專利名稱：投影機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能顯示寬范圍的色域的投影機，更詳細地說，涉及從光源光生成4種色光并使用這4種色光形成投影圖像的投影機。
背景技術(shù)：
作為投影機中的彩色圖像的生成方法，一般是使用紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)這3原色的色光的方法，但如在圖7中作為「以往」所示那樣，在該方法中不能充分地覆蓋人眼能感覺的色域。為了進行實物的忠實且自然的色的再現(xiàn)，色域的擴大是必要的、不可缺少的，除了現(xiàn)有的紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)外，如果能調(diào)制510納米附近的色光，則可大幅度地使能表現(xiàn)的色域擴大。根據(jù)這樣的背景，研究了使用在3原色上加上了其它的色光的4種以上的色光生成彩色圖像的投影機(例如，參照非專利文獻1)。
專利文獻1特開平8-304739號公報(圖8)非專利文獻1山口，「多原色顯示器」，彩色論壇JAPAN’99論文集，光學(xué)4分會，1999年11月，p.73-79作為使用了上述那樣的多種色光的投影機，例如，如非專利文獻1中所介紹的那樣，研究考慮了幾種形態(tài)的投影機。以下，關(guān)于使用了4種色光的情況，介紹代表性的形態(tài)例。
(1)面分割型投影儀在該投影機中，例如與將平行地配置的分色鏡用作色光合成系統(tǒng)的3片式投影機同樣地平行地配置3對分色鏡來構(gòu)成色光分離和色光合成系統(tǒng)，在這些光學(xué)系統(tǒng)間配置了4個電光裝置。由于使用對于每種色光獨立的電光裝置來形成投影圖像，故如果與后述的并列配置像素排列型和時間分割型投影機比較，雖然其光利用效率高、容易實現(xiàn)投影圖像的高亮度化，但必須有多個電光裝置，此外，為了用3片分色鏡合成4種色光，不得不加長電光裝置與投影透鏡之間的距離，這樣就難以實現(xiàn)投影機裝置的低成本化和小型化。
(2)并列配置像素排列型投影儀在該投影機中，與電光裝置的像素排列對應(yīng)地在同一平面上配置在每個像素中不同的4色的濾色器，形成彩色的投影圖像。在結(jié)構(gòu)方面是極為簡單的，由于能用1個電光裝置形成彩色的投影圖像，故容易謀求投影機裝置的小型化和低成本化，但由于用濾色器來形成色光，故光利用效率非常低，要實現(xiàn)投影圖像的高亮度化是極為困難的。此外，由于并列配置和排列與色光對應(yīng)的像素，故不適合應(yīng)用于投影圖像的高精細化。
(3)時間分割型投影儀在該投影機中，例如與具備旋轉(zhuǎn)濾色器的單片式投影機同樣，使以扇狀排列4色的濾色器而構(gòu)成的圓盤狀的濾色器旋轉(zhuǎn)，以時間分割的方式生成各色光的投影圖像，通過在時間上連續(xù)地顯示這些圖像，使入眼作為彩色圖像來識別。由于能用1個電光裝置形成彩色的投影圖像，此外，能容易地生成多色的投影圖像，故容易謀求投影機裝置的小型化和低成本化，但由于每種色光的顯示時間變短，故光利用效率非常低，要實現(xiàn)投影圖像的高亮度化是極為困難的。此外，由于對形成圖像的電光裝置要求高速響應(yīng)性，故也存在能使用的電光裝置的種類受到限制的缺點。
(4)空間像素排列型投影儀在該投影機中，使用對于4個像素以陣列狀具備1個微透鏡的電光裝置，利用以扇狀配置的4片分色鏡或全息元件等的色光分離系統(tǒng)生成從光源光射出方向不同的多條色光，使不同的色光入射到每個像素上來形成彩色的投影圖像。由于以不使用濾色器的方式生成色光，故與時間分割型投影儀或并列配置像素排列型投影儀相比光利用效率比較高，比較容易實現(xiàn)投影圖像的高亮度化。此外，能用1個電光裝置形成彩色的投影圖像，故容易謀求投影機裝置的小型化，但與并列配置像素排列型投影儀同樣，由于并列配置排列與色光對應(yīng)的像素，故不適合應(yīng)用于投影圖像的高精細化。再者，被色光分離系統(tǒng)進行了分離的色光因在微透鏡中的聚光(最大聚光角α0)和色光分離系統(tǒng)中的方向分離(分離角β0)的緣故成為具有寬的角度分布的發(fā)散光(最大發(fā)散角度α0+β0)并從電光裝置射出。為了使投影透鏡與具有寬的角度分布的發(fā)散光相對應(yīng)，必須使用透鏡的F值小且能包含各色光的發(fā)散時的光束直徑的大口徑的投影透鏡，但這樣的透鏡的價格非常高，而且不可避免地成為大型化的裝置。
如上所述，雖然使用多種色光的投影機在原理上可充分地實現(xiàn)，但要同時實現(xiàn)投影圖像的高亮度化、投影圖像的高精細化、投影機裝置的小型化、投影機裝置的低成本化等是困難的，迄今為止尚未實現(xiàn)實用性高的投影機。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于通過使用4種色光形成投影圖像來提供與現(xiàn)有的投影機相比擴大了能顯示的色域、不需要大口徑且高價的投影透鏡、光利用效率良好的小型的投影機。
為了達到上述目的，本發(fā)明的投影機具備發(fā)射包含可視光的光的光源；將從該光源射出的光束分離為4種色光的色分離光學(xué)系統(tǒng)；具備調(diào)制由該色分離光學(xué)系統(tǒng)進行了分離的4種色光中的某2種色光的第1二色調(diào)制電光裝置和調(diào)制其它2種色光的第2二色調(diào)制電光裝置的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；以及合成由上述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制的4種色光的色合成光學(xué)系統(tǒng)；其特征在于第1和第2二色調(diào)制電光裝置具備一對基板；在該一對基板間被夾持的電光材料；在一對基板中在色分離光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)的基板上設(shè)置的微透鏡陣列；以及在另一個基板上形成的多個子像素電極，與微透鏡陣列的各個微透鏡對應(yīng)地配置了多個子像素。
在此，作為色分離光學(xué)系統(tǒng)，可采用具備將從光源射出的光束分離為2種色光的第1色分離光學(xué)元件、將由該第1色分離光學(xué)元件分離的色光內(nèi)的某一方的色光再分離為2種色光的第2色分離光學(xué)元件以及將由該第1色分離光學(xué)元件分離的另一方的色光再分離為2種色光的第3色分離光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)。而且，作為第1至第3色分離光學(xué)元件和色合成光學(xué)系統(tǒng)，可使用分色鏡或分色棱鏡。此外，作為二色調(diào)制電光裝置，可使用采用液晶的液晶面板。
按照這樣的本發(fā)明，由于光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)具備2個能獨立地調(diào)制2種色光的二色調(diào)制電光裝置，可獨立地調(diào)制4種色光，于是，可使用4種色光形成色表現(xiàn)區(qū)域?qū)挼耐队皥D像。此外，由于以1個二色調(diào)制電光裝置調(diào)制2種色光，獨立地調(diào)制4種色光也同樣，所需要的電光調(diào)制裝置的數(shù)目是2個就可以，故容易實現(xiàn)投影機裝置的小型化、輕量化、低成本化。本發(fā)明的二色調(diào)制電光裝置具有為了獨立地調(diào)制2種色光而以矩陣狀具備鄰接的2種子像素，和以陣列狀在入射側(cè)具備聚光并使光入射到該2種子像素上用的微透鏡的結(jié)構(gòu)，是被稱為所謂的空間像素排列型的電光裝置。由于使被色分離光學(xué)元件預(yù)先分離(方向分離)了行進方向的2種色光入射到該二色調(diào)制電光裝置上并在每個子像素中獨立地進行調(diào)制，故在色生成時沒有必要使用濾色器等，可實現(xiàn)高的光利用效率。因而，可兼顧投影圖像的高亮度化和色表現(xiàn)區(qū)域的擴大。
此外，在本發(fā)明的投影機中可具備在光源與光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)之間具備將從光源射出的非偏振的光變換為偏振方向達到了一致的光用的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)。此時，希望從偏振變換光學(xué)系統(tǒng)射出的、偏振方向達到了一致的光是S偏振光。
作為本發(fā)明的投影機的二色調(diào)制電光裝置，設(shè)想了在圖像顯示時需要偏振光的液晶面板。因而，通過采用上述那樣的結(jié)構(gòu)，由于可大幅度地提高來自光源的光的利用效率，故可實現(xiàn)投影圖像的進一步的高亮度化。此外，通過將從偏振變換光學(xué)系統(tǒng)射出的光定為S偏振光，由于可提高色分離光學(xué)系統(tǒng)的色光分離面(分色面)或色合成光學(xué)系統(tǒng)的色光合成面(分色面)上的反射率，故可提高光利用效率以實現(xiàn)投影圖像的進一步的高亮度化。
根據(jù)同樣的觀點，希望將由第1色分離光學(xué)元件反射而被分離的色光設(shè)定為包含從光源射出的色光內(nèi)光強度最小的色光。由于可提高色分離光學(xué)系統(tǒng)或色合成光學(xué)系統(tǒng)中的反射面上的反射率，故在與其它的色光之間容易取得強度的平衡，實現(xiàn)了可擴大色表現(xiàn)區(qū)域而不使光利用效率下降，從而可實現(xiàn)在色平衡方面良好的明亮的投影圖像。在使用了高壓水銀燈或金屬鹵化物燈作為光源燈的情況下，由于紅色光顯得不足，故希望設(shè)定成在被第1色分離光學(xué)元件反射并分離的色光中包含紅色光。在使用了另外的金屬鹵化物燈或鹵素?zé)艏半瘹鉄糇鳛楣庠礋舻那闆r下，由于藍色光顯得不足，故希望設(shè)定成在被第1色分離光學(xué)元件反射并分離的色光中包含藍色光。
在本發(fā)明的投影機具備偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的情況下，希望在偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的射出側(cè)配置使特定的波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)大致90度的偏振旋轉(zhuǎn)元件，將透過第1色分離光學(xué)元件的色光設(shè)定為P偏振光，將由第1色分離光學(xué)元件反射的其它色光設(shè)定為S偏振光。此外，希望在第2色分離光學(xué)元件的入射側(cè)和/或第3色分離光學(xué)元件的入射側(cè)配置使特定的波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)大致90度的偏振旋轉(zhuǎn)元件，將透過第2色分離光學(xué)元件和/或第3色分離光學(xué)元件的色光設(shè)定為P偏振光，將由上述第2色分離光學(xué)元件和/或第3色分離光學(xué)元件反射的其它色光設(shè)定為S偏振光。
在色分離光學(xué)元件的色光分離面(分色面)上，一般來說，在P偏振光的情況下容易提高透射率，在入射的光為S偏振光的情況下，容易提高反射率。因而，通過采用上述那樣的結(jié)構(gòu)，由于透過各色分離光學(xué)元件的色光有選擇地成為P偏振光(被各色分離光學(xué)元件反射的色光按原樣為S偏振光不變)，可提高色分離光學(xué)元件中的色光的分離精度和效率，可兼顧色表現(xiàn)區(qū)域的擴大和亮度的提高。
作為本發(fā)明的投影機的二色調(diào)制電光裝置，設(shè)想了在圖像顯示時需要偏振光的液晶面板。因而，希望在調(diào)制由色合成光學(xué)系統(tǒng)利用反射合成的色光的二色調(diào)制電光裝置的入射側(cè)或射出側(cè)的至少一方的一側(cè)配置了使特定的波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)大致90度的偏振旋轉(zhuǎn)元件，將由色合成光學(xué)系統(tǒng)利用反射合成的色光設(shè)定為S偏振光。
由于從二色調(diào)制電光裝置(液晶面板)射出的光是偏振光，故如果考慮色合成光學(xué)系統(tǒng)的色光合成面(分色面)上的光合成效率(透射率和反射率)，則如果將利用反射合成的色光定為S偏振光，將利用透射合成的色光定為P偏振光，則由于能以高的效率進行色光的合成，故可實現(xiàn)投影圖像的高圖像質(zhì)量化和高亮度化。偏振旋轉(zhuǎn)元件的配置場所可以是2個二色調(diào)制電光裝置中的任一個中，可以是1個二色調(diào)制電光裝置的入射側(cè)，也可以是射出側(cè)。由于配置場所與色合成光學(xué)系統(tǒng)的色光合成面(分色面)的配置形態(tài)有關(guān)，故總而言之將偏振旋轉(zhuǎn)元件配置成讓被色合成光學(xué)系統(tǒng)的色光合成面(分色面)利用反射合成的色光成為S偏振光即可。但是，在投影機不具備偏振變換光學(xué)系統(tǒng)且在二色調(diào)制電光裝置的入射側(cè)配置偏振旋轉(zhuǎn)元件的情況下，必須將該偏振旋轉(zhuǎn)元件配置在入射側(cè)偏振片的射出側(cè)。
在本發(fā)明的投影機中，可采用在第1和第2二色調(diào)制電光裝置的各自的入射側(cè)配置平行化透鏡的結(jié)構(gòu)。此外，也可在第2和第3色分離光學(xué)元件的入射側(cè)配置平行化透鏡。在前者的情況下，由于可利用平行化透鏡的配置使入射到二色調(diào)制電光裝置上的光束的角度分布變窄，故在投影圖像的高圖像質(zhì)量化和高亮度化方面是有效的，在后者的情況下，由于可使入射到第2和第3色分離光學(xué)元件上的光束的角度分布變窄，故在第2和第3色分離光學(xué)元件中可進行精度高的色分離，在投影圖像的色不勻的抑制、高圖像質(zhì)量化、高亮度化方面是有效的。
此外，在本發(fā)明的投影機具備偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的情況下，可采用具備在光源與第1色分離光學(xué)元件之間配置的光束分割元件、在該第1色分離光學(xué)元件與第2色分離光學(xué)元件之間配置的聚光光學(xué)元件、偏振分離元件、偏振變換元件和重疊元件以及在該第1色分離光學(xué)元件與第3色分離光學(xué)元件之間配置的聚光光學(xué)元件、偏振分離元件、偏振變換元件和重疊元件的結(jié)構(gòu)的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)。如果作成具備這樣的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的投影機，則可使投影機裝置實現(xiàn)小型化，同時由于入射到各自的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)上的色光的波長區(qū)域被限定，故特別是可有效地提高在從光源射出的色光內(nèi)光強度最小的色光的偏振變換效率，可兼顧色表現(xiàn)區(qū)域的擴大和亮度的提高。
再者，在本發(fā)明的投影機中，希望第1和第2二色調(diào)制電光裝置中的某一方調(diào)制藍色光和短波長一側(cè)的綠色光，另一方調(diào)制長波長一側(cè)的綠色光和紅色光。在此，可將短波長一側(cè)的綠色光與長波長一側(cè)的綠色光的邊界波長一般地設(shè)定為515nm至540nm。再者，希望以下述方式設(shè)定了入射到各子像素上的色光的位置，使得在一方的二色調(diào)制電光裝置中調(diào)制短波長一側(cè)的綠色光的子像素與在另一方的二色調(diào)制電光裝置中調(diào)制長波長一側(cè)的綠色光的子像素在色光合成時不重疊。
如果考慮對于人眼能感知的色域來說，用采用了3原色光的現(xiàn)在的顯示元件能表現(xiàn)的色域特別是在490nm至570nm附近的波長區(qū)域中很窄的情況和人眼對于綠色光的視覺靈敏度高的情況，通過將綠色光分離為2個波長區(qū)域并獨立地調(diào)制該2個波長區(qū)域，可實現(xiàn)接近于人眼能感知的色域的較寬的色表現(xiàn)區(qū)域(色域)和視聽時的高的解像度感。再者，在金屬鹵化物燈中在490nm至560nm附近具有強的2條亮線光譜線，在使用這樣的燈作為光源使用的情況下，通過在2條亮線光譜線之間設(shè)定短波長一側(cè)的綠色光與長波長一側(cè)的綠色光的邊界波長，由于可獨立地調(diào)制帶有藍色的綠色光和帶有黃色的綠色光，可進一步有效地擴大能表現(xiàn)的色域。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施例的投影機1的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是表示第1實施例中的分色鏡的分光特性的圖。
圖3是表示第1實施例中的光源燈11的發(fā)光光譜線分布的圖。
圖4是表示第1實施例中的二色調(diào)制液晶面板31的概略結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5是表示第1實施例中的二色調(diào)制液晶面板31、32的像素排列和2個二色調(diào)制液晶面板31、32間的像素的對應(yīng)關(guān)系的說明圖。
圖6是表示第1實施例中的分色棱鏡51的分光特性的概略圖。
圖7是表示第1實施例中的投影機1的色表現(xiàn)區(qū)域的色度圖。
圖8是表示本發(fā)明的第2實施例的投影機2的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖9是表示本發(fā)明的第2實施例的另一投影機3的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式
以下根據(jù)

本發(fā)明的一實施例。
1.第1實施例在圖1中示出本發(fā)明的第1實施例的投影機的概略結(jié)構(gòu)。該投影機1大體具備下述部分而構(gòu)成射出包含可見光的光的光源10；將來自光源的光分離為波長區(qū)域不同的4種色光的色分離光學(xué)系統(tǒng)20；根據(jù)來自外部的圖像信息進行光調(diào)制以對每種色光形成光學(xué)像的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30；合成所形成的光學(xué)像以形成一個彩色圖像的色合成光學(xué)系統(tǒng)50；以及在投射面(圖中未表示)上投射并顯示所形成的彩色圖像的投影光學(xué)系統(tǒng)60。
再有，雖然在圖1中省略了圖示，但在光源10與光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30之間可配置使入射到光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30上的照明光束的強度分布變得均勻用的均勻照明光學(xué)系統(tǒng)，將來自光源的光變換為偏振方向達到了一致的偏振光束用的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)等。均勻照明光學(xué)系統(tǒng)是將從光源10射出的光束分割為多個部分光束并以均勻的亮度照明后述的二色調(diào)制液晶面板31、32的圖像形成區(qū)域的光學(xué)系統(tǒng)，可包含透鏡陣列或棒狀透鏡等來構(gòu)成。偏振變換光學(xué)系統(tǒng)是將從光源10射出的非偏振的光束分離為偏振方向正交的2種偏振光束并使一方的偏振光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)后與另一方的偏振光束的偏振方向達到一致并射出的光學(xué)系統(tǒng)，可包含偏振分離膜、反射膜和相位差片等來構(gòu)成。
光源10具備以放射狀射出光線的光源燈11和使從光源燈11發(fā)射的光線朝向一個方向射出的反射鏡12。再有，作為光源燈11，可使用高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、鹵素?zé)?、氙氣燈等，此外，作為反射鏡12，可使用拋物面反射鏡、橢圓面反射鏡、球面反射鏡等。
色分離光學(xué)系統(tǒng)20具備作為第1色分離光學(xué)元件的分色鏡21；作為第2色分離光學(xué)元件的分色鏡22G1；反射鏡22B；作為第3色分離光學(xué)元件的分色鏡23R；以及反射鏡23G2。3種分色鏡21、22G1、23R具備使特定的波長區(qū)域的色光透射或反射的波長選擇性，通過在玻璃等的透明基板上形成電介質(zhì)多層膜來實現(xiàn)。在圖2(A)～(C)中示出分色鏡21、22G1、23R的分光特性的一例。在此，圖2(A)示出了分色鏡21的分光特性，圖2(B)示出了分色鏡22G1的分光特性，圖2(C)示出了分色鏡23R的分光特性。在此，作為圖中的藍色光B，設(shè)想了大致380nm～495nm的波長區(qū)域的光，作為圖中的綠色光G1，設(shè)想了大致495nm～525nm的波長區(qū)域的光，作為圖中的綠色光G2，設(shè)想了大致525nm～585nm的波長區(qū)域的光，作為圖中的紅色光R，設(shè)想了大致585nm～780nm的波長區(qū)域的光，但不限定于此。但是，如果考慮對于人眼能感知的色域來說用采用了3原色光的現(xiàn)在的顯示元件能表現(xiàn)的色域特別是在490nm至570nm附近的波長區(qū)域中很窄的情況和人眼對于綠色光的視覺靈敏度高、綠色光對觀賞時的解像度感產(chǎn)生較大的影響的情況，希望將綠色光分離為2個波長區(qū)域并分別獨立地調(diào)制該2個波長區(qū)域的光。作為光源燈11的一例，在圖3中示出金屬鹵化物燈的發(fā)光光譜線分布。在該光源燈的情況下，由于在與綠色光對應(yīng)的波長區(qū)域內(nèi)的505nm附近和545nm附近存在強的亮線光譜線，故通過將包含505nm的亮線的色光定為短波長側(cè)的綠色光G1(帶有藍色的綠色光)、將包含545nm的亮線的色光定為長波長側(cè)的綠色光G2(帶有黃色的綠色光)并分別獨立地對這2種綠色光G1、G2進行調(diào)制，實現(xiàn)了色表現(xiàn)區(qū)域的擴大和視聽時的解像度感的提高。
分色鏡21使藍色光B和短波長側(cè)的綠色光G1透射并使紅色光R和長波長側(cè)的綠色光G2反射，分色鏡22G1使短波長側(cè)的綠色光G1反射并使藍色光B透射，分色鏡23R使紅色光R反射并使長波長側(cè)的綠色光G2透射，但不限定于此。各分色鏡的分光特性也依賴于其配置狀態(tài)。例如，分色鏡22G1也可使藍色光B反射并使短波長側(cè)的綠色光G1透射。但是，此時必須在與圖1相反的方向上拉開兩者的間隔來配置分色鏡22G1和反射鏡22B(在圖1中，如在沿+X和+Z方向上那樣，兩者的間隔逐漸變窄了)。此外，由于反射鏡22B和反射鏡23G2是為了分別使透過了分色鏡22G1和分色鏡23R的色光在規(guī)定的方向上反射的目的而配置的，故可以是一般的反射鏡，但基于容易提高反射率并通過有選擇地只反射特定的波長區(qū)域的色光從而容易提高照明光的色純度等的原因，希望配置分色鏡。
利用分色鏡21將從光源10射出的光束分離為藍色光B和短波長側(cè)的綠色光G1以及紅色光R和長波長側(cè)的綠色光G2。對于透過了分色鏡21的藍色光B和綠色光G1來說，在用分色鏡22G1分離為藍色光B和綠色光G1后，綠色光G1直接入射到后述的第1二色調(diào)制液晶面板31(第1二色調(diào)制電光裝置)上，藍色光B經(jīng)反射鏡22B入射到相同的第1二色調(diào)制液晶面板31上。另一方面，對于被分色鏡21反射了的紅色光R和長波長側(cè)的綠色光G2來說，在用分色鏡23R分離為紅色光R和綠色光G2后，紅色光R直接入射到后述的第2二色調(diào)制液晶面板32(第2二色調(diào)制電光裝置)上，綠色光G2經(jīng)反射鏡23G2入射到相同的第2二色調(diào)制液晶面板32上。再有，也可作成使分色鏡22G1與反射鏡22B的前后關(guān)系與本實施例相反的形態(tài)，即來自分色鏡21的色光作為在最初入射到反射鏡22B上的形態(tài)(當然，與其對應(yīng)地必須將反射鏡22B設(shè)為分色鏡)。這些前后關(guān)系應(yīng)考慮來自光源的色光強度比來決定，如果將分色鏡配置成使光強度相對地弱的色光在最初被反射，則由于可使色光間的強度比變得平衡，故在能表現(xiàn)的色域的擴大方面是有效的。而且，根據(jù)同樣的原因，對于分色鏡2 3R與反射鏡23G2的前后關(guān)系，也可進行與本實施例的前后關(guān)系相反的配置。
在此，使被分色鏡23R和分色鏡21反射并分離的色光成為從光源射出的色光內(nèi)光強度最小的色光或包括該色光的多條色光。其原因是，一般來說，由于在分色鏡中與透射率相比，容易提高反射率，故如果作成使光強度最小的色光反射的形態(tài)，則可有效地降低該色光的光損耗，可取得色平衡而不使其它的色光的光強度下降。由此，可兼顧光利用效率的提高和色表現(xiàn)區(qū)域的擴大，實現(xiàn)了在色平衡方面良好的明亮的投影圖像。具體地說，以降低紅色光的損耗為目的，把2個分色鏡21、23R設(shè)定為反射紅色光。這是因為，在本實施例中作為光源燈把設(shè)想了使用紅色光的強度相對地小的金屬鹵化物燈或高壓水銀燈。根據(jù)同樣的觀點，將分色鏡23R配置在反射鏡23G2的跟前(接近于光源一側(cè))。再有，關(guān)于將分色鏡22G1配置在反射鏡22B的跟前(接近于光源一側(cè))的原因在后面敘述。
將分色鏡22G1和反射鏡22B配置成從光源10射出的光束以互不相同的角度入射。具體地說，設(shè)定了在XZ平面上相對于入射光束的中心軸成45°那樣的假想的軸Q1，以該軸為對稱軸，在彼此為非平行的狀態(tài)下配置2個分色鏡22G1、22B(在圖1中，如在沿+X和+Z方向上，兩者的間隔逐漸變窄了)。因而，被分色鏡22G1反射的綠色光G1和被反射鏡22B反射的藍色光B在XZ平面上被分離為稍微不同的2個方向而射出。同樣，也設(shè)定了在XZ平面上相對于入射光束的中心軸構(gòu)成45°那樣的假想的軸Q2，以該軸為對稱軸，在彼此為非平行的狀態(tài)下配置分色鏡23R和反射鏡23G2。因而，被分色鏡23R反射的紅色光R和被反射鏡23G2反射的綠色光G2也在XZ平面上被分離為稍微不同的2個方向而射出。再有，分色鏡22G1和反射鏡22B以及分色鏡23R和反射鏡23G2的配置狀態(tài)不限于上述的狀態(tài)。在圖1中作成了如在+X和+Z方向上兩者的間隔逐漸變窄了的配置形態(tài)，但也可相反地作成如在+X和+Z方向上兩者的間隔逐漸擴展了的配置形態(tài)。
其次，光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30具備調(diào)制色光的2個二色調(diào)制電光裝置、即第1二色調(diào)制液晶面板31(第1二色調(diào)制電光裝置)和第2二色調(diào)制液晶面板32(第2二色調(diào)制電光裝置)。這些第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32基本上是相同的液晶面板，根據(jù)所調(diào)制的色光的差異來區(qū)別，在本實施例中，在第1二色調(diào)制液晶面板31中調(diào)制藍色光B和綠色光G1，在第2二色調(diào)制液晶面板32中調(diào)制紅色光R和綠色光G2。
二色調(diào)制液晶面板31、32是根據(jù)來自未圖示的外部的圖像信息分別獨立地對已入射的2種色光進行光調(diào)制以形成光學(xué)像、從與入射側(cè)相反的一側(cè)射出調(diào)制光束的透射型的液晶面板，在圖4中示出其剖面結(jié)構(gòu)。圖4以第1二色調(diào)制液晶面板31為例來示出。關(guān)于該二色調(diào)制液晶面板31、32的概略結(jié)構(gòu)，如果除了具有后述的子像素316A1、316A2(由于所謂子像素意味著利用后述的子像素電極驅(qū)動的像素，故附以與子像素電極相同的編號)或與其對應(yīng)的微透鏡的方面外，則與一般的單色用液晶面板大致相同。即，在用玻璃等構(gòu)成的2片透明的基板(對置基板311、TFT基板312)之間封入作為電光材料的扭曲向列(TN)液晶313，在對置基板311上形成共用電極314和對不需要的光進行遮光用的黑色矩陣315等，在TFT基板312上形成2種子像素電極316A1、316A2和作為開關(guān)元件的薄膜晶體管(TFT)317等，如果經(jīng)TFT317對像素電極316A1、316A2施加電壓，則驅(qū)動在與共用電極314之間被夾持的液晶313。
再者，在對置基板311的入射側(cè)配置了以矩陣狀具備多個單位微透鏡331A而構(gòu)成的微透鏡陣列331。利用刻蝕等在玻璃板上形成單位微透鏡331A，經(jīng)具有與被形成了微透鏡陣列的玻璃板不同的折射率的樹脂層(粘接劑)332粘接到對置基板311上。微透鏡陣列331分別對用分色鏡22G1、反射鏡22B、分色鏡23R、反射鏡23G2等分離了射出方向的2種色光進行聚光，分別使其在空間中分離了的狀態(tài)下入射到對應(yīng)的子像素316A1、316A2上。即，這樣來構(gòu)成微透鏡陣列331，使得一個單位微透鏡331A與沿Z方向上并排的一對子像素316A1、316A2相對應(yīng)。因此，將一對子像素316A1、316A2并排的方向設(shè)定為用分色鏡22G1、反射鏡22B、分色鏡23R、反射鏡23G2等分離色光的射出方向的方向(圖1的XZ平面內(nèi)的方向)。在此，設(shè)定為單位微透鏡331A的Z方向的寬度尺寸與子像素316A1的Z方向的寬度尺寸和子像素316A2的Z方向的寬度尺寸的和大致相等，Y方向的長度尺寸與子像素316A1、316A2(2個子像素的長度尺寸互相相等)的Y方向的長度尺寸大致相等。再有，為了使白色顯示時的像素形狀為正方形，將子像素316A1、316A2的Z方向的寬度尺寸設(shè)定為Y方向的長度尺寸的大致1/2，并不一定局限于此種設(shè)定。
而且，在TFT基板312的光射出側(cè)和微透鏡陣列331的光入射側(cè)分別配置了偏振片342、341。再有，關(guān)于液晶313，不僅可使用TN型的，而且可使用強介電型或反強介電型、水平取向型或垂直取向型等的各種液晶。
如圖1和圖4中所示，用分色鏡22G1和反射鏡22B分離了射出方向的綠色光G1和藍色光B以不同的角度入射到第1二色調(diào)制液晶面板31上的各單位微透鏡331A上。入射到該各單位微透鏡331A上的綠色光G1和藍色光B分別以不同的角度從單位微透鏡331A射出，在沿Z方向上并排的一對子像素316A1、316A2附近被分成各種色光并分別聚光。然后，綠色光G1和藍色光B在由各自的子像素316A1、316A2進行了調(diào)制后，以相對于與第1二色調(diào)制液晶面板31的光束入射端面正交的方向(圖4的X方向)互相為大致對稱的角度被射出。同樣，用分色鏡23R和反射鏡23G2分離了射出方向的紅色光R和綠色光G2在由第2二色調(diào)制液晶面板32各自的子像素316A1、316A2進行了調(diào)制后，以相對于與光束入射端面正交的方向互相為大致對稱的角度被射出。
在圖5中示出第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32中的子像素的排列狀態(tài)和第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32間的子像素的相對的對應(yīng)關(guān)系。分別以棋盤格狀配置了在第1二色調(diào)制液晶面板31中藍色光B入射的圖像形成區(qū)域(子像素)316B和綠色光G1入射的圖像形成區(qū)域(子像素)316G1以及在第2二色調(diào)制液晶面板32中綠色光G2入射的圖像形成區(qū)域(子像素)316G2和紅色光R入射的圖像形成區(qū)域(子像素)316R。而且，在2個二色調(diào)制液晶面板31、32間，分別配置成圖像形成區(qū)域(子像素)316B與圖像形成區(qū)域(子像素)316G2相對應(yīng)(在空間上重疊)、圖像形成區(qū)域(子像素)316G1與圖像形成區(qū)域(子像素)316R相對應(yīng)(在空間上重疊)。由于人眼對于綠色光的視覺靈敏度高，故通過配置成圖像形成區(qū)域(子像素)316G1不與圖像形成區(qū)域(子像素)316G2相對應(yīng)(在空間上不重疊)，可預(yù)期能提高投影圖像的解像度感的效果。為了取得這樣的像素間的配置關(guān)系而設(shè)定了分色鏡22G1與反射鏡22B的配置關(guān)系。
如圖1中所示，色合成光學(xué)系統(tǒng)50具備分色棱鏡51，合成從第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32射出的調(diào)制后的4種色光以形成彩色圖像。在此，在圖6中示出分色棱鏡51的分光特性。在該分色棱鏡51中，利用大致為三角柱狀的2個透明介質(zhì)構(gòu)成夾持了分色面的立方體形狀，在平面視圖為正方形的對角線部分上形成了使藍色光B和短波長側(cè)的綠色光G1透射并使長波長側(cè)的綠色光G2和紅色光R反射的電介質(zhì)多層膜52。然后，從投影透鏡(投影光學(xué)系統(tǒng))60射出用色合成光學(xué)系統(tǒng)50合成了的彩色圖像并放大投射到未圖示的屏幕上。
按照這樣的第1實施例，具有以下那樣的效果。由于光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30包含第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32而被構(gòu)成，故可使用4種色光形成色表現(xiàn)區(qū)域?qū)挼耐队皥D像。在圖7中示出投影機1的色表現(xiàn)區(qū)域。在本發(fā)明的投影機1中，特別是由于獨立地調(diào)制2種綠色光G1、G2，故表明與使用了現(xiàn)有的3原色的投影機相比實現(xiàn)更寬的色表現(xiàn)區(qū)域是可能的。
與上述的4種投影機比較的情況下，由于可不使用濾色器來生成色光，故與時間分割型投影機或并列配置像素排列型投影機相比可形成高精細且明亮的投影圖像，此外，由于可縮短二色調(diào)制液晶面板與投影透鏡之間的距離，故與面分割型投影機相比容易謀求裝置的小型化和投影圖像的高亮度化。再者，由于沒有必要使用大口徑的高價的透鏡，故與空間像素排列型投影機相比容易謀求裝置的小型化和低成本化。即，按照本發(fā)明，具有可實現(xiàn)光利用效率相對地高、在投影圖像的高亮度化、裝置的小型化和低成本化方面良好的投影機的效果。
特別是，如果與使用了具有與本發(fā)明類似的結(jié)構(gòu)的電光裝置的空間像素排列型投影機詳細地相比，則如果電光裝置的大小是相同的，則與現(xiàn)有的對于4個子像素具備1個微透鏡的四色調(diào)制液晶面板相比，在使用了第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32的情況下，可將子像素316A1、316A2的沿Z方向(入射的色光被進行方向分離了的方向)的尺寸增加為2倍。而且，如果子像素316A1、316A2變大，則由于可將在前級配置的單位微透鏡331A的焦距相對地設(shè)定得較長，故可減小由微透鏡得到的最大聚光角α，可減小從第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32射出的光束的最大發(fā)散角α(圖4)(α＜α0)。再者，相對于現(xiàn)有的四色調(diào)制液晶面板來說，因為入射到第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32上的色光是2種，故用色分離光學(xué)系統(tǒng)20進行方向分離，也可減小從不同的方向入射到第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32上的各色光的分離角β(圖4)(β＜β0)。
因而，對于現(xiàn)有的使用了四色調(diào)制液晶面板的空間像素排列型投影機來說，在本發(fā)明的使用了2個二色調(diào)制液晶面板的投影機中，由于可減小從光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)射出的發(fā)散光的最大發(fā)散角(α+β＜α0+β0)，故即使在使光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)(電光裝置)實現(xiàn)了高精細化的情況下，也沒有必要使用F值小的大口徑且高價的投影透鏡，就可投射并顯示明亮的、在色平衡方面良好的的彩色圖像而不使光利用效率下降。相反，如果將從第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32射出的發(fā)散光的最大發(fā)散角(α+β)設(shè)定為與四色調(diào)制液晶面板的情況相同，則由于可進一步縮短微透鏡的焦點距離，和進一步減小入射到子像素316A1、316A2上的光束的直徑，故可提高對子像素的色光的入射效率，同時可防止通過對鄰接的其它的子像素入射不需要的色光而產(chǎn)生的混色的發(fā)生，可投射并顯示具有良好色再現(xiàn)性的沒有色滲透的彩色圖像。
此外，與四色調(diào)制液晶面板相比，由于在二色調(diào)制液晶面板中子像素316A1、316A2的尺寸較大，故可降低在與包含光源的照明光學(xué)系統(tǒng)、投影透鏡等之間確保高的相對位置精度的必要性，相應(yīng)地投影機的制造變得容易。
在本發(fā)明的投影機中，由于在色分離光學(xué)系統(tǒng)20中采用了分色鏡21、22G1、23R和反射鏡22B、23G2，故容易謀求投影機的輕量化和低成本化。另一方面，在色合成光學(xué)系統(tǒng)50中采用了分色棱鏡51。一般來說，由于分色面的色光的分離、合成特性對于入射的入射角具有依存性，故為了進行效率良好的色光的分離、合成，減小光的入射角是重要的。因而，在使用塊狀的分色棱鏡51的情況下，由于分色面被其折射率比空氣高的介質(zhì)所夾持，故可更相應(yīng)地減小光的入射角度，并可進行效率良好的色光的合成和減少合成時的色不勻的發(fā)生。此外，由于在分色面上難以發(fā)生扭曲，故不使投影圖像發(fā)生變形，實現(xiàn)了投影圖像的高圖像質(zhì)量化。
再者，在色分離光學(xué)系統(tǒng)20中采用了使紅色光反射而分離的形態(tài)。一般來說，由于在分色鏡中容易提高反射率，故即使在將紅色光的強度相對地小的光源燈(例如，金屬鹵化物燈的一部分或高壓水銀燈)用作光源的情況下，也可不浪費地有效地利用紅色光。由此，在與其它的色光之間容易取得強度的平衡，可擴大色表現(xiàn)區(qū)域而不使光利用效率下降，實現(xiàn)了在色平衡方面良好的明亮的投影圖像。此外，由于在色合成光學(xué)系統(tǒng)50中采用以不讓2種綠色光G1、G2重疊的方式合成各色光，故如果考慮人眼的視覺特性上觀察者的對于解像度的感覺容易受到綠色光的解像度的影響這一點，則在視聽時可實現(xiàn)高的解像度感。
2.第2實施例其次，在圖8中示出本發(fā)明的第2實施例的投影機的概略結(jié)構(gòu)。該投影機2既具有與第1實施例的投影機1大致同樣的結(jié)構(gòu)，又具備將來自光源10的光變換為特定的偏振光束的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)和使從光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30射出的偏振光束的偏振狀態(tài)變化的偏振旋轉(zhuǎn)元件，這一點是與投影機1相比主要的不同點。因而，在包含本實施例的以后的說明中，對于與已說明的部分為同一的部分附以同一標號，省略或簡化其說明。
在光源10與作為第1色分離光學(xué)元件的分色鏡21之間配置了具備第1透鏡陣列71(光束分割元件)、第2透鏡陣列72(聚光光學(xué)元件)、偏振光束分離器陣列73(偏振分離元件)、相位差片陣列74(偏振變換元件)和重疊透鏡75(重疊元件)等的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)70。再有，由于在此使用的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)70例如是在專利文獻1中已公開了其細節(jié)的公知的技術(shù)，故省略詳細的說明。利用第1和第2透鏡陣列71、72和偏振光束分離器陣列73將從光源10射出的非偏振的光束分離為偏振方向正交的P偏振的偏振光束組和S偏振的偏振光束組，利用相位差片陣列74使已被分離的P偏振的偏振光束組的偏振方向旋轉(zhuǎn)，變換為S偏振的偏振光束組。由于S偏振的偏振光束組不受到因相位差片陣列74引起的偏振方向的旋轉(zhuǎn)作用，故使從相位差片陣列74射出的光束全部在S偏振上達到一致。利用重疊透鏡75使這些偏振光束的射出方向朝向作為照明對象的第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32，向色分離光學(xué)系統(tǒng)20進行入射。
在分色鏡22G1和反射鏡22B以及分色鏡23R和反射鏡23G2的各射出側(cè)配置了平行化透鏡80，使從重疊透鏡75射出的各偏振光束相對于其中心軸聚光，在大致實現(xiàn)了平行的狀態(tài)下使其入射到第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32上。一般來說，液晶面板在顯示特性中具有入射角依存性，但通過配置平行化透鏡80，可使入射到第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32上的光束的角度分布變窄。由此，可減少顯示特性的入射角依存性，實現(xiàn)了投影圖像的高圖像質(zhì)量化和高亮度化。此外，由于提高單位微透鏡331A的聚光性，可形成更小的聚光點，可防止通過對鄰接的其它的子像素入射不需要的色光而產(chǎn)生的混色的發(fā)生，可投射并顯示在色再現(xiàn)性方面良好的沒有色滲透的彩色圖像。
將利用偏振變換光學(xué)系統(tǒng)70入射到第1至第3色分離光學(xué)元件上的光束定為S偏振。因此，在分色鏡21、22G1、23R中容易實現(xiàn)高的反射率。特別是在分色鏡21、23R中作成了使S偏振的紅色光反射的形態(tài)，即使在將紅色光的強度相對地小的光源燈(例如，金屬鹵化物燈的一部分或高壓水銀燈)用作光源的情況下，也可不浪費地有效地利用紅色光。由此，在與其它的色光之間容易取得強度的平衡，可擴大色表現(xiàn)區(qū)域而不使光利用效率下降，實現(xiàn)了在色平衡方面良好的明亮的投影圖像。
利用第2和第3色分離光學(xué)元件進行了方向分離的各色光與投影機1的情況同樣，入射到第1或第2二色調(diào)制液晶面板31、32上，根據(jù)來自未圖示的外部的圖像信息分別獨立地被進行光調(diào)制，根據(jù)圖像信息部分地變換為P偏振光束后射出。在此，在第2二色調(diào)制液晶面板32的射出側(cè)配置了使偏振方向大致旋轉(zhuǎn)90度的偏振旋轉(zhuǎn)元件40，在將來自第2二色調(diào)制液晶面板32的調(diào)制后的P偏振光束變換為S偏振光束后，入射到色合成光學(xué)系統(tǒng)50上。
在色合成光學(xué)系統(tǒng)50中合成從第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32射出的調(diào)制后的4種色光以形成彩色圖像。來自第1二色調(diào)制液晶面板31的色光作為透射光被合成，此外，來自第2二色調(diào)制液晶面板32的色光作為反射光被合成，但此時，來自第1二色調(diào)制液晶面板31的色光是P偏振光束，來自第2二色調(diào)制液晶面板32的色光為S偏振光束。與分色鏡同樣，即使在分色棱鏡51中也容易提高S偏振的反射率，如果考慮這一點，則由于在色合成光學(xué)系統(tǒng)50中能以高的效率進行色光的合成，故可實現(xiàn)投影圖像的高圖像質(zhì)量化和高亮度化。再有，關(guān)于偏振旋轉(zhuǎn)元件40的配置形態(tài)不限于本實施例。即，也可作成在第2二色調(diào)制液晶面板32的入射側(cè)配置偏振旋轉(zhuǎn)元件40、將來自色分離光學(xué)系統(tǒng)20的S偏振光束變換為P偏振光束后使其入射到二色調(diào)制液晶面板32上的形態(tài)。再者，根據(jù)色合成光學(xué)系統(tǒng)50的配置的方法，也可將偏振旋轉(zhuǎn)元件40配置在第1二色調(diào)制液晶面板31的入射側(cè)或射出側(cè)?？偠灾m當?shù)嘏渲闷裥D(zhuǎn)元件40，使得在色合成光學(xué)系統(tǒng)50中作為反射光處理的光束至少成為S偏振光束即可。
按照這樣的第2實施例。除了有上述第1實施例中已敘述的效果外，還具有以下那樣的效果。即，通過將入射到色分離光學(xué)系統(tǒng)20上的光束定為S偏振光束，此外，在色合成光學(xué)系統(tǒng)50中作為反射光處理的光束至少定為S偏振光束，實現(xiàn)了高精度、高效率的色分離和色合成，從而實現(xiàn)了投影圖像的高圖像質(zhì)量化和高亮度化。由于現(xiàn)在實用化了的光源燈都沒有理想的色平衡，故必須降低特定的色光的強度、犧牲亮度來取得色平衡，但依據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，由于可提高色分離和色合成時的光利用效率，故可形成色表現(xiàn)區(qū)域?qū)挼耐队皥D像而不犧牲亮度。
(變形例1)
也可使用塊狀的分色棱鏡來構(gòu)成色分離光學(xué)系統(tǒng)20，以代替第1實施例和第2實施例的分色鏡21、22G1、23R和反射鏡22B、23G2。此時，如上所述，由于可比較地減小對于分色面的光的入射角度，故可進行效率高的色光的分離和減少分離時的色不勻的發(fā)生。此外，由于在分色面上難以發(fā)生扭曲，故可準確地進行色光的方向分離，在可提高對子像素的色光的入射效率的同時，可防止通過對鄰接的其它的子像素入射不需要的色光而產(chǎn)生的混色的發(fā)生，可投射并顯示在色表現(xiàn)性方面良好的沒有色滲透的彩色圖像。再者，由于通過用折射率比空氣大的介質(zhì)(例如玻璃)充滿分色鏡的前后可減少色分離光學(xué)系統(tǒng)20中的光束的光路偏移，故光學(xué)系統(tǒng)的配置變得容易，適合于裝置的小型化。
此外，也可使用板狀的分色鏡來構(gòu)成色合成光學(xué)系統(tǒng)50，以代替分色棱鏡51。此時，在色合成光學(xué)系統(tǒng)的輕量化和低成本化方面是有效的。
(變形例2)在第2實施例中，也可在分色鏡22G1和反射鏡22B以及分色鏡23R和反射鏡23G2的各入射側(cè)配置平行化透鏡80。通過在該位置上配置平行化透鏡80，從重疊透鏡75射出的各偏振光束相對于其中心軸聚光，在大致實現(xiàn)了平行化的狀態(tài)下入射到分色鏡22G1、23R上。由于分色鏡在分光特性中具有入射角依存性，故通過使用平行化透鏡80，可使入射到分色鏡22G1、23R上的光束的角度分布變窄，在第2和第3色分離光學(xué)元件中可進行精度高的色分離，可實現(xiàn)對投影圖像的色不勻的抑制、高圖像質(zhì)量化和高亮度化。為了減少分色鏡中的分光特性的入射角依存性，故也可作成分光特性根據(jù)面內(nèi)的位置而不同的傾斜型的分色鏡，但這種分色鏡的價格很高。通過在第2和第3色分離光學(xué)元件的入射側(cè)配置平行化透鏡80，由于沒有必要使用高價的傾斜型的分色鏡，故在光學(xué)系統(tǒng)的低成本化方面是合適的。
(變形例3)第2實施例中的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)70的配置的方法不限于此(參照圖8)。例如，如圖9中所示，也可作成在分色鏡21的入射側(cè)配置第1透鏡陣列71、此外在2個部位的射出側(cè)分別配置第2透鏡陣列72、偏振光束分離器陣列73、相位差片陣列74和重疊透鏡75等的形態(tài)。此時，雖然所使用的部件數(shù)目增加了，但由于可縮短光源10與光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30的距離，故可實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。此外，與圖8的使用一個偏振光束分離器陣列的形態(tài)相比，由于入射到2個部位的偏振光束分離器陣列73和相位差片陣列74上的色光的波長區(qū)域被限定而使頻帶區(qū)域變窄，故可緩和光學(xué)性能的波長依存性，能以更高的效率實現(xiàn)偏振變換。再有，在第2實施例中使用了具備透鏡陣列作為光束分割元件的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)70，但也可代之以使用具備棒狀(例如玻璃棒)或管狀(例如管狀反射鏡)的導(dǎo)光體的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)。
(變形例4)在第2實施例中使用的偏振旋轉(zhuǎn)元件中，有具有使特定的波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)的特性的元件。如果在偏振變換光學(xué)系統(tǒng)70與分色鏡21(第1色分離光學(xué)元件)之間配置這種偏振旋轉(zhuǎn)元件，則由于有選擇地只將透過分色鏡21的色光變換為P偏振光束，故可提高分色鏡21中的色光的分離精度和效率，可兼顧色表現(xiàn)區(qū)域的擴大和亮度的提高。此外，如果在分色鏡21(第1色分離光學(xué)元件)與分色鏡22G1(第2色分離光學(xué)元件)之間配置這種偏振旋轉(zhuǎn)元件，則由于可有選擇地只將透過分色鏡22G1的色光變換為P偏振光束，故可提高分色鏡22G1中的色光的分離精度和效率，可兼顧色表現(xiàn)區(qū)域的擴大和亮度的提高。再者，如果在分色鏡21(第1色分離光學(xué)元件)與分色鏡23R(第3色分離光學(xué)元件)之間配置這種偏振旋轉(zhuǎn)元件，則可得到與上述同樣的作用和效果。
(其它的變形例)本發(fā)明不限定于上述的各實施例，也包含以下示出的變形。在上述的各實施例中，在使用透射型液晶面板的投影機中采用了本發(fā)明，但不限定于此。此外，作為光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)，采用了使用TFT作為開關(guān)元件的第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32，但不限定于此。即，即使是相同的液晶面板，也可以是將TFD(薄膜二極管)用作開關(guān)元件的液晶面板。進而，可構(gòu)成即使使用PDLC(高分子分散型液晶)面板也能預(yù)期達到同樣的效果的投影機，總而言之，可在具備調(diào)制來自光源的射出光束的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的各種投影機中采用本發(fā)明。此外，在上述的各實施例中，將第1和第2二色調(diào)制液晶面板31、32的像素排列設(shè)定為矩陣狀，但不限于此，也可采用條型、三角形型等各種像素排列。
再者，在上述的各實施例中，采用了反射紅色光R和長波長側(cè)的綠色光G2的分色鏡21作為第1色分離光學(xué)元件，但不限定于此。即，根據(jù)光源、光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)、色合成光學(xué)系統(tǒng)的特性適當?shù)卦O(shè)定被第1色分離光學(xué)元件反射的色光即可。例如，在使用藍色光的相對強度小的鹵素?zé)簟㈦瘹鉄艉湍撤N金屬鹵化物燈等作為光源燈的情況下，如果采用第1色分離光學(xué)元件使藍色光B和短波長測綠色光G1反射的形態(tài)，則容易保持色平衡且容易擴大色表現(xiàn)區(qū)域。此外，這一點對于用第2和第3色分離光學(xué)元件在最初反射并分離的色光來說，也是合適的。即，如果將藍色光B定為用第2或第3色分離光學(xué)元件在最初反射并分離的色光，則容易保持色平衡且容易擴大色表現(xiàn)區(qū)域。
除此以外，關(guān)于本發(fā)明的實施時的具體的結(jié)構(gòu)和形狀等，可在能達到本發(fā)明目的的范圍內(nèi)作成其它的結(jié)構(gòu)。
按照上述那樣的本發(fā)明的投影機，由于光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)具備2個二色調(diào)制電光裝置，故可使用4種色光形成色表現(xiàn)區(qū)域?qū)挼耐队皥D像。此外，如果與用現(xiàn)有的投影機處理4種色光的情況相比，相對于時間分割型投影機或并列配置像素排列型投影機來說，在投影圖像的高精細化和投影圖像的高亮度化方面是有利的，此外，相對于面分割型投影機來說，在裝置的小型化方面是有利的，進而，相對于類似形態(tài)的空間像素排列型投影機來說，在裝置的小型化和低成本化方面是有利的。即，按照本發(fā)明，可實現(xiàn)光利用效率相對地高的、在投影圖像的高亮度化、裝置的小型化和低成本化方面良好的、色表現(xiàn)區(qū)域?qū)挼耐队皺C。
權(quán)利要求
1.一種投影機，是具備發(fā)射包含可視光的光的光源；將從該光源射出的光束分離為4種色光的色分離光學(xué)系統(tǒng)；具備調(diào)制由該色分離光學(xué)系統(tǒng)分離的4種色光中的某2種色光的第一2色調(diào)制電光裝置和調(diào)制其它2種色光的第二2色調(diào)制電光裝置的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；以及合成由上述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制的4種色光的色合成光學(xué)系統(tǒng)的投影機，其特征在于上述第一和第二2色調(diào)制電光裝置具備一對基板；在該一對基板間被夾持的電光材料；在上述一對基板中在上述色分離光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的基板上設(shè)置的微透鏡陣列；以及在另一方基板上形成的多個子像素電極，與上述微透鏡陣列的每個微透鏡對應(yīng)地配置了上述多個子像素。
2.如權(quán)利要求1中所述的投影機，其特征在于上述色分離光學(xué)系統(tǒng)具備將從上述光源射出的光束分離為2種色光的第一色分離光學(xué)元件；將由該第一色分離光學(xué)元件進行了分離的色光內(nèi)的某一方的色光再分離為2種色光的第2色分離光學(xué)元件；以及將由上述第一色分離光學(xué)元件分離的另一方的色光再分離為2種色光的第三色分離光學(xué)元件。
3.如權(quán)利要求2中所述的投影機，其特征在于在上述光源與上述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)之間，具備將從上述光源射出的非偏振的光變換為偏振方向一致的光用的偏振變換光學(xué)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3中所述的投影機，其特征在于從上述偏振變換光學(xué)系統(tǒng)射出的偏振方向一致的光是S偏振光。
5.如權(quán)利要求1～3的任一項中所述的投影機，其特征在于由上述第一色分離光學(xué)元件反射而被分離的色光，包含從上述光源射出的色光內(nèi)光強度最小的色光。
6.如權(quán)利要求3或4中所述的投影機，其特征在于在上述偏振變換光學(xué)系統(tǒng)的射出側(cè)配置了使特定波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)大致90度的偏振旋轉(zhuǎn)元件，將從上述第一色分離光學(xué)元件透過的色光設(shè)定為P偏振光，將從上述第一色分離光學(xué)元件反射的其它色光設(shè)定為S偏振光。
7.如權(quán)利要求3或4中所述的投影機，其特征在于在上述第2色分離光學(xué)元件的入射側(cè)和/或上述第三色分離光學(xué)元件的入射側(cè)配置了使特定波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)大致90度的偏振旋轉(zhuǎn)元件，將從上述第2色分離光學(xué)元件和/或上述第三色分離光學(xué)元件透過的色光設(shè)定為P偏振光，將從上述第2色分離光學(xué)元件和/或上述第三色分離光學(xué)元件反射的其它色光設(shè)定為S偏振光。
8.如權(quán)利要求1～4的任一項中所述的投影機，其特征在于在調(diào)制由上述色合成光學(xué)系統(tǒng)利用反射合成的色光的2色調(diào)制電光裝置的入射側(cè)或射出側(cè)的至少一方側(cè)配置了使特定的波長區(qū)域的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)大致90度的偏振旋轉(zhuǎn)元件，將由上述色合成光學(xué)系統(tǒng)利用反射合成的色光設(shè)定為S偏振光。
9.如權(quán)利要求1～3的任一項中所述的投影機，其特征在于在上述第一和第二2色調(diào)制電光裝置的各自的入射側(cè)配置了平行化透鏡。
10.如權(quán)利要求3中所述的投影機，其特征在于在上述第二和第三色分離光學(xué)元件的入射側(cè)配置了平行化透鏡。
11.如權(quán)利要求3中所述的投影機，其特征在于上述偏振變換光學(xué)系統(tǒng)具備下述部分而被構(gòu)成在上述光源與上述第一色分離光學(xué)元件之間配置的光束分割元件；在上述第一色分離光學(xué)元件與上述第2色分離光學(xué)元件之間配置的聚光光學(xué)元件、偏振分離元件、偏振變換元件和重疊元件；以及在上述第一色分離光學(xué)元件與上述第三色分離光學(xué)元件之間配置的聚光光學(xué)元件、偏振分離元件、偏振變換元件和重疊元件。
12.如權(quán)利要求1～11的任一項中所述的投影機，其特征在于上述第一和第二2色調(diào)制電光裝置中的某一方調(diào)制藍色光和短波長側(cè)的綠色光，另一方調(diào)制長波長側(cè)的綠色光和紅色光。
13.如權(quán)利要求12中所述的投影機，其特征在于將上述短波長側(cè)的綠色光與上述長波長側(cè)的綠色光的邊界波長大體設(shè)定為515nm至540nm。
14.如權(quán)利要求12或13中所述的投影機，其特征在于在上述一方的2色調(diào)制電光裝置中調(diào)制短波長側(cè)的綠色光的子像素與在上述另一方的2色調(diào)制電光裝置中調(diào)制長波長側(cè)的綠色光的子像素在色光合成時成為不重疊式地，設(shè)定了入射到各子像素上的色光的位置。
全文摘要
提供通過使用4種色光形成投影圖像來擴大投影圖像的色表現(xiàn)區(qū)域且在光利用效率方面良好的小型的投影機。在具備光源10、色分離光學(xué)系統(tǒng)20、光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30和色合成光學(xué)系統(tǒng)50的投影機中，色分離光學(xué)系統(tǒng)20生成射出方向不同的4種色光，光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)30具備調(diào)制由色分離光學(xué)系統(tǒng)進行了分離的4種色光中某2種色光的第1二色調(diào)制電光裝置31和調(diào)制其它2種色光的第2二色調(diào)制電光裝置32，在任何一個二色調(diào)制電光裝置中在色分離光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)的基板上都具有微透鏡陣列，具備與各自的微透鏡對應(yīng)的多個子像素。
文檔編號G03B21/00GK1501120SQ20031011347
公開日2004年6月2日 申請日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者伊藤嘉高 申請人:精工愛普生株式會社