專利名稱：照明光學(xué)系統(tǒng)和投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使從光源射出的光的面內(nèi)照度分布變得均勻的照明光學(xué)系統(tǒng)和具有該光學(xué)系統(tǒng)的投影儀。
在上述的反射型液晶投影儀中，大多將因重視裝置的小型化而具備相對于光軸配置成45°的分色面的光學(xué)元件用作色分離或色合成。但是，在這樣的投影儀中，由于分色面的分光特性的偏振依存性的緣故，存在容易發(fā)生色不勻、難以實現(xiàn)高的圖像質(zhì)量的問題。
因此，已提出了幾種考慮分色面的特性、難以發(fā)生色不勻、可實現(xiàn)高的圖像質(zhì)量的光學(xué)系統(tǒng)。例如，在特開平7-84218號公報、特開平11-64794號公報中提出了使用波長選擇相位差片或具備分光功能的偏振光束分離器進(jìn)行分光來代替分色面的光學(xué)系統(tǒng)。但是，在波長選擇相位差片或具備分光功能的偏振光束分離器中，存在難以實現(xiàn)急劇地變化的分光特性和價格高的問題。
本發(fā)明的第1照明光學(xué)系統(tǒng)具有光束分割光學(xué)元件，將來自光源的光分割為多條部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；色光分離光學(xué)元件，將各自的上述部分光束分離為第1色的部分光束和第2色的部分光束，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色的部分光束和第2色的部分光束；偏振變換元件，具備交替地排列了多個偏振分離膜和多個反射膜的偏振光束分離器陣列和在射出透過了上述偏振分離膜的光的位置上或在射出由上述反射膜反射了的光的位置上設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到上述偏振分離膜上的上述第1色的部分光束的方向在第1偏振方向上達(dá)到一致并射出，使入射到上述反射膜上的上述第2色的部分光束的方向在第2偏振方向上達(dá)到一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
按照該結(jié)構(gòu)，首先利用光束分割光學(xué)元件將來自光源的光分割為多條部分光束并進(jìn)行聚光，利用色光分離光學(xué)元件將該多條部分光束分別分離為第1色的部分光束和第2色的部分光束。已被分離的第1色、第2色的色光入射到具備偏振光束分離器陣列和偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的偏振變換元件上，對于每種色光來說，變換為具有所希望的偏振狀態(tài)的第1色的部分光束和第2色的部分光束。在此，偏振光束分離器陣列具有配置了多個一對偏振分離膜和反射膜的結(jié)構(gòu)，與偏振分離膜或反射膜的位置相對應(yīng)，在偏振光束分離器陣列的射出側(cè)的位置上有選擇地配置了偏振方向旋轉(zhuǎn)元件。例如，只在偏振分離膜的射出側(cè)配置偏振方向旋轉(zhuǎn)元件。因而，第1色的部分光束和第2色的部分光束中的一方入射到偏振分離膜上，另一方有選擇地入射到反射膜上。再者，第1色、第2色的部分光束分別在偏振光束分離器陣列中分離為2種偏振光束、即具有透過偏振分離膜的第1偏振方向的部分光束和具有被偏振分離膜反射的第2偏振方向的部分光束。該2種偏振光束中的一方的偏振光束的偏振方向因通過λ/2波長片這樣的相位差片(偏振方向旋轉(zhuǎn)元件)而被旋轉(zhuǎn)約90°。由于第1色的部分光束和第2色的部分光束入射到不同的膜(偏振分離膜和反射膜)上，故第1色的部分光束的方向在第1偏振方向上達(dá)到一致，第2色的部分光束的方向在第2偏振方向上達(dá)到一致，第1色的部分光束和第2色的部分光束的方向在不同的偏振方向上達(dá)到一致。
例如，使全部的第1色的部分光束與S偏振光達(dá)到一致，使全部的第2色的部分光束與P偏振光達(dá)到一致。而且，這些部分光束經(jīng)重疊光學(xué)元件被重疊到被照明區(qū)域上。傳遞光學(xué)元件具有將各部分光束傳遞到被照明區(qū)域上的功能。該傳遞光學(xué)元件可配置在偏振變換元件的入射側(cè)，也可配置在偏振變換元件的射出側(cè)。如果將傳遞光學(xué)元件配置在偏振變換元件的入射側(cè)，則可相對于偏振變換元件以規(guī)定的角度入射各部分光束，容易提高偏振分離膜中的偏振分離性能。于是，從照明效率這方面來看，將傳遞光學(xué)元件配置在偏振變換元件的入射側(cè)的做法是有利的。另一方面，如果將傳遞光學(xué)元件配置在偏振變換元件的射出側(cè)，則通過使傳遞光學(xué)元件具有重疊光學(xué)元件的功能，也可用一體的光學(xué)元件來構(gòu)成重疊光學(xué)元件和傳遞光學(xué)元件。于是，在打算削減部件數(shù)目的情況下，將傳遞光學(xué)元件配置在偏振變換元件的射出側(cè)的做法是有利的。由于本發(fā)明的第1照明光學(xué)系統(tǒng)如以上已說明的那樣，預(yù)先對于每種色光來說將來自光源的非偏振的光變換為偏振方向已達(dá)到一致的偏振光束，故可減輕與照明光學(xué)系統(tǒng)相比在光路的下流一側(cè)配置的分色棱鏡或偏振光束分離器等的光學(xué)要素的偏振依存性。于是，可提高照明效率。
此外，本發(fā)明的第2照明光學(xué)系統(tǒng)具有色光分離光學(xué)元件，將來自光源的光分離為第1色光和第2色光，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色光和第2色光；光束分割光學(xué)元件，將上述第1色光分割為多條第1色的部分光束、將上述第2色光分割為多條第2色的部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；偏振變換元件，具備交替地排列了多個偏振分離膜和多個反射膜的偏振光束分離器陣列和在射出透過了上述偏振分離膜的光的位置上或在射出由上述反射膜反射了的光的位置上設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到上述偏振分離膜上的上述第1色的部分光束與具有第1偏振方向的偏振光達(dá)到一致并射出，使入射到上述反射膜上的上述第2色的部分光束與具有第2偏振方向的偏振光達(dá)到一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
按照該結(jié)構(gòu)，首先利用色光分離光學(xué)元件將來自光源的光分離為第1色光和第2色光。利用光束分割光學(xué)元件，將上述第1色光和第2色光分別分割為多條部分光束并進(jìn)行聚光。即，將第1色光分割為第1色的部分光束、將第2色光分割為第2色的部分光束。將這些各部分光束入射到具備偏振光束分離器陣列和偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的偏振變換元件上，對于每種色光來說，將其變換為具有所希望的偏振狀態(tài)的第1色的部分光束和第2色的部分光束。在此，偏振光束分離器陣列的結(jié)構(gòu)與上述的第1照明光學(xué)系統(tǒng)相同。因而，第1色的部分光束和第2色的部分光束中的一方入射到偏振分離膜上，另一方入射到反射膜上。其后的作用與前面的第1照明光學(xué)系統(tǒng)相同。
在第2照明光學(xué)系統(tǒng)的情況下，由于也預(yù)先對于每種色光來說將來自光源的非偏振的光變換為偏振方向已達(dá)到一致的偏振光束，故可得到與第1照明光學(xué)系統(tǒng)同樣的效果。再者，在第2照明光學(xué)系統(tǒng)中，由于將色光分離光學(xué)元件配置在光源與光束分割元件之間，故可使平行性高的光入射到色光分離光學(xué)元件上。于是，在色光分離光學(xué)元件中，能以更高的效率可靠地進(jìn)行色光的分離。再有，在第2照明光學(xué)系統(tǒng)中，也與第1照明光學(xué)系統(tǒng)的情況相同，可將傳遞光學(xué)元件配置在偏振變換元件的入射側(cè)，也可配置在偏振變換元件的射出側(cè)。
此外，本發(fā)明的第3照明光學(xué)系統(tǒng)具有光束分割光學(xué)元件，將來自光源的光分割為多條部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；色光分離光學(xué)元件，將各自的上述部分光束分離為第1色的部分光束和第2色的部分光束，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色的部分光束和第2色的部分光束；偏振變換元件，具備以規(guī)定的間隔排列了多個偏振分離膜的偏振光束分離器陣列和以上述規(guī)定的間隔排列的、在上述偏振光束分離器陣列的射出側(cè)設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)沒有設(shè)置上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜的上述第1色的部分光束的方向和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射并透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第1色的部分光束的方向在第1偏振方向上達(dá)到一致并射出，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)設(shè)置了上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜后透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第2色的部分光束的方向和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射的上述第2色的部分光束的方向在第2偏振方向上達(dá)到一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
按照該結(jié)構(gòu)，首先利用光束分割光學(xué)元件將來自光源的光分割為多條部分光束并進(jìn)行聚光，利用色光分離光學(xué)元件將該多條部分光束分別分離為第1色的部分光束和第2色的部分光束。已被分離的第1色、第2色的色光入射到具備偏振光束分離器陣列和偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的偏振變換元件上，對于每種色光來說，變換為具有所希望的偏振狀態(tài)的第1色的部分光束和第2色的部分光束。在此，偏振光束分離器陣列具有配置了多個偏振分離膜的結(jié)構(gòu)，與特定的偏振分離膜的位置相對應(yīng)，在偏振光束分離器陣列的射出側(cè)的位置上有選擇地配置了偏振方向旋轉(zhuǎn)元件。例如，只在隔開一個的偏振分離膜的射出側(cè)配置偏振方向旋轉(zhuǎn)元件?，F(xiàn)在，為了方便起見，將在射出側(cè)具備偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的偏振分離膜稱為偏振分離膜A，將在射出側(cè)不具備偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的偏振分離膜稱為偏振分離膜B。因而，有選擇地將第1色的部分光束和第2色的部分光束中的一方入射到偏振分離膜B上，另一方入射到偏振分離膜A上。在偏振分離膜A、B中，與上述的偏振分離膜相同，分離為具有透過入射的部分光束的第1偏振方向的部分光束和具有反射的第2偏振方向的部分光束。透過了偏振分離膜B的部分光束作為具有第1偏振方向的部分光束從偏振變換元件射出。此外，被偏振分離膜B反射的部分光束是具有第2偏振方向的部分光束，但被鄰接的偏振分離膜A再次反射了后因通過λ/2波長片這樣的相位差片(偏振方向旋轉(zhuǎn)元件)其偏振方向被旋轉(zhuǎn)約90°，作為具有第1偏振方向的部分光束從偏振變換元件射出。與此不同，透過了偏振分離膜A的部分光束是具有第1偏振方向的部分光束，但因通過λ/2波長片這樣的相位差片其偏振方向被旋轉(zhuǎn)約90°，作為具有第2偏振方向的部分光束從偏振變換元件射出。此外，被偏振分離膜A反射的部分光束在被鄰接的偏振分離膜B再次反射了后，作為具有第2偏振方向的部分光束從偏振變換元件射出。
由于第1色的部分光束和第2色的部分光束入射到根據(jù)偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的有無而被區(qū)別的偏振分離膜上，故第1色的部分光束的方向在第1偏振方向上達(dá)到一致，第2色的部分光束的方向在第2偏振方向上達(dá)到一致，第1色的部分光束和第2色的部分光束的方向在不同的偏振方向上達(dá)到一致。
例如，使全部的第1色的部分光束與P偏振光達(dá)到一致，使全部的第2色的部分光束與S偏振光達(dá)到一致。而且，這些部分光束經(jīng)重疊光學(xué)元件被重疊到被照明區(qū)域上。其后的作用與前面的第1照明光學(xué)系統(tǒng)相同。
在第3照明光學(xué)系統(tǒng)中，與前面的第1和第2照明光學(xué)系統(tǒng)的情況相比，可減小偏振變換元件內(nèi)的第1色和第2色的部分光束中的具有最短的光路長度的部分光束與具有最長的光路長度的部分光束之間的光路長度的差。因此，在被照明區(qū)域中，可容易地使第1色的部分光束的放大率與第2色的部分光束的放大率一致。其結(jié)果，可提高照明效率。此外，上述的第1和第2照明光學(xué)系統(tǒng)中的偏振光束分離器陣列具備偏振分離膜和反射膜，而第3照明光學(xué)系統(tǒng)中的偏振光束分離器陣列只具備偏振分離膜，因此，偏振光束分離器陣列的結(jié)構(gòu)是單純的，制造是容易的。
此外，本發(fā)明的第4照明光學(xué)系統(tǒng)具有色光分離光學(xué)元件，將來自光源的光分離為第1色光和第2色光，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色光和第2色光；光束分割光學(xué)元件，將上述第1色光分割為多條第1色的部分光束、將上述第2色光分割為多條第2色的部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；偏振變換元件，具備以規(guī)定的間隔排列了多個偏振分離膜的偏振光束分離器陣列和以上述規(guī)定的間隔排列的、在上述偏振光束分離器陣列的射出側(cè)設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)沒有設(shè)置上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜的上述第1色的部分光束的方向和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射并透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第1色的部分光束的方向在第1偏振方向上達(dá)到一致并射出，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)設(shè)置了上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜后透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第2色的部分光束的方向和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射的上述第2色的部分光束的方向在第2偏振方向上達(dá)到一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
按照該結(jié)構(gòu)，首先利用色光分離光學(xué)元件將來自光源的光分離為第1色光和第2色光。利用光束分割光學(xué)元件，將上述第1色光和第2色光分別分割為多條部分光束并進(jìn)行聚光。即，將第1色光分割為第1色的部分光束、將第2色光分割為第2色的部分光束。將這些各部分光束入射到具備偏振光束分離器陣列和偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的偏振變換元件上，對于每種色光來說，將其變換為具有所希望的偏振狀態(tài)的第1色的部分光束和第2色的部分光束。在此，偏振光束分離器陣列的結(jié)構(gòu)與上述的第3照明光學(xué)系統(tǒng)相同。因而，第1色的部分光束有選擇地入射到偏振分離膜B上，第2色的部分光束有選擇地入射到偏振分離膜A上。其后的作用與上述的第3照明光學(xué)系統(tǒng)相同。
在第4照明光學(xué)系統(tǒng)中，與前面的第第1及第2照明光學(xué)系統(tǒng)相比，與上述第3照明光學(xué)系統(tǒng)同樣，可減小偏振變換元件內(nèi)的第1色和第2色的部分光束中的具有最短的光路長度的部分光束與具有最長的光路長度的部分光束之間的光路長度的差。因此，在被照明區(qū)域中，可容易地使第1色的部分光束的放大率與第2色的部分光束的放大率一致。其結(jié)果，可提高照明效率。此外，與第3照明光學(xué)系統(tǒng)中的偏振光束分離器陣列相同，偏振光束分離器陣列的結(jié)構(gòu)是單純的，制造是容易的。
在上述第1、第2、第3、第4照明光學(xué)系統(tǒng)中使用的色光分離光學(xué)元件可由2個鏡、具備2個鏡的一個光學(xué)部件、反射型全息元件或透射型全息元件構(gòu)成。
在用2個鏡構(gòu)成色光分離光學(xué)元件的情況下，將第1鏡定為進(jìn)行色分離的分色鏡、將第2鏡定為反射鏡即可。一般來說，分色鏡或反射鏡的反射率高。于是，如果作成使用了這樣的鏡的結(jié)構(gòu)，能可靠地以高的效率進(jìn)行色光的分離。反射鏡不僅是用鋁等的金屬膜形成的一般的反射鏡，而且也可利用反射特定的色光的分色鏡來構(gòu)成。按照這樣的結(jié)構(gòu)，由于可利用色光分離光學(xué)元件從照明光中排除不需要的光(例如，紅外光、紫外光、黃色光等的特定的色光)，故在將這些照明光學(xué)系統(tǒng)使用于投影儀的情況下，可提高在投影儀中使用的光調(diào)制裝置的可靠性及提高投射圖像的圖像質(zhì)量。再有，因為第2鏡的功能是反射透過了第1鏡的特定的色光，故不一定需要將第2鏡作成分色鏡。但是，如果使用分色鏡，則由于與一般的反射鏡相比容易得到高的反射率，故為了提高色光分離光學(xué)元件中的光利用效率，這樣做是有利的。
再者，在使用2個鏡的情況下，最好以下述的方式來配置第1鏡和第2鏡。
(1)上述第1鏡與上述第2鏡彼此為非平行的，上述第1鏡相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置，上述第2鏡相對于上述光源的光軸以(45-α)°的角度來配置。
(2)上述第1鏡與上述第2鏡彼此為非平行的，上述第1鏡相對于上述光源的光軸以(45+α)°的角度來配置，上述第2鏡相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
(3)上述第1鏡與上述第2鏡彼此為非平行的，上述第1鏡相對于上述光源的光軸以(45+β)°的角度來配置，上述第2鏡相對于上述光源的光軸以(45-β)°的角度來配置。
(4)上述第1鏡與上述第2鏡為以規(guī)定間隔隔開彼此平行，相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
特別是，如果作成(3)或(4)那樣的配置，則對于規(guī)定的軸來說，可對稱地分離色光，在簡化傳遞光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)方面是較為理想的。
此外，在(1)至(3)的情況下，因為色光分離光學(xué)元件的功能是使朝向偏振變換元件射出的光束的方向在第1色的部分光束與第2色的部分光束之間不同，為了實現(xiàn)該功能，在彼此非平行的狀態(tài)下配置第1鏡和第2鏡即可，故第1鏡和第2鏡的配置角度不限定于上述的例子。但是，必須與對于傳遞光學(xué)元件的色光的入射角度相對應(yīng)地適當(dāng)?shù)卦O(shè)定傳遞光學(xué)元件的光學(xué)特性。
下面，說明用具備2個鏡的一個光學(xué)部件構(gòu)成色光分離光學(xué)元件的情況。作為具備2個鏡的一個光學(xué)部件，可舉出以下的光學(xué)部件。
(A)具備片狀的透光性構(gòu)件、在上述透光性構(gòu)件的相對的2個面中的一個面上設(shè)置的分色鏡和在另一個面上設(shè)置的反射鏡的光學(xué)部件。
(B)具備片狀的透光性構(gòu)件、在上述透光性構(gòu)件的相對的2個面中的一個面上被固定粘接的直角棱鏡、在另一個面上設(shè)置的反射鏡和在上述透光性構(gòu)件與上述直角棱鏡之間設(shè)置的分色鏡的光學(xué)部件。
(C)具備片狀的透光性構(gòu)件、在上述透光性構(gòu)件的相對的2個面中的一個面上被固定粘接的多個小尺寸的直角棱鏡、在另一個面上設(shè)置的反射鏡和在上述透光性構(gòu)件與上述直角棱鏡之間設(shè)置的分色鏡的光學(xué)部件。
如果將色光分離光學(xué)元件定為這樣的一個光學(xué)部件，則可使光學(xué)系統(tǒng)的組裝變得容易。此外，如果使用(B)或(C)那樣的光學(xué)部件，則由于光經(jīng)折射率比1大的直角棱鏡入射到分色鏡上，故可使朝向分色鏡的光的入射角度變窄，提高分色鏡的分光特性，同時可消除光路偏移。再者，如果使用(C)那樣的光學(xué)部件，則由于可謀求棱鏡部分的小型化，故可實現(xiàn)色光分離光學(xué)元件的小型、輕量化。再有，反射鏡不僅是用鋁等的金屬膜形成的一般的反射鏡，而且也可利用反射特定的色光的分色鏡來構(gòu)成，可得到上述的效果。因為第2鏡的功能是反射透過了第1鏡的特定的色光，故不一定需要將第2鏡作成分色鏡。但是，如果使用分色鏡，則由于與一般的反射鏡相比容易得到高的反射率，故為了提高色光分離光學(xué)元件中的光利用效率，這樣做是有利的。
再者，在(A)～(C)的光學(xué)部件中，最好象以下那樣來配置設(shè)置分色鏡的一個面和設(shè)置反射鏡的另一個面。
(a)上述第1面與上述第2面彼此為非平行的，上述第1面相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置，上述第2面相對于上述光源的光軸以(45-α)°的角度來配置。
(b)上述第1面與上述第2面彼此為非平行的，上述第1面相對于上述光源的光軸以(45+α)°的角度來配置，上述第2面相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
(c)上述第1面與上述第2面彼此為非平行的，上述第1面相對于上述光源的光軸以(45+β)°的角度來配置，上述第2面相對于上述光源的光軸以(45-β)°的角度來配置。
(d)上述第1面與上述第2面隔開規(guī)定的間隔彼此為平行的，相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
特別是，如果作成(c)或(d)那樣的配置，則對于規(guī)定的軸來說，可對稱地分離色光，在簡化傳遞光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)方面是較為理想的。
此外，在(1)至(3)的情況下，因為色光分離光學(xué)元件的功能是使朝向偏振變換元件射出的光束的方向在第1色的部分光束與第2色的部分光束之間不同，為了實現(xiàn)該功能，在彼此非平行的狀態(tài)下配置第1面和第2面即可，故第1面和第2面的配置角度不限定于上述的例子。但是，必須與對于傳遞光學(xué)元件的色光的入射角度相對應(yīng)地適當(dāng)?shù)卦O(shè)定傳遞光學(xué)元件的光學(xué)特性。
最后，說明利用反射型全息元件或透射型全息元件構(gòu)成色光分離光學(xué)元件的情況。此時，由于能利用1個片狀的全息元件來構(gòu)成色光分離光學(xué)元件，故可減少色光分離光學(xué)元件的部件數(shù)目，同時可謀求照明光學(xué)系統(tǒng)的小型、輕量化。
在本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中使用的光束分割光學(xué)元件可由透鏡陣列、鏡陣列、具備多個反射面的導(dǎo)光棒等來構(gòu)成。如果使用鏡陣列，則與使用透鏡陣列或?qū)Ч獍舻那闆r相比，價格便宜。此外，如果使用鏡陣列或?qū)Ч獍?，則由于不發(fā)生涉及透鏡陣列的球面像差，故可提高聚光性，可提高照明效率。
此外，在本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，最好在上述偏振光束分離器陣列的入射側(cè)設(shè)置了遮蔽不需要的色光的入射用的分色濾色器陣列。如果以這種方式設(shè)置分色濾色器陣列，則即使在使用分光特性中的入射角依存性比較大的色光分離光學(xué)元件的情況下，也可避免對于偏振光束分離器陣列入射不需要的色光，能可靠地進(jìn)行第1色光和第2色光的分離。再有，在偏振變換元件的入射側(cè)配置傳遞光學(xué)元件的情況下，分色濾色器陣列不僅可配置在傳遞光學(xué)元件與偏振變換元件之間，而且可配置在傳遞光學(xué)元件的入射側(cè)。
此外，在本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)中，上述色光分離光學(xué)元件最好具有分離綠色光以及紅和藍(lán)色光的色分解特性。如果這樣做，則容易使色光分離光學(xué)元件中的綠色光的選擇特性實現(xiàn)最佳化。于是，如果在投影儀中采用作成這樣的結(jié)構(gòu)的照明光學(xué)系統(tǒng)，則進(jìn)一步提高綠色光的對比度和利用效率變得容易，能以更高的對比度來顯示明亮的投射圖像。
再者，如果使用以上所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)成具有對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光進(jìn)行調(diào)制的光調(diào)制裝置和投射由上述光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的光的投射透鏡的投影儀，則可減輕與照明光學(xué)系統(tǒng)相比在光路的下流一側(cè)配置的光學(xué)元件的偏振依存性，可實現(xiàn)投射圖像的高圖像質(zhì)量和亮度的提高。
特別是，最好在以下的投影儀中采用本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)。
(I)具有下述部分的投影儀上述的照明光學(xué)系統(tǒng)；第1反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第1色光進(jìn)行調(diào)制；第2反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中包含的第3色光進(jìn)行調(diào)制；第3反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中包含的第4色光進(jìn)行調(diào)制；偏振光束分離器，將從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光分離為上述第1色光和上述第2色光；色光分離、合成元件，將上述第2色光分離為上述第3色光和上述第4色光，同時合成從上述第2反射型光調(diào)制裝置射出的光和從上述第3反射型光調(diào)制裝置射出的光并朝向上述偏振光束分離器射出；以及投射透鏡，投射從上述第1反射型光調(diào)制裝置射出的光和從上述色光分離、合成元件射出的光中由上述偏振光束分離器進(jìn)行了選擇的光。
(II)具備下述部分的投影儀上述的照明光學(xué)系統(tǒng)；第1反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光中包含的上述第1色光進(jìn)行調(diào)制；第2反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中包含的第3色光進(jìn)行調(diào)制；第3反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中包含的第4色光進(jìn)行調(diào)制；第1～第4偏振光束分離器；第1波長選擇相位差片，被設(shè)置在上述第1偏振光束分離器與上述第3偏振光束分離器之間；第2波長選擇相位差片，被設(shè)置在上述第3偏振光束分離器與上述第4偏振光束分離器之間；以及投射透鏡，投射從上述第4偏振光束分離器射出的光，上述第1偏振光束分離器將從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光分離為上述第1色光和上述第2色光，上述第2偏振光束分離器將由上述第1偏振光束分離器進(jìn)行了分離的上述第1色光引導(dǎo)到上述第1反射型光調(diào)制裝置上，同時將由上述第1反射型光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的上述第1色的色光引導(dǎo)到上述第4偏振光束分離器上，上述第1波長選擇相位差片只使由上述第1偏振光束分離器進(jìn)行了分離的上述第2色光中包含的上述第3色光和上述第4色光中的上述第3色光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約90°，上述第3偏振光束分離器將從上述第1波長選擇相位差片射出的上述第3色光和上述第4色光引導(dǎo)到上述第2反射型光調(diào)制裝置和上述第3反射型光調(diào)制裝置上，同時將由上述第2反射型光調(diào)制裝置和上述第3反射型光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的上述第3色光和上述第4色光引導(dǎo)到上述第2波長選擇相位差片上，上述第2波長選擇相位差片只使由上述第3偏振光束分離器射出的上述第3色光和上述第4色光中的上述第3色光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約90°，上述第4偏振光束分離器合成從上述第2偏振光束分離器射出的上述第1色光以及從上述第2波長選擇相位差片射出的上述第3色光和上述第4色光并朝向上述投射透鏡射出。
(III)一種投影儀，其特征在于，具有上述的照明光學(xué)系統(tǒng)；色分離光學(xué)系統(tǒng)，將從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光分離為第1色光、第2色光和第3色光；第1透射型光調(diào)制裝置，根據(jù)圖像信號對由上述色分離光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了分離的上述第1色光進(jìn)行調(diào)制；第2透射型光調(diào)制裝置，根據(jù)圖像信號對由上述色分離光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了分離的上述第2色光進(jìn)行調(diào)制；第3透射型光調(diào)制裝置，根據(jù)圖像信號對由上述色分離光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了分離的上述第3色光進(jìn)行調(diào)制；色合成光學(xué)系統(tǒng)，合成分別由上述第1透射型光調(diào)制裝置、上述第2透射型光調(diào)制裝置和上述第3透射型光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的上述第1色光、上述第2色光和上述第3色光；以及投射透鏡，投射由上述色合成光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了合成的光。
如果構(gòu)成(I)、(II)、(III)那樣的投影儀，則可減輕分色鏡、分色棱鏡、偏振光束分離器等中的分光特性的偏振依存性，可同時實現(xiàn)投射圖像的高圖像質(zhì)量和高輝度、進(jìn)行色光的分離及合成的光學(xué)系統(tǒng)的低成本。此外，在(II)那樣的結(jié)構(gòu)的投影儀中，因為各色光通過2個偏振光束分離器到達(dá)投射透鏡，故可進(jìn)一步提高投影儀的投射圖像的對比度。再有，也可將第1和第4偏振光束分離器置換為分色鏡或分色棱鏡，此時，可實現(xiàn)低成本。再者，本發(fā)明的上述的照明光學(xué)系統(tǒng)使第1色光、第2色光和第3色光這3種色光中的1種色光的偏振狀態(tài)與其它2種色光的偏振狀態(tài)不同而射出。因此，通常在具備分別對第1色光、第2色光和第3色光進(jìn)行調(diào)制的3個透射型光調(diào)制裝置和合成由這些透射型光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的第1色光、第2色光和第3色光的色合成光學(xué)系統(tǒng)的所謂3片式的投影儀中，為了提高色合成光學(xué)系統(tǒng)中的色光的合成效率，在透射型光調(diào)制裝置之前或之后配置λ/2波長片，使入射到色合成光學(xué)系統(tǒng)上的至少1種色光的偏振狀態(tài)與其它的色光的偏振狀態(tài)不同，但如果使用本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)，則可省略為這樣的目的使用的λ/2波長片。其結(jié)果，可實現(xiàn)低成本。
例如，在照明光學(xué)系統(tǒng)將綠色光作為S偏振光、將藍(lán)色光和紅色光作為P偏振光射出的結(jié)構(gòu)的情況下，不需要透射型光調(diào)制裝置的之前或之后的λ/2波長片。此外，在照明光學(xué)系統(tǒng)將綠色光作為P偏振光、將藍(lán)色光和紅色光作為S偏振光射出的結(jié)構(gòu)的情況下，在第1～第3的全部的透射型光調(diào)制裝置的之前或之后在各個透射型光調(diào)制裝置中必須有相同的數(shù)目的λ/2波長片，但由于在每個各色光路中分別配置了相同的數(shù)目的λ/2波長片，故可減少色不勻。
再者，根據(jù)透射型光調(diào)制裝置具有的顯示特性，也有對入射到該透射型光調(diào)制裝置上的光的偏振狀態(tài)不作限定的情況。例如，在將綠色光作為S偏振光、將藍(lán)色光和紅色光作為P偏振光入射到透射型光調(diào)制裝置上的情況下，(III)中所述的投影儀的結(jié)構(gòu)是有效的。
具體實施例方式
以下參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)和投影儀的實施方案。
實施方案1

圖1示出了包含本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的一實施方案。該投影儀具有照明光學(xué)系統(tǒng)10；色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100；作為光調(diào)制裝置的3個反射型液晶面板200R、200G、200B；以及投射透鏡210。
照明光學(xué)系統(tǒng)10具有射出大致平行的光束的光源20；構(gòu)成光束分割光學(xué)元件的第1透鏡陣列30；色光分離光學(xué)元件40；偏振變換元件50；構(gòu)成傳遞光學(xué)元件的第2透鏡陣列60；以及作為重疊光學(xué)元件的重疊透鏡70，具有對于每種色光生成偏振方向大致一致的照明光束的功能。
光源20具有光源燈21和凹面鏡22。利用凹面鏡22將從光源燈21發(fā)射的光在一個方向上反射，成為大致平行的光線束入射到第1透鏡陣列30上。在此，作為光源燈21，可使用金屬鹵化物燈、氙燈、高壓汞燈、鹵素?zé)舻?，作為凹面鏡22，可使用拋物面反射鏡、橢圓面反射鏡、球面反射鏡等。
第1透鏡陣列30具有以M行N列的矩陣狀排列了具有與被照明區(qū)域存在大致相似關(guān)系的輪廓形狀的多個小透鏡31的結(jié)構(gòu)。在本實施方案的情況下，被照明區(qū)域是反射型液晶面板的顯示區(qū)域，由于該輪廓是矩形，故也將小透鏡31的形狀設(shè)定為矩形的輪廓形狀。各小透鏡31將從光源20入射的大致平行的光束分割為多個(M×N個)部分光束，在偏振變換元件50的附近個別地對各部分光束進(jìn)行聚光。換言之，在第1透鏡陣列30的部分光束聚光的位置上配置了偏振變換元件50。
色光分離光學(xué)元件40被配置在第1透鏡陣列30與第2透鏡陣列60之間，具備作為第1鏡的分色鏡41和在第1鏡41的背面一側(cè)配置的作為第2鏡的反射鏡42。分色鏡41具有圖16中示出的那樣的分光特性，反射紅色光(R)和藍(lán)色光(B)，透過綠色光(G)。反射鏡42由用鋁等的金屬膜形成的一般的反射鏡或反射綠色光(G)的分色鏡構(gòu)成。因為反射鏡42的功能是反射透過了分色鏡41的特定的色光，故不一定需要使用分色鏡，但由于與一般的反射鏡相比用分色鏡容易得到高的反射率，故為了提高色光分離光學(xué)元件40中的光利用效率，使用分色鏡是有利的。再有，分色鏡可利用電介質(zhì)多層膜來構(gòu)成。
由此，分色鏡41將從第1透鏡陣列30射出的全部部分光束分離為作為綠色光(G)的第1色的部分光束和作為紅色光(R)和藍(lán)色光(B)的合成色的第2色的部分光束。
分色鏡41和反射鏡42彼此處于非平行的狀態(tài)，分色鏡41相對于光源20的光軸La以45°的角度來配置，反射鏡42相對于光源20的光軸La以(45-α)°的角度來配置(其中，α＞0)。分色鏡41也可相對于光源20的光軸La以(45+α)°的角度來配置，反射鏡42相對于光源20的光軸La以45°的角度來配置。
因為分色鏡41和反射鏡42的配置角度的差異的緣故，色光分離光學(xué)元件40在各自不同的方向上朝向第2透鏡陣列60射出第1色的部分光束(G)和第2色的部分光束(B+R)。換言之，因為色光分離光學(xué)元件40的功能是使朝向第2透鏡陣列60射出的光束的方向在第1色的部分光束與第2色的部分光束之間不同，故為了實現(xiàn)該功能，在彼此非平行的狀態(tài)下配置分色鏡41和反射鏡42即可。因而，也可以上述以外的角度來配置分色鏡41和反射鏡42。但是，如后述那樣，必須與對于第2透鏡陣列60的色光的入射角度相對應(yīng)地設(shè)定構(gòu)成第2透鏡陣列60的透鏡61、62的形狀及光學(xué)特性。
第2透鏡陣列60具有以M行N列的矩陣狀排列了分別與第2色的部分光束(B+R)對應(yīng)的同心透鏡61和分別與第1色的部分光束(G)對應(yīng)的偏心透鏡62的對的結(jié)構(gòu)。第2透鏡陣列60利用同心透鏡61分別使第2色的部分光束(B+R)入射到偏振變換元件50的后述的偏振分離膜54上，利用偏心透鏡62分別使第1色的部分光束(G)入射到偏振變換元件50的后述的反射膜55上。
在此，同心透鏡61是在透鏡體的物理的中心具有光軸的透鏡，偏心透鏡62是在離透鏡體的物理的中心的部位上具有光軸的透鏡。這些透鏡61、62具有將入射的部分光束高效地傳遞到作為被照明區(qū)域的液晶面板上的功能和使各部分光束相對于偏振變換元件50以規(guī)定的角度入射的功能。在本實施方案的情況下，使各部分光束相對于偏振變換元件50大致垂直地入射。由于分色鏡41與光軸La構(gòu)成的角度為45°，故第2色的部分光束(B+R)相對于偏振變換元件50大致垂直地入射。于是，對于這些部分光束的透鏡成為同心透鏡61。另一方面，由于反射鏡42與光軸La構(gòu)成的角度為(45-α)°，故第1色的部分光束(G)相對于偏振變換元件50稍微傾斜地入射。于是，對于這些部分光束的透鏡成為偏心透鏡62。即，構(gòu)成為用偏心透鏡62使部分光束的光軸彎曲、相對于偏振變換元件50大致垂直地入射。
在相對于光源20的光軸La以(45+α)°的角度來配置分色鏡41、相對于光源20的光軸La以45°的角度來配置反射鏡42的情況下，調(diào)換同心透鏡61的位置與偏心透鏡62的位置、將偏心透鏡62的朝向設(shè)定為與圖1相反(透鏡厚度薄的部分接近于光源20一側(cè))即可。再有，為了容易提高后述的偏振分離膜54中的偏振分離性能，希望設(shè)定為使各部分光束相對于偏振變換元件50大致垂直地入射，但也可利用膜設(shè)計使偏振分離膜54中的偏振分離特性變化。因而，根據(jù)偏振分離膜54或反射膜55的光學(xué)特性，可將第2透鏡陣列60配置在偏振變換元件50的射出側(cè)。此時，第2透鏡陣列60只具有將入射的部分光束傳遞到作為被照明區(qū)域的液晶面板上的功能。此外，此時，也可同時使第2透鏡陣列60具有后述的重疊透鏡70的功能。
偏振變換元件50由偏振光束分離器陣列51和在偏振光束分離器陣列51的射出側(cè)配置的作為偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的λ/2波長片52構(gòu)成。
偏振光束分離器陣列51，如圖2中所示，成為貼合了多個剖面形狀為平行四邊形的柱狀的透光性構(gòu)件53的結(jié)構(gòu)。作為透光性構(gòu)件53，一般使用光學(xué)玻璃，也可以是其它的材料(例如，塑料或結(jié)晶)。在鄰接的透光性構(gòu)件53的貼合面上交替地配置了偏振分離膜54和反射膜55。偏振分離膜54和反射膜55相對于偏振變換元件50的入射端面51a約傾斜了45°。此外，偏振分離膜54和反射膜55構(gòu)成對，該對的數(shù)目與第1透鏡陣列30的列數(shù)N或行數(shù)M相對應(yīng)。
偏振分離膜54由電介質(zhì)多層膜等構(gòu)成，將非偏振的光分離為偏振方向互相正交的2種直線偏振光。例如，具有透過P偏振光、反射S偏振光的偏振分離特性。此外，反射膜55用電介質(zhì)多層膜或金屬膜等來構(gòu)成。
λ/2波長片52被設(shè)置在射出透過了偏振分離膜54的光的位置上，使透過的偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約90°。這意味著將P偏振光變換為S偏振光、將S偏振光變換為P偏振光。
在本實施方案中，偏振變換元件50利用偏振光束分離器陣列51和λ/2波長片52的組合，將入射到偏振分離膜54上的全部的第2色的部分光束(B+R)變換為作為具有第2偏振方向的偏振光的S偏振光，將入射到反射膜55上的全部的第1色的部分光束(G)變換為作為具有第1偏振方向的偏振光的P偏振光。再有，在后面敘述變換的過程。當(dāng)然，也可采用將λ/2波長片52設(shè)置在射出被反射膜55反射的光的位置上、將第1色的部分光束(G)變換為S偏振光、將第2色的部分光束(B+R)變換為P偏振光的結(jié)構(gòu)。
重疊透鏡70被配置在偏振變換元件50的射出側(cè)，將從偏振變換元件50射出的全部的部分光束重疊在被照明區(qū)域、即3個反射型液晶面板200R、200G、200B上。在色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100的光入射部附近配置平行化透鏡99，將到達(dá)被照明區(qū)域的各部分光束的中心光路變換為與照明光軸L大致平行，提高了被照明區(qū)域中的照明效率。
接著，說明色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100。色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100具有偏振光束分離器110和構(gòu)成色光分離、合成元件的分色棱鏡120。偏振光束分離器110是在2個直角棱鏡111、112的彼此的接合面上形成了偏振分離膜113的光學(xué)元件，具有一個入射端面114、一個射出端面115和二個入射、射出端面116、117。偏振分離膜113由電介質(zhì)多層膜等構(gòu)成，例如具有透過P偏振光、反射S偏振光的偏振分離特性。
偏振光束分離器110的入射端面114與平行化透鏡99相對，成為來自照明光學(xué)系統(tǒng)10的入口面。投射透鏡210與偏振光束分離器110的射出端面115相對地配置，反射型液晶面板200G與入射、射出端面116相對地配置。
分色棱鏡120是在2個直角棱鏡121、122的彼此的接合面上形成了分色面123的光學(xué)元件，具有3個入射、射出端面124、125、126。分色面123由電介質(zhì)多層膜等構(gòu)成，具有至少反射紅色光的色分離特性。分色棱鏡120的入射、射出端面124與偏振光束分離器110的入射、射出端面117接合，反射型液晶面板200B與入射、射出端面125相對地配置，反射型液晶面板200R與另一個入射、射出端面126相對地配置。
接著，說明上述的結(jié)構(gòu)的投影儀的光學(xué)系統(tǒng)的功能。來自光源20的光被第1透鏡陣列30的各小透鏡31分割為多條部分光束，入射到色光分離光學(xué)元件40上。各部分光束被色光分離光學(xué)元件40的分色鏡41分離為作為綠色光(G)的第1色的部分光束、作為紅色光(R)和藍(lán)色光(B)的合成色的第2色的部分光束，第2色的各部分光束被分色鏡41反射后經(jīng)第2透鏡陣列60的同心透鏡61入射到偏振光束分離器陣列51的偏振分離膜54上。另一方面，第1色的各部分光束透過分色鏡41，被反射鏡42反射后經(jīng)第2透鏡陣列60的偏心透鏡62入射到偏振光束分離器陣列51的反射膜55上。
入射到偏振光束分離器陣列51的偏振分離膜54上的第2色的部分光束( B+R)被分離為透過偏振分離膜54的P偏振光和反射的S偏振光。透過了偏振分離膜54的P偏振光因通過λ/2波長片52其偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，被變換為S偏振光。與此不同，被偏振分離膜54反射的S偏振光被鄰接的反射膜55再次反射，朝向與透過了偏振分離膜54的偏振光大致相同的方向，但由于該偏振光不通過λ/2波長片52，故偏振方向不變化，仍為S偏振光。于是，入射到偏振分離膜54上的第2色的部分光束(B+R)與S偏振光為一致，從偏振變換元件50射出。
另一方面，由于入射到偏振光束分離器陣列51的反射膜55上的第1色的部分光束(G)經(jīng)反射膜55入射到偏振分離膜54上，故第1色的部分光束(G)入射到偏振分離膜54上的方向與上述的第2色的部分光束(B+R)相差90°。因而，經(jīng)反射膜55被偏振分離膜54反射的S偏振光因通過λ/2波長片52其偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，被變換為P偏振光。與此不同，經(jīng)反射膜55透過了偏振分離膜54的P偏振光被鄰接的另外的反射膜55反射，朝向與被偏振分離膜54反射的偏振光大致相同的方向，但由于該偏振光不通過λ/2波長片52，故偏振方向不變化，仍為P偏振光。于是，入射到反射膜55上的第1色的部分光束(G)與P偏振光為一致，從偏振變換元件50射出。
再有，在圖2中，用實線畫出的光線顯示表示P偏振光，用虛線畫出的光線顯示表示S偏振光。該規(guī)則即使對于圖1的色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100部分中的光線顯示來說，也是同樣的。
從偏振變換元件50射出的第1色的部各分光束(G)和第2色的各部分光束(B+R)由重疊透鏡70重疊在作為被照明區(qū)域的3個反射型液晶面板200R、200G、200B上。
通過入射端面114并入射到色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100的偏振光束分離器110上的光束中的第1色的部分光束(G)因為全部是P偏振光，故透過偏振光束分離器110的偏振分離膜113直接向前行進(jìn)，從入射、射出端面116入射到反射型液晶面板200G上。利用反射型液晶面板200G并根據(jù)來自未圖示的外部的圖像信息對第1色的部分光束(G)進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)調(diào)制的程度將其變換為部分地包含S偏振光的光束，同時被反射型液晶面板200G反射返回到入射、射出端面116，入射到偏振光束分離器110的偏振分離膜113上。第1色的部分光束(G)中的被調(diào)制而變換為S偏振光的光束被偏振分離膜113反射，通過射出端面115入射到投射透鏡210上。再有，由于關(guān)于反射型液晶面板200R、200G、200B是眾所周知的，故省略關(guān)于其結(jié)構(gòu)及工作的詳細(xì)的說明。
另一方面，通過入射端面114并入射到色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100的偏振光束分離器110上的光束中的第2色的部分光束(B+R)因為全部是S偏振光，故被偏振光束分離器110的偏振分離膜113反射，入射到分色棱鏡120的分色面123上。入射到分色棱鏡120的分色面123上的第2色的部分光束(B+R)中的紅色光被分色面123反射，從入射、射出端面126入射到反射型液晶面板200R上。紅色光被反射型液晶面板200R調(diào)制，根據(jù)調(diào)制的程度將其變換為部分地包含P偏振光的光束，同時被反射型液晶面板200R反射返回到入射、射出端面116，被分色面123反射，入射到偏振光束分離器110的偏振分離膜113上。紅色光中的被調(diào)制而變換為P偏振光的光束透過偏振分離膜113并通過射出端面115入射到投射透鏡210上。
再者，入射到分色棱鏡120的分色面123上的第2色的部分光束(B+R)中的藍(lán)色光透過分色面123并通過射出端面125入射到反射型液晶面板200B上。與紅色光同樣，藍(lán)色光在被反射型液晶面板200B調(diào)制的同時反射而返回到入射、射出端面125，透過分色面123入射到偏振光束分離器110的偏振分離膜113上。藍(lán)色光中的被調(diào)制而變換為P偏振光的光束透過偏振分離膜113并透過射出端面115入射到投射透鏡210上。
作為分色棱鏡120，可使用圖17中例示那樣的在分光特性中具有大的偏振依存性的棱鏡。由于在分色棱鏡120中被分光的是紅色光(R)和藍(lán)色光(B)，故可對顯示出大的偏振依存性的過渡的波長區(qū)域分配與不被入射的綠色光(G)相當(dāng)?shù)牟ㄩL區(qū)域。因此，在分色棱鏡120中可高效地進(jìn)行紅色光(R)和藍(lán)色光(B)的分離和合成，可實現(xiàn)高圖像質(zhì)量和高亮度。當(dāng)然，利用分色面的構(gòu)成的方法，也可實現(xiàn)具有偏振依存性小的分光特性的分色棱鏡，但由于使用特殊的成膜材料或成膜數(shù)目多，故難以實現(xiàn)低成本。
利用以上那樣的結(jié)構(gòu)，可減輕分色棱鏡120中的分光特性的偏振依存性，在將分色棱鏡120使用于色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)的投影儀中，可同時實現(xiàn)投射圖像的高圖像質(zhì)量和色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)的低成本。此外，由于第1色的部分光束(G)只通過偏振光束分離器110，故對亮度的影響大的綠色光的光利用效率高，可容易地實現(xiàn)高亮度。再者，在照明光學(xué)系統(tǒng)10中，由于在預(yù)先將來自光源20的非偏振的光束變換為對于每種色光來說偏振方向達(dá)到一致的偏振光束后入射到色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100上，可提高照明效率。
實施方案2圖3示出了包含本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的另一實施方案。本實施方案與前面已說明的實施方案1在色光分離光學(xué)元件40的鏡41、42的配置和設(shè)置了分色濾色器陣列56這一點上不同。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)，與實施方案1相同。再有，在包含本實施方案的以后說明的各實施方案中，對于與已說明的的各構(gòu)成要素同樣的構(gòu)成要素，附以與圖1和圖2中已附的符號相同的符號，省略其說明。此外，在圖3的色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100中，用實線畫出的光線顯示表示P偏振光，用虛線畫出的光線顯示表示S偏振光。
在本實施方案中，色光分離光學(xué)元件40的分色鏡41與反射鏡42彼此為非平行的，分色鏡41相對于光源20的光軸La以(45+β)°的角度來配置，反射鏡42相對于光源20的光軸La以(45-β)°的角度來配置(其中，β＞0)。
此外，在偏振光束分離器陣列51的入射側(cè)設(shè)置了防止不是規(guī)定的色光的不需要的色光分別入射到偏振分離膜54和反射膜55上用的分色濾色器陣列56。在本實施方案中，由于設(shè)定為第2色的部分光束(B+R)入射到偏振分離膜54上，第1色的部分光束(G)入射到反射膜55上，故在與偏振光束分離器陣列51的偏振分離膜54對應(yīng)的入射開口部54A上配置了只使第2色的部分光束(B+R)透過而遮蔽第1色的部分光束(G)的濾色器58，此外，在與反射膜5 5對應(yīng)的入射開口部55A上配置了只使第1色的部分光束(G)透過而遮蔽第2色的部分光束(B+R)的濾色器57，構(gòu)成了分色濾色器陣列56。
在本實施方案中，也可得到與實施方案1同樣的效果。再者，在本實施方案中，分色鏡41相對于光源20的光軸La以(45+β)°的角度來配置，反射鏡42相對于光源20的光軸La以(45-β)°的角度來配置，因為分色鏡41和反射鏡42相對于與光源20的光軸La構(gòu)成45°的角度的軸Lc配置成各自的交角相等，故在色光分離光學(xué)元件40中能相對于與光軸La正交的光軸Lb以對稱的角度分離第1色的部分光束和第2色的部分光束這2種色光。因而，可用將上述的實施方案1中的同心透鏡61和偏心透鏡62統(tǒng)一為一種透鏡來構(gòu)成第2透鏡陣列60的透鏡63。由此，可用與第1透鏡陣列30同等的制品來構(gòu)成第2透鏡陣列60，可謀求進(jìn)一步的成本下降。再者，由于與45°相比可減小對分色鏡41的部分光束的入射角度(45-β)°，故可減少分色鏡41的分光特性中的入射角依存性，能更加高精度地可靠地進(jìn)行第1色的部分光束和第2色的部分光束的分離。
此外，在偏振光束分離器陣列51的入射側(cè)設(shè)置了分色濾色器陣列56。因而，即使在使用了分光特性中的入射角依存性比較大的分色鏡41的情況下，也能避免不需要的色光入射到偏振光束分離器陣列51上，能可靠地進(jìn)行第1色的部分光束和第2色的部分光束的分離。再有，也可將分色濾色器陣列56配置在第2透鏡陣列60的前面。
實施方案3圖4示出了包含本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的另一實施方案。本實施方案與前面已說明的實施方案2主要在色光分離光學(xué)元件40的鏡41、42的配置和第2透鏡陣列60的結(jié)構(gòu)這一點上不同。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)，與實施方案2相同。再有，在圖4的色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100中，用實線畫出的光線顯示表示P偏振光，用虛線畫出的光線顯示表示S偏振光。
在本實施方案中，色光分離光學(xué)元件40的分色鏡41和反射鏡42彼此為平行的，沿光軸La的方向隔開規(guī)定量t進(jìn)行了配置。在此，規(guī)定量t與沿構(gòu)成偏振光束分離器陣列51的偏振分離膜54和反射膜55的偏振光束分離器陣列51的入射端面51a的方向上的間隔大致相等。分色鏡41和反射鏡42都相對于光軸20的光軸La以45°的角度來配置。
在本實施方案中，也可得到與上述的實施方案1同樣的效果。
再者，在本實施方案中，通過使用這樣的間隔的色光分離光學(xué)元件40，可在彼此平行的狀態(tài)下并在各自不同的位置上射出第1色的部分光束(G)和第2色的部分光束(B+R)。因而，由于可使第1色的部分光束(G)和第2色的部分光束(B+R)這兩者垂直地入射到第2透鏡陣列60上，故第2透鏡陣列60可使用只用同心透鏡61構(gòu)成的透鏡。由此，由于可簡化第2透鏡陣列60的結(jié)構(gòu)，故可謀求進(jìn)一步的成本下降。
實施方案4圖5示出了包含本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的另一實施方案。本實施方案與前面已說明的實施方案2在色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面不同。此外，偏振變換元件50的λ/2波長片52的位置也不同。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)，與實施方案2相同。再有，在圖5的后述的色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)130中，用實線畫出的光線顯示表示P偏振光，用虛線畫出的光線顯示表示S偏振光。
在本實施方案中，在射出被反射膜55反射的光的位置上設(shè)置了偏振變換元件50的λ/2波長片52，使從反射膜55射出的光的偏振面旋轉(zhuǎn)約90°。由此，第1色的部分光束(G)全部成為S偏振光，第2色的部分光束(B+R)全部成為P偏振光。
在本實施方案中，色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)130具備下述部分而構(gòu)成配置成田字形的矩形形狀的第1至第4偏振光束分離器140、150、160、170；在第1偏振光束分離器140與第3偏振光束分離器160之間配置的波長選擇相位差片180；以及在第3偏振光束分離器160與第4偏振光束分離器170之間配置的波長選擇相位差片181。
第1偏振光束分離器140是在2個直角棱鏡141、142的彼此的接合面上形成了偏振分離膜143的矩形形狀的光學(xué)元件，偏振分離膜143由電介質(zhì)多層膜構(gòu)成，例如具有只透過P偏振光、反射S偏振光的偏振分離特性。其它的第2至第4偏振光束分離器150、160、170也具有與第1偏振光束分離器140同樣的結(jié)構(gòu)和類似的偏振分離特性。再有，在圖中，151、152、161、162、171、172表示直角棱鏡。
波長選擇相位差片180、181具有圖18中示出的那樣的光學(xué)特性，至少通過對于透過的紅色光不給予相位變化、對透過的藍(lán)色光給予λ/2的相位變化，使藍(lán)色光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。在色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)130中，第1偏振光束分離器140的入射端面144與平行化透鏡99相對，成為來自照明光學(xué)系統(tǒng)10的光的入口面，反射型液晶面板200G與第2偏振光束分離器150的入射、射出端面154相對地配置，2個反射型液晶面板200B、200R與第3偏振光束分離器160的2個入射、射出端面164、165相對地配置，投射透鏡210與第4偏振光束分離器170的射出端面174相對地配置。
從照明光學(xué)系統(tǒng)10射出的光中的作為P偏振光的第2色的部分光束(B+R)透過第1偏振光束分離器140的偏振分離膜143入射到波長選擇相位差片180上，作為S偏振光的第1色光(G)被偏振分離膜143反射后入射到第2偏振光束分離器150上。
第2偏振光束分離器150將作為來自第1偏振光束分離器140的S偏振光的第1色的部分光束(G)引導(dǎo)到反射型液晶面板200G上，同時將被反射型液晶面板200G進(jìn)行了光調(diào)制而成為P偏振光的第1色的部分光束(G)引導(dǎo)到第4偏振光束分離器170上。
波長選擇相位差片180只使來自第1偏振光束分離器140的第2色的部分光束(B+R)中包含的藍(lán)色光和紅色光中的藍(lán)色光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約90°。由此，P偏振光的紅色光和S偏振光的藍(lán)色光入射到第3偏振光束分離器160上，因偏振方向的差異而被分離。即，P偏振光的紅色光透過偏振光束分離器160的偏振分離膜163到達(dá)反射型液晶面板200R，S偏振光的藍(lán)色光被偏振分離膜163反射而到達(dá)反射型液晶面板200B。由反射型液晶面板200R、反射型液晶面板200B進(jìn)行了光調(diào)制的紅色光和藍(lán)色光返回到第3偏振光束分離器160上并進(jìn)行合成，入射到波長選擇相位差片181上。
波長選擇相位差片181只使來自第3偏振光束分離器160的藍(lán)色光(P偏振光)和紅色光(S偏振光)中的藍(lán)色光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約90°。由此，S偏振光的紅色光和S偏振光的藍(lán)色光入射到第4偏振光束分離器170上。第4偏振光束分離器170的偏振分離膜173透過來自第2偏振光束分離器150的P偏振光的綠色光，反射來自第3偏振光束分離器160的S偏振光的紅色光和S偏振光的藍(lán)色光，合成這3種色光，朝向投射透鏡210射出。
在本實施方案中，也可得到與上述的實施方案同樣的效果。再者，在本實施方案中，因為各色光通過全部2個偏振光束分離器到達(dá)投射透鏡210，故可提高投影儀的投射圖像的對比度。再有，也可作成使第1色的部分光束(G)成為P偏振光、使第2色的部分光束(B+R)成為S偏振光、在第2偏振光束分離器150的一側(cè)配置藍(lán)色光和紅色光用的2個反射型液晶面板200B、200R、在第3偏振光束分離器160的一側(cè)配置綠色光用的反射型液晶面板200G的結(jié)構(gòu)。此時，由于可進(jìn)一步提高綠色光的對比度，故可顯示更高的對比度的投射圖像。在本實施方案中，以在實施方案2中已說明的角度配置了色光分離光學(xué)元件40的分色鏡41、反射鏡42，但也可以在實施方案1或?qū)嵤┓桨?中已說明的角度來配置。
此外，可將第1偏振光束分離器140置換為只反射綠色光(G)、使紅色光(R)和藍(lán)色光(B)透過的分色鏡或分色棱鏡，此外，可將第4偏振光束分離器170置換為只透過綠色光(G)、使紅色光(R)和藍(lán)色光(B)反射的分色鏡或分色棱鏡。再者，在采用了后者的情況下，也可省略波長選擇相位差片181。如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，在容易實現(xiàn)低成本方面是有利的。
實施方案5圖6示出了包含本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的實施方案5。本實施方案在使用透射型的光調(diào)制裝置和與其對應(yīng)的色分離光學(xué)系統(tǒng)和色合成光學(xué)系統(tǒng)方面與前面已說明的實施方案1～4不同。作為本實施方案的照明光學(xué)系統(tǒng)10，也可應(yīng)用上述實施方案1～4的任一實施方案中使用的照明光學(xué)系統(tǒng)10。在本實施方案中，作為代表例，說明應(yīng)用了實施方案1的照明光學(xué)系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)。
但是，在從圖1的照明光學(xué)系統(tǒng)10中示出的位置算起朝向鄰接的位置偏移的位置上配置了λ/2波長片52。由此，可將第1色的部分光束(G)作為S偏振光、將第2色的部分光束(B+R)作為P偏振光射出。
再有，在本實施方案中，對于與實施方案1同樣的部分，附以與圖1中已附的符號相同的符號，省略重復(fù)的說明。此外，在圖6中，用實線畫出的光線顯示表示P偏振光，用虛線畫出的光線顯示表示S偏振光。
首先，說明從照明光學(xué)系統(tǒng)10射出的光中的作為S偏振光的第1色的部分光束(G)。來自照明光學(xué)系統(tǒng)10的第1色的部分光束(G)入射到分色鏡501上。在此，將分色鏡501設(shè)定為透過紅色光、使綠色光和藍(lán)色光反射的光學(xué)特性。被分色鏡501反射的綠色光入射到分色鏡503上。在此，將分色鏡503設(shè)定為透過藍(lán)色光、使綠色光反射的光學(xué)特性。被分色鏡503反射的綠色光經(jīng)平行化透鏡510G入射到綠色光用的透射型光調(diào)制裝置520G上，利用透射型光調(diào)制裝置520G并根據(jù)來自未圖示的外部的圖像信號進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)調(diào)制的程度作為P偏振光射出。再有，在后述的3個透射型光調(diào)制裝置的前后分別配置了為了在入射側(cè)提高入射光的偏振度和在射出側(cè)排除不需要的偏振光用的一對偏振片，但在圖6中省略了其標(biāo)記。
其次，說明第2色的部分光束(B+R)中的紅色光。來自照明光學(xué)系統(tǒng)10的第2色的部分光束(B+R)入射到分色鏡501上。透過了分色鏡501的紅色光被反射鏡502將光路彎曲了約90°后，經(jīng)平行化透鏡510R入射到紅色光用的透射型光調(diào)制裝置520R上。入射到透射型光調(diào)制裝置520R上的作為P偏振光的紅色光利用透射型光調(diào)制裝置520R并根據(jù)來自未圖示的外部的圖像信號進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)調(diào)制的程度作為S偏振光射出。
其次，說明第2色的部分光束(B+R)中的藍(lán)色光。來自照明光學(xué)系統(tǒng)10的第2色的部分光束(B+R)入射到分色鏡501上。被分色鏡501反射的藍(lán)色光透過了分色鏡503后，經(jīng)由第1中繼透鏡L1、反射鏡504、第2中繼透鏡L2和反射鏡505構(gòu)成的中繼光學(xué)系統(tǒng)和平行化透鏡510B入射到藍(lán)色光用的透射型光調(diào)制裝置520B上。入射到透射型光調(diào)制裝置520B上的作為P偏振光的藍(lán)色光與紅色光同樣根據(jù)圖像信號而被調(diào)制，作為S偏振光射出。在此，在藍(lán)色光路上使用中繼光學(xué)系統(tǒng)的原因是，通過使與其它2種色光的光路，光學(xué)的光路長度為大致相同，來抑制色不勻或亮度不勻的發(fā)生。
從各色光用的透射型光調(diào)制裝置520R、520G、520B射出的光從各自不同的入射端面入射到十字分色棱鏡530上。在十字分色棱鏡530中，分別使藍(lán)色光反射分色膜530B、紅色光反射分色膜530R相對于入射光軸具有45°的角度，且以互相正交的方式配置成X型。
對入射到作為色合成光學(xué)系統(tǒng)的十字分色棱鏡530上的3種色光進(jìn)行合成而實現(xiàn)色合成。然后，合成光利用投射透鏡540在未圖示的屏幕上投射并顯示全彩色像。
在使用了3個透射型光調(diào)制裝置的投影儀中，作為色合成光學(xué)系統(tǒng)大多使用十字分色棱鏡。此時，如果將被十字分色棱鏡的分色膜反射的色光設(shè)定為S偏振光，此外，將透過分色膜的色光設(shè)定為P偏振光，則在提高色合成時的光利用效率方面是有利的。因而，在本實施方案中，由于構(gòu)成為從綠色光用的透射型光調(diào)制裝置520G射出的光為P偏振光、從紅色光和藍(lán)色光用的透射型光調(diào)制裝置520R、B射出的光為S偏振光，故可得到明亮的投射圖像。
實施方案6
圖7示出了本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的另一實施方案。本實施方案的照明光學(xué)系統(tǒng)10A中可將圖1、圖3、圖4中示出的色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100、圖5中示出的色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)130、圖6中示出的以透射型的光調(diào)制裝置為前提的色分離光學(xué)系統(tǒng)和色合成光學(xué)系統(tǒng)的任一個系統(tǒng)組合起來。本實施方案的照明光學(xué)系統(tǒng)10A在光源20與作為光束分割光學(xué)元件的第1透鏡陣列30之間設(shè)置了色光分離光學(xué)元件40這一點上與實施方案2的照明光學(xué)系統(tǒng)10不同。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)，與實施方案2的照明光學(xué)系統(tǒng)10相同。在本實施方案的照明光學(xué)系統(tǒng)10A中，來自光源20的光首先被色光分離光學(xué)元件40分離為第1色的部分光束(G)和第2色的部分光束(B+R)，使該第1色的部分光束(G)和第2色的部分光束(B+R)分別在稍微不同的方向上射出。
入射到第1透鏡陣列30上的第1色的部分光束(G)和第2色的部分光束(B+R)分別被各小透鏡30分割為多條部分光束并被聚光，經(jīng)第2透鏡陣列60，第1色的部分光束(G)入射到偏振變換元件50的偏振光束分離器陣列51的反射膜55上，第2色的部分光束(B+R)入射到偏振光束分離器陣列51的偏振分離膜54上。在利用λ/2波長片52使第2色的部分光束(B+R)與S偏振光達(dá)到一致、使第1色的部分光束(G)與P偏振光達(dá)到一致后，利用重疊透鏡70使這些部分光束重疊在被照明區(qū)域上。
本實施方案的照明光學(xué)系統(tǒng)10A可得到與上述的實施方案2的照明光學(xué)系統(tǒng)10同樣的作用、效果。另外，由于成為將色光分離光學(xué)元件40配置在光源20與第1透鏡陣列30之間、平行性高的光束入射到色光分離光學(xué)元件40上的結(jié)構(gòu)，故與其它的實施方案相比，在色光分離光學(xué)元件40中，能進(jìn)一步高效地并可靠地進(jìn)行色光的分離。再有，在本實施方案中，以在實施方案2中已說明的角度配置了色光分離光學(xué)元件40的分色鏡41和反射鏡42，但也可以在實施方案1或?qū)嵤┓桨?中已說明的角度進(jìn)行配置。
偏振變換元件的變形例圖8是示出本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的變形例的偏振變換元件50A的結(jié)構(gòu)的圖。該偏振變換元件50A在不使用反射膜55(圖2)而只使用偏振分離膜54來構(gòu)成這一點上與圖2中示出的偏振變換元件50不同。關(guān)于其它的結(jié)構(gòu)，與實施方案2的照明光學(xué)系統(tǒng)10相同。再有，在圖8中，關(guān)于與圖2對應(yīng)的部分，附以與圖2中已附的符號相同的符號，省略其說明。
首先，說明本變形例的偏振變換元件50A的結(jié)構(gòu)。偏振光束分離器陣列51與圖2相同，成為貼合了多個剖面形狀為平行四邊形的柱狀的透光性構(gòu)件53的結(jié)構(gòu)。在鄰接的透光性構(gòu)件53的貼合界面上以規(guī)定的間隔d設(shè)置了偏振分離膜54。在此，規(guī)定的間隔d與上述的偏振變換元件50中的偏振分離膜54與反射膜55的間隔相等。偏振分離膜54相對于偏振變換元件50A的入射端面51a傾斜了約45°。此外，偏振分離膜54的數(shù)目與第1透鏡陣列30的列數(shù)N或行數(shù)M的大致2倍相對應(yīng)。換言之，偏振變換元件50A的偏振分離膜54的數(shù)目與偏振變換元件50中的偏振分離膜54和反射膜55的數(shù)目的總和大致相等。
λ/2波長片52與隔開一個的偏振分離膜54相對應(yīng)，隔開規(guī)定的間隔d以2d的間距來配置。
在該變形例中，偏振變換元件50A將入射到在偏振分離膜54的后方(射出側(cè))配置了λ/2波長片52的入射端面AA上的第2色的部分光束(例如B+R)全部變換為作為具有第2偏振方向的偏振光的S偏振光。此外，偏振變換元件50A將入射到在偏振分離膜54的后方(射出側(cè))沒有配置λ/2波長片52的入射端面BB上的第1色的部分光束(例如G)全部變換為作為具有第1偏振方向的偏振光的P偏振光。
其次，說明偏振變換元件50A的功能。從偏振光束分離器陣列51的入射端面AA入射到偏振分離膜54上的第2色的部分光束(B+R)被分離為透過偏振分離膜54的P偏振光和反射的S偏振光。透過了偏振分離膜54的P偏振光因通過λ/2波長片52其偏振方向被旋轉(zhuǎn)90°，被變換為S偏振光。與此不同，被偏振分離膜54反射的S偏振光被鄰接的偏振分離膜54再次反射，在不通過λ/2波長片52的情況下射出。因此，偏振方向不變化，仍為S偏振光。于是，從入射端面AA入射到偏振分離膜54上的第2色的部分光束(B+R)與S偏振光達(dá)到一致，從偏振變換元件50A射出。
另一方面，從偏振光束分離器陣列51的入射端面BB入射到偏振分離膜54上的第1色的部分光束(G)被分離為透過偏振分離膜54的P偏振光和反射的S偏振光。透過了偏振分離膜54的P偏振光在不通過λ/2波長片52的情況下射出。因此，偏振方向不變化，仍為P偏振光。與此不同，被偏振分離膜54反射的S偏振光被鄰接的偏振分離膜54再次反射，因通過λ/2波長片52其偏振方向被旋轉(zhuǎn)90°，被變換為P偏振光。于是，從入射端面BB入射到偏振分離膜54上的第1色的部分光束(G)與P偏振光達(dá)到一致，從偏振變換元件50A射出。
再有，在圖8中，用實線畫出的光線顯示表示P偏振光，用虛線畫出的光線顯示表示S偏振光。
當(dāng)然，也可以是使第1色的部分光束(例如G)入射到入射端面AA上、將從偏振變換元件50A射出的第1色的部分光束全部變換為S偏振光、此外使第2色的部分光束(例如B+R)入射到入射端面BB上、將從偏振變換元件50A射出的第2色的部分光束全部變換為P偏振光的結(jié)構(gòu)。總之，通過與λ/2波長片52的配置的有無相對應(yīng)地有選擇地使第1色和第2色的部分光束入射到鄰接的入射端面AA、BB上，可對每種色光使偏振方向達(dá)到一致。在偏振變換元件50A中，與上述的偏振變換元件50相比，可減小偏振變換元件內(nèi)的第1色和第2色的部分光束中的具有最短的光路長度的部分光束與具有最長的光路長度的部分光束之間的光路長度的差。因此，在被照明區(qū)域中，可容易地使第1色的部分光束的放大率與第2色的部分光束的放大率一致，其結(jié)果，能以高的照明效率來重疊結(jié)合部分光束。此外，偏振變換元件50中的偏振光束分離器陣列51具備偏振分離膜和反射膜，而偏振變換元件50A中的偏振光束分離器陣列51只具備偏振分離膜，因此，偏振光束分離器陣列的結(jié)構(gòu)是單純的，制造是容易的。
色光分離光學(xué)元件的各種實施方案圖9～圖14示出了色光分離光學(xué)元件的其它的實施方案。這些色光分離光學(xué)元件可與前面已說明的照明光學(xué)系統(tǒng)10、10A中的色光分離光學(xué)元件40進(jìn)行置換。圖9(a)、(b)中示出的色光分離光學(xué)元件作為在具有相對的2個面的透光性構(gòu)件80的一個面上設(shè)置了分色鏡81、在另一個面上設(shè)置了分色鏡82的一個光學(xué)部件來構(gòu)成。
圖10(a)、(b)中示出的色光分離光學(xué)元件成為在具有相對的2個面的透光性構(gòu)件83的一個面上固定粘接了直角棱鏡84的結(jié)構(gòu)。在透光性構(gòu)件83與直角棱鏡84之間設(shè)置了分色鏡85，在透光性構(gòu)件83的另一個面上設(shè)置了反射鏡86。
圖11(a)、(b)中示出的色光分離光學(xué)元件成為在具有相對的2個面的透光性構(gòu)件87的一個面上以階梯狀固定粘接了多個小尺寸的直角棱鏡88的結(jié)構(gòu)。在透光性構(gòu)件87與直角棱鏡88之間設(shè)置了分色鏡89，在透光性構(gòu)件87的另一個面上設(shè)置了反射鏡90。
在圖9(a)、圖10(a)、圖11(a)的色光分離光學(xué)元件中，分色鏡81、85、89與反射鏡82、86、90為非平行的，相對于光源的光軸La分別配置成(45+β)°、(45-β)°。分色鏡81、85、89與反射鏡82、86、90也可相對于光源的光軸La分別配置成45°、(45-α)°?；蛘?，也可相對于光源的光軸La分別配置成(45+α)°、45°。另一方面，在圖9(b)、圖10(b)、圖11(b)的色光分離光學(xué)元件中，分色鏡81、85、89與反射鏡82、86、90為平行的，相對于光源的光軸La配置成45°。關(guān)于對于分色鏡和反射鏡的上述的設(shè)置角度的設(shè)定的方法，在上述的實施方案中已說明了。
作為第1鏡的分色鏡81、85、89與色光分離光學(xué)元件40的分色鏡41相對應(yīng)，能以與其相同的方式來構(gòu)成。此外，作為第2鏡的反射鏡82、86、90與色光分離光學(xué)元件40的反射鏡42相對應(yīng)，能以與其相同的方式來構(gòu)成。
這些色光分離光學(xué)元件作為一個光學(xué)部件來構(gòu)成。于是，如果使用這些色光分離光學(xué)元件，則裝置的組裝能變得容易。再者，由于圖10(a)、圖10(b)的色光分離光學(xué)元件中光經(jīng)折射率比1大的直角棱鏡84入射到分色鏡85上，故對分色鏡85的光的入射角度變窄，可提高分色鏡85的分光特性，同時如果使直角棱鏡84與透光性構(gòu)件83的折射率一致，則由于在從直角棱鏡84入射到分色鏡85上的情況下不產(chǎn)生在界面上的折射，故具有可減少在界面上的光損耗的效果。再者，圖11(a)、圖11(b)的色光分離光學(xué)元件除了與圖10(a)、圖10(b)示出的色光分離光學(xué)元件同樣的特征外，由于可謀求棱鏡部分的小型化，故具有能使色光分離光學(xué)元件小型、輕量化的特征。再有，在圖9～圖11中示出的色光分離光學(xué)元件中，由于在分色鏡與反射鏡之間介入折射率比1大的媒質(zhì)，故必須也考慮介入的媒質(zhì)的折射率來設(shè)定分色鏡與反射鏡的間隔。特別是，在圖9中示出的色光分離光學(xué)元件中，由于在光從空氣中入射到媒質(zhì)上的情況下，光發(fā)生折射而產(chǎn)生光路偏移，故必須考慮這一點。
圖12中示出的色光分離光學(xué)元件由反射型全息元件91構(gòu)成，圖13和圖14中示出的色光分離光學(xué)元件由透射型全息元件92構(gòu)成。在圖12～圖14中，對于與圖1或圖3對應(yīng)的部分，附以與圖1或圖3中已附的符號相同的符號，省略其說明。反射型全息元件91、透射型全息元件92可配置在作為光束分割光學(xué)元件的第1透鏡陣列30的前后的任一方。此外，不管是反射型還是透射型，可使已分離的光的方向相對于光軸Lb為對稱的或非對稱的。圖12、圖13示出了對稱的情況的例子，圖14示出了非對稱的例子。在對稱的情況下，可使用只由圖3中示出的同心透鏡63構(gòu)成的第2透鏡陣列60，但在非對稱的情況下，使用由圖1中示出的同心透鏡61和偏心透鏡62構(gòu)成的第2透鏡陣列60。如果使用上述那樣的全息元件，則可減少色光分離光學(xué)元件的部件數(shù)目，同時可謀求照明光學(xué)系統(tǒng)、進(jìn)而是使用該照明光學(xué)系統(tǒng)的投影儀的小型、輕量化。
光束分割光學(xué)元件和色光分離光學(xué)元件的其它的實施方案在圖15中示出的實施方案中，作為光束分割光學(xué)元件，使用了以矩陣狀配置了小凹面鏡93的鏡陣列94來代替第1透鏡陣列30。此外，利用透射型全息元件92來構(gòu)成色光分離光學(xué)元件。第2透鏡陣列60與實施方案2中的透鏡陣列60相同。該圖中示出的部分可與圖1、圖3、圖5、圖6等的第1透鏡陣列30、色光分離光學(xué)元件40、第2透鏡陣列60的部分置換。小凹面鏡93起到與第1透鏡陣列30的小透鏡31同樣的作用。由此，鏡陣列94起到與第1透鏡陣列30同等的功能，與透鏡結(jié)構(gòu)的情況相比，價格便宜。此外，由于在鏡陣列94中不發(fā)生在透鏡陣列中附帶的球面像差，故可提高聚光性，可提高照明效率。
其它的實施方案再有，本發(fā)明不限于上述的實施方案，在不脫離其要旨的范圍內(nèi)，可在各種形態(tài)中實施，例如也可作以下的變形。
由色光分離光學(xué)元件進(jìn)行的色光分離不限于綠色光和藍(lán)+紅色光的分離，也可以是藍(lán)色光和綠+紅色光的分離、紅色光和綠+藍(lán)色光的分離。根據(jù)分色鏡41的分光特性的選定，可任意地設(shè)定這樣的色的組合。例如，分色鏡41也可具備有選擇地反射綠色光、使其它的色光透過的分光特性。
使用圖1中示出的實施方案1的投影儀，說明色光分離的組合的效果。在藍(lán)色光和綠+紅色光的分離的組合的情況下，在圖1中在入射、射出端面116的相對的位置上配置紅色光用的反射型液晶面板200R來代替綠色光用的反射型液晶面板200G。此時，可提高紅色光的利用效率。因而，在例如使用了紅色光少的高壓汞燈作為光源燈21的情況下，可容易地確保色平衡。其結(jié)果，可提高投影儀中的色再現(xiàn)性和光利用效率。
此外，在紅色光和綠+藍(lán)色光的分離的組合情況下，在圖1中在入射、射出端面116的相對的位置上配置藍(lán)色光用的反射型液晶面板200B來代替綠色光用的反射型液晶面板200G。此時，可減少分色棱鏡120中的藍(lán)色光的吸收。因而，可防止因光彈性效應(yīng)導(dǎo)致的藍(lán)色光的偏振消除。其結(jié)果，可提高投影儀中的色再現(xiàn)性和光利用效率。
此外，第1色光和第2色光的偏振方向的設(shè)定不限定于上述的實施方案，可根據(jù)色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)任意地設(shè)定偏振狀態(tài)。例如，可采用使第1色光與S偏振光達(dá)到一致、使第2色光與P偏振光達(dá)到一致那樣的光學(xué)結(jié)構(gòu)。換言之，在特定的色光入射的偏振分離膜的后方(射出側(cè))配置了λ/2波長片52的情況下，該特定的色光被變換為S偏振光而射出。在特定的色光入射的偏振分離膜的后方(射出側(cè))未配置λ/2波長片52的情況下，該特定的色光被變換為P偏振光而射出。
再者，在上述的實施方案中，作成了使被色光分離光學(xué)元件40的分色鏡41反射的第2色的部分光束入射到偏振變換元件50的偏振分離膜54上、使被反射鏡42反射的第1色的部分光束入射到反射膜55上的結(jié)構(gòu)，但第1和第2色的部分光束與偏振分離膜54和反射膜55的對應(yīng)關(guān)系也可與上述相反。即，也可以是使第1色的部分光束入射到偏振分離膜54上、使第2色的部分光束入射到反射膜55上的結(jié)構(gòu)。但是，在使用了偏振變換元件50的情況下，如果考慮在第1透鏡陣列30與第2透鏡陣列60之間和偏振變換元件50與色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)100之間產(chǎn)生的第1色的部分光束與第2色的部分光束的光路的長度的差異，則在上述的實施方案中的對應(yīng)關(guān)系是最適當(dāng)?shù)?。再有，如果適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第1和第2透鏡陣列30、60的透鏡特性，則也可使用在偏振分離膜54與反射膜55的對將光軸Lb作為對稱軸而折返的的位置上配置的偏振變換元件。
再者，在上述的實施方案中的一部分中，作成了將光軸La與光軸Lb構(gòu)成的角度定為90°、來自光源20的光對于色光分離光學(xué)元件40以約45°的角度入射的結(jié)構(gòu)，但也可作成使光軸La與光軸Lb構(gòu)成的角度小于90°、來自光源20的光對于色光分離光學(xué)元件40以小于45°的角度入射的結(jié)構(gòu)。此時，容易提高色光分離光學(xué)元件40中使用的分色鏡41或反射鏡42的分光特性或反射特性，可實現(xiàn)高的光學(xué)效率。此外，也可與其相反地作成使光軸La與光軸Lb構(gòu)成的角度大于90°的結(jié)構(gòu)。由此，可增加光學(xué)系統(tǒng)的布局的自由度。
此外，在上述的實施方案中，也可使用具備多個反射面的導(dǎo)光棒來代替作為光束分割光學(xué)元件的透鏡陣列30。這樣的導(dǎo)光棒已在特開平10-161237號公報中被公開了，由于是眾所周知的，故省略其詳細(xì)的說明。如果使用導(dǎo)光棒，則與鏡陣列94的情況相同，由于不發(fā)生在透鏡陣列中附帶的球面像差，故可提高聚光性，可提高照明效率。
此外，本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)如在前面的實施方案中所示那樣，不管是反射型的還是透射型的，可將各種各樣的光調(diào)制裝置作為照明的裝置來使用。
從以上的說明可理解的那樣，按照本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)，由于可預(yù)先將來自光源的非偏振的光變換為對于每種色光來說偏振方向達(dá)到一致的偏振光束，故可減輕與照明光學(xué)系統(tǒng)相比在光路的下流一側(cè)配置的分色棱鏡或偏振光束分離器等的光學(xué)要素的偏振依存性。于是，可提高照明效率。
再者，通過在投影儀中采用該照明光學(xué)系統(tǒng)，可謀求投射圖像的高亮度和高圖像質(zhì)量以及高對比度。此外，與使用了現(xiàn)有的照明光學(xué)系統(tǒng)的情況相比，可削減部件數(shù)目，可實現(xiàn)低成本。
如以上所說明的那樣，按照本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)，可高效地生成特定的色光的偏振方向相對于其它的色光的偏振方向相差約90°的照明光，能用這樣的照明光以均勻的照度分布對被照明區(qū)域進(jìn)行照明。
此外，按照本發(fā)明的投影儀，通過應(yīng)用上述的照明光學(xué)系統(tǒng)，可減輕構(gòu)成色分離、合成光學(xué)系統(tǒng)的分色面中的分光特性的偏振依存性，可顯示明亮的高圖像質(zhì)量的投射圖像。此外，與使用了現(xiàn)有的照明光學(xué)系統(tǒng)的情況相比，可削減部件數(shù)目，可實現(xiàn)低成本。
權(quán)利要求
1.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，具有光束分割光學(xué)元件，將來自光源的光分割為多條部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；色光分離光學(xué)元件，將各自的上述部分光束分離為第1色的部分光束和第2色的部分光束，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色的部分光束和第2色的部分光束；偏振變換元件，具備交替地排列了多個偏振分離膜和多個反射膜的偏振光束分離器陣列和在射出透過了上述偏振分離膜的光的位置上或在射出由上述反射膜反射了的光的位置上設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到上述偏振分離膜上的上述第1色的部分光束在第1偏振方向上一致并射出，使入射到上述反射膜上的上述第2色的部分光束在第2偏振方向上一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
2.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，具有色光分離光學(xué)元件，將來自光源的光分離為第1色光和第2色光，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色光和第2色光；光束分割光學(xué)元件，將上述第1色光分割為多條第1色的部分光束、將上述第2色光分割為多條第2色的部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；偏振變換元件，具備交替地排列了多個偏振分離膜和多個反射膜的偏振光束分離器陣列和在射出透過了上述偏振分離膜的光的位置上或在射出由上述反射膜反射了的光的位置上設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到上述偏振分離膜上的上述第1色的部分光束與具有第1偏振方向的偏振光一致并射出，使入射到上述反射膜上的上述第2色的部分光束與具有第2偏振方向的偏振光一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
3.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，具有光束分割光學(xué)元件，將來自光源的光分割為多條部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；色光分離光學(xué)元件，將各自的上述部分光束分離為第1色的部分光束和第2色的部分光束，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色的部分光束和第2色的部分光束；偏振變換元件，具備以規(guī)定的間隔排列了多個偏振分離膜的偏振光束分離器陣列和以上述規(guī)定的間隔排列的、在上述偏振光束分離器陣列的射出側(cè)設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)沒有設(shè)置上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜的上述第1色的部分光束和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射并透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第1色的部分光束在第1偏振方向上一致并射出，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)設(shè)置了上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜后透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第2色的部分光束和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射的上述第2色的部分光束在第2偏振方向上一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
4.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，具有色光分離光學(xué)元件，將來自光源的光分離為第1色光和第2色光，在各自不同的方向上或在平行的狀態(tài)下射出第1色光和第2色光；光束分割光學(xué)元件，將上述第1色光分割為多條第1色的部分光束、將上述第2色光分割為多條第2色的部分光束并對各部分光束進(jìn)行聚光；偏振變換元件，具備以規(guī)定的間隔排列了多個偏振分離膜的偏振光束分離器陣列和以上述規(guī)定的間隔排列的、在上述偏振光束分離器陣列的射出側(cè)設(shè)置的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)沒有設(shè)置上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜的上述第1色的部分光束和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射并透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第1色的部分光束在第1偏振方向上一致并射出，使入射到在上述偏振分離膜的射出側(cè)設(shè)置了上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的入射側(cè)端面上并透過上述偏振分離膜后透過上述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的上述第2色的部分光束和被上述偏振分離膜反射后被鄰接的上述偏振分離膜再次反射的上述第2色的部分光束在第2偏振方向上一致并射出；傳遞光學(xué)元件，被配置在上述偏振變換元件的入射側(cè)或射出側(cè)，將由上述光束分割光學(xué)元件形成的像傳遞到被照明區(qū)域上；以及重疊光學(xué)元件，使從上述偏振變換元件射出的部分光束在被照明區(qū)域上重疊。
5.如權(quán)利要求1～4的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述色光分離光學(xué)元件具備第1鏡和第2鏡，上述第1鏡是進(jìn)行色分離的分色鏡，上述第2鏡是反射鏡。
6.如權(quán)利要求5中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第1鏡與上述第2鏡彼此為非平行的，上述第1鏡相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置，上述第2鏡相對于上述光源的光軸以(45-α)°的角度來配置。
7.如權(quán)利要求5中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第1鏡與上述第2鏡彼此為非平行的，上述第1鏡相對于上述光源的光軸以(45+α)°的角度來配置，上述第2鏡相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
8.如權(quán)利要求5中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第1鏡與上述第2鏡彼此為非平行的，上述第1鏡相對于上述光源的光軸以(45+β)°的角度來配置，上述第2鏡相對于上述光源的光軸以(45-β)°的角度來配置。
9.如權(quán)利要求5中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第1鏡與上述第2鏡彼此為平行的，相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
10.如權(quán)利要求1～4的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述色光分離光學(xué)元件由具備片狀的透光性構(gòu)件、在上述透光性構(gòu)件的相對的2個面中的一方的面上設(shè)置的分色鏡和在另一方的面上設(shè)置的反射鏡的光學(xué)部件來構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1～4的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述色光分離光學(xué)元件由具備片狀的透光性構(gòu)件、在上述透光性構(gòu)件的相對的2個面中的一方的面上被粘著的直角棱鏡、在另一方的面上設(shè)置的反射鏡和在上述透光性構(gòu)件與上述直角棱鏡之間設(shè)置的分色鏡的光學(xué)部件來構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1～4的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述色光分離光學(xué)元件由具備片狀的透光性構(gòu)件、在上述透光性構(gòu)件的相對的2個面中的一方的面上被粘著的多個小尺寸的直角棱鏡、在另一方的面上設(shè)置的反射鏡和在上述透光性構(gòu)件與上述直角棱鏡之間設(shè)置的分色鏡的光學(xué)部件來構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求10～12的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述一方的面與上述另一方的面彼此為非平行的，上述一方的面相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置，上述另一方的面相對于上述光源的光軸以(45-α)°的角度來配置。
14.如權(quán)利要求10～12的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述一方的面與上述另一方的面彼此為非平行的，上述第1面相對于上述光源的光軸以(45+α)°的角度來配置，上述第2面相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
15.如權(quán)利要求10～1 2的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述一方的面與上述另一方的面彼此為非平行的，上述一方的面相對于上述光源的光軸以(45+β)°的角度來配置，上述另一方的面相對于上述光源的光軸以(45-β)°的角度來配置。
16.如權(quán)利要求10～12的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述一方的面與上述另一方的面彼此為平行的，分別相對于上述光源的光軸以45°的角度來配置。
17.如權(quán)利要求1～4的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述色光分離光學(xué)元件由反射型全息元件構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求1～4的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述色光分離光學(xué)元件由透射型全息元件構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求1～18的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述光束分割光學(xué)元件由透鏡陣列構(gòu)成。
20.如權(quán)利要求18中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述光束分割光學(xué)元件由鏡陣列構(gòu)成。
21.如權(quán)利要求1～18的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述光束分割光學(xué)元件由具備4個反射面的導(dǎo)光棒構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求1～21的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于在上述偏振光束分離器陣列的入射側(cè)設(shè)置了遮蔽不需要的色光的入射用的分色濾色器陣列。
23.如權(quán)利要求1～22的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述色光分離光學(xué)元件具有分離綠色光以及紅和藍(lán)色光的色分解特性。
24.一種投影儀，其特征在于，具有在權(quán)利要求1～23的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)；光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光進(jìn)行調(diào)制；以及投射透鏡，投射由上述光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的光。
25.一種投影儀，其特征在于，具有在權(quán)利要求1～23的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)；第1反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第1色光進(jìn)行調(diào)制；第2反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中所含的第3色光進(jìn)行調(diào)制；第3反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中所含的第4色光進(jìn)行調(diào)制；偏振光束分離器，將從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光分離為上述第1色光和上述第2色光；色光分離、合成元件，將上述第2色光分離為上述第3色光和上述第4色光，同時合成從上述第2反射型光調(diào)制裝置射出的光和從上述第3反射型光調(diào)制裝置射出的光并朝向上述偏振光束分離器射出；以及投射透鏡，投射從上述第1反射型光調(diào)制裝置射出的光和從上述色光分離、合成元件射出的光中由上述偏振光束分離器所選擇的光。
26.一種投影儀，其特征在于具備在權(quán)利要求1～23的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)；第1反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光中所含的上述第1色光進(jìn)行調(diào)制；第2反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中所含的第3色光進(jìn)行調(diào)制；第3反射型光調(diào)制裝置，對從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的上述第2色光中所含的第4色光進(jìn)行調(diào)制；第1～第4偏振光束分離器；第1波長選擇相位差片，被設(shè)置在上述第1偏振光束分離器與上述第3偏振光束分離器之間；第2波長選擇相位差片，被設(shè)置在上述第3偏振光束分離器與上述第4偏振光束分離器之間；以及投射透鏡，投射從上述第4偏振光束分離器射出的光，上述第1偏振光束分離器將從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光分離為上述第1色光和上述第2色光，上述第2偏振光束分離器將由上述第1偏振光束分離器進(jìn)行了分離的上述第1色光引導(dǎo)到上述第1反射型光調(diào)制裝置上，同時將由上述第1反射型光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的上述第1色的色光引導(dǎo)到上述第4偏振光束分離器上，上述第1波長選擇相位差片只使由上述第1偏振光束分離器進(jìn)行了分離的上述第2色光中所含的上述第3色光和上述第4色光中的上述第3色光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約90°，上述第3偏振光束分離器將從上述第1波長選擇相位差片射出的上述第3色光和上述第4色光引導(dǎo)到上述第2反射型光調(diào)制裝置和上述第3反射型光調(diào)制裝置上，同時將由上述第2反射型光調(diào)制裝置和上述第3反射型光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的上述第3色光和上述第4色光引導(dǎo)到上述第2波長選擇相位差片上，上述第2波長選擇相位差片只使由上述第3偏振光束分離器射出的上述第3色光和上述第4色光中的上述第3色光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約90°，上述第4偏振光束分離器合成從上述第2偏振光束分離器射出的上述第1色光以及從上述第2波長選擇相位差片射出的上述第3色光和上述第4色光并朝向上述投射透鏡射出。
27.一種投影儀，其特征在于，具有在權(quán)利要求1～23的任一項中所述的照明光學(xué)系統(tǒng)；色分離光學(xué)系統(tǒng)，將從上述照明光學(xué)系統(tǒng)射出的光分離為第1色光、第2色光和第3色光；第1透射型光調(diào)制裝置，根據(jù)圖像信號對由上述色分離光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了分離的上述第1色光進(jìn)行調(diào)制；第2透射型光調(diào)制裝置，根據(jù)圖像信號對由上述色分離光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了分離的上述第2色光進(jìn)行調(diào)制；第3透射型光調(diào)制裝置，根據(jù)圖像信號對由上述色分離光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了分離的上述第3色光進(jìn)行調(diào)制；色合成光學(xué)系統(tǒng)，合成分別由上述第1透射型光調(diào)制裝置、上述第2透射型光調(diào)制裝置和上述第3透射型光調(diào)制裝置進(jìn)行了調(diào)制的上述第1色光、上述第2色光和上述第3色光；以及投射透鏡，投射由上述色合成光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了合成的光。
全文摘要
為了謀求提高由減輕了45度分色中的分光特性的偏振依存性并使用了45度分色的色分離合成光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的投影儀的圖像質(zhì)量，在照明光學(xué)系統(tǒng)中利用色光方向變更要素(40)分離為綠色光和藍(lán)色+紅色光，利用偏振變換元件(50)來調(diào)整這些偏振方向。
文檔編號G02B27/28GK1463376SQ02802152
公開日2003年12月24日 申請日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月22日
發(fā)明者伊藤嘉高 申請人:精工愛普生株工會社