CN102135713B - 反射型液晶投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明的反射型液晶投影机具备：光源；反射型液晶面板，其对从光源出射的光进行调制；线栅型偏振分离元件，其配置于通过反射型液晶面板调制后的光所入射的位置，具有使该光之中的第1偏振光反射并且使偏振方向与第1偏振光基本正交的第2偏振光透射的偏振分离面；投影光学***，其对由线栅型偏振分离元件反射后的第1偏振光进行投影；以及开口光阑，其设置于从光源出射的光的光路，从反射型液晶面板朝向线栅型偏振分离元件，使在第1偏振光的偏振方向具有展宽的第1光与在第2偏振光的偏振方向具有展宽的第2光相比缩减。

Description

反射型液晶投影机
技术领域
本发明涉及反射型液晶投影机。
背景技术
以往以来，作为液晶投影机的一种，已知有反射型液晶投影机。反射型液晶投影机，例如包括光源、偏振分束器(以下，称为PBS)、反射型液晶面板及投影光学***。从光源出射的光，在PBS中透射而入射至反射型液晶面板。PBS通常与反射型液晶面板的法线方向呈45°的角度而配置。入射至反射型液晶面板的光，被调制并由反射型液晶面板反射。由反射型液晶面板反射后的光，再次入射到PBS，被分离为表示图像的偏振光和表示反转图像的偏振光。表示图像的偏振光由投影光学***投影至屏幕等，由此显示图像。
根据反射型液晶投影机，与透射型液晶投影机相比较，可以实现高对比率和/或高亮度。反射型液晶投影机，开始在发挥了该优点的家庭影院和/或数字电影、数字标牌等市场普及。但是，在使对比率进一步提高方面，PBS的偏振分离功能依赖于入射角这一状况成为大的障碍。
详细地，从反射型液晶面板出射的光，通常并非平行光而为发散光，具有例如20°锥形左右的展宽。若对于入射角为45°±10°的范围的入射光，PBS分离偏振光的精度不足，则表示反转图像的偏振光的一部分无法从表示图像的偏振光分离而显示图像，从而难以使对比率提高。
以往的PBS，通过将在直角棱镜的斜面涂敷有电介质多层膜的2个棱镜、以互相的斜面粘接而成。近年来，采用偏振分离功能的入射角依赖性比以往的PBS小的线栅型PBS，反射型投影机的对比率大幅度提高。
但是，因为线栅型PBS也有入射角依赖性，所以实现超高对比率(例如1∶50000)并不容易。作为使对比率提高的技术，专利文献1～3中公开了通过开口光阑对从反射型液晶面板出射的光的展宽进行限制的技术。
在专利文献1中，对入射至PBS的光的角度进行限制。在聚拢光线束时PBS的角度特性提高，能够实现强调了对比度的投影状态，在展宽光线束时能够实现投影大量光量的、强调了明亮度的投影状态。
在专利文献2中，着眼于液晶的视角特性而采用将开口的4角向对角方向聚拢的十字形状的开口光阑，能够截断对比率低的视角方向的光。
在专利文献3中，使用椭圆状和/或十字型状的开口光阑，能够将明亮度的下降抑制为最小限度，并且使对比率提高。
【专利文献1】特开2006-113282号公报
【专利文献2】特开2007-212997号公报
【专利文献3】特表2005-516249号公报
根据专利文献1～专利文献3的技术，能够期待使对比率提高的效果。但是，为了将明亮度的下降抑制为最小限度，并且使对比率进一步提高，如以下所说明地，存在应该改进之处。
在专利文献1的技术中，若通过开口光阑对向PBS的入射角进行限制，则与通常同样显示图像会变暗，难以兼顾高对比度化与高亮度化。
在专利文献2的技术中，因为以液晶的视角特性的观点来看应该遮光的角度分量的光未必与以PBS的入射角依赖性的观点来看应该遮光的角度分量的光相一致，所以有可能无法充分地分离表示反转图像的光而无法应对高对比度化。此外，有可能表示图像的光被遮光的比例有所增加，引起明亮度下降。
在专利文献3的技术中，设定为线栅型PBS的偏振分离功能不受入射角的影响(参照专利文献3，0039)。从而，有可能不能期待改善由线栅型PBS的入射角依赖性导致的对比率的下降的效果，无法应对高对比度化。在专利文献3中，虽然与0039的记载不一致，但是还记载了在光线束的两侧以各种程度优先对光进行遮断的内容(参照专利文献3，0026)。但是，由于关于形成为怎样的开口光阑才能够对线栅型PBS的偏振分离功能进行补偿并未进行记载，所以由于与专利文献2同样的理由，有可能无法应对高对比度化和/或有可能引起明亮度下降。
发明内容
本发明是鉴于前述情况而实现的，其目的之一在于提供兼顾高对比度化及高亮度化的反射型液晶投影机。
在本发明中，为了达到前述目的，采用以下的措施。
本发明的反射型液晶投影机，具备：光源；反射型液晶面板，其对从前述光源出射的光进行调制；线栅型偏振分离元件，其配置于通过前述反射型液晶面板调制后的光所入射的位置，具有使该光之中的第1偏振光反射并且使偏振方向与前述第1偏振光基本正交的第2偏振光透射的偏振分离面；投影光学***，其对由前述线栅型偏振分离元件反射后的前述第1偏振光进行投影；以及开口光阑，其设置于从前述光源出射的光的光路，从前述反射型液晶面板朝向前述偏振分离面，使在前述第1偏振光的偏振方向具有展宽的第1光与在前述第2偏振光的偏振方向具有展宽的第2光相比缩减。
从光源出射的光在通过反射型液晶面板进行调制之后，通过线栅型偏振分离元件(以下，简记为WG元件)分离为第1偏振光和第2偏振光，并通过对第1偏振光进行投影，来显示图像。
本申请发明人关于WG的偏振分离功能的入射角依赖性进行了研究。关于其结果在“具体实施方式”中进行说明，但是得到如下认知：关于在由WG元件反射的第1偏振光的偏振方向(以下，称为反射轴方向)具有展宽的光而分离偏振光的精度，比关于在透射于WG元件的第2偏振光的偏振方向(以下，称为透射轴方向)具有展宽的光而分离偏振光的精度低。此意味着，在由WG元件反射的光中，包含于第1光的第2偏振光这一方容易变得比包含于第2光的第2偏振光多。
在本发明的反射型液晶投影机中，因为通过开口光阑使第1光与第2光相比缩减，所以能够减少表示应该显示的图像的第1偏振光之中被开口光阑缩减的光的光量，并且从所投影的光除去表示反转图像的第2偏振光，能够兼顾高对比度化及高亮度化。
本发明的反射型液晶投影机，作为代表性的方式可采取以下的方式。
优选：前述开口光阑具有遮光部，该遮光部设置有使光通过的开口；前述开口在通过该开口的前述第1偏振光的偏振方向的最大内尺寸，比该开口在该偏振方向的正交方向的最大内尺寸小。
据此，因为第1光在开口光阑的透射率比第2光在开口光阑的透射率低，第1光与第2光相比缩减，所以能够兼顾高对比度化及高亮度化。
优选：前述线栅型偏振分离元件的前述偏振分离面，相对于前述反射型液晶面板所包含的液晶层的光出射面为非平行；前述开口光阑，使朝向前述偏振分离面中与前述液晶层的光出射面的间隔变宽的一侧具有展宽的第3光与朝向前述偏振分离面中与前述液晶层的光出射面的间隔变窄的一侧具有展宽的第4光相比缩减。
一般地，光相对于界面的入射角越大，光在界面的反射率越高。在上述的结构中，朝向偏振分离面中与液晶层的光出射面的间隔变宽的一侧具有展宽的第3光的入射角这一方比朝向偏振分离面中与液晶层的光出射面的间隔变窄的一侧具有展宽的第4光的入射角大。表示反转图像的第1偏振光之中的第3光，因为相对于偏振分离面的入射角比第4光大所以容易由偏振分离面反射，容易与由偏振分离面反射的第1偏振光相混合。根据上述的结构，因为开口光阑使第3光与第4光相比缩减，所以可提高将明亮度的降低抑制为最低限度并且使对比率提高的效果。
优选：前述开口光阑具有遮光部，该遮光部设置有使光通过的开口；前述开口在通过该开口的前述第1偏振光的偏振方向的内尺寸，在该偏振方向的正交方向的前述第3光的入射侧比前述第4光的入射侧小。
据此，因为第3光在开口光阑的透射率比第4光在开口光阑的透射率低，第3光与第4光相比缩减，所以可提高将明亮度的降低抑制为最低限度并且使对比率提高的效果。
优选：前述开口光阑配置于前述投影光学***的瞳面。
据此，因为开口光阑配置于投影光学***的瞳面，所以不会使所显示的图像变窄地能够使第1光与第2光相比缩减。由于从反射型液晶面板出射的光在投影光学***的瞳面，形成通过将角度分量的光与角度相应地在空间上进行映射而成的光点(傅立叶变换像)，所以容易选择性地缩减入射至瞳面的光之中期望的角度分量的光。因为使即将投影之前的光缩减，所以能够正确地除去表示反转图像的光。
优选，具备：透镜阵列，其设置于前述光源与前述反射型液晶面板之间的光路，具有排列于与前述光源的光轴基本正交的面的多个透镜要素；以及重叠透镜，其设置于前述透镜阵列与前述反射型液晶面板之间的光路；其中，前述多个透镜要素的各个使从前述光源出射的光会聚，前述重叠透镜使通过前述多个透镜要素的各个会聚了的光重叠于前述反射型液晶面板；前述开口光阑设置于前述透镜阵列与前述重叠透镜之间的光路。
据此，因为光源光被多个透镜要素在空间上划分而入射，并且由多个透镜要素的各个会聚后的光通过重叠透镜而重叠于反射型液晶面板，所以光源光的照度被均匀化。从而，入射至反射型液晶面板的光的照度被均匀化，能够减小所显示的图像的明亮度不匀。因为使若从反射型液晶面板出射则难以由WG元件分离的角度分量的光在入射至反射型液晶面板之前的阶段缩减，所以能够兼顾高对比度化及高亮度化，而且能够提高反射型液晶面板的耐光性。尤其是，在开口光阑也设置于投影光学***的瞳面的情况下，可提高将明亮度的降低抑制为最低限度并且使对比率提高的效果。
附图说明
图1是表示本发明的投影机的概略结构的示意图。
图2是表示1***的图像形成***中的光路的示意图。
图3是示意性地表示反射型液晶面板的结构的分解立体图。
图4是表示由WG元件反射了的光的偏振状态的概念图。
图5(a)是第1光的光路图，(b)是第2光的光路图。
图6是表示WG元件的偏振分离功能的入射角依赖性的曲线图。
图7是表示出射侧开口光阑的配置的图。
图8是表示入射侧开口光阑的一例的图。
图9是表示入射侧开口光阑的与图8不同的例子的图。
图10(a)～(d)是表示实施例1～4的开口光阑的开口形状的俯视图，(e)、(f)是表示比较例1、2的开口光阑的开口形状的俯视图。
图11是用实施例1～4、比较例1的开口光阑表示相对于透射率的对比率的比较的曲线图。
图12是表示变形例的开口光阑的俯视图。
符号的说明
1...投影机，2...光源，3...积分器光学***，4...色分离光学***，5...图像形成***，5a...第1图像形成***，5a...第3图像形成***，5b...第2图像形成***，5c...第3图像形成***，6...色合成元件，7...投影光学***，8...反射型液晶面板，20...光轴，21...光源灯，22...抛物面反射器，30...光轴，31...第1透镜阵列(透镜阵列)，32...第2透镜阵列(透镜阵列)，33...入射侧开口光阑(开口光阑)，34...偏振变换元件，35...重叠透镜，41...第1分色镜，42...第2分色镜，43...第3分色镜，44、45...反射镜，51...入射侧偏振板，54...WG元件(线栅型偏振分离元件)，55...出射侧偏振板，71...第1透镜部，72...第2透镜部，73...出射侧开口光阑(开口光阑)，80...被照明区域，81...元件基板，82...对置基板，83...液晶层，84...补偿板，85...栅线，86...源线，87...TFT，88...像素电极，90...遮光部，91～94、95E、96E...开口，91E～94E...遮光部件，311、321...透镜要素，331...遮光部，332、332B...开口，341...偏振变换单元，540...偏振分离面，541...电介质层，542...金属线，731...遮光部，732...开口，831...液晶分子，C10...遮光部，C11...开口，C20...遮光部，C21...开口，D1...反射轴方向(第1偏振光的偏振方向)，D2...透射轴方向(第2偏振光的偏振方向)，P...像素，S...光点。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在用于说明的附图中，为了容易理解地表示特征性部分，存在使附图中的结构的尺寸和/或比例尺相对于实际的结构不同的情况。此外，在实施方式中关于同样的构成要素，存在附加相同符号而图示，并省略其详细的说明的情况。
图1是表示本发明的一实施方式的投影机1的概略结构的示意图，图2是表示第2图像形成***5b的光路的示意图，图3是示意性地表示反射型液晶面板的结构的分解立体图。
如图1所示，投影机1具有光源2、积分器光学***3、色分离光学***4、3***的图像形成***5、色合成元件6、投影光学***7及开口光阑。作为3***的图像形成***5，设置有第1图像形成***5a、第2图像形成***5b及第3图像形成***5c。作为开口光阑，设置有入射侧开口光阑33及出射侧开口光阑73。入射侧开口光阑33组装到积分器光学***3，出射侧开口光阑73组装到投影光学***7。投影机1若概略说明则如以下地进行工作。
从光源2出射的光源光，入射至积分器光学***3。入射至积分器光学***3的光源光，其照度被均匀化并且其偏振状态被一致化，此外通过入射侧开口光阑33被截断广角分量而出射。从积分器光学***3出射的光源光，通过色分离光学***4分离为多束色光，按每一色光入射至不同的***的图像形成***5。入射至3***的图像形成***5的各***的色光，基于应该显示的图像的图像数据，被进行调制而成为调制光。从3***的图像形成***5出射的3色的调制光，通过色合成元件6合成而成为多色光，并入射至投影光学***7。入射至投影光学***7的多色光，通过出射侧开口光阑73被截断表示反转图像的光，并被投影至屏幕等被投影面(图示略)。由此，在被投影面显示彩色的图像。
接着，关于投影机1的构成要素详细地进行说明。
光源2具有光源灯21及抛物面反射器22。从光源灯21放射的光，通过抛物面反射器22向一个方向反射而成为基本平行的光线束，作为光源光入射至积分器光学***3。光源灯21例如由金属卤化物灯、氙气灯、高压水银灯、卤素灯等构成。此外，也可以代替抛物面反射器22而由椭圆反射器、球面反射器等构成反射器。相应于反射器的形状，有时使用使从反射器出射的光平行化的平行化透镜。
积分器光学***3具有第1透镜阵列31、第2透镜阵列32、入射侧开口光阑33、偏振变换元件34及重叠透镜35。积分器光学***3的光轴30与光源2的光轴20基本一致，上述的积分器光学***3的各个构成要素以中心位置并排于积分器光学***3的光轴30上的方式配置。在本实施方式中，在第1透镜阵列31与重叠透镜35之间的光路之中，在第1透镜阵列31与第2透镜阵列32之间的光路，配置入射侧开口光阑33。入射侧开口光阑33的说明与出射侧开口光阑73的说明一起在后面进行。
第1透镜阵列31具有排列于与光源2的光轴20基本正交的面的多个透镜要素311。第2透镜阵列32与透镜要素311同样具有多个透镜要素321。透镜要素311、321例如排列为矩阵状，在与光轴30正交的平面的平面形状与图2所示的反射型液晶面板8的被照明区域80成为相似形状(在此，基本为矩形)。被照明区域80是反射型液晶面板8中包括排列有多个像素的区域的整体的区域。
偏振变换元件34具有多个偏振变换单元341。偏振变换单元341虽然并未图示其详细的结构，但是具有偏振分束膜(以下，称为PBS膜)、1/2相位板及反射镜。
第1透镜阵列31的透镜要素311与第2透镜阵列32的透镜要素321一一对应。第2透镜阵列32的透镜要素321与偏振变换元件34的偏振变换单元341一一对应。处于相互对应关系的透镜要素311、321及偏振变换单元341沿着与光轴30基本平行的轴并排。
入射至积分器光学***3的光源光，被第1透镜阵列31的多个透镜要素311在空间上划分而入射，并按每束入射于透镜要素311的光源光而会聚。通过透镜要素311会聚后的光源光，通过入射侧开口光阑33，成像于与该透镜要素311相对应的透镜要素321。即，在第2透镜阵列32的多个透镜要素321的各个，形成二次光源像。来自形成于透镜要素321的二次光源像的光，入射至与该透镜要素321对应的偏振变换单元341。
入射至偏振变换单元341的光，被分离为相对于PBS膜的P偏振光和S偏振光。被分离后的一种偏振光在由反射镜反射之后通过1/2相位板，其偏振状态被与另一种偏振光一致化。在此，通过了偏振变换单元341的光的偏振状态，被一致化为相对于后述的WG元件54的偏振分离面的P偏振光。从多个偏振变换单元341的各个出射的光，入射至重叠透镜35而折射，重叠于反射型液晶面板8的被照明区域80。由第1透镜阵列31在空间上分割后的多个光线束的各个，通过对被照明区域80的基本全部区域进行照明，以多个光线束使照度分布平均化，被照明区域80的照度均匀化。
色分离光学***4具有第1～第3分色镜41～43及第1、第2反射镜44、45，所述第1～第3分色镜41～43具有波长选择面。第1分色镜41具有使红色光反射并且使绿色光及蓝色光透射的特性。第2分色镜42具有使红色光透射并且使绿色光及蓝色光反射的特性。第3分色镜43具有使绿色光反射并且使蓝色光透射的特性。第1、第2分色镜41、42以使其各自的波长选择面相互基本正交的方式，并且以使其各自的波长选择面与积分器光学***3的光轴30呈基本45°的角度的方式配置。
入射至色分离光学***4的光源光所包含的红色光L10、绿色光L20及蓝色光L30如以下那样被分离，入射至与分离后的每一色光对应的图像形成***5。
光L10在第2分色镜42中透射并且由第1分色镜41反射，之后由第1反射镜44反射而入射至第1图像形成***5a。
光L20在第1分色镜41中透射并且由第2分色镜42反射，之后由第2反射镜45反射，并接着由第3分色镜43反射而入射至第2图像形成***5b。
光L30在第1分色镜41中透射并且由第2分色镜42反射，之后由第2反射镜45反射，并接着在第3分色镜43中透射而入射至第3图像形成***5c。
第1～第3图像形成***5a～5c都为同样的结构。在此，代表第1～第3图像形成***5a～5c，关于第2图像形成***5b的结构进行说明。
如图2所示，第2图像形成***5b具有入射侧偏振板51、WG元件54、反射型液晶面板8及出射侧偏振板55。另外，图2中的虚线是为了使WG元件54的位置关系变得明确而描绘的辅助线，而并没有实体。线栅型偏振分离元件，与以往的电介质多层膜类型的PBS不同，不需要由三角棱镜夹持。虽然在图2中，为了使构成要素的位置关系容易理解，分离地描绘了入射侧偏振板51、反射型液晶面板8、出射侧偏振板55，但是实际上以大致接近于图2中的虚线的方式配置。
作为从色分离光学***4出射的光源光的一部分的绿色光L20入射至入射侧偏振板51。入射侧偏振板51使直线偏振光通过，且以使相对于接着说明的WG元件54的偏振分离面的P偏振光通过的方式被设定了透射轴。以下，将相对于WG元件54的偏振分离面的P偏振光简称为P偏振光，并将相对于WG元件54的偏振分离面的S偏振光简称为S偏振光。如上所述，通过了积分器光学***3的光源光，其偏振状态被一致化为P偏振光，光L20的大部分通过入射侧偏振板51，并入射至WG元件54。
WG元件54包括电介质层541及多条金属线542。电介质层541通过玻璃基板等构成。多条金属线542设置于电介质层541的表面。多条金属线542均延伸于一方向(Z方向)，相互基本平行地并排。多条金属线542的延伸方向是反射轴方向D1，多条金属线542相并排的方向是透射轴方向D2。偏振分离面是平行于反射轴方向D1且平行于透射轴方向D2的WG元件54的主面。偏振分离面的法线方向相对于光L20的中心轴呈基本45°的角度。
在入射至偏振分离面的光L20之中，偏振方向为反射轴方向D1的S偏振光(第1偏振光)由偏振分离面反射，偏振方向为透射轴方向D2的P偏振光(第2偏振光)在偏振分离面中透射。从积分器光学***3出射的绿色光L20大体为P偏振光，通过偏振分离面入射至反射型液晶面板8。
如图3所示，反射型液晶面板8具有元件基板81、对置基板82、液晶层83及补偿板84。元件基板81与对置基板82相对地设置。液晶层83设置于元件基板81与对置基板82之间。补偿板84相对于对置基板82设置于与液晶层83相反侧。通过了WG元件54的绿色光L20入射至补偿板84而通过对置基板82，在入射至液晶层83之后由元件基板81反射而折返。绿色光L20在通过液晶层83的期间被调制而成为光L21，并通过对置基板82及补偿板84，从反射型液晶面板8出射。
元件基板81以硅基板和/或玻璃基板为基体而构成。在使用硅基板的情况下，成为所谓的LCOS(Liquid crystal on silicon，硅基液晶)。元件基板81包括多条栅线85、多条源线86、多个薄膜晶体管(以下，称为TFT)87及像素电极88。
多条栅线85互相平行地延伸。多条源线86互相平行地延伸。栅线85的延伸方向(X方向)与源线86的延伸方向(Z方向)相交叉(在此为正交)。在栅线85与源线86相交叉的每一部分，设置TFT87。栅线85与TFT87的栅电极电连接。源线86与TFT87的源区域电连接。
由栅线85和源线86包围的部分，成为一个调制要素。在本实施方式中，1个调制要素成为1个像素P。多个像素P在一方向(X方向)以等间距排列，并在另一方向(Z方向)以等间距排列。在多个像素P，设置有按每一像素P独立的岛状的像素电极88。本实施方式的像素电极88，由金属材料构成，兼作镜面反射板。在图3中，对像素电极88进行切剖，示意性地图示像素电极88的基底侧。实际上，像素电极88隔着平坦化层和/或绝缘层覆盖栅线85、源线86、TFT87，提高了像素P的开口率。像素电极88与TFT87的漏区域电连接。覆盖像素电极88，设置有图示省略的取向膜。
对置基板82，虽然其详细的结构未图示，但是以玻璃基板等透明基板为基体而构成。在对置基板82的液晶层83侧设置有由透明导电材料构成的共用电极。在共用电极的液晶层83侧设置有取向膜。设置于元件基板81和/或对置基板82的取向膜，例如是通过斜向蒸镀法等形成的无机取向膜。
液晶层83例如通过VA模式的液晶层构成。元件基板81与对置基板82的单元间隙例如为2.0μm左右，在该单元间隙封入液晶材料而构成液晶层83。液晶材料是介电常数各向异性为负、双折射性Δn例如为0.12的液晶材料。液晶层83所包含的液晶分子831，其预倾角θP例如为87°左右，该预倾角以沿着元件基板81的基板面的方向为基准(0°)。补偿板84例如通过负的C板构成。补偿板84相对于沿着元件基板81的基板面的方向倾斜基本4.5°左右而设置，以便对由于液晶分子831的预倾而产生的相位差进行补偿。
在以上的结构的反射型液晶面板中，若对栅线85供给选择脉冲，则连接于该栅线85的TFT87变为导通。在TFT87变为导通的状态下，与每一像素的灰度等级值相应的源信号被供给至源线86。源信号经由TFT87被供给至像素电极88。若对像素电极88供给源信号，则在该像素电极88与共用电极之间施加电场，液晶层83的取向状态与该电场相应地按每一像素P发生变化。入射至像素P的光L20，与该像素P处的液晶层83的取向状态相应地，其偏振状态发生变化。通过了液晶层83的光L20，作为调制后的光L21从液晶层83的光出射面出射。
在本实施方式中，在对像素P处的液晶层83未施加电场的状态下，入射至该像素P的光L20，其偏振状态基本不变而以P偏振光原样出射。在对像素P处的液晶层83施加电场的状态下，入射至该像素P的光L20，其P偏振光以与由图像数据规定的灰度等级值相应的比率向S偏振光变化。即，光L21所包含的S偏振光为表示应该显示的图像的光，光L21所包含的P偏振光为表示应该显示的图像的反转图像的光。从多个像素P的各个出射的光L21的中心轴，相互基本平行，与液晶层83的光出射面基本垂直。
如图4所示，从多个像素P的各个出射的光L21，具有与光源光的展宽角等相应的展宽角θ(例如20°锥形左右)。从反射型液晶面板8出射的光L21，入射至WG元件54的偏振分离面。光L21所包含的P偏振光在偏振分离面中透射，光L21所包含的S偏振光由偏振分离面反射。光L21之中在偏振分离面中进行了透射的光L22(P偏振光为主)，朝向入射侧偏振板51行进，从朝向投影光学***7的光路被除去。光L21之中由偏振分离面反射后的光L23(S偏振光为主)，朝向出射侧偏振板55行进(参照图2)。出射侧偏振板55使直线偏振光通过，且以使S偏振光通过的方式被设定了透射轴。光L23之中通过了出射侧偏振板55的光L24，入射至色合成元件6。
入射至图1所示的第1图像形成***5a的光L10，与绿色光L20同样地被调制，作为表示应该显示的图像的S偏振的红色光L14，从第1图像形成***5a出射。同样地，表示应该显示的图像的S偏振的蓝色光L34，从第3图像形成***5c出射。如图2所示，光L14、L24、L34入射至色合成元件6。
色合成元件6通过分色棱镜等构成。分色棱镜为4个三棱柱棱镜互相贴合而成的结构。三棱柱棱镜中相贴合的面，成为分色棱镜的内面。在分色棱镜的内面，使红色光反射并且使绿色光及蓝色光透射的特性的波长选择面与使蓝色光反射并且使红色光及绿色光透射的特性的波长选择面相互正交而形成。
入射至分色棱镜的作为绿色光的S偏振光的L24，通过波长选择面而原样出射。入射至分色棱镜的S偏振的红色光L14、S偏振的蓝色光L34由波长选择面选择性地反射或者透射，出射于与S偏振的绿色光L24的出射方向相同的方向。绿色光L24也可以根据需要由2分之1波长板变换为P偏振光。由此，绿色光L24在分色棱镜中高效地透射。这样，3种色光重叠而合成，成为多色光L并入射至投影光学***7。
如图1所示，投影光学***7具有第1透镜部71、第2透镜部72及出射侧开口光阑73。出射侧开口光阑73配置于投影光学***7的瞳面。
光L23是被投影而显示图像的光，以使所显示的图像的对比率提高的观点来看，优选：光L23中不包含表示反转图像的P偏振光。关于从第1、第3图像形成***5a、5c出射的光也同样。但是，难以将P偏振光与S偏振光完全地分离，实际上P偏振光的极少一部分会由偏振分离面反射而包含于光L23。在图4中，关于光L23在光点S内的偏振状态，由箭头示意性地图示偏振方向。
光点S内的偏振状态，虽然基本上成为偏振方向是反射轴方向D1的直线偏振光，但是在混合有P偏振光的部分成为接近于直线偏振光的椭圆偏振光。该椭圆偏振光的长轴相对于反射轴方向D1倾斜。光L23所包含的P偏振光的比例越高，椭圆偏振光的长轴与出射侧偏振板55的透射轴所形成的角度越增加。若这样的椭圆偏振光入射至出射侧偏振板55，则相当于将椭圆偏振光的长轴方向的振幅正交投影于出射侧偏振板55的透射轴而得到的振幅的平方的光量，在出射侧偏振板55中透射。即，当将在光L23不包含P偏振光的情况下在出射侧偏振板55中透射的光的光量设定为期望的光量时，光L23所包含的P偏振光的比例越增加，在出射侧偏振板55中透射的光的光量越偏离期望的光量。
在本发明中，在光L14、L24、L34的各个的角度分量的光之中，对P偏振光所占的比例相对变高的角度分量的光选择性地进行遮光，可以兼顾所显示的图像的明亮度的确保及对比率的提高。以下，代表光L14、L24、L34而关于光L24，关于对包含P偏振光较多的角度分量的光选择性地进行遮光的结构进行说明。
图5(a)是第1光在与反射型液晶面板8的液晶层83的光出射面的法线方向(Y方向)及WG元件54的反射轴方向D1平行的面上的光路图。符号Lθ1表示在从反射型液晶面板8的任意像素P出射而在反射轴方向D1具有展宽的第1光L21a之中，与液晶层83的光出射面的法线方向呈第1角度θ1(°)的角度分量的光。光Lθ1相对于偏振分离面540的入射角αθ(°)与第1角度θ1相同。
图5(b)是第2光在与反射型液晶面板8的液晶层83的光出射面的法线方向(Y方向)及WG元件54的透射轴方向D2平行的面上的光路图。符号Lθ2表示在从反射型液晶面板8的任意像素P出射而在透射轴方向D2具有展宽的第2光L21b之中，与液晶层83的光出射面的法线方向呈第2角度θ2(°)的角度分量的光。光Lθ2相对于偏振分离面540的入射角βθ(°)与第2角度θ2之间存在(βθ＝45-θ2)的关系。
图6是表示WG元件54的偏振分离功能的入射角依赖性的一例的曲线图。
如图6所示，WG元件54具有偏振分离功能的入射角依赖性，P偏振光在偏振分离面的反射率(理想为0％)，依入射角αθ、βθ的不同而发生变化。随着入射角αθ从0°开始向正方向或负方向远离，P偏振光的反射率增加。如上所述，入射角αθ与从反射型液晶面板8朝向偏振分离面540在反射轴方向D1(第1偏振光的偏振方向)展宽的方向的第1角度θ1相同。从而，越是第1角度θ1的绝对值比(0°)大的角度分量的光，该角度分量所包含的P偏振光越容易由偏振分离面540反射，在由偏振分离面540反射之后P偏振光的比例变高。
P偏振光的反射率的等高线表示下述状况：基本沿着横轴，由入射角αθ的不同引起的入射角依赖性这一方比由入射角βθ的不同引起的入射角依赖性显著。如上所述，入射角βθ对应于从反射型液晶面板8朝向偏振分离面540在透射轴方向D2(第2偏振光的偏振方向)展宽的方向的第2角度θ2。即，如果与从光源2出射时相比较，使光被投影时的角度分量在展宽于反射轴方向D1的方向、以比展宽于透射轴方向D2的方向宽的角度范围缩减，则能够将明亮度的降低抑制为最低限度，并且使对比率提高。
此外，因为光相对于界面的入射角越大，光在界面的反射率越高，所以入射角βθ越增加，由入射角αθ的不同引起的入射角依赖性越变得显著。例如，在βθ＝30°时反射率从αθ＝0°到αθ＝15°的变化为0.3％左右，相对于此，在βθ＝60°时反射率从αθ＝0°到αθ＝15°的变化为0.9％左右。朝向偏振分离面540中与液晶层83的光出射面的间隔变宽的一侧具有展宽的第3光L21c(参照图5(b))这一方，比朝向与液晶层83的光出射面的间隔变窄的一侧具有展宽的第4光L21d，相对于偏振分离面540的入射角βθ大。即，如果与从光源2出射时相比较，使光被投影时的角度分量在第3光L21c所展宽的方向、以比第4光L21d所展宽的方向宽的角度范围缩减，则能够提高将明亮度的降低抑制为最低限度并且使对比率提高的效果。
返回到图2的说明，入射侧开口光阑33具有遮光部331，该遮光部331设置有使光通过的开口332。出射侧开口光阑73具有遮光部731，该遮光部设置有使光通过的开口732。本实施方式的开口332、732的形状为大致梯形。
入射侧开口光阑33的开口332，沿着梯形的互相平行的对边的方向(Z方向、称为长度短方向)的最大内尺寸比与对边正交的方向(X方向、称为长度长方向)的最大内尺寸小。开口332的长度长方向与P偏振光的偏振方向基本一致，开口332的长度短方向与S偏振光的偏振方向基本一致。开口332的长度短方向的尺寸成为：长度长方向的一侧的尺寸比另一侧的尺寸短。通过了开口332的一侧的光L20，在入射至反射型液晶面板8之后，作为第3光L21c而出射。通过了开口332的另一侧的光L20，在入射至反射型液晶面板8之后，作为第4光L21d而出射。
通过了入射侧开口光阑33的光L20，若与从光源2出射时相比较，则以展宽于S偏振光的偏振方向(反射轴方向D1)的角度分量的光(第1光)与展宽于P偏振光的偏振方向(透射轴方向D2)的角度分量的光(第2光)相比缩减了的状态，通过WG元件54入射至反射型液晶面板8。然后，调制后的光L21，以第1光与第2光相比缩减了的状态，再次入射于WG元件54。因为容易由偏振分离面产生P偏振光的泄漏反射的第1光的广角分量被优先截断，所以能够减少由偏振分离面反射后的光L23中所包含的P偏振光。
此外，与使第2光以与第1光相同的程度缩减的情况相比较，能够使难以由偏振分离面产生P偏振光的泄漏反射的第2光增加。尤其是，在入射侧开口光阑33中，由于成为第3光L21c的角度分量的光与成为第4光L21d的角度分量的光相比缩减，所以能够减少光L23中所包含的P偏振光并且有效地增加第2光。
此外，由于对于入射至反射型液晶面板8之前的光L20，使对于显示而言所不需要的光缩减，所以能够防止由该不需要的光引起的反射型液晶面板8的劣化，能够提高反射型液晶面板8的耐光性。
出射侧开口光阑73的开口732，沿着梯形的互相平行的对边的方向(Z方向、称为长度短方向)的最大内尺寸比与对边正交的方向(Y方向、称为长度长方向)的最大内尺寸小。开口732的长度长方向与P偏振光的偏振方向基本一致，开口732的长度短方向与S偏振光的偏振方向基本一致。开口732的长度短方向的尺寸成为：长度长方向的一侧的尺寸比另一侧的尺寸短。从反射型液晶面板8出射的第3光L21c入射至开口732的一侧。从反射型液晶面板8出射的第4光L21d入射至开口732的另一侧。
通过了出射侧开口光阑73的光L24，与入射至出射侧开口光阑73之前的光L24相比较，在入射至偏振分离面时在反射轴方向D1展宽的第1光与在入射至偏振分离面时在透射轴方向D2展宽的第2光相比缩减。通过了出射侧开口光阑73的光L24，其与第2光相比包含由偏振分离面泄漏反射了的P偏振光相对多的第1光的广角分量被优先截断，并通过投影光学***7进行投影。
此外，与使第2光以与第1光相同的程度缩减的情况相比较，能够使难以由偏振分离面产生P偏振光的泄漏反射的第2光增加。尤其是，在出射侧开口光阑73中，由于来源于第3光L21c的角度分量的光与来源于第4光L21d的角度分量的光相比缩减，所以能够减少光L24中所包含的P偏振光并且有效地增加第2光。
如以上所述，因为在由入射侧开口光阑33及出射侧开口光阑73缩减的光量得到抑制而且有效地减少了表示反转图像的P偏振光的状态下，光L24通过投影光学***7进行投影，所以能够将明亮度的降低抑制为最低限度，并且使对比率提高。
接着，参照图7～图9，关于开口光阑的配置进行说明。图7是对应于投影光学***7的物体侧远心光学***的光路图，图8是表示入射侧开口光阑33的配置例的图，图9是表示入射侧开口光阑的与图8不同的配置例的图。
如图7所示，投影光学***7能够作为以反射型液晶面板8为物体侧的物体侧远心光学***来看待。从反射型液晶面板8的各像素出射的光的主光线，经由第1透镜部71在焦点相交。包含该焦点且与第1透镜部71的光轴正交的面为瞳面，在该瞳面配置出射侧开口光阑73。从第1透镜部71到出射侧开口光阑73的距离，为第1透镜部71的焦距F。
从反射型液晶面板8的多个像素P的各个出射的光，无论是从哪一像素P出射的光，都在瞳面的基本同一区域形成光点。该光点的光强度分布成为从各个像素P出射的光的角度分量与角度相应地在空间上被映射而成的分布。例如，越是与反射型液晶面板8的法线方向形成的角度大的角度分量的光，越入射至远离于投影光学***7的光轴的位置；越是该角度小的角度分量的光，越入射至接近于投影光学***7的光轴的位置。
若出射侧开口光阑73配置于投影光学***的瞳面，则关于从任一像素出射的光都能够均匀地控制展宽角，不会使所显示的图像变窄地能够使第1光与第2光相比缩减。此外，因为在瞳面，角度分量的光在空间上分布于与具有展宽的角度相应的位置，所以容易选择性地且高精度地缩减期望的角度分量的光。此外，因为使即将投影于被投影面SC之前的光缩减，所以能够正确地除去表示反转图像的光。
在图8所示的配置例中，在第1、第2透镜阵列31、32之间的光路配置入射侧开口光阑33A。入射侧开口光阑33A可以遮挡第1、第2透镜阵列31、32之间的光路，能够可变地控制遮挡该光路的面积。
因为通过在第1透镜阵列31与重叠透镜35之间的光路配置入射侧开口光阑33A，使重叠之前的光缩减，所以难以产生在光反射型液晶面板8的照度不均。此外，因为第1、第2透镜阵列31、32互相隔开构成第1透镜阵列的透镜要素311的焦距的量，所以容易确保配置使入射侧开口光阑33A的开口直径成为可变的机构的空间。
在图9所示的配置例中，在第2透镜阵列32与重叠透镜35之间的光路配置入射侧开口光阑33B。入射侧开口光阑33B具有在与重叠透镜35的光轴基本正交的面内排列的多个开口332B。开口332B与构成第2透镜阵列32的多个透镜要素321分别一一对应而设置。从透镜要素321出射的光，在与该透镜要素321对应的开口332B中通过，并通过重叠透镜35重叠于反射型液晶面板8。多个开口332B都为同样的形状，例如为与上述的开口332同样的俯视大致梯形。如果这样，则例如与上述的例子相比较，关于从透镜要素321出射的光，能够高精度地控制展宽角。此外，因为使从多个透镜要素321的各个出射的光同样地缩减，所以几乎不会产生因入射侧开口光阑33B引起的在反射型液晶面板8的照度不均。
接着，参照图10(a)～图10(f)、图11，关于开口光阑的开口形状的例子及相对于开口光阑的透射率的对比率进行说明。图10(a)～图10(d)是表示实施例1～4的开口光阑的开口形状的俯视图，图10(e)、图10(f)是表示比较例1、2的开口光阑的开口形状的俯视图。图10(a)～图10(f)中的符号D3表示S偏振光在通过开口光阑时的相对于偏振分离面的偏振方向，符号D4表示P偏振光在通过开口光阑时的相对于偏振分离面的偏振方向。
图10(e)所示的比较例1的开口光阑C1，具有遮光部C10，该遮光部C10设置有俯视基本圆形的开口C11。
图10(f)所示的比较例2的开口光阑C2，为可变光阑，具有遮光部C20，该遮光部C20设置有俯视基本正六边形的开口C21。
实施例1～实施例4为应用了本发明的开口光阑的例子。
图10(a)所示的实施例1的开口光阑9A，具有遮光部90，该遮光部90设置有俯视基本梯形的开口91。
图10(b)所示的实施例2的开口光阑9B，具有遮光部90，该遮光部90设置有俯视基本三角形的开口92。
图10(c)所示的实施例3的开口光阑9C，具有遮光部90，该遮光部90设置有俯视基本矩形的开口93。
图10(d)所示的实施例4的开口光阑9D，具有遮光部90，该遮光部90设置有俯视基本椭圆的开口94。
开口91～94，其S偏振光的偏振方向D3的最大内尺寸都比P偏振光的偏振方向D4的最大内尺寸小。开口91、92，其S偏振光的偏振方向D3的内尺寸在P偏振光的偏振方向D4的一侧与另一侧不同。开口91、92设置为，S偏振光的偏振方向D3的内尺寸小的一侧成为第3光的入射侧。
图11是用实施例1～4、比较例1的开口光阑表示对比率相对于透射率的比较的曲线图。关于实施例1～4的开口光阑9A～9D，将开口91～94的纵横比都设定为1∶3。在此，纵横比相当于S偏振光的偏振方向D3的最大内尺寸与P偏振光的偏振方向D4的最大内尺寸之比。实施例1～4及比较例1的开口光阑配置为，开口形状的重心位置与投影光学***的光轴相重合。图11的曲线图的横轴表示将孔径焦距比(F number，F值)为3的圆形光阑(例如比较例1)的透射率设定为100％而标准化了的开口率。
如从图11的曲线图可以看出的，即使在与以往同样的比较例1中，随着使孔径焦距比增大(即减小开口直径)，也可得到高的对比率。若以相同的开口光阑透射率进行比较，则实施例1～4的对比率比比较例1的对比度高。此外，若以相同的对比率进行比较，则实施例1～4的开口光阑透射率比比较例1的开口光阑透射率高。这样，通过使用应用了本发明的实施例1～4的开口光阑，可得到将明亮度的降低抑制为最低限度并且使对比率提高的效果。
若对实施例1、3进行比较，则实施例1这一方可得到高的对比率及高的开口光阑透射率。即表明：通过将S偏振光的偏振方向D3的开口的内尺寸在第3光的入射侧设定得比第4光的入射侧小，可提高将明亮度的降低抑制为最低限度并且使对比率提高的效果。
实施例2虽然在开口光阑透射率高的区域使对比率提高的效果小，但是若将开口光阑透射率设定得小则可得到最高的对比率。这可认为是因为：通过在实施例1～4中将开口的纵横比固定为1∶3，第3光的入射侧(三角形的底边)的内尺寸比实施例1、3、4相对变大。即可认为：通过以对入射至第3光的入射侧的角度分量进行限制的方式将对比率最优化，可以在开口光阑透射率高的区域提高使对比率提高的效果。此外，因为若将开口光阑透射率设定得小则可得到最高的对比率，所以也可考虑如下述的变形例那样，应用于开口形状可变的开口光阑。
关于实施例4，因为与在S偏振光的偏振方向D3、P偏振光的偏振方向D4具有长边、短边的矩形的开口(例如实施例3)相比，矩形的对角方向聚拢，所以认为在液晶的视角窄的条件下可提高使对比率提高的效果。
图12是表示变形例的开口光阑9E的俯视图。开口光阑9E具有由遮光部件91E～94E构成的遮光部。由遮光部件91E～94E包围的部分成为俯视基本梯形的开口95E。遮光部件91E、92E形成开口95E的开口形状之中互相平行的对边。遮光部件93E、94E形成开口95E的开口形状之中互相非平行的对边。
在开口光阑9E中，在使开口光阑开口率下降时，例如使遮光部件91E、92E向互相离开的方向移动，使遮光部件93E、94E向互相接近的方向移动。由此，成为俯视基本三角形的开口96E。如在上述的实施例中所说明地，在具有俯视基本梯形的开口91的实施例1中，尤其在开口光阑透射率高的区域对比率变高；在具有俯视基本三角形的开口92的实施例2中，尤其在开口光阑透射率低的区域对比率变高。从而，根据变形例的开口光阑9E，能够在开口光阑透射率的宽范围区域，使对比率格外地提高。
如以上所述，在应用了本发明的投影机1中，通过入射侧开口光阑33及出射侧开口光阑73，相对容易产生P偏振光的泄漏反射的第1光与第2光相比缩减。从而，能够减少表示应该显示的图像的S偏振光之中被开口光阑缩减的光的光量，并且从所投影的光除去表示反转图像的P偏振光，能够兼顾高对比度化及高亮度化。
另外，本发明的技术范围并非限定于前述实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内可以实现多种变形。例如，作为光源，也可以代替灯光源而使用发光二极管(LED)和/或激光二极管(LD)等固体光源。积分器光学***和/或色分离光学***的结构可根据光源的种类等，省略或者改变。
只要设置入射侧开口光阑33和出射侧开口光阑73的至少一方，便可得到将明亮度的降低抑制为最低限度并且使对比率提高的效果。
虽然在上述的实施方式中，通过对开口光阑的开口形状进行改进，使第1光与第2光相比缩减，但是也能够通过使开口内的透射率在空间上变化，来构成具有方向各向异性的开口光阑。例如，将开口形状形成为俯视基本正方形，并设置如下的半透射部，即该半透射部：从通过开口的S偏振光的偏振方向的开口中央部朝向周边部，光的透射率阶段性地或者连续性地变低。由此，通过上述开口的光的透射率在周边部比开口的中央部变低，能够使第1光与第2光相比缩减。

Claims (5)

1.一种反射型液晶投影机，其特征在于，具备：
光源；
反射型液晶面板，其对从前述光源出射的光进行调制；
线栅型偏振分离元件，其配置于通过前述反射型液晶面板调制后的光所入射的位置，具有使该光之中的第1偏振光反射并且使偏振方向与前述第1偏振光基本正交的第2偏振光透射的偏振分离面；
投影光学***，其对由前述线栅型偏振分离元件反射后的前述第1偏振光进行投影；以及
开口光阑，其设置于从前述光源出射的光的光路，从前述反射型液晶面板朝向前述偏振分离面，使在前述第1偏振光的偏振方向具有展宽的第1光与在前述第2偏振光的偏振方向具有展宽的第2光相比缩减；
前述开口光阑具有遮光部，该遮光部设置有使光通过的开口；
前述开口在通过该开口的前述第1偏振光的偏振方向的最大内尺寸，比该开口在该偏振方向的正交方向的最大内尺寸小。
2.按照权利要求1所述的反射型液晶投影机，其特征在于：
前述线栅型偏振分离元件的前述偏振分离面，相对于前述反射型液晶面板所包含的液晶层的光出射面为非平行；
前述开口光阑，使朝向前述偏振分离面中与前述液晶层的光出射面的间隔变宽的一侧具有展宽的第3光与朝向前述偏振分离面中与前述液晶层的光出射面的间隔变窄的一侧具有展宽的第4光相比缩减。
3.按照权利要求2所述的反射型液晶投影机，其特征在于：
前述开口光阑具有遮光部，该遮光部设置有使光通过的开口；
前述开口在通过该开口的前述第1偏振光的偏振方向的内尺寸，在该偏振方向的正交方向的前述第3光的入射侧比前述第4光的入射侧小。
4.按照权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶投影机，其特征在于：
前述开口光阑配置于前述投影光学***的瞳面。
5.按照权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶投影机，其特征在于，具备：
透镜阵列，其设置于前述光源与前述反射型液晶面板之间的光路，具有排列于与前述光源的光轴基本正交的面的多个透镜要素；以及
重叠透镜，其设置于前述透镜阵列与前述反射型液晶面板之间的光路；
其中，前述多个透镜要素的各个使从前述光源出射的光会聚，前述重叠透镜使通过前述多个透镜要素的各个会聚了的光重叠于前述反射型液晶面板；
前述开口光阑设置于前述透镜阵列与前述重叠透镜之间的光路。
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