CN1749807A

CN1749807A - 投射型图像显示装置

Info

Publication number: CN1749807A
Application number: CNA2005101039917A
Authority: CN
Inventors: 猪子和宏
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: US7429110B2; JP2006084820A; JP4913996B2; US20080204609A1; US20060055888A1; US8066380B2; CN100397144C

Abstract

至少给出了投影仪的一个实施例，该投影仪包括几个布置用来减少后反射效果的光学元件、反射式器件和分束器。至少一个实施例包括反射镜、两个分束器、三个反射器件及两个影响入射到光学元件上的光的偏振态的光学元件。

Description

投射型图像显示装置

技术领域

[0001]本发明涉及一种投影仪，并尤其但不排他地涉及一种通过反射式液晶板调节光束的投影仪。

背景技术

[0002]反射式液晶板具有高于透射式液晶板的孔径比和分辨率，因此，配备有反射式液晶板的投影仪需求量很大。但是，与透射式投影仪相反，反射式投影仪有下面两个问题，这又使得反射式投影仪的普及受到影响。

[0003]一个问题是在光学投射系统中产生的像光束的反射重新进入反射式液晶板，在那儿光再被反射，从而重新进入光学投射系统。其结果是光通过光学投射系统到达屏幕，导致图像对比度下降。另一个问题在于需要根据反射式液晶板是处于ON模式(光束被投射的模式)还是OFF(光束不被投射的模式)模式来选择光束，偏振分束器必须设置在液晶板的前面。为此，颜色分离/组合系统的尺寸趋于变大。

[0004]作为解决第一个问题的尝试，US5268775和US5286873公开了这样一个实例，反馈光的偏振方向旋转大约90°(如通过利用四分之一波片)，使得反馈光基本上被偏振分束器和偏振器去除。

[0005]另一方面，为了解决第二个问题，US AA2002/0140905提出了一种系统，为对应于三基色的三个反射式液晶板提供两个偏振分束器，使得在两个偏振分束器中进行颜色的分离和颜色的组合。根据US AA2002/0140905，接近每个偏振分束器的入射侧和出射侧设置波长选择偏振旋转器。这样便于通过其中一个偏振分束器控制两个反射式液晶板的ON-OFF模式，从而选择是否投射光束。

[0006]但是，简单合并这两个实例解决不了前述的两个问题。

发明内容

[0007]对于投射型图像显示装置给出了至少一个实施例。该投射型图像显示装置包括对应于第一波长范围之内的光的第一反射式液晶显示板；对应于不同于第一波长范围的第二波长范围内的光的第二反射式液晶显示板；构造成投射从第一反射式液晶显示板接收到的光和从第二反射式液晶显示板接收到的光的光学投射系统；第一偏振分束器，该第一偏振分束器把包含在从光源接收到的第一波长范围内的光中的第一偏振方向的光导向第一反射式液晶显示板，该第一偏振分束器把包含在被第一反射式液晶显示板反射的光中的第二偏振方向的光导向光学投射系统，第二偏振方向基本上垂直于第一偏振方向，第一偏振分束器把包含在从光源接收到的第二波长范围的光中的第二偏振方向的光导向第二反射式液晶显示板，并且该第一偏振分束器把包含在被第二反射式液晶显示板反射的光中的第一偏振方向的光导向光学投射系统；设置在第一偏振分束器和光学投射系统之间的第一偏振器，该第一偏振器吸收第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的一者，并透射第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的另一者；和设置在第一偏振器和光学投射系统之间的第一四分之一波片。

[0008]对于投射型图像显示装置至少给出一个实施例。该投射型图像显示装置包括对应于第一波长范围内的光的第一反射式液晶显示板；对应于不同于第一波长范围的第二波长范围内的光的第二反射式液晶显示板；构造成投射从第一反射式液晶显示板接收到的光和从第二反射式液晶显示板接收到的光的光学投射系统；第一偏振分束器，该第一偏振分束器把包含在从光源接收到的第一波长范围内的光束中的第一偏振方向的光导向第一反射式液晶显示板，该第一偏振分束器把包含在被第一反射式液晶显示板反射的光中的第二偏振方向的光导向光学投射系统，第二偏振方向基本上垂直于第一偏振方向，第一偏振分束器把包含在从光源接收到的第二波长范围的光中的第二偏振方向的光导向第二反射式液晶显示板，并且该第一偏振分束器把包含在被第二反射式液晶显示板反射的光中的第一偏振方向的光导向光学投射系统；设置在第一偏振分束器和光学投射系统之间的第一偏振器，该第一偏振器透射第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的一者，并把第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的另一者导向在第一偏振分束器和光学投射系统之间延伸的光路之外；和设置在第一偏振器和光学投射系统之间的第一四分之一波片。

[0009]对于投射型图像显示装置至少给出一个实施例。该投射型图像显示装置包括对应于不同波长范围内的光束的多个反射式液晶显示板；构造成组合从多个反射式液晶显示板接收到的光束的光路的光路组合系统；构造成投射从光路组合系统接收到的光束的光学投射系统；和设置在光路组合系统和光学投射系统之间的延迟板。光路组合系统包括多个偏振器。

[0010]通过下面(参考附图)对实施例的描述，本发明的进一步的特点将变得更加清晰。

附图说明

[0011]图1是第一示例性实施例的简图；

[0012]图2是第一实施例的修改例简图；

[0013]图3表示根据至少一个示例性实施例的颜色组合器的特性；

[0014]图4是第二示例性实施例简图；

[0015]图5是第三示例性实施例简图；

[0016]图6是第四示例性实施例简图。

具体实施方式

[0017]下面对实施例的描述仅仅出于示意而非限定本发明及其应用。

[0018]在此不再详述相关技术中普通技术人员熟知的过程、技术、装置和材料，其在合适的情况下为生效说明书的一部分。

[0019]此外，也不讨论光学元件的实际大小，但从大透镜到微透镜的任何尺寸都处于实施例的范围之内(如直径在纳米、微米、厘米和米范围的透镜)。

[0020]注意，在下列附图中类似的附图标记和字母表示类似的物件，因而一旦在一个附图中限定了一个物件，在后面的幅图中可以不再讨论。

[0021]下面将参照附图说明图像显示装置的示例性实施例。第一实施例

[0022]图1是根据第一示例性实施例的图像显示装置的颜色分离/组合系统。下面将参照图1详细描述第一实施例。从发射非偏振光的光源1释放出的白色光束被反射器反射并变成基本上准直的光束2。白色光束可以分成三基色(如红绿蓝三种颜色)。这三基色将分别被定义为对应于红色波长范围的红光成分2r；对应于绿色波长范围的绿光成分2g；和对应于蓝色波长范围的蓝光成分2b。

[0023]偏振转换器3设置在光学照明系统的中间部分，并被基本上垂直于光轴布置的偏振转换阵列限定。偏振转换器3与这些光成分的偏振方向对准，从而便于这些光成分p偏振。因而，这些光成分处于一种电场在基本上平行于图1所示图面的方向振荡的偏振态。结果是红光成分2r变为p偏振红光成分4r，绿光成分2g变成p偏振的绿光成分4g，蓝光成分2b变成p偏振的蓝光成分4b。在此情况下，虽然包含在非偏振光中的可见光范围的所有颜色的光成分都被偏振转换器3进行了p偏振，但这些颜色的光成分也可以可选地是s偏振光。或者，可以使其中一个颜色的光成分的偏振方向基本上垂直于其余两种颜色的光成分的偏振方向。另外，如果光源1是基本上在偏振方向发射光束的类型(如激光光源)，则可以省去偏振转换器3。在采用激光光源的情况下，可以简单地设置偏振器。但是在这种情况下，激光光源可以配置有多种对应于三基色的激光源成分。这些激光源成分可以以这种方式布置，即从其中一个激光源成分发射出的彩色光束的偏振方向基本上垂直于从对应于其余颜色的其它光源成分发出的其余彩色光束的偏振方向。

[0024]二向色镜5设置成其选择性地反射绿光成分。这意味着二向色镜5反射p偏振绿光成分4g，同时透射p偏振红光成分4r和p偏振蓝光成分4b。另一方面，在二向色镜5是绿光透射型时，二向色镜5的特性基本上与上述的相反，并且因此这里将省去对这种情形的描述。透过二向色镜5的p偏振红光成分4r和p偏振蓝光成分4b通过偏振器6，在那儿这些光成分4r和4b的偏振度增大。因此，光成分4r和4b进入波长选择偏振旋转器7。

[0025]波长选择偏振旋转器7具有旋转红光成分的偏振方向90°但不旋转蓝光成分的偏振方向的能力。通过波长选择偏振旋转器7的p偏振红光成分4r和p偏振蓝光成分4b分别变成s偏振红光成分8r和p偏振蓝光成分8b。然后s偏振红光成分8r和p偏振蓝光成分8b进入偏振分束器9。

[0026]入射到偏振分束器9上的s偏振红光成分8r被偏振分束表面10反射并进入反射式液晶板11r。反射式液晶板11r和反射式液晶板11g及11b在ON模式下便于使偏振方向旋转大约90°，但在OFF模式下不进行旋转。此处，“ON模式”指光被导向投射透镜并被投射到投射表面上的显示开启模式，而“OFF模式”是指光被阻止进入投射透镜的显示关闭模式。因此，在ON模式中，s偏振的红光成分8r变为重新进入偏振分束器9的p偏振的红光成分12r。由于此时为p偏振，p偏振红光成分12r通过偏振分束表面10并从偏振分束器9出射。另一方面，虽然s偏振红光成分8r在OFF模式下被偏振分束表面10反射，但在图1中省去了在OFF模式下从反射式液晶板11r反射的光成分8r的光路。而且虽然可以在偏振分束器9与反射式液晶板11r之间设置延迟板(如四分之一波片)以校正有角度入射的光成分的偏振方向，图1中也未示出此延迟板。

[0027]另一方面，由于是p偏振，p偏振蓝光成分8b通过偏振分束表面10并进入反射式液晶板11b。当反射式液晶板11b处于ON模式时，p偏振蓝光成分8b变为重新进入偏振分束器9的s偏振蓝光成分12b。由于此时为s偏振，s偏振蓝光成分12b被偏振分束表面10反射并从偏振分束器9出射。

[0028]另一方面，被二向色镜5反射的p偏振绿光成分4g通过偏振器13，在那儿p偏振绿光成分48的偏振度增大。然后p偏振绿光成分4g进入偏振分束器14，从而到达偏振分束表面15。p偏振绿光成分4g通过偏振分束表面15并进入反射式液晶板11g。当反射式液晶板11g处于ON模式时，p偏振绿光成分4g变成重新进入偏振分束器14的s偏振绿光成分12g。由于此时为s偏振，s偏振绿光成分12g被偏振分束表面15反射并从偏振分束器14出射。

[0029]除在ON模式下被各个反射式液晶板11r、11g、11b理想起偏大约90°的彩色光成分12r、12g和12b之外，从对应的偏振分束器9、14释放并指向颜色组合器(光路组合器)19的光实际上包含降低图像对比度的光部分。具体地说，在OFF模式下经由反射式液晶板11r、11g、11b的像素被偏振分束器9、14导向光源1的光中，经偏振分束器9、14向投射透镜22泄漏的光部分可以包含在从偏振分束器9、14释放的光中。这些光部分的去除减小了它们对降低图像对比度的影响。

[0030]因此，至少对绿光成分和红光成分或绿光成分和蓝光成分起偏的偏振器16A接近偏振分束器14的出射侧设置。因而，从偏振分束器14出射的s偏振绿光成分12g变为已经基本上被去除了其不理想的偏振光部分的s偏振绿光成分18g。然后s偏振绿光成分18g进入颜色组合器19。在此情况下，偏振器16A可以吸收不理想的偏振光部分，或者可以把不理想的偏振光部分反射向光路之外(即，垂直于纸面向上/向下)。根据至少一个实施例，因为吸收的光部分将不沿着光路行进，所以不理想的偏振光部分的吸收意义上也属于“把不理想的偏振光部分导向光路之外”。

[0031]另一方面，波长选择偏振旋转器17设置得接近偏振分束器9的出射侧，以致于波长选择偏振旋转器17具有旋转蓝光成分的偏振方向大约90°但不旋转红光成分的偏振方向的能力。另外，偏振器16B设置得接近波长选择偏振旋转器17的出射侧。根据此结构，通过波长选择偏振旋转器17的p偏振红光成分12r和s偏振蓝光成分12b分别变成p偏振红光成分18r和p偏振蓝光成分18b。另外，p偏振红光成分18r和p偏振蓝光成分18b进入偏振器16B，在那儿不理想的偏振光部分基本上被从中去除。此处，不理想的偏振光部分是红光成分18r的s偏振光部分和蓝光成分18b。随后，p偏振红光成分18r和p偏振蓝光成分18b进入颜色组合器19。

[0032]颜色组合器19的颜色组合表面20由包括介电多层膜的绿色反射二向色膜限定，以致于颜色组合表面20反射s偏振绿光成分18g但透射p偏振红光成分18r和p偏振蓝光成分18b。颜色组合表面20组合红光成分与蓝光成分的光路以及绿光成分的光路。图3表示红、绿和蓝光成分的反射特性和透射特性。一般地，二向色膜对s偏振光的反射波长范围宽于对p偏振光的反射波长范围，这意味着对p偏振光的透射波长范围宽于对s偏振光的透射波长范围。根据第一实施例，因为绿光成分18g是s偏振光，红光成分18r和蓝光成分18b是p偏振，所以这三色的带宽如图3所示彼此重叠。这样利于有效利用颜色。

[0033]由颜色组合器19组合的三色光成分18r、18g和18b通过延迟板(四分之一波片)21并由投射透镜22投射到屏幕(未示出)上。或者投射透镜22可以可选地例如包括反射镜。虽然是基于前投影仪描述了第一实施例，但第一实施例也可以指后投影仪。在该情况下，投射透镜22可以把图像投射到例如包括双凸透镜或菲涅耳透镜的屏幕件上。

[0034]延迟板21可以有基本上为四分之一波长的相位差。当一种颜色的光成分经延迟板21进入投射透镜22时，被投射透镜22的一个透射面反射的彩色光成分的反馈光部分返回到延迟板21。返回到延迟板21的反馈光部分的偏振方向相对于已经在第一时间进入延迟板21的彩色光成分的偏振方向旋转大约90°。例如，被投射透镜22反射的s偏振的绿光成分18g的反馈光返回到延迟板21，并且随后p偏振态下的反馈光部分被颜色组合器19反射并变成入射到偏振器16A上，在那儿反馈光部分被吸收。以类似的方式，p偏振的红光成分18r和p偏振的蓝光成分18b的反馈光部分被偏振器16B吸收。换言之，被投射透镜22的其中一个透射面反射的每个反馈光部分在到达相应的板表面之前被吸收。因此，被投射透镜22反射并返回到对应的延迟板的每个反馈光部分不再返回到投射透镜22地被相应偏振器吸收。这样减少了由投射透镜22中的光反射导致的屏幕上的图像劣化(低对比度)。

[0035]下面参考图2描述第一实施例的改型。在此实例中，从偏振转换器3a释放的光成分为s偏振。因而，这些光成分处于电场在基本上垂直于图2所示纸平面方向上振动的偏振态。此实例不同于上述第一实施例之处在于用于绿色的反射式液晶板11g沿着绿光成分的光路设置在不同位置上。而且，通过设置在偏振分束器14出射侧附近的偏振器16A的绿光成分12g的偏振方向被半延迟板23旋转大约90°。随后，通过将其偏振方向旋转大约90°而被s起偏的绿光成分18g进入颜色组合器19。s偏振的绿光成分18g被颜色组合器19反射，从而进入投射透镜22。除此差异外，此实例与上述第一实施例的不同之处在于设置在红光成分和蓝光成分光路中的波长选择偏振旋转器7a具有旋转蓝光成分的偏振方向大约90°但不旋转红光成分的偏振方向的能力。通过波长选择偏振旋转器7a的红光成分4r和蓝光成分4b分别被转变成s偏振光成分和p偏振光成分。除了这些小的结构差异之外，此改型实例基本上与第一实施例的结构相同。

[0036]或者，在第一实施例中，可以用偏振分束器代替二向色镜5。在此情况下，在偏振分束器之前，即在偏振转换器3和代替二向色镜5的偏振分束器之间可以设置波长选择偏振旋转器(波长选择延迟板)。波长选择偏振旋转器(波长选择延迟板)可以旋转绿光成分的偏振方向大约90°，或可以旋转两种剩余颜色光成分其中之一的偏振方向大约90°。或者，波长选择偏振旋转器(波长选择延迟板)可以旋转两种颜色光成分的偏振方向大约90°。作为另一种选择，除了用偏振分束器代替二向色镜5之外，可以设置对应于三色的激光源成分，如前所述。

[0037]另外，虽然在第一实施例中颜色组合器19由二向色镜或二向色棱镜限定，但颜色组合器19也可以是偏振分束器。在此情况下，鉴于绿光成分的p偏振反馈光部分通过限定颜色组合器19的偏振分束器，偏振器16B可以吸收绿色波长范围内的p偏振反馈光部分。另一方面，由于蓝色和红色光成分的s偏振反馈光部分被限定颜色组合器19的偏振分束器反射，所以偏振器16A可以吸收蓝光和红光成分的s偏振反馈光部分。

第二实施例

[0038]图4表示第二实施例。第二实施例中的某些元件与第一实施例中的元件类似，因此在第二实施例的描述中省去对这些元件的描述。

[0039]从光源1发出的白色光束被反射器反射并基本上变成准直光束2。白色光束可以分离成三基色，如红光成分2r、绿光成分2g和蓝光成分2b。

[0040]设置在光学照明系统中间部分的偏振转换器3a与这些光成分的偏振方向对准，从而便于这些光成分的s偏振。因而，这些光成分处于电场在基本上垂直于图4纸面的方向振动的偏振态。结果，红光成分2r变成s偏振的红光成分4r，绿光成分2g变成s偏振的绿光成分4g，蓝光成分2b变成s偏振的蓝光成分4b。

[0041]二向色镜5选择性地反射绿光成分，意味着二向色镜5反射s偏振的绿光成分4g，同时透射s偏振的红光成分4r和s偏振的蓝光成分4b。透过二向色镜5的s偏振的红光成分4r和s偏振的蓝光成分4b通过偏振器6，使得这些光成分4r和4b的偏振度增大。随后，光成分4r和4b进入波长选择偏振旋转器7a。

[0042]波长选择偏振旋转器7a具有旋转蓝光成分的偏振方向大约90°但不旋转红光成分的偏振方向的能力。因而，通过波长选择偏振旋转器7a的s偏振红光成分4r和s偏振的蓝光成分4b分别变成s偏振的红光成分8r和p偏振的蓝光成分8b。然后，s偏振的红光成分8r和p偏振的蓝光成分8b进入偏振分束器9。

[0043]入射到偏振分束器9上的s偏振的红光成分8r被偏振分束表面10反射，并因而进入反射式液晶板11r。当反射式液晶板11r处于ON模式时，s偏振的红光成分8r变为重新进入偏振分束器9的p偏振的红光成分12r。由于此时为p偏振，p偏振的红光成分12r穿过偏振分束表面10并从偏振分束器9出射。

[0044]另一方面，由于被p偏振，p偏振的蓝光成分8b通过偏振分束表面10并进入反射式液晶板11b。当反射式液晶板11b处于ON模式时，p偏振的蓝光成分8b变为重新进入偏振分束器9的s偏振的蓝光成分12b。由于此时为s偏振，s偏振的蓝光成分12b被偏振分束表面10反射并从偏振分束器9出射。

[0045]另一方面，被二向色镜5反射的s偏振的绿光成分4g通过偏振器13，s偏振的绿光成分4g的偏振度在那儿得以增大。然后，s偏振的绿光成分4g进入偏振分束器14，从而到达偏振分束表面15。s偏振的绿光成分4g被偏振分束表面15反射并进入反射式液晶板11g。当反射式液晶板11g处于ON模式时，s偏振的绿光成分4g变成重新进入偏振分束器14的p偏振的绿光成分18g。由于此时为p偏振，p偏振的绿光成分18g通过偏振分束表面15并从偏振分束器14出射。

[0046]从偏振分束器9出射的p偏振的红光成分12r和s偏振的蓝光成分12b进入波长选择偏振旋转器17。波长选择偏振旋转器17具有转动蓝光成分的偏振方向大约90°但不转动红光成分的偏振方向的能力。因而，通过波长选择偏振旋转器17的p偏振的红光成分12r和s偏振的蓝光成分12b分别变成p偏振的红光成分18r和p偏振的蓝光成分18b。然后p偏振的红光成分18r和p偏振的蓝光成分18b进入颜色组合器19。

[0047]颜色组合器19的颜色组合表面20由绿色反射式二向色膜限定。颜色组合表面20组合p偏振的红光成分18r、p偏振的绿光成分18g和p偏振的蓝光成分18b的光路。从颜色组合器19释放出的p偏振的红光成分18r、p偏振的绿光成分18g和p偏振的蓝光成分18b通过偏振器16，在那儿将不理想的偏振光部分从光成分18r、18g和18b中去除。在此情况下，不理想的偏振光部分是s偏振光部分。随后，p偏振的红光成分18r、p偏振的绿光成分18g和p偏振的蓝光成分18b通过延迟板21并由投射透镜22投射到投射表面(如屏幕)上。

[0048]延迟板21可以有基本上为四分之一波长的相位差并以所有的光成分的偏振态都被转换成圆偏振态的方式向投射透镜22释放彩色光成分。当其中一种彩色光成分经延迟板21进入投射透镜22时，被投射透镜22的其中一个透射面反射的彩色光成分的反馈光部分返回到延迟板21。返回到延迟板21的反馈光部分的偏振方向相对于已经于第一时间进入延迟板21的彩色光成分的偏振方向旋转大约90°。因此，在通过延迟板21之后，p偏振的红光成分18r、p偏振的绿光成分18g和p偏振的蓝光成分18b的反馈光部分被偏振器16吸收。换言之，被投射透镜22的其中一个透射面反射的每种反馈光部分在到达相应的板表面之前被吸收，并因而减少了反射和在屏幕上的再投影。这样减轻了屏幕上投射的图像的劣化(低对比度)。

[0049]即使第二实施例可以相对于第一实施例不同，但考虑到由于红光成分、绿光成分和蓝光成分以同样的偏振态被释放这一事实所导致的颜色组合的效率，第二实施例可以采用更少的部件，并可以提供更低成本的产品。

第三实施例

[0050]图5表示第三实施例。由于第三实施例中的某些元件与第一实施例中的类似，所以在第三实施例中省去对它们的详细描述。

[0051]从光源1发出的白色光束被反射器反射并基本上变成准直光束2。白色光束可以分离成三基色光，即红光成分2r、绿光成分2g和蓝光成分2b。

[0052]设置在光学照明系统中间部分的偏振转换器3a与这些光成分的偏振方向对准，从而便于这些光成分的s偏振。因而，这些光成分处于电场在基本上垂直于图5纸面的方向振动的偏振态。结果，红光成分2r变成s偏振的红光成分4r，绿光成分2g变成s偏振的绿光成分4g，蓝光成分2b变成s偏振的蓝光成分4b。

[0053]二向色镜5选择性地反射绿光成分，意味着二向色镜5反射s偏振的绿光成分4g，同时透射s偏振的红光成分4r和s偏振的蓝光成分4b。透过二向色镜5的s偏振的红光成分4r和s偏振的蓝光成分4b通过偏振器6，这些光成分4r和4b的偏振度在那儿得以增大。随后，光成分4r和4b进入波长选择偏振旋转器7a。

[0054]波长选择偏振旋转器7a具有旋转蓝光成分的偏振方向大约90°但不旋转红光成分的偏振方向的能力。通过波长选择偏振旋转器7a的s偏振红光成分4r和s偏振的蓝光成分4b分别变成s偏振的红光成分8r和p偏振的蓝光成分8b。然后，s偏振的红光成分8r和p偏振的蓝光成分8b进入偏振分束器9。

[0055]入射到偏振分束器9上的s偏振的红光成分8r被偏振分束表面10反射，并因而进入反射式液晶板11r。当反射式液晶板11r处于ON模式时，s偏振的红光成分8r变为重新进入偏振分束器9的p偏振的红光成分12r。由于此时为p偏振，p偏振的蓝光成分12r通过偏振分束表面10反射并从偏振分束器9出射。

[0056]另一方面，由于为p偏振，所以p偏振的蓝光成分8b通过偏振分束表面10并由此进入反射式液晶板11b。当反射式液晶板11b处于ON模式时，p偏振的蓝光成分8b变成s偏振的蓝光成分12b，重新进入偏振分束器9。由于此时为s偏振，s偏振的蓝光成分12b被偏振分束表面10反射并由此从偏振分束器9出射。

[0057]另一方面，被二向色镜5反射的s偏振的绿光成分4g进入偏振器13，s偏振的绿光成分4g的偏振度在那儿得以增大。然后，s偏振的绿光成分4g进入偏振分束器14，从而到达偏振分束表面15。s偏振的绿光成分4g被偏振分束表面15反射并进入反射式液晶板11g。当反射式液晶板11g处于ON模式时，s偏振的绿光成分4g变成重新进入偏振分束器14的p偏振的绿光成分12g。由于此时为p偏振，p偏振的绿光成分12g通过偏振分束表面15并从偏振分束器14出射。

[0058]从偏振分束器9出射的p偏振的红光成分12r和s偏振的蓝光成分12b进入波长选择偏振旋转器17。波长选择偏振旋转器17具有转动蓝光成分的偏振方向大约90°但不转动红光成分的偏振方向的能力。因而，通过波长选择偏振旋转器17的p偏振的红光成分12r和s偏振的蓝光成分12b分别变成p偏振的红光成分18r和p偏振的蓝光成分18b。然后p偏振的红光成分18r和p偏振的蓝光成分18b通过偏振器16B，在那儿，p偏振的红光成分18r和p偏振的蓝光成分18b中的不理想的偏振光部分基本上被去除。随后，p偏振红光成分18r和p偏振蓝光成分18b通过延迟板21B，从而进入颜色组合器19。

[0059]另一方面，从偏振分束器14释放的p偏振的绿光成分12g透过偏振器16A，在那儿把p偏振的绿光成分12g中的不理想的偏振光部分基本上去除。p偏振的绿光成分12g由此变成p偏振的绿光成分18g。在此情况下，不理想的偏振光部分为s偏振的光部分。随后，p偏振的绿光成分18g通过延迟板21A，从而进入颜色组合器19。

[0060]延迟板21A、21B给予相应颜色的光成分以基本上为四分之一波长的相位差。随后，p偏振的红光成分18r、p偏振的绿光成分18g和p偏振的蓝光成分18b以圆偏振态进入颜色组合器19。

[0061]颜色组合器19的颜色组合表面20由绿色反射式二向色膜限定，这意味着颜色组合表面20透射红色和蓝色光。颜色组合表面20组合p偏振的红光成分18r、p偏振的绿光成分18g和p偏振的蓝光成分18b的光路。从颜色组合器19释放出的p偏振的红光成分18r、p偏振的绿光成分18g和p偏振的蓝光成分18b以其光路被组合的状态进入投射透镜22，并且随后被投射透镜22投射到屏幕上。

[0062]根据此结构，被投射透镜22反射的绿光成分重新进入延迟板21A，从而变成以s偏振态入射到偏振器16A上。结果，此反射的绿光成分被偏振器16A吸收。类似地，被投射透镜22反射的红光和蓝光成分重新进入延迟板21B，从而变成以s偏振态入射到偏振器16B上。结果，这些反射的红光和蓝光成分被偏振器16B吸收。因此，因为偏振器16A、16B吸收那些在被投射透镜22反射并被再反射而投射到屏幕上时会导致对比度下降的光成分，所以减少了由较低对比度所致的投射图像的劣化。

[0063]虽然与第一实施例相比第三实施例可以使用较大数量的部件，但第三实施例可以减少光成分在延迟板之后通过的表面数量。因此，因为可以进一步减少由表面反射造成的反馈光部分，所以可以实现更高的对比度。

第四实施例

[0064]图6表示根据第四实施例的颜色分离/合成系统。下面将参考图6描述第四实施例。图6所示的第四实施例与图1所示的第一实施例在下列方面相同。具体地说，一个共同点是光源1发射的光束中的绿光成分向颜色组合器(光路组合棱镜)19传播的方式。另一个共同点是光源1发射的进入偏振分束表面10的光束中的红光和蓝光成分分别被反射式液晶板11r、11b反射并再进入偏振分束表面10。而且在偏振分束表面10中，红光和蓝光成分的图像光线的光路被组合，并随后从偏振分束器9出射，从而向颜色组合器19传播。由于第四实施例中的某些元件与第一实施例中的类似，所以在第四实施例中省去对它们的详细描述。

[0065]第四实施例与第一实施例的不同之处在于从偏振分束器9释放的s偏振的蓝光成分12b(其电磁波在基本上垂直于图6所示纸面的方向上振动)和从偏振分束器9释放的p偏振的红光成分12r分别经为蓝光指定的偏振器16C和为红光指定的偏振器16D进入颜色组合器19。具体地说，为蓝光指定的偏振器16C把包含在对应于蓝色波长范围的光成分中的s偏振的光部分导向投射透镜22，同时，阻挡或吸收包含在蓝光成分中的p偏振光部分，以防止其进入投射透镜22。而且，为蓝光指定的偏振器16C把对应于红色波长范围的光成分完全地导向投射透镜22(虽然存在透射率不是100％的情况，但为蓝光指定的偏振器16C的透射率或反射率设定为关于s偏振光部分和p偏振光部分的选定的百分比(例如大约90％，大于或等于95％))。另一方面，为红光指定的偏振器16D把包含在对应于红色波长范围内的光成分中的p偏振光部分导向投射透镜22，同时阻挡或吸收包含在红光成分中的s偏振光，以防止其进入投射透镜22。而且为红光指定的偏振器16D把对应于蓝色波长范围的光成分完全地导向投射透镜22。在此情况下，为蓝光指定的偏振器16C和为红光指定的偏振器16D无论哪一个都可以更靠近光源1设置。可选地，为蓝光指定的偏振器16C和为红光指定的偏振器16D可以彼此集成。作为另一种选择，具有为蓝光指定的偏振器16C和为红光指定的偏振器16D二者特性的波长选择偏振器可以设置在偏振分束器9和颜色组合器19之间。

[0066]为蓝光指定的偏振器16C用作蓝光成分的偏振器，并用作透射其它颜色波长范围内的光成分的s偏振和p偏振光部分的光学元件。类似的，为红光指定的偏振器16D用作红光成分的偏振器，并用作透射其它颜色波长范围内的光成分的s偏振和p偏振光部分的光学元件。为了对减小设备整体尺寸有利，为蓝光指定的偏振器16C可以透射蓝光成分的s偏振光部分并吸收蓝光成分的p偏振光部分，还可以基本上垂直于光轴设置。另一方面，为红光指定的偏振器16D可以透射红光成分的p偏振光部分并吸收红光成分的s偏振光部分，还可以基本上垂直于光轴地设置。光轴由从每个反射式液晶板的中心释放出的主光束的光路或向后往光源1延伸的主光束的光路限定。蓝光成分的p偏振光部分也可以可选地被为蓝光指定的偏振器16C反射，但在这种情况下，为蓝光指定的偏振器16C可以相对于光轴以一角度设置。因此，这样会导致设备尺寸的增加。虽然在第四实施例中延迟板21设置在颜色组合器19和投射透镜22之间，但第四实施例不限于此结构。例如，由于颜色组合器19由二向色棱镜或二向色镜限定，所以第一四分之一波片可以设置在偏振器16A与颜色组合器19之间，第二四分之一波片可以设置在为红光指定的偏振器16D和颜色组合器19之间。

[0067]根据上述结构，从投射透镜22反射又返回到投射透镜22的光减少，由此可以减小对比度的衰减。因此，这样提高了图像显示设备的性能，尤其在对比度特性方面。

[0068]第一、第二、第三和第四实施例或其中的部分可以彼此结合。而且在上述实施例中红、绿和蓝光成分可以彼此切换。另外，在上述实施例中，取代将可见光范围分成红、绿和蓝色波长范围，也可以将可见波段至少分成四个波长范围，使得该设备对应于相应波长范围的每个光成分。

[0069]另外，虽然为构造成进行颜色分离和颜色组合的液晶显示设备给出了至少一个实施例(如，具有多个反射式液晶显示板和多个偏振分束器)，但至少可以将一个实施例应用到透射式液晶投影仪及单板液晶投影仪。在实施例针对透射式液晶投影仪的情况下，根据上述实施例从每个反射式液晶板向投射透镜22限定的光学投射系统延伸的光路可以类似的应用到透射式液晶投影仪，并且设置在光路上游的光学照明系统可以与典型的光学系统结合。

[0070]根据本发明的至少一个实施例，配置有反射式液晶板的投射型图像显示设备有利于上述问题的减少，还有利于较高对比度的实现。另外，根据至少一个实施例，颜色分离/组合系统有利于结构简单、成本较低的配备有反射式液晶板并有较高对比度的投影仪。

[0071]虽然以上参考实施例描述了本发明，但应该理解，本发明不限于上述实施例，本发明的范围由下列的权利要求限定，其包括所有的改型、等同结构和功能。

Claims

1、一种投射型图像显示装置，包括：

构造成接收并反射第一波长范围内的光的第一反射式液晶显示板；

构造成接收并反射不同于第一波长范围的第二波长范围内的光的第二反射式液晶显示板；

构造成投射从第一反射式液晶显示板反射的光和从第二反射式液晶显示板反射的光的光学投射系统；

第一偏振分束器，

其中该第一偏振分束器把包含在从光源接收到的第一波长范围的光中的第一偏振方向的光导向第一反射式液晶显示板，

其中该第一偏振分束器把包含在被第一反射式液晶显示板反射的光中的第二偏振方向的光导向光学投射系统，第二偏振方向基本上垂直于第一偏振方向，

其中第一偏振分束器把包含在从光源接收到的第二波长范围的光中的第二偏振方向的光导向第二反射式液晶显示板，和

其中该第一偏振分束器把包含在被第二反射式液晶显示板反射的光中的第一偏振方向的光导向光学投射系统；

设置在第一偏振分束器和光学投射系统之间的第一偏振器，该第一偏振器吸收第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的一者，并透射第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的另一者；和

设置在第一偏振器和光学投射系统之间的第一四分之一波片。

2、如权利要求1所述的投射型图像显示装置，还包括设置在第一偏振分束器和第一偏振器之间的波长选择延迟板，该波长选择延迟板转动第一波长范围内的光的偏振方向大约90°，且不改变第二波长范围内光的偏振方向。

3、如权利要求1所述的投射型图像显示装置，还包括：

第三反射式液晶显示板，构造成接收并反射不同于第一和第二波长范围的第三波长范围内的光；

第二偏振分束器，把包含在从光源接收的第三波长范围的光中的第一偏振方向的光导向第三反射式液晶显示板，并且把包含在被第三反射式液晶显示板反射的光中的第二偏振方向的光导向光学投射系统；和

光路组合器，对从第一偏振分束器释放的光的光路与从第二偏振分束器释放的光的光路进行组合，并把组合的光路导向光学投射系统。

4、如权利要求3所述的投射型图像显示装置，其特征在于光路组合器包括反射第一波长范围的光、第二波长范围的光和第三波长范围的光中的至少一种光并透射其余波长范围的光的二向色膜。

5、如权利要求3所述的投射型图像显示装置，其特征在于光路组合器限定第三偏振分束器，该第三偏振分束器根据偏振方向把第一波长范围的光、第二波长范围的光和第三波长范围的光选择性地导向光学投射系统。

6、如权利要求3所述的投射型图像显示装置，还包括设置在第二偏振分束器和光路组合器之间的第二偏振器，该第二偏振器吸收第一偏振方向的光，

其中第一偏振器设置在第一偏振分束器和光路组合器之间，和

其中第一四分之一波片设置在光路组合器和光学投射系统之间。

7、如权利要求3所述的投射型图像显示装置，其特征在于第一波长范围的光、第二波长范围的光和第三波长范围的光以其中一个波长范围内的光的偏振方向不同于其余两个波长范围内的光的偏振方向的方式进入光学投射系统。

8、如权利要求3所述的投射型图像显示装置，其特征在于第一偏振器设置在光路组合器和光学投射系统之间，和

其中第一四分之一波片设置在第一偏振器和光学投射系统之间。

9、如权利要求3所述的投射型图像显示装置，还包括从第二偏振分束器开始顺序设置在第二偏振分束器和光路组合器中间的第二偏振器和第二四分之一波片，

其中第一偏振器和第一四分之一波片从第一偏振分束器开始顺序设置在第一偏振分束器和光路组合器之间。

10、一种投射型图像显示装置，包括：

对应于第一波长范围内的光的第一反射式液晶显示板；

对应于不同于第一波长范围的第二波长范围内的光的第二反射式液晶显示板；

构造成投射从第一反射式液晶显示板接收到的光和从第二反射式液晶显示板接收到的光的光学投射系统；

第一偏振分束器，

设置在第一偏振分束器和光学投射系统之间的第一偏振器，该第一偏振器透射第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的一者，并把第一偏振方向的光和第二偏振方向的光中的另一者导向在第一偏振分束器和光学投射系统之间延伸的光路之外；和

11、如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于第一偏振器阻挡包含在第一波长范围的光中的第一偏振方向的光进入光学投射系统，并把包含在第一波长范围的光中的第二偏振方向的光导向光学投射系统，并且其中第一偏振器把包含在第二波长范围的光中的第一偏振方向的光和第二偏振方向的光导向光学投射系统。

12、如权利要求1所述的投射型图像显示装置，还包括设置在第一偏振分束器和光学投射系统之间的第二偏振器，其特征在于第二偏振器阻挡包含在第二波长范围的光中的第二偏振方向的光进入光学投射系统，并且把包含在第二波长范围的光中的第一偏振方向的光导向光学投射系统，并且其中第二偏振器把包含在第一波长范围的光中的第一偏振方向的光和第二偏振方向的光导向光学投射系统。

13、如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于第一偏振器阻挡包含在第一波长范围的光中的第一偏振方向的光进入光学投射系统，并把包含在第一波长范围的光中的第二偏振方向的光导向光学投射系统，并且其中第一偏振器阻挡包含在第二波长范围的光中的第二偏振方向的光进入光学投射系统，并把包含在第二波长范围的光中的第一偏振方向的光导向光学投射系统。

14、一种投射型图像显示装置，包括：

对应于不同波长范围内的光束的多个反射式液晶显示板；

用于组合从多个反射式液晶显示板接收到的光束的光路的光路组合系统；

构造成投射从光路组合系统接收到的光束的光学投射系统；和

设置在光路组合系统和光学投射系统之间的延迟板，

其中光路组合系统包括多个偏振器。

15、如权利要求14所述的投射型图像显示装置，其特征在于不同波长范围的光束以其中一个波长范围的光束的偏振方向不同于其余波长范围的光束的偏振方向的方式进入光学投射系统。

16、一种图像显示装置，包括：

第一反射式器件，构造成从光源接收第一颜色的光，其中第一颜色的光包含第一偏振态；

第二反射式器件，构造成从光源接收第二颜色的光，其中第二颜色的光包含第二偏振态；

第一偏振分束器，其中第一偏振分束器把入射的第一颜色的光导向第一反射式器件，并把入射的第二颜色的光导向第二反射式器件，

其中第一反射式器件反射形成第三种光的第一颜色的光，其中该第三种光包含第二偏振态，

其中第二反射式器件反射形成第四种光的第二颜色的光，其中该第四种光包含第一偏振态；

第一光学元件；和

第二光学元件，其中第二光学元件设置在第一光学元件和第一偏振分束器之间，

其中第二光学元件吸收第一和第二偏振态中的一种。

17、如权利要求16所述的图像显示装置，还包括：

第三反射式器件，构造成从光源接收第三颜色的光，其中第三颜色的光包含第二偏振态；和

第二偏振分束器，其中第二偏振分束器把入射的第三颜色的光导向第三反射式器件。

18、如权利要求17所述的图像显示装置，还包括：

第三光学元件，其中第三光学元件反射一部分第三颜色的光到第二偏振分束器。

19、如权利要求18所述的图像显示装置，其特征在于第一、第二和第三反射式器件中的至少一个为反射式液晶显示板。

20、如权利要求19所述的图像显示装置，其特征在于第一光学元件为四分之一波片。

21、如权利要求20所述的图像显示装置，其特征在于第二光学元件为第一偏振器，其中第二光学元件基本上吸收第三和第四种光的具有第一偏振态的第一部分并透射第三和第四种光的具有第二偏振态的第二部分。

22、如权利要求21所述的图像显示装置，其特征在于第三种光学元件为二向色镜。

23、如权利要求19所述的图像显示装置，其特征在于第二光学元件为彩色偏振片，其中第三和第四种光通过第二光学元件，第二光学元件吸收第四种光中具有第二偏振态的部分。

24、如权利要求19所述的图像显示装置，其特征在于第一光学元件为彩色偏振片，其中第三和第四种光通过第一光学元件，第一光学元件吸收第三种光中具有第一偏振态的部分。

25、如权利要求21所述的图像显示装置，还包括第四光学元件，其中第三和第四种光中被第二光学元件透射的第二部分入射到第四光学元件上，并且其中第四光学元件把入射的所述第二部分转变成圆偏振光。