KR100408380B1 - 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사형 액정 장치와 인테그레이터(integrator) 광학계를 조합하면서, 밝고 컨트라스트비(contrast ratio)가 높은 투사 화상을 실현할 수 있는 프로젝터를 제공한다.

이를 위한 방안은, 도광체(20)의 반사면(24b)과 반사면(24d)과의 간격을, 입사(入射)단 면(22)에서 부터 사출(射出)단 면(26)을 향함에 따라서 좁게 함으로써, SY/SX＜MY/MX로 한다. SX는 광원상(光原像)(S)의 X축 방향의 배치 간격, SY는 광원상(S)의 Y축 방향의 배치 간격, MX는 도광체의 입사단 면의 X축 방향의 길이, MY는 도광체의 입사단 면의 Y축 방향의 길이이다. 이것에 의해, 반사형 액정 장치의 앞에 배치되어 있는 편광 빔 스플리터에 있어서의 편광 분리 성능을 비교적 높은 상태로 유지할 수 있어, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 얻을 수 있다.

Description

프로젝터{Projector}

본 발명은, 프로젝터에 관한 것이다.최근, 반사형의 액정 장치를 사용한 프로젝터(액정 프로젝터)가 주목되고 있다. 이러한 반사형 액정 장치에 있어서는, 액정을 구동하기 위한 트랜지스터 등의 구조체를 반사 미러 아래에 만들어 넣음으로써, 화소 밀도를 높게 할 수 있다. 따라서, 반사형 액정 장치는 투과형의 액정 장치를 사용한 경우보다도 해상도가 높고 선명한 투사 화상을 실현할 수 있는 이점을 갖는다.

또한, 액정 장치 등의 전기 광학 장치를 사용한 프로젝터에 있어서, 밝고 표시 얼룩이 없는 투사 화상을 실현하면서 장치 전체의 소형화를 꾀하기 위해서, 인테그레이터 광학계나 편광 변환 조명계의 사용이 제안되어 있다(특개평 8-34127, 특개평 10-232430 등). 인테그레이터 광학계에서는, 광원으로부터의 광속을 광속 분할 광학 소자에 의해 복수의 광속으로 분할하여 복수의 광원상을 형성하고, 그들을 유사 광택으로 간주하여, 복수의 광원상으로부터의 광속을 액정 패널상에서 중첩시킴으로써, 강도 분포가 일정한 조명 광속을 얻을 수 있다. 또한, 편광 변환 조명계에서는, 복수의 광속으로 분리하여 편광 변환을 행한 후, 그들의 광속을 액정 장치상에서 중첩시킴으로써, 편광 방향이 일정한 조명 광속을 얻고 있다.

이로 인해, 반사형 액정 장치를 사용한 프로젝터에 인테그레이터 광학계나 편광 변환 조명계를 조합하여 사용하면, 해상도가 높고 보다 밝고 표시 얼룩이 없는 투사 화상을 실현할 수 있다고 생각된다.

그렇지만, 표시 모드로서 편광 모드를 이용하는 반사형 액정 장치를 프로젝터에 사용하는 경우에는 일반적으로, 편광 상태가 다른 광속을 공간적으로 분리하는 편광 빔 스플리터가 사용된다. 상기 편광 빔 스플리터는 그 편광 분리 특성에 큰 입사각 의존성을 갖는다. 구체적으로는 입사광의 대략 중심축과 편광 빔 스플리터의 편광 분리면의 법선(法線)을 포함하여 규정되는 입사면과 직교하는 평면내에 있어서 광의 입사각이 커지면, 편광 분리 성능이 현저히 저하하는 입사각 의존성을 갖는다. 또한, 인테그레이터 광학계나 편광 변환 조명계에서는 그 광학적 프로세스상, 조명 광속의 입사각의 확장을 피할 수 없다.

이로 인해, 반사형 액정 장치를 사용한 프로젝터에 인테그레이터 광학계나 편광 변환 조명계를 조합하여 사용하는 경우에는, 편광 빔 스플리터에의 광의 입사각이 넓어지기 때문에, 편광 빔 스플리터의 편광 분리 성능이 저하하여, 오히려 광의 이용 효율이 저하한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 반사형 액정장치와 인테그레이터 광학계나 편광 변환 조명계를 조합하면서, 광 이용 효율이 높고 밝은 투사 화상을 실현할 수 있는 프로젝터를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 프로젝터의 제 1 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 2a는 제 1 실시예에 있어서의 도광체의 형상과 광원상의 배치 간격과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 2b는 비교예에 있어서의 도광체의 형상과 광원상의 배치 간격과의 관계를 설명하기 위한 도이다.

도 3a은 편광 변환 광학계의 구성을 도시하는 개략 평면도, 도 3b는 외관 사시도이다.

도 4는 편광 분리면과 거기에 입사하는 광속과의 기하학적인 위치 관계를 도시하는 도이다.

도 5는 본 발명의 프로젝터의 제 2 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 6은 제 2 실시예에 있어서의 도광체의 형상과 광원상의 배치 간격과의 관계를 설명하기 위한 도이다.

도 7은 본 발명의 프로젝터의 제 3 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 8은 제 3 실시예에 있어서의 렌즈 어레이의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.

도 9a는 제 3 실시예에 있어서의 렌즈 어레이를 구성하는 작은 렌즈의 집광 특성과 광원상의 배치 간격과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 9b는 비교예에 있어서의 렌즈 어레이를 구성하는 작은 렌즈의 집광 특성과 광원상의 배치 간격과의 관계를 설명하기 위한 도이다.

도 10은 본 발명의 프로젝터의 제 4 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 11은 본 발명의 프로젝터의 제 5 실시예를 도시하는 개략 수직 단면도이다.

도 12는 본 발명의 프로젝터의 제 5 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 13은 제 5 실시예에 있어서의 렌즈 어레이의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.

도 14는 제 5 실시예에 있어서의 렌즈 어레이를 구성하는 작은 렌즈의 집광 특성과 광원상의 배치 간격과의 관계를 설명하기 위한 도이다.

도 15는 본 발명의 프로젝터의 제 6 실시예를 도시하는 개략 수직 단면도이다.

도 16은 본 발명의 프로젝터의 제 6 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 17은 본 발명의 프로젝터의 제 7 실시예를 도시하는 개략 수직 단면도이다.

도 18은 본 발명의 프로젝터의 제 7 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 19는 제 7 실시예에 있어서의 렌즈 어레이의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.

도 20은 제 7 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.

도 21은 제 7 실시예에 있어서의 렌즈 어레이를 구성하는 작은 렌즈의 집광 특성과 광원상의 배치 간격과의 관계를 설명하기 위한 도이다.

도 22는 본 발명의 프로젝터의 제 8 실시예를 도시하는 개략 수직 단면도이다.

도 23은 본 발명의 프로젝터의 제 8 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.

도 24는 본 발명의 프로젝터의 제 9 실시예의 요부를 도시하는 개략 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G: 조명 장치

2: 부분 광속 4: 입사면

6: 조명 광속의 중심축 8: 조명 광속

10, 15: 광원 11: 발광관

12: 타원 리플렉터 14: 파라보라 리플렉터

20, 200, 210: 도광체 22, 202, 212: 입사단 면

24a, 24b, 24c, 24d: 반사면 204a, 204b, 204c, 204d: 반사면

214a, 214b, 214c, 214d: 반사면 25b, 25d: 반사면

26, 206, 216: 사출단 면 220, 230, 240, 250, 260: 렌즈 어레이

220a, 230a, 240a, 250a, 260a: 작은 렌즈

222, 226, 242, 252, 262: 제 1 전달 렌즈

222a, 226a, 242a, 252a, 262a: 작은 렌즈

224, 244, 264: 제 2 전달 렌즈 30: 릴레이 광학계

31: 집광 광학계 31a, 31b: 집광 렌즈

35: 제 1 전달 렌즈 35a: 작은 렌즈

37: 제 2 전달 렌즈 39: 평행화 렌즈

40, 40A, 40B, 40D, 40G: 편광 변환 소자

41, 43: 투광성 부재 42: 편광 분리막

44: 반사막 45a, 45b: 입사면

46a, 46b: 사출면 48: 위상 차판

50: 아포컬 광학계 52: 실린드리컬 볼록 렌즈

54: 실린드리컬 오목 렌즈 55: 광속 압축 광학계

55a, 55b: 오목 렌즈 60: 편광 빔 스플리터

62: 편광 분리면 70, 72: 편광판

80,80R, 80G, 80B: 액정 장치 90: 투사 렌즈

95: 투사면 100: 색분리·합성 광학계

100R: 적색 반사 다이크로익막 100B: 적색 반사 다이크로익막

110, 120, 130: 프리즘

112, 114, 116, 122, 124, 126, 136: 프리즘의 면

MX: 도광체의 입사단 면의 X축 방향의 길이, 또는, 작은 렌즈의 윤곽(T)의 X축 방향의 길이

MY: 도광체의 입사단 면의 Y축 방향의 길이, 또는, 작은 렌즈의 윤곽(T)의 Y축 방향의 길이

SX: 광원상(S)의 X축 방향의 배치 간격

SY: 광원상(S)의 Y축 방향의 배치 간격

L: 조명 광축 H: 편광 분리면(62)의 법선

P: 가상면 S: 광원상

T: 작은 렌즈의 윤곽 Q: 작은 렌즈의 광축

C: 작은 렌즈의 기하학적 중심

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 프로젝터는 광원으로부터의 광속을 광속 분할 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 상기 복수의 부분 광속에 의해서 복수의 광원상을 형성하는 조명 장치와, 상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 변조하는 전기 광학 장치와, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈와, 상기 조명 광속에 포함되는 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 전기 광학 장치를 향하여 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중, 소정의 편광 성분의 광을 선택하기 상기 투사 렌즈를 향하여 사출하는 편광 분리면을 구비한 프로젝터에 있어서, 상기 광속 분할 광학 소자는, 입사단 면과, 사출단 면과, 적어도 4개의 반사면을 구비한 막대형상의 도광체이고, 상기 조명 광속의 중심축과 상기 편광 분리면의 법선에 의해 규정되는 면을 입사면으로 하여, 상기 입사면과 평행이고 상기 조명광축과 직교하는 방향을 X 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y 방향으로 하고, 상기 입사단 면의 X 방향의 길이를 MX, Y 방향의 길이를 MY로 하고, 상기 복수의 광원상의 X 방향의 배치 간격을 SX, Y 방향의 배치 간격을 SY로 하였을 때, SY/SX＜MY/MX를 만족하는 것을 특징으로 한다.

실용적인 편광 분리면은 그 편광 분리 성능이 입사 광속에 대하여 큰 입사각 의존성을 갖는다. 특히, 입사면에 대하여 직교하는 Y 방향에 광속의 입사각이 커지면, 편광 분리 성능이 현저히 저하한다. 그러나, 본 발명에 의하면, SY/SX＜MY/MX를 만족하기 때문에, 편광 분리면에 입사하는 광속의 Y 방향에서의 입사각의 넓이를 작게 할 수 있어, 편광 분리면에서의 편광 분리 성능을 향상시켜, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 상기의 구성에, 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색 분리 광학계를 추가하여, 상기 색 분리 광학계에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 전기 광학 장치를 설치하도록 하면, 해상도가 높은 컬러 표시를 실현하는 것이 가능해진다.

상기의 제 1 프로젝터에 있어서, 상기 도광체의, Y 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 상기 반사면의 간격은, 상기 입사단 면으로부터 상기 사출단 면을 향함에 따라서 넓게 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 용이하게 복수의 광원상의 Y 방향의 배치 간격을 좁게 할 수 있다. 이로 인해, 편광 분리면에 입사하는 광속의 Y 방향에서의 입사각의 넓이를 작게 할 수 있어, 편광 분리면에서의 편광 분리 성능이 향상한다. 또한, 복수의 광원상이 형성되는 공간을 좁게 할 수 있기 때문에, 편광 분리면을 소형화할 수 있어, 조명 장치 전체의 소형화·경량화를 달성할 수 있다.

또한, X 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 반사면의 간격을, 입사단 면으로부터 사출단 면을 향하여 좁혀지도록 형성하여도 된다. 그 경우에는, 광원상의 형성상태를 보다 자유자재로 제어할 수 있기 때문에, 광학계 전체의 광 이용 효율을 더욱 향상시킬 가능성이 있다.

또한, 상기 제 1 프로젝터에 있어서, 막대형상의 도광체는 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 유사형을 이루는 사출단 면을 갖는 것이 바람직하다. 이로써, 조명 효율의 향상을 꾀하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제 1 프로젝터에 있어서, 막대형상의 도광체는 적어도 제 1 및 제 2 방향에 대향하는 2쌍의 반사면을 구비하고 있으면 되고, 따라서, 그 단면형상은 4각형 이상의 다각형이면 된다. 예를 들면, 단면형상이 8각형이나 12각형을 이루고 있어도 가능하다. 그러나, 프로젝터에 있어서의 광 이용 효율을 고려하면, 광속 분할 광학 소자는 정방형의 입사단 면을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 막대형상의 도광체는 입사 광속을 반사면에서 반사시켜, 반사면에서의 반사 위치와 반사 회수의 차이에 따라서, 사출단 면으로부터의 사출 각도가 다른 복수의 광속으로 분할 가능인 한, 도광성 재료의 덩어리로서 형성되어도 되고, 통(筒)형상으로 형성되어도 된다. 광속 분할 광학 소자가 도광성 재료의 막대형상의 덩어리로 이루어지는 중실(中室) 로드인 경우에는, 조명 광축을 따라서 배치된 도광성 부재의 표면이 전반사면이 되기 때문에, 입사광은 중실 로드의 표면에서 반사되면서, 도광성 재료의 내부를 입사단 면으로부터 사출단 면으로 전달된다. 한편, 광속 분할 광학 소자가 광반사면을 갖는 부재를 통형상으로 형성한 중공 로드인 경우에는, 입사광은 중공 로드의 조명 광축을 따라서 배치된 광 반사면(표면 반사면인 것이 바람직하다)에서 반사되면서, 중공(中空) 로드의 내측에 형성된 공기층을 입사단 면으로부터 사출단 면으로 전달된다. 전자와 같은 도광성 재료의 덩어리로서 형성된 광속 분할 광학 소자에 의하면, 광 손실이 거의 없는 전반사에 의해 광속을 전달할 수 있기 때문에 전달 효율이 높다고 하는 특징이 있다. 한편, 후자와 같은 반사면을 갖는 통상의 광속 분할 광학 소자에 의하면, 입사단 면으로부터 사출단 면까지의 치수를 비교적 짧게 설정하여도 균일한 조명 광속을 실현할 수 있으며, 또한, 전자의 광속 분할 광학 소자보다도 제조가 용이하기 때문에, 전자의 경우보다도 조명 장치의 저비용화를 꾀하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제 2 프로젝터는 광원으로부터의 광속을 광속 분할 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 상기 복수의 부분 광속에 의해서 복수의 광원상을 형성하는 조명 장치와, 상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 변조하는 전기 광학 장치와, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈와, 상기 조명 광속에 포함되는 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 전기 광학 장치를 향하여 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 투사 렌즈를 향하여 사출하는 편광 분리면을 구비한 프로젝터에 있어서, 상기 광속 분할 광학 소자는 복수의 작은 렌즈를 구비한 렌즈 어레이이고, 상기 조명 광속의 중심축과 상기 편광 분리면의 법선에 의해 규정되는 면을 입사면으로 하고, 상기 입사면과 평행이고 상기 조명광축과 직교하는 방향을 X 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y 방향으로 하고, 상기 작은 렌즈의 윤곽의 X 방향의 길이를 MX, Y 방향의 길이를 MY로 하고, 상기 복수의 광원상의 X 방향의 배치 간격을 SX, Y 방향의 배치 간격을 SY로 하였을 때, SY/SX＜MY/MX를 만족하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 광속 분할 광학 소자로서 렌즈 어레이를 채용하는 경우라도, 제 1 프로젝터의 경우와 같이 편광 분리면에 입사하는 광속의 Y 방향에서의 입사각의 넓이를 작게 할 수 있다. 따라서, 편광 분리면에서의 편광 분리 성능을 향상시키면서, 프로젝터 전체에 있어서의 광 이용 효율의 향상을 꾀하는 것이 가능해진다. 또한, 렌즈 어레이를 구성하는 작은 렌즈는 표면을 곡면형상으로 성형하여지는 일반적인 렌즈와 더블어, 홀로그라피 효과나 회절에 의해 광을 집광할 홀로그램 렌즈나 회절 렌즈이어도 된다.

또한, 상기의 구성에, 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색 분리 광학계를 추가하여, 상기 색 분리 광학계에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 전기 광학 장치와, 상기 복수의 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈를 설치하도록 하면, 해상도가 높은 컬러 표시를 실현하는 것이 가능해진다.

상기 제 2 프로젝터에 있어서, 복수의 작은 렌즈의 윤곽은 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 유사형을 이루는 것이 바람직하다. 작은 렌즈상에 형성된 이미지는 1개소의 피조명 영역인 전기 광학 장치상에서 중첩되기 때문에, 렌즈의 형상과 전기 광학 장치의 형상을 대략 유사한 형상으로 함으로써, 조명 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제 2 프로젝터에 있어서, 복수의 작은 렌즈 중 적어도 일부는 편심 렌즈인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 각 작은 렌즈의 물리적 중심 이외의 위치에 광원상을 형성할 수 있기 때문에, 광원상의 형성 간격을 자유자재로 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제 2 프로젝터에 있어서, 상기 조명 장치는 상기 조명 광속의 직경을 축소하는 축소 광학계를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 축소 광학계에 의해서, 조명 광속의 Y 방향의 직경을 보다 작게 할 수 있다. 이로 인해, 편광 분리면에서의 편광 분리 성능을 더한층 향상시킬 수 있는 동시에, 조명 장치에 있어서의 한층더 광 이용 효율의 향상과 소형화를 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 복수의 작은 렌즈의 집광 특성을 복잡하게 설정하는 것도 불필요하여 진다. 또한, 피조명 영역을 조명하는 광속 전체의 직경을 작게 할 수 있기 때문에, 전기 광학 장치(예를 들면 액정 장치)에 의해서 변조된 후, 투사 광학계에 도달하는 광속 전체의 직경도 작게 할 수 있다. 따라서, 투사 광학계에 있어서의 광 이용 효율도 향상할 수 있는 효과가 있다.

물론, 축소 광학계에 의해서, 조명 광속의 X 방향의 직경도 동시에 줄이는 구성으로 하여도 된다. 이러한 구성은, 점광원에 가까운 광원을 사용하는 경우에 채용하기 쉽고, 그 경우에는, 조명 장치나 전기 광학 장치 및 투사 광학계에 있어서의 광 이용 효율을 더욱 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이와 같은 축소 광학계는 아포컬 광학계(afocal optical system) 에 의해서 용이하게 실현 가능하다. 그리고, 상기 축소 광학계에 있어서, Y 방향의 치수만을 작게 하는 경우, 아포컬 광학계를 구성하는 렌즈에는, 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)를 이용할 수 있다.

본 발명 제 3 프로젝터는 광원으로부터의 광속을 광속 분할 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 상기 복수의 부분 광속에 의해서 복수의 광원상을 형성하는 조명 장치와, 상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 변조하는 전기 광학 장치와, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈와, 상기 조명 광속에 포함되는 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 전기 광학 장치를 향하여 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 투사 렌즈를 향하여 사출하는 편광 분리면을 구비한 프로젝터에 있어서, 상기 조명 장치는 상기 조명 광속의 직경을 축소하는 축소 광학계를 구비하며, 상기 조명 광속의 중심축과 상기 편광 분리면의 법선에 의해 규정되는 면을 입사면으로 하고, 상기 입사면과 평행이고 상기 조명광축과 직교하는 방향을 X 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y 방향으로 하였을 때, 상기축소 광학계에 의한 상기 Y 방향의 광속 직경의 축소율이, 상기 X 방향의 광속 직경의 축소율보다도 큰 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 조명 장치와 편광 분리면과의 사이에, 조명 광속의 직경을 축소하는 축소 광학계를 배치하여, Y 방향의 광속 직경의 축소율을 X 방향의 광속 직경의 축소율보다도 크게하는 구성에 의해서도, 제 1 프로젝터의 경우와 같이 편광 분리면에 입사하는 광속의 Y 방향에서의 입사각의 넓이를 작게 할 수 있다. 따라서, 편광 분리면에서의 편광 분리 성능을 향상시키면서, 프로젝터 전체에 있어서의 광 이용 효율의 향상을 꾀하는 것이 가능해진다. 그리고, 이 경우에는 제 1, 제 2 프로젝터와 같이, 조명 장치에서 SY/SX＜MY/MX가 되도록 설계를 행하지 않고, 편광 분리면에 입사하는 광속의 Y 방향에서의 입사각의 넓이를 작게 할 수 있기 때문에, 조명 장치를 간이한 구성으로 하는 것이 가능해진다. 또한, 광속 분할 소자로서는 제 1 프로젝터와 같이 막대형상의 도광체를 사용하여도 되고, 제 2 프로젝터와 같은 렌즈 어레이를 사용하여도 된다.

또한, 상기의 구성에, 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색 분리 광학계를 추가하여, 상기 색 분리 광학계에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 전기 광학 장치와, 상기 복수의 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈를 설치하도록 하면, 해상도가 높은 컬러 표시를 실현하는 것이 가능해진다.

(실시예)

이하의 모든 실시예에 있어서, Z축 방향은 광의 진행 방향을, Y축 방향은 광의 진행 방향을 향하여 12시의 방향을, X축 방향은 광의 진행 방향을 향하여 3시의 방향을 나타내는 것으로 한다.

1. 제 1 실시예

도 1은 본 발명에 따른 프로젝터의 제 1 실시예를 도시하는 개략 평면도이다. 본 실시예의 프로젝터는 조명 장치(1)와, 편광 빔 스플리터(60), 편광판(70, 72), 전기 광학 장치로서의 반사형의 액정 장치(80)와, 화상을 스크린 등의 투사 면(95)상에 투사하는 투사 렌즈(90)에 의해 대략 구성되어 있다.

1-1. 조명 장치

조명 장치(1)는 광원(10)과, 광원(10)으로부터의 광속을 복수의 광원상을 형성하는 복수의 부분 광속으로 분할하는 광속 분할 소자로서의 기둥모양의 도광체(20)와, 도광체(20)의 사출단 면(26)상의 상(像)을 액정 장치(80)에 전달하는 릴레이 광학계(30; relay optical system)와, 그 릴레이 광학계(30) 내에 배치되어 편광 분리 및 편광 변환을 행하는 편광 변환 소자(40)를 구비하고 있다. 이들은 Z축에 평행한 가상의 조명 광축(L)을 따라 배치되어 있다. 조명 장치(1)는 광원(10)으로부터 사출된 광을 도광체(20)에 의해서 복수의 부분 광속(2)으로 분할하여, 각 부분 광속(2)을 편광 변환 소자(40)에 의해서 1종류의 편광 광으로 변환한 후, 액정 장치(80)의 피조명 영역상에 중첩시킨다.

1-1-1. 광원

광원(10)은 광을 방사하는 발광관(11)과, 발광관(11)으로부터 방사된 광을 모으는 타원(楕圓) 리플렉터(12)를 구비하고 있다. 타원 리플렉터(12)의 2개의 초점 중 한쪽은 발광관(11)내에 형성되는 방전 아크의 중심 부근에 위치하도록 설정되어 있다. 또한, 다른쪽은 도광체(20)의 입사단 면(22) 부근에 위치하도록 설정되어 있다. 발광관(11)으로부터 방사된 광속은 타원 리플렉터(12)에 의해서 도광체(20)의 입사단 면(22)부근에 집광되어, 도광체(20)에 입사한다. 타원 리플렉터(12)를 대신하여 파라보라 리플렉터(parabolic reflector)나 구면 리플렉터(spherical reflector)를 사용할 수도 있다. 단지, 그 경우에는 집광 렌즈 등에 의해, 리플렉터로부터 사출되는 대략 평행한 광속을 도광체(20)의 입사단 면(22)을 향하여 집광할 필요가 있다.

1-1-2. 도광체

도광체(20)는 도 1 및 도 2a에 도시하는 바와 같이, 광학 글래스 등의 투명한 도광성 재료에 의해서 형성된 기둥모양의 중실 로드이고, 광속이 입사하는 입사단 면(22)과, 광속을 반사시켜 전달하는 적어도 4개의 반사면(24a, 24b, 24c, 24d)과, 전달된 광속이 사출되는 사출단 면(26)를 갖는다. 입사단 면(22)과 사출단 면(26)의 X-Y 평면에 있어서의 단면형상은 어느것이나 직사각형이다. 사출단 면(26)의 형상은 액정 장치(80)의 피조명 영역의 형상과 대략 유사한 형상으로 하고있다.

도광체(20)에 입사한 광속은 반사면(24a, 24b, 24c, 24d)에서의 반사 위치와 반사 회수의 차이에 따라서, 사출단 면(26)으로부터의 사출 각도가 다른 복수의 부분 광속으로 분할된다. 도광체(20)로부터 다른 각도로 사출된 복수의 부분 광속(2)은, 집광 광학계(31)에 의해서 집광되고, 도광체(20)로부터 소정의 거리를 둔 위치에서, 조명 광축(L)과 대략 직교하는 X-Y 평면(이하, 「가상면 P」이라고 한다)내에, 복수의 광원상(S)을 형성한다.

본 실시예에서는 도 2a에 도시하는 바와 같이, 도광체(20)의 적어도 4개의 반사면(24a, 24b, 24c, 24d) 중, Y축 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 반사면(24b, 24d)의 간격은, 입사단 면(22)으로부터 사출단 면(26)을 향함에 따라서 넓게 되어 있다. X축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면(24a, 24c)은 서로 평행하다.

다음에, 도 2a, 도 2b를 참조하여, 도광체(20)의 형상과 광원상(S)의 배치 간격과의 관계를 설명한다. 도 2b는 도 2a의 도광체(20)를, 반사면(204a)과 반사면(204c)이 평행이며, 또한, 반사면(204b)과 반사면(204d)이 평행인 도광체(200)로 바꿔 놓은 비교예를 예시하고 있다. 도 2a, 도 2b에 있어서, 도광체(20, 200)의 입사단 면(22, 202)의 X축 방향의 길이를 MX, Y축 방향의 길이를 MY, 광원상(S)의 X축 방향의 배치 간격을 SX, Y축 방향의 배치 간격을 SY로 하면, 도 2b에 도시한 비교예의 경우에는, SY/SX= MY/MX가 된다.

여기서, 가상면(P) 내에 형성되는 광원상(S)의 배치 간격은, 도광체의 반사면의 간격을 조절함으로써, 임의로 제어할 수 있다. 입사단 면으로부터 사출단 면을 향하여 반사면의 간격을 좁혀 가면, 광원상(S)의 배치 간격을 확대할 수 있다. 반대로 입사단 면으로부터 사출단 면을 향하여 반사면의 간격을 확대하여 가면, 광원상(S)의 배치 간격을 좁힐 수 있다. 도 2a에 도시한 본 실시예의 경우에는, 반사면(24b)과 반사면(24d)과의 간격이 입사단 면(22)으로부터 사출단 면(26)을 향함에 따라서 좁게 되어 있으므로, 도 2b의 경우와 비교하여, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)이 좁게 된다. 따라서, 본 실시예의 경우에는 SY/SX＜MY/MX가 된다.

도광체(20)를 이러한 형상으로 한 이유에 관해서는 후술한다.

또한, 도광체(20)로서는 본 실시예와 같이 광학 글래스 등의 투명한 도광성 재료에 의해서 형성된 기둥모양의 중실 로드와, 광 반사면이 통형상으로 형성된 중공 로드가 있다. 본 실시예의 중실 로드는 중공 로드로 치환하는 것이 가능하다. 반사면에는 금속 재료에 의한 반사 미러나, 반사 미러의 표면에 유전체 다층막에 의해 증반사막을 형성한 것 등을 사용할 수 있다. 중공 로드는 중실 로드보다도 제조가 용이하기 때문에, 중실 로드를 사용하는 경우보다도 조명 장치(1)의 저비용화를 꾀하는 것이 가능해진다. 또한, 중공 로드의 내부는 굴절율이 거의 1과 같은 공기이기 때문에, 굴절율이 1보다도 큰 중실 로드를 사용하는 경우보다도 도광체(20)의 Z축 방향의 치수를 짧게 할 수 있어, 조명 장치(1)의 소형화를 꾀할 수 있다.

1-1-3. 편광 변환 소자

편광 변환 소자(40)는 편광 방향이 랜덤인 광속(이하, 「비편광 광속」이라고 한다)을 1종류의 직선 편광 광속으로 변환하는 기능을 갖고 있다. 편광 변환 소자(40)는 복수의 광원상(S)이 형성되는 위치 부근에 배치되어 있지만, 도 2a, 도 2b에서는, 편의적으로, 광원상(S)의 형성되는 위치와 편광 변환 소자(40)의 배치되는 위치를 어긋나게 하고 있다.

도 3a는 편광 변환 소자(40)의 구성을 설명하기 위한 평면도, 도 3b는 편광 변환 소자(40)의 외관 사시도이다. 편광 변환 소자(40)는 단면형상이 평행 사변형인 복수의 기둥모양의 투광성 부재(41)와, 단면형상이 삼각형인 2개의 기둥모양의 투광성 부재(41)와, 투광성 부재(41, 43)의 계면에 교대로 설치된 복수의 편광 분리막(42) 및 반사막(44)과, 투광성 부재(41) 혹은 투광성 부재(43)의 사출측에 일정 간격으로 설치된 위상차판(48)으로 대략 구성되어 있다. 편광 분리막(42)과 반사막(44)은 대략 평행하게 배치되어 있다. 또한, 편의상, 편광 변환 소자(40)의 입사측의 면에 있어서, 편광 분리막(42)에 직접 대응하는 면을 「입사면(45a)」, 반사막(44)에 직접 대응하는 면을 「입사면(45b)」으로 하고, 마찬가지로, 광속이 사출되는 측의 면에 있어서, 편광 분리막(42)에 직접 대응하는 면을 「사출면(46a)」, 반사막(44)에 직접 대응하는 면을 「사출면(46b)」으로 한다.

편광 분리막(42)은 비편광 광속을 2종류의 직선 편광 광으로 분리한다. 본 실시예에 있어서, 편광 분리막(42)에 입사한 비편광 광속은 편광 분리막(42)을 투과하는 P편광 광속과, 편광 분리막(42)에서 반사되어 그 진행 방향을 대략 90도 절곡되는 S편광 광속으로 분리된다. 본 실시예에서는, 편광 분리막(42)은 반사광을 X축 방향과 대략 평행하게 반사하도록 하는 특성 및 각도로 형성되어 있다. 상기 편광 분리막(42)은 유전체 다층막에 의해서 형성할 수 있다. 또한, 편광 분리막(42)은 S편광 광속을 투과하고, P편광 광속을 반사하는 특성으로 하여도 된다.

반사막(44)은 편광 분리막(42)에 의해서 반사된 S편광 광속을 반사하여, 그 진행 방향을 P편광 광속의 진행 방향과 대략 동일 방향을 향한다. 상기 반사막(44)은 유전체 다층막이나 알루미늄막 등으로 형성할 수 있다.

위상차판(48)은 도 3a, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 편광 분리막(42)을 투과한 P편광 광속이 사출되는 사출면(46a)에만, 선택적으로 설치되어 있다. 본 실시예에서는 위상차판(48)으로서 1/2 파장판이 사용되어 있고, 편광 분리막(42)을 투과한 P편광 광속은 위상차판(48)을 통과함으로써, 편광 방향이 대략 90도 회전하여 S편광 광으로 변환된다. 한편, 반사막(44)에서 반사된 제 2 편광 광은 위상차판(48)의 작용을 받는 일없이, 사출면(46b)으로부터 그대로 사출된다. 그 결과, 편광 변환 소자(40)로부터 사출되는 광속의 거의가 S편광 광속이 된다. 또한, 편광 분리막(42)으로써 분리된 2개의 편광 광속의 편광 방향을 1종류의 편광 광속으로 통일하는 것이 가능인 한, 위상차판의 종류 및 그 위치는 한정되지 않는다. 예를 들면, 1/2 파장판(48)을 대신하여, 입사 광속의 편광 방향을 45도 회전시키는 1/4파장판을 2개 겹쳐서 사용하여도 된다. 또한, 사출면(46a) 및 사출면(46b)의 각각에 위상차가 다른 2종류의 위상차판을 각각 배치하여, 각 위상차판을 통과하는 편광 광속의 편광 방향을 일치하도록 하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 1/2 파장판(48)을 사출면(46a)에만 설치하여, 편광 변환 소자(40)로부터 사출되는 광속을 P편광 광속으로 하여도 된다.

1-1-4. 릴레이 광학계

릴레이 광학계(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 기둥모양의 도광체(20)의 사출단 면(26)에 형성된 상을 액정 장치(80)에 전달하기 위한 광학계이다. 본 실시예에 있어서, 릴레이 광학계(30)는 집광 광학계(31), 제 1 전달 렌즈(35), 제 2 전달 렌즈(37), 및 평행화 렌즈(39)를 포함하여 구성되어 있다.

집광 광학계(31)는 도광체(20)의 사출단 면(26)의 근방에 배치되어, 도광체(20)로부터의 부분 광속을 제 1 전달 렌즈(35)에 도입하는 기능을 갖는다. 본 실시예의 집광 광학계(31)는 2개의 집광 렌즈(31a, 31b)를 조합한 조렌즈로 형성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 1개의 렌즈를 사용하여도 된다. 단지, 부분 광속(2)을 제 1 전달 렌즈(35)에 유도할 때에 발생하기 쉬운 광학 수차를 저감하기 위해서는, 조렌즈나 비구면 렌즈의 사용이 적합하다.

제 1 전달 렌즈(35)는 복수의 직사각형의 작은 렌즈(35a)를 대략 매트릭스 형상으로 조합한 렌즈 어레이이고, 복수의 부분 광속의 각각을 편광 변환 소자(40)의 입사면(45a)에 효율적으로 도입하는 기능을 갖고 있다. 작은 렌즈(35a)의 수와 그 배치는, 부분 광속에 의해 형성되는 광원상의 수와 그 형성 위치에 대응하도록 결정되어 있다. 제 1 전달 렌즈(35)를 형성하는 작은 렌즈(35a)의 형상은 한정되지 않지만, 본 실시예와 같이, 복수의 직사각형의 작은 렌즈를 평면적으로 배열하여 판형상으로 형성한 것이 이용하기 쉽다. 또한, 복수의 작은 렌즈(35a)를 사용하여 구성하면, 각각의 작은 렌즈(35a)의 집광 특성을 최적화할 수 있기 때문에, 광속을 전달할 때에 발생하기 쉬운 광학 수차를 효과적으로 저감할 수 있다. 단지, 도광체(20)로부터 사출되는 광속의 특성(예를 들면, 방사각이 작은 경우)에 따라서는, 복수의 작은 렌즈를 사용하지 않고 1개의 렌즈에 의해서 제 1 전달 렌즈(35)를 구성하여도 되고, 또한, 생략하는 것도 가능하다.

제 2 전달 렌즈(37)는 편광 변환 소자(40)의 사출측에 배치되어, 편광 변환 소자(40)로부터 사출되는 복수의 부분 광속을 액정 장치(80)상에 전달하고, 그들의 부분 광속을 1개소의 피조명 영역상에서 중첩시키는 기능을 갖는다. 본 실시예의 제 2 전달 렌즈(37)는 1개의 렌즈에 의해서 구성된 집광 렌즈이지만, 앞서의 제 1 전달 렌즈(35)와 마찬가지로 복수의 작은 렌즈에 의해 구성된 렌즈 어레이로 하여도 된다.

또한, 본 실시예에서는 제 1 전달 렌즈(35)를 편광 변환 소자(40)의 입사측에, 제 2 전달 렌즈(37)를 편광 변환 소자(40)의 사출측에 배치하고 있지만, 이들의 전달 렌즈(35, 37)는 편광 변환 소자(40)의 입사측 혹은 사출측에 2개 정리하여 배치하여도 되고, 이 경우, 2개의 전달 렌즈(35, 37)의 기능을 정리하여 1개의 렌즈로 하여도 된다. 이 경우에는 조명 장치의 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 제 1 전달 렌즈(35)를 편광 변환 소자(40)의 입사측에 배치하기 위해서, 이것에 복수의 부분 광속의 각각을 편광 변환 소자(40)의 입사면(45a)에 효율적으로 도입되도록 하는 기능을 갖게 하고 있으며, 또한, 제 2 전달 렌즈(37)를 편광 변환 소자(40)의 사출측에 배치하고 있기 때문에, 이것에 복수의 부분 광속을 액정 장치(80)상에 중첩시킨다고 하는 기능을 갖게 하고 있다. 그렇지만, 각 전달 렌즈(35, 37)에 갖게 하는 기능은 각 전달 렌즈(35, 37)가 배치되는 위치에 의해서 적절히 변경하여도 된다.

평행화 렌즈(39)는 액정 장치(80)의 입사측에 배치되고, 제 2 전달 렌즈(37)로부터 액정 장치(80)에 입사하는 각 부분 광속을 각각의 중심축에 평행인 광속으로 하고, 효율적으로 액정 장치(80)에 도입하는 기능을 갖는다.

이러한 릴레이 광학계(30)를 배치하고 있음으로 인해, 도광체(20)의 사출단 면(26)상에 형성된 상은, 확대 또는 축소되어 반사형의 액정 장치(80)상에 전달된다.

1-2. 편광 빔 스플리터, 액정 장치, 투사 렌즈

편광 빔 스플리터(60)는 2개의 직각 프리즘 사이에 편광 분리면(62)을 삽입하여 접합한 것이고, 비편광 광속을 편광 방향이 대략 직교하는 2종류의 직선 편광 광속으로 분리하는 기능을 갖는 광학 소자이다. 편광 분리면(62)은 편광 변환 소자(40)를 형성하는 편광 분리막(42)과 동일하게 유전체 다층막으로 형성된다.

조명 장치(1)로부터 사출된 S편광 광속은 편광 빔 스플리터(60)에 입사하여, 편광 분리면(62)에서 반사되고, 반사형의 액정 장치(80)를 향해 사출된다. 액정 장치(80)는 도시하지 않은 외부로부터의 화상 신호에 따라서 광을 변조하여 편광 상태를 변화시킨다. 또한, 반사형의 액정 장치(80)는 주지이기 때문에, 그 구조 나 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.

액정 장치(80)에 의해서 변조된 광은 편광 빔 스플리터(60)에 입사한다. 여기서, 액정 장치(80)에 의해서 변조된 광은 화상 신호에 따라서 부분적으로 P 편광 상태로 변환되어 있고, 상기 P 편광 상태로 변환된 광속이, 편광 분리면(62)을 투과하여, 투사 렌즈(90)를 향해 사출된다. 투사 렌즈(90)를 향해 사출된 광은 투사 렌즈(90)를 통해 스크린 등의 투사면(95) 상에 투사된다.

편광 빔 스플리터(60)의 입사측 및 사출측에 배치된 2개의 편광판(70, 72)은 그들의 편광판을 통과하는 편광 광속의 편광도를 더욱 높이는 기능을 갖고 있다. 조명 장치(1)로부터 사출되는 편광 광속의 편광도가 충분히 높은 경우에는 편광판(70)을 생략할 수 있으며, 마찬가지로, 편광 빔 스플리터(60)로부터 투사 렌즈(90)를 향해 사출되는 편광 광속의 편광도가 충분히 높은 경우에는 편광판(72)을 생략할 수 있다.

본 실시예에서는, 편광 빔 스플리터(60)를 삽입하여 투사 렌즈(90)와 대향하는 위치에 액정 장치(80)를 배치하고 있지만, 편광 빔 스플리터(60)를 삽입하여 조명 장치(1)와 대향하는 위치에 액정 장치(80)를 배치할 수 있다. 그 경우에는 조명 장치(1)로부터 사출되는 조명 광속의 편광 상태를 미리 P 편광 상태로 일치시켜두고, 액정 장치(80)로부터 사출되어 S편광 광속이 투사 광학계에 입사하도록 구성하면 된다. 또는, 편광 빔 스플리터(60)의 편광 분리면(62)을, P편광 광속을 반사하여, S편광 광속을 투과하는 특성으로 하여 두면 된다.

1-3. Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)을 좁힌 것에 의한 작용 효과

마지막에, 본 실시예에 있어서, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)을 좁힌 것에 의한 작용 효과, 즉, 도광체(20)를 SY/SX＜MY/MX를 만족하는 형상으로 한 이유에 관해서 설명한다.

도 4는 편광 분리면(62)과, 거기에 입사하는 광속과의 기하학적인 위치 관계를 도시한 것이다. 도 4에 있어서, 입사면(4)은 편광 분리면(62)에 입사하는 조명 광속의 중심축(6)과 편광 분리면(62)의 법선(H)에 의하여 규정되는 가상적인 면이고, X-Z 평면과 평행이다.

편광 분리면(62)의 편광 분리 성능은 큰 입사각 의존성을 갖는다. 즉, 입사면(4)과 평행한 X축 방향이나 Y축 방향에서 광의 입사각이 커지면, 편광 분리 성능이 저하한다. 먼저 설명하였듯이, 편광 분리면(62)은 조명 광속에 포함되는 S 편광 광속을 반사하여 액정 장치(80)를 향하여 사출함과 동시에, 액정 장치(80)에 의해서 변조된 광 중, P편광 광속을 선택하여 투사 렌즈(90)을 향하여 사출하고 있다. 따라서, 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능이 저하하면, 액정 장치(80)에 도입되는 S편광 광 광속의 량이 감소하기 때문에, 광의 이용 효율이 저하하여, 투사 화상이 어둡게 된다. 더구나, 액정 장치(80)에 의해서 변조된 광 중, 특정한 편광 광을 선택하는 필터로서의 기능도 저하하여 버리기 때문에, 투사 화상의 컨트라스트비도 저하하여 버린다.

여기서, 입사면(4)과 평행인 X축 방향에서의 입사각 의존성은 편광 분리면(62)의 구조(예를 들면, 유전체막의 종류나 그 구성의 방법)를 연구함으로써, 충분히 저감하는 것이 가능하다. 한편, 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사각 의존성은, 편광 분리면(62)과 거기에 입사하는 광과의 기하학적인 위치 관계에 의해서 지배되기 때문에, 편광 분리면(62)의 구조를 고안하는 것에서는 해소할 수 없다. 따라서, 편광 분리면(62)에 각도를 따라 광을 입사시키는 경우에 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능을 유지하기 위해서는, 특히, 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도를 작게 하는 것이 중요하게 된다.

본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 도광체(20)의 Y축 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 반사면(24b, 24d)의 간격이, 입사단 면(22)으로부터 사출단 면(26)을 향함에 따라서 넓게 되는 형상, 즉, SY/SX＜MY/MX를 만족하는 형상으로 하였다. 그 때문에, 도 2a에 도시하는 바와 같이, Y축 방향으로 나열하는 광원상(S)의 배치 간격이 좁혀지고 있다. 그 결과, 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도를 작게 할 수 있어, 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능을 비교적 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다.

2. 제 2 실시예

다음에, 도 5, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는 조명 장치(1A)에 있어서, 편광 변환 소자(40A)의 편광 분리막과 반사막과의 간격이, 제 1 실시예의 편광 변환 소자(40)보다도 커지고 있다. 그리고, 편광 변환 소자(40A)의 편광 분리막과 반사막과의 간격에 맞추어 광원상(S)을 형성하기 때문에, 제 1 실시예와는 형상이 다른 도광체(210)를 사용하고 있는 점에 특징이 있다. 그 이외의 점에 관해서는 제 1 실시예와 동일하며, 또한, 제 1 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 도 5, 도 6에 있어서, 제 1 실시예와 같은 구성 요소에는 도 1 내지 4에서 사용한 것으로 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 또한, 도 6에 있어서, 도광체(210)의 입사단 면(212)의 X축 방향의 길이를 MX, Y축 방향의 길이를 MY로 하여, 광원상(S)의 X축 방향의 배치 간격을 SX, Y축 방향의 배치 간격을 SY로 한다.

본 실시예의 도광체(210)는 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 광학 글래스 등의 투명인 도광성 재료에 의해서 형성된 기둥모양의 중실 로드이고, 광속이 입사하는 입사단 면(212)과, 광속을 반사시켜 전달하는 적어도 4개의 반사면(214a, 214b, 214c, 214d)과, 전달된 광속이 사출되는 사출단 면(216)를 갖는다. 입사단 면(212)과 사출단 면(216)의 X-Y 평면에 있어서의 단면형상은, 어느것이나 직사각형이다. 사출단 면(216)의 형상은 액정 장치(80)의 피조명 영역의 형상과 대략 유사한 형상으로 하고 있다. Y축 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 반사면(214b, 214d)의 간격은 제 1 실시예의 도광체(20)와 같이, 입사단 면(212)으로부터 사출단 면(216)을 향함에 따라서 넓게 되어 있다. 한편, X축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면(214a, 214c)의 간격은 제 1 실시예의 도광체(20)와 다르고, 입사단 면(212)으로부터 사출단 면(216)을 향함에 따라서 좁게 되어 있다. 이러한 구성에 의해, 도광체(210)로부터 사출된 복수의 부분 광속(2)에 의해서 형성되는 복수의 광원상(S)의 Y축 방향에서의 간격(SY)은, 도 2b에 도시한 비교예의 경우에 비교하여 좁게 되고, X축 방향에서의 간격(SX)은, 비교예의 경우에 비교하여 넓게 된다. 따라서, 본 실시예의 경우에도, 제 1 실시예의 경우와 같이 SY/SX＜MY/MX가 되지만, 제 1 실시예의 경우보다도 X축 방향에 있어서의 광원상(S)의 간격(SX)이 넓게 되기 때문에, SY/SX의 값은 작게 된다.

또한, 본 실시예의 도광체(210)도, 제 1 실시예의 도광체(20)의 경우와 같이광반사면이 통형상으로 형성된 중공 로드를 바꿔 놓는 것이 가능하다. 중공 로드를 사용하면, 중실 로드를 사용하는 경우보다도 조명 장치(1A)의 저비용화를 꾀하는 것이 가능해진다. 또한, 중공 로드의 내부는 굴절율이 거의 1과 같은 공기이기 때문에, 굴절율이 1보다 큰 중실 로드를 사용하는 경우보다도 도광체(210)의 Z축 방향의 치수를 짧게 할 수 있어, 조명 장치(1A)의 소형화를 꾀할 수 있다.

편광 변환 소자(40A)는 편광 분리막과 반사막과의 간격이 제 1 실시예의 편광 변환 소자(40)보다도 클 뿐이고, 그 밖의 점에서는 도 3a, 도 3b에 도시한 제 1 편광 변환 소자와 다른 곳이 없다.

여기서, 편광 변환 소자(40A)의 편광 변환 효율과 광의 입사 위치와의 관계에 관해서, 도 3a, 도 3b를 참조하여 설명한다. 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 편광 변환 소자(40)(40A)는 입사면(45a)에 조사되어, 편광 분리막(42)에 입사한 광을 P편광 광과 S편광 광으로 분리하고, S편광 광을 반사막(44)에서 P편광 광과 같은 방향으로 반사함과 동시에, P편광 광을 위상차판(48)에 의해서 S편광 광광으로 변환하고, 최종적으로 S편광 광속을 사출하는 것이다. 그렇지만, 편광 변환 소자(40)(40A)의 입사면(45b)에 광이 조사되면, 상기 광은 반사막(44)을 거쳐 편광 분리막(42)에 입사하게 된다. 따라서, 편광 분리막(42)에 있어서, 제 1 편광 광속이 X축 방향으로 투과하고, 제 2 편광 광속이 Z축 방향으로 반사되어 버린다. 그 결과, 입사면(45a)을 통해 편광 분리막(42)에 직접 입사한 경우와는 다른 편광 광이 사출면(46a, 46b)으로부터 사출되어 버리게 된다. 즉, 편광 변환 소자(40)에 의해서, 비편광 광속을 제 2 편광 광속으로 변환할려고 하고 있는 데, 제 1 편광 광속이 사출되어버리고, 편광 변환 효율이 저하하게 되어 버린다. 이로 인해, 편광 변환 소자(40)에 있어서 높은 편광 변환 효율을 얻기 위해서는, 입사면(45a)에만 선택적으로 광속을 입사시키는 것이 지극히 중요함을 알 수 있다. 즉, 광원상(S)의 크기보다도 입사면(45a)의 크기가 커지도록, 편광 분리막(42)과 반사막(44)과의 간격을 설정하는 것이 바람직한 것이다.

본 실시예에서는, 광원상(S)의 크기보다도 입사면(45a)의 크기가 충분히 커지도록, 편광 변환 소자(40A)의 편광 분리막과 반사막과의 간격을 설정하고 있다. 그리고, 편광 변환 소자(40A)의 편광 분리막과 반사막과의 간격에 대응하여, 도광체(20)의 형상을, 제 1 실시예의 경우보다도 X축 방향에서의 광원상(S)의 간격(SX)이 넓게 되도록 설정하고 있다. 따라서, 도광체(210)로부터의 광속을, 편광 변환 소자(40A)의 입사면(45a)의 부분에만 충분한 여유를 가지고 입사시킬 수 있으며, 편광 분리막(42)에의 광의 입사 효율을 확실히 향상시킬 수 있다. 그 결과, 편광 변환 소자(40A)에서의 편광 변환 효율을 더욱 확실히 향상시키면서, 프로젝터에 있어서의 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 광원(10)이 점 광원에 가까운 경우는 광원상(S)의 크기를 비교적 작게 할 수 있기 때문에, 그 경우는 본 실시예와 같이 편광 변환 소자(40A)의 편광 분리면(42)과 반사면(44)과의 간격을 확대할 필요가 없다. 즉, 본 실시예는 광원(10)이 점광원에 그다지 가깝지 않고, 광원상(S)의 크기가 크게 되어 버리는 경우에, 지극히 유효하다.

본 실시예에 있어서도, 제 1 실시예와 같이, 도광체(210)의 Y축 방향에 있어서 대향하는 한 쌍의 반사면(214b, 214d)의 간격이, 입사단 면(212)으로부터 사출단 면(216)을 향함에 따라서 넓게 되는 형상, 즉, SY/SX＜MY/MX를 만족하는 형상으로 하고 있다. 따라서, 입사면(4)(도 4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도를 작게 할 수 있어, 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능을 비교적 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다.

3. 제 3 실시예

다음에, 도 7, 도 8, 도 9a, 도 9b를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다.

도 7은 본 발명의 프로젝터의 제 3 실시예의 개략 구성을 도시하는 평면도이다. 본 실시예에서는, 조명 장치(1B)에 있어서, 기둥모양의 도광체를 대신하여, 복수의 작은 렌즈(220a)로 이루어지는 렌즈 어레이(220)를 광속 분할 광학 소자로서 사용하고 있는 점에 특징을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 같은 구성 요소에는, 도 1 내지 4에서 사용한 것으로 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

조명 장치(1B)는 광원(15)과, 렌즈 어레이(220)와, 제 1 전달 렌즈(222)와, 편광 변환 소자(40B)와, 제 2 전달 렌즈(224)와, 평행화 렌즈(39)를 구비하고 있다. 조명 장치(1B)는 광원(15)으로부터 사출된 광을 렌즈 어레이(220)에 의해서 복수의 부분 광속(2)으로 분할하고, 각 부분 광속(2)을 편광 변환 소자(40B)에 의해서 1종류의 편광 광으로 변환한 후, 액정 장치(80)의 피조명 영역상에 중첩시킨다.

광원(15)은 광을 방사하는 발광관(11)과, 발광관(11)으로부터 방사된 광을 모으는 파라보라 리플렉터(14)를 구비하고 있다. 리플렉터는 파라보라에 한정되는 것이 아니라, 광원(15)보다도 광로 하류측에 배치되는 렌즈 어레이(220), 전달 렌즈(222, 224), 편광 변환 소자(40B) 등의 구성에 따라서는 타원 리플렉터, 구면 리플렉터를 사용하는 것도 가능하다.

렌즈 어레이(220)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 작은 렌즈(220a)에 의해서 구성된다. 각 작은 렌즈(220a)의 윤곽(T)은 액정 장치(80)의 피조명 영역의 형상과 대략 유사형을 이룬다. 광원(15)으로부터 사출된 광속은 렌즈 어레이(220)를 구성하는 각 작은 렌즈(220a)의 집광 작용에 의해 복수의 부분 광속(2)으로 분할되어, 조명 광축(L)과 대략 직교하는 X-Y 평면(가상면 P)내에, 작은 렌즈(220a)의 수와 동수의 광원상(S)을 형성한다. 렌즈 어레이(220)를 구성하는 각 작은 렌즈(220a)는 도 8에 도시하는 바와 같이, 그 광축(Q)이 렌즈의 기하학적 중심(C)에 대하여 Y축 방향으로 어긋난 편심 렌즈이다.

다음에, 도 9a, 도 9b를 참조하여, 렌즈 어레이(220)를 구성하는 작은 렌즈(220a)의 집광 특성과 광원상(S)의 배치 간격과의 관계를 설명한다. 도 9a는 본 실시예의 렌즈 어레이(220)를 구성하는 작은 렌즈(220a)의 집광 특성과 광원상(S)의 배치 간격과의 관계를 도시하는 도, 도 8(b)은, 도 9a의 렌즈 어레이(220)를, 편심 렌즈를 사용하지 않고 구성한 렌즈 어레이(230)를 바꿔 놓은 비교예를 예시하고 있다. 도 9a, 도 9b에 있어서, 렌즈 어레이(220, 230)를 구성하는 작은 렌즈(220a, 230a)의 윤곽(T)의 X축 방향의 길이를 MX, Y축 방향의 길이를 MY, 광원상(S)의 X축 방향의 배치 간격을 SX, Y축 방향의 배치 간격을 SY로 한다. 도 9b에 도시한 비교예의 경우에는, SY/SX= MY/MX가 된다.

여기서, 가상면(P) 내에 형성되는 광원상(S)의 배치 간격은 렌즈 어레이를 구성하는 각 작은 렌즈의 집광 특성을 조절함으로써, 임의로 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 렌즈 어레이(220)를 구성하는 작은 렌즈(220a)의 광축(Q)의 위치를 기하학적 중심(C)에 대하여 어긋나게 함으로써, 그 집광 특성을, 도 9b의 경우와 비교하여, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)이 좁게 되도록 설정하고 있다. 따라서, 본 실시예의 경우에는 SY/SX＜MY/MX가 된다. 렌즈 어레이(220)의 각 작은 렌즈(220a)를 이러한 집광 특성으로 한 이유에 관해서는, 제 1 실시예와 같이 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능을 유지하기 위해서이다.

편광 변환 소자(40B)의 입사측에 배치된 제 1 전달 렌즈(222)는 제 1 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(35)(도 1)와 거의 동일 기능을 갖는다. 전달 렌즈(222)는 렌즈 어레이(220)를 형성하는 작은 렌즈(220a)와 동수의 작은 렌즈(222a)에 의해서 구성되어 있다. 각 작은 렌즈(222a)의 위치는 복수의 광원상(S)이 형성되는 위치에 대응하도록 구성되어 있다. 작은 렌즈(222a)의 윤곽의 형상에 제약은 없지만 , 직사각형이나 6각형 등으로 설정하면, 배열하기 쉽기 때문에 형편이 좋다. 또한, 작은 렌즈(222a)는 작은 렌즈(220a)와 같은 편심 렌즈이고, 각 작은 렌즈(222a)의 집광 특성은, 렌즈 어레이(220)를 구성하는 각 작은 렌즈(220a)에 의해서 집광된 각 부분 광속(2)을 편광 변환 소자(40B)의 입사면(45a)에 대하여 대략 수직으로 입사되도록설정되어 있다. 따라서, 편광 변환 소자(40B)의 편광 분리막에 대하여 입사 각도 0도에 가까운 상태에서 광을 넣을 수 있어, 편광 변환 효율이 양호하다. 또한, 제 1 전달 렌즈(222)는 반드시 필요한 것이 아니다.

편광 변환 소자(4OB)는 제 1 실시예에 있어서의 편광 변환 소자(40)에 비교하여 편광 분리막, 반사막 및 이들 사이에 배치되는 투광성 부재의 수가 많을 뿐이고, 그 밖의 점에서는 제 1 실시예의 편광 변환 소자(40)와 다른 곳이 없다. 따라서, 그 상세한 설명은 생략한다.

편광 변환 소자(40B)의 사출측에 배치된 제 2 전달 렌즈(224)는 제 1 실시예에 있어서의 제 2 전달 렌즈(37)와 동일 기능, 즉, 렌즈 플레이(220)에 의해서 분할된 부분 광속(2)을 액정 장치(80)의 피조명 영역상에서 중첩하는 기능을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 제 2 전달 렌즈(224)는 축대칭의 구면 렌즈로 형성되어 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 렌즈 어레이나, 프레넬 렌즈나, 복수의 렌즈로 이루어지는 조렌즈 등을 사용할 수 있다 이러한 렌즈를 사용한 경우에는, 각종의 광학 수차를 저감하는 것이 가능하다. 또한, 프레넬 렌즈를 사용한 경우에는 렌즈의 중심 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 조명 장치(1B)를 경량화하고 싶은 경우에 형편이 양호하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 렌즈 어레이(220)를 구성하는 작은 렌즈(220a)의 집광 특성을, SY/SX＜MY/MX가 되도록 설정함으로써, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)이 좁게 되도록 하고 있다. 따라서, 본 실시예의 경우에도, 제 1 실시예와 같이 입사면(4)(도 4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도를 작게 할 수 있어, 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능을 비교적 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는 렌즈 어레이(220)를 구성하는 모든 작은 렌즈(220a)를 편심 렌즈로 하고 있지만, 일부에 편심 렌즈가 아닌 렌즈를 사용하여도 된다. 또한, 본 실시예에서는 작은 렌즈(220a)의 집광 특성을, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)이 좁게 되도록 설정하고 있을 뿐이지만, 제 2 실시예와 같이, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)이 좁게 되도록, 또한, X축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SX)이 넓게 되도록 설정하여도 된다. 이와 같이 집광 특성을 설정한 경우, 제 2 실시예와 동일하게, 광원(15)이 점광원에 그다지 가깝지 않은 경우일지라도, 편광 변환 소자(40B)에서의 편광 변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 프로젝터에 있어서의 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

4. 제 4 실시예

다음에, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 4 실시예를 설명한다.

도 10은 본 발명의 프로젝터의 제 4 실시예의 개략적 구성을 도시하는 평면도이다. 본 실시예는 먼저 설명한 제 3 실시예의 변형예이고, 조명 장치(1C)에있어서, 제 1 전달 렌즈(226)가 편광 변환 소자(40B)와 제 2 전달 렌즈(224) 사이에 배치되어 있는 점이 제 3 실시예와 다르다. 그 밖의 점에 관해서는 제 3 실시예와 같다. 그리고, 제 3 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 같은 구성 요소에는, 도 1 내지 4에서 사용한 것으로 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 3 실시예와 같은 구성 요소에는 도 7 내지 9에서 사용한 것과 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제 1 전달 렌즈(226)는 제 3 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(222)와 같이 복수의 작은 렌즈(226a)에 의해서 구성된 렌즈 어레이이다. 제 3 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(222)는 렌즈 어레이(220)를 구성하는 각 작은 렌즈(220a)에 의해서 집광된 각 부분 광속(2)을 편광 변환 소자(40B)의 입사면(45a)에 대하여 대략 수직으로 입사시키는 기능을 갖고 있었지만, 본 실시예의 제 1 전달 렌즈(226)는 편광 변환 소자(40B)의 사출측에 배치되기 때문에, 이러한 기능은 갖고 있지 않다. 본 실시예의 구성은 실질적으로, 편광 변환 소자(40B)의 입사측에 배치된 렌즈를 생략하는 것으로 된다. 따라서, 광원(15)으로부터 사출되는 광속의 특성, 예를 들면, 평행성이 우수한 경우에 적합하다.

본 실시예의 기본적인 작용 효과는 제 3 실시예의 작용 효과와 같지만, 본 실시예에 의하면, 또한, 제 1 전달 렌즈(226)와 제 2 전달 렌즈(224)를 광학적으로일체화함으로써 계면의 수를 저감할 수 있기 때문에, 광 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1 전달 렌즈(226)에 제 2 전달 렌즈(224)의 기능을 더불어 갖게 되기 때문에, 제 2 전달 렌즈(224)를 생략하여, 조명 장치(1C)의 저비용화를 꾀하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 편광 변환 소자(40B)의 1쌍의 사출면(46a, 46b)에 대하여 1개의 작은 렌즈(226)가 대응하는 형태로 되어 있지만, 편광 변환 소자(40B)의 사출면(46a), 사출면(46b)의 각각에 1 대 1로 대응하도록 작은 렌즈를 배치하도록 하는 것도 가능하다. 즉, 도 10의 작은 렌즈(2, 26a)의 2배 수의 작은 렌즈를 사용하여 제 1 전달 렌즈(226)를 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면, 광 이용 효율을 한층더 향상시킬 수 있다.

5. 제 5 실시예

다음에, 도 11, 내지 14를 참조하여, 본 발명의 제 5 실시예를 설명한다.

도 11, 도 12는 본 발명의 프로젝터의 제 5 실시예의 개략적 구성을 도시하고, 도 11은 X-Z 평면에 있어서의 개략 수직 단면도, 도 12는 X축 방향에서 본 개략 평면도이다.

상기 제 5 실시예는 렌즈 어레이(240)에 의해서 매트릭스 형상으로 형성되는 복수의 광원상(S)의 X축 방향에서의 배치 간격(SX)을 좁게 되도록 하며, 또한 축소 광학계로서의 아포컬 광학계(50)에 의해서 Y축 방향에서의 배치 간격(SY)을 좁게 되도록 하고 있는 점에 특징을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 같은 구성 요소에는 도 1 내지 4에서 사용한 것과 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

조명 장치(1D)는 광원(15)과, 렌즈 어레이(240)와, 아포컬 광학계(50)와, 제 1 전달 렌즈((242)와, 편광 변환 소자(40D)와, 제 2 전달 렌즈(244)와, 평행화 렌즈(39)를 구비하고 있다. 조명 장치(1D)는 광원(15)으로부터 사출된 광을 렌즈 어레이(240)에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 각 부분 광속을 편광 변환 소자(40D)에 의해서 1종류의 편광 광으로 변환한 후, 액정 장치(80)의 피조명 영역상에 중첩시킨다.

광원(15)은 제 3 실시예의 조명 장치(1B)(도 7)에 있어서의 광원(15)과 동일하다.

렌즈 어레이(240)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 작은 렌즈(240a)에 의해서 구성된다. 각 작은 렌즈(240a)의 윤곽(T)은 액정 장치(80)의 피조명 영역의 형상과 대략 유사형을 이루는 광원(15)으로부터 사출된 광속은, 렌즈 어레이(240)를 구성하는 각 작은 렌즈(240a)의 집광 작용에 의해, 복수의 부분 광속으로 분할되어, 조명 광축(L)과 대략 직교하는 X-Y 평면이 가상면(P)내에, 작은 렌즈(240a)의 수와 동수의 광원상(S)을 형성한다. 렌즈 어레이(240)를 구성하는 각 작은 렌즈(240a)는 도 13에 도시하는 바와 같이, 그 광축(Q)이 렌즈의 기하학적 중심(C)에 대하여 X축 방향으로 어긋난 편심 렌즈이다. 본 실시예에서는 이러한 렌즈 어레이(240)를 사용하고 있기 때문에, 도 14에 도시하는 바와 같이, 광원상(S)의 X축 방향에서의 배치 간격(SX)이, 도 9b에 도시하는 비교예의 경우와 비교하여, 작게 된다.

아포컬 광학계(50)는 도 12에 도시하는 바와 같이, 통과하는 광속의 평행성을 거의 유지하면서, 전체의 광속 직경을 축소하는 기능을 갖는다. 본 실시예에 있어서의 아포컬 광학계(50)는, Y축 방향에만 곡율을 갖는 실린드리컬 볼록 렌즈(52) 및 실린드리컬 오목 렌즈(54)에 의해서 구성되어 있다. 또한, 각각의 실린드리컬 렌즈(52, 54)와 동등의 기능을, 2장 이상의 렌즈로 이루어지는 조렌즈에 의해서 실현할 수 있고, 그 경우에는, 광학 수차를 저감할 수 있다고 하는 효과가 있다. 실린드리컬 볼록 렌즈(52)는 렌즈 어레이(240)의 사출측에 설치되어, 실린드리컬 볼록 렌즈(52)를 통과하는 광속(3)을 Y축 방향에만 굴절시켜 조명 광축(L)의 방향에 내향시킨다. 실린드리컬 오목 렌즈(54)는, 제 1 전달 렌즈((242)의 입사측에 설치되어, 실린드리컬 볼록 렌즈(52)로부터의 내향한 광속을 조명 광축(1)에 대하여 대략 평행화한다. 본 실시예에서는 이러한 아포컬 광학계(50)를 사용하고 있기 때문에, 도 14에 도시하는 바와 같이, 광원상(S)의 Y축 방향에서의 배치 간격(SY)이, 도 9b에 도시하는 비교예의 경우와 비교하여, 작게 된다.

편광 변환 소자(40D)의 입사측에 배치된 제 1 전달 렌즈((242)는 제 1 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(35)(도 1)와 거의 동일 기능을 갖는다. 제 1 전달 렌즈((242)는 렌즈 어레이(240)를 구성하는 작은 렌즈(240a)와 동수의 작은 렌즈((242a)에 의해서 구성되어 있다. 각 작은 렌즈((242a)의 위치는 복수의 광원상(S)이 형성되는 위치에 대응하도록 구성되어 있다. 작은 렌즈((242a)의 윤곽의 형상에 제약은 없지만, 직사각형 형상이나 육각형 등으로 설정하면, 배열하기 쉽기 때문에 형편이 좋다. 또한, 작은 렌즈((242a)는 작은 렌즈(240a)와 같은 편심 렌즈이고, 각 작은 렌즈((242a)의 집광 특성은, 렌즈 어레이(240)를 구성하는 각 작은 렌즈(240a)에 의해서 집광된 각부분 광속을 편광 변환 소자(40D)의 입사면(45a)에 대하여 대략 수직으로 입사되도록 설정되어 있다. 따라서, 편광 변환 소자(40D)의 편광 분리막에 대하여 입사 각도 0도에 가까운 상태에서 광을 넣을 수 있어, 편광 변환 효율이 양호하다. 또한, 제 1 전달 렌즈((242)는 반드시 필요한 것이 아니다.

편광 변환 소자(40D)는 제 3 실시예에 있어서의 편광 변환 소자(40B)와 비교하여 사이즈가 조금 작을 뿐이고, 그 밖의 점에서는 제 3 실시예의 편광 변환 소자(40B)와 다른 곳이 없다. 따라서, 그 상세한 설명은 생략한다.

편광 변환 소자(40D)의 사출측에 배치된 제 2 전달 렌즈(244)는 제 1 실시예에 있어서의 제 2 전달 렌즈(37)와 동일 기능, 즉, 렌즈 어레이(240)에 의해서 분할된 부분 광속을 액정 장치(80)의 피조명 영역상에서 중첩시키는 기능을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 제 2 전달 렌즈(244)는 축대상의 구면 렌즈로 형성되어 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 렌즈 어레이나, 프레넬 렌즈 나, 복수의 렌즈로 이루어지는 조렌즈 등을 사용할 수 있다. 이러한 렌즈를 사용한 경우에는 각종의 광학 수차를 저감하는 것이 가능하다. 또한, 프레넬 렌즈를 사용한 경우에는 렌즈의 중심 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 조명 장치(1D)를 경량화하고 싶은 경우에 형편이 좋다.

본 실시예에서는 렌즈 어레이(240)와 아포컬 광학계(50)를 사용함으로써, X축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SX)과, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)을 모두, 도 9b에 도시한 비교예의 경우에 비교하여 좁게 하고 있다. 그렇지만, 렌즈 어레이(240)를 구성하는 각 작은 렌즈(240a)의 집광 특성과, 아포컬 광학계(50)를 구성하는 렌즈(52, 54)의 특성이란, 제 1 내지 제 4 실시예의 경우와 같이 SY/SX＜MY/MX를 만족하도록 설정되어 있다. 따라서, 본 실시예의 경우에도, 제 1 실시예와 마찬가지로 입사면(4)(도 4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도를 작게 할 수 있어, 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능을 비교적 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY) 뿐만 아니라, 렌즈 어레이(240)에 의해서 X축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SX)도 좁게 하도록 하고 있기 때문에, 렌즈 어레이(240)보다 광로 하류측에 배치되는 광학 소자의 사이즈를 작게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 프로젝터의 소형화, 경량화를 꾀하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는 렌즈 어레이(240)를 구성하는 모든 작은 렌즈(240a)를 편심 렌즈로 하고 있지만, 일부에 편심 렌즈가 아닌 렌즈를 사용하여도 된다. 또한, 본 실시예에서는 렌즈 어레이(240)에 의해서 X축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SX)을 좁게 하도록 하고 있지만, 반드시 X축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SX)을 좁게 할 필요는 없다. 이 경우는 렌즈 어레이(240)를 구성하는 모든 작은 렌즈(240a)를 편심 렌즈가 아닌 통상의 렌즈에 의해서 구성하면 된다. 또한, 제 2 실시예와 같이, X축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SX)이 넓게 되도록 설정하여도 된다. 이 경우는 제 2 실시예의 경우와 같이 광원(15)이 점광원에 그다지 가깝지 않은 경우일지라도, 편광 변환 소자(40D)에서의 편광 변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 프로젝터에 있어서의 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 광원상(S)의 치수가 작은 경우에는 실린드리컬 볼록 렌즈(52)와 실린드리컬 오목 렌즈(54)의 양쪽을, X축 방향, Y축 방향의 2방향에 곡율을 갖는 일반적인 볼록 렌즈와 오목 렌즈, 혹은 트릭 렌즈로 치환할 수 있다.

6. 제 6 실시예

다음에, 도 15, 도 16을 참조하여, 본 발명의 프로젝터의 제 6 실시예를 설명한다.

도 15, 도 16은 본 발명의 프로젝터의 제 6 실시예의 개략적 구성을 도시하고, 도 15는 X-Z 평면에 있어서의 개략 수직 단면도, 도 16은 X축 방향에서 본 평면도이다. 본 실시예는 먼저 설명한 제 5 실시예의 변형예이고, 조명 장치(1E)에서, 아포컬 광학계(50)를 구성하는 실린드리컬 볼록 렌즈(52)가 렌즈 어레이(240)의 입사측에 배치되며, 또한, 실린드리컬 오목 렌즈(54)가 제 1 전달 렌즈((242)의 사출측에 배치되어 있는 점이, 제 5 실시예와 다르다. 그 밖의 점에 관해서는 제 5 실시예와 같다. 그리고, 제 5 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 같은 구성 요소에는 도 1 내지 4에서 사용한 것과 동일의 부호를 붙이고 있다. 또한, 제 5 실시예와 같은 구성 요소에는 도 11 내지 14에서 사용한 것과 동일의 부호를 붙이고 있다.

본 실시와 같이, 아포컬 광학계(50)의 실린드리컬 볼록 렌즈(52), 실린드리컬 오목 렌즈(54)의 위치를 전환하여도, 제 5 실시예와 같은 작용 효과를 달성하는 것이 가능하다.

또한, 아포컬 광학계(50)를 삽입하는 위치는 제 4 실시예, 및, 본 실시예의 위치에 한정되지 않고, 광원(15)과 편광 빔 스플리터(60)의 사이에서 임의로 선택하는 것이 가능하다. 그리고, 아포컬 광학계(50)를 광원(15)과 편광 빔 스플리터(60) 사이의 어떠한 위치에 삽입하였다고 해도, 렌즈 어레이(240)를 구성하는 각 작은 렌즈(240a)의 집광 특성과, 아포컬 광학계(50)를 구성하는 렌즈(52, 54)의 특성이 SY/SX＜MY/MX를 만족하도록 설정되어 있는 한, 제 5 실시예와 같은 작용효과를 달성하는 것이 가능하다.

또한, 제 5 실시예 및 본 실시예에 있어서는 렌즈 어레이(240)를 구성하는 각 작은 렌즈(240a)의 집광 특성과, 아포컬 광학계(50)를 구성하는 렌즈(52, 54)의 특성을 조정함으로써, X축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SX)과 Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격(SY)을 좁히도록 하고 있지만, 이와 같이 광원상(S)의 배치 간격(SX, SY)을 좁히는 기능을 아포컬 광학계(50)만으로 실현하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면, 렌즈 어레이(240)를 편심 렌즈를 사용하지 않고 구성하는 것이 가능해지기 때문에, 조명 장치의 간략화, 및 프로젝터의 소형화, 경량화, 및 저비용화를 실현할 수 있다.

7. 제 7 실시예

다음에, 도 17 내지 21을 참조하여, 본 발명의 제 7 실시예를 설명한다.

도 17, 도 18은, 본 발명의 프로젝터의 제 7 실시예의 개략적 구성을 도시하는 도이고, 도 17은 X-Z 평면에 있어서의 개략 수직 단면도, 도 18은 X축 방향에서 본 평면도이다.

본 실시예는 먼저 설명한 제 5 , 제 6 실시예의 변형예이고, 조명 장치(1F) 에서의 렌즈 어레이(250)와 제 1 전달 렌즈(252)와, 제 5, 제 6 실시예에 있어서의 아포컬 광학계(50)의 기능을 갖게 한 것이다. 실린드리컬 볼록 렌즈(52), 실린드리컬 오목 렌즈(54)가 존재하지 않는 것, 및, 렌즈 어레이(252)와 제 1 전달 렌즈(252) 이외의 구성, 이외에 관해서는, 제 5, 제 6 실시예와 같다. 그리고, 제 5, 제 6 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 같은 구성 요소에는 도 1 내지 4에서 사용한 것과 동일의 부호를 붙이고, 제 5, 제 6 실시예와 같은 구성 요소에는, 도 11 내지 16에서 사용한 것과 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

렌즈 어레이(250)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 작은 렌즈(250a)에 의해서 구성된다. 렌즈 어레이(250)를 구성하는 각 작은 렌즈(250a)는 도 19에 도시하는 바와 같이, 그 광축(Q)이 렌즈의 기하학적 중심(C)에 대하여 X축 방향 및 Y축 방향, 혹은 X축 방향에만 어긋난 편심 렌즈이다. 각 작은 렌즈(250a)의 윤곽(T)은 액정 장치(80)의 피조명 영역의 형상과 대략 유사형을 이룬다. 광원(15)으로부터 사출된 광속은 렌즈 어레이(250)를 구성하는 각 작은 렌즈(250a)의 집광 작용에 의해, 복수의 부분 광속으로 분할되어, 조명 광축(L)과 대략 직교하는 X-Y 평면내(가상면 P)내에, 작은 렌즈(250a)의 수와 동수의 광원상(S)을 형성한다. 또한, 렌즈 어레이(250)는 제 5, 제 6 실시예에 있어서의 실린드리컬 볼록 렌즈(52)(도 11, 12, 14 내지 16)와 같이, 광속(3)을 Y축 방향으로 굴절시켜, 조명 광속(L)의 방향으로 내향시키는 기능도 갖고 있다.

제 1 전달 렌즈(252)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 작은 렌즈(252a)에 의해서 구성된다. 제 1 전달 렌즈(252)를 구성하는 각 작은 렌즈(252a)는 도 20에 도시하는 바와 같이, 그 광축(Q)이 렌즈의 기하학적 중심(C)에 대하여 X축 방향 및 Y축 방향, 혹은 X축 방향만에 어긋난 편심 렌즈이다. 각 작은 렌즈(252a)의 위치는 복수의 광원상(S)이 형성되는 위치에 대응하도록 구성되어 있다. 작은 렌즈(252a)의 윤곽(T)의 형상에 제약은 없지만, 직사각형이나 육각형 등으로 설정하면, 배열하기 쉽기 때문에 형편이 양호하다. 작은 렌즈(252a)의 집광 특성은 렌즈 어레이(250)를 구성하는 각 작은 렌즈(250a)에 의해서 집광된 각 부분 광속을 편광 변환 소자(40D)의 입사면(45a)에 대하여 대략 수직으로 입사시키도록 설정되어 있다. 또한, 렌즈 어레이(252)는 제 5, 제 6 실시예에 있어서의 실린드리컬 오목 렌즈(54)(도 11, 12, 14 내지 16)와 같이 광속(3)을 조명 광축(1)에 대하여 대략 평행화하는 기능도 갖고 있다.

본 실시예에 있어서는 도 21에 도시하는 바와 같이, 렌즈 어레이(250)를 구성하는 작은 렌즈(250a), 제 1 전달 렌즈(252)를 구성하는 작은 렌즈(252a)의 집광 특성이, 제 1 내지 제 6 실시예의 경우와 같이 SY/SX＜MY/MX를 만족하도록 설정되어 있다.

본 실시예의 경우에도, 제 5 실시예의 경우와 같은 작용 효과를 달성하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예에서는 렌즈 어레이(250) 및 제 1 전달 렌즈(252)에 의해서만, 제 5, 제 6 실시예에 있어서의 아포컬 광학계(50)(도 11, 12, 14 내지 16)와 동일 기능을 실현할 수 있음으로 인해, 부품 점수의 저감에 의한 프로젝터의 소형화, 경량화, 및 저비용화를 실현하는 것이 가능해진다.

8. 제 8 실시예

다음에, 도 22, 도 23을 참조하여, 본 발명의 프로젝터의 제 8 실시예를 설명한다.

도 22, 도 23은 본 발명의 프로젝터의 제 8 실시예의 개략적 구성을 도시하는 도이고, 도 22는 수직 단면도이다. 도 22, 23에 있어서, 먼저 설명한 제 1 실시예와 같은 구성 부분에 관해서는, 도 1 내지 4에서 사용한 것과 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

조명 장치(1G)는 광원(15)과, 렌즈 어레이(260)와, 제 1 전달 렌즈(262)와, 편광 변환 소자(40G)와, 제 2 전달 렌즈(264)와, 평행화 렌즈(39)를 구비하고 있다. 조명 장치(1G)는 광원(15)으로부터 사출된 광을 렌즈 어레이(260)에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 각 부분 광속을 편광 변환 소자(4OG)에 의해서 1종류의 편광 광으로 변환한 후, 액정 장치(80)의 피조명 영역상에 중첩시킨다.

광원(15)은 제 3 실시예의 조명 장치(1B)(도 17)에 있어서의 광원(15)과 동일이다.

렌즈 어레이(260)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 작은 렌즈(260a)에 의해서 구성된다. 각 작은 렌즈(260a)의 윤곽은 직사각형 형상이다. 광원(15)으로부터 사출된 광속은 렌즈 어레이(260a)를 구성하는 각 작은 렌즈(260a)의 집광 작용에 의해, 복수의 부분 광속으로 분할되어, 조명 광축(L)과 대략 직교하는 X-Y 평면(가상면)내에, 작은 렌즈(260a)의 수와 동수의 광원상을 형성한다. 렌즈 어레이(260)를 구성하는 각 작은 렌즈(260a)는 광축과 렌즈의 기하학적 중심(C)이 일치한 통상의 렌즈이다.

편광 변환 소자(40G)의 입사측에 배치된 제 1 전달 렌즈(262)는 제 1 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(35)(도 1)와 거의 동일 기능을 갖는다. 제 1 전달 렌즈(262)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 작은 렌즈(262a)에 의해서 구성되어 있다. 제 1 전달 렌즈(262)를 구성하는 각 작은 렌즈(262a)는 광축과 렌즈의 기하학적 중심(C)이 일치한 통상의 렌즈이다. 각 작은 렌즈(262a)의 위치는 복수의 광원상이 형성되는 위치에 대응하고 있다. 작은 렌즈(262a)의 윤곽의 형상에 제약은 없지만, 직사각형 형상이나 육각형 등으로 하면, 배열하기 쉽기 때문에 형편이 양호하다. 편광 변환 소자(40G)는 제 1 실시예에 있어서의 편광 변환 소자(40)에 비교하여 편광 분리막, 반사막 및 이들 사이에 배치되는 투광성 부재의 수가 많을 뿐이고, 그 밖의 점에서는 제 1 실시예의 편광 변환 소자(40)와 다른 곳이 없다. 따라서, 그 상세한 설명은 생략한다.

편광 변환 소자(40G)의 사출측에 배치된 제 2 전달 렌즈(264)는 제 1 실시예에 있어서의 제 2 전달 렌즈(37)와 동일 기능, 즉, 렌즈 어레이(260)에 의해서 분할된 부분 광속을, 액정 장치(80)의 피조명 영역상에서 중첩시키는 기능을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 제 2 전달 렌즈(264)는 축대칭의 구면 렌즈로 형성되어 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 렌즈 어레이나, 프레넬 렌즈 나, 복수의 렌즈로 이루어지는 조렌즈 등을 사용할 수 있다. 이러한 렌즈를 사용한 경우에는 렌즈의 중심압을 얇게 할 수 있기 때문에, 조명 장치(1G)를 경량화하고 싶은 경우에 형편이 양호하다.

제 2 전달 렌즈(264)와 평행화 렌즈(39)와의 사이에 배치된 축소 광학계(55)는 제 2 전달 렌즈(264)로부터 사출되는 광속(3)의 직경을 X축 방향 및 Y축 방향으로 축소하는 작용을 갖는다. 본 실시예의 축소 광학계(55)는 2개의 오목 렌즈(55a, 55b)를 조합한 조렌즈에 의해서 구성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 1개의 렌즈를 사용하여도 된다. 단지, 부분 광속을 평행화 렌즈(39)에 유도할 때에 발생하기 쉬운 광학 수차를 저감하기 위해서는, 조렌즈나 비구면 렌즈의 사용이 적합하다.

여기서, 축소 광학계(55)는 X축 방향의 축소율보다도 Y축 방향의 축소율이 높게 되도록 구성되어 있다. 이것은, 제 1 실시예와 같이 편광 분리면(62)의 편광 분리 특성을 유지하기 위해서이다.

이와 같이, 본 실시예에서는 제 2 전달 렌즈(264)와 평행화 렌즈(39)와의 사이에, 제 2 전달 렌즈(264)로부터 사출되는 광속(3)의 직경을 X축 방향 및 Y축 방향으로 축소하는 작용을 갖는 축소 광학계(55)를 배치하고, 상기 축소 광학계(55)를, X축 방향의 축소율보다도 Y축 방향의 축소율이 높게 되도록 함으로써, 앞에서 기술한 제 1 내지 제 7 실시예와 같이 조명 장치를 SY/SX＜MY/MX를 만족하도록 하는 설계로 하지 않아도, 입사면(4)(도 4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도를 작게할 수 있고, 편광 분리면(62)의 편광 분리 성능을 비교적 높은 상태로 유지할 수 있다. 따라서, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 축소 광학계(55)에 의해서, 제 2 전달 렌즈(264)로부터 사출되는 광속(3)의 직경을 X축 방향 및 Y축 방향으로 축소하도록 하고 있지만, X축 방향에의 축소는 반드시 필요하지 않다. 즉, Y축 방향에만 축소하도록 하여도 된다. 이 경우에는 축소 광학계(55)를 구성하는 오목 렌즈(55a, 55b)를, Y축 방향에만 곡율을 갖는 렌즈(예를 들면 실린드리컬 렌즈)로 하면 된다.

또한, 본 실시예에서는 광원으로부터의 광속을 광속 분할 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하는 광속 분할 소자로서 렌즈 어레이(260)를 사용하고 있지만 막대형상의 도광체로 이루어지는 광속 분할 소자를 사용하여도 된다. 그 경우에는 도 2b의 비교예에 도시된 바와 같은 도광체(200)를 사용하여, 2차 광원상이 형성되는 위치와 편광 분리면(62)과의 사이에 축소 광학계(55)를 배치하면 된다. 예를 들면, 도 1의 도광체(20)를 도 2b에 도시한 바와 같은 도광체(200)로 하고, 제 2 전달 렌즈(37)와 평행화 렌즈(39)와의 사이에 축소 광학계(55)를 설치하는 것이 고려된다.

9. 제 9 실시예

도 24는 본 발명에 따른 프로젝터의 제 9 실시예의 요부를 도시하는 개략 평면도이다. 본 실시예는 제 1 내지 제 8 실시예의 변형예이고, 편광 빔 스플리터(60)로부터 사출된 조명 광속(8)을, 색 분리·합성 광학계(100)를 사용하여 적색광(R), 청색광(B), 녹색광(G)으로 분리하여, 각 색광마다 대응하여 설치된 3개의 반사형의 액정 장치(80R, 80G, 80B)에 각 색광을 입사시켜 컬러 화상을 형성하는 점에 특징을 갖는다. 도 24에 도시하는 구성 부분은 제1 내지 제 8 실시예의 평행화 렌즈(39) 이후의 구성과 바꿔 놓은 부분이다. 조명 장치(1 내지 1G), 투사면(95)에 관해서는 도시, 설명 모두 생략한다. 또한, 도 24에 있어서, 제 1 내지 제 8 실시예와 공통의 부재에 관해서는, 동일의 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 24에 있어서, 색 분리·합성 광학계(100)는 3개의 프리즘(110, 120, 130)을 조합하여 형성되어 있다. 프리즘(110)은 삼각형의 단면형상을 갖는 기둥모양의 프리즘이다. 프리즘(110)의 후술하는 프리즘(120)과 근접하는 면(112)상에는 적색광(R)을 반사하여 다른 색광을 투과하는 적색 반사 다이크로익 막(100R)이 형성되어 있다. 프리즘(120)은 삼각형의 단면형상을 갖는 기둥모양의 프리즘이다. 프리즘(120)의 후술하는 프리즘(130)과 접하는 면(122)상에는, 청색광(B)을 반사하여 다른 색광을 투과하는 청색 반사 다이크로익 막(100B)이 형성되어 있다. 프리즘(130)은 1변이 사변으로서 형성된 대략 사다리꼴 모양의 단면형상을 갖는 기둥모양의 프리즘이다. 프리즘(130)은 그 사변에 상당하는 면(132)이, 프리즘(120)의 청색 반사 다이크로익 막(100B)에 접촉하도록 배치되어 있다. 프리즘(110)은 편광 빔 스플리터(60)와의 사이, 및, 프리즘(120)과의 사이에, 각각 약간의 간극을 형성하도록 하여 배치되어 있다.

액정 장치(80R)는 적색광(R)을 변조하는 반사형 전기 광학 장치이고, 프리즘(110)의 적색 반사 다이크로익 막(100R)이 형성되지 않고, 편광 빔 스플리터(60)와도 근접하지 않은 면(116)에 대향시켜 설치되어 있다. 또한, 액정 장치(80B)는 청색광(B)을 변조하는 반사형 전기 광학 장치이고, 프리즘(120)의 청색 반사 다이크로익 막(120)이 형성되지 않고, 프리즘(110)과도 근접하지 않은 면(126)에 대향시켜 설치되어 있다. 또한, 액정 장치(80G)는 녹색광(G)을 변조하는 반사형 전기 광학 장치이고, 프리즘(130)의 청색 반사 다이크로익 막(100B)과 접촉하는 면(132)과 서로 마주보는 면(136)에 대향시켜 설치되어 있다.

본 실시예에 있어서, 조명 장치(1 내지 1G)로부터 사출되어 편광 빔 스플리터(60)의 편광 분리면(62)에서 반사된 S편광 광속은, 우선, 프리즘(110)에 입사하여, 적색 반사 다이크로익 막(100R)에서 적색광(R)과 그 밖의 색광으로 분리된다. 여기서, 프리즘(110)과 편광 빔 스플리터(60)의 사이에는 간극이 형성되어 있음으로 인해, 프리즘(110)의 편광 빔 스플리터(60)와 대향하는 면(114)은 적색 반사 다이크로익 막(100R)에서 반사된 적색광(R)에 대하여 전반사면이 된다. 따라서, 적색 반사 다이크로익 막(100R)에 의해서 분리된 적색광(R)은, 면(114)에서 전반사하여 액정 장치(80R)에 입사하고, 도시되지 않은 외부로부터의 화상 정보에 근거하여 변조된다. 다음에, 적색 반사 다이크로익 막(100R)을 투과한 S편광 광은 프리즘(120)에 입사한다. 그리고, 청색 반사 다이크로익 막(100B)에서, 청색광(B)과 녹색광(G)으로 분리된다. 프리즘(120)과 프리즘(110)과의 사이에도 간극이 형성되어 있음으로 인해, 프리즘(120)의 프리즘(100)와 대향하는 면(124)은 청색 반사 다이크로익 막(100B)에서 반사된 청색광(B)에 대하여 전반사면이 된다. 따라서, 청색 반사 다이크로익 막(100B)에 의해서 반사된 청색광(B)은 면(124)에서 전반사하여 액정 장치(8OB)에 입사하고, 도시되지 않은 외부로부터의 화상 정보에 근거하여 변조된다. 최후에, 청색 반사 다이크로익 막(100B)을 투과한 녹색광(G)은, 프리즘(130)내를 직진하여 액정 장치(80G)에 입사하고, 도시되지 않은 외부로부터의 화상 정보에 근거하여 변조된다.

액정 장치(80R, 80B, 80G)에서 변조된 각색 광은 색 분리·합성 광학계(100)로 되돌아가서, 앞에서 설명한 광로를 역으로 찾아가서 합성된다. 합성된 광은 편광 빔 스플리터(60)에 재차 입사한다. 여기서, 외부로부터의 화상 정보에 근거하여 변조된 광속은 부분적으로 P편광 광속으로 되어 있기 때문에, 상기 P편광 광속은 편광 분리면(62)을 투과하여, 투사 렌즈(90)(도 1 등 참조)에 의해서 스크린 등의 투사면(95)(도 1 등 참조)상에 확대 투사된다.

또한, 본 실시예와는 달리, 편광 빔 스플리터(60)를 삽입하여 조명 장치(1 내지 1G)와 대향하는 위치에 색 분리·합성 광학계(100)를 배치한 구성을 채용할 수 있다. 그 경우에는 조명 장치(1)로부터 사출되는 조명 광속의 편광 상태를 P 편광 상태로 일치시켜 두면 된다. 혹은, 편광 빔 스플리터(60)의 편광 분리면을, P편광 광속을 반사하여, S편광 광속을 투과하도록 하는 특성으로 하여 두면 된다. 또한, 본 실시예에서는 도 24에 도시하는 바와 같이, 각 액정 장치(80R, 80B, 80G)의 치수에 비교하여, 편광 빔 스플리터(60) 등의 치수가 상대적으로 크게 되어있다. 이 때문에, 편광 빔 스플리터(60)의 광원측에 광속 직경을 작게 하기 위한 집광 렌즈를 배치하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 프로젝터에 있어서도, 제 1 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

10. 그 밖의 실시예

본 발명의 실시예는 상술의 예에 한정되는 것이 아니라, 발명의 범위내에서 여러가지 변경할 수 있다. 예를 들면, 상기 각 실시예에 있어서는 부분 광속의 각각을 1종류의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 광학계를 사용하고 있지만, 이것을 생략할 수 있다 단지, 광 이용 효율의 향상이라는 관점에서는 상술과 같이 편광 변환 광학계를 사용한 형태쪽이, 편광 변환 광학계를 생략한 형태보다도 우수하다고 할 수있다. 또한, 프로젝터는 스크린을 배면으로부터 투사하는 리어형이어도, 전면으로부터 투사하는 프론트형이어도 관계없다.

본 발명에 따라서, 조명 광속의 Y 방향의 직경을 보다 작게 할 수 있다. 이로 인해, 편광 분리면에서의 편광 분리 성능을 더한층 향상시킬 수 있는 동시에, 조명 장치에 있어서의 한층더 광 이용 효율의 향상과 소형화를 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 복수의 작은 렌즈의 집광 특성을 복잡하게 설정하는 것도 불필요하여 진다. 또한, 피조명 영역을 조명하는 광속 전체의 직경을 작게 할 수 있기 때문에, 전기 광학 장치(예를 들면 액정 장치)에 의해서 변조된 후, 투사 광학계에 도달하는 광속 전체의 직경도 작게 할 수 있다. 따라서, 투사 광학계에 있어서의 광 이용 효율도 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 복수의 작은 렌즈(35a)를 사용하여 구성하면, 각각의 작은 렌즈(35a)의 집광 특성을 최적화할 수 있기 때문에, 광속을 전달할 때에 발생하기 쉬운 광학 수차를 효과적으로 저감할 수 있다.

Claims (14)

1. 광원으로부터의 광속을 광속 분할 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 상기 복수의 부분 광속에 의해서 복수의 광원상(光原像)을 형성하는 조명 장치와,

   상기 조명 장치로부터 사출(射出)된 조명 광속을 변조하는 전기 광학 장치와,

   상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈와,

   상기 조명 광속에 포함되는 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 전기 광학 장치를 향하여 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 투사 렌즈를 향하여 사출하는 편광 분리면을 구비한 프로젝터에 있어서,

   상기 광속 분할 광학 소자는 입사단 면과, 사출단 면과, 적어도 4개의 반사면을 구비한 막대형상의 도광체이며,

   상기 조명 광속의 중심축과 상기 편광 분리면의 법선에 의해 규정되는 면을 입사면으로 하여, 상기 입사면과 평행이며 상기 조명광축과 직교하는 방향을 X 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y 방향으로 하여, 상기 입사단 면의 X 방향의 길이를 MX, Y 방향의 길이를 MY 로 하고, 상기 복수의 광원상의 X 방향의 배치 간격을 SX, Y 방향의 배치 간격을 SY로 하였을 때, SY/SX＜MY/MX를 만족하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색 분리 광학계와, 상기 색 분리 광학계에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 상기 전기 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 프로젝터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 도광체의, Y 방향에서 대향하는 한 쌍의 상기 반사면의 간격은 상기 입사단 면에서 부터 상기 사출단 면을 향함에 따라서 넓게 되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 도광체의, X 방향에서 대향하는 한 쌍의 상기 반사면의 간격은 상기 입사단 면에서 부터 상기 사출단 면을 향함에 따라서 좁게 되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 도광체의 상기 사출단 면의 형상은 상기 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 유사한 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
6. 광원으로부터의 광속을 광속 분할 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 상기 복수의 부분 광속에 의해서 복수의 광원상을 형성하는 조명 장치와,

   상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 변조하는 전기 광학 장치와,

   상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈와,

   상기 조명 광속에 포함되는 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 전기 광학 장치를 향하여 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 투사 렌즈를 향하여 사출하는 편광 분리면을 구비한 프로젝터에 있어서,

   상기 광속 분할 광학 소자는, 복수의 작은 렌즈를 구비한 렌즈 어레이이고,

   상기 조명 광속의 중심축과 상기 편광 분리면의 법선에 의해 규정되는 면을 입사면으로 하여, 상기 입사면과 평행이고 상기 조명광축과 직교하는 방향을 X 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y 방향으로 하여, 상기 작은 렌즈의 윤곽의 X 방향의 길이를 MX, Y 방향의 길이를 MY로 하고, 상기 복수의 광원상의 X 방향의 배치 간격을 SX, Y 방향의 배치 간격을 SY로 하였을 때, SY/SX＜MY/MX를 만족하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색 분리 광학계와, 상기 색 분리 광학계에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 상기 전기 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 프로젝터.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 복수의 작은 렌즈의 윤곽은 상기 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 유사한 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 복수의 작은 렌즈 중 적어도 일부가 편심 렌즈인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 조명 장치는 상기 조명 광속의 직경을 축소하는 축소 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 축소 광학계는 상기 광원상의 상기 Y 방향의 배치 간격을 작게 하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 축소 광학계는 또한, 상기 광원상의 상기 X 방향의 배치 간격을 작게 하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
13. 광원으로부터의 광속을 광속 분할 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하여, 상기 복수의 부분 광속에 의해서 복수의 광원상을 형성하는 조명 장치와,

    상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 변조하는 전기 광학 장치와,

    상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈와,

    상기 조명 광속에 포함되는 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 전기 광학 장치를 향하여 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 투사 렌즈를 향하여 사출하는 편광 분리면을 구비한 프로젝터에 있어서,

    상기 조명 장치는 상기 조명 광속의 직경을 축소하는 축소 광학계를 구비하며,

    상기 조명 광속의 중심축과 상기 편광 분리면의 법선에 의해 규정되는 면을 입사면으로 하여, 상기 입사면과 평행이고 상기 조명광축과 직교하는 방향을 X 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y 방향으로 하였을 때, 상기 축소 광학계에 의한 상기 Y 방향의 광속 직경의 축소율이, 상기 X 방향의 광속 직경의 축소율보다도 큰 것을 특징으로 하는 프로젝터.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 조명 장치로부터 사출된 조명 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색 분리 광학계와, 상기 색 분리 광학계에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 상기 전기 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 프로젝터.