CN1212060A - 投射式显示装置及其照射光学系统 - Google Patents

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Abstract

使由正交分光棱镜中心轴产生的暗线变得不明显。在第二透镜阵列130和聚光透镜160之间设置阶梯反射镜150。在穿过透镜阵列120、130的相同列方向位置并排的多个小透镜的多个分光束中,阶梯反射镜150具有使一部分分光束的光路与其它分光束的光路错开的功能。也可以设置平板状的透光性板材代替阶梯反射镜150,使光路错开。此外,通过使透镜阵列120、130的一部分行错开,也能够错开分光束。

Description

投射式显示装置及其照射光学系统
技术领域
本发明涉及配有色光合成装置的投射式显示装置及其照射光学系统。
背景技术
在把彩色图象投射到投影屏幕上的投射式显示装置中，较多地使用正交分光棱镜。例如，在透射型液晶投射器中，采用正交分光棱镜作为合成红、绿、蓝三色光向同一方向射出的色光合成装置。此外，在反射型液晶投射器中，采用正交分光棱镜作为把白色光分离为红、绿、蓝三色光的色光分离装置，同时也采用正交分光棱镜作为再次合成已调制的三色光并向同一方向射出的色光合成装置。已知，例如在特开平1-302385号公报中披露的使用正交分光棱镜的投射式显示装置。
图17是表示投射式显示装置主要部分的原理图。该投射式显示装置配有三个液晶光阀42、44和46，以及正交分光棱镜48和投射透镜系统50。正交分光棱镜48用三个液晶光阈42、44、46合成被调制的红、绿、蓝三色光，向投射透镜系统50的方向射出。投射透镜系统50把合成的光成象在投影屏幕52上。
图18是表示分解正交分光棱镜48的一部分的透视图。通过用光学粘接剂贴合四个直角棱镜的相应直角面，制成正交分光棱镜48。
在把正交分光棱镜作为色光合成装置使用的投射式显示装置中，由于利用所用光源的光特性，在四个直角棱镜的接合部分产生光散射，因而在投射图象上有产生暗影的情况。
图19是表示在采用正交分光棱镜48情况下的问题的说明图。如图8(A)所示，正交分光棱镜48，在用四个直角棱镜的直角面形成的X字状的界面上，有略呈X字状配置的红色光反射膜60R和蓝色光反射膜60B。但是，在四个直角棱镜的间隙中，由于形成有光学粘接剂层62，所以反射膜60R、60B在正交分光棱镜48的中心轴48a部分也有间隙。
在穿过正交分光棱镜48的中心轴48a的光投射到投影屏幕52上时，在图象中便形成因中心轴48a导致的暗线。图19(B)是表示这种暗线DL的一例。该暗线DL是带有与其它部分不同颜色的稍稍暗一些的线状区域，大致形成在投射的图象中心。可以认为该暗线DL是在中心轴48a附近的反射膜的间隙中光线被散射和红色光及蓝色光不反射造成的。再有，在以X字状交叉分别形成红色反射膜、蓝色反射膜等选择反射膜的两种分光镜的正交分光镜中，同样也发生这个问题。在这种情况下，变为在图象中形成因镜的中心轴导致的暗线。
这样，在现有的投射式显示装置中，存在因正交分光棱镜48和正交分光镜的中心轴，在投射图象的大致中心会形成暗线的问题。
为了解决现有技术中的上述课题，本发明的目的在于提供一种可使因配有正交分光棱镜和正交分光镜、和设置成X字状的两种分光膜的色光合成装置的中心轴造成的暗线不明显的技术，实现采用这些技术的照射光学系统和投射式显示装置。
发明的公开
(用于解决课题的原理说明)
首先，根据具体例，用图1至图4说明用于解决课题的原理。图中，统一地把光的行进方向作为z方向，由从光的行进方向(z方向)看三点钟的方向作为x方向，十二点钟的方向作为y方向。此外，在下面的说明中，为方便起见，把x方向表示成行方向，把y方向表示成列方向。再有，为了容易说明，以具体的例子说明下述原理，但本发明并不限于这样的具体结构。
在投射式显示装置中，作为把来自光源的光分离成多个分光束降低照射光的面内照度不匀的技术，如WO94/22042号公报所披露的，使用带有多个小透镜的两个透镜阵列的照射光学系统(称为集成光学系统)是众所周知的。
图1是说明在使用正交分光棱镜的投射式显示装置中采用集成光学系统的情况下暗线发生原理的图。图1(A-1)、(B-1)是表示穿过X方向位置相互不同的小透镜10、即在不同列方向上存在的小透镜10的光束(图中用实线表示)和其中心光轴(图中用密虚线表示)的轨迹图；图1(A-2)、(B-2)是表示投射屏幕7上暗线DLa、DLb的形成位置的图。
从光源(图中省略)射出的光束由分别带有多个小透镜10的第一、第二透镜阵列1、2分离成多个分光束。穿过在第一、第二透镜阵列1、2中设置的各小透镜10的光束，由平行化透镜15转换成与各光束中心轴平行的光束。穿过平行化透镜15的各光束重叠在液晶光阀3上，对其预定区域进行均匀地照射。再有，在图1中虽仅图示了一块液晶光阀3，但在其它两块液晶光阀中的集成光学系统的原理、暗线发生的原理也是同样的。
图2是表示透镜阵列1、2外观的透视图。第一和第二透镜阵列1、2具有把各个大体矩形形状轮廓的小透镜10按M行N列的矩阵状配置的结构。在本例中，M=10,N=8，图1(A-1)变为穿过第二列小透镜10的分光束的轨迹图，图1(B-1)变为穿过第七列小透镜10的分光束的轨迹图。
在液晶光阀3上重叠的光束接受用液晶光阀3按照图象信息的调制后，入射到正交分光棱镜4。从正交分光棱镜4射出的光束通过投射透镜系统6投射在屏幕7上。
如图1(A-1)、(B-1)上各个稀虚线所示，穿过正交分光棱镜4的中心轴5(沿图中y方向)那部分的光也分别投射在投影屏幕7上的Pa、Pb的位置。因而，如在发明的课题中所述，由于在该中心轴5附近的反射膜的间隙中光线被散射，同时要反射的光未被反射，所以穿过中心轴5附近的光量会减少。因此，如图1(A-2)、(B-2)所示，就会在投影屏幕7上形成比周围亮度低的部分，即形成暗线DLa、DLb。
在此，说明暗线与第一及第二透镜阵列1、2的关系。由局部放大表示图1(A-1)的图3(A)可知，由液晶光阀3形成的象用投射透镜系统6进行反向，并经放大投射在投影屏幕7上。再有，图3(B)是表示包括正交分光棱镜4的中心轴5的xy平面上的剖面图。在图3(A)、(B)中，r1表示用包括正交分光棱镜4的中心轴5的xy平面切断分光束时从分光束剖面8的一端11至中心轴5的距离；r2表示从分光束剖面8的另一端12至中心轴5的距离。由于分光束剖面8的象由投射透镜系统6反向，并经放大投射在投影屏幕7上，所以从投影屏幕7上投射区域9的一端13至暗线DLa的距离R2与从投射区域9的另一端至暗线DLa的距离R1的比，与距离r2和距离r1的比相等。也就是说，形成暗线DLa的位置取决于包括正交分光棱镜4的中心轴5的xy平面上的分光束的剖面8相对于中心轴5在哪个位置存在。
其中，如果比较图1(A-1)和(B-1)则可了解到，在图1(A-1)和(B-1)中，在包括正交分光棱镜4的中心轴5的xy平面上，各自的分光束剖面的位置是不同的。因此，暗线DLa和DLb分别形成在不同的位置上。同样地，穿过在第一和第二透镜阵列1、2中的除第2列、第7列以外的其它列上存在的小透镜10的分光束的包括正交分光棱镜4的中心轴5的xy平面上的剖面位置也分别不同，所以在投影屏幕7上，变为仅形成第一和第二透镜阵列1、2的列数、即形成N条暗线。
再有，穿过在第一和第二透镜阵列1、2的相同列方向位置上排列的M个小透镜的分光束，如图4所示，在投影屏幕7上大体相等的位置上形成暗线DLc。因此，N条暗线分别是穿过在第一和第二透镜阵列1、2的相同列方向位置上排列的M个小透镜的分光束重合形成的，其暗度大致等于由各个小透镜形成的暗线暗度的总和。
如果对以上进行归纳，可导出以下的原理。
(第一原理)
首先，第一，如果相对于正交分光棱镜4的中心轴5的分光束的中心光路的位置不同，那么暗线形成的位置也不同。穿过第一和第二透镜阵列1、2的不同列的分光束，由于相对于正交分光棱镜4的中心轴5的位置相互不同，所以在不同的位置形成暗线。
(第二原理)
第二，包括正交分光棱镜4的中心轴5的xy平面上的分光束的剖面位置不同，入射在正交分光棱镜4上的分光束的角度就不同(参照图1)。穿过第一和第二透镜阵列1、2的不同列的分光束，由于相对正交分光棱镜4按不同的角度入射，所以在中心轴5上的分光束的位置不同。
因此，如果入射在正交分光棱镜4上的分光束的角度不同，或者，如果在液晶光阀3上重叠的分光束的角度不同，那么暗线形成的位置也不同。
(使暗端不明显的方法)
如上所述，穿过在第一和第二透镜阵列1、2的相同列方向位置上排列的M个小透镜的分光束，通过在投影屏幕7上大致相等的位置形成各条暗线，其暗线的暗度大致等于由各个小透镜形成的暗线暗度的总和。因此，由穿过这些M个小透镜的分光束分别形成的暗线，如果能形成在投影屏幕7上的不同位置上较好。也就是说，如果这样，虽然暗线的数增加，但由于能够减少平均每条暗线的暗度，结果使暗线变得很不明显。再有，不必把穿过M个小透镜的所有暗线形成在不同的位置，仅把一部分暗线形成在不同的位置就足够了。
再有，依据如上所述的第一原理、第二原理，能够把暗线形成在不同的位置。
也就是说，如果根据第一原理，那么穿过在相同列方向位置上排列的M个小透镜的分光束内，对于一部分，使相对于正交分光棱镜4的中心轴5的分光束的中心光路的位置变化成其它位置较好。
并且，如果根据第二原理，那么穿过在相同列方向位置上排列的M个小透镜的分光束内，对于一部分，使重叠于液晶光阀3上的分光束的角度或入射在正交分光棱镜4上的分光束的角度变化成其它角度较好。
通过实现上述原理，本发明能够解决如上所述的现有技术中的课题。以下，论述其装置、作用及效果。
(用于解决课题的装置、作用及效果)
本发明的第一投射式显示装置这样构成，配备：
照射光学系统，发射照射光；
色光分离装置，把所述照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号对所述三色光分别进行调制；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，有在相当于所述分光膜相互交叉位置的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投影屏上；
所述照射光学系统，配有
分离重叠光学系统，在与所述色光合成装置的所述中心轴大致平行的列方向，和在与所述色光合成装置的所述中心轴大致垂直的行方向，产生分离的多个分光束，同时重叠所述多个分光束，
其特征在于，这样构成所述分离重叠光学系统，使利用在相同列方向上存在的所述多个分光束中的一部分分光束把所述中心轴投射在所述投射面上的位置，从利用其它分光束投射的位置向与所述中心轴相对应的方向不同的方向偏移。
一个分光束把色光合成装置的中心轴投射在投射面上，形成与中心轴相应的暗线，一列多个分光束通常把色光合成装置的中心轴投射在投射面上大致相同的位置，形成暗线。按照上述结构，由于一列多个分光束内的一部分分光束，把色光合成装置的中心轴投影在投射面上的不同位置，并形成暗线，因而能够使在投射的图象上形成的暗线不明显。
此外，在上述第一投射式显示装置中，
所述分离重叠光学系统最好配有：
光束分割装置，产生所述多个分光束；和
入射角度变更装置，在相同列方向存在的所述分光束内，把一部分分光束按与其它部分分光束不同的入射角向所述色光合成装置入射。
其中，所述光束分割装置配备具有在所述列方向和所述行方向上排列的多个小透镜的至少一个透镜阵列，
所述入射角度变更装置最好这样构成，即配有在反射面上有台阶的阶梯状反射镜。
或者，所述光束分割装置配备具有在所述列方向和所述行方向上排列的多个小透镜的至少一个透镜阵列，
所述入射角度变更装置也可以这样构成，即配有对所述透镜阵列的面倾斜配置的透光性板材。
这样，能够把相对于色光合成装置中心轴的一部分分光束的中心光路位置从其它分光束的中心光路位置错开，各个分光束在不同位置形成暗线。因此，能够使在投射图象上形成的暗线变得不明显。此外，通过把上述各情况组合构成，也能够使在投射图象上形成的暗线变得不明显。
第二投射式显示装置包括：
照射光学系统，发射照射光；
色光分离装置，把所述照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号分别调制所述三色光；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，有与所述分光膜相互交叉的位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光并向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
其特征在于，所述照射光学系统配有：
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分割成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；和
光路变更装置，在穿过沿与所述色光合成装置的所述中心轴相应的预定方向排列的所述多个小透镜的多条分光束中，使一部分分光束的光路与其它分光束的光路错开。
在第一和第二透镜阵列的多个小透镜内，穿过沿与所述色光合成装置的中心轴相应的预定方向(前面说明中的行方向)排列的多个小透镜的多条分光束，把色光合成装置的中心轴投影在投射面上大致相同的位置并形成暗线。因此，如果利用光路变更装置，在这些多个分光束内，把一部分分光束的光路与其它分光束的光路错开，那么根据第一原理，利用这些多个分光束，能够防止把色光合成装置的中心轴投影在大致相同的位置。其结果，能够使投射图象上形成的暗线不明显。
在上述第二投射式显示装置中，所述光路变更装置最好配有把沿所述预定方向，穿过分别位于距所述光源的光轴仅一定距离的位置的分光束光路，与穿过其它位置的分光束光路错开的装置。
来自光源的光的强度依赖其距光轴的距离。因此，如果把穿过强度比较高的分光束的光路与其它分光束错开，那么能够使在投射图象上形成的暗线不明显。
再有，在光源配有光源灯和反射从所述光源灯射出的光的凹面镜的情况下，所述一定距离与所述凹面镜的焦点距离大致相等较好。穿过位于距光源的光轴刚好为所述凹面镜的焦点距离的位置的分光束比其它分光束的强度高。因此，通过使该部分光束的光路与穿过其它位置的分光束的光路错开，能够使投射图象上形成的暗线不明显。
在上述第二投射式显示装置中，所述光路变更装置配有在反射面带有台阶的阶梯反射镜较好。如果这样，能够用极其简单的结构任意变更特定分光束的光路。
此外，把所述阶梯反射镜的阶梯部分沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应方向的垂直方向设置较好。如果这样，能够把一部分分光束的光路沿与色光合成装置中心轴对应的方向错开。
此外，所述阶梯反射镜有高度相互不同的第一反射面和第二反射面，沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的所述预定方向，在距位于所述光源的光轴仅一定距离的的两个位置上分别设置所述第二反射面较好。如果这样，能够用两个第二反射面分别变更光强度比较高的分光束的光路。
或者，所述光路变更装置配有从所述第二透镜阵列的面倾斜配置的透光性板材也可以。如果这样，能够任意地变更特定分光束的光路。
所述照射光学系统还配有：
偏振光转换元件，设置在所述第二透镜阵列与所述光路变更装置间的任意位置上；
所述偏振光转换光元件配有偏振光分光镜阵列，有多组相互平行的偏振光分离膜和反射膜，把穿过所述第二透镜阵列的多个小透镜的多个分光束分别分离成各自两种直线偏振光分量，和
偏振光转换装置，使用所述偏振光分光镜阵列分离的所述两种直线偏振光分量的偏振方向一致，
利用所述光路变更装置，把穿过沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的预定方向排列的所述多个小透镜，用所述偏振光分光镜阵列分离的所述两种直线偏振光分量的一部分光路与其它光路错开较好。
在该偏振光转换光元件把入射光由偏振光分光镜阵列分离成两种直线偏振光分量后，由偏振光变换装置使这些偏振光方向一致并射出。因此，通过使被偏振光分光镜阵列分离的两种直线偏振光分量光路的一部分与其它光路错开，还能够使在投射图象上形成的暗线变得更不明显。
此外，由所述光路变更装置使这些两种直线偏振光分量的光路的一部分与其它光路错开的量约为所述两种直线偏振光分量的邻接光路间距离的1/2较好。
如果使这两种直线偏振光分量的邻接光路间的距离仅移动约1/2光路，那么可大致相互等距离地配置不移动的两种直线偏振光分量的光路和移动前的两种直线偏振光分量的光路。也就是说，由于分别大致等距离地配置四种光路，所以能够使图象上形成的暗线最不明显。
并且，在上述第二投射式显示装置中，配有重叠光学系统，使顺序通过所述第1和第2透镜阵列的多个分光束重叠，并照射所述三组光调制装置，所述光路变更装置最好设置在所述第2透镜阵列与所述重叠光学系统之间。
第三投射式显示装置包括：
色光分离装置，把所述照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号分别调制所述三色光；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉的位置相应的中心轴，合成并向同一方向射出由所述三组光调制装置调制的三色光；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
所述照射光学系统配有：
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分割成多个分光束的多个小透镜；和
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，所述第一和第二透镜阵列分别这样配置，
沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应方向垂直的方向，分割成带有各自多个小透镜的多个行，沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的方向，把距所述光源的光轴仅一定距离的位置上存在的行，配置在与其它行仅错开一定偏移量的位置上。
在第一和第二透镜阵列的多个小透镜内，穿过沿与色光合成装置中心轴对应的预定方向排列的多个小透镜的多个分光束，把色光合成装置的中心轴投影在投射面上大致相同的位置，并形成暗线。其中，在光源配有光源灯和反射从所述光源灯发射的光的凹面镜的情况下，穿过在距光源的光轴仅为凹面镜焦点距离的各位置上存在的行的小透镜的分光束的强度比较高。因此，如果把这些行与其它行错开，那么根据上述第二原理，能够使在投射图象上形成的暗线变得不明显。
第四投射式显示装置包括：
照射光学系统，发射照射光；
色光分离装置，把所述照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号分别调制所述三色光；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉的位置相当的中心轴，合成并向同一方向射出由所述三组光调制装置调制的三色光；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
所述照射光学系统配有：
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分割成多个分光束的多个小透镜；和
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，所述第一和第二透镜阵列分别这样设定，
沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应方向垂直的行方向，分割成具有各自多个小透镜的许多行，所述多行中的至少一部分行配置在与其它行错开的位置上，从与行方向垂直的方向观察时，在相互相同位置上排列所述小透镜的行数设定为所述多行总数的2/5以下。
在第一和第二透镜阵列的多个小透镜内，穿过沿与色光合成装置中心轴对应的预定方向排列的多个小透镜的多个分光束，把色光合成装置的中心轴投影在大致相同的位置，并形成暗线。因此，象第四投射式显示装置那样，如果在相互相同的位置上排列总行数的2/5以下，那么根据上述第二原理，能够使在投射图象上形成的暗线变得不明显。
在第四投射式显示装置中，所述第一和第二透镜阵列的所述多个行能够以一定的错位量顺序地相互错位配置较好。
如果这样，能容易地使在相互等效的位置上排列的行数较少。
本发明的第一照射光学系统用于投射式显示装置，发射所述照射光，它包括
色光分离装置，把照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号对所述三色光分别进行调制；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投影屏上；
配有分离重叠光学系统，产生至少大致沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的预定方向分隔的至少一列的多个分光束，同时重叠所述多个分光束；
其特征在于，这样构成所述分离重叠光学系统，利用所述一列的多个分光束内的一部分分光束，使所述中心轴投射在所述投射面上的位置，从由其它分光束投射的位置与所述中心轴对应方向的不同方向错开。
第二照射光学系统，发射照射光，其特征在于，包括：
第一透镜阵列，有把从光源发射的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；和
光路变更装置，在穿过沿预定方向排列的所述多个小透镜的多个分光束内，把一部分分光束的光路与其它分光束的光路错开。
第三照射光学系统，发射照射光，包括：
第一透镜阵列，有把从光源发射的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，把所述第一和第二透镜阵列分别这样配置：
沿与预定方向垂直的行方向分隔成有多个小透镜的多行，沿所述预定方向，把在距所述光源的光轴仅一定距离的位置上存在的行配置在与其它行仅有一定错位量的位置上。
第四照射光学系统，发射照射光，包括
第一透镜阵列，有把从光源发射的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，所述第一和第二透镜陈列这样设定，即沿与预定方向垂直的行方向，分割成各自有多个小透镜的多行，把所述多行中的至少一部分行配置在与其它行错位的位置上，从与行方向垂直的方向观察时，在相互相同位置上排列所述小透镜的行数设定为所述多行总数的2/5以下。
在第二至第四照射光学系统中，‘预定方向’是与投射式显示装置的色光合成装置的中心轴对应的方向。因此，行方向是与该中心轴方向垂直的方向。
通过把第一至第四照射光学系统用于投射式显示装置，与第一至第四投射式显示装置同样，能够使投射图象上形成的暗线变得不明显。
图面的简单说明
图1是说明在使用正交分光棱镜的投射式显示装置中采用集成光学系统时的暗线发生原理的图。
图2是表示第一和第二透镜阵列1、2外观的透视图。
图3是表示图1(A-1)的局部放大图和包括正交分光棱镜4的中心轴5的xy平面上的剖面图。
图4是表示穿过两个透镜阵列1、2的第N列小透镜的分光束投射在投影屏幕7上状况的原理图。
图5是表示本发明第一实施例的投射式显示装置1000的主要部分的示意性平面图。
图6是表示第一透镜阵列120的外观透视图。
图7是表示偏振光转换光元件140结构的说明图。
图8是表示第一实施例中阶梯反射镜150结构的图。
图9是表示阶梯反射镜150功能的说明图。
图10是表示阶梯反射镜150功能的说明图。
图11是表示放大图9中的阶梯反射镜150和偏振光转换光元件140部分的图。
图12是表示本发明第二实施例的投射式显示装置2000及其照射光学系统主要部分的图。
图13是表示比较第一实施例和第三实施例的透镜阵列的正视图。
图14是表示穿过小透镜的分光束穿过正交分光棱镜260状况的图。
图15是表示比较第一实施例和第三实施例的偏振光转换光元件的图。
图16是表示比较第一实施例和第四实施例的透镜阵列的正视图。
图17是表示投射式显示装置主要部分的概念图。
图18是表示分解正交分光棱镜48的一部分的透视图。
图19是说明采用正交分光棱镜48情况下的问题的说明图。
实施发明的优选实施例
下面，参照附图说明本发明的各实施例。再有，在以下各实施例中，除特别限定外，光的行进方向为z方向，从z方向看3点钟的方向为x方向，12点钟的方向为y方向。
A．第一实施例：
图5是表示本发明第一实施例的投射式显示装置1000主要部分的示意性平面图。该投射式显示装置1000配有照射光学系统100，分光镜210、212，反射镜220、222、224，入射侧透镜230，中继透镜232，三片场透镜240、242、244，三块液晶光阀(液晶屏)250、252、254，正交分光棱镜260和投射透镜系统270。
照射光学系统100配有射出大致平行光束的光源110，第一透镜阵列120，第二透镜阵列130，把入射光转换成预定的直线偏振光分量的偏振光转换光元件140，阶梯反射镜150和重叠透镜160。照射光学系统100是用于大体均匀照射作为被照明区域的三块液晶光阀250、252、254的光学系统。
光源110有作为射出放射状光线的放射光源的光源灯112，和把从光源灯112射出的放射光以大致平行的光束射出的凹面镜114。作为凹面镜114，使用抛物面镜就可以。
图6是表示第一和第二透镜阵列120、130外观的透视图。第一透镜阵列120有把具有大略矩形状轮廓的小透镜122按M行N列排列的矩阵状结构。本例中，M=10,N=8。第二透镜阵列130有把小透镜按M行N列排列，使其基本上与第一透镜阵列120的小透镜122相对应的矩阵状结构。各小透镜122把从光源110(图5)射出的光束分离成多个(即M×N个)分光束，把各分光束聚光在第二透镜阵列130附近。设定从z方向看各小透镜122的外形形状，以便构成与液晶光阀250、252、254的形状大致相似的形状。在本实施例中，按4∶3设定小透镜122的纵横比(宽与长的尺寸比例)。
第二透镜阵列130有使各分光束的中心光路与系统光轴平行一致的功能。如果从光源部分110射出的光束是与系统光轴平行的平行光，那么由于从第一透镜阵列120的小透镜122射出的分光束其中心光路也与系统光轴平行，所以可省略第二透镜阵列130。但是，如果从光源110射出其光的中心光路相对于系统光轴有某个角度的光，那么从小透镜122射出的分光束的中心光路也不平行于系统光轴。有这种倾斜的中心光路的分光束不能照明原来应照明的预定区域，即存在不能照明液晶阀250、252、254的情况。这样，在投射式显示装置中，使光的利用效率下降。在这样光的中心光路对于系统光轴有某个角度的分光束入射到小透镜132的情况下，第二透镜阵列130把其中心光路转换成平行于系统光轴，提高光的利用效率。
图7是表示偏振光转换光元件140(图5)结构的说明图。该偏振光转换光元件140配有偏振光分光镜阵列141，和选择相位差板142。偏振光分光镜阵列141是各个剖面为平行四边形的柱状的多个透光性板材143，有相互粘合的形状。在透光性板材143的界面上，相互形成偏振光分离膜144和反射膜145。再有，粘合形成这些膜的多块玻璃板，通过按预定的角度斜向切断制作该偏振光分光镜阵列141，以便偏振光分离膜144和反射膜145交替地配置。
穿过第一和第二透镜阵列120、130的有随机偏振方向的光由偏振光分离膜144分离为s偏振光和p偏振光。s偏振光通过偏振光分离膜144大致垂直地反射，通过反射膜145再垂直地反射后射出。另一方面，p偏振光就原样透过偏振光分离膜144。选择相位差板142是在穿过偏振光分离膜144的光的射出面部分形成λ/2相位差层146，在用反射膜145反射的光的射出面部分不形成λ/2相位差层的光学元件。因此，透过偏振光分离膜144的p偏振光，由λ/2相位差层146转换成s偏振光并射出。其结果，入射到偏振光转换光元件140的有随机偏振方向的光束基本变为s偏振光射出。
再有，如图7(A)可知，从偏振光转换光元件140的一处偏振光分离膜144中射出的s偏振光的中心位置(把两个s偏振光看作一个集中光束情况下的中心位置)也比入射的随机光束(s偏振光+p偏振光)的中心偏向x方向。该错位量等于λ/2相位差层146宽度Wp(即偏振光分离膜144的x方向的宽度)的一半。因此，如图5所示，以距偏振光转换光元件140后面的系统光轴(用一点锁线表示)仅错位Wp/2的相等距离D的位置来设定光源110的光轴(用两点锁线表示)。
在图5所示的投射式显示装置中，利用构成集成光学系统的第一和第二透镜阵列120、130，把从光源110射出的平行光束分隔为多个分光束。第一透镜阵列120的小透镜122把各分光束聚光在偏振光转换光元件140的偏振光分离膜144(图7)的附近。用阶梯反射镜150反射从偏振光转换光元件140射出的分光束。该阶梯反射镜150的结构和功能在后面说明。重叠透镜160重叠这些分光束，具有作为向处于被照明区域的液晶光阀250、252、254聚光的重叠光学系统的功能。其结果，大致均匀地照明各液晶光阀250、252、254。
两块正交分光镜210、212有把用重叠透镜160聚光的白色光分离为红、绿、蓝三色光的色光分离装置的功能。第一分光镜210透过从照射光学系统100射出的白色光束的红色光成分，同时反射蓝色光成分和绿色光成分。透过第一分光镜210的红色光由反射镜220反射，穿过场透镜240到达红色光用的液晶光阀250。该场透镜240有把从偏振光转换光元件140射出的分光束转换成相对于其中心光路平行的光束的功能。在其它液晶光阀前设置的场透镜242、244也是同样的。用第一分光镜210反射的蓝色光和绿色光中，绿色光由第二分光镜212反射，穿过场透镜242到达绿色光用的液晶光阀252。另一方面，蓝色光透过第二分光镜212，穿过配有入射侧透镜230、中继透镜232和反射镜222、224的中继透镜系统，并穿过场透镜(射出侧透镜)224到达蓝色光用的液晶光阀254。在蓝色光中使用中继透镜的原因是由于蓝色光的光路长度比其它颜色光的光路长度长，因而防止光的利用效率下降的缘故。
三块液晶光阀250、252、254有依据提供的图象信息(图象信号)，分别调制三颜色的色光并形成图象的光调制装置的功能。正交分光棱镜260有作为合成三颜色的色光并形成彩色图象的色光合成装置的功能。再有，正交分光棱镜260的结构与在图18和图19说明的结构相同。也就是说，在正交分光棱镜260中，在四个直角棱镜的界面上略呈X字状地形成反射红光的电介质多层膜和反射蓝光的电介质多层膜。用这些电介质多层膜合成三种色光，形成用以投影彩色图象的合成光。向投射透镜系统270的方向射出由正交分光棱镜260生成的合成光。投射透镜系统270有作为把该合成光投射在投射屏300上显示彩色图象的投射光学系统的功能。
其次，图5所示的投射式显示装置1000有阶梯反射镜150的特征。图8是表示阶梯反射镜150结构的正视图(A)和平面图(B)、(C)。再有，(B)、(C)是从侧面看(A)的图。该阶梯反射镜150是在平坦的主镜152上粘接细长带状的两个子反射镜154。在距主镜152的高度中心大致对称的高度上分别水平地粘接两个子反射镜154。这些反射镜能够由全反射镜或透过热能量的冷反射镜构成。而且，不仅透过热能量，还有透过紫外线的功能更好。利用反射镜150有透过热能量和紫外线的功能，能够降低在液晶光阀250、252、254中通常设置的偏振板等产生的热和紫外线造成的劣化。
图9、图10是表示阶梯反射镜150功能的说明图。再有，图10是包括图9的A-A线的xy平面的剖面图。图9、图10中，由实线和一点锁线表示两个中心光路。实线表示用子反射镜154反射的光的中心光路，一点锁线表示用主反射镜152反射的光的中心光路。从这些图可以明白，两条光路表示穿过透镜阵列120、130的并排在相同列方向位置(x方向位置)的小透镜的分光束的中心光路，只是其行方向位置(y方向位置)不同。如图9所示，实线表示的光路在用阶梯反射镜150反射后，相对于用一点锁线表示的光路向x方向错位。
这里，相对于用由一点锁线表示的主反射镜152反射的光的中心光路，用实线表示的电子反射镜154反射的光的中心光路被阶梯反射镜150错开，与在穿过并列在透镜阵列120、130的相同列方向上的小透镜的分光束内，用子反射镜154反射的光束和用主反射镜152反射的光束被反射镜150向x方向错开的意义相同。其结果，由于入射在重叠透镜160的x方向的相互不同位置，所以这些分光束照射在液晶光阀252上，使穿过的入射角度变得各自不同。
以不同的入射角穿过液晶光阀252上的分光束在液晶光阀252中接受调制后，穿过正交分光棱镜260内。如图9所示，在由主反射镜152反射的分光束的中心光路和由子反射镜154反射的分光束的中心光路中，由于对正交分光棱镜260的入射角度，即正交分光棱镜260内的穿过角度不同，分别穿过相对于正交分光棱镜260的中心轴262的不同位置。如开头的第一、第二原理所述，如果分光束的中心光路的正交分光棱镜260内的穿过角度不同，此外，如果相对于正交分光棱镜260的中心轴262的分光束的中心光路的位置不同，那么暗线形成的位置也不同。因此，由穿过并列在相同列方向上的M个小透镜的各个分光束所形成的暗线不会集中在一个地方，使暗线变得不明显成为可能。
图11是表示图9中阶梯反射镜150和偏振光转换光元件140部分的放大图。偏振光转换光元件140把具有入射的随机偏振光分量的光束转换成s偏振光光束并射出。经偏振光分离膜144、λ/2相位差层146射出的s偏振光光束的中心光路和经偏振光分离膜144、反射膜145射出的s偏振光光束的中心光路之间的距离L是偏振光分离膜144与反射面145距离W的 2 倍。该距离L与距离W的关系与偏振光分离膜144与反射膜145相对于光入射面倾斜45度的情况相对应。此外，从图可明白，该关系为用实线表示的s偏振光光束的中心光路与用一点锁线表示的s偏振光光束的中心光路是共用的。
在本实施例中，以偏振光分离膜144与反射面145距离W的1/2设定子反射镜154的厚度h。由于阶梯反射镜150相对于系统光轴倾斜45度，所以在用该阶梯反射镜150反射后，用实线和一点锁线表示的中心光路的x方向的位置错位，使四个中心光路分别在x方向上变为按L/2的距离等间隔地配置。
以相互不同的入射角穿过液晶光阀252上的分光束，在液晶光阀252中接受调制后，穿过正交分光棱镜260内。从图9可明白，阶梯反射镜150中相互位置错位的四个中心光路，正交分光棱镜260的入射角不同，相对于正交分光棱镜260的中心轴262分别穿过各自不同的位置。如开头的第一、第二原理所述，如果分光束的中心光路的正交分光棱镜260内入射角度，即正交分光棱镜260内的穿过角度不同，此外，如果相对于正交分光棱镜260的中心轴262的分光束的中心光路的位置不同，那么暗线形成的位置也不同。因此，由穿过并列在相同列方向上的M个小透镜的分光束所分别形成的暗线不会集中在一个地方，使暗线变得不明显成为可能。
再有，从图9的说明可以明白，在配有集成光学系统的照射光学系统中即使仅采用阶梯反射镜150，就会使暗线变得不明显，但如果这样组合偏振光转换光元件，会使暗线变得更不明显。其原因是如果在配有集成光学系统的照射光学系统中采用阶梯反射镜150，由于能够使穿过在透镜阵列120、130相同列方向位置(x方向位置)并排的小透镜的分光束的中心光路在两个不同的x方向位置偏移，所以使暗线也分散在两个地方。因此，如果还在其上配合偏振光转换光元件，那么由于能够使穿过在透镜阵列120、130相同列方向(x方向位置)并排的小透镜的分光束的中心光路在四个不同的x方向位置错开，所以暗线也变成分散在四个地方。
再有，子反射镜154的厚度h可这样设定，在穿过相同列上存在的小透镜的分光束内，由阶梯反射镜150产生的z方向位置错位的分光束的中心光路与未错位的分光束的中心光路间的距离1，与经偏振光分离膜144、λ/2相位差层146射出的s偏振光光束的中心光路和经偏振光分离膜144、反射膜145射出的s偏振光光束的中心光路间的距离L为不同的值。具体地说，如图11所示，如果以l=L/2来设定厚度h，那么投影在屏幕上的暗线的分散位置分离的最大，因此，能够使最暗的暗线不明显。
而且，以对应于来自光源110光束强度大的位置来决定图8所示的两个子反射镜154高度方向上的位置和宽度，也就是说，从透镜阵列120、130的高度中心穿过存在于仅离开凹面镜114焦点距离f位置的小透镜的分光束的光强度，大于穿过其它高度位置的小透镜的分光束的光强度。因此，如果能够按照使这些光强度较大的分光束错开通过反射区域的光的光轴来设置阶梯反射镜150的子反射镜154是有效的。子反射镜154的宽度(高度方向的尺寸)比图8所示例大也可以。投射屏上的暗线，如果其光量变为其它部分光量的约95％以下就容易明显，而在约98～97％以上就不大明显。因此，也可以调整子反射镜154的宽度，使可投影正交分光棱镜260的中心轴的暗线光量达到其它部分光量的约98％以上。
再有，在图8所示的阶梯反射镜150中，有主反射镜152和子反射镜154的两级结构，但也能够使用三级以上的多级阶梯反射镜。
B．第二实施例
图12是表示本发明第二实施例的投射式显示装置2000及其照射光学系统主要部分的图，是与第一实施例的图9相当的图。第二实施例使用通常的平坦反射镜156来代替第一实施例的阶梯反射镜150，此外，在偏振光转换光元件140与反射镜156之间设有平板状的透光性板材158。其它结构要素与第一实施例的投射式显示装置1000相同。再有，在第二透镜阵列130与重叠透镜160之间设置透光性板材158也可以。例如，设置在反射镜156与重叠透镜160之间就可以。
在图8所示的与两块子反射镜154对应的高度位置上设置两块透光性板材158。再有，透光性板材158的高度方向的大小与在第一实施例中说明的子反射镜154(图8)大致相等。但是，正交分光棱镜260的中心轴262沿与图1纸面垂直的方向伸长。因此，在沿与正交分光棱镜260的中心轴262对应方向周围旋转位置上，把透光性板材158从透镜阵列120、130面倾斜设置。作为透光性板材158，可使用玻璃板和板状的光学玻璃。
众所周知，平板状的透光性板材158有把斜向入射的光线的光路大致平行移动的功能。由于在与两块子反射镜154对应的位置分别设有两块透光性板材158，所以穿过该透光性板材158的光线的光路如图12中一点锁线所示平行移动。另一方面，用实线表示的光线由于未穿过透光性板材158，所以光路不变更。
这样，第二实施例中的阶梯反射镜150和第一实施例中的透光性板材158，无论哪一个都具有作为使穿过透镜阵列120、130相同列方向位置的多个分光束中的一部分的光路与其它分光束的光路错开的光路变更装置的功能。此外，如果这样，那么重叠透镜160具有作为光路角度变更装置的功能，在穿过透镜阵列120、130的相同列方向位置的多个分光束内，使一部分分光束光路向正交分光棱镜260入射的入射角度与其它分光束光路的入射角度不同。再有，这样设定由光路变更装置产生的光路变更宽度，至少使其是与用偏振光转换光元件140分离的两个直线偏振光分量之间的距离不同的值。在第二实施例的情况下，通过调整透光性板材158的折射率、倾斜角和厚度，就能够调整光路的变更宽度。
再有，作为光路变更装置，使用阶梯反射镜和透光性板材以外的装置也可以，还能够使多种类的光路变更装置配合使用。
C 第三实施例
图13是表示将第一实施例的透镜阵列120、130与第三实施例的投射式显示装置3000中使用的透镜阵列124、134进行比较的正视图。第三实施例使用这些透镜阵列124、134，此外，使用通常的平坦反射镜代替阶梯反射镜150。第三实施例的投射式显示装置3000除这些点和后面说明的偏振光转换光元件的变更点以外，有与第一实施例的投射式显示装置1000相同的结构。
如图13(B)所示，第三实施例的透镜阵列124、134是在10行小透镜中使第四行和第七行的小透镜与其它行左右错位的透镜阵列。也就是说，第四行的小透镜从其它行中仅以错位量d向右错位，而第七行的小透镜则相反地从其它行中仅以错位量d向左错位。
从透镜阵列的高度方向的中心，第四行和第七行分别存在于仅离开凹面镜114焦点距离f的位置。如上所述，穿过该高度位置的分光束比穿过其它高度位置的分光束的强度高。因此，利用这些行的小透镜向左右错位，能够使穿过这些小透镜的分光束变更穿过正交分光棱镜260时的角度。用图14说明该状况。在图14中，为了容易明白说明，省略了本实施例的投射式显示装置3000的结构要素(后面说明的偏振光转换光元件148等)的一部分。此外，图14中，在第二透镜阵列134中，仅图示的第三行和第四行的部分。从该图可明白，穿过这些小透镜的分光束的穿过正交分光棱镜260内时的角度错位，在不同位置形成暗线DLd、DLe。其结果，能够分散投射屏300上的暗线形成，使其不明显。再有，该结果是依据前面说明的第二原理。
按小透镜宽度P的约1/3设定第四行和第七行的小透镜的错位量d较好。如果这样，那么还把第四行的小透镜和第七行的小透镜配置在相互左右错位的位置上，能够进一步分散投射屏的暗线形成位置，使其不明显。
图15是表示把第一实施例中使用的偏振光转换光元件140与第三实施例中使用的偏振光转换光元件进行比较的图。图15(A)是第一实施例中第二透镜阵列130和偏振光转换光元件140的平面图，图15(B)是第一实施例的偏振光转换光元件140的正视图。从中可明白，偏振光转换光元件140的偏振光分光镜阵列141和选择相位差板142，其结构要素(透光性板材和λ/2相位差板)被配置在从正面观察向垂直方向延伸的方向上。
在使用图13(B)所示的透镜阵列124、134的情况下，使用图4(C)或图15(D)所示的偏振光转换光元件。图15(C)所示的偏振光转换元件148，在与透镜阵列124、134的错位行对应的位置，具有使与其错位量d刚好相同的偏振光分光镜阵列和选择相位差板错位的结构。另一方面，图4(D)所示的偏振光转换光元件149，在从正面观察向水平方向延伸的方向构成偏振光分光镜阵列和选择相位差板。如图4(D)所示，如果在向水平方向延伸的方向配置，那么有即使改变透镜阵列的行错位量d也能够使用相同的偏振光转换光元件的优点。但是，为此，必须把图4(D)的偏振光转换光元件的横向宽度设定得充分大。
D 第四实施例
图16是表示将第一实施例的透镜阵列120、130与第四实施例中使用的透镜阵列126、136进行比较的正视图。除使用这些透镜阵列126、136和使用与这些阵列对应的偏振光转换光元件以外，第四实施例有与第三实施例相同的结构。再有，作为偏振光转换光元件，由于能够使用与图15所示的第三实施例同样的元件，所以省略其说明。
如图16(B)所示，第四实施例的透镜阵列126、136使小透镜的各行顺序每次错开一点地错位。也就是说，把第1、4、7、10行配置在相同的位置上，同样地，把第2、5、8行和第3、6、9行也分别配置在相同的位置上。如果以第一行为基准，那么第2、5、8行就处于从第1行向右错位量刚好为d的错位的位置。此外，第3、6、9行与此相反，处于从第1行向左错位量刚好为d的错位的位置。
以小透镜宽度P的约1/3设定错位量d较好。如果这样，10行内的2/5行仅在相互垂直方向(即列方向)上重叠。如上所述，在列方向的相同位置上并排的多个小透镜在投射屏上相同的位置上投影正交分光棱镜260的中心轴，并形成暗线。因此，在相同的列方向位置上重叠的透镜阵列的行数，通过使透镜阵列的行左右错位，变为其总数的约2/5以下，能够使投射屏300上的暗线不明显。
再有，以小透镜宽度P的约1/4设定错位量d的值也可以。一般来说，只要小透镜的宽度P的约1/3～约1/5范围的错位量d就可以使各行相互左右错开。
象以上的第三和第四实施例，通过在两块透镜阵列和偏振光转换光元件上实施各种方法，能够使正交分光棱镜260的中心轴投影在投射屏300上所形成的暗线不明显。
再有，使暗线不明显的本发明并不限于上述实施例和实施形态，在不脱离其主要精神的范围内，能够进行各种形态的变换。
也就是说，投射式显示装置配有照射光学系统，射出照射光；三组光调制装置，根据提供的图象信号，分别调制三色光；色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，有与所述分光膜相互交叉位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，向同一方向射出；和投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投影屏上；配有分离重叠光学系统，产生至少沿与色光合成装置的中心轴对应的预定方向分离的至少一列的多个分光束，同时在光调制装置上大致重叠多个分光束。而且，这样构成该分离重叠光学系统，利用一列多个分光束内的一部分分光束，使色光合成装置的中心轴在投射面上被投射的位置，从利用其它分光束投射的位置，向与色光合成装置的中心轴对应方向的不同方向偏移。如果这样，一列多个分光束内的一部分分光束，由于把色光合成装置的中心轴投影在投射面上的不同位置并形成暗线，所以能够使被投射的图象上形成的暗线不明显。
此外，在上述各实施例中，虽然使用偏振光转换光元件转换成一个直线偏振光分量，但也可以省略偏振光转换光元件。这种情况下，在上述各实施例中，也同样可达到使投射屏上形成的暗线不明显的效果。
此外，在上述各实施例中，以在透射型投射式显示装置中采用本发明的情况为例说明了本发明，但本发明也可以用于反射型的投射式显示装置。其中，所谓‘透射型’是指液晶光阀等的光调制装置透射光的类型，所谓‘反射型’是指光调制装置透射光的类型。在反射型投射式显示装置中，正交分光棱镜被作为把白色光分离成红、绿、蓝三色光的色光分离装置使用，同时，也作为把已调制的三色光再次合成并射向同一方向的色光合成装置使用。在反射型投射式显示装置中采用本发明的情况下，也能够获得与透射型投射式显示装置大致相同的效果。
本发明的照射光学系统能够适用于各种投射式显示装置。此外，本发明的投射式显示装置也可用于把例如从计算机输出的图象和从录象机输出的图象投射到屏幕上，进行显示。

Claims (36)

1．一种投射式显示装置，包括
照射光学系统，射出照射光；
色光分离装置，把所述照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号对所述三色光分别进行调制；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，并向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
所述照射光学系统，配有分离重叠光学系统，在与所述色光合成装置的所述中心轴大致平行的列方向，和在与所述色光合成装置的所述中心轴大致垂直的行方向，产生分离的多个分光束，同时重叠所述多个分光束，
其特征在于，这样构成所述分离重叠光学系统，使利用在相同列方向上存在的所述多个分光束内的一部分分光束把所述中心轴投射在所述投射面上的位置，从利用其它分光束投射的位置向与所述中心轴相对应的方向不同的方向偏移。
2．如权利要求1所述的投射式显示装置，其特征在于，所述分离重叠光学系统包括：
光束分割装置，产生所述多个分光束；和
入射角度变更装置，在相同列方向存在的所述分光束内，把一部分分光束按与其它部分分光束不同的入射角度向所述色光合成装置入射。
3．如权利要求2所述的投射式显示装置，其特征在于，所述光束分隔装置配有在所述列方向和所述行方向上排列多个小透镜的至少一个透镜阵列；所述入射角度变更装置配有在反射面上有台阶的阶梯反射镜。
4．如权利要求2所述的投射式显示装置，其特征在于，所述光束分隔装置配有在所述列方向和所述行方向上排列多个小透镜的至少一个透镜阵列；所述入射角度变更装置配有面对所述透镜阵列倾斜配置的透光性板材。
5．一种投射式显示装置，包括：
照射光学系统，射出照射光；
色光分离装置，把上述照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号对所述三色光分别进行调制；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，并向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
其特征在于，所述照射光学系统，配有：
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；和
光路变更装置，在穿过沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的预定方向排列的所述多个小透镜的多个分光束内，使一部分分光束的光路与其它分光束的光路错开。
6．如权利要求5所述的投射式显示装置，其特征在于，所述光路变更装置配有沿所述预定方向，使通过位于距所述光源的光轴仅一定距离的位置的分光束的光路与通过其它位置的分光束的光路错开的装置。
7．如权利要求6所述的投射式显示装置，其特征在于，所述光源配有光源灯和反射从所述光源灯射出的光的凹面镜，所述一定的距离与所述凹面镜的焦点距离大致相等。
8．如权利要求5所述的投射式显示装置，其特征在于，所述光路变更装置配有在反射面上有阶梯的阶梯反射镜。
9．如权利要求8所述的投射式显示装置，其特征在于，沿与所述预定方向垂直的方向设置所述阶梯反射镜的阶梯部分。
10．如权利要求8所述的投射式显示装置，其特征在于，所述阶梯反射镜有相互高度不同的第一反射面和第二反射面，沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的所述预定方向，在距所述光源的光轴仅一定距离的各自分离的两个位置上分别设有所述第二反射面。
11．如权利要求5所述的投射式显示装置，其特征在于，所述光路变更装置配有从所述第二透镜阵列面倾斜配置的透光性板材。
12．如权利要求5～11中任一项所述的投射式显示装置，其特征在于，所述照射光学系统，还配有：
偏振光转换光元件，设置在所述第二透镜阵列与所述光路变更装置间的任何位置上；
所述偏振光转换元件配有偏振光分光镜阵列，有多组相互平行的偏振光分离膜和反射膜，把穿过所述第二透镜阵列的多个小透镜的多条分光束分别分离成两种直线偏振光分量；和
偏振光转换装置，使由所述偏振光分光镜阵列分离的所述两种直线偏振光分量的偏振光方向一致；
利用所述光路变更装置，穿过沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的预定方向排列的所述多个小透镜、并使由所述偏振光分光镜阵列分离的所述两种直线偏振光分量的光路的一部分与其它光路错开。
13．如权利要求12所述的投射式显示装置，其特征在于，利用所述光路变更装置使所述两种直线偏振光分量的光路的一部分与其它光路错开的量，是所述两种直线偏振光分量的邻接光路间的距离的约1/2。
14．如权利要求5～13中任一项所述的投射式显示装置，其特征在于，还配有重叠光学系统，重叠顺序穿过所述第一和第二透镜阵列的多个分光束，照射所述三组光调制装置；在所述第二透镜阵列和所述重叠光学系统之间设置所述光路变更装置。
15．一种投射式显示装置，包括：
照射光学系统，射出照射光；
色光分离装置，把照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号对所述三色光分别进行调制；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
所述照射光学系统，配有
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，所述第一和第二透镜阵列分别这样配置，沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的方向垂直的行方向，分割成各自有多个小透镜的多个行，沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的方向，使距所述光源的光轴仅一定距离的位置上存在的行配置于与其它行仅一定错位量的位置。
16．如权利要求15所述的投射式显示装置，其特征在于，所述光源配有光源灯和反射从所述光源灯射出的光的凹面镜，所述一定的距离与所述凹面镜的焦点距离大致相等。
17．一种投射式显示装置，包括：
照射光学系统，射出照射光；
色光分离装置，把照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号对所述三色光分别进行调制；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
所述照射光学系统，配有
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，所述第一和第二透镜阵列分别这样配置，沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应方向垂直的行方向，分隔成各自有多个小透镜的多个行，所述多个行的至少一部分行配置在与其它行错位的位置上，在从与行方向垂直的方向观察时，把所述小透镜的相互同等位置上排列的行数设定为所述总行数的2/5以下。
18．如权利要求17所述的投射式显示装置，其特征在于，所述第一和第二透镜阵列的所述多个行仅有一定错位量地顺序地相互错位地配置。
19．一种照射光学系统，用于投射式显示装置中，照射所述照射光，配有：
色光分离装置，把照射光分离成三色光；
三组光调制装置，根据提供的图象信号对所述三色光分别进行调制；
色光合成装置，配有按X字状配置的两种分光膜，具有与所述分光膜相互交叉位置相当的中心轴，合成由所述三组光调制装置调制的三色光，向同一方向射出；和
投射装置，把由所述色光合成装置合成的光投射在投射面上；
配有分离重叠光学系统，在与所述色光合成装置的所述中心轴大致平行的列方向，和在与所述色光合成装置的所述中心轴大致垂直的行方向，产生分离的多个分光束，同时重叠所述多个分光束，
其特征在于，这样构成所述分离重叠光学系统，使利用相同列方向上存在的所述多个分光束内的一部分分光束把所述中心轴投射在所述投射面上的位置，从利用其它分光束投射的位置向与所述中心轴相对应方向的不同方向偏移。
20．如权利要求19所述的照射光学系统，其特征在于，所述分离重叠光学系统配有：
光束分隔装置，产生所述多个分光束；和
入射角度变更装置，在相同列方向存在的所述分光束内，把一部分分光束按与其它部分分光束不同的入射角度向所述色光合成装置入射。
21．如权利要求20所述的照射光学系统，其特征在于，所述光束分隔装置配有在所述列方向和所述行方向上排列的多个小透镜的至少一个透镜阵列；所述入射角度变更装置配有在反射面上有阶梯的阶梯反射镜。
22．如权利要求20所述的照射光学系统，其特征在于，所述光束分隔装置配有在所述列方向和所述行方向上排列的多个小透镜的至少一个透镜阵列；所述入射角度变更装置配有面对所述透镜阵列倾斜配置的透光性板材。
23．一种照射光学系统，射出照射光，其特征在于，包括：
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；和
光路变更装置，在穿过沿预定方向排列的所述多个小透镜的多个分光束内，使一部分分光束的光路与其它分光束的光路错开。
24．如权利要求23所述的照射光学系统，其特征在于，所述光路变更装置配有沿所述预定方向，使穿过距所述光源的光轴仅一定距离的位置的分光束的光路与穿过其它位置的分光束的光路错开的装置。
25．如权利要求24所述的照射光学系统，其特征在于，所述光源配有光源灯和反射从所述光源灯射出的光的凹面镜；所述一定的距离与所述凹面镜的焦点距离大致相等。
26．如权利要求23所述的照射光学系统，其特征在于，所述光路变更装置配有在反射面上有阶梯的阶梯反射镜。
27．如权利要求26所述的照射光学系统，其特征在于，沿与所述预定方向垂直的方向设置所述阶梯反射镜的阶梯部分。
28．如权利要求26所述的照射光学系统，其特征在于，所述阶梯反射镜有相互高度不同的第一反射面和第二反射面，沿与所述色光合成装置的所述中心轴对应的所述预定方向，在距所述光源的光轴仅一定距离的两个位置上分别设有所述第二反射面。
29．如权利要求23所述的照射光学系统，其特征在于，所述光路变更装置配有与所述第二透镜阵列面倾斜配置的透光性板材。
30．如权利要求23～29中任一项所述的照射光学系统，其特征在于，还配有：偏振光转换元件，设置在所述第二透镜阵列与所述光路变更装置间的任何位置上；
所述偏振光转换光元件配有偏振光分光镜阵列，有多组相互平行的偏振光分离膜和反射膜，把穿过所述第二透镜阵列的多个小透镜的多个分光束分别分离成两种直线偏振光分量；和
偏振光转换装置，使由所述偏振光分光镜阵列分离的所述两种直线偏振光分量的偏振光方向一致；
利用所述光路变更装置，穿过沿所述预定方向排列的所述多个小透镜、使由所述偏振光分光镜阵列分离的所述两种直线偏振光分量的光路的一部分与其它光路错开。
31．如权利要求30所述的照射光学系统，其特征在于，利用所述光路变更装置，使所述两种直线偏振光分量的光路的一部分与其它光路错开的量，约是所述两种直线偏振光分量的邻接光路间的距离的1/2。
32．如权利要求23-31中任一项所述的照射光学系统，其特征在于，还配有重叠光学系统，重叠顺序穿过所述第一和第二透镜阵列的多个分光束，照射所述三组光调制装置；在所述第二透镜阵列和所述重叠光学系统之间设置所述光路变更装置。
33．一种照射光学系统，射出照射光，配有：
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，所述第一和第二透镜阵列分别这样配置，沿与所述予定方向垂直的行方向，分隔成各自有多个的小透镜的多个行，沿所述予定方向，使距所述光源的光轴仅一定距离的位置上存在的行处于与其它行仅一定错位量的位置。
34．如权利要求33所述的照射光学系统，其特征在于，所述光源配有光源灯和反射从所述光源灯射出的光的凹面镜；所述一定的距离与所述凹面镜的焦点距离大致相等。
35．一种照射光学系统，射出照射光，配有：
第一透镜阵列，有把从光源射出的光束分隔成多个分光束的多个小透镜；
第二透镜阵列，有与所述第一透镜阵列的所述多个小透镜分别对应的多个小透镜；
其特征在于，所述第一和第二透镜阵列分别这样配置，沿与予定方向垂直的行方向，分隔成各自有多个小透镜的多个行，所述多个行的至少一部分行配置在与其它行错位的位置上，在从与行方向垂直的方向观察时，把所述小透镜在相互同等位置上排列的行数设定为所述总行数的2/5以下。
36．如权利要求35所述的照射光学系统，其特征在于，
所述第一和第二透镜阵列的所述多个行有仅一定错位量顺序地相互错位的配置。
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