CN1591090A - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以获得高对比度的投射图像的图像显示装置。该图像显示装置具有把来自光源的光分割为多个光束的光束分割系统和把从该光束分割系统射出的光导入反射型液晶显示元件的聚光光学系统。所述聚光光学系统具有：聚光透镜、把从所述聚光透镜来的光实质上变为远心光束的滤光透镜、偏振光光束分离器、和在该偏振光光束分离器和所述液晶显示元件之间配置的1/4相位板。另外，对于以角度θ入射所述1/4相位板的光线由所述1/4相位板给予的相位差φ满足π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明涉及液晶面板等图像显示元件，特别涉及使用反射型图像显示元件的图像显示装置。

背景技术

美国专利5327270号公报公开了这样一种实施例：在使用反射型液晶显示元件(reflective liquid crystal display element)的图像投射装置中，在通过偏振光光束分离器(polarization beam splitter)把来自光源的光导向反射型液晶显示元件、把由反射型液晶显示元件反射的光再次用偏振光光束分离器检光后透影的结构中，在上述偏振光光束分离和上述反射型液晶显示元件之间设置1/4相位板(1/4 phaseplate)，进行对比度修正(图6)。

为使由图像投射装置投射的图像明亮，需要一种聚光光学系统(condensing optical system)，它具有：用于以均匀照度照明照明区域的光束分割系统(luminous flux dividing system)、用于使照明光的偏振光方向一致的偏振光分离系统(polarization splitting system)、聚光从偏振光分离系统射出(emerge)的多个光束的聚光透镜、和使向反射型液晶显示元件的入射光成为近似远心光的滤光透镜。进而，为使具有这些部件的照明系统的利用效率提高，必须使由聚光光学系统的合成焦点距离(combined focal length)f和聚光透镜的有效区域宽度L决定的照明光学系统的Fno(＝f/L)变小，由此，必须使在反射型液晶显示元件上的任意一点聚光的光束的最大入射角度取得更大。

但是，因为1/4相位板是具有规定厚度的各向异性的构造体，所以由入射角(incident angle)产生的相位差不同。在寻常光线(ordinaryray)的折射率(refractive index)为n_o、非常光线(extraordinary ray)的折射率为n_e的各向异性的物质中，对于寻常光线和非常光线的轴45°倾斜的偏振光轴的光在寻常光线方向传播的话，则光的相位差表示为

$\mathrm{\φ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}(n_o-n_e)l---\left(1\right)$

式中，λ是波长，l为光传播物质的厚度。

根据式(1)，波长λ的光通过物质而在寻常光线方向和非常光线方向上发生的光路(optical path)差为

$(n_o-n_e)l=\frac{\mathrm{\λ}}{4}$

时，相位差为

$\mathrm{\φ}=\frac{\mathrm{\π}}{2}$

，以直线偏振光入射的光变换为圆偏振光，成为1/4相位板。

但是，在具有各向异性的上述物质中光倾斜入射的话，则成为以如图5所示在x轴方向和y轴方向上折射率为n_o、在z轴方向上折射率为n_e的折射率椭圆体表示的那样，在从非常光线方向在yz平面上以α倾斜方向入射波面的传播方向(矢量a)的场合，对于互相垂直的电场的寻常光线的折射率n_o’和非常光线的折射率n_e’成为

${n_e}^{\′}=\frac{1}{\sqrt{\frac{{\cos }^2\mathrm{\α}}{{n_o}^2}+\frac{{\sin }^2\mathrm{\α}}{{n_e}^2}}}$

【外7】

n_o’＝n_o    (2)

光的相位差φ’表示为

【外8】

${\mathrm{\φ}}^{\′}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}(n_o-1/\sqrt{\frac{{\cos }^2\mathrm{\α}}{{n_o}^2}+\frac{{\sin }^2\mathrm{\α}}{{n_e}^2}})\frac{1}{\sin \mathrm{\α}}---\left(3\right)$

，相位差φ依从于入射角度α，对于1/4相位板的入射角度偏离基准的入射角度(α＝90°)的话，则用公式(3)表示的相位差φ’和从公式(1)得到的值有很大的不同，即使使用1/4相位板也得不到充分的对比度。

发明内容

为解决上述问题，在一个方面，本发明的图像显示装置具有反射型液晶显示元件、把来自光源的光分割为多个光束的光束分割系统、把从该光束分割系统射出的光束(emerged luminous flux)导入所述反射型液晶显示元件的聚光光学系统。所述聚光光学系统具有：聚光从所述光束分割装置射出的光的聚光透镜、把从所述聚光透镜射出的光束对于所述反射型液晶显示元件实质上变为远心光束的滤光透镜、把从所述滤光透镜射出的光束根据偏振光状态分离的偏振光光束分离器、在该偏振光光束分离器和所述反射型液晶显示元件之间配置的1/4相位板。另外满足以下的条件。

π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2

式中，φ是对于以角度θ入射所述1/4相位板的光线给予该1/4相位板的相位差，θ是设所述聚光光学系统的合成焦点距离为f、聚光透镜的有效区域宽度为L时由

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{L}{2f}$

定义的角度。

在另一方面，本发明的图像投射装置具有：形成对应第一色、第二色、第三色的图像的第一、第二、第三反射型液晶显示元件、投射光学系统、分割来自光源的光为多个光束的光束分割系统、把所述多个光束的每一个实质上变换为直线偏振光的偏振光变换元件阵列、把来自所述偏振光变换元件阵列的光束导向所述第一、第二、第三反射型液晶显示元件的聚光光学系统。

所述聚光光学系统具有：聚光从所述偏振光变换元件阵列来的光束的聚光透镜、把从所述聚光透镜来的光束对于所述第一、第二、第三反射型液晶显示元件实质上变为远心光束的滤光透镜、把从所述滤光透镜来的光束分解为第一、第二色的光和第三色的光的色分解光学元件(color separating optical element)。进而，所述聚光光学系统具有：接收来自所述色分解光学元件的第一、第二色的光、把该第一、第二色的光、分别导向所述第一、第二反射型液晶显示元件、有选择地把从该第一、第二反射型液晶显示元件射出的光中的图像光(imagelight)导向所述投射光学系统的第一偏振光光束分离器；接收来自所述色分解光学元件的第三色的光、导向所述第三反射型液晶显示元件、有选择地把从所述第三反射型液晶显示元件射出的光中的图像光导向所述投射光学系统的第二偏振光光束分离器；在所述第一、第二偏振光光束分离器和所述第一、第二、第三反射型液晶显示元件之间配置的1/4相位板。另外满足以下的条件。

π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2

式中，φ是对于以角度θ入射所述1/4相位板的光线给予该1/4相位板的相位差，θ是设所述聚光光学系统的合成焦点距离为f、聚光透镜的有效区域宽度为L时由

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{L}{2f}$

定义的角度。

附图说明

图1是第一实施例的说明图。

图2表示入射第一实施例的1/4相位板的光的偏振光轴方向。

图3表示红反射用二色性(dichroic)镜的特性。

图4是入射偏振光光束分离器的光线的说明图。

图5是倾斜入射(obliquely incident)各向异性物质时的折射率的说明图。

图6是说明现有技术例子的图。

具体实施方式

关于上述的条件式简单进行说明。本实施例的图像显示装置具有：白色光源、显示图像的反射型液晶显示元件、投射光学系统、把来自上述白色光源的光分割成多个光束的光束分割器、把该分割的多个光束(无偏振光的光)的每一个实质上变换为直线偏振光的偏振光变换系统(偏振光变换元件阵列是把偏振光变换元件在横切光轴的方向上排列多个形成的)、把从该偏振光变换系统来的光导向反射型液晶显示元件的聚光光学系统。

该聚光光学系统具有聚光来自上述偏振光变换系统的光的聚光透镜和把向反射型液晶显示元件入射的光实质上变换为远心光的滤光透镜。

在本实施例的图像显示装置中，进而具有在反射型液晶显示元件和投射光学系统之间配置的、把来自反射型液晶显示元件的光导向投射光学系统的偏振光光束分离器，和在该偏振光光束分离器和上述反射型液晶显示元件之间配置的1/4相位板。

投向在偏振光光束分离器和反射型液晶显示元件之间设置的1/4相位板(1/4波长板…1/4 wave plate)的光线的最大入射角度θ可以通过聚光光学系统的合成焦点距离f和聚光透镜的有效区域宽度L表示为θ＝tan^-1(L/2f)。式中，有效区域宽度L是在把来自光源的光导向反射型液晶显示元件的照明光学系统的光轴垂直的方向上聚光透镜的有效区域的宽度，这里希望采用该有效区域宽度的最大值。

如图4所示，以最大入射角度θ入射1/4相位板的S偏振光的光用理想的偏振光光束分离器P的偏振光分离膜T反射，透过1/4相位板Q，入射到反射型液晶显示元件L。此外，这里θ成为对照明光学系统的光轴的角度、亦即对于反射型液晶显示元件的入射角实质上相同的角度。

进而由反射型液晶显示元件L反射的光再次透过1/4相位板Q入射到偏振光光束分离器P，由此使图像光以外的不需要的光不导向投射光学系统那样检光。在这样构成的光学系统中，为提高图像显示装置中的光的利用效率，希望配置1/4相位板，使对于入射上述1/4相位板的最大角度θ的光线由1/4相位板给予的相位差φ满足

π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2

这样构成的话，可以使由反射型液晶显示元件L反射的、透过1/4相位板Q的光中用偏振光分离膜T漏出的P成分的光量(由偏振光分离膜T反射的P偏振光成分的光量)变小，可以得到对比度高的明亮的投射光(投射图像)。

进而，为得到对比度高的图像，通过配置1/4相位板，使聚光光学系统的光束的最大角度θ满足

θ≥10°

而且相位差φ满足

π/2×0.9＜φ＜π/2×1.1

，可以进一步使由偏振光分离膜T漏出的P成分的光量，可以提高对比度。

当然不限定于1/4相位板，使用其他光学元件也可以具有同样的光能。

(第一实施例)

图1表示本发明的第一实施例。图中，1是由高压水银灯等组成的光源，2是用于在规定的方向上放射来自光源的光的反射器，3是用于形成均匀照明区域的积光器，具有蝇眼(フライアイ)透镜3a、3b。

4是使来自光源的无偏振光在规定方向上一致的偏振光变换元件，由偏振光分离膜4a、反射膜4b和1/2相位板4c组成，5是聚光照明光的聚光透镜，6是用于把光路导入照明光学系统的反射镜，7是滤光透镜，8a、8b、8c是透过P偏振光、反射S偏振光的偏振光光束分离器，9a、9b是只把绿色波长区域的光的偏振光方向变换(关于红、蓝色波长区域的光不变换偏振光方向)90°的色选择相位差板，10r、10g、10b是用于显示各颜色图像的反射型液晶显示元件，11是1/2相位板，12r、12g、12b是红色用的1/4相位板、绿色用的1/4相位板、蓝色用的1/4相位板、13是投射光学系统，投射光学系统13可以包含透镜、衍射光栅、反射镜等，但是最好仅由透镜构成。

14是透过蓝色和绿色波长区域的光、反射红色波长区域的光的分色镜。

下面说明光学作用。从光源1射出的光通过反射器(这里取抛物面镜，但是椭圆镜也可以)2在蝇眼透镜3a的方向上聚光。该光束由蝇眼透镜3a分离成多个光束后，该多个光束聚光在各蝇眼透镜3b近旁，通过偏振光变换元件4，由于具光透镜5以及滤光透镜7的作用，在反射型液晶显示元件10r、10g、10b上重合。其结果，通过可以以均匀照度的光照明各反射型液晶显示元件10r、10g、10b，从蝇眼透镜3b射出的多个光束通过偏振光变换元件4变换成S偏振光(P偏振光也可以)。详细说，用对应各光束的偏振光分离膜4a分离为P偏振光和S偏振光，S偏振光由反射膜4b反射，P偏振光透过偏振光分离膜4a后，透过1/2相位板4c变换为S偏振光，在和S偏振光成分相同方向射出，结果在作为规定的偏振光(这里是S偏振光)同样的方向(朝向聚光透镜的方向，换言之在照明光学系统的光轴的方向)上射出。

来自光源由偏振光变换元件4射出的光通过聚光透镜5和滤光透镜7聚光，入射到分色镜14。分色镜14具有图3所示的特性，透过蓝色和绿色波长区域的光，反射红色波长区域的光。分色镜14反射的红色光由偏振光光束分离器8a反射，透过1/4相位板12r，入射到反射型液晶显示元件10r上。入射到反射型液晶显示元件10r上的光通过反射型液晶显示元件10r被图像调制、反射。被图像调制的光再次透过1/4相位板12r，入射到偏振光光束分离器8a。此时在由反射型液晶显示元件射出的光中S偏振光成分的光(黑显示的光)由偏振光光束分离器8a反射，被返回到光源侧而去除。另外，通过反射型液晶显示元件被图像调制后成为P偏振光成分的光(白显示的光)透过偏振光光束分离器8a，被导入投射光学系统13，投影到屏幕等被投影面上。

此时，未由液晶显示元件10r进行图像调制的光(偏振光方向未被变换为90度的光)，如果不由偏振光光束分离器8a的偏振光分离膜变换为S偏振光(黑显示的光，即返回光源方向的光)的话对比度会降低。因此，把在偏振光光束分离器8a和反射型液晶显示元件10r之间设置的1/4相位板12r的超前轴调整(修正)到规定的方向，抑制在偏振光光束分离器8a和反射型液晶显示元件10r上发生的偏振光状态的散乱使变小。具体说，向偏振光光束分离器以规定的角度(这里是45度)以外的角度入射光的场合，有时会反射和S偏振光不同的成分的光，这是使对比度降低的原因。因此，即使对于向偏振光光束分离器以45度以外的角度入射的光，实质上只把由反射型液晶显示元件图像调制过的光作为图像光导入到投射光学系统那样构成。至少，比不配置1/4波长板的场合，为使对比度提高需要设定1/4波长板的超前轴的方向。

由反射型液晶显示元件10r进行图像调制以P偏振光入射到偏振光光束分离器8a的光透过偏振光光束分离器8a由1/2相位板11把偏振光方向变换90°，成为S偏振光，入射到偏振光光束分离器8c，由于在偏振光光束分离器8c上反射，导向投射透镜13被投影。

透过分色镜14的S偏振光的蓝色和绿色光，入射到只变换绿色波长区域的光的偏振光方向90°的色选择性相位差板9a，蓝色波长区域的偏振光方向不加变换以S偏振光原样入射到偏振光光束分离器8b，绿色波长区域的偏振光方向被变换为P偏振光，入射到偏振光光束分离器8b。

在偏振光光束分离器8b上，反射作为S偏振光的蓝色波长区域的光，透过作为P偏振光的绿色波长区域的光，由此进行色分解。由偏振光光束分离器8b反射的蓝色波长区域的光，透过1/4相位板12b，入射到反射型液晶显示元件10b。从反射型液晶显示元件10b射出的光中的P偏振光成分(用反射型液晶显示元件10b改变偏振光方向的成分)再次透过1/4相位板12b，透过偏振光光束分离器8b和偏振光光束分离器8c，通过投射透镜13被投影到被投影面上。

从反射型液晶显示元件10b射出的光中的S偏振光成分(用反射型液晶显示元件10b不改变偏振光方向的成分)由偏振光光束分离器8b反射，被返回到光源侧而被除去。

另外，透过偏振光光束分离器8b的绿色波长区域的光，透过1/4相位板12g，入射到反射型液晶显示元件10g。从反射型液晶显示元件10g射出的光中的S偏振光成分(用反射型液晶显示元件10g改变偏振光方向的成分)，再次透过1/4相位板12g，由偏振光光束分离器8b反射，被导入投射透镜13。

另外，从反射型液晶显示元件10g射出的光中的P偏振光成分(用反射型液晶显示元件10g不改变偏振光方向的成分)透过偏振光光束分离器8b，被返回到光源侧而被除去，即对于投射光学系统被遮光。

从偏振光光束分离器8b射出的作为投影光的蓝色区域的P偏振光的光和绿色区域的S偏振光的光，入射到只变换绿色波长区域的偏振光方向90°的色选择性相位差板9b，蓝色波长区域的偏振光方向不加变换，以P偏振光原样、绿色波长区域的偏振光方向变换为P偏振光，蓝色和绿色波长区域的光透过偏振光光束分离器8c，被导向投射透镜13被投影。

此时，修正偏振光光束分离器8b和反射型液晶显示元件10g、10b之间设置的1/4相位板12g、12b的超前轴，和在红色光路中使用的1/4相位板12r同样进行黑显示的调节。

这里，不用说去掉了旋转红色成分的偏振光方向的1/2波长板(相位板)11，代替色选择性相位差板9b，配置具有变换蓝色波长区域的光的偏振光方向90度、不变化绿色波长区域的光的偏振光方向的特性的色选择性相位差板，把投影透镜13的配置位置变更到图1中的偏振光光束分离器的纸面上侧(即光束分离器8a和8c和投影透镜13几乎在一直线上排列那样配置)也可以。

这里，向偏振光光束分离器8a、8b以入射角度θ入射的光透过入射角度θ中的相位差φ的1/4相位板12r、12g、12b，由反射型液晶显示元件10r、10g、10b反射后，再次透过1/4相位板12r、12g、12b，把透过(或者反射)偏振光光束分离器8a、8b时漏出的光量，使用使P偏振光全部透过、S偏振光全部反射的理想的偏振光光束分离器P和反射光的偏振光状态不改变的反射型液晶显示元件理想的LL表示的话，就成为图2所示那样。这里的漏光量，与本来应该透过的光无关，是反射掉的光量。不用说，透过和反射反过来也可以。更具体说，是用反射型液晶显示元件调制的、被变换为应该投射到屏幕等被投射面上的图像光的光，本来透过偏振光光束分离器后应该导向投射光学系统的光中由偏振光光束分离器反射的光量。

在图2中，设以45°入射偏振光光束分离器P的偏振光分离膜T的光轴为X轴、由射偏振光光束分离器P反射、垂直入射1/4相位板Q以及反射型液晶显示元件LL的光线c的轴方向为Z轴、垂直X轴和Z轴的轴为Y轴的话，则在XY平面内以入射角度θ入射面板的S偏振光的入射光线a由偏振光光束分离器P反射，透过以矢量f’的超前轴(滞后轴方向的矢量s’与矢量f’正交)作为Y轴方向的1/4相位板Q，入射到反射型液晶显示元件LL上。

进而，在反射型液晶显示元件LL中在与z轴对称的方向上反射的光线b再次透过1/4相位板Q由偏振光光束分离器P检光。此时，入射光线a的入射光强度I_o和由做成黑显示的反射型液晶显示元件LL反射的光线b不由偏振光光束分离器P检光漏出的P成分的光强度I_p的比使用琼斯矢量表示的话，为使S偏振光的入射光线a通过由偏振光光束分离器P的偏振光分离膜T反射对于Y轴的S偏振光的方向在XY平面上在右旋方向上倾斜θ，入射1/4相位板Q的光线的偏振光轴β对于超前轴在f’s’平面上倾斜θ。

进而通过显示黑的反射型液晶显示元件LL，入射光线a不改变偏振光状态在YZ平面上在对称Z轴的方向上反射，以入射角度θ入射1/4相位板Q。此时，1/4相位板，因为具有由入射角度决定的相位差，设入射角度θ中的1/4相位板Q的相位差为φ，则在以相同的入射角度2次透过1/4相位板Q后，1/4相位板Q的琼斯矢量A成为

$A=\left(\begin{array}{cc}\exp \left(\frac{i2\mathrm{\φ}}{2}\right)& 0\\ 0& \exp \left(\frac{-i2\mathrm{\φ}}{2}\right)\end{array}\right)---\left(4\right).$

另外，为使入射1/4相位板Q的偏振光轴β对于1/4相位板Q的超前轴f’倾斜θ，1/4相位板Q的琼斯矢量A’(φ，θ)，通过旋转行列式

$A_{\mathrm{\θ}}=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right),$

将式(4)进行坐标变换，表示为

A′(φ，θ)＝A_θAA_-θ    (5)。

另外，入射偏振光光束分离器P的光线a用直线偏振光的琼斯矢量

$\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)$

表示的话，则2次透过1/4相位板Q后的光线b的琼斯矢量

$\left(\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right)$

表示为

$\left(\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right)=A_{\mathrm{\θ}}{\mathrm{AA}}_{-\mathrm{\θ}}\·\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)---\left(6\right).$

这里，为使入射光线a的偏振光分离膜T中的S偏振光的方向(矢量u)对于光线b的偏振光分离膜T中的S偏振光的方向(矢量u’)旋转2θ，在偏振光分离膜T中检光S成分的琼斯矢量P_δ，具有旋转行列式

$P_{\mathrm{\θ}}=\left(\begin{array}{cc}\cos 2\mathrm{\θ}& -\sin 2\mathrm{\θ}\\ \sin 2\mathrm{\θ}& \cos 2\mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(7\right)$

表示为

$P_{\mathrm{\δ}}=P_{\mathrm{\θ}}\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 0\end{array}\right)P_{-\mathrm{\θ}}=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^{2}2\mathrm{\θ}& \sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\θ}\\ \sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\θ}& {\sin }^{2}2\mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(8\right)$

入射偏振光光束分离器P的光线b(式(6))使用偏振光光束分离器P的偏振光分离膜T进行S检光，射出琼斯矢量

$\left(\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right)$

表示为

$\left(\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\end{array}\right)=P_{\mathrm{\δ}}\·A^{\′}(\mathrm{\φ},\mathrm{\θ})\·\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{c}{\cos }^{2}2\mathrm{\θ}\·\cos \left(\frac{2\mathrm{\φ}}{2}\right)+i\cos 2\mathrm{\θ}\·\sin \left(\frac{2\mathrm{\φ}}{2}\right)\\ \sin 2\mathrm{\θ}\·\cos 2\mathrm{\θ}\·\cos \left(\frac{2\mathrm{\φ}}{2}\right)+i\sin 2\mathrm{\θ}\·\cos \left(\frac{2\mathrm{\φ}}{2}\right)\end{array}\right)---\left(9\right)$

使用偏振光光束分离器P检光的S偏振光成分的光强度I_S为

$I_S=E_x\·E_x^{*}+E_y\·E_y^{*}---\left(10\right)$

设入射光线a的强度为I_O的话，则可以表示为

$I_S=I_O({\cos }^{2}2\mathrm{\θ}+{\sin }^{2}2\mathrm{\θ}\·{\sin }^2\left(\frac{2\mathrm{\φ}}{2}\right))---\left(11\right)$

另外，使用偏振光光束分离器P检光的P偏振光成分的光强度I_P表示为

I_P＝I-I_S

这里，取F数(Fno)为2的话，则光束的最大角度为14°，最大入射角度14°的入射光线a入射到1/4相位板Q的光的偏振光轴因为对于1/4相位板Q的超前轴倾斜14°，因此θ＝14°。另外，14°入射时的1/4相位板的相位差φ＝π/2×1.2(＝108°)时，取入射强度I_O＝1，设

S偏振光方向强度I_S＝0.979

P偏振光方向强度I_P＝0.021    (12)

则入射光和P偏振光成分的强度比I_O/I_P成为

I_O/I_P＝47.6    (13)

另外同样，1/4相位板的相位差φ＝π/2×0.8(＝72°)时的入射光和P成分的强度比I_O/I_P成为

I_O/I_P＝47.6    (14)

希望图2的光学系统中入射角度(θ)14°的光线由偏振光光束分离器P漏出的光的强度I_P和入射光的强度I_O的比成为式(13)和式(14)表示的值以上。

此时，在偏振光光束分离器8a、8b和反射型液晶显示元件10r、10g、10b之间设置的1/4相位板12r、12g、12b，通过在各自的波长区域中(红色波长区域为590～650nm、绿色波长区域为500～590nm、蓝色波长区域为430～500nm、)1/4相位板的相位差φ能够提高照明光学系统的利用效率的聚光光学系统的光束的最大角度(θ)14°中满足

π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2

可以投影对比度高的图像。

根据上述实施例，通过仔细调节1/4相位板的入射角特性，可以对于照明系统进行适当地修正，可以实现明亮的、对比度高的投射装置。

Claims (6)

1.一种图像显示装置，具有：

反射型液晶显示元件，

把来自光源的光分割为多个光束的光束分割系统，

把从该光束分割系统射出的光束导向所述反射型液晶显示元件的聚光光学系统，

所述聚光光学系统具有：聚光从所述光束分割装置射出的光的聚光透镜、把从所述聚光透镜射出的光束对于所述反射型液晶显示元件实质上变为远心光束的滤光透镜、把从所述滤光透镜射出的光束根据偏振光状态分离的偏振光光束分离器、和在该偏振光光束分离器和所述反射型液晶显示元件之间配置的1/4相位板，

其特征在于，另外满足以下的条件，

π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2

式中，φ是对于以角度θ入射所述1/4相位板的光线由该1/4相位板给予的相位差，θ是设所述聚光光学系统的合成焦点距离为f、聚光透镜的有效区域宽度为L时由

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{L}{2f}$

定义的角度。

2.根据权利要求1的图像显示装置，其特征在于，所述角度θ满足

θ≥10°

的条件。

3.根据权利要求1的图像显示装置，其特征在于，所述相位差φ满足

π/2×0.9＜φ＜π/2×1.1

的条件。

4.根据权利要求1到3中任何一项的图像显示装置，其特征在于，进一步具有：

分别对应红色波长区域、绿色波长区域、蓝色波长区域的3个反射型液晶显示元件，和

把来自所述3个反射型液晶显示元件的光投影到被投影面的投影光学系统。

5.一种图像显示装置，具有：

形成对应第一色、第二色、第三色的图像的第一、第二、第三反射型液晶显示元件，

投射光学系统，

分割来自光源的光为多个光束的光束分割系统，

把所述多个光束的每一个实质上变换为直线偏振光的偏振光变换元件阵列，

把来自所述偏振光变换元件阵列的光束导向所述第一、第二、第三反射型液晶显示元件的聚光光学系统，

所述聚光光学系统具有：

聚光从所述偏振光变换元件阵列来的光束的聚光透镜，

把从所述聚光透镜来的光束对于所述第一、第二、第三反射型液晶显示元件实质上变为远心光束的滤光透镜，

把从所述滤光透镜来的光束分解为第一、第二色的光和第三色的光的色分解光学元件，

接收来自所述色分解光学元件的第一、第二色的光；把该第一、第二色的光分别导向所述第一、第二反射型液晶显示元件；有选择地把从该第一、第二反射型液晶显示元件射出的光中的图像光导向所述投射光学系统的第一偏振光光束分离器，

接收来自所述色分解光学元件的第三色的光、导向所述第三反射型液晶显示元件、有选择地把从所述第三反射型液晶显示元件射出的光中的图像光导向所述投射光学系统的第二偏振光光束分离器，

在所述第一、第二偏振光光束分离器和所述第一、第二、第三反射型液晶显示元件之间配置的1/4相位板，

其特征在于，另外满足以下的条件，

π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2

式中，φ是对于以角度θ入射所述1/4相位板的光线由该1/4相位板给予的相位差，θ是设所述聚光光学系统的合成焦点距离为f、聚光透镜的有效区域宽度为L时由

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{L}{2f}$

定义的角度。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述角度θ满足

θ≥10°，

而且所述相位差φ满足

π/2×0.9＜φ＜π/2×1.1。

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