KR100328885B1

KR100328885B1 - 편광광 조명장치 및 투사형 화상표시장치

Info

Publication number: KR100328885B1
Application number: KR1019997006937A
Authority: KR
Inventors: 야마기시시게카즈; 마스모토요시히로
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2002-03-15
Also published as: KR20000070688A; CN1251661A; US6373629B1; WO1999028780A1; EP0957387A4; EP0957387A1; CN1146742C; TW401709B

Abstract

편광방향이 랜덤한 광원(106)에서의 빛을 이형 개구설계를 실시한 제2 렌즈판(110)을 포함하는 인터그레이터 광학계(102)를 통해, 편광분리부(103)에 입사시킨다. 편광분리부(103)는 입사광을 편광방향이 직교하는 2개의 편광광으로 분리한다. 그 후, 편광변환부(104)에 의해 이들의 편광광의 편광방향을 맞춘다. 이상으로써, 편광방향이 랜덤한 빛을 임의로 편광방향으로 변환함과 동시에, 조명광의 확산을 억제할 수 있는 편광광 조명장치가 얻어진다. 이러한 편광광 조명장치는, 편광을 이용하여 변조를 행하는 액정 라이트 밸브를 이용한 투사형 화상표시장치의 조명장치로서 적합하게 이용할 수 있고, 상기 장치의 저가화와 고휘도화를 양립시킬 수 있다.

Description

편광광 조명장치 및 투사형 화상표시장치{Polarized light illuminator and projecting type image display}

액정패널을 라이트 밸브에 이용한 투사형 화상표시장치는 특히, 소형, 경량, 설치성이 뛰어나기 때문에 표시장치로서 급속히 시장을 형성하고 있다. 또, 민생분야에서도 종래의 CRT 투사형의 프로젝션 텔레비젼에 비해 소형, 경량, 주변까지의 화질의 균일성 등에 뛰어나기 때문에, 보급이 기대되고 있다.

이들 액정패널을 라이트 밸브에 이용한 투사형 화상표시장치(이하, 액정 프로젝터라 칭한다)에 대한 시장 요건으로서 고휘도화, 저가화의 두 가지를 들 수 있다.

고휘도화에 대해서는, 광원을 소비전력이 더 큰 것으로 바꾸어 대응시키는 생각도 있지만, 이것은 임시방책이고 광원에서의 빛의 이용효율을 보다 향상시킴으로써 이것에 대처하는 것이 보다 바람직하다는 것은 명백하다. 종래의 액정 라이트밸브는 편광 방향의 한 방향밖에 이용할 수 없기 때문에 입사광의 반을 열로 버렸다. 그러나, 상기와 같은 배경에서 최근에는 특개평 8-304739호 공보에 준한 방식, 또는 이것을 응용한 방식의 조명장치가 개발되어 광이용효율을 크게 개선할 수 있게 되었다. 이 구성을 도 23을 이용하여 이하에 설명한다.

광원부(910)는 광원 램프(911)와 리플렉터(912)로 이루어진다. 광원 램프(911)에서 출사된 편광 방향이 랜덤한 빛은 리플렉터(912)에 의해 한 방향으로 반사되어, 인터그레이터 광학계의 제1 렌즈판(920)에 입사한다. 제1 렌즈판(920)은 사각형의 미소한 렌즈(921)가 다수 배열된 복합 렌즈체이다. 여기에 입사한 빛은 개개의 미소렌즈(921)에 의해 집광된다. 이 미소렌즈(921)에 의한 광원상은 제2 렌즈판(930) 위에 형성된다. 제2 렌즈판(930)은, 상기 광원상이 형성되는 위치 부근에 놓여진 집광 렌즈 어레이(931)와, 편광빔 스플릿터(934)의 집합체로 이루어진 편광분리 프리즘 어레이(933)와, λ/2위상차판(935)과, 출사측 렌즈(937)로 이루어진다. 제1 렌즈판(920) 위의 각 미소렌즈(921)에 의한 광원상이 집광 렌즈 어레이(931) 위에 형성되어, 편광 빔 스플릿터(934)에 의해 편광 방향을 따라 광선이 분리된다. 편광분리된 광선은 λ/2 위상차판(935)에 의해 그 편광 방향이 일치된 후, 출사측 렌즈(937)를 통해 조명영역(940)을 조명한다. 이렇게 광원 램프(911)의 편광 방향이 랜덤한 빛의 편광방향을 효율 좋게 일치시킬 수 있다.

한편, 저가화에 대해서는 전체 비용 중에서 점유율이 가장 높은 액정 패널의 가격을 내리기 위해, 패널 사이즈를 소형화하는 노력이 행해지고 있다. 구체적으로는 종래 주류였던 대각 길이가 1.3인치 물품에서 0.9인치 물품, 다시 0.5인치 물품으로 이행함으로써 취하는 수를 올려 비용 절감을 도모하는 것이다.

그러나, 패널을 소형화하면서 종래와 같이 해상도를 유지하고자 하면 패널 위의 유효 화상표시영역에서의 빛의 감쇠가 커지고, 특히 투과형 라이트 밸브를 이용한 때에는 화소개구가 현저히 작아지므로 광투과율이 저하해 버린다.

이러한 고휘도화와 저가화의 양립은 매우 곤란하였다. 이것에 대한 대처방안으로 소형화된 패널의 각 화소에 마이크로 렌즈를 구비하여 외관상 개구율을 개선하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는 마이크로 렌즈가 입사광을 일단 압축시키지만, 그 후 광선이 확산하므로 입사광에는 확산각이 작아, 다시 말하자면 조명 F넘버가 큰 빛을 얻을 수 있는 조명장치가 필요하게 된다.

한 편, 전술한 특개평 8-304739호 공보의 수법을 이용하여 실제 상품화를 행할 때에는, 편광빔 스플릿터(934)를 단면 형상이 평행사변형의 프리즘으로 구성하는 것이 가공상 유리하므로 현재 상품에 탑재되어 있는 것은 이 형상의 프리즘을 이용한다. 또, 이것의 가공을 저렴하게 행하는 것에는, 먼저 편광빔 스플릿터(934)의 시스템 광축(952)방향의 두께(시스템 광축과 직교하고 대향하는 2면의 간격)가 모두 같은 것이 바람직하다. 그 결과, 이 편광빔 스플릿터를 구성하는 프리즘은 모두 같은 형상이 된다. 따라서 집광 렌즈 어레이(931)에 형성된 광원상 중 중심부 부근(시스템 광축 부근)의 가장 큰 것에 상기 프리즘 형상을 맞추면 주변에 형성된 비교적 작은 광원상에 대해서는 필요없는 부분이 발생한다. 이에 따라 제2 렌즈판(930)자체가 커져버리므로 조명광은 조명 F넘버가 작고 입사각이 큰 빛이 되어 버리는 문제가 있다.

따라서, 종래기술에서는 고휘도화와 저가화를 양립시키는 것이 곤란하였다.

본 발명은 편광 방향을 일치시킨 편광광을 이용하여 사각형 영역을 균일하게 조명하는 편광광 조명장치에 관한 것이다. 또, 본 발명은 이 편광광 조명장치에서 출사된 편광광을 라이트 밸브로 변조하여 영상을 스크린 위에 확대투사하는 투사형 화상표시장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 편광광 조명장치의 대략 구성을 나타낸 도면,

도 2는 도 1에 나타낸 장치의 제1 렌즈판의 외관을 나타낸 평면도,

도 3은 도 1에 나타낸 장치의 제2 렌즈판의 외관을 나타낸 평면도,

도 4는 도 1에 나타낸 장치의 편광분리부와 제2 렌즈판의 배치를 나타낸 측면도,

도 5는 도 1에 나타낸 장치의 편광분리부와 제2 렌즈판의 다른 배치예를 나타낸 측면도,

도 6은 도 1에 나타낸 장치의 편광분리부와 제2 렌즈판의 또 다른 배치예를 나타낸 측면도,

도 7은 도 1에 나타낸 장치의 편광분리부와 제2 렌즈판의 또 다른 배치예를 나타낸 측면도,

도 8은 본 발명의 실시예 2의 편광광 조명장치의 대략 구성을 나타낸 도면,

도 9는 도 8에 나타낸 장치의 제2 렌즈판의 외관을 나타낸 평면도,

도 10은 도 8에 나타낸 장치의 편광분리부와 제2 렌즈판의 배치를 나타낸 측면도,

도 11은 본 발명의 실시예 3의 편광 광조명장치의 대략 구성을 나타낸 도면.

도 12는 도 11에 나타낸 장치의 편광분리부와 제2 렌즈판과의 배치를 나타낸 측면도,

도 13은 도 11에 나타낸 장치의 편광분리부와 다른 구성을 가진 제2 렌즈판의 배치를 나타낸 측면도,

도 14는 본 발명의 실시예 4의 편광광 조명장치의 대략 구성을 나타낸 도면,

도 15는 도 14에 나타낸 장치의 편광분리부와 제2 렌즈판의 배치를 나타낸 측면도,

도 16은 제2 렌즈판에 형성된 미소렌즈의 다른 배열예를 나타낸 평면도,

도 17은 본 발명의 실시예 5의 투사형 화상표시장치의 대략구성을 나타낸 도면,

도 18은 본 발명의 실시예 6의 투사형 화상표시장치의 대략 구성을 나타낸 도면,

도 19는 본 발명의 실시예 6의 다른 구성을 가지는 투사형 화상표시장치의 대략구성을 나타낸 도면,

도 20은 본 발명의 실시예 7의 투사형 화상표시장치의 대략구성을 나타낸 도면,

도 21은 본 발명의 실시예 8의 투사형 화상표시장치의 대략 구성을 나타낸도면,

도 22는 본 발명의 실시예 9의 투사형 화상표시장치의 대략구성을 나타내는 도면,

도 23은 종래의 편광광 조명장치의 구성예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 상기 종래의 문제를 해결하고, 조명광의 확산이 작고(조명 F넘버가 크고), 광원에서의 램덤한 광선을 임의의 편광방향으로 변환시킬 수 있는 편광광조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 빛의 이용효율이 높고, 그 결과 고휘도 화상을 얻을 수 있고, 또 저가의 투사형 화상표시장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성으로 한다.

즉, 본 발명의 제1 구성에 관한 편광광 조명장치는, 편광방향이 랜덤한 빛을 출사하는 광원과, 복수의 사각형 렌즈의 집합체로 이루어진 제1 렌즈판, 상기 사각형 렌즈에 1대 1로 대응하는 복수의 미소렌즈의 집합체로 이루어진 제2 렌즈판, 및 집광 렌즈를 가지는 인터그레이터 광학계와, 상기 광원에서 출사된 빛을 편광방향이 직교하고 광축이 대략 평행한 2개의 편광광으로 분리하는 편광분리부와, 상기 2개의 편광광의 편광 방향을 일치시킨 편광변환부를 구비하고, 상기 제1 렌즈판의 사각형 렌즈에 의한 광원상이 상기 제2 렌즈판 위에 복수의 열을 이루어 형성되도록 상기 사각형 렌즈는 그 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈판의 미소렌즈는 상기 사각형 렌즈에 의한 광원상이 형성된 위치에 복수의 열모양으로 배치되어 있고, 상기 미소렌즈의 복수의 열 중 상기 열이 긴 방향과 직각 방향의 폭(H)이 다른 부분과 다른 열을 적어도 1개 가지고, 상기 편광분리부는 시스템 광축에 대해 비스듬히 설치된 반사 거울면과, 상기 반사 거울면과 평행하게 설치된 편광분리면과, 상기 시스템 광축과 직교하는 2면을 가지는 미소편광 빔 스플릿터가 복수집합하여 구성되고, 상기 편광분리면은 상기 제2 렌즈판에서의 빛을 편광방향으로 투과 또는 반사하여 분리하는 편광분리막을 구비하고, 시스템 광축과 직교하는 상기 2면 사이의 거리(d)는 상기 편광분리부를 구성하는 모든 미소 편광빔 스플릿터에서 동일하고, 상기 반사 거울면과 상기 편광분리면 사이의 거리(h)가 다른 부분과 다른 미소 편광빔 스플릿터가 적어도 하나 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 구성에 관한 편광광 조명장치는, 편광방향이 랜덤한 빛을 출사하는 광원과, 복수의 사각형 렌즈의 집합체로 이루어진 제1 렌즈판, 상기 사각형렌즈에 1대 1로 대응하는 복수의 미소렌즈의 집합체로 이루어진 제2 렌즈판, 및 집광렌즈를 가지는 인터그레이터 광학계와 상기 광원에서 출사된 빛을 편광방향이 직교하고 광축이 대략 평행한 2개의 편광광으로 분리하는 편광분리부와, 상기 2개의 편광광의 편광방향을 일치시킨 편광변환부를 구비하고, 상기 제1 렌즈판의 사각형렌즈에 의한 광원상이 상기 제2 렌즈판 위에 복수의 열을 이루어 형성되도록, 상기 사각형렌즈는 그 곡류중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 위치되어 있고, 상기 제2 렌즈판의 미소렌즈는, 상기 사각형 렌즈에 의한 광원상이 형성된 위치에 복수의 열모양으로 배치되어 있고, 상기 미소렌즈의 복수의 열 중 상기 열의 긴 방향과 직각 방향의 폭(H)이 다른 부분과 다른 열을 적어도 하나 가지고, 상기 편광분리면은 시스템 광축에 대해 비스듬히 설치된 편광분리면과 상기 편광분리면과 평행하게 설치된 면과, 상기 시스템 광축과 직교하는 2면을 가지는 미소편광빔 스플릿터가 복수 집합하여 구성되고, 상기 편광분리면은 상기 제2 렌즈판에서의 빛을 편광방향으로 투과 또는 반사하여 분리하는 편광분리막을 구비하고, 시스템 광축과 직교하는 상기 2면간 거리(d)는 상기 편광분리부를 구성하는 모든 미소편광빔 스플릿터에서 동일하고, 상기 편광분리면과 이것과 평행한 면과의 사이의 거리(h)가 다른 부분과 다른 미소편광빔 스플릿터가 적어도 하나 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3구성에 관한 편광광 조명장치는, 편광방향이 랜덤한 빛을 출사하는 광원과 복수의 사각형 렌즈의 집합체로 이루어진 제1 렌즈판, 상기 사각형렌즈에 1대 1로 대응하는 복수의 미소렌즈의 집합체로 이루어진 제2 렌즈판, 및 집광 렌즈를 가지는 인터그레이터 광학계와, 상기 광원에서 출사된 빛을 편광방향이 직교하고 광축이 대략 평행한 2개의 편광광으로 분리하는 편광분리부와, 상기 2개의 편광광의 편광방향을 일치시킨 편광변환부를 구비하고, 상기 제1 렌즈판의 사각형 렌즈에 의한 광원상이 상기 제 2렌즈판 위에 복수의 열을 이루어 형성되도록, 상기 사각형 렌즈는 그 곡률중심이 개구 중심에 대하여 어긋나게 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈판의 미소렌즈는 상기 사각형 렌즈에 의한 광원상이 형성된 위치에 복수의 열 모양으로 배치되어 있고, 상기 미소렌즈의 복수의 열 중, 상기 열이 긴 방향과 직각 방향의 폭(H)이 다른 부분과 다른 열을 적어도 하나 가지며, 상기 편광분리부는, 시스템 광축에 대해서 비스듬히 설치된 편광분리면과 상기 편광분리면과 평행하게 배설된 면과 상기 시스템 광축과 직교하는 2면을 가지는 동일 형상의 미소편광빔 스플릿터가 복수집합하여 구성되어 상기 편광분리면은 상기 제2 렌즈판에서의 빛을 집광방향에 의해 투과 또는 반사하여 분리하는 편광분리막을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 구성에 관한 편광광 조명장치는, 편광방향이 랜덤한 빛을 출사하는 광원과 복수의 사각형 렌즈의 집합체로 이루어진 제1 렌즈판, 상기 사각형 렌즈에 1대 1로 대응하는 복수의 미소렌즈의 집합체로 이루어진 제2 렌즈판 및 집광 렌즈를 가지는 인터그레이터 광학계와, 상기 광원에서 출사된 빛을 편광 방향이 직교하고 광축이 대략 평행한 2개의 편광광으로 분리하는 편광분리부와, 상기 2개의 편광광의 편광방향을 일치시킨 편광변환부를 가지며, 상기 제1 렌즈판의 사각형 렌즈에 의한 광원상이 상기 제2 렌즈판 위에 복수의 열 또는 군을 이루어 형성되도록 상기 사각형 렌즈는 그 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈판의 미소렌즈는 상기 사각형 렌즈에 의한 광원상이 형성된 위치에 복수의 열 또는 군을 이루어 배치되어 있고, 상기 미소렌즈의 복수의 열 또는 군이 긴 방향과 직각 방향의 폭(H)이 모두 대략 동일하고, 상기 편광분리부는 시스템 광축에 대해서 비스듬히 설치된 편광분리면과 상기 편광분리면과 평행하게 설치된 면과 상기 시스템 광축과 직교하는 2면을 가지는 동일 형상의 미소편광빔 스플릿터가 복수 집합하여 구성되고, 상기 편광분리면은 상기 제2 렌즈판에서의 빛을 편광방향으로 투과 또는 반사하여 분리하는 편광분리막을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 제 1에서 제 4의 구성에 관한 편광광 조명장치에 의하면 인터그레이터 광학계를 이용한 조면장치에 있어서, 랜덤 편광광을 출사하는 광원과, 제2 렌즈판에 이형 개구설계를 실시한 인터그레이터 광학계와, 편광방향이 직교하는 2개의 편광광으로 분리하는 편광분리부와, 이들 2개의 편광광의 편광방향을 맞춘 편광변환부를 가지는 구성으로 함으로써, 광원에서의 랜덤광을 임의의 편광 방향으로 변환할 수 있음과 동시에, 조명광의 확산을 억제할 수 있다(조명 F넘버를 크게 할 수 있다).

즉, 본 발명의 편광광 조명장치는 편광분리한 빛을 모두 같은 편광방향으로 일치시킬 수 있으므로, 편광광을 필요로 하는 조명장치, 특히 편광을 이용하여 변조를 행하는 라이트 밸브를 이용한 투사형 화상표시장치의 조명장치로서 이용한 경우에는, 광원에서의 랜덤광을 모두 이용할 수 있어, 광이용율을 대폭 개선할 수 있다(입사광의 확산각을 작게한다). 그 결과, 본 발명의 편광광 조명장치를 이용한 투사형 화상표시장치는 그 투사광학계의 F넘버를 바꾸지 않고 고휘도의 화상을 얻을 수 있다. 또, 라이트 밸브 입사면 위에 마이크로 렌즈를 구성한 경우에는, 투사광학계의 부담이 작아져 마이크로 렌즈에 의한 효과를 얻기 쉽게 할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 투사형 화상표시장치는, 편광광 조명장치과 상기 편광 광조명장치에서의 편광광을 변조하여 입력신호에 따라 화상표시를 행하는 라이트 밸브를 구비한 변조장치와, 상기 변조장치에 의해 변조된 변조광속을 스크린 위에 확대투사하는 투사광학계를 가지는 투사형 화상표시장치에 있어서, 상기 편광광 조명장치가 상기 제 1에서 제 4 중 어느 하나의 편광광 조명장치인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 관한 투사형 화상표시장치에 의하면, 액정 라이트 밸브를 이용한 투사형 화상표시장치의 조명장치로서 상기 제1 내지 제4의 어느 하나의 편광 광조명장치를 이용하고 있으므로 편광면이 일치된 편광광을 액정 패널에 공급할 수 있고, 광 이용효율이 향상하여 투사화상의 밝기를 향상시킬 수 있다. 또, 편광판에 의한 열흡수가 감소하므로, 편광판에서의 온도상승이 억제된다. 또, 냉각장치의 소형화나 저소음화를 실현할 수 있다. 이것과 동시에, 장치의 콤팩트화나 저가화도 실현할 수 있다. 또, 조명 F넘버를 크게 할 수 있으므로 투사 렌즈를 특별히 밝게 설계할 필요는 없다. 그 결과, 비용 상승, 장치의 대형화, 콘트라스트(contrast) 등을 동반하지 않고, 광이용율의 향상이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 편광광 조명장치의 실시예 1의 대략 구성예를 나타낸 도면이다. 본 실시예의 편광광 조명장치(100)는, 시스템 광축(150)을 따라 광원부(101), 인터그레이터 광학계(102), 편광분리부(103) 및 편광변환부(104)로 이루어지고, 광원부(101)에서 출사된 빛은 인터그레이터 광학계(102), 광원분리부(103), 편광변환부(104)를 통해 사각형의 조명영역(105)에 이른다. 인터그레이터 광학계(102)는, 제1 렌즈판(108)과 제2 렌즈판(110)과 집광 렌즈(118)로 구성된다.

광원부(101)는, 광원(106)과 리플렉터(107)로 이루어진다. 광원(106)에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛은 리플렉터(107)에 의해 한 방향으로 반사되어 인터그레이터 광학계(102)에 입사한다. 리플렉터(107)의 반사면의 형상은 포물면에서도 타원면에서도 구면에서도 광학계의 설계에 의해 사용할 수 있다.

제1 렌즈판(108)은, 도 2에 나타낸 바와 같은 미소한 사각형 렌즈(109)가 복수개 배열된 복수 렌즈체이다. 제1 렌즈판(108)에 입사한 빛은 각각의 사각형 렌즈(109)에 의해 집광된다. 이 사각형 렌즈(109)에 의해 형성된 광원상은 제2 렌즈판(110)위에 형성되도록 설정되어 있다.

도 3에 제2 렌즈판(110)의 외관을 나타낸다. 여기에 형성된 미소렌즈(111)는 제1 렌즈판(108) 위에 형성된 사각형 렌즈(109)와 같은 수만큼 배치되어 있다. 각 미소렌즈(111)는 각 사각형 렌즈(109)와 1 대 1로 대응한다. 각 사각형 렌즈(109)에 의한 광원상(112)은 제2 렌즈판(110)위에 복수의 열을 이루어 형성되도록 각 사각형 렌즈(109)는 이의 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 설계되어 있다. 미소렌즈(111)는 사각형 렌즈(109)에 의한 광원상(112)이 형성되는 위치에 배치된다. 또, 미소렌즈(111)의 개구는 광원상(112)의 크기에 맞추어 그 개구면적이나 형상이 설정되어 있다.

또, 미소렌즈(111)가 이루는 열은, 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 렌즈판(110) 위에 복수의 사각형 형상으로 구성되어 있다. 각 열의 긴 방향과 직각 방향의 폭(도 3에서 미소렌즈(111)의 상하 방향의 유효 개구폭)(H)은 모든 열에서 같지 않고, 도시한 바와 같이 폭(H)이 다른 열이 혼재되어 있다.

제1 렌즈판(108) 위의 사각형 렌즈(109)에서 집광된 빛은 제2 렌즈판(110) 위의 미소렌즈(111)를 투과한 후, 편광분리부(103)로 입사된다. 도 4에 편광분리부(103)와 제2 렌즈판(110)과의 배치를 나타낸다.

편광 분리부(103)는 미소한 편광 빔 스플릿터의 집합체이다. 각 편광빔 스플릿터(프리즘)는, 반사 거울면(113a) 또는 편광분리면(113b)과 수직인 면에서 단면 형상이 평행사변형인 사각기둥으로 이루어진다. 프리즘(114a, 114b) 사이, 프리즘(114c, 114d)사이 및 프리즘(114f)의 단면은 반사 거울처리가 되어 반사거울면을 구성하고 있다. 또, 프리즘(114a, 114b)사이, 프리즘(114d, 114e)사이, 프리즘(114e, 114f)사이에 편광분리막을 구비함으로써 편광분리면을 구성하고 있다. 이들의 프리즘은 상기 제2 렌즈판(110)위의 미소렌즈(111)가 이루는 열(117a, 117b, 117c)에 프리즘의 개구부(116a, 116b, 116c)가 대향하도록 배치된다. 이 반사 거울면(113a) 및 이것과 평행한 편광분리면(113b)은 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해서 비스듬히 설치되어 있다. 또, 프리즘의 개구부(116a, 116b, 116c)는 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해서 수직으로 설치되어 있다. 프리즘의 반사 거울면(113a) 또는 편광분리면(113b)과 평행한 대향하는 2면의 간격(h)(도 4에서는 프리즘의 평행사변형의 반사 거울면(113a) 또는 편광분리면(113b)과 평행한 대향하는 2변의 대면간 거리(h))는, 모든 프리즘에서 동일하지 않고, 도시한 바와 같이 대향 2면간 거리(h)가 ha, hb와 다른 프리즘이 존재하고 있다. 한 편, 각 프리즘의 시스템 광축에 수직인 대향 2면간 거리(d)는 모든 프리즘에서 동일하게 형성되어 있다. 또, 개구부(116a, 116b, 116c)의 폭(도 4에서 상하방향의 길이)이 제2 렌즈판(110) 위의 대향하는 미소렌즈(111)가 이루는 열의 폭(H)과 일치하도록 프리즘의 두께가 결정되어 있다.

제2 렌즈판(110)의 열을 형성하는 미소렌즈열(117a)(도 3, 도 4)에서 출사된 빛은 편광분리부(103)의 개구부(116a)에 입사 후, 반사 거울(115)에 의해 반사되어 편광분리막(115b)에 입사된다. 여기에서 입사광은 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 반사광은 편광분리부(103)를 이탈한 후, 기반 유리(119) 위에 단책형상으로 배치되어, 입사광의 편광 방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(120)(도 1 참조)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)를 지나 조명영역(105)을 조명한다. 한 편, 투과광은 상기 편광분리막(115b)에 평행하게 배치된 반사 거울(115c)로 다시 반사시켜 편광변환부(104)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(120)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

또, 제2 렌즈판(110)의 열을 형성하는 미소렌즈열(117b)(도 3, 도 4)에서 출사된 빛은 편광분리부(103)의 개구부(116b)에 입사 후, 반사 거울(115c)에 의해 반사된 후, 편광분리막(115d)에 입사한다. 여기에서 입사광은 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 반사광은 다시 반사거울(115c) 및 편광분리막(115d)에 의해 분리되고, 편광분리부(103)를 이탈한 후, 기반 유리(119) 위에 단책형상으로 배치되어, 입사광의 편광방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(120)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 한편, 투과광은 편광분리막(115e)을 투과한 후, 반사 거울(115f)에서 반사되어 편광변환부(104)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(120)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지않고 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

또, 제2 렌즈판(110)의 열을 형성하는 미소렌즈열(117c)(도 3, 도 4)에서 출사된 빛은, 편광분리부(103)의 개구부(116c)에 입사 후, 편광분리막(115e)에 입사한다. 여기에서 입사광은 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 반사광은 반사 거울(115f)에 의해 다시 반사되어 편광분리부(103)를 이탈한 후, 기반 유리(119)위에 단책 형상으로 배치되어, 입사광의 편광 방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(120)에 입사한다. 여기에서, 편광방향이 변환된 빛은 집광렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 한 편, 투과광은 편광분리막(115e)을 투과한 후, 편광변환부(104)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(120)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

이상과 같이 편광광 조명장치를 구성함으로써, 광원에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛을 효율좋게 하나의 편광방향으로 일치시킬 수 있고, 동시에 인터그레이터 광학계에서 균일한 조명이 가능하게 된다. 더욱이 장치의 크기는 거의 대형화하지 않고 실현할 수 있다.

편광 분리부(103)는 시스템 광축 방향 길이(d)가 모두 같은 프리즘의 집합체이므로, 소정 두께(h)를 가지는 큰 프리즘 재료를 복수 적층한 후, 적층 방향에 대해서 비스듬히 슬라이스함으로써 대량으로 제작할 수 있다. 또, 한 번에 전면의 연마 및 코트가 가능하게 되므로 비용 상승을 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 제2 렌즈판(110)의 미소렌즈(111)의 개구를 광원상의 크기에 따라 형성할 수 있으므로, 제2 렌즈판(110)의 크기를 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 조명영역(105)에 도달하는 빛의 평행도를 높일 수 있어(조명 F 넘버를 크게 할 수 있어) 각종 광학장치의 조명장치로서의 응용범위를 넓힐 수 있다.

상기의 실시예에서는 인터그레이터 광학계(102), 편광분리부(103), 편광변환부(104), 집광렌즈(118)(인터그레이터 광학계(102)의 일부)를 각각 분리하여 배치하고 있지만, 각각의 사이에 간격을 설치할 필요는 없고 일체화해도 구성할 수 있다.

상기의 실시예에서는, 편광변환부(104)는 λ/2판(120)을 이용하여 설명하였지만 반드시 그럴 필요는 없고 입사광의 편광방향을 변환하는 수단이면 된다. 또, 상기의 실시예에서는 편광방향을 일치시키기 위해 편광분리부(103)에서 일단 반사되어 출사된 빛(편광분리면에서 S편광광)의 편광방향을 변환하고 있지만, 편광분리부에서 반사되지 않고 출사된 빛(편광분리면에서 P편광광)에 작용하고, 편광분리부에서 반사되어 출사된 빛에는 작용하지 않는 구성으로 할 수도 있다. 또, 편광 분리부에서 반사되어 출사된 빛과 반사되지 않고 출사된 빛의 각각에 다른 작용을 더하여 양 쪽의 편광 방향을 일치시키는 구성으로 할 수도 있다.

또, 집광 렌즈(118)는 반드시 구면(球面) 형상의 렌즈가 아니고, 프레넬 렌즈나 프리즘의 집합체로 구성할 수도 있다.

상기 실시예에서는 제2 렌즈판(110)의 열을 형성하는 미소렌즈열(117a)의 폭(H)에 대해서 미소렌즈열(117b, 117c)의 폭(H)을 대략 117a:117b:117c=2:1:1로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 미소렌즈열의 수는 작고, 또 도 5에 나타낸 바와 같이 미소렌즈군의 폭(H)을 대략 117a:117b=2:1로 하거나, 도 6에 나타낸 바와 같이 미소렌즈군의 폭(H)을 대략 117a:117b=3:2로 하거나 한 것 등, 시스템에 맞춘 최적화가 가능하다. 물론, 도 7에 나타낸 바와 같이 미스렌즈군의 폭(H)을 대략 117a:117b=1:1로 구성할 수도 있다.

편광 분리부(103)의 프리즘의 시스템 광축과 직교하는 2면간 거리(d)(도 4참조)는 어느 한 쪽의 미소렌즈열(117)의 폭(H)과 대략 동일하게 하는 것이 바람직하고, 특히 가장 큰 폭(H)에 일치시키는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 함으로써, 광원(106)에서의 빛을 낭비없이 편광광으로 변환할 수 있다.

또, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 시스템 광축(150)에 대해서 광원부(101)의 광축(101a) 및 제1 렌즈판(108)이 2면간 거리(d)의 약 1.5배만 벗어난 위치에 배치된 것이 바람직하다. 즉, 도 1에서 광원부(101)의 광축(101a)과 시스템 광축(150)과의 간격을 W로 한 때, W=1.5d로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 광원(106)에서의 빛을 낭비없이 편광광으로 변환할 수 있다. 또, 이 때 공간적인 제약 등에 의해 시스템 광축(150)에 대한 상기 이동량(W)을 확보할 수 없는 경우에는, 제1 렌즈판(108) 위의 사각형 렌즈(109)의 축을 물림으로써 상기 이동량(W)을 보충 할 수 있다.

(실시예 2)

다음에 본 발명의 편광광 조명장치의 실시예 2를 도면을 이용하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 편광광 조명장치의 실시예 2의 대략 구성예를 나타낸 도면이다. 본 실시예의 편광광 조명장치(200)는, 시스템 광축(150)을 따라 광원부(101), 인터그레이터 광학계(201), 편광분리부(202), 및 편광변환부(203)로 이루어지고, 광원부(101)에서 출사된 빛은 인터그레이터 광학계(201), 편광분리부(202), 편광변환부(203)을 통해 사각형의 조명영역(105)에 이른다. 인터그레이터 광학계(201)는 제1 렌즈판(108)과 제2 렌즈판(204)와 집광렌즈(118)로 구성된다.

광원부(101)는 광원(106)과 리플렉터(107)로 이루어진다. 광원(106)에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛은 리플렉터(107)에 의해 한 방향으로 반사되어, 인터그레이터 광학계(201)로 입사한다. 리플렉터(107)의 반사면의 형상은 포물선면, 타원면, 구면에서도 광학계의 설계에 의해 사용할 수 있다.

제1 렌즈판(108)은 도 2에 도시한 바와 같은 미소한 사각형 렌즈(109)가 복수개 배열된 복합 렌즈체이다. 제1 렌즈판(108)에 입사한 빛은 개개의 사각형 렌즈(109)에 의해 집광하게 된다. 이 사각형 렌즈(109)에 의해 형성된 광원상은 제2 렌즈판(204) 위에 형성되도록 설정되어 있다.

도 9에 제2 렌즈판(204)의 외관을 나타낸다. 여기에 형성된 미소렌즈(205)는 제1 렌즈판(108)위에 형성된 사각형 렌즈(109)와 같은 수만큼 배치되어 있다. 각 미소렌즈(205)는 각 사각형렌즈(109)와 1대 1로 대응한다. 각 사각형 렌즈(109)에 의한 광원상(112)은 제2 렌즈판(204) 위에 복수의 열을 이루어 형성되도록 각 사각형 렌즈(109)는 그 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 설계되어 있다. 미소렌즈(205)는 사각형 렌즈(109)에 의한 광원상(112)이 형성되는 위치에 배치된다. 또, 미소렌즈(205)의 개구는 광원상(112)의 크기와 맞추어 그 개구면적이나 형상이 설정되어 있다.

또, 미소렌즈(205)가 이루는 열은, 도 9에 있는 바와 같이, 제2 렌즈판(204) 위에 복수의 사각형 형상으로 구성되어 있다. 각 열의 긴 방향과 직각방향의 폭(도 9에서 미소렌즈(205)의 상하방향의 유효 개구폭)(H)은 모든 열에서 동일하지 않고 도시한 바와 같이 폭(H)가 다른 열이 혼재하고 있다.

제1 렌즈판(108) 위의 사각형 렌즈(109)에서 집광된 빛은 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈(205)를 투과한 후 편광분리부(202)에 입사한다. 도 10에 편광분리부(202)와 제2 렌즈판(204)의 배치를 나타낸다.

편광분리부(202)는 미소한 편광빔 스플릿터의 집합체이다. 각 편광빔 스플릿터(프리즘)는 편광분리면(206)과 수직인 면에서 단면형상이 평행사변형인 단면형상의 사각기둥으로 이루어진다. 프리즘(207a, 207b, 207c, 207d, 207e)의 각 접합면에 편광분리막(206)을 끼워 편광분리면이 구성되어 있다. 이들의 프리즘은 상기 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈(205)가 이루는 열(209a, 209b)에 개구부(208a, 208b)가 대향하도록 배치된다. 편광분리면(206)은 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해서 비스듬히 설치되어 있다. 또, 프리즘의 개구부(208a, 208b)는 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해 수직으로 설치되어 있다. 프리즘의 편광분리면(206)과 평행하게 대향하는 2면의 간격(h)(도 10에서는, 프리즘의 평행사변형의 편광분리면(206)과 평행하게 대향하는 2변의 대변간 거리(h))는 모든 프리즘에서 동일하지 않다. 즉, 프리즘(207a, 207b, 207c)의 대향 2면간 거리는 ha이고, 프리즘(207d, 207e)의 대향 2면간 거리는 hb로, 양자는 다르다. 한 편, 각 프리즘의 시스템 광축에 수직인 대향 2면간 거리(d)는 모든 프리즘에서 동일하게 형성되어 있다. 또, 개구부(208a, 208b)의 폭(도 10에서 상하방향의 길이)가 제2 렌즈판(204) 위의 대향하는 미소렌즈(205)가 이루는 열의 폭(H)이 일치하도록 프리즘의 두께가 결정되어 있다.

제2 렌즈판(204)의 열을 형성하는 미소렌즈열(209a)(도 9, 도 10)에서 출사된 빛은 편광분리부(202)의 개구부(208a)에 입사 후, 편광분리막(210a)에 입사한다. 여기에서 입사광은 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 편광분리부(202)를 이탈한 후, 편광변환부(203)로 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 한 편, 반사광은 상기 편광분리막(210a)에 평행하게 배치된 편광분리막(210b)에서 다시 반사된다. 반사광은 편광분리부(202)를 이탈한 후, 기반 유리(211)위에 단책형상으로 배치되어, 입사광의 편광방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)을 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

또, 제2 렌즈판(204)의 열을 형성하는 미소렌즈열(209b)(도 9, 도 10)에서 출사된 빛은 편광분리부(202)의 개구부(208b)에 입사 후, 편광분리막(210c)에 입사한다. 여기에서 입사광은 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 먼저 언급한 것과 같이 편광분리부(202)를 이탈한 후, 편광변환부(203)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서 특히 작용을 받지 않고 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 한편, 반사광은 상기 편광분리막(210c)에 평행하게 배치된 편광분리막(210c)에 평행하게 배치된 편광분리막(210d)에서 반사된 후, 다시 편광분리막(210c, 210d)에서 반사되어, λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)를 조명한다.

이상과 같이 편광광 조명장치를 구성함으로써 광원(106)에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛을 효율 좋게 하나의 편광방향으로 맞출 수 있고, 동시에 인터그레이터 광학계에서 균일한 조명이 가능하게 된다. 더욱이, 장치의 크기는 거의 대형화하지 않고 실현할 수 있다.

편광 분리부(202)는 시스템 광축방향 길이(d)가 모두 같은 프리즘의 집합체이므로 소정 길이(h)를 가지는 큰 프리즘 재료를 복수 적층한 후, 적층 방향에 대해서 비스듬히 슬라이스함으로써 대량으로 제작할 수 있다. 또, 한 번에 전면의 연마 및 코트가 가능하게 되므로 비용 상승을 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 제2 렌즈판(204)의 미소렌즈(205)의 개구를 광원상의 크기에 따라 형성할 수 있으므로, 제2 렌즈판(204)의 크기를 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에 조명영역(105)에 도달하는 빛의 평행도를 높일 수 있고(조명 F 넘버를 크게 할 수 있고), 각종 광학장치의 조명장치로서의 응용범위를 넓힐 수 있다.

상기의 실시예에서는 인터그레이터 광학계(210), 편광분리부(202), 편광변환부(203), 집광렌즈(118)(인터그레이터 광학계(201)의 일부)를 각각 분리하여 배치하고 있지만, 각각의 사이에 간격을 설치할 필요는 없고, 일체화하여 구성할 수도 있다.

상기의 실시예에서는 편광변환부(203)는 λ/2판(212)을 이용하여 설명했지만 반드시 그럴 필요는 없고, 입사광의 편광방향을 바꾼 수단이면 된다. 또, 상기의 실시예에서는 편광방향을 일치시키기 위해 편광분리부(202)에서 일단 반사되어 출사된 빛(편광분리면에서 S편광광)의 편광 방향을 변환하고 있지만, 편광분리부에서 반사되지 않고 출사된 빛(편광분리면에서 P편광광)에 작용하여, 편광분리부에서 반사되어 출사된 빛에는 작용하지 않는 구성으로 할 수도 있다. 또, 편광 분리부에서 반사되어 출사된 빛과, 반사되지 않고 출사된 빛의 각각에 다른 작용을 가해 양 쪽의 편광 방향을 맞추는 구성으로 할 수도 있다.

편광분리부(202)에서 프리즘(207a, 207b, 207c)의 편광분리면(206)과 평행한 대향 2면간 거리(ha)와 프리즘(207d, 207e)의 편광분리면(206)과 평행한 대향 2면간 거리(hb)와의 사이에 ha=nhb(n은 자연수)이면 편광분리부의 출사면에 광원상을 극간없이 배열할 수 있으므로 바람직하다. 또, 이 때 두꺼운 쪽의 프리즘(207a, 207b, 207c)을 얇은 쪽의 프리즘(207d, 207e)의 형성재료(광굴절재료)를 n매 맞대어 구성하면, 사용하는 재료의 두께를 1종류만으로 구성할 수 있으므로, 가공상 유리하고 저가화가 가능해진다. 또, 이 때의 접합면은 입사광에 광학적 작용을 주지 않는 접합면으로 할 필요가 있다는 것은 말할 필요도 없다.

집광 렌즈(118)는 반드시 구면형상의 렌즈가 아니고, 프레넬 렌즈나 프리즘의 집합체로 구성하는 것도 가능하다.

본 실시예에서 면(210b)는 편광분리면으로 했지만 이것을 반사 거울면으로 할 수도 있다.

(실시예 3)

다음에 본 발명의 편광광 조명장치의 실시예 3을 도면을 이용하여 설명한다.

도 11은 본 발명의 편광광 조명장치의 실시예 3의 개략 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시예의 편광광 조명장치(300)는 시스템 광축(150)을 따라 광원부(101), 인터그레이터 광학계(201), 편광 분리부(301) 및 편광변환부(203)로 이루어지고, 광원부(101)에서 출사된 빛은 인터그레이터 광학계(201), 편광분리부(301), 편광변환부(203)를 통해 사각형의 조명영역(105)에 이른다. 인터그레이터 광학계(201)는 제1 렌즈판(108)과 제2 렌즈판(204)과 집광 렌즈(118)로 구성된다.

광원부(101)는 광원(106)과 리플렉터(107)로 이루어진다. 광원(106)에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛은 리플렉터(107)에 의해 한 방향으로 반사되어 인터그레이터 광학계(201)에 입사된다. 리플렉터(107)의 반사면의 형상은 포물선면, 타원면, 구면이어도 광학계의 설계에 의해 사용할 수 있다.

제1 렌즈판(108)은, 도 2에 나타낸 바와 같은 미소한 사각형 렌즈(109)가 복수개 배열된 복합렌즈이다. 제1 렌즈판(108)에 입사된 빛은 개개의 사각형렌즈(109)에 의해 집광된다. 그 사각형 렌즈(109)에 의해 형성된 광원상은 제2 렌즈판(204) 위에 형성되도록 설정되어 있다.

도 9에 제2 렌즈판(204)의 외관을 나타낸다. 여기에 형성된 미소렌즈(205)는 제1 렌즈판(108) 위에 형성된 사각형 렌즈(109)와 같은 수만큼 배치되어 있다. 각 미소렌즈(205)는 각 사각형렌즈(109)와 1대 1로 대응한다. 각 사각형 렌즈(109)에 의한 광원상(112)은 제2 렌즈판(204)위에 복수의 열을 이루어 형성되도록 각 사각형 렌즈(109)는 그 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 설계되어 있다. 미소렌즈(205)는 사각형 렌즈(109)에 의한 광원상(112)이 형성된 위치에 배치된다. 또, 미소렌즈(205)의 개구는 광원상(112)의 크기와 맞추어 그 개구면적이나 형상이 설정되어 있다.

또, 미소렌즈(205)가 이루는 열은, 도 9에 있는 바와 같이, 제2 렌즈판(204) 위에 복수의 단책형상으로 구성되어 있다. 각 열의 긴 방향과 직각방향의 폭(도 9에서 미소렌즈(205)의 상하방향의 유효 개구폭)(H)은 모든 열에서 동일하지 않고 도시한 바와 같이 폭(H)가 다른 열이 혼재하고 있다.

제1 렌즈판(108) 위의 사각형 렌즈(109)에서 집광된 빛은 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈(205)를 투과한 후, 편광분리부(301)에 입사한다. 도 12에 편광분리부(301)와 제 2의 렌즈판(204)의 배치도를 나타낸다.

편광분리부(301)는 같은 형상의 미소한 편광빔 스플릿터의 집합체이다. 각 편광빔 스플릿터(프리즘)는 편광분리면(302)에 수직인 면에서 단면형상이 평행사변형의 단면형상인 사각기둥으로 이루어진다. 프리즘(303a, 303b, 303c, 303d, 303e, 303f, 303g)의 각 접합면에는 편광분리막(302)을 끼워 편광분리면이 구성되어 있다. 이들의 프리즘은 상기 제2 렌즈판(204)위의 미소렌즈(205)가 이루는 열(209a, 209b)에 개구부(304a, 304b, 304c)가 대향하도록 배치된다. 또, 개구부(304a, 304b, 304c)의 폭(도 12에서 상하방향의 길이)가 제2 렌즈판(204) 위의 가장 작은 폭(H)을 가지는 미소렌즈 열(209b)의 폭(H)과 일치하도록 프리즘의 두께가 결정되어 있다. 편광분리면(302)은 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해서 비스듬히 설치되어 있다. 또, 프리즘의 개구부(304a, 304b, 304c)는 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해 수직으로 설치되어 있다.

제2 렌즈판(204)의 열을 형성하는 미소렌즈열(209a)에서 출사된 빛은 편광분리부(301)에 입사한다. 미소렌즈열(209a)의 폭(H)이 프리즘 개구부(304a, 304b, 304c)의 폭에 대해서 약 2배이므로 미소렌즈열(209a)에서 출사된 빛은 개구부(304a)와 개구부(304b)로 나뉘어져 입사한다.

미소렌즈열(209a)에서 출사된 하반분의 빛은 개구부(304a)에 입사 후, 편광분리막(306a)에 입사한다. 여기에서 입사광은 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 편광분리부(301)를 이탈한 후, 편광변환부(203)로 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

한편, 반사광은 상기 편광분리막(306a)에 평행하게 배치된 편광분리막(210b)에서 다시 반사된 후에 다시 편광분리부(306a, 306b)에서 반사되어 편광분리부(301)를 이탈한 후, 기반 유리(211)위에 사각형 형상으로 배치되어, 입사광의 편광방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)을 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

또, 미소렌즈열(209a)에서 출사된 상반분의 빛은 개구부(304b)에 입사 후, 편광분리막(306b)에 의해 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 편광분리부(301)를 이탈한 후, 편광변환부(203)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 한 편, 반사광은 상기 편광분리막(306b)에 평행하게 배치된 편광분리막(306c)에서 다시 반사된 후에 다시 편광분리막(306b, 306c)에서 반사되어, 편광분리부(301)를 이탈한 후, 기반 유리(211)위에 단책 형상으로 배치되어 입사광의 편광방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

또, 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈열(209b)에서 출사된 빛은 편광분리부(301)에 입사한다. 여기에서 미소렌즈열(209b)의 폭(H)이 프리즘 개구부(304a, 304b, 304c)의 폭과 거의 같으므로 여기에서 출사된 빛은 개구부(304c)에 모두 입사한다. 미소렌즈열(209b)에서 출사된 빛은 개구부(304c)에 입사 후, 편광분리막(306d)에 입사한다. 여기에서 입사광은 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 편광분리부(301)를 이탈한 후, 편광변환부(203)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

반사광은 상기 편광분리막(306d)에 평행하게 배치된 편광분리막(306e)에서 다시 반사된 후에 다시 편광분리막(306d, 306e)에서 반사되어 편광분리부(301)을 이탈한 후, 기반 유리(211) 위에 단책형상으로 배치되어, 입사광의 편광방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광렌즈(118)을 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

이상과 같은 편광광 조명장치를 구성함으로써 광원(106)에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛을 효율 좋게 하나의 편광방향으로 일치시킬 수 있고, 동시에 인터그레이터 광학계(201)에서 균일한 조명이 가능하게 된다. 더욱이 장치의 크기는 거의 대형화하지 않고 실현할 수 있다.

편광 분리부(301)는 모두 같은 프리즘의 집합체이므로, 소정 두께(h)를 가지는 큰 프리즘 재료를 복수 적층한 후, 적층 방향에 대해서 비스듬히 슬라이스함으로써 대량으로 제작할 수 있다. 또, 한 번에 전면의 연마 및 코트가 가능하게 되므로 비용 상승을 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 제2 렌즈판(110)의 미소렌즈(111)의 개구를 광원상의 크기에 따라 형성할 수 있으므로, 제2 렌즈판(110)의 크기를 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 조명영역(105)에 도달하는 빛의 평행도를 높일 수 있어(조명 F 넘버를 크게 할 수 있고) 각종 광학 장치의 조명장치로서의 응용 범위를 넓힐 수 있다.

상기의 실시예에서는 인터그레이터 광학계(201), 편광분리부(302), 편광변환부(203), 집광 렌즈(118)(인터그레이터 광학계(102)의 일부)를 각각 분리하여 배치하고 있지만, 각각의 사이에 간격을 설치할 필요는 없고 일체화해도 구성할 수 있다.

상기의 실시예에서는 편광변환부(203)는 λ/2판(202)을 이용하여 설명하였지만 반드시 그럴 필요는 없고 입사광의 편광방향을 바꾼 수단이면 된다. 또, 상기의 실시예에서는 편광방향을 일치시키기 위해 편광분리부(301)에서 일단 반사되어 출사된 빛(편광분리면에서 S편광광)의 편광 방향을 변환하고 있지만, 편광분리부에서 반사되지 않고 출사된 빛(편광분리면에서 P편광광)에 작용하고, 편광분리부에서 반사되어 출사된 빛에는 작용하지 않는 구성으로 할 수도 있다. 또, 편광 분리부에서 반사되어 출사된 빛과 반사되지 않고 출사된 빛의 각각에 다른 작용을 가하여 양 쪽의 편광 방향을 맞추는 구성으로 할 수도 있다.

본 실시예에서 편광분리부(301)를 구성하는 평행사변형의 프리즘은 모두 동일 형상이므로 재료, 가공상의 면에서 저가화를 실현할 수 있다.

집광 렌즈(118)는 상기 실시예와 같이 반드시 구면형상의 렌즈가 아니고 프레넬 렌즈나 프리즘의 집합체로 구성하는 것도 가능하다.

본 실시예에서는 편광빔 스플릿터를 구성하는 평행사변형의 프리즘은 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈(205)가 이루는 열 중, 가장 폭이 좁은 렌즈열(여기에서는 209b)의 유효개구부의 폭(H)에 프리즘의 개구부(304a, 304b, 304c)의 폭이 맞도록 크기가 설정되어 있는 구성으로 했다. 그러나, 상기 개구부(304a, 304b, 304c)의 폭은 미소렌즈열의 폭(H)에 일치시킬 필요는 없고, 예를 들면 상기 폭(H)을 자연수(n)에서 제외한 값이면 동일하게 구성할 수 있다. 이것을 상술한 설명 중에서 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈열(209a)에서 출사된 빛이 2분할되어 2개의 프리즘에 입사해도 편광분리부에서 아무런 문제없이 편광분리된 것으로부터 알 수 있다.

상기 실시예에서는 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈(205)가 이루는 렌즈열의 폭(H)은 편광빔 스플릿터의 개구부에 대해 대략 동등한 것과 대략 2배가 되는 것으로 이루어진다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 도 13에 나타낸 바와 같이 미소렌즈열의 폭(H)이 개구부의 폭의 약 3배의 크기의 것이 혼재해도 구성할 수 있고, 이것을 응용하면 일반적으로 n배(n은 자연수)의 크기의 것을 적당히 조합하여 그 시스템에 최적의 구성을 이룰 수 있다.

본 실시예에서, 면(306c)은 편광분리면으로 했지만 이것을 반사 거울면으로할 수도 있다.

(실시예 4)

다음에 본 발명의 편광광 조명장치의 실시예 4를 도면을 이용하여 설명한다.

도 14는 본 발명의 편광광 조명장치의 실시예 4의 개략 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시예의 편광광 조명장치(400)는 시스템 광축(150)을 따라 광원부(101), 인터그레이터 광학계(201), 편광분리부(401) 및 편광변환부(203)로 이루어지고, 광원부(101)에서 출사된 빛은 인터그레이터 광학계(201), 편광분리부(401), 편광변환부(203)를 통해 사각형의 조명영역(105)에 이른다. 인터그레이터 광학계(201)는 제1 렌즈판(108)과 제2 렌즈판(204)과 집광 렌즈(118)로 구성된다.

광원부(101)는 광원(106)과 리플렉터(107)로 이루어진다. 광원(106)에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛은 리플렉터(107)에 의해 한방향으로 반사되어 인터그레이터 광학계(201)에 입사된다. 리플렉터(107)의 반사면의 형상은 포물선, 타원면, 구면이어도 광학계의 설계에 의해 사용할 수 있다.

제1 렌즈판(108)은, 도 2에 나타낸 바와 같은 미소한 사각형렌즈(109)가 복수개 배열된 복합렌즈체이다. 제1 렌즈판(108)에 입사된 빛은 개개의 사각형렌즈(109)에 의해 집광된다. 그 사각형렌즈(109)에 의해 형성된 광원상은 제2 렌즈판(204) 위에 형성되도록 설정되어 있다.

도 9에 제2 렌즈판(204)의 외관을 나타낸다. 여기에 형성된 미소렌즈(205)는 제1 렌즈판(108) 위에 형성된 사각형 렌즈(109)와 같은 수만큼 배치되어 있다. 각 미소렌즈(205)는 각 사각형렌즈(109)와 1대 1로 대응한다. 각 사각형 렌즈(109)에 의한 광원상(112)은 제2 렌즈판(204) 위에 복수의 열을 이루어 형성되도록 각 사각형 렌즈(109)는 그 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 설계되어 있다. 미소렌즈(205)는 사각형렌즈(109)에 의한 광원상(112)이 형성된 위치에 배치된다. 또, 미소렌즈(205)의 개구는 광원상(112)의 크기와 맞추어 그 개구면적이나 형상이 설정되어 있다.

또, 미소렌즈(205)가 이루는 열은, 도 9에 있는 바와 같이, 제2 렌즈판(204) 위에 복수의 단책형상으로 구성되어 있다. 각 열의 긴 방향과 직각방향의 폭(도 9에서 미소렌즈(205)의 상하방향의 유효 개구폭)(H)은 모든 열에서 동일하지 않다. 그러나, 폭(H)이 작은 미소렌즈 열(209b)와 미소렌즈(209c)와는 도시한 바와 같이 인접하여 형성되어 있고, 전체로서 미소렌즈의 무리를 형성하고 있다. 그리고, 이 미소렌즈군의 긴 방향과 직각방향의 폭(도 9에 있어서 각 미소렌즈군의 상하방향의 전개구폭)(H)은 미소렌즈열(209a)의 폭(H)과 대략 동일하게 형성되어 있다. 즉, 본 실시예의 제2 렌즈판(204)위의 미소렌즈(205)는 복수의 열 또는 군을 이루도록 배치되어 있고, 또 그 열 또는 군의 긴 방향과 직각 방향의 폭이 모두 대략 동일하도록 형성되어 있다.

제1 렌즈판(108) 위의 사각형 렌즈(109)에서 집광된 빛은 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈(205)를 투과한 후, 편광분리부(401)에 입사한다. 도 15에 편광분리부(401)와 제 2의 렌즈판(204)과의 배치도를 나타낸다.

편광분리부(401)는 같은 형상의 미소한 편광빔 스플릿터의 집합체이다. 편광빔 스플릿터(프리즘)는 편광분리면(402)에 수직인 면에서 단면형상이 평행사변형인 사각기둥으로 이루어진다. 프리즘(403a, 403b, 403c, 403d)의 각 접합면에는 편광분리막(402)을 끼워 편광분리면이 구성되어 있다. 이들의 프리즘은 상기 제2 렌즈판(204)위의 미소렌즈(205)가 이루는 열 또는 군(209a, 209b, 209c)에 개구부(404a, 404b)가 대향하도록 배치된다. 또, 개구부(404a, 404b)의 폭(도 15에서 상하방향의 길이)가 제2 렌즈판(204)위의 가장 큰 폭(H)을 가지는 미소렌즈 열(209a)의 폭(H)과 일치하도록 프리즘의 두께가 결정되어 있다. 편광분리면(402)은 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해서 비스듬히 설치되어 있다. 또, 프리즘의 개구부(404a, 404b)는 입사광(즉, 시스템 광축)에 대해 수직으로 설치되어 있다.

제2 렌즈판(204) 위의 열을 형성하는 미소렌즈열(209a)에서 출사된 빛은 편광분리부(401)의 개구부(404a)에 입사한다. 입사광은 편광분리막(210a)에서 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 편광분리부(401)를 이탈한 후, 편광변환부(203)로 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 반사광은 상기 편광분리막(210a)에 평행하게 배치된 편광분리막(210b)에서 다시 반사되어, 편광분리부(401)를 이탈한 후, 기반 유리(211)위에 단책형상으로 배치되어, 입사광의 편광방향을 90도 변환하도록 설정된 λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)을 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

또, 제2 렌즈판(204) 위의 미소렌즈군의 일부를 형성하는 미소렌즈열(209b)에서 출사된 빛은 도시한 바와 같이 편광분리부(401)의 개구부(404b)의 중심에서 아랫방향으로 벗어난 위치에 입사한다. 입사광은 편광분리막(210c)에서 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 먼저 언급한 것과 같이 편광분리부(401)를 이탈한 후, 편광변환부(203)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 반사광은 상기 편광분리막(210c)에 평행하게 배치된 편광분리막(210d)에서 반사된 후, λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다.

또, 제2 렌즈판(204)의 위의 미소렌즈군의 일부를 형성하는 미소렌즈열(209c)에서 출사된 빛은, 도시한 바와 같이 편광분리부(401)의 개구부(404b)의 중심에서 위 방향으로 벗어난 위치(상기의 미소렌즈열(209b)에서의 빛이 입사하는 위치와는 다른 위치)에 입사한다. 입사광은 편광분리막(210c)의 편광방향에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 먼저 언급한 것과 같이 편광분리부(401)를 이탈한 후, 편광변환부(203)에 입사한다. 이 때, 광선은 λ/2판(212)이 형성되지 않은 영역을 통과하므로, 여기에서는 특별히 작용을 받지 않고 집광 렌즈(118)를 거쳐 조명영역(105)을 조명한다. 반사광은 상기 편광분리막(210c)에 평행하게 배치된 편광분리막(210d)에서 반사된 후, λ/2판(212)에 입사한다. 여기에서 편광방향이 변환된 빛은 집광렌즈(118)를 거쳐조명영역(105)을 조명한다.

이상과 같은 편광광 조명장치를 구성함으로써 광원(106)에서 출사된 편광방향이 랜덤한 빛을 효율 좋게 하나의 편광방향으로 맞출 수 있고, 동시에 인터그레이터 광학계(201)에서 균일한 조명이 가능하게 된다. 더욱이 장치의 크기는 거의 대형화하지 않고 실현할 수 있다.

편광 분리부(401)는 모두 같은 프리즘의 집합체이므로, 소정 두께(h)를 가지는 큰 프리즘 재료를 복수 적층한 후, 적층 방향에 대해서 비스듬히 슬라이스함으로써 대량으로 제작할 수 있다. 또, 한 번에 전면의 연마 및 코트가 가능하게 되므로 비용 상승을 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 제2 렌즈판(110)의 미소렌즈(205)의 개구를 광원상의 크기에 따라 형성할 수 있으므로, 제2 렌즈판(204)의 크기를 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 조명영역(105)에 도달하는 빛의 평행도를 높일 수 있어(조명 F 넘버를 크게 할 수 있어), 각종 광학 장치의 조명장치로서의 응용 범위를 넓힐 수 있다.

상기의 실시예에서는 인터그레이터 광학계(201), 편광분리부(401), 편광변환부(203), 집광 렌즈(118)(인터그레이터 광학계(210)의 일부)를 각각 분리하여 배치하고 있지만, 각각의 사이에 간격을 설치할 필요는 없고 일체화해도 구성할 수 있다.

상기의 실시예에서는 편광변환부(203)는 λ/2판(202)을 이용하여 설명하였지만 반드시 그럴 필요는 없고 입사광의 편광방향을 바꾸는 수단이면 된다. 또, 상기의 실시예에서는 편광방향을 맞추기 위해 편광분리부(401)에서 일단 반사되어 출사된 빛(편광분리면에서 S편광광)의 편광 방향을 변환하고 있지만, 편광분리부에서 반사되지 않고 출사된 빛(편광분리면에서 P편광광)에 작용하고, 편광분리부에서 반사되어 출사된 빛에는 작용하지 않는 구성으로 할 수도 있다. 또, 편광 분리부에서 반사되어 출사된 빛과 반사되지 않고 출사된 빛의 각각에 다른 작용을 가하여 양 쪽의 편광 방향을 일치시키는 구성으로 할 수도 있다.

집광 렌즈(118)는 상기 실시예와 같이 반드시 구면형상의 렌즈가 아니고 프레넬 렌즈나 프리즘의 집합체로 구성할 수도 있다.

본 실시예에서는 미소렌즈열(209b)과 미소렌즈열(209c)을 인접하여 형성함으로써 미소렌즈군을 형성했다. 그리고, 상기 미소렌즈군의 폭이 미소렌즈열(209a)의 폭(H)과 일치하는 구성으로 했다. 그러나 본 발명에서 미소렌즈군은 도 9에 도시한 바와 같이 복수의 미소렌즈열에 명확히 구별할 수 있는 구성일 필요는 없다.

예를 들면, 도 9의 미소렌즈열(209b, 209c)로 이루어지는 미소렌즈군 대신 도 16(a)에 나타낸 바와 같은 미소렌즈군(209d) 또는 도 16(b)에 나타낸 바와 같은 미소렌즈군(209e)을 형성해도 좋다. 여기에서 미소렌즈군(209d, 209e)의 지면 상하방향의 폭(H)은 다른 미소렌즈열 또는 미소렌즈군(예를 들면 미소렌즈열(209a)의 폭(H)과 동일하게 되도록 형성한다.

또는, 도 9의 제2 렌즈판(204) 대신에 도 16(c)에 나타낸 제2 렌즈판(204′)을 이용할 수도 있다. 제2 렌즈판(204′)의 미소렌즈(205)는 6열의 미소렌즈열(또는 군)(230a, 230b, 230c, 230d, 230e, 230f)를 형성하도록 배치된다. 그리고, 이들 미소렌즈열(또는 군)의 지면 상항방향의 유효개구폭(H)는 모두 동일하다. 또, 16(C)에서는 도면을 간소화하기 위해 제1 렌즈판에 의한 광원상은 생략하고 있다.

또, 도 16(c)에 나타낸 바와 같이 제2 렌즈판의 미소렌즈(205)가 제1 렌즈판의 사각형 렌즈(109)와 1대 1로 대응하고 있는 한, 제2 렌즈판의 미소렌즈 열 또는 미소렌즈군의 수(예를 들면 도 16(C)에서는 6열)가 제1 렌즈판의 사각형렌즈의 배열수(예를 들면 도 2에서는 7열)와 일치할 필요는 없다.

또, 도 16(a), (b), (c)는 미소렌즈(205)의 배열을 개념적으로 나타낸 것이고, 미소렌즈의 개수는 제1 렌즈판의 사각형렌즈의 수와 일치시킬 필요가 있다는 것은 말할 필요도 없다.

미소렌즈열을 상기 도 16과 같이 형성해도 본 실시예에서 설명한 것과 같은 편광분리부(401)를 이용하여 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에서 면(210b, 210d)는 편광분리면으로 했지만, 이것을 반사 거울면으로 할 수도 있다.

상기의 실시예 2에서 4에 있어서, 시스템 광축(150)에 대해서 광원부(101)의 광축(101a) 및 제1 렌즈판(108)이 편광분리부를 구성하는 프리즘의 시스템 광축과 직교하는 2면간 거리(d)의 약 반 정도의 양만큼 벗어나게 한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 광원(106)에서의 빛을 낭비하지 않고 편광광으로 변환할 수 있다. 또, 이 때 공간적인 제약 등에 의해 시스템 광축(150)에 대한 상기 이동량을 확보할 수 없는 경우에는 제1 렌즈판(110)위의 사각형 렌즈(109)의 축을 벗어나게 함으로써 상기 이동량을 보충할 수 있다.

(실시예 5)

도 17은 상기 실시예 1의 장치를 투사형 화상표시장치에 응용한 예이다.

도 17에 나타낸 투사형 화상표시장치(500)는, 랜덤한 편광광을 한 방향으로 출사하는 광원부(101)를 가지고, 이 광원부(101)에서 출사된 랜덤한 편광광은 인터그레이터 광학계(102) 및 편광분리부(103)에서 2종류의 편광광으로 분리되고, 분리된 편광광 중 한 방향은 편광 변환부(104)의 λ/2판(212)에 의해 편광방향이 변환되어 하나의 편광방향으로 일치시키도록 구성되어 있다.

이러한 편광광 조명장치(100)에서 출사된 광속(光束)은, 먼저 적투과 이색성 거울(501)에서 적색광이 투과되고, 청, 녹색광은 반사된다.

적색광은 반사 거울(502)에서 반사되어, 제1 액정 라이트 밸브(503)에 도달한다. 한 편, 청색광 및 녹색광 중, 녹색광은 녹반사 이색성 거울(504)에 의해 반사되어, 제2 액정 라이트 밸브(505)에 도달한다. 청색광은 녹반사 이색성 거울(504)을 투과한 후, 입사측 렌즈(506), 릴레이 렌즈(508), 출사측 렌즈(510)로 이루어진 릴레이 렌즈계에 반사 거울(507), 반사 거울(509)을 더하여 구성된 도광 수단(512)에 의해 제 3 액정 라이트 밸브(511)로 유도한다. 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)는 각각 색광을 변조한다. 각 색에 대응한 영상신호에 맞추어 변조된 색광은 이색성 프리즘(513)(색합성 장치)에 입사한다. 이색성 프리즘(513)은 적반사의 유전체 다층막과 청반사의 유전체 다층막을 십자 형상으로 교차시켜 가지고 있어 각각의 변조 광속을 합성한다. 여기에서 합성된 광속은 투사 렌즈(514)(투사광학계)를 투과하여 도면에는 없는 스크린(515) 위에 영상을 형성한다.

이렇게 하여 구성한 투사형 화상표시장치(500)에서는 한 종류의 편광광을 변조하는 형태의 액정 패널이 이용되고 있다. 따라서 종래의 랜덤한 편광광을 이러한 형태의 액정 라이트 밸브로 이끌면, 랜덤한 편광광 중의 반분은 편광판에서 흡수되어 열로 바꾸어 버리기 때문에 광이용율이 저하됨과 동시에 편광판의 발열을 억제하기 위해 대형이고 소음이 큰 냉각장치가 필요하다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 예의 투사형 화상표시장치(500)에서는 편광방향을 맞춘 편광광을 공급할 수 있는 실시예 1의 편광광 조명장치를 이용하고 있으므로, 이러한 문제를 대폭 해소할 수 있다.

또, 본 실시예에 의하면, 제2 렌즈판(110)의 미소렌즈(111)는 제2 렌즈판(110)위의 광원상(112)에 대략 최적화하여 그 개구면적, 형상을 최소화할 수 있으므로 편광변환부를 통해서 본 외관상 제2 렌즈판의 면적도 작게 구성할 수 있다. 투사 렌즈의 F 넘버는 제2 렌즈판의 외관상 크기와 액정 패널에서 제2 렌즈판까지의 거리에 의해 결정되고, 제2 렌즈판의 외관상 크기를 작게 할 수 있으면 F 넘버를 작게 즉 투사렌즈를 밝게 할 필요가 없게 된다. 본 실시예에 의하면, 투사 렌즈(514)가 종래의 편광변환을 행하지 않은 장치에 이용되고 있던 투사 렌즈 또는 그것에 가까운 것이라도, 투사화상의 고휘도화를 충분히 실현할 수 있다. 특히 라이트 밸브가, 입사각이 넓으면 콘트라스트 저하를 발생하는 액정을 응용한 것인 경우에는 화질향상에 유리하다.

본 실시예에서는 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)를 투과한 빛은 색합성장치인 이색성 프리즘(513)에서 하나의 광축상에 유도되어 투사광학계인 일체의 투사렌즈(514)에서 확대투영된다. 그러나, 본 발명은 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 색합성 장치를 이용하지 않고 각 색광에 대한 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)의 출사광을 확대투사할 수 있도록 각 색광마다 투사렌즈를 설치한 구성으로 할 수 있다.

본 실시예에서는 라이트밸브를 투과형 액정으로 했지만, 이것에 판정되지 않고 편광을 응용한 것이면 모두 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 명확하다.

(실시예 6)

도 18은 상기 실시예 1의 장치를 투사형 화상표시장치에 응용한 다른 예이다.

도 18에 나타낸 투사형 화상표시장치(600)는, 랜덤한 편광광을 한 방향으로 출사하는 광원부(101)를 가지며, 이 광원부(101)에서 출사된 랜덤한 편광광은 인터그레이터 광학계(102) 및 편광분리부(103)에서 2종류의 편광광으로 분리되고, 분리된 편광광 중 한 방향은 편광변환부(104)의 λ/2판(212)에 의해 편광방향이 변환되어 하나의 편광방향으로 맞추도록 구성되어 있다.

이러한 편광광 조명장치(100)에서 출사된 광속은, 액정 라이트 밸브(601)로 입사한다. 액정 라이트 밸브(601)는 각각의 색광에 대한 입력신호에 따라 독립하여 구동가능한 다수의 화소(602a, 602b, 602c)를 가지며, 각 화소의 입사측에는 구동신호에 따른 색광만을 투과하는 컬러 필름(603a, 603b, 603c)이 구비되어 있다. 액정 라이트 밸브(601)는 앞의 실시예 5에 나타낸 것과 마찬가지로, 입사한 빛의 편광방향을 변화시킴으로써 변조하는 것이다. 액정 라이트 밸브(601)의 입사측에는 임의의 편광방향의 빛만을 투과하는 입사측 편광판(604)이 구비되고, 출사측에는 액정 라이트 밸브(601)를 투과해 온 빛 중 화면에 투사될 화소에서의 편광방향의 빛을 투과시켜, 이것에 직교하는 편광방향의 빛을 차광하는 출사측 편광판(605)이 구비되어 있다. 여기를 투과한 빛은 투사렌즈(606)(투사광학계)를 투과하여 도면에는 없는 스크린(51) 위에 영상을 형성한다.

본 실시예에서도, 라이트 밸브를 3매 이용한 경우와 마찬가지로, 종래의 랜덤한 편광광을 액정 라이트 밸브로 유도하면, 랜덤한 편광광 중의 반은 편광판에서 흡수되어 열로 바뀌어 버리기 때문에 광이용율이 저하됨과 동시에 편광판의 발열을 억제하기 위해 대형이고 소음이 큰 냉각장치가 필요하다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 예의 투사형 화상표시장치(600)에서는 편광방향을 일치시킨 편광광을 공급할 수 있는 실시예 1의 편광광 조명장치를 이용하고 있으므로, 이러한 문제를 대폭 해소할 수 있다.

또, 본 실시예에 의하면, 제2 렌즈판(110)의 미소렌즈(111)는 제2 렌즈판(110)위의 광원상(112)에 대략 최적화하여 그 개구면적, 형상을 최소화할 수 있으므로 편광변환부를 통해서 본 외관상 제2 렌즈판의 면적도 작게 구성할 수 있다. 투사 렌즈의 F 넘버는 제2 렌즈판의 외관상 크기와 액정 패널에서 제2 렌즈판까지의 거리에 의해 결정되어, 제2 렌즈판의 외관상 크기를 작게 할 수 있으면 F 넘버를 작게 즉 투사렌즈를 밝게 할 필요가 없게 된다. 본 실시예에 의하면, 투사렌즈(514)가 종래의 편광변환을 행하지 않은 장치에 이용되고 있던 투사 렌즈 또는 그것에 가까운 것이라도, 투사화상의 고휘도화를 충분히 실현할 수 있다. 특히 라이트 밸브가, 입사각이 넓으면 콘트라스트 저하를 발생하는 액정을 응용한 것인 경우에는 화질 향상에 유리하다.

본 실시예에서는 색결정을 컬러 필름(603a, 603b, 603c)에서 행했지만, 도 19에 있는 것과 마찬가지로 이색성 거울(607, 608), 전반사 거울(609)로 색분해를 행하고 3화소당 하나의 마이크로 렌즈(610)를 설치함으로써 컬러 필름을 이용하지 않는 단판 방식의 투사형 화소표시장치에도 응용가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 또 도 19에서 도 18과 같은 기능을 가지는 부재에는 동일한 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.

(실시예 7)

도 20은 상기 실시예 2의 장치를 투사형 화상표시장치에 응용한 예이다.

도 20에 나타낸 투사형 화상표시장치(700)는, 랜덤한 편광광을 한 방향으로 출사하는 광원부(101)를 가지며, 이 광원부(101)에서 출사된 랜덤한 편광광을 인터그레이터 광학계(201) 및 편광분리부(202)에서 2종류의 편광광에 분리되고, 분리된 편광광 중 한 방향은 편광 변환부(203)의 λ/2판(212)에 의해 편광방향이 변환되어 하나의 편광방향으로 일치시키도록 구성되어 있다.

이러한 편광광 조명장치(200)에서 출사된 광속은, 먼저 적투과 이색성 거울(501)에서 적색광이 투과되어, 청, 녹색광은 반사된다.

적색광은 반사거울(502)에서 반사되어, 제 1액정 라이트밸브(503)에 도달한다.한편, 청색광 및 녹색광 중, 녹색광은 녹반사 이색성 거울(502)에 의해 반사되어, 제 2액정 라이트 밸브(505)에 도달한다. 청색광은 녹반사 이색성 거울(504)을 투과한 후, 입사측 렌즈(506), 릴레이 렌즈(508), 출사측 렌즈(510)로 이루어진 릴레이 렌즈계에 반사 거울(507), 반사 거울(509)을 더하여 구성된 도광 수단(512)에 의해 제 3액정 라이트 밸브(511)로 유도된다. 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)는 각각 색광을 변조한다. 각 색에 대응한 영상신호에 맞추어 변조된 색광은 이색성 프리즘(513)(색합성 장치)에 입사한다. 이색성 프리즘(513)은 적반사의 유전체 다층막과 청반사의 유전체 다층막을 십자 형상으로 교차시켜 가지고 있어, 각각의 변조 광속을 합성한다. 여기에서 합성된 광속은 투사 렌즈(514)(투사광학계)를 투과하여 도면에는 없는 스플릿터(515) 위에 영상을 형성한다.

이렇게 하여 구성한 투사형 화상표시장치(700)에서는 한 종류의 편광광을 변조하는 유형의 액정 패널이 이용되고 있다. 따라서 종래의 랜덤한 편광광을 이 유형의 액정 라이트 밸브로 이끌면, 랜덤한 편광광 중의 반분은 편광판에서 흡수되어 열로 바뀌어 버리기 때문에 광이용율이 저하됨과 동시에 편광판의 발열을 억제하기 위해 대형이고 소음이 큰 냉각장치가 필요하다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 예의 투사형 화상표시장치(700)에서는 편광방향을 맞춘 편광광을 공급할 수 있는 실시예 2의 편광광 조명장치를 이용하고 있으므로, 이러한 문제를 대폭 해소 할 수 있다.

또, 본 실시예에 의하면, 제2 렌즈판(204)의 미소렌즈(205)는 제2 렌즈판(204)위의 광원상(112)에 대략 최적화하여 그 개구면적, 형상을 최소화할 수있으므로 편광변환부를 통해서 본 외관상 제2 렌즈판의 면적도 작게 구성할 수 있다. 투사 렌즈의 F 넘버는 제2 렌즈판의 외관상 크기와 액정 패널에서 제2 렌즈판까지의 거리에 의해 결정되고, 제2 렌즈판의 외관상 크기를 작게 할 수 있으면 F 넘버를 작게 즉 투사렌즈를 밝게 할 필요가 없게 된다. 본 실시예에 의하면, 투사 렌즈(514)가 종래의 편광변환을 행하지 않은 장치에 이용되고 있던 투사 렌즈 또는 그것에 가까운 것이라도, 투사화상의 고휘도화를 충분히 실현할 수 있다. 특히 라이트 밸브가 입사각이 넓으면 콘트라스트 저하를 발생시키는 액정을 응용한 것인 경우에는 화질향상에 유리하다.

본 실시예에서도 실시예 5와 마찬가지로, 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)를 투과한 빛은 색합성장치인 이색성 프리즘(513)에서 하나의 광축상에 유도되어 투사광학계인 일체의 투사렌즈(514)에서 확대투영된다. 그러나, 본 발명은 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 색합성 장치를 이용하지 않고 각 색광에 대한 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)의 출사광을 확대투사할 수 있도록 각 색광마다 투사렌즈를 설치한 구성으로 할 수 있다.

본 실시예에서는 라이트밸브를 투과형 액정으로 했지만, 이것에 한정되지 않고 편광을 응용한 것이면 모두 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 명확하다.

또, 편광광 조명장치(200)를 조명장치로 라이트밸브를 이용한 투사형 화상표시장치를 구성하는 데 있어서는, 도 20에 나타낸 바와 같은 색분리 광학계를 이용하여 각 색광마다 라이트 밸브를 설치한 3판식 이외에도 하나의 라이트 밸브에서 컬러 표시를 행하는 실시예 6에 나타낸 단판식(도 18, 도 19)으로 할 수도 있다.

(실시예 8)

도 21은 상기 실시예 3의 장치를 투사형 화상표시장치에 응용한 예이다.

도 21에 나타낸 투사형 화상표시장치(800)는, 랜덤한 편광광을 한 방향으로 출사하는 광원부(101)를 가지고, 이 광원부(101)에서 출사된 랜덤한 편광광은 인터그레이터 광학계(201) 및 편광분리부(301)에서 2종류의 편광광으로 분리되고, 분리된 편광광 중 한 방향은 편광 변환부(203)의 λ/2판(212)에 의해 편광방향이 변환되어 하나의 편광방향으로 일치시키도록 구성되어 있다.

이러한 편광광 조명장치(300)에서 출사된 광속은, 먼저 적투과 이색성 거울(501)에서 적색광이 투과되어,청, 녹색광이 반사된다.

적색광은 반사 거울(502)에서 반사되어, 제 1액정 라이트 밸브(503)에 도달한다. 한편, 청색광 및 녹색광 중, 녹색광은 녹반사 이색성 거울(504)에 의해 반사되어, 제 2 액정 라이트 밸브(505)에 도달한다. 청색광은 반사 이색성 거울(504)을 투과한 후, 입사측 렌즈(506), 릴레이 렌즈(508), 출사측 렌즈(510)로 이루어지는 릴레이 렌즈계에 반사 거울(507), 반사 거울(509)을 더하여 구성된 도광 수단(512)에 의해 제 3 액정 라이트 밸브(511)로 유도한다. 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)는 각각 색광을 변조한다. 각 색에 대응한 영상신호에 맞추어 변조된 색광은 이색성 프리즘(513)(색합성 장치)에 입사한다. 이색성 프리즘(513)은 적반사의 유전체 다층막과 청반사의 유전체 다층막을 십자 형상으로 교차시켜 가지고 있어 각각의 변조 광속을 합성한다. 여기에서 합성된 광속은 투사 렌즈(514)(투사광학계)를 투과하여 도면에는 없는 스플릿터(515) 위에 영상을 형성한다.

이렇게 하여 구성한 투사형 화상표시장치(800)에서는 한 종류의 편광광을 변조하는 유형의 액정 패널이 이용되고 있다. 따라서 종래의 랜덤한 편광광을 이 유형의 액정 라이트 밸브로 유도하면, 랜덤한 편광광 중의 반은 편광판에서 흡수되어 열로 바꾸어 버리기 때문에 광이용율이 저하됨과 동시에 편광판의 발열을 억제하기 위해 대형이고 소음이 큰 냉각장치가 필요하다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 예의 투사편 화상표시장치(800)에서는 편광방향을 맞춘 편광광을 공급할 수 있는 실시예 3의 편광광 조명장치를 이용하고 있으므로, 이러한 문제를 대폭 해소할 수 있다.

또, 본 실시예에 의하면, 제2 렌즈판(204)의 미소렌즈(205)는 제2 렌즈판(204)위의 광원상(112)에 대략 최적화하여 그 개구면적, 형상을 최소화할 수 있으므로 편광변환부를 통해서 본 외관상 제2 렌즈판의 면적도 작게 구성할 수 있다. 투사 렌즈의 F 넘버는 제2 렌즈판의 외관상 크기와 액정 패널에서 제2 렌즈판까지의 거리에 의해 결정되고, 제2 렌즈판의 외관상 크기를 작게 할 수 있으면 F 넘버를 작게 즉 투사렌즈를 밝게 할 필요가 없게 된다. 본 실시예에 의하면, 투사 렌즈(514)가 종래의 편광변환을 행하지 않은 장치에 이용되고 있던 투사 렌즈 또는 그것에 가까운 것이라도, 투사화상의 고휘도화를 충분히 실현할 수 있다. 특히 라이트 밸브가 입사각이 넓으면 콘트라스트 저하를 발생시키는 액정을 응용한 것인 경우에는 화질향상에 유리하다.

본 실시예에서도 실시예 5와 마찬가지로 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)를 투과한 빛은 색합성장치인 이색성 프리즘(513)에서 하나의 광축 위로 유도되어 투사광학계인 일체의 투사렌즈(514)에서 확대투영된다. 그러나, 본 발명은 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 색합성 장치를 이용하지 않고 각 색광에 대한 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)의 출사광을 확대투사할 수 있도록 각 색광마다 투사렌즈를 설치한 구성으로 할 수도 있다.

또, 편광광 조명장치(300)를 조명장치로서, 라이트밸브를 이용한 투사형 화상형표시장치를 구성하는 데 있어서는, 도 21에 나타낸 바와 같이 색분리 광학계를 이용하여 각 색광마다 라이트 밸브를 설치한 3판식 이외에도 하나의 라이트 밸브에서 컬러 표시를 행하는 실시예 6에 나타낸 단판식(도 18, 도 19)로 할 수 있다.

(실시예 9)

도 22는 상기 실시예 4 장치를 투사형 화상표시장치에 응용한 예이다.

도 22에 나타낸 투사형 화상표시장치(900)는, 랜덤한 편광광을 한 방향으로 출사하는 광원부(101)를 가지며, 이 광원부(101)에서 출사된 랜덤한 편광광은 인터그레이터 광학계(201) 및 편광분리부(401)에서 2종류의 편광광으로 분리되고, 분리된 편광광 중 한 방향은 편광 변환부(203)의 λ/2판(212)에 의해 편광방향이 변환되어 하나의 편광방향으로 일치시키도록 구성되어 있다.

이러한 편광광 조명장치(300)에서 출사된 광속은, 먼저 적투과 이색성 거울(501)에서 적색광이 투과되고, 청, 녹색광은 반사된다.

적색광은 반사 거울(502)에서 반사되어, 제 1액정 라이트 밸브(503)에 도달한다. 한 편, 청색광 및 녹색광 중, 녹색광은 녹반사 이색성 거울(504)에 의해 반사되어, 제 2 액정 라이트 밸브(505)에 도달한다. 청색광은 녹반사 이색성 거울(504)을 투과한 후, 입사측 렌즈(506), 릴레이 렌즈(508), 출사측 렌즈(510)로 이루어지는 릴레이 렌즈계에 반사 거울(507), 반사 거울(509)을 가하여 구성된 도광 수단(512)에 의해 제 3 액정 라이트 밸브(511)로 유도한다. 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)는 각각 색광을 변조한다. 각 색에 대응한 영상신호에 맞추어 변조된 색광은 이색성 프리즘(513)(색합성 장치)에 입사한다. 이색성 프리즘(513)은 적반사의 유전체 다층막과 청반사의 유전체 다층막을 십자 형상으로 교차시켜 가지고 있어 각각의 변조 광속을 합성한다. 여기에서 합성된 광속은 투사 렌즈(514)(투사광학계)를 투과하여 도면에는 없는 스플릿터(515) 위에 영상을 형성한다.

이렇게 하여 구성한 투사형 화상표시장치(900)에서는 한 종류의 편광광을 변조하는 유형의 액정 패널이 이용되고 있다. 따라서 종래의 랜덤한 편광광을 이 유형의 액정 라이트 밸브로 이끌면, 랜덤한 편광광 중의 반분은 편광판에서 흡수되어 열로 바꾸어 버리기 때문에 광이용율이 저하됨과 동시에 편광판의 발열을 억제하기 위해 대형이고 소음이 큰 냉각장치가 필요하다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 예의 투사형 화상표시장치(900)에서는 편광방향을 일치시킨 편광광을 공급할 수 있는 실시예 4의 편광광 조명장치를 이용하고 있으므로, 이러한 문제를 대폭 해소할 수 있다.

또, 본 실시예에 의하면, 제2 렌즈판(204)의 미소렌즈(205)는 제2 렌즈판(204)위의 광원상(112)에 대략 최적화하여 그 개구면적, 형상을 최소화할 수 있으므로 편광변환부를 통해서 본 외관상 제2 렌즈판의 면적도 작게 구성할 수 있다. 투사 렌즈의 F 넘버는 제2 렌즈판의 외관상 크기와 액정 패널에서 제2 렌즈판까지의 거리에 의해 결정되고, 제2 렌즈판의 외관상 크기를 작게 할 수 있으면 F 넘버를 작게 즉 투사렌즈를 밝게 할 필요가 없게 된다. 본 실시예에 의하면, 투사 렌즈(514)가 종래의 편광변환을 행하지 않은 장치에 이용되고 있던 투사 렌즈 또는 그것에 가까운 것이라도, 투사화상의 고휘도화를 충분히 실현할 수 있다. 특히 라이트 밸브가 입사각이 넓으면 콘트라스트 저하를 발생하는 액정을 응용한 것인 경우에는 화질향상에 유리하다.

본 실시예에서도 실시예 5와 마찬가지로 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)를 투과한 빛은 색합성장치인 이색성 프리즘(513)에서 하나의 광축 위로 유도되어 투사광학계인 일체의 투사렌즈(514)에서 확대투영된다. 그러나, 본 발명은 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 색합성 장치를 이용하지 않고 각 색광에 대한 제 1, 제 2, 제 3의 액정 라이트 밸브(503, 505, 511)의 출사광을 확대투사할 수 있도록 각 색광마다 투사렌즈를 설치한 구성으로 할 수 있다.

또, 편광광 조명장치(300)를 조명장치로서, 라이트밸브를 이용한 투사형 화상형표시장치를 구성하는 데 있어서는, 도 22에 나타낸 바와 같은 색분리 광학계를이용하여 각 색광마다 라이트 밸브를 설치한 3판식의 외에도 하나의 라이트 밸브에서 컬러 표시를 행하는 실시예 6에 나타낸 단판식(도 18, 도 19)으로도 할 수 있다.

이상으로 설명한 실시예는, 어느 것이든 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 명확하게 하려는 의도로 한 것으로, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정하여 해석되는 것이 아니라, 그 발명의 정신과 청구범위에 기재된 범위 내에서 여러가지로 변경하여 실시할 수 있고, 본 발명을 광범위하게 해석할 수 있다.

본 발명의 편광광 조명장치는, 광원에서의 랜덤광을 임의의 편광방향으로 변환할 수 있음과 동시에, 조명광의 확산을 억제할 수 있기 때문에(조명 F 넘버를 크게할 수 있다), 편광광을 필요로 하는 조명장치에 널리 이용할 수 있다. 특히, 편광을 이용하여 변조를 행하는 라이트 밸브를 이용한 투사형 화상표시장치형의 조명장치로서 이용한 경우에는, 광원에서의 랜덤광을 모두 이용할 수 있어, 광이용율을 대폭 개선할 수 있다. 또, 조명 F 넘버를 크게 할 수 있으므로(입사광의 확산각을 작게 한다), 투사형 화상표시장치의 투사광학계의 F 넘버를 바꾸지 않고 고휘도의 화상을 얻을 수 있다. 또, 라이트 밸브 입사면 위에 마이크로 렌즈를 구성한 경우에는 투사광학계의 부담이 작아져, 마이크로 렌즈에 의해 효과를 얻기 쉬워진다.

또, 본 발명의 투사형 화상표시장치는 간단한 구성으로 빛의 이용효율이 향상되고, 투사화상의 밝기를 향상시킬 수 있으므로, 고휘도화, 저가화가 특히 요구되는 액정 프로젝터로서 특히 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

편광방향이 랜덤한 빛을 출사하는 광원과,

복수의 사각형 렌즈의 집합체로 이루어진 제1 렌즈판과, 상기 사각형 렌즈에 1 대 1로 대응하는 복수의 미소렌즈의 집합체로 이루어진 제2 렌즈판, 및 집광렌즈를 가지는 인터그레이터 광학계와,

상기 광원에서 출사된 빛을 편광방향이 직교하고 광축이 대략 평행한 두 개의 편광광으로 분리하는 편광분리부와,

상기 두 개의 편광광의 편광방향을 일치시킨 편광변환부를 구비하고,

상기 제1 렌즈판의 사각형 렌즈에 의한 광원상이 상기 제2 렌즈판 위에 복수의 열을 이루어 형성되도록 상기 사각형 렌즈는 이의 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 형성되어 있고,

상기 제2 렌즈판의 미소렌즈는 상기 사각형 렌즈에 의한 광원상이 형성된 위치에 복수의 열모양으로 배치되어 있고, 상기 미소렌즈의 복수의 열 중 상기 열이 긴 방향과 직각방향의 폭(H)이 다른 부분과 다른 열을 적어도 하나 가지며,

상기 편광분리부는, 시스템 광축에 대해서 비스듬히 설치된 반사 거울면과, 상기 반사 거울면과 평행하게 설치된 편광 분리면과, 상기 시스템 광축과 직교하는 두 면을 가지는 미소 편광빔 스플릿터가 복수 집합하여 구성되고,

상기 편광분리면은, 상기 제2 렌즈판에서의 빛을 편광방향에 의해 투과 또는 반사하여 분리하는 편광분리막을 구비하고,

시스템 광축과 직교하는 상기 2면간 거리(d)는 상기 편광분리부를 구성하는 모든 미소편광빔 스플릿터에서 동일하고, 상기 반사거울면과 상기 편광분리면의 사이에 거리(h)가 다른 부분과 다른 미소편광빔 스플릿터가 적어도 하나 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 1항에 있어서, 상기 제2 렌즈판의 각 미소렌즈의 개구부는 상기 각 광원상의 크기에 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 1항에 있어서, 상기 두 면간 거리(d)는 상기 미소렌즈가 이루는 열의 어딘가의 상기 폭(H)과 대략 동일한 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 1항에 있어서, 상기 두 면간 거리(d)는 상기 폭(H)이 가장 큰 열의 폭(H)과 대략 동일한 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 1항에 있어서, 상기 광원부의 광축 및 상기 제1 렌즈판이 시스템 광축에 대하여 상기 두 면간 거리(d)의 약 1.5배의 양만큼 평행이동한 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
편광방향이 랜덤한 빛을 출사하는 광원과,

복수의 사각형 렌즈의 집합체로 이루어진 제1 렌즈판, 상기 사각형 렌즈에 1 대 1로 대응하는 복수의 미소렌즈의 집합체로 이루어진 제2 렌즈판 및 집광 렌즈를 가지는 인터그레이터 광학계와,

상기 광원에서 출사된 빛을 편광방향이 직교하고 광축이 대략 평행한 두 개의 편광광으로 분리하는 편광분리부와,

상기 두 개의 편광광의 편광방향을 일치시킨 편광변환부를 구비하고,

상기 제1 렌즈판의 사각형렌즈에 의한 광원상이, 상기 제2 렌즈판 위에 복수의 열을 이루어 형성되어 있도록 상기 사각형 렌즈는 이의 곡률중심이 개구중심에 대하여 어긋나게 형성되어 있고,

상기 제2 렌즈판의 미소렌즈는, 상기 사각형 렌즈에 의한 광원상이 형성된 위치에 복수의 열형상으로 배치되어 있고, 상기 미소렌즈의 복수의 열 중 상기 열이 긴 방향과 직각방향의 폭(H)이 다른 부분과 다른 열을 적어도 하나 가지고,

상기 편광 분리부는, 시스템 광축에 대해 비스듬히 설치된 편광분리면과, 상기 편광분리면과 평행하게 설치된 면과, 상기 시스템 광축과 직교하는 두 면을 가지는 미소편광 빔 스플릿터가 복수집합하여 구성되고,

상기 편광분리면은 상기 제2 렌즈판으로부터의 빛을 편광방향에 의해 투과 또는 반사하여 분리하는 편광분리막을 구비하고,

시스템 광축과 직교하는 상기 2면간 거리(d)는 상기 편광분리부를 구성하는 모든 미소편광빔 스플릿터에서 동일하고, 상기 편광분리면과 이것과 평행한 면과의 사이의 거리(h)가 다른 부분과 다른 미소편광빔 스플릿터가 적어도 하나 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 6항에 있어서, 상기 제2 렌즈판의 각 미소렌즈의 개구부는 상기 각 광원부의 크기에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 6항에 있어서, 상기 미소편광 빔 스플릿터에 입사한 빛이 그 미소편광 빔 스플릿터를 출사하기까지의 사이의 총 반사횟수는 상기 거리(h)가 다른 미소편광 빔 스플릿터 사이에서 다른 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 6항에 있어서, 상기 거리(h)는 가장 작은 값을 가지는 미소편광 빔 스플릿터의 상기 거리(h)의 값을 hMIN으로 했을 때, 다른 미소편광 빔 스플릿터의 상기 거리(h)는 nhMIN(n은 자연수)인 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제 6항에 있어서, 상기 거리(h)가 큰 미소편광빔 스플릿터는, 이것에 의해 작은 거리(h)를 가지는 미소편광빔 스플릿터를 구성하는 고굴절 재료가 복수층 접합되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
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제6항에 있어서, 상기 미소편광 빔 스플릿터에 입사한 빛이 그 미소편광 빔 스플릿터를 출사하기까지 사이의 총반사횟수가 4회 이상인 미소편광 빔 스플릿터가 적어도 하나 존재하도록 시스템 광축와 직교하는 상기 두 면간 거리(d)가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
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제6항에 있어서, 상기 광원부의 광축 및 상기 제1 렌즈판은 시스템 광축에 대해 상기 시스템 광축과 직교하는 두 면간 거리(d)의 약 반 정도의 양만큼 평행이동한 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제6항에 있어서, 상기 편광분리면과 평행하게 설치된 면이 반사 거울면인 미소편광빔 스플릿터를 적어도 하나 가지는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 편광변환부는 λ/2판을 가지는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 광원에서의 출사광은 상기 제1 렌즈판을 통해 상기 제2 렌즈판의 각 미소렌즈의 입사면 위에 2차 광원상으로 투사되고, 상기 제2 렌즈판에서의 출사광은 상기 편광분리부, 상기 편광변환부를 거쳐 상기 집광렌즈에 의해 피조명물을 조명하는 것을 특징으로 하는 편광광 조명장치.
편광광 조명장치와, 상기 편광광 조명장치에서의 편광광을 변조하여 입력신호에 따라 화상신호를 행하는 라이트 밸브를 구비한 변조장치와, 상기 변조장치에 의해 변조된 변조광속을 스크린 위에 확대 투여하는 투사광학계를 가지는 투사형 화상표시장치에 있어서,

상기 편광광 조명장치가 제 1항의 편광광 조명장치인 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
편광광 조명장치와, 상기 편광광 조명장치에서의 편광광을 변조하여 입력신호에 따라 화상신호를 행하는 라이트 밸브를 구비한 변조장치와, 상기 변조장치에 의해 변조된 변조광속을 스크린 위에 확대 투여하는 투사광학계를 가지는 투사형 화상표시장치에 있어서,

상기 편광광 조명장치가 제 6항의 편광광 조명장치인 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
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제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 편광광 조명장치와 상기 변조장치의 사이에 색분리 장치를 가지고, 상기 색분리장치에 의해 분리된 각 색광마다 변조장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제 26항에 있어서, 상기 변조장치와 상기 투사 광학계 사이에 색합성 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.