CN102498436B - 照明设备和使用该照明设备的投影显示设备 - Google Patents

照明设备和使用该照明设备的投影显示设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种照明设备，该照明设备包括：光源(101)；光导装置(102)，在该光导装置处，来自光源(101)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***(103、104、106和107)，该照明光学***将从光导装置(102)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(102)的另一个端表面上的光学像形成在显示元件(110)上；反射型偏振板(109)，该反射型偏振板位于照明光学***(103、104、106和107)和显示元件(110)之间并且透射第一偏振光而朝向照明光学***(103、104、106和107)反射偏振态不同于第一偏振光的第二偏振光；反射元件(105)，该反射元件设置在该多个光束空间地分离的位置处并且将被反射型偏振板(109)反射的光朝向反射型偏振板(109)反射；和位于反射元件(105)和反射型偏振板(109)之间的位相板(108)。反射元件(105)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反射膜。

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。预期这种类型的投影仪与使用白色放电灯的投影仪相比，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，应该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，当显示面板是TN液晶(Twisted Nematic Liquid Crystal：扭曲向列液晶)面板时，相对于包括来自LED的、相互正交的两个线偏振分量的非偏振光，线偏振分量中的一个得到转换从而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面板。
1/4波长板和反射型偏振板定位在来自光导部件的光束的行进方向上。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从而在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；和设置在会聚装置形成多个光源像的位置处的PBS(Polarizing Beam Splitter：偏振分束器)偏振转换阵列。
通过在一个方向上交替地布置第一棱镜和第二棱镜而形成PBS偏振转换阵列。第一棱镜和第二棱镜中的每一个均是通过将两个直角棱镜(rectangular prism)结合在一起而形成的长方体棱镜(rectangularparallelepiped prism)。
第一棱镜包括形成在两个直角棱镜的结合表面上以透射p偏振光而反射s偏振光的偏振分离膜，并且被配置为使得入射光能够以大约45度的入射角进入偏振分离膜。
第二棱镜包括形成在两个直角棱镜的结合表面上的反射膜，并且被配置为使得被第一棱镜的偏振分离膜反射的s偏振光能够以大约45度的入射角进入反射膜。在被反射膜反射的光的行进方向上定位的第二棱镜的表面是出射表面。用于将s偏振光转换成p偏振光的1/2波长板形成在出射表面上。光屏蔽板形成在与第二棱镜的出射表面相对的表面上。
从第一棱镜输出的p偏振光和从第二棱镜输出的p偏振光在相同方向上行进。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 05 DIGEST
非专利文献2：pp.1706-1709，“A Handheld Mini-Projector UsingLED Light Sources”SID 05 DIGEST
非专利文献3：pp.2011-2014，“Compact Three Panel LEDProjector Engine for Portable Applications”SID 06 DIGEST
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，返回光的仅仅一部分被朝向偏振板反射。因此，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。
因为PBS偏振转换阵列的使用，在专利文献3中描述的照明设备难以被小型化。例如，近来的显示面板的小型化可能要求PBS偏振转换阵列的每一个棱镜的节距(pitch)为大约1毫米。当以这种节距形成第一棱镜和第二棱镜时，难以将1/2波长板结合到第二棱镜。
在将来，预期显示面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、能够通过提高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；
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***将从光导装置的该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该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空间地分离的位置处并且将被反射型偏振板反射的光朝向反射型偏振板反射；和
延迟板，该延迟板位于反射元件和反射型偏振板之间。
在此情形中，该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的反射膜；
该光源的发光中心位于通过光导装置的两个端表面的重心的中心轴上；并且
该照明光学***将由通过透射区域的该多个光束中的第二偏振光在反射型偏振板上形成的多个光学像形成在反射膜上。
根据本发明的一种投影式显示设备包括：
照明设备；
显示元件，该显示元件利用来自照明设备的光照明；和
投影光学***，该投影光学***投影来自显示元件的图像光。
在此情形中，该照明设备包括：
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***将从光导装置的该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该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空间地分离的位置处并且将被反射型偏振板反射的光朝向反射型偏振板反射；和
延迟板，该延迟板位于反射元件和反射型偏振板之间。
该反射元件包括该多个光束透射通过的透射区域，和在形成除了透射区域之外的区域中的反射膜。
该光源的发光中心位于通过光导装置的两个端表面的重心的中心轴上。
该照明光学***将由通过透射区域的该多个光束中的第二偏振光在反射型偏振板上形成的多个光学像形成在反射膜上。
附图简要说明
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的照明设备的配置的示意图。
图2是示出图1所示照明设备的反射元件的配置的示意图。
图3是示出在图1所示照明设备中，来自光源的光束到达显示元件的过程的光线追迹结果的示意图。
图4是示出在图1所示照明设备中，被照明透镜分离的光束中的一束到达反射型偏振板的过程、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反射型偏振板的过程的光线追迹结果的示意图。
图5是示出根据本发明第二示例性实施例的照明设备的配置的示意图。
图6是示出包括根据本发明的照明设备的投影式显示设备的配置的示意图。
图7是示出在一种***中在被从光源引导到显示面板的光中，透射通过反射型偏振板的线偏振分量的光的路径的光线追迹结果的示意图，该***包括绿色照明设备、液晶面板、正交二向色棱镜，和图6所示投影式显示设备中的投影光学***。
引用数字的解释
101  光源
102  光导杆
103、104、106、107  照明透镜
105  反射元件
108  位相板
109  反射型偏振板
110  显示元件
具体实施方式
接下来，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，照明具有反射型偏振板109的显示元件110的、根据本实施例的照明设备除了反射型偏振板109，还包括光源101、光导杆102、照明透镜103、104、106和107、反射元件105和位相板108。
反射型偏振板109例如是具有线栅类型的偏振板(a polarizingplate of wire-grid type)，并且配置为在入射光中透射第一偏振光(例如p偏振光)而在与入射方向相反的方向上(朝向反射元件105)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110包括例如液晶面板。可以使用在商业上可以获得的产品用于反射型偏振板109和显示元件110两者。例如可以使用具有1.0英寸的对角线的透射性液晶面板作为显示元件110。
优选的是反射型偏振板109靠近显示元件110的显示表面(面板表面)定位。反射型偏振板109可以与显示元件110一体地形成。例如，当液晶面板被用作显示元件110时，反射型偏振板109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。将来自光源101的光供应到光导杆102的一个端表面(入射表面)。光源101的发光部的中心(发光中心)位于通过光导杆102的截面的中心(重心)的轴(中心轴)上。
光导杆102的入射表面的面积大于光源101的发光部的面积。例如，当具有4mm×3mm的发光部的LED被用于光源101时，例如使用具有8mm×3mm的截面和20毫米的长度的方形杆作为光导杆103。
可以通过使用由玻璃制成的、可以廉价地获得的BK7来形成光导杆102。可以使用光学玻璃或者光学塑料作为用于光导杆102的材料。光导杆102可以是中心是空腔的中空型，或者并不具有任何的这种空腔的实心型。
为了使得更大的光量能够从光源101进入光导杆102，优选的是尽可能小地设定在光源101的发光部和光导杆102之间的距离。具体地，在光导杆102和光源101之间的距离是0.7毫米。
照明透镜103和104、反射元件105、照明透镜106和107、位相板108、反射型偏振板109和显示元件110以这个次序布置在从光导杆102的另一个端表面(出射表面)输出的光的传播方向上。
通过包括照明透镜103、104、106和107的照明透镜组将形成在光导杆102的出射表面上的光学像形成在显示元件110的显示表面上。照明透镜103、104、106和107全部在一个表面上或者在两个表面上具有球形形状。然而，可以使用非球面透镜。
照明透镜103和104的光轴与光导杆102的中心轴匹配。反射元件105、位相板108、反射型偏振板109和显示元件110的中心(重心)位于照明透镜106和107的光轴12上。当从与照明透镜103和104的光轴11和照明透镜106和107的光轴12交叉的平面相垂直的方向看时，光轴11相对于光轴12移位。
相对于通过照明透镜106和107、反射元件105、位相板108、反射型偏振板109和显示元件110中的每一个的重心的轴(与光轴12相似)，通过光导杆102和照明透镜103和104中的每一个的重心的光轴(与光轴11相似)的偏心量(eccentricity)(移位量)例如是3毫米。该偏心量不限于3毫米。然而，偏心量越大，则反射元件105、位相板108、反射型偏振板109和显示元件110越大。
从光导杆102的出射表面输出的光束被照明透镜103和104空间地分离成多个光束。分离光束的数目是由从光源101入射在光导杆102上的光在光导杆102的内表面上反射的次数确定的。
将来自反射型偏振板109的光(例如，s偏振光)朝向反射型偏振板109反射的反射元件105设置在来自光导杆102的出射表面的光束空间地分离的位置处。具体地，反射元件105位于照明透镜104和106之间。
图2是示出反射元件105的示意图。参考图2，反射元件105包括通过铝沉积而在例如厚度大约1毫米的玻璃基板200上形成的多个带形反射膜2021到2024。反射膜2021到2024形成在除了透射区域2011到2014之外的区域中，被照明透镜103和104分离的光束透射通过该透射区域2011到2014。反射膜2021到2024和透射区域2011到2014交替地布置。反射膜2021到2024能够是介电多层膜。反射膜105的重心位于光轴12上，该重心在反射膜2023和2022之间的边界线的中心处。
在反射膜105的位置中，形成了光导杆102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，并且在竖直方向上具有大约5毫米的宽度。在竖直方向上，在光学像之间的区域(未形成任何光学像的区域)的宽度也是大约5毫米。
由第二偏振光在反射型偏振板109上形成的像(对应于光导杆102的出射表面的光学像的像)在反射膜105的位置中形成多个光学像(虚像)。每一个光学像在竖直方向上均具有大约5毫米的宽度。在竖直方向上，在光学像之间的区域(未形成任何光学像的区域)的宽度也是大约5毫米。
对应于光学像(虚像)，反射膜2021到2024被设定为具有大约5毫米的宽度，并且反射膜2021到2024被设定为具有大约5毫米的间隔(节距(pitch))。
在图2中，反射膜被示为具有均匀的宽度和间隔。然而，它们可以并不总是均匀的。反射膜的数目不限于四个。反射膜的数目、宽度和间隔基于从光导杆102的出射表面输出的光束的数目和光束的尺寸确定。
位相板108是位于照明透镜107和反射型偏振板109之间的1/4波长板。位相板108的位置不被限制在照明透镜107和反射型偏振板109之间。位相板108能够位于反射元件105和反射型偏振板109之间的任何位置处。
在图1所示配置中，独立于其它部件设置位相板108。然而，该布置不限于此。照明透镜107在显示元件110侧的表面是平面。位相板108可以被结合到该平面。这种配置使得能够共同地使用玻璃基板。因此，能够减少构件的数目。
位相板108可以与反射元件105一体地形成。例如，位相板108能够被结合到图2所示玻璃基板200的、与形成反射膜2021到2024的表面相对的表面。这种配置也使得能够减少构件的数目。
在图1所示照明设备中，照明透镜组包括四个照明透镜103、104、106和107。然而，该数目不限于四个。照明透镜组能够采用任何透镜配置，只要能够将形成在光导杆102的出射表面上的光学像形成在显示元件110的显示表面上。更加优选的是，照明透镜103、104、106和107的光学参数(曲率半径、间隔和在光轴11和12之间的关系)被设定为使得：形成在光导杆102的出射表面上的光学像被形成在显示元件110的显示表面上；来自光导杆102的出射表面的光束被空间地分离；并且在光束的分离位置处，将来自反射型偏振板109的反射光返回到分离光束之间的区域。
下面，详细描述根据本实施例的照明设备的操作。
图3是示出在图1所示配置中来自光源101的光束到达显示元件110的过程的光线追迹结果的示意图。
参考图3，来自光源101的非偏振光进入光导杆102。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。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的亮度均匀化，在光导杆102的出射表面上形成了均匀的照度分布。
包括照明透镜103、104、106和107的照明透镜组将形成在光导杆102的出射表面上的照明信息(矩形光源像)形成在显示元件110的显示表面(面板表面)上。
从光导杆102的出射表面输出的非偏振光的光束被照明透镜103和104空间地分离成多个光束。被照明透镜103和104分离的光束的数目基于在光导杆102中的传播过程期间的反射次数确定。
在图3中，从光导杆102输出的光被分离成三个光束。在从光源101进入光导杆102的光中，在经分离的三个光束中，仅中间光束是从光导杆102输出而未在光导杆的内表面上反射的光。
反射元件105被定位为使得被照明透镜103和104分离的光束能够通过图2所示的透射区域2011到2014中的三个。换言之，该三个分离光束通过反射元件105而几乎不受例如被反射膜2021到2024屏蔽引起的光损失的影响。
通过反射元件105的分离光束被照明透镜106和107迭加，并且然后通过位相板108以到达反射型偏振板109。
在反射型偏振板109处，在通过位相板108的光束(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108反射。
通过反射型偏振板109的第一线偏振光被施加到显示元件110的显示表面(面板表面)。利用在被照明透镜106和107迭加的光束中的第一线偏振光来照明显示元件110，使得能够实现具有均匀照度分布的照明。
在另一方面，被反射型偏振板109反射的第二线偏振光(s偏振光)通过位相板108，并且然后经由照明透镜106和107而被施加到反射元件105的反射膜2021到2024中的三个。在反射元件105处，来自反射型偏振板109的反射光(s偏振光)被反射膜朝向反射型偏振板109反射。
图4是示出被照明透镜103和204分离的光束中的一束到达反射型偏振板109的过程、被反射型偏振板109反射的光到达反射元件105的过程和被反射元件105反射的光到达反射型偏振板109的过程的光线追迹结果的示意图。
在图4中，在从光源101进入光导杆102的光中，分离光束41是从光导杆102输出而未在杆内表面上反射的光束(在图3所示三个分离光束中的中间光束)。
分离光束41透射通过反射元件105。分离光束41透射通过的、反射元件105的区域(图2所示透射区域2012)从光轴12移位。在图4所示实例中，分离光束41透射通过的区域位于光轴12上方。
通过反射元件105的分离光束41被照明透镜106和107会聚，并且然后通过位相板108以到达反射型偏振板109。分离光束41在通过反射元件105时是非偏振光，并且即使在通过位相板108之后，仍然是非偏振光。
通过位相板108的分离光束41的第一偏振光透射通过反射型偏振板109，而第二偏振光被反射型偏振板109朝向位相板108反射。
被反射型偏振板109反射的第二偏振光通过位相板108以作为圆偏振光到达照明透镜107。来自位相板108的光束被照明透镜106和107放大从而作为光束42被施加到反射元件105的反射膜(图2所示反射膜2023)。
当从垂直于反射元件105的入射表面(或者出射表面)的方向(光轴12的方向)看时，分离光束41透射通过的区域(在图2中示出的透射区域2012)和利用光束42照射的区域(在图2中示出的反射膜2023)以光轴12作为基准具有相互间点对称的位置关系。
在反射元件105处，光束42被反射膜2023朝向反射型偏振板109反射。被反射膜2023反射的光束(圆偏振光)被照明透镜106和107会聚，并且然后通过位相板108以到达反射型偏振板109。
来自反射元件105的反射光束(圆偏振光)被位相板108转换成第一偏振光(p偏振光)。来自位相板108的第一偏振光(p偏振光)透射通过反射型偏振板109以到达显示元件110。
在图4所示实例中，仅仅示出了对于分离光束41的光线路径。类似地，对于其它分离光束，第一线偏振光(p偏振光)透射通过反射型偏振板109，而第二线偏振光(s偏振光)被反射型偏振板109反射以返回反射元件105。然后，被反射元件105反射的光束通过位相板108以到达反射型偏振板109。
根据本实施例的照明设备，被反射型偏振板109反射的光的大部分到达反射元件105的反射膜。这是利用以下第一到第三条件实现的。
第一条件在于，位于包括照明透镜103、104、106和107的透镜组的两侧(入射侧和出射侧)上的光导杆102的出射表面和显示元件110的显示面板(面板表面)具有相互共轭关系，并且反射型偏振板109靠近显示元件110的显示表面定位。第二条件在于，光源101的发光中心位于光导杆102的中心轴上。第三条件在于，光导杆102的中心轴与照明透镜103和104的光轴11匹配，并且照明透镜106和107的光轴12相对于照明透镜103和104的光轴11移位。
因此，被反射型偏振板109反射的光的大部分被反射元件105朝向反射型偏振板109反射以将其再利用使得能够提高光利用率。
反射膜105被形成为这样一种结构，该结构包括：空间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并且反射来自反射型偏振板的光的反射膜。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节距能够被容易地设定为大约1毫米。因此，在PBS偏振转换中难以实现小型化的问题能够得以解决，并且该照明设备能够被小型化。
反射元件105的每一个反射膜均位于被照明透镜103和104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105。因此，能够进一步增加光利用率。
在图4所示反射元件105中，反射膜是带形的。然而，反射膜不限于这个形状。由第二偏振光在反射型偏振板109上形成的像(对应于在光导杆102的出射表面上的光学像的像)在反射元件105中形成多个光学像(虚像)。反射膜能够仅仅在形成这些光学像(虚像)的区域中形成。
当反射元件105的反射膜是带形的时，优选的是当从垂直于反射元件105的表面的方向看时，反射膜的纵向方向与光轴12相对于光轴13的偏心方向(移位方向)交叉。
只要来自光导杆102的光束通过反射元件105，并且来自反射型偏振板109的光的至少一部分被反射元件105朝向反射型偏振板109反射，反射元件105便可以设置在照明透镜组的任何位置中。然而，取决于反射元件105的位置，返回反射型偏振板109的光量相对于来自反射型偏振板109的光量的比率降低，由此使得光利用率提高效果减半。优选的是反射元件105被定位为使得来自光导杆102的光能够被充分地空间地分离并且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，能够最大地呈现光利用率提高效果。
光源101可以是除了LED之外的光源。例如，使用电弧放电的灯可以被用作光源101。在此情形中，使用了聚光透镜用于使得光从灯进入光导杆102的入射表面。
该照明光学***包括四个照明透镜103、104、106和107。然而，该照明光学***不限于这个配置。该照明光学***可以采用任何配置，只要形成在光导杆102的出射表面上的光学像能够被形成在显示元件110的显示表面上，来自光导杆102的出射表面的光束能够被空间地分离，并且在光束分离的位置处，来自反射型偏振板109的反射光能够被返回到分离光束之间的区域。除了照明透镜，该照明光学***可以包括其它光学部件。
(第二示例性实施例)
图5是示出根据本发明第二示例性实施例的照明设备的配置的示意图。
如在图5中所示，根据本实施例的照明设备包括在第一示例性实施例的配置中添加平行板501的配置。因为向包括照明透镜103、104、106和107的照明光学***添加了平行板501，并且因为在光导杆102的中心轴和照明光学***的光轴之间的关系(共轴(coaxis))，所以这个照明设备在配置方面不同于第一示例性实施例的配置。其它方面基本上类似于第一示例性实施例的那些。
光源101的发光中心位于光导杆102的中心轴上。光导杆102的中心轴与照明透镜103和104的光轴匹配，并且照明透镜103和104的光轴与照明透镜106和107的光轴匹配。反射元件105、位相板108、反射型偏振板109和显示元件110的重心位于照明透镜103、104、106和107的光轴13上。
平行板501相对于光轴13倾斜地位于照明透镜104和反射元件105之间。平行板501可以由玻璃或者树脂制成。例如，具有15毫米的厚度的玻璃平行板501可以相对于光轴13被以15度的倾斜角度设置。然而，平行板501的厚度和倾斜角度不限于这种值。
下面，参考图5，描述了根据本实施例的照明设备的操作。图5作为一个实例示意性地示出来自光源101的光束到达显示元件110的过程的光线追迹结果。
来自光源101的非偏振光进入光导杆102。在光导杆102中，进入的非偏振光在杆内表面上被反复地反射而传播，并且到达出射表面。在光导杆102的出射表面上形成了均匀的照度分布。
包括照明透镜103、104、106和107的照明透镜组将形成在光导杆102的出射表面上的照明信息(矩形光源像)形成在显示元件110的显示表面(面板表面)上。
从光导杆102的出射表面输出的非偏振光的光束被照明透镜103和104空间地分离成多个光束。被照明透镜103和104分离的光束的数目基于在光导杆102中的传播过程期间的反射次数确定。在图5中，如同在图3所示实例，从光导杆102输出的光被分离成三个光束。
被照明透镜103和104分离的光束通过平行板501，并且然后进入反射元件105。平行板501作用于在图2所示带形反射膜2021到2024的排列方向上(与反射膜的纵向方向交叉的方向)使反射元件105的每一个分离光束的入射区域移位。因此，每一个分离光束均通过反射元件105的透射区域2011到2014中的一个而不受例如被反射膜2021到2024屏蔽引起的光损失的任何影响。当从垂直于反射元件105的表面的方向看时，反射膜2021到2024的纵向方向与平行板501的移位方向相交叉。
通过反射元件105的分离光束被照明透镜106和107迭加，并且然后通过位相板108以到达反射型偏振板109。
在反射型偏振板109处，在通过位相板108的光束(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108反射。
通过反射型偏振板109的第一线偏振光被施加到显示元件110的显示表面(面板表面)。利用在被照明透镜106和107迭加的光束中的第一线偏振光来照明显示元件110，使得能够实现具有均匀照度分布的照明。
在另一方面，被反射型偏振板109反射的第二线偏振光(s偏振光)通过位相板108，并且然后经由照明透镜106和107而被施加到反射元件105的反射膜2021到2024中的三个。在反射元件105处，来自反射型偏振板109的反射光被反射膜朝向反射型偏振板109反射。
来自反射元件105的光束(圆偏振光)被照明透镜106和107会聚，并且然后通过位相板108以到达反射型偏振板109。
来自反射元件105的光束(圆偏振光)被位相板108转换成第一偏振光(p偏振光)。来自位相板108的第一偏振光(p偏振光)通过反射型偏振板109以到达显示元件110。
根据本实施例的照明设备，被反射型偏振板109反射的光的大部分到达反射元件105的反射膜。这是利用以下第一到第三条件实现的。
第一条件在于，位于包括照明透镜103、104、106和107的照明光学***的两侧(入射侧和出射侧)上的光导杆102的出射表面和显示元件110的显示面板(面板表面)具有相互共轭关系，并且反射型偏振板109靠近显示元件110的显示表面定位。第二条件在于，光源101的发光中心位于光导杆102的中心轴上。第三条件在于，光导杆102的中心轴与照明光学***的光轴13匹配，并且平行板501位于反射元件105的入射表面侧上。
因此，被反射型偏振板109反射的光的大部分被反射元件105朝向反射型偏振板109反射以将其再利用，这提供了与第一示例性实施例的效果相同的效果。
如上所述，根据本发明的实施例，该照明设备包括：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***将从光导装置的该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该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空间地分离的位置处并且将被反射型偏振板反射的光朝向反射型偏振板反射；和位相板，该位相板位于反射元件和反射型偏振板之间。该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的反射膜。该光源的发光中心位于通过光导装置的两个端表面的重心的中心轴上。该照明光学***将由通过透射区域的该多个光束中的第二偏振光在反射型偏振板上形成的多个光学像形成在反射膜上。
根据该照明设备，被反射型偏振板反射的光的大部分能够被反射元件朝向反射型偏振板反射从而被再次使用。因此，光利用率能够得以提高。
该反射元件包括其中通过沉积在玻璃基板上形成反射膜，并且这种反射膜的节距(pitch)能够被容易地设定为大约1毫米的配置。因此，能够解决在PBS偏振转换中难以实现小型化的问题，并且该照明设备能够被小型化。
在该照明设备中，该照明光学***能够包括：第一透镜组，该第一透镜组位于光导装置和反射元件之间，并且将从光导装置的该另一个端表面输出的光束分离成多个光束；和第二透镜组，该第二透镜组将通过反射元件的该多个光束会聚在显示元件上。在此情形中，当从与第一和第二透镜组的两条光轴交叉的平面相垂直的方向看时，第一透镜组的光轴可以相对于第二透镜组的光轴移位。这种配置的一个实例是第一示例性实施例。
在此情形中，反射膜可以被形成为条形形状，并且当从垂直于反射元件的表面的方向看时，反射膜的纵向方向可以与第一透镜组的光轴相对于第二透镜组的光轴的移位方向交叉。
在该照明设备中，该照明光学***能够包括：第一透镜组，该第一透镜组位于光导装置和反射元件之间，并且将从光导装置的该另一个端表面输出的光束分离成多个光束；第二透镜组，该第二透镜组将通过反射元件的该多个光束会聚在显示元件上；和平行板，该平行板位于反射元件和第一透镜组之间，并且将该多个光束在反射元件上的入射位置移位。在此情形中，第一透镜组的光轴可以与第二透镜组的光轴匹配。这种配置的一个实例是第二示例性实施例。
在此情形中，反射膜可以被形成为条形形状，并且当从垂直于反射元件的表面的方向看时，反射膜的纵向方向可以与平行板的移位方向交叉。
下面，描述了使用本发明的照明设备的投影式显示设备的配置。
图6示出包括本发明的照明设备的投影式显示设备的配置。
图6所示投影式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在配置方面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。
液晶面板204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205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206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。
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)进入的第一入射表面、来自液晶面板205的图像光(红色)进入的第二入射表面、来自液晶面板206的图像光(绿色)进入的第三入射表面，和将从入射表面入射的图像光(红色、绿色和蓝色)的颜色合成的颜色合成图像光从其出射的出射表面。
投影光学***203将来自正交二向色棱镜207的颜色合成图像光投影到屏幕(未示出)上。投影光学***203的光瞳被设定在照明透镜200到202的光学***中(照明透镜103、104、106和107)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***均和投影光学***203构成远心***。
图7示出在一种***中在被从光源101引导到液晶面板204的光中，透射通过反射型偏振板109的线偏振分量的光的路径的光线追迹结果，该***包括照明设备200、液晶面板204、正交二向色棱镜207，和投影光学***203。如在图7中所示，通过反射型偏振板109的线偏振分量的光被施加到液晶面板204从而被用作图像投影光。
虽然未在图7中示出，但是被反射型偏振板109反射的光有效率地返回到反射元件105的反射膜。来自反射型偏振板109的反射光被反射元件105的反射膜朝向反射型偏振板109反射。来自反射元件105的反射光透射通过反射型偏振板109从而被施加到液晶面板204，并且被用作图像投影光。
被反射型偏振板109反射的光能够被有效率地用作图像投影光。因此，总体偏振转换效率能够得以提高。
照明设备201和202的操作类似于照明设备200的操作。
根据本实施例的投影式显示设备，每一个照明设备均以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图像，并且能够获取具有高颜色再现性的投影图像。
可以使用根据第二示例性实施例的照明设备用于照明设备200到202。
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，对于每一种颜色以时分方式执行在每一个像素处的显示/非显示操作。
上述照明设备和投影式显示设备仅仅是本发明的实例。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，其配置能够被适当地改变。

Claims (8)

1.一种照明设备，包括：
光源；
光导单元，在所述光导单元处，来自所述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；
所述照明设备的特征在于还包括：
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***反射偏振态不同于所述第一偏振光的第二偏振光；
反射元件，所述反射元件设置在所述多个光束空间地分离的位置处并且将被所述反射型偏振板反射的光朝向所述反射型偏振板反射；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的反射膜；
所述光源的发光中心位于通过所述光导单元的两个端表面的重心的中心轴上；并且
所述照明光学***将由通过所述透射区域的所述多个光束中的所述第二偏振光在所述反射型偏振板上形成的多个光学像形成在所述反射膜上。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中：
所述照明光学***包括：
第一透镜组，所述第一透镜组位于所述光导单元和所述反射元件之间，并且将从所述光导单元的所述另一个端表面输出的光束分离成所述多个光束；和
第二透镜组，所述第二透镜组将通过所述反射元件的所述多个光束会聚在所述显示元件上；并且
当从与所述第一和第二透镜组的两条光轴交叉的平面相垂直的方向看时，所述第一透镜组的光轴相对于所述第二透镜组的光轴移位。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述反射膜被形成为条形形状，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透镜组的光轴相对于所述第二透镜组的光轴的移位方向交叉。
4.根据权利要求1所述的照明设备，其中：
所述照明光学***包括：
第一透镜组，所述第一透镜组位于所述光导单元和所述反射元件之间，并且将从所述光导单元的所述另一个端表面输出的光束分离成所述多个光束；
第二透镜组，所述第二透镜组将通过所述反射元件的所述多个光束会聚在所述显示元件上；和
平行板，所述平行板位于所述反射元件和所述第一透镜组之间，并且将所述多个光束在所述反射元件上的入射位置移位；并且
所述第一透镜组的光轴与所述第二透镜组的光轴匹配。
5.根据权利要求4所述的照明设备，其中所述反射膜被形成为条形形状，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平行板的移位方向交叉。
6.根据权利要求3所述的照明设备，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。
7.根据权利要求5所述的照明设备，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。
8.一种投影式显示设备，包括：
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，
其中所述照明设备包括：
光源；
光导单元，在所述光导单元处，来自所述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，并且将形成在所述光导单元的所述另一个端表面上的光学像形成在所述显示元件上；
所述投影式显示设备的特征在于，所述照明设备还包括：
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***反射偏振态不同于所述第一偏振光的第二偏振光；
反射元件，所述反射元件设置在所述多个光束空间地分离的位置处并且将被所述反射型偏振板反射的光朝向所述反射型偏振板反射；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；
并且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的反射膜；
并且其中所述光源的发光中心位于通过所述光导单元的两个端表面的重心的中心轴上；并且
所述照明光学***将由通过所述透射区域的所述多个光束中的所述第二偏振光在所述反射型偏振板上形成的多个光学像形成在所述反射膜上。
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