表示图8中的结构双折射型偏振片的变例的说明图。图9(A)表示沿Y轴将结构双折射型偏振片200折成两折而呈V形配置的结构双折射型偏振片200C，图9(B)表示折成四折而呈W形配置的结构双折射型偏振片200D。这样，将结构双折射型偏振片200分割成多个区域，如果使各区域对照明光轴L倾斜配置，则能缩小结构双折射型偏振片沿Z方向的尺寸，能使配置结构双折射型偏振片用的空间比较小。
在使用图9(A)中的结构双折射型偏振片200C的情况下，由于反射光沿着与照明光轴L大致正交的方向射出，所以反射光不会对其他光学元件产生不良影响，具有反射光的处理容易的优点。在大部分液晶装置中，如果光从光出射面一侧入射，则多半会造成误工作，可是如果着眼于上述的情况，则能将结构双折射型偏振片200C作为配置在液晶装置的光出射面一侧的起偏镜使用。另一方面，在使用图9(B)中的结构双折射型偏振片200D的情况下，具有能使反射光的一部分返回到光源装置110(图8)一侧进行再利用的优点。
另外，结构双折射型偏振片200C、200D也可以使其方向反转配置。例如，也可以使由偏振片200C的两个区域形成的一条棱线朝向液晶装置300一侧配置，使得图9(A)的结构双折射型偏振片200C的光入射面成为光出射面。
在图9(A)、(B)中，虽然结构双折射型偏振片的多个区域对照明光轴L倾斜配置，但也可以使一部分区域与照明光轴L正交配置。一般说来，多个区域中的至少一部分对照明光轴L倾斜配置即可。
另外，图9(A)、(B)所示的液晶装置的显示区域呈长方形，其长边沿X方向，短边沿Y方向。如上所述，在图9(A)、(B)中，采用沿Y轴被分割成多个区域的结构双折射型偏振片200C、200D。可是，对于具有上述这样的长方形显示区域的液晶装置来说，最好使用沿X轴被分割成多个区域的结构双折射型偏振片。换句话说，结构双折射型偏振片最好沿长边方向分割。这时，沿显示区域的短边方向排列配置多个区域。如果这样做，则与使用图9(A)、(B)中的结构双折射型偏振片200C、200D的情况相比，能使结构双折射型偏振片沿Z方向的厚度比较小。
D.第四实施例：
图10是作为第四实施例的投影仪PJ4的主要部分的简略结构平面视图。该投影仪PJ4与第三实施例的投影仪PJ3相同，结构双折射型偏振片200对照明光轴L倾斜配置。具体地说，结构双折射型偏振片200对照明光轴L倾斜45度配置。
如果这样配置结构双折射型偏振片200，则投影仪PJ4能将被结构双折射型偏振片200反射的Y偏振光作为照明光使用。
另外，如果如图10所示配置结构双折射型偏振片200，则能将投影仪PJ4构成L形，所以能使覆盖整个投影仪的框体沿图中X方向的尺寸或沿Z方向的尺寸比较短，其结果，能使投影仪小型化。另外，如果使图中Z方向的尺寸小，则适合于背面投影，如果使图中X方向的尺寸小，则适合于将光源装置110配置在底部的立式投影仪。
E.第五实施例：
可是，在将具有光反射型偏振片的起偏镜配置在液晶装置的光出射面一侧的情况下，必须注意被光反射型偏振片反射的不需要的偏振光不得入射到液晶装置的光出射面上。这是因为如果光从液晶装置的光出射面一侧入射，则液晶装置中广泛使用的作为有源开关元件的薄膜晶体管(TFT)等往往会发生误动作。
作为具有光反射型偏振片的起偏镜，近年来尝试使用具有偏振光分离膜的偏振光束分离器(例如，特开平7-306405号公报)。该偏振光束分离器备有两个直角棱镜、以及在其界面上形成的偏振光分离膜。而且，偏振光束分离器配置成使偏振光分离膜对照明光轴呈45度的倾斜状态。在将这样的偏振光束分离器配置在液晶装置的光出射面一侧的情况下，在偏振光分离膜上反射的光沿着与照明光轴大致正交的方向射出，所以能防止液晶装置误工作。
可是，由于偏振光束分离器沿照明光轴的尺寸设定得与液晶装置的长方形的显示区域的长边的尺寸大致相等，所以致使起偏镜大型化。其结果，为了将起偏镜配置在液晶装置的光出射面一侧而需要较大的空间，存在投影仪大型化的问题。另外，由于液晶装置和投影光学系统的距离变长，所以需要大口径的投影透镜，还存在投影光学系统的制造成本增大的问题。
因此，在本实施例中，想办法将具有光反射型偏振片的起偏镜配置在液晶装置的光出射面一侧，提高起偏镜的耐光性及耐热性，同时在起偏镜备有光反射型偏振片和棱镜的情况下，也能使起偏镜小型化。
图11是表示第五实施例的第一光反射型起偏镜1的简略结构剖面图。该光反射型起偏镜1备有棱镜10、光反射型偏振片20以及光吸收型偏振片30。
棱镜10是有非平行的光入射面S1i和光出射面S1o的透明体。具体地说，棱镜10是一种断面形状大致呈三角形的柱状的玻璃体，其相向的光入射面S1i和光出射面S1o的夹角(顶角)α被设定为特定的值。另外，后面将说明顶角α。
光反射型偏振片20几乎不伴随光吸收，是一种将非偏振光分离成偏振方向不同的两种偏振光的光学元件。本实施例的光反射型偏振片20例如用以下的光学元件构成。
(a)由电介质多层膜形成的偏振光分离元件；
(b)形成了周期性的微细结构体的结构双折射型偏振片；
(c)将具有液晶材料等的折射率各向异性(双折射性)的有机材料层叠成层状的高分子系列的层状偏振片(例如，3M公司制造的DBEF)；
(d)将非偏振光分离成右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的圆偏振光反射片(例如，胆甾醇液晶)和λ/4延迟片组合而成的光学元件；
(e)利用布鲁斯特角分离成反射偏振光和透射偏振光的光学元件(例如，SID′92 DIGEST P427)；
(f)利用全息图的全息光学元件。
光吸收型偏振片30是一种将偏振方向互相正交的两种线偏振光中的一种线偏振光吸收，而使另一种线偏振光透射的光学元件。另外，光吸收型偏振片30能使浸渍了碘或染料的薄膜沿单轴向拉伸而形成。
另外，之所以使用光吸收型偏振片30，是因为光反射型偏振片20的偏振光分离特性多半伴有对入射角的依赖性。在发散光或会聚光入射的情况下，透过光反射型偏振片20的光的偏振率随入射角而变化。因此，通过将光吸收型偏振片30配置在光反射型偏振片20的光出射面一侧，来提高透射光的偏振率。另外，光吸收型偏振片30配置成使其透射轴方向与透射光的偏振方向大体上一致。这样一来，光反射型起偏镜1能射出几乎具有一种偏振状态的偏振率高的偏振光。
从棱镜10的光入射面S1i沿照明光轴L入射的非偏振光利用在光出射面S1o上形成的光反射型偏振片20，而被分离成偏振方向正交的两种线偏振光。一种线偏振光透过光反射型偏振片20。透射光再透过光吸收型偏振片30而射出。另一线偏振光(X偏振光)被光反射型偏振片20反射，再入射到棱镜10上。另外，在本实施例中，将透过了光反射型偏振片20的偏振光称为透射光，将被光反射型偏振片20反射的偏振光称为反射光。
再入射到棱镜10上的反射光(返回光)在光入射面S1i上被全反射，从与顶角相向的面Sα射出。因此，光几乎不从光入射面S1i射出到棱镜10的外部。
图12是说明棱镜10的顶角α的设定值用的说明图。以入射角θ1入射到光入射面S1i上的光被光反射型偏振片20反射后，以入射角θ入射到光入射面S1i上。这时，如果入射角θ满足下式(1)的关系，则反射光(返回光)在光入射面S1i上全反射。另外，入射角θ由入射角θ1、棱镜的顶角α以及棱镜的折射率n决定，顶角α满足下式(2)的关系时，返回光在光入射面S1i上全反射。如果这样设定顶角α的值，则返回光不会从光入射面S1i射出到棱镜10的外部。
θ≤sin-1(1/n)    ...(1)
α≥(sin-1(1/n·sinθ1)+sin-1(1/n))/2    ...(2)
例如，假设入射到棱镜10上的光的最大入射角θ1为±11.3度(相当于投影仪的积分仪光学系统的F数约为2.5的情况)、棱镜的折射率n为1.52的情况下，如果设定棱镜的顶角α约24.3度以上，则返回光被整个光入射面S1i全反射。
这时，与顶角α相向的面Sα沿照明光轴L的方向的尺寸BC能设定为光入射面S1i沿Y方向的尺寸AB的约0.45倍。这样，由于能使棱镜10的尺寸BC比尺寸AB短，所以能使光反射型起偏镜1小型化。
可是，在棱镜10内部，最好不怎么发生影响光的偏振状态的相位变化。在棱镜10的顶点附近容易发生由其形状引起的来自内部或外部的应力，容易发生相位变化。因此，为了维持通过的光的偏振状态，本实施例的棱镜10利用光弹性常数较小的玻璃材料形成。如果考虑到人眼的视觉灵敏度，则玻璃材料的光弹性常数最好在约1nm/cm/105Pa以下。如果用这样的玻璃材料形成棱镜，则能使所发生的相位变化的量减小，能使偏振率在平面内的分布大致均匀。另外，如果用光弹性常数较小的材料，也可以用塑料材料代替玻璃材料。
这样，图11中的光反射型起偏镜1由于使用不伴随光吸收的光反射型偏振片20，所以能提高起偏镜的耐光性及耐热性，在入射到起偏镜上的光强增大的情况下，也能发挥稳定的偏振光分离特性。另外，使用其光入射面S1i和光出射面S1o的夹角(顶角)已被设定的棱镜10，以便来自光反射型偏振片20的反射光(返回光)被棱镜10的光入射面S1i全反射。因此，不需要的偏振光(反射光)不会从光入射面S1i射出到外部。在将这样的光反射型起偏镜配置在投影仪的液晶装置的光出射面一侧的情况下，光不会入射到液晶装置的光出射面上，所以能防止液晶装置误工作。
另外，在本实施例中，棱镜10、光反射型偏振片20的基体材料、以及光吸收型偏振片30的基体材料的折射率基本上一致。如果这样做，则在使棱镜10、光反射型偏振片20和光吸收型偏振片30光学上一体化的情况下，能减少各界面上的光损失，同时光反射型起偏镜1的操作也变得容易。另外，能提高起偏镜1中的光的利用效率，同时还能减少进入棱镜10内部的返回光。另外，在从光反射型偏振片20射出的偏振光(透射光)的偏振率大的情况下，能省略光吸收型偏振片30。
另外，在使用图11中的起偏镜1的情况下，在棱镜10的光入射面S1i及面Sα上形成防反射膜。因此，来自外部的光的大部分能从棱镜1的光入射面S1i入射，同时能使被光入射面S1i全反射的光的大部分从棱镜1的面Sα射出。但是，对应于光的入射角，能在光入射面S1i及面Sα上形成结构不同的防反射膜。
可是，实际上入射到棱镜10的面Sα上的光往往被面Sα反射，再次入射到光反射型偏振片20上。图13是表示图11中的起偏镜1的变例的说明图。图13所示的起偏镜1′虽然与图11中的起偏镜1大致相同，但棱镜10′的形状变更了。具体地说，与由棱镜10′的光入射面S1i和光出射面S1o形成的顶角α相向的面(相向面)Sα′变更了。即，面Sα′设定得使在棱镜10′的光入射面S1i上全反射的线偏振光(X偏振光)大致垂直地入射到面Sα′上。另外，这时光入射面S1i和面Sα′的夹角β设定成与在光反射型偏振片20上反射的光被光入射面S1i全反射时的入射角θ大致相等。
如果采用这样的起偏镜1′，则能使入射到面Sα′上的光的大部分从面Sα′射出，所以能使再次入射到光反射型偏振片20上的光减少很多。另外，在使用这样的起偏镜1′的情况下，由于入射到光入射面S1i及面Sα′上的光的入射角(约为0度)相等，所以能使在两个面S1i、Sα′上应形成的防反射膜的结构相同。
图14是表示第五实施例的第二光反射型起偏镜2的简略结构的剖面图。该光反射型起偏镜2虽然与图11中的光反射型起偏镜1大致相同，但第二棱镜40配置在光吸收型偏振片30的光出射面一侧。
在使用图14中的光反射型起偏镜2的情况下，也能获得与使用图11中的光反射型起偏镜1时同样的效果，另外还具有以下效果。
在图14中，使用相同的棱镜作为两个棱镜10、40，两个棱镜10、40方向相反地沿Y方向配置。这时，两个棱镜10、40的折射率相等。另外，第一棱镜10的光出射面S1o和第二棱镜的光入射面S2i大致平行，第一棱镜10的光入射面S1i和第二棱镜的光出射面S2o大致平行。因此，光通过光反射型起偏镜2时，其传播方向几乎不变更。换句话说，入射到光反射型起偏镜2上的光和从光反射型起偏镜2射出的光的传播方向大致一致。如果这样做，在将光反射型起偏镜2与其他光学部件组合使用的情况下，具有能容易地构成光学系统的优点。
或者，形成两个棱镜10、40的材料也可以不同。例如，也可以根据光反射型起偏镜2的用途，采用具有最佳物性值(例如，折射率和光弹性常数)的材料，形成各棱镜10、40。在两个棱镜10、40的折射率不同的情况下，如果调整第二棱镜的顶角，也能使入射到光反射型起偏镜上的光和从光反射型起偏镜射出的光的传播方向大体上一致。
另外，折射率高的材料或光弹性常数小的材料价格贵。因此，在将光反射型起偏镜2配置在投影仪的液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的情况下，也可以将折射率高、光弹性常数小的高价材料(例如，光弹性常数约1nm/cm/105Pa以下的材料)用于靠近液晶装置的棱镜，将除此以外的廉价材料用于远处的棱镜。如果这样做，则不怎么会降低光反射型起偏镜2的光学特性，而能谋求降低成本。
另外，在第二棱镜40中不需要引起全反射。因此，通过将第二棱镜40的折射率和顶角设定为适当的值，能控制从光反射型起偏镜2射出的光的传播方向。因此，能提高其他光学部件的配置自由度，例如，能容易地构成侧投影光学系统。
另外在本实施例中，第一棱镜10、光反射型偏振片20的基体材料、光吸收型偏振片30的基体材料、以及第二棱镜40的折射率基本上一致。如果这样做，则在使第一棱镜10、光反射型偏振片20、光吸收型偏振片30和第二棱镜40光学上一体化的情况下，能减少各界面上的光损失，同时光反射型起偏镜2的操作也容易。另外，能提高起偏镜2中的光的利用效率，同时还能减少进入棱镜10内部的返回光。另外，与光反射型起偏镜1的情况一样，能省略光吸收型偏振片30。
图15是表示第五实施例的第三光反射型起偏镜3的简略结构的剖面图。在图14所示的光反射型起偏镜2中，光吸收型偏振片30被配置在第二棱镜40的光入射面S2i上，但在该光反射型起偏镜3中，光吸收型偏振片30被配置在第二棱镜40的光出射面S2o上。在使用这样的光反射型起偏镜3的情况下，也具有与使用图14中的光反射型起偏镜2时同样的效果，另外还具有以下效果。
光吸收型偏振片30由于吸收光而发热。因此，在使用图14中的光反射型起偏镜2的情况下，光吸收型偏振片30的热会影响第二棱镜40和光吸收型偏振片30本身，使之发生相位变化，或使得偏振特性恶化。另一方面，在使用图15所示的光反射型起偏镜3的情况下，由于能迅速地将光吸收型偏振片30的热释放到外部空间，所以能降低光吸收型偏振片30的热对第二棱镜40等周边的光学元件的影响。
另外，如果将光吸收型偏振片30配置在第二棱镜40的光出射面S2o上，则由于能将入射到光吸收型偏振片30上的透射光的入射角设定得较小，所以具有能提高光吸收型偏振片30的偏振特性的优点。
图16是表示第五实施例的第四光反射型起偏镜4的简略结构的剖面图。该光反射型起偏镜4虽然与图15中的光反射型起偏镜3大致相同，但作为光反射型偏振片20采用了结构双折射型偏振片21。另外，作为结构双折射型偏振片21能使用例如用图2(A)、(B)说明过的结构双折射型偏振片，在图16中，使用图2(A)所示的结构双折射型偏振片。
结构双折射型偏振片21配置成使其透明基板210与第二棱镜40的光入射面呈紧密接触状态，周期性的微细结构体(金属薄膜)211和第一棱镜10配置成相隔微小空间的状态。另外，光从微细结构体211一侧，经过该微小空间，入射到透明基板210上。另外，通过这样设定空间，能提高结构双折射型偏振片21的偏振光分离特性。
而且，微细结构体211与第一棱镜10的光入射面S1i和光出射面S1o的交线方向(X方向)正交，沿着与光出射面S1o平行的方向周期性地排列，槽212沿X方向延伸。如果这样做，则由于结构双折射型偏振片21对照明光轴L倾斜配置，所以实际上能缩小微细结构体对照明光的间距，其结果，能提高结构双折射型偏振片的光学特性。
这样，在将结构双折射型偏振片21对照明光轴L倾斜配置的情况下，最好使微细结构体211的周期性的排列方向对照明光轴L倾斜配置。假如将结构双折射型偏振片配置成使微细结构体的周期性的排列方向对照明光轴L正交，则由于不能使微细结构体对照明光的间距实际上缩小，所以难以提高光学特性。
另外，在图16中，由于透明基板210的折射率设定得与第二棱镜40的折射率大致相等，所以能降低在结构双折射型偏振片21和第二棱镜40的界面上产生的光损失。
在使用图16中的光反射型起偏镜4的情况下，也能获得与使用图15中的光反射型起偏镜3时相同的效果。另外，在图16中，由于将偏振光分离特性对入射角的依赖性较小的结构双折射型偏振片21作为光反射型偏振片用，所以在光强大的光、或入射角大的光入射到光反射型起偏镜4上的情况下，也能发挥优异的偏振光分离特性。
作为图15中的光反射型偏振片20，能使用具有折射率各向异性的薄膜构成的层状偏振片，代替结构双折射型偏振片21。用图6说明过，层状偏振片是一种有双折射性的第一薄膜和没有双折射性的第二薄膜交替地层叠多层的偏振片。
在使用层状偏振片作为光反射型偏振片20的情况下，具有与使用图15中的光反射型起偏镜3时同样的效果。另外，由于层状偏振片的偏振光分离特性对波长的依赖性较小，所以在可见光这样的波段广的光入射的情况下，也能发挥优异的偏振光分离特性。
另外，也可以使用图13所示的棱镜10′代替图14、图15、图16中的起偏镜2、3、4的第一棱镜10。
图17是表示第五实施例的第五光反射型起偏镜5的简略结构的剖面图。该光反射型起偏镜5是由在图13中的起偏镜1′的光出射面一侧设置了第二棱镜40的两个局部起偏镜5a、5b构成的。两个局部起偏镜5a、5b连接成使各自的第一棱镜10′的光入射面S1i大致配置在同一平面内。另外，两个局部起偏镜5a、5b对照明光轴L对称地连接，这时，各局部起偏镜5a、5b的光反射型偏振片20配置成V形。
如果采用这样的起偏镜5，与图9(A)相同，能缩小光反射型起偏镜5沿Z方向的尺寸。因此，能使光反射型起偏镜小型化，同时具有能使配置光反射型起偏镜5用的空间较小的优点。另外，如果将该光反射型起偏镜5应用于投影仪中，则能使投影仪小型化。
另外，在图17中，两个局部起偏镜5a、5b的光出射面一侧的第二棱镜40虽然由另外的棱镜构成，但也可以用一个棱镜构成。
另外，在图17所示的光反射型起偏镜5中，虽然利用图13中的起偏镜1′作为局部起偏镜，但也可以利用另外的起偏镜1～4。另外，在图17所示的光反射型起偏镜5中，虽然局部起偏镜1′是两个组合，但也可以将4个另外的局部起偏镜1～4组合起来，如图9(B)所示，将各起偏镜的光反射型偏振片20配置成W形即可。如果这样做，则能获得更加小型化的光反射型起偏镜，如果将它用于投影仪，则具有能使投影仪进一步小型化的优点。一般说来，多个局部起偏镜连接成使各自的第一棱镜的光入射面大致配置在同一平面内即可。
图18是第五实施例的投影仪PJ5的主要部分的简略结构平面视图。另外，图18表示从X方向看时的平面图。
该投影仪PJ5虽然与第二实施例的投影仪PJ2(图7(B))大致相同，但配置在液晶装置300的光出射面一侧的起偏镜有所变更。具体地说，在投影仪PJ5中，使用将图15所示的光反射型起偏镜3的第一棱镜10变更为图13所示的第一棱镜10′的光反射型起偏镜3′。另外，在投影仪PJ5中，偏振光变换光学系统150′的重叠透镜180′配置成使凸面成为光入射面。
图19是表示在图18中的液晶装置300的光出射面一侧配置的光反射型起偏镜3′的配置方法的说明图。一般说来，液晶装置300的显示区域多半为长方形。光反射型起偏镜3′配置成使其光入射面S1i和光出射面S1o形成的交线11的方向变得大致平行于液晶装置300的显示区域的长边301的方向(X方向)。
如果像图19所示配置光反射型起偏镜3′，则与配置成使光入射面S1i和光出射面S1o形成的交线11的方向大致平行于液晶装置300的显示区域的短边方向(Y方向)的情况相比，能使光反射型起偏镜3′沿照明光轴L的方向(Z方向)的尺寸较小。已经在图12中说明过，这是因为光反射型起偏镜3′沿Z方向的尺寸由第一棱镜10的光入射面S1i的尺寸AB的tanα倍决定。因此，如果像图18、图19所示配置，则能缩短液晶装置300和投影光学系统500之间的距离，其结果，能实现投影仪和投影透镜的小型化及低成本化。
如上所述，在投影仪PJ5中，由于使用光反射型起偏镜3′，所以能提高起偏镜的耐光性及耐热性，同时生成偏振率高的偏振光，能显示对比度高的图像。另外，能防止不需要的偏振光返回到液晶装置300中。因此，能防止液晶装置300误工作，在入射到起偏镜中的光强增大的情况下，也能稳定地显示高品质的图像。
另外，在投影仪PJ5中，虽然只在液晶装置300的光出射面一侧配置光反射型起偏镜3′，但根据偏振光变换光学系统150′的有无，换句话说，根据加在上述的起偏镜上的热负载的大小，也可以只设置在液晶装置300的光入射面一侧。具体地说，在不安装偏振光变换光学系统150′的情况下(即，安装图1所示的积分仪光学系统的情况下)，将光反射型起偏镜3′至少配置在液晶装置300的光入射面一侧即可，在安装偏振光变换光学系统150′的情况下，将光反射型起偏镜3′至少配置在液晶装置300的光出射面一侧即可。另外，如上所述，在不配置光反射型起偏镜3′的一侧，单独使用光吸收型偏振片400即可。如果这样做，则能同时实现投影仪的小型化、高性能化和低成本化。
在投影仪PJ5中，虽然使用光反射型起偏镜3′，但也可以用另外的光反射型起偏镜1、1′、2、3、4、5代替它。
另外，本发明不限于上述的实施例和实施形态，在不超出其要旨的范围内，能在各种形态下实施，例如能作以下的变形。
(1)在图2、图16中，结构双折射型偏振片200、21虽然配置成能使光从形成了微细结构体211的面一侧入射，但也能配置成使光从与形成了微细结构体211的面相反的面一侧入射，即从透明基板210一侧入射。但是，如果象图2、图16所示那样配置，能使结构双折射型偏振片的偏振光分离特性比较好。
(2)在上述实施例中，虽然说明了只使用一个液晶装置的所谓的单片式的投影仪，但本发明也能应用于使用多个液晶装置的投影仪。另外，在上述实施例中，虽然使用透射型的液晶装置的投影仪，但本发明也能应用于使用反射型的液晶装置的投影仪。另外，不仅能应用于前投影型的投影仪，也能应用于将图像投影在透射型的屏幕上进行显示的背投影型的投影仪。
工业上利用的可能性
本发明能应用于使用起偏镜的光学装置，例如投影仪。

Claims (33)

1.一种投影仪，其特征在于，备有：
光源装置；
调制来自上述光源装置的光的液晶装置；
分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及
投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，
上述两个起偏镜中的至少一个上具有沿规定方向排列的周期性的微细结构体的结构双折射型偏振片；和
配置在上述结构双折射型偏振片的光出射面一侧的偏振片。
2.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：
上述结构双折射型偏振片是线状栅格型偏振片。
3.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：
上述微细结构体在透明晶体基板上形成。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的投影仪，其特征在于：
在上述结构双折射型偏振片的光出射面一侧配置的上述偏振片是光吸收型偏振片。
5.如权利要求4所述的投影仪，其特征在于：
在上述光吸收型偏振片的光出射面一侧还配置着透明晶体基板，
上述透明晶体基板与上述光吸收型偏振片紧密接触。
6.如权利要求1至3中的任意一项所述的投影仪，其特征在于：
在上述结构双折射型偏振片的光出射面一侧配置的上述偏振片是光反射型偏振片。
7.如权利要求6所述的投影仪，其特征在于：
上述光反射型偏振片是将具有双折射性的薄膜和不具有双折射性的薄膜交替地层叠多层的层状偏振片。
8.一种投影仪，其特征在于，备有：
光源装置；
调制来自上述光源装置的光的液晶装置；
分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及
投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，
上述两个起偏镜中的至少一个上具有沿规定方向排列的周期性的微细结构体的结构双折射型偏振片；
上述结构双折射型偏振片对照亮上述液晶装置的光的中心轴倾斜配置。
9.如权利要求8所述的投影仪，其特征在于：
上述结构双折射型偏振片对上述中心轴倾斜45度角配置。
10.一种投影仪，其特征在于，备有：
光源装置；
调制来自上述光源装置的光的液晶装置；
分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及
投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，
上述两个起偏镜中的至少一个上具有沿规定方向排列的周期性的微细结构体的结构双折射型偏振片；
上述结构双折射型偏振片被区分成多个区域，
上述多个区域中的至少一部分对照亮上述液晶装置的光的中心轴倾斜配置。
11.如权利要求10所述的投影仪，其特征在于：
上述结构双折射型偏振片的上述多个区域中的至少一部分对上述中心轴倾斜45度角配置。
12.一种投影仪，其特征在于，备有：
光源装置；
调制来自上述光源装置的光的液晶装置；
分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及
投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，
上述的两个起偏镜中的至少一个备有：
有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及
配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，
上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一偏振光透射，同时使第二偏振光反射，
设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光被上述光入射面全反射。
13.如权利要求12所述的投影仪，其特征在于：
这样配置上述第一棱镜，以便由上述光入射面和上述光出射面形成的交线变成大致平行于上述液晶装置的长方形的显示区域的长边。
14.如权利要求12所述的投影仪，其特征在于：
这样设定相向于由上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面形成的顶角的对置面，以便被上述光入射面全反射的上述第二偏振光大致垂直地入射到上述对置面上。
15.如权利要求12所述的投影仪，其特征在于：
上述第一棱镜用光弹性常数为1nm/cm/105Pa以下的材料形成。
16.如权利要求12所述的投影仪，其特征在于：
还备有配置在上述光反射型偏振片的光出射面一侧的第二棱镜，透过上述光反射型偏振片的上述第一偏振光入射于该第二棱镜。
17.如权利要求16所述的投影仪，其特征在于：
上述第一及第二棱镜中的至少一方用光弹性常数为1nm/cm/105Pa以下的材料形成。
18.如权利要求16所述的投影仪，其特征在于：
这样构成上述第二棱镜，以便经过上述第二棱镜射出的上述第一偏振光的传播方向与入射到上述第一棱镜上的光的传播方向大致一致。
19.如权利要求12至18中的任意一项所述的投影仪，其特征在于：
光吸收型偏振片被配置在上述光反射型偏振片的光出射面一侧。
20.如权利要求12至18中的任意一项所述的投影仪，其特征在于：
上述光反射型偏振片是结构双折射型偏振片。
21.如权利要求20所述的投影仪，其特征在于：
上述结构双折射型偏振片备有沿规定的方向周期性形成的微细结构体，
上述规定的方向是与由上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面形成的交线大致正交的方向。
22.如权利要求12至18中的任意一项所述的投影仪，其特征在于：
上述光反射型偏振片是将具有双折射性的薄膜和不具有双折射性的薄膜交替地层叠多层的层状偏振片。
23.一种投影仪，其特征在于，备有：
光源装置；
调制来自上述光源装置的光的液晶装置；
分别配置在上述液晶装置的光入射面一侧及光出射面一侧的两个起偏镜；以及
投射来自上述液晶装置的光的投影光学系统，
上述两个起偏镜中的至少一个备有：
多个局部起偏镜，该多个局部起偏镜分别包括具有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及
配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，
连接上述多个局部起偏镜，而使各自的上述第一棱镜的上述光入射面大致配置在同一平面内，并对称于入射到上述多个局部起偏镜的光的中心轴；
在上述各局部起偏镜中，
上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一偏振光透射，同时使第二偏振光反射，
设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光被上述光入射面全反射。
24.一种起偏镜，其特征在于，备有：
具有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及
配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，
上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一偏振光透射，同时使第二偏振光反射，
设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光被上述光入射面全反射；
透过上述光反射型偏振片的上述第一偏振光，在与入射到上述光反射型偏振片的光的方向不同的方向前进。
25.如权利要求24所述的起偏镜，其特征在于：
这样设定相向于由上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面形成的顶角的对置面，以便被上述光入射面全反射的上述第二偏振光大致垂直地入射到上述对置面上。
26.如权利要求24所述的起偏镜，其特征在于：
上述第一棱镜用光弹性常数为1nm/cm/105Pa以下的材料形成。
27.一种起偏镜，其特征在于，备有：
具有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及
配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，
上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一偏振光透射，同时使第二偏振光反射，
设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光被上述光入射面全反射；
上述起偏镜还备有配置在上述光反射型偏振片的光出射面一侧的第二棱镜，透过上述光反射型偏振片的上述第一偏振光入射于该第二棱镜；
这样构成上述第二棱镜，以便经过上述第二棱镜射出的上述第一偏振光的传播方向与入射到上述第一棱镜上的光的传播方向大致一致。
28.如权利要求27所述的起偏镜，其特征在于：
上述第一及第二棱镜中的至少一方用光弹性常数为1nm/cm/105Pa以下的材料形成。
29.如权利要求24至28中的任意一项所述的起偏镜，其特征在于：
光吸收型偏振片配置在上述光反射型偏振片的光出射面一侧。
30.如权利要求24至28中的任意一项所述的起偏镜，其特征在于：
上述光反射型偏振片是结构双折射型偏振片。
31.如权利要求30所述的起偏镜，其特征在于：
上述结构双折射型偏振片备有沿规定的方向周期性地形成的微细结构体，
上述规定的方向是与由上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面形成的交线大致正交的方向。
32.如权利要求24至28中的任意一项所述的起偏镜，其特征在于：
上述光反射型偏振片是将具有双折射性的薄膜和不具有双折射性的薄膜交替地层叠多层的层状偏振片。
33.一种起偏镜，其特征在于：
备有多个局部起偏镜，该多个局部起偏镜分别包括具有以非平行状态相向的光入射面及光出射面的第一棱镜；以及
配置在上述第一棱镜的光出射面一侧的光反射型偏振片，
连接上述多个局部起偏镜，而使各自的上述第一棱镜的上述光入射面大致配置在同一平面内，并对称于入射到上述多个局部起偏镜的光的中心轴；
在上述各局部起偏镜中，
上述光反射型偏振片将从上述第一棱镜射出的光分离成偏振方向不同的两种偏振光，使第一种偏振光透射，同时使第二种偏振光反射，
设定上述第一棱镜的上述光入射面和上述光出射面的夹角，以便被上述光反射型偏振片反射后返回到上述第一棱镜内的上述第二偏振光被上述光入射面全反射。
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