KR100431426B1 - 프로젝터 - Google Patents

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KR100431426B1
KR100431426B1 KR10-2001-0005231A KR20010005231A KR100431426B1 KR 100431426 B1 KR100431426 B1 KR 100431426B1 KR 20010005231 A KR20010005231 A KR 20010005231A KR 100431426 B1 KR100431426 B1 KR 100431426B1
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이토요시타카
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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    • G02F1/13362—Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one

Abstract

반사형 액정 장치와 인테그레이터 광학계를 조합하면서, 광 이용 효율이 높고 밝은 투사 화상을 실현할 수 있는 프로젝터를 제공한다.
광원 램프(10), 광속 분할 광학 소자(20), 편광 변환 소자(40), 편광 선택면(62)을 갖는 편광 선택 소자(60), 및 전기 광학 장치(1000)를 구비한 프로젝터에 있어서, 편광 선택면(62)의 법선과 입사광의 중심축을 포함하는 입사면을 상정하고, 이 입사면과 평행하고 입사광의 중심축과 직교하는 방향을 X축 방향, 입사면과 직교하는 방향을 Y축 방향으로 하였을 때, 편광 변환 소자(40)에 의한 편광 분리 방향을, X축 방향으로 한다.

Description

프로젝터{Projector}
발명이 속하는 기술분야
본 발명은, 광원으로부터의 광을, 광속 분할 광학 소자에 의해 상기 광속 분할 광학 소자의 대략 중심을 통과하는 가상의 조명광축과 대략 직교하는 가상면내에 복수의 광원상을 형성하는 복수의 부분 광속으로 분할하고, 복수의 부분 광속의 각각을 편광 변환 소자에 의해 편광 방향이 대략 일치하는 1종류의 편광 광속으로 변환한 후, 상기 편광 광속의 편광 상태를 전기 광학 장치에 의해 변화시킴과 동시에 편광 선택 소자에 의해 선택하여 화상 정보에 따른 광학상을 형성하고, 그 광학상을 확대 투사하는 프로젝터에 관한 것이다.
배경 기술
최근, 반사형의 액정 장치를 사용한 프로젝터가 주목되고 있다. 이러한 반사형 액정 장치에 있어서는, 액정을 구동하기 위한 트랜지스터 등의 구조체를 반사 미러의 아래에 만들어 넣음으로써, 화소 밀도를 높게 할 수 있다. 따라서, 반사형 액정 장치는, 투과형의 액정 장치를 사용한 경우보다도 해상도가 높게 선명한 투사 화상을 실현할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 액정 장치 등의 전기 광학 장치를 사용한 프로젝터에 있어서, 밝게 표시 얼룩이 없는 투사 화상을 실현하면서 장치 전체의 소형화를 도모하기 위해서, 인테그레이터 광학계나 편광 변환 소자의 사용이 제안되어 있다(일본 특개평8-34127호, 일본 특개평10-232430호 등). 인테그레이터 광학계에서는, 광원으로부터의 광을 광속 분할 광학 소자에 의해 복수의 부분 광속으로 분할하여 복수의 광원상을 형성하고, 그들을 유사 광원으로 가정하여, 복수의 광원상으로부터의 광을 액정 패널상에서 중첩시키므로써, 강도 분포가 일정한 조명광을 얻을 수 있다. 또한, 편광 변환 소자에서는, 복수의 부분 광속으로 분리하여 편광 변환을 행한 후, 그들의 광을 액정 장치상에서 중첩시키므로써, 편광 방향이 일치하는 조명광을 얻고 있다.
이로 인해, 반사형 액정 장치를 사용한 프로젝터에 인테그레이터 광학계나 편광 변환 소자를 조합하여 사용하면, 해상도가 보다 높고 밝은 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 광을 공간적으로 분리, 선택하는 편광 선택 소자(예를 들면, 편광 빔 스플리터)가 사용되지만, 상기 편광 선택 소자는 그 편광 선택 특성에 큰 입사각 의존성을 갖는다. 구체적으로는, 입사광의 대략 중심축과 편광 선택 소자의 편광 선택면의 법선을 포함하는 입사면을 규정한 경우, 그 입사면과 직교하는 평면내에서 광의 입사각이 커지면, 편광 선택 성능이 현저하게 저하한다. 상기 현상은 편광 선택면과, 편광 선택면에 입사하는 광의 기하학적인 위치 관계에 크게 의존하기 때문에, 편광 선택 성능의 현저한 저하를 방지하는 것은 대단히 어렵다. 한편, 입사면내에서 광의 입사각이 커지면, 편광 선택 성능은 약간 저하하지만, 그 저하의 정도는 입사면과 직교하는 평면내에서의 그것과 비교하여 비교적 작으며, 또한, 편광 선택면의 구성을 고안함으로써 편광 선택 성능의 저하를 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 편광 선택 소자에 있어서의 편광 선택 성능을 향상시키기 위해서는, 입사면과 직교하는 평면내에서의 광의 입사각을 가능한 한 작게 하는 것이 중요하게 된다.
또한, 인테그레이터 광학계나 편광 변환 소자를 사용한 광학계에서는, 그 광학적 프로세스상, 조명광의 입사각의 각도 분포가 넓어져 버리는 현상을 피할 수 없다.
이 때문에, 반사형 액정 장치를 사용한 프로젝터에 인테그레이터 광학계나 편광 변환 소자를 조합하여 사용하는 경우에는, 편광 선택면에 입사하는 광의 입사각이 넓어지기 때문에, 편광 선택면의 편광 선택 성능이 저하하여, 오히려 광의 이용 효율이 저하하거나 밝음 얼룩이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 반사형 액정 장치와 인테그레이터 광학계나 편광 변환 소자를 조합하면서, 광 이용 효율이 높고, 밝은 고화질의 투사 화상을 실현할 수 있는 프로젝터를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 프로젝터의 제 1 실시예를 도시하는 개략 평면도.
도 2는 상기 실시예에 있어서의 로드와 광원상(S)의 형성 위치와의 관계를 도시하는 개략 사시도.
도 3a는 상기 실시예에 있어서의 편광 변환 소자의 구성을 도시하는 수평 단면도.
도 3b는 상기 실시예에 있어서의 편광 변환 소자의 구성을 도시하는 외관 사시도.
도 4는 상기 실시예에 있어서의 편광 선택면과, 이 편광 선택면에 입사하는 광속과의 기하학적인 관계를 도시하는 설명도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 로드와 광원상(S)의 형성 위치의 관계를 도시하는 개략 사시도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 로드와 광원상(S)의 형성 위치의 관계를 도시하는 개략 사시도.
도 7은 본 발명의 프로젝터의 제 4 실시예를 도시하는 개략의 수평 단면도.
도 8은 본 발명의 프로젝터의 제 5 실시예를 도시하는 개략의 수평 단면도.
도 9a는 본 발명의 프로젝터의 제 6 실시예의 개략적 구성을 X축 방향에서본 수직 단면도.
도 9b는 본 발명의 프로젝터의 제 6 실시예의 개략적 구성을 Y축 방향에서 본 수평 단면도.
도 10은 본 발명의 프로젝터의 제 7 실시예의 개략적 구성을 도시하는 수직단면도.
도 11a는 본 발명의 프로젝터의 제 8 실시예의 개략적 구성을 X축 방향에서 본 수직 단면도.
도 12b는 본 발명의 프로젝터의 제 8 실시예의 개략적 구성을 Y축 방향에서 본 수평 단면도.
도 12는 본 발명의 프로젝터의 제 9 실시예의 개략적 구성을 도시하는 수직단면도.
도 13은 본 발명의 프로젝터의 제 10 실시예를 개략적으로 도시하는 수평 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
4 : 입사면
10, 15 : 광원 램프
20, 210, 220 : 로드
30 : 릴레이 광학계
32 : 평행화 렌즈
40 : 편광 변환 소자
48 : 위상차판
50 : 제 1 전달 렌즈
52 : 제 2 전달 렌즈
60 : 편광 빔 스플리터
62 : 편광 선택면
100 : 분광 수단
300 : 투사 렌즈
600, 800 : 렌즈 어레이
610, 612, 810 : 제 1 전달 렌즈
620 : 제 2 전달 렌즈
700 : 어포컬 광학계
1000 : 전기 광학 장치
2000 : 투사면
발명을 해결하기 위한 수단
본 발명에 따른 프로젝터는, 편광 변환 소자에 의한 편광 분리의 방향이나 광속 분할 광학 소자의 특성 등을 연구함으로써, 상기 목적을 달성하는 것이다.
(1) 본 발명의 프로젝터는, 광원으로부터의 광을, 복수의 부분 광속으로 분할하는 광속 분할 광학 소자와, 복수의 부분 광속의 각각을 편광 방향이 대략 일치하는 1종류의 편광광으로 변환하는 편광 변환 소자와, 상기 편광 변환 소자로부터 사출된 조명 광속을 변조하는 전기 광학 장치와, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈와, 조명 광속에 포함되는 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 전기 광학 장치를 향해 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 투사 렌즈를 향해 사출하는 편광 선택 소자를 구비한 프로젝터이다. 그리고, 상기 편광 선택면의 법선과 조명 광속의 중심축을 포함하는 입사면을 상정하고, 상기 입사면과 평행하고 상기 중심축과 직교하는 방향을 X축 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y축 방향으로 규정하였을 때, 상기 편광 변환 소자에 의한 편광 분리의 방향이, X축 방향인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면,
편광 선택면은, 그 편광 분리 성능이 입사 광속에 대하여 큰 입사각 의존성을 갖는다. 특히, 입사면에 직교하는 Y축 방향에 광의 입사각이 커지면, 편광 선택 성능이 현저하게 저하한다. 한편, 편광 변환 소자에서는, 편광 방향이 다른 2종류의 편광광이 각 부분 광속으로부터 각각 생성되기 때문에, 각 부분 광속의 폭은 그 분리 방향에서 약 2배로 증대하고, 그 방향에서 광의 각도 분포가 넓어져 버린다. 그래서, 편광 선택 소자에서의 편광 선택 성능을 향상시키기 위해서는, 편광 선택 성능의 입사각 의존성과 편광 선택면에 입사하는 광의 각도 분포의 확대를 고려하는 것이 중요하게 된다.
본 발명에서는, 편광 변환 소자에서의 편광 분리의 방향을 X축 방향으로 하고 있기 때문에, 편광 선택면에 입사하는 광의 Y축 방향에서의 입사각의 확대를 억제할 수 있다. 따라서, 편광 선택면의 편광 선택 성능을 비교적 높은 상태로 유지할 수 있고, 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다.
(2) 전기 광학 장치로서는, 예를 들면, 편광 선택면에서 투과 및 반사된 광중 어느 하나가 입사하는 위치에 배치되어, 입사한 광을 변조하고, 광이 입사한 면으로부터 변조광을 사출하는 반사형 액정 장치를 채용하는 것을 고려할 수 있다.
(3) 광속 분할 광학 소자는, Y축 방향의 복수의 광원상의 간격을 좁히도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
즉, Y축 방향에서의 광원상의 간격을 좁힘에 의해, Y축 방향에서의 광의 입사각의 확대를 더욱 작게 억제할 수 있기 때문에, 편광 선택면의 편광 선택 성능을 대단히 높은 상태로 유지할 수 있어, 대단히 밝게 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다.
(3-1) 광속 분할 광학 소자로서는, 입사 단면으로부터 입사한 광을 복수 쌍의 반사면에서 반사시켜, 그 반사 위치의 차이를 따라서 광을 분할하고, 사출 단면으로부터 복수의 부분 광속으로서 사출하는 로드를 채용할 수 있다.
여기서, 로드로서는, 도광성을 갖는 재료로 이루어지는 속이 찬 것(solid 로드)나, 통형상체의 내측면에 광반사면을 형성한 속이 빈 것(hollow 로드)를 채용할수 있다. 속이 찬 로드이면, 반사면에서의 반사가 광손실을 수반하지 않는 전반사가 되기 때문에, 광의 이용 효율을 한층더 향상할 수 있다. 속이 빈 로드이면, 입사 단면으로부터 입사한 광이 로드 내부의 공기층을 거쳐 사출 단면에 도달하기 때문에, 입사 단면으로부터 사출 단면까지의 치수를 비교적 짧게 설정하여도 균일한 조명광을 실현할 수 있으며, 또한 속이 찬 로드인 경우보다도 제조가 용이하다고 하는 이점이 있다.
속이 찬 로드 또는 속이 빈 로드를 채용하는 경우, 적어도 X축 방향 및 Y축 방향을 향해 대향하는 2세트의 반사면을 구비하고 있으면 되고, 로드 단면을 사각형 이상의 다각형, 예를 들면 8각형, 12각형 등으로 할 수 있다.
단지, 광원으로부터 광속 분할 광학 소자에의 광전달 효율을 고려하면, 광원으로부터 광속 분할 광학 소자에 입사하는 광의 단면형상은 대략 원형이기 때문에,이들 로드의 입사 단면은 정방형으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 후단에 배치되는 전기 광학 장치에의 조명 효율을 고려하면, 로드의 사출 단면상에 형성된 상은 1개소의 피조명 영역인 전기 광학 장치의 표시 영역상에서 중첩되기 때문에, 로드의 사출 단면을 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 닮은 꼴로 하는 것이 바람직하다.
광속 분할 광학 소자로서 상술한 로드를 채용하는 경우, Y축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면의 간격을 입사 단면으로부터 사출 단면을 향해서 점차로 넓어지도록 배치하므로써, Y축 방향의 광원상의 간격을 좁힐 수 있다.
또한, 로드의 X축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면의 간격을, 로드의 입사 단면으로부터 사출 단면을 향하여 점차로 좁게 되도록 배치하여도 된다. 이 경우에는, X축 방향의 광원상의 배치 간격을 확대할 수 있기 때문에, 광원상의 크기를 충분히 고려하여 편광 변환 소자의 편광 분리막과 반사막과의 간격을 설정할 수 있다. 따라서, 편광 변환 소자에 있어서의 편광 변환 효율을 향상시킬 수 있고, 결과적으로, 프로젝터에 있어서의 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
(3-2) 광속 분할 광학 소자로서는, 편광 선택 소자의 X축 방향 및 Y축 방향에 복수의 집광 렌즈를 배열하여 구성되는 렌즈 어레이를 채용할 수 있다.
이 경우는, 복수의 집광 렌즈의 집광 특성의 설계에 의해, Y축 방향의 복수의 광원상의 간격을 좁히는 것이 가능하다. 또한, 렌즈 어레이를 구성하는 집광·렌즈로서는, 표면을 곡면형상으로 형성되는 일반적인 렌즈를 채용할 수 있는 것 외에, 홀로그라피 효과나 회절에 의해 광을 집광하는 홀로그램 렌즈나 회절 렌즈를채용할 수도 있다.
또한, 렌즈 어레이의 각 집광 렌즈상에 형성된 상은, 1개소의 피조명 영역인 전기 광학 장치의 표시 영역상에서 중첩되기 때문에, 각 집광 렌즈는 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 닮은 꼴로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 조명 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 렌즈 어레이를 구성하는 복수의 집광 렌즈의 일부 혹은 전부는, 편심 렌즈인 것이 바람직하다.
즉, 집광 렌즈의 일부 혹은 전부를 편심 렌즈로 함으로써, 각 집광 렌즈의 물리적 중심 이외의 위치에 광원상을 형성할 수 있기 때문에, 가상면상에 형성되는 복수의 광원상 사이의 간격을 자유롭게 제어할 수 있다.
(4) 광속 분할 광학 소자로서 렌즈 어레이를 채용한 경우, 광원으로부터 편광 변환 소자에 이르는 광로 중에 축소 광학계를 배치하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 축소 광학계에 의해서 조명광의 전체의 단면 치수를 Y축 방향으로 축소되도록 함으로써, Y축 방향에서의 광의 입사각의 확대를 보다 작게 억제할 수 있다.
이러한 축소 광학계를 배치함으로써, 조명광 전체의 단면 치수를, Y축 방향으로 축소할 수 있다. 이로 인해, Y축 방향에서의 광의 입사각의 확대를 보다 작게 억제할 수 있고, 편광 선택면의 편광 선택 성능을 대단히 높은 상태로 유지할 수 있다. 따라서, 대단히 밝고 컨트라스트비가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 피조명 영역을 조명하는 광속 전체의 직경을 작게 할 수 있기 때문에, 투사 렌즈로서, 비용이 높은 F값의 작은 렌즈를 채용할 필요도 없기 때문에, 프로젝터의 저비용화를 실현할 수 있다.
또한, 이 경우에 있어서, Y축 방향의 단면 치수 뿐만 아니라, X축 방향의 단면 치수를 작게 하여도 된다. 이 경우에는, 편광 선택면의 편광 선택 성능을 더욱 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다.
이러한 축소 광학계는, 렌즈 어레이의 입사측 또는 사출측의 한쪽에 배치되는 적어도 1개의 볼록 렌즈와, 편광 선택 소자의 입사측에 배치되는 적어도 1개의 오목 렌즈로 구성할 수 있다. 이 경우에, 조명 광속의 Y축 방향의 단면 치수만을 작게 하는 경우에는, 오목 렌즈 및 볼록 렌즈로서 실린더형 렌즈를 사용할 수 있다. 또한, 볼록 렌즈 및 오목 렌즈는, 각각 1개의 렌즈체에 의해 구성할 수 있지만, 광학 수차의 저감을 고려하면, 복수의 렌즈를 조합한 세트 렌즈로 하는 것이 바람직하다.
(5) 상기의 프로젝터에 있어서, 편광 변환 소자와 편광 선택 소자와의 사이에, Y축 방향에서의 조명광의 단면 치수를 줄이는 축소 광학계를 배치할 수 있다.
상기 축소 광학계는, 1개의 오목 렌즈로 구성할 수 있지만, 복수의 렌즈를 조합한 세트 렌즈로 구성할 수 있고, 광학 수차의 저감을 고려하면, 세트 렌즈를 채용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 오목 렌즈 및 볼록 렌즈로서는 실린더형 렌즈의 것을 사용할 수 있다.
이러한 축소 광학계를 채용함으로써도, (4)의 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이 경우에 있어서도, Y축 방향 뿐만아니라, 조명광의 X축 방향에서의단면 치수도 좁히도록 하여도 된다. 이 경우에는, 오목 렌즈 및 볼록 렌즈로서는 축대상인 일반적인 곡면 렌즈를 사용할 수 있다.
또한, 상기의 일련의 축소 광학계를 구성하는 볼록 렌즈나 오목 렌즈로서는, 표면을 곡면형상으로 형성되는 일반적인 렌즈 이외에, 홀로그라피 효과나 회절에 의해 광을 집광하는 홀로그램 렌즈나 회절 렌즈이어도 된다.
(6) 편광 변환 소자로서는, 2종류의 편광광 중, 한쪽의 편광광을 투과하여, 다른쪽의 편광광을 반사하는 편광 분리막과, 2종류의 편광광의 사출 방향을 일치시키기 위해서, 다른쪽의 편광광을 반사하는 반사면과, 2종류의 편광광 중 어느 하나의 편광 방향을 회전하는 위상차판을 갖는 편광 변환 소자를 채용하는 것이 바람직하다.
실시예
다음에, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, Z축 방향은 광의 진행 방향을, Y축 방향은 광의 진행 방향을 향하여 12시방향을(도 1에서는 지면과 직교하는 방향), X축 방향은 광의 진행 방향을 향하여 3시의 방향을 가리킨다. 또한, 도 1 내지 도 13에 있어서, 동일 구성 부분에 관해서는, 동일 부호를 사용하고 있다.
A. 제 1 실시예
도 1은, 본 발명의 프로젝터의 제 1 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.
상기 프로젝터는, 조명 장치(1)와, 편광 선택면을 구비한 편광 빔 스플리터(60)와, 전기 광학 장치로서의 액정 장치(1000)와, 투사 렌즈(300)를 구비하고 있다. 조명 장치(1)로부터 사출된 광은, 액정 장치(1000)에 의해 화상 정보에 따른 변조가 실시되고, 투사 렌즈(300)에 의해 확대 투사되어 투사면(2000)상에 투사 화상을 형성하도록, 구성되어 있다.
1. 조명 장치
조명 장치(1)는, 가상의 조명 광축(L)을 따라서 배치된 광원 램프(10)와, 광원 램프(10)로부터의 광을 복수의 광원상을 형성하는 복수의 부분 광속으로 분할하는 광속 분할 광학 소자로서의 로드(20)와, 상기 로드(20)의 사출 단면(26)상의 상을 피조명 영역에 전달하는 릴레이 광학계(30)와, 그 릴레이 광학계(30) 중에 배치되어 편광 분리 및 편광 변환을 행하는 편광 변환 소자(40)를 구비하고 있다. 피조명 영역은, 광변조에 의해 화상을 생성하는 전기 광학 장치의 일례로서의 액정 장치(1000)에 의해서 형성되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서의 액정 장치(1000)의 표시면의 형상은, X축 방향의 치수와 Y축 방향의 치수가 같은 정방형을 상정하고 있다.
1-1 광원 램프
광원 램프(10)는, 방사상으로 광선을 방사하는 광원(11)과, 광원(11)으로부터 방사된 광을 집중시키는 타원 리플렉터(12)를 구비하고 있고, 타원 리플렉터(12)의 2개의 초점 중, 한쪽은 광원(11) 또는 그 근방에, 또한, 다른쪽은 로드(20)의 입사 단면(22) 또는 그 근방에 위치하도록 설정되어 있다. 광원(11)으로부터 방사된 광은 타원 리플렉터(12)에 의해서 로드(20)의 입사 단면(22) 부근에 집광되고, 집광된 상태로 로드(20)에 입사한다. 또한, 타원 리플렉터(12)를 대신하여 파라보라 리플렉터나 구면 리플렉터를 사용할 수도 있다. 단지, 그 경우에는 리플렉터의 사출측에 리플렉터로부터 사출되는 대략 평행인 광을 로드(20)의 입사 단면(22)을 향하여 집광하기 위한 집광 소자를 설치할 필요가 있다.
1-2 광속 분할 광학 소자
광속 분할 광학 소자로서의 로드(20)는, 광원 램프(10)로부터의 광을 복수의 부분 광속으로 분할하여, X-Y 평면내에 대략 매트릭스 형상으로 위치하는 복수의 광원상(S)을 형성하기 위한 부재이다.
상기 로드(20)는 투명인 도광성 재료, 예를 들면 글래스재에 의해서 형성된 막대형상의 속이 찬 로드이고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 광이 입사하는 입사 단면(22)과, 광을 반사시켜 전달하는 4개의 반사면(24a, 24b, 24c, 24d)과, 전달된 광이 사출되는 사출 단면(26)을 갖는 6면체이다. 이 경우, 4개의 반사면(24a, 24b, 24c, 24d)에서는 광손실을 수반하지 않은 전반사를 발생하고, 그것을 이용하여 광의 전달을 행하기 때문에, 로드(20)에서는 높은 광 전달 효율을 실현할 수 있다.
입사 단면(22)과 사출 단면(26)의 X-Y 평면에서의 단면 형상은 어느것이나 직사각형이며, 특히, 본 실시예의 경우에는, 입사 단면(22)과 사출 단면(26)의 형상은 피조명 영역인 액정 장치(1000)의 표시 영역의 형상과 대략 닮은 꼴이 되도록, 즉 정방형으로, 각각 형성되어 있다. 반사면(24a)과 반사면(24c)은 서로 평행이고, 반사면(24b)과 반사면(24d)은 서로 평행이다. 상기 로드(20)에 입사한 광은, 반사면(24a, 24b, 24c, 24d)에서의 반사 위치와 반사 회수의 차이에 따라서, 사출 단면(26)로부터의 사출 각도가 다른 복수의 부분 광속으로 분할된다.
로드(20)로부터 다른 각도로 사출된 복수의 부분 광속은, 집광 렌즈(31)에 의해서 집광되고, 로드(20)로부터 소정의 거리를 둔 위치에서, 사출 단면(26)과 대략 평행이고 조명 광축(L)과 직교하는 X-Y 평면내에 대략 매트릭스 형상으로 복수의 광원상(S)을 형성한다. 여기서, 복수의 광원상(S)이 형성되는 X-Y 평면을 가상면(P)이라 호칭한다.
복수의 광원상(S)이 형성되는 가상면(P) 또는 그 근방에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제 1 전달 렌즈(50), 편광 변환 소자(40), 제 2 전달 렌즈(52)가 배치된다.
1-3 편광 변환 소자
편광 변환 소자(40)는, 입사한 광을 소정의 직선 편광광으로 변환하는 기능을 갖고 있고, 도 3a는 그 구성을 설명하기 위한 수평 단면도, 도 3b는 외관 사시도이다.
편광 변환 소자(40)는, 복수의 투광성 부재(41A, 41B)와, 투광성 부재 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막(42) 및 반사막(44)과, 편광 분리막(42)에 대응하는 위치에 형성된 편광 방향 회전 수단인 위상차판(48)을 포함하여 형성되어 있다. 편광 변환 소자(40)는, 편광 분리막(42) 및 반사막(44)이 형성된 투광성 부재(41A)와, 편광 분리막(42), 반사막(44)이 형성되지 않은 투광성 부재(41B)를 교대로 접착제로 접합하고, 그 후, 투광성 부재(41B)에 위상차판(48)을 접착함으로써, 형성되어 있다. 상기 X축 방향이 X축 방향에, 또한, Y축 방향은 Y축 방향에상당한다. 또한, 모든 편광 분리막(42) 및 반사막(44)은 동일 방향으로 배열될 필요는 없고, 예를 들면 인접하는 투광성 부재(41A, 41B)가 Y-Z 평면을 대칭면으로 하여 서로 다르게 반복하여 위치하도록 배치할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 편광 분리막(42)과 반사막(44)의 간격을 모두 동일하게 하고 있지만, 상이하여도 무방하다.
여기서, 편의상, 편광 변환 소자(40)의 광이 입사하는 측의 면에 있어서, 편광 분리막(42)에 직접 대응하는 면을 「입사면(45A)」, 반사막(44)에 직접 대응하는 면을 「입사면(45B)」이라고 호칭하고, 마찬가지로, 광이 사출되는 측의 면에 있어서, 편광 분리막(42)에 직접 대응하는 면을 「사출면(46A)」, 반사막(44)에 직접 대응하는 면을「사출면(46B)」이라고 호칭한다. 투광성 부재(41A, 41B)가 상술과 같이 배치되기 때문에, 도 3a, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 입사면(45A) 및 입사면(45B)은, 편광 분리막(42)에 있어서의 편광 분리 방향, 즉 X축 방향을 따라서 교대로 소정 간격을 두고 복수 형성된다. 마찬가지로, 사출면(46A) 및 사출면(46B)도, X축 방향을 따라서 교대로 소정 간격을 두고 복수 형성된다.
편광 분리막(42)은, 입사하는 비편광인 광을 편광 방향이 대략 직교하는 2종류의 직선 편광광에 공간적으로 분리하는 기능을 갖는다. 즉, 편광 분리막(42)에 입사한 광은, 편광 분리막(42)을 투과하는 투과광인 제 1 직선 편광광과, 편광 분리막(42)에서 반사되어 그 진행 방향을 대략 90도 절곡되는 반사광인 제 2 직선 편광광으로 분리된다. 본 실시예에서는, 제 1 직선 편광광을 P 편광광, 제 2 직선 편광광측을 S 편광광으로 하고 있고, 편광 분리막(42)은 반사광인 S 편광광을 X축방향과 대략 평행으로 반사하게 되는 특성 및 각도로 형성되어 있다. 상기 편광 분리막(42)은, 유전체 다층막에 의해 실현할 수 있다.
반사막(44)은, 편광 분리막(42)으로부터의 반사광을 다시 반사하고, 그 진행 방향을 투과광의 진행 방향과 대략 동일 방향을 향하는 기능을 갖는다. 상기 반사막(44)은 유전체 다층막이나 알루미늄막 등으로 실현할 수 있다.
위상차판(48)은, 투과광 또는 반사광 중의 한쪽의 편광광의 편광 방향을 다른쪽의 편광광의 편광 방향에 대략 일치시키는 기능을 갖는다. 본 실시예에서는, 위상차판(48)으로서 1/2 파장판이 사용되고, 도 3a, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 사출면(46A)에만 선택적으로 배치되어 있다. 따라서, 편광 분리막(42)을 투과한 광의 편광 방향만이 대략 90도 회전되고, 편광 변환 소자(40)로부터 사출하는 광의 대부분이 1종류의 편광광이 된다. 본 실시예에서는, 편광 변환 소자(40)로부터 사출되는 광의 대부분이 S 편광광이 된다.
또한, 편광 분리막(42)으로 분리된 2개의 편광광의 편광 방향을 1종류의 편광광으로 통일하는 것이 가능인 한, 위상차판의 종류 및 그 위치는 한정되지 않는다. 예를 들면, 사출면(46A) 및 사출면(46B)의 각각에 광학 특성이 다른 위상차판을 각각 배치하여, 각 위상 차판을 통과하는 편광광의 편광 방향을 일치시키도록 하는 구성으로 하여도 가능하다.
이러한 편광 변환 소자(40)가 사용되기 때문에, 광원 램프(10)로부터 사출된 비편광인 광을 1종류의 편광광으로 효율이 양호하게 변환할 수 있다. 따라서, l 종류의 편광광 밖에 이용할 수 없는 액정 장치(1000)에 있어서, 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
1-4 릴레이 광학계
릴레이 광학계(30)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 로드(20)의 사출 단면(26)에 형성된 상을 피조명 영역인 액정 장치(1000)에 전달하기 위한 전달 광학계이다. 본 실시예에 있어서, 릴레이 광학계(30)는, 집광 렌즈(31), 제 1 전달 렌즈(50), 제 2 전달 렌즈(52), 및 평행화 렌즈(32)를 포함하여 구성되어 있다.
집광 렌즈(31)는, 로드(20)의 사출 단면(26)의 근방에 배치되고, 로드(20)로부터의 부분 광속을 제 1 전달 렌즈(50)를 거쳐서 편광 변환 소자(40)에 도입되는 기능을 갖는다. 본 실시예의 집광 렌즈(31)는, 집광 렌즈(31a, 31b)의 2장의 집광 렌즈를 조합한 세트 렌즈로 구성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 일반적인 단일 렌즈를 사용하여도 된다. 단지, 부분 광속을 편광 변환 소자(40)에 도입할 때에 발생하기 쉬운 광학 수차를 저감소하기 위해서는, 세트 렌즈나 비구면 렌즈의 사용이 적합하다.
제 1 전달 렌즈(50)는, 복수의 직사각형의 집광 렌즈(51)를 대략 매트릭스 형상으로 조합한 렌즈 어레이이고, 복수의 부분 광속의 각각을 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)(도 3a, 도 3b 참조)에 효율적으로 도입되는 기능을 갖고 있다. 집광 렌즈(51)의 수와 그 배치는, 부분 광속에 의해 형성되는 광원상의 수와 그 형성 위치에 대응하도록 결정되어 있다. 제 1 전달 렌즈(50)를 형성하는 집광 렌즈(51)의 형상은 한정되지 않지만, 본 실시예와 같이, 복수의 직사각형의 집광 렌즈를 평면적으로 배열하여 판형상으로 형성한 것이 이용하기 쉽다. 또한, 복수의 집광 렌즈(51)를 사용하여 구성하면, 각각의 집광 렌즈(51)의 집광 특성을 최적화할 수 있기 때문에, 광속을 전달할 때에 발생하기 쉬운 광학 수차를 효과적으로 저감할 수 있다. 단지, 로드(20)로부터 사출되는 광속의 특성(예를 들면 방사각이 작은 경우)에 따라서는, 복수의 집광 렌즈를 사용하지 않고 1개의 렌즈에 의해서 제 1 전달 렌즈를 구성하여도 되고, 또한, 생략하는 것도 가능하다.
제 2 전달 렌즈(52)는, 편광 변환 소자(40)의 사출측에 배치되고, 편광 변환 소자(40)로부터 사출하는 복수의 부분 광속을 피조명 영역인 액정 장치(1000)상에 전달하고, 그들의 부분 광속을 1개소의 피조명 영역 상에서 중첩시키는 기능을 갖는다. 본 실시예의 제 2 전달 렌즈(52)는, 1장의 렌즈로 구성되어 있지만, 앞의 제 1 전달 렌즈(50)와 마찬가지로 복수의 렌즈로 구성된 렌즈 어레이로 하여도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 제 1 전달 렌즈(50)를 편광 변환 소자(40)의 입사측에, 제 2 전달 렌즈(52)를 편광 변환 소자(40)의 사출측에 배치하고 있지만, 이들의 전달 렌즈(50, 52)는, 편광 변환 소자(40)의 입사측 혹은 사출측에 2개 모아서배치하여도 되고, 이 경우, 2개의 전달 렌즈(50, 52)의 기능을 모아서 1개의 렌즈로 하여도 된다. 이 경우에는, 조명 장치의 저 비용화를 꾀할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 제 1 전달 렌즈(50)를 편광 변환 소자(40)의 입사측에 배치하기 때문에, 이것에 복수의 부분 광속의 각각을 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)에 효율적으로 도입되는 기능을 갖게 하고 있으며, 또한, 제 2 전달 렌즈(52)를 편광 변환 소자(40)의 사출측에 배치하고 있기 때문에, 이것에 복수의 부분 광속을 액정장치(1000)상에 중첩시킨다고 하는 기능을 갖게 하고 있다. 그렇지만, 각 전달 렌즈(50, 52)에 갖게 하는 기능은, 각 전달 렌즈(50, 52)가 배치되는 위치에 따라서 적절히 변경하여도 된다.
평행화 렌즈(32)는, 피조명 영역인 액정 장치(1000)의 입사측에 배치되고, 편광 변환 소자(40)로부터 제 2 전달 렌즈(52)를 거쳐서 액정 장치(1000)에 입사하는 복수의 부분 광속을 각각의 중심축에 대략 평행인 광으로 변환하여, 효율적으로 액정 장치(1000)에 도입되는 기능을 갖는다. 따라서, 평행화 렌즈(32)는 반드시 필요한 것이 아니라, 생략할 수도 있다.
이러한 릴레이 광학계(30)를 배치하고 있기 때문에, 로드(20)의 사출 단면(26)상에 형성된 상은, 확대 또는 축소되어 피조명 영역인 액정 장치(1000)상에 전달된다.
2. 편광 빔 스플리터, 액정 장치, 투사 렌즈
편광 빔 스플리터(60)는, 2개의 직각 프리즘 사이에 편광 선택면(62)을 삽입하여 접합한 것이며, 비편광광을 편광 방향이 대략 직교하는 2종류의 직선 편광광으로 분리하는 기능을 갖는 광학 소자이다. 편광 선택면(62)은 편광 변환 소자(40)를 형성하는 편광 분리막(42)과 같이 유전체 다층막으로 형성된다.
조명 장치(1)로부터 사출된 S 편광 광속은, 편광 빔 스플리터(60)에 입사하고, 편광 선택면(62)에서 반사되어, 반사형의 액정 장치(1000)를 향해 사출된다. 액정 장치(1000)는, 도시하지 않은 외부에서의 화상 신호에 따라서 광을 변조하여 편광 상태를 변화시킨다. 또한, 반사형의 액정 장치(1000)는 주지되어 있기 때문에, 그 구조나 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.
액정 장치(1000)에 의해서 변조된 광은, 편광 빔 스플리터(60)에 입사한다. 여기서, 액정 장치(1000)에 의해서 변조된 광은 화상 신호에 따라서 부분적으로 P 편광 상태로 변환되어 있고, 상기 P 편광 상태로 변환된 광속이, 편광 선택면(62)을 투과하여, 투사 렌즈(300)를 향해 사출된다. 투사 렌즈(300)를 향해 사출된 광은, 투사 렌즈(300)를 통해 스크린 등의 투사면(2000)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 있고, 마찬가지로, 편광 빔 스플리터(60)로부터 투사 렌즈(300)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(300)와 대향하는 위치에 액정 장치(1000)를 배치하고 있지만, 편광 빔 스플리터(60)를 삽입하여 조명 장치(1)와 대향하는 위치에 액정 장치(1000)를 배치할 수도 있다. 그 경우에는, 조명 장치(1)로부터 사출되는 조명 광속의 편광 상태를 미리 P 편광 상태로 일치시켜 두고, 액정 장치(1000)로부터 사출되어 S 편광 광속이 투사 광학계에 입사하도록 구성하면 된다. 또는, 편광 빔 스플리터(60)의 편광 선택면(62)을, P 편광 광속을 반사하여, S 편광 광속을 투과하게 하는 특성으로 해 두면 된다.
3. 편광 분리 방향과 편광 선택면(62)과의 관계
도 4는, 편광 선택면(62)과, 편광 선택면에 입사하는 광속과의 기하학적인 위치 관계를 도시한 것이다. 도 4에 있어서, 입사면(4)은, 편광 선택면(62)에 입사하는 조명 광속의 중심축(2)과 편광 선택면(62)의 법선(H)에 의해 규정되는 가상적인 면이며, X-Z 평면과 평행이다.
편광 선택면(62)의 편광 분리 성능은, 큰 입사각 의존성을 갖는다. 즉, 입사면(4)과 평행인 X축 방향이나, 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서 광의 입사각이 커지면, 편광 분리 성능이 저하한다. 먼저 설명한 바와 같이, 편광 선택면(62)은, 조명광에 포함되는 S 편광 광속을 반사하여 액정 장치(1000)를 향해 사출함과 동시에, 액정 장치(1000)에 의해서 변조된 광 중, P 편광 광속을 선택하여 투사 렌즈(300)를 향해 사출하고 있다. 따라서, 편광 선택면(62)의 편광 분리 성능이 저하하면, 액정 장치(1000)에 도입되는 S 편광광 광속의 량이 감소하게 되기 때문에, 광의 이용 효율이 저하하여, 투사 화상이 어둡게 된다. 더구나, 액정 장치(1000)에 의해서 변조된 광 중, 특정한 편광광을 선택하는 필터로서의 기능도 저하하여 버리기 때문에, 투사 화상의 컨트라스트비도 저하하게 된다.
여기서, 입사면(4)과 평행인 X축 방향에서의 입사각 의존성은, 편광 선택면(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 선택면(62)과, 편광 선택면에 입사하는 광의 기하학적인 위치 관계에 의해서 지배되기 때문에, 편광 선택면(62)의 구조를 고안하는 것으로는 해소할 수 없다. 따라서, 편광 선택면(62)에 각도를 따라 광을 입사시키는 경우에편광 선택면(62)의 편광 분리 성능을 유지하기 위해서는, 특히, 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도를 작게 하는 것이 중요하게 된다.
그래서, 본 실시예에서는, 도 1, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 편광 변환 소자(40)에 의한 편광 분리의 방향을, 입사면(4)과 평행인 X축 방향으로 함으로써, Y축 방향에서의 입사 각도의 확대를 방지하고 있다. 즉, 편광 변환 소자(40)에 의한 편광 분리가 X축 방향으로 행하여지기 때문에, X축 방향에는 조명 광속 전체의 직경이 확대하여 버리지만, 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서의 조명 광속 전체의 직경이 확대되어 버리지는 않는다. 그 결과, 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도의 확대를 방지할 수 있어, 편광 선택면(62)의 편광 분리 성능을 비교적 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 밝고 컨트라스트가 높은 투사 화상을 실현할 수 있다.
B. 제 2 실시예
가상면(P) 상에 형성되는 광원상(S)의 간격은, 로드의 반사면의 간격을 조절함으로써, 임의로 제어할 수 있다. 로드의 입사 단면으로부터 사출 단면을 향함에 따라서, 반사면의 간격을 좁혀 가면, 광원상(S)의 간격을 확대할 수 있다. 이하, 로드의 입사 단면으로부터 사출 단면을 향함에 따라서 반사면의 간격이 좁게 되어 있는 상태를 「테이퍼 상태」라고 칭한다. 반대로, 입사 단면으로부터 사출 단면을 향함에 따라서 반사면의 간격을 넓혀 가면, 광원상(S)의 간격을 좁힐 수 있다. 이하, 입사 단면으로부터 사출 단면을 향함에 따라서 반사면의 간격이 넓게 되어 있는 상태를 「역 테이퍼 상태」라고 칭한다.
본 실시예는, Y축 방향에서 대향하는 로드의 반사면을 역 테이퍼 상태로 한 실시예를 도시하는 것이고, 로드의 형상 이외는, 제 1 실시예의 프로젝터와 같다. 따라서, 로드 이외의 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 1 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다.
도 5는 본 실시예에 있어서의 로드(210)와 광원상(S)과의 형성 위치와의 관계를 도시하는 개략 사시도이다. 로드(210)의 입사 단면(212)과 사출 단면(216)의 X-Y 평면에 있어서의 단면 형상은 어느 것이나 직사각형이다. 본 실시예의 경우는, 사출 단면(216)의 형상이, 피조명 영역인 액정 장치의 형상과 대략 닮은 꼴이 되도록 형성되어 있다. X축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면(214a, 214c)은, 서로 평행이다. Y축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면(214b, 214d)은, 역 테이퍼 상태로 되어 있다. 이로 인해, 제 1 실시예에 있어서의 로드(20)의 경우와 비교하면, 복수의 광원상(S)의 배치 간격은, 역 테이퍼 상태를 이루는 한 쌍의 반사면(214b, 214d)이 대향하는 Y축 방향으로 좁게 되어 있다.
따라서 본 실시예에서는, 편광 선택면(62)의 입사면(4)과 직교하는 Y축 방향에서의 입사 각도의 확대를 더욱 억제할 수 있어, 편광 선택면(62)의 편광 분리 성능을 상당히 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 대단히 밝고 컨트라스트가 높은 투사 화상을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, Y축 방향에서의 광원상(S)의 배치 간격을 좁힌 결과, 편광 변환 소자(40)나 편광 빔 스플리터의 Y축 방향의 치수도 작게 할 수 있어, 조명 장치의 소형화와 저비용화, 나아가서는 프로젝터의 소형화와 저 비용화를실현할 수 있다. 또한, 투사 렌즈(300)의 치수도 작게 할 수 있어, 구경이 작은 렌즈를 사용하여도 밝게 투사 화상을 실현할 수 있다.
C. 제 3 실시예
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 관해서 설명한다. 본 실시예는, Y축 방향에서 대향하는 로드의 반사면을 제 2 실시예와 마찬가지로 역 테이퍼 상태로 하며, 또한, X축 방향에서 대향하는 로드의 반사면을 테이퍼 상태로 한 실시예를 도시하는 것이고, 로드의 형상 이외는, 제 1 실시예의 프로젝터와 같다. 따라서, 로드 이외의 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 1 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다.
도 6은 본 실시예에 있어서의 로드(220)와 광원상(S)의 형성 위치의 관계를 도시하는 개략 사시도이다. 로드(220)의 입사 단면(222)과 사출 단면(226)의 X-Y 평면에서의 단면 형상은 어느 것이나 직사각형이다. 본 실시예의 경우는, 사출 단면(226)의 형상이, 피조명 영역인 액정 장치의 형상과 대략 닮은 꼴이 되도록 형성되어 있다. Y축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면(214b, 214d)은, 역 테이퍼 상태로 되어 있다. 이로 인해, 제 1 실시예에 있어서의 로드(20)의 경우와 비교하면, 복수의 광원상(S)의 배치 간격은, 역 테이퍼 상태를 이루는 한 쌍의 반사면(224b, 224d)이 대향하는 Y축 방향으로 좁게 되어 있다. 따라서 본 실시예에서는, 제 2 실시예와 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, X축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면(224a, 224c)이, 테이퍼 상태로 되어 있다. 이로 인해, 제 1 실시예에 있어서의 로드(20)의 경우와 비교하면, 복수의 광원상(S)의 배치 간격은, 테이퍼 상태를 이루는 한 쌍의 반사면(224a, 224c)이 대향하는 X축 방향으로 확대된다.
여기서, 편광 변환 소자(40)의 편광 변환 효율과 광의 입사 위치 관계에 관해서, 도 3a, 도 3b를 참조하여 설명한다. 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 편광 변환 소자(40)는, 입사면(45A)에 조사되고, 편광 분리막(42)에 입사한 광을 P 편광광과 S 편광광으로 분리하여, S 편광광을 반사막(44)에서 P 편광광과 동일 방향으로 반사함과 동시에, P 편광광을 위상차판(48)에 의해 S 편광광으로 변환하고, 최종적으로 S 편광 광속을 사출하는 것이다. 그렇지만, 편광 변환 소자(40)의 입사면(45B)에 광이 조사되면, 상기 광은 반사막(44)을 거쳐서 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 편광광이 사출면(46A, 46B)으로부터 사출되어 버린다. 즉, 편광 변환 소자(40)에 의해서, 비편광 광속을 제 2 편광 광속으로 변환하려고 하고 있는 데, 제 1 편광 광속이 사출되어 버려, 편광 변환 효율이 저하되어 버린다. 이때문에, 편광 변환 소자(40)에 있어서 높은 편광 변환 효율을 얻기 위해서는, 입사면(45A)에만 선택적으로 광속을 입사시키는 것이 대단히 중요함을 알 수 있다. 즉, 광원상(S)의 크기보다도 입사면(45A)의 크기가 크게 되도록, 편광 분리막(42)과 반사막(44)의 간격을 설정하는 것이 바람직한 것이다.
본 실시예에서는, 광원상(S)의 크기보다도 입사면(45A)의 크기가 충분히 크게 되도록, X축 방향에서의 광원상(S)의 간격을 확대하고 있다. 따라서, 로드(220)로부터의 광속을, 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)의 부분에만 충분한 여유를 가지고 입사시킬 수 있고, 편광 분리막(42)에의 광의 입사 효율을 확실하게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 편광 변환 소자(40)에 있어서의 편광 변환 효율을 보다 확실하게 향상시키면서, 프로젝터에 있어서의 광 이용 효율을 향상시킬 것이 가능해진다.
또한, 광원 램프(10)가 점광원에 가까운 경우는, 광원상(S)의 크기를 비교적 작게 할 수 있기 때문에, 그 경우는, 본 실시예와 같이 광원상(S)의 X축 방향에서의 배치 간격을 확대할 필요가 없다. 즉, 본 실시예는, 광원(11)이 점광원에 너무 가깝지 않게, 광원상(S)의 크기가 커져 버리게 되는 경우에, 대단히 유효하다.
D. 제 4 실시예
도 7은, 본 발명의 제 4 실시예의 개략적 구성을 도시하는 수평 단면도이다. 상기 제 4 실시예는, 조명 장치의 구성이 제 1 실시예와 일부 상위하고 있다. 그 이외의 구성에 관해서는, 먼저 설명한 제 1 실시예와 같다. 따라서, 제 l 실시예와 같은 구성에 관해서는, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 1 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 도 7에서는, 편광 빔 스플리터(60), 편광판(70, 72), 투사 렌즈(300), 투사면(2000)의 도시를 생략하고 있다.
조명 장치(1A)는, 광원 램프(15)와, 렌즈 어레이(600)와, 제 1 전달 렌즈(610)와, 편광 변환 소자(40)와, 제 2 전달 렌즈(620)와, 평행화 렌즈(32)를구비하고 있다. 본 실시예는, 로드를 대신하여, 복수의 집광 렌즈로 이루어지는 렌즈 어레이(600)를 광속 분할 광학 소자로서 사용하는 점에 특징을 갖는다. 조명 장치(1A)는, 광원 램프(15)로부터 사출된 광을 렌즈 어레이(600)에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할하고, 각 부분 광속을 편광 변환 소자(40)에 의해서 일종류의 편광광으로 변환한 후, 피조명 영역인 액정 장치(1000)의 표시 영역상에 중첩시킨다.
광원 램프(15)는, 광을 방사하는 광원(11)과, 광원(11)으로부터 방사된 광을 집중시키는 파라보라 리플렉터(14)를 구비하고 있다. 리플렉터는 파라보라에 한정되는 것이 아니라, 광원 램프(15)보다도 광로 하류측에 배치되는 렌즈 어레이(600), 전달 렌즈(610, 620), 편광 변환 소자(40) 등의 구성에 의해서는, 타원 리플렉터, 구면 리플렉터를 사용하는 것도 가능하다.
렌즈 어레이(600)는, 복수의 집광 렌즈(600a)가 대략 매트릭스 형상으로 배치된 것이다. 각 집광 렌즈(600a)의 외형 형상은, 피조명 영역인 액정 장치(1000)의 표시 영역의 형상과 대략 닮은 꼴을 이루도록 설정된다. 광원 램프(10)로부터 렌즈 어레이(600)에 입사한 광은, 각 집광 렌즈(600a)의 집광 작용에 의해 복수의 부분 광속으로 분할되고, 조명 광축(L)에 대하여 대략 수직인 X-Y 평면내에 집광 렌즈(600a)의 수와 동수의 광원상을 대략 매트릭스 형상으로 형성한다. 여기서, 각 집광 렌즈(600a)는, 복수의 광원상이, 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)(도 3a, 도 3b 참조)상에만 형성되도록 집광 특성으로 설정된다. 본 실시예에서는, 복수의 집광 렌즈(600a)의 일부에 편심 렌즈를 채용함으로써, 광원상이 형성되는 간격을 제어하고 있다.
또한, 편광 변환 소자(40)의 입사측에 배치된 제 1 전달 렌즈(610)는, 제 1 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(50)와 거의 같은 기능을 갖는다. 제 1 전달 렌즈(610)는, 렌즈 어레이(600)를 구성하는 집광 렌즈(600a)와 동수의 집광 렌즈(610a)를 갖고 있다. 본 실시예에서는, 집광 렌즈(610a)의 일부를 편심 렌즈로 구성하고 있다. 각 집광 렌즈(610a)의 위치는, 복수의 광원상이 형성되는 위치에 대응하도록 구성되어 있다. 610 또는, 각 집광 렌즈(610a)의 집광 특성은, 렌즈 어레이(600)에 의해서 분할된 각 부분 광속을 편광 변환 소자(40) 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)에 대하여 대략 수직으로 입사되도록 설정되어 있다(도 3a, 도 3b 참조). 따라서, 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)에 대하여 광을 입사 각도 0 도에 가까운 상태로 입사시킬 수 있기 때문에, 편광 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 집광 렌즈(610a)의 형상에는 제약은 없지만, 직사각형이나 6각형 등으로 설정하면, 어레이화하기 쉽게 때문에 형편이 양호하다.
제 2 전달 렌즈(620)는, 제 1 실시예에 있어서의 제 2 전달 렌즈(52)와 같은 기능, 즉, 렌즈 어레이(600)에 의해서 분할된 부분 광속을 피조명 영역인 액정 장치(1000)의 표시 영역상에서 중첩하는 기능을 갖는다. 제 2 전달 렌즈(620)는, 본 실시예에서는, 제 2 전달 렌즈는 1장의 축대칭의 구면 렌즈로 형성되어 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 렌즈 어레이나, 프레넬 렌즈나, 복수의 렌즈로 이루어지는 세트 렌즈 등을 채용할 수도 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(1A)를 경량화하고 싶은 경우에 양호하다.
본 실시예에 있어서도, 제 1 실시예와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 렌즈 어레이(600), 제 1 전달 렌즈(610)를 구성하는 집광 렌즈(600a, 610a)의 일부를 편심 렌즈로 하였지만, 반드시 편심 렌즈를 사용할 필요는 없다. 또한, 모든 집광 렌즈(600a, 610a)를 편심 렌즈로 하여도 된다. 또한, 본 실시예에 있어서, 렌즈 어레이(600)의 집광 렌즈(600a)의 집광 특성을, 광원상의 Y축 방향의 배치 간격을 좁히도록 설정하는 것이 가능하다. 또한, X축 방향의 배치 간격을 확대하도록 설정하는 것도 가능하다. 이와 같이 집광 렌즈(600a)의 집광 특성을 설정함으로써, 제 2 실시예나 제 3 실시예와 동일 효과를 얻는 것이 가능하다.
E. 제 5 실시예
도 8은, 제 5 실시예의 개략적 구성을 도시하는 수평 단면도이다. 상기 제 4 실시예는, 상술한 제 4 실시예의 변형예이고, 제 1 전달 렌즈(612)가 편광 변환 소자(40)와 제 2 전달 렌즈(620) 사이에 배치되어 있는 점이 제 4 실시예와 다르다. 그 밖의 점에 관해서는 제 4 실시예와 같다. 따라서, 제 4 실시예와 같은 구성에 관해서는, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 4 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 도 8에서는, 편광 빔 스플리터(60), 편광판(71, 72), 투사 렌즈(300), 투사면(2000)의 도시를 생략하고 있다.
제 1 전달 렌즈(612)는, 제 4 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(610)와 마찬가지로, 복수의 집광 렌즈(612a)에 의해서 구성된 렌즈 어레이이다. 제 4 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(610)는, 부분 광속을 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)에 대하여 대략 수직으로 입사시킨다고 하는 기능을 갖고 있었지만, 본 실시예의 제 1 전달 렌즈(612)는 편광 변환 소자(40)의 사출측에 배치되기 때문에, 이러한 기능은 갖고 있지 않다. 본 실시예의 구성은, 실질적으로, 제 4 실시예에 있어서의 제 1 전달 렌즈(610)를 생략하게 된다. 따라서, 광원 램프(15)로부터 사출되는 광의 특성, 예를 들면 평행성이 우수한 경우에 채용하기 쉽다.
본 실시예의 기본적인 작용 효과는, 제 4 실시예의 작용 효과와 동일하지만, 본 실시예에 의하면, 또한, 제 1 전달 렌즈(612)와 제 2 전달 렌즈(620)를 광학적으로 일체화함으로 계면의 수를 감할 수 있기 때문에, 광 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1 전달 렌즈(612)에 제 2 전달 렌즈(620)의 기능을 더불어 갖게 되기 때문에, 제 2 전달 렌즈(620)를 생략하여, 조명장치, 나아가서는 프로젝터의 저 비용화를 꾀하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 편광 변환 소자(40)의 사출면(46A)과 사출면(46B)(도 3a, 도 3b 참조)의 2개에 대하여 1개의 집광 렌즈(612a)가 대응하는 형태로 되어 있지만, 편광 변환 소자(40)의 사출면(46A)과 사출면(46B)의 각각에 1 대 1로 대응하도록 집광 렌즈(612a)를 배치하면, 즉, 도 8의 집광 렌즈(612a)의 2 배수의 집광 렌즈(612a)를 사용하여 제 1 전달 렌즈(612)를 형성하면, 제 1 전달 렌즈(612)에 있어서의 광 이용 효율을 한층더 향상시킬 것이 가능하다.
F. 제 6 실시예
도 9a, 도 9b는, 본 발명의 프로젝터의 제 6 실시예의 개략적 구성을 도시하고, 도 9a는 X축 방향에서 본 수직 단면도, 도 9b는 Y축 방향에서 본 수평 단면도이다.
상기 제 6 실시예는, 앞에서 설명한 제 3 실시예의 변형예로서, 렌즈 어레이(600)와 제 1 전달 렌즈(610) 사이에, 축소 광학계로서의 아포컬 광학계(700)가 배치되어 있는 점에 특징을 갖는다. 그 밖의 점에 관해서는 제 3 실시예와 같다. 따라서, 제 3 실시예와 동일 구성에 관해서는, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 3 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 도 9a,도 9b에서는, 편광 빔 스플리터(60), 편광판(70, 72), 투사 렌즈(300), 투사면(2000)의 도시를 생략하고 있다.
아포컬 광학계(700)는, 통과하는 광의 평행성을 그다지 악화시키지 않고, 광속 전체의 직경을 축소화하는 기능을 갖는다. 본 실시예에서는, Y축 방향에만 곡율을 갖는 실린더형 볼록 렌즈(710)와 실린더형 오목 렌즈(712)에 의해 아포컬 광학계(700)가 구성되어 있다. 실린더형 렌즈(710, 712)와 동등의 기능을 2장 이상의 렌즈로 이루어지는 세트 렌즈에 의해서 실현할 수 있고, 그 경우에는, 광학 수차를 저감할 수 있다고 하는 효과가 있다. 실린더형 볼록 렌즈(710)는, 렌즈 어레이(600)의 사출측에 설치되고, 실린더형 볼록 렌즈(710)를 통과하는 광을 Y축 방향에만 굴절시켜 조명 광축(L)의 방향으로 내향시킨다. 한편, 실린더형 오목 렌즈(712)는, 제 1 전달 렌즈(610)의 입사측에 설치되고, 실린더형 볼록 렌즈(710)로부터의 내향한 광을 조명 광축(L)에 대하여 대략 평행화한다. 본 실시예에서는, 이와 같이, Y축 방향에만 곡율을 갖는 실린더형 렌즈(710, 712)에 의해 구성된 아포컬 광학계(700)를 사용하고 있기 때문에, 광속의 Y축 방향에서의 확대를 보다 억제할 수 있어, 편광 선택면(62)의 편광 분리 성능을 상당히 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 대단히 밝게 컨트라스트가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예에서는, Y축 방향에서의 광속의 확대를 억제한 결과, 편광 변환 소자(40)나 편광 빔 스플리터(60)의 Y축 방향의 치수도 작게 할 수 있어, 조명 장치의 소형화와 저비용화, 나아가서는 프로젝터의 소형화와 저비용화를 달성할 수 있다.
또한, 투사 렌즈(300)의 치수도 소형화할 수 있고, 구경이 작은 렌즈를 사용하여도 밝게 투사 화상을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우에는, 렌즈 어레이(600)의 집광 렌즈(600a)의 Y축 방향에서의 집광 특성을 복잡하게 설정하지 않고, 용이하게, 편광 선택면(62)의 편광 분리 성능을 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에서는 Y축 방향에만 곡율을 갖는 실린더형 렌즈(710, 712)를 사용하고 있었지만, 2방향에 곡율을 갖는 렌즈, 또는 트릭 렌즈를 사용하여도 된다. 이와 같이 하면, X축 방향에서의 광속 전체의 확대도 억제하는 것이 가능해져, 편광 선택면(62)의 편광 분리 성능을 보다 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다.
G. 제 7 실시예에 따른 조명장치
도 10은, 본 발명의 프로젝터의 제 7 실시예의 개략적 구성을 도시하는 수직단면도이다. 상기 제 7 실시예는, 상술한 제 6 실시예의 변형예로서, 축소 광학계로서의 아포컬 광학계(700)를 구성하는 실린더형 볼록 렌즈(710)가, 광속 분할 광학 소자로서의 렌즈 어레이(600)의 입사측에 배치되는 점에 특징을 갖는다. 그 밖의 구성에 관해서는 제 6 실시예와 같기 때문에, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 6 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 도 10에서는, 편광 빔 스플리터(60), 편광판(70, 72), 투사 렌즈(300),투사면(2000)의 도시를 생략하고 있다.
본 실시예와 같이, 실린더형 볼록 렌즈(710)의 위치를 바꾸어도, 제 6 실시예와 같은 작용 효과를 달성하는 것이 가능하다.
또한, 실린더형 오목 렌즈(712)를 제 1 전달 렌즈(610)의 사출측에 배치된 구성으로 하여도 된다.
H. 제 8 실시예
도 11a, 도 11b는, 본 발명의 프로젝터의 제 8 실시예의 개략적 구성을 도시하는 도이고, 도 11a는 X축 방향에서 본 수직 단면도, 도 11b는 Y축 방향에서 본 수평 단면도이다. 상기 제 8 실시예는, 앞에서 설명한 제 6, 제 7 실시예의 변형예이고, 제 6, 제 7 실시예에 있어서의 렌즈 어레이(600)와 제 1 전달 렌즈(610)에 아포컬 광학계의 기능을 갖게 하고 있는 점에 특징을 갖는다. 즉, 광속 분할 광학 소자인 렌즈 어레이(800)와 제 1 전달 렌즈(810)에 의해서 축소 광학계인 아포컬 광학계를 실현하고 있다. 이외의 구성에 관해서는, 제 6, 제 7 실시예와 같다.그리고, 제 6, 제 7 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 도 11a, 도 11b에서는, 편광 빔 스플리터(60), 편광판(70, 72),투사 렌즈(300), 투사면(2000)의 도시를 생략하고 있다.
렌즈 어레이(800)는, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 집광 렌즈(800a)에 의해서 구성된다. 광원 램프(15)로부터 사출된 광은, 렌즈 어레이(800)를 구성하는 각 집광 렌즈(800a)의 집광 작용에 의해, 복수의 부분 광속으로 분할되어, 조명 광축(L)과 대략 직교하는 X-Y 평면내에, 집광 렌즈(800a)와 동수의 광원상(S)을 형성한다. 또한, 렌즈 어레이(800)는, 제 6, 제 7 실시예에서의 실린더형 볼록 렌즈(710)와 같이, 광을 Y축 방향으로 굴절시켜, 조명 광축(L)의 방향으로 내향시키는 기능도 갖고 있다.
제 1 전달 렌즈(810)는, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 집광 렌즈(810a)에 의해서 구성된다. 각 집광 렌즈(810a)의 위치는, 복수의 광원상이 형성되는 위치에 대응하도록 구성되어 있다. 각 집광 렌즈(810a)의 집광 특성은, 각 집광 렌즈(810a)를 통과한 부분 광속이 편광 변환 소자(40)의 입사면(45A)에 대하여 대략 수직으로 입사하도록 설정되어 있다. 또한, 제 1 전달 렌즈(810)는, 제 6, 제 7 실시예에서의 실린더형 오목 렌즈(712)와 같이 광을 조명 광축(L)에 대하여 대략 평행화하는 기능도 갖고 있다.
본 실시예에 의해서도, 상술한 제 6, 제 7 실시예의 경우와 같은 작용 효과를 달성하는 것이 가능하다. 또한, 광속 분할 광학 소자인 렌즈 어레이(800) 및 제 1 전달 렌즈(810)에 의해서, 제 6, 제 7 실시예의 아포컬 광학계(700)와 같은기능이 실현되기 때문에, 부재 점수의 생략에 의한 조명 장치의 소형화, 경량화, 및 저 비용화 등을 실현하는 것이 가능해진다.
I. 제 9 실시예에 따른 조명장치
도 12는, 본 발명의 프로젝터의 제 9 실시예의 개략적 구성을 도시하는 수직단면도이다.
상기 제 9 실시예는, 앞에서 설명한 제 3 실시예의 변형예로서, 제 2 전달 렌즈(620)와 평행화 렌즈(32) 사이에, 축소 광학계로서의 오목 렌즈계(900)가 배치되어 있는 점에 특징을 갖는다. 그 밖의 점에 관해서는 제 3 실시예와 같다. 따라서, 제 3 실시예와 같은 구성에 관해서는, 그 설명을 생략한다. 또한, 제 3 실시예에서 설명한 각 구성 요소의 변형예를 본 실시예에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 도 12에서는, 편광 빔 스플리터(60), 편광판(70, 72), 투사 렌즈(300), 투사면(2000)의 도시를 생략하고 있다.
오목 렌즈계(900)는, 광학 수차를 저감하기 때문에, 2장의 오목 렌즈(900a, 900b)를 조합하여 형성된 세트 렌즈로 구성되어 있고, 광속 전체의 직경을 X 축 및 Y축 방향에 압축하는 작용을 갖고 있다. 따라서, 광속의 Y축 방향, X축 방향에서의 확대를 더욱 억제할 수 있어, 편광 선택면(62)의 편광 분리 성능을 상당히 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 대단히 밝게 컨트라스트가 높은 투사 화상을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예에서는 Y축 방향이나 X축 방향에서의 광속의 확대를 억제한 결과, 편광 변환 소자(40)나 편광 빔 스플리터(60)의 치수도 작게 할 수 있으며, 조명 장치의 소형화와 저비용화, 나아가서는 프로젝터의 소형화와 저비용화를 달성할 수 있다. 또한, 투사 렌즈(300)의 치수도 소형화할 수 있고, 구경이 작은 렌즈를 사용하여도 밝은 투사 화상을 실현할 수 있다.
또한, 오목 렌즈계(900)를 Y축 방향에만 곡율을 갖는 실린더형 오목 렌즈로 하고, Y축 방향에서의 광의 확대만을 억제한 구성으로 하여도 된다. 또한, 오목 렌즈계(900)를, 제 1 내지 제 3 실시예와 같이 로드를 사용한 프로젝터에 사용하여도 된다.
J. 제 10 실시예
도 13은, 본 발명의 제 10 실시예에 따른 프로젝터의 요부를 도시하는 개략의 수평 단면도이다. 본 실시예는, 상기 제 1 내지 제 9 실시예에 따른 프로젝터의 변형예이고, 편광 빔 스플리터(60)로부터 사출된 광을, 분광 수단으로 하여 쐐기형 프리즘을 사용하여 적색광, 청색광, 녹색광으로 분리하고, 광색광마다 대응하여 형성된 3장의 반사형의 액정 장치에 각 색광을 입사시켜 컬러 화상을 실현하는 점에 특징을 갖는다. 도 13에 도시하는 구성 부분은, 제 1 내지 제 9 실시예의 평행화 렌즈(32) 이후의 구성으로 치환 가능한 부분이다. 평행화 렌즈(32)에서 광원측의 부분, 투사 렌즈(300), 투사면(2000)에 관해서는, 도시, 설명, 모두 생략한다.
분광 수단(100)은, 3개의 프리즘(100a, 100b, 100c)을 조합하여 형성되어 있다. 쐐기형 프리즘(100a)은, 삼각형의 단면형상을 갖는 기둥형상을 이루고, 쐐기형 프리즘(100b)과 근접하는 면상에는 적색광을 반사하여 다른 색광을 투과하는 적색용 다이크로익막(R)이 형성되어 있다. 쐐기형 프리즘(100a)은, 편광 빔 스플리터(60)와 쐐기형 프리즘(100b) 사이에, 약간의 간극을 갖도록 배치되어 있다. 쐐기형 프리즘(100b)은, 쐐기형 프리즘(100a)과 유사한 형상을 이루고, 쐐기형 프리즘(100c)과 접착되는 면상에는 청색광을 반사하여 다른 색광을 투과하는 청색용 다이크로익막(B)이 형성되어 있다. 프리즘(100c)은, 1변이 사변으로서 형성된 대략 사다리꼴모양의 단면을 갖는 기둥형상의 프리즘이다. 프리즘(100c)의 사변에 상당하는 면은, 쐐기형 프리즘(100b)의 청색용 다이크로익막(B)이 형성된 면에 접착되어 있다.
액정 장치(1000R)는, 적색광 전용의 반사형 액정 장치이고, 쐐기형 프리즘(100a)의 적색용 다이크로익막(R)이 형성되지 않고, 편광 빔 스플리터(60)와도 근접하지 않은 면에 대면시켜 설치되어 있다. 또한, 액정 장치(1000B)는, 청색광 전용의 반사형 액정 장치이며, 쐐기형 프리즘(100b)의 청색용 다이크로익막(B)이 형성되지 않고, 쐐기형 프리즘(100a)과도 근접하지 않은 면에 대면시켜 설치되어 있다. 또한, 액정 장치(1000G)는, 녹색광 전용의 반사형 액정 장치로서, 프리즘(100c)의 사변의 대향변에 상당하는 면에 대면시켜 설치되어 있다. 각 액정 장치(1000R, 1000B. 1000G)의 기본적인 구조는 상술한 각 실시예에 사용되는 액정 장치(1000)와 동일하며, 액정층이나 화소 전극 등의 광학적 특성이 대응하는 색광의 파장역에 따라서 최적화되어 있다.
본 실시예에 있어서 조명 장치로부터 사출되어 편광 빔 스플리터(60)의 편광 선택면(62)에서 반사된 편광광(예를 들면, S편광광)은 먼저, 쐐기형 프리즘(100a)에 입사하고, 적색용 다이크로익막(R)에서 반사되는 적색광과, 적색용 다이크로익막(R)을 투과하는 청색광 및 녹색광으로 분리된다. 적색용 다이크로익막(R)에서 반사된 적색광은 쐐기형 프리즘(100a)의 편광빔 스플리터(60)와 대면하는 계면에서 전반사한 후, 적색 전용의 액정 장치(1000R)에 입사하여, 도시되지 않은 외부로부터의 화상 정보에 근거하여 변조된다. 다음에, 적색용 다이크로익막(R)을 투과한 청색광과 녹색광은, 쐐기형 프리즘(100b)에 입사하고, 청색용 다이크로익막(B)에서 반사되는 청색광과, 청색용 다이크로익막(B)을 투과하는 녹색광으로 분리된다. 청색용 다이크로익막(B)에서 반사된 청색광은, 쐐기형 프리즘(100b)의 쐐기형 프리즘(100a)과 대면하는 계면에서 전반사한 후, 청색 전용의 액정 장치(1000B)에 입사하고, 도시되지 않은 외부로부터의 화상 정보에 근거하여 변조된다. 마지막에, 청색용 다이크로익막(B)을 투과한 녹색광은, 프리즘(100c) 내를 대략 직진하여 녹색 전용의 액정장치(1000G)에 입사하고, 도시되지 않은 외부로부터의 화상 정보에 근거하여 변조된다.
각 액정 장치(1000R, 1000B, 10O0G)에서 반사된 각 색광은 입사시와 동일의 광로를 되돌아가서 투사광으로서 합성되어, 편광 빔 스플리터(60)에 다시 입사한다. 여기서, 외부에서의 화상 정보에 근거하여 변조된 편광광은 부분적으로 P 편광광으로 되어 있기 때문에, 그 편광광은 편광 선택면(62)을 투과하여, 투사 수단인 투사 렌즈(300)에 의해서 전방의 투사면(2000)상에 확대 투사된다. 3장의 액정장치(1000R, 1000B, 1000G)에 의해 변조된 3개의 색광은, 이상의 과정에서 투사면(2000)상에서는 동위치에 겹치도록 투사되어, 컬러 화상을 표시한다. 또한, 편광 빔 스플리터(60)를 삽입하여 조명 장치와 대향하는 위치에 분광 수단(100)을 배치한 구성을 채용할 수도 있다. 그 경우에는, 조명장치로부터 사출되는 조명광의 편광 상태를 미리 P 편광 상태로 일치시키고, 반사형의 액정 장치(1000R, 1000G, 1000B)로부터 사출되어 S 편광광이 투사 렌즈(300)에 입사하도록 구성하면 된다.
또한, 본 실시예에서는, 도 13에 도시되는 바와 같이, 각 액정 장치(1000R, 1000B, 1000G)의 치수와 비교하여, 편광 빔 스플리터(60) 등의 치수가 상대적으로 커지고 있다. 이 때문에, 특히, 축소 광학계인 아포컬 광학계(700)나 오목 렌즈(900)를 채용한 제 5 내지 제 8 실시예와 조합하면, 편광 빔 스플리터(60)의 소형화가 실현되는 점에서 형편이 양호하다.
본 실시예에서는, 제 1 내지 제 9 실시예 중 어느 하나와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.
K. 그 밖의 실시예
본 발명 실시예는, 상술의 예에 한정되는 것이 아니라, 발명의 범위내에서 여러가지 변경할 수 있다. 예를 들면, 상술한 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 있어서, 로드(20, 210, 220)는, 도광성을 갖는 재료로 이루어지는 속이 찬 로드로 구성되어 있지만, 광 반사면을 갖는 부재예를 들면 반사 미러(표면 반사 미러가 바람직하다)에 의해서 형성된 통상의 속이 빈 로드이어도 된다. 그 경우에는, 속이 빈 로드의 내측으로 향해진 반사면에서 광은 반사되어, 글래스재 등에 비교하여 굴절율이 낮은 공기중을 광은 전달한다. 반사면에는 일반적인 반사 미러나 그 반사 미러의 표면에 유전체 등에 의해 증가 반사막을 형성한 것 등을 사용할 수 있다. 속이 빈 로드는 도광성의 재료의 덩어리로 이루어지는 속이 찬 로드보다도 제조가 용이하기 때문에, 속이 찬 로드를 사용하는 경우보다도 조명 장치의 저비용화를 꾀하는 것이 가능해진다. 또한, 속이 빈 로드의 내부는 굴절율이 거의 1과 같은 공기이기 때문에, 굴절율이 1보다 큰 속이 찬 로드를 사용하는 경우보다도 로드(20, 210, 220)의 Z축방향의 치수를 짧게 할 수 있어, 조명 장치의 소형화, 나아가서는 프로젝터의 소형화를 꾀할 수 있는 가능성이 있다.
또한, 프로젝터는, 스크린을 배면으로부터 투사하는 리어형이어도, 전면으로부터 투사하는 프론트형이어도 무방하다.
본 발명에 따른 프로젝터는, 반사형 액정 장치와 인테그레이터 광학계나 편광 변환 소자를 조합하면서, 광 이용 효율이 높고, 밝은 고화질의 투사 화상을 실현할 수 있다.

Claims (20)

  1. 광원으로부터의 광을, 복수의 부분 광속으로 분할하는 광속 분할 광학 소자와,
    상기 복수의 부분 광속의 각각을 편광 방향이 대략 일치하는 1종류의 편광광으로 변환하는 편광 변환 소자와,
    상기 편광 변환 소자로부터 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 향해 사출함과 동시에, 상기 전기 광학 장치에 의해서 변조된 광 중 소정의 편광 성분의 광을 선택하여 상기 투사 렌즈를 향해 사출하는 편광 선택면을 구비한 프로젝터로서,
    편광 선택면의 법선과 상기 조명 광속의 중심축에 의해서 규정되는 면을 입사면으로 하고, 이 입사면과 평행이고 상기 중심축과 직교하는 방향을 X축 방향, 상기 입사면과 직교하는 방향을 Y축 방향으로 규정하였을 때, 상기 편광 변환 소자에 의한 편광 분리의 방향은, 상기 X축 방향이고,
    상기 광속 분할 광학 소자는, 상기 Y축 방향의 상기 복수의 광원상의 간격을 좁히도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 광학 장치는, 상기 편광 선택면에서 투과 및 반사된 광 중 어느 하나가 입사하는 위치에 배치되어, 입사한 광을 변조하고, 광이 입사한 면으로부터변조광을 사출하는 반사형 액정 장치인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광속 분할 광학 소자는, 입사 단면으로부터 입사한 광을 복수 쌍의 반사면에서 반사시켜, 그 반사 위치의 차이에 따라서 광을 분할하고, 사출 단면으로부터 복수의 부분 광속으로서 사출하는 로드이고,
    상기 Y축 방향에서 대향하는 한 쌍의 반사면의 간격이 상기 입사면으로부터 상기 사출 단면을 향함에 따라서 점차로 넓어지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 로드는, 상기 X축 방향에서 대면하는 한 쌍의 반사면의 간격이 상기 입사 단면으로부터 상기 사출 단면을 향하여 점차로 좁게 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 로드는, 그 사출 단면이 상기 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 서로 유사한 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 로드는, 도광성을 갖는 재료로 이루어지는 속이 찬(solid) 도광체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 로드는, 통형상체의 내측면에 광반사면을 형성한 속이 빈(hollow) 도광체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광속 분할 광학 소자는, 상기 X축 방향 및 Y축 방향으로 복수의 집광 렌즈를 배열하여 구성되는 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 집광 렌즈는, 상기 전기 광학 장치의 표시 영역의 형상과 대략 서로 유사한 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 집광 렌즈는, 편심 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 편광 변환 소자와의 사이에는, 상기 조명 광속의 전체의 단면 치수를 상기 Y축 방향으로 줄이는 축소 광학계가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 축소 광학계는, 또한, 상기 조명 광속의 전체의 단면 치수를 상기 X축 방향으로도 줄이는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 축소 광학계는, 상기 광속 분할 광학 소자의 입사측 또는 사출측의 한쪽에 배치된 적어도 1개의 볼록 렌즈와, 상기 편광 변환 소자의 입사측에 배치된 적어도 1개의 오목 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 볼록 렌즈, 상기 오목 렌즈 중 적어도 한쪽이, 2개 이상의 렌즈의 조합에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 변환 소자와 상기 편광 선택면과의 사이에는, 상기 조명 광속의 전체의 단면 치수를 상기 Y축 방향으로 줄이는 축소 광학계가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 축소 광학계는, 또한, 복수의 부분 광속으로 이루어지는 광속 전체의 단면 치수를 상기 X축 방향으로 줄이는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 축소 광학계는, 적어도 1개 이상의 오목 렌즈를 사용하여 구성되는 조합 렌즈인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 축소 광학계는, 실린더형 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 변환 소자는, 2종류의 편광 광 중, 한쪽의 편광 광을 투과하고,다른쪽의 편광 광을 반사하는 편광 분리막과, 상기 2종류의 편광 광의 사출 방향을 일치시키기 위해서, 상기 다른쪽의 편광 광을 반사하는 반사막과, 상기 2종류의 편광 광의 편광 방향을 일치시키는 위상차판을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
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