CN1467535A - 投射型影像显示装置 - Google Patents
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Abstract
借助于将初级的特定波长偏振转换片的偏振旋转效率为50％的波长与后级的特定波长偏振转换片的偏振旋转效率为50％的波长之间的波段与被陷波滤波器截断的波段设置成相重合，来提高投射型影像显示装置的对比度。
Description
[发明的背景]
本发明涉及使用透射型液晶面板或反射型影像显示元件等光阀元件，将影像投影到屏幕上的投射装置例如涉及液晶投影仪装置、反射式影像显示投影仪装置、投射型显示装置等投射型影像显示装置。
迄今已有在JP-A一2001-154268中记述的使用反射型影像显示元件的、将PBS和二向色棱镜等进行组合构成色分离合成系统的投射型影像显示装置。
[发明概述]
在包括上述文献中记述的显示装置在内的投射型影像显示装置中，得到高对比度是重要的课题。
为完成上述课题，本申请是由使光发射的光源单元；将来自上述光源单元的光照射到影像显示元件上的照明光学系统；作为形成与影像信号相应的光学像的光阀装置的上述影像显示元件；进行色分离和色合成的色分离合成系统；以及投射从上述影像显示元件射出的光的投射装置构成的投射型影像显示装置，其中：上述色分离合成系统具有仅截断规定波段的入射光的规定波段截止元件；利用偏振将光分离为透射光和反射光的至少一个偏振分离元件；以及只使特定波长的偏振光旋转的至少2个特定波长偏振转换片，在上述偏振分离元件的上述光源单元侧配置第1特定波长偏振转换片，在上述偏振分离元件的上述投射装置侧配置第2特定波长偏振转换片，在上述偏振分离元件的分离面的来自上述光源单元的光的透射侧和反射侧分别配置上述影像显示元件，同时上述第1特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长与上述第2特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长之间的波段，与被上述规定波段截止元件截断的规定波段包含同一波段。
[附图的简单说明]
图1是示出本发明的第1实施例的投射型影像显示装置的结构图。
图2是示出本发明中使用的偏振转换元件的一个实施例的图。
图3A、图3B是本发明中使用的特定波长偏振转换片的透射率的测定方法的说明图。
图4A、图4B是示出本发明中使用的特定波长偏振转换片的透射率的测定结果的图。
图5是示出本发明中使用的初级的特定波长偏振转换片和后级的特定波长偏振转换片的透射率的图。
图6是关于初级的特定波长偏振转换片和后级的特定波长偏振转换片的光漏泄的说明图。
图7是示出本发明中使用的初级的特定波长偏振转换片、后级的特定波长偏振转换片和陷波滤波器的透射率的图。
图8A、图8B是本发明的深蓝光光路的说明图。
图9A、图9B是未应用本发明的情形的深蓝光光路的说明图。
图10是示出本发明的第2实施例的投射型影像显示装置的结构图。
图11是示出本发明中使用的初级的特定波长偏振转换片、后级的特定波长偏振转换片和陷波滤波器的透射率的图。
图12是示出本发明的第3实施例的投射型影像显示装置的结构图。
图13是示出本发明的第4实施例的投射型影像显示装置的结构图。
[实施例的详细说明]
下面参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1是本发明的一个实施例的结构图，示出了使用3个反射型影像显示元件13作为光阀的投射型影像显示装置22。
在投射型影像显示装置22中包含具有光源1a的光源单元1，光源1a是超高压汞灯、金属卤化物灯、氙灯、汞氙灯、卤素灯等白光灯。
从光源1a的灯泡中发射出的光被椭圆面或抛物面或非球面的反射器2聚光并反射。由于光源1a发热，光源1a和反射器2成为高温，故利用在其后面配置的冷却风扇4a对其进行冷却。
该被反射的光入射到第一阵列透镜6上，该第一阵列透镜6由在具有与该反射器2的出射口大致相同尺寸的矩形框上设置的多个聚光透镜构成，用于会聚从灯单元出射的光，形成多个2次光源像；然后透过第二阵列透镜7，该第二阵列透镜7由多个聚光透镜构成，配置在形成有上述多个2次光源的位置附近，并且将第一阵列透镜6的各个透镜的像成像于液晶显示元件13上。该出射光入射至由以与第二阵列透镜7的各个透镜的光轴的横向的间距相适合的方式配置的、其尺寸为各个透镜的宽度的约1/2的菱形棱镜列构成的偏振转换元件3。
图2示出了本实施例采用的偏振转换元件3的光路。在该棱镜面上贴附了偏振分离膜3a，入射光被该偏振分离膜3a分离成P偏振光和S偏振光。P偏振光直接透过偏振分离膜3a，借助于在该棱镜的出射面上设置的λ/2延迟片3b，偏振方向被旋转90度，转变成S偏振光射出。另一方面，S偏振光被偏振分离膜3a反射，在相邻的菱形棱镜内再次向原来的光轴方向反射后射出。由于以S偏振光入射到后面将述及的棱镜结构的色分离合成系统，所以这里以S偏振光出射。
准直透镜8具有正折射率，有使光会聚的作用，光被反射镜17将光路弯折约90度，透过聚光透镜9照射3个RGB各色反射型液晶显示元件13r、13g、13b。
首先，借助于分色镜18a或未图示的分色棱镜将光分为GB光和R光2部分。GB光直接透过，将R光的光路垂直地弯折约90度，各自射向对各波段专门设计了改善对比度的膜的偏振光束分裂器(以下简单地记为PBS)PBS19gb、19r。
被分色镜18a反射的R光入射至二色性滤色片16a。该二色性滤色片16a透过红光，反射从黄到蓝的光。将分色镜18a设置成透射率为50％的波长约在575nm，将二色性滤色片16a设置成透射率为50％的波长约在600nm。用二色性滤色片16a截断黄光，从而改善白的色均衡性以及红、绿单色光的色纯度。由于二色性滤色片16a以对光轴大致垂直，即入射角约配置成0度，所以与对光轴倾斜约45度配置的分色镜18a相比，由入射角度引起的半值偏离较小，如本实施例这样，借助于将二色性滤色片16a配置在上述分色镜18a的反射光侧，能够截断黄光成分的漏入，能够改善白的色均衡性以及绿、红光的色纯度。
然后，来自二色性滤色片16a的光透过用于提高偏振度的R专用入射偏振片14r，入射至R专用PBS19r。由于是S偏振光，所以被偏振分离膜面反射至R用反射型液晶显示元件13r侧，对其进行照射。另外，透过分色镜18a的B光和G光，入射至陷波滤波器10a。例如如图7所示，陷波滤波器10a被设置成其透射率的下降半值为480nm，上升半值为525nm，截断深蓝光。由于陷波滤波器10a对入射光的光轴大致垂直，即入射角大致配置成0度，所以能够减少依赖于入射角度、由半值偏离所导致的光漏泄，能够改善白的色均衡性以及绿、红光的色纯度。透过陷波滤波器10a的光入射至为提高偏振度而配置的GB专用偏振片14gb上。GB专用偏振片14gb以截断特定的偏振光，这里是P偏振光的方式被设定。透过GB专用偏振片14gb，偏振度得到了提高的光入射至特定波长偏振转换片20a上。
特定波长偏振转换片20a只改变特定波段的偏振方向。这里，G光和从陷波滤波器漏泄出来的深蓝光以S偏振光原样射出，B光从S偏振光转换成P偏振光射出。作为P偏振光的B光透过GB专用PBS19gb的偏振分离膜面，照射B用反射型液晶显示元件13b。另一方面，作为S偏振光的G光和深蓝光被GB专用PBS19gb的偏振分离膜面反射后，照射G用反射型液晶显示元件13g。
然后，用各色专用反射型影像显示元件13进行偏振转换，光再次入射至各色专用PBS19r、PBS19gb，S偏振光被反射，P偏振光透过。反射型影像显示元件13设置了个数与进行显示的像素相对应的(例如横向各为3色的1365个像素，纵向各为3色的768个像素等)的液晶显示部。然后，根据从外部进行驱动的信号，显示元件13的各像素的偏振角度发生改变，偏振方向彼此一致的光中的G光和B光被PBS19gb检测，R光被PBS19r检测。具有在它们中间的偏振角的光，依据与PBS19gb和19r的偏振度的关系决定被PBS检测的光量。这样，就显示了与从外部输入的信号相应的影像。这时，在反射型影像显示元件13进行黑显示的场合，其偏振方向与入射光的偏振方向大致相同，光线原样地沿入射光路返回光源侧。
关于G光，由于当G用反射型液晶显示元件13g为黑显示时，G光以S偏振光入射至PBS19gb，所以与其有关的PBS膜面的性能是S偏振光入射时的反射率和透射率，对比度就是它们的比值(以下将此记为S偏振光入射时的对比度)。另一方面，关于B光，由于当B用反射型液晶显示元件13b为黑显示时，B光以P偏振光入射至PBS19gb，所以与其有关的PBS膜面的性能是P偏振光入射时的透射率和反射率，对比度就是它们的比值(以下将此记为P偏振光入射时的对比度)。因此，关于PBS19gb的膜设计，要设定得使S偏振光入射时的对比度以G光波段为最好，P偏振光入射时的对比度以B光波段为最好。
旋转调整在各色反射型液晶显示元件13r、13g、13b的紧前面配置的1/4波长延迟片23r、23g、23b，可以提高对比度。
之后，G光和深蓝光以P偏振光，B光以S偏振光入射至只改变特定波段的偏振方向的特定波长偏振转换片20b。特定波长偏振转换片20b在这里只改变B光的偏振，G光和B光二者均作为P偏振光，深蓝光作为S偏振光入射至PBS19w。
在图3A、图3B中，示出了特定波长偏振转换片的透射率的测定方法。借助于在光源101后设置光阑而得到的入射至被测物体的光的展宽大致为F20。从测定用光源101射出光。光透过入射侧的测定用偏振片102，透过特定波长偏振转换片20，再透过出射侧的测定用偏振片103，入射至测定用光接收器104，由此可以测定透过来的光的强度。测定使入射侧的测定用偏振片102和出射侧的测定用偏振片103的偏振轴相互正交时，以及相互平行时2种情形下的透射率。具体地说，进行如下测定。为了排除偏振片的透射率的影响，如图3A所示，在没有特定波长偏振转换片20的状态下测定将2块偏振片的偏振轴平行配置状态下的透射率，并将这时的值作为100％。然后如图3B所示，配置特定波长偏振转换片20，以透过S偏振光的方式配置入射侧测定用偏振片102，以透过S偏振光的方式配置出射侧测定用偏振片103，测定相当于上述平行模式的透射率，接着，以透过P偏振光的方式配置出射侧的测定用偏振片103，测定相当于上述正交模式的透射率。
图4A、图4B示出了其测定结果。使偏振轴正交时得到的透射率表示借助于特定波长偏振转换片20将偏振方向改变90度的光的比例，与偏振轴平行时的透射率表示用特定波长偏振转换片20不使偏振方向旋转的光的比例。
在图5中示出了初级的特定波长偏振转换片20a和后级的特定波长偏振转换片20b的透射率。两透射率交叉的波段的光将会漏入，这导致对比度变差。
在图6中，示出了关于初级的特定波长偏振转换片20a和后级的特定波长偏振转换片20b的光漏泄的说明图。这里就蓝光的光路进行说明。对P偏振光用虚线表示，对S偏振光用实线表示。在入射至初级的特定波长偏振转换片20a的GB光中，图5所示的初级的特定波长偏振转换片20a的正交模式的透射率的比例部分的光被转变为P偏振光，平行模式的透射率的比例部分的光以S偏振方式原样射出。P偏振光透过GB专用PBS19gb，入射至B用反射型液晶显示元件13b。在黑显示时，光以P偏振方式原样射出，再入射至GB专用PBS19gb。在P偏振光入射时，5％左右的光被PBS膜面反射，再入射至后级的特定波长偏振转换片20b。在该入射光之中，后级的特定波长偏振转换片20b的平行模式的透射率的比例部分的光以P偏振方式原样射出，正交模式的透射率的比例部分的光被转变为S偏振光。由于P偏振光透过PBS19w漏入投射透镜，所以使对比度变差。总而言之，正比于初级的特定波长偏振转换片20a的正交模式的透射率与后级的特定波长偏振转换片20b的平行模式的透射率之积的光使对比度变差。这给出了在两透射率交叉区域的波段(例如图5的斜线区)对比度变差的原因。因此，借助于用陷波滤波器截断该波段的光，在这里是使该波段的光向光源侧反射而不入射至影像显示元件，由此可以提高对比度。
因此，可以知道，当例如如图7所示，初级的特定波长偏振转换片20a的半值在490nm，后级的特定波长偏振转换片20b的半值在520nm，交叉波段在从500nm到510nm之间时，如果陷波滤波器10a具有比它为宽的波段，例如，在这里设定下降半值在480nm，上升半值在525nm，从而将其配置成能截断此二波段之间的光，则能提高对比度。由于将陷波滤波器10a的截止波段的透射率抑制得越低，越能够抑制光漏泄，故可以提高屏幕上的对比度。另外，由于该陷波滤波器10a有截断深蓝光的作用，所以能提高屏幕上的白均衡性以及G、B单色光的色纯度。或者，也可优先考虑效率，将陷波滤波器的下降半值设定在495nm，上升半值设定在515nm。
图8A、图8B示出了本实施例的深蓝光的光路，图8A是反射型影像显示元件13为白显示时，图8B是其为黑显示时的光路。截断了波长在初级与后级的特定波长偏振转换片的半值之间的光，在这里为深蓝光。在本实施例中，使深蓝光向对比度良好的S偏振光入射侧(G用反射型影像显示元件侧)行进。具体而言，使初级的特定波长偏振转换片20a的半值对后级的特定波长偏振转换片20b的半值向550nm靠近。如上所述，使初级的特定波长偏振转换片20a为490nm，后级的特定波长偏振转换片20b为520nm，即让后级的接近于550nm。这样一来，深蓝光就向G用反射型影像元件13g侧行进。这是由于PBS19的对比度特性在S偏振光入射时比P偏振光入射时为好，这样，在S偏振光入射时对离去光进行了截断，提高了对比度。深蓝光被GB专用PBS19gb反射，入射至G用反射型影像元件13g。当白显示时，光被转变为P偏振光后射出，再入射至GB专用PBS19gb。光透过GB专用PBS19gb后，入射至后级的特定波长偏振转换片20b。由于入射光中的深蓝光被转变为S偏振光，所以呈该光被PBS19w反射从而被截断的结构。当黑显示时，光以S偏振方式原样射出，再入射至GB专用PBS19gb。在入射光中以S偏振光透过约为0.1％，因而并不降低对比度。
图9A、图9B示出了将初级的半值设定在520nm，后级的半值设定在490nm，使半值设定与本实施例相反时的深蓝光的光路。深蓝光入射至B用反射型液晶显示元件13b。在白显示时，从B用反射型液晶显示元件13b以S偏振光出射的光被GB专用PBS19gb反射，在被特定波长偏振转换片20a转换为S偏振光后，被PBS19w反射并截断。在黑显示时，深蓝光从B用反射型液晶显示元件13b以P偏振光出射，但由于在入射的P偏振光中，约5％的光被PBS膜面反射，深蓝光从后级的特定波长偏振转换片20b中以P偏振光的方式原样出射，所以对比度变差。由此可知，借助于进行用图8A、图8B说明的本实施例的半值设定，能够改善对比度。
B用和G用1/4波长延迟片23b、23g的设定波长被设定在G与B波段的大约中间的波段。具体而言，B波段为420nm至490nm，G波段为510nm至580nm。因此，B用和G用1/4波长延迟片23b、23g的设定波长位于其中间的补色的深蓝色波段，例如在480nm到520nm之间。这是由于特定波长偏振转换片20和PBS19有光漏泄，因而对各影像显示元件13，除本来颜色的光外，还有入射于相邻的影像显示元件13的颜色的光。即，在本实施例中，对G用反射型液晶显示元件13g，除G光外还有B光入射，对B用反射型液晶显示元件13b，除B光外还有G光入射。因此，根据本结构，能够更有效地改善对比度，同时能够改善黑的色均衡性。
或者，B用1/4波长延迟片23b的设定波长位于绿色波段。1/4波长延迟片23b的设定波长例如位于530nm到570nm之间。这是由于特定波长偏振转换片20和PBS19有光漏泄，因而对各影像显示元件13，除本来颜色的光外，还有被PBS向其他影像显示元件13分离的颜色的光漏入。即，在本实施例中，对B用反射型液晶显示元件13b，除B光外还有G光入射。这里，由于视觉灵敏度的影响，常常使G光的对比度变差的程度加剧。根据本结构，能够更有效地改善对比度，并且还能够改善黑的色均衡性。
由于PBS19的膜面的性能将波段限定得越窄，越能得到高对比度，所以通过制成本实施例的结构，可以将影像显示元件紧后面的PBS偏振分离膜形成为供BG专用，而不是供RGB用的偏振分离膜，可以改善PBS的对比度，提高投射型影像显示装置22的对比度。
透过R专用PBS19r的R光被1/2波长延迟片5转变为S偏振光后，入射至PBS19w。PBS19w在PBS19w偏振分离膜面19wa中对R光和GB光进行色合成，向投射透镜侧射出，深蓝光被反射并截断。这里，PBS19w的偏振分离膜面19wa被设计为使得S偏振光入射的对比度在反射型影像显示元件13为黑显示时，大致以S偏振光入射的G和B波段的为高；P偏振光入射的对比度，在反射型影像显示元件13为黑显示时，大致以P偏振光入射的R波段的为高。
光透过例如为变焦透镜这样的投射透镜12到达屏幕。借助于上述投射透镜12，在反射型影像显示元件13r、13g、13b上形成的图像被放大投影到屏幕上，从而具有了作为显示装置的功能。通过电源21对光源1a和影像显示元件13提供电力，由各个驱动电路(未图示)进行驱动。
这时，根据需要，可以通过在PBS19w的出射侧插入改变特定波段的偏振方向的特定波长偏振转换片20，并以使红、绿、蓝所有颜色的光的偏振方向相一致方式，设定特定波长偏振转换片20的进行偏振转换的波段，使得使用出射偏振片和偏振屏幕成为可能。
例如，一般地说，由于PBS19gb的P偏振光入射时的对比度比S偏振光入射时要差，所以B光的对比度比G光的对比度稍差。如在PBS19gb的出射侧后设置蓝光用偏振片(未图示)，则可以提高B光的对比度，还有，由于能取得各种颜色的对比度均衡，所以也能提高屏幕上的黑的色均衡性。
如上所述，PBS的S偏振光入射时的对比度比P偏振光入射时的对比度好。在本实施例中所述的例子是设定在影像显示元件13出射后的RGB的光路上，离开光至少一次以S偏振方式入射至PBS，若就其与至投射透镜的光路的关系而言，为光透过PBS19的结构。在本实施例中，由于3种颜色的光都是透过PBS一次，所以能够提高对比度，提高黑的色均衡性。
影像显示元件13、偏振片14和1/4波长延迟片23在高温下往往性能变坏或受损伤，所以必须用冷却风扇冷却。
借助于将上述偏振片14的至少一个制成反射型，可以提高其耐热性能。即，借助于不采用吸收型偏振片而采用具有较高耐热性能的反射型偏振片及PBS来构成确保对比度的光学系统，这是提高耐热性能的一种方法。另外，由于反射型影像显示元件13与透射型影像显示元件13t相比，能够在反射镜的后面配置对每个像素设置的晶体管，所以其开口效率高，从而使得即使照射相同的光通量，所吸收的热量也少，具有热学方面的优点。
在本实施例中，形成了从G用反射型液晶显示元件13g的出射侧到投射透镜侧，光2次透过PBS19的结构。这是因为当考虑黑显示时，由于采用对比度较好的S偏振光对PBS19入射，故而G光路的出射的对比度良好的缘故。因此，例如当各色反射型液晶显示元件的G波段的对比度最差时，若采用本结构，可以减少由反射型液晶显示元件引起的屏幕上的黑的色均衡性变差。
在本实施例中，与G、B光路相对比，在R光路上没有陷波滤波器10，以及初级和后级的特定波长偏振转换片20，而有二色性滤色片16和1/2波长延迟片5。一般来说，二色性滤色片16与陷波滤波器10相比，因能减少层数，故透射率良好，R光路的效率比G、B光路的高。另外，由于特定波长偏振转换片20与1/2波长延迟片5有相同程度的效率，所以R光路的效率以片数少至1片的量而高于G、B光路。因此，当从光源单元1射出的光的光谱分布中的R、G、B之中光量最少的颜色的光为R光时，若采用本结构，可以减少由光源单元1引起的屏幕上的白的色均衡性变差。
图10是示出采用本发明的光学装置的投射型影像显示装置22的另一实施例的光学系统结构图。这里使用了反射型影像显示元件13。从光源1a到聚光透镜9的结构以及各部件的作用与图1的实施例相同。但在B光首先被色分离合成系统分离这一点有较大的不同。透过聚光透镜9的光首先被分色镜18b分为GR光和B光两部分。
被分色镜18b反射的B光入射至二色性滤色片16b。该二色性滤色片16b透过蓝光，反射从深蓝到红的光。将分色镜18b设定成透射率为50％的波长在约500nm处，将二色性滤色片16b设定成透射率为50％的波长在约480nm处。借助于二色性滤色片16b截断深蓝光，改善了白的色均衡性以及蓝、绿单色光的色纯度。
然后，B光透过B专用入射偏振片14b，入射至B专用PBS19b。由于是S偏振光，所以被偏振分离膜面反射至B用反射型液晶显示元件13b侧，对其进行照射。另外，透过分色镜18b的R光和G光入射至陷波滤波器10b。由于陷波滤波器10b对入射光的光轴大致垂直，即入射角大致配置成0度，所以能够减少依赖于入射角度、由半值偏离所导致的光漏泄，能够改善白的色均衡性以及绿、红光的色纯度。例如如图11所示，陷波滤波器10b被设置成其透射率的下降半值为565nm，上升半值为615nm，从而可截断黄光。透过陷波滤波器10b的光入射至为提高偏振度而配置的RG专用偏振片14rg上。RG专用偏振片14rg被设定成可以截断P偏振光。透过RG专用偏振片14rg，偏振度得到了提高的光入射至特定波长偏振转换片20c上。特定波长偏振转换片20c只改变特定波段的偏振方向。这里，G光和从陷波滤波器漏泄的黄光以S偏振光原样射出，R光从S偏振光转换成P偏振光射出。作为P偏振光的R光透过RG专用PBS19rg的偏振分离膜面，照射R用反射型液晶显示元件13r。另一方面，作为S偏振光的G光和黄光被RG专用PBS19rg的偏振分离膜面反射后，照射G用反射型液晶显示元件13g。
然后，用各色专用反射型影像显示元件13进行偏振转换，光再次入射至各色专用PBS19b、PBS19rg，S偏振光被反射，P偏振光透过。反射型影像显示元件13根据由外部进行驱动的信号，影像显示元件13的各像素的偏振角发生改变，偏振方向彼此一致的光中的G光和R光被PBS19rg检测，B光被PBS19b检测。具有在它们中间的偏振角的光，依据与PBS19rg和19b的偏振度的关系决定被PBS检测的光量。这样，就显示了与从外部输入的信号相应的影像。这时，在反射型影像显示元件13进行黑显示的场合，其偏振方向与入射光的偏振方向大致相同，光线原样地沿入射光路返回光源侧。
之后，G光和黄光以P偏振光，R光以S偏振光入射至只改变特定波段的偏振方向的特定波长偏振转换片20d。特定波长偏振转换片20d在这里只改变R光和黄光的偏振，G光和R光二者均作为P偏振光，黄光作为S偏振光入射至PBS19w。初级的特定波长偏振转换片20c和后级的特定波长偏振转换片20d的透射率的交叉波段的光将漏入，这使得对比度变差。这里就红光的光路进行说明。在入射至初级的特定波长偏振转换片20c的RG光中，图11所示的初级的特定波长偏振转换片20c的正交模式的透射率的比例部分的光被转变为P偏振光，平行模式的透射率的比例部分的光以S偏振方式原样射出。P偏振光透过RG专用PBS19rg，入射至R用反射型液晶显示元件13r。在黑显示时，光以P偏振方式原样射出，再入射至RG专用PBS19rg。在P偏振光入射时，5％左右的光被PBS膜面反射，再入射至后级的特定波长偏振转换片20d。在该入射光之中，后级的特定波长偏振转换片20d的平行模式的透射率的比例部分的光以P偏振方式原样射出，正交模式的透射率的比例部分的光被转变为S偏振光。由于P偏振光透过PBS19w漏入投射透镜，所以使对比度变差。总而言之，正比于初级的特定波长偏振转换片20c的正交模式的透射率与后级的特定波长偏振转换片20d的平行模式的透射率之积的光使对比度变差。这给出了在两透射率交叉区域的波段对比度差的原因。因此，借助于用陷波滤波器截断该波段的光，在这里，是使该波段的光向光源侧反射而不入射至影像显示元件，由此可以提高对比度。
因此，可以知道，当例如如图11所示，初级的特定波长偏振转换片20c的半值在610nm，后级的特定波长偏振转换片20d的半值在570nm，交叉波段在580nm到600nm之间时，如果陷波滤波器10b具有比它为宽的波段，例如，在这里设定下降半值在565nm，上升半值在615nm，从而将其配置成能截断此二波段之间的光，则能提高对比度。由于将陷波滤波器10b的截止波段的透射率抑制得越低，越能抑制光漏泄，故可以提高屏幕上的对比度。另外，由于该陷波滤波器10b有截断黄光的作用，所以能提高屏幕上的白均衡性以及G、B单色光的色纯度。或者，也可优先考虑效率，将陷波滤波器的下降半值设定在575nm，上升半值设定在605nm。
这时，对波长在初级与后级的特定波长偏振转换片的半值之间的光进行了截断，使该光向对比度良好的S偏振光入射侧(G用反射型影像显示元件侧)行进。具体而言，使初级的特定波长偏振转换片20c的半值在610nm，后级的特定波长偏振转换片20d的半值在570nm，使后级的靠近550nm。这是由于PBS19的对比度特性在S偏振光入射时比在P偏振光入射时为好，据此，通过在S偏振光入射时对离去光进行截断，可以改善对比度。
R用和G用1/4波长延迟片23r、23g的设定波长被设定在G与R波段的大约中间的波段。具体而言，R波段为600nm至680nm，G波段为510nm至580nm。因此，1/4波长延迟片的设定波长位于其中间的补色的黄色波段，例如在580nm到620nm之间。这是由于特定波长偏振转换片20和PBS19有光漏泄，因而对各影像显示元件13，除本来颜色的光外，还有入射于相邻的影像显示元件13的颜色的光。即，在本实施例中，对G用反射型液晶显示元件，除G光外还有R光入射，对R用反射型液晶显示元件，除R光外还有G光入射。因此，根据本结构，能够更有效地改善对比度，同时能够改善黑的色均衡性。
或者，R用1/4波长延迟片23r的设定波长位于绿色波段。1/4波长延迟片23r的设定波长例如位于530nm到570nm之间。这是由于特定波长偏振转换片20和PBS19有光漏泄，因而对各影像显示元件13，除本来颜色的光外，还有入射于相邻的影像显示元件13的颜色的光。即，在本实施例中，对R用反射型液晶显示元件13r，除R光外还有G光入射。这里，由于视觉灵敏度的影响，常常使G光的对比度变差的程度加剧。根据本结构，能够更有效地改善对比度，同时能够改善黑的色均衡性。
PBS19w在PBS19w的偏振分离膜面19wa中对B光和RG光进行色合成，向投射透镜侧射出，黄光被反射并截断。
借助于上述投射透镜12，在反射型影像显示元件13r、13g、13b上形成的图像被放大投影到屏幕上，从而具有了作为显示装置的功能。
例如，一般地说，由于PBS19的P偏振光入射时的对比度比S偏振光入射时要差，所以R光的对比度比G光的对比度稍差。如在PBS19rg的出射侧后设置红光用偏振片(未图示)，则可以提高R光的对比度，还有，由于能取得各种颜色的对比度均衡，所以也能提高屏幕上的黑的色均衡性。
在本实施例中，与R、G光路相对比，在B光路上没有陷波滤波器10，以及初级和后级的特定波长偏振转换片20，而有二色性滤色片16和1/2波长延迟片5。一般来说，二色性滤色片与陷波滤波器相比，因能减少层数，故透射率良好，B光路的效率比R、G光路的高。另外，由于特定波长偏振转换片20与1/2波长延迟片5有相同程度的效率，所以B光路的效率以片数少至1片的量而高于G、R光路。因此，当从光源单元1射出的光的光谱分布中的R、G、B之中光量最少的颜色的光为B光时，若采用本结构，可以减少由光源单元1引起的屏幕上的白的色均衡性变差。
图12是示出采用本发明的光学装置的投射型影像显示装置22的又一实施例的光学系统结构图。从光源1a到聚光透镜9的结构以及各部件的作用与图1的实施例的相同。初级的特定波长偏振转换片20a和后级的特定波长偏振转换片20b、陷波滤波器10a、反射型影像显示元件13以及投射透镜20的结构和作用与在图1中说明的相同。但在色分离合成系统中使用的PBS为2个这一点有较大的不同。透过聚光透镜9的光首先被分色镜18c分为GB光和R光两部分。
R光透过分色镜18c后，入射至二色性滤色片16c。该二色性滤色片是透过红光，反射从黄到蓝的光的类型。
然后，透过1/2波长延迟片5变为P偏振光，再透过R专用入射偏振片14r入射至PBS19w；之后，由于是P偏振光，所以向R用反射型液晶显示元件13r侧透射，对其进行照射。另外，被分色镜18c反射的B光和G光，入射至为调整光路差而设置的三角棱镜15，被反射面15a反射后射出，再入射至陷波滤波器10a。上述三角棱镜必须根据该所需的光程使折射率成为最佳，可使用具有适合于此的折射率的玻璃。透过陷波滤波器10a的光入射至被设定为可截断P偏振光的GB专用偏振片14gb上。透过GB专用偏振片14gb的光入射至特定波长偏振转换片20a上。G光和从陷波滤波器漏泄出来的深蓝光，以S偏振光原样出射至特定波长偏振转换片20a，B光从S偏振光转换成P偏振光射出。B光透过GB专用PBS19gb的偏振分离膜面，照射B用反射型液晶显示元件13b。另一方面，G光和深蓝光被GB专用PBS19gb的偏振分离膜面反射后，照射G用反射型液晶显示元件13g。
根据由外部进行驱动的信号，影像显示元件13的各像素的偏振角发生改变，偏振方向彼此一致的光中的G光和B光被PBS19gb检测，R光被PBS19w检测。具有在它们中间的偏振角的光，依据与PBS19gb和19w的偏振度的关系决定被PBS检测的光量。这样，就显示了与从外部输入的信号相应的影像。这时，在反射型影像显示元件13进行黑显示的场合，其偏振方向与入射光的偏振方向大致相同，光线原样地沿入射光路返回光源侧。
之后，G光和深蓝光以P偏振光，B光以S偏振光入射至特定波长偏振转换片20b。特定波长偏振转换片20b在这里只改变B光和深蓝光的偏振，G光和B光二者均作为P偏振光，深蓝光作为S偏振光入射至PBS19w。R光和GB光在PBS19w的偏振分离面19wa上进行色合成，向投射透镜侧射出，深蓝光被反射并截断。在PBS的出射侧插入改变特定波段的光的偏振方向的光学元件20i，仅将蓝光的偏振方向变换90度，使所有光的偏振方向一致。然后配置蓝光用偏振片14b，提高偏振度。
图13示出了本发明的又一实施例。除下面所述的以外，与用图12说明的结构相同。这里，用反射镜17a代替了调整光路差用的三角棱镜15。以照明系统的聚光透镜9为基准，至G用反射型液晶显示元件13g的光程与至R用反射型液晶显示元件13r的光程不同，如果光程不同，则G用反射型液晶显示元件13g与R用反射型液晶显示元件13r的照度分布不同，若设计成适合于某一影像显示元件的光学系统，则另一影像显示元件周边的照度变差，或者周边照度变差。为避免这一点，必须将受光照射的区域的容限增大，与此相随，亮度往往变差。为了避免这种变差，配置了中继透镜24a、24b。
借助于使初级的特定波长偏振转换片的偏振旋转效率为50％的波长与后级的特定波长偏振转换片的偏振旋转效率为50％的波长之间的波段与被陷波滤波器截断的波段相重合，可以提供对比度得到提高的投射型影像显示装置。
Claims (20)
1.一种投射型影像显示装置，其特征在于，具有以下主要部件：
使光发射的光源单元；
作为形成与影像信号相应的光学像的光阀装置的影像显示元件；
将来自上述光源单元的光照射到上述影像显示元件上的照明光学系统；
进行色分离和色合成的色分离合成系统；以及
投射从上述影像显示元件出射的光的投射装置，
其中，
上述色分离合成系统具有：
仅截断规定波段的入射光的规定波段截止元件；
利用偏振将光分离为透射光和反射光的至少一个偏振分离元件；以及
只使特定波长的偏振旋转的至少2个特定波长偏振转换片，
在上述偏振分离元件的上述光源单元侧配置第1特定波长偏振转换片，在上述偏振分离元件的上述投射装置侧配置第2特定波长偏振转换片，
在上述偏振分离元件的分离面的来自上述光源单元的光的透射侧和反射侧分别配置上述影像显示元件，
同时上述第1特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长与上述第2特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长之间的波段与被上述规定波段截止元件截断的规定波段包含同一波段。
2.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述规定波段截止元件，以使该元件的入射面对入射光线的光轴大致垂直的方式配置。
3.一种投射型影像显示装置，其特征在于，具有以下主要部件：
使光发射的光源单元；
作为形成与影像信号相应的光学像的光阀装置的影像显示元件；
将来自上述光源单元的光照射到影像显示元件上的照明光学系统；
进行色分离和色合成的色分离合成系统；以及
投射从上述影像显示元件出射的光的投射装置，
其中，
上述色分离合成系统具有：
仅截断规定波段的入射光的规定波段截止元件；
将入射光分为2部分色光的色分离元件；
利用偏振将光分离为透射光和反射光的至少一个偏振分离元件；以及
只使特定波长的偏振旋转的至少2个特定波长偏振转换片，
在上述偏振分离元件的上述光源单元侧配置第1特定波长偏振转换片，在上述偏振分离元件的上述投射装置侧配置第2特定波长偏振转换片，
在上述偏振分离元件的分离面的来自上述光源单元的光的透射侧和反射侧分别配置上述影像显示元件，
同时被上述色分离元件分离的色光的一部分入射到1个影像显示元件上，
上述有色光的另一部分借助于上述第1特定波长偏振转换片转换特定波长的光的偏振，转换成大致的P偏振光和大致的S偏振光，
被上述偏振分离元件分离成2部分色光后，入射到与各色光对应的影像显示元件上，
被上述偏振分离元件分离成的2部分色光的边界波长包含在为规定波段截止元件所截断的波段内。
4.如权利要求3所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
使在从上述光源单元射出的光的光谱分布中的R、G、B之中光量最少的色光与被上述色分离元件分离后入射到上述1个影像显示元件上的色光相同。
5.一种投射型影像显示装置，其特征在于，具有以下主要部件：
使光发射的光源单元；
作为形成与影像信号相应的光学像的光阀装置的影像显示元件；
将来自上述光源单元的光照射到上述影像显示元件上的照明光学系统；
进行色分离和色合成的色分离合成系统；以及
投射从上述影像显示元件出射的光的投射装置，
其中，
上述色分离合成系统具有：
仅截断规定波段的入射光的规定波段截止元件；
利用偏振将光分离为透射光和反射光的至少一个偏振分离元件；以及
只使特定波长的光的偏振旋转的至少2个特定波长偏振转换片，
在上述偏振分离元件的上述光源单元侧配置第1特定波长偏振转换片，在上述偏振分离元件的上述投射装置侧配置第2特定波长偏振转换片，
在上述偏振分离元件的分离面的来自上述光源单元的光的透射侧和反射侧分别配置上述影像显示元件，
同时上述第1特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长与上述第2特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长不同，上述第1特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长与上述第2特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长之间的波长的光大致作为S偏振光出射。
6.如权利要求5所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述第2特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长比上述第1特定波长偏振转换片的偏振转换效率为约50％的波长靠近550nm。
7.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
在上述规定波段截止元件与上述初级的特定波长偏振转换片之间配置仅截断特定的偏振的光的偏振片。
8.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
被上述规定波段截止元件截断的波段包含490nm至500nm的波段。
9.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
被上述规定波段截止元件截断的波段包含580nm至590nm的波段。
10.如权利要求3所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
入射至上述第1特定波长偏振转换片的、被上述色分离元件分离的另一部分色光是绿光和蓝光。
11.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述偏振分离元件被形成为：在黑显示时，提高以大致为S偏振光入射的色光波段的S偏振入射的对比度，以及提高以大致为P偏振光入射的色光波段的P偏振入射的对比度。
12.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述色分离合成系统包含至少一块反射型偏振片而构成。
13.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
具有3个影像显示元件，
上述色分离合成系统至少具有3个偏振分离元件，
在从上述3个影像显示元件至投射透镜的出射光路中，无论哪一种光路，都包含透过上述偏振分离元件的光路。
14.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述色分离合成系统至少具有2个偏振分离元件，
从与R、G、B中的在上述影像显示元件的对比度方面对比度最低的色光相对应的影像显示元件至投射装置的出射光路包含至少透过2个偏振分离元件的光路。
15.如权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述色分离合成系统至少具有2个偏振分离元件，
从由上述色分离合成系统分离出的绿光所用的影像显示元件至投射装置的出射光路包含至少透过2个偏振分离元件的光路。
16.如权利要求3所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
使在由上述偏振分离元件分离出的2部分色光分别进行入射的影像显示元件的入射侧配置的1/4波长延迟片的设定波长处于上述2部分色光的波段的大致中间位置的波段。
17.如权利要求3所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
由上述偏振分离元件分离出的2部分色光中的一部分是绿光，另一部分是蓝光或红光，
在入射上述蓝光或红光的影像显示元件的入射侧配置的1/4波长延迟片的设定波长包含绿光的波段。
18.如权利要求3所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
在上述规定波段截止元件与上述初级的特定波长偏振转换片之间配置仅截断特定偏振的光的偏振片。
19.如权利要求3所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述色分离合成系统包含至少一块反射型偏振片而构成。
20.如权利要求5所述的投射型影像显示装置，其特征在于：
上述色分离合成系统包含至少一块反射型偏振片而构成。
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