专利名称：投射型图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用一个作为调制装置的光阀进行彩色显示的投射型图像显示装置。
背景技术：
目前，作为大型影像市场主力的液晶投影机采用光源灯、聚光透镜及投射透镜，在屏幕上放大、成像液晶面板(光阀)的图像。目前正在实用化的方式可分为三片式和单片式两大类。
在前者三片式液晶投影机中，通过分色光学系统将来自白色光源的光分为红、绿、蓝三原色色光后，由三个单色液晶面板调制这些光，分别形成三原色图像。然后，在色合成光学系统中合成这些图像，并由一个投射透镜投射在屏幕上。由于这种方式能够利用来自光源的白光的全部光谱，其光利用率高，但由于需要在三个液晶面板、分色光学系统、色合成光学系统及液晶面板之间的会聚调整机构，其价格比较高。
另一方面，在传统的单片式液晶投影机中，由于只将形成在装有镶嵌式彩色滤色片的液晶面板上的图像，简单地放大并投射在屏幕上，故小型且低价。但是，在这种方式中，由于在色选择装置即彩色滤色片中吸收来自光源的白光中的不需要的色光来得到所需色光，只透射(或反射)入射到液晶面板上的白光的1/3以下的光，其光利用率低，难以得到高亮度的图像。虽然提高光源的亮度就能提高显示图像的亮度，但会留下因彩色滤色片的光吸收导致的发热与耐光性的问题，这成为实现高亮度显示的一大障碍。
关于单片式且提高光利用率的方式，有日本专利申请特开平4-316296号公报的方案。在图8中示出这种图像显示装置的大致结构。
由光源100发射的白光导入到分色光学系统101。如图9所示，分色光学系统101由分色镜121a、121b和两枚反射镜121c、121d构成。分色镜121a反射蓝光并使绿光与红光透过。并且，分色镜121b反射红光并使绿光与蓝光透过。这些分色镜121a和分色镜121b交叉设置。来自光源100的白光中的蓝光132，在分色镜121a上反射，接着在反射镜121d上反射，最后通过视场光阑102的开口102B。并且，红光133，在分色镜121b上反射，接着在反射镜121c上反射，最后通过视场光阑102的开口102R。并且，绿光134透过分色镜121a与121b，通过视场光阑102的开口102G。视场光阑102的开口102R、102G、102B形成为带状(矩形)，由这些开口相邻接地射出红、绿、蓝三色光。
如图8所示，射出视场光阑102的带状的各色光，通过扫描光学系统105，分别呈带状地照明单一透射型光阀(显示面板)104的不同区域。由构成扫描光学系统105的旋转棱镜103的作用，红、绿、蓝带状的各色光由下至上扫描光阀104。当某一色光的带状照明区超过光阀104的有效域的最上端时，该色光的带状照明区再在光阀104的有效域的最下端出现。这样，在光阀104的整个有效域上，可进行由红、绿、蓝各色光的连续扫描。照明光阀104上的各行的色光每时每刻都在变化，光阀驱动装置(未作图示)以与照明的色光对应的信息驱动各像素。这是指光阀104的各行，在要显示的影像信号的每个场上被驱动三次。分别输入个别行的驱动信号是要显示的图像信号中的、与照明该行的色光对应的色信号。以光阀104调制的各色光，通过投射透镜106放大并投射在屏幕(未作图示)上。
依据这种结构，由于将来自白色光源的光分离为红、绿、蓝三原色，大致无损耗地使用来自光源的光，能够提高光利用率。并且，由于光阀上的各像素分别按顺序进行红、绿、蓝的显示，所以并不需要如三片式的液晶面板之间的会聚调整机构，能够提供高图像品质。
但是，在以上所述的结构中，来自视场光阑102的各色光透过旋转棱镜103时，光束未被缩小。旋转棱镜103的大小(旋转半径)应与从视场光阑102射出的光的照明区一致的大小，而旋转棱镜103即大又重。因此，不利于装置的小型化、轻型化。并且，需要转动旋转棱镜103的强力电动机，故会招致装置的大型化、高价格化。
并且，在上述分色光学系统101的结构中，从光源100到光阀104的光程对所有色光来说并不相同。因此，不能将所有的色光会聚在投射透镜106的光瞳位置上。其结果，在光瞳位置会聚的色光的屏幕上的光量和在偏离光瞳的位置上会聚的色光的屏幕上的光量彼此不同，在显示图像上产生色不匀。
发明内容
本发明旨在解决上述传统图像显示装置中存在的问题，提供设有以各色光顺序扫描被照明部分(光阀)的色光扫描光学系统的、其显示图像的色不匀较少的、小型的投射型图像显示装置。
为达到所述目的，本发明的投射型图像显示装置中设有射出白光的光源；由来自所述光源的白光入射并射出均匀且截面为矩形的白色照明光的白色照明光学系统、将所述白色照明光分离为红、绿、蓝各色光的分色光学系统和被分色的所述各色光所入射的中继透镜系统这三者构成的第一光学系统；由所述中继透镜系统出射的所述各色光入射、反射时扫描所述各色光的旋转多面镜；将由所述旋转多面镜反射的所述各色光导入到照明位置上的第二光学系统；设于所述照明位置的、设有按照红、绿、蓝各色信号调制入射光的多个像素的图像显示面板；以与入射该像素的光色对应的信号驱动所述图像显示面板的所述各像素的图像显示面板驱动电路；以及放大并投射所述图像显示面板上的图像的投射光学系统。这里，所述分色光学系统中设有至少反射红光的第一与第二红光反射镜；至少反射绿光的第一与第二绿光反射镜；以及至少反射蓝光的第一与第二蓝光反射镜。所述各反射镜布置成使从所述光源到所述旋转多面镜的所述各色光的光程彼此相同。
图1是本发明实施例1的投射型图像显示装置的光学系统的结构图。
图2是表示在图1的投射型图像显示装置的旋转多面镜上形成的光源像的正面图。
图3是本发明实施例1的投射型图像显示装置的分色光学系统的结构图。
图4是本发明实施例2的投射型图像显示装置的分色光学系统的结构图。
图5是本发明实施例3的投射型图像显示装置的分色光学系统的结构图。
图6A～图6F表示在图1的投射型图像显示装置中，旋转多面镜反射光的变化情况和照明图像显示面板的各色光被扫描的情况。
图7是表示图1的投射型图像显示装置所用的透射型图像显示面板结构的分解透视图。
图8是使用扫描光学系统的传统的单片式投射型图像显示装置的结构图。
图9是详细表示图8的投射型图像显示装置所用的分色光学系统的剖视图。
本发明的最佳实施方式本发明的投射型图像显示装置，不使用彩色滤色片，而采用没有各色光专用的像素的光阀(图像显示面板)来进行彩色显示。因此光利用率高且能高分辨率显示。而且，采用旋转多面镜构成扫描光学系统，能够提供小型的图像显示装置。
并且，由于从光源到旋转多面镜的所述各色光的光程彼此相同，能够显示色不匀较少的图像。
在本发明的上述投射型图像显示装置中，最好使所述各色光的有效部分不与反射与该色光不同的色光的所述反射镜中的任一个发生干涉，并使所述各色光的光轴在一直到所述中继透镜系统的光路上彼此不交叉。
或者，最好这样使所述第一红光反射镜、所述第一绿光反射镜及所述第一蓝光反射镜上分别反射的色光中的至少一个色光的有效部分，与设在反射该色光的所述第一反射镜前级的所述第一反射镜相干涉，并使所述各色光的光轴和其它色光的光轴在直到所述中继透镜系统的光路上交叉两次，所述第一蓝光反射镜与所述第一绿光反射镜分别为蓝光反射红绿光透过的分色镜与蓝绿光反射红光透过的分色镜，来自所述白色照明光学系统的光，以所述蓝光反射红绿光透过的分色镜、所述蓝绿光反射红光透过的分色镜的顺序入射。
或者，最好这样使所述第一红光反射镜、所述第一绿光反射镜及所述第一蓝光反射镜上分别反射的色光中的至少一个色光的有效部分，与设在反射该色光的所述第一反射镜前级的所述第一反射镜相干涉，或与设在反射该色光的所述第一反射镜后级的所述第一反射镜反射的色光所入射的所述第二反射镜相干涉，并使所述各色光的光轴和其它色光的光轴在直到所述中继透镜系统的光路上交叉四次，所述第一红光反射镜与所述第一绿光反射镜分别为红光反射绿蓝光透过的分色镜与红绿光反射蓝光透过的分色镜，来自所述白色照明光学系统的光，以所述红光反射绿蓝光透过的分色镜、所述红绿光反射蓝光透过的分色镜的顺序入射。
并且，在本发明的上述投射型图像显示装置中，最好在所述分色光学系统和所述旋转多面镜之间，至少设置一个改善色纯度的选色镜。
并且，所述白色照明光学系统中最好设有射出矩形截面的白光的积分光学系统。
并且，最好所述第二光学系统至少包括一枚fθ透镜。
并且，所述图像显示面板可为透射型光阀，或者，可为反射型光阀。
下面，参照实施例就本发明的投射型图像显示装置进行详细说明。
实施例1图1是本发明实施例1的投射型图像显示装置的结构图。投射型图像显示装置的构成部分包括光源201；由棒积分器(rodintegrator)202与第一会聚用透镜203构成的白色照明光学系统；分色光学系统204；由各色光用第二会聚用透镜205R、205G、205B与第三会聚用透镜206构成的中继透镜系统；旋转多面镜207；由fθ透镜211构成的第二光学系统210；图像显示面板212；图像显示面板驱动电路217；以及投射光学系统216。白色照明光学系统、分色光学系统204及中继透镜系统构成第一光学系统。旋转多面镜207和第二光学系统210构成扫描光学系统。
由凹面镜和灯泡构成的光源201射出的白光，入射到棒积分器202，在它里面数次反射，在呈矩形的棒积分器202的射出开口部上，成为具有大致均匀的强度的、其截面为矩形的白光而入射到第一会聚用透镜203。第一会聚用透镜203以棒积分器202的射出开口部作为物点，经光学设计使得后述的各色光用第二会聚用透镜205R、205G、205B的入射面成为像点。射出第一会聚用透镜203的光，通过分色光学系统204分离为红光、绿光、蓝光，分别会聚在各色光用第二会聚用透镜205R、205G、205B上。通过经光学设计使得棒积分器202的射出开口部的虚像形成在旋转多面镜207的反射面208上的各色光用第二会聚用透镜205R、205G、205B与第三聚光透镜206会聚的各色光在旋转多面镜207的反射面208上形成光源像。
旋转多面镜207通过电动机(未作图示)，以旋转轴209为中心向箭头207a的方向连续旋转。这里，捕捉旋转多面镜207旋转的某一瞬间，如图2所示，在一个反射面208上，使得矩形的红、蓝、绿光的集合体(所述光源像)220彼此不重叠地沿反射面208的移动方向形成一列。
在旋转多面镜207的反射面208上反射的各色光，通过第二光学系统210到达图像显示面板212，再经投射光学系统(仅图示一部分)216放大并投射在屏幕(未作图示)上。
以下说明本实施例的分色光学系统204。
射出第一会聚用透镜203的光，通过分色光学系统204分离为红光、绿光、蓝光，分别会聚在各色光用第二会聚用透镜205R、205G、205B的表面上，形成以棒积分器202的射出开口部为物点的光学像。为了使该光学像形成在同一平面上，调整构成分色光学系统204的第一分色镜和第二分色镜的角度和间隔。
将传统的如图9的分色光学系统101设在第一会聚用透镜203的后级时，不能使由第一会聚用透镜203和分色光学系统101会聚的各色光的光学像的位置在同一平面上。这是由于在透过分色镜121a与121b的绿光134和在分色镜121a和全反射镜121d上反射的蓝光132以及在分色镜121b和全反射镜121c上反射的红光之间存在光程差。就是说，通过第三会聚用透镜206的会聚位置按绿光、蓝光及红光错开。因此，为了使各色光的棒积分器202的射出开口部的虚像形成在旋转多面镜207的反射面208上，不得不采用包括由绿光用第二会聚用透镜和绿光用第三会聚用透镜构成的中继透镜系统和由蓝光与红光用第二会聚用透镜和蓝光与红光用第三会聚用透镜构成的中继透镜系统这两个光学系统的结构。
但是，由于旋转多面镜207的后级由fθ透镜211构成的第二光学系统210须由一个光学系统构成，以使由旋转多面镜207扫描的色光的扫描角度和在图像显示面板212上形成的像的像高成比例，所以，如上所述，不能由绿光用和蓝光与红光用的两个光学系统构成。因此，采用传统的如图9的结构的分色光学系统101时，不能构成从光源201到图像显示面板212的一连串的光学系统。
基于以上的理由，如图3所示，实施例1的分色光学系统204中，构成分色光学系统204的第一分色镜301R、301B、301G和第二分色镜302R、302G、302B的角度和间隔被加以调整，以使从光源201到旋转多面镜207的各色光的光程彼此相同，即，使各色光用第二会聚用透镜205R、205G、205B的表面上会聚的光学像形成在同一平面上。但是，在本实施例1中，采用使各色用第二会聚用透镜205R、205G、205B的入射面成为同一平面的方式构成分色光学系统204，但也可用使第二会聚用透镜205R、205G、205B的射出面成为同一平面的方式构成分色光学系统204。
接着参照图3，就第一分色镜301R、301B、301G和第二分色镜302R、302G、302B的具体布置及其光学特性进行说明。图3中，W、R、G、B依次表示白光、红光、绿光、蓝光等光轴。
从来自第一会聚用透镜203的白光的入射侧，依次布置第一分色镜301R、第一分色镜301G、第一分色镜301B。
第一分色镜301R相对垂直于光轴的面约倾斜55度地设置，它具有反射可见光区的红光并使蓝光与绿光透过的作用。第一分色镜301R的反射光所入射的第二分色镜302R，具有与所述第一分色镜301R相同的光学特性，与第一分色镜301R平行地设置。
并且，第一分色镜301G相对垂直于光轴的面约倾斜30度地设置，它具有反射可见光区的绿光并使蓝光透过的作用。第一分色镜301G的反射光所入射的第二分色镜302G具有与所述第一分色镜301G相同的光学特性，与第一分色镜301G平行地设置。
而且，第一分色镜301B相对垂直于光轴的面约倾斜45度地设置，它具有反射可见光区的蓝光的作用。第一分色镜301B的反射光所入射的第二分色镜302B也具有与所述第一分色镜301B相同的光学特性，与第一分色镜301B平行地设置。
并且，被分为三色的各色光的有效部分与反射与该色光不同的色光的第一与第二分色镜不发生干涉。这里，色光的“有效部分”是指在色光的光束中，入射到图像显示面板212的有效像素区，对彩色图像的形成上有贡献的部分。例如，对于在第一分色镜301R与第二分色镜302R上依次反射的红光来说，该红光的有效部分，与反射绿光的第一分色镜301G与第二分色镜302G以及反射蓝光的第一分色镜301B与第二分色镜302B均不发生干涉。同样地，绿光的有效部分，与反射红光的第一分色镜301R与第二分色镜302R以及反射蓝光的第一分色镜301B与第二分色镜302B均不发生干涉。并且，蓝光的有效部分，与反射红光的第一分色镜301R与第二分色镜302R以及反射绿光的第一分色镜301G与第二分色镜302G均不发生干涉。
并且，各色光的光轴在到达各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的光路上，彼此不交叉。即，如图3所示，从含有各色光的光轴的平面的法线方向看时，红光的光轴R、绿光的光轴G、蓝光的光轴B彼此不交叉。
各色光的有效部分，与反射不同于该色光的色光的第一与第二分色镜均不发生干涉，并且若各色光的光轴彼此不交叉，第一与第二分色镜的角度和间隔并不限于上述示例。
并且，与第一分色镜和第二分色镜的反射、透射相关的光学特性并不限于上述示例，可有多种多样的组合。为了降低成本，可采用在射出的各色光的光学特性上不产生问题的结构，例如用全反射镜置换第一分色镜301B与第二分色镜302R，302G，302B。
另外，为了改善各色光的色纯度，可在分色光学系统204和旋转多面镜207之间的光路上插入选色镜。选色镜可作为独立的部件设置，但也可以在各色光用第二会聚用透镜面上实施具有选色镜功能的镀膜(coating)。
接着，参照图6A～图6F，就旋转多面镜207旋转时反射面208上的反射光的变化情况和入射到图像显示面板212的各色光的扫描情况进行说明。
图6A～图6F中，将旋转多面镜207的旋转和伴随旋转的因图像显示面板212的各色光导致的照明状态的变化，以固定的时间间隔加以表示。在各图上方示出的图像显示面板212的照明状态的图中，将红光的照明区、绿光的照明区及蓝光的照明区分别用R、G、B表示。并且，在下方示出的旋转多面镜207的旋转和各色光的反射状态的图中，R、G、B分别表示红光主光线、绿光主光线、蓝光主光线，箭头表示光束行进的方向。
当时间T＝t1时(图6A)，红、绿、蓝各色光入射到旋转多面镜207的共同的反射面208a。此时，向反射面208a的各色光的入射角(由反射面208a的法线和入射光的主光线形成的角度)以蓝光、绿光、红光的顺序减小。因而，在图的上方蓝光以最大的角度反射，绿光以略小于蓝光的角度反射，红光以小于绿光的角度反射。因此，各色光以不同角度入射到第二光学系统210的fθ透镜211。第二光学系统210是按照入射光的入射角度决定在照明位置(图像显示面板212)上的光线高度的光学系统。因此，如图示，各色光在图像显示面板212上的不同位置上形成各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的像。即，在图像显示面板212上，从上至下依次形成蓝光照明区、绿光照明区、红光照明区。
在旋转多面镜207由时间T＝t1转过预定角度后的时间T＝t2(图6B)，红光与绿光入射到旋转多面镜207的共同反射面208a，但蓝光入射到旋转上来的新反射面208b上。此时，特别是对蓝光来说，由于向反射面的入射角比时间T＝t1时有较大变化，其反射方向也发生较大变化。因而，绿光在图的上方以最大的角度反射，红光以略小于绿光的角度反射，蓝光以比红光还小的角度反射。因此，如图示，各色光在图像显示面板212上的不同位置上形成各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的像。即，在图像显示面板212上，从上至下依次形成绿光照明区、红光照明区、蓝光照明区。
在旋转多面镜207由时间T＝t2又转过预定角度的时间T＝t3(图6C)，只有红光入射到反射面208a上，绿光和蓝光入射到共同的反射面208b上。此时，特别是对绿光来说，由于向反射面的入射角比时间T＝t2时有较大变化，其反射方向也发生较大变化。因而，红光在图的上方以最大的角度反射，蓝光以略小于红光的角度反射，绿光以比蓝光还小的角度反射。因此，如图示，各色光在图像显示面板212上的不同位置上形成各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的像。即，在图像显示面板212上，从上至下依次形成红光照明区、蓝光照明区、绿光照明区。
在旋转多面镜207由时间T＝t3又转过预定角度的时间T＝t4(图6D)，红、绿、蓝各色光入射到共同的反射面208b上。这时成为与上述时间T＝t1(图6A)时相同的位置关系，图像显示面板212的各色光所形成的照明状态也相同。
在旋转多面镜207又转过预定角度的时间T＝t5(图6E)，红光与绿光入射到共同的反射面208b上，蓝光入射到新反射面208c上。这时成为与上述时间T＝t2(图6B)时相同的位置关系，图像显示面板212的各色光所形成的照明状态也相同。
在旋转多面镜207又转过预定角度的时间T＝t6(图6F)，红光入射到反射面208b，绿光与蓝光入射到共同的反射面208c上。这时成为与上述时间T＝t3(图6C)时相同的位置关系，图像显示面板212的各色光所形成的照明状态也相同。
如上所述，在图像显示面板212上形成的、由红、绿、蓝各色光产生的带状照明区，向扫描方向212a顺序移动。在图6A～图6F中仅示出特定的时间(时间T＝t1～t6)，但由于旋转多面镜207的连续旋转，使各色光的照明区在图像显示面板212上由下至上(向扫描方向212a)连续地移动(扫描)，达到上端的色光的照明区返回下端，再次由下至上移动。通过以相同的时间间隔连续地切换上述的时间t1～t6，能够进行色不匀、亮度不匀、闪烁得到抑制的照明。
第二光学系统210由具有Fθ透镜的功能和在图像显示面板212上形成适当的照明区的变倍功能的光学系统构成。
如图7所示，图像显示面板212由透射型液晶面板213、设于入射侧的起偏器即入射侧偏振片214及设于出射侧的检偏器即出射侧偏振片215构成。入射侧偏振片214，例如设定为使在矩形的短边方向214a偏振的光透过，并吸收与它垂直方向上的偏振光。透过入射侧偏振片214的光入射到液晶面板213。在该液晶面板213上排列有多个像素，通过外部信号在每个像素开口处改变透过光的偏振方向。这里，不驱动像素时，90度旋转入射光的偏振方向而透过，在驱动时，不改变偏振方向而透过。出射侧偏振片215具有垂直于入射侧偏振片214的方向的偏振特性。即，出射侧偏振片215具有矩形的长边方向215a上的透过轴，使该方向的偏振光通过。因此，入射到液晶面板213的未被驱动的像素偏振方向改变90度而透过的光，由于该偏振方向与出射侧偏振片215的透过轴一致，故能够透过。另一方面，入射到液晶面板213的被驱动的像素其偏振方向未改变而透过的光，由于其偏振方向与出射侧偏振片215的透过轴正交，故在此被吸收。
图像显示面板驱动电路217，以与照明该像素的光色对应的信号驱动图像显示面板212的液晶面板213的各像素。这样，按每个像素进行调制来形成图像。透过图像显示面板212的光经由投射光学装置216投射在屏幕(未作图示)上。由于图6A～图6F所示的各色光的扫描以高速进行(最好在1场时间内以图6A～图6F构成的一个单位至少进行一次以上)，在观众的视网膜上每色的图像合成，确认为没有分色的彩色图像。
如上所述，通过使各色光以入射角度与入射位置彼此不同地入射到旋转的旋转多面镜207上，并将该反射光通过具有fθ透镜功能的第二光学系统导入图像显示面板204上，从而，能够无需设置如彩色滤色片等色选择装置，而采用一块不具各色光专用像素的图像显示面板212来进行彩色显示。并且，由于此时图像显示面板212的各像素按照照明这些像素的光色进行显示，能够进行高分辨率显示。而且，由于来自光源201的光常时有效地导入到图像显示面板204上，能够实现较高的光利用率。
而且，通过构成使作为旋转多面镜的多面反射镜的反射面208上的光源像变小的光学系统，能够减小反射面208的面积。因此，可缩小旋转多面镜207，并能以小型电动机进行旋转。由此，能够实现整个装置的小型化、轻量化、低成本化。
并且，由于构成的分色光学系统204，使从光源201到旋转多面镜207的各色光的光程彼此相同，所以能够显示色不匀较少的彩色图像。
实施例2图4示出了本实施例的分色光学系统204的大致结构。在图4中，W、R、G、B依次表示白光、红光、绿光、蓝光等光轴。本实施例有以下两点不同于实施例1。
第一，在第一分色镜401G上反射的色光的有效部分的一部分与设在第一分色镜401G前级(白光的入射侧)的第一分色镜401 B相干涉。并且，在第一分色镜401R上反射的色光的有效部分的一部分与设在第一分色镜401R前级的第一分色镜401G相干涉。
第二，在到各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的光路上各色光的光轴与其它色光的光轴交叉两次。
特别是，通过上述结构，本实施例能减小三个第一分色镜的布置面积。结果，能够将分色光学系统204的结构面积缩小至实施例1的约2/3左右。但是，其光学特性受到了限制。以下，围绕本实施例的分色光学系统204进行说明。
从来自第一会聚用透镜203的白光的入射侧，依次设置第一分色镜401B、第一分色镜401G、第一分色镜401R。
第一分色镜401B，相对垂直于光轴的面约倾斜20度地设置，它具有反射可见光区的蓝光使绿光与红光透过的作用。第一分色镜401B的反射光所入射的第二分色镜402B具有与所述第一分色镜401B相同的光学特性，与第一分色镜401B平行地设置。
第一分色镜401G，相对垂直于光轴的面约倾斜40度地设置，它具有反射可见光区的绿光并使红光透过的作用。第一分色镜401G的反射光所入射的第二分色镜402G具有与所述第一分色镜401G相同的光学特性，与第一分色镜401G平行地设置。
第一分色镜401R，相对垂直于光轴的面约倾斜35度地设置，它具有反射可见光区的红光的作用。第一分色镜401R的反射光入射的第二分色镜402R具有与第一分色镜401R相同的光学特性，与第一分色镜401R平行地设置。
这里，在第一分色镜401B上反射的蓝光同样在第二分色镜402B上被反射，然后向第二会聚用透镜205B行进。并且，透过所述第一分色镜401B的光之中，绿光在第一分色镜401G上被反射，然后向第二分色镜402G行进。但是，向第二分色镜402G行进的绿光的有效部分的一部分与第一分色镜401B相干涉。但是，由于第一分色镜401B具有光线的入射角(这里，入射角是指入射光线与分色镜的垂直面之间的角度)增大时表示反射、透过的分光特性向短波长侧偏移的光学特性，所以只是从其背面入射到第一分色镜401B的绿光受到干涉的部分减少其透射率的不足约10％的量，并未被完全切断。
同样地，透过第一分色镜401G的红光在第一分色镜401R上被反射后向第二分色镜402R行进。然而，向第二分色镜402R行进的红光的有效部分的一部分与第一分色镜401G相干涉。但是，由于第一分色镜401G具有光线的入射角(这里，入射角是指入射光线与分色镜的垂直面之间的角度)增大时表示反射、透过的分光特性向短波长侧偏移的光学特性，所以只是从其背面入射到第一分色镜401G的红光受到干涉的部分减少其透射率的不足约10％的量，并未被完全切断。
而且，在本实施例中在到各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的光路上各色光的光轴与其它色光的光轴交叉两次。即，如图4所示，从含各色光的光轴的平面的法线方向看时，红光的光轴R、绿光的光轴G、蓝光的光轴B均与其它色光的光轴分别交叉一次(总共两次)。
而且，与实施例1一样，调整各分色镜的角度和间隔，使得从光源201到旋转多面镜207的各色光的光程彼此相同。
在本实施例中，由第一分色镜反射的色光的有效部分与设在反射该色光的第一分色镜前级(白光W的入射侧)的、反射与该色光不同的色光的第一分色镜相干涉。而且，到各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的光路上各色光的光轴与其它色光的光轴交叉两次。由于这种结构，需要调整第一分色镜和第二分色镜的角度和间隔，但第一分色镜和第二分色镜之间的角度和间隔并不受限于上述示例。
并且，第一分色镜和第二分色镜的反射、透过相关的光学特性并不受限于上述示例，可有多种组合。为了降低成本，可采用对射出的各色光的光学特性不存在问题的结构，例如用全反射镜置换第一分色镜401R与第二分色镜402B、402G、402R。
另外，为了改善各色光的色纯度，可在分色光学系统204和旋转多面镜207之间的光路上插入选色镜。选色镜可作为独立的构件设置，但也可以在各色光用第二会聚用透镜面上实施具有选色镜的功能的镀膜。
除了上述的不同之处外，分色光学系统204的结构与实施例1相同，于是就构成本实施例的投射型图像显示装置。
依据本实施例，能够提供具有与实施例1相同特征的投射型图像显示装置。而且，在本实施例中可提供比实施例1更小型的投射型图像显示装置。
实施例3图5示出本实施例的分色光学系统204的大致结构。图5中，W、R、G、B依次表示白光、红光、绿光、蓝光等光轴。本实施例有以下两点不同于实施例1。
第一，在第一分色镜501R上反射的色光的有效部分的一部分与第二分色镜502G相干涉。并且，在第一分色镜501G上反射的色光的有效部分的一部分与设在第一分色镜501G前级(白光的入射侧)的第一分色镜501R相干涉，且与第二分色镜502B干涉。另外，在第一分色镜501B上反射的色光的有效部分的一部分与设在第一分色镜501B前级的第一分色镜501R与501G相干涉。
第二，在到各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的光路上，各色光的光轴与其它色光的光轴交叉四次。
本实施例中通过上述的结构，能减小三个第一分色镜的布置面积和三个第二分色镜的布置面积。结果，能够将分色光学系统204的结构面积缩小至实施例1的约1/2左右。但是，其光学特性受到限制。以下，围绕本实施例的分色光学系统204进行说明。
从来自第一会聚用透镜203的白光的入射侧开始，依次设置第一分色镜501R、第一分色镜501G、第一分色镜501B。
第一分色镜501R，相对垂直于光轴的面约倾斜55度地设置，它具有反射可见光区的红光并使绿光与蓝光透过的作用。第一分色镜501R的反射光所入射的第二分色镜502R具有与所述第一分色镜501R相同的光学特性，与第一分色镜501R平行地设置。
第一分色镜501G，相对垂直于光轴的面约倾斜35度地设置，它具有反射可见光区的绿光并使蓝光透过的作用。第一分色镜501G的反射光所入射的第二分色镜502G具有与所述第一分色镜501G相同的光学特性，与第一分色镜501G平行地设置。
第一分色镜501B，相对垂直于光轴的面约倾斜20度地设置，它具有反射可见光区的蓝光的作用。第一分色镜501B的反射光所入射的第二分色镜502B具有与第一分色镜501B相同的光学特性，与第一分色镜501B平行地设置。
这里，在第一分色镜501R上反射的红光同样在第二分色镜502R上被反射后向第二会聚用透镜205R行进。然而，向第二分色镜502R行进的红光的有效部分的一部分与第二分色镜502G相干涉。但是，由于第二分色镜502G具有在光线的入射角(这里，入射角是指入射光线和分色镜的垂直面之间的角度)增大时表示反射、透过的分光特性向短波长侧偏移的光学特性，所以只是入射到第二分色镜502G的红光受到干涉的部分减少其透射率不足约10％的量，并未被完全切断。
并且，透过第一分色镜501R的光中，绿光在第一分色镜501G上被反射后向第二分色镜502G行进。然而，向第二分色镜502G行进的绿光的有效部分的一部分与第一分色镜501R与第二分色镜502B相干涉。但是，由于第一分色镜501R具有在光线的入射角(这里，入射角是指入射光线和分色镜的垂直面之间的角度)减小时表示反射、透过的分光特性向长波长侧偏移的光学特性，所以只是从背面入射到第一分色镜501R的绿光受到干涉的部分减少其透射率不足约10％的量，并未被完全切断。并且，由于第二分色镜502B具有在光线的入射角(这里，入射角是指入射光线和分色镜的垂直面之间的角度)增大时表示反射、透过的分光特性向短波长侧偏移的光学特性，所以只是入射到第二分色镜502B的绿光受到干涉的部分减少其透射率不足约10％的量，并未被完全切断。
另外，透过第一分色镜501G的蓝光在第一分色镜501B上被反射并向第二分色镜502B行进。然而，向第二分色镜502B行进的蓝光的有效部分的一部分与第一分色镜501G、501R相干涉。但是，由于第一分色镜501G、501R具有在光线的入射角(这里，入射角是指入射光线和分色镜的垂直面之间的角度)减小时表示反射、透过的分光特性向长波长侧偏移的光学特性，所以只是从背面入射到第一分色镜501G、501R的蓝光受到干涉的部分减少其透射率不足约10％的量，并未被完全切断。
而且，在本实施例中到各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的光路上各色光的光轴与其它色光的光轴交叉四次。即，如图5所示，从含各色光的光轴的平面的法线方向看时，红光的光轴R、绿光的光轴G、蓝光的光轴B均与其它色光的光轴分别交叉两次(总共四次)。
而且，与实施例1一样，调整各分色镜的角度和间隔，使得从光源201到旋转多面镜207的各色光的光程彼此相同。
在本实施例中，由第一分色镜反射的色光的有效部分与设在反射该色光的第一分色镜前级(白光W的入射侧)的、反射与该色光不同的色光的第一分色镜相干涉。或者，由第一分色镜反射的色光的有效部分与设在反射该色光的第一分色镜后级(与白光W的入射侧相反侧)的第一分色镜上反射的、入射与该色光不同的色光的第二分色镜相干涉。而且，到各色光的第二会聚用透镜205R、205G、205B的光路上各色光的光轴与其它色光的光轴交叉四次。由于这种结构，需要调整第一分色镜和第二分色镜的角度和间隔，但第一分色镜和第二分色镜的角度和间隔并不受限于上述示例。
并且，与第一分色镜和第二分色镜的反射、透过相关的光学特性并不受限于上述示例，可有多种组合。为了降低成本，可采用对射出的各色光的光学特性上不产生问题的结构，例如用全反射镜置换第一分色镜501B与第二分色镜502R。
另外，为了改善各色光的色纯度，可在分色光学系统204和旋转多面镜207之间的光路中插入选色镜。选色镜可作为独立的构件设置，但也可以在各色光用第二会聚用透镜面上实施具选色镜功能的镀膜。
除了上述的不同之处外，分色光学系统204的结构与实施例1相同，于是就构成本实施例的投射型图像显示装置。
依据本实施例，能够提供具有与实施例1相同特征的投射型图像显示装置。而且，在本实施例中能够提供比实施例2还小的投射型图像显示装置，与实施例1相比，当然就更小。
在上述各实施例中，作为图像显示面板212采用透射型液晶方式的显示器件，但也可以为调制入射光进行显示的显示器件，也能够使用反射型液晶方式、反射型镜面器件等。但不用说，它们必须是具有高速响应能力的显示器件。
并且，上述实施例中，作为积分光学系统例示了采用矩形射出开口的棒积分器202，但凡是能够射出均匀且为矩形截面的白色照明光的器件均可采用，本发明对此不作限制。例如，可以使用设有相同形状的矩形开口的微型透镜的集合体即第一透镜阵列和与第一透镜阵列的微型透镜一一对应的微型透镜的集合体即第二透镜阵的积分光学系统。
以上说明的实施例，从根本上说是为了明确本发明的技术内容，本发明的范围并不限于这些具体例的解释，在本发明的精神和权利要求书中描述的范围内能够对它们作各种变更而实施，对于本发明应从广义上理解。
权利要求
1.一种投射型图像显示装置，其中设有射出白光的光源；由来自所述光源的白光入射并射出均匀且截面为矩形的白色照明光的白色照明光学系统、将所述白色照明光分离为红、绿、蓝各色光的分色光学系统和被分色的所述各色光所入射的中继透镜系统等构成的第一光学系统；所述中继透镜系统出射的所述各色光入射、反射时，扫描所述各色光的旋转多面镜；将由所述旋转多面镜反射的所述各色光导入到照明位置上的第二光学系统；设于所述照明位置的、设有按照红、绿、蓝各色信号调制入射光的多个像素的图像显示面板；以与入射该像素的光色对应的信号驱动所述图像显示面板的所述各像素的图像显示面板驱动电路，以及放大并投射所述图像显示面板上的图像的投射光学系统；所述分色光学系统中设有至少反射红光的第一与第二红光反射镜，至少反射绿光的第一与第二绿光反射镜，以及至少反射蓝光的第一与第二蓝光反射镜；所述各反射镜布置成使从所述光源到所述旋转多面镜的所述各色光的光程彼此相同。
2.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于所述各色光的有效部分不与反射与该色光不同的色光的任意的所述反射镜相干涉，并使所述各色光的光轴在一直到所述中继透镜系统的光路上彼此不交叉。
3.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于所述第一红光反射镜、所述第一绿光反射镜及所述第一蓝光反射镜上分别反射的色光中的至少一个色光的有效部分，与设在反射该色光的所述第一反射镜前级的所述第一反射镜相干涉；所述各色光的光轴与其它色光的光轴在直到所述中继透镜系统的光路上交叉两次；所述第一蓝光反射镜与所述第一绿光反射镜分别为蓝光反射红绿光透过的分色镜与蓝绿光反射红光透过的分色镜，来自所述白色照明光学系统的光，以所述蓝光反射红绿光透过的分色镜、所述蓝绿光反射红光透过的分色镜的顺序入射。
4.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于所述第一红光反射镜、所述第一绿光反射镜及所述第一蓝光反射镜上分别反射的色光中的至少一个色光的有效部分，与设在反射该色光的所述第一反射镜前级的所述第一反射镜相干涉，或与设在反射该色光的所述第一反射镜后级的所述第一反射镜反射的色光所入射的所述第二反射镜相干涉；所述各色光的光轴与其它色光的光轴在直到所述中继透镜系统的光路上交叉四次；所述第一红光反射镜与所述第一绿光反射镜分别为红光反射绿蓝光透过的分色镜与红绿光反射蓝光透过的分色镜，来自所述白色照明光学系统的光，以所述红光反射绿蓝光透过的分色镜、所述红绿光反射蓝光透过的分色镜的顺序入射。
5.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于在所述分色光学系统和所述旋转多面镜之间，至少设置一个改善色纯度的选色镜。
6.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于所述白色照明光学系统设有出射截面为矩形的白光的积分光学系统。
7.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于所述第二光学系统中至少包括一枚fθ透镜。
8.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于所述图像显示面板为透射型光阀。
9.如权利要求1所述的投射型图像显示装置，其特征在于所述图像显示面板为反射型光阀。
全文摘要
来自光源(201)的白光通过分色光学系统(204)分离为红、绿、蓝各色光。各色光在旋转多面镜(207)上反射，经第二光学系统(210)，在图像显示面板(212)上形成带状照明区。通过旋转多面镜(207)的旋转，各色光的照明区连续移动，图像显示面板(212)的各像素按照入射到该像素的色光的信号被驱动。图像显示面板(212)上的图像由投射光学系统(216)放大并投影在屏幕上。分色光学系统(204)中设有分别反射红、绿、蓝各色光的第一与第二反射镜，各反射镜设置成使从光源(210)到旋转多面镜(207)的各色光的光程彼此相同。通过上述结构，能够提供光利用率高并能进行高分辨率且色不匀较少的图像显示的、小型的投射型图像显示装置。
文档编号G02B27/14GK1610861SQ0280784
公开日2005年4月27日 申请日期2002年6月21日 优先权日2001年7月2日
发明者畑山淳, 山岸成多, 难波修 申请人:松下电器产业株式会社