CN1415980A - 偏振单元、偏振照明设备以及投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型偏振照明设备，所述设备能够以降低的发散角向小型液晶显示装置有效地供应光线。上述设备具有：光源灯、反射镜、带有开口的反射装置、四分之一波长板、棒状积分器、偏振光分离装置以及聚光透镜，其中可整体地布置带有开口的反射装置、四分之一波长板、棒状积分器和偏振光分离装置。设备可被制成小型的。在已被上述反射装置反射出或已通过其开口部分透射并已被所述反射装置再次聚集以后，再次进入偏振光分离装置之前，由于不是透射过偏振光分离装置的、而是被其反射出的线性偏振光组分通过四分之一波长板二次透射并被转换，因此可有助于照明，从而提高了使用光源的效率。

Description

偏振单元、偏振照明设备以及投影显示装置

技术领域

本发明涉及一种偏振单元，所述偏振单元用以获得例如由线性偏振光组成的照明光，本发明还涉及一种使用所述偏振单元的偏振照明设备以及使用所述偏振照明设备的投影显示装置。

本申请要求于2001年11月2日提出的日本专利申请Nos.2001-337827和2002年7月16日提出的日本专利申请Nos.2002-207553的优先权，这两个专利申请的内容在这里作为参考。

背景技术

近年来，对构成投影显示装置的光学系统的改进朝着小型化和高清晰的方向发展。具体地说，作为屏幕的投影图像的亮度和照明均匀度的方法，而提高所述投影图像的亮度和照明均匀度是显示装置进行功能的要求，一种由蝇眼透镜构成的集成光学系统与由偏振光射束分裂器阵列构成的偏振光转换光学系统相结合而构成的光学系统已变得具有商业实用性，因此，当前市场上出售的使用三片式液晶显示装置的光学系统具有上述结构。

在具有上述结构的光学系统中，通过用由两片蝇眼透镜构成的集成光学系统使来自于光源的光线分成多片部分光线以便于形成多个光源图像，并且通过将该光源图像与次级光源相比较，并通过在液晶显示装置上重叠光线，可有效地获得具有相同光强度分布的照明光。

此外，通过由偏振光射束分裂器阵列构成的偏振光转换光学系统与集成光学系统的结合使用，在已使光线分成多片部分光线并已转换偏振光以后，也就是说，在已经提供了相同的偏振方向以后，在液晶板上重叠照明光，因此，使用光源的效率是相当高的。

然而，在具有上述结构的所述投影液晶显示装置中，在正常情况下，由于蝇眼透镜和偏振光射束分裂器阵列的尺寸大于用作被照射表面的液晶显示装置的图像显示部分的尺寸，因此进入到液晶显示装置中的入射光的发散角变大了。当入射光的发散角变大时，以及当进入到液晶板的入射光的平行性降低时，不能将光线有效地供应到液晶板，因此降低了使用光源的效率。此外，为了提高液晶板的孔径比，具有微型透镜阵列的液晶显示装置也是市场上可买得到的，然而，众所周知，在投影液晶显示装置中，除非具有高平行性的光线入射在微型透镜上，否则使用通过象素开口部分透射光线的效率就降低了。

在日本公开专利申请Nos.2000-131647和2001-206464中披露了用于降低入射到液晶显示装置上的光线的发散角的常规光学系统，在所述光学系统中结合有使用柱状集成器件(主要的，是棒状积分器)的照明均匀部件和偏振光转换单元。在常规光学系统中，一种光学系统作为偏振光分离装置，其中每个都具有形成于矩形棱镜与楔型棱镜之间邻接表面上的偏振光分离膜的多个偏振光射束分裂器阵列或多个偏振光射束分裂器以阵列的形式排列。

然而，由于用以获得照明均匀度的装置和用以转换偏振光的装置被各自独立地布置于上述常规光学系统中，因此需要用以容纳它们的实际空间。由于，特别是如所披露的前一个实施例所提供的常规光学系统中所用的由玻璃制成的偏振光射束分裂器相当大，因此所述常规光学系统不适用于实现小型的投影显示装置。此外，常规光学系统在成本上还具有劣势。由于需要两个棒状积分器，一个用于p-偏振光，而另一个用于s-偏振光，每个都被偏振作用分开，因此常规光学系统不适于被制造成重量轻成本低的系统。在所披露的后一个实施例中所提供的常规光学系统中，由于所需的棒状积分器的数量为一个，并且用偏振光射束分裂器阵列进行偏振光转换过程，与所披露的前一个实施例所提供的常规光学系统相比在重量和成本上具有优势。然而，由于用以获得照明均匀度的光学装置和用于偏振光转换的光学装置被各自独立地布置，必须确保用以布置它们的空间，这就不足以使照明装置小型化。

发明概述

鉴于上述原因，本发明的第一个目的是提供一种偏振单元，所述偏振单元能够使得由柱状集成器件(主要的，是棒状积分器)和偏振光转换光学系统构成的光学系统小型化，并且能够降低入射到较小液晶板上的光线的发散角。本发明的第二个目的是提供一种新型偏振照明设备，所述设备与常规偏振照明设备相比是小型的、重量轻的，并且通过使用上述偏振单元所述设备能够降低入射到较小液晶板上的光线的发散角。本发明的第三个目的是，通过利用上述新型偏振照明设备，实现由LCOS(基于硅的液晶)制成的分时型单板显示装置和由微型透镜制成的投影显示装置的小型化。

根据本发明的第一个方面，提供了一种偏振单元，所述偏振单元用于接收来自于光源的光线和向被照射对象发射偏振照明光线，所述偏振单元包括：

偏振光转换单元，所述偏振光转换单元用于获得特定类型的偏振光，并且，当偏振光从所述被照射对象的一侧入射时用于在其偏振方向彼此垂直的两种光线组分之间转换相位差，并且用于向被照射对象的一侧发射所述偏振光；

光线导向单元，所述光线导向单元具有形成于所述光源一侧上的光线入射端面和形成于所述被照射对象一侧上的光线输出端面，并且所述光线导向单元用于使入射光线沿直线传播或使得发生内反射以引导所述光线；

偏振光分离装置，所述偏振光分离装置用于使一种特定类型的偏振光与另一种特定类型的偏振光分离并透射所分离的偏振光；并且

其中，所述偏振光转换单元和所述光线导向单元被布置于所述偏振光分离装置中的所述光源的一侧上。

根据上述结构，可以以整体的方式形成偏振光转换单元、光线导向单元和偏振光分离装置。因此，该结构有助于所述偏振单元的小型化。

在上文中，一个优选模式是，其中所述偏振光转换单元具有带有开口的反射部件和相位延迟部件，所述反射部件通过开口部分接收从所述光源所发射出来的光线并且反射从所述被照射对象一侧上入射的光线，所述相位延迟部件被放置于所述带有开口的反射部件的所述被照射对象的一侧上，其中所述带有开口的反射部件、所述相位延迟部件、所述光线导向单元被布置于所述偏振光分离装置的所述光源的一侧上。

根据上述结构，可以以整体的方式布置偏振光转换单元、光线导向单元和偏振光分离装置。因此，该结构有助于所述偏振单元的小型化。

另外，一个优选模式是，其中所述相位延迟部件被布置于所述带有开口的反射部件和所述光线导向单元之间。

根据上述结构，通过使所述带有开口的反射部件和所述相位延迟部件构造成与所述光线导向单元的所述光线入射端面相接触，可以几乎整体的方式形成带有开口的反射部件、相位延迟部件和光线导向单元的所述光线入射端面，从而可将偏振单元制成为小型的。

另外，一个优选模式是，其中所述相位延迟部件被布置于所述光线导向单元和所述偏振光分离装置之间。

根据上述结构，通过使所述带有开口的反射部件构造成与所述光线导向单元的所述光线入射端面相接触，并且通过使所述相位延迟部件构造成与所述光线输出端面相接触，可以以几乎整体的方式形成带有开口的反射部件、相位延迟部件和光线导向单元，从而可将偏振单元制成为小型的。

另外，一个优选模式是，其中所述光线导向单元是用实心或中空的柱状集成器件制成的。

根据上述结构，入射到光线入射端面上的光线被完全反射以实现均匀亮度并被导向光线输出端面。由于使用了内反射，用具有较小光聚性的光束在光线输出端面上进行重叠照明，从而可在被照明表面上形成具有较高平行性的照明。

另外，一个优选模式是，其中所述带有开口的反射部件具有被放置于其大约中央部分的没有反射表面的开口部分，并且所述开口部分使光线被透射而除所述开口部分外的其他部分反射所述光线。

根据上述结构，通过相位延迟部件和光线导向单元使得已通过所述带有开口的反射部件的开口部分透射的任意偏振光入射到所述偏振光分离装置上，而已被所述偏振光分离装置反射出的其他光线组分向后传播到光源，并且在已穿过相位延迟部件和光线导向单元后，被例如带有开口的反射部件反射出，并通过光线导向单元入射到所述偏振光分离装置上，从而可有效地使用来自于光源的光线。

另外，一个优选模式是，其中所述相位延迟部件是四分之一波长板。

根据上述结构，由于用四分之一波长板作为相位延迟部件，因此已被所述偏振光分离装置反射出的其他光线组分向后传播到光源，并且在已通过相位延迟部件和光线导向单元透射后，被例如带有开口的反射部件反射出，并再次通过相位延迟部件入射到所述偏振光分离装置上，从而转换为垂直于先前偏振光方向的可通过所述偏振光分离装置透射的线性偏振光，从而可有效地使用来自于光源的光线。

另外，一个优选模式是，其中所述柱状集成器件是用玻璃或塑料制成的，并且，其中，所述光线入射端面和所述光线输出端面是矩形方杆状的，并且，其中，所述柱状集成器件完全反射通过环绕侧面被入射到所述光线入射端面上的光线，并且用于朝向所述光线输出端面引导所述光线。

根据上述结构，用玻璃或塑料制成的、其所述光线入射端面和所述光线输出端面是矩形方杆状的所述柱状集成器件完全反射通过环绕侧面被入射到所述光线入射端面上的光线，以便于实现照明的均匀度，并且所述柱状集成器件朝向所述光线输出端面引导所述光线。由于使用了内反射，用具有较小光聚性的光束在光线输出端面上进行重叠照明，从而可在被照明表面上形成具有较高平行性的照明。

另外，一个优选模式是，其中所述柱状集成器件是用玻璃或塑料制成的，并且，其中，所述光线入射端面和所述光线输出端面是圆柱形状的，并且，其中，所述柱状集成器件完全反射通过环绕侧面被入射到所述光线入射端面上的光线，以用于朝向所述光线输出端面引导所述光线。

根据上述结构，通过使用圆柱形集成器件作为光线导向单元，与其中使用矩形方杆状的所述柱状集成器件的情况相比较，可以以较低的成本生产所述偏振光分离装置。

另外，一个优选模式是，其中在所述柱状集成器件的所述光线输出端面的一侧上，布置有矩形开口部分和带有开口的反射装置，所述反射装置利用所述光源一侧上的表面作为反射表面。

根据上述结构，由于带有矩形开口部分的反射装置位于所述柱状集成器件的所述光线输出端面的附近，例如，可以以这种方式照射用作被照射对象的液晶板，即，被照射的区域形状是矩形的，并且可避免照明和使用光源的效率的降低。

另外，一个优选模式是，其中将所述偏振光分离装置的尺寸设定为大于所述矩形开口部分的尺寸。

根据上述结构，由于将所述偏振光分离装置的尺寸设定为大于带有开口的反射装置的所述矩形开口部分的尺寸，到达所述偏振光分离装置的被照射对象的光线全部是所期望的线性偏振光，所述线性偏振光可用于照射所述被照射对象。

另外，一个优选模式是，其中所述偏振光分离装置只透射包含在所入射的任意偏振光中的相互垂直的两种线性偏振组分之中的一种组分，而反射相互垂直的两种线性偏振组分之中的另一种组分。

根据上述结构，可向所述被照射对象供应线性偏振光。

另外，一个优选模式是，其中使所述带有开口的反射部件和所述相位延迟部件这样构成，即，使它们与所述光线导向单元的所述光线入射端面相接触。

根据上述结构，通过以整体的方式形成所述带有开口的反射部件、所述相位延迟部件和所述光线导向单元，可使得所述偏振单元是小型的、重量轻的。

另外，一个优选模式是，其中使所述带有开口的反射部件这样构成，即，使它与所述光线导向单元相接触，并且，使所述相位延迟部件这样构成，即，使它与所述光线输出端面相接触。

根据上述结构，通过以整体的方式形成所述带有开口的反射部件、所述相位延迟部件和所述光线导向单元，可使得所述偏振单元是小型的、重量轻的。

另外，一个优选模式是，其中通过在所述光线导向单元的所述光线入射端面上真空蒸镀而形成所述带有开口的反射部件。

根据上述结构，由于是通过在所述光线导向单元的所述光线入射端面上真空蒸镀而形成所述带有开口的反射部件，可使得所述偏振单元是小型的。

依照本发明的第二目的，提供了一种偏振照明设备，用于通过使用上述偏振单元来实现照明的均匀度和偏振光转换，所述偏振照明设备包括：

光源；

聚光部件，用于使来自于所述光源的光线聚集；

所述偏振单元；以及

聚光透镜，用于使得已穿过所述偏振光分离装置的光线在所述被照射对象上聚集。

根据上述结构，已被聚光部件聚集并已通过带有开口的反射装置的开口部分透射的任意偏振光通过相位延迟部件和光线导向单元进入所述偏振光分离装置。其偏振轴彼此垂直的两种线性偏振光组分中的一种光线组分透射所述偏振光分离装置，并且用于通过所述聚光透镜照射所述被照射对象。已被所述偏振光分离装置反射的另一种光线组分向后传到光源并通过光线导向单元和相位延迟部件到达带有开口的反射装置。在一种情况下，已到达反射装置的光线被所述带有开口的反射装置所反射。在另一种情况下，已到达反射装置的光线通过所述带有开口的反射装置透射并再次被聚光部件聚集，然后通过所述带有开口的反射装置透射。在任何情况下，在光线通过所述光线导向单元再次到达所述偏振光分离装置之前，所述光线通过所述相位延迟部件二次透射。由于光线已转换为与先前偏振方向成直角交叉的线性偏振光，所述光线可通过所述偏振光分离装置透射。因此，该光线可用作照明光。由于通过聚光透镜在光线导向单元的光线输出端面上形成了显示均匀照明信息的图像，因此可获得均匀的照明。因此，来自于光源的任意偏振光高效地转换为线性偏振光并以均匀的方式被照射。

根据本发明的第三目的，提供了一种投影显示装置，包括：

如方案16中所述的偏振照明设备；

色分离装置，用于将从所述偏振照明设备中发射出的光线分离成多种原色光线；

用作被照射对象的光阀，用于电光地调制来自于所述色分离装置的光线；以及

投影透镜，用于投射图片图像的光线，所述图片图像是由所述光阀以分解的方式调制的。根据上述结构，可获得均匀度极佳的、具有较高平行性的投影图像。而且，由于偏振照明设备变得非常小型，因此投影显示板变得小型化并适用于用作使用LCOS的分时单板投影液晶显示器的显示装置，或者用作使用微型透镜的投影液晶显示装置。例如，可用滤色器作为颜色分离装置。例如可用液晶板作为光阀。

附图的简要说明

从以下结合附图的描述中，本发明的上述和其他目的、优点和特征将更加明晰，其中：

图1是示出了本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的结构的截面图；

图2是示出了本发明第一实施例所涉及的作为偏振照明设备主要部分的偏振单元的结构的分解透视图；

图3是说明偏振单元的棒状积分器的功能的视图；

图4是解释本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的功能以及说明其中使通过带有开口的反射装置的开口部分沿反向透射的光线进行偏振转换的状态的视图；

图5是解释本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的功能以及说明其中使从带有开口的反射装置反射的光线进行偏振转换的状态的视图；

图6是解释本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的功能以及说明其中使从带有开口的反射装置反射的光线进行偏振转换的状态的视图；

图7是示出了本发明第二实施例所涉及的偏振照明设备的结构的截面图；

图8是示出了本发明第三实施例所涉及的偏振照明设备的结构的截面图；

图9是示出了本发明第三实施例所涉及的作为偏振照明设备的主要部分的偏振单元的分解透视图；

图10是解释本发明第三实施例所涉及的偏振照明设备的功能的视图；

图11是解释本发明第三实施例所涉及的偏振照明设备的功能的视图；

图12是解释本发明第三实施例所涉及的偏振照明设备的功能的视图；

图13是示出了本发明第四实施例所涉及的偏振照明设备的结构的截面图；

图14是示出了本发明第四实施例所涉及的偏振照明设备的偏振单元的结构的分解透视图；

图15是示出了本发明第五实施例所涉及的投影显示装置的结构的截面图；

图16是示出了本发明第六实施例所涉及的投影显示装置的结构的截面图。

优选实施例的详细描述

下面将参照附图用各种实施例更详细地描述实现本发明的最佳模式。

第一实施例

图1是示出了本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的结构的截面图，图2是示出了本发明第一实施例所涉及的作为偏振照明设备主要部分的偏振单元的结构的分解透视图。图3是说明偏振单元的棒状积分器的功能的视图，图4是解释本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的功能以及说明其中使通过带有开口的反射装置的开口部分沿反向透射的光线进行偏振转换的状态的视图，图5是解释本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的功能以及说明其中使从带有开口的反射装置反射的光线进行偏振转换的状态的视图，图6是解释本发明第一实施例所涉及的偏振照明设备的功能以及说明其中使从带有开口的反射装置反射的光线进行偏振转换的状态的视图。

第一实施例的偏振照明设备1是用在投影显示装置中的，而且，如图1中所示的，偏振照明设备1包括光源灯2(用作光源)、由椭圆镜构成的反射镜3(用作将来自于光源的光线聚集的部件)、偏振单元4以及聚光透镜5，其中以这种顺序排列这些组件，即，适合于照射用作光阀的液晶板6的被照射对象表面7。如图2中所示的，偏振单元4装有带有开口的反射装置8(作为偏振光转换单元的一部分(未示出))、四分之一波长板9(作为偏振光转换单元的一部分(未示出)并用作相位延迟部件(未示出))、棒状积分器11(用作光线导向单元(未示出)并用作柱状集成器件(未示出))、以及偏振光分离装置12(用作分离偏振光的部件)，所述反射装置8在其中央部分具有开口部分，其中被照射对象表面7的一侧上的一个表面被抛光成平滑如镜的状态。其中，带有开口的反射装置8和四分之一波长板9构成偏振光转换单元(未示出)。

光源灯2最好是，具有短电弧的高压水银灯或具有小面积光线发射部分的类似物。弧长越短，光线的点光源特性越强，因此使用反射镜3的光线的聚焦特性增强了。此外，光源灯2的光线发射部分包括不利于图像显示的紫外线和热力线，并且最好在光源灯2和带有开口的反射装置8之间存在的光路中放置紫外线去除过滤器(未示出)和热力线去除过滤器(未示出)。并且可在带有开口的反射装置8的一侧表面上放置用于去除紫外线和热力线的薄膜。

反射镜3将来自于光源灯2的光线聚集在其第二焦点附近，所述光源灯2被放置于其第一焦点附近。因此，最好将反射镜3布置得使棒状积分器11的入射光端面的中心与其第二焦点重合。此外，除了椭圆镜以外，带有抛物线表面的反射镜3也可用作反射镜3。在这种情况下，通过增加适合于沿棒状积分器11的入射光端面的中心聚集从带有抛物线表面的反射镜3所反射的光的透镜，可获得如反射镜3所获得的同样的作用。

如图2中所示的，反射装置8在其中心部分装有没有反射光线功能的开口部分8a，当来自于光源灯2的光线入射到棒状积分器11上时，所述开口部分8a作为光线摄入口使用。如稍后将描述的，反射部分用于提高转换偏振光的效率。例如可用通过进行金属(诸如铝(Al)等)或板状玻璃基片的表面上的多层绝缘材料的真空蒸镀而制备的装置作为带有开口的反射装置8。通过在进行真空蒸镀的同时提供掩模部分，可形成用作开口部分的非蒸镀区域。此外，为了减少光线量的损失，最好在带有开口的反射装置8一个背面上形成抗反射膜。将用作相位延迟装置的四分之一波长板9的光轴布置于相对于偏振光分离装置12的光轴或液晶板6的被照射对象表面7的光轴的45°角处。作为四分之一波长板9，已知有通过在TAC(三乙酰基纤维素)膜等之间夹持晶质材料(诸如方解石、水晶等)、细长透明的PVA(聚乙烯醇)膜而获得的膜式板。

如图2中所示的，棒状积分器11是方杆状的装置。通过用透明的玻璃材料或塑料材料制造棒状积分器11，以对应于照明光的波长区域。棒状积分器11具有光学抛光的光线入射端面SI和光线输出端面SO以及用于全反射的四个侧表面。此外，为了减少现行光线量的损失，光线入射端面SI和光线输出端面SO最好分别具有抗反射膜(未示出)。最好棒状积分器11的一个截面是矩形的，其水平(横向)方向的长度为H，其竖直(纵向)方向的长度为V，并且长度H与长度V之间的比率与液晶板6的显示区域中的长度H与长度V之间的比率几乎相等。因此，如果液晶板6的显示区域中长度H与长度V之间的比率为4∶3，棒状积分器11的截面的长度H与长度V之间的比率最好为4∶3。如果液晶板6的显示区域中的比率为16∶9，棒状积分器11的截面的长度H与长度V之间的比率也是16∶9可使得照射效果最佳。

如图3中所示的，入射光线L在棒状积分器11中重复侧面反射或在没有被侧面完全反射的情况下到达光线输出端面SO并形成多个垂向次级光源P1、P2、P3...P5。此外，在图3中，为了简化描述，Z轴方向用作传播方向并且只示出了Y-Z截面的光线。在输出端面SO中，由于是以重叠的方式用多个纵向次级光源P1、P2、P3...P5照射光线，因此可获得在一个表面内具有高均匀度的照射。由于通过聚光透镜5的透射在液晶板6的被照明表面7上还形成了显示关于光线输出端面SO上的照射状态的信息的图像，因此可实现均匀的照射。

在包含在任意偏振入射光线中的其偏振轴彼此垂直的线性偏振光组分中，偏振光分离装置12工作以使得其一个组分被透射而使其另一个组分被反射。例如，当穿过偏振光分离装置12的线性偏振光被定义为“p-偏振光”而从偏振光分离装置12反射下来的线性偏振光被定义为“s-偏振光”时，通过放置于偏振光分离装置12背面的聚光透镜5的透射在液晶板6的被照明表面7上形成了穿过偏振光分离装置12的p-偏振光的图像。

作为偏振光分离装置12，已知的有：由美国MOXTEK制造的ProFlus(商标)、Sumitomo 3M Corporation的HMF(Heart ManagementFilter的商品名称)等。通过在玻璃基片上形成由铝制成的精细栅极而获得ProFlus，所述精细栅极的宽度大约为65nm，高度大约为100到200nm，间距为140nm，并且所述ProFlus是适于使得包含在任意偏振入射光线中的沿垂直于栅格长度方向的振动方向进入的偏振光组分通过、并且使沿平行于栅格长度方向的振动方向的偏振光组分被反射的栅格式偏振装置。此外，通过用丙烯酸压合胶粘剂将其粘到玻璃基片等使用HMF，所述丙烯酸压合胶粘剂是具有聚酯多层结构的树脂膜。所述HMF具有包含在穿过的任意偏振光中的p-偏振组分和包含在反射的任意偏振光中的s-偏振组分。无论如何，通过在基片的偏振光分离表面的背面提供抗反射膜，可减少光线量上的损失。

以如下方式布置聚光透镜5，即，使得在液晶板6的被照明表面7上形成从棒状积分器11的光线输出端面SO所获得的图像。通过聚光透镜5使得棒状积分器11的光线输出端面SO和被照明表面7进入光学共轭状态。可如下构成液晶板6，即，使扭转向列(TN)液晶夹在两个透明玻璃基片之间，并且作为开关元件形成TFT(薄膜晶体管)。此外，作为液晶，除TN-型液晶外，还可使用铁电体型液晶或反铁电型液晶、水平取向型液晶或垂直取向型液晶，以及高分子发散型液晶。在密封有液晶的两个玻璃基片的背面和后侧布置有起偏振片(未示出)。在本发明中，期望除透射式有效矩阵TFT液晶板以外，还可使用反射型LCOS等。

下面，将参照图4到图6，描述第一实施例的偏振照明设备1的功能。

反射镜3使来自于光源灯2的任意偏振光聚集，当重复并输出侧反射时，会聚的光线通过反射装置8的开口部分8a和四分之一波长板9透射，进入棒状积分器11的光线入射端面SI然后到达光线输出端面SO。只有在包含于入射到偏振光分离装置12中的任意偏振光中彼此垂直的两种线性偏振光组分中的任意一种组分Lp(图4)(这里作为p-偏振光来处理)被透射，并且通过聚光透镜5的透射在液晶板6的被照明表面7上形成图像。

在图4和图5中示出了其中偏振光分离装置12反射出的另一种组分Ls(这里作为s-偏振光来处理)转换成p-偏振光的程序。s-偏振光组分光Ls向后传播到光源灯2处。s-偏振组分光Ls进入棒状积分器11的光线输出端面SO并穿过棒状积分器11，同时重复侧反射并到达光线入射端面SI然后输出。接着，通过四分之一波长板9透射输出光，然而，在这一点上，由于沿四分之一波长板9的光轴(快速轴、延迟轴)在组分之中的s-偏振光中出现了“π/2”的相位延迟，输出光转换为环形偏振光Lc，所述四分之一波长板9倾斜了45°角。

如图4中所示的，沿反向通过反射装置8的开口部分8a透射的环形偏振光Lc被反射镜3反射出并返回到光源灯2的光线发射部分附近。此后，将该光线再次用作全新偏振光的光源并通过带有开口的反射装置8和四分之一波长板9进入棒状积分器11。也就是说，在其进入到棒状积分器11中之前，环形偏振光Lc立即又通过四分之一波长板9透射。在这一点上，由于沿倾斜了45°角的四分之一波长板9的光轴(快速轴和延迟轴)在组分中出现总量为“π”的相位延迟，环形偏振光Lc转换为p-偏振光并最终透射偏振光分离装置12，其有利于在液晶板6的被照明表面7上照明。

另一方面，如图5中详细示出的或如图6中所示的，其中图6是棒状积分器11的光线入射端面SI邻近区域的分解图，由于它通过四分之一波长板9进一步透射，在没有穿过反射装置8的开口部分8a的情况下被反射的环形偏振光Lc转换为p-偏振光。最终，环形偏振光Lc透射偏振光分离装置12，其有利于在液晶板6的被照明表面7上照明。这样，由于其进一步二次通过四分之一波长板9透射，大部分被偏振光分离装置12反射出的s-偏振光组分L s被转换为p-偏振光，因此可将其用作照明光线，并且因此可进一步提高使用光源的效率。

此外，如果采用膜状四分之一波长板的话，可用压合胶粘剂将四分之一波长板9粘在棒状积分器11的光线入射端面SI上。此外，可将四分之一波长板9粘在带有开口的反射装置8上。如果采用膜状四分之一波长板(诸如HMF)的话，可将偏振光分离装置12粘在棒状积分器11的光线输出端面SO上。因此，可减少光线量上和组分数量上的损失。

如上所述，依照第一实施例，来自于光源灯2的任意偏振光Lr被分成线性偏振光(p-偏振光和s-偏振光)，所述线性偏振光的偏振方向互相垂直，由于其进一步二次通过四分之一波长板9透射，大部分被偏振光分离装置12反射出的s-偏振光Ls被转换为p-偏振光，因此能够获得具有相同偏振方向的线性偏振光(p-偏振光Lp)，所述线性偏振光可用作具有一致偏振方向的照明光。因此，可进一步提高使用光源的效率。此外，由于通过使用棒状积分器11导致光源是多层的，因此可获得照明的高均匀度。通过使用聚光透镜5，由于在液晶板6上形成了显示关于棒状积分器11的光线输出端面SO中的信息的图像，还可实现具有包含于照明光流中的低发散角的光线和具有高平行性的照明。此外，除了如上所述的使用光源的高效率、照明的高均匀度、以及照明光的极佳平行性以外，通过以整体的方式形成带有开口的反射装置8、四分之一波长板9、棒状积分器11以及偏振光分离装置12，可将偏振照明设备1和投影显示装置制造成小型的和重量轻的。

第二实施例

图7是示出了本发明第二实施例所涉及的偏振照明设备14的结构的截面图。在第一实施例中，棒状积分器11被夹在四分之一波长板9和偏振光分离装置12之间，并且在光线入射端面SI的一侧上布置四分之一波长板9并且在光线输出端面SO的另一侧上布置偏振光分离装置12，然而，在第二实施例中，四分之一波长板9和偏振光分离装置12都布置在棒状积分器11的光线输出端面SO的侧面上。在第二实施例中，象在第一实施例的场合下，可将来自于光源灯2的任意偏振光高效地转换为p-偏振光，所述p-偏振光可用作照明光，并可实现使用光源的高效率。除了上述以外的结构都与第一实施例中的相同，因此将简化对其的描述。

如图7中所示的，偏振照明设备14装配有光源灯2、反射镜3、偏振单元15以及聚光透镜5，所述偏振照明设备14适合于照射用作光阀的液晶板6的被照射对象表面7。偏振单元15具有按顺序排列的带有开口的反射装置8、棒状积分器11、四分之一波长板9、以及偏振光分离装置12。这里，带有开口的反射装置8和四分之一波长板9构成偏振光转换单元。此外，在本实施例中，可通过在棒状积分器11上的光线入射端面SI上的真空蒸镀形成带有开口的反射装置8。如果采用膜式四分之一波长板的话，也可将四分之一波长板9粘在棒状积分器11的光线输出端面SO上。通过上述构成，可减少光线量上和组分数量上的损失。

因此，依照第二实施例，可获得与第一实施例相同的作用。也就是说，象在第一实施例的场合下，光源灯2的任意偏振光可高效地转换为转换为p-偏振光，所述p-偏振光可用作照明光，因此可实现使用光源的高效率。

第三实施例

图8是示出了本发明第三实施例所涉及的偏振照明设备的结构的截面图。图9是示出了本发明第三实施例所涉及的作为偏振照明设备的主要部分的偏振单元的分解透视图。图10-12是解释本发明第三实施例所涉及的偏振照明设备的功能的视图。第三实施例中的偏振照明设备与第一实施例中所采用的偏振照明设备大不相同，其中用圆柱状的棒状积分器22取代了方杆状的棒状积分器11。而且，由此，在圆柱状的棒状积分器22的被照明的表面的侧面上布置带有矩形开口的反射装置23。

如图8中所示的，第三实施例的偏振照明设备17装配有光源灯2、由椭圆镜构成的用以聚集从光源灯2所发射的光流的反射镜3、偏振单元18以及聚光透镜5，所述配件是以上述顺序排列并且适合于向液晶板6的被照射对象表面7提供光线。

如图8和图9中所示的，偏振单元18装配有反射装置19(作为偏振光转换单元的一部分)、四分之一波长板21、反射装置23(带有矩形开口)、以及偏振光分离装置24，所述配件是以上述顺序排列的，其中所述反射装置19在其中央部分形成有环形开口部分19a，并且表面一侧上的一个表面被抛光成镜面平滑的状态，其中所述反射装置23的矩形开口23a形成于其中心，并且光源一侧上的表面被抛光成镜面平滑的状态。这里，带有环形开口的反射装置19和四分之一波长板21构成偏振光转换单元。

不利于图像显示的紫外线和/或热力线包含在从光源灯2所发射出的光线组分中，为了去除它们，期望在光源灯2和带有环形开口的反射装置19之间的光路中装配紫外线和热力线去除过滤器。还可在带有环形开口的反射装置19的一个表面上形成用以去除紫外线和热力线的薄膜。

反射镜3使得从布置于其第一焦点附近的光源灯2中发射的光线汇聚在其第二焦点附近。因此，期望这样布置所述反射镜3，即，使得圆柱状的棒状积分器22的光线入射端面的中心部分位于其第二焦点附近。从光源灯2中所发射并由反射镜3所聚集的会聚光流在圆柱状的棒状积分器22的光线入射端面上形成光源灯2的图像。在该实施例中，作为反射镜3，除了椭圆镜以外，还可使用带有抛物线表面的反射镜。在这种情况下，通过在圆柱状的棒状积分器22的光线入射端面的中心处另外安装至少一个透镜，以便于会聚从带有抛物线表面的反射镜反射出的光线，可获得与使用反射镜3所获得的相同的作用。

如图9中所示的，反射装置19在其中心部分装有没有反射光线功能的环形开口部分19a，当来自于光源灯2的光线入射到圆柱状的棒状积分器22上时，所述开口部分19a作为光线摄入口使用。如稍后将描述的，反射部分用于提高转换偏振转换的效率。例如可用通过进行金属(诸如铝等)或板状玻璃基片的表面上的多层绝缘材料的真空蒸镀而获得的反射装置作为带有环形开口的反射装置19。在这种情况下，通过在进行真空蒸镀时提供掩模部分，可形成非蒸镀区域用作开口部分。此外，为了减少光线量的损失，在其背面上形成抗反射膜。

当以这样的方式即，相对于入射的线性偏振光的振动方向形成了45°角布置它的光轴时，用作相位延迟部件的四分之一波长板21将线性偏振光转换成环形偏振光，并且，当环形偏振光进入时，将其转换成线性偏振光。如图9中所示的，圆柱状的棒状积分器22是透明的圆柱状光学装置，并且所述圆柱状的棒状积分器22是用透明玻璃材料或塑料材料制成的，以便于对应照明光的波长范围。圆柱状的棒状积分器22具有经光学抛光的光线入射端面SI、光线输出部分SO以及用于全反射的环绕侧面SW，并且将所述环绕侧面SW抛光成镜面平滑的状态以便于用作全反射面。此外，期望用抗反射膜覆盖光线入射端面SI和光线输出端面SO以减少输出光线量上的损失。

带有矩形开口的反射装置23具有矩形的开口部分23a，并且所述反射装置23被布置于圆柱状的棒状积分器22的光线输出端面SO的附近，如在反射装置19带有环形开口的情况中，使用通过进行金属(诸如铝(Al)等)或板状玻璃基片的表面上的多层绝缘材料的真空蒸镀而获得的装置。这里，带有矩形开口的反射装置23的开口部分23a的纵横比最好和被照射对象表面7的一个表面的纵横比相同。矩形光流通过带有矩形开口的反射装置23的开口部分23a进入到偏振光分离装置24中。如果用作被照射对象表面7的液晶板6中显示区域的纵横比为4∶3，期望矩形开口部分23a的纵横比为4∶3，并且如果液晶板6中显示区域的纵横比为16∶9，通过将矩形开口部分23a的纵横比制成16∶9可使得照射效果最佳。

将偏振光分离装置24布置于带有矩形开口部分23a的反射装置23的被照射对象表面7的一侧上，并且使得包含于任意偏振入射光中的线性偏振光线组分的一个组分透射而另一个组分被反射，所述线性偏振光线组分的偏振轴互相垂直。例如，当透过偏振光分离装置24的线性偏振光被定义为“p-偏振光”而从偏振光分离装置24反射出来的线性偏振光被定义为“s-偏振光”时，通过放置于偏振光分离装置24侧面的聚光透镜5的透射，在液晶板6的被照明表面7上形成了穿过偏振光分离装置24的p-偏振光的图像。以如下方式布置聚光透镜5，即，使得在液晶板6的被照明表面7上形成存在于带有矩形开口的反射装置23的开口部分23a上的图像。通过聚光透镜5的存在使得矩形开口部分23a和被照明表面7进入光学共轭状态。可如下构成液晶板6的被照明表面7，即，使TN(扭转向列)型液晶夹在两个透明玻璃基片之间，并且形成TFT(薄膜晶体管)作为开关元件。

接着，将参照图10到图12描述本实施例的偏振照明设备17(图8)的功能。如图10中所示的，反射镜3使来自于光源灯2的任意偏振光Lr聚集，并且会聚的光线通过反射装置19的环形开口部分19a和四分之一波长板21透射。上述会聚的光线在进入圆柱形棒状积分器22的光线入射端面SI以后，在由环绕侧面SW重复反射的同时到达光线输出端面SO并从那里发射。此后，在已到达带有矩形开口的反射装置23的开口部分23a以后，任意偏振光Lr穿过矩形开口部分23a并到达在偏振光分离装置24。包含于入射到偏振光分离装置24中的任意偏振光中彼此垂直相交的仅两种线性偏振光组分中的任意一种组分Lp(这里作为p-偏振光来处理)被透射，并且通过聚光透镜5的透射在液晶板6的被照明表面7上形成图像。

被偏振光分离装置24反射出的另一种组分(这里作为s-偏振光Ls来处理)进入圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO并从所述光线输出端面SO向后传播到光源灯2的一侧并在圆柱形棒状积分器22中透射，同时重复侧面反射，然后返回到光线入射端面SI然后从那里发射。接着，s-偏振光穿过四分之一波长板21，并且，在这一点上，s-偏振光Ls转换为环形偏振光Lc。如图10到图12中所示的，环形偏振光Lc不通过反射装置19的环形开口部分19a透射而是被其反射出，再透射到四分之一波长板21并转换为p-偏振光Lp。所述p-偏振光Lp在圆柱形棒状积分器22中朝向被照明表面7传播并到达带有矩形开口的反射装置23，并且，在穿过了矩形开口部分23a后透射过偏振光分离装置24，并通过使用聚光透镜5用作液晶板6的被照明表面7上的照明。因此可获得具有统一偏振方向的照明光束。

此外，如图12中所示的，被反射并返回到圆柱形棒状积分器22然后到达反射装置19的环形开口部分19a的所述s-偏振光Ls通过四分之一波长板21透射并变成环形偏振光Lc，并且所述偏振光被反射镜3反射出，并返回到环绕光源灯2的光线发射部分的部分。此后环形偏振光Lc被再利用为新的环形偏振光的光源光线。所述环形偏振光Lc被反射镜3发散并进入到圆柱形棒状积分器22的光线入射端面SI。在其直接进入到圆柱形棒状积分器22以前所述环形偏振光Lc再次通过四分之一波长板21透射。

在这一点上，由于沿倾斜了45°角的四分之一波长板21的光轴(快速轴和延迟轴)在组分中出现总量为“π”的相位延迟，环形偏振光转换为p-偏振光并最终通过偏振光分离装置24透射，所述偏振光分离装置12致力于在液晶板6的被照明表面7上照明。这样，来自于光源灯2的任意偏振光Lr被分成线性偏振光(p-偏振光Lp和s-偏振光Ls)，所述线性偏振光的偏振方向互相垂直，由于其进一步二次通过四分之一波长板21透射，大部分被偏振光分离装置24反射出的s-偏振光Ls转换为p-偏振光Lp，因此能够获得具有相同偏振方向的线性偏振光(p-偏振光Lp)，所述线性偏振光可用作具有统一偏振方向的照明光。

此外，如图11中所示的，在带有矩形开口的反射装置23中，没有到达开口部分23a但是到达了反射表面的任意偏振光Lr被所述反射表面反射出，而且其传播方向变为朝向光源灯2的一侧，并且，在重复侧面反射的同时，所述任意偏振光Lr在圆柱形棒状积分器22中传播。四分之一波长板21和带有环形开口的反射装置19中的任意偏振光Lr将其传播方向改变为圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO的方向，并进一步传播。当已穿过带有矩形开口的反射装置23的矩形开口部分23a后，p-偏振光Lp透射到偏振光分离装置24并有助于照明，而当已穿过带有矩形开口的反射装置23的矩形开口部分23a后，s-偏振光Ls被偏振光分离装置24反射出。被反射出的s-偏振光Ls在圆柱形棒状积分器22中朝向光源灯2传播，并且，在四分之一波长板21和带有环形开口的反射装置19中被转换为p-偏振光Lp，然后通过偏振光分离装置24透射并有助于在液晶板6的被照明表面7上照明。

此外，如果用膜状四分之一波长板作为四分之一波长板21的话，可用压合胶粘剂将其粘在圆柱形棒状积分器22的光线入射端面SI上。这使得减少了与空气接触的表面，从而导致光线量上的损失。还可将四分之一波长板21粘在带有环形开口的反射装置19的背面上。这能够减少在光线量上和期望的组分数量上的损失。如果偏振光分离装置24是膜状(诸如“HMS”等)的装置，还可将其粘在带有矩形开口的反射装置23的背面上。此外，可将带有矩形开口的反射装置23粘在圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO上。这能够减少在光线量上和期望的组分数量上的损失。

因此，依照本发明，来自于光源灯2的任意偏振光Lr被分成线性偏振光(p-偏振光Lp和s-偏振光Ls)，所述线性偏振光的偏振方向互相垂直。由于其进一步二次通过四分之一波长板21透射，大部分被偏振光分离装置24反射出的上述s-偏振光Ls也转换为p-偏振光Lp，因此能够获得具有相同偏振方向的线性偏振光(p-偏振光Lp)，从而所述线性偏振光可用作具有一致偏振方向的照明光。因此，提高了使用光源的效率。此外，由于通过使用圆柱形棒状积分器22导致光源是多层的，因此可获得照明的高均匀度。通过使用聚光透镜5，由于在液晶板6上形成了显示关于圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO中的照明信息的图像，还可实现具有包含于照明光流中的低发散角的光线和具有高平行性的照明。此外，除了如上所述的使用光源的高效率、照明的高均匀度、以及照明光的极佳平行性以外，通过以整体的方式形成带有环形开口的反射装置19、四分之一波长板21、圆柱形棒状积分器22、带有矩形开口的反射装置23以及偏振光分离装置24，可将偏振照明设备和投影显示装置制造成小型的和重量轻的。

此外，由于使用了可提供轻松操作的圆柱形棒状积分器22，与例如方杆状的棒状积分器11相比，可以以较低的成本制造所述偏振单元18和偏振照明设备。也就是说，在第一和第二实施例中采用方杆状的棒状积分器的情况中，为了实现光线的均匀性，由于必须高精度地操作和抛光所述用作内部反射的四个侧面，所以难于批量生产和降低成本，然而，在第三实施例使用圆柱形棒状积分器22的情况中，与使用方杆状的棒状积分器相比，由于要求减少了操作程序，所以可实现成本的降低。

这里，在带有矩形开口的反射装置23中，没有到达矩形开口部分23a但是到达了反射表面的任意偏振光Lr在圆柱形棒状积分器22中重复侧面反射并最终转换为可通过偏振光分离装置24透射的偏振组分，所述偏振组分被用作照明光，因此即使安装了带有矩形开口的反射装置23，也可制造出具有高效性使用光源的照明光学系统。

也就是说，在使用圆柱形棒状积分器22的光学系统中，由于光线输出端面SO和液晶板6的被照明表面7是光学共轭状态的，为了与液晶板6的矩形被照明表面7相对应，圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO必须是矩形的。然而，由于带有矩形开口的反射装置23位于光线输出端面SO的附近，因此可以以如下方式照射液晶板6的被照明表面7，即，被照明的一个区域的形状为矩形的，以便于避免在照明效率和使用光源的效率上的降低。

第四实施例

图13是示出了本发明第四实施例所涉及的偏振照明设备26的结构的截面图。图14是示出了本发明第四实施例所涉及的偏振照明设备26的偏振单元27的结构的分解透视图。在第三实施例中，圆柱形棒状积分器22被夹在四分之一波长板21和偏振光分离装置24之间，并且在光线入射端面SI的一侧上布置四分之一波长板21并且在光线输出端面SO的一侧上布置偏振光分离装置24，然而，在第四实施例中，四分之一波长板21和偏振光分离装置24都布置在圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO的侧面上。在第四实施例中，象在第三实施例的场合下，可将来自于光源灯2的任意偏振光高效地转换为p-偏振光，所述p-偏振光可用作照明光，并因此可实现使用光源的高效率。除了上述以外的结构都与第三实施例中的相同，因此将相应地简化对其的描述。

如图13中所示的，偏振照明设备26装配有光源灯2、由椭圆镜制成的反射镜3、偏振单元27以及聚光透镜5，这些组件以适合于照射用作光阀的液晶板6的被照射对象表面7的顺序排列。如图13和图14中所示的，偏振单元27装有反射装置19，在其中心部分具有环形开口部分19a，其中被照射对象表面7一侧上的对象被抛光为镜面平滑的状态、由玻璃或塑料制成的圆柱形棒状积分器22、四分之一波长板21、带有矩形开口的反射装置23，所述反射装置23在其中心部分具有矩形开口部分23a，其光源的一侧被抛光为镜面平滑的状态、以及偏振光分离装置24，这些组件以该顺序排列。这里，带有环形开口的反射装置19和四分之一波长板21构成偏振光转换单元。

接着，参照图13将描述本实施例的偏振照明设备26的功能。如图13中所示的，反射镜3使来自于光源灯2的任意偏振光Lr聚集，然后所述任意偏振光Lr通过反射装置19的环形开口部分19a透射，在已进入了圆柱形棒状积分器22的光线入射端面SI以后，在由环绕侧面SW重复反射的同时到达光线输出端面SO并从那里发射。此后，在已通过布置于圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO的被照射对象表面7一侧上的四分之一波长板21透射后，并且，在已到达带有矩形开口的反射装置23的开口部分23a以后，任意偏振光Lr通过矩形开口部分23a透射并到达在偏振光分离装置24。在已通过偏振光分离装置24透射后，包含于入射到偏振光分离装置24中的任意偏振光中的线性偏振光组分中的一种组分p-偏振光Lp通过聚光透镜5的透射到达液晶板6的被照明表面7，并且在被照明表面7上形成圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO的图像。

在已到达了布置于偏振光分离装置24和圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO之间的四分之一波长板21以后，被偏振光分离装置24反射出的s-偏振光Ls转换为环形偏振光Lc，然后进入圆柱形棒状积分器22的光线输出端面SO，从光线输出端面SO向后传播到光源灯2的一侧，在重复侧面反射的同时，在圆柱形棒状积分器22中透射，然后返回光线入射端面SI，并被从其中发射。在已通过反射装置19的环形开口部分19a透射后，环形偏振光Lc被反射镜3反射出，然后返回到靠近于光源灯2的光线发射部分的一个位置，并最终用作新的环形偏振光Lc的来自于光源的光线。

反射镜3使环形偏振光Lc聚光，并且，在已通过反射装置19的环形开口部分19a透射后，进入圆柱形棒状积分器22的光线入射端面SI，在圆柱形棒状积分器22中透射，并从光线输出端面SO发射，并且当其已穿过四分之一波长板21以后，转换为p-偏振光Lp，并且在已通过带有矩形开口的反射装置23的矩形开口部分23a透射以后，通过偏振光分离装置24透射以照射液晶板6。此外，不是通过反射装置19的环形开口部分19a透射的、而是被反射装置19的环形开口部分19a反射的环形偏振光Lc在圆柱形棒状积分器22中透射并到达光线输出端面SO，并在四分之一波长板21中转换为p-偏振光Lp。在已到达带有矩形开口的反射装置23以及已通过矩形开口部分23a透射以后，p-偏振光Lp通过偏振光分离装置24透射并有助于通过其透射过聚光透镜5而在液晶板6的被照明表面7上照明。这样，可获得具有一致偏振方向的照明光流。

依照第四实施例，几乎可获得与第三实施例中所获得的相同的作用。也就是说，象在第三实施例的场合下，可将来自于光源灯2的任意偏振光高效地转换为p-偏振光Lp，由于可利用p-偏振光Lp，因此可通过使用光源的效率。

第五实施例

图15是示出了本发明第五实施例所涉及的投影显示装置28的结构的截面图。在本发明第五实施例所涉及的投影显示装置28中，采用了比如第一实施例中的偏振照明设备。投影显示装置28是单独的投影显示装置，它具有：偏振照明设备29、位于偏振照明设备29的光源的一侧上的用作分时分色装置的转动型滤色器31、聚光透镜32和33、液晶板6，以及投影透镜34。

在本实施例中，所述转动型滤色器31是用诸如分色镜的一种装置和驱动部分31a制成的，在所述分色镜中选择性地装有通常为红色、蓝色和绿色或者洋红色、青色和黄色的三种颜色，这样根据波长选择性地透射从光源灯2入射的光线，所述驱动部分31a用以起动所述分色镜的转动。而且，所述转动型滤色器31是圆轮形过滤器，其中所述分色镜几乎平均地布置于所述轮上。而且，最好所述分色镜的分布率是这样的，即，考虑光源灯2所拥有的光线发射特性，并且因此红色、蓝色和绿色的能量比是相当的。

在第五实施例中，为了在用作光阀的液晶板6上形成显示关于棒状积分器11(柱状集成器件)的光线输出端面SO上的照射信息的图像，使用两个聚光透镜32和33。这样，通过在被照明表面7之前另外直接布置聚光透镜33，可进一步提高入射光的平行性。

可如此构成用作光阀的液晶板6，即，使TN型液晶密封在两个透明玻璃基片之间，并且还形成TFT作为开关元件。

此外，作为液晶，除TN-型液晶外，还可使用铁电体型液晶或反铁电型液晶、水平取向型液晶或垂直取向型液晶，以及高分子发散型液晶。在密封有液晶的两个玻璃基片的背面和后侧布置有起偏振片(未示出)。期望除了透射式有效矩阵TFT液晶板以外，还可使用反射型LCOS等。

根据图像信号和通过投影透镜34以分解的方式在屏幕(未示出)上投影而出现在液晶板6上的图像，液晶板6使得用于照射液晶板6的光线电光地改变。本发明的投影显示装置28采用不仅从背面而且还从前面进行在屏幕上投影的一种方法。

依照第五实施例，来自于光源灯2的非偏振光被有效地偏振和转换，并且可使用具有高均匀度和较好平行性的照明光，因此投影图像可获得高亮度和高照明比率。具体地说，本发明的投影显示装置28可适宜地用于使用小型液晶板的单独投影显示装置，其中要求入射在液晶板6上的光线的平行性。

第六实施例

图16是示出了本发明第六实施例所涉及的投影显示装置36的结构的截面图。第六实施例的投影显示装置36与第五实施例中的投影显示装置的不同之处在于，用圆柱状的棒状积分器取代了方杆状的棒状积分器。除上述外的其他结构与第五实施例中的相同，因此相应简化了对其的描述。在第六实施例的投影显示装置36中，使用了第三实施例中所采用的偏振照明设备。

投影显示装置36是单独的投影显示装置，它具有：偏振型和照明的设备37、位于偏振照明设备37的光源的一侧上的用作分时色分离装置的转动型滤色器38、聚光透镜39和41、液晶板6，以及投影透镜42。在本实施例中，所述转动型滤色器38是用诸如分色镜的一种装置和驱动部分38a制成的，在所述分色镜中选择性地装有通常为红色、蓝色和绿色或者洋红色、青色和黄色的三种颜色，这样根据波长选择性地透射从光源灯2入射的光线，所述驱动部分38a用以起动所述分色镜的转动。而且，所述转动型滤色器38是圆轮形过滤器，其中所述分色镜几乎平均地布置于所述轮上。而且，最好所述分色镜的分布率是这样的，即，考虑光源灯2所拥有的光线发射特性，并且因此红色、蓝色和绿色的能量比是相当的。

在第六实施例中，为了在用作光阀的液晶板6上形成显示关于棒状积分器22(柱状集成器件)的光线输出端面SO上的照射信息的图像，使用两个聚光透镜39和41。这样，通过在被照明表面7之前另外直接布置聚光透镜41，可进一步提高入射光的平行性。可如此构成用作光阀的液晶板6，即，使TN型液晶密封在两个透明玻璃基片之间，并且还形成TFT作为开关元件。

根据图像信号和通过投影透镜42以分解的方式在屏幕(未示出)上投影而出现在液晶板6上的图像，液晶板6使得用于照射液晶板6的光线电光地改变。本发明的投影显示装置36采用不仅从背面而且还从前面进行在屏幕上投影的一种方法。

依照第六实施例，几乎可获得与第五实施例中所获得的相同的作用。另外，由于使用了可提供简单作业的圆柱形棒状积分器22，与例如使用方杆状的棒状积分器11的情况相比，可以以较低的成本制造所述偏振单元18和偏振照明设备37。这里，在带有矩形开口的反射装置23中，不是已到达环形开口部分23a而是已到达了反射表面的任意偏振光Lr在圆柱形棒状积分器22中重复侧面反射并最终被转换为偏振组分，所述偏振组分可通过偏振光分离装置24透射并用作照明光，因此，即使安装了带有矩形开口的反射装置23，也可制造出具有高效性使用光源的照明光学系统。

应该清楚的是，本发明不局限于上述实施例，并且在没有背离本发明的保护范围和精神的情况下可对其进行改变和修正。例如，在上述实施例中，尽管使用了用实心方杆或实心圆柱体制成的棒状积分器，然而，除棒状积分器以外，通过使用称为“光导管”的中空管也可实现同样的作用，所述中空管具有带有外部框架的方杆或圆柱体的形状，所述外部框架是用诸如玻璃等反射表面制成的。在这种情况下，通过将光学装置合并可制成光导管，所述光学装置的横截面为槽形并被分成上下两部分。

此外，在第五和第六实施例中提供了单板型显示装置，然而，也可采用使用三晶板的三板型显示装置。透射型液晶板和反射型液晶(诸如LCOS型液晶)都可使用。此外，可通过使用例如由Texas InstrumentCo.所制造的DMD(数字镜装置)取代液晶板来构成投影显示装置。在第五实施例中，使用了第一实施例中所使用的偏振照明设备，然而，也可使用第二实施例中所使用的偏振照明设备。此外，在第六实施例中，使用了第三实施例中所使用的偏振照明设备，然而，也可使用第四实施例中所使用的偏振照明设备。棒状积分器的光线入射端面的尺寸与光线输出端面的尺寸通常不必相同，只要其近似地具有相同的中央轴，任何尺寸都是可接受的。也就是说，可这样制造棒状积分器，即，使得其形成在朝向光线输出端面的横截面逐渐变窄的角锥或圆锥的一部分。

如上所述，依照本发明的偏振光线部件的结构，可以以相互邻近的方式排列用于实现照明均匀度的装置和用于转换偏振光的装置，或将它们整体形成，具有照明均匀度、偏振光转换速度、和高度保持入射光的平行性，因此可将偏振光线部件构成为小型的和重量轻的。依照偏振照明设备，本发明的偏振单元的使用使得所述偏振照明设备为小型的和重量轻的。依照投影显示装置，使用偏振照明设备还使得投影显示装置为小型的。通过使用圆柱形柱状集成器件，当与其中使用方杆状柱状集成器件的情况相比较时，还可以以较低的成本制造偏振单元、偏振照明设备和投影显示装置。通过将带有开口的反射部件(所述反射部件带有矩形开口部分)布置于柱状集成器件的光线输出端面的附近，用作被照射对象表面的液晶板可被照射，以便于形成被照射的矩形的区域形状，并可避免照射效率和使用光源的效率降低。

Claims (17)

1.一种偏振单元，所述偏振单元用于接收来自于光源的光线和向被照射对象发射偏振照明光线，所述偏振单元包括：

偏振光转换单元，所述偏振光转换单元用于获得特定类型的偏振光，并且，当偏振光从所述被照射对象的一侧入射时，用于在其偏振方向彼此垂直的两种光线组分之间转换相位差，并且用于向被照射对象的一侧发射所述偏振光；

光线导向单元，所述光线导向单元具有形成于所述光源一侧上的光线入射端面和形成于所述被照射对象一侧上的光线输出端面，并且所述光线导向单元用于使入射光线沿直线传播或使得发生内反射以引导所述光线；

偏振光分离装置，所述偏振光分离装置用于使一种特定类型的偏振光与另一种特定类型的偏振光分离并透射所分离的偏振光；并且

其特征在于，所述偏振光转换单元和所述光线导向单元被布置于所述偏振光分离装置中的所述光源的一侧上。

2.如权利要求1所述的偏振单元，其特征在于，所述偏振光转换单元具有带有开口的反射部件和相位延迟部件，所述反射部件通过开口部分接收从所述光源所发射出来的光线并且反射从所述被照射对象一侧上入射的光线，所述相位延迟部件被放置于所述带有开口的反射部件的所述被照射对象的一侧上，其特征在于，所述带有开口的反射部件、所述相位延迟部件、所述光线导向单元被布置于所述偏振光分离装置的所述光源的一侧上。

3.如权利要求2所述的偏振单元，其特征在于，所述相位延迟部件被布置于所述带有开口的反射部件和所述光线导向单元之间。

4.如权利要求2所述的偏振单元，其特征在于，所述相位延迟部件被布置于所述光线导向单元和所述偏振光分离装置之间。

5.如权利要求1所述的偏振单元，其特征在于，所述光线导向单元是用实心或中空的柱状集成器件制成的。

6.如权利要求2所述的偏振单元，其特征在于，所述带有开口的反射部件具有被放置于其大约中央部分的开口部分，并且所述开口部分可透射光线，而除所述开口部分外的其他部分反射所述光线。

7.如权利要求2所述的偏振单元，其特征在于，所述相位延迟部件是四分之一波长板。

8.如权利要求5所述的偏振单元，其特征在于，所述柱状集成器件是用玻璃或塑料制成的，并且，其特征在于，所述光线入射端面和所述光线输出端面是矩形方杆状的，并且，其特征在于，所述柱状集成器件将被入射的所述光线入射端面上的光线完全反射到侧面上，并且朝向所述光线输出端面引导所述光线。

9.如权利要求5所述的偏振单元，其特征在于，所述柱状集成器件是用玻璃或塑料制成的，并且，其特征在于，所述光线入射端面和所述光线输出端面是圆柱形状的，并且，其特征在于，所述柱状集成器件将被入射的所述光线入射端面上的光线完全反射到侧面上，并且朝向所述光线输出端面引导所述光线。

10.如权利要求9所述的偏振单元，其特征在于，在所述柱状集成器件的所述光线输出端面的一侧上，布置有矩形开口部分和带有开口的反射装置，所述反射装置利用所述光源一侧上的表面作为反射表面。

11.如权利要求10所述的偏振单元，其特征在于，将所述偏振光分离装置的尺寸设定为大于所述矩形开口部分的尺寸。

12.如权利要求1所述的偏振单元，其特征在于，所述偏振光分离装置只透射相互垂直的两种线性偏振组分之中的一种组分，而反射相互垂直的所述两种线性偏振组分之中的另一种组分。

13.如权利要求3所述的偏振单元，其特征在于，使所述带有开口的反射部件和所述相位延迟部件这样构成，即，使它们与所述光线导向单元的所述光线入射端面相接触。

14.如权利要求4所述的偏振单元，其特征在于，使所述带有开口的反射部件这样构成，即，使它与所述光线导向单元相接触，并且，使所述相位延迟部件这样构成，即，使它与所述光线输出端面相接触。

15.如权利要求14所述的偏振单元，其特征在于，通过在所述光线导向单元的所述光线入射端面上真空蒸镀而形成所述带有开口的反射部件。

16.一种偏振照明设备，用于通过使用如权利要求1中所述的偏振单元来实现照明的均匀度和偏振光转换，所述偏振照明设备包括：

光源；

聚光部件，用于使来自于所述光源的光线聚集；

所述偏振单元；以及

聚光透镜，用于使得已穿过所述偏振光分离装置的光线在所述被照射对象上聚集。

17.一种投影显示装置，其包括：

如权利要求16中所述的偏振照明设备；

色分离装置，用于将从所述偏振照明设备中发射的光线分离成多种原色光线；

用作被照射对象的光阀，用于电光地调制来自于所述色分离装置的光线；以及

投影透镜，用于投射图片图像的光线，所述图片图像是由所述光阀以分解的方式调制的。

Images