CN102483561B

CN102483561B - 照明设备和使用该照明设备的投影显示设备

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Publication number: CN102483561B
Application number: CN200980161051.XA
Authority: CN
Inventors: 加藤厚志
Original assignee: NEC Display Solutions Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: US8998419B2; WO2011021304A1; JP5334219B2; CN102483561A; US20120147330A1; JPWO2011021304A1

Abstract

一种照明设备设置有：第一光导装置(3)，其中从一个端表面输入的光在内部传播并且被从另一个端表面输出；照明光学***(1)，其将从第一光导装置(3)的另一个端表面输出的光束空间地分离成多个光束并且将形成在第一光导装置(3)的另一个端表面上的光学像形成在显示元件(12)上；反射型偏振板(11)，其布置在照明光学***(1)和显示元件(12)之间、透射第一偏振光并且沿着朝向照明光学***(1)的方向反射偏振状态不同于第一偏振光的第二偏振光；和反射元件(7)，其设置于光束被空间地分离的位置处，并且具有光束分别地通过其透射的透射区域，和形成在除了透射区域之外的区域中从而将被反射型偏振板(11)反射的光沿着朝向反射型偏振板(11)的方向反射的反射膜；和布置在反射元件(7)和反射型偏振板(11)之间的位相板(10)。

Description

照明设备和使用该照明设备的投影显示设备

技术领域

本发明涉及一种由液晶投影仪代表的投影显示设备的照明设备，并且更加具体地涉及一种照明包括转换元件的显示元件的照明设备。

背景技术

专利文献1和2讨论了一种使用LED(Light Emitting Diode：发光二极管)作为用于照明用作显示元件的DMD(Digital MicromirrorDevice：数字微镜器件)的光源的投影仪(专利文献1和2)。预期这种类型的投影仪与使用白色放电灯的投影仪的相比更大地降低成本，并且实现包括小型化、更低的功耗和更宽的颜色再现范围的性能。

还存在使用单个LCoS(Liquid Crystal on Silicon：硅基液晶)元件(非专利文献1)的投影仪，和使用三个液晶面板作为显示元件的投影仪(非专利文献2和3)。

在液晶投影仪中，通常，必须利用偏振光照明液晶面板。通常，来自LED的光是非偏振光。因此，当LED被用作用于照明液晶面板的光源时，优选的是来自LED的光被转换成偏振光以增加光利用率。

例如，当显示板是TN液晶(Twisted Nematic Liquid Crystal：扭曲向列液晶)面板时，相对于来自LED的、包括相互正交的两个线偏振分量的非偏振光，线偏振分量之一被转换为类似于另一个偏振分量。当这个偏振转换的效率低时，光利用率下降。当不执行任何偏振转换时，大约一半的光未被用作照明光。

在于非专利文献1中描述的投影仪中，来自作为光源的LED的光束被具有复合抛物面表面形状的光导部件大致转换成平行光束，该光导部件被称作CPC反射器。利用来自光导部件的平行光束照明显示板。

1/4波长板和反射型偏振板被沿着来自光导部件的光束的行进方向定位。例如，偏振板透射p偏振光，而反射s偏振光。被偏振板反射的s偏振光通过1/4波长板。通过1/4波长板的光(圆偏振光)返回LED以便在LED的表面上反射。在LED的表面上反射的光被光导部件平行地转换，并且然后再次通过1/4波长板。

被偏振板反射的s偏振光的一部分被转换成p偏振光，该部分s偏振光已经在返回LED的过程中和在于LED的表面上反射以朝向偏振板行进的过程中通过1/4波长板两次。

另外，存在一种在专利文献3中讨论的照明设备。这个照明设备包括：光源；玻璃杆，来自光源的光进入它的一个端表面；用于会聚已经从玻璃杆的另一个端表面出射的光束的会聚装置；和被设置在会聚装置在此处形成多个光源像的位置处的PBS(Polarizing BeamSplitter：偏振分束器)偏振转换阵列。

通过交替地布置第一棱镜和第二棱镜而形成PBS偏振转换阵列，第一棱镜包括形成为透射p偏振光而反射s偏振光的偏振分离膜，并且第二棱镜包括形成为沿着被偏振分离膜透射的p偏振光的行进方向反射被第一棱镜的偏振分离膜反射的光的反射膜。在第二棱镜的出射表面中形成用于将s偏振光转换成p偏振光的1/2波长板。在与第二棱镜的出射表面相对的表面中形成光屏蔽板。会聚装置配置为在第一棱镜的入射表面上形成光源像。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2006-106683A

专利文献2：JP2006-106682A

专利文献3：JP2000-206464A

非专利文献

非专利文献1：pp.1698-1701，“Single-Panel LCoS Color Projectorwith LED Light Source”SID 05DIGEST

非专利文献2：pp.1706-1709，“A Handheld Mini-Projector UsingLED Light Sources”SID 05DIGEST

非专利文献3：pp.2011-2014，“Compact Three Panel LEDProjector Engine for Portable Applications”SID 06DIGEST

发明内容

然而，在非专利文献1中描述的投影仪具有以下问题。

被反射型偏振板反射的偏振分量的光有效率地返回LED的表面。然而，在LED的表面上，仅仅返回光的一部分被朝向偏振板反射。这样，在LED的表面上发生光损失，因此阻止了高偏振转换效率的实现。例如，已经报导了由于在LED的表面上的光损失，偏振转换效率(增益)是大约1.2。

因为PBS偏振转换阵列的使用，在专利文献1中描述的照明设备难以被小型化。例如，近来的显示板的小型化可能要求PBS偏振转换阵列的每一个棱镜的间距为大约1毫米。当以这种间距形成第一棱镜和第二棱镜时，难以将1/2波长板附接到第二棱镜。

在将来，预期显示板将被进一步小型化。因此，在使用PBS偏振转换阵列的照明设备中的小型化问题将变得更加显著。

本发明的一个目的在于提供一种能够解决上述问题的、能够通过改进偏振转换效率而增加光利用率的紧凑的照明设备，和一种使用该照明设备的投影显示设备。

问题解决方案

为了实现这个目的，根据本发明的照明设备包括：

光源；

第一光导装置，在该第一光导装置处来自光源的光被供应到一个端表面，并且从该一个端表面入射的光在内部传播以从另一个端表面出射；

照明光学***，该照明光学***将从第一光导装置的另一个端表面输出的光束空间地分离成多个光束，并且将形成在第一光导装置的另一个端表面上的光学像形成在显示元件上；

反射型偏振板，该反射型偏振板位于照明光学***和显示元件之间，并且透射第一偏振光，而朝向照明光学***反射偏振状态不同于第一偏振光的第二偏振光；

反射元件，该反射元件设置在该多个光束被空间地分离的位置处并且朝向反射型偏振板反射被反射型偏振板反射的光；和

位相板，该位相板位于反射元件和反射型偏振板之间。

在此情形中，反射元件包括该多个光束透射通过的透射区域，和形成在除了透射区域之外的区域中以反射来自反射型偏振板的光的反射膜。

根据本发明的投影显示设备包括：

照明设备；

利用来自照明设备的光照明的显示元件；和

投影来自显示元件的图像光的投影光学***。

在此情形中，照明设备包括：

光源；

光导装置，在该光导装置处来自光源的光被供应到一个端表面，并且从该一个端表面入射的光在内部传播以从另一个端表面出射；

照明光学***，该照明光学***将从光导装置的另一个端表面输出的光束空间地分离成多个光束，并且将形成在光导装置的另一个端表面上的光学像形成在显示元件上；

位相板，该位相板位于反射元件和反射型偏振板之间；并且

所述反射元件包括该多个光束透射通过的透射区域，和形成在除了透射区域之外的区域中以反射来自所述反射型偏振板的光的反射膜。

附图简要说明

图1是示出根据本发明的第一示例性实施例的照明设备的配置的示意图；

图2A是示出图1所示的照明设备的每一个光导杆的配置的示意图；

图2B是示出图1所示的照明设备的每一个光导杆的配置的顶视图；

图2C是示出图1所示的照明设备的每一个光导杆的配置的侧视图；

图3是示出图1所示的照明设备的光导杆的结合区域的解释性示意图；

图4是示出图1所示的照明设备的反射元件的配置的示意图；

图5A是示出来自光源的光束到达图1所示的照明设备中的显示元件的过程的光线追迹结果的示意图；

图5B是示出在被图1所示的照明设备的照明透镜分离的四个光束中具有相对小的光线高度的分离光束的附近的放大视图；

图6示出在图1所示的照明设备中的反射元件的位置处的分离光束的光强度分布；

图7示意地示出从光导杆的出射表面输出并且被照明透镜分离的分离光束到达表面元件的光线路径，和被反射型偏振板反射的偏振分量的光到达图1所示的照明设备中的反射元件的光线路径；

图8示出在被图1所示的照明设备中的照明透镜空间地分离的光束中被反射型偏振板反射以返回反射元件的光束的光强度分布；

图9是示出来自光源的光束到达显示元件的过程、被反射型偏振板反射的光到达反射元件的过程，和被反射元件反射的光到达图1所示的照明设备中的显示元件112的过程的光线追迹结果的示意图；

图10是示出在图1所示的照明设备中包括的位相板和反射元件的实例的示意图；

图11是示出根据本发明第二示例性实施例的照明设备的光源装置的配置的示意图；

图12A是示出图11所示的光源装置的顶视图；

图12B是示出图11所示的光源装置的侧视图；

图12C是示出图11所示的光源装置的前视图；

图13是示出根据本发明另一示例性实施例的照明设备的配置的示意图；

图14是示出包括根据本发明的照明设备的投影显示设备的配置的示意图。

引用数字的解释

1照明光学***

3光导装置

4-6、8、9照明透镜

7反射元件

10位相板

11反射型偏振板

12显示元件

具体实施方式

下面，参考附图描述了本发明的示例性实施例。

(第一示例性实施例)

图1是示出根据本发明的第一示例性实施例的照明设备的配置的示意图。

如在图1中所示，根据本实施例的、照明具有反射型偏振板111的显示元件112的照明设备除了反射型偏振板111还包括光源101、光导杆102和103、照明透镜104、105、106、108和109、反射元件107，和位相板110。

反射型偏振板111例如是具有线栅类型的偏振板(a polarizing plateof wire-grid type)，并且被配置为在入射光中透射第一偏振光(例如，p偏振光)而沿着与入射方向相反的方向(朝向反射元件107)反射不同于第一偏振光的第二偏振光(例如，s偏振光)。

显示元件112包括例如液晶面板。对于反射型偏振板111和显示元件112这两者而言，可以使用在商业上可以获得的产品。作为显示元件112，例如可以使用具有1.0英寸的对角线的透射性液晶面板。

优选的是反射型偏振板111靠近显示元件112的显示表面(面板表面)定位。反射型偏振板111可以与显示元件112一体地形成。例如，当液晶面板被用作显示元件112时，反射型偏振板111可以与液晶面板的入射侧的基板一体地形成。

光源101是由例如LED代表的固体光源。来自光源101的光被供应到光导杆102的一个端表面(入射表面)。光导杆102配置为使得来自光源101的光的亮度均匀。入射表面在面积和形状方面大致类似于光源101的发光部。

例如，当具有矩形发光部的LED被用作光源101时，光导杆102的入射表面的形状是矩形，并且它的面积大致等于LED的发光部的面积。更加具体地，当使用具有4mm×3mm的发光部的LED时，光导杆102的入射表面具有4mm×3mm的尺寸。光导杆102具有大约10毫米的长度。提供大的光输出的高亮度LED是在商业上可以获得的。能够容易地获得具有4mm×3mm的发光部的LED。为了使得更大量的光从LED进入光导杆102，优选的是尽可能小地设定在LED的发光部和光导杆102之间的距离。具体地，在光导杆102和LED之间的距离是0.7毫米。

光导杆102的另一个端表面(出射表面)与光导杆103的一个端表面(入射表面)光耦合，光导杆103的所述一个端表面的面积比光导杆102的该端表面的面积更大。光耦合意味着光导杆102与103光耦合从而来自光导杆102的出射表面的光的大部分能够进入光导杆103的入射表面。

光导杆102具有例如8mm×6mm的截面尺寸和30毫米的长度。换言之，光导杆103比光导杆102更长。光耦合光导杆102和103能够抑制在光导杆102和103之间的界面上产生光损失。

光导杆102和103可以通过使用由玻璃制成的、可以廉价地获得的BK7形成。作为用于光导杆102和103的材料，可以使用光学玻璃或者光学塑料。光导杆102和103可以是中心是空腔的中空类型，或者并不具有任何的这种空腔的实心类型。

光导杆102的出射表面和光导杆103的入射表面通过光学透镜粘结剂结合。在结合状态中，通过光导杆102的截面的中心(重心)的轴线(中心轴线)和通过光导杆103的截面的中心(重心)的轴线并不相互匹配。换言之，光源101的发光中心并不位于包括光导杆103和照明透镜104、105、106、108和109的整个***的光轴(照明***的光学***A)上。

图2A是示出光导杆102和103的示意图。图2B是当从上表面侧(Y方向)看已结合的光导杆102和103时的示意图，并且图2C是当从侧面(X方向)看已结合的光导杆102和103时的示意简图。

如在图2A中所示，光导杆102和103中的每一个均是矩形横截面的柱状体。光导杆102的出射表面300的面积比光导杆103的入射表面301更小。

光导杆102和103被光学玻璃粘结剂结合从而光导杆102的出射表面300能够容纳在光导杆103的入射表面301的下半区域301a中。例如，如在图3中所示，当光导杆103的入射表面301具有尺寸H×V时，优选的是光导杆102的出射表面300被结合在阴影区域301a中(它的尺寸是(H×V)/2)。

当从上表面侧(Y方向)看已结合的光导杆102和103时(参考图2B)，光导杆102和103的光轴的位置看起来是匹配的。当从侧面(X方向)看已结合的光导杆102和103时，光导杆102的光轴的位置相对于光导杆103的光轴的位置沿着Y方向移位。

代替使用光导杆102，例如，可以使用透镜***，其中从光源101辐射的光被会聚并且会聚光进入光导杆103的入射表面301的区域301a中。在此情形中，光源101的发光中心位于透镜***的光轴上。然而，透镜***的光轴并不与包括光导杆103和照明透镜组的照明***的光轴A匹配。换言之，光源101的发光中心并不位于照明***的光轴A上，而透镜***的光轴相对于照明***的光轴A沿着Y方向移位。

照明透镜104、105和106、反射元件107、照明透镜108和109、位相板110、反射型偏振板111和显示元件112沿着从光导杆103的另一个端表面(出射表面)输出的光的行进方向顺序地布置。

光导杆103的中心轴线与包括照明透镜104、105、106、108和109的照明透镜组的光轴匹配。位相板110、反射型偏振板111和显示元件112的中心(重心)位于照明***的光轴A上。

照明透镜104、105、106、108和109全部在一个表面或者两个表面中具有球形形状。然而，非球面透镜可以用作照明透镜104、105、106、108和109。形成在光导杆103的出射表面上的光学像通过包括照明透镜104、105、106、108和109的照明透镜***形成在显示元件112的显示表面上。

从光导杆103的出射表面输出的光束通过照明透镜104到106空间地分离成多个光束。分离光束的数目由从光导杆102入射在光导杆103上的光在光导杆103的内表面上反射的次数确定。

将来自反射型偏振板111的光(例如，s偏振光)朝向反射型偏振板111反射的反射元件107设置在来自光导杆103的出射表面的光束被空间地分离的位置处。具体地，反射元件107位于照明透镜106和108之间。

图4是示出反射元件107的示意图。参考图4，反射元件107包括通过铝沉积而在例如玻璃基板201上形成的多个带形反射膜21到24。在除了由照明透镜104到106分离的光束透射通过的透射区域之外的区域中形成反射膜21到24。反射膜21到24和透射区域交替地布置。

反射膜21到24中的每一个的宽度a均为大约5毫米。优选的是，反射膜21到24的间隔b等于或者小于宽度a。在图4所示的实例中，反射膜的宽度a和间隔b是均等的。然而，它们可以并不总是均等的。

为1/4波长板的位相板110位于照明透镜109和反射型偏振板111之间。位相板110的位置不限于照明透镜109和反射型偏振板111之间。位相板110可以位于在反射元件107和反射型偏振板111之间的任何位置。

在图1所示的照明设备中，照明透镜组包括五个照明透镜104、105、106、108和109。然而，该数目不限于五个。照明透镜组能够采取任何透镜配置，只要形成在光导杆103的出射表面上的光学像能够形成在显示元件112的显示表面上。更优选的是，照明透镜104、105、106、108和109的光学参数(曲率半径和间隔)设定为使得形成在光导杆103的出射表面上的光学像能够形成在显示元件112的显示表面上，以使得能够对于来自光导杆103的出射表面的光束进行空间分离，并且使得能够在光束的分离位置处，将来自反射型偏振板111的反射光返回到光束之间的区域。

下面，详细描述根据本实施例的照明设备的操作。

图5A是示出来自光源101的光束到达图1所示配置中的显示元件112的过程的光线追迹结果的示意图。

参考图5A，来自光源101的非偏振光进入光导杆101。在光导杆102中，进入的非偏振光在杆内表面上反复地反射而传播，并且到达出射表面。在杆中的传播过程期间，亮度变得均匀。

来自光导杆102的出射表面的非偏振光进入光导杆103的入射表面。光导杆102的出射表面光耦合到利用通过光导杆103的中心(重心)的直线划分的两个区域中的一个区域(在图5A所示的实例中，下区域)中。因此，来自光导杆102的非偏振光进入光导杆103的入射表面的下半区域。

当在光源101的光发射中存在亮度非均匀性时，通过利用光导杆102将亮度均匀化，在光导杆102的出射表面上形成了均匀的照度分布。这类似于亮度均匀的光源在光导杆103的输入端表面上以零空间间隔布置的配置。因此，因为无需考虑亮度均匀化，所以光导杆103的长度能够相对小地设定。

在光导杆103中，入射非偏振光在杆内表面上反复地反射而传播，并且到达出射表面。形成在光导杆103的出射表面上的照明信息(矩形光源像)通过包括照明透镜104、105、106、108和109的照明透镜组形成在显示元件112的显示表面(面板表面)上。

从光导杆103的出射表面输出的非偏振光的光束被照明透镜104到106空间地分离成多个光束。被照明透镜104到106分离的光束的数目是基于在光导杆103中的传播过程期间的反射次数确定的。

在图5A中，从光导杆103输出的光基本上被分离成四个光束。图5B是示出在四个分离光束中具有相对小的光线高度的分离光束52的附近的放大视图。

如在图5B中所示，分离光束52并不位于包括光导杆103和照明透镜104、105、106、108和109的照明***的光轴(图1所示的光轴A)上。其原因是因为来自光导杆102的出射表面的光进入光导杆103的入射表面的下半区域，并且因此分离光束52移位到照明***的光轴位置上方而被放大。

图6示出在反射元件107的位置处的分离光束的光强度分布。在图6中，Y轴线对应于图5A所示的竖直方向(上下方向)，并且X轴线对应于图5A所示的水平方向(前后方向)。在Y轴线和X轴线中，照明***的光轴(图1所示的光轴A)的位置是0。

如在图6中所示，在反射元件107的位置处，形成光导杆103的出射表面的多个光学像(虚像)。每一个光学像均对应于每一个分离光束，并且具有沿着竖直方向大约5毫米的宽度。沿着竖直方向，在光学像之间的区域(其中无任何光学像形成的区域)的宽度也是大约5毫米。

反射元件107包括图4所示的带形的反射膜21到24，所述带形的反射膜21到24布置于在图6所示的光学像之间的空间(即，在分离光束之间的空间)中。具体地，反射膜21到24布置在Y轴线上的范围“-15”到“-10”、范围“-5”到“-0”、范围“5”到“10”和范围“15”到“20”内的四个带形区域中。优选的是反射膜21到24布置成不与光学像重叠。

反射元件107的反射膜的数目和每一个反射膜的宽度基于分离光束的数目和直径确定。分离光束的数目和直径基于光导杆103的尺寸和长度，和在杆内表面上的光反射次数确定。

被照明透镜104到106空间地分离的光束通过反射元件107。反射膜107配置为使得从光导杆103输出的光束能够被充分地分离，并且反射表面能够位于光线存在范围小的空间中。因此，每一个分离光束均通过反射元件107并且几乎不存在引起光损失的任何障碍，诸如光被反射元件107屏蔽。

通过反射元件107的分离光束被照明透镜108和109迭加(图5A所示的光线51)。光线51通过位相板110以到达反射型偏振板111。

在反射型偏振板111处，在通过位相板110的光线51(非偏振光)中，第一线偏振光(例如，p偏振光)被透射而第二线偏振光(例如，s偏振光)被朝向位相板110反射。

通过反射型偏振板111的第一线偏振光被施加于显示元件112的显示表面(面板表面)。利用被照明透镜108和109迭加的光线51的第一线偏振光，照明显示元件112使得能够以均匀照度分布进行照明。

被反射型偏振板11反射的第二线偏振光(s偏振光)通过位相板110，并且然后被照明透镜108和109放大以照明反射元件107的反射膜21到24。

图7概略地示出从光导杆103的出射表面输出并且被照明透镜104到106分离的分离光束到达表面元件112的光线路径和被反射型偏振板111反射的偏振分量的光到达反射元件107的光线路径。

如在图7中所示，从光导杆103的出射表面输出并且被照明透镜104到106分离的分离光束71和74通过反射元件107。通过反射元件107的分离光束71和74被照明透镜108和109会聚，并且然后通过位相板110以到达反射型偏振板111。

通过位相板110的分离光束71和74的第一线偏振光(例如，p偏振光)通过反射型偏振板111以到达显示元件112。来自位相板110的分离光束71和74的第二线偏振光(例如，s偏振光)被反射型偏振板111反射。

已经被反射型偏振板111反射的分离光束71的第二线偏振光(s偏振光)通过位相板110以作为光束73(圆偏振光)到达照明透镜109。来自位相板110的光束73被照明透镜108和109放大从而被施加于反射元件107的反射膜(对应于图4所示的反射膜22)。

已经被反射型偏振板111反射的分离光束74的第二线偏振光(s偏振光)通过位相板110以作为光束72(圆偏振光)到达照明透镜109。来自位相板110的光束72被照明透镜108和109放大从而被施加于反射元件107的反射膜(对应于图4所示的反射膜23)。

在图7所示的实例中，仅仅示出了用于分离光束71和74的光线路径。类似地，在其它分离光束的情形中，第一线偏振光(p偏振光)通过反射型偏振板111，而第二线偏振光(s偏振光)被反射型偏振板111反射以返回反射元件107。

图8示出在被照明透镜104到106空间地分离的光束中被反射型偏振板111反射以返回反射元件107的分离光束的光强度分布。在图8中，Y轴线对应于图7所示的竖直方向(上下方向)，并且X轴线对应于图7所示的水平方向(前后方向)。在Y轴线和X轴线中，照明***的光轴(图1所示的光轴A)的位置是0。

如在图8中所示，在反射元件107的位置处，形成由第二线偏振光在反射型偏振板111上形成的像(对应于在光导杆103的出射表面上的光学像的像)的多个光学像(虚像)。每一个光学像均具有沿着竖直方向大约5毫米的宽度。沿着竖直方向，在光学像之间的区域(其中无任何光学像形成的区域)的宽度也是大约5毫米。

在图8所示的实例中，在反射元件107的位置处，形成比较清楚的矩形光学像。因此，被反射型偏振板111反射的光有效率地到达反射元件107的反射膜的状态能够得以确认。

图8所示的每一个光学像均对应于图6所示的每一个光学像。然而，光学像的位置相对于图6所示的每一个光学像的位置沿着竖直方向移位。换言之，图8所示的每一个光学像均在反射元件107的每一个反射膜上形成。因此，被反射型偏振板111反射以返回反射元件107的光的大部分在反射元件107的每一个反射膜上朝向反射型偏振板111反射。

在反射元件107的每一个反射膜上反射的光束(圆偏振光)被照明透镜108和109会聚，并且然后通过位相板110以到达反射型偏振板111。来自反射元件107的每一个反射膜的光束(圆偏振光)在位相板110处被转换成第一偏振光(p偏振光)。来自位相板110的第一偏振光(p偏振光)透射通过反射型偏振板111以到达显示元件112。

图9示出来自光源191的光束到达显示元件121的过程、被反射型偏振板111反射的光到达反射元件107的过程，和被反射元件107反射的光到达显示元件112的过程的光线追迹结果。

如在图9中所示，被照明透镜104到106空间地分离并且通过反射元件107的光束中的每一个的第一偏振光均透射通过反射型偏振板111从而被施加于显示元件112。每一个分离光束的第二偏振光均被反射型偏振板111反射、被位相板110转换成圆偏振光、并且然后被照明透镜108和109施加于反射元件107的每一个反射膜。被反射元件107的每一个反射膜反射的光(圆偏振光)被位相板110转换成第二偏振光，并且然后透射通过反射型偏振板111从而被施加于显示元件112。被反射型偏振板111反射的偏振分量的光的大部分相应地被用作照明显示元件112的光。因此，能够增加光利用率。

如上所述，根据本实施例，该照明设备能够使用被反射型偏振板111反射的偏振分量的光作为照明光。结果，能够增加光利用率。

反射元件107被形成为包括用于透射被空间地分离的光束的透射区域和形成在除了透射区域之外的区域中以反射来自反射型偏振板的光的反射膜的结构。反射膜可以通过沉积形成，并且因此在透射区域和反射膜之间的间距能够容易地设定为大约1毫米。因此，在PBS偏振转换中实现小型化的困难问题能够得以解决，并且该照明设备能够被小型化。

反射元件107的每一个反射膜均位于被照明透镜104到106空间地分离的光束之间的空间中，并且因此分离光束的大部分通过反射元件107。因此，能够进一步增加光利用率。

光导杆103的中心轴线与包括照明透镜104到106、108和109的照明透镜组的光轴匹配。来自光源101的光经由光导杆102进入光导杆103的入射表面的两个区域之一，该两个区域被通过入射表面的中心(重心)的直线划分。根据这种配置，在图6中示出并且基于从光导杆103经由照明透镜104到106入射的光束形成的光学像，能够准确地在除了反射元件107的反射膜之外的区域中形成，并且在图8中示出并且基于从反射型偏振板111经由位相板110和照明透镜108和109入射的光形成的光学像能够准确地在反射膜上形成。因此，能够进一步增加光利用率。

光导杆102的入射表面被设定为与光源(LED)101的发光部的尺寸相等。因此，能够防止光导杆102和103增大，并且能够同时确保所要捕捉的光源(LED)的光的量。当光导杆101的入射表面的面积设定为大于LED的发光面积时，所要捕捉的光的量增加。然而，光导杆102和103增大，并且整个光学***诸如照明透镜也增大。另外，在光导表面103的出射表面的像形成于液晶面板上的照明***中，光导杆的增大引起光利用率降低。

在根据本实施例的照明设备中，例如当来自光源101的光束的亮度分布在垂直于其光轴的表面上几乎均匀时，光导杆102是不必要的。在此情形中，光源101的发光部靠近光导杆103的、面积比发光部更大的一个端表面定位。也在此情形中，来自发光部的光进入被通过光导杆103的入射表面的中心(重心)的直线划分的两个区域之一。

如在图4中所示，反射元件107的反射膜是带形的。然而，反射膜不限于这个形状。反射元件107可以仅仅在图8所示的、形成光学像的区域中包括反射膜。

只要来自光导杆103的光束通过反射元件107，并且来自反射型偏振板111的光的至少一部分被反射元件107朝向反射型偏振板111反射，反射元件107便能够设置在照明透镜组的任何位置中。然而，取决于反射元件107的位置，返回反射型偏振板111的光的量相对于来自反射型偏振板111的光的量的比率降低，由此将光利用率改进效果降低了一半。优选的是反射元件107定位为使得来自光导杆103的光能够充分地被照明透镜空间地分离并且使得在分离光束之间的区域的宽度能够等于或者大于分离光束的宽度。因此，光利用率改进效果能够被最大地呈现。

在图1所示的配置中，在显示元件112侧上的照明透镜109的表面是平面，并且位相板110被附着到这个平面。然而，可以与照明透镜分开地设置位相板110。然而，位相板110被附着到照明透镜109的配置使得能够共同使用玻璃基板，并且因此能够减小构件的数目。

位相板110可以被与反射元件107一体地形成。例如，如在图10中所示，在玻璃基板1301的一个表面1302(光源101侧)上沉积了条纹反射表面，并且位相板1303被附着到玻璃基板1301的后表面(显示元件112侧)。这种配置也能够减小构件的数目。

光源101能够是除了LED之外的光源。例如，使用电弧放电的灯能够被用作光源101。在此情形中，使用会聚透镜用于使得来自灯的光进入光导杆的入射表面。

照明透镜组包括五个照明透镜104、105、106、108和109。然而，照明透镜组不限于这些。可以从照明透镜组移除照明透镜108和109。在此情形中，照明透镜104到106的光学参数(曲率半径和间隔)设定为使得形成在光导杆103的出射表面上的光学像能够形成在显示元件112的显示表面上，以使得能够实现来自光导杆103的出射表面的光束的空间分离，并且使得在光束的分离位置处，能够将来自反射型偏振板111的反射光返回在分离光束之间的区域。反射元件107位于照明透镜106和位相板110之间。

(第二示例性实施例)

根据第一示例性实施例，作为用于使得光进入光导杆103的装置，使用了一组光源101和光导杆102。然而，能够添加另一组光源和光导杆。本发明的第二示例性实施例涉及这样一种情形，其中作为用于使得光进入光导杆103的装置设置了多个装置，该多个装置中的每一个均包括光源和光导杆。

除了包括用于使得光进入光导杆103的两个光源装置，根据本实施例的照明设备在配置方面类似于第一实施例的照明设备。图11示出用于使得光进入光导杆103的光源装置的配置。

如在图11中所示，作为用于使得光进入光导杆103的装置，根据本实施例的照明设备包括两个光导杆1101和1102。

光导杆1101在一端包括入射表面1105，来自未示出的光源(例如，LED)的光进入该入射表面1105中。从入射表面1105入射的光在内部传播以从另一端的端表面出射。光源和光导杆1101的配置对应于图1所示的光源101和光导杆102的配置。

用于以90度弯折从端表面输出的光的光路的棱镜1103位于光导杆1101的另一端的端表面上。光导杆1101和棱镜1103能够一体地形成。棱镜1103能够形成为光导杆1101的一个部分。

光导杆1102在一端包括入射表面1106，来自未示出的另一个光源(例如，LED)的光进入该入射表面1106中。从入射表面1106入射的光在内部传播以从另一端的端表面出射。另一光源和光导杆1102的配置对应于图1所示的光源101和光导杆102的配置。

用于以90度弯折从端表面输出的光的光路的棱镜1104位于光导杆1102的另一端的端表面上。光导杆1102和棱镜1104能够一体地形成。棱镜1104能够形成为光导杆1102的一个部分。

棱镜1103和1104的出射表面光耦合到光导杆103的入射表面的两个区域之一(图5A所示的下区域)中，该两个区域被通过入射表面的中心的直线划分。

位于入射表面105和106上的光源具有在相同颜色的波长带中的峰值波长。

图12A是当从Y方向看图11所示的配置时的示意图。图12B是当从X方向看图11所示的配置时的示意图。图12C是当从Z方向看图11所示的配置时的示意图。

如在图12A中所示，当从Y方向看时，光导杆103、1101和1102耦合成T形。如在图12B和图12C中所示，光导杆1102和1102被棱镜1103和1104耦合到光导杆103的入射表面的下半区域。

位于光导杆1101的入射表面106上的光源的发光中心位于光导杆1101的中心轴线上，而在棱镜1103的出射表面上形成的光源像的中心(对应于发光中心)不位于包括光导杆103和照明透镜组的照明***的光轴(图1所示的光轴A)上。

位于光导杆1102的入射表面106上的光源的发光中心位于光导杆1101的中心轴线上，而在棱镜1103的出射表面上形成的光源像的中心(对应于发光中心)不位于包括光导杆103和照明透镜组的照明***的光轴(图1所示的光轴A)上。

对于光导杆1101和1102，例如使用具有3mm×4mm的截面尺寸和10毫米的长度的光导杆。对于光导杆103，例如使用具有6mm×8mm的截面尺寸和30毫米的长度的光导杆。

根据本实施例的照明设备能够提供与根据第一示例性实施例的照明设备的那些操作效果相同的操作效果，并且能够通过使用两个光源而实现高亮度。

图11所示的光导装置仅仅是一个实例。本发明不限于所示出的配置。例如，可以设置三个或者更多光源装置，每一个均包括光源、光导杆和棱镜。在此情形中，每一个光源装置均光耦合到光导杆103的入射表面的两个区域之一，该两个区域被通过入射表面的中心(重心)的直线划分。

光导杆103、1101和1102可以耦合成除了T形之外的形状。例如，可以使用基于图1所示的光导杆102和图11所示的光导杆1101的组合的耦合形式。

(另一示例性实施例)

图13示出根据本发明另一示例性实施例的照明设备的配置。

参考图13，根据本实施例的照明设备包括照明光学***1、光源2、光导装置3、反射元件7、位相板10和反射型偏振板11。

光导装置3配置为使得从一个端表面入射的光能够在内部传播以从另一个端表面出射。来自光源2的光进入光导装置3的一个端表面。照明光学***1包括用于将在光导装置3的另一个端表面上形成的光学像形成在显示元件12上的照明透镜4到6、8和9，并且配置为使得来自光导装置3的光束能够被至少一个透镜空间地分离成多个光束。

反射型偏振板11位于照明光学***1和显示元件12之间。反射型偏振板11透射第一偏振光而朝向照明光学***1反射偏振状态不同于第一偏振光的第二偏振光。

设置在该多个光束被空间地分离的位置处的反射元件7将被反射型偏振板11反射的光朝向反射型偏振板11反射。反射元件7包括该多个光束透射通过的透射区域，和形成在除了透射区域之外的区域中的并且反射来自反射型偏振板11的光的反射膜。

位相板10位于反射元件7和反射型偏振板11之间。

根据本实施例的照明设备，因为通过反射元件7将被反射型偏振板11反射的偏振分量的光朝向反射型偏振板11反射，所以来自反射型偏振板11的反射光能够被用作照明光。结果，能够增加光利用率。

反射元件107形成为包括被空间地分离的光束透射通过的透射区域和形成在除了透射区域之外的区域中的反射膜的结构。反射膜可以通过沉积形成，并且因此在透射区域和反射区域之间的间距能够容易地设定为大约1毫米。因此，在PBS偏振转换中实现小型化的困难问题能够得以解决，并且该照明设备能够被小型化。

根据本实施例的照明设备能够配置为使得光源2的发光中心不位于包括光导装置3和照明光学***1的整个***的光轴(光轴A)上。根据这种配置，通过适当地设定光源2的发光中心关于光轴A的移位量，来自反射型偏振板11的反射光能够准确地在反射元件7的反射区域中会聚。

取决于光源2相对于光轴A的移位量，来自反射型偏振板11的反射光的一部分被反射元件7反射，而其余部分透射通过反射元件7。透射通过反射元件7的光返回光源2。返回光源2的光的一部分在光源2的表面上被朝向反射元件7反射。这个反射光能够被用作照明光。

取决于反射元件7的位置，来自反射型偏振板11的反射光的一部分被反射元件7反射，而其余部分透射通过反射元件7。在此情形中，如在上述情形中，返回光源2的光的一部分能够被用作照明光。

下面，描述了使用本发明的照明设备的投影显示设备的配置。

图14示出包括本发明的照明设备的投影显示设备的配置。

图14所示的投影显示设备是三板液晶投影仪，其主要部分包括照明设备200到202、投影光学***203、液晶面板204到206，和正交二向色棱镜207。

照明设备200到202的配置类似于根据第一示例性实施例的照明设备。使用具有在蓝色波长带中的峰值波长的光源用于照明设备200的光源。使用具有在红色波长带中的峰值波长的光源用于照明设备201的光源。使用具有在绿色波长带中的峰值波长的光源用于照明设备202的光源。蓝色、绿色和红色颜色对应于光的三基色。

利用从照明设备200输出的预定偏振光(p或者s偏振光)的颜色光(蓝色)照明液晶面板204。利用从照明设备201输出的预定偏振光(p或者s偏振光)的颜色光(红色)照明液晶面板205。利用从照明设备202输出的预定偏振光(p或者s偏振光)的颜色光(绿色)照明液晶面板206。

正交二向色棱镜207位于照明设备200到202的光轴的交叉点处。正交二向色棱镜207包括来自液晶面板204的图像光(蓝色)进入其中的第一入射表面、来自液晶面板205的图像光(红色)进入其中的第二入射表面、来自液晶面板206的图像光(绿色)进入其中的第三入射表面，和通过合成从入射表面入射的图像光(红色、绿色和蓝色)的颜色而获得的颜色合成图像光从其出射的出射表面。

投影光学***203在屏幕(未示出)上投影来自正交二向色棱镜207的颜色合成图像光。投影光学***203的光瞳设定在照明透镜200到202的光学***(照明透镜104到106、108和109)中的每一个的焦点位置中。换言之，照明设备200到202中的每一个的光学***和投影光学***203均构成远心***。

根据本实施例的投影显示设备，每一个照明设备均利用高度有效率的照明光照明每一个液晶面板。因此，能够获取明亮的投影像。

对于照明设备200到202，可以使用根据第二实施例和另一实施例的照明设备。

本发明的照明设备能够被应用于单板液晶投影仪。单板液晶投影仪的主要部分包括照明设备、利用来自照明设备的光照明的液晶面板，和将来自液晶面板的图像光投影到屏幕上的投影光学***。例如，液晶面板的每一个像素均包括红色、绿色或者蓝色滤色镜。这使得能够实现全色显示。在此情形中，对于每一种颜色，在每一个像素处的显示/非显示操作以时分方式执行。

上述照明设备和投影显示设备仅仅是本发明的实例。在并不偏离本发明的要旨的范围内，可以对于本发明的配置和操作做出各种修改。

Claims

1.一种照明设备，包括：

第一光源；

第一光导单元，在所述第一光导单元处来自所述第一光源的光被供应到一个端表面，并且从所述一个端表面入射的光在内部传播以从另一个端表面出射；

照明光学***，所述照明光学***将从所述第一光导单元的所述另一个端表面输出的光束空间地分离成多个光束，并且将形成在所述第一光导单元的所述另一个端表面上的光学像形成在显示元件上；

反射型偏振板，所述反射型偏振板位于所述照明光学***和所述显示元件之间，并且透射第一偏振光，而朝向所述照明光学***反射第二偏振光，所述第二偏振光的偏振状态不同于所述第一偏振光的偏振状态；

反射元件，所述反射元件设置在所述多个光束被空间地分离的位置处并且朝向所述反射型偏振板反射被所述反射型偏振板反射的光；和

位相板，所述位相板位于所述反射元件和所述反射型偏振板之间，

其中所述反射元件包括所述多个光束透射通过的透射区域，和形成在除了所述透射区域之外的区域中以反射来自所述反射型偏振板的光的反射膜，并且

其中所述第一光源的发光中心不位于所述第一光导单元的光轴上，并且不位于所述照明光学***的光轴上。

2.根据权利要求1的照明设备，进一步包括位于所述第一光源和所述第一光导单元之间的第二光导单元，在所述第二光导单元处来自所述第一光源的光从一个端表面进入，并且入射光在内部传播以从另一个端表面出射，

其中从所述第二光导单元的所述另一个端表面输出的光进入所述第一光导单元的所述一个端表面的两个区域中的一个区域，所述两个区域被通过所述一个端表面的重心的直线划分。

3.根据权利要求2的照明设备，其中所述第二光导单元的所述另一个端表面与所述第一光导单元的所述一个端表面的所述一个区域光耦合。

4.根据权利要求2的照明设备，其中所述第一光源是包括矩形发光部的固体光源，并且所述发光部的面积等于所述第二光导单元的一个端表面的面积。

5.根据权利要求2的照明设备，进一步包括：

至少一个第二光源；和

至少一个第三光导单元，在所述第三光导单元处来自所述第二光源的光从一个端表面进入，并且入射光在内部传播以从另一个端表面出射，

其中所述第二光导单元的所述另一个端表面和所述第三光导单元的所述另一个端表面与所述第一光导单元的所述一个端表面的所述一个区域光耦合。

6.根据权利要求2的照明设备，其中所述第一光源是LED，并且所述第一光导单元比所述第二光导单元更长。

7.根据权利要求1的照明设备，其中所述反射膜形成为条纹形状，并且当从垂直于所述反射元件的表面的方向看时，所述反射膜的纵向方向与所述第一光源的发光中心从包括所述第一光导单元和所述照明光学***的整个***的光轴的移位方向交叉。

8.根据权利要求1的照明设备，其中所述第一光导单元的所述另一个端表面的多个光学像形成在所述反射元件的位置处。

9.根据权利要求1的照明设备，其中所述反射膜的宽度等于或者大于所述透射区域的宽度。

10.一种投影显示设备，包括：

根据权利要求1的照明设备；

显示元件，所述显示元件利用来自所述照明设备的光照明；和

投影光学***，所述投影光学***投影来自所述显示元件的图像光。