專利名稱：投射式顯示裝置及其照射光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配有色光合成裝置的投射式顯示裝置及其照射光學系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在把彩色圖象投射到投影屏幕上的投射式顯示裝置中，較多地使用正交分光棱鏡。例如，在透射型液晶投射器中，采用正交分光棱鏡作為合成紅、綠、藍三色光向同一方向射出的色光合成裝置。此外，在反射型液晶投射器中，采用正交分光棱鏡作為把白色光分離為紅、綠、藍三色光的色光分離裝置，同時也采用正交分光棱鏡作為再次合成已調(diào)制的三色光并向同一方向射出的色光合成裝置。已知，例如在特開平1-302385號公報中披露的使用正交分光棱鏡的投射式顯示裝置。
圖17是表示投射式顯示裝置主要部分的原理圖。該投射式顯示裝置配有三個液晶光閥42、44和46，以及正交分光棱鏡48和投射透鏡系統(tǒng)50。正交分光棱鏡48用三個液晶光閾42、44、46合成被調(diào)制的紅、綠、藍三色光，向投射透鏡系統(tǒng)50的方向射出。投射透鏡系統(tǒng)50把合成的光成象在投影屏幕52上。
圖18是表示分解正交分光棱鏡48的一部分的透視圖。通過用光學粘接劑貼合四個直角棱鏡的相應直角面，制成正交分光棱鏡48。
在把正交分光棱鏡作為色光合成裝置使用的投射式顯示裝置中，由于利用所用光源的光特性，在四個直角棱鏡的接合部分產(chǎn)生光散射，因而在投射圖象上有產(chǎn)生暗影的情況。
圖19是表示在采用正交分光棱鏡48情況下的問題的說明圖。如圖8(A)所示，正交分光棱鏡48，在用四個直角棱鏡的直角面形成的X字狀的界面上，有略呈X字狀配置的紅色光反射膜60R和藍色光反射膜60B。但是，在四個直角棱鏡的間隙中，由于形成有光學粘接劑層62，所以反射膜60R、60B在正交分光棱鏡48的中心軸48a部分也有間隙。
在穿過正交分光棱鏡48的中心軸48a的光投射到投影屏幕52上時，在圖象中便形成因中心軸48a導致的暗線。圖19(B)是表示這種暗線DL的一例。該暗線DL是帶有與其它部分不同顏色的稍稍暗一些的線狀區(qū)域，大致形成在投射的圖象中心?？梢哉J為該暗線DL是在中心軸48a附近的反射膜的間隙中光線被散射和紅色光及藍色光不反射造成的。再有，在以X字狀交叉分別形成紅色反射膜、藍色反射膜等選擇反射膜的兩種分光鏡的正交分光鏡中，同樣也發(fā)生這個問題。在這種情況下，變?yōu)樵趫D象中形成因鏡的中心軸導致的暗線。
這樣，在現(xiàn)有的投射式顯示裝置中，存在因正交分光棱鏡48和正交分光鏡的中心軸，在投射圖象的大致中心會形成暗線的問題。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述課題，本發(fā)明的目的在于提供一種可使因配有正交分光棱鏡和正交分光鏡、和設(shè)置成X字狀的兩種分光膜的色光合成裝置的中心軸造成的暗線不明顯的技術(shù)，實現(xiàn)采用這些技術(shù)的照射光學系統(tǒng)和投射式顯示裝置。
發(fā)明的公開(用于解決課題的原理說明)首先，根據(jù)具體例，用圖1至圖4說明用于解決課題的原理。圖中，統(tǒng)一地把光的行進方向作為z方向，由從光的行進方向(z方向)看三點鐘的方向作為x方向，十二點鐘的方向作為y方向。此外，在下面的說明中，為方便起見，把x方向表示成行方向，把y方向表示成列方向。再有，為了容易說明，以具體的例子說明下述原理，但本發(fā)明并不限于這樣的具體結(jié)構(gòu)。
在投射式顯示裝置中，作為把來自光源的光分離成多個分光束降低照射光的面內(nèi)照度不勻的技術(shù)，如WO94/22042號公報所披露的，使用帶有多個小透鏡的兩個透鏡陣列的照射光學系統(tǒng)(稱為集成光學系統(tǒng))是眾所周知的。
圖1是說明在使用正交分光棱鏡的投射式顯示裝置中采用集成光學系統(tǒng)的情況下暗線發(fā)生原理的圖。圖1(A-1)、(B-1)是表示穿過X方向位置相互不同的小透鏡10、即在不同列方向上存在的小透鏡10的光束(圖中用實線表示)和其中心光軸(圖中用密虛線表示)的軌跡圖；圖1(A-2)、(B-2)是表示投射屏幕7上暗線DLa、DLb的形成位置的圖。
從光源(圖中省略)射出的光束由分別帶有多個小透鏡10的第一、第二透鏡陣列1、2分離成多個分光束。穿過在第一、第二透鏡陣列1、2中設(shè)置的各小透鏡10的光束，由平行化透鏡15轉(zhuǎn)換成與各光束中心軸平行的光束。穿過平行化透鏡15的各光束重疊在液晶光閥3上，對其預定區(qū)域進行均勻地照射。再有，在圖1中雖僅圖示了一塊液晶光閥3，但在其它兩塊液晶光閥中的集成光學系統(tǒng)的原理、暗線發(fā)生的原理也是同樣的。
圖2是表示透鏡陣列1、2外觀的透視圖。第一和第二透鏡陣列1、2具有把各個大體矩形形狀輪廓的小透鏡10按M行N列的矩陣狀配置的結(jié)構(gòu)。在本例中，M=10,N=8，圖1(A-1)變?yōu)榇┻^第二列小透鏡10的分光束的軌跡圖，圖1(B-1)變?yōu)榇┻^第七列小透鏡10的分光束的軌跡圖。
在液晶光閥3上重疊的光束接受用液晶光閥3按照圖象信息的調(diào)制后，入射到正交分光棱鏡4。從正交分光棱鏡4射出的光束通過投射透鏡系統(tǒng)6投射在屏幕7上。
如圖1(A-1)、(B-1)上各個稀虛線所示，穿過正交分光棱鏡4的中心軸5(沿圖中y方向)那部分的光也分別投射在投影屏幕7上的Pa、Pb的位置。因而，如在發(fā)明的課題中所述，由于在該中心軸5附近的反射膜的間隙中光線被散射，同時要反射的光未被反射，所以穿過中心軸5附近的光量會減少。因此，如圖1(A-2)、(B-2)所示，就會在投影屏幕7上形成比周圍亮度低的部分，即形成暗線DLa、DLb。
在此，說明暗線與第一及第二透鏡陣列1、2的關(guān)系。由局部放大表示圖1(A-1)的圖3(A)可知，由液晶光閥3形成的象用投射透鏡系統(tǒng)6進行反向，并經(jīng)放大投射在投影屏幕7上。再有，圖3(B)是表示包括正交分光棱鏡4的中心軸5的xy平面上的剖面圖。在圖3(A)、(B)中，r1表示用包括正交分光棱鏡4的中心軸5的xy平面切斷分光束時從分光束剖面8的一端11至中心軸5的距離；r2表示從分光束剖面8的另一端12至中心軸5的距離。由于分光束剖面8的象由投射透鏡系統(tǒng)6反向，并經(jīng)放大投射在投影屏幕7上，所以從投影屏幕7上投射區(qū)域9的一端13至暗線DLa的距離R2與從投射區(qū)域9的另一端至暗線DLa的距離R1的比，與距離r2和距離r1的比相等。也就是說，形成暗線DLa的位置取決于包括正交分光棱鏡4的中心軸5的xy平面上的分光束的剖面8相對于中心軸5在哪個位置存在。
其中，如果比較圖1(A-1)和(B-1)則可了解到，在圖1(A-1)和(B-1)中，在包括正交分光棱鏡4的中心軸5的xy平面上，各自的分光束剖面的位置是不同的。因此，暗線DLa和DLb分別形成在不同的位置上。同樣地，穿過在第一和第二透鏡陣列1、2中的除第2列、第7列以外的其它列上存在的小透鏡10的分光束的包括正交分光棱鏡4的中心軸5的xy平面上的剖面位置也分別不同，所以在投影屏幕7上，變?yōu)閮H形成第一和第二透鏡陣列1、2的列數(shù)、即形成N條暗線。
再有，穿過在第一和第二透鏡陣列1、2的相同列方向位置上排列的M個小透鏡的分光束，如圖4所示，在投影屏幕7上大體相等的位置上形成暗線DLc。因此，N條暗線分別是穿過在第一和第二透鏡陣列1、2的相同列方向位置上排列的M個小透鏡的分光束重合形成的，其暗度大致等于由各個小透鏡形成的暗線暗度的總和。
如果對以上進行歸納，可導出以下的原理。
(第一原理)首先，第一，如果相對于正交分光棱鏡4的中心軸5的分光束的中心光路的位置不同，那么暗線形成的位置也不同。穿過第一和第二透鏡陣列1、2的不同列的分光束，由于相對于正交分光棱鏡4的中心軸5的位置相互不同，所以在不同的位置形成暗線。
(第二原理)第二，包括正交分光棱鏡4的中心軸5的xy平面上的分光束的剖面位置不同，入射在正交分光棱鏡4上的分光束的角度就不同(參照圖1)。穿過第一和第二透鏡陣列1、2的不同列的分光束，由于相對正交分光棱鏡4按不同的角度入射，所以在中心軸5上的分光束的位置不同。
因此，如果入射在正交分光棱鏡4上的分光束的角度不同，或者，如果在液晶光閥3上重疊的分光束的角度不同，那么暗線形成的位置也不同。
(使暗端不明顯的方法)如上所述，穿過在第一和第二透鏡陣列1、2的相同列方向位置上排列的M個小透鏡的分光束，通過在投影屏幕7上大致相等的位置形成各條暗線，其暗線的暗度大致等于由各個小透鏡形成的暗線暗度的總和。因此，由穿過這些M個小透鏡的分光束分別形成的暗線，如果能形成在投影屏幕7上的不同位置上較好。也就是說，如果這樣，雖然暗線的數(shù)增加，但由于能夠減少平均每條暗線的暗度，結(jié)果使暗線變得很不明顯。再有，不必把穿過M個小透鏡的所有暗線形成在不同的位置，僅把一部分暗線形成在不同的位置就足夠了。
再有，依據(jù)如上所述的第一原理、第二原理，能夠把暗線形成在不同的位置。
也就是說，如果根據(jù)第一原理，那么穿過在相同列方向位置上排列的M個小透鏡的分光束內(nèi)，對于一部分，使相對于正交分光棱鏡4的中心軸5的分光束的中心光路的位置變化成其它位置較好。
并且，如果根據(jù)第二原理，那么穿過在相同列方向位置上排列的M個小透鏡的分光束內(nèi)，對于一部分，使重疊于液晶光閥3上的分光束的角度或入射在正交分光棱鏡4上的分光束的角度變化成其它角度較好。
通過實現(xiàn)上述原理，本發(fā)明能夠解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中的課題。以下，論述其裝置、作用及效果。
(用于解決課題的裝置、作用及效果)本發(fā)明的第一投射式顯示裝置這樣構(gòu)成，配備照射光學系統(tǒng)，發(fā)射照射光；色光分離裝置，把所述照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號對所述三色光分別進行調(diào)制；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，有在相當于所述分光膜相互交叉位置的中心軸，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投影屏上；所述照射光學系統(tǒng)，配有分離重疊光學系統(tǒng)，在與所述色光合成裝置的所述中心軸大致平行的列方向，和在與所述色光合成裝置的所述中心軸大致垂直的行方向，產(chǎn)生分離的多個分光束，同時重疊所述多個分光束，其特征在于，這樣構(gòu)成所述分離重疊光學系統(tǒng)，使利用在相同列方向上存在的所述多個分光束中的一部分分光束把所述中心軸投射在所述投射面上的位置，從利用其它分光束投射的位置向與所述中心軸相對應的方向不同的方向偏移。
一個分光束把色光合成裝置的中心軸投射在投射面上，形成與中心軸相應的暗線，一列多個分光束通常把色光合成裝置的中心軸投射在投射面上大致相同的位置，形成暗線。按照上述結(jié)構(gòu)，由于一列多個分光束內(nèi)的一部分分光束，把色光合成裝置的中心軸投影在投射面上的不同位置，并形成暗線，因而能夠使在投射的圖象上形成的暗線不明顯。
此外，在上述第一投射式顯示裝置中，所述分離重疊光學系統(tǒng)最好配有光束分割裝置，產(chǎn)生所述多個分光束；和入射角度變更裝置，在相同列方向存在的所述分光束內(nèi)，把一部分分光束按與其它部分分光束不同的入射角向所述色光合成裝置入射。
其中，所述光束分割裝置配備具有在所述列方向和所述行方向上排列的多個小透鏡的至少一個透鏡陣列，所述入射角度變更裝置最好這樣構(gòu)成，即配有在反射面上有臺階的階梯狀反射鏡。
或者，所述光束分割裝置配備具有在所述列方向和所述行方向上排列的多個小透鏡的至少一個透鏡陣列，所述入射角度變更裝置也可以這樣構(gòu)成，即配有對所述透鏡陣列的面傾斜配置的透光性板材。
這樣，能夠把相對于色光合成裝置中心軸的一部分分光束的中心光路位置從其它分光束的中心光路位置錯開，各個分光束在不同位置形成暗線。因此，能夠使在投射圖象上形成的暗線變得不明顯。此外，通過把上述各情況組合構(gòu)成，也能夠使在投射圖象上形成的暗線變得不明顯。
第二投射式顯示裝置包括照射光學系統(tǒng)，發(fā)射照射光；色光分離裝置，把所述照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號分別調(diào)制所述三色光；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，有與所述分光膜相互交叉的位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光并向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；其特征在于，所述照射光學系統(tǒng)配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分割成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；和光路變更裝置，在穿過沿與所述色光合成裝置的所述中心軸相應的預定方向排列的所述多個小透鏡的多條分光束中，使一部分分光束的光路與其它分光束的光路錯開。
在第一和第二透鏡陣列的多個小透鏡內(nèi)，穿過沿與所述色光合成裝置的中心軸相應的預定方向(前面說明中的行方向)排列的多個小透鏡的多條分光束，把色光合成裝置的中心軸投影在投射面上大致相同的位置并形成暗線。因此，如果利用光路變更裝置，在這些多個分光束內(nèi)，把一部分分光束的光路與其它分光束的光路錯開，那么根據(jù)第一原理，利用這些多個分光束，能夠防止把色光合成裝置的中心軸投影在大致相同的位置。其結(jié)果，能夠使投射圖象上形成的暗線不明顯。
在上述第二投射式顯示裝置中，所述光路變更裝置最好配有把沿所述預定方向，穿過分別位于距所述光源的光軸僅一定距離的位置的分光束光路，與穿過其它位置的分光束光路錯開的裝置。
來自光源的光的強度依賴其距光軸的距離。因此，如果把穿過強度比較高的分光束的光路與其它分光束錯開，那么能夠使在投射圖象上形成的暗線不明顯。
再有，在光源配有光源燈和反射從所述光源燈射出的光的凹面鏡的情況下，所述一定距離與所述凹面鏡的焦點距離大致相等較好。穿過位于距光源的光軸剛好為所述凹面鏡的焦點距離的位置的分光束比其它分光束的強度高。因此，通過使該部分光束的光路與穿過其它位置的分光束的光路錯開，能夠使投射圖象上形成的暗線不明顯。
在上述第二投射式顯示裝置中，所述光路變更裝置配有在反射面帶有臺階的階梯反射鏡較好。如果這樣，能夠用極其簡單的結(jié)構(gòu)任意變更特定分光束的光路。
此外，把所述階梯反射鏡的階梯部分沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應方向的垂直方向設(shè)置較好。如果這樣，能夠把一部分分光束的光路沿與色光合成裝置中心軸對應的方向錯開。
此外，所述階梯反射鏡有高度相互不同的第一反射面和第二反射面，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的所述預定方向，在距位于所述光源的光軸僅一定距離的的兩個位置上分別設(shè)置所述第二反射面較好。如果這樣，能夠用兩個第二反射面分別變更光強度比較高的分光束的光路。
或者，所述光路變更裝置配有從所述第二透鏡陣列的面傾斜配置的透光性板材也可以。如果這樣，能夠任意地變更特定分光束的光路。
所述照射光學系統(tǒng)還配有偏振光轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在所述第二透鏡陣列與所述光路變更裝置間的任意位置上；所述偏振光轉(zhuǎn)換光元件配有偏振光分光鏡陣列，有多組相互平行的偏振光分離膜和反射膜，把穿過所述第二透鏡陣列的多個小透鏡的多個分光束分別分離成各自兩種直線偏振光分量，和偏振光轉(zhuǎn)換裝置，使用所述偏振光分光鏡陣列分離的所述兩種直線偏振光分量的偏振方向一致，利用所述光路變更裝置，把穿過沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的預定方向排列的所述多個小透鏡，用所述偏振光分光鏡陣列分離的所述兩種直線偏振光分量的一部分光路與其它光路錯開較好。
在該偏振光轉(zhuǎn)換光元件把入射光由偏振光分光鏡陣列分離成兩種直線偏振光分量后，由偏振光變換裝置使這些偏振光方向一致并射出。因此，通過使被偏振光分光鏡陣列分離的兩種直線偏振光分量光路的一部分與其它光路錯開，還能夠使在投射圖象上形成的暗線變得更不明顯。
此外，由所述光路變更裝置使這些兩種直線偏振光分量的光路的一部分與其它光路錯開的量約為所述兩種直線偏振光分量的鄰接光路間距離的1/2較好。
如果使這兩種直線偏振光分量的鄰接光路間的距離僅移動約1/2光路，那么可大致相互等距離地配置不移動的兩種直線偏振光分量的光路和移動前的兩種直線偏振光分量的光路。也就是說，由于分別大致等距離地配置四種光路，所以能夠使圖象上形成的暗線最不明顯。
并且，在上述第二投射式顯示裝置中，配有重疊光學系統(tǒng)，使順序通過所述第1和第2透鏡陣列的多個分光束重疊，并照射所述三組光調(diào)制裝置，所述光路變更裝置最好設(shè)置在所述第2透鏡陣列與所述重疊光學系統(tǒng)之間。
第三投射式顯示裝置包括色光分離裝置，把所述照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號分別調(diào)制所述三色光；
色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉的位置相應的中心軸，合成并向同一方向射出由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；所述照射光學系統(tǒng)配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分割成多個分光束的多個小透鏡；和第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列分別這樣配置，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應方向垂直的方向，分割成帶有各自多個小透鏡的多個行，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的方向，把距所述光源的光軸僅一定距離的位置上存在的行，配置在與其它行僅錯開一定偏移量的位置上。
在第一和第二透鏡陣列的多個小透鏡內(nèi)，穿過沿與色光合成裝置中心軸對應的預定方向排列的多個小透鏡的多個分光束，把色光合成裝置的中心軸投影在投射面上大致相同的位置，并形成暗線。其中，在光源配有光源燈和反射從所述光源燈發(fā)射的光的凹面鏡的情況下，穿過在距光源的光軸僅為凹面鏡焦點距離的各位置上存在的行的小透鏡的分光束的強度比較高。因此，如果把這些行與其它行錯開，那么根據(jù)上述第二原理，能夠使在投射圖象上形成的暗線變得不明顯。
第四投射式顯示裝置包括照射光學系統(tǒng)，發(fā)射照射光；色光分離裝置，把所述照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號分別調(diào)制所述三色光；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉的位置相當?shù)闹行妮S，合成并向同一方向射出由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；所述照射光學系統(tǒng)配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分割成多個分光束的多個小透鏡；和第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列分別這樣設(shè)定，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應方向垂直的行方向，分割成具有各自多個小透鏡的許多行，所述多行中的至少一部分行配置在與其它行錯開的位置上，從與行方向垂直的方向觀察時，在相互相同位置上排列所述小透鏡的行數(shù)設(shè)定為所述多行總數(shù)的2/5以下。
在第一和第二透鏡陣列的多個小透鏡內(nèi)，穿過沿與色光合成裝置中心軸對應的預定方向排列的多個小透鏡的多個分光束，把色光合成裝置的中心軸投影在大致相同的位置，并形成暗線。因此，象第四投射式顯示裝置那樣，如果在相互相同的位置上排列總行數(shù)的2/5以下，那么根據(jù)上述第二原理，能夠使在投射圖象上形成的暗線變得不明顯。
在第四投射式顯示裝置中，所述第一和第二透鏡陣列的所述多個行能夠以一定的錯位量順序地相互錯位配置較好。
如果這樣，能容易地使在相互等效的位置上排列的行數(shù)較少。
本發(fā)明的第一照射光學系統(tǒng)用于投射式顯示裝置，發(fā)射所述照射光，它包括色光分離裝置，把照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號對所述三色光分別進行調(diào)制；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投影屏上；配有分離重疊光學系統(tǒng)，產(chǎn)生至少大致沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的預定方向分隔的至少一列的多個分光束，同時重疊所述多個分光束；其特征在于，這樣構(gòu)成所述分離重疊光學系統(tǒng)，利用所述一列的多個分光束內(nèi)的一部分分光束，使所述中心軸投射在所述投射面上的位置，從由其它分光束投射的位置與所述中心軸對應方向的不同方向錯開。
第二照射光學系統(tǒng)，發(fā)射照射光，其特征在于，包括
第一透鏡陣列，有把從光源發(fā)射的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；和光路變更裝置，在穿過沿預定方向排列的所述多個小透鏡的多個分光束內(nèi)，把一部分分光束的光路與其它分光束的光路錯開。
第三照射光學系統(tǒng)，發(fā)射照射光，包括第一透鏡陣列，有把從光源發(fā)射的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，把所述第一和第二透鏡陣列分別這樣配置沿與預定方向垂直的行方向分隔成有多個小透鏡的多行，沿所述預定方向，把在距所述光源的光軸僅一定距離的位置上存在的行配置在與其它行僅有一定錯位量的位置上。
第四照射光學系統(tǒng)，發(fā)射照射光，包括第一透鏡陣列，有把從光源發(fā)射的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，所述第一和第二透鏡陳列這樣設(shè)定，即沿與預定方向垂直的行方向，分割成各自有多個小透鏡的多行，把所述多行中的至少一部分行配置在與其它行錯位的位置上，從與行方向垂直的方向觀察時，在相互相同位置上排列所述小透鏡的行數(shù)設(shè)定為所述多行總數(shù)的2/5以下。
在第二至第四照射光學系統(tǒng)中，‘預定方向’是與投射式顯示裝置的色光合成裝置的中心軸對應的方向。因此，行方向是與該中心軸方向垂直的方向。
通過把第一至第四照射光學系統(tǒng)用于投射式顯示裝置，與第一至第四投射式顯示裝置同樣，能夠使投射圖象上形成的暗線變得不明顯。
圖面的簡單說明圖1是說明在使用正交分光棱鏡的投射式顯示裝置中采用集成光學系統(tǒng)時的暗線發(fā)生原理的圖。
圖2是表示第一和第二透鏡陣列1、2外觀的透視圖。
圖3是表示圖1(A-1)的局部放大圖和包括正交分光棱鏡4的中心軸5的xy平面上的剖面圖。
圖4是表示穿過兩個透鏡陣列1、2的第N列小透鏡的分光束投射在投影屏幕7上狀況的原理圖。
圖5是表示本發(fā)明第一實施例的投射式顯示裝置1000的主要部分的示意性平面圖。
圖6是表示第一透鏡陣列120的外觀透視圖。
圖7是表示偏振光轉(zhuǎn)換光元件140結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖8是表示第一實施例中階梯反射鏡150結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示階梯反射鏡150功能的說明圖。
圖10是表示階梯反射鏡150功能的說明圖。
圖11是表示放大圖9中的階梯反射鏡150和偏振光轉(zhuǎn)換光元件140部分的圖。
圖12是表示本發(fā)明第二實施例的投射式顯示裝置2000及其照射光學系統(tǒng)主要部分的圖。
圖13是表示比較第一實施例和第三實施例的透鏡陣列的正視圖。
圖14是表示穿過小透鏡的分光束穿過正交分光棱鏡260狀況的圖。
圖15是表示比較第一實施例和第三實施例的偏振光轉(zhuǎn)換光元件的圖。
圖16是表示比較第一實施例和第四實施例的透鏡陣列的正視圖。
圖17是表示投射式顯示裝置主要部分的概念圖。
圖18是表示分解正交分光棱鏡48的一部分的透視圖。
圖19是說明采用正交分光棱鏡48情況下的問題的說明圖。
實施發(fā)明的優(yōu)選實施例下面，參照


本發(fā)明的各實施例。再有，在以下各實施例中，除特別限定外，光的行進方向為z方向，從z方向看3點鐘的方向為x方向，12點鐘的方向為y方向。
A．第一實施例圖5是表示本發(fā)明第一實施例的投射式顯示裝置1000主要部分的示意性平面圖。該投射式顯示裝置1000配有照射光學系統(tǒng)100，分光鏡210、212，反射鏡220、222、224，入射側(cè)透鏡230，中繼透鏡232，三片場透鏡240、242、244，三塊液晶光閥(液晶屏)250、252、254，正交分光棱鏡260和投射透鏡系統(tǒng)270。
照射光學系統(tǒng)100配有射出大致平行光束的光源110，第一透鏡陣列120，第二透鏡陣列130，把入射光轉(zhuǎn)換成預定的直線偏振光分量的偏振光轉(zhuǎn)換光元件140，階梯反射鏡150和重疊透鏡160。照射光學系統(tǒng)100是用于大體均勻照射作為被照明區(qū)域的三塊液晶光閥250、252、254的光學系統(tǒng)。
光源110有作為射出放射狀光線的放射光源的光源燈112，和把從光源燈112射出的放射光以大致平行的光束射出的凹面鏡114。作為凹面鏡114，使用拋物面鏡就可以。
圖6是表示第一和第二透鏡陣列120、130外觀的透視圖。第一透鏡陣列120有把具有大略矩形狀輪廓的小透鏡122按M行N列排列的矩陣狀結(jié)構(gòu)。本例中，M=10,N=8。第二透鏡陣列130有把小透鏡按M行N列排列，使其基本上與第一透鏡陣列120的小透鏡122相對應的矩陣狀結(jié)構(gòu)。各小透鏡122把從光源110(圖5)射出的光束分離成多個(即M×N個)分光束，把各分光束聚光在第二透鏡陣列130附近。設(shè)定從z方向看各小透鏡122的外形形狀，以便構(gòu)成與液晶光閥250、252、254的形狀大致相似的形狀。在本實施例中，按4∶3設(shè)定小透鏡122的縱橫比(寬與長的尺寸比例)。
第二透鏡陣列130有使各分光束的中心光路與系統(tǒng)光軸平行一致的功能。如果從光源部分110射出的光束是與系統(tǒng)光軸平行的平行光，那么由于從第一透鏡陣列120的小透鏡122射出的分光束其中心光路也與系統(tǒng)光軸平行，所以可省略第二透鏡陣列130。但是，如果從光源110射出其光的中心光路相對于系統(tǒng)光軸有某個角度的光，那么從小透鏡122射出的分光束的中心光路也不平行于系統(tǒng)光軸。有這種傾斜的中心光路的分光束不能照明原來應照明的預定區(qū)域，即存在不能照明液晶閥250、252、254的情況。這樣，在投射式顯示裝置中，使光的利用效率下降。在這樣光的中心光路對于系統(tǒng)光軸有某個角度的分光束入射到小透鏡132的情況下，第二透鏡陣列130把其中心光路轉(zhuǎn)換成平行于系統(tǒng)光軸，提高光的利用效率。
圖7是表示偏振光轉(zhuǎn)換光元件140(圖5)結(jié)構(gòu)的說明圖。該偏振光轉(zhuǎn)換光元件140配有偏振光分光鏡陣列141，和選擇相位差板142。偏振光分光鏡陣列141是各個剖面為平行四邊形的柱狀的多個透光性板材143，有相互粘合的形狀。在透光性板材143的界面上，相互形成偏振光分離膜144和反射膜145。再有，粘合形成這些膜的多塊玻璃板，通過按預定的角度斜向切斷制作該偏振光分光鏡陣列141，以便偏振光分離膜144和反射膜145交替地配置。
穿過第一和第二透鏡陣列120、130的有隨機偏振方向的光由偏振光分離膜144分離為s偏振光和p偏振光。s偏振光通過偏振光分離膜144大致垂直地反射，通過反射膜145再垂直地反射后射出。另一方面，p偏振光就原樣透過偏振光分離膜144。選擇相位差板142是在穿過偏振光分離膜144的光的射出面部分形成λ/2相位差層146，在用反射膜145反射的光的射出面部分不形成λ/2相位差層的光學元件。因此，透過偏振光分離膜144的p偏振光，由λ/2相位差層146轉(zhuǎn)換成s偏振光并射出。其結(jié)果，入射到偏振光轉(zhuǎn)換光元件140的有隨機偏振方向的光束基本變?yōu)閟偏振光射出。
再有，如圖7(A)可知，從偏振光轉(zhuǎn)換光元件140的一處偏振光分離膜144中射出的s偏振光的中心位置(把兩個s偏振光看作一個集中光束情況下的中心位置)也比入射的隨機光束(s偏振光+p偏振光)的中心偏向x方向。該錯位量等于λ/2相位差層146寬度Wp(即偏振光分離膜144的x方向的寬度)的一半。因此，如圖5所示，以距偏振光轉(zhuǎn)換光元件140后面的系統(tǒng)光軸(用一點鎖線表示)僅錯位Wp/2的相等距離D的位置來設(shè)定光源110的光軸(用兩點鎖線表示)。
在圖5所示的投射式顯示裝置中，利用構(gòu)成集成光學系統(tǒng)的第一和第二透鏡陣列120、130，把從光源110射出的平行光束分隔為多個分光束。第一透鏡陣列120的小透鏡122把各分光束聚光在偏振光轉(zhuǎn)換光元件140的偏振光分離膜144(圖7)的附近。用階梯反射鏡150反射從偏振光轉(zhuǎn)換光元件140射出的分光束。該階梯反射鏡150的結(jié)構(gòu)和功能在后面說明。重疊透鏡160重疊這些分光束，具有作為向處于被照明區(qū)域的液晶光閥250、252、254聚光的重疊光學系統(tǒng)的功能。其結(jié)果，大致均勻地照明各液晶光閥250、252、254。
兩塊正交分光鏡210、212有把用重疊透鏡160聚光的白色光分離為紅、綠、藍三色光的色光分離裝置的功能。第一分光鏡210透過從照射光學系統(tǒng)100射出的白色光束的紅色光成分，同時反射藍色光成分和綠色光成分。透過第一分光鏡210的紅色光由反射鏡220反射，穿過場透鏡240到達紅色光用的液晶光閥250。該場透鏡240有把從偏振光轉(zhuǎn)換光元件140射出的分光束轉(zhuǎn)換成相對于其中心光路平行的光束的功能。在其它液晶光閥前設(shè)置的場透鏡242、244也是同樣的。用第一分光鏡210反射的藍色光和綠色光中，綠色光由第二分光鏡212反射，穿過場透鏡242到達綠色光用的液晶光閥252。另一方面，藍色光透過第二分光鏡212，穿過配有入射側(cè)透鏡230、中繼透鏡232和反射鏡222、224的中繼透鏡系統(tǒng)，并穿過場透鏡(射出側(cè)透鏡)224到達藍色光用的液晶光閥254。在藍色光中使用中繼透鏡的原因是由于藍色光的光路長度比其它顏色光的光路長度長，因而防止光的利用效率下降的緣故。
三塊液晶光閥250、252、254有依據(jù)提供的圖象信息(圖象信號)，分別調(diào)制三顏色的色光并形成圖象的光調(diào)制裝置的功能。正交分光棱鏡260有作為合成三顏色的色光并形成彩色圖象的色光合成裝置的功能。再有，正交分光棱鏡260的結(jié)構(gòu)與在圖18和圖19說明的結(jié)構(gòu)相同。也就是說，在正交分光棱鏡260中，在四個直角棱鏡的界面上略呈X字狀地形成反射紅光的電介質(zhì)多層膜和反射藍光的電介質(zhì)多層膜。用這些電介質(zhì)多層膜合成三種色光，形成用以投影彩色圖象的合成光。向投射透鏡系統(tǒng)270的方向射出由正交分光棱鏡260生成的合成光。投射透鏡系統(tǒng)270有作為把該合成光投射在投射屏300上顯示彩色圖象的投射光學系統(tǒng)的功能。
其次，圖5所示的投射式顯示裝置1000有階梯反射鏡150的特征。圖8是表示階梯反射鏡150結(jié)構(gòu)的正視圖(A)和平面圖(B)、(C)。再有，(B)、(C)是從側(cè)面看(A)的圖。該階梯反射鏡150是在平坦的主鏡152上粘接細長帶狀的兩個子反射鏡154。在距主鏡152的高度中心大致對稱的高度上分別水平地粘接兩個子反射鏡154。這些反射鏡能夠由全反射鏡或透過熱能量的冷反射鏡構(gòu)成。而且，不僅透過熱能量，還有透過紫外線的功能更好。利用反射鏡150有透過熱能量和紫外線的功能，能夠降低在液晶光閥250、252、254中通常設(shè)置的偏振板等產(chǎn)生的熱和紫外線造成的劣化。
圖9、圖10是表示階梯反射鏡150功能的說明圖。再有，圖10是包括圖9的A-A線的xy平面的剖面圖。圖9、圖10中，由實線和一點鎖線表示兩個中心光路。實線表示用子反射鏡154反射的光的中心光路，一點鎖線表示用主反射鏡152反射的光的中心光路。從這些圖可以明白，兩條光路表示穿過透鏡陣列120、130的并排在相同列方向位置(x方向位置)的小透鏡的分光束的中心光路，只是其行方向位置(y方向位置)不同。如圖9所示，實線表示的光路在用階梯反射鏡150反射后，相對于用一點鎖線表示的光路向x方向錯位。
這里，相對于用由一點鎖線表示的主反射鏡152反射的光的中心光路，用實線表示的電子反射鏡154反射的光的中心光路被階梯反射鏡150錯開，與在穿過并列在透鏡陣列120、130的相同列方向上的小透鏡的分光束內(nèi)，用子反射鏡154反射的光束和用主反射鏡152反射的光束被反射鏡150向x方向錯開的意義相同。其結(jié)果，由于入射在重疊透鏡160的x方向的相互不同位置，所以這些分光束照射在液晶光閥252上，使穿過的入射角度變得各自不同。
以不同的入射角穿過液晶光閥252上的分光束在液晶光閥252中接受調(diào)制后，穿過正交分光棱鏡260內(nèi)。如圖9所示，在由主反射鏡152反射的分光束的中心光路和由子反射鏡154反射的分光束的中心光路中，由于對正交分光棱鏡260的入射角度，即正交分光棱鏡260內(nèi)的穿過角度不同，分別穿過相對于正交分光棱鏡260的中心軸262的不同位置。如開頭的第一、第二原理所述，如果分光束的中心光路的正交分光棱鏡260內(nèi)的穿過角度不同，此外，如果相對于正交分光棱鏡260的中心軸262的分光束的中心光路的位置不同，那么暗線形成的位置也不同。因此，由穿過并列在相同列方向上的M個小透鏡的各個分光束所形成的暗線不會集中在一個地方，使暗線變得不明顯成為可能。
圖11是表示圖9中階梯反射鏡150和偏振光轉(zhuǎn)換光元件140部分的放大圖。偏振光轉(zhuǎn)換光元件140把具有入射的隨機偏振光分量的光束轉(zhuǎn)換成s偏振光光束并射出。經(jīng)偏振光分離膜144、λ/2相位差層146射出的s偏振光光束的中心光路和經(jīng)偏振光分離膜144、反射膜145射出的s偏振光光束的中心光路之間的距離L是偏振光分離膜144與反射面145距離W的2]]>倍。該距離L與距離W的關(guān)系與偏振光分離膜144與反射膜145相對于光入射面傾斜45度的情況相對應。此外，從圖可明白，該關(guān)系為用實線表示的s偏振光光束的中心光路與用一點鎖線表示的s偏振光光束的中心光路是共用的。
在本實施例中，以偏振光分離膜144與反射面145距離W的1/2設(shè)定子反射鏡154的厚度h。由于階梯反射鏡150相對于系統(tǒng)光軸傾斜45度，所以在用該階梯反射鏡150反射后，用實線和一點鎖線表示的中心光路的x方向的位置錯位，使四個中心光路分別在x方向上變?yōu)榘碙/2的距離等間隔地配置。
以相互不同的入射角穿過液晶光閥252上的分光束，在液晶光閥252中接受調(diào)制后，穿過正交分光棱鏡260內(nèi)。從圖9可明白，階梯反射鏡150中相互位置錯位的四個中心光路，正交分光棱鏡260的入射角不同，相對于正交分光棱鏡260的中心軸262分別穿過各自不同的位置。如開頭的第一、第二原理所述，如果分光束的中心光路的正交分光棱鏡260內(nèi)入射角度，即正交分光棱鏡260內(nèi)的穿過角度不同，此外，如果相對于正交分光棱鏡260的中心軸262的分光束的中心光路的位置不同，那么暗線形成的位置也不同。因此，由穿過并列在相同列方向上的M個小透鏡的分光束所分別形成的暗線不會集中在一個地方，使暗線變得不明顯成為可能。
再有，從圖9的說明可以明白，在配有集成光學系統(tǒng)的照射光學系統(tǒng)中即使僅采用階梯反射鏡150，就會使暗線變得不明顯，但如果這樣組合偏振光轉(zhuǎn)換光元件，會使暗線變得更不明顯。其原因是如果在配有集成光學系統(tǒng)的照射光學系統(tǒng)中采用階梯反射鏡150，由于能夠使穿過在透鏡陣列120、130相同列方向位置(x方向位置)并排的小透鏡的分光束的中心光路在兩個不同的x方向位置偏移，所以使暗線也分散在兩個地方。因此，如果還在其上配合偏振光轉(zhuǎn)換光元件，那么由于能夠使穿過在透鏡陣列120、130相同列方向(x方向位置)并排的小透鏡的分光束的中心光路在四個不同的x方向位置錯開，所以暗線也變成分散在四個地方。
再有，子反射鏡154的厚度h可這樣設(shè)定，在穿過相同列上存在的小透鏡的分光束內(nèi)，由階梯反射鏡150產(chǎn)生的z方向位置錯位的分光束的中心光路與未錯位的分光束的中心光路間的距離1，與經(jīng)偏振光分離膜144、λ/2相位差層146射出的s偏振光光束的中心光路和經(jīng)偏振光分離膜144、反射膜145射出的s偏振光光束的中心光路間的距離L為不同的值。具體地說，如圖11所示，如果以l=L/2來設(shè)定厚度h，那么投影在屏幕上的暗線的分散位置分離的最大，因此，能夠使最暗的暗線不明顯。
而且，以對應于來自光源110光束強度大的位置來決定圖8所示的兩個子反射鏡154高度方向上的位置和寬度，也就是說，從透鏡陣列120、130的高度中心穿過存在于僅離開凹面鏡114焦點距離f位置的小透鏡的分光束的光強度，大于穿過其它高度位置的小透鏡的分光束的光強度。因此，如果能夠按照使這些光強度較大的分光束錯開通過反射區(qū)域的光的光軸來設(shè)置階梯反射鏡150的子反射鏡154是有效的。子反射鏡154的寬度(高度方向的尺寸)比圖8所示例大也可以。投射屏上的暗線，如果其光量變?yōu)槠渌糠止饬康募s95％以下就容易明顯，而在約98～97％以上就不大明顯。因此，也可以調(diào)整子反射鏡154的寬度，使可投影正交分光棱鏡260的中心軸的暗線光量達到其它部分光量的約98％以上。
再有，在圖8所示的階梯反射鏡150中，有主反射鏡152和子反射鏡154的兩級結(jié)構(gòu)，但也能夠使用三級以上的多級階梯反射鏡。
B．第二實施例圖12是表示本發(fā)明第二實施例的投射式顯示裝置2000及其照射光學系統(tǒng)主要部分的圖，是與第一實施例的圖9相當?shù)膱D。第二實施例使用通常的平坦反射鏡156來代替第一實施例的階梯反射鏡150，此外，在偏振光轉(zhuǎn)換光元件140與反射鏡156之間設(shè)有平板狀的透光性板材158。其它結(jié)構(gòu)要素與第一實施例的投射式顯示裝置1000相同。再有，在第二透鏡陣列130與重疊透鏡160之間設(shè)置透光性板材158也可以。例如，設(shè)置在反射鏡156與重疊透鏡160之間就可以。
在圖8所示的與兩塊子反射鏡154對應的高度位置上設(shè)置兩塊透光性板材158。再有，透光性板材158的高度方向的大小與在第一實施例中說明的子反射鏡154(圖8)大致相等。但是，正交分光棱鏡260的中心軸262沿與圖1紙面垂直的方向伸長。因此，在沿與正交分光棱鏡260的中心軸262對應方向周圍旋轉(zhuǎn)位置上，把透光性板材158從透鏡陣列120、130面傾斜設(shè)置。作為透光性板材158，可使用玻璃板和板狀的光學玻璃。
眾所周知，平板狀的透光性板材158有把斜向入射的光線的光路大致平行移動的功能。由于在與兩塊子反射鏡154對應的位置分別設(shè)有兩塊透光性板材158，所以穿過該透光性板材158的光線的光路如圖12中一點鎖線所示平行移動。另一方面，用實線表示的光線由于未穿過透光性板材158，所以光路不變更。
這樣，第二實施例中的階梯反射鏡150和第一實施例中的透光性板材158，無論哪一個都具有作為使穿過透鏡陣列120、130相同列方向位置的多個分光束中的一部分的光路與其它分光束的光路錯開的光路變更裝置的功能。此外，如果這樣，那么重疊透鏡160具有作為光路角度變更裝置的功能，在穿過透鏡陣列120、130的相同列方向位置的多個分光束內(nèi)，使一部分分光束光路向正交分光棱鏡260入射的入射角度與其它分光束光路的入射角度不同。再有，這樣設(shè)定由光路變更裝置產(chǎn)生的光路變更寬度，至少使其是與用偏振光轉(zhuǎn)換光元件140分離的兩個直線偏振光分量之間的距離不同的值。在第二實施例的情況下，通過調(diào)整透光性板材158的折射率、傾斜角和厚度，就能夠調(diào)整光路的變更寬度。
再有，作為光路變更裝置，使用階梯反射鏡和透光性板材以外的裝置也可以，還能夠使多種類的光路變更裝置配合使用。
C 第三實施例圖13是表示將第一實施例的透鏡陣列120、130與第三實施例的投射式顯示裝置3000中使用的透鏡陣列124、134進行比較的正視圖。第三實施例使用這些透鏡陣列124、134，此外，使用通常的平坦反射鏡代替階梯反射鏡150。第三實施例的投射式顯示裝置3000除這些點和后面說明的偏振光轉(zhuǎn)換光元件的變更點以外，有與第一實施例的投射式顯示裝置1000相同的結(jié)構(gòu)。
如圖13(B)所示，第三實施例的透鏡陣列124、134是在10行小透鏡中使第四行和第七行的小透鏡與其它行左右錯位的透鏡陣列。也就是說，第四行的小透鏡從其它行中僅以錯位量d向右錯位，而第七行的小透鏡則相反地從其它行中僅以錯位量d向左錯位。
從透鏡陣列的高度方向的中心，第四行和第七行分別存在于僅離開凹面鏡114焦點距離f的位置。如上所述，穿過該高度位置的分光束比穿過其它高度位置的分光束的強度高。因此，利用這些行的小透鏡向左右錯位，能夠使穿過這些小透鏡的分光束變更穿過正交分光棱鏡260時的角度。用圖14說明該狀況。在圖14中，為了容易明白說明，省略了本實施例的投射式顯示裝置3000的結(jié)構(gòu)要素(后面說明的偏振光轉(zhuǎn)換光元件148等)的一部分。此外，圖14中，在第二透鏡陣列134中，僅圖示的第三行和第四行的部分。從該圖可明白，穿過這些小透鏡的分光束的穿過正交分光棱鏡260內(nèi)時的角度錯位，在不同位置形成暗線DLd、DLe。其結(jié)果，能夠分散投射屏300上的暗線形成，使其不明顯。再有，該結(jié)果是依據(jù)前面說明的第二原理。
按小透鏡寬度P的約1/3設(shè)定第四行和第七行的小透鏡的錯位量d較好。如果這樣，那么還把第四行的小透鏡和第七行的小透鏡配置在相互左右錯位的位置上，能夠進一步分散投射屏的暗線形成位置，使其不明顯。
圖15是表示把第一實施例中使用的偏振光轉(zhuǎn)換光元件140與第三實施例中使用的偏振光轉(zhuǎn)換光元件進行比較的圖。圖15(A)是第一實施例中第二透鏡陣列130和偏振光轉(zhuǎn)換光元件140的平面圖，圖15(B)是第一實施例的偏振光轉(zhuǎn)換光元件140的正視圖。從中可明白，偏振光轉(zhuǎn)換光元件140的偏振光分光鏡陣列141和選擇相位差板142，其結(jié)構(gòu)要素(透光性板材和λ/2相位差板)被配置在從正面觀察向垂直方向延伸的方向上。
在使用圖13(B)所示的透鏡陣列124、134的情況下，使用圖4(C)或圖15(D)所示的偏振光轉(zhuǎn)換光元件。圖15(C)所示的偏振光轉(zhuǎn)換元件148，在與透鏡陣列124、134的錯位行對應的位置，具有使與其錯位量d剛好相同的偏振光分光鏡陣列和選擇相位差板錯位的結(jié)構(gòu)。另一方面，圖4(D)所示的偏振光轉(zhuǎn)換光元件149，在從正面觀察向水平方向延伸的方向構(gòu)成偏振光分光鏡陣列和選擇相位差板。如圖4(D)所示，如果在向水平方向延伸的方向配置，那么有即使改變透鏡陣列的行錯位量d也能夠使用相同的偏振光轉(zhuǎn)換光元件的優(yōu)點。但是，為此，必須把圖4(D)的偏振光轉(zhuǎn)換光元件的橫向?qū)挾仍O(shè)定得充分大。
D 第四實施例圖16是表示將第一實施例的透鏡陣列120、130與第四實施例中使用的透鏡陣列126、136進行比較的正視圖。除使用這些透鏡陣列126、136和使用與這些陣列對應的偏振光轉(zhuǎn)換光元件以外，第四實施例有與第三實施例相同的結(jié)構(gòu)。再有，作為偏振光轉(zhuǎn)換光元件，由于能夠使用與圖15所示的第三實施例同樣的元件，所以省略其說明。
如圖16(B)所示，第四實施例的透鏡陣列126、136使小透鏡的各行順序每次錯開一點地錯位。也就是說，把第1、4、7、10行配置在相同的位置上，同樣地，把第2、5、8行和第3、6、9行也分別配置在相同的位置上。如果以第一行為基準，那么第2、5、8行就處于從第1行向右錯位量剛好為d的錯位的位置。此外，第3、6、9行與此相反，處于從第1行向左錯位量剛好為d的錯位的位置。
以小透鏡寬度P的約1/3設(shè)定錯位量d較好。如果這樣，10行內(nèi)的2/5行僅在相互垂直方向(即列方向)上重疊。如上所述，在列方向的相同位置上并排的多個小透鏡在投射屏上相同的位置上投影正交分光棱鏡260的中心軸，并形成暗線。因此，在相同的列方向位置上重疊的透鏡陣列的行數(shù)，通過使透鏡陣列的行左右錯位，變?yōu)槠淇倲?shù)的約2/5以下，能夠使投射屏300上的暗線不明顯。
再有，以小透鏡寬度P的約1/4設(shè)定錯位量d的值也可以。一般來說，只要小透鏡的寬度P的約1/3～約1/5范圍的錯位量d就可以使各行相互左右錯開。
象以上的第三和第四實施例，通過在兩塊透鏡陣列和偏振光轉(zhuǎn)換光元件上實施各種方法，能夠使正交分光棱鏡260的中心軸投影在投射屏300上所形成的暗線不明顯。
再有，使暗線不明顯的本發(fā)明并不限于上述實施例和實施形態(tài)，在不脫離其主要精神的范圍內(nèi)，能夠進行各種形態(tài)的變換。
也就是說，投射式顯示裝置配有照射光學系統(tǒng)，射出照射光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號，分別調(diào)制三色光；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，有與所述分光膜相互交叉位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投影屏上；配有分離重疊光學系統(tǒng)，產(chǎn)生至少沿與色光合成裝置的中心軸對應的預定方向分離的至少一列的多個分光束，同時在光調(diào)制裝置上大致重疊多個分光束。而且，這樣構(gòu)成該分離重疊光學系統(tǒng)，利用一列多個分光束內(nèi)的一部分分光束，使色光合成裝置的中心軸在投射面上被投射的位置，從利用其它分光束投射的位置，向與色光合成裝置的中心軸對應方向的不同方向偏移。如果這樣，一列多個分光束內(nèi)的一部分分光束，由于把色光合成裝置的中心軸投影在投射面上的不同位置并形成暗線，所以能夠使被投射的圖象上形成的暗線不明顯。
此外，在上述各實施例中，雖然使用偏振光轉(zhuǎn)換光元件轉(zhuǎn)換成一個直線偏振光分量，但也可以省略偏振光轉(zhuǎn)換光元件。這種情況下，在上述各實施例中，也同樣可達到使投射屏上形成的暗線不明顯的效果。
此外，在上述各實施例中，以在透射型投射式顯示裝置中采用本發(fā)明的情況為例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明也可以用于反射型的投射式顯示裝置。其中，所謂‘透射型’是指液晶光閥等的光調(diào)制裝置透射光的類型，所謂‘反射型’是指光調(diào)制裝置透射光的類型。在反射型投射式顯示裝置中，正交分光棱鏡被作為把白色光分離成紅、綠、藍三色光的色光分離裝置使用，同時，也作為把已調(diào)制的三色光再次合成并射向同一方向的色光合成裝置使用。在反射型投射式顯示裝置中采用本發(fā)明的情況下，也能夠獲得與透射型投射式顯示裝置大致相同的效果。
本發(fā)明的照射光學系統(tǒng)能夠適用于各種投射式顯示裝置。此外，本發(fā)明的投射式顯示裝置也可用于把例如從計算機輸出的圖象和從錄象機輸出的圖象投射到屏幕上，進行顯示。
權(quán)利要求
1．一種投射式顯示裝置，包括照射光學系統(tǒng)，射出照射光；色光分離裝置，把所述照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號對所述三色光分別進行調(diào)制；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，并向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；所述照射光學系統(tǒng)，配有分離重疊光學系統(tǒng)，在與所述色光合成裝置的所述中心軸大致平行的列方向，和在與所述色光合成裝置的所述中心軸大致垂直的行方向，產(chǎn)生分離的多個分光束，同時重疊所述多個分光束，其特征在于，這樣構(gòu)成所述分離重疊光學系統(tǒng)，使利用在相同列方向上存在的所述多個分光束內(nèi)的一部分分光束把所述中心軸投射在所述投射面上的位置，從利用其它分光束投射的位置向與所述中心軸相對應的方向不同的方向偏移。
2．如權(quán)利要求1所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述分離重疊光學系統(tǒng)包括光束分割裝置，產(chǎn)生所述多個分光束；和入射角度變更裝置，在相同列方向存在的所述分光束內(nèi)，把一部分分光束按與其它部分分光束不同的入射角度向所述色光合成裝置入射。
3．如權(quán)利要求2所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述光束分隔裝置配有在所述列方向和所述行方向上排列多個小透鏡的至少一個透鏡陣列；所述入射角度變更裝置配有在反射面上有臺階的階梯反射鏡。
4．如權(quán)利要求2所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述光束分隔裝置配有在所述列方向和所述行方向上排列多個小透鏡的至少一個透鏡陣列；所述入射角度變更裝置配有面對所述透鏡陣列傾斜配置的透光性板材。
5．一種投射式顯示裝置，包括照射光學系統(tǒng)，射出照射光；色光分離裝置，把上述照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號對所述三色光分別進行調(diào)制；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，并向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；其特征在于，所述照射光學系統(tǒng)，配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；和光路變更裝置，在穿過沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的預定方向排列的所述多個小透鏡的多個分光束內(nèi)，使一部分分光束的光路與其它分光束的光路錯開。
6．如權(quán)利要求5所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述光路變更裝置配有沿所述預定方向，使通過位于距所述光源的光軸僅一定距離的位置的分光束的光路與通過其它位置的分光束的光路錯開的裝置。
7．如權(quán)利要求6所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述光源配有光源燈和反射從所述光源燈射出的光的凹面鏡，所述一定的距離與所述凹面鏡的焦點距離大致相等。
8．如權(quán)利要求5所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述光路變更裝置配有在反射面上有階梯的階梯反射鏡。
9．如權(quán)利要求8所述的投射式顯示裝置，其特征在于，沿與所述預定方向垂直的方向設(shè)置所述階梯反射鏡的階梯部分。
10．如權(quán)利要求8所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述階梯反射鏡有相互高度不同的第一反射面和第二反射面，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的所述預定方向，在距所述光源的光軸僅一定距離的各自分離的兩個位置上分別設(shè)有所述第二反射面。
11．如權(quán)利要求5所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述光路變更裝置配有從所述第二透鏡陣列面傾斜配置的透光性板材。
12．如權(quán)利要求5～11中任一項所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述照射光學系統(tǒng)，還配有偏振光轉(zhuǎn)換光元件，設(shè)置在所述第二透鏡陣列與所述光路變更裝置間的任何位置上；所述偏振光轉(zhuǎn)換元件配有偏振光分光鏡陣列，有多組相互平行的偏振光分離膜和反射膜，把穿過所述第二透鏡陣列的多個小透鏡的多條分光束分別分離成兩種直線偏振光分量；和偏振光轉(zhuǎn)換裝置，使由所述偏振光分光鏡陣列分離的所述兩種直線偏振光分量的偏振光方向一致；利用所述光路變更裝置，穿過沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的預定方向排列的所述多個小透鏡、并使由所述偏振光分光鏡陣列分離的所述兩種直線偏振光分量的光路的一部分與其它光路錯開。
13．如權(quán)利要求12所述的投射式顯示裝置，其特征在于，利用所述光路變更裝置使所述兩種直線偏振光分量的光路的一部分與其它光路錯開的量，是所述兩種直線偏振光分量的鄰接光路間的距離的約1/2。
14．如權(quán)利要求5～13中任一項所述的投射式顯示裝置，其特征在于，還配有重疊光學系統(tǒng)，重疊順序穿過所述第一和第二透鏡陣列的多個分光束，照射所述三組光調(diào)制裝置；在所述第二透鏡陣列和所述重疊光學系統(tǒng)之間設(shè)置所述光路變更裝置。
15．一種投射式顯示裝置，包括照射光學系統(tǒng)，射出照射光；色光分離裝置，把照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號對所述三色光分別進行調(diào)制；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；所述照射光學系統(tǒng)，配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列分別這樣配置，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的方向垂直的行方向，分割成各自有多個小透鏡的多個行，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的方向，使距所述光源的光軸僅一定距離的位置上存在的行配置于與其它行僅一定錯位量的位置。
16．如權(quán)利要求15所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述光源配有光源燈和反射從所述光源燈射出的光的凹面鏡，所述一定的距離與所述凹面鏡的焦點距離大致相等。
17．一種投射式顯示裝置，包括照射光學系統(tǒng)，射出照射光；色光分離裝置，把照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號對所述三色光分別進行調(diào)制；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；所述照射光學系統(tǒng)，配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列分別這樣配置，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應方向垂直的行方向，分隔成各自有多個小透鏡的多個行，所述多個行的至少一部分行配置在與其它行錯位的位置上，在從與行方向垂直的方向觀察時，把所述小透鏡的相互同等位置上排列的行數(shù)設(shè)定為所述總行數(shù)的2/5以下。
18．如權(quán)利要求17所述的投射式顯示裝置，其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列的所述多個行僅有一定錯位量地順序地相互錯位地配置。
19．一種照射光學系統(tǒng)，用于投射式顯示裝置中，照射所述照射光，配有色光分離裝置，把照射光分離成三色光；三組光調(diào)制裝置，根據(jù)提供的圖象信號對所述三色光分別進行調(diào)制；色光合成裝置，配有按X字狀配置的兩種分光膜，具有與所述分光膜相互交叉位置相當?shù)闹行妮S，合成由所述三組光調(diào)制裝置調(diào)制的三色光，向同一方向射出；和投射裝置，把由所述色光合成裝置合成的光投射在投射面上；配有分離重疊光學系統(tǒng)，在與所述色光合成裝置的所述中心軸大致平行的列方向，和在與所述色光合成裝置的所述中心軸大致垂直的行方向，產(chǎn)生分離的多個分光束，同時重疊所述多個分光束，其特征在于，這樣構(gòu)成所述分離重疊光學系統(tǒng)，使利用相同列方向上存在的所述多個分光束內(nèi)的一部分分光束把所述中心軸投射在所述投射面上的位置，從利用其它分光束投射的位置向與所述中心軸相對應方向的不同方向偏移。
20．如權(quán)利要求19所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述分離重疊光學系統(tǒng)配有光束分隔裝置，產(chǎn)生所述多個分光束；和入射角度變更裝置，在相同列方向存在的所述分光束內(nèi)，把一部分分光束按與其它部分分光束不同的入射角度向所述色光合成裝置入射。
21．如權(quán)利要求20所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光束分隔裝置配有在所述列方向和所述行方向上排列的多個小透鏡的至少一個透鏡陣列；所述入射角度變更裝置配有在反射面上有階梯的階梯反射鏡。
22．如權(quán)利要求20所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光束分隔裝置配有在所述列方向和所述行方向上排列的多個小透鏡的至少一個透鏡陣列；所述入射角度變更裝置配有面對所述透鏡陣列傾斜配置的透光性板材。
23．一種照射光學系統(tǒng)，射出照射光，其特征在于，包括第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；和光路變更裝置，在穿過沿預定方向排列的所述多個小透鏡的多個分光束內(nèi)，使一部分分光束的光路與其它分光束的光路錯開。
24．如權(quán)利要求23所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光路變更裝置配有沿所述預定方向，使穿過距所述光源的光軸僅一定距離的位置的分光束的光路與穿過其它位置的分光束的光路錯開的裝置。
25．如權(quán)利要求24所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光源配有光源燈和反射從所述光源燈射出的光的凹面鏡；所述一定的距離與所述凹面鏡的焦點距離大致相等。
26．如權(quán)利要求23所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光路變更裝置配有在反射面上有階梯的階梯反射鏡。
27．如權(quán)利要求26所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，沿與所述預定方向垂直的方向設(shè)置所述階梯反射鏡的階梯部分。
28．如權(quán)利要求26所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述階梯反射鏡有相互高度不同的第一反射面和第二反射面，沿與所述色光合成裝置的所述中心軸對應的所述預定方向，在距所述光源的光軸僅一定距離的兩個位置上分別設(shè)有所述第二反射面。
29．如權(quán)利要求23所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光路變更裝置配有與所述第二透鏡陣列面傾斜配置的透光性板材。
30．如權(quán)利要求23～29中任一項所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，還配有偏振光轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在所述第二透鏡陣列與所述光路變更裝置間的任何位置上；所述偏振光轉(zhuǎn)換光元件配有偏振光分光鏡陣列，有多組相互平行的偏振光分離膜和反射膜，把穿過所述第二透鏡陣列的多個小透鏡的多個分光束分別分離成兩種直線偏振光分量；和偏振光轉(zhuǎn)換裝置，使由所述偏振光分光鏡陣列分離的所述兩種直線偏振光分量的偏振光方向一致；利用所述光路變更裝置，穿過沿所述預定方向排列的所述多個小透鏡、使由所述偏振光分光鏡陣列分離的所述兩種直線偏振光分量的光路的一部分與其它光路錯開。
31．如權(quán)利要求30所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，利用所述光路變更裝置，使所述兩種直線偏振光分量的光路的一部分與其它光路錯開的量，約是所述兩種直線偏振光分量的鄰接光路間的距離的1/2。
32．如權(quán)利要求23-31中任一項所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，還配有重疊光學系統(tǒng)，重疊順序穿過所述第一和第二透鏡陣列的多個分光束，照射所述三組光調(diào)制裝置；在所述第二透鏡陣列和所述重疊光學系統(tǒng)之間設(shè)置所述光路變更裝置。
33．一種照射光學系統(tǒng)，射出照射光，配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列分別這樣配置，沿與所述予定方向垂直的行方向，分隔成各自有多個的小透鏡的多個行，沿所述予定方向，使距所述光源的光軸僅一定距離的位置上存在的行處于與其它行僅一定錯位量的位置。
34．如權(quán)利要求33所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光源配有光源燈和反射從所述光源燈射出的光的凹面鏡；所述一定的距離與所述凹面鏡的焦點距離大致相等。
35．一種照射光學系統(tǒng)，射出照射光，配有第一透鏡陣列，有把從光源射出的光束分隔成多個分光束的多個小透鏡；第二透鏡陣列，有與所述第一透鏡陣列的所述多個小透鏡分別對應的多個小透鏡；其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列分別這樣配置，沿與予定方向垂直的行方向，分隔成各自有多個小透鏡的多個行，所述多個行的至少一部分行配置在與其它行錯位的位置上，在從與行方向垂直的方向觀察時，把所述小透鏡在相互同等位置上排列的行數(shù)設(shè)定為所述總行數(shù)的2/5以下。
36．如權(quán)利要求35所述的照射光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二透鏡陣列的所述多個行有僅一定錯位量順序地相互錯位的配置。
全文摘要
使由正交分光棱鏡中心軸產(chǎn)生的暗線變得不明顯。在第二透鏡陣列130和聚光透鏡160之間設(shè)置階梯反射鏡150。在穿過透鏡陣列120、130的相同列方向位置并排的多個小透鏡的多個分光束中,階梯反射鏡150具有使一部分分光束的光路與其它分光束的光路錯開的功能。也可以設(shè)置平板狀的透光性板材代替階梯反射鏡150,使光路錯開。此外,通過使透鏡陣列120、130的一部分行錯開,也能夠錯開分光束。
文檔編號H04N5/74GK1212060SQ97192404
公開日1999年3月24日 申請日期1997年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月30日
發(fā)明者橋爪俊明, 伊藤嘉高 申請人:精工愛普生株式會社