KR100517003B1 - 편광 조명 장치 및 투사형 표시 장치 - Google Patents

Abstract

편광 조명 장치(1)에서는 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광을 편광 분리 광학 소자(201)로 각각 2종류의 편광 광으로 방향 분리하여, 편광 방향이 서로 직교하는 3종류의 편광 광을 생성한 후, 일부의 편광 광을 광원부로 되돌려 편광 방향을 회전시킴과 동시에, x방향으로 어긋난 2차 광원 상을 형성시켜 편광 방향을 일치시키고 있다. 따라서, 복수의 광원을 사용하면서도 조명각을 크게하지 않으며, 또한, 양쪽의 편광 성분을 이용하는 것이 가능한 편광 조명 장치를 제공하며, 또한 대단히 밝은 투사 화상을 투사하는 것이 가능한 투사형 표시 장치를 제공할 수 있다.

Description

편광 조명 장치 및 투사형 표시 장치{Polarized Light Illumination Apparatus And Projection Type Display Device}

본 발명은 편광 방향을 일치시킨 편광 광을 사용하여 직사각형 조명 영역 등을 균일하게 조명하는 편광 조명 장치, 및 상기 편광 조명 장치를 사용한 투사형 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2개의 광원부로부터 사출된 광의 편광 방향을 일치시키면서 합성하기 위한 구조 기술에 관한 것이다.

액정 소자와 같이 특정한 편광 광을 변조하는 형태의 변조 소자를 사용한 액정 표시 장치에서는 광원으로부터 사출되는 광이 갖는 2종류의 편광 성분 중, 한쪽의 편광 성분 밖에 이용할 수 없다. 따라서, 밝은 투사 화상을 얻기 위해서는 광의 이용 효율을 높일 필요가 있다. 그렇지만, 유일한 광원을 사용한 투사형 표시 장치로 광의 이용 효율을 높이기에는 한계가 있기 때문에, 복수의 광원을 사용하여 광량(光量)을 증가하는 것도 밝은 투사 화상을 얻기 위한 하나의 수단이다.

그렇지만, 단지 광원을 복수 병행한 것만으로는 광원 상(像)의 면적이 복수배로 되고, 피조명 영역을 조명하는 광의 각도 분포가 확대될 뿐이며(조명각의 증대), 어떤 일정한 면적에서의 광량은 유일한 광원을 사용한 경우와 같다. 따라서, 이 경우는 복수의 광원을 사용하여도 실질적으로 일정 면적당의 광량은 증가하지 않게 된다.

또한, 광원을 복수 사용하여 광량을 증가시켰다 해도, 광원으로부터 사출되는 광이 갖는 2종류의 편광 성분 중, 한쪽의 편광 성분 밖에 이용할 수 없으면, 그 광량의 절반은 쓸모 없게 되어, 그 효과는 반감된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 개략 구성도.

도 2는 편광 분리 광학 소자(201)의 상세한 구조를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 기본 구성을 도시한 개략 구성도.

도 4는 도 1에 도시한 편광 조명 장치의 집광 미러 판의 사시도.

도 5는 도 1에 도시한 편광 조명 장치에서의 편광 동작을 도시한 설명도.

도 6은 도 1에 도시한 편광 조명 장치의 렌즈판의 사시도.

도 7은 도 1에 도시한 편광 조명 장치의 집광 렌즈판에 있어서의 2차 광원 상의 형성 위치를 도시한 설명도.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 개략 구성도.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 기본 구성을 도시한 개략 구성도.

도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 기본 구성을 도시한 개략 구성도.

도 11은 제 5 실시예로서, 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에 따른 편광 조명 장치에 사용할 수 있는 집광 미러 판의 사시도.

도 12는 도 1, 도 3에 도시한 편광 조명 광학계를 구비한 투사형 표시 장치예의 광학계의 xz 평면에서의 개략 구성도.

도 13은 도 12에 도시한 투사형 표시 장치의 광학계의 yz 평면에서의 개략 구성도.

도 14a 내지 도 14c는 편광 조명 장치의 광원 램프의 발광 스펙트럼에 대해 도시한 설명도.

도 15는 도 1, 도 3에 도시한 편광 조명 광학계를 구비한 투사형 표시 장치의 다른 예의 광학계의 xz 평면에서의 개략 구성도.

본 발명의 과제는 복수의 광원을 사용하면서도 조명각을 크게 하지 않고, 또한 양쪽의 편광 성분을 이용하는 것이 가능한 편광 조명 장치를 제공하며, 또한 극히 밝은 투사 화상을 투사하는 것이 가능한 투사형 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는,

제 1 방향으로부터 입사한 광을 2종류의 편광 광으로 분리하여 투과 광을 제 3 방향으로 사출하며 반사광을 제 4 방향으로 사출하는 제 1 편광 분리막과, 제 2 방향으로부터 입사한 광을 2종류의 편광 광으로 분리하여 반사광을 상기 제 4 방향으로 사출하며 투과 광을 제 5 방향으로 사출하는 제 2 편광 분리막을 갖는 편광 분리 광학 소자와,

상기 제 1 방향으로부터 상기 편광 분리 광학 소자에 광을 입사시키는 제 1 광원부와,

상기 제 2 방향으로부터 상기 편광 분리 광학 소자에 광을 입사시키는 제 2 광원부와,

상기 편광 분리 광학 소자에 의해 상기 제 3 방향으로 사출된 광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 복수의 집광 상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 1 집광 반사 광학 소자와,

상기 편광 분리 광학 소자에 의해 상기 제 5 방향으로 사출된 광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 복수의 집광 상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 2 집광 반사 광학 소자와,

상기 편광 분리 광학 소자에 의해 상기 제 4 방향으로 사출된 광의 진행 방향을 반전시키는 반사 광학 소자와,

상기 편광 분리 광학 소자와 상기 제 1 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 1 편광 상태 변환 광학 소자와,

상기 편광 분리 광학 소자와 상기 제 2 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 2 편광 상태 변환 광학 소자와,

상기 편광 분리 광학 소자와 상기 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 3 편광 상태 변환 광학 소자와,

상기 편광 분리 광학 소자로부터 제 6 방향으로 사출된 광의 편광 방향을 일치시키는 편광 변환 광학 소자를 구비한 편광 조명 장치에 있어서,

상기 제 1 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축과, 상기 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축은 서로 평행하며, 또한 겹치지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 편광 조명 장치에서는 제 1 광원부로부터 사출된 랜덤한 편광 광을 편광 분리 광학 소자의 제 1 방향으로부터 입사시키며, 제 1 편광 분리막에 의해 2종류의 편광 광으로 분리한다. 한편, 제 2 광원부로부터 사출된 랜덤한 편광 광을 편광 분리 광학 소자의 제 2 방향으로부터 입사시키며, 제 2 편광 분리막에 의해 2종류의 편광 광으로 분리한다.

이렇게하여 분리된 편광 광 중, 제 1 편광 분리막에 의해 제 3 방향으로 사출된 투과 광은 제 1 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 제 1 미소 집광 반사 광학 소자에 의해 반사되며, 다시 제 1 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 편광 분리 광학 소자를 향한다. 이 때, 이 광은 제 1 미소 집광 반사 광학 소자에 의해 복수의 중간 광속으로 분리됨과 동시에, 제 1 편광 상태 변환 광학 소자를 2회 통과함으로써 그의 편광 축이 대략 90도 상이한 편광 광으로 변환된다. 따라서, 상기 광은 제 1 편광 분리막에 의해 반사되어 제 6 방향으로 사출된다. 이렇게하여 제 6 방향으로 사출된 편광 광을 제 1 편광 광속으로 한다.

또한, 제 2 편광 분리막에 의해 제 5 방향으로 사출된 투과 광은 제 2 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 제 2 집광 반사 광학 소자에 의해 반사되며, 다시제 2 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 편광 분리 광학 소자로 향한다. 이 때, 상기 광은 제 2 미소 집광 반사 광학 소자에 의해 복수의 중간 광속으로 분리됨과 동시에, 제 2 편광 상태 변환 광학 소자를 2회 통과함으로써 그의 편광 축이 대략 90도 상이한 편광 광으로 변환된다. 따라서, 이 광은 제 2 편광 분리막에 의해 반사되어 제 6 방향으로 사출된다. 이렇게하여 제 6 방향으로 사출된 편광 광을 제 2 편광 광속으로 한다.

제 6 방향으로 사출된 제 1, 제 2 편광 광속의 중심축은 서로 대략 평행하며 또한 겹치지 않는다. 따라서, 제 1 편광 광속에 의한 집광 상과, 제 2 편광 광속에 의한 집광 상은 서로 다른 위치에 형성된다. 따라서, 편광 변환 광학 소자에 의해, 제 1 편광 광속의 편광 축과 제 2 편광 광속의 편광 축을 일치시킬 수 있다.

한편, 제 1 편광 분리막 및 제 2 편광 분리막에 의해 제 4 방향으로 사출된 반사광은 제 3 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 제 3 반사 광학 소자에 의해 반사되며, 다시 제 3 편광 상태 광학 소자를 통과하여 편광 분리 광학 소자로 향한다. 이 때, 이 광은 제 3 편광 상태 변환 광학 소자를 2회 통과함으로써 그의 편광 축이 대략 90도 상이한 편광 광으로 변환된다. 따라서, 제 1 광원부로부터 사출되어 제 1 편광 분리막에 의해 반사되며, 제 3 편광 상태 변환 광학 소자, 제 3 반사 광학 소자를 통해 편광 분리 광학 소자로 되돌아간 광은 제 2 편광 분리막에 의해 반사되며 제 2 광원부로 향한다. 또한, 제 2 광원부로부터 사출되어 제 2 편광 분리막에 의해 반사되며, 제 3 편광 상태 변환 광학 소자, 제 3 반사 광학 소자를 통해 편광 분리 광학 소자로 되돌아간 광은 제 1 편광 분리막에 의해 반사되어 제 1 광원부로 향한다. 즉, 사출 시와는 다른 광원부에 각각 입사하게 된다. 여기서, 통상 투사형 표시 장치의 광원부는 광원 램프와 리플렉터를 구비하고 있다. 따라서, 광원부에 입사한 편광 광은 광원부의 리플렉터로 반사되며, 그 때에 편광 축의 회전 작용을 받아 그 일부는 제 1 또는 제 2 편광 분리막을 투과할 수 있는 편광 광으로 변환된다. 이와 같이, 제 1 또는 제 2 편광 분리막을 투과할 수 있게 된 편광 광은 상술한 제 3 방향, 제 5 방향으로 사출된 편광 광과 마찬가지로, 제 1 편광 광속, 제 2 편광 광속이 되어 편광 변환 광학 소자에 입사되어 편광 축을 일치시키게 된다. 즉, 편광 분리 광학 소자로부터 제 1 및 제 2 광원부를 향한 편광 광도 최종적으로는 1종류의 편광 광으로 변환된다.

따라서, 2개의 광원부를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명 광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명각)을 크게하지 않고, 조명하는 면적을 거의 1개의 광원부가 조명하는 면적과 동일하게 할 수 있다. 이 때문에, 일정 면적 당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와 비교하여 대략 2배로 할 수 있으므로, 조명 영역을 대단히 밝게 조명하는 것이 가능해진다. 또한, 각각의 집광 반사 광 소자에 의해 분리된 중간 광속을 하나의 피조명 영역상에서 중첩하도록 하면, 피조명 영역을 균일하게 조명하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 편광 조명 장치를 표시 장치의 광원으로서 사용하면, 대단히 균일한 밝기의 화상을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 편광 조명 장치에서는 제 1 및 제 2 광원부로부터 사출된 랜덤한 편광 광을 거의 손실을 수반하지 않고 1종류의 편광 광으로 일치시켜 합성할 수 있다. 따라서, 액정 소자와 같은 소정의 편광 광을 변조하는 형태의 변조 소자를 사용한 표시 장치에 본 발명의 편광 조명 장치를 채용하면, 대단히 밝은 화상을 얻는 것이 가능해진다. 더욱이, 제 1 집광 반사 광학 소자의 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축과, 제 2 집광 반사 광학 소자의 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축이 서로 대략 평행하다는 것은, 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자의 미소 집광반사 소자에 의해 반사된 광이 거의 같은 각도로 편광 분리 광학 소자에 입사하는 것을 의미한다. 따라서, 편광 분리 광학 소자의 편광 분리 특성이 광의 입사 각도에 의존하기 쉬운 경우에도, 안정된 편광 분리를 행하는 것이 가능하며 불균일이 적은 조명 광을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 상기의 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자를 배치하는 위치에 대해서는 명확하게 규정되는 성질의 것은 아니다. 결국, 제 1 및 제 2 광원부의 각각으로부터의 사출 광에 포함되어 있는 2개의 편광 광(제 1 및 제 2 광원부로부터 사출된 직후에 있어서는 모두 제 1 및 제 2 편광 분리막을 투과하는 편광 광)에 의한 2차 광원 상이 각각 공간적으로 분리된 위치에 형성되도록 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자를 배치하면 된다.

본 발명에 있어서는 제 1 광원부로부터 사출하여 제 1 편광 분리막으로 반사된 편광 광 및 제 2 광원부로부터 사출하여 제 2 편광 분리막으로 반사된 편광 광이, 사출 시와는 다른 제 2 및 제 1 광원부에 입사하도록 반사 광학 소자를 배치하는 것이 적합하다. 특히, 제 1 광원부의 광축과 제 2 광원부의 광축이 직교하며 또한, 편광 분리 광학 소자가 직방체인 경우에는, 반사 광학 소자를 편광 분리 광학 소자의「제 4 방향」에 대응하는 면과 대략 평행하게 배치하는 것이 적합하다. 그 결과, 제 1 광원부로부터 사출되어 제 1 편광 분리막과 반사 광학 소자를 거쳐 제 2 편광 분리막으로 반사되는 편광 광과, 제 2 광원부로부터 사출되어 제 2 편광 분리막과 반사 광학 소자를 거쳐 제 1 편광 분리막에서 반사되는 편광 광을 각각 대응하는 제 2 및 제 1 광원부에 효율적으로 입사시키는 것이 가능하기 때문에, 편광 광의 이용 효율을 향상시켜 피조명 영역을 밝게 조명할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 미소 집광 반사 소자의 개구 형상은 피조명 영역의 형상과 서로 유사한 형상으로 할 수 있다. 광원부로부터의 광은 집광 반사 광학 소자에 의해 복수의 광이 분할되어 최종적으로 피조명 영역에서 중첩되기 때문에, 상기와 같은 구성을 채용함으로써, 광원부로부터의 광을 낭비 없이 피조명 영역으로 유도하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 편광 변환 광학 소자의 입사면측 또는 사출면측에는 상기 편광 분리 광학 소자로부터 사출된 광을 집광하기 위해, 복수의 집광 소자를 구비한 집광 광학 소자를 배치할 수 있다. 이와 같이 집광 광학 소자를 배치함으로써, 집광 반사 광학 소자에 의해 형성된 중간 광속의 각각을 집광하면서 편광 변환 광학 소자의 소정의 장소에 효과적으로 유도하는 것이 가능해지기 때문에, 편광 변환 광학 소자에서의 편광 변환 효율을 향상할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자를 구성하는 미소 집광 반사 소자의 수가 각각 다른 경우에는, 가장 많은 미소 집광 반사 소자에 의해 구성되는 집광 반사 광학 소자에 있어서, 그곳에 사용되고 있는 미소 집광 반사 소자의 수의 2배의 수인 집광 소자에 의해 집광 광학 소자를 구성하는 것이 적합하다. 단지, 집광 광학 소자의 광학 특성을 연구하면, 집광 반사 광학 소자를 구성하는 미소 집광 반사 소자와 동일한 수의 집광 소자에 의해 집광 광학 소자를 구성하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광을 피조명 영역상에 중첩하는 중첩 광학 소자를 배치할 수 있다. 이와 같이 중첩 광학 소자를 배치함으로써, 집광 반사 광학 소자에 의해 형성된 중간 광속의 각각을 피조명 영역에 효과적으로 유도하는 것이 가능해지기 때문에, 조명 효율을 향상할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광의 광로를 변경하는 광로 변경 광학 소자를 배치할 수 있다. 치수가 비교적 큰 2개의 광원부의 광축에 의해 규정되는 평면과 평행인 방향으로 조명 광을 사출할 수 있도록 광로 변경 광학 소자를 배치하면, 편광 조명 장치의 한쪽 방향의 두께를 얇게 할 수 있으며, 박형의 편광 조명 장치를 실현할 수 있다. 따라서, 이 편광 조명 장치를 투사형 표시 장치 등의 광원으로서 사용한 경우에는 소형의 투사형 표시 장치를 얻는 것도 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 모두 복수의 곡면 반사 미러로 구성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 렌즈와, 상기 렌즈의 상기 편광 분리 광학 소자와는 반대측의 면에 설치된 반사면으로 구성할 수도 있다. 이와 같이 구성하면, 광원부로부터의 광을 복수의 중간 광속으로 용이하게 분리할 수 있다. 여기서, 곡면 반사 미러를 편심 미러로 하거나, 렌즈를 편심 렌즈로 하면, 상술한 편광 변환 광학 소자나 집광 광학 소자를 소형화 할 수 있는 동시에, 상술한 중첩 광학 소자를 사용하지 않아도, 효과적으로 광을 피조명 영역으로 유도할 수 있다.

본 발명에 따른 편광 조명 장치는 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 광 변조 소자와, 상기 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 투사형 표시 장치에 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 편광 조명 장치는 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와, 상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 광 변조 소자와, 상기 복수의 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와, 상기 색광 합성 광학 소자에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 컬러 화상을 표시할 수 있는 투사형 표시 장치에 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 편광 조명 장치는 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 반사형 광 변조 소자와, 상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광 및 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 편광 분리 광학 소자와, 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되어 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 투사형 표시 장치에 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 편광 조명 장치는 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 복수의 반사형 광 변조 소자와, 상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광 및 상기 복수의 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 편광 분리 광학 소자와, 상기 편광 분리 광학 소자와 상기 복수의 반사형 광 변조 소자 사이에 배치되어 상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리함과 동시에, 상기 복수의 반사형 광 변조 소자로부터 사출된 색광을 합성하는 색광 분리 합성 광학 소자와, 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되어 상기 색광 분리 합성 광학 소자와 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 투사형 표시 장치에 사용하는 것도 가능하다.

또한 추가로, 본 발명에 따른 편광 조명 장치는 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와, 상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 반사형 광 변조 소자와, 상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 각각의 색광 및 상기 복수의 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 각각의 색광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 복수의 편광 분리 광학 소자와 각각의 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되어, 각각의 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와, 상기 색광 합성 광학 소자에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 투사형 표시 장치에 사용하는 것도 가능하다.

이렇게 하여, 본 발명의 편광 조명 장치를 사용한 투사형 표시 장치를 구성하면, 밝으며, 동시에, 밝기가 균일한 투사 화상을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 편광 조명 장치는 편광 방향이 일치된 광속을 사출하므로, 광 변조 소자로서 액정 소자를 사용한 투사형 표시 장치에 적합하다.

상기 투사형 표시 장치에서는 상기 제 1, 제 2 광원부 중 적어도 한쪽이 착탈 가능하게 구성되어 있는 것이 적합하다. 이와 같이 구성하면, 투사형 표시 장치를 운반할 때에 어느 한쪽의 광원부를 떼어내는 것이 가능하게 되어, 가반성(可搬性)이 향상한다.

또한, 상기 투사형 표시 장치에서는 상기 제 1, 제 2 광원부 중 적어도 한쪽이 선택 점등 가능하게 되어 있는 것이 적합하다. 이와 같이 구성하면, 예를 들면, 투사형 표시 장치를 배터리 구동할 때에 한쪽의 광원만을 선택 점등함으로써 배터리의 수명 시간을 연장시킬 수 있다. 또한, 주위가 밝은 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는 2개의 광원부를 점등시키고, 주위가 어두운 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는 한쪽만을 선택 점등시키도록 투사 화상의 밝기를 환경이나 관찰자의 기호에 따라 적절히 변화시키는 것이 가능해진다.

또한, 상기 투사형 표시 장치에서는 상기 제 1, 제 2 광원부로부터 사출되는 광의 분광 특성이나 휘도 특성을 서로 다른 특성으로 하는 것도 가능하다. 이와 같이 구성하면, 조명 광의 색조를 소정의 색조로 용이하게 설정할 수 있다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

또한, 이하의 각 실시예의 설명 및 첨부 도면에 있어서는 서로 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 이들의 설명의 중복을 회피하고 있다. 또한, 서로 직교하는 3개의 공간축을 x축, y축, z축으로 하고, x축에 평행한 2개의 방향을 각각 +x 방향 및 -x 방향, y축에 평행한 2개의 방향을 각각 +y 방향 및 -y 방향, z축에 평행한 2개의 방향을 각각 +z 방향 및 -z 방향으로 한다. 또한, x축 방향, y축 방향, z축 방향에 평행인 편광 축을 갖는 직선 편광 광을 각각 x편광 광, y편광 광, z편광 광이라 칭한다.

[제 1 실시예]

도 1은 본 발명의 편광 조명 장치의 제 1 실시예를 도시한 사시도이다. 본 실시예에서는 편광 방향이 랜덤한 광(이하, 「랜덤한 편광 광」이라 한다)을 사출하는 제 1 광원부(101)와 제 2 광원부(102)의 2개의 광원부가 설치되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 편광 조명 장치(1)는 xy 평면내에서 직각으로 교차하는 시스템 광축(L1 과 L)에 따라, 제 1 광원부(101), 편광 분리 광학 소자(201), 제 1의 λ/4 위상차 판(351)(제 1 편광 상태 변환 광학 소자)와 제 3의 λ/4 위상차 판(353)(제 3 편광 상태 변환 광학 소자), 제 1 집광 미러 판(301)(제 1 집광 반사 광학 소자)와 반사 미러 소자(309)(반사 광학 소자), 집광 렌즈부(401)(집광 광학 소자, 편광 변환 광학 소자 및 중첩 광학 소자), 및 반사 미러(501)(광로 변경 광학 소자)를 구비하고 있다. 제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤한 편광 광은 후술하는 바와 같이, 편광 분리 광학 소자(201)에 있어서 2종류의 편광 광으로 분리된 후, 제 1의 λ/4 위상차 판(351), 제 1 집광 미러 판(301), 제 3의 λ/4 위상차 판(353), 반사 미러 소자(309), 편광 분리 광학 소자(201), 제 2 광원부(102), 및 집광 렌즈부(4O1)에 의해 1종류의 편광 광으로 변환되어, 반사 미러(501)를 거쳐, 직사각형의 피조명 영역(601)에 도달하게 되어 있다.

또한, yz 평면내에 있어서 직각으로 교차하는 시스템 광축(L2, L)에 따라, 제 2 광원부(102), 상기의 편광 분리 광학 소자(201), 제 2의 λ/4 위상차 판(352)(제 2 편광 상태 변환 광학 소자)과 상기 제 3의 λ/4 위상차 판(353), 제 2 집광 미러 판(302)(제 2 집광 반사 광학 소자)과 상기 반사 미러 소자(309), 상기 집광 렌즈부(401) 및 상기 반사 미러(501)가 배치된 구성으로 되어 있다. 제 2 광원부(102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광은 후술하는 바와 같이, 편광 분리 광학 소자(201)에 있어서 2종류의 편광 광으로 분리된 후, 제 2의 λ/4 위상차 판(352), 제 2 집광 미러 판(302), 제 3의 λ/4 위상차 판(353), 반사 미러 소자(309), 편광 분리 광학 소자(201), 제 1 광원부(101), 및 집광 렌즈부(401)에 의해 제 1 광원부(101)의 경우와 같은 1종류의 편광 광으로 변환되고, 마찬가지로 반사 미러(501)를 거쳐 직사각형의 피조명 영역(601)에 도달하게 되어 있다. 따라서, 직사각형의 피조명 영역(601)은 거의 1종류의 편광 광에 의해 조명된다. 한편, 반사 미러(501)에 의해 그의 진행 방향을 대략 90도 굴곡된 조명 광의 사출 방향은 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)를 포함하는 평면에 대하여 거의 평행하다.

제 1 및 제 2 광원부(101, 102)는 각각 광원 램프(111, 112)와, 포물면 리플렉터(121, 122)로 대략 구성되어 있고, 광원 램프(111, 112)로부터 방사된 랜덤한 편광 광은 각각 포물면 리플렉터(121, 122)에 의해 한방향으로 반사되어 대략 평행인 광속으로 되어 편광 분리 광학 소자(201)에 입사한다. 여기서, 포물면 리플렉터(121, 122)를 대신하여, 타원면 리플렉터, 구면 리플렉터 등도 사용할 수 있다. 단지, 그러한 경우에는 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출되는 광속을 대략 평행화하는 광학 소자를 편광 분리 광학 소자(201)의 입사측에 배치하는 것이 적합하다.

편광 분리 광학 소자(201)는 대략 6면체 형상의 편광 빔 스플리터이고, 유전체 다층막으로 구성되는 제 1 및 제 2 편광 분리막(211, 212)을 유리제의 프리즘(202)에 내장한 구조로 되어 있다. 제 1 편광 분리막(211)은 제 1 광원부(101)로부터의 사출 광에 대하여 경사 배치되고, 편광 분리 광학 소자(201)의 제 1 면(221)에 대하여 각도 α1=45도를 이루도록 형성되어 있다. 또한, 제 2 편광 분리막(212)은 제 2 광원부(102)로부터의 사출 광에 대하여 경사 배치되고, 편광 분리 광학 소자(201)의 제 2 면(222)에 대하여 각도 α2=45도를 이루도록 형성되어 있다.

도 2는 상기 편광 분리 광학 소자(201)의 상세한 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 편광 분리 광학 소자(201)는 2개의 삼각뿔 프리즘(291, 295)과 2개의 사각뿔 프리즘(292, 294)으로 구성되어 있다.

제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BDH)사이 및 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(BFH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH) 사이에는 각각 제 1 편광 분리막(211)이 형성되어 있다. 상기 제 1 편광 분리막(211)은 예를 들면, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BDH) 중 어느 한쪽과, 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(BFH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH) 중 어느 한쪽에 각각 유전체 다층막을 증착함으로써 형성된다. 여기서, 제 1 편광 분리막(211)을 형성하는 면은 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BDH) 중 어느 쪽이라도 가능하며, 또한 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH)중 어느 한쪽이라도 가능하다. 그렇지만, 2개의 프리즘에 형성되는 제 1 편광 분리막(211)은 평탄한 것이 적합하기 때문에, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(BFH)에 형성하거나 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BDH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH)에 형성하는 것이 적합하다.

한편, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH) 사이 및 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BGH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH) 사이에는 각각 제 2 편광 분리막(212)이 형성되어 있다. 이 제 2 편광 분리막(212)은 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH) 중 어느 한쪽과, 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BGF)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH) 중 어느 한쪽에 각각 유전체 다층막을 증착함으로써 형성된다. 여기서, 제 2 편광 분리막(212)을 형성하는 면은 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH) 중 어느 쪽이라도 가능하며, 또한, 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BGH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH) 중 어느 쪽이라도 가능하다. 그렇지만, 2개의 프리즘에 형성되는 제 2 편광 분리막(212)은 평탄한 것이 적합하기 때문에, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 1 사각뿔 프리즘의 측면(BGH)에 형성하거나 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH)에 형성하는 것이 적합하다.

또한, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 제 1 편광 분리막(211)이 형성된 면(BDH)이 접합됨으로써, 제 1 프리즘 합성체(293)가 형성된다. 또한, 제 2 사각뿔 프리즘(294)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 편광 분리막(211)이 형성된 면(BFH)이 접합됨으로써, 제 2 프리즘 합성체(296)가 형성된다. 마지막으로 2개의 프리즘 합성체(293, 296)의 제 2 편광 분리막(212)이 형성된 면(ABGH)이 접합됨으로써, 편광 분리 광학 소자(201)가 완성된다. 물론, 상기에 예시된 4개의 프리즘의 형성 순서는 일례에 지나지 않으므로, 상기의 순서에 한정되는 것이 아니다.

다시, 도 1을 참조하여 설명한다. 편광 분리 광학 소자(201)의 제 3 면(231)측에는 이것과 대향하여 제 1의 λ/4 위상차 판(351)이, 또한 그의 위상차 판의 후방측에는 제 1 집광 미러 판(301)이 배치되어 있다. 그리고, 본 예에서는 제 1의 λ/4 위상차 판(351)과 제 1 집광 미러 판(301)이 제 3 면(231)에 대하여 거의 평행하게 배치되어 있다. 또한, 편광 분리 광학 소자(201)의 제 4 면(233)측에는 이것과 대향하고 제 3의 λ/4 위상차 판(353)이, 또한 그의 위상차 판의 후방측에는 반사 미러 소자(309)가 배치되어 있다. 그리고, 본 예에서는 제 3의 λ/4 위상차 판(353)과 반사 미러 소자(309)가 제 4 면(233)에 대하여 거의 평행하게 배치되어 있다. 또한, 편광 분리 광학 소자(201)의 제 5 면(232)측에는 이것과 대향하여 제 2의 λ/4 위상차 판(352)이, 또한 그의 위상차 판의 후방측에는 제 2 집광 미러 판(302)이 배치되어 있다. 그리고, 본 예에서는 제 2의 λ/4 위상차 판(352)과 제 2 집광 미러 판(302), 제 5 면(232)에 대하여 거의 평행하게 배치되어 있다. 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)의 구성의 상세한 설명에 대해서는 후술한다. 또한, 도 1에서는 보기 편함을 우선하여, 제 1 내지 제 3의 λ/4 위상차 판(351, 352, 353)을 편광 분리 광학 소자(201)로부터 분리하여 도시하였지만, 편광 분리 광학 소자(2O1)에 밀착시켜 배치하는 편이 적합하다.

편광 분리 광학 소자(201)의 제 6 면(234) 측에는 후술하는 집광 렌즈 판(411)(집광 광학 소자), λ/2 위상차 판(421)(편광 변환 광학 소자) 및 중첩 렌즈(431)(중첩 광학 소자)에 의해 구성된 집광 렌즈부(401)가 시스템 광축(L)에 대하여 대략 수직인 방향으로 설치되어 있다.

이상과 같이 구성된 편광 조명 장치(1)에 있어서, 제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤한 편광 광이 집광 렌즈부(401)에 유도되거나 제 2 광원부(102)로 유도되는 과정에 대해서 설명한다.

도 3은 도 1의 xy 평면에서의 단면도를 도시한 것이다. 여기서, 도 3에서는 도시되지 않은 제 2 편광 분리막(212)이, xy 평면을 가로지르도록 편광 분리 광학 소자(2O1) 중에 형성되어 있는 것에 주의할 필요가 있다. 또한, 상기 과정의 설명에는 직접 관계가 없기 때문에, 반사 미러(501)는 생략되며, 따라서, 집광 렌즈부(401)로부터 피조명 영역(601)에 도달하는 광로는 직선적으로 표현되어 있다. 또한, 이 점에 대해서는 후술하는 도 9 및 도 10에 있어서도 마찬가지이다.

제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤한 편광 광은 y편광 광과 z편광 광의 혼합 광으로 고려할 수 있다. 제 1 광원부(101)로부터 사출되어, 편광 분리 광학 소자(201)의 제 1 면(221)에 입사한 혼합광은 제 1 편광 분리 막(211)에 의해 y편광 광과 z편광 광의 2종류의 편광 광으로 분리된다. 즉, 랜덤한 편광 광에 포함되는 y편광 광은 제 1 편광 분리막(211)을 그대로 투과하여 제 3 면(231)으로 향하지만, z편광 광은 제 1 편광 분리막(211)으로 반사되어 편광 분리 광학 소자(201)의 제 4 면(233)으로 진행 방향을 바꾼다.

편광 분리 광학 소자(201)에 의해 분리된 2종류의 편광 광은 제 1 및 제 3의 λ/4 위상차 판(351, 353)을 통과하여, 제 1 집광 미러 판(301) 및 반사 미러 소자(309)에 의해 각각 반사된다.

제 1 집광 미러 판(301)은 그의 외관도를 도 4에 도시된 바와 같이, 피조명 영역(601)과 거의 서로 유사한 관계에 있도록 한 모두 직사각형의 외형을 갖는 동일 미소 집광 미러(311)를 매트릭스 형상으로 복수 배열하여, 그의 표면에 알루미늄의 증착막이나 유전체 다층막 등으로 이루어지는 반사면(312)을 형성하여 이루어지는 것이다. 본 실시예에서는 미소 집광 미러(311)의 반사면(312)은 구면 형상으로 형성되어 있다. 단지, 이 반사면(312)의 곡률 형상은 포물면 형상, 타원면 형상, 또는 원환체면(toric surface) 형상도 가능하며, 그들은 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터의 입사광의 특성에 따라 설정할 수 있다. 또한, 후술하는 제 2 집광 미러 판(302)도 동일한 구성이다. 한편, 반사 미러 소자(309)는 평판 형상의 일반적인 반사 미러이고, 그 표면에 알루미늄의 증착막이나 유전체 다층막 등으로 이루어지는 반사면(312)을 형성하여 이루어지는 것이다.

제 1 편광 분리막(211)에 의해 분리된 y편광 광 및 z편광 광은 각각 제 1 및 제 3의 λ/4 위상차 판(351, 353)을 통과하여, 제 1 집광 미러 판(301) 및 반사 미러 소자(309)에 의해 반사되고, 다시 λ/4 위상차 판(351, 353)을 통과하는 동안에, 편광 광의 진행 방향이 대략 180도 반전되는 동시에 편광 방향이 90도 회전한다. 이 편광 광의 변화의 모양을 도 5에 의해 설명한다. 또한, 이 도면에서는 설명의 간략화를 위해, 집광 미러 판(301)을 평면 형상의 미러 판(321)으로서 도시한다. λ/4 위상차 판(351)에 입사한 y편광 광(322)은 λ/4 위상차 판에 의해 오른쪽 방향의 원 편광 광(323)(단지, λ/4 위상차 판의 설치 방법에 따라서는 왼쪽 방향의 원 편광 광이 된다)으로 변환되어 미러 판(321)에 도달한다. 미러 판(321)에 의해 광이 반사되면 동시에 편광 축의 회전 방향도 변화한다. 즉, 오른쪽 방향의 원 편광 광은 왼쪽 방향의 원 편광 광(왼쪽 방향의 원 편광 광은 오른쪽 방향의 원 편광 광)으로 변화한다. 미러 판(321)에 의해 광의 진행 방향이 대략 180도 반전되고, 동시에 왼쪽 방향의 원 편광 광(324)으로 된 편광 광은 다시 λ/4 위상차 판(351, 353)을 통과할 때에 z편광 광(325)으로 변환된다. 또한, 동일한 과정을 거쳐, z편광 광(325)은 y편광 광(322)으로 변환된다.

다시, 도 3을 참조하여 설명한다. 따라서, 제 3 면(231)에 도달한 y편광 광은 제 1의 λ/4 위상차 판(351) 및 제 1 집광 미러 판(301)에 의해 편광 광의 진행 방향을 대략 180도 반전시킴과 동시에 z편광 광으로 변환되고, 제 1 편광 분리막(211)으로 반사되어 진행 방향을 바꾸어, 제 6 면(234)으로 향한다. 이 때, 도시되지 않은 제 2 편광 분리막(212)은 yz 평면에 대하여 대략 수직으로 배치되어 있기 때문에, z편광 광은 제 2 편광 분리막(212)의 영향을 거의 받지 않는다.

제 1 집광 미러 판(301)은 집광 작용을 갖는 미소 집광 미러(311)에 의해 구성되어 있기 때문에, 편광 광의 진행 방향은 대략 반전됨과 동시에, 집광 미러 판(301)을 구성하는 미소 집광 미러(311)와 동일한 수인 복수의 집광 상을 형성한다. 이들의 집광 상은 광원 상이 분명하기 때문에, 이하에서는 2차 광원 상이라 칭한다. 본 실시예에서는 상기 2차 광원 상이 형성되는 위치 부근에, 집광 렌즈부(401)가 배치된다. 즉, 제 6 면으로부터 사출된 z편광 광은 집광 렌즈부(401)의 소정 위치에 복수의 2차 광원 상을 형성하게 된다.

여기서, 제 1 집광 미러 판(301)은 x축에 대하여 집광 미러 판(301)의 대략 중심이 β1 만큼 -y 방향으로 평행 이동한 상태로 배치되어 있다. 따라서, 제 1 집광 미러 판(3O1)의 미소 집광 미러(311)에 의해 반사된 z편광의 광속은 그의 중심축이 시스템 광축(L)에 대하여 상대적으로 -x축 방향으로 이동한 상태로 집광 렌즈부(4O1)의 P 위치에 입사한다(도 1 참조). 즉, 제 1 집광 미러 판(301)에 의해 형성되는 z편광 광에 의한 2차 광원은 집광 렌즈부(401)에 있어서 -x축 방향으로 약간 이동한 위치에 복수 형성된다. 본 실시예의 경우에는 그후 이동량은 β1의 절대치와 같다.

한편, 제 4 면(233)에 도달한 z편광 광은 제 3의 λ/4 위상차 판(353) 및 반사 미러 소자(309)에 의해 편광 광의 진행 방향을 대략 180도 반전됨과 동시에 y편광 광으로 변환되고, 편광 분리 광학 소자(201)로 되돌아간다. 여기서, 도시되지 않은 제 2 편광 분리막(212)이 yz 평면에 대하여 대략 수직으로 배치되어 있기 때문에, 이 y편광 광은 제 2 편광 분리막(212)으로 반사되어 도시되지 않은 제 2 광원부(102)로 향한다. 반사 미러 소자(309)는 y축 상에 그의 대략 중심이 위치하도록 각각 배치되어 있다.

이상, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤한 편광 광 중, y편광 광은 z편광 광으로 변환되어 집광 렌즈부(401)에 입사하며, 한편 z편광 광은 y편광 광으로 변환되어 도시되지 않은 제 2 광원부(1O2)에 입사한다.

다음에, 도 1을 참조하여, 제 2 광원부(102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광이 집광 렌즈(401)에 유도되고, 또는 제 1 광원부(101)로 유도되는 과정에 대해 설명한다. 제 2 광원부(102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광도, 제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤한 편광 광의 경우와 원리적으로는 동일한 과정을 거쳐, x편광 광과 y편광 광으로 분리되고, y편광 광은 x편광 광으로 변환되어 집광 렌즈부(401)에 입사하며, x편광 광은 z편광 광으로 변환되어 제 1 광원부(101)에 입사한다. 즉, 제 2 광원부(102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광 중, y편광 광은 편광 분리 광학 소자(201)의 제 2 편광 분리막(212)을 그대로 투과하여 제 5 면(232)으로 향하고, x편광 광은 제 2 편광 분리막(212)으로 반사되어 제 4 면(233)으로 진행 방향을 바꾼다. 이와 같이 분리된 y편광 광 및 x편광 광은 각각 제 2 및 제 3의 λ/4 위상차 판(352, 353)을 통과하여, 제 2 집광 미러 판(302)및 반사 미러 소자(309)에 의해 반사되고, 다시 λ/4 위상차 판(352, 353)을 통과한다. 따라서, 제 5 면(232)에 도달한 y편광 광은 제 2의 λ/4 위상차 판(352) 및 제 2 집광 미러 판(302)에 의해 편광 광의 진행 방향을 대략 180도 반전되며 동시에 x 편광 광으로 변환되고, 제 2 편광 분리막(212)으로 반사되어 진행 방향을 바꾸어 제 6 면(234)으로 향한다. 이 때, 제 1 편광 분리막(211)은 xy 평면에 대하여 대략 수직으로 배치되어 있기 때문에, x편광 광은 제 1 편광 분리막(211)의 영향을 거의 받지 않는다.

한편, 제 4 면(233)에 도달한 x편광 광은 제 3의 λ/4 위상차 판(353) 및 반사 미러 소자(309)에 의해 편광 광의 진행 방향을 대략 180도 반전됨과 동시에 z편광 광으로 변환되고, 제 1 편광 분리막(211)으로 다시 반사되어 진행 방향을 대략 90도 바꾸어, 제 1 광원부(101)로 향한다.

여기서, 제 2 집광 미러 판(302)도 제 1 집광 미러 판(301)과 마찬가지로, 집광 작용을 갖는 미소 집광 미러(311)에 의해 구성되고, z축에 대하여 집광 미러 판(302)의 대략 중심이 β2 만큼 +x축 방향으로 평행 이동한 상태로 배치되어 있다. 따라서, 제 2 집광 미러 판(302)의 미소 집광 미러(311)에 의해 반사된 x편광의 광속은 그 중심축이 시스템 광축(L)에 대하여 상대적으로 +x축 방향으로 이동한 상태로 집광 렌즈부(401)의 S 위치에 입사한다(도1 참조). 즉, 제 2 집광 미러 판(302)에 의해 형성되는 x편광 광에 의한 2차 광원 상은 집광 렌즈부(401)에서 +x축 방향으로 약간 이동한 위치에 복수 형성된다. 본 실시예의 경우에는 그 이동량은 β2의 절대치와 같다.

집광 렌즈부(401)를 구성하는 집광 렌즈판(411)은 그 외관을 도 6에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 미소 렌즈(412)로 이루어지는 복합 렌즈체이고, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)을 구성하는 미소 집광 미러(311)의 수와 동일한 수, 또는 2배인 수의 미소 렌즈(412)로 구성되어 있다. 단지, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)을 구성하는 미소 집광 미러(311)의 수가 각각 다른 경우에는 가장 많은 미소 집광 미러(311)에 의해 구성되는 집광 미러 판을 기초하여, 미소 집광 미러(311)의 수를 조정하면 된다. 본 실시예에서는 제 1 집광 미러 판(301)을 구성하는 미소 집광 미러(311)의 2배의 수의 미소 렌즈(412)를 사용하여 집광 렌즈판(411)이 구성되어 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터의 편광 광을 공간적으로 다른 위치에 집광시키기 위해, 그들의 편광 광의 집광 위치에 대응하도록 미소 렌즈(412)가 배열되어 있다. 본 실시예에서는 제 1 광원부(101)로부터의 광에 의해 형성되는 2차 광원 상과 제 2 광원부(102)로부터의 광에 의해 형성되는 2차 광원 상을 x축 방향으로 약간 어긋나게 하고, 서로 겹치지 않도록 형성하기 위해, x축 방향으로 병렬 배치되는 미소 렌즈(412)의 수가 제 1 집광 미러 판(301){제 2 집광 미러 판(302)}을 구성하는 미소 집광 미러(311)의 수의 2배가 되도록 설정되어 있다.

여기서, 도 7에 도시된 바와 같이 피조명 영역(601) 측으로부터 집광 렌즈판(411)을 본 경우, z편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C1)(오른쪽 위의 사선이 부가된 원형상)은 z축 방향에는 미소 렌즈(412)에 대응하도록, 한편 x축 방향에는 1개 걸러 미소 렌즈(412)에 대응하도록 형성된다. 또한, 피조명 영역(601) 측으로부터 집광 렌즈판(411)을 본 경우, x편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C2)(왼쪽 위의 사선이 부가된 원형상)은 z축 방향에는 미소 렌즈(412)에 대응하도록, 한편 x축 방향에는 1개 걸러 미소 렌즈(412)에 대응하도록 형성된다. 따라서, 제 1 광원부(101)로부터의 편광 광에 의해 형성되는 2차 광원 상(C1)과, 제 2 광원부(102)로부터의 편광 광에 의해 형성되는 2차 광원 상(C2)이 x축 방향에는 서로 다르게 배열된다. 이러한 배치 관계가 되는 것은 앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 집광 미러 판(301)은 x축에 대하여 집광 미러 판(301)의 대략 중심이 β1 만큼 -y 방향으로 평행 이동한 상태로 배치되어 있고, 제 2 집광 미러 판(302)이 +x축 방향으로 β2 만큼 평행 이동한 상태로 배치되어 있기 때문이다. 한편, 본 실시예에서는 집광 렌즈부(401)를 구성하는 미소 렌즈(412)의 수를 제 1 집광 미러 판(301){및 제 2 집광 미러 판(302)}을 구성하는 미소 집광 미러(311)의 2배로 설정하고 있기 때문에, β1, β2는 미소 렌즈(412)의 x축 방향의 치수의 절반으로 설정되어 있다. 집광 렌즈부(401)의 미소 렌즈(412)의 수를 제 1 집광 미러 판(301){및 제 2 집광 미러 판(302)}의 미소 집광 미러(311)의 수와 동일하게 설정한 경우에는 β1, β2는 미소 렌즈(412)의 x축 방향의 치수의 1/4로 설정되는 것이 적합하다.

따라서, 제 1 광원부(101)로부터 사출되어 제 1 집광 미러 판(301)을 거쳐 1집광 렌즈부(401)에 입사하는 z 편광 광과, 제 2 집광 미러 판(302)을 거쳐 집광 렌즈부(401)에 입사하는 x편광 광은 각각의 주 광선이 서로 대략 평행이며, 또한 겹치지 않은 상태로 집광 렌즈부(401)에 입사하여 공간적으로 각각 다른 위치에 대응하는 2차 광원 상을 형성한다.

집광 렌즈부(401)를 형성하는 집광 렌즈판(411)의 피조사 영역(601) 측면에는 z편광 광에 의한 2차 광원 상(C1)의 형성 위치에 대응하여 위상차 층(422)이 선택적으로 형성된 λ/2 위상차 판(421)이 형성되어 있다. 따라서, z편광 광은 위상차 층(422)을 통과할 시에 편광 축의 회전 작용을 받아 x편광 광으로 변환된다. 한편, x편광 광의 광로 상에는 위상차 층(422)은 형성되어 있지 않으므로, 편광 축의 회전 작용을 받지 않고 x편광 광의 상태로 λ/2 위상차 판(421)을 통과한다. 그러므로, 집광 렌즈부(401)로부터 사출되는 광의 대부분은 x편광 광으로 일치된다.

이렇게 하여 x편광 광에 일치된 광은 λ/2 위상차 판(421)의 피조사 영역(601) 측면에 배치된 중첩 렌즈(431)에 의해, 1개소의 피조명 영역(601)상에서 중첩된다. 이 경우, 도 1에 도시되어 있는(도 3에서는 생략되어 있음) 바와 같이, 중첩 렌즈(431)와 피조명 영역(601) 사이에 배치된 반사 미러(501)에 의해, 조명 광은 그 진행 방향을 대략 90도 굴곡되어 피조명 영역(601)에 도달한다. 즉, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)의 미소 집광 미러(311)에 의해 절취된 복수의 이미지 면은 집광 렌즈판(411)과 중첩 렌즈(431)에 의해 1개소에 중첩되는 동시에, λ/2 위상차 판(421)을 통과할 때에 1종류의 편광 광으로 변환되어 거의 대부분의 광이 피조명 영역(601)으로 도달한다. 피조명 영역(601)은 복수의 2차 광원 상에 의해 조명되기 때문에, 조명 강도의 얼룩이 대단히 적고, 거의 1종류의 편광 광으로 균일하게 조명된다.

그런데, 제 1 광원부(101)로부터 편광 분리 광학 소자(201)를 거쳐 제 2 광원부(102)에 입사하는 x편광 광과, 반대로 제 2 광원부(102)로부터 편광 분리 광학 소자(201)를 거쳐 제 1 광원부(101)에 입사하는 z편광 광은 모두 광원부의 리플렉터(121, 122)로 반사되어 다시 각각의 광원부로부터 사출되지만, 리플렉터로 반사되는 동안에 편광 축의 회전 작용을 받아서, 그의 일부는 제 1 및 제 2 편광 분리막(211, 212)을 투과할 수 있는 편광 광으로 변환되어 제 1 집광 미러 판(301) 또는 제 2 집광 미러 판(302)에 입사한다. 따라서, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)에 입사한 편광 광도 결국은 집광 렌즈부(401)에 입사하는 편광 광이 되어 유효하게 이용된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 편광 조명 장치(1)에 의하면, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광을 편광 분리 광학 소자(201)로 2종류의 편광 광으로 분리한 후, 각각의 편광 광을 λ/2 위상차 판(421)의 소정의 영역으로 유도하여 z편광 광을 x편광 광으로 변환한다. 따라서, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광을 거의 손실하지 않고 거의 1종류의 편광 광으로 변환할 수 있으므로, 피조명 영역(601)을 밝게 조명할 수 있는 효과를 발휘한다. 또한, 2개의 광원부(101, 102)를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명 광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명각)를 크게 하지 않고, 2개의 광원부(101, 102)로부터의 조명 광을 합성할 수 있기 때문에, 조명 광의 단면적은 1개의 광원부를 사용한 경우와 같으며, 따라서, 일정 면적 당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와 비교하여 거의 2배로 할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로 이루어진 2개의 광원부를 형성한다고 해도, 쌍방을 xz 평면 상에 배치할 수 있다. 이 경우, 집광 렌즈부(401)로부터 사출된 조명 광의 진행 방향을 바꾸는 반사 미러(501)가 배치되어 있으므로, 2개의 광원부가 배치되어 있는 xz 평면과 조명 광의 사출 방향을 평행하게 할 수 있다. 그러므로, 조명 장치의 박형화나 낮은 높이화에 적합하다. 즉, 집광 렌즈부(401)의 후단에 배치된 반사 미러(501)에 의해 편광 조명 장치의 소형화를 위한 설계의 자유도는 더욱 향상한다.

더구나, 2종류의 편광 광을 각각 λ/2 위상차 판(421)의 소정의 영역으로 유도하기에는 편광 분리 광학 소자(201)의 편광 분리 성능이 높은 것이 필요하지만, 본 실시예에 있어서는 유리제의 프리즘과, 무기 재료로 이루어진 유전체 다층막을 이용하여 편광 분리 광학 소자(201)를 구성하고 있으므로, 편광 분리 광학 소자(201)의 편광 분리 성능은 열적으로 안정하다. 그러므로, 큰 광 출력이 요구되는 조명 장치에 있어서도 항상 안정한 편광 분리 성능을 발휘할 수 있으므로, 만족스러운 성능을 갖는 편광 조명 장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 가로로 긴 직사각형인 피조명 영역(601)의 형상에 맞추어, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)의 미소 집광 미러(311)를 가로로 긴 직사각형(피조명 영역의 형상과 거의 상이한 형)으로 하며, 동시에 편광 분리 광학 소자(201)로부터 사출된 2종류의 편광 광의 분리의 방향(2종류의 편광 광에 의해 형성되는 2차 광원 상이 나열되는 방향)도 피조명 영역(601)의 형상에 맞추어 가로방향(x 방향)으로 설정되어 있다. 따라서, 가로로 긴 직사각형을 갖는 피조명 영역(601)을 형성하는 경우에도, 광량을 낭비하지 않고 조명 효율을 높일 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)에 의해 집광 렌즈부(401)에 입사하는 편광 광속의 중심 축이 서로 평행하다는 것은 제 1 및 제 2 집광 미러 판(집광 반사 광학 소자)의 미소 집광 미러(미소 집광 반사 소자)에 의해 반사된 광이 거의 같은 각도로 편광 분리 광학 소자(201)에 입사하는 것을 의미한다. 따라서, 편광 분리 광학 소자(201)의 편광 분리 특성이 광의 입사 각도에 의존하기 쉬운 경우에도, 안정한 편광 분리를 행하는 것이 가능하며, 불균일이 적은 조명 광을 얻는 것이 가능해진다.

본 실시예에서 설명한 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)의 x축, z축으로부터의 이동량(β1, β2)과 그들의 이동 방향은 본 실시예에 한정되는 것이 아니다. 즉, 제 1 광원부(101)으로부터의 사출 광에 포함되어 있는 y편광 광에 의한 2차 광원 상과, 제 2 광원부(102)로부터의 사출 광에 포함되어 있는 y편광 광에 의한 2차 광원 상이 각각 공간적으로 분리된 위치에 형성되도록, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)의 이동량(β1,β2)과 그들의 이동 방향을 각각 설정하면 된다. 따라서, 본 실시예와는 반대로, 제 1 집광 미러 판(301)의 이동 방향을 +y축 방향으로, 제 2 집광 미러 판(302)의 이동 방향을 -x축 방향으로 설정하는 것도 가능하다. 단지, 그 경우에는 집광 렌즈부(401)로부터는 z편광 광이 사출된다.

또한, 제 1 광원부(101)로부터의 사출 광에 포함되어 있는 z편광 광이나, 제 2 광원부(102)로부터의 사출 광에 포함되어 있는 x편광 광이, 각각 대응하는 광원부에 효율성 있게 입사하기 위해, 반사 미러 소자(309)는 평판 형상의 반사 미러에 의해 구성되며, 그의 대략 중심이 편광 분리 광학 소자(201)의 대략 중심 축상에 위치하도록 배치되는 것이 적합하다.

본 실시예에서는 λ/2 위상차 판(421)을 집광 렌즈판(411)의 피조명 영역측에 배치하였지만, 2차 광원 상이 형성되는 위치 근방이라면 다른 위치도 가능하며 한정되지 않는다. 예를 들면, λ/2 위상차 판(421)을 집광 렌즈판(411)의 편광 분리 광학 소자측에 배치하여도 된다.

또한, 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈(412)를 편심 렌즈로 하면, 각각의 미소 렌즈(412)를 사출하는 광의 방향을 피조명 영역(601)으로 향하는 것이 가능하기 때문에, 집광 렌즈판(411)에 중첩 렌즈(431)의 기능을 겸비하게 할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)을 구성하는 미소 집광 미러(311)를 편심 미러로 하면, 미소 집광 미러(311)를 사출하는 광의 방향을 피조명 영역(601)으로 향하는 것이 가능하기 때문에, 동일하게 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)에 중첩 렌즈(431)의 기능을 겸비하게 하는 것도 가능하다. 그들의 경우에는 중첩 렌즈(431)를 생략할 수 있기 때문에 편광 조명 장치의 저비용화가 가능하게 된다. 단 후자의 경우에는 도 7에 도시한 z편광 광에 의해 형성되는 2차 광원 상과 x편광 광에 의해 형성되는 2차 광원 상의 간극은 β1+β2보다도 좁게 된다.

또한, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출되는 광의 평행성이 높은 경우에는 집광 렌즈판(411)을 생략하는 것도 가능하다.

또한, 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈(412)는 가로로 긴 직사각형 렌즈로 하였지만, 그 형상에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 단지, 도 7에 도시된 바와 같이, z편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C1)과 x편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C2)은 가로방향으로 병행하는 상태로 형성되므로, 각각의 2차 광원 상의 형성 위치에 대응시켜 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈(412)의 형상이 결정되는 것이 적합하다.

또한, 특성이 다른 2종류의 위상차 층을 z편광 광에 의한 2차 광원 상의 형성 위치와 x편광 광에 의한 2차 광원 상의 형성 위치의 각각에 배치하여, 어떤 특정한 편광 방향을 갖는 1종류의 편광 광으로 일치시켜도 되고, 위상차 층(422)을 x편광 광에 의한 2차 광원 상(C2)이 형성되는 위치에 배치하여 조명 광을 z편광 광으로 하는 구성으로 하여도 된다.

[제 2 실시예]

도 1에 도시한 편광 조명 장치(1)에서는 z편광 광이 형성하는 2차 광원 상과 x편광 광이 형성하는 2차 광원 상이 x축에 거의 평행으로 병행하는 것과 같이, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)을 배치하였지만, 도 8에 도시한 편광 조명 장치(2)와 같이, z편광 광이 형성하는 2차 광원 상과 x편광 광이 형성하는 2차 광원 상이 z축에 평행하게 병행하도록 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)을 배치하여도 된다. 이 경우에는 예를 들면, 제 1 집광 미러 판(301)을 그의 대략 중심이 x축에 대하여 γ1 만큼 -z방향으로, 제 2 집광 미러 판(302)을 그의 대략 중심이 z축에 대하여 γ2 만큼 -y방향으로, 각각 평행 이동한 상태로 설정하면 된다(도 8은 이 상태를 도시하고 있다). 또한, 제 1 집광 미러 판(301)을 그의 대략 중심이 x축에 대하여 γ1 만큼 +z방향으로, 제 2 집광 미러 판(302)을 그의 대략 중심이 z축에 대하여 γ2 만큼 +y방향으로, 각각 평행 이동한 상태로 설정하여도 된다. 본 실시예의 경우에는 앞의 제 1 실시예의 경우와 비교하여, 2차 광원 상의 배열의 방법이 변하기 때문에, 그의 배열 방법에 대응하도록 집광 렌즈부(401)에서의 집광 렌즈판(411)이나 λ/2 위상차판(421)의 배열의 방법을 적절히 변경할 필요가 있다. 구체적으로는 위상차 층(422)을 z축 방향으로 배열할 필요가 있다. 또, 이 경우에 있어서도, 편광 조명 장치로서의 기본적인 원리에 대해서는 편광 조명 장치(1)와 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

〔제 3 실시예〕

도 9(xy 평면에서의 단면도를 도시하고 있다)에 도시한 편광 조명 장치(3)에서는 각각의 광학계의 배치는 제 1 실시예과 거의 동일하지만, 벽면을 구성하는 6장의 투명판(252)으로 프리즘 구조체(251)를 구성하고, 그 내부에 제 1 편광 분리막(211)이 형성되어 있는 평판 형상의 제 1 편광 분리판(253)과 제 2 편광 분리막(도시하지 않음)이 형성되어 있는 평판 형상의 제 2 편광 분리판{도시하지 않음. 또한, 제 2 편광 분리판은 제 1 편광 분리판(253)에 의해 분리되기 때문에, 정확하게는 2장 필요}을 배치하고, 또한 액체(254)를 충전하여 이루어지는 구조체를 편광 분리 광학 소자(201)로서 사용하고 있는 점에 특징이 있다. 여기서, 투명판, 제 1 및 제 2 편광 분리판 및 액체의 각각의 굴절율을 거의 일치시켜 두는 것이 필요하다. 이로써, 편광 분리 광학 소자(201)의 저비용화 및 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 편광 조명 장치(3)에서는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 집광 렌즈부(401)의 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈를 편심계의 렌즈로 함으로써, 집광 렌즈판(411)에 중첩 렌즈의 기능을 겸비하게 하여, 중첩 렌즈를 생략한 구성으로 하고 있다. 이로 인해, 편광 조명 장치의 저비용화 및 경량화를 도모할 수 있다.

[제 4 실시예]

도 10에 도시한 편광 조명 장치(4)에서는 각각의 광학계의 배치는 제 1 실시예과 동일하지만, 편광 분리 광학 소자(201)를 평판 형상의 구조체로 하고 있는 점에 특징이 있다. 즉, 편광 분리막(262)을 2장의 유리 기판(263)으로 지지한 구조의 2장(한쪽의 편광 분리판은 다른쪽 편광 분리판에 의해 분리되기 때문에, 정확하게는 3장)의 편광 분리판(261)을 시스템 광축(L)(L1, L2)에 대하여 α= 45도의 각도를 이루도록 배치함으로써, 6면체 형상의 프리즘을 사용한 편광 분리 광학 소자(201)(도 1 참조)와 거의 동일한 기능을 발휘시키고 있다. 이로써, 편광 분리 광학 소자(201)의 저비용화 및 경량화를 도모하는 것이 가능하다. 또, 본 실시예의 편광 분리 광학 소자(201)에서는 제 1 내지 제 3 실시예에서의 편광 분리 광학 소자(201)와 같이, 제 1 내지 제 6 면은 실재하지 않는다. 그렇지만, 도면 중 점선으로 도시된 바와 같이 가상적으로 제 1 내지 제 6 면을 갖는다고 생각할 수 있다. 따라서, 이 가상적인 제 1 내지 제 6 면에 대하여, 상술한 제 1 내지 제 3 실시예와 같이, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102), 제 1 내지 제 3의 λ/4 위상차 판(351, 352, 353), 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302), 반사 미러 소자(309), 집광 렌즈부(401) 등을 배치하면 된다.

[제 5 실시예]

이상 설명한 편광 조명 장치(1 내지 4)에 있어서, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)의 일부 또는 전부를 도 11에 도시한 바와 같은 집광 미러 판(304)으로 하여도 된다. 집광 미러 판(304)은 복수의 미소 렌즈(305)와 반사 미러 판(306)으로 구성된 것이다.

또한, 이 구성에 있어서, 복수의 미소 렌즈(305)의 각각을 편심 렌즈로 하면, 미소 렌즈(305)를 사출하는 광의 방향을 피조명 영역(601)을 향하는 것이 가능하기 때문에, 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302)에 중첩 렌즈(431)의 기능을 겸비하는 것이 가능하다. 그 경우에는 중첩 렌즈(431)를 생략할 수 있기 때문에, 편광 조명 장치의 저비용화가 가능해진다.

[제 6 실시예]

도 12, 도 13에는 제 1 실시예 내지 제 5 실시예에 따른 편광 조명 장치 중, 제 1 실시예에 따른 편광 조명 장치(1)를 사용하여, 그 투사 화상의 밝기를 향상시킨 투사형 표시 장치의 일례가 도시되어 있다. 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 있어서는 광 변조 소자로서 투과형 액정 라이트 밸브를 사용함과 동시에, 편광 조명 장치(1)의 2개의 광원부에 발광 스펙트럼이 다른 2종류의 광원 램프를 사용하여, 그들의 광원 램프를 선택적으로 점등이 가능한 구성으로 하고 있다. 한편, 도 12는 투사형 표시 장치(5)의 xz 평면에서의 단면도이고, 도 13은 투사형 표시 장치(5)의 yz 평면에서의 단면도이다. 또한, 도 12에 있어서는 집광 렌즈부(401)나 광로 변경 광학 소자인 반사 미러(501) 등은 생략되어 있다.

도 12, 도 13에 있어서, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 내장된 편광 조명 장치(1)는 랜덤한 편광 광을 한방향으로 사출하는 제 1 광원부(101) 및 제 2 광원부(102)를 구비하며, 이들의 광원부로부터 사출된 랜덤한 편광 광은 편광 분리 광학 소자(201)에서 2종류의 편광 광으로 분리되는 동시에, 분리된 각각의 편광 광 중, z편광 광에 대해서는 집광 렌즈부(401)의 λ/2 위상차 판(421)에 의해 x편광 광으로 변환되어, 거의 1종류의 편광 상태(x편광 상태)가 되어 집광 렌즈부로부터 사출된다. 집광 렌즈부로부터 사출된 편광 광은 반사 미러(501)에 의해 사출 방향을 -z방향으로 변환시켜 청색 녹색 반사 다이크로익(dichroic) 미러(701)에 입사하게 되어 있다.

이 편광 조명 장치(1)로부터 사출된 조명 광은 우선, 청색 광 녹색 광 반사 다이크로익 미러(701)(색광 분리 광학 소자)에 있어서 적색 광이 투과하고, 청색 광 및 녹색 광이 반사된다. 적색 광은 반사 미러(702)로 반사되어, 평행화 렌즈(716)를 거쳐, 제 1 액정 라이트 밸브(703)에 도달한다. 한편, 액정 라이트 밸브의 입사측 및 사출측에는 편광 판이 배치되어 있지만, 도 12에는 도시되어 있지 않다. 한편, 청색 광 및 녹색 광 중의 녹색 광은 녹색 광 반사 다이크로익 미러(704)(색광 분리 광학 소자)에 의해 반사되어, 평행화 렌즈(716)를 거쳐, 제 2 액정 라이트 밸브(705)에 도달한다. 제 1 및 제 2 액정 라이트 밸브(703, 705)의 입사측에 배치된 평행화 렌즈(716)는 액정 라이트 밸브를 조명하는 광의 확대를 억제하여 조명 효율의 향상을 도모함과 동시에, 액정 라이트 밸브로부터 사출된 광을 후술하는 투사 렌즈에 효과적으로 유도하는 기능을 갖는다. 또한, 제 3 액정 라이트 밸브(711)의 입사측에는 후술하는 바와 같이 광 유도 수단(750)을 구성하는 사출측 렌즈(710)가 배치되어 있고, 그곳에서는 사출측 렌즈(710)가 평행화 렌즈(716)의 기능도 담당하고 있다. 단지, 이들의 평행화 렌즈는 생략하는 것도 가능하다.

여기서, 청색 광은 다른 2색 광에 비해 광로의 길이가 길기 때문에, 청색 광에 대해서는 입사측 렌즈(706), 릴레이 렌즈(708) 및 사출측 렌즈(710)로 이루어지는 릴레이 렌즈계로 구성한 광 유도 수단(750)을 형성하고 있다. 즉, 청색 광은 녹색 광 반사 다이크로익 미러(704)를 투과한 후에, 우선, 입사측 렌즈(706) 및 반사 미러(707)를 거쳐 릴레이 렌즈(708)에 유도되고, 이 릴레이 렌즈(708)로 집속된 후에, 반사 미러(709)에 의해 사출측 렌즈(710)에 유도된다. 그런 후에, 제 3 액정 라이트 밸브(711)에 도달한다.

제 1 내지 제 3 액정 라이트 밸브(703, 705, 711)는 각각의 색광을 변조하여, 각각의 색에 대응한 화상 정보를 포함시킨 후에, 변조한 색광을 크로스 다이크로익 프리즘(713)(색광 합성 광학 소자)에 입사한다. 크로스 다이크로익 프리즘(713)은 그 내부에 적색 광 반사의 유전체 다층막과, 청색 광 반사의 유전체 다층막이 십자 형상으로 형성된 구성을 갖고 있고, 각각의 변조된 색광을 합성한다. 합성된 광은 투사 렌즈(714)(투사 광학계)를 통과하여 스크린(715) 상에 화상을 형성한다.

이와 같이 구성된 투사형 표시 장치(5)에서는 1종류의 편광 광을 변조하는 형태의 액정 라이트 밸브가 사용되고 있다. 따라서, 종래의 조명 장치를 사용하여 랜덤한 편광 광을 액정 라이트 밸브에 유도하면, 랜덤한 편광 광 중의 절반 이상(약 60%)의 광은 편광 판으로 흡수되어 열로 변해 버리기 때문에, 광의 이용 효율이 낮음과 동시에, 편광 판의 발열을 억제하는 대형이며 소음이 큰 냉각 장치가 필요하다는 문제점이 있었지만, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에서는 이러한 문제점이 대폭 해소되어 있다.

즉, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에서는 편광 조명 장치(1)에 있어서, 한쪽의 편광 광(예를 들면, z편광 광)에 대해서만, λ/2 위상차 판(421)에 의해 편광 축의 회전 작용을 부여하며, 다른쪽의 편광 광(예를 들면, x편광 광)과 편광 축이 일치된 상태로 한다. 그러므로, 편광 방향이 일치된 편광 광이 제 1 내지 제 3 액정 라이트 밸브(703, 705, 711)로 유도되므로, 광의 이용 효율이 향상하여, 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 또한, 편광 판에서의 광 흡수량이 저감되므로, 편광 판에서의 온도 상승이 억제된다. 따라서, 냉각 장치의 소형화나 저소음화를 실현할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로 이루어지는 2개의 광원부를 구비하며, 어느 하나의 광원부로부터의 사출 광에 대해서도 손실없이 편광 방향을 일치시키게 되므로, 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 더구나, 편광 조명 장치(1)에서는 편광 분리막으로서 열적으로 안정한 유전체 다층막을 사용하고 있기 때문에, 편광 분리 광학 소자(201)의 편광 분리 성능은 열적으로 안정하다. 따라서, 큰 광 출력이 요구되는 투사형 표시 장치(5)에 있어서도 항상 안정한 편광 분리 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 2개의 광원부(101, 102)를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명 광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명 색)를 크게하지 않고, 2개의 광원부(101, 102)로부터의 조명 광을 합성할 수 있기 때문에, 조명 광의 단면적은 1개의 광원부를 사용한 경우와 같으며, 따라서, 일정 면적 당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와 비교하여 2배로 할 수 있다. 따라서, 보다 밝은 투사 화상을 실현할 수 있다.

또한, 편광 조명 장치(1)에서는 피조명 영역인 액정 라이트 밸브의 가로로 긴 표시 영역에 대응시켜, 편광 분리 광학 소자(201)로부터 사출된 2종류의 편광 광은 가로 방향으로 분리되어 있기 때문에, 광량을 허비하지 않고 가로로 긴 직사각형을 갖는 피조명 영역을 효율적으로 조명할 수 있다. 그러므로, 편광 조명 장치(1)는 보기쉽고, 또한, 박력이 있는 화상을 투사할 수 있는 가로로 긴 액정 라이트 밸브용으로 적합하다.

이것에 부가하여, 본 실시예에서는 색광 합성 광학 소자로서 크로스 다이크로익 프리즘(713)을 사용하고 있으므로, 소형화가 가능함과 동시에, 액정 라이트 밸브(703, 705, 711)와 투사 렌즈(714) 사이의 광로의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 비교적 소구경의 투사 렌즈를 사용하여도, 밝은 투사 화상을 실현할 수 있는 특징이 있다. 또한, 각각의 색광은 3광로 중의 1광로만 그 광로의 길이가 다르지만, 본 실시예에 있어서는 광로의 길이가 가장 긴 청색 광에 대하여는 입사측 렌즈(706), 릴레이 렌즈(708) 및 사출측 렌즈(710) 등으로 이루어지는 릴레이 렌즈계로 구성한 광 유도 수단(750)을 형성하고 있기 때문에, 색 얼룩 등이 생기지 않는다.

또한, 본 실시예에서는 편광 변환 광학 소자인 집광 렌즈부(401)와 청색 광 녹색 광 반사 다이크로익 미러(701) 사이에, 광로 변경 광학 소자인 반사 미러(501)를 배치하고 있으므로, 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 편광 광의 진행 방향을 바꿀 수 있다. 이로 인해, 색광 분리 광학 소자, 색광 합성 광학 소자, 광 변조 소자 및 투사 광학계 등이 배치되는 평면과, 치수가 비교적 큰 2개의 광원부를 갖는 편광 조명 장치(1)를 포함하는 평면을 평행한 상태로 배치할 수 있어, 1 방향의 두께를 얇게 한 박형의 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 내장된 편광 조명 장치(1)에 있어서, 제 1, 제 2 광원부(101, 102) 중 어느 한쪽을 착탈 가능하게 하여도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 예를 들면 투사형 표시 장치(5)를 운반 시에, 어느 한쪽의 광원부를 떼어내는 것이 가능하게 되어 가반성이 향상한다.

본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 내장된 편광 조명 장치(1)의 2개의 광원부(101, 102)에는 발광 스펙트럼이나 휘도 특성이 상이한 2종류의 광원 램프를 사용할 수 있으며, 또한, 그들의 광원 램프는 선택적으로 점등할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 이하와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

1) 발광 스펙트럼이 상이한 2종류의 광원 램프를 조합하여 사용함으로써, 이상적인 조명 장치, 또는 투사형 표시 장치에 이상적인 조명 장치를 실현할 수 있다. 이 점에 대해서 일례를 들어 설명한다. 예를 들면, 투사형 표시 장치에 사용되는 광원 램프에 대하여는 청색 광, 녹색 광, 적색 광의 모든 파장역에 있어서 광 출력이 크며, 또한, 그들의 비율이 균형 잡힌 것이 이상적이지만, 현상태에서는 그와 같은 이상적인 광원 램프는 거의 없다. 도 14a 내지 도 14c는 광원 램프와 편광 조명 장치로부터 사출되는 광의 스펙트럼에 대해 도시한 설명도이다. 예를 들면, 광원 램프로서는 도 14a에 도시된 바와 같이, 발광 효율은 비교적 높지만 적색 광의 강도가 상대적으로 낮은 램프(일반적인 고압 수은 램프가 이 경우에 상당한다)이거나, 도 14b에 도시된 바와 같이, 적색 광의 발광 강도는 비교적 크지만 전체의 발광 효율이 상대적으로 낮은 램프(어느 종류의 할로겐화 금속 램프가 이 경우에 상당한다) 등이 일반적으로 많이 존재한다. 이러한 광원 램프의 현상태에 있어서, 도 14a와 도 14b에 나타낸 발광 스펙트럼을 갖는 2종류의 광원 램프를 본 예의 투사형 표시 장치(5)의 편광 조명 장치(1)에 사용하여 동시 점등한 상태로 사용하면, 편광 조명 장치(1)로부터 사출되는 광의 스펙트럼은 도 14c에 도시한 바와 같은 이상적인 것으로 할 수 있으며, 밝게 고품질의 투사 화상을 얻을 수 있는 투사형 표시 장치를 용이하게 실현하는 것이 가능해진다.

2) 발광 스펙트럼이 다른 2종류의 광원 램프를 선택적으로 점등 가능하게 함으로써, 투사 화상의 색조를 관찰자의 기호에 따라 적절히 변화시키는 것이 가능해진다.

3) 2개의 광원 램프를 선택적으로 점등 가능하게 함으로써, 투사형 표시 장치를 사용하는 주변 환경에 따라서, 또는 관찰자의 기호에 따라 투사 화상의 밝기를 적절히 변화시키는 것이 가능해진다. 예를 들면, 주위가 밝은 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는 2개의 광원부를 점등시키고, 주위가 어두운 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는 한쪽만을 선택 점등시키는 상태이다.

4) 2개의 광원 램프를 선택적으로 전환하여 사용하는 형태로 하면, 광원 램프 자체의 수명을 연장시킬 수 있는 동시에, 예를 들면, 한쪽의 광원 램프가 수명이나 고장 등으로 점등할 수 없게 된 경우에도, 다른쪽의 광원 램프를 사용함으로써, 투사 화상을 계속해서 표시하는 것이 가능해지는 등, 사용의 편리함이 향상한다. 더우기, 예를 들면 투사형 표시 장치(5)를 배터리 구동 시에, 한쪽의 광원 램프만을 선택 점등함으로써 배터리의 수명 시간을 길게 유지시킬 수 있다.

또한, 편광 조명 장치(1) 대신에, 앞에서 기술한 편광 조명 장치(2 내지 4)를 사용 가능함은 물론이다.

[제 7 실시예]

본 발명의 편광 조명 장치는 광 변조 소자로서 반사형 액정 라이트 밸브를 사용하는 투사형 표시 장치에 대하여도 적용하는 것이 가능하다.

즉, 도 15(투사형 표시 장치의 xz 평면에서의 단면도)에 도시한 투사형 표시 장치(6)에서는 제 1 실시예에 예시된 편광 조명 장치(1)의 변형예(편광 조명 장치(1')가 사용되고 있다. 구체적으로는 제 1 실시예에 예시된 편광 조명 장치(1)에서는 λ/2 위상차 판(421)에서의 위상차 층(422)은 2차 광원 상(C1)에 대응하는 측에 배치되며(도 7 참조), 또한 반사 미러(501)를 구비하고 있었지만, 본 실시예의 편광 조명 장치(1)에서는 위상차 층(422)은 2차 광원 상(C2)에 대응하는 측에 배치됨과 동시에(도 7 참조), 반사 미러(501)를 구비하고 있지 않은 점이 다르게 되어 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤한 편광 광은 편광 분리 광학 소자(201)에 있어서, 2종류의 편광 광으로 분리되는 동시에, 분리된 각각의 편광 광 중의 x편광 광에 대해서는 집광 렌즈부(도시하지 않음)의 λ/2 위상차 판(도시하지 않음)에 의해 z편광 광으로 변환되어, 3개소의 반사형 액정 라이트 밸브(801, 802, 803)를 조명하는 구성으로 되어 있다.

이러한 편광 조명 장치(1)로부터 사출된 광은 우선, 청색 광 녹색 광 반사의 유전체 다층막과 적색 광 반사의 유전체 다층막이 십자형으로 형성되어 이루어지는 색광 분리용 크로스 다이크로익 프리즘(804)(색광 분리 광학 소자)에 있어서, 적색 광과, 청색 광 및 녹색 광으로 분리된다. 적색 광은 반사 미러(805)와 평행화 렌즈(716)를 거쳐 제 1 편광 빔 스플리터(808)에 입사한다. 한편, 청색 광 및 녹색 광은 반사 미러(806)로 반사된 후에, 녹색 광 반사 다이크로익 미러(807)(색광 분리 광학 소자)에 의해 녹색 광(반사광)과 청색 광(투과광)으로 분리되고, 각각의 색광은 평행화 렌즈(716)를 거쳐 대응하는 제 2 및 제 3 편광 빔 스플리터(809, 810)에 입사한다. 3개소의 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)(편광 분리 광학 소자)는 그 내부에 편광 분리면(811)을 구비하며, 입사하는 광 중의 P 편광 광을 투과시켜, S 편광 광을 반사시킴으로써, P 편광 광과 S 편광 광을 분리하는 편광 분리 기능을 갖고 있는 광학 소자이다. 도 15에 있어서는 편광 조명 장치(1)로부터 사출된 광은 그의 대부분이 y축 방향에 편광 축을 갖는 편광 광으로 되어 있고, 상술의 S 편광 광에 대응하고 있다. 한편, P 편광 광은 x축 또는 z축 방향에 편광 축을 갖는 편광 광이다.

편광 조명 장치(1)로부터 사출된 광은 그 대부분이 S 편광 광이기 때문에, 제 1 내지 제 3 편광 빔 스플리터(808, 809, 81O)에 입사한 각각의 색광의 대부분은 편광 분리면(811)으로 반사되어 진행 방향을 대략 90도 전환하여, 인접하는 제 1 내지 제 3 반사형 액정 라이트 밸브(801, 802, 803)에 입사한다. 단지, 제 1 내지 제 3 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)에 입사한 각각의 색광 중에는 S 편광 광과 편광 방향이 상이한 편광 광(예를 들면, P 편광 광)이 조금이지만 혼입되어 있는 경우가 있다. 그와 같은 편광 방향이 상이한 편광 광은 편광 분리면(811)을 그대로 통과하여, 편광 빔 스플리터의 내부에서 진행 방향을 바꾸지 않고 사출되기 때문에, 반사형 액정 라이트 밸브를 조명하는 광으로는 되지 않는다. 또, 편광 빔 스플리터의 입사측에 배치되어 있는 평행화 렌즈(716)의 기능은 제 6 실시예에서 설명한 투사형 표시 장치(5)에 사용되어 있는 평행화 렌즈(716)와 동일하다. 따라서, 본 실시예를 대신하여, 편광 빔 스플리터와 반사형 액정 라이트 밸브 사이에 평행화 렌즈를 배치하여도 된다. 또한, 이들의 평행화 렌즈를 생략하는 것도 가능하다.

반사형 액정 라이트 밸브에 입사한 광(S 편광 광)은 각각의 액정 라이트 밸브에 있어서 외부로부터의 화상 정보에 따른 광 변조를 받아서, 구체적으로는 각각의 반사형 액정 라이트 밸브로부터 사출되는 광의 편광 방향을 표시 정보에 대응시켜 변화시키며, 또한, 광의 진행 방향이 대략 반전되어, 반사형 액정 라이트 밸브로부터 사출된다. 반사형 액정 라이트 밸브로부터 사출된 광은 다시 편광 빔 스플리터에 입사하지만, 이 때, 각각의 반사형 액정 라이트 밸브로부터의 사출광은 표시 정보에 따라 부분적으로 P 편광 광으로 되어 있기 때문에, 편광 빔 스플리터의 편광 선택 기능에 의해, P 편광 광만이 편광 빔 스플리터를 통과하여(이 단계에서 표시 화상이 형성된다) 색광 합성용 크로스 다이크로익 프리즘(812)에 도달한다. 색광 합성용 크로스 다이크로익 프리즘(812)(색광 합성 광학 소자)에 입사한 각각의 색광은 하나의 광학 상으로 합성되어, 투사 렌즈(714)(투사 광학계)에 의해 컬러 화상으로서 스크린(715) 상에 투사된다.

이와 같이, 반사형 액정 라이트 밸브를 사용하여 구성한 투사형 표시 장치(6)에 있어서도, 1종류의 편광 광을 변조하는 형태의 반사형 액정 라이트 밸브가 사용되고 있기 때문에, 종래의 조명 장치를 사용하여 랜덤한 편광 광을 반사형 액정 라이트 밸브에 유도하면, 랜덤한 편광 광 중의 절반 이상(약 60%)은 편광 판으로 흡수되어 열로 변하게 된다. 따라서, 종래의 조명 장치에서는 광의 이용 효율이 낮음과 동시에, 편광 판의 발열을 억제하는 대형이며 소음이 큰 냉각 장치가 필요한 문제점이 있었지만, 본 실시예의 투사형 표시 장치(6)에서는 이러한 문제점이 대폭 해소되어 있다.

즉, 본 실시예의 투사형 표시 장치(6)에서는 편광 조명 장치(1)에 있어서, 한쪽의 편광 광(예를 들면, x편광 광)에 대해서만, λ/2 위상차 판에 의해 편광 축의 회전 작용을 부여하고, 다른쪽의 편광 광(예를 들면, z편광 광)과 편광 축이 일치된 상태로 한다. 그러므로, 편광 방향이 일치된 편광 광이 제 1 내지 제 3 반사형 액정 라이트 밸브(801, 802, 803)로 유도되므로, 광의 이용 효율이 향상하여 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 또한, 편광 판에 의한 광 흡수량이 저감하므로, 편광 판에서의 온도 상승이 억제된다. 그러므로, 냉각 장치의 소형화나 저소음화를 실현할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로 이루어지는 2개의 광원부를 구비하며, 또한, 어느 하나의 광원부로부터의 사출 광에 대해서도 손실없이 편광 방향을 일치시키고 있으므로, 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 더구나, 편광 조명 장치(1)에서는 편광 분리막으로서 열적으로 안정한 유전체 다층막을 사용하고 있기 때문에, 편광 분리 광학 소자(201)의 편광 분리 성능은 열적으로 안정하다. 그러므로, 큰 광 출력이 요구되는 투사형 표시 장치(6)에 있어서도 항상 안정한 편광 분리 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 2개의 광원부(101, 102)를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명 광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명각)를 크게하지 않고, 2개의 광원부(101, 102)로부터의 조명 광을 합성할 수 있기 때문에, 조명 광의 단면적은 1개의 광원부를 사용한 경우와 같으며, 따라서 일정 면적 당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와 비교하여 2배로 할 수 있다. 따라서, 보다 밝은 투사 화상을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예의 투사형 표시 장치(6)에 있어서도, 상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102) 중 어느 한쪽을 착탈 가능하게 하거나, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)에 발광 스펙트럼이나 휘도 특성이 서로 다른 2종류의 광원 램프를 사용하기도 하며, 2개의 광원 램프를 선택적으로 점등 가능하게 하는 구성으로 하는 것이 가능하고, 상술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또, 각각의 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)의 입사측과, 각각의 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)의 사출측 또는 색광 합성용 크로스 다이크로익 프리즘의 사출측의 어느 하나에 편광 판을 배치하여도 되며, 그러한 경우에는 표시 화상의 콘트라스트비를 향상할 수 있는 가능성이 있다.

본 실시예와 같이 반사형 라이트 밸브를 사용한 투사형 표시 장치에서는 색 분리 및 색 합성의 광학계를 1개의 편광 빔 스플리터와, 1개의 색 분리·합성 프리즘의 조합으로 구성하는 것이 알려져 있다. 이 경우는 편광 조명 장치로부터 사출된 편광 광을 편광 빔 스플리터에 의해 색 분리·합성 프리즘으로 유도하여, 이 색 분리·합성 프리즘에 의해 색 분리된 광을 반사형 라이트 밸브로 사출한다. 그리고, 반사형 라이트 밸브에 의해 변조된 광을 다시 색 분리·합성 프리즘으로 입사시켜 합성하고, 편광 빔 스플리터를 통해 투사하게 된다.

또, 편광 조명 장치(1) 대신에, 상술한 편광 조명 장치(2 내지 4)를 사용하여도 가능함은 물론이다.

[기타 실시예]

투과형 액정 라이트 밸브를 사용한 투사형 표시 장치에 있어서는 제 6 실시예의 투사형 표시 장치(5)에서 사용한 크로스 다이크로익 프리즘(713)을 대신하여, 2장의 다이크로익 미러에 의해 색광 합성 광학 소자를 구성한 소위 미러 광학계에 대하여도, 본 발명의 편광 조명 장치를 적용할 수 있다. 미러 광학계의 경우에는 3개소의 액정 라이트 밸브와 편광 조명 장치 사이의 광로의 길이를 같게 할 수 있기 때문에, 제 1 실시예에 예시된 바와 같은 광 유도 수단(750)을 사용하지 않아도, 밝기 불균일이나 색 불균일이 적은 효과적인 조명을 행할 수 있는 특징이 있다.

상기의 제 1 실시예 내지 제 6 실시예에 있어서는 집광 렌즈부(401)로부터 z편광 광을 x편광 광으로 변환하고, x편광 광을 조명 광으로서 사용하고 있지만, 제 7 실시예에서 설명한 바와 같이, 반대로 x편광 광을 z편광 광으로 변환하고, z편광 광을 조명 광으로 하여 사용하여도 된다. 이 경우에는 λ/2 위상차 판(421)의 위상차 판(422)을 x편광 광에 의한 2차 광원 상이 형성되는 위치에 배치하면 된다. 또한, z편광 광 및 x편광 광의 쌍방에 대하여 편광 축의 회전 작용을 부여함으로써, 편광 축을 일치시켜도 된다. 이 경우에는 쌍방의 편광 광에 의한 2차 광원 상이 형성되는 위치에 위상차 층을 배치하면 된다.

또한, 상기의 예에서는 λ/2 위상차 판, λ/4 위상차 판으로서 일반적인 고분자 필름으로 이루어지는 것을 예시하고 있다. 그러나, 이들의 위상차 판을 트위스트·네마틱 액정(TN 액정)을 사용하여 구성하여도 된다. TN 액정을 사용한 경우에는 위상차 판의 파장 의존성을 작게 할 수 있으므로, 일반적인 고분자 필름을 사용한 경우와 비교하여, λ/2 위상차 판 및 λ/4 위상차 판의 편광 변환 성능을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 실시예에 따른 편광 조명 장치는 액정 라이트 밸브와 같은 특정 편광 광을 이용하는 라이트 밸브를 구비한 투사형 표시 장치에 특히 유효하다.

그러나, DMD(미국 텍사스 인스트루먼트 사의 등록 상표) 등, 특정 편광 광을 이용하지 않도록 한 라이트 밸브를 구비한 투사형 표시 장치에 본원 발명을 적용하는 경우에도, 상기 실시예에 따른 투사형 표시 장치와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

Claims (15)

1. 제 1 방향으로부터 입사한 광을 2종류의 편광 광으로 분리하여, 투과 광을 제 3 방향으로 사출하며, 반사광을 제 4 방향으로 사출하는 제 1 편광 분리막과, 제 2 방향으로부터 입사한 광을 2종류의 편광 광으로 분리하여, 반사광을 상기 제 4 방향으로 사출하며, 투과 광을 제 5 방향으로 사출하는 제 2 편광 분리막을 갖는 편광 분리 광학 소자와,

   상기 제 1 방향으로부터 상기 편광 분리 광학 소자에 광을 입사시키는 제 1 광원부와,

   상기 제 2 방향으로부터 상기 편광 분리 광학 소자에 광을 입사시키는 제 2 광원부와,

   상기 편광 분리 광학 소자에 의해 상기 제 3 방향으로 사출된 광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 복수의 집광 상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 1 집광 반사 광학 소자와,

   상기 편광 분리 광학 소자에 의해 상기 제 5 방향으로 사출된 광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 복수의 집광 상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 2 집광 반사 광학 소자와,

   상기 편광 분리 광학 소자에 의해 상기 제 4 방향으로 사출된 광의 진행 방향을 반전시키는 반사 광학 소자와,

   상기 편광 분리 광학 소자와 상기 제 1 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 1 편광 상태 변환 광학 소자와,

   상기 편광 분리 광학 소자와 상기 제 2 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 2 편광 상태 변환 광학 소자와,

   상기 편광 분리 광학 소자와 상기 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 3 편광 상태 변환 광학 소자와,

   상기 편광 분리 광학 소자로부터 제 6 방향으로 사출된 광의 편광 방향을 일치시키는 편광 변환 광학 소자를 구비한 편광 조명 장치에 있어서,

   상기 제 1 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축과, 상기 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축은 서로 평행하며, 또한 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 광원부로부터 사출하여 상기 제 1 편광 분리막으로 반사된 편광 광 및 상기 제 2 광원부로부터 사출하여 상기 제 2 편광 분리막으로 반사된 편광 광이 사출시와는 다른 상기 제 2 및 상기 제 1 광원부에 입사하도록, 상기 반사 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 미소 집광 반사 소자의 개구 형상은 피조명 영역의 형상과 서로 유사한형상인 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 편광 변환 광학 소자의 입사면측 또는 사출면측에는 상기 편광 분리 광학 소자로부터 사출된 광을 집광하기 위해, 복수의 집광 소자를 구비한 집광 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광을 피조명 영역상에 중첩하는 중첩 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광의 광로를 변경하는 광로 변경 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 곡면 반사 미러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 렌즈와, 상기 렌즈의 상기 편광 분리 광학 소자와는 반대측의 면에 설치된 반사면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 조명 장치와,

   상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 광 변조 소자와,

   상기 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것

   을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
10. 제 1 항에 기재된 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와,

    상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 광

    변조 소자와,

    상기 복수의 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와,

    상기 색광 합성 광학 소자에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
11. 제 1 항에 기재된 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 반사형 광 변조 소자와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광 및 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 편광 분리 광학 소자와,

    상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되며, 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
12. 제 1 항에 기재된 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 복수의 반사형 광 변조 소자와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광 및 상기 복수의 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 편광 분리 광학 소자와,

    상기 편광 분리 광학 소자와 상기 복수의 반사형 광 변조 소자 사이에 배치되며, 상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리함과 동시에, 상기 복수의 반사형 광 변조 소자로부터 사출된 색광을 합성하는 색광 분리 합성 광학 소자와,

    상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되며, 상기 색광 분리 합성 광학 소자와 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 투사하는 투사 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
13. 제 1 항에 기재된 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와,

    상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 반사형 광 변조 소자와,

    상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 각 색광 및 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 각 색광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 복수의 편광 분리 광학 소자와,

    각각의 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되며, 각각의 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와,

    상기 색광 합성 광학 소자에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2 광원부 중, 적어도 한쪽이 착탈 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
15. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2 광원부 중, 적어도 한쪽이 선택 점등 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.